JP3536697B2 - 燃焼式ヒータを有する内燃機関 - Google Patents
燃焼式ヒータを有する内燃機関Info
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- Japan
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- combustion
- engine
- heater
- internal combustion
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機関関連要素を昇
温する燃焼式ヒータを備えた内燃機関に関する。さらに
詳しくは、燃焼式ヒータの燃焼ガスの利用技術に関す
る。
温する燃焼式ヒータを備えた内燃機関に関する。さらに
詳しくは、燃焼式ヒータの燃焼ガスの利用技術に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年の内燃機関は、例えば直噴エンジン
やディーゼルエンジンのように熱効率が高くなってお
り、余分に排出される熱量が少なくなっている。従っ
て、内燃機関とは別に燃焼式ヒータを設け、機関始動時
にヒータコア等の機関関連要素を加熱するようにしてい
る。
やディーゼルエンジンのように熱効率が高くなってお
り、余分に排出される熱量が少なくなっている。従っ
て、内燃機関とは別に燃焼式ヒータを設け、機関始動時
にヒータコア等の機関関連要素を加熱するようにしてい
る。
【０００３】このような燃焼式ヒータを備える以上、排
出される燃焼ガスを効率的に使用することが望まれる。
燃焼式ヒータの燃焼ガスを利用する例として、例えば、
特開昭６２−７５０６９号に記載された例が知られてい
る。
出される燃焼ガスを効率的に使用することが望まれる。
燃焼式ヒータの燃焼ガスを利用する例として、例えば、
特開昭６２−７５０６９号に記載された例が知られてい
る。
【０００４】これは、吸気管の内部に燃焼器を配設し、
機関の冷却水室を貫通する加熱管の一端を吸気管の前記
燃焼器よりも下流側部分に、他端を排気管にそれぞれ接
続し、前記加熱管の途中に開閉弁を設けたことを特徴と
する暖房装置である。
機関の冷却水室を貫通する加熱管の一端を吸気管の前記
燃焼器よりも下流側部分に、他端を排気管にそれぞれ接
続し、前記加熱管の途中に開閉弁を設けたことを特徴と
する暖房装置である。
【０００５】これによれば、機関の停止中、吸気弁・排
気弁はほとんど閉じているので、暖房用燃焼器からの燃
焼ガスは吸気管から始動前開かれている開閉弁を有する
加熱管を経て排気管へ流れるので、加熱管により冷却水
室が加熱されて次第に機関全体の温度が上昇する結果、
円滑な機関の始動と迅速な暖機運転が達せられるという
ものである。
気弁はほとんど閉じているので、暖房用燃焼器からの燃
焼ガスは吸気管から始動前開かれている開閉弁を有する
加熱管を経て排気管へ流れるので、加熱管により冷却水
室が加熱されて次第に機関全体の温度が上昇する結果、
円滑な機関の始動と迅速な暖機運転が達せられるという
ものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この装置では、機関の
始動後も燃焼器を運転し、この燃焼ガスと新気とを混合
して機関へ供給するので暖機が速やかに完了するとして
いる。
始動後も燃焼器を運転し、この燃焼ガスと新気とを混合
して機関へ供給するので暖機が速やかに完了するとして
いる。
【０００７】このように前記技術では、単に暖機を行う
ことのみを目的として、燃焼ガスを吸気管に導入してい
るにすぎないので、例えば、機関が高負荷のときには機
関への供給燃料量が多いため、燃焼式ヒータの燃焼ガス
の導入により新気量が減って内燃機関の燃焼室がリッチ
となりスモークが発生する。
ことのみを目的として、燃焼ガスを吸気管に導入してい
るにすぎないので、例えば、機関が高負荷のときには機
関への供給燃料量が多いため、燃焼式ヒータの燃焼ガス
の導入により新気量が減って内燃機関の燃焼室がリッチ
となりスモークが発生する。
【０００８】これでは、燃焼式ヒータの燃焼ガスを有効
に利用したことにならず、かえって不都合を生じること
となる。本発明は、このような点に鑑みなされたもの
で、燃焼式ヒータの燃焼ガスを効果的に使用することを
課題とする。
に利用したことにならず、かえって不都合を生じること
となる。本発明は、このような点に鑑みなされたもの
で、燃焼式ヒータの燃焼ガスを効果的に使用することを
課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明は、機関内に新気を導入する吸気系と、機関
内での燃料の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排
気系とを有するとともに、燃料を燃焼することで得られ
た熱により機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式
ヒータを有する内燃機関において、以下の手段を採用し
た。
め、本発明は、機関内に新気を導入する吸気系と、機関
内での燃料の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排
