JP3562309B2

JP3562309B2 - Output control device for combustion type heater

Info

Publication number: JP3562309B2
Application number: JP11736198A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　　誠
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2018-04-27
Also published as: JPH11311154A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼式ヒータの出力制御装置に関し、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の出力を制御する燃焼式ヒータの出力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
寒冷時には、内燃機関の暖機促進が必要である。
【０００３】
そこで、例えば特開昭６２−７５０６９号公報は、内燃機関本体とは別に燃焼式ヒータを設け、この燃焼式ヒータの出す燃焼ガスを吸気系に導入し、その燃焼熱の利用によって暖機促進を図るようにした技術を示している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の温度が比較的高い場合に燃焼式ヒータが作動して吸気系を通じて内燃機関の気筒内に燃焼式ヒータの高熱な燃焼ガスが入ると気筒内の空気密度が下がる。このため、空気密度の変化に拘わらず気筒内に供給する燃焼用燃料の量が同じであれば、空燃比がリッチになって内燃機関の燃焼時にスモークを発生する。したがって、スモークの発生防止の観点からすれば、内燃機関の温度が高い場合には燃焼式ヒータの出力を大きくすることは好ましくない。よって、低温時での使用が内燃機関の暖機を十分にする上で効果的な燃焼式ヒータにあっては、これを外気温が常温程度のあまり低くない温度で作動したとすると、内燃機関の温度が高くなり過ぎてしまい、前記のようにスモークの発生原因となってしまう。また、燃焼式ヒータから出る燃焼ガスの温度が高過ぎると、この燃焼ガスが吸気系に入ったときに吸気系構造物が熱害を被る虞れがある。
【０００５】
本発明は、上記実情に鑑みて発明されたものであって、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に用いる燃焼式ヒータの出力制御装置において、内燃機関の温度が高くても内燃機関の燃焼にあたってスモークの発生を抑えられかつ吸気系構造物への熱害の心配のない燃焼式ヒータの出力制御装置を提供することを技術的課題とする。
【０００６】
【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の出力制御装置は、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前記内燃機関の気筒内に導いて前記内燃機関の暖機促進を図る燃焼式ヒータを有する内燃機関に用いる燃焼式ヒータの出力制御装置において、前記燃焼式ヒータの出力を前記内燃機関の温度に基づいて制御するようにした。
【０００７】
ここで、「燃焼式ヒータの出力を内燃機関の温度に基づいて制御する」とは、燃焼式ヒータの出力をどれだけにするかということを内燃機関の温度から決めるということである。また、「内燃機関の温度」とは、内燃機関それ自体の温度ということであり、よって内燃機関を構成する機関構成要素の温度であることが望ましい。機関構成要素としては、例えば機関冷却水の温度を挙げることができる。
【０００８】
また、その他に、機関構成要素としては、内燃機関本体を構成する壁の温度でもよい。
【０００９】
燃焼式ヒータの出力制御のしかたとしては、内燃機関の温度が低いときは燃焼式ヒータの出力が大きくなるようにこれを制御することが好ましい。但し、燃焼式ヒータの出力が低下し過ぎて内燃機関の暖機が不十分にならないような制御が望ましい。
【００１０】
本発明の燃焼式ヒータの出力制御装置では、燃焼式ヒータの出力を前記内燃機関の温度に基づいて制御する。したがって、スモークの発生を抑え、かつ吸気系構造物への熱害の心配もないという意味で内燃機関の温度を最適にできる燃焼熱を有する燃焼ガスが燃焼式ヒータから出るように、内燃機関の温度と燃焼式ヒータの出力値との相対関係を、いわゆるマップや演算式等から求められるようにしておけば、スモークの発生を抑制しかつ吸気系構造物への熱害防止を図れる最適な温度に常に内燃機関をおくことができる。
【００１１】
【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。
【００１２】
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。
【００１３】
さらに、エンジン本体３の内部には、エンジン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。また、機関冷却水は、エンジン１の構成要素であるから機関冷却水の温度が、エンジン本体３の温度（内燃機関の温度）ということもできる。
（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。
【００１４】
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、その全体がＵ字形をしており、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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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エンジン冷却水を通す冷却水通路１７ａを有する。
【００１９】
この冷却水通路１７ａを流れるエンジン冷却水（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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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を流れるエンジン冷却水に伝わり、既述のようにエンジン冷却水を暖める。したがって、燃焼室１７ｄは熱交換通路でもある。
【００２４】
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。
（エンジン冷却水循環）
次に、エンジン冷却水の循環について説明する。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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エンジン冷却水が、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。
【００２８】
エンジン冷却水の循環を詳しく述べれば、
