JP3565089B2 - Internal combustion engine having a combustion heater - Google Patents

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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】
自動車等の車輌に搭載する内燃機関は所定の温度範囲で効率よく作動するように作られている。これは例えば低温度ではガソリンや軽油等の機関燃料が気化しにくく、よってこれらの燃料が着火しづらいので始動性が悪くなったりする等の問題を有するからである。
【0003】
また、周知のごとく、内燃機関の作動時に発する熱を利用して車輌室内を暖房するようにもなっているが、発熱量が十分でないと十分な車内暖房ができない。そこで、機関暖機の促進や車室内暖房装置の性能向上等を目的として燃焼式ヒータを内燃機関に備え、燃焼式ヒータから出る燃焼ガスの熱を利用する技術が例えば特開昭60−79149号公報に開示されている。
【0004】
この公報に開示の技術は、内燃機関の吸気通路に燃焼式ヒータの高温な燃焼ガスを導入し、これにより機関吸気を加熱して内燃機関が低温状態にある場合でも機関始動を容易にできるようにしたものである。
【0005】
しかし、前記燃焼式ヒータから出る燃焼ガスは、燃料を燃焼することによって出る排ガスである。排ガスは、その中に含まれる酸素量が、燃焼に供される前の空気に含まれる酸素量に比べて少ない。
【0006】
それ故、前記公報記載の技術のごとく、吸気通路に燃焼ガスを導入する場合にあっては、燃焼ガスの量を増加して吸気通路を流通する空気に占める燃焼ガスの割合いを高めると、燃焼ガスの熱により機関暖機は促進されるものの、シリンダに供給される空気に占める酸素量が少なくなる。酸素量が少なくなるとシリンダ内での燃焼量が制約されるため、内燃機関の始動性が悪化する虞がある。だからといって、必要な酸素量を確保するために、吸気通路に導入する燃焼ガスの割合を低減すると、今度は機関暖機が不十分となるのでやはり始動性が悪くなる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、燃料を燃焼して発生する燃焼ガスを内燃機関に導入し、燃焼ガスに含まれる熱を利用して前記内燃機関の吸気の温度を高める燃焼式ヒータを有する内燃機関において、内燃機関を始動をするにあたって最低限必要な温度を確保しつつ、機関吸気に占める酸素量をも十分なものとし、これにより内燃機関の始動性を高めるようにした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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために以下の手段を採用した。
(1)本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関は、内燃機関に付属し、前記内燃機関が始動するまでその始動を補助する機関始動補助手段の作動に合わせて前記内燃機関の吸気系に燃焼ガスを導入し、この導入された燃焼ガスの熱を利用して前記内燃機関の吸気の温度を高める燃焼式ヒータを有する内燃機関であって、前記機関始動補助手段の作動により前記内燃機関が始動する前から前記燃焼ガスの熱を内燃機関が受けることにより内燃機関が始動可能な所定温度に達した時点で、前記吸気系における酸素量をそれまでよりも相対的に増大する酸素量増大手段を有し、前記内燃機関が前記所定温度に達してから前記内燃機関への燃料の供給を開始することを特徴とする。
【0009】
ここで、「内燃機関に付属の機関始動補助手段」は、例えばスタータモータのことであり、この機関始動補助手段の作動によって、内燃機関のクランクシャフトが回転され、その結果、ピストンがシリンダ内を往復運動し始める。
【0010】
また、「内燃機関が始動する」とは、内燃機関がにおいて、前記スタータモータ等の内燃機関に付属の機関始動補助手段によらずとも、シリンダ内をピストンが往復運動するようになること、換言すれば内燃機関が自ら作動することをいう。
【0011】
さらに、「内燃機関が始動可能な所定温度に達した」とは、いわゆる機関温度、である、シリンダ壁温度や機関冷却水温度が燃焼ガスの熱やピストンがシリンダとの間で生じる摩擦熱を受けることにより高まって、内燃機関が始動するに適した温度になることを意味する。
【0012】
前記所定温度に達した場合の具体例としては、内燃機関が、例えばディーゼルエンジン等の自着火式の内燃機関の場合であれば次のように例示できる。
すなわち、シリンダ壁温度が前記燃焼ガスの熱や摩擦熱の影響で高くなり、この高くなったシリンダ壁温度の影響を受けて、内燃機関の圧縮行程の終端近傍に対応する部分(以降、「圧縮端」という。)の吸気の温度(以降、「圧縮端温度」という。)が、次に述べる目標圧縮端温度に達する程にまでシリンダ壁温度が高くなる場合を挙げられる。
【0013】
目標圧縮端温度とは、燃焼室での着火および燃焼を確保できる、すなわちディーゼルエンジンが自着火するに足る最低の圧縮端温度のことである。
圧縮端温度がこの目標圧縮端温度に達すれば、少なくともディーゼルエンジンが自着火するようになるので、これをもって内燃機関が始動するに適した温度になるということにする。
【0014】
したがって、前記圧縮端温度がこの目標圧縮端温度に達しなければ、着火は不確実となる。換言すれば、圧縮端の温度がこの目標圧縮端温度に達すれば、内燃機関は機関始動補助手段によらずに始動できる条件が調ったことになり、そうなればその後は内燃機関の発熱によって目標圧縮端温度以上の温度を維持できる。
【0015】
さらにまた、「吸気系における酸素量をそれまでよりも相対的に増大する」とは、酸素の量自体を増大することでも、吸気に占める例えば二酸化炭素等の他の成分の減少によって、酸素量そのものが変わらない状態で吸気に占める酸素割合を増大する場合でもいずれでもよい。但し、いずれの場合でも、内燃機関に固有の機関吸気量として必要な量を確保することを前提とする。
【0016】
本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関では、内燃機関に付属の機関始動補助手段の作動に合わせて、換言すれば、内燃機関が自ら作動する前から燃焼式ヒータが排出する燃焼ガスを吸気系に導入する。そして、吸気系に導入した燃焼ガスの熱を利用して、内燃機関の吸気の温度を高める。
【0017】
そして、このとき前記燃焼ガスを含んで昇温された吸気は、前記機関始動補助手段によるクランクシャフトの回転によってピストンがシリンダ内を往復運動することに伴って、シリンダにその吸気ポートから入る。
【0018】
したがって、燃焼ガスを含んだ吸気をシリンダに入れることで、機関始動補助手段によって内燃機関がその始動補助を受けている間に、換言すれば内燃機関が自ら作動する前からシリンダを暖めることができる。そして、シリンダの温度が次第に高まって、やがて内燃機関が始動可能な所定温度に達した時点で、酸素量増大手段により前記吸気系における酸素量をそれまでよりも相対的に増大する。
そして、内燃機関が始動可能な所定温度に達してから内燃機関への燃料供給を開始して内燃機関を始動させる。つまり、内燃機関を始動させる時点では、内燃機関は前記所定温度に達しており、且つ、前記吸気系における酸素量は増大されている。
【0019】
このように、本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関では、内燃機関を始動する前から内燃機関がその始動に必要な所定温度を確保しつつ、機関吸気に占める酸素量を確保できるため、内燃機関の始動性が高まる。
また、内燃機関がその始動に必要な所定温度に達してから内燃機関への燃料の供給を開始する、換言すれば、内燃機関がその始動に必要な所定温度に達するまでは内燃機関への燃料の供給を行わないため、エミッションが悪化することもない。
【0020】
(2)加えて、酸素量増大手段は、前記内燃機関が前記所定温度に達した時点で、前記燃焼ガスの前記吸気系への導入量をゼロにまたは低減するものであることが好ましい。
【0021】
本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関では、前記所定温度に機関温度が達した時点で、前記燃焼ガスの前記吸気系への導入量をゼロまたは低減するように酸素量増大手段が作用するものであるから、吸気に占める燃焼ガスの割合いは低下する。このため、吸気に占める燃焼ガスの量が低減するので、吸気に占める新気の割合がその分増加し、それゆえ吸気に占める酸素割合い、すなわち酸素量が増大する。
【0022】
このように、本願発明にあっては、機関温度が所定温度に達した状態で、十分な酸素量を確保できるので、内燃機関の始動性が高まる。
(3)加えて、前記酸素量増大手段は、燃焼式ヒータの出力を制御するヒータ出力制御手段のことであることが望ましい。
【0023】
燃焼式ヒータの出力をゼロにすれば、燃焼式ヒータからは燃焼ガスが出なくなり、また燃焼式ヒータの出力を低減すれば燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスの量も少なくなる。よって、それだけ吸気に占める燃焼ガスの割合いが低下して酸素量が増大する。したがって、前記のように内燃機関の始動性を高められる。
【0024】
(4)加えて、前記燃焼式ヒータに係る燃料の燃焼をリーン状態で行うことで生じる燃焼ガスを前記吸気系に導入することで、前記吸気系における酸素量をそれまでよりも相対的に増大するものであることが好ましい。
【0025】
ここで、「燃焼式ヒータに係る燃料の燃焼をリーン状態で行う」とは、空燃比をリーン状態にして燃焼式ヒータを作動すること、すなわち燃料を燃焼することである。
【0026】
燃料の燃焼をリーン状態で行えば、少ない燃料を多くの空気で燃焼したことになるので、燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスもリーンな状態の燃焼ガスになる。したがって、このリーンな燃焼ガスが吸気に含まれればリーンでない燃焼ガスを吸気に含める場合に比して酸素量が増大する。よって、前記のように内燃機関の始動性を高められる。
【0027】
(5)加えて、前記酸素量増大手段は、機関温度が前記所定温度に達した時点で、それまで前記吸気系に導入していた燃焼ガスを排気系への導入に切り替える導入ガス切換手段であることが望ましい。
【0028】
導入ガス切換手段の作動によって、それまで吸気系に流れていた燃焼ガスが排気系に流れる。したがって、吸気系には燃焼ガスが流れなくなるため、それだけ吸気に占める新気割合が増大するので酸素量が増大する。よって、前記のように内燃機関の始動性を高められる。
【0029】
(6)加えて、前記機関温度が前記所定温度に達したかどうかの判定を行う所定温度達成判定手段を有することが望まれる。
所定温度達成判定手段は、機関温度を例えば温度センサで直接検出し、その検出値を前記所定温度と比較して機関温度が前記所定温度に達したかどうかの判定を行う、例えばエンジン制御装置(ECU)等が考えられる。
【0030】
所定温度達成判定手段によって、機関温度が所定温度に達したことを確実に検知できるので、前記酸素量を効果的に増大手段の有効利用ができる。
(7)加えて、前記所定温度達成判定手段は、前記機関始動補助手段の作動に合わせて燃焼式ヒータが排出する燃焼ガスを内燃機関の吸気系に導入した後において、前記内燃機関の運転状態が所定条件を満たした場合には、前記機関温度が前記所定温度に達したとみなすようにもできる。
【0031】
(8)加えて、前記所定条件は、前記付属の機関始動補助手段によって内燃機関が所定数の回転をすること、前記機関始動補助手段による内燃機関の回転開始後に所定時間が経過すること、前記機関始動補助手段による内燃機関の回転開始後に所定量の吸気が前記内燃機関の気筒内に導入されることのいずれかまたはこれらの組み合わせであることを特徴としてもよい。
【0032】
ここで、「内燃機関の所定数の回転」、「内燃機関の回転開始後の所定時間」および「吸気に係る所定量」は、これらを満足できれば内燃機関が前記所定温度に達していると判断するに十分な相関関係のある値とする。
【0033】
(9)加えて、内燃機関の始動後は、前記酸素量増大手段による酸素量の増大を停止するとともに前記燃焼式ヒータの燃焼状態を前記所定条件を満たす前の内燃機関の運転状態における燃焼状態に戻すことが望ましい。
【0034】
ここで、「燃焼式ヒータの燃焼状態を前記所定条件を満たす前の内燃機関の運転状態における燃焼状態に戻す」とは、前述した、燃焼式ヒータの出力をゼロまたは低減する前の状態、例えば出力の高い状態にしたり、あるいは燃焼式ヒータに係る燃料の燃焼をリーン状態で行う前の状態、例えばリッチ状態にしたりすることである。
【0035】
内燃機関が始動した後ということは、内燃機関がもはや機関始動補助手段によらずに作動している状態であるから、その場合のエンジン回転数は、機関始動補助手段によって内燃機関がその始動補助を受けている時のエンジン回転数よりも大幅に高く、したがって、機関吸気量が多い。このため、内燃機関の始動性を高めるために酸素量を増大する必要がないので、酸素量増大手段による酸素量の増大を停止する。また、前記燃焼式ヒータの燃焼状態を前記所定条件を満たす前の内燃機関の運転状態における燃焼式ヒータの燃焼状態に戻すことで、燃焼式ヒータからは熱量の多い燃焼ガスが排出されるようになるので、機関暖機の向上や燃焼式ヒータから出る燃焼ガスの持つ熱を熱源とする例えば車室用ヒータ等の暖房装置の性能向上を期待できる。
【0037】
(10)加えて、前記内燃機関への前記燃焼ガスの導入は、内燃機関が所定の運転状況にある場合にのみなされることを特徴としてもよい。ここで「内燃機関が所定の運転状況にある場合」とは、例えば−10℃〜15℃位の温度である寒冷時や−10℃以下の温度である極寒冷時における、内燃機関の運転中,内燃機関を始動させた後,内燃機関自身の発熱量が少ない例えば燃料消費が少ないとき、および当該発熱量が少ないことにより冷却水の受熱量が少ないときや15℃よりも高い常温の始動直後で冷却水温度が低い場合等、燃焼式ヒータから排出される燃焼ガス熱で暖機を促進する必要のある場合等である。
【0038】
本発明では、内燃機関が所定の運転状況にある場合にのみ内燃機関への燃焼ガスの導入がなされるので、例えば外気温が高い場合等、機関温度が内燃機関の始動にあたって十分な温度になっている場合には不必要に燃焼式ヒータを作動する必要がない。したがって、それだけ燃焼式ヒータの燃焼用燃料を無駄に消費することがない。
【0039】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の具体的な実施の形態について添付した図面に基づいて説明する。
【0040】
図1に内燃機関としてのディーゼルエンジン1(以下「エンジン1」という。)を例示し、その全体構造を概略示す。
エンジン1は、機関冷却水を含む図示しないウォータジャケットを備えたエンジン本体3と、エンジン本体3の図示しない複数のシリンダ内に燃焼に必要な空気を送り込む吸気装置(吸気系)5と、この吸気装置5を経て前記シリンダに送られる空気をシリンダに噴射供給される機関燃料と混合してなる混合気が前記シリンダ上部に形成される燃焼室で燃焼された後に前記シリンダから排出される排気ガスを大気中に放出する排気装置(排気系)7と、この排気装置7から前記吸気装置5に向けて排気ガスを再循環させることで窒素酸化物の発生を抑制する排気再循環装置としてのEGR装置8と、エンジン1とは別に燃料を燃焼し、その燃焼時に発生する燃焼ガスを、エンジン本体3に付属の機関始動補助手段である図示しないスタータモータの作動に合わせて、かつエンジン1が所定の運転状況にある場合にのみエンジン1の吸気装置5に導入し、この導入された燃焼ガスの熱を利用して吸気の温度を高める燃焼式ヒータ9と、エンジン1を搭載する車輌の室内温度を高める車室内暖房装置のヒータコア10と、エンジン1全体を制御するエンジン制御装置であるECU11とを有する。
【0041】
なお、エンジン1が所定の運転状況にある場合とは、例えば−10℃〜15℃位の温度である寒冷時や−10℃以下の温度である極寒冷時における、内燃機関の運転中,内燃機関を始動させた後,内燃機関自身の発熱量が少ない例えば燃料消費が少ないとき、および当該発熱量が少ないことにより冷却水の受熱量が少ないときや15℃よりも高い常温の始動直後で冷却水温度が低い場合等、燃焼式ヒータから排出される燃焼ガス熱で暖機を促進する必要のある場合等のことである。
【0042】
エンジン本体3は、前記シリンダ内でのピストンの往復運動をピストンとクランクシャフトとを接続する接続棒であるコンロッドを介してクランクシャフトの回転運動に変換する。また、クランクシャフトは、これが自ら回転するエンジン始動前は、前記スタータモータによって回転される。なお、クランクシャフトが回転するということは、エンジン1が作動することと言い換えられる。
