JP3577946B2 - 燃焼式ヒータを有する圧縮着火式内燃機関 - Google Patents

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    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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圧縮着火式内燃機関に関し、詳しくは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圧縮着火式内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】
寒冷時には、内燃機関の暖機促進が必要である。
【0003】
そこで、例えば特開昭62−75069号公報は、吸気系に内燃機関本体とは別に燃焼式ヒータを設け、この燃焼式ヒータの出す燃焼ガスを吸気系に導入し、その燃焼熱の利用によって暖機促進を図るようにした技術を示している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、一般に、燃焼式ヒータは、これを普通の状態で使用する分には、内燃機関、特に圧縮着火式内燃機関の排気ガスに比べ、二酸化炭素濃度の高い燃焼ガスを出す。このため、前記公報記載のように、吸気系に燃焼式ヒータの燃焼ガスを導入する内燃機関にあっては、その燃焼に二酸化炭素濃度の高い吸気が供されることになる。したがってこの場合、二酸化炭素を生成する炭化水素と一酸化炭素の酸化反応が進行しにくくなり、その結果、内燃機関の出す排気ガスには、炭化水素と一酸化炭素とが遊離状態で多めに存在するようになる。
【0005】
本発明は、上記実情に鑑みて発明されたものであって、燃焼式ヒータの燃焼ガスを内燃機関の吸気系に導入する内燃機関において、内燃機関の燃焼後、内燃機関の排気ガスに含まれる炭化水素と一酸化炭素の量を低減することができる、燃焼式ヒータを有する圧縮着火式内燃機関を提供することを技術的課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の燃焼式ヒータを有する圧縮着火式内燃機関は、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圧縮着火式内燃機関において、以下の構成とした。
(1)前記燃焼式ヒータの作動時に前記内燃機関の燃料噴射装置による燃料噴射タイミングの時期を前記燃焼式ヒータの作動状態に応じて制御する。
【0007】
ここで、圧縮着火式内燃機関とは、ディーゼルエンジンのことである。そして、ディーゼルエンジンの場合、その点火方式は、圧縮熱による自着火方式を採用する。このため、燃料噴射装置による燃料噴射タイミングの時期を変えることで、気筒内での燃焼状態を変えられる。
【0008】
また、本発明に係る燃焼式ヒータを作動すると、燃焼式ヒータの出す燃焼ガスが吸気系に入る。この燃焼ガスは二酸化炭素濃度が高いので、内燃機関の燃焼には二酸化炭素濃度の高い吸気が供される。すると、炭化水素から一酸化炭素へ、また一酸化炭素から二酸化炭素への反応がしにくくなる。これは吸気中に二酸化炭素が多いので、すなわち極論すれば、二酸化炭素が飽和状態にあれば二酸化炭素を生成する二酸化炭素を生成する炭化水素と一酸化炭素の酸化反応が進行しにくくなるので、内燃機関の出す排気ガスには、炭化水素と一酸化炭素とが遊離状態で多めに存在するようになる。しかし、本発明の燃焼式ヒータを有する圧縮着火式内燃機関では気筒内の酸素は理論空燃比より多く、燃料噴射タイミングの時期を燃焼式ヒータの作動状態に応じて制御するようになっているので、燃料噴射タイミングの時期をうまく調整して酸化反応を促進すれば、二酸化炭素の多い燃焼式ヒータの燃焼ガスが内燃機関の吸気系に入っても、内燃機関の排気ガスに含まれる炭化水素と一酸化炭素とは低減するようになる。
(2)前記(1)項において、前記燃焼式ヒータの出力が大きいほど前記燃料噴射タイミングの時期を早めるようにすると好適である。
【0009】
