JP3539201B2 - Internal combustion engine having a combustion heater - Google Patents
Internal combustion engine having a combustion heater Download PDFInfo
- Publication number
- JP3539201B2 JP3539201B2 JP11338098A JP11338098A JP3539201B2 JP 3539201 B2 JP3539201 B2 JP 3539201B2 JP 11338098 A JP11338098 A JP 11338098A JP 11338098 A JP11338098 A JP 11338098A JP 3539201 B2 JP3539201 B2 JP 3539201B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- engine
- internal combustion
- combustion
- combustion engine
- heater
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼式ヒータを有する内燃機関に関し、詳しくは内燃機関の暖機促進を図るため内燃機関の吸気系に燃焼ガスを導入する燃焼式ヒータを有する内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関は、寒冷時における始動性の向上や暖機の促進を図ることが必要である。そこで、例えば特開昭62−75069号公報は、多気筒の内燃機関の吸気通路に取付けた気化式燃焼ヒータを利用した技術を示している。この技術によれば、内燃機関の始動前、すなわち、内燃機関の作動行程のうち爆発行程で得たピストンの往復運動によってクランクシャフトの回転を開始する前においては、この始動に先立って燃焼式ヒータを作動し、そのときに出る燃焼ガスの持つ熱で機関冷却水を暖めている。一方、内燃機関の始動後は、吸気通路に備えられかつ内燃機関の始動前には閉じているが、内燃機関の始動後は開く開閉弁を開くことで、燃焼式ヒータの燃焼ガスを内燃機関の気筒に供給し、これにより気筒を暖めている。なお、内燃機関の作動行程のうち、爆発行程で得たピストンの往復運動によってクランクシャフトを回転することを、以下、特に断らない限り「内燃機関が自ら回転する」または「エンジンがかかる」といい、内燃機関本体に付属の機関回転手段によってクランクシャフトを回転する場合の内燃機関の回転と区別する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、多気筒の内燃機関の場合、内燃機関の始動前に各気筒に向けてたとえ燃焼ガスの供給があったにしても、そのときに全部の気筒の吸気ポートが開いているわけではなく、また吸気弁と排気弁とのオーバラップが小さい場合には排気通路と気筒内とが連通していないため、気筒内部に燃焼ガスが流れ込まない。よって、燃焼ガスがほとんど気筒内に導入されない。たとえ燃焼ガスが気筒内に導入されたとしても、燃焼ガスが導入される気筒と導入されない気筒とができるので、燃焼ガス導入の有無による暖機は期待できないか、燃焼ガスの導入があったとしても特定の気筒に限られる。気筒ごとに暖機に差があると、燃焼状態および作動部分でのフリクションの程度にも差がでる。
【0004】
このような理由から、気筒ごとに暖機に差がある状態で各気筒に燃焼用の燃料を噴射したとすると、内燃機関の始動性特に低温時における始動性が悪かったり、または内燃機関が出す排気ガスの浄化十分でなかったりするいわゆるエミッションの問題が生じる。
【0005】
また、内燃機関の排気系に排気浄化手段として触媒コンバータを備えることが考えられる。この触媒コンバータに使用する触媒が有効に機能するには、前記触媒が有効に機能するに適した温度にする必要がある。したがって、排気通路における部材温度が早く高まれば、それだけ早くに触媒が機能し、内燃機関の排気ガス浄化も良好にすることができる。
【0006】
本発明は、上記実情に鑑みて発明されたものであって、燃焼式ヒータの燃焼ガスを内燃機関の吸気系に導入することで暖機促進を図るようにした内燃機関において、始動性の向上と排気ガス浄化を良好にできる燃焼式ヒータを有する内燃機関を提供することを技術的課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため、本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関は、内燃機関の吸気系に燃焼ガスを導入し、これにより前記燃焼ガスを内燃機関の気筒内に導いて暖機促進を図る燃焼式ヒータを有する内燃機関であって、以下の構成とした。
(1)燃焼式ヒータの作動を前記内燃機関本体に付属の機関回転手段の作動時に行うとともに、前記機関回転手段によって前記内燃機関を所定数回転した後に、または前記機関回転手段による前記内燃機関の回転後この回転開始から所定時間経過した後に、初めて前記内燃機関の燃焼室での燃焼用燃料を噴射する燃料噴射手段を備えた。
【0008】
ここで、内燃機関としては多気筒の内燃機関が好適である。そして、内燃機関本体に付属の機関回転手段による内燃機関の回転とは、内燃機関の作動行程のうち爆発行程で得たピストンの往復運動によらずにクランクシャフトを回転し、これにより各気筒内をピストンが往復動するという意味である。したがって、このピストンの往復運動にともなって各気筒の吸気ポートと排気ポートとが交互に開閉する。
【0009】
そして、本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関では、機関回転手段の作動時に、すなわち内燃機関が自ら回転する前に、燃焼式ヒータが作動する。そして、このときに燃焼式ヒータから出る燃焼ガスは、機関回転手段によるクランクシャフトの回転によって気筒内におけるピストンが往復運動することに伴って、内燃機関が自ら回転する前から各気筒の中にその吸気ポートから入り、その後、各気筒の外にその排気ポートから内燃機関の排気系に向けて流れる。そして、燃焼ガスの持つ熱によって気筒内壁温度および排気系に流れた燃焼式ヒータの燃焼ガスのもつ熱によって排気通路における排気系部材の温度を高める。
【0010】
このように、内燃機関本体に付属の機関回転手段によってクランクシャフトを回転し、これに伴って燃焼式ヒータの燃焼ガスが内燃機関が自ら回転する前から各気筒に流れ込むので、内燃機関が自ら回転する前にすでに全ての気筒が均等に暖められた状態になる。よって、内燃機関が自ら回転する前にどの気筒も等しく気筒内壁温が高くなり燃焼が安定する。またフリクションが低下するため、寒冷時等、外気温が低くその結果機関冷却水が冷えているときでも内燃機関の始動性を高められる。
【0011】
そして、内燃機関の燃焼室への燃料供給を行う時期の最初は、機関回転手段によって内燃機関を所定数回転した後、または前記機関回転手段による前記内燃機関の回転後この回転開始から所定時間を経過した後であり、よって、すべての気筒が燃焼式ヒータの燃焼ガスで十分に暖まってから内燃機関の燃焼が開始する。この結果、排出ガスの浄化を良好にできる、すなわちエミッションの低減が可能である。
(2)前記(1)項において、機関回転手段は、スタータモータであることが好適である。
(3)前記(1)項または(2)項において、前記内燃機関の排気系には排気浄化手段としての触媒コンバータを有するようにしてもよい。
【0012】