▲１▼エンジン冷却水は、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。
【００２９】
▲２▼で暖められたエンジン冷却水は、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。
【００３０】
▲３▼そして、エンジン冷却水は、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。
【００３１】
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、エンジン水温センサ４０ａが検出した検出値に基づいて燃焼式ヒータ１７の出力値をどれだけにするかを決めるための図３に示すマップＭや図４に示すフローチャートを記憶してある。図４については後で述べる。
マップＭは、その横軸がエンジン水温センサ４０ａによって求めたウォータジャケット内の冷却水の温度（以下「エンジン水温」という。）を示し、縦軸はエンジン水温に基づいて定まる燃焼式ヒータ１７の出力値を示す。エンジン水温が決まれば、マップＭから燃焼式ヒータ１７の出力値を特定できる。例えば横軸上のエンジン水温ｔが求まれば、この温度ｔから燃焼式ヒータ１７の出力値はｐとなる（図３の矢印ａ参照）。そして、この出力値ｐに基づいて、燃焼式ヒータ１７が作動する。
【００３２】
このようなマップＭからは、概して、エンジン水温が高い場合は燃焼式ヒータ１７の出力値は小さく、エンジン水温が低い場合は燃焼式ヒータ１７の出力値は大きいことがわかる。
【００３３】
そして、エンジン水温に基づいてマップＭから求めた燃焼式ヒータ１７の出力値は、この出力値で燃焼式ヒータ１７を作動すると、燃焼式ヒータ１７から出る燃焼ガスの持つ熱の影響によってエンジン１にスモークが発生することもなく、また燃焼ガスが燃焼ガス排出路３５を通じて吸気系の本流管２９に入っても、その燃焼ガスの持つ熱によって吸気系構造物に熱害を及ぼさないようにできる最適かつ十分な値である。マップＭについては、作動制御ルーチンの項でも述べる。また、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。
【００３４】
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やエンジン水温に基づいて定まる燃焼式ヒータ１７の出力値は、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、必要に応じてこれを呼び出す。
（燃焼式ヒータの出力制御ルーチン）
次に図４のフローチャートで燃焼式ヒータ１７の出力制御ルーチンを説明する。
【００３５】
このルーチンは、エンジン１を駆動するための図示しない通常のエンジン駆動用ルーチンの一部であり、以下に述べるステップ１０１〜ステップ１０３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。
【００３６】
エンジン１のスタート後、処理がこのルーチンに移行すると、まずＳ１０１でエンジン水温センサ４０ａによる検出値からエンジン水温を読み込む。
【００３７】
次にＳ１０２では、図３のマップＭからエンジン水温に対応する燃焼式ヒータ１７の出力値を求める。
【００３８】
Ｓ１０３ではＳ１０２で求めた燃焼式ヒータ１７の出力値で燃焼式ヒータ１７を作動し、その後このルーチンを終了する。なお、Ｓ１０２で求めた燃焼式ヒータ１７の出力値は、これを一旦読み出し専用メモリＲＯＭに記憶しておき、必要な補正をしてから燃焼式ヒータの出力を正式に決めるようにしてもよい。
【００３９】
このようにして燃焼式ヒータ１７の出力を制御するので、図４のフローチャートおよび図３のマップＭを有するＥＣＵ４６を燃焼式ヒータの出力制御装置ということができる。
〈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。
【００４０】
エンジン１では、ＥＣＵ４６がエンジン水温に基づいてマップＭから燃焼式ヒータ１７の出力値を求める。そして、この求めた燃焼式ヒータ１７の出力値に基づいて燃焼式ヒータ１７を作動する。このときに燃焼式ヒータ１７から出る燃焼ガスの温度は、エンジン水温に基づいてマップＭから求めた出力値に基づくものであり、前記出力値は、その値で燃焼式ヒータ１７を作動すると、燃焼式ヒータ１７から出る燃焼ガスの持つ熱の影響によってエンジン１にスモークを発生させることもなく、また燃焼ガスが燃焼ガス排出路３５を通じて吸気系の本流管２９に入っても、その燃焼ガスの持つ熱によってターボチャージャ１５等の吸気系構造物に熱害を及ぼさないようにできる最適かつ十分な値である。よって、前記出力値は、エンジン１の温度が低いときは燃焼式ヒータ１７の出力が大きくなる値となり、エンジン１の温度が高いときは燃焼式ヒータ１７の出力が小さくなる値となる。このため、エンジン１は、これが駆動するときは、常に最適な温度となるため、スモークの発生を抑制しかつ吸気系構造物への熱害防止を図れる。
【００４１】
また、燃焼式ヒータ１７は、本来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、また、二酸化炭素の濃度の濃い燃焼ガスを出す。したがって、このような燃焼ガスをエンジン１の気筒に吸入することで、従来より知られているＮＯｘ低減装置といえるＥＧＲ装置に比して、内燃機関の摩耗と腐食発生の心配がなく耐久性向上も期待でき、低水温からの窒素酸化物の低減が可能となる。
【００４２】
加えて、二酸化炭素の熱解離（すなわち、雰囲気温度が１４００℃において、ＣＯ_２→２ＣＯ＋Ｏ_２）により生成した酸素がすすを再燃焼し、かつ二酸化炭素が生成した炭素を酸化する（すなわち、ＣＯ_２＋Ｃ→２ＣＯ）ので、エンジン１にかかる負荷が高いときでもスモークの抑制効果を期待できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、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に用いる燃焼式ヒータの出力制御装置において、内燃機関の温度が高くても内燃機関の燃焼にあたってスモークの発生を抑えられかつ吸気系構造物への熱害の心配がない。
【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の出力制御装置の概略構成図
【図２】燃焼式ヒータの概略断面図
【図３】エンジン水温に基づいて燃焼式ヒータの出力値を求めるためのマップ
【図４】燃焼式ヒータの出力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
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（燃焼式ヒータの出力制御装置）
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 output control device for a combustion heater, and more particularly, to an output control device for a combustion heater that controls the output of a combustion heater that introduces combustion gas into an intake system of the internal combustion engine in order to promote warm-up of the internal combustion engine. About.