【0043】
また、前記燃焼室には、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料が噴射供給されるようになっているが、前記のように、スタータモータの作動に合わせて燃焼式ヒータ9から排出される燃焼ガスを吸気装置5に導入後、次に述べる所定条件が満たされるまでは、インジェクタによる燃焼室への燃料の供給は停止される。
【0044】
「所定条件」とは、例え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、スタータモータによるクランクシャフトの回転開始後所定時間経過するか、あるいはスタータモータによるクランクシャフトの回転開始後所定量の吸気がシリンダ内に導入されるか、またはこれらの組み合わせのことである。
【0045】
この実施の形態では、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ことを所定条件とし、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、初めて燃料噴射を行うようにしたものを例示した。
【0046】
前記吸気装置5は、外気をろ過するエアクリーナ13を始端としエンジン本体3の図示しない吸気ポートを終端とする吸気通路14を有する。
吸気通路14には、前記エアクリーナ13と前記吸気ポートとの間に、ターボチャージャ15のコンプレッサ15a,コンプレッサ15aを作動した場合に生ずる圧縮熱により昇温した吸気温度を冷却するインタークーラ19,吸入分岐管であるインテークマニホールド22その他の吸気系構造物を順次配置してある。
【0047】
また、インタークーラ19とインテークマニホールド22との間には、吸気通路14を流れる吸気の量を制御する吸気絞り弁23を設置してある。そして、吸気通路14のうちインタークーラ19よりも下流には、前記燃焼式ヒータ9を取り付けてある。
【0048】
前記排気装置7は、エンジン本体3の図示しない排気ポートを始端とし図示しないマフラを終端とする排気通路27を有する。排気通路27には、前記排気ポートと前記マフラとの間に、排気分岐管であるエキゾーストマニホールド28,ターボチャージャ15のタービン15b,排気ガス浄化装置である触媒コンバータ29等の排気系構造物を配置してある。
【0049】
前記EGR装置8は、吸気通路14と排気通路27とを結びエンジン本体3をバイパスするとともに排気ポートから出た排気ガスを吸気側に向けて戻すEGR通路29と、EGR通路29を流れる排気ガスの量を制御するEGR弁30とを有する。
【0050】
燃焼式ヒータ9は、前記燃焼熱で機関冷却水を暖めるようになっており、暖められた機関冷却水は、ヒータコア10やエンジン本体3等の昇温を要する昇温必要箇所に送られ、当該昇温必要箇所の温度を高める。
【0051】
そして、エンジン1には、前記昇温必要箇所に燃焼式ヒータ9で暖めた機関冷却水を図示しないエンジンウォータポンプで送る熱媒体循環路Wを設けてある。熱媒体循環路Wは、エンジン本体3と燃焼式ヒータ9とを結びエンジン本体3のウォータジャケットから燃焼式ヒータ9に機関冷却水を導く冷却水導入通路31と、燃焼式ヒータ9で暖められた機関冷却水をエンジン本体3のウォータジャケットにヒータコア10を経由させてから戻す冷却水排出路32とを有する。
【0052】
また、冷却水導入通路31には電動ウォータポンプ33を設けてあり、この電動ウォータポンプ33が作動することによって前記熱媒体循環路W内を機関冷却水が循環するのを促進する。あるいは、電動ウォータポンプ33によって機関冷却水を循環させることにより、エンジン停止時でもヒータコア10を作動できるようにする。
【0053】
ここで、燃焼式ヒータ9について、図1〜図3を参照しながら詳細に説明する。
燃焼式ヒータ9は、その内部に、前記冷却水導入通路31と前記冷却水排出路32とに連通して熱媒体循環路Wの一部になっているヒータ内部冷却水通路37を有する。
【0054】
ヒータ内部冷却水通路37は、前記冷却水導入通路31と接続する冷却水導入口37aと、前記冷却水排出路32と接続する冷却水排出口37bとを有する。また、ヒータ内部冷却水通路37は、燃焼式ヒータ9の燃焼室39の周りを巡回するように形成されている。
【0055】
前記燃焼室39は、火炎Fを発生させる燃焼源としての燃焼筒40と、燃焼筒40を覆うことで火炎Fが外部に漏れないようにする隔壁41とからなる。燃焼筒40を隔壁41で覆うことにより、燃焼室39が隔壁41内に画される。そして、前記隔壁41も燃焼式ヒータ9の外壁42で覆われている。
【0056】
また、隔壁41と外壁42との間には、環状の隙間を設けてあり、この隙間が前記ヒータ内部冷却水通路37として機能する。このヒータ内部冷却水通路37内を機関冷却水が流れる間に、機関冷却水は燃焼室39から受熱する。つまり機関冷却水は、燃焼室39内の高熱な燃焼ガスとの間で熱交換をして昇温する。よって、ヒータ内部冷却水通路37は熱交換領域といえる。
【0057】
さらに、燃焼室39は、燃焼室39に対して空気の出入りを行う空気流通口を有する。すなわち燃焼室39は、空気流通口として、燃焼室39に燃焼用空気を入れる空気供給口62と、燃焼ガスを燃焼室39から排出する燃焼ガス排出口63,65とを有する。
【0058】
空気供給口62は、燃焼室39のうち、火炎Fが燃焼筒40から出る側と反対側に位置する。また、一方の燃焼ガス排出口63は、燃焼室39のうち、ヒータ内部冷却水通路37の下流側に対応した適所に設けてあり、他方の燃焼ガス排出口65は、火炎Fが燃焼筒40から出る側にあって、火炎Fに対向して隔壁41および外壁42に連通して設けてある。
【0059】
また、これら燃焼ガス排出口63と65とは、燃焼式ヒータ9の長手方向に並行に延びる連結管74を介して連結してある。そして、空気供給口62および燃焼ガス排出口63,65は、いずれも吸気通路14に通じている。すなわち、空気供給口62は、吸気通路14から燃焼式ヒータ9に燃焼用空気を供給する空気供給管71を介して吸気通路14と通じている。そして、燃焼ガス排出口63は、連結管74と燃焼ガスを燃焼式ヒータ9から吸気通路14に排出する燃焼ガス排出管73とを介して吸気通路14と通じており、燃焼ガス排出口65は、燃焼ガス排出管73を介して吸気通路14と通じている。
【0060】
空気供給管71の吸気通路14との接続箇所C1と、燃焼ガス排出管73の吸気通路14との接続箇所C2とは両者の間で差圧が生じないように吸気通路14における同一径部分、すなわち同じ横断面の部分に近接して設置してあいる。また、接続箇所C1よりも接続箇所C2は下流にある。さらに、接続箇所C1およびC2は共にインタークーラ19よりも下流に位置し、また両接続箇所C1およびC2の間には、前記吸気絞り弁23が位置する。このようにすることで、燃焼ガスが燃焼ガス排出管73を介して吸気通路14に導入されても燃焼ガス熱による吸気絞り弁23への熱害を回避できる。
【0061】
なお、吸気絞り弁23を吸気通路14のうちC2の下流に配置することも考えられる。
前記燃焼ガス排出管73は、前記燃焼ガス排出口65を開閉制御する弁装置78を備えている。そして、この弁装置78を介して燃焼ガス排出管73は燃焼式ヒータ9と接続されている。
【0062】
弁装置78は、燃焼ガス排出口65を開閉するバルブ80と、バルブ80を駆動するアクチュエータ82とを有する。バルブ80の開閉の程度によって、燃焼式ヒータ9の燃焼ガス排出口65から燃焼ガス排出管73に、延ては吸気通路14に直接導入される燃焼ガスの量の割合いが調整される。
【0063】
すなわち、バルブ80が全開した場合は、燃焼ガス排出口65を介して燃焼ガスの大部分が燃焼ガス排出管73に流れ、全閉した場合は、燃焼ガス排出口63から連結管74を介して燃焼ガスのほぼ全部が燃焼ガス排出管73に流れる。
【0064】
また、バルブ80が半開きの場合は、その開き具合に応じて、燃焼ガス排出口63を介して燃焼ガス排出管73に流れる燃焼ガスの割合と燃焼ガス排出口65を介して燃焼ガス排出管73に流れる燃焼ガスの割合とが決まる。
【0065】
また、燃焼ガス排出口63,65から出る燃焼ガスの前記吸気通路14に導入される量の割合い調整は、例えば外気温度、あるいは外気温度と機関冷却水温度の両方の温度に基づいて為されるようになっている。両温度に基づいて為す理由、は、低温時であれば、それらの両方の温度が低い場合が多いが、例えばエンジン1を停止したばかりの状態では、外気温はが低くても機関冷却水温度は高い場合があるからである。
【0066】
バルブ80の開き具合を例示すると、例えば、外気温が低い場合は、バルブ80の開度を大きくして燃焼ガス排出口63に流れるよりも燃焼ガス排出口65に流れる燃焼ガスの割合が大きくなるようにする。
【0067】
外気温度は、エアクリーナ13の下流側直近に設けた温度センサ13aによって検出し、機関冷却水温度は前記ウォータジャケットに設けた温度センサ3aによって検出する。
【0068】
前記燃焼ガス排出管73は、その途中、詳しくは燃焼ガス排出管73における吸気通路14寄りの箇所で、管84が分岐する。よって、この管84を分岐管84ということにする。
【0069】
分岐管84は、エンジン本体3をバイパスするように排気通路27に延びており、排気通路27のうち排気通路27に設置した触媒コンバータ29の上流側近傍箇所C3で排気通路27と接続されている。
【0070】
この分岐管84と前記燃焼ガス排出管73との交叉部分には、三方切換弁86を取付けてある。
三方切換弁86は、燃焼ガスが燃焼ガス排出管73をそのまま吸気通路14に向けて通るようにするか、または分岐管84を通るようにするかを選択して切り替える弁である。三方切換弁86の作動によって、三方切換弁86に流れて来るた燃焼ガスの流れ方向を切り替えて、前記燃焼ガスを吸気通路14または排気通路27に導入する。
【0071】
なお、三方切換弁86を切り替えて、前記燃焼ガスを吸気通路14へ流す場合を三方切換弁86を吸気側に切り替えるといい、前記燃焼ガスを排気通路27へ流す場合を三方切換弁86を排気側に切り替えるという。
【0072】
三方切換弁86を吸気通路14側に切り替えて燃焼ガスを吸気通路14に流す場合、燃焼ガス排出管73を介して燃焼式ヒータ9と吸気通路14とが実質的に接続される。この接続によって、燃焼ガスが燃焼式ヒータ9からエンジン1の吸気通路14に導入される。
【0073】
また、三方切換弁86を排気通路27側に切り替えて燃焼ガスを排気通路27に流す場合、燃焼ガス排出管73の一部と分岐管84とを介して燃焼式ヒータ9と排気通路27とが実質的に接続される。この接続によって、燃焼ガスが燃焼式ヒータ9からエンジン1の排気系に導入されるとともにそれまで前記吸気通路14に導入していた燃焼ガスを排気通路27への導入に切り替えるので、三方切換弁86のことを導入ガス切換手段ということができる。
【0074】
一方、前記燃焼筒40は、その内部に燃料蒸発部としての図示しないウイックを有する。また、図1に示すように燃焼筒40に外部から燃料を導入する燃料導入通路88を接続してある。燃料導入通路88は燃料ポンプ89と接続してあり、燃料ポンプ89のポンプ圧を受けて燃料導入通路88から燃焼筒40の前記ウイックに燃料が吐出され、その結果、燃料が蒸発する。さらに、燃焼筒40は、前記ウイックにて蒸発した気化燃料に着火するグロープラグ(図示せず)を有する。
【0075】
また、燃焼式ヒータ9の前記外壁42は、燃焼筒40のうち火炎Fの出る側と反対側に、駆動源としてのモータ92を有する送風用の回転ファン(好ましくはターボ型回転ファン)90を内包したハウジング93を取付けてある。
【0076】
ハウジング93は、外部から空気を取り入れるための空気取入口95を有し、この空気取入口95に前記空気供給管71を接続してある。また、ハウジング93は、その内部空間Sが前記空気供給口62と通じている。よって、空気供給口62は、空気供給管71と内部空間Sを介して間接的に連結している。
【0077】
そして、モータ92により回転ファン90を回転すると、空気供給管71を経由して前記吸気通路14からハウジング93内に空気が導入される。このハウジング93に導かれた空気は、前記内部空間Sを経て、前記空気供給口62から燃焼筒40に燃焼用空気として供給される。
【0078】
この燃焼用空気によって前記ウイックにて蒸発した気化燃料が燃焼に供されて火炎Fを生じ、その火炎Fから出る燃焼ガスは、その後、燃焼式ヒータ9から燃焼ガス排出管73を経由して、前記のごとく、三方切換弁86の切換えにより、吸気通路14または排気通路27に案内される。
【0079】
この案内される燃焼ガスの量は、燃焼式ヒータ9の出力の大小によって決まる。例えば、回転ファン90の回転数が多いほど、燃焼ガス排出管73に起きる通風の量が多くなり、火炎の大きさや勢いが同じであれば、前記回転ファン90の回転数に比例した量の燃焼ガスが燃焼式ヒータ9から排出される。回転ファン90の回転数は、ECU11によりモータ92を制御することで決まる。
【0080】
このような燃焼式ヒータ9は、エンジン本体3の暖機促進やヒータコア10の性能向上等を図るべく機関冷却水を昇温させる必要が生じた場合、次のように作動する。
【0081】
まず、図2に示すように、前記弁装置78の作動によってバルブ80が閉じ、その結果、燃焼ガス排出口65が閉鎖する。また、前記のように回転ファン90の回転により、吸気通路14を流れる吸気の一部を空気供給管71を介して燃焼式ヒータ9の燃焼筒40へ導入する。
【0082】
また、前記燃料ポンプ89が燃料タンク(図示せず)内の燃料を吸い上げて燃料導入通路88から燃焼筒40の前記ウイックに吐出する。
さらにエンジン停止中は、電動ウォータポンプ33を作動することでエンジン1のウォータジャケット内の機関冷却水を燃焼式ヒータ9のヒータ内部冷却水通路37へ圧送する。
【0083】
加えて、前記回転ファン90によって燃焼筒40に供給された吸気と、燃料導入通路88から燃焼筒40に供給されかつ前記ウイックにて気化された気化燃料とからなる混合気が、前記グロープラグによって着火され、燃焼筒40内で火炎Fを生じて燃焼が開始する。
【0084】
燃焼によって生じた高温の燃焼ガスは、回転ファン90が回転することで生ずる気流によって燃焼室39をその燃焼ガス排出口63へ向けて流れ、その後、燃焼ガス排出口63と接続している前記連結管74へ排出される(図2の実線矢印a3参照)。
【0085】
そして、電動ウォータポンプ33により、前記ウォータジャケットから冷却水導入通路31を経由して燃焼式ヒータ9のヒータ内部冷却水通路37に圧送された機関冷却水は、ヒータ内部冷却水通路37を前記隔壁41の外面全体に亘って巡回するように流れ、その間に燃焼熱を吸収して上昇する。換言すれば、熱交換領域のヒータ内部冷却水通路37の全域で熱交換される。
【0086】
そして、前記燃焼熱を吸収した機関冷却水は、ヒータコア10に流れるべくヒータ内部冷却水通路37から冷却水排出路32に排出される(図2および図3の破線矢印参照)。
【0087】
その後、燃焼式ヒータ9から排出された機関冷却水は、ヒータコア10の属する前記冷却水排出路32を経由してエンジン本体3のウォータジャケットに戻る。
【0088】
なお、前記ヒータコア10では、機関冷却水が持つ熱の一部が暖房用空気との間で熱交換され、暖房用空気が昇温する。この結果、車輌室内に温風が出る。
このようにして、燃焼式ヒータ9で暖められて高熱になった機関冷却水がエンジン本体3のウォータジャケットやヒータコア10へ流れる。
【0089】
次に、例えばエンジン始動時等、エンジン1が前記所定の運転状況にあってエンジン1の吸気または触媒コンバータ29を早期に昇温させる必要が生じた場合、燃焼式ヒータ9は次のように作動する。
【0090】
図3に示すように、弁装置78の作動によってバルブ80が開き、その結果、燃焼ガス排出口65が開通する。続いて、モータ92により回転ファン90が回転し吸気通路14内を流れる吸気の一部を燃焼式ヒータ9の燃焼筒40へ供給する。また、前記燃料ポンプ89が前記燃料タンク内の燃料を吸い上げてこの吸い上げた燃料を燃料導入通路88から燃焼筒40の前記ウイックに供給する。
【0091】
そして、燃焼筒40のグロープラグに通電され、回転ファン90によって供給された吸気と、燃料導入通路88から燃焼筒40に供給されかつ前記ウイックにて気化された気化燃料とからなる混合気が燃焼筒40内で燃焼される。
【0092】
この燃焼により生じた高温の燃焼ガスは、回転ファン90が回転することにより生ずる送風によって燃焼室39をその燃焼ガス排出口65へ向けて流れ、その後、燃焼ガス排出口65から燃焼ガス排出管73へ排出される。
【0093】
同様に、燃焼ガス排出口65の開き具合通によっては、燃焼ガスのうちヒータ内部冷却水通路37を経由する前の燃焼ガスまたはおよびヒータ内部冷却水通路37の一部の領域を経由した燃焼ガスの両方が燃焼ガス排出管73へ排出を経由して吸気通路14に導入される。
【0094】
なお、燃焼ガスのうちヒータ内部冷却水通路37を経由する前の燃焼ガスとは、隔壁41の内面にほとんど接することなく燃焼ガス排出口65に向かう、熱交換されない燃焼ガスのことであり(例えば図3の矢印a1参照)、ヒータ内部冷却水通路37の一部の領域を経由した燃焼ガスとは、隔壁41の内面に一部接することにより、熱交換される量の少ない燃焼ガスのことである(例えば図3の矢印a2参照)。
【0095】
燃焼ガスの中には、燃焼ガス排出口65の開通時に燃焼ガス排出口63へ向けて流れ、熱交換される燃焼ガス(図3の矢印a3参照)もあるが、その量は燃焼ガス排出口65へ向かって流れる燃焼ガスに比べて少ない。これは次の理由による。
【0096】
すなわち、弁装置78のバルブ80が開くと、弁装置78内には燃焼室39内の燃焼ガス排出口65における燃焼ガスの圧力P0と同じか、ほぼ同じ圧力がかかる。一方、燃焼室39を経由して連結管74の始端74aに至った燃焼ガスの圧力P1は、燃焼室39を経由している間に圧力損失を受けるので、前記圧力P0よりも小さい。よって、燃焼室39を経由して圧力P1になった燃焼ガスが連結管74を経由して吸気通路14に向けては流れにくくなる。このため、圧力P1よりも高い圧力P0の燃焼ガスの方が優先的に燃焼ガス排出管73を経由して吸気通路14に向けて導入される。
【0097】
前記燃焼ガス排出口65経由で燃焼ガス排出管73に排出された高温の燃焼ガスは、やがて三方切換弁86へ至る。次いで、燃焼ガスは、三方切換弁86によって閉ざされていない方の経路へ流れる。すなわち、燃焼ガス排出管73をそのまま通って吸気通路14へ出るか、または分岐管84へ流れて排気通路27へ出る。
【0098】
ここで、前記燃焼ガス排出口65から排出された燃焼ガスは、前記の通り、燃焼式ヒータ9内で機関冷却水との熱交換が行われていないか、あるいは熱交換が行われていてもその交換量が少ない。このため、燃焼ガス排出口65から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス排出口63から排出されて機関冷却水と熱交換が行われた前記燃焼ガスに比べてかなり高温である。そこで、便宜上、燃焼ガス排出口63に向けて流れることで機関冷却水と熱交換が行われた燃焼ガスのことを水冷後燃焼ガスといい、燃焼ガス排出口65に向けて流れることで前記熱交換の行われなかった燃焼ガスのことを水冷前燃焼ガスという。
【0099】
水冷前燃焼ガスは、吸気通路14に、または排気通路27における触媒コンバータ29の上流箇所C3に供給される。これにより、吸気または触媒コンバータ29を早期に昇温できる。
【0100】
図4は燃焼式ヒータ9に着火した直後の、水冷前燃焼ガスおよび水冷後燃焼ガスの温度特性を示すグラフ線図である。縦軸はそれら排気の温度(ガス温度)を示し、横軸は燃焼式ヒータ9に着火を行った後の経過時間を示す。図中、破線グラフは、前記水冷前燃焼ガスの温度を示し、実線グラフは、水冷後燃焼ガスの温度を示す。また、図中ほぼ中央にあって横軸と平行な線は、エンジン1を低温始動させることが可能な目安温度、換言すれば低温始動目標値としての目標圧縮端温度を示す線である。この実施の形態では目標圧縮端温度はおよそ320℃としてある。
【0101】
図4からわかることは、水冷前燃焼ガスは、水冷後燃焼ガスに比べ、シリンダ壁温度を急速に高め、よって圧縮端温度が一気に目標圧縮端温度にまで高められることがわかる。
【0102】
よって、水冷前燃焼ガスがシリンダに供給されると圧縮端温度が一気に高くなり、シリンダに供給される燃料の気化がかなり促進されるので、シリンダ内での混合気の着火性の向上、換言すればエンジン1の始動性を高めることができる。
【0103】
ここで図1に戻る。
前記ECU11は、双方向性バスによって相互に接続された、中央処理制御装置CPU,読み出し専用メモリROM,ランダムアクセスメモリRAM,入力インタフェース回路,出力インタフェース回路等から構成されている。そして、前記入力インタフェース回路には、図示の有無に拘わらず各種のセンサが電気配線を介して接続され、前記出力インタフェース回路には、EGR弁30,電動ウォータポンプ33,燃焼筒40のグロープラグ,弁装置78,三方切換弁86,燃料ポンプ89,モータ92等が電気配線を介して接続されている。
【0104】
前記入力インタフェース回路に接続されるセンサとしては、前記した温度センサ3aや13a以外に、図示しない、吸気通路14に取り付けられるエアフローメータ,触媒コンバータ29に取り付けられる触媒温度センサ,アクセルペダルもしくはアクセルペダルと連動して動作するアクセルレバー等に取り付けられたアクセルポジションセンサ,イグニッションスイッチ,スタータスイッチ等を例示できる。これらのセンサは、検出した検出値に相当する電気信号を出力してECU11に送る。
【0105】
なお、温度センサその他の各種センサのパラメータは、ECU11の前記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。
また、前記ランダムアクセスメモリRAMには、エンジン1が始動する前に燃焼式ヒータ9から排出される燃焼ガスの熱により、圧縮端温度を目標圧縮端温度にするに当たって、クランクシャフトをスタータモータによってどれだけ回転すればよいか、すなわち目標圧縮端温度とスタータモータによるクランクシャフトの回転数との間の相関関係を示唆する、図5に示すようなマップMを入れてある。
【0106】
マップMは、その縦軸に圧縮端温度が前記目標圧縮端温度に到達するまでに必要なクランクシャフトのスタータモータによる所定の回転数をとり、また、横軸にスタータモータを作動する前の、換言すればエンジン1を始動する前の機関冷却水温度をとってなる所定回転数−機関冷却水温度線図である。
【0107】
図5では、例えば、機関冷却水温度がaの場合は、スタータモータによってクランクシャフトをa’回転すれば、圧縮端温度が目標圧縮端温度に達することを意味している。
【0108】
このマップMからわかることは、スタータモータを作動する前の機関冷却水温度が求まれば、圧縮端温度を目標圧縮端温度にするにあたって必要なクランクシャフトの所定回転数を決定できるということである。換言すれば、クランクシャフトの回転数がこのマップMから求めた所定回転数に達すれば、圧縮端温度がエンジン1の始動前から目標圧縮端温度に達していることを意味する。
【0109】
また、マップMから、機関冷却水温度が高い場合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は少なくて済み、低い場合には多くしなければならないことがわかる。なお、クランクシャフトの回転数の多少は、燃焼式ヒータ9の作動時間の多少を意味する。クランクシャフトの回転数が多い場合は、スタータモータの始動からの燃焼式ヒータ9の作動時間が多いので、それだけ多量の燃焼ガスがシリダンに流れる。このため、機関温度が低くても圧縮端温度は目標圧縮端温度に達する。反対にクランクシャフトの回転数が少ない場合は、スタータモータの始動からの燃焼式ヒータ9の作動時間が少ないので、それだけ少ない量の燃焼ガスしかシリンダには流れない。しかし、機関温度が高めであるから圧縮端温度が目標圧縮端温度に達することに支障はない。
【0110】
また、各種センサの各パラメータに応じてECU11のCPUが作動して燃焼式ヒータ17の燃焼状態を制御する。換言すれば、CPUによって、燃焼式ヒータ17の火炎の勢いや大きさ,温度等を制御する。そして、この制御によって燃焼式ヒータ17の排気(燃焼ガス)の温度が制御される。
【0111】
CPUは、前記した各種センサの出力信号値に基づいてエンジン1の運転状態を判定する。そして、その判定結果に基づいて燃料噴射制御等エンジン1全体の制御を行う。同時に燃焼式ヒータ9の出力制御を行うべく、前記のように回転ファン90の回転数を制御したり、燃料導入通路88から供給される燃料の量を制御する。また、弁装置78や三方切換弁86等の作動制御を行う。
【0112】
次に図6のフローチャートを参照してエンジン1の作動制御実行ルーチンを実現するためのプログラムについて述べる。
このプログラムは、以下に述べるステップ101〜ステップ109からなる。また、これらのステップからなるプログラムは、ECU11のROMに記憶してある。また、前記各ステップにおける処理は、すべてECU11のCPUによる。なお、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。
【0113】
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、スタータモータを作動するためのスタータ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。
【0114】
S102では、温度センサ3aによる検出値からスタータモータ作動前の機関冷却水温度を読み込み、同時にマップMから前記機関冷却水温度に基づいた圧縮端温度を目標圧縮端温度にするのに必要なクランクシャフトの所定回転数を読み込んで、この読み込み値を読み出し専用メモリROMに記憶しておく。
【0115】
S103では、エンジン1が暖機要求状態に現在あるかどうかの判定を行う。暖機要求状態とは、例えば、ほぼ−10℃〜15℃位の温度範囲に外気がある寒冷時やほぼ−10℃以下の温度範囲に外気がある極寒冷時における内燃機関の運転中,あるいは前記と同じ条件下で内燃機関を始動させた後等、前記した内燃機関が所定の運転状況にある場合を挙げられる。
【0116】
したがって、暖機要求状態にあるか否かの判定を、例えば外気を検出するための温度センサ13aの検出値が前記暖機要求状態に係る、前記温度範囲にあるか無いかで行うことができる。
【0117】
S103で肯定判定した場合は、S104に進み、否定判定した場合は、S109に進む。
S104では燃焼式ヒータ9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S105に進み、否定判定すればS107に進む。
【0118】
S105ではインジェクタからシリンダ内に燃料噴射されていない燃料噴射レスの状態でかつスタータモータが作動している、すなわちスタータON制御実行開始かどうかを判定する。肯定判定すればS106に進み、否定判定すればこのルーチンを終了する。
【0119】
S106では、燃焼式ヒータ17の作動を開始するとともに、その燃焼ガスが燃焼ガス排出管73をそのまま通ってエンジン吸気系である吸気通路14に排出されるように、三方切換弁86を制御する。なお、S106は、S105で肯定判定された場合に進む直後の処理、換言すればスタータモータの作動が確認された直後に進む処理であるから、燃焼式ヒータ17の作動によって排出される燃焼ガスは、スタータモータの作動に合わせて排出されるということができる。
【0120】
また、弁装置78の作動によって水冷前燃焼ガスを吸気通路14に流すか水冷後燃焼ガスを吸気通路14に流すかはエンジン1の置かれている状況によって異なり、どちらを選択するかについてのルーチンは説明を簡単にするために省略してある。本発明は、内燃機関の始動性の向上を目的としているので、燃焼ガスが吸気通路に流れる場合について述べた。
【0121】
S107では、スタータモータによって回転されるクランクシャフトが、S102で求めた機関冷却水温度に基づいた所定回転数に達したかどうか(クランキング回転が所定回経過したかどうか)、換言すればS106で燃焼式ヒータ9が作動することによって排出された燃焼ガスの熱をエンジン1が受けることにより、圧縮端温度が所定温度である目標圧縮端温度に達したかどうかを判定する。さらに換言すれば、前記ROMに記憶しておいた、前記機関冷却水温度に対応する所定回転数に達したかどうかすなわち所定条件を満たしたかどうかを判定し、達した(満たした)場合、すなわち肯定判定した場合はその時点で、すなわち圧縮端温度が目標圧縮端温度に達したものとみなし、その時点で次のS108に進み、否定判定した場合にはこのルーチンを終了する。
【0122】
このようなS107は、所定温度達成判定手段ということができる。
また、前記所定温度達成判定手段は、スタータモータの作動に合わせて燃焼式ヒータ9が排出する燃焼ガスをエンジン1の吸気通路14に導入した後において、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場合には、前記圧縮端温度が前記目標圧縮端温度に達したと、前記のように実際にはみなすものである。よって、所定温度達成判定手段のことを所定温度達成みなし手段と言い換えることもできる。
【0123】
所定温度達成判定手段であるS107は、ECU11のROMに記憶されており、ROMはECU11に属するので、ECU11のことを所定温度達成判定手段ということにする。
【0124】
S108では、例えば燃焼式ヒータ9の出力をゼロにするかまたは低減する(出力をゼロにするかまたは低減することを総称して燃焼停止ということにする。)。よって、この場合、燃焼ガスのシリンダ内への導入量がゼロになるか、または導入されてもそれまでよりも少なくなるので、それだけ新気量が増える。したがって新気量の増大分に比例して酸素量も増大する。よって、このS108をエンジン1が始動可能な所定温度に達した時点で、前記吸気通路14における酸素量をそれまでよりも相対的に増大する酸素量増大手段というとともに、前記のように燃焼式ヒータ9の出力制御を行うのでヒータ出力制御手段ということができる。
また、S108はECU11のROMに記憶されており、ROMはECU11に属するので、ECU11は酸素量増大手段(ヒータ出力制御手段)ということもできる。
【0125】
さらに、前記のごとく新気量が増大したときには、前記のように圧縮端温度はすでに目標圧縮端温度に達しているとして処理されるので、エンジン1が始動するに必要な温度が既に確保された状態で酸素量の増大が確実になされることになる。
【0126】
そして、燃焼式ヒータ9の燃焼停止をする代わりに、燃焼式ヒータに係る燃料の燃焼をリーン状態で行うことで生じる燃焼ガスを前記吸気通路14に導入することで、吸気通路14における酸素量をそれまでよりも相対的に増大するようにしもよい。
【0127】
加えて燃焼式ヒータ9の燃焼停止をする代わりに、三方切換弁86の作動制御により、燃焼ガスの導入先を切り替えて、それまで吸気通路27に導入していた燃焼ガスを分岐管84を経由して排気通路27への導入に切換えてもよい。この場合、三方切換弁86の作動によってそれまで吸気通路14に流れていた燃焼ガスが排気通路27に流れるようになる。したがって、吸気通路14には燃焼ガスが流れなくなって、それだけ吸気に占める新気割合が増大し、その結果酸素量が増大するので、三方切換弁86を酸素量増大手段ということもできる。
【0128】
S109では、S108でエンジン1が始動するに必要な酸素量を確保できたことに加え、すでに述べた目標圧縮端温度に圧縮端温度が達しているので、インジェクタによるシリンダへの燃料噴射を行ってエンジン1が始動を行えるようにする。換言すれば、前記所定条件を満足するまでは、エンジン1への燃料の供給を停止する。
【0129】
なお、エンジン1が始動した後は、前記酸素量増大手段による酸素量の増大を停止するとともに燃焼式ヒータ9の燃焼状態を、前記所定条件(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というもの)を満たす前のエンジン1の運転状態における燃焼式ヒータ9の燃焼状態に戻すようになっている。しかし、このルーチンでは説明を簡単にするためにその処理ステップは省略した。
【0130】
なお、「燃焼式ヒータの燃焼状態を前記所定条件を満たす前の内燃機関の運転状態における燃焼状態に戻す」とは、例えば燃焼式ヒータの9出力をゼロまたは低減する前の例えば出力の高い状態にしたり、あるいは燃焼式ヒータに係る燃料の燃焼をリーン状態で行う前の例えばリッチ状態にしたりすることである。
【0131】
次に本実施の形態の作用効果を述べる。
エンジン1では、スタータモータの作動に合わせて、換言すればエンジン1が始動する前から、燃焼式ヒータ9が排出する燃焼ガスを吸気通路14に導入している(S106,S109参照)。そして、この導入された燃焼ガスの熱を利用して前記吸気の温度を高める。
【0132】
そして、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ピストンがシリンダ内を往復運動すると、この往復運動に伴い前記燃焼ガスを含んで昇温された吸気は、吸気ポートからシリンダ内に入り、燃焼室での機関燃焼に供された後は排気ポートを介してシリンダの外にすなわち排気通路27に流れる。併せて燃焼ガスを含んで昇温された吸気がシリンダ内に入ると、燃焼ガスの持つ熱によりシリンダ壁温度が高まる。すなわち、シリンダはエンジン1が始動する前から暖められる。
【0133】
そして、シリンダの温度が次第に高まってやがてエンジン1が始動できるに必要な所定温度である、前記目標圧縮端温度に圧縮端温度が達した時点で、前記酸素量増大手段であるECU11の制御により燃焼式ヒータ9の作動が制御されて、燃焼停止するので、それだけ吸気通路14を流れる吸気に占める新気の割合が増大し、その分、酸素量が増大する。
【0134】
このように、本発明の燃焼式ヒータを有するエンジン1では、エンジン1を始動するのに必要な最低限の温度である前記目標圧縮端温度を確保しつつ、機関吸気に占める酸素量をも確保できるため、エンジン1の始動性を高められる。
【0135】
また、燃焼式ヒータ9の燃焼停止をする代わりに、燃焼式ヒータ9に係る燃料の燃焼をリーン状態で行うことで生じる燃焼ガスを前記吸気通路14に導入することで、吸気通路14における酸素量をそれまでよりも相対的に増大する場合は、少ない燃料を多くの空気で燃焼したことになるので、燃焼式ヒータ9から排出される燃焼ガスもリーンな状態になる。したがって、このリーンな燃焼ガスが吸気に含まれればリーンでない燃焼ガスを吸気に含める場合に比して酸素量が増大する。よって、前記のようにエンジン1の始動性を高められる。
【0136】
加えて、三方切換弁86を酸素量増大手段とする場合は、機関温度が前記目標圧縮端温度に達した時点で、それまで前記吸気通路14に導入していた燃焼ガスを排気通路27への導入に切り替えることで、吸気通路14には燃焼ガスが流れなくなる。このため、それだけ吸気に占める新気割合が増大して酸素量が増大する。よって、前記のようにエンジン1の始動性を高められる。
【0137】
さらに、エンジン1には、所定温度達成判定手段であるECU11によって、機関温度である圧縮端温度が目標圧縮端温度に達したことを確実に検出できるので、前記酸素量を効果的に増大できる。
【0138】
加えて、エンジン1が始動した後は、前記酸素量増大手段であるECU11による酸素量の増大を停止するとともに前記燃焼式ヒータ9の燃焼状態を例えば前記のように出力の高い状態やリッチ燃焼の状態における燃焼状態に戻すようになっている。このようにすることで、燃焼式ヒータ9からは熱量の多い燃焼ガスが排出されるので、機関暖機の向上やヒータコア10等の性能向上を期待できる。
【0139】
加えて、前記所定条件を満足するまでは、エンジン1への燃料の供給を停止するようになっている。前記所定条件を満足していれば、エンジン1の圧縮端温度が前記所定温度である目標圧縮端温度に達していると考えて十分であるがそうでなければ前記目標圧縮端温度に達していないので、その状態でエンジン1への燃料の供給を行うとエミッションが悪化する。しかし、本発明では、圧縮端温度が目標圧縮端温度に達していると判断して問題ない前記所定条件を満足しなければ、エンジン1への燃料の供給を行わないので、エミッションが悪化することもない。
【0140】
さらに、吸気量の少ない少排気量のディーゼルエンジンの場合でも、吸気加熱が可能となり、低温始動を良好にするためにディーゼルエンジンのシリンダーヘッドに設けられるヒータである、図示しないグロープラグを不用にできるようになる。グロープラグをシリンダーヘッドに設ける必要ないとグロープラグをシリンダヘッドに取付けるための取付孔を不用にできるので、それだけヘッドの剛性が高まり、シリンダヘッドの耐久信頼性を向上させられる。
【0141】
また、エンジン始動後において、圧縮端温度が目標圧縮端温度には達しているものの、機関冷却水温度が十分に暖まっておらず、よって車室内暖房装置であるヒータコア10を有効に機能させるには十分でない場合は、燃焼式ヒータ9が停止状態にあっても再度燃焼式ヒータ9を作動させることが好ましい。エンジン始動後であるかどうかの判断は、エンジンが作動状態にある場合にエンジン回転数や吸入空気量が示すそれらの値に基づいて判断すればよい。
【0142】
さらに、S108にて燃焼式ヒータ9に供給される燃焼用燃料の供給を一旦停止し、回転ファン90は回転を継続するようにすれば、それまでの燃焼式ヒータ9の燃焼によって暖まっていた燃焼筒40や隔壁41の壁面から受熱して高温になった空気は、燃焼式ヒータ9での燃焼に供されなかった分、十分に酸素を含んだ状態にあるので、酸素量の多いしかも暖かな状態で吸気通路14に送られるため、エンジン1の始動性をさらに高めることができる。
【0143】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関によれば、燃料を燃焼して発生する燃焼ガスを内燃機関に導入し、その燃焼ガスに含まれる熱を利用して前記内燃機関の吸気の温度を高める燃焼式ヒータを有する内燃機関において、内燃機関を始動をするにあたって最低限必要な温度を確保しつつ、機関吸気に占める酸素量をも十分なものとし、これにより内燃機関の始動性を高められる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃焼式ヒータを有する内燃機関の概略構成図
【図2】燃焼式ヒータの作動状態を示す断面図
【図3】燃焼式ヒータの別の作動状態を示す断面図
【図4】燃焼式ヒータの着火直後の排気温度特性を水冷前燃焼ガスと水冷後燃焼
ガスとで比較して示すグラフ線図
【図5】所定回転数−機関冷却水温度線図
【図6】エンジンの作動制御実行ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
1…ディーゼルエンジン(内燃機関)
3…エンジン本体
3a…温度センサ
5…吸気装置
7…排気装置
8…EGR装置
9…燃焼式ヒータ
10…ヒータコア
11…ECU(酸素量増大手段、ヒータ出力制御手段、所定温度達成判定手段)13…エアクリーナ
13a…温度センサ
14…吸気通路(吸気系)
15…ターボチャージャ
15a…コンプレッサ
15b…タービン
19…インタークーラ
22…インテークマニホールド
23…吸気絞り弁
27…排気通路(排気系)
28…エキゾーストマニホールド
29…触媒コンバータ
30…EGR弁
31…冷却水導入通路
32…冷却水排出路
33…電動ウォータポンプ
37…ヒータ内部冷却水通
37a…冷却水導入口
37b…冷却水排出口
39…燃焼室
40…燃焼筒
41…隔壁
42…外壁
62…空気供給口
63…燃焼ガス排出口
65…燃焼ガス排出口
71…空気供給管
73…燃焼ガス排出管
74…連結管
74a…連結管74の始端
78…弁装置
80…バルブ
82…アクチュエータ
84…分岐管
86…三方切換弁(導入ガス切換手段)
88…燃料導入通路
89…燃料ポンプ
90…回転ファン
92…モータ
93…ハウジング
95…空気取入口
C1…空気供給管71と吸気通路14との接続箇所
C2…燃焼ガス排出管73と吸気通路14との接続箇所
C3…触媒コンバータ29の上流側近傍箇所
F…火炎
M…マップ
P1…連結管74の始端74aにおける水冷後燃焼ガスの圧力
P0…燃焼ガス排出口65における水冷前燃焼ガスの圧力
S…ハウジング93の内部空間
W…熱媒体循環路
a1…熱交換領域を経由する前の燃焼ガス
a2…熱交換領域の一部を経由した燃焼ガス
a3…熱交換領域の大部分を経由した燃焼ガス
[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]
Internal combustion engines mounted on vehicles such as automobiles are designed to operate efficiently in a predetermined temperature range. This is because, for example, at low temperatures, engine fuels such as gasoline and light oil are difficult to vaporize, so that it is difficult to ignite these fuels, so that there is a problem that the startability is deteriorated.
[0003]
Further, as is well known, the interior of the vehicle is heated by using the heat generated when the internal combustion engine is operated. However, if the calorific value is insufficient, the interior of the vehicle cannot be sufficiently heated. In view of this, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-79149 discloses a technique in which a combustion heater is provided in an internal combustion engine for the purpose of promoting warm-up of the engine and improving the performance of a vehicle interior heating device, and utilizing heat of combustion gas emitted from the combustion heater. It is disclosed in the gazette.
[0004]
The technique disclosed in this publication introduces high-temperature combustion gas of a combustion-type heater into an intake passage of an internal combustion engine, thereby heating the engine intake air so that the engine can be easily started even when the internal combustion engine is in a low temperature state. It was made.
[0005]
However, the combustion gas emitted from the combustion heater is exhaust gas emitted by burning fuel. In the exhaust gas, the amount of oxygen contained therein is smaller than the amount of oxygen contained in the air before being subjected to combustion.
[0006]
Therefore, when the combustion gas is introduced into the intake passage as in the technique described in the above publication, when the amount of the combustion gas in the air flowing through the intake passage is increased by increasing the amount of the combustion gas, Although the engine warm-up is promoted by the heat of the combustion gas, the amount of oxygen in the air supplied to the cylinder is reduced. When the amount of oxygen is reduced, the amount of combustion in the cylinder is restricted, so that the startability of the internal combustion engine may be deteriorated. However, if the proportion of the combustion gas introduced into the intake passage is reduced in order to secure the required amount of oxygen, the engine warm-up will be insufficient this time and the startability will also deteriorate.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and introduces combustion gas generated by burning fuel into an internal combustion engine, and uses the heat contained in the combustion gas to adjust the temperature of intake air of the internal combustion engine. In an internal combustion engine having a combustion type heater, the minimum necessary temperature for starting the internal combustion engine is ensured, and the amount of oxygen occupied in the intake air of the engine is also sufficient, thereby improving the startability of the internal combustion engine. It is a technical object to provide an internal combustion engine having a combustion type heater.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention employs the following means in order to solve the above-described problems.
(1) An internal combustion engine having a combustion type heater according to the present invention is attached to the internal combustion engine, and burns into the intake system of the internal combustion engine in accordance with the operation of engine start assisting means for assisting the start of the internal combustion engine until the internal combustion engine starts. An internal combustion engine having a combustion-type heater for introducing gas and increasing the temperature of intake air of the internal combustion engine by utilizing heat of the introduced combustion gas, wherein the internal combustion engine is started by the operation of the engine start auxiliary means. Before the internal combustion engine receives the heat of the combustion gas and reaches a predetermined temperature at which the internal combustion engine can be started, the oxygen amount increasing means for relatively increasing the oxygen amount in the intake system more than before.And starting supply of fuel to the internal combustion engine after the internal combustion engine reaches the predetermined temperature.
[0009]
Here, the "engine start assisting means attached to the internal combustion engine" is, for example, a starter motor, and the crankshaft of the internal combustion engine is rotated by the operation of the engine start assisting means. As a result, the piston moves in the cylinder. Start reciprocating.
[0010]
Further, "the internal combustion engine is started" means that in the internal combustion engine, the piston reciprocates in the cylinder without using the engine start assisting means attached to the internal combustion engine such as the starter motor. This means that the internal combustion engine operates itself.
[0011]
Further, "the engine has reached a predetermined temperature at which the internal combustion engine can be started" means a so-called engine temperature, i.e., the cylinder wall temperature or the engine coolant temperature is determined by the heat of the combustion gas or the frictional heat generated between the piston and the cylinder. Means that the temperature of the internal combustion engine increases to a temperature suitable for starting the internal combustion engine.
[0012]
A specific example of the case where the predetermined temperature is reached is as follows if the internal combustion engine is a self-ignition type internal combustion engine such as a diesel engine.
That is, the cylinder wall temperature increases due to the influence of the heat of the combustion gas and the frictional heat. Under the influence of the increased cylinder wall temperature, a portion corresponding to the vicinity of the end of the compression stroke of the internal combustion engine (hereinafter referred to as “compression”). There is a case where the cylinder wall temperature rises to such an extent that the intake air temperature at the end (hereinafter referred to as “compression end temperature”) reaches the target compression end temperature described below.
[0013]
The target compression end temperature is the lowest compression end temperature at which ignition and combustion in the combustion chamber can be ensured, that is, the minimum ignition temperature at which the diesel engine self-ignites.
If the compression end temperature reaches the target compression end temperature, at least the diesel engine will self-ignite, so that the temperature becomes suitable for starting the internal combustion engine.
[0014]
Therefore, if the compression end temperature does not reach the target compression end temperature, ignition becomes uncertain. In other words, if the temperature at the compression end reaches this target compression end temperature, the condition that the internal combustion engine can be started without using the engine start auxiliary means has been set, and thereafter, the heat generated by the internal combustion engine has A temperature equal to or higher than the target compression end temperature can be maintained.
[0015]
Furthermore, "increase the amount of oxygen in the intake system relatively than before" means that increasing the amount of oxygen itself or reducing the amount of oxygen in the intake air by reducing other components such as carbon dioxide. It does not matter whether or not the proportion of oxygen in the intake air is increased in a state where it does not change. However, in any case, it is assumed that a necessary amount is secured as an engine intake amount specific to the internal combustion engine.
[0016]
In the internal combustion engine having the combustion type heater according to the present invention, the combustion gas discharged from the combustion type heater before the internal combustion engine itself operates in accordance with the operation of the engine start assisting means attached to the internal combustion engine, that is, the intake system. To be introduced. Then, the temperature of the intake air of the internal combustion engine is increased by utilizing the heat of the combustion gas introduced into the intake system.
[0017]
At this time, the intake air that has been heated up containing the combustion gas enters the cylinder from its intake port as the piston reciprocates in the cylinder due to the rotation of the crankshaft by the engine start assisting means.
[0018]
Therefore, by introducing the intake gas containing the combustion gas into the cylinder, the cylinder can be warmed while the internal combustion engine is being assisted by the engine start assisting means, in other words, before the internal combustion engine itself operates. . Then, when the temperature of the cylinder gradually increases and eventually reaches a predetermined temperature at which the internal combustion engine can be started, the oxygen amount in the intake system is relatively increased by the oxygen amount increasing means.
Then, after reaching a predetermined temperature at which the internal combustion engine can be started, fuel supply to the internal combustion engine is started to start the internal combustion engine. That is, when the internal combustion engine is started, the internal combustion engine has reached the predetermined temperature, and the oxygen amount in the intake system has been increased.
[0019]
As described above, in the internal combustion engine having the combustion-type heater of the present invention, the internal combustion engine can secure the predetermined temperature required for the startup before the internal combustion engine is started and the oxygen amount occupied in the engine intake air can be ensured. Startability of the engine is improved.
Further, the supply of fuel to the internal combustion engine is started after the internal combustion engine has reached a predetermined temperature required for its start, in other words, the fuel supply to the internal combustion engine is not performed until the internal combustion engine reaches the predetermined temperature required for its start. Since the supply of water is not performed, the emission does not deteriorate.
[0020]
(2) In addition, it is preferable that the oxygen amount increasing means reduces or reduces the amount of the combustion gas introduced into the intake system to zero when the internal combustion engine reaches the predetermined temperature.
[0021]
In the internal combustion engine having the combustion heater according to the present invention, when the engine temperature reaches the predetermined temperature, the oxygen amount increasing means acts to reduce or reduce the amount of the combustion gas introduced into the intake system. Therefore, the ratio of the combustion gas to the intake air decreases. For this reason, the amount of the combustion gas occupying the intake air is reduced, so that the proportion of the fresh air occupying the intake air increases accordingly, and therefore the oxygen proportion occupying the intake air, that is, the oxygen amount increases.
[0022]
As described above, in the present invention, a sufficient amount of oxygen can be secured in a state where the engine temperature has reached the predetermined temperature, so that the startability of the internal combustion engine is enhanced.
(3) In addition, desirably, the oxygen amount increasing means is heater output control means for controlling the output of the combustion type heater.
[0023]
If the output of the combustion heater is reduced to zero, no combustion gas is emitted from the combustion heater, and if the output of the combustion heater is reduced, the amount of combustion gas discharged from the combustion heater also decreases. Therefore, the proportion of the combustion gas in the intake air decreases accordingly, and the oxygen amount increases. Therefore, the startability of the internal combustion engine can be improved as described above.
[0024]
(4) In addition, by introducing the combustion gas generated by performing the combustion of the fuel according to the combustion type heater in a lean state to the intake system, the oxygen amount in the intake system is relatively increased. It is preferable that
[0025]
Here, "performing the combustion of the fuel in the combustion type heater in a lean state" means to operate the combustion type heater with the air-fuel ratio in a lean state, that is, to burn the fuel.
[0026]
If the fuel is burned in a lean state, a small amount of fuel is burned with a large amount of air, so that the combustion gas discharged from the combustion heater also becomes a lean state. Therefore, if the lean combustion gas is included in the intake air, the amount of oxygen increases as compared with the case where the non-lean combustion gas is included in the intake air. Therefore, the startability of the internal combustion engine can be improved as described above.
[0027]
(5) In addition, when the engine temperature reaches the predetermined temperature, the oxygen amount increasing means switches the combustion gas that has been introduced into the intake system to the introduction into the exhaust system. Desirably.
[0028]
By the operation of the introduced gas switching means, the combustion gas that has been flowing in the intake system up to that time flows in the exhaust system. Therefore, the combustion gas does not flow into the intake system, and the proportion of fresh air in the intake air increases accordingly, so that the amount of oxygen increases. Therefore, the startability of the internal combustion engine can be improved as described above.
[0029]
(6) In addition, it is desirable to have a predetermined temperature achievement determining means for determining whether the engine temperature has reached the predetermined temperature.
The predetermined temperature achievement determination means directly detects the engine temperature with a temperature sensor, for example, and compares the detected value with the predetermined temperature to determine whether the engine temperature has reached the predetermined temperature. For example, an engine control device ( ECU) and the like.
[0030]
Since the predetermined temperature achievement determination means can reliably detect that the engine temperature has reached the predetermined temperature, the means for increasing the oxygen amount can be effectively used.
(7) In addition, the predetermined temperature attainment determining means may include an operating state of the internal combustion engine after introducing the combustion gas discharged from the combustion heater into the intake system of the internal combustion engine in accordance with the operation of the engine start assisting means. Satisfies a predetermined condition, it can be considered that the engine temperature has reached the predetermined temperature.
[0031]
(8) In addition, the predetermined condition is that a predetermined number of rotations of the internal combustion engine are performed by the attached engine start assisting means, a predetermined time elapses after the internal combustion engine starts rotating by the engine start assisting means, A predetermined amount of intake air may be introduced into a cylinder of the internal combustion engine after the rotation of the internal combustion engine is started by the engine start assisting means, or a combination thereof.
[0032]
Here, if the "predetermined number of rotations of the internal combustion engine", the "predetermined time after the start of rotation of the internal combustion engine", and the "predetermined amount relating to the intake" are satisfied, it is determined that the internal combustion engine has reached the predetermined temperature. Values that have a sufficient correlation.
[0033]
(9) In addition, after the start of the internal combustion engine, the increase in the amount of oxygen by the oxygen amount increasing means is stopped, and the combustion state in the operation state of the internal combustion engine before the combustion state of the combustion heater satisfies the predetermined condition. It is desirable to return to.
[0034]
Here, "returning the combustion state of the combustion heater to the combustion state in the operating state of the internal combustion engine before satisfying the predetermined condition" refers to the state before the output of the combustion heater is reduced to zero or reduced, for example, This is to bring the output to a high state, or to bring the fuel related to the combustion type heater into a state before performing the combustion in a lean state, for example, to a rich state.
[0035]
After the internal combustion engine has started, it means that the internal combustion engine is no longer operating with the engine start assisting means. In this case, the engine speed is reduced by the engine start assisting means. Significantly higher than the engine speed at the time of receiving the engine, and therefore the engine intake air amount is large. For this reason, it is not necessary to increase the oxygen amount in order to enhance the startability of the internal combustion engine, so that the increase in the oxygen amount by the oxygen amount increasing means is stopped. Also, by returning the combustion state of the combustion heater to the combustion state of the combustion heater in the operating state of the internal combustion engine before satisfying the predetermined condition, the combustion heater can discharge a large amount of combustion gas. Therefore, improvement in engine warm-up and improvement in performance of a heating device such as a heater for a vehicle compartment, which uses heat of combustion gas emitted from a combustion heater as a heat source, can be expected.
[0037]
(10)In addition, the introduction of the combustion gas into the internal combustion engine may be performed only when the internal combustion engine is in a predetermined operating state. Here, "when the internal combustion engine is in a predetermined operating state" means, for example, during operation of the internal combustion engine during cold operation at a temperature of about -10C to 15C or extremely cold operation at a temperature of -10C or lower. After the internal combustion engine is started, when the internal combustion engine itself generates a small amount of heat, for example, when the fuel consumption is small, and when the heat generation amount is small, the amount of heat received by the cooling water is small, or immediately after starting at room temperature higher than 15 ° C. For example, when the temperature of the cooling water is low, or when it is necessary to promote warm-up by the heat of the combustion gas discharged from the combustion heater.
[0038]
According to the present invention, the combustion gas is introduced into the internal combustion engine only when the internal combustion engine is in a predetermined operating condition. Therefore, for example, when the outside air temperature is high, the engine temperature becomes sufficient to start the internal combustion engine. In such a case, there is no need to operate the combustion heater unnecessarily. Therefore, the fuel for combustion of the combustion heater is not wastefully consumed.
[0039]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of an internal combustion engine having a combustion heater according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0040]
FIG. 1 illustrates a diesel engine 1 (hereinafter, referred to as “engine 1”) as an internal combustion engine, and schematically shows an overall structure thereof.
The engine 1 includes an engine body 3 having a water jacket (not shown) containing engine cooling water, an intake device (intake system) 5 for feeding air necessary for combustion into a plurality of cylinders (not shown) of the engine body 3, An exhaust gas discharged from the cylinder after the air-fuel mixture formed by mixing the air sent to the cylinder through the device 5 with the engine fuel injected and supplied to the cylinder is burned in a combustion chamber formed at the top of the cylinder. An exhaust device (exhaust system) 7 for discharging into the atmosphere, and an EGR device as an exhaust recirculation device for suppressing the generation of nitrogen oxides by recirculating exhaust gas from the exhaust device 7 to the intake device 5 And a combustion gas generated at the time of burning the fuel separately from the engine 1 and a starter motor (not shown) serving as an engine start auxiliary means attached to the engine body 3. A combustion type heater that is introduced into the intake device 5 of the engine 1 in accordance with the operation of the engine and only when the engine 1 is in a predetermined operation state, and uses the heat of the introduced combustion gas to increase the temperature of the intake air. 9, a heater core 10 of a vehicle interior heating device for increasing the indoor temperature of a vehicle on which the engine 1 is mounted, and an ECU 11 as an engine control device for controlling the entire engine 1.
[0041]
Note that the case where the engine 1 is in a predetermined operating state means, for example, during operation of the internal combustion engine during cold operation at a temperature of about −10 ° C. to 15 ° C. or during extremely cold operation at a temperature of −10 ° C. or lower. After the engine is started, cooling is performed when the heat generation amount of the internal combustion engine itself is small, for example, when the fuel consumption is small, and when the heat generation amount is small, the heat receiving amount of the cooling water is small, or immediately after starting at room temperature higher than 15 ° C. This refers to a case where it is necessary to promote warm-up with the heat of the combustion gas discharged from the combustion type heater, such as when the water temperature is low.
[0042]
The engine body 3 converts a reciprocating motion of the piston in the cylinder into a rotational motion of the crankshaft via a connecting rod which is a connecting rod connecting the piston and the crankshaft. Further, the crankshaft is rotated by the starter motor before the start of the engine in which the crankshaft rotates. The rotation of the crankshaft translates to the operation of the engine 1.
[0043]
Further, fuel is injected and supplied to the combustion chamber by an injector (not shown) as fuel injection means. As described above, the fuel is discharged from the combustion heater 9 in accordance with the operation of the starter motor. After the combustion gas is introduced into the intake device 5, the supply of fuel to the combustion chamber by the injector is stopped until a predetermined condition described below is satisfied.
[0044]
The "predetermined condition" is, for example, a predetermined number of rotations of the crankshaft by the starter motor, a predetermined time after the start of rotation of the crankshaft by the starter motor, or a predetermined amount of intake air after the start of rotation of the crankshaft by the starter motor. Is introduced into the cylinder or a combination of these.
[0045]
In this embodiment, an example is described in which the predetermined condition is that the crankshaft is rotated by the starter motor a predetermined number of times, and the fuel injection is performed only after the crankshaft is rotated by the predetermined number by the starter motor.
[0046]
The intake device 5 has an intake passage 14 that starts with an air cleaner 13 that filters outside air and ends with an intake port (not shown) of the engine body 3.
In the intake passage 14, between the air cleaner 13 and the intake port, a compressor 15 a of the turbocharger 15, an intercooler 19 for cooling the intake air temperature which has been raised by the heat of compression generated when the compressor 15 a is operated, and a suction branch The intake manifold 22, which is a tube, and other intake system structures are sequentially arranged.
[0047]
An intake throttle valve 23 for controlling the amount of intake air flowing through the intake passage 14 is provided between the intercooler 19 and the intake manifold 22. Further, the combustion type heater 9 is mounted downstream of the intercooler 19 in the intake passage 14.
[0048]
The exhaust device 7 has an exhaust passage 27 starting at an exhaust port (not shown) of the engine body 3 and terminating at a muffler (not shown). In the exhaust passage 27, between the exhaust port and the muffler, exhaust system structures such as an exhaust manifold 28 as an exhaust branch pipe, a turbine 15b of the turbocharger 15, and a catalytic converter 29 as an exhaust gas purifier are arranged. I have.