本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関では、前記のように燃焼式ヒータの燃焼ガスが排気系に至ると、排気通路における構成部材の温度が高まり、その結果、触媒コンバータの触媒温度も高まる。よって、触媒がその機能を発揮し得るに十分な温度に達するまで機関回転手段が作動し、これにより気筒の全部が燃焼式ヒータの燃焼ガスの持つ熱によって十分に暖められるように、機関回転手段による内燃機関の回転数や回転継続時間を設定するようにすれば、内燃機関が自ら回転するときには、触媒はすでに十分に機能し得る状態になっている。したがって、排出ガスの浄化をさらに良好にできる。
(4)前記(1)項〜(3)項のいずれかにおいて、前記機関回転手段による前記内燃機関の所定回転数は、または機関回転手段による前記内燃機関の回転後この回転開始からの所定経過時間は、機関関連要素の温度が高い場合には少なく、低い場合には多く設定するとよい。ここで、機関関連要素とは、例えば機関冷却水が挙げられる。
【0013】
このようにすることで、寒冷時であればあるほど長い期間、燃焼式ヒータの燃焼ガスが各気筒に十分に行き渡るようになるため、内燃機関が自ら回転する前の各気筒の暖機をそれだけ十分なものにできる。よって機関回転手段を再度掛け直すようなことがなくなり始動性が向上する。また、寒くないときには、燃焼式ヒータの燃焼ガスが各気筒に行き渡る割合は少ないので、必要以上に機関回転手段を作動させないでもよい。したがって、エネルギーの無駄がない。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付した図面に基いて説明する。
〈装置の全体説明〉
内燃機関としてのエンジン1は水冷式であって、エンジン本体3と、エンジン本体3の図示しない複数の気筒内に燃焼に必要な空気を送り込む吸気装置5と、前記気筒内で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7と、エンジン1を搭載する車輌の室内を暖める車室用ヒータ9とを有する。
〈装置構成部材の説明〉
(エンジン本体3)
エンジン本体3は、その内部にクランクシャフトを備え、図示しない気筒内でのピストンの往復運動によってクランクシャフトを回転する。また、クランクシャフトは、内燃機関が自ら回転する前は、付属の機関回転手段としてのスタータモータによって回転する。
【0015】
また、前記気筒の燃焼室には、燃料噴射手段としての図示しないインジェクタによって燃焼用燃料を噴射する。そして、インジェクタから前記燃焼室への最初の燃料噴射は、スタータモータにてクランクシャフトを所定数回転した後に、またはスタータモータによるクランクシャフトの回転後この回転開始から所定時間経過した後に、行われる。換言すれば、スタータモータにてクランクシャフトを所定数回転するか、所定時間経過するまでは、インジェクタによる燃料噴射は為されない。なお、この実施の形態では、前者、すなわちスタータモータにてクランクシャフトを所定数回転した後に、初めて燃料噴射を行うものを示した。
【0016】
さらに、エンジン本体3の内部には、冷却水が循環する図示しない冷却水通路であるウォータジャケットを備え、このウォータジャケットを起点として、水管路W1,W2およびW3を介して、吸気装置5に属する燃焼式ヒータ17およびエンジン本体3外部の車室用ヒータ9の間で循環する冷却水循環通路10を形成する。また、前記ウォータジャケットには、そこを流れる機関冷却水の温度を検出するエンジン水温センサ40aを取り付けてある。この実施の形態では水管路W1とウォータジャケットとの接合部分に取付けたものとして示してある。
(吸気装置5)
吸気装置5は、気筒内に新鮮な空気を取り入れるエアクリーナ13を吸気装置5の始端とする。そして、このエアクリーナ13から吸気装置5の終端であるエンジン本体3の図示しない吸気ポートまでの間に、吸気系構造物であるターボチャージャ15のコンプレッサ15a,燃焼式ヒータ17,インタークーラ19およびインテークマニホールド21を備えている。
【0017】
これらの吸気系構造物は、複数の連結管を備える吸気管23に属する。
(吸気管23)
吸気管23は、コンプレッサ15aを境に、吸気装置5に入って来る外気をコンプレッサ15aによって強制的に押し込んで加圧状態とする下流側連結管27と、そうでない上流側連結管25とに大別できる。
(上流側連結管25)
上流側連結管25は、エアクリーナ13からコンプレッサ15aに向けてまっすぐ延びる棒状の本流管29と、本流管29に対してバイパス状に接続してある支流管としてのヒータ用枝管31とからなる。
(ヒータ用枝管31)
ヒータ用枝管31は、その途中に燃焼式ヒータ17を含んでいる。また、ヒータ用枝管31は、燃焼式ヒータ17の空気の流れ方向における上流側部位と本流管29とを結ぶとともに本流管29から燃焼式ヒータ17に新気すなわち空気を供給する空気供給路33と、燃焼式ヒータ17の空気の流れ方向における下流側部位と本流管29とを結びかつ燃焼式ヒータ17から出る燃焼(排気)ガスを本流管29に出す燃焼ガス排出路35とを有する。なお、ヒータ用枝管31に係る空気とは、エアクリーナ13を経由してヒータ用枝管31に入る新気a1のことだけを意味するのではなく、燃焼式ヒータから出る燃焼ガスa2も意味する。焼式ヒータの燃焼ガスは、スモークのほとんどない、換言すればカーボンを含まないガスである。よって、内燃機関の吸気として使用するに支障ない。
また、空気供給路33および燃焼ガス排出路35の本流管29とのそれぞれの接続箇所c1およびc2のうち、接続箇所c1は接続箇所c2よりも本流管29の上流側に位置する。よって、エアクリーナ13からの空気a1は、まず接続箇所c1でヒータ用枝管31に分岐する空気a1と分岐せずに本流管29を接続箇所c2に向かう空気a1’とに分かれる。また、接続箇所c2では、接続箇所c1で分岐して燃焼式ヒータ17の燃焼に供されて燃焼ガスとなった空気a2とc1で分岐しなかった新気a1’とが合流し、燃焼ガス混入空気a3になる。
【0018】
接続箇所c1で分岐した空気a1は、空気供給路33−燃焼式ヒータ17−燃焼ガス排出路35を経由して接続箇所c2から本流管29に空気a2となって戻る。この本流管29に戻る空気a2は、燃焼式ヒータ17の燃焼に供されて熱を持った燃焼ガスであるから、このガスが本流管29に戻されて前記分岐しなかった空気a1’と接続箇所c2で合流して燃焼ガス混入空気a3になると、その結果、この燃焼ガス混入空気a3がエンジン本体3に入る高温の吸気となる。
【0019】
また、図1において、下流側連結管27は、コンプレッサ15aとインテークマニホールド21とを結ぶ管であり、図1で示すものはL字形をしている。また、インテークマニホールド21寄りの箇所にはインタークーラ19を配置してある。
(排気装置7)
一方、排気装置7は、エンジン本体3の図示しない排気ポートを排気装置7の始端とし、そこから排気装置7の終端のマフラ41までの間に、エキゾーストマニホールド37,ターボチャージャ15のタービン15bおよび排気触媒を有する触媒コンバータ39を排気管42上に備えている。また、排気装置7を流れる空気はエンジン1の排気ガスとして符号a4で示す。
(燃焼式ヒータ17)
図2を用いて焼式ヒータ17の構造を示す。
【0020】
燃焼式ヒータ17は、エンジン本体3の前記ウォータジャケットと水管路W1を介してつながっており、燃焼式ヒータ17は、その内部に前記ウォータジャケットからの冷却水を通す冷却水通路17aを有する。
【0021】
この冷却水通路17aを流れる冷却水(図2に破線矢印で示す。)は、燃焼式ヒータ17の内部に形成した燃焼部である燃焼室17dの周りを巡るようにして通過し、その間に燃焼室17dからの熱を受けて暖まる。これについては、以下、順次述べる。