[0002]
[Prior art]
In cold weather, it is necessary to promote warming up of the internal combustion engine.
[0003]
Therefore, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-75069 discloses that a combustion heater is provided separately from an internal combustion engine main body, combustion gas emitted from the combustion heater is introduced into an intake system, and warm-up is promoted by utilizing the combustion heat. This shows the technique that was designed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the temperature of the internal combustion engine is relatively high, the combustion heater operates and when the hot combustion gas of the combustion heater enters the cylinder of the internal combustion engine through the intake system, the air density in the cylinder decreases. For this reason, if the amount of combustion fuel supplied into the cylinder is the same regardless of the change in the air density, the air-fuel ratio becomes rich and smoke is generated during combustion of the internal combustion engine. Therefore, from the viewpoint of preventing generation of smoke, it is not preferable to increase the output of the combustion heater when the temperature of the internal combustion engine is high. Therefore, in the case of a combustion type heater which is effective to use at a low temperature to sufficiently warm up the internal combustion engine, if it is operated at a temperature such that the outside air temperature is not so low as room temperature, the internal combustion engine Is too high, which causes smoke as described above. If the temperature of the combustion gas exiting from the combustion heater is too high, the intake system structure may be damaged by heat when the combustion gas enters the intake system.
[0005]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a combustion heater for introducing combustion gas into an intake system, thereby guiding the combustion gas into a cylinder of an internal combustion engine to promote warm-up. In the output control device of a combustion type heater used for an internal combustion engine, even if the temperature of the internal combustion engine is high, the generation of smoke during combustion of the internal combustion engine can be suppressed, and the output of the combustion type heater does not have to worry about heat damage to the intake system structure. It is a technical object to provide a control device.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, an output control device for a combustion-type heater according to the present invention introduces combustion gas into an intake system of an internal combustion engine, thereby guiding the combustion gas into a cylinder of the internal combustion engine, In a combustion heater output control device used for an internal combustion engine having a combustion heater for promoting warm-up, the output of the combustion heater is controlled based on the temperature of the internal combustion engine.
[0007]
Here, "controlling the output of the combustion type heater based on the temperature of the internal combustion engine" means that the output of the combustion type heater is determined from the temperature of the internal combustion engine. The term “temperature of the internal combustion engine” refers to the temperature of the internal combustion engine itself, and is therefore desirably the temperature of an engine component of the internal combustion engine. The engine component may include, for example, the temperature of engine cooling water.
[0008]
In addition, the temperature of the wall constituting the internal combustion engine body may be used as the engine component.
[0009]
As a method of controlling the output of the combustion type heater, it is preferable to control the output of the combustion type heater so as to increase when the temperature of the internal combustion engine is low. However, it is desirable to perform control such that the output of the combustion heater does not become too low and the internal combustion engine is not sufficiently warmed up.
[0010]
In the output control device of the combustion type heater of the present invention, the output of the combustion type heater is controlled based on the temperature of the internal combustion engine. Therefore, the internal combustion engine is designed so that combustion gas having combustion heat that can optimize the temperature of the internal combustion engine in the sense that smoke is suppressed and that there is no risk of heat damage to the intake system structure is emitted from the combustion heater. If the relative relationship between the temperature and the output value of the combustion type heater can be obtained from a so-called map or arithmetic expression, the optimum temperature at which generation of smoke can be suppressed and heat damage to the intake system structure can be prevented. Can always have an internal combustion engine.
[0011]
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 main body 3, an intake device 5 for feeding air necessary for combustion into a plurality of cylinders (not shown) of the engine main body 3, and an air-fuel mixture burned in the cylinder. The vehicle has an exhaust device 7 for discharging the exhaust gas to the atmosphere and a heater 9 for heating the interior of the vehicle on which the engine 1 is mounted.
<Explanation of device components>
(Engine 3)
The engine body 3 includes a crankshaft therein, and rotates the crankshaft by reciprocating pistons in a cylinder (not shown).
[0012]
Further, fuel for combustion is injected into a combustion chamber of the cylinder by an injector (not shown) as a fuel injection means.
[0013]
Further, a water jacket, which is a cooling water passage (not shown) through which engine cooling water circulates, is provided inside the engine main body 3, and the water jacket W is used as a starting point for the intake device 5 through the water pipes W 1, W 2, and W 3. The cooling water circulation passage 10 circulating between the combustion type heater 17 belonging thereto and the vehicle interior heater 9 outside the engine body 3 is formed. The water jacket is provided with an engine water temperature sensor 40a for detecting the temperature of the engine cooling water flowing therethrough. In this embodiment, it is shown as being attached to a joint between the water pipe W1 and the water jacket. Further, since the engine cooling water is a component of the engine 1, the temperature of the engine cooling water can be said to be the temperature of the engine body 3 (the temperature of the internal combustion engine).
(Suction device 5)
The intake device 5 has an air cleaner 13 that takes in fresh air into a cylinder as a start end of the intake device 5. Then, between the air cleaner 13 and an intake port (not shown) of the engine body 3 at the end of the intake device 5, the compressor 15a of the turbocharger 15, which is an intake system structure, the combustion heater 17, the intercooler 19, and the intake manifold 21.
[0014]
These intake system structures belong to an intake pipe 23 having a plurality of connecting pipes.
(Intake pipe 23)
The intake pipe 23 is roughly divided into a downstream connection pipe 27 which is forcibly pushed by the compressor 15a into the outside air entering the intake device 5 to be in a pressurized state, and an upstream connection pipe 25 which is not. Can be different.
(Upstream connecting pipe 25)
The upstream connection pipe 25 is composed of a rod-shaped main pipe 29 extending straight from the air cleaner 13 toward the compressor 15a, and a heater branch pipe 31 as a branch pipe connected to the main pipe 29 in a bypass shape.
(Branch 31 for heater)
The heater branch pipe 31 has a U-shape as a whole, and includes the combustion heater 17 in the middle thereof. Further, the heater branch pipe 31 connects an upstream portion of the combustion type heater 17 in the air flow direction with the main flow pipe 29 and an air supply path 33 for supplying fresh air, that is, air from the main flow pipe 29 to the combustion type heater 17. And a combustion gas discharge passage 35 that connects a downstream portion of the combustion type heater 17 in the air flow direction with the main pipe 29 and discharges combustion (exhaust) gas from the combustion type heater 17 to the main pipe 29. The air related to the branch pipe 31 for the heater means not only the fresh air a1 entering the branch pipe 31 for the heater via the air cleaner 13, but also the combustion gas a2 emitted from the combustion type heater. . The combustion gas of the sintering heater is a gas which has almost no smoke, in other words, does not contain carbon. Therefore, it does not hinder use as intake air of the internal combustion engine.
[0015]
Further, of the connection points c1 and c2 of the air supply path 33 and the combustion gas discharge path 35 with the main pipe 29, the connection point c1 is located on the upstream side of the main pipe 29 from the connection point c2. Therefore, the air a1 from the air cleaner 13 is first divided into the air a1 that branches to the branch pipe 31 for the heater at the connection point c1 and the air a1 ′ that does not branch and flows through the main flow pipe 29 toward the connection point c2. Further, at the connection point c2, the air a2 branched at the connection point c1 and subjected to the combustion of the combustion type heater 17 to become the combustion gas merges with the fresh air a1 ′ which did not branch at the connection point c1 to mix the combustion gas. It becomes air a3.
[0016]
The air a1 branched at the connection point c1 returns to the main pipe 29 as air a2 from the connection point c2 via the air supply path 33, the combustion heater 17 and the combustion gas discharge path 35. Since the air a2 returning to the main pipe 29 is a combustion gas which is subjected to the combustion of the combustion type heater 17 and has heat, this gas is returned to the main pipe 29 to be connected to the air a1 'which has not branched. When it joins at the point c2 and becomes the combustion gas mixed air a3, as a result, the combustion gas mixed air a3 becomes high-temperature intake air entering the engine body 3.
[0017]
In FIG. 1, the downstream connecting pipe 27 is a pipe connecting the compressor 15a and the intake manifold 21, and the one shown in FIG. 1 has an L shape. Further, an intercooler 19 is arranged at a position near the intake manifold 21.
(Exhaust device 7)
On the other hand, the exhaust device 7 has an exhaust port (not shown) of the engine body 3 as a start end of the exhaust device 7 and an exhaust manifold 37, the turbine 15 b of the turbocharger 15, and an exhaust port between the exhaust port 7 and the muffler 41 at the end of the exhaust device 7. A catalyst converter 39 having a catalyst is provided on the exhaust pipe 42. The air flowing through the exhaust device 7 is indicated by reference numeral a4 as the exhaust gas of the engine 1.
(Combustion heater 17)
The structure of the firing type heater 17 will be described with reference to FIG.
[0018]
The combustion heater 17 is connected to the water jacket of the engine body 3 via a water pipe W1, and the combustion heater 17 has a cooling water passage 17a therein for passing engine cooling water from the water jacket.
[0019]
The engine cooling water (indicated by a broken arrow in FIG. 2) flowing through the cooling water passage 17a passes around a combustion chamber 17d which is a combustion part formed inside the combustion type heater 17, and passes therethrough. It is warmed by receiving heat from the combustion chamber 17d. This will be described sequentially below.
[0020]
The combustion chamber 17d includes a combustion tube 17b as a combustion source that emits a flame, and a cylindrical partition wall 17c that covers the combustion tube 17b to prevent the flame from leaking outside. By covering the combustion cylinder 17b with the partition 17c, a combustion chamber 17d is defined in the partition 17c. The partition wall 17c is also covered by an outer wall 43a of the combustion chamber main body 43 of the combustion type heater 17, and a space is provided between the two. By providing this space, the cooling water passage 17a is formed between the inner surface of the outer wall 43a and the outer surface of the partition wall 17c.
[0021]
The combustion chamber 17d has an air supply port 17d1 and an exhaust discharge port 17d2 that are directly connected to the air supply path 33 and the combustion gas discharge path 35, respectively.
[0022]
The air a1 flowing from the air supply path 33 enters the combustion chamber 17d from the air supply port 17d1 and travels therethrough to reach the exhaust discharge port 17d2, and then passes through the combustion gas discharge path 35, as described above. Flows into the main flow pipe 29 as air a2. Therefore, the combustion chamber 17d is in the form of an air passage through which the air a1 changed by combustion passes through the air a2 in the combustion type heater 17.
[0023]
After the combustion type heater 17 has burned, the air a2 returning to the main pipe 29 via the combustion gas discharge path 35 is the exhaust gas exiting from the combustion type heater 17, and therefore has heat. Until the heated air a2 exits the combustion heater 17, the heat of the air a2 is transmitted to the engine cooling water flowing through the cooling water passage 17a through the partition wall 17c, and as described above, the engine cooling water is cooled. Warm the water. Therefore, the combustion chamber 17d is also a heat exchange passage.
[0024]
The combustion cylinder 17b includes a fuel supply pipe 17e connected to a fuel pump (not shown), and receives the pump pressure of the fuel pump therefrom to supply combustion fuel to the combustion cylinder 17b. The supplied combustion fuel is vaporized in the combustion heater 17 to become vaporized fuel, and the vaporized fuel is ignited by an ignition source (not shown).
(Engine cooling water circulation)
Next, the circulation of the engine cooling water will be described.
[0025]
The cooling water passage 17a has a cooling water inlet 17a1 connected to the water jacket of the engine body 3, and a cooling water outlet 17a2 connected to the vehicle interior heater 9.
[0026]
The cooling water inlet 17a1 is connected to the water jacket of the engine body 3 via a water pipe W1, and the cooling water outlet 17a2 is connected to the vehicle interior heater 9 via a water pipe W2. The combustion heater 17 is connected to the water jacket of the engine body 3 and the vehicle interior heater 9 via the water pipes W1 and W2. Further, the vehicle interior heater 9 and the engine body 3 are also connected via a water pipe W3.
[0027]
By connecting the engine main body 3, the combustion type heater 17, and the vehicle interior heater 9 using the water pipes W1, W2 and W3 in this manner, the engine cooling water in the water jacket of the engine main body 3 starts at the water jacket. Then, the cooling water circulation passage 10 is formed, which flows in the following order from (1) to (3), returns to the water jacket again, and repeats this.
[0028]
If you elaborate the circulation of engine cooling water,
{Circle around (1)} The engine cooling water reaches the combustion heater 17 from the cooling water inlet 17a1 via the water jacket via the water pipe W1, and is heated there.
[0029]
The engine cooling water warmed in (2) flows from the cooling water discharge port 17a2 of the combustion type heater 17 to the vehicle interior heater 9 via the water pipe W2.
[0030]
{Circle around (3)} After the engine coolant has been heat-exchanged by the cabin heater 9 and its temperature has dropped, or when the operation of the cabin heater 9 has been stopped, the engine coolant has passed without being exchanged. Thereafter, the flow returns to the water jacket via the water pipe W3.
(Other components of the combustion chamber main body 43)
The combustion chamber body 43 includes a blower fan 45 and a central processing controller (CPU) 47 that is separated from an engine electronic control unit (ECU) 46 that controls the operation of the entire engine and exclusively controls the operation of the combustion heater 17. Having. If the combustion heater 17 is controlled by a CPU (not shown) of the ECU 46, the CPU 47 of the combustion heater 17 may be omitted.
(ECU 46 and related members electrically connected thereto)
The ECU 46 is electrically connected to various sensors such as a combustion gas temperature sensor and a rotation speed sensor (not shown) in addition to the engine water temperature sensor 40 a, the blower fan 45 and a fuel pump (not shown) via the CPU 47.
[0031]
A random access memory RAM (not shown) included in the ECU 46 has a map M shown in FIG. 3 for determining the output value of the combustion heater 17 based on the detection value detected by the engine water temperature sensor 40a. And the flowchart shown in FIG. FIG. 4 will be described later.