気系とを有するとともに、燃料を燃焼することで得られ
た熱により機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式
ヒータを有する内燃機関において、以下の手段を採用し
た。
【００１０】すなわち、前記燃焼式ヒータは、発生した
燃焼ガスを内燃機関の吸気系に導入する燃焼ガス導入路
を備えるとともに、前記燃焼ガス導入路に開閉自在の制
御弁を設け、さらに、内燃機関の運転状態に応じて開閉
制御する制御弁制御手段を備えた。
燃焼ガスを内燃機関の吸気系に導入する燃焼ガス導入路
を備えるとともに、前記燃焼ガス導入路に開閉自在の制
御弁を設け、さらに、内燃機関の運転状態に応じて開閉
制御する制御弁制御手段を備えた。
【００１１】このようにすることで、いわゆるＥＧＲ装
置と同様の機能を発揮することができる。すなわち、Ｅ
ＧＲ装置では、排気ガスの一部を吸気系に戻して燃料と
新気の混合気に加えることで、内燃機関内の燃焼温度を
下げ、ＮＯx を低減させる。
置と同様の機能を発揮することができる。すなわち、Ｅ
ＧＲ装置では、排気ガスの一部を吸気系に戻して燃料と
新気の混合気に加えることで、内燃機関内の燃焼温度を
下げ、ＮＯx を低減させる。
【００１２】本発明でも、内燃機関の運転状態に応じて
制御弁を開いて燃焼式ヒータの燃焼ガスを内燃機関内に
導入すると、燃焼ガス中にはＨ2ＯやＣＯ2などの不活性
ガスが含まれているので、燃焼室内の火炎伝播は緩慢と
なり、しかも、燃焼による熱が不活性ガスに奪われて内
燃機関の燃焼ガスの温度を下げ、よってＮＯx を低減さ
せる（これを以下、単にＥＧＲ効果という）。しかも、
排気ガスを吸気系に戻す場合と異なり、燃焼式ヒータの
燃焼ガスは、連続した完全燃焼に近い燃焼であるため、
オイルの燃え残り等の未燃ガス成分が少なく、良質なガ
スであり、吸気系の詰まりを防止できる。
制御弁を開いて燃焼式ヒータの燃焼ガスを内燃機関内に
導入すると、燃焼ガス中にはＨ2ＯやＣＯ2などの不活性
ガスが含まれているので、燃焼室内の火炎伝播は緩慢と
なり、しかも、燃焼による熱が不活性ガスに奪われて内
燃機関の燃焼ガスの温度を下げ、よってＮＯx を低減さ
せる（これを以下、単にＥＧＲ効果という）。しかも、
排気ガスを吸気系に戻す場合と異なり、燃焼式ヒータの
燃焼ガスは、連続した完全燃焼に近い燃焼であるため、
オイルの燃え残り等の未燃ガス成分が少なく、良質なガ
スであり、吸気系の詰まりを防止できる。
【００１３】ここで、前記制御弁を燃焼ガス導入路を流
れる流量調整弁とし、前記制御弁制御手段を、内燃機関
の運転状態に応じて弁の開度を調整する制御弁調整手段
とすると、運転状態により内燃機関に導入される燃焼ガ
スの量を調整でき、よって、ＥＧＲ効果を適度に、ある
いは最適な状態に調整することができる。
れる流量調整弁とし、前記制御弁制御手段を、内燃機関
の運転状態に応じて弁の開度を調整する制御弁調整手段
とすると、運転状態により内燃機関に導入される燃焼ガ
スの量を調整でき、よって、ＥＧＲ効果を適度に、ある
いは最適な状態に調整することができる。
【００１４】本発明では、燃焼式ヒータで発生した燃焼
ガスを、内燃機関を経由せずに排気系に排出する燃焼ガ
ス排出路を設けておくこともでき、しかも、その際、前
記制御弁としては、燃焼ガス導入路と燃焼ガス排出路と
を選択的に切り換える切換弁とするとよい。
ガスを、内燃機関を経由せずに排気系に排出する燃焼ガ
ス排出路を設けておくこともでき、しかも、その際、前
記制御弁としては、燃焼ガス導入路と燃焼ガス排出路と
を選択的に切り換える切換弁とするとよい。
【００１５】さらに、前記排気系に排気ガス浄化用の触
媒を配置してあり、前記燃焼ガス排出路は、前記排気系
において触媒の上流側または下流側のいずれかに燃焼式
ヒータの燃焼ガスを排出するようにするとよい。特に、
触媒上流側に燃焼ガスを排出すると、触媒温度を上げる
ことができ、触媒の活性化に有効である。なお、以上の
構成は、可能な限り組み合わせることができる。
媒を配置してあり、前記燃焼ガス排出路は、前記排気系
において触媒の上流側または下流側のいずれかに燃焼式
ヒータの燃焼ガスを排出するようにするとよい。特に、
触媒上流側に燃焼ガスを排出すると、触媒温度を上げる
ことができ、触媒の活性化に有効である。なお、以上の
構成は、可能な限り組み合わせることができる。
【００１６】本発明で、内燃機関とは、通常のポート噴
射ガソリンエンジンだけでなく、ガソリン直噴リーンバ
ーンエンジンやディーゼルエンジンあるいはＣＮＧ(com
mpressed natural gas；圧縮天然ガス)エンジン等、排
気系における雰囲気が酸素過剰でかつ炭化水素や一酸化
炭素が少ない内燃機関も含む。
射ガソリンエンジンだけでなく、ガソリン直噴リーンバ
ーンエンジンやディーゼルエンジンあるいはＣＮＧ(com
mpressed natural gas；圧縮天然ガス)エンジン等、排
気系における雰囲気が酸素過剰でかつ炭化水素や一酸化
炭素が少ない内燃機関も含む。
【００１７】燃焼式ヒータは、内燃機関本体とは別物と
して内燃機関に付属するヒータであって、内燃機関本体
のシリンダ内での燃焼に何等影響されることなく独自の