【0022】
燃焼室17dは、火炎を出す燃焼源としての燃焼筒17bと、燃焼筒17b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17cとからなる。燃焼筒17bを隔壁17cで覆うことで、燃焼室17dが隔壁17c内に画される。そして、この隔壁17cも燃焼式ヒータ17の燃焼室本体43の外壁43aで覆ってあり、両者間には間隔を空けてある。この間隔を空けることによって、外壁43aの内面と隔壁17cの外面との間に前記冷却水通路17aができる。
【0023】
また、燃焼室17dは、前記空気供給路33および燃焼ガス排出路35とそれぞれ直接つながる空気供給口17d1および排気排出口17d2を有している。
【0024】
空気供給路33から流れて来た空気a1は、空気供給口17d1から燃焼室17dに入るとその中を伝って排気排出口17d2に至り、その後、燃焼ガス排出路35を経由して、既述のように本流管29に空気a2として流れ入る。よって、燃焼室17dは、燃焼式ヒータ17内において空気a2に燃焼によって変化する空気a1を通す空気通路の形態になっている。
【0025】
そして、燃焼式ヒータ17が燃焼した後、燃焼ガス排出路35を経由して本流管29に戻る空気a2は、燃焼式ヒータ17から出る排気ガスのことであり、よって熱を持つ。この熱を持った空気a2が燃焼式ヒータ17から出るまでの間において、この空気a2の持つ熱が、隔壁17cを通して前記冷却水通路17aを流れる冷却水に伝わり、既述のように冷却水を暖める。したがって、燃焼室17dは熱交換通路でもある。
【0026】
なお、燃焼筒17bは、図示しない燃料ポンプとつながっている燃料供給管17eを備え、そこから前記燃料ポンプのポンプ圧を受けて燃焼用燃料を燃焼筒17bに供給する。この供給した燃焼用燃料は、燃焼式ヒータ17内で気化して気化燃料になり、この気化燃料は、図示しない着火源によって火が着く。
【0027】
このような燃焼式ヒータ17は、その作動を少なくとも前記スタータモータの作動時、すなわちスタータモータによってエンジン1がかかる前から行うようになっている。よって、排気装置7を流れる空気a4は、スタータモータによってエンジン1がかかる前と後とでは、その中味が異なり、前者のエンジン1がかかる前にあっては、少なくとも燃焼式ヒータ17の燃焼ガス(正確には、エンジン1がかかる前に気筒の暖機に供してエンジン本体3に入る前よりも温度が下がった状態の空気a3)のみを意味し、後者のエンジン1がかかった後にあっては、エンジン1の燃焼によって生じる排気ガスを意味する。
(冷却水循環)
次に、冷却水の循環について説明する。
【0028】
冷却水通路17aは、エンジン本体3の前記ウォータジャケットとつながる冷却水導入口17a1と、車室用ヒータ9とつながる冷却水排出口17a2とを有する。
【0029】
冷却水導入口17a1は、エンジン本体3のウォータジャケットと、水管路W1を介してつながっており、冷却水排出口17a2は、水管路W2を介して車室用ヒータ9とつながっている。これらの水管路W1およびW2を介して、燃焼式ヒータ17はエンジン本体3の前記ウォータジャケットおよび車室用ヒータ9とつながっている。また、車室用ヒータ9とエンジン本体3も水管路W3を介してつながっている。
【0030】
このように水管路W1,W2およびW3を用いてエンジン本体3,燃焼式ヒータ17,車室用ヒータ9を接続することで、エンジン本体3のウォータジャケットにある冷却水が、ウォータジャケットを起点として、次の▲1▼から▲3▼の順次で流れ、再びウォータジャケットに戻りこれを繰り返す、前記冷却水循環通路10を形成する。
【0031】
冷却水の循環を詳しく述べれば、
▲1▼冷却水は、ウォータジャケットから水管路W1を介して冷却水導入口17a1から燃焼式ヒータ17に至り、そこで暖められる。
【0032】
▲2▼で暖められた冷却水は、燃焼式ヒータ17の冷却水排出口17a2から水管路W2を介して車室用ヒータ9に至る。
【0033】
▲3▼そして、冷却水は、これが車室用ヒータ9で熱交換されて温度が下がった後、あるいは車室用ヒータ9の作動が停止している場合には熱交換されずに素通りした後、水管路W3を介してウォータジャケットに戻る。
(燃焼室本体43の他の構成部材)
また、燃焼室本体43には、送風ファン45、およびエンジン全体の作動制御を行うエンジン電子制御装置(ECU)46から分離され燃焼式ヒータ17の作動制御を専ら行う中央処理制御装置(CPU)47を有する。なお、ECU46の図示しないCPUによって燃焼式ヒータ17を制御するようにすれば、燃焼式ヒータ17のCPU47はなくてもよい。
(ECU46およびこれと電気的に接続されている関連部材)
ECU46は、エンジン水温センサ40a以外に図示しない燃焼ガス温度センサ,回転数センサ等の各種センサと、ならびに送風ファン45および図示しない燃料ポンプとCPU47を介して電気的につながっている。
【0034】
また、ECU46に含まれる図示しないランダムアクセスメモリRAMには、スタータモータによりエンジン1をかける前に、エンジン水温センサ40aが検出した検出値に基づいてクランクシャフトをどれだけ回転するか、すなわちスタータモータによるクランクシャフトの所定回転数をどれだけにするかを決めるための、図3に示すようなマップMを入れてある。マップMは、その縦軸がクランクシャフトの所定回転数を示し、横軸がエンジン水温を示す。このマップMからエンジン水温が決まれば所定回転数を決定することができ、エンジン水温が高い場合にはスタータモータによるクランクシャフトの所定回転数を少なくし、低い場合には多くするようになっていることがわかる。また、エンジン水温から求めたクランクシャフトの所定回転数は、クランクシャフトがこの所定数回転している間に空気a4によって触媒がその機能を発揮し得るに十分な温度に達することを満足できる数であることを意味する。マップMについては、作動制御ルーチンの項でも述べる。
【0035】
そして、各種センサの各パラメータに応じて燃焼式ヒータ17のCPU47が作動し、これによって燃焼式ヒータ17の燃焼状態を制御する。換言すれば、CPU47によって、燃焼式ヒータ17の火炎の勢いや大きさ,温度等を制御し、この制御によって燃焼式ヒータ17の排気(燃焼ガス)の温度を制御する。
【0036】
なお、エンジン水温センサ40a等の各種センサのパラメータは、ECU46の図示しない読み出し専用メモリROMに一時的に記憶しておき、必要に応じて呼び出される。
(燃料噴射制御ルーチン)
次に図4のフローチャートでインジェクタによる燃料噴射制御ルーチンを説明する。
【0037】
このルーチンは、エンジン1を駆動する図示しない通常のフローチャートの最初の部分であり、以下に述べるステップ101〜ステップ107からなる。また、以下の手順における動作はすべてECU46によるものである。そして、記号Sを用い、例えばステップ101であればS101と省略して示す。
【0038】
S101ではエンジン始動制御開始条件が成立しているかどうかを判定する。エンジン始動制御開始条件とは、スタータON信号がイグニッションスイッチを入れることで出ることをいう。S101で肯定判定した場合は次のS102に進み、反対に否定判定した場合は、このルーチンを終了する。
【0039】
S102では、エンジン水温センサ40aによる検出値から機関冷却水温度を読み込み、図3のマップMからスタータモータによるクランクシャフトの所定回転数を求める。この所定回転数は、読み出し専用メモリROMに一時的に記憶する。
【0040】
S103では燃焼式ヒータ17がOFF状態にあるかどうかを判定する。肯定判定すれば次のS104に進み、否定判定すればS106に進む。