[0049]
The EGR device 8 connects the intake passage 14 and the exhaust passage 27, bypasses the engine body 3, and returns the exhaust gas discharged from the exhaust port toward the intake side, and the exhaust gas flowing through the EGR passage 29. And an EGR valve 30 for controlling the amount.
[0050]
The combustion type heater 9 warms the engine cooling water with the combustion heat, and the warmed engine cooling water is sent to the heater core 10, the engine main body 3, etc., which needs to be heated, where necessary. Raise the temperature of the place where the temperature needs to be raised.
[0051]
The engine 1 is provided with a heat medium circulating passage W for feeding the engine cooling water heated by the combustion type heater 9 to the above-mentioned required temperature rising portion by an engine water pump (not shown). The heat medium circulation path W is heated by the cooling water introduction passage 31 that connects the engine body 3 and the combustion type heater 9 and guides the engine cooling water from the water jacket of the engine body 3 to the combustion type heater 9, and the combustion type heater 9. A cooling water discharge passage for returning the engine cooling water to the water jacket of the engine body after passing through the heater core;
[0052]
Further, an electric water pump 33 is provided in the cooling water introduction passage 31, and the operation of the electric water pump 33 promotes the circulation of the engine cooling water in the heat medium circulation path W. Alternatively, by circulating the engine cooling water by the electric water pump 33, the heater core 10 can be operated even when the engine is stopped.
[0053]
Here, the combustion type heater 9 will be described in detail with reference to FIGS.
The combustion type heater 9 has therein a heater internal cooling water passage 37 which communicates with the cooling water introduction passage 31 and the cooling water discharge passage 32 and is a part of the heat medium circulation passage W.
[0054]
The heater internal cooling water passage 37 has a cooling water introduction port 37a connected to the cooling water introduction path 31 and a cooling water discharge port 37b connected to the cooling water discharge path 32. The heater internal cooling water passage 37 is formed so as to circulate around the combustion chamber 39 of the combustion type heater 9.
[0055]
The combustion chamber 39 includes a combustion tube 40 as a combustion source that generates the flame F, and a partition wall 41 that covers the combustion tube 40 to prevent the flame F from leaking to the outside. The combustion chamber 39 is defined in the partition 41 by covering the combustion cylinder 40 with the partition 41. The partition 41 is also covered with the outer wall 42 of the combustion type heater 9.
[0056]
An annular gap is provided between the partition wall 41 and the outer wall 42, and this gap functions as the heater internal cooling water passage 37. The engine cooling water receives heat from the combustion chamber 39 while the engine cooling water flows in the heater internal cooling water passage 37. In other words, the engine cooling water exchanges heat with the hot combustion gas in the combustion chamber 39 to increase the temperature. Therefore, it can be said that the heater internal cooling water passage 37 is a heat exchange area.
[0057]
Further, the combustion chamber 39 has an air circulation port through which air enters and exits the combustion chamber 39. That is, the combustion chamber 39 has, as air circulation ports, an air supply port 62 for introducing combustion air into the combustion chamber 39 and combustion gas discharge ports 63 and 65 for discharging combustion gas from the combustion chamber 39.
[0058]
The air supply port 62 is located on the opposite side of the combustion chamber 39 from the side where the flame F exits from the combustion tube 40. Further, one combustion gas outlet 63 is provided at an appropriate position in the combustion chamber 39 corresponding to the downstream side of the cooling water passage 37 inside the heater, and the other combustion gas outlet 65 is provided with the flame F by the combustion cylinder 40. And is provided in communication with the partition wall 41 and the outer wall 42 so as to face the flame F.
[0059]
The combustion gas outlets 63 and 65 are connected via a connecting pipe 74 extending in parallel with the longitudinal direction of the combustion type heater 9. Each of the air supply port 62 and the combustion gas discharge ports 63 and 65 communicates with the intake passage 14. That is, the air supply port 62 communicates with the intake passage 14 via the air supply pipe 71 that supplies combustion air from the intake passage 14 to the combustion type heater 9. The combustion gas discharge port 63 communicates with the intake passage 14 via a connecting pipe 74 and a combustion gas discharge pipe 73 for discharging combustion gas from the combustion type heater 9 to the intake path 14. , Through a combustion gas discharge pipe 73.
[0060]
The connecting portion C1 of the air supply pipe 71 with the intake passage 14 and the connecting portion C2 of the combustion gas discharge pipe 73 with the intake passage 14 have the same diameter portion in the intake passage 14 so that no pressure difference occurs between them. That is, they are installed close to the same cross section. Further, the connection point C2 is downstream from the connection point C1. Furthermore, the connection points C1 and C2 are both located downstream of the intercooler 19, and the intake throttle valve 23 is located between the connection points C1 and C2. In this way, even if the combustion gas is introduced into the intake passage 14 through the combustion gas discharge pipe 73, heat damage to the intake throttle valve 23 due to heat of the combustion gas can be avoided.
[0061]
It is also conceivable to arrange the intake throttle valve 23 downstream of C2 in the intake passage 14.
The combustion gas discharge pipe 73 includes a valve device 78 that controls opening and closing of the combustion gas discharge port 65. The combustion gas discharge pipe 73 is connected to the combustion heater 9 via the valve device 78.
[0062]
The valve device 78 has a valve 80 for opening and closing the combustion gas outlet 65 and an actuator 82 for driving the valve 80. Depending on the degree of opening and closing of the valve 80, the proportion of the amount of combustion gas directly introduced from the combustion gas outlet 65 of the combustion type heater 9 to the combustion gas discharge pipe 73, that is, directly to the intake passage 14 is adjusted.
[0063]
That is, when the valve 80 is fully opened, most of the combustion gas flows through the combustion gas discharge port 65 to the combustion gas discharge pipe 73, and when fully closed, the combustion gas is discharged from the combustion gas discharge port 63 through the connection pipe 74. Almost all of the combustion gas flows to the combustion gas discharge pipe 73.
[0064]
When the valve 80 is half-opened, the ratio of the combustion gas flowing to the combustion gas discharge pipe 73 through the combustion gas discharge port 63 and the combustion gas discharge pipe 73 through the combustion gas discharge port 65 are determined according to the degree of opening. And the proportion of the combustion gas flowing through it.
[0065]
Adjustment of the proportion of the amount of the combustion gas discharged from the combustion gas discharge ports 63 and 65 into the intake passage 14 is made based on, for example, the outside air temperature or both the outside air temperature and the engine cooling water temperature. It has become so. The reason for making the determination based on the two temperatures is that when the temperature is low, both temperatures are often low. For example, when the engine 1 is just stopped, the engine cooling water temperature is low even if the outside air temperature is low. May be high.
[0066]
To illustrate the opening degree of the valve 80, for example, when the outside air temperature is low, the ratio of the combustion gas flowing to the combustion gas discharge port 65 becomes larger than the flow rate of the combustion gas discharge port 63 when the opening degree of the valve 80 is increased. To do.
[0067]
The outside air temperature is detected by a temperature sensor 13a provided immediately downstream of the air cleaner 13, and the engine cooling water temperature is detected by a temperature sensor 3a provided on the water jacket.
[0068]
The pipe 84 branches off from the combustion gas discharge pipe 73 at a position near the intake passage 14 in the combustion gas discharge pipe 73. Therefore, this pipe 84 is referred to as a branch pipe 84.
[0069]
The branch pipe 84 extends to the exhaust passage 27 so as to bypass the engine body 3, and is connected to the exhaust passage 27 at a location C <b> 3 of the exhaust passage 27 near the upstream side of the catalytic converter 29 installed in the exhaust passage 27. .
[0070]
At the intersection of the branch pipe 84 and the combustion gas discharge pipe 73, a three-way switching valve 86 is attached.
The three-way switching valve 86 is a valve that selects and switches whether the combustion gas passes through the combustion gas exhaust pipe 73 as it is toward the intake passage 14 or through the branch pipe 84. By operating the three-way switching valve 86, the flow direction of the combustion gas flowing into the three-way switching valve 86 is switched, and the combustion gas is introduced into the intake passage 14 or the exhaust passage 27.
[0071]
The case where the three-way switching valve 86 is switched to flow the combustion gas to the intake passage 14 is referred to as switching the three-way switching valve 86 to the intake side, and the case where the combustion gas flows to the exhaust passage 27 is exhausted. Switch to the side.
[0072]
When the three-way switching valve 86 is switched to the intake passage 14 side to flow the combustion gas into the intake passage 14, the combustion heater 9 and the intake passage 14 are substantially connected via the combustion gas discharge pipe 73. With this connection, combustion gas is introduced from the combustion heater 9 into the intake passage 14 of the engine 1.
[0073]
Further, when the three-way switching valve 86 is switched to the exhaust passage 27 side to flow the combustion gas to the exhaust passage 27, the combustion type heater 9 and the exhaust passage 27 are connected via a part of the combustion gas discharge pipe 73 and the branch pipe 84. Substantially connected. With this connection, the combustion gas is introduced from the combustion heater 9 into the exhaust system of the engine 1 and the combustion gas that has been introduced into the intake passage 14 is switched to be introduced into the exhaust passage 27. This can be referred to as introduced gas switching means.
[0074]
On the other hand, the combustion cylinder 40 has a wick (not shown) as a fuel evaporating section therein. Further, as shown in FIG. 1, a fuel introduction passage 88 for introducing fuel from the outside to the combustion cylinder 40 is connected. The fuel introduction passage 88 is connected to the fuel pump 89, and receives the pump pressure of the fuel pump 89 to discharge fuel from the fuel introduction passage 88 to the wick of the combustion cylinder 40, and as a result, the fuel evaporates. Further, the combustion cylinder 40 has a glow plug (not shown) that ignites the vaporized fuel evaporated by the wick.
[0075]
Further, the outer wall 42 of the combustion heater 9 is provided with a rotating fan (preferably a turbo-type rotating fan) 90 having a motor 92 as a drive source on the side of the combustion cylinder 40 opposite to the side where the flame F is emitted. An enclosed housing 93 is attached.
[0076]
The housing 93 has an air intake 95 for taking in air from outside, and the air supply pipe 71 is connected to the air intake 95. The housing 93 has an internal space S communicating with the air supply port 62. Therefore, the air supply port 62 is indirectly connected to the air supply pipe 71 via the internal space S.
[0077]
When the rotating fan 90 is rotated by the motor 92, air is introduced from the intake passage 14 into the housing 93 via the air supply pipe 71. The air guided to the housing 93 is supplied from the air supply port 62 to the combustion cylinder 40 as combustion air via the internal space S.
[0078]
The vaporized fuel evaporated by the wick by the combustion air is subjected to combustion to generate a flame F, and the combustion gas emitted from the flame F is then passed from the combustion heater 9 via the combustion gas discharge pipe 73, As described above, the three-way switching valve 86 is guided to the intake passage 14 or the exhaust passage 27 by switching.
[0079]
The amount of the guided combustion gas is determined by the magnitude of the output of the combustion type heater 9. For example, as the rotation speed of the rotating fan 90 increases, the amount of ventilation generated in the combustion gas discharge pipe 73 increases, and if the size and the momentum of the flame are the same, the amount of combustion increases in proportion to the rotation speed of the rotating fan 90. Gas is discharged from the combustion type heater 9. The rotation speed of the rotating fan 90 is determined by controlling the motor 92 by the ECU 11.
[0080]
Such a combustion type heater 9 operates as follows when it becomes necessary to raise the temperature of engine cooling water in order to promote warm-up of the engine body 3 and improve the performance of the heater core 10.
[0081]
First, as shown in FIG. 2, the operation of the valve device 78 causes the valve 80 to close, and as a result, the combustion gas outlet 65 closes. Further, as described above, a part of the intake air flowing through the intake passage 14 is introduced into the combustion cylinder 40 of the combustion type heater 9 through the air supply pipe 71 by the rotation of the rotary fan 90.
[0082]
Further, the fuel pump 89 sucks up fuel in a fuel tank (not shown) and discharges the fuel from the fuel introduction passage 88 to the wick of the combustion cylinder 40.
Further, while the engine is stopped, the electric water pump 33 is operated to pump the engine cooling water in the water jacket of the engine 1 into the cooling water passage 37 inside the heater of the combustion type heater 9.
[0083]
In addition, a mixture of intake air supplied to the combustion cylinder 40 by the rotary fan 90 and vaporized fuel supplied to the combustion cylinder 40 from the fuel introduction passage 88 and vaporized by the wick is formed by the glow plug. The fuel is ignited, a flame F is generated in the combustion tube 40, and the combustion starts.
[0084]
The high-temperature combustion gas generated by the combustion flows through the combustion chamber 39 toward the combustion gas outlet 63 by an airflow generated by the rotation of the rotary fan 90, and then connects to the combustion gas outlet 63. It is discharged to the pipe 74 (see the solid arrow a3 in FIG. 2).
[0085]
Then, the engine cooling water that has been pressure-fed from the water jacket to the heater internal cooling water passage 37 of the combustion type heater 9 via the cooling water introduction passage 31 by the electric water pump 33 passes through the heater internal cooling water passage 37 through the partition wall. Flowing around the entire outer surface of 41, it absorbs combustion heat and rises during that time. In other words, heat is exchanged in the entire area of the heater internal cooling water passage 37 in the heat exchange area.
[0086]
Then, the engine cooling water having absorbed the combustion heat is discharged from the heater internal cooling water passage 37 to the cooling water discharge passage 32 so as to flow to the heater core 10 (see broken arrows in FIGS. 2 and 3).
[0087]
Thereafter, the engine cooling water discharged from the combustion heater 9 returns to the water jacket of the engine body 3 via the cooling water discharge passage 32 to which the heater core 10 belongs.
[0088]
In the heater core 10, a part of the heat of the engine cooling water is exchanged with the heating air, and the temperature of the heating air rises. As a result, warm air is generated in the vehicle cabin.
In this way, the engine cooling water heated by the combustion heater 9 and heated to a high temperature flows to the water jacket of the engine body 3 and the heater core 10.
[0089]
Next, for example, when the engine 1 is in the above-mentioned predetermined operating condition and the temperature of the intake air of the engine 1 or the catalytic converter 29 needs to be raised at an early stage, for example, at the time of starting the engine, the combustion type heater 9 operates as follows. I do.
[0090]
As shown in FIG. 3, the valve 80 is opened by the operation of the valve device 78, and as a result, the combustion gas outlet 65 is opened. Subsequently, the rotating fan 90 is rotated by the motor 92 to supply a part of the intake air flowing through the intake passage 14 to the combustion cylinder 40 of the combustion heater 9. Further, the fuel pump 89 sucks up the fuel in the fuel tank and supplies the sucked up fuel to the wick of the combustion cylinder 40 from the fuel introduction passage 88.
[0091]
Then, a mixture of intake air supplied to the glow plug of the combustion cylinder 40 and supplied by the rotary fan 90 and vaporized fuel supplied to the combustion cylinder 40 from the fuel introduction passage 88 and vaporized by the wick is burned. It is burned in the cylinder 40.
[0092]
The high-temperature combustion gas generated by the combustion flows through the combustion chamber 39 toward the combustion gas discharge port 65 by blowing air generated by the rotation of the rotary fan 90, and then flows from the combustion gas discharge port 65 to the combustion gas discharge pipe 73. Is discharged to
[0093]
Similarly, depending on the degree of opening of the combustion gas discharge port 65, the combustion gas of the combustion gas before passing through the heater internal cooling water passage 37 or the combustion gas passing through a partial area of the heater internal cooling water passage 37. Are introduced into the intake passage 14 via the discharge to the combustion gas discharge pipe 73.
[0094]
Note that, of the combustion gas, the combustion gas before passing through the heater internal cooling water passage 37 is a combustion gas which does not exchange heat and goes to the combustion gas discharge port 65 with almost no contact with the inner surface of the partition wall 41 (for example, The combustion gas passing through a partial area of the cooling water passage 37 inside the heater is a combustion gas that exchanges a small amount of heat by being partially in contact with the inner surface of the partition wall 41 (see the arrow a1 in FIG. 3). (See, for example, arrow a2 in FIG. 3).
[0095]
Some of the combustion gas flows toward the combustion gas outlet 63 when the combustion gas outlet 65 is opened and is subjected to heat exchange (see arrow a3 in FIG. 3). It is less than the combustion gas flowing toward 65. This is for the following reason.
[0096]
That is, when the valve 80 of the valve device 78 is opened, the same or substantially the same pressure as the pressure P0 of the combustion gas at the combustion gas outlet 65 in the combustion chamber 39 is applied to the valve device 78. On the other hand, the pressure P1 of the combustion gas that has reached the starting end 74a of the connection pipe 74 via the combustion chamber 39 receives a pressure loss while passing through the combustion chamber 39, and is therefore smaller than the pressure P0. Therefore, it becomes difficult for the combustion gas that has reached the pressure P1 via the combustion chamber 39 to flow toward the intake passage 14 via the connection pipe 74. Therefore, the combustion gas having a pressure P0 higher than the pressure P1 is preferentially introduced into the intake passage 14 via the combustion gas discharge pipe 73.
[0097]
The high-temperature combustion gas discharged to the combustion gas discharge pipe 73 via the combustion gas discharge port 65 eventually reaches the three-way switching valve 86. Next, the combustion gas flows to a path that is not closed by the three-way switching valve 86. That is, the fuel gas passes through the combustion gas discharge pipe 73 as it is and exits to the intake passage 14 or flows to the branch pipe 84 and exits to the exhaust passage 27.
[0098]
Here, as described above, the combustion gas discharged from the combustion gas discharge port 65 does not exchange heat with the engine cooling water in the combustion heater 9 or even if heat exchange is performed. The exchange amount is small. For this reason, the combustion gas discharged from the combustion gas discharge port 65 has a considerably higher temperature than the combustion gas discharged from the combustion gas discharge port 63 and subjected to heat exchange with engine cooling water. Therefore, for convenience, the combustion gas that has undergone heat exchange with the engine cooling water by flowing toward the combustion gas outlet 63 is referred to as water-cooled combustion gas. The combustion gas that has not been replaced is called the combustion gas before water cooling.
[0099]
The pre-water-cooled combustion gas is supplied to the intake passage 14 or to a point C3 upstream of the catalytic converter 29 in the exhaust passage 27. Thus, the temperature of the intake air or the catalytic converter 29 can be raised early.
[0100]
FIG. 4 is a graph showing the temperature characteristics of the combustion gas before water cooling and the combustion gas after water cooling immediately after the combustion type heater 9 is ignited. The vertical axis indicates the temperature of the exhaust gas (gas temperature), and the horizontal axis indicates the elapsed time after the combustion type heater 9 is ignited. In the drawing, the broken line graph shows the temperature of the combustion gas before water cooling, and the solid line graph shows the temperature of the combustion gas after water cooling. Further, a line substantially at the center in the drawing and parallel to the horizontal axis is a reference temperature at which the engine 1 can be started at a low temperature, in other words, a line indicating a target compression end temperature as a low temperature start target value. In this embodiment, the target compression end temperature is set to about 320 ° C.
[0101]
It can be seen from FIG. 4 that the combustion gas before water cooling increases the cylinder wall temperature more rapidly than the combustion gas after water cooling, and thus the compression end temperature can be raised to the target compression end temperature at a stretch.
[0102]
Therefore, when the pre-water-cooled combustion gas is supplied to the cylinder, the compression end temperature rises at a stretch, and the vaporization of the fuel supplied to the cylinder is considerably promoted, so that the ignitability of the air-fuel mixture in the cylinder is improved. For example, the startability of the engine 1 can be improved.
[0103]
Now return to FIG.
The ECU 11 includes a central processing controller CPU, a read-only memory ROM, a random access memory RAM, an input interface circuit, an output interface circuit, and the like, which are interconnected by a bidirectional bus. Various sensors are connected to the input interface circuit via electric wiring regardless of the presence or absence of illustration. The output interface circuit includes an EGR valve 30, an electric water pump 33, a glow plug of a combustion cylinder 40, A valve device 78, a three-way switching valve 86, a fuel pump 89, a motor 92, and the like are connected via electric wiring.
[0104]
The sensors connected to the input interface circuit include, in addition to the temperature sensors 3a and 13a, an air flow meter (not shown) attached to the intake passage 14, a catalyst temperature sensor attached to the catalytic converter 29, an accelerator pedal or an accelerator pedal. An accelerator position sensor, an ignition switch, a starter switch, and the like attached to an accelerator lever or the like that operates in conjunction therewith can be exemplified. These sensors output an electrical signal corresponding to the detected value and send it to the ECU 11.
[0105]
The parameters of the temperature sensor and other various sensors are temporarily stored in the read-only memory ROM of the ECU 11, and are called up as needed.
In addition, when the compression end temperature is set to the target compression end temperature by the heat of the combustion gas discharged from the combustion type heater 9 before the engine 1 is started, the random access memory RAM stores the crankshaft by the starter motor. 5, which indicates a correlation between the target compression end temperature and the number of rotations of the crankshaft by the starter motor.
[0106]
The map M takes a predetermined number of rotations by a starter motor of a crankshaft necessary for the compression end temperature to reach the target compression end temperature on the vertical axis, and shows a horizontal axis before actuation of the starter motor. In other words, it is a predetermined rotation speed-engine cooling water temperature diagram obtained by taking the engine cooling water temperature before starting the engine 1.
[0107]
In FIG. 5, for example, when the engine cooling water temperature is a, it means that the compression end temperature reaches the target compression end temperature by rotating the crankshaft a 'by the starter motor.
[0108]
It can be seen from the map M that if the engine coolant temperature before the starter motor is operated is determined, the predetermined number of rotations of the crankshaft required to bring the compression end temperature to the target compression end temperature can be determined. . In other words, if the rotation speed of the crankshaft reaches the predetermined rotation speed obtained from the map M, it means that the compression end temperature has reached the target compression end temperature before the start of the engine 1.
[0109]
Further, it can be seen from the map M that when the engine coolant temperature is high, the predetermined number of rotations of the crankshaft by the starter motor may be small, and when it is low, it must be increased. The number of revolutions of the crankshaft means the amount of operating time of the combustion heater 9. When the number of revolutions of the crankshaft is large, the operation time of the combustion type heater 9 from the start of the starter motor is long, so that a large amount of combustion gas flows through the silidane. Therefore, even if the engine temperature is low, the compression end temperature reaches the target compression end temperature. Conversely, when the number of revolutions of the crankshaft is small, the operating time of the combustion type heater 9 from the start of the starter motor is short, so that a smaller amount of combustion gas flows into the cylinder. However, since the engine temperature is high, there is no problem that the compression end temperature reaches the target compression end temperature.
[0110]
The CPU of the ECU 11 operates according to each parameter of various sensors to control the combustion state of the combustion heater 17. In other words, the CPU controls the momentum, size, temperature, and the like of the flame of the combustion heater 17. Then, the temperature of the exhaust gas (combustion gas) of the combustion heater 17 is controlled by this control.
[0111]
The CPU determines the operating state of the engine 1 based on the output signal values of the various sensors described above. Then, control of the entire engine 1 such as fuel injection control is performed based on the determination result. At the same time, in order to control the output of the combustion type heater 9, the number of rotations of the rotary fan 90 is controlled as described above, and the amount of fuel supplied from the fuel introduction passage 88 is controlled. Further, it controls the operation of the valve device 78, the three-way switching valve 86, and the like.
[0112]
Next, a program for realizing an operation control execution routine of the engine 1 will be described with reference to a flowchart of FIG.
This program includes steps 101 to 109 described below. A program including these steps is stored in the ROM of the ECU 11. Further, the processing in each of the above steps is entirely performed by the CPU of the ECU 11. Note that the symbol S is used, and for example, if it is step 101, it is abbreviated as S101.
[0113]
In S101, it is determined whether an engine start control start condition is satisfied. The engine start control start condition means that a starter ON signal for operating the starter motor is output by turning on an ignition switch. When the determination is affirmative in S101, the process proceeds to the next S102, and when the determination is negative, the routine ends.
[0114]
In S102, the engine cooling water temperature before the starter motor is operated is read from the value detected by the temperature sensor 3a, and at the same time, the crankshaft necessary for setting the compression end temperature based on the engine cooling water temperature from the map M to the target compression end temperature. Is read, and the read value is stored in a read-only memory ROM.
[0115]
In S103, it is determined whether or not the engine 1 is currently in a warm-up request state. The warm-up required state is, for example, during the operation of the internal combustion engine in a cold state where the outside air is in a temperature range of about −10 ° C. to 15 ° C. or in an extremely cold state where the outside air is in a temperature range of about −10 ° C. or less, For example, after the internal combustion engine is started under the same conditions as above, there may be a case where the internal combustion engine is in a predetermined operating state.
[0116]
Therefore, the determination as to whether or not the engine is in the warm-up request state can be made, for example, based on whether or not the detection value of the temperature sensor 13a for detecting outside air is in the temperature range related to the warm-up request state. .
[0117]
When an affirmative determination is made in S103, the process proceeds to S104, and when a negative determination is made, the process proceeds to S109.
In S104, it is determined whether the combustion type heater 9 is in the OFF state. If an affirmative determination is made, the process proceeds to the next S105, and if a negative determination is made, the process proceeds to S107.
[0118]
In S105, it is determined whether or not the fuel is not injected from the injector into the cylinder and the starter motor is operating, that is, whether the starter ON control is to be executed. If an affirmative determination is made, the process proceeds to S106, and if a negative determination is made, this routine ends.
[0119]
In S106, the operation of the combustion type heater 17 is started, and the three-way switching valve 86 is controlled such that the combustion gas passes through the combustion gas discharge pipe 73 as it is and is discharged to the intake passage 14 which is the engine intake system. Note that S106 is a process immediately after proceeding in the case of an affirmative determination in S105, in other words, a process proceeding immediately after the operation of the starter motor is confirmed, so that the combustion gas discharged by the operation of the combustion heater 17 is Can be said to be discharged in accordance with the operation of the starter motor.
[0120]
Whether the combustion gas before water cooling flows into the intake passage 14 or the combustion gas after water cooling flows into the intake passage 14 by the operation of the valve device 78 depends on the situation where the engine 1 is placed, and a routine for selecting which is selected. Is omitted for simplicity. Since the present invention aims at improving the startability of the internal combustion engine, the case where the combustion gas flows through the intake passage has been described.
[0121]
In S107, it is determined whether or not the crankshaft rotated by the starter motor has reached a predetermined rotation speed based on the engine coolant temperature determined in S102 (whether or not the cranking rotation has passed a predetermined number of times), in other words, in S106. When the engine 1 receives the heat of the combustion gas discharged by the operation of the combustion type heater 9, it is determined whether or not the compression end temperature has reached a target compression end temperature which is a predetermined temperature. In other words, it is determined whether or not a predetermined number of revolutions corresponding to the engine cooling water temperature stored in the ROM has been reached, that is, whether a predetermined condition has been satisfied. If the determination is affirmative, it is considered that the compression end temperature has reached the target compression end temperature at that time, that is, the process proceeds to the next step S108 at that time, and if the determination is negative, this routine ends.
[0122]
Such S107 can be regarded as a predetermined temperature achievement determination means.
Further, the predetermined temperature achievement determination means rotates the crankshaft a predetermined number of times by the starter motor after introducing the combustion gas discharged from the combustion type heater 9 into the intake passage 14 of the engine 1 in accordance with the operation of the starter motor. In such a case, it is actually assumed that the compression end temperature has reached the target compression end temperature as described above. Therefore, the predetermined temperature achievement determination means can be rephrased as the predetermined temperature achievement deemed means.
[0123]
The predetermined temperature achievement determination means S107 is stored in the ROM of the ECU 11, and since the ROM belongs to the ECU 11, the ECU 11 is referred to as the predetermined temperature achievement determination means.
[0124]
In S108, for example, the output of the combustion heater 9 is set to zero or reduced (making the output zero or reducing is collectively referred to as combustion stop). Therefore, in this case, the amount of the combustion gas introduced into the cylinder becomes zero or becomes smaller than before, so that the fresh air amount increases accordingly. Therefore, the oxygen amount also increases in proportion to the increase in the fresh air amount. Therefore, when this S108 reaches a predetermined temperature at which the engine 1 can be started, the oxygen amount increasing means for increasing the oxygen amount in the intake passage 14 more than before is used. Since the output control of No. 9 is performed, it can be called a heater output control means.
Also, S108 is stored in the ROM of the ECU 11, and the ROM belongs to the ECU 11, so that the ECU 11 can be regarded as an oxygen amount increasing means (heater output control means).
[0125]
Further, when the fresh air amount increases as described above, the processing is performed assuming that the compression end temperature has already reached the target compression end temperature as described above, so that the temperature necessary for starting the engine 1 has already been secured. In this state, the amount of oxygen is surely increased.
[0126]
Then, instead of stopping the combustion of the combustion type heater 9, the combustion gas generated by performing the combustion of the fuel according to the combustion type heater in a lean state is introduced into the intake passage 14, so that the amount of oxygen in the intake passage 14 is reduced. You may make it increase relatively rather than before.
[0127]
In addition, instead of stopping the combustion of the combustion type heater 9, the operation destination of the combustion gas is switched by controlling the operation of the three-way switching valve 86, and the combustion gas that has been introduced into the intake passage 27 is branched via the branch pipe 84. Alternatively, the operation may be switched to the introduction to the exhaust passage 27. In this case, the operation of the three-way switching valve 86 causes the combustion gas that has been flowing in the intake passage 14 to flow into the exhaust passage 27 up to that point. Therefore, the combustion gas stops flowing through the intake passage 14, and the proportion of fresh air in the intake air increases accordingly, and as a result, the amount of oxygen increases. Therefore, the three-way switching valve 86 can be regarded as an oxygen amount increasing means.