燃焼を行って燃焼ガスを排出するものである。機関始動
前から機関関連要素の温度を高める必要上、内燃機関本
体とは別途設けたものである。
して内燃機関に付属するヒータであって、内燃機関本体
のシリンダ内での燃焼に何等影響されることなく独自の
燃焼を行って燃焼ガスを排出するものである。機関始動
前から機関関連要素の温度を高める必要上、内燃機関本
体とは別途設けたものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明に係る内燃機関の実施の形
態について図１〜図６に基づいて説明する。図１は、本
実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概
略構成を示す図である。図１に示す内燃機関は、多気筒
の水冷式ディーゼルエンジンである。
態について図１〜図６に基づいて説明する。図１は、本
実施の形態に係る排気浄化装置を適用する内燃機関の概
略構成を示す図である。図１に示す内燃機関は、多気筒
の水冷式ディーゼルエンジンである。
【００１９】ディーゼルエンジンは、機関冷却水を含む
ウォータジャケットを有するエンジン本体１と、エンジ
ン本体１の複数の気筒内に燃焼に必要な空気を送り込む
吸気装置２と、混合気が燃焼した後の排気ガスを大気中
に放出する排気装置３と、エンジン搭載車輌の室内を暖
める暖房装置のヒータコア４とを有する。
ウォータジャケットを有するエンジン本体１と、エンジ
ン本体１の複数の気筒内に燃焼に必要な空気を送り込む
吸気装置２と、混合気が燃焼した後の排気ガスを大気中
に放出する排気装置３と、エンジン搭載車輌の室内を暖
める暖房装置のヒータコア４とを有する。
【００２０】前記吸気装置２は、吸気を濾過するエアク
リーナ５と、このエアクリーナ５を通過した吸気の流量
を計測するエアロフローメータ５ａと、前記吸気を圧送
するターボチャージャ６のコンプレッサ６ａと、このコ
ンプレッサ６ａで圧縮される際に生じる熱で昇温された
吸気を冷却するインタークーラ７と、このインタークー
ラ７を通過した吸気をエンジン本体１の各気筒へと送入
するインテークマニホールド８とを備えており、これら
は吸気管９で互いに接続されている。また、インターク
ーラ７とエンジン本体１との間には、吸気絞り弁１１が
配置されている。
リーナ５と、このエアクリーナ５を通過した吸気の流量
を計測するエアロフローメータ５ａと、前記吸気を圧送
するターボチャージャ６のコンプレッサ６ａと、このコ
ンプレッサ６ａで圧縮される際に生じる熱で昇温された
吸気を冷却するインタークーラ７と、このインタークー
ラ７を通過した吸気をエンジン本体１の各気筒へと送入
するインテークマニホールド８とを備えており、これら
は吸気管９で互いに接続されている。また、インターク
ーラ７とエンジン本体１との間には、吸気絞り弁１１が
配置されている。
【００２１】前記排気装置３は、エンジン本体１の排気
ポートに接続されるエキゾーストマニホールド１２と、
ターボチャージャ６のタービン６ｂと、排気ガスを浄化
する排気浄化触媒１３と、この触媒１３に接続される図
示しないマフラーとを排気管１４上に備えている。排気
浄化触媒１３として、本例ではＮＯx 触媒１３ａを上流
側に、酸化触媒１３ｂを下流側に備えている。ＮＯx 触
媒としては、選択還元型リーンＮＯx 触媒、吸蔵還元型
リーンＮＯx 触媒を例示できる。
ポートに接続されるエキゾーストマニホールド１２と、
ターボチャージャ６のタービン６ｂと、排気ガスを浄化
する排気浄化触媒１３と、この触媒１３に接続される図
示しないマフラーとを排気管１４上に備えている。排気
浄化触媒１３として、本例ではＮＯx 触媒１３ａを上流
側に、酸化触媒１３ｂを下流側に備えている。ＮＯx 触
媒としては、選択還元型リーンＮＯx 触媒、吸蔵還元型
リーンＮＯx 触媒を例示できる。
【００２２】選択還元型リーンＮＯx 触媒とは、酸素過
剰の雰囲気（リーン雰囲気）で、かつ、炭化水素（Ｈ
Ｃ）が存在する状態でＮＯx を還元または分解する触媒
であり、例えば、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオ
ン交換して担持した触媒や、ゼオライトまたはアルミナ
に貴金属を担持した触媒等を例示できる。選択還元型Ｎ
Ｏx 触媒は、触媒床温が触媒浄化ウインド内にあって、
流入する排気の空燃比がリーン雰囲気であり、更に排気
中にＨＣ、好ましくは熱分解されて分子サイズが小さく
なったＨＣが存在していれば、ＨＣの一部が部分酸化し
て活性種を生成し、その活性種が排気中のＮＯx と反応
して、ＮＯx をＮ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2等に還元する。
剰の雰囲気（リーン雰囲気）で、かつ、炭化水素（Ｈ
Ｃ）が存在する状態でＮＯx を還元または分解する触媒
であり、例えば、ゼオライトにＣｕ等の遷移金属をイオ
ン交換して担持した触媒や、ゼオライトまたはアルミナ
に貴金属を担持した触媒等を例示できる。選択還元型Ｎ
Ｏx 触媒は、触媒床温が触媒浄化ウインド内にあって、
流入する排気の空燃比がリーン雰囲気であり、更に排気
中にＨＣ、好ましくは熱分解されて分子サイズが小さく