【0041】
S104ではスタータモータが駆動しているかどうかを判定する。肯定判定すれば次のS105に進み、否定判定すればS106に進む。
【0042】
S105では、燃焼式ヒータ17を作動する。
【0043】
S106では、スタータモータによるクランクシャフトの回転が前記ROMに記憶しておいた所定回転数に達したかどうかを判定し、肯定判定した場合は次のS107に進み、否定判定した場合にはこのルーチンを終了する。
【0044】
S107では、インジェクタによる気筒内への燃料噴射を行う。
〈実施の形態の作用効果〉
次に、実施の形態に係るエンジン1の作用効果について説明する。
【0045】
エンジン1では、スタータモータの作動時に、すなわちエンジン1が自ら回転する前に、燃焼式ヒータ17が作動する。よって、このときに燃焼式ヒータ17から出る燃焼ガス、すなわち空気a2(実際は、空気a1’と接続箇所c2で合流した燃焼ガス混入空気a3)は、スタータモータによるクランクシャフトの回転によって気筒内におけるピストンが往復運動することに伴って、エンジン1が自ら回転する前から各気筒にその吸気ポートから入り、その後、各気筒の排気ポートからエンジン1の排気系に空気a4として流れる。そして、この排気系に流れた空気a4のもつ熱によって排気通路における部材温度を高める。
【0046】
このように、エンジン本体3に付属しているスタータモータによってクランクシャフトを回転し、これに伴って燃焼式ヒータ17の燃焼ガス(空気a3)がエンジン1が自ら回転する前から各気筒に流れ込むので、エンジン1が自ら回転する前にすでに全ての気筒が均等に暖められるようになる。よって、エンジン1が自ら回転する前にどの気筒も等しく壁温が上昇し、またフリクションも低下するため、寒冷時等、外気温が低くその結果機関冷却水が冷えているときでもエンジン1の始動性を高めることができる。
【0047】
そして、エンジン1の燃焼室への燃料供給を行う時期の最初は、スタータモータによってクランクシャフトを所定数回転した後であるから、すべての気筒が空気a3のもつ熱によって十分に暖まってからエンジン1の燃焼は開始する。この結果、未燃ガスを極めて少なくできるので、内燃機関の排気ガスである空気a4の浄化を良好にできる。
【0048】
また、エンジン1がかかる前、燃焼式ヒータ17の燃焼ガス(空気a4)が排気系に至ると、排気通路における部材温度が高まり、その結果、触媒コンバータ39の触媒温度も高まる。そして、エンジン水温から求めたクランクシャフトの回転数は、空気a4によって触媒コンバータ39の触媒がその機能を発揮するに十分な温度に達することを満足するに足る数であるから、エンジン1が自ら回転するときには、触媒はすでに十分に機能し得る状態になっている。したがって、排出ガスの浄化をさらに良好にできる。
【0049】
さらに、スタータモータによるエンジン1の所定の回転数はエンジン水温が高い場合には少なく設定し、低い場合には多く設定できるので、寒冷時であればあるほど長い期間、燃焼式ヒータ17の燃焼ガスが各気筒に十分に行き渡るようになる。よって、エンジン1が自ら回転する前の各気筒の暖機をそれだけ十分なものにできる。したがって、スタータモータを再度掛け直すようなことがないので、始動性が向上する。また、寒くないときには、それに応じてスタータモータによるエンジン1の所定回転数が減り、その結果、燃焼式ヒータ17の燃焼ガスが各気筒に行き渡る割合が少なくなるので、必要以上にスタータモータを作動させないでもよい。このため、エネルギーの無駄がない。
【0050】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、燃焼式ヒータの燃焼ガスを内燃機関の吸気系に導入することで暖機促進を図るようにした内燃機関において、その始動性の向上と排気ガス浄化を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の概略構成図
【図2】燃焼式ヒータの概略断面図
【図3】スタータモータによるクランクシャフトの所定回転数をエンジン水温か
ら求めるためのマップ
【図4】インジェクタによる燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
1…エンジン(内燃機関)
3…エンジン本体(内燃機関本体)
5…吸気装置
7…排気装置
9…車室用ヒータ
10…冷却水循環通路
13…エアクリーナ
15…ターボチャージャ
15a…コンプレッサ
15b…ターボチャージャのタービン
17…燃焼式ヒータ
17a…燃焼式ヒータの冷却水通路
17a1…冷却水導入口
17a2…冷却水排出口
17b…燃焼筒
17c…円筒状隔壁
17d…燃焼室
17d1…空気供給口
17d2…排気排出口
17e…燃料供給管
19…インタークーラ
21…インテークマニホールド
23…吸気管
25…上流側連結管
27…下流側連結管
29…本流管(吸気系)
31…ヒータ用枝管
33…空気供給路
35…燃焼ガス排出路
37…エキゾーストマニホールド
39…触媒コンバータ
40a…エンジン水温センサ
41…マフラ
42…排気管
43…燃焼室本体
43a…外壁
45…送風ファン
46…ECU
47…CPU
c1…空気供給路33と本流管29との接続箇所
c2…燃焼ガス排出路35と本流管29との接続箇所
M…マップ
RAM…ランダムアクセスメモリ
ROM…読み出し専用メモリ
W1…水管路
W2…水管路
W3…水管路
a1…エアクリーナ13から本流管29に入って来る外気(新気)
a1’…接続箇所c1で分岐せず本流管29を接続箇所c2に向かう空気
a2…燃焼式ヒータ17の燃焼に供されて燃焼ガスとなった空気
a3…燃焼ガス混入空気
a4…エンジン1の排気ガス、またはエンジン1がかかる前に気筒の暖機に供してエンジン本体3に入る前よりも温度が下がった状態の空気a3[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an internal combustion engine having a combustion-type heater, and more particularly, to an internal combustion engine having a combustion-type heater that introduces combustion gas into an intake system of the internal combustion engine to promote warm-up of the internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