In the map M, the horizontal axis indicates the temperature of the cooling water in the water jacket (hereinafter referred to as “engine water temperature”) determined by the engine water temperature sensor 40a, and the vertical axis indicates the output of the combustion heater 17 determined based on the engine water temperature. Indicates a value. When the engine coolant temperature is determined, the output value of the combustion heater 17 can be specified from the map M. For example, if the engine water temperature t on the horizontal axis is determined, the output value of the combustion heater 17 becomes p from this temperature t (see the arrow a in FIG. 3). Then, based on the output value p, the combustion heater 17 operates.
[0032]
From such a map M, it can be seen that the output value of the combustion type heater 17 is generally small when the engine water temperature is high, and large when the engine water temperature is low.
[0033]
The output value of the combustion type heater 17 obtained from the map M based on the engine water temperature, when the combustion type heater 17 is operated with this output value, is given to the engine 1 by the influence of the heat of the combustion gas emitted from the combustion type heater 17. Even if smoke is not generated and combustion gas enters the main pipe 29 of the intake system through the combustion gas discharge passage 35, the heat of the combustion gas does not cause heat damage to the intake system structure. And a sufficient value. The map M will be described in the section of the operation control routine. Further, the CPU 47 of the combustion type heater 17 operates according to each parameter of various sensors, thereby controlling the combustion state of the combustion type heater 17. In other words, the CPU 47 controls the momentum, size, temperature and the like of the flame of the combustion type heater 17, and controls the temperature of the exhaust gas (combustion gas) of the combustion type heater 17 by this control.
[0034]
The parameters of various sensors such as the engine water temperature sensor 40a and the output value of the combustion heater 17 determined based on the engine water temperature are temporarily stored in a read-only memory ROM (not shown) of the ECU 46, and are stored as needed. Call.
(Output control routine of combustion type heater)
Next, the output control routine of the combustion heater 17 will be described with reference to the flowchart of FIG.
[0035]
This routine is a part of a normal engine driving routine (not shown) for driving the engine 1 and includes steps 101 to 103 described below. All operations in the following procedure are performed by the ECU 46. Then, using the symbol S, for example, if it is step 101, it is abbreviated as S101.
[0036]
After the start of the engine 1, when the process proceeds to this routine, first, in S101, the engine water temperature is read from the value detected by the engine water temperature sensor 40a.
[0037]
Next, in S102, the output value of the combustion type heater 17 corresponding to the engine water temperature is obtained from the map M of FIG.
[0038]
In S103, the combustion type heater 17 is operated with the output value of the combustion type heater 17 obtained in S102, and then this routine is ended. The output value of the combustion heater 17 obtained in S102 may be temporarily stored in a read-only memory ROM, and after making necessary corrections, the output of the combustion heater 17 may be formally determined.
[0039]
Since the output of the combustion heater 17 is controlled in this manner, the ECU 46 having the flowchart of FIG. 4 and the map M of FIG. 3 can be regarded as a combustion heater output control device.
<Effects of Embodiment>
Next, the operation and effect of the engine 1 according to the embodiment will be described.
[0040]
In the engine 1, the ECU 46 obtains the output value of the combustion heater 17 from the map M based on the engine water temperature. Then, the combustion type heater 17 is operated based on the output value of the combustion type heater 17 thus obtained. At this time, the temperature of the combustion gas emitted from the combustion heater 17 is based on the output value obtained from the map M based on the engine coolant temperature. Even if the combustion gas does not generate smoke in the engine 1 due to the effect of the heat of the combustion gas emitted from the heater 17 and the combustion gas enters the main pipe 29 of the intake system through the combustion gas discharge passage 35, the combustion gas has This is an optimum and sufficient value that can prevent heat damage to the intake system structure such as the turbocharger 15 due to heat. Therefore, when the temperature of the engine 1 is low, the output of the combustion type heater 17 becomes large, and when the temperature of the engine 1 is high, the output of the combustion type heater 17 becomes small. Therefore, when the engine 1 is driven, the temperature is always at the optimum temperature, so that generation of smoke can be suppressed and heat damage to the intake system structure can be prevented.
[0041]
Further, the combustion heater 17 emits a combustion gas which is essentially free of smoke, in other words, does not contain carbon and has a high carbon dioxide concentration. Therefore, by inhaling such combustion gas into the cylinder of the engine 1, there is no fear of wear and corrosion of the internal combustion engine, and the durability is improved, as compared with an EGR device which can be said to be a known NOx reduction device. Can be expected, and nitrogen oxides can be reduced from a low water temperature.
[0042]
In addition, oxygen generated by thermal dissociation of carbon dioxide (ie, at an ambient temperature of 1400 ° C., CO ₂ → 2CO + O ₂ ) reburns soot and oxidizes carbon generated by carbon dioxide (ie, CO ₂ (+ C → 2CO), the effect of suppressing smoke can be expected even when the load on the engine 1 is high.
[0043]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a combustion type used for an internal combustion engine having a combustion type heater for introducing a combustion gas into an intake system and thereby guiding the combustion gas into a cylinder of the internal combustion engine to promote warm-up is provided. In the output control device of the heater, even when the temperature of the internal combustion engine is high, generation of smoke during combustion of the internal combustion engine can be suppressed, and there is no fear of heat damage to the intake system structure.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an output control device for a combustion heater according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the combustion heater. FIG. FIG. 4 is a flowchart showing an output control routine of a combustion type heater.
1. Engine (internal combustion engine)
3 ... 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 ... Combustion heater Cooling water passage 17a1 Cooling water inlet 17a2 Cooling water outlet 17b Combustion cylinder 17c Cylindrical partition wall 17d Combustion chamber 17d1 Air supply port 17d2 Exhaust discharge port 17e Fuel supply pipe 19 Intercooler 21 Intake Manifold 23 intake pipe 25 upstream connection pipe 27 downstream connection pipe 29 main flow pipe (intake system)
31 ... heater branch pipe 33 ... air supply path 35 ... combustion gas discharge path 37 ... exhaust manifold 39 ... catalyst converter 40a ... engine water temperature sensor 41 ... muffler 42 ... exhaust pipe 43 ... combustion chamber main body 43a ... outer wall 45 ... blowing fan 46 ... ECU (combustion heater output control device)
47 ... CPU
c1 a connection point between the air supply path 33 and the main pipe 29 c2 a connection point between the combustion gas discharge path 35 and the main pipe 29 M map RAM random access memory ROM read-only memory W1 water pipe W2 water pipe W3: water pipe a1: outside air entering the main pipe 29 from the air cleaner 13 (fresh air)
a1 '... air flowing toward the connection point c2 without branching at the connection point c1 a2 ... air that has been subjected to combustion by the combustion type heater 17 and has become combustion gas a3 ... air containing combustion gas a4 ... exhaust of the engine 1 Gas or air a3 in a state where the temperature is lower than before entering the engine body 3 by warming up the cylinders before the engine 1 starts.

Claims

An air supply path that connects an intake system of the internal combustion engine and a combustion heater to supply air to the combustion heater through the intake system, a combustion gas discharge path that outputs combustion gas from the combustion heater to the intake system, A combustion cylinder provided in the combustion chamber body of the combustion heater, a fuel supply pipe for supplying combustion fuel pressurized by a fuel pump to the combustion cylinder, and a blower fan provided in the combustion chamber body. combustion heater for use in comprising introducing the combustion gas into the intake system of the internal combustion engine, thereby an internal combustion engine having a combustion heater to achieve warm-up promotion of the internal combustion engine directing the combustion gases into the cylinder of the internal combustion engine In the output control device of
The output control device is electrically connected to the blower fan and the fuel pump, and when controlling the output of the combustion heater, exclusively controls the operation of the combustion heater based on the temperature of the internal combustion engine. An output control device of a combustion type heater characterized by performing .

The output control device for a combustion type heater according to claim 1, wherein the temperature of the internal combustion engine is a temperature of engine cooling water.

3. The output control device for a combustion-type heater according to claim 1, wherein the temperature of the internal combustion engine is a temperature of a wall forming a main body of the internal combustion engine.

The combustion heater according to any one of claims 1 to 3, wherein the output of the combustion heater is controlled so that the output of the combustion heater increases when the temperature of the internal combustion engine is low. Output control device.