なったＨＣが存在していれば、ＨＣの一部が部分酸化し
て活性種を生成し、その活性種が排気中のＮＯx と反応
して、ＮＯx をＮ2、Ｈ2Ｏ、ＣＯ2等に還元する。
【００２３】吸蔵還元型リーンＮＯx 触媒は、例えばア
ルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナ
トリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなア
ルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなア
ルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希
土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような
貴金属とが担持されている。機関吸気通路及びＮＯx 触
媒上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化
水素）の比をＮＯx 触媒への流入排気ガスの空燃比と称
するとき、このＮＯx 触媒は、流入排気ガスの空燃比が
リーンのときはＮＯx を吸収し、流入排気ガス中の酸素
濃度が低下すると吸収したＮＯx を放出する。
ルミナを担体とし、この担体上に例えばカリウムＫ、ナ
トリウムＮａ、リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなア
ルカリ金属、バリウムＢａ、カルシウムＣａのようなア
ルカリ土類、ランタンＬａ、イットリウムＹのような希
土類から選ばれた少なくとも一つと、白金Ｐｔのような
貴金属とが担持されている。機関吸気通路及びＮＯx 触
媒上流での排気通路内に供給された空気及び燃料（炭化
水素）の比をＮＯx 触媒への流入排気ガスの空燃比と称
するとき、このＮＯx 触媒は、流入排気ガスの空燃比が
リーンのときはＮＯx を吸収し、流入排気ガス中の酸素
濃度が低下すると吸収したＮＯx を放出する。
【００２４】前記酸化触媒は、ＮＯx 触媒に添加された
還元剤（ディーゼルの場合燃料）の消費されなかったも
の、すなわちＨＣ、ＣＯ等の成分を酸化してＣＯ2、水
にして排出する。
還元剤（ディーゼルの場合燃料）の消費されなかったも
の、すなわちＨＣ、ＣＯ等の成分を酸化してＣＯ2、水
にして排出する。
【００２５】前記選択還元型リーンＮＯx 触媒は、触媒
床温が所定の温度範囲（触媒浄化ウインド）内にある場
合に、浄化能力を発揮するが、この点は吸蔵還元型リー
ンＮＯx 触媒や酸化触媒も同様である。図２に、触媒に
入る排気ガスの温度とＮＯx浄化率との関係を示す。こ
の図から、例えば１６０℃から３００℃の間で、ＮＯx
浄化率が高いことが理解できる。この触媒の温度範囲す
なわち触媒ウインドウはＰｔ系の触媒が活性化する範囲
であり、酸化触媒もまた２００℃から３５０℃の触媒ウ
インドウを有する。
床温が所定の温度範囲（触媒浄化ウインド）内にある場
合に、浄化能力を発揮するが、この点は吸蔵還元型リー
ンＮＯx 触媒や酸化触媒も同様である。図２に、触媒に
入る排気ガスの温度とＮＯx浄化率との関係を示す。こ
の図から、例えば１６０℃から３００℃の間で、ＮＯx
浄化率が高いことが理解できる。この触媒の温度範囲す
なわち触媒ウインドウはＰｔ系の触媒が活性化する範囲
であり、酸化触媒もまた２００℃から３５０℃の触媒ウ
インドウを有する。
【００２６】さらに、触媒１３より上流側の排気管１４
上に、ターボチャージャ６のタービン６ｂが設けられて
いる。このタービン６ｂには、タービン６ｂに導入され
る排気ガスの流れを調整してタービン回転数を制御する
可変ノズルベーンが設けられている。この可変ノズルベ
ーンは、バキュームポンプ４１からの負圧をエレクトリ
ック・バキュームレギュレーティングバルブ（ＥＶＲ
Ｖ）４２で調整してアクチュエータ４３を駆動すること
で可変制御される。
上に、ターボチャージャ６のタービン６ｂが設けられて
いる。このタービン６ｂには、タービン６ｂに導入され
る排気ガスの流れを調整してタービン回転数を制御する
可変ノズルベーンが設けられている。この可変ノズルベ
ーンは、バキュームポンプ４１からの負圧をエレクトリ
ック・バキュームレギュレーティングバルブ（ＥＶＲ
Ｖ）４２で調整してアクチュエータ４３を駆動すること
で可変制御される。
【００２７】次に、燃焼式ヒータ２２について説明す
る。図１に示したように、前記エアクリーナ５とターボ
チャージャ６のコンプレッサ６ａとを結ぶ吸気管９から
分岐して、ヒータ用枝管３１が設けられ、このヒータ用
枝管３１に燃焼式ヒータ２２が接続されている。
る。図１に示したように、前記エアクリーナ５とターボ
チャージャ６のコンプレッサ６ａとを結ぶ吸気管９から
分岐して、ヒータ用枝管３１が設けられ、このヒータ用
枝管３１に燃焼式ヒータ２２が接続されている。
【００２８】この燃焼式ヒータ２２は、エンジンとは別
途に燃料を燃焼することで発生する熱で熱媒体（冷却
水）を加熱し、この熱媒体を機関関連要素として前記ヒ
ータコア４やエンジン本体１を循環させ、その際生じる
熱交換によりこれら機関関連要素を加熱する。このた
め、燃焼式ヒータ２２からヒータコア４やエンジン本体