It is necessary for the internal combustion engine to improve startability in cold weather and promote warm-up. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-75069 discloses a technique using a vaporizing combustion heater attached to an intake passage of a multi-cylinder internal combustion engine. According to this technique, before starting the internal combustion engine, that is, before starting the rotation of the crankshaft by the reciprocating motion of the piston obtained during the explosion stroke during the operation stroke of the internal combustion engine, the combustion type heater is started prior to the start. The engine cooling water is heated by the heat of the combustion gas emitted at that time. On the other hand, after the internal combustion engine is started, it is provided in the intake passage and is closed before the internal combustion engine is started, but is opened after the internal combustion engine is started. , Thereby warming the cylinders. In the operation stroke of the internal combustion engine, the rotation of the crankshaft by the reciprocating motion of the piston obtained in the explosion stroke is hereinafter referred to as "the internal combustion engine rotates by itself" or "the engine starts" unless otherwise specified. This is distinguished from rotation of the internal combustion engine when the crankshaft is rotated by engine rotation means attached to the internal combustion engine body.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the case of a multi-cylinder internal combustion engine, even if combustion gas is supplied to each cylinder before the start of the internal combustion engine, the intake ports of all cylinders are not open at that time, When the overlap between the intake valve and the exhaust valve is small, the exhaust gas passage does not communicate with the inside of the cylinder, so that the combustion gas does not flow into the cylinder. Therefore, almost no combustion gas is introduced into the cylinder. Even if the combustion gas is introduced into the cylinder, there is a cylinder where the combustion gas is introduced and a cylinder where the combustion gas is not introduced. Is also limited to a specific cylinder. If there is a difference in warm-up for each cylinder, a difference will also occur in the combustion state and the degree of friction in the operating part.
[0004]
For this reason, if fuel for combustion is injected into each cylinder in a state where there is a difference in warm-up for each cylinder, the startability of the internal combustion engine, especially at low temperatures, is poor, or the internal combustion engine emits There is a problem of so-called emission in which exhaust gas purification is not sufficient.
[0005]
It is also conceivable to provide a catalytic converter as an exhaust gas purifying means in an exhaust system of an internal combustion engine. In order for the catalyst used in this catalytic converter to function effectively, it is necessary to make the temperature suitable for the catalyst to function effectively. Therefore, the sooner the member temperature in the exhaust passage increases, the sooner the catalyst functions, and the better the purification of the exhaust gas of the internal combustion engine.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an improved startability in an internal combustion engine that promotes warm-up by introducing combustion gas from a combustion heater into an intake system of the internal combustion engine. It is an object of the present invention to provide an internal combustion engine having a combustion-type heater capable of improving exhaust gas purification.
[0007]