この場合、燃焼式ヒータの出力が大きいほど気筒内への燃料噴射が早くから為されるので、それだけ燃焼が速くなって酸化反応が進む。このため、内燃機関の排気ガスに含まれる炭化水素と一酸化炭素の量は、燃焼式ヒータの出力が小さいときに比べて低減する。
(3)前記(2)項において、内燃機関の排気系にはリーンNOx触媒を設けてもよい。リーンNOx触媒は、その還元剤に炭化水素や一酸化炭素を用いることで内燃機関の排気ガスに含まれる窒素酸化物を浄化する触媒である。よって、この場合、内燃機関の排気ガス中に含まれる炭化水素と一酸化炭素は、リーンNOx触媒の還元剤として用いられる。したがって、さらに内燃機関の排気ガス中に含まれる炭化水素と一酸化炭素の量を減らすことができるとともに、併せて内燃機関の排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量も減らすことができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付した図面に基いて説明する。
〈装置の全体説明〉
図1に示すように、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。)は水冷式であって、エンジン本体3と、エンジン本体3の図示しない複数の気筒内に燃焼に必要な空気を送り込む吸気装置5と、前記気筒内で混合気が燃焼した後の排気ガスを大気中に放出する排気装置7とを有する。
〈装置構成部材の説明〉
(エンジン本体3)
エンジン本体3は、その図示しない気筒内に燃焼用燃料を噴射する燃料噴射装置としてのインジェクタ10を備えている。
(吸気装置5)
吸気装置5は、気筒内に新鮮な空気を取り入れるエアクリーナ13を吸気装置5の始端とする。そして、このエアクリーナ13から吸気装置5の終端であるエンジン本体3の図示しない吸気ポートまでの間に、吸気系構造物であるターボチャージャ15のコンプレッサ15a,大気圧下で燃焼する燃焼式ヒータ17,インタークーラ19およびインテークマニホールド21を備えている。
【0011】
これらの吸気系構造物は、複数の連結管を備える吸気管23に属する。
(吸気管23)
吸気管23は、コンプレッサ15aを境に、吸気装置5に入って来る外気がコンプレッサ15aによって強制的に押し込んで加圧状態とする下流側連結管27と、そうでない上流側連結管25とに大別できる。
(上流側連結管25)
上流側連結管25は、エアクリーナ13からコンプレッサ15aに向けてまっすぐ延びる棒状の本流管29と、本流管29に対してバイパス状に接続した支流管としてのヒータ用枝管31とからなる。
(ヒータ用枝管31)
ヒータ用枝管31は、その途中に燃焼式ヒータ17を含み、また燃焼式ヒータ17の空気の流れ方向における上流側部位と本流管29とを結ぶとともに本流管29から燃焼式ヒータ17に新気すなわち空気を供給する空気供給路33と、燃焼式ヒータ17の空気の流れ方向における下流側部位と本流管29とを結びかつ燃焼式ヒータ17から出る燃焼ガスを本流管29に出す燃焼ガス排出路35とを有する。なお、ヒータ用枝管31に係る空気とは、エアクリーナ13を経由してヒータ用枝管31に入る新気a1のことだけを意味するのではなく、燃焼式ヒータから出る燃焼ガスa2も意味する。燃焼式ヒータの燃焼ガスは、スモークのほとんどない、換言すればカーボンを含まないガスである。よって、内燃機関の吸気として使用するに支障ない。また、本流管29に戻る空気a2は、大気圧下で燃焼する燃焼式ヒータ17の燃焼に供されて熱を持った燃焼ガスであるから、二酸化炭素を多めに含む。
【0012】
また、空気供給路33および燃焼ガス排出路35の本流管29とのそれぞれの接続箇所c1およびc2のうち、接続箇所c1は接続箇所c2よりも本流管29の上流側に位置する。よって、エアクリーナ13からの空気a1は、まず接続箇所c1でヒータ用枝管31に分岐する空気a1と分岐せずに本流管29を接続箇所c2に向かう空気a1’とに分かれる。また、接続箇所c2では、接続箇所c1で分岐して燃焼式ヒータ17の燃焼に供されて燃焼ガスとなった空気a2とc1で分岐しなかった新気a1’とが合流し、燃焼ガス混入空気a3になる。
【0013】