[0128]
In S109, in addition to the fact that the oxygen amount required for starting the engine 1 in S108 has been secured, and since the compression end temperature has reached the target compression end temperature already described, fuel is injected into the cylinder by the injector. The engine 1 can be started. In other words, the supply of fuel to the engine 1 is stopped until the predetermined condition is satisfied.
[0129]
After the engine 1 is started, the increase in the oxygen amount by the oxygen amount increasing means is stopped, and the combustion state of the combustion type heater 9 is changed to the predetermined condition (for example, a case where the crankshaft is rotated a predetermined number of times by the starter motor). ) Is returned to the combustion state of the combustion type heater 9 in the operation state of the engine 1 before satisfying the condition (1). However, in this routine, the processing steps are omitted for the sake of simplicity.
[0130]
Note that "returning the combustion state of the combustion heater to the combustion state in the operating state of the internal combustion engine before satisfying the predetermined condition" means, for example, a state in which the 9 outputs of the combustion heater are zero or a high output before the output is reduced. Or to make the fuel related to the combustion type heater rich, for example, before performing the combustion in a lean state.
[0131]
Next, the operation and effect of this embodiment will be described.
In the engine 1, in accordance with the operation of the starter motor, in other words, before the engine 1 starts, the combustion gas discharged from the combustion type heater 9 is introduced into the intake passage 14 (see S106, S109). Then, the temperature of the intake air is increased by utilizing the heat of the introduced combustion gas.
[0132]
When the piston reciprocates in the cylinder due to the rotation of the crankshaft by the starter motor, the intake air, which has been heated by the reciprocating motion and contains the combustion gas, enters the cylinder through an intake port and the engine in the combustion chamber. After being subjected to combustion, it flows out of the cylinder via the exhaust port, that is, to the exhaust passage 27. At the same time, when the intake air that has been heated to include the combustion gas enters the cylinder, the cylinder wall temperature increases due to the heat of the combustion gas. That is, the cylinder is warmed before the engine 1 starts.
[0133]
When the compression end temperature reaches the target compression end temperature, which is a predetermined temperature required for the engine 1 to start after a while the temperature of the cylinder gradually increases, the combustion is controlled by the ECU 11 which is the oxygen amount increasing means. Since the operation of the type heater 9 is controlled and the combustion is stopped, the proportion of fresh air in the intake air flowing through the intake passage 14 increases accordingly, and the oxygen amount increases accordingly.
[0134]
As described above, in the engine 1 having the combustion heater according to the present invention, the target compression end temperature which is the minimum temperature required for starting the engine 1 is secured, and the oxygen amount occupying the engine intake is also secured. As a result, the startability of the engine 1 can be improved.
[0135]
Also, instead of stopping the combustion of the combustion type heater 9, the combustion gas generated by performing the combustion of the fuel in the combustion type heater 9 in a lean state is introduced into the intake passage 14, whereby the amount of oxygen in the intake passage 14 is reduced. Is relatively increased from before, it means that less fuel has been burned with more air, and the combustion gas discharged from the combustion heater 9 also becomes lean. Therefore, if the lean combustion gas is included in the intake air, the amount of oxygen increases as compared with the case where the non-lean combustion gas is included in the intake air. Therefore, the startability of the engine 1 can be improved as described above.
[0136]
In addition, when the three-way switching valve 86 is used as the oxygen amount increasing means, when the engine temperature reaches the target compression end temperature, the combustion gas that has been introduced into the intake passage 14 up to that time is sent to the exhaust passage 27. By switching to the introduction, the combustion gas stops flowing through the intake passage 14. Therefore, the proportion of fresh air in the intake air increases accordingly, and the amount of oxygen increases. Therefore, the startability of the engine 1 can be improved as described above.
[0137]
Further, in the engine 1, the ECU 11 as the predetermined temperature achievement determination means can reliably detect that the compression end temperature, which is the engine temperature, has reached the target compression end temperature, so that the oxygen amount can be effectively increased.
[0138]
In addition, after the engine 1 is started, the increase in the amount of oxygen by the ECU 11 as the oxygen amount increasing means is stopped, and the combustion state of the combustion type heater 9 is changed to, for example, the state of high output or rich combustion as described above. The state is returned to the combustion state. By doing so, combustion gas having a large amount of heat is discharged from the combustion type heater 9, so that improvement in engine warm-up and performance improvement of the heater core 10 and the like can be expected.
[0139]
In addition, the supply of the fuel to the engine 1 is stopped until the predetermined condition is satisfied. If the predetermined condition is satisfied, it is sufficient to consider that the compression end temperature of the engine 1 has reached the target compression end temperature, which is the predetermined temperature, but otherwise, the target compression end temperature has not been reached. Therefore, if fuel is supplied to the engine 1 in that state, the emission deteriorates. However, according to the present invention, if the compression end temperature is determined to have reached the target compression end temperature and the above-described predetermined condition that does not cause any problem is satisfied, the fuel is not supplied to the engine 1, so that the emission may deteriorate. Nor.
[0140]
Furthermore, even in the case of a diesel engine with a small intake amount and a small displacement, the intake air can be heated, and a glow plug (not shown), which is a heater provided in a cylinder head of the diesel engine for improving low temperature starting, can be eliminated. Become like If it is not necessary to provide the glow plug on the cylinder head, the mounting hole for mounting the glow plug on the cylinder head can be made unnecessary, so that the rigidity of the head is increased accordingly and the durability reliability of the cylinder head is improved.
[0141]
Also, after the engine is started, although the compression end temperature has reached the target compression end temperature, the engine cooling water temperature has not been sufficiently warmed, so that the heater core 10 serving as the vehicle interior heating device functions effectively. If it is not sufficient, it is preferable to operate the combustion heater 9 again even when the combustion heater 9 is stopped. The determination as to whether the engine has been started may be made based on those values indicated by the engine speed and the intake air amount when the engine is operating.
[0142]
Further, in S108, if the supply of the combustion fuel supplied to the combustion type heater 9 is temporarily stopped and the rotation fan 90 is continued to rotate, the combustion that has been warmed by the combustion of the combustion type heater 9 up to that time is performed. The air heated to a high temperature by receiving heat from the wall of the cylinder 40 or the partition wall 41 contains a sufficient amount of oxygen because it is not used for combustion by the combustion type heater 9 and therefore has a large amount of oxygen and is warm. Since the engine 1 is sent to the intake passage 14 in the state, the startability of the engine 1 can be further enhanced.
[0143]
【The invention's effect】
As described above, according to the internal combustion engine having the combustion-type heater of the present invention, the combustion gas generated by burning fuel is introduced into the internal combustion engine, and the heat generated in the combustion gas is used for the internal combustion engine. In an internal combustion engine having a combustion type heater that raises the temperature of the intake air of the internal combustion engine, the minimum amount of temperature required for starting the internal combustion engine is ensured, and the amount of oxygen occupying the engine intake air is also made sufficient. Startability can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine having a combustion heater according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an operation state of a combustion heater.
FIG. 3 is a sectional view showing another operation state of the combustion heater.
FIG. 4 shows an exhaust gas temperature characteristic of a combustion type heater immediately after ignition and a combustion gas before water cooling and a combustion after water cooling.
Graph diagram showing comparison with gas
FIG. 5 is a diagram showing a predetermined rotation speed-engine cooling water temperature diagram.
FIG. 6 is a flowchart showing an engine operation control execution routine;
[Explanation of symbols]
1. Diesel engine (internal combustion engine)
3. Engine body
3a: Temperature sensor
5. Intake device
7 Exhaust device
8 EGR device
9. Combustion heater
10 ... heater core
11 ECU (oxygen amount increasing means, heater output control means, predetermined temperature achievement determining means) 13 air cleaner
13a: Temperature sensor
14. Intake passage (intake system)
15 ... Turbocharger
15a ... Compressor
15b ... turbine
19. Intercooler
22 ... intake manifold
23 ... intake throttle valve
27 ... Exhaust passage (exhaust system)
28… Exhaust manifold
29: Catalytic converter
30 ... EGR valve
31 ... Cooling water introduction passage
32 Cooling water discharge path
33 ... Electric water pump
37: Cooling water inside the heater
37a: Cooling water inlet
37b: Cooling water outlet
39 ... Combustion chamber
40 ... combustion cylinder
41 ... partition wall
42 ... Outer wall
62 ... Air supply port
63… combustion gas outlet
65: Combustion gas outlet
71 ... Air supply pipe
73 ... combustion gas exhaust pipe
74 ... connecting pipe
74a: Start end of connecting pipe 74
78 ... Valve device
80 ... Valve
82 ... actuator
84 ... Branch pipe
86 ... three-way switching valve (introduced gas switching means)
88: fuel introduction passage
89 ... Fuel pump
90 ... Rotating fan
92 ... Motor
93 ... Housing
95 ... Air intake
C1: connection point between the air supply pipe 71 and the intake passage 14
C2: connection point between the combustion gas exhaust pipe 73 and the intake passage 14
C3: A location near the upstream side of the catalytic converter 29
F ... Flame
M… Map
P1: pressure of the combustion gas after water cooling at the starting end 74a of the connecting pipe 74
P0: pressure of the combustion gas before water cooling at the combustion gas outlet 65
S: Internal space of housing 93
W: Heat medium circulation path
a1 ... Combustion gas before passing through the heat exchange area
a2: Combustion gas passing through part of the heat exchange area
a3: Combustion gas passing through most of the heat exchange area

Claims (10)

内燃機関に付属し、前記内燃機関が始動するまでその始動を補助する機関始動補助手段の作動に合わせて前記内燃機関の吸気系に燃焼ガスを導入し、この導入された燃焼ガスの熱を利用して前記内燃機関の吸気の温度を高める燃焼式ヒータを有する内燃機関であって、
前記機関始動補助手段の作動により前記内燃機関が始動する前から前記燃焼ガスの熱を内燃機関が受けることにより内燃機関が始動可能な所定温度に達した時点で、前記吸気系における酸素量をそれまでよりも相対的に増大する酸素量増大手段を有し、
前記内燃機関が前記所定温度に達してから前記内燃機関への燃料の供給を開始することを特徴とする燃焼式ヒータを有する内燃機関。
Combustion gas is introduced into the intake system of the internal combustion engine in accordance with the operation of the engine start assisting means attached to the internal combustion engine and assisting the start of the internal combustion engine until the internal combustion engine is started, and the heat of the introduced combustion gas is used. An internal combustion engine having a combustion heater that increases the temperature of the intake air of the internal combustion engine,
Before the internal combustion engine is started by the operation of the engine start assisting means, when the internal combustion engine receives a heat of the combustion gas to reach a predetermined temperature at which the internal combustion engine can be started, the oxygen amount in the intake system is changed. an oxygen amount increasing means for relatively increased than before,
An internal combustion engine having a combustion heater, wherein the supply of fuel to the internal combustion engine is started after the internal combustion engine reaches the predetermined temperature .
前記酸素量増大手段は、前記内燃機関が前記所定温度に達した時点で、前記燃焼ガスの前記吸気系への導入量をゼロにまたは低減するものであることを特徴とする請求項1記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。2. The oxygen amount increasing means according to claim 1, wherein the amount of the combustion gas introduced into the intake system is reduced to zero or reduced when the internal combustion engine reaches the predetermined temperature. An internal combustion engine having a combustion heater. 前記酸素量増大手段は、燃焼式ヒータの出力を制御するヒータ出力制御手段のことであることを特徴とする請求項2記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。The internal combustion engine having a combustion type heater according to claim 2, wherein the oxygen amount increasing means is a heater output control means for controlling an output of the combustion type heater. 前記燃焼式ヒータに係る燃料の燃焼をリーン状態で行うことで生じる燃焼ガスを前記吸気系に導入することで、前記吸気系における酸素量をそれまでよりも相対的に増大することを特徴とする請求項3記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。By introducing combustion gas generated by performing combustion of the fuel according to the combustion type heater in a lean state into the intake system, the amount of oxygen in the intake system is relatively increased. An internal combustion engine having the combustion heater according to claim 3. 前記酸素量増大手段は、機関温度が前記所定温度に達した時点で、それまで前記吸気系に導入していた燃焼ガスを排気系への導入に切り替える導入ガス切換手段であることを特徴とする請求項2記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。When the engine temperature reaches the predetermined temperature, the oxygen amount increasing means is an introduced gas switching means for switching the combustion gas introduced into the intake system to the introduction into the exhaust system. An internal combustion engine having the combustion heater according to claim 2. 前記機関温度が前記所定温度に達したかどうかの判定を行う所定温度達成判定手段を有することを特徴とする請求項1から5いずれか記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。The internal combustion engine having a combustion type heater according to any one of claims 1 to 5, further comprising predetermined temperature achievement determination means for determining whether or not the engine temperature has reached the predetermined temperature. 前記所定温度達成判定手段は、前記機関始動補助手段の作動に合わせて燃焼式ヒータが排出する燃焼ガスを内燃機関の吸気系に導入した後において、前記内燃機関の運転状態が所定条件を満たした場合には、前記機関温度が前記所定温度に達したとみなすことを特徴とする請求項6記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。The predetermined temperature attainment determination means is configured such that, after introducing the combustion gas discharged from the combustion type heater into the intake system of the internal combustion engine in accordance with the operation of the engine start assisting means, the operating state of the internal combustion engine satisfies predetermined conditions 7. The internal combustion engine having a combustion heater according to claim 6, wherein in such a case, the engine temperature is considered to have reached the predetermined temperature. 前記所定条件は、前記付属の機関始動補助手段によって内燃機関が所定数回転すること、前記機関始動補助手段による内燃機関の回転開始後所定時間が経過すること、前記機関始動補助手段による内燃機関の回転開始後所定量の吸気が前記内燃機関の気筒内に導入されることのいずれかまたはこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項
7記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
The predetermined condition is that a predetermined number of rotations of the internal combustion engine are performed by the attached engine start assisting means, a predetermined time elapses after rotation of the internal combustion engine is started by the engine start assisting means, 8. An internal combustion engine having a combustion type heater according to claim 7, wherein a predetermined amount of intake air is introduced into a cylinder of the internal combustion engine after the start of rotation, or a combination thereof.
内燃機関の始動後は、前記酸素量増大手段による酸素量の増大を停止するとともに前記燃焼式ヒータの燃焼状態を前記所定条件を満たす前の内燃機関の運転状態における燃焼状態に戻すことを特徴とする請求項7または8記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。After starting the internal combustion engine, increasing the oxygen amount by the oxygen amount increasing means is stopped, and the combustion state of the combustion heater is returned to the combustion state in the operation state of the internal combustion engine before the predetermined condition is satisfied. An internal combustion engine having the combustion heater according to claim 7. 前記内燃機関への前記燃焼ガスの導入は、内燃機関が所定の運転状況にある場合にのみなされることを特徴とする請求項1から9いずれか記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。10. The internal combustion engine having a combustion-type heater according to claim 1, wherein the introduction of the combustion gas to the internal combustion engine is performed only when the internal combustion engine is in a predetermined operating state.
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