In order to solve the above-mentioned problems, an internal combustion engine having a combustion type heater according to the present invention introduces combustion gas into an intake system of the internal combustion engine, whereby the combustion gas is transferred to a cylinder of the internal combustion engine. An internal combustion engine having a combustion-type heater for promoting warm-up by guiding the inside of the internal combustion engine, and has the following configuration.
(1) The operation of the combustion type heater is performed when the engine rotation means attached to the internal combustion engine body is operated, and after the internal combustion engine is rotated a predetermined number of times by the engine rotation means, or the internal combustion engine is rotated by the engine rotation means. After a predetermined time has elapsed from the start of rotation after the rotation, the combustion chamber of the internal combustion engine is notFuel injection means for injecting the fuel for combustion in the fuel cell.
[0008]
Here, a multi-cylinder internal combustion engine is preferable as the internal combustion engine. The rotation of the internal combustion engine by the engine rotation means attached to the internal combustion engine main body means that the crankshaft rotates without depending on the reciprocating motion of the piston obtained during the explosion stroke during the operation stroke of the internal combustion engine, and thereby, in each cylinder, Means that the piston reciprocates. Therefore, with the reciprocating motion of the piston, the intake port and the exhaust port of each cylinder open and close alternately.
[0009]
In the internal combustion engine having the combustion type heater according to the present invention, the combustion type heater operates when the engine rotating means is operated, that is, before the internal combustion engine rotates by itself. At this time, the combustion gas emitted from the combustion type heater is stored in each cylinder before the internal combustion engine itself rotates, with the reciprocation of the piston in the cylinder due to the rotation of the crankshaft by the engine rotating means. It enters through an intake port and then flows out of each cylinder from its exhaust port toward the exhaust system of the internal combustion engine. The heat of the combustion gas increases the temperature of the inner wall of the cylinder and the temperature of the exhaust system members in the exhaust passage by the heat of the combustion gas of the combustion heater flowing into the exhaust system.
[0010]
As described above, the crankshaft is rotated by the engine rotating means attached to the internal combustion engine body, and the combustion gas of the combustion heater flows into each cylinder before the internal combustion engine itself rotates, thereby causing the internal combustion engine to rotate by itself. Before all the cylinders are already warmed up evenly. Therefore, before the internal combustion engine rotates by itself, the cylinder inner wall temperature becomes equally high in all cylinders, and the combustion is stabilized. Further, since the friction is reduced, the startability of the internal combustion engine can be improved even when the outside air temperature is low, such as in cold weather, so that the engine cooling water is cold.