１のウォータージャケットを経由して熱媒体（冷却水）
を循環させる熱媒体循環路が設けられている。
途に燃料を燃焼することで発生する熱で熱媒体（冷却
水）を加熱し、この熱媒体を機関関連要素として前記ヒ
ータコア４やエンジン本体１を循環させ、その際生じる
熱交換によりこれら機関関連要素を加熱する。このた
め、燃焼式ヒータ２２からヒータコア４やエンジン本体
１のウォータージャケットを経由して熱媒体（冷却水）
を循環させる熱媒体循環路が設けられている。
【００２９】このような熱媒体循環路として、前記燃焼
式ヒータ２２には、エンジンの冷却水を燃焼式ヒータ２
２へ導く冷却水導入通路３２と、燃焼式ヒータ２２内で
暖められた冷却水をヒータコア４を経由してエンジン本
体１へ導く冷却水排出通路３３とが接続されている。
式ヒータ２２には、エンジンの冷却水を燃焼式ヒータ２
２へ導く冷却水導入通路３２と、燃焼式ヒータ２２内で
暖められた冷却水をヒータコア４を経由してエンジン本
体１へ導く冷却水排出通路３３とが接続されている。
【００３０】ここで、燃焼式ヒータ２２の具体的な構成
について図３に基づいて説明する。燃焼式ヒータ２２の
内部には、前記ウォータジャケットからの冷却水を流す
ため、冷却水導入通路３２と、冷却水排出通路３３とに
連通するヒータ内部冷却水通路２２ａが形成されてい
る。
について図３に基づいて説明する。燃焼式ヒータ２２の
内部には、前記ウォータジャケットからの冷却水を流す
ため、冷却水導入通路３２と、冷却水排出通路３３とに
連通するヒータ内部冷却水通路２２ａが形成されてい
る。
【００３１】前記ヒータ内部冷却水通路２２ａは、燃焼
式ヒータ２２の内部に形成された燃焼室２２ｄの周りを
巡回するよう配置され、ヒータ内部冷却水路２２ａ内を
流れる冷却水が燃焼室２２ｄからの熱を受けて昇温する
ようになっている。
式ヒータ２２の内部に形成された燃焼室２２ｄの周りを
巡回するよう配置され、ヒータ内部冷却水路２２ａ内を
流れる冷却水が燃焼室２２ｄからの熱を受けて昇温する
ようになっている。
【００３２】燃焼室２２ｄは、火炎を発生させる燃焼源
としての燃焼筒２２ｂと、燃焼筒２２ｂを覆うことで火
炎が外部に漏れないようにする円筒状の隔壁２２ｃとか
ら構成されている。このように燃焼筒２２ｂを隔壁２２
ｃで覆うことにより、燃焼室２２ｄが隔壁２２ｃ内に画
されることになる。そして、隔壁２２ｃは、燃焼式ヒー
タ２２の外壁２４によって覆われている。尚、隔壁２２
ｃと外壁２４との間には、環状の隙間が設けられ、この
隙間が前述したヒータ内部冷却水路２２ａとして機能す
るようになっている。
としての燃焼筒２２ｂと、燃焼筒２２ｂを覆うことで火
炎が外部に漏れないようにする円筒状の隔壁２２ｃとか
ら構成されている。このように燃焼筒２２ｂを隔壁２２
ｃで覆うことにより、燃焼室２２ｄが隔壁２２ｃ内に画
されることになる。そして、隔壁２２ｃは、燃焼式ヒー
タ２２の外壁２４によって覆われている。尚、隔壁２２
ｃと外壁２４との間には、環状の隙間が設けられ、この
隙間が前述したヒータ内部冷却水路２２ａとして機能す
るようになっている。
【００３３】燃焼式ヒータ２２には、空気供給口２２ｅ
と排気排出口２２ｆとが形成され、これらの空気供給口
２２ｅと排気排出口２２ｆとが燃焼室２２ｄに連通して
いる。そして、前記空気供給口２２ｅには吸気導入のた
め前記ヒータ用枝管３１が接続され、前記排気排出口２
２ｆは、燃焼ガス導入路である連通管９１を介して吸気
管９に接続されている。よって、排気排出口２２ｆから
排出される燃焼ガスは、吸気管９へと導入されるように
なっている。
と排気排出口２２ｆとが形成され、これらの空気供給口
２２ｅと排気排出口２２ｆとが燃焼室２２ｄに連通して
いる。そして、前記空気供給口２２ｅには吸気導入のた
め前記ヒータ用枝管３１が接続され、前記排気排出口２
２ｆは、燃焼ガス導入路である連通管９１を介して吸気
管９に接続されている。よって、排気排出口２２ｆから
排出される燃焼ガスは、吸気管９へと導入されるように
なっている。
【００３４】連通管９１の途中には、エレクトリック・
バキュームレギュレーティングバルブ（ＥＶＲＶ）９２
を介してバキュームポンプ７８からの負圧で駆動される
制御弁９３が設けられている。さらに、制御弁９３の下
流側に燃焼ガスを冷却する水冷のクーラ９４が設けられ
ている。燃焼式ヒータ２２からの燃焼ガスはクーラ９４
で冷却されて吸気管９から内燃機関へと導入される。
バキュームレギュレーティングバルブ（ＥＶＲＶ）９２
を介してバキュームポンプ７８からの負圧で駆動される
制御弁９３が設けられている。さらに、制御弁９３の下
流側に燃焼ガスを冷却する水冷のクーラ９４が設けられ
ている。燃焼式ヒータ２２からの燃焼ガスはクーラ９４
で冷却されて吸気管９から内燃機関へと導入される。
【００３５】前記ＥＶＲＶ９２はＥＣＵ１８により機関
の運転状況に応じてデューティ制御され、デューティ比
によりバキュームポンプからの負圧を可変して、制御弁
９３のダイヤフラム室にかかる負圧を制御している。制
御弁９３の開弁量は負圧の大きさにより変化する。この
制御弁９３は本発明でいう制御弁であり流量調整弁であ
る。そして、ＥＣＵ１８およびＥＶＲＶ９２は、内燃機
関の運転状態に応じて弁の開度を調整する制御弁調整手