接続箇所c1で分岐した空気a1は、空気供給路33−燃焼式ヒータ17−燃焼ガス排出路35を経由して接続箇所c2から本流管29に空気a2となって戻る。この本流管29に戻る空気a2は、燃焼式ヒータ17の燃焼に供されて熱を持った燃焼ガスであるから、このガスが本流管29に戻されて前記分岐しなかった空気a1’と接続箇所c2で合流して燃焼ガス混入空気a3になると、その結果、この燃焼ガス混入空気a3がエンジン本体3に入る高温の吸気となる。
【0014】
本流管29に戻る空気a2は、前記のように大気圧下で燃焼する燃焼式ヒータ17の燃焼に供されて熱を持つ燃焼ガスであるから、二酸化炭素を多量に含む。このガスa2が前記空気a1’と接続箇所c2で合流して燃焼ガス混入空気a3となると、その結果、この燃焼ガス混入空気a3が二酸化炭素を多量に含んだ状態でエンジン本体3に入る吸気となる。なお、燃焼式ヒータ17の燃焼状態は、コンピュータ、つまりECU46の中枢部であるCPUで制御される。そして、この制御によって燃焼式ヒータ17の空燃比を調整すれば、二酸化炭素の濃度を自在にできる。
【0015】
また、図1において、下流側連結管27は、コンプレッサ15aとインテークマニホールド21とを結ぶ管であり、図1で示すものはL字形をしている。そして、インテークマニホールド21寄りの箇所にはインタークーラ19を配置してある。
(排気装置7)
一方、排気装置7は、エンジン本体3の図示しない排気ポートを排気装置7の始端とし、そこから排気装置7の終端のマフラ41までの間に、エキゾーストマニホールド37,ターボチャージャ15のタービン15bおよび触媒コンバータ39を排気管42上に備えている。排気装置7を流れる空気はエンジン1の排気ガスとして符号a4で示す。
(触媒コンバータ39)
触媒コンバータ39は、その内部にリーンNOx触媒を三元触媒として使用しており、排気系が特に酸素過剰な雰囲気状態、すなわちリーン状態にあるときに排気ガス中の窒素酸化物を還元剤を用いて浄化する。リーンNOx触媒は選択還元式と吸蔵還元式があるが、この実施の形態では吸蔵還元式のリーンNOx触媒を用いることとする。
(燃焼式ヒータ17)
燃焼式ヒータ17には、図示しない送風ファンおよび、エンジン電子制御装置(以下「ECU」という。)46とは分離した燃焼式ヒータ17の作動制御を専ら行う中央処理制御装置(以下「CPU」という。)47を有する。なお、ECU46の図示しないCPUによって燃焼式ヒータ17を制御するようにすれば、燃焼式ヒータ17のCPU47はなくてもよい。
(ECU46およびこれと電気的に接続されている関連部材)
ECU46は、図示しない外気温センサ,燃焼ガス温度センサおよび回転数センサ,水温センサ等の各種センサと、ならびに前記送風ファンおよび図示しない燃料ポンプとCPU47を介して電気的につながっている。その他にECU46には、図示しないアクセルペダルの開度、エンジン吸気量,スタータモータの始動が入力信号となって入り、それらを総合的にECU46が判断する。この判断に基づいて燃焼式ヒータ17の出力を制御する出力制御信号をECU46から燃焼式ヒータ17に送る。さらに、ECU46は、インジェクタ10とも電気的につながっており、インジェクタ10による燃料噴射の量やその噴射タイミングを最適に図るための出力信号をインジェクタ10に出す。
【0016】
各種センサの各パラメータに応じて燃焼式ヒータ17のCPU47が作動し、これによって燃焼式ヒータ17の燃焼状態を制御する。換言すれば、CPU47によって、燃焼式ヒータ17の火炎の勢いや大きさ,温度等を制御し、この制御によって燃焼式ヒータ17の排気(燃焼ガス)の温度を制御する。
【0017】
そして、各センサの各パラメータに応じて、CPUが、リーンNOx触媒39による窒素酸化物の浄化を要すると判断すると、燃焼式ヒータ17の燃焼状態を適宜制御して、燃焼式ヒータ17の火炎の勢いや大きさ,温度等を最適状態に維持する。また、CPUによる燃焼式ヒータ17の燃焼状態の制御によって、燃焼式ヒータ17の排気の温度や燃焼ガスに含まれる二酸化炭素の量を調える。すなわち燃焼式ヒータ17の出力を調整する。
【0018】
また、「リーンNOx触媒39による窒素酸化物の浄化を要するとき」とは、窒素酸化物浄化のために必要な特定の条件が揃ったときであり、特定の条件とは、リーンNOx触媒39が活性し、かつ、リーンNOx触媒39は吸蔵還元式であり吸蔵したNOxを浄化する条件(例えば所定運転時間毎)を満たしたときである。そして、リーンNOx触媒39が活性するには触媒自体がある程度の温度にならなければならない。よって、リーンNOx触媒39による窒素酸化物の浄化を要するときは、リーンNOx触媒39は、これが活性するに十分な温度領域になければその機能を発揮しない。
【0019】
また、ECU46の図示しないランダムアクセスメモリRAMには、図2および図3にそれぞれ示すフローチャートを記憶してある。
【0020】
次にこれらのフローチャートに基づいて説明する。
(燃焼式ヒータの出力制御用フローチャート)
図2のフローチャートは、燃焼式ヒータの出力制御を行うためのものである。
【0021】
このフローチャートは、ステップ101〜ステップ108からなる。また、図3のフローチャートの場合を含め、以下の手順における動作はすべてECU46によるものである。そして、記号Sを用い、例えばステップ101であればS101と省略して示す。
【0022】
エンジン1のスタート後、処理がこのルーチンに移行すると、まずS101で燃焼式ヒータ17を効かせる必要のある運転状態にエンジン1があるかどうかを判定する。この判定には、燃焼式ヒータ17を作動させる判断の目安としているいくつかの因子のうち、例えば機関冷却水の温度THWがこの温度THWとの比較値である所定温度THW1よりも低いかどうかを不等式記号「THW<THW1?」を用いて判定する。S101で否定判定すればS102に進み、肯定判定すればS104に進む。なお、燃焼式ヒータ17を効かせる必要のある運転状態とは、例えばエンジン1が寒冷時や極寒冷時においての運転中や内燃機関の始動後、ならびに内燃機関自身の発熱量が少ないときおよびそれにより冷却水の受熱量が少ないときである。
【0023】
冷却水の温度THWが所定温度THW1よりも高い否定判定の場合は、燃焼式ヒータ17を効かせる必要のない運転状態にエンジン1がある場合であるから、次のS102にて燃焼式ヒータ実行フラグFの値を「0」にセットし、その後S103で燃焼式ヒータ17の出力値Wを0(ゼロ)とし、その後このルーチンを終了する。
【0024】
S104以下のステップは、燃焼式ヒータ17を作動する場合であって、かつ燃焼式ヒータ17の出力の度合いを判定する部分である。
【0025】
S104では、前記機関冷却水の温度THWが、所定温度THW2よりも低いかどうかを不等式記号「THW<THW2?」を用いて判定する。所定温度THW2は前記所定温度THW1よりも低く設定した温度である。S104で肯定判定すればS105に進み、否定判定すれば処理はS106に進む。また、S104で肯定判定する場合とは、機関冷却水の温度THWが、所定温度THW1よりも低い所定温度であるTHW2よりもさらに低い場合であり、否定判定する場合とは、機関冷却水の温度THWが、所定温度THW1よりも低いが所定温度THW2よりは高い場合である。よって、肯定判定の場合は燃焼式ヒータ17の出力を高めに設定するための判定であり、否定判定の場合は燃焼式ヒータ17の出力を低めにするための判定である。
【0026】
したがって、S104にて肯定判定の場合に進むS105では、燃焼式ヒータ実行フラグFを「2」にセットし、次のS107にて燃焼式ヒータ17の出力値Wを高出力値Hiに設定した後、このルーチンを終了する。
【0027】
また、S104にて否定判定の場合に進むS106では、燃焼式ヒータ実行フラグFを「1」にセットし、次のS108にて燃焼式ヒータ17の出力値Wを低出力値Loに設定した後、このルーチンを終了する。
【0028】
このように図2に示す燃焼式ヒータの出力制御ルーチンにより、燃焼式ヒータ17の出力制御は、機関冷却水の温度THWに基づいてかつ温度THWの高い順に、燃焼式ヒータ17の出力を0にして行う場合、低出力にして行う場合、高出力にして行う場合の3段階に分けられる。
(インジェクタ10による燃料噴射タイミングの時期演算用フローチャート)
次に、図3のフローチャートで、インジェクタ10による燃料噴射タイミングの時期θを決める燃料噴射タイミング演算ルーチンを説明する。また、燃料噴射タイミングの時期θは、クランク角で示し、上死点前何度と示す。
【0029】
このフローチャートは、ステップ201〜ステップ206からなる。
【0030】
S201では図2で述べた燃焼式ヒータ実行フラグFが「0(ゼロ)」であるかどうか、すなわち図2に示す燃焼式ヒータの出力制御ルーチンにより、燃焼式ヒータ17の出力を0(ゼロ)にして行う場合と判定したかどうかを等式記号「F=0?」を用いて判定する。否定判定すればS202に進み、肯定判定すればS204に進む。
【0031】
S204では、燃焼式ヒータ17の出力を0にして行う場合の燃料噴射タイミングの補正量を符号θを用いて示す。補正量θは、エンジン負荷やエンジン回転数から割り出した基準燃料噴射時期θを図示しない適宜のマップ等の演算手段から求め、燃焼式ヒータ17の作動状態に応じた好適な燃料噴射タイミングの時期を前記基準燃料噴射時期θに対してどれだけ進角すればよいかを示すものである。よって、補正量θは、噴射時期進角補正量θということができる。したがって、この噴射時期進角補正量θを考慮した上での最終的な燃料噴射タイミングの時期θは、次の(1)式を用いて求められ、この処理はS204の後のS206にて行う。
【0032】
θ←θ+θ…………(1)式
なお、S204で述べた噴射時期進角補正量θの概念は、S203とS205で出てくる噴射時期進角補正量θと同じ概念であるが、その内容量が異なる。このことについてはS203およびS205の各ステップの説明で述べる。
S201で肯定判定した場合の燃焼式ヒータ17の出力は0であるから、S204では噴射時期進角補正量θは補正の必要が認められず、よってその補正量は「0(ゼロ)」であり、噴射時期進角補正量θを0とする。そして、この内容の意味するところを記号「θ←0」を用いて示す。S204の後はS206に進む。
【0033】
S202では、燃焼式ヒータ実行フラグFが「1」であるかどうか、すなわち図2に示す燃焼式ヒータ17の出力制御ルーチンにより、燃焼式ヒータ17の出力をLoにして行う場合と判定したかどうかを等式記号「F=1?」を用いて判定する。肯定判定して燃焼式ヒータ17の出力をLoにして行う場合と判定すればS203に進み、否定判定して燃焼式ヒータ17の出力をHiにして行う場合と判定すればS205に進む。
【0034】
S203では、燃焼式ヒータ17の出力をLoにして行う場合の噴射時期進角補正量θの内容量を「B」とする。そして、この内容の意味するところを記号「θ←B」用いて示す。S203の後はS206に進む。
S205では、燃焼式ヒータ17の出力をHiにして行う場合の噴射時期進角補正量θの内容量を「A」とする。そして、この内容の意味するところを記号「θ←A」用いて示す。S205の後はS206に進む。
なお、S203で述べた内容量BおよびS205で述べた内容量Aは、ともに正の値であるとともにB<Aの関係にある。
【0035】
S206では、燃焼式ヒータ17の出力を0にして行う場合、低出力Loにして行う場合、高出力Hiにして行う場合の燃料噴射タイミングの時期θを求める。
【0036】
図3の燃料噴射タイミング演算ルーチンにより、燃料噴射タイミングの時期θが、燃焼式ヒータ17の出力を0にして行う場合,低出力にして行う場合および高出力にして行う場合のそれぞれの場合で異なり、燃焼式ヒータ17の出力を0にして行う場合には、燃料噴射タイミングの時期θは基準燃料噴射時期θと同じであり、燃焼式ヒータ17の出力を低出力Loにして行う場合は基準燃料噴射時期θよりもBだけ進角であり、および燃焼式ヒータ17の出力を高出力Hiにして行う場合は基準燃料噴射時期θよりもAだけ進角であることがわかる。すなわち、燃焼式ヒータ17の出力を0にして行う場合を除き,燃焼式ヒータ17の出力を低出力Loにして行う場合および高出力Hiにして行う場合は、燃料噴射タイミングの時期θは基準燃料噴射時期θよりも進角に設定することになる。換言すれば、燃焼式ヒータ17は、その出力が大きいほど燃料噴射タイミングの時期θを早める。
〈実施の形態の作用効果〉
次に、実施の形態に係るエンジン1の作用効果について説明する。
【0037】
エンジン1では、燃料噴射タイミングの時期を燃焼式ヒータ17の作動状態に応じて制御するようになっているので、燃料噴射タイミングの時期をうまく調整することによって、酸化反応を促進するようにすれば、二酸化炭素の多い燃焼式ヒータ17の燃焼ガスがエンジン1の吸気系を構成する本流管29に入っても、燃焼行程においてエンジン1から出る排気ガスに含まれる炭化水素と一酸化炭素は低減することになる。
【0038】
具体的には、燃焼式ヒータ17は、その出力が大きいほど燃料噴射タイミングの時期θを早めるようになっているので、燃焼式ヒータ17の出力が大きいほど気筒内への燃料噴射が早くから為される。このため、それだけ燃焼が速くなって酸化反応が進む。このため、エンジン1の排気ガスに含まれる炭化水素と一酸化炭素の量は、燃焼式ヒータ17の出力が小さいときに比べて低減する。
【0039】
また、排気装置7にはリーンNOx触媒39を設けるようにしてあるので、排気ガス中に含まれる炭化水素と一酸化炭素は、リーンNOx触媒39の還元剤として用いられる。したがって、さらにエンジン1の排気ガス中に含まれる炭化水素と一酸化炭素の量を減らすことができるとともに、併せてエンジン1の排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量も減らすことができる。
【0040】
図4,図5および図6は、燃焼式ヒータがない、あるいはあっても作動させない場合、すなわち燃焼式ヒータ17の出力を0にした場合と、燃焼式ヒータ17の出力を高出力Hiにした場合との違いを、窒素酸化物,炭化水素および一酸化炭素の発生量の差で比較したものである。各図における実線グラフが燃焼式ヒータ17の出力を0にした場合を示し、破線グラフが燃焼式ヒータ17の出力を高出力Hiにした場合を示す。
【0041】
図4,図5および図6は、それぞれ炭化水素,一酸化炭素および窒素酸化物の出ガスに占める割合を示している。また、各図の縦軸は、各物質の発生量を示しており、横軸は燃料の噴射タイミングの時期をクランク角で示している。横軸上に示される数値がクランク角であり、数値0が上死点を意味する。よって、0よりも図面に向かって右側に進む程、いわゆる進角であり、同じく左側に進む程、いわゆる遅角である。
【0042】
図4および図5から次のことがいえる。すなわち、両図における燃焼式ヒータ17の出力を0にした場合を示す実線グラフよりも燃焼式ヒータ17の出力を高出力Hiにした場合を示す破線グラフの方が、炭化水素および一酸化炭素の発生量が多い。けれども、クランク角を進角にすればそれに比例して含有量を抑制できることがわかる。
【0043】
また、図6から、燃焼式ヒータ17の出力を0にした場合を示す実線グラフよりも燃焼式ヒータ17の出力を高出力Hiにした場合を示す破線グラフの方が、窒素酸化物の含有量が少なく、よって窒素酸化物の浄化が極めて有効になされていることがわかる。
【0044】
さらに、エンジン1では、燃焼式ヒータ17から出る燃焼ガスa2を吸気管23に混入することで、吸気系にそれまで流れていた新気a1’は、燃焼ガスa2の燃焼熱を含んだ燃焼ガス混入吸気a3となる。よって、燃焼式ヒータ17の燃焼熱の利用によって暖機促進や車室用ヒータの性能向上を図れることになる。
【0045】
そして、燃焼式ヒータ17は、本来スモークのほとんどない、換言すれば、カーボンを含まない、また、二酸化炭素の濃度の濃い燃焼ガスを出すので、それをエンジン1の気筒に吸入すれば、従来より知られているNOx低減装置といえるEGR装置に比して、内燃機関の摩耗と腐食発生の心配がなく耐久性向上も期待でき、低水温からの窒素酸化物の低減が可能となる。
【0046】
加えて、二酸化炭素自体にもスモーク抑制効果がある。これは次の理由による。すなわち、二酸化炭素の熱解離(すなわち、雰囲気温度が1400℃において、CO→2CO+O)により生成した酸素がすすを再燃焼し、かつ二酸化炭素が生成した炭素を酸化する(すなわち、CO+C→2CO)ので、内燃機関が高負荷のときでもスモークの抑制効果を期待できる。
【0047】
そして、ディーゼルエンジンは、燃焼燃料が少ないので冷却水への熱損失が元来少ないものである。よって、ディーゼルエンジンでは、常温時でも暖機性が悪化傾向にあるが、燃焼式ヒータ17を必要時作動することで暖機性を大幅に向上できる。この結果、暖機時のエミッションを大幅に改善できる。しかも、燃焼式ヒータ17の排気熱は、エンジン本体3で回収するので、内燃機関側冷却水受熱量が増えてヒータ性能を向上する。
【0048】
さらにまた、燃焼式ヒータ17の空気供給路33および燃焼ガス排出路35は大気に直接開口していないので、騒音の低減効果も期待できる。
【0049】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、燃焼式ヒータの燃焼ガスを内燃機関の吸気系に導入する内燃機関において、内燃機関の燃焼後、内燃機関の排気ガスに含まれる炭化水素と一酸化炭素の量を低減することができる。また、リーンNOx触媒を排気系に設けることで、内燃機関の排気ガス中に含まれる窒素酸化物の量も減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係る燃焼式ヒータを有する圧縮着火式内燃機関の概略構成図
【図2】燃焼式ヒータの出力制御ルーチンを説明するフローチャート
【図3】燃料噴射タイミング演算ルーチンを説明するフローチャート
【図4】炭化水素の発生量を抑制できることを説明する図
【図5】一酸化炭素の発生量を抑制できることを説明する図
【図6】窒素酸化物の発生量を抑制できることを説明する図
【符号の説明】
1…ディーゼルエンジン(圧縮着火式内燃機関)
3…エンジン本体
5…吸気装置
7…排気装置
10…インジェクタ(燃料噴射装置)
13…エアクリーナ
15…ターボチャージャ
15a…コンプレッサ
15b…ターボチャージャのタービン
17…燃焼式ヒータ
17a…燃焼式ヒータの冷却水通路
17a1…冷却水導入口
17a2…冷却水排出口
17b…燃焼筒
17c…円筒状隔壁
17d…燃焼室
17d1…空気供給口
17d2…排気排出口
17e…燃料供給管
19…インタークーラ
21…インテークマニホールド
23…吸気管
25…上流側連結管
27…下流側連結管
29…本流管
31…ヒータ用枝管
33…空気供給路
35…燃焼ガス排出路
37…エキゾーストマニホールド
39…リーンNOx触媒
41…マフラ
42…排気管
43…燃焼室本体
43a…外壁
45…送風ファン
46…ECU
47…CPU
c1…空気供給路33と本流管29との接続箇所
c2…燃焼ガス排出路35と本流管29との接続箇所
RAM…ランダムアクセスメモリ
a1…エアクリーナ13から本流管29に入って来る外気(新気)
a1’…接続箇所c1で分岐せず本流管29を接続箇所c2に向かう空気
a2…燃焼式ヒータ17の燃焼に供されて燃焼ガスとなった空気
a3…燃焼ガス混入空気
a4…エンジン1の排気ガス
θ…燃料噴射タイミングの時期
θ…基準燃料噴射時期
θ…噴射時期進角補正量
A…燃焼式ヒータ17の出力がHiの場合の進角量
B…燃焼式ヒータ17の出力がLoの場合の進角量
0(ゼロ)…燃焼式ヒータ17の出力が0(ゼロ)の場合の進角量
THW…機関冷却水温度
THW1…機関冷却水温度THWとの比較値である所定温度
THW2…機関冷却水温度THWとの比較値である所定温度
F…燃焼式ヒータ実行フラグ
W…燃焼式ヒータ17の出力値
Lo…燃焼式ヒータ17の出力値Wが低い場合の出力値
Hi…燃焼式ヒータ17の出力値Wが高い場合の出力値

Claims (3)

  1. 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圧縮着火式内燃機関において、前記燃焼式ヒータの作動時に前記内燃機関の燃料噴射装置による燃料噴射タイミングの時期を前記燃焼式ヒータの作動状態に応じて制御することを特徴とする燃焼式ヒータを有する圧縮着火式内燃機関。
  2. 前記燃焼式ヒータの出力が大きいほど前記燃料噴射タイミングの時期を早めることを特徴とする請求項1に記載の燃焼式ヒータを有する圧縮着火式内燃機関。
  3. 前記内燃機関の排気系にはリーンNOx触媒を設けることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の燃焼式ヒータを有する圧縮着火式内燃機関。
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