[0011]
At the beginning of the timing of supplying fuel to the combustion chamber of the internal combustion engine, a predetermined time after the start of rotation after the internal combustion engine is rotated by a predetermined number of times by the engine rotation means or after the rotation of the internal combustion engine by the engine rotation means. After the lapse of time, the combustion of the internal combustion engine starts after all the cylinders have been sufficiently heated by the combustion gas of the combustion heater. As a result, purification of exhaust gas can be improved, that is, emission can be reduced.
(2) In the above item (1), it is preferable that the engine rotating means is a starter motor.
(3) In the above item (1) or (2), the exhaust system of the internal combustion engine may have a catalytic converter as exhaust gas purifying means.
[0012]
In the internal combustion engine having the combustion heater of the present invention, when the combustion gas of the combustion heater reaches the exhaust system as described above, the temperature of the components in the exhaust passage increases, and as a result, the catalyst temperature of the catalytic converter also increases. Therefore, the engine rotating means operates until the catalyst reaches a temperature sufficient to perform its function, and thereby the engine rotating means is operated so that all the cylinders are sufficiently warmed by the heat of the combustion gas of the combustion heater. By setting the rotation speed and the rotation continuation time of the internal combustion engine, the catalyst is already in a state where it can function sufficiently when the internal combustion engine rotates by itself. Therefore, purification of exhaust gas can be further improved.
(4) In any one of the above items (1) to (3), the predetermined rotation speed of the internal combustion engine by the engine rotation means or a predetermined lapse from the start of rotation of the internal combustion engine after the rotation of the internal combustion engine by the engine rotation means The time may be set to be short when the temperature of the engine-related element is high, and to be long when the temperature is low. Here, the engine-related element includes, for example, engine cooling water.
[0013]
By doing so, the combustion gas of the combustion type heater is sufficiently distributed to each cylinder for a longer period of time in cold weather, so that the warm-up of each cylinder before the internal combustion engine rotates by itself becomes longer. Can be enough. Therefore, it is not necessary to restart the engine rotation means, and the startability is improved. Further, when the temperature is not cold, the ratio of the combustion gas of the combustion heater to each cylinder is small, so that the engine rotating means may not be operated more than necessary. Therefore, there is no waste of energy.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<Overall description of device>
The engine 1 as an internal combustion engine is of a water-cooled type, and has an engine
<Explanation of device components>
(Engine 3)
The
[0015]
Further, fuel for combustion is injected into a combustion chamber of the cylinder by an injector (not shown) as a fuel injection means. The first fuel injection from the injector into the combustion chamber is performed after a predetermined number of rotations of the crankshaft by the starter motor or after a predetermined time has elapsed from the start of the rotation of the crankshaft by the starter motor. In other words, fuel is not injected by the injector until the starter motor rotates the crankshaft a predetermined number of times or a predetermined time has elapsed. In this embodiment, the former, that is, the fuel injection is performed for the first time after the crankshaft is rotated a predetermined number of times by the starter motor.
[0016]
Further, a water jacket, which is a cooling water passage (not shown), through which cooling water circulates, is provided inside the
(Suction device 5)
The intake device 5 has an
[0017]
These intake system structures belong to an
(Intake pipe 23)
The
(Upstream connecting pipe 25)
The
(Branch 31 for heater)
The heater branch pipe 31 includes the
Further, of the connection points c1 and c2 of the
[0018]
The air a1 branched at the connection point c1 returns to the
[0019]
In FIG. 1, the downstream connecting
(Exhaust device 7)
On the other hand, the
(Combustion heater 17)
The structure of the
[0020]
The
[0021]
The cooling water flowing in the cooling
[0022]
The
[0023]
The
[0024]
The air a1 flowing from the
[0025]
After the
[0026]
The
[0027]
Such a
(Cooling water circulation)
Next, circulation of cooling water will be described.
[0028]
The cooling
[0029]
The cooling water inlet 17a1 is connected to the water jacket of the
[0030]
By connecting the
[0031]
If you elaborate the circulation of cooling water,
{Circle around (1)} The cooling water flows from the cooling water inlet 17a1 to the
[0032]
The cooling water warmed in (2) reaches the vehicle interior heater 9 from the cooling water discharge port 17a2 of the
[0033]
{Circle around (3)} After the cooling water is subjected to heat exchange by the vehicle interior heater 9 and its temperature is lowered, or if the operation of the vehicle interior heater 9 is stopped, the cooling water passes without heat exchange. , And returns to the water jacket via the water pipe W3.
(Other components of the combustion chamber main body 43)
The
(
The
[0034]
Further, before starting the engine 1 by the starter motor, the random access memory RAM (not shown) included in the
[0035]
Then, the
[0036]
The parameters of various sensors such as the engine water temperature sensor 40a are temporarily stored in a read-only memory ROM (not shown) of the
(Fuel injection control routine)
Next, a fuel injection control routine by the injector will be described with reference to a flowchart of FIG.
[0037]
This routine is the first part of a normal flowchart (not shown) for driving the engine 1 and includes steps 101 to 107 described below. All operations in the following procedure are performed by the
[0038]
In S101, it is determined whether an engine start control start condition is satisfied. The engine start control start condition means that the starter ON signal is output when the ignition switch is turned on. When the determination is affirmative in S101, the process proceeds to the next S102, and when the determination is negative, the routine ends.
[0039]
In S102, the engine coolant temperature is read from the value detected by the engine coolant temperature sensor 40a, and a predetermined number of rotations of the crankshaft by the starter motor is obtained from the map M in FIG. This predetermined number of revolutions is temporarily stored in the read-only memory ROM.