段を構成する。
の運転状況に応じてデューティ制御され、デューティ比
によりバキュームポンプからの負圧を可変して、制御弁
９３のダイヤフラム室にかかる負圧を制御している。制
御弁９３の開弁量は負圧の大きさにより変化する。この
制御弁９３は本発明でいう制御弁であり流量調整弁であ
る。そして、ＥＣＵ１８およびＥＶＲＶ９２は、内燃機
関の運転状態に応じて弁の開度を調整する制御弁調整手
段を構成する。
【００３６】制御弁９３による燃焼ガスの流量制御は、
図４に示したように、燃料噴射量とエンジン回転数から
決定されるＥＧＲｄｕｔｙマップから算出される。これ
は、公知のＥＧＲ制御に使用されるものと同様である。
この結果、図５に示したように、ＥＧＲｄｕｔｙが大き
くなると、ＥＶＲＶ９２が大きく開き、制御弁９３に加
わる負圧も大きくなって制御弁９３が大きく開き、燃焼
ガスの流量すなわちＥＧＲ％が大きくなる。
図４に示したように、燃料噴射量とエンジン回転数から
決定されるＥＧＲｄｕｔｙマップから算出される。これ
は、公知のＥＧＲ制御に使用されるものと同様である。
この結果、図５に示したように、ＥＧＲｄｕｔｙが大き
くなると、ＥＶＲＶ９２が大きく開き、制御弁９３に加
わる負圧も大きくなって制御弁９３が大きく開き、燃焼
ガスの流量すなわちＥＧＲ％が大きくなる。
【００３７】燃焼式ヒータ２２の説明をさらに続ける
と、前記燃焼筒２２ｂには、燃料導入通路２５が接続さ
れ、燃料ポンプ１６から吐出された燃料の一部が燃焼筒
２２ｂに供給されるようになっている。さらに、燃焼筒
２２ｂには、前記燃料導入通路２５によって供給された
燃料を気化するための気化グロープラグ（図示せず）
と、気化燃料に着火するための点火グロープラグ（図示
せず）とが内装されている。尚、気化グロープラグと点
火グロープラグとは、単一のグロープラグで兼用される
ようにしてもよい。
と、前記燃焼筒２２ｂには、燃料導入通路２５が接続さ
れ、燃料ポンプ１６から吐出された燃料の一部が燃焼筒
２２ｂに供給されるようになっている。さらに、燃焼筒
２２ｂには、前記燃料導入通路２５によって供給された
燃料を気化するための気化グロープラグ（図示せず）
と、気化燃料に着火するための点火グロープラグ（図示
せず）とが内装されている。尚、気化グロープラグと点
火グロープラグとは、単一のグロープラグで兼用される
ようにしてもよい。
【００３８】このように構成された燃焼式ヒータ２２で
は、ヒータ用枝管３１から空気供給口２２ｅに流れ込ん
だ吸気が燃焼室２２ｄに導かれるとともに、燃料導入通
路２５によって燃焼筒２２ｂに供給された燃料が気化グ
ロープラグによって気化される。そして、前記吸気と前
記気化燃料とが混合して混合気を形成し、その混合気が
燃焼室２２ｄ内の点火グロープラグによって着火されて
燃焼する。
は、ヒータ用枝管３１から空気供給口２２ｅに流れ込ん
だ吸気が燃焼室２２ｄに導かれるとともに、燃料導入通
路２５によって燃焼筒２２ｂに供給された燃料が気化グ
ロープラグによって気化される。そして、前記吸気と前
記気化燃料とが混合して混合気を形成し、その混合気が
燃焼室２２ｄ内の点火グロープラグによって着火されて
燃焼する。
【００３９】また、燃焼式ヒータ２２には、前記したよ
うに燃料の燃焼に伴って発生する燃焼ガスを、燃焼ガス
導入路である連通管９１を介して吸気管９へと導入する
ようになっており、連通管９１には制御弁９３が介在し
ているが、制御弁９３と燃焼式ヒータ２２の排気排出口
２２ｆとの間には、連通管９１から分岐して、排気排出
口２２ｆからの燃焼ガスを触媒１３の下流側もしくは上
流側に位置する排気管１４に導入する燃焼ガス排出路と
しての燃焼ガス排出管５１が設けられている。
うに燃料の燃焼に伴って発生する燃焼ガスを、燃焼ガス
導入路である連通管９１を介して吸気管９へと導入する
ようになっており、連通管９１には制御弁９３が介在し
ているが、制御弁９３と燃焼式ヒータ２２の排気排出口
２２ｆとの間には、連通管９１から分岐して、排気排出
口２２ｆからの燃焼ガスを触媒１３の下流側もしくは上
流側に位置する排気管１４に導入する燃焼ガス排出路と
しての燃焼ガス排出管５１が設けられている。
【００４０】ぞして、前記制御弁９３が閉ざされると
き、排気排出口２２ｆからの燃焼ガスは、触媒１３の下
流側もしくは上流側へと排出される。従って、前記制御
弁９３は、燃焼ガス導入路である連通管９１と、燃焼ガ
ス排出路である燃焼ガス排出管５１とを選択的に切り換
える切換弁でもある。
き、排気排出口２２ｆからの燃焼ガスは、触媒１３の下
流側もしくは上流側へと排出される。従って、前記制御
弁９３は、燃焼ガス導入路である連通管９１と、燃焼ガ
ス排出路である燃焼ガス排出管５１とを選択的に切り換
える切換弁でもある。
【００４１】次に、本実施の形態に係る排気切換弁の制
御について述べる。本実施の形態に係る制御弁９３の制
御は、ＥＣＵ１８により図６に示すようなルーチンを実
行することによって実現される。この制御弁制御ルーチ
ンは、所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンであ
る。
御について述べる。本実施の形態に係る制御弁９３の制
御は、ＥＣＵ１８により図６に示すようなルーチンを実
行することによって実現される。この制御弁制御ルーチ
ンは、所定時間毎に繰り返し実行されるルーチンであ
る。
【００４２】先ずＳ１０１で初期化が行われ、Ｓ１０２
エンジン回転数ＮＥがＥＣＵ１８に取り込まれる。次い
で、Ｓ１０３において、燃料噴射量がＥＣＵ１８に取り
込まれる。さらに、Ｓ１０４で、エンジン回転数×燃料
噴射量で決定される２次元マップから、ＥＶＲＶ９２の
制御デューティ比が決定される。ＥＶＲＶ９２の制御デ
ューティ比が決定されると、その値に基づきＥＶＲＶ９
２が制御されることで、制御弁９３の開度が決定され、
従ってＳ１０５でＥＧＲ％すなわち燃焼ガス比が決定さ
れる。
エンジン回転数ＮＥがＥＣＵ１８に取り込まれる。次い
で、Ｓ１０３において、燃料噴射量がＥＣＵ１８に取り
込まれる。さらに、Ｓ１０４で、エンジン回転数×燃料
噴射量で決定される２次元マップから、ＥＶＲＶ９２の
制御デューティ比が決定される。ＥＶＲＶ９２の制御デ
ューティ比が決定されると、その値に基づきＥＶＲＶ９
２が制御されることで、制御弁９３の開度が決定され、
従ってＳ１０５でＥＧＲ％すなわち燃焼ガス比が決定さ
れる。
【００４３】なお、エンジンの始動前などには制御弁が
閉ざされ、排気排出口２２ｆからの燃焼ガスは、触媒１
３の下流側もしくは上流側へと排出される。この場合、
燃焼ガスが、触媒１３の上流側へと排出されるならば、
燃焼ガスは触媒を通過して排気管１４から排出されるの
で、エンジン始動前に触媒を活性化させることができ触
媒のＮＯx 浄化性能を高めることができる。
閉ざされ、排気排出口２２ｆからの燃焼ガスは、触媒１
３の下流側もしくは上流側へと排出される。この場合、
燃焼ガスが、触媒１３の上流側へと排出されるならば、
燃焼ガスは触媒を通過して排気管１４から排出されるの
で、エンジン始動前に触媒を活性化させることができ触
媒のＮＯx 浄化性能を高めることができる。
【００４４】
【発明の効果】本発明によれば、燃焼式ヒータの燃焼ガ
スを利用して、いわゆるＥＧＲ制御を行うことができ、
ＮＯx の低減に寄与することができる。
スを利用して、いわゆるＥＧＲ制御を行うことができ、
ＮＯx の低減に寄与することができる。
【００４５】しかも、内燃機関の排気ガスを吸気系に戻
す通常のＥＧＲ制御では、内燃機関の燃焼が断続的であ
り、その結果どうしても排気ガス中に燃料やオイルなど
の不純物などが含まれるので、ＥＧＲ通路、特に吸気系
の詰まりが生じやすいのに比較して、燃焼式ヒータで
は、連続的な燃焼であり完全燃焼に近いので、燃料やオ
イルなどの燃え残りが少なく、よって、燃焼ガスを供給
する通路、特に吸気系の詰まりを防止することができ
る。
す通常のＥＧＲ制御では、内燃機関の燃焼が断続的であ
り、その結果どうしても排気ガス中に燃料やオイルなど
の不純物などが含まれるので、ＥＧＲ通路、特に吸気系
の詰まりが生じやすいのに比較して、燃焼式ヒータで
は、連続的な燃焼であり完全燃焼に近いので、燃料やオ
イルなどの燃え残りが少なく、よって、燃焼ガスを供給
する通路、特に吸気系の詰まりを防止することができ
る。
【００４６】本発明では、このように、従来のＥＧＲ制
御に代えて燃焼式ヒータの燃焼ガスによりＥＧＲ制御と
同等のＮＯx 低減のための制御を行うが、前記制御弁が
ＥＧＲ制御を行わないとき、燃焼ガス排出路を選択し、
しかも、前記燃焼ガス排出路が、前記排気系において触
媒の上流側に燃焼式ヒータの燃焼ガスを排出するなら
ば、触媒を加熱して活性化を図ることができる。
御に代えて燃焼式ヒータの燃焼ガスによりＥＧＲ制御と
同等のＮＯx 低減のための制御を行うが、前記制御弁が
ＥＧＲ制御を行わないとき、燃焼ガス排出路を選択し、
しかも、前記燃焼ガス排出路が、前記排気系において触
媒の上流側に燃焼式ヒータの燃焼ガスを排出するなら
ば、触媒を加熱して活性化を図ることができる。
【図１】 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関
の実施形態の概略構成図
の実施形態の概略構成図
【図２】 触媒入りガス温度と触媒浄化率との関係を示
す図
す図
【図３】 燃焼式ヒータの概略断面図
【図４】 燃料噴射量とエンジン回転数から決定される
ＥＧＲｄｕｔｙマップ
ＥＧＲｄｕｔｙマップ
【図５】 ＥＧＲｄｕｔｙとＥＧＲ％との関係を示すグ
ラフ図
ラフ図
【図６】 実施形態に係る制御弁制御ルーチンを示す図
１…エンジン本体
２…吸気装置
３…排気装置
４…ヒータコア
５…エアクリーナ
６…ターボチャージャ
６ａ…コンプレッサ
６ｂ…ターボチャージャのタービン
７…インタークーラ
８…インテークマニホールド
９…吸気管
１１…吸気絞り弁
１２…エキゾーストマニホールド
１３…排気浄化触媒
１３ａ…ＮＯx 触媒
１３ｂ…酸化触媒
１４…排気管
１８…ＥＣＵ
２２ａ…ヒータ内部冷却水通路
２２ｂ…燃焼筒
２２ｃ…隔壁
２２ｄ…燃焼室
２２ｅ…空気供給口
２２ｆ…排気排出口
２４…外壁
２５…燃料導入通路
３１…ヒータ用枝管
３２…冷却水導入通路
３３…冷却水排出通路
４１…バキュームポンプ
４２…エレクトリック・バキュームレギュレーティング
バルブ（ＥＶＲＶ） ４３…アクチュエータ ５１…燃焼ガス排出管（燃焼ガス排出路） ９１…連通管（燃焼ガス導入路） ９２…エレクトリック・バキュームレギュレーティング
バルブ（ＥＶＲＶ）（制御弁調整手段）。 ９３…制御弁 ９４…水冷クーラ
バルブ（ＥＶＲＶ） ４３…アクチュエータ ５１…燃焼ガス排出管（燃焼ガス排出路） ９１…連通管（燃焼ガス導入路） ９２…エレクトリック・バキュームレギュレーティング
バルブ（ＥＶＲＶ）（制御弁調整手段）。 ９３…制御弁 ９４…水冷クーラ
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フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｆ０２Ｍ 31/08 ３０１ Ｆ０２Ｍ 31/06 Ｆ
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F01N 3/08 - 3/36
F02M 25/07
F02M 31/07 - 31/08
Claims (6)
- 【請求項１】 機関内に新気を導入する吸気系と、機関
内での燃料の燃焼によって生じた排気ガスを排出する排
気系とを有するとともに、燃料を燃焼することで得られ
た熱により機関関連要素を昇温すべく設けられた燃焼式
ヒータを有する内燃機関において、 前記燃焼式ヒータで発生した燃焼ガスを内燃機関の吸気
系に導入する燃焼ガス導入路を備えるとともに、前記燃
焼ガス導入路に開閉自在の制御弁を設け、さらに、前記
吸気系に導入される燃焼ガスの量を調整して前記吸気系
における燃焼ガス比を決定すべく、内燃機関の燃料噴射
量とエンジン回転数に基づき前記制御弁を開閉制御する
制御弁制御手段を備えたことを特徴とする燃焼式ヒータ
を有する内燃機関。 - 【請求項２】 前記燃焼式ヒータには、冷却水を燃焼式
ヒータへ導く冷却水導入通路と、燃焼式ヒータ内で暖め
られた冷却水をヒータコアを経由して内燃機関へ導く冷
却水排出通路とが接続されていることを特徴とする請求
項１に記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。 - 【請求項３】 前記制御弁は、燃焼ガス導入路を流れる
燃焼ガスの流量を調整する流量調整弁であり、前記制御
弁制御手段は、内燃機関の運転状態に応じて弁の開度を
調整する制御弁調整手段であることを特徴とする請求項
１または２記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。 - 【請求項４】 燃焼式ヒータで発生した燃焼ガスを、内
燃機関を経由せずに排気系に排出する燃焼ガス排出路を
設けたことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載
の燃焼式ヒータを有する内燃機関。 - 【請求項５】 前記制御弁は、燃焼ガス導入路と燃焼ガ
ス排出路とを選択的に切り換える切換弁であることを特
徴とする請求項４に記載の燃焼式ヒータを有する内燃機
関。 - 【請求項６】 前記排気系に排気ガス浄化用の触媒を配
置してあり、前記燃焼ガス排出路は、前記排気系におい
て触媒の上流側または下流側のいずれかに燃焼式ヒータ
の燃焼ガスを排出することを特徴とする請求項５記載の
燃焼式ヒータを有する内燃機関。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36577798A JP3536697B2 (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 燃焼式ヒータを有する内燃機関 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36577798A JP3536697B2 (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 燃焼式ヒータを有する内燃機関 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000186546A JP2000186546A (ja) | 2000-07-04 |
| JP3536697B2 true JP3536697B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=18485091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36577798A Expired - Lifetime JP3536697B2 (ja) | 1998-12-22 | 1998-12-22 | 燃焼式ヒータを有する内燃機関 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3536697B2 (ja) |
-
1998
- 1998-12-22 JP JP36577798A patent/JP3536697B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000186546A (ja) | 2000-07-04 |
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