[0040]
In S103, it is determined whether or not the
[0041]
In S104, it is determined whether the starter motor is driving. If an affirmative determination is made, the process proceeds to the next S105, and if a negative determination is made, the process proceeds to S106.
[0042]
In S105, the
[0043]
In S106, it is determined whether or not the rotation of the crankshaft by the starter motor has reached the predetermined number of revolutions stored in the ROM. If the determination is affirmative, the process proceeds to the next step S107; To end.
[0044]
In S107, fuel is injected into the cylinder by the injector.
<Effects of Embodiment>
Next, the operation and effect of the engine 1 according to the embodiment will be described.
[0045]
In the engine 1, the
[0046]
As described above, the crankshaft is rotated by the starter motor attached to the
[0047]
Since the start of the fuel supply to the combustion chamber of the engine 1 is performed after the crankshaft is rotated a predetermined number of times by the starter motor, all the cylinders are sufficiently warmed by the heat of the air a3 before the engine 1 is started. Starts burning. As a result, the amount of unburned gas can be extremely reduced, so that the purification of the air a4, which is the exhaust gas of the internal combustion engine, can be improved.
[0048]
When the combustion gas (air a4) of the
[0049]
Further, the predetermined number of revolutions of the engine 1 by the starter motor can be set low when the engine water temperature is high, and can be set high when the engine water temperature is low. Will be fully distributed to each cylinder. Therefore, it is possible to sufficiently warm up each cylinder before the engine 1 itself rotates. Therefore, since the starter motor is not restarted, the startability is improved. When the temperature is not cold, the predetermined number of revolutions of the engine 1 by the starter motor is correspondingly reduced, and as a result, the ratio of the combustion gas of the
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in an internal combustion engine designed to promote warm-up by introducing combustion gas from a combustion heater into an intake system of the internal combustion engine, it is possible to improve the startability and purify exhaust gas. Can be good.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine having a combustion heater according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view of a combustion type heater.
FIG. 3 shows that a predetermined rotation speed of a crankshaft by a starter motor is set to the engine water temperature.
Map to ask for
FIG. 4 is a flowchart showing a fuel injection control routine by an injector.
[Explanation of symbols]
1. Engine (internal combustion engine)
3. Engine body (internal combustion engine body)
5. Intake device
7 Exhaust device
9 ... Heater for vehicle compartment
10. Cooling water circulation passage
13 ... Air cleaner
15 ... Turbocharger
15a ... Compressor
15b: Turbocharger turbine
17. Combustion heater
17a: Cooling water passage of combustion type heater
17a1 ... Cooling water inlet
17a2: Cooling water outlet
17b ... combustion cylinder
17c ... cylindrical partition
17d: Combustion chamber
17d1… Air supply port
17d2… Exhaust outlet
17e ... fuel supply pipe
19. Intercooler
21 ... intake manifold
23 ... intake pipe
25 ... upstream connecting pipe
27… Downstream connecting pipe
29… Main pipe (intake system)
31 ... Branch for heater
33 ... Air supply path
35 ... Combustion gas discharge path
37 ... Exhaust manifold
39 ... catalytic converter
40a ... engine water temperature sensor
41 ... Muffler
42 ... exhaust pipe
43… Combustion chamber body
43a ... outer wall
45… Blower fan
46 ... ECU
47 ... CPU
c1: Connection point between the
c2: connection point between the combustion
M… Map
RAM: random access memory
ROM: Read-only memory
W1 ... Water pipeline
W2: Water pipeline
W3: Water pipeline
a1 ... Outside air (fresh air) entering the
a1 '... air flowing toward the connection point c2 without branching at the connection point c1
a2: Air that has been used as combustion gas by combustion of the
a3 ... Air mixed with combustion gas
a4: Exhaust gas of the engine 1 or air a3 in a state where the temperature is lower than before entering the
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11338098A JP3539201B2 (en) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | Internal combustion engine having a combustion heater |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11338098A JP3539201B2 (en) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | Internal combustion engine having a combustion heater |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH11303698A JPH11303698A (en) | 1999-11-02 |
JP3539201B2 true JP3539201B2 (en) | 2004-07-07 |
Family
ID=14610837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11338098A Expired - Fee Related JP3539201B2 (en) | 1998-04-23 | 1998-04-23 | Internal combustion engine having a combustion heater |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3539201B2 (en) |
-
1998
- 1998-04-23 JP JP11338098A patent/JP3539201B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11303698A (en) | 1999-11-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3577961B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP3658970B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP3630060B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP4269407B2 (en) | Internal combustion engine with combustion heater | |
WO2002006646A1 (en) | Internal combustion engine with combustion heater | |
JP3539201B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JPH11303696A (en) | Output control device for combustion type heater | |
JP3695187B2 (en) | Combustion heater for internal combustion engine | |
JP3539255B2 (en) | Internal combustion engine with supercharger | |
JP3528590B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP3551228B2 (en) | Output control device for combustion type heater | |
JP3539260B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP3562309B2 (en) | Output control device for combustion type heater | |
JP3494016B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP3565089B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP3528603B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP3674359B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP3551779B2 (en) | Internal combustion engine having lean NOx catalyst | |
JP2002081352A (en) | Vehicle with combustion heater | |
JP3577952B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP3539262B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP3528593B2 (en) | Internal combustion engine having a combustion heater | |
JP2002070663A (en) | Internal combustion engine having combustion heater | |
JP2001132560A (en) | Intake heating system | |
JP3539218B2 (en) | Operation control device for combustion type heater |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040302 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040315 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090402 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100402 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100402 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110402 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120402 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130402 Year of fee payment: 9 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140402 Year of fee payment: 10 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |