WO2002006646A1 - Moteur a combustion interne comportant un rechauffeur de combustible - Google Patents

Moteur a combustion interne comportant un rechauffeur de combustible Download PDF

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Makoto Suzuki
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine having a combustion type heater. Background technology ''
  • the above-described combustion type heater includes, for example, a combustion chamber independent of the internal combustion engine, a water channel formed to surround the combustion chamber (hereinafter, referred to as a “cooling water passage in the heater”), and an internal combustion engine. It has an engine cooling water introduction pipe that guides engine cooling water from the water jacket to the cooling water passage in the heater, and an engine cooling water discharge pipe that guides engine cooling water from the cooling water passage in the heater to the water jacket.
  • the combustion heater configured as described above guides the cooling water in the water jacket to the cooling water passage in the heater, A part of the engine fuel is burned in the combustion chamber.
  • the engine cooling water guided to the cooling water passage in the heater receives heat generated during combustion of the fuel in the combustion chamber and rises in temperature.
  • the engine cooling water whose temperature has been increased in this way is guided from the cooling water passage in the heater to the water jacket, and the heat of the engine cooling water is transmitted to the internal combustion engine. As a result, it becomes possible to warm up the internal combustion engine early.
  • the heat of the engine cooling water heated in the combustion heater is transmitted to the air for heating by the heater core. Is also possible. Therefore, in the internal combustion engine equipped with the combustion type heater, it is possible to promote warming-up of the internal combustion engine in a cold state and improve the performance of the vehicle interior heating device. On the other hand, since the combustion type heater performs combustion using the fuel of the internal combustion engine as described above, the combustion gas discharged from the combustion type heater is the same as the exhaust gas of the internal combustion engine. It is desirable to be purified.
  • the heating device for a vehicle provided with a combustion type heater is configured to guide the combustion gas discharged from the combustion heater to a portion of the engine exhaust pipe upstream of the exhaust gas purification device. It is intended to purify the combustion gas of the fuel tank together with the exhaust gas of the internal combustion engine by an exhaust gas purification device.
  • the combustion gas from the combustion heater flows into the exhaust gas purification device, as in the case of the above-described vehicle heating device equipped with the combustion heater.
  • a method of raising the temperature of the catalytic converter using the heat of the combustion gas is considered.
  • the combustion gas discharged from the combustion type heater is a gas after heat exchange with engine cooling water, so that a gas having a small amount of heat is generated. It becomes.
  • the engine cooling water when the temperature of the engine cooling water is low, such as when the internal combustion engine is in a cold state, and heat exchange is performed between the combustion gas and the engine cooling water, the combustion gas is relatively transferred to the engine cooling water. A large amount of heat will be transferred, and the temperature of the combustion gas discharged from the combustion heater may be extremely low. Therefore, the engine cooling water is Even when the combustion gas that has undergone heat exchange with the exhaust gas is introduced into the exhaust gas purification device, it becomes difficult to quickly activate the catalytic converter.
  • the present invention has been made in view of the various circumstances as described above, and provides a technique capable of discharging a combustion gas having a large amount of heat from a combustion heater in an internal combustion engine having a combustion heater.
  • the purpose is to do.
  • an internal combustion engine having a combustion heater according to the present invention includes:
  • a heat exchange unit that performs heat exchange between the heat medium and the combustion gas generated in the combustion chamber, and a heat exchange rate reducing unit that reduces a heat exchange rate in the heat exchange unit are provided.
  • the engine-related elements include an internal combustion engine body and a heater core of a vehicle interior heating device, and examples of the “heat medium” include engine cooling water, and a well-known “combustion heater”.
  • a vaporization type combustion heater can be exemplified. In an internal combustion engine having a combustion-type heater configured as described above, for example, when it is necessary to raise the temperature of an exhaust gas purification device provided in an exhaust passage of the internal combustion engine, a relatively large number of combustion-type heaters are used.
  • the heat exchange rate reducing means reduces the heat exchange rate in the heat exchange section.
  • the heat exchange rate reducing means reduces the amount of heat transferred from the combustion gas to the engine cooling water when it becomes necessary to discharge combustion gas having a relatively large amount of heat from the combustion heater.
  • the combustion gas after heat exchange in the heat exchange section is discharged from the combustion heater
  • the combustion gas is a gas having a relatively large amount of heat.
  • such combustion gas is introduced into a cylinder of an internal combustion engine or an exhaust gas purification device, thereby stabilizing combustion in the cylinder or purifying exhaust gas. It is possible to contribute to early activation of the device.
  • the combustion gas that has been subjected to heat exchange in the heat exchanging section is supplied to a portion of the exhaust passage of the internal combustion engine upstream of the exhaust purification device.
  • the exhaust gas purifier may be further provided with a combustion gas discharge passage that selectively discharges to an intake passage of an internal combustion engine.
  • An example is a catalytic converter having a case body enclosing the exhaust gas, and purifying exhaust gas flowing into and out of the case body.
  • the combustion gas exhaust passage is configured to supply the combustion gas having undergone heat exchange in the heat exchange unit to a portion of the exhaust passage upstream of the exhaust gas purification device or the internal combustion engine. To the intake passage.
  • the heat exchange rate reducing means reduces the heat exchange efficiency in the heat exchange section, and the combustion gas discharge passage has a heat exchange section in the heat exchange section.
  • the exhausted combustion gas is discharged to an exhaust passage upstream of the exhaust gas purification device.
  • the heat of the combustion gas is transmitted to the exhaust gas purification device, and as a result, the temperature of the exhaust gas purification device rises quickly.
  • the heat exchange rate reducing means reduces the heat exchange efficiency in the heat exchange section, and the combustion gas discharge passage becomes The combustion gas after the heat exchange is discharged to the intake passage of the internal combustion engine.
  • combustion gas having a relatively large amount of heat is supplied from the combustion heater to the exhaust purification device or the intake passage of the internal combustion engine, so that combustion in the cylinder is stabilized. It is possible to raise the temperature of the exhaust gas purification device (catalyst) at an early stage.
  • Examples of the case where the temperature of the exhaust gas purification device needs to be raised include when the catalyst of the exhaust gas purification device is in an inactive state, or when it is necessary to eliminate sulfur poisoning of the catalyst. .
  • the combustion gas discharge The passage may be a passage that bifurcates and extends from the combustion heater to an exhaust passage and an intake passage of the internal combustion engine.
  • a combustion gas path switching means for switching the flow of the combustion gas to the exhaust path side or the intake path side at the branch point of the combustion gas discharge path.
  • the "combustion gas path switching means" and with the output 'entrance three directions of the combustion gas, the three-way switching as c combustion gas path switching means can be exemplified by three-way valve or the like is switched outlet by movement of the valve If a valve is used, it is possible to reliably switch between the supply of combustion gas from the combustion heater to the exhaust passage and the supply of combustion gas from the combustion heater to the intake passage.
  • the heat exchange section includes a combustion gas passage for guiding the combustion gas to the outside of the combustion heater, and a combustion gas heater formed around the combustion gas passage.
  • a fan for forcing air from the outside of the combustion type heater into the combustion gas passage through the combustion gas passage.
  • pressurized air the air introduced into the combustion gas passage by the fan and the through hole.
  • the combustion gas after the pressurized air is mixed becomes a combustion gas containing less heat per unit amount than the combustion gas before the pressurized air is mixed.
  • the combustion gas after the mixing of the compressed air is a gas having a lower temperature than the combustion gas before the mixing of the compressed air.
  • the fan speed is preferably controlled so that the pressurized air can flow into the combustion gas passage by staking the pressure in the combustion gas passage when the combustion heater is operating. .
  • the fan may be provided at an upstream end or a downstream end in a flow direction of the combustion gas in the combustion heater.
  • the point is that the fan only needs to be installed in a location where fresh air can be forcibly introduced into the combustion chamber.
  • the installation location of the fan can be selected from the upstream end and the downstream end in the flow direction of the combustion gas, the degree of freedom in the design of the combustion type heater can be increased.
  • the fan may be installed at an upstream end in the flow direction of the combustion gas in the combustion heater.
  • the fan is not exposed to the high-temperature combustion gas, so that it is not necessary to perform a special heat treatment on the fan.
  • the internal combustion engine having the combustion heater according to the present invention may further include a control valve for controlling an amount of air flowing through the through hole.
  • FIG. 1 is a diagram showing an internal configuration of a combustion heater according to the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an application example 1 of the internal combustion engine having the combustion heater according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing an application example 2 of the internal combustion engine having the combustion heater according to the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing an application example 3 of the internal combustion engine having the combustion heater according to the invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing Application Example 4 of the internal combustion engine having the combustion heater according to the present invention.
  • the internal combustion engine having the combustion type heater according to the present invention is characterized by the structure of the combustion type heater and how to attach the combustion type heater to the internal combustion engine. Therefore, the combustion type heater will be described first, and then the relationship with the internal combustion engine body will be described.
  • the combustion heater 17 is a well-known vaporization combustion heater. As shown in FIG. 1, the combustion heater 17 serves as a heat medium passage through which engine cooling water as a heat medium flows from a water jacket (engine-related element) of the internal combustion engine. The cooling water passage 17a in the heater is provided.
  • the engine cooling water (indicated by the dashed arrow in Fig. 1) flowing through the cooling water passage 17a in the heater is routed around the combustion chamber 17d, which is the combustion section formed inside the combustion type heater 17. Through which heats up from the combustion chamber 1 ⁇ d.
  • the combustion chamber 17 d is composed of a combustion cylinder 17 b as a combustion source that emits a flame, and a cylindrical partition wall 17 c that covers the combustion cylinder 17 b to prevent the flame from leaking outside.
  • a passage-like combustion chamber 17d is defined in the partition wall 17c.
  • the partition wall 17c is also covered with the outer wall 43 of the combustion heater 17 at intervals. By providing an interval, the cooling water passage 17a in the heater is formed between the inner surface of the outer wall 43 and the outer surface of the partition wall 17c.
  • the combustion heater 17 has an exhaust outlet 17 d 2 through which the flowing gas (combustion gas a 2 and fresh air a 1 flowing into and out of the combustion chamber 17 d) flows. And has a fresh air supply port of 17 dl.
  • a portion of the combustion chamber 17 d through which the flowing gas actually passes is referred to as a combustion gas passage and denoted by reference numeral 150.
  • the combustion gas discharged from the combustion cylinder 17 b via the combustion gas passage 150 flows outside the combustion heater 17.
  • the combustion gas passage 150 is formed around the combustion cylinder 17b by covering the combustion cylinder 17b with a partition wall 17c.
  • the fresh air a 1 enters the combustion type heater 17 from the fresh air supply port 17 dl and is combusted in the combustion chamber 17 d and then becomes the combustion gas a 2 and the exhaust outlet 17 d 2 Head for.
  • the outer wall 43 has a housing 1 in which a blower fan 149 for sending fresh air a1 to the combustion tube 177b and a motor 155 for rotating the blower fan 149 are provided. 4 8 is attached.
  • the fresh air supply port 17 dl is provided in the housing 148, and the fresh air a1 entering the housing 148 from the fresh air supply port 17 dl is blown by the blower fan 149. It is sent to the combustion cylinder 17b.
  • Attachment of the combustion cylinder 17b to the combustion type heater 17 is performed by attaching a flange 200 integrally provided at one end of the combustion cylinder 17b to the inner wall surface of the partition wall 17c by appropriate fixing means such as welding. I do it.
  • a plurality of inlet holes 202 (only two are shown in the drawing) for introducing fresh air a1 into the flame forming chamber 201 of the combustion cylinder 17b are formed in the flange 200, and A plurality of fresh air holes 20 are also formed on the wall forming the flame forming chamber 201.
  • the combustion gas passage 150 communicates with the inside of the housing 148 through the flange 200.
  • a through-hole 205 is formed in the through-hole 205, and an on-off valve 206 as a control valve for controlling the flow rate of air pressurized by the rotation of the blower fan 149 is provided in the through-hole 205.
  • the blower fan 149 is installed on the side of the combustion heater 17 where the through hole 205 is formed.
  • the fresh air that has entered the combustion chamber 17d through the through hole 205 is not directly used for combustion, but is exclusively mixed with the combustion gas a2 to be pressurized air whose flow rate is increased. This increased combustion gas is indicated by reference numeral a 2 '.
  • the on-off valve 206 When the on-off valve 206 is closed, the combustion gas becomes the combustion gas a2 whose flow rate does not increase. These combustion gases a 2 or a 2 are discharged to the outside of the combustion heater 17 via the exhaust outlet 17 d 2. Whether the on-off valve 206 is closed and the combustion gas a2 or open and the combustion gas a2 is used will be described in the section of the application example of the combustion heater 17 in order.
  • Combustion gas a 2 or a 2 ′ (Hereinafter, when referring to the person as combustion gas, these combustion gases shall be collectively indicated by the symbol “A 2”. The reference numerals are used for convenience and are not shown. ) Flows through the combustion gas passage 150, the heat of the combustion gas A2 is transmitted to the engine cooling water in the cooling water passage 17a in the heater via the partition wall 17c, and the temperature of the engine cooling water rises. I do. Therefore, it can be said that the combustion gas passage 150, the partition wall 17c, and the cooling water passage 17a in the heater correspond to the heat exchange unit according to the present invention.
  • heat exchange means transferring heat between a high-temperature fluid and a low-temperature fluid by direct or indirect contact between fluids having different temperatures.
  • the different fluids in this embodiment are engine cooling water and combustion gas. Since the temperature of the combustion gas is higher than that of the engine cooling water, if heat is exchanged, heat moves from the combustion gas side to the engine cooling water side, and the temperature of the combustion gas decreases and the temperature of the engine cooling water increases. The ratio indicating the rate of heat exchange is called the heat exchange rate. The higher the temperature difference between fluids, the higher the heat exchange rate.
  • the cooling water passage 17a in the heater has a cooling water inlet 17a1 and a cooling water outlet 17a2.
  • the combustion cylinder 17 b has a fuel supply pipe 100 connected to the fuel pump 26, and the fuel for combustion is supplied by the pump pressure of the fuel pump 26.
  • the supplied fuel for combustion is vaporized in the combustion heater 17 to become vaporized fuel, and the vaporized fuel is ignited by a glow plug (not shown) as an ignition source.
  • the internal combustion engine 1, Intekuma two Hol de 2 a suction branch pipe to each cylinder (not shown) of a lean burn multi-cylinder engine such as a diesel engine within the engine body 1 a of that is connected, Intekuma two Horudo 2
  • Each branch pipe communicates with the combustion chamber of each cylinder via an intake port (not shown).
  • the intake branch pipe 2 is connected to an intake pipe 3 serving as an intake passage, and the intake pipe 3 is connected to an air cleaner 4 having an air filter therein.
  • a compressor housing 5a of a turbocharger 5, which is a centrifugal supercharger, Downstream of the air cleaner 4 in the intake pipe 3, a compressor housing 5a of a turbocharger 5, which is a centrifugal supercharger, is provided downstream of the air cleaner 4 in the intake pipe 3, a compressor housing 5a of a turbocharger 5, which is a centrifugal supercharger, is provided.
  • a compressor wheel 5a1 is rotatably supported in the compressor housing 5a.
  • the rotation shaft of the presser wheel is integrally connected to a rotation shaft of a turbine wheel 51 rotatably supported in a turbine housing 5b described later to form a shaft body 5c. Therefore, the compressor wheel and the turbine wheel rotate integrally by the shaft 5c.
  • an intercooler 6 that cools intake air that has become hot when compressed by the compressor housing 5a is provided in a portion of the intake pipe 3 downstream of the compressor housing 5a.
  • An actuator (not shown) for driving is attached.
  • fresh air that has flowed into the air tarina 4 is removed by an air filter to remove dust and dirt, and then guided to the compressor housing 5a through the intake pipe 3 and compressed inside the compressor housing 5a. Is done.
  • the fresh air which has been compressed in the compressor housing 5a and has become high temperature, is cooled by the ink tank 6 and the intake air is flow-regulated by the throttle valve 7 as necessary, and then flows through the intake manifold 2 It is distributed to the combustion chamber of the cylinder.
  • This fresh air is provided as combustion air for fuel injected from a fuel injection valve (not shown).
  • An exhaust manifold 9 as an exhaust manifold is connected to the internal combustion engine 1.Each branch pipe of the exhaust manifold 9 communicates with a combustion chamber of each of the cylinders through an exhaust port (not shown). ing.
  • the exhaust manifold 9 is connected to an exhaust pipe 10 serving as an exhaust passage, and a muffler (not shown) is attached downstream of the exhaust pipe 10.
  • a catalytic converter 11 as an exhaust gas purifying device for enclosing an exhaust gas purifying catalyst for purifying exhaust gas in a case body is provided at a position upstream of the muffler in the exhaust pipe 10.
  • the exhaust gas purifying catalyst may be exemplified selective reduction type lean NO x catalyst, storage-reduction type lean NO x catalyst or the three-way catalyst or the like.
  • a turbine housing 5 that operates by the pressure of exhaust gas is disposed at a position upstream of the catalytic converter 11.
  • the exhaust manifold 2 and the exhaust manifold 9 exhaust a part of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe 10. It is connected by an EGR pipe 12 which recirculates from the manifold 9 to the intake manifold 2, and the EGR pipe 12 has an EGR valve 13 which is a valve for adjusting a recirculation displacement.
  • the air-fuel mixture burned in the combustion chamber of each cylinder is guided to the exhaust pipe 10 through each branch pipe of the exhaust manifold 9, and then into the turbine housing 5 b. Inflow.
  • the exhaust gas flowing into the turbine housing 5b is discharged from the turbine housing 5b while rotating the turbine wheel 51, and then flows into the catalytic converter 11. At this time, if the catalyst temperature of the catalytic converter 11 is equal to or higher than the activation temperature, the exhaust gas is purified by the catalyst of the catalytic converter 11.
  • the internal combustion engine 1 has the combustion heater 17 described above.
  • the combustion type heater 17 is connected to the internal combustion engine 1 at a portion downstream of the intercooler 6 in the intake pipe 3 by a fresh air introduction pipe 15 and a combustion gas discharge pipe 18.
  • the fresh air introduction pipe 15 is a passage connecting the fresh air supply port 17 dl of the combustion type heater 17 and the intake pipe 3, and the connection point of the intake pipe 3 with the fresh air introduction pipe 15 is closed. It is located near the upstream side of the throttle valve 7.
  • combustion gas discharge pipe 18 is a passage that bifurcates from the exhaust discharge port 17 d 2 of the combustion heater 17 to the intake pipe 3 and the exhaust pipe 10 and extends to the branch point.
  • the inlet and outlet of the exhaust gas are in three directions, and the outlet is switched by moving the valve to switch the flow path of the incoming combustion gas to the exhaust pipe 10 side or the intake pipe 3 side. It has a three-way switching valve 40.
  • the intake-side discharge pipe 50 connected to the intake pipe 3 via the three-way switching valve 40 is located in the intake pipe 3 at a location near the downstream side of the location where the throttle valve 7 is installed. Connected to intake pipe 3.
  • the exhaust-side exhaust pipe 52 connected to the exhaust pipe 10 via the three-way switching valve 40 among the combustion gas exhaust pipes 18 is one of the exhaust pipes 10 where the catalytic converter 11 is installed and the turbine. Exhaust pipe 10 to housing 5b Connected.
  • the three-way switching valve 40 selectively closes one of the intake-side exhaust pipe 50 and the exhaust-side exhaust pipe 52, thereby connecting the combustion gas exhaust pipe 18 to the intake pipe 3 (blocking). ) And conduction (blockage) of the combustion gas discharge pipe 18 to the exhaust pipe 10.
  • the combustion gas is selectively discharged from the exhaust pipe 10 toward the upstream side of the installation location of the catalytic converter 11 or toward the intake pipe 3. This ensures that the combustion gas can flow to the intake pipe 3 side or the exhaust pipe 10 side.
  • the fresh air introduction pipe 15 and the combustion gas discharge pipe 18 are connected by a bridging pipe 60 having an excessive differential pressure cancel check valve 54 for avoiding excessive differential pressure generated in both pipes.
  • the excess differential pressure cancel check valve 54 of the bridging pipe 60 is, for example, activated by the turbocharger 5, and the pressure of the fresh air introduction pipe 15 becomes too large compared to the pressure of the combustion gas discharge pipe 18. It operates only when the air is discharged and prevents excess air from being supplied to the combustion type heater 17, thereby facilitating ignition. In other words, when excess air flows through the fresh air introduction pipe 15, the excess differential pressure cancel check valve 54 opens, and the excess air does not pass through the combustion type heater 17 but passes through the combustion gas discharge pipe 18. Bypassing prevents the ignition from becoming difficult.
  • the excess differential pressure cancel check valve 54 opens the excess differential pressure cancel check valve 54 automatically when the pressure of the fresh air introduction pipe 15 becomes higher than the predetermined pressure.
  • the flowing intake air is branched and sent to the combustion gas discharge pipe 18.
  • the combustion heater 17 communicates the cooling water inlet 17 a 1 with a water jacket (not shown) of the internal combustion engine 1 through an engine cooling water inlet pipe 22,
  • the water outlet 17a2 communicates with the water jacket via an engine cooling water discharge pipe 23.
  • an electric water pump 24 is provided, and even when the internal combustion engine 1 is not operating, the cooling water in the heater is supplied from the cooling water introduction port 17 a 1.
  • the engine cooling water can be forcibly sent to the passage 17a.
  • a heater core (engine-related element) 25 of an indoor heating device is disposed in the middle of the engine cooling water discharge pipe 23, and the engine cooling water heated by the combustion heater 17 passes through the heater core 25. The heat of the engine cooling water is transferred to the heating air during The heating system is designed to function.
  • the combustion type heater 17 Close the on-off valve 206 to prevent the supply of fresh air a1 into the combustion chamber 17d from the fresh air passage hole 204. Then, the amount of fresh air a1 supplied into the combustion chamber 17d is smaller than when the on-off valve 206 is opened and fresh air a1 is supplied into the combustion chamber 17d from the through hole 205. The combustion gas becomes the combustion gas a2 and is discharged from the exhaust outlet 17 d2 to the outside of the heater.
  • combustion gas a 2 is a gas that does not contain fresh air that enters the combustion chamber 17 d through the through hole 205, it enters the combustion chamber 17 d through the through hole 205.
  • the temperature is higher than the combustion gas a2, which contains fresh air.
  • the combustion type heater 17 has a cooling water passage 17a in the heater and that the engine cooling water temperature is constant, the temperature difference between the combustion gas a2 and the engine cooling water becomes Since the temperature difference between the combustion gas a 2 and the engine cooling water is larger than the temperature difference between the combustion gas a 2 and the engine cooling water, the heat exchange between the combustion gas a 2 ′ and the engine cooling water The rate of the engine cooling water discharged from the combustion heater 17 is higher in the former than in the latter, than in the latter. Therefore, in that case, it is preferable to use the high-temperature engine cooling water to promote warm-up of the engine and to improve the performance of the indoor heating device.
  • the generated amount of the combustion gas a 2 ′ is larger than that of the combustion gas a 2 because fresh air a 1 enters the combustion chamber 17 d through the through hole 205 in addition to the introduction hole 202.
  • the amount of fresh air a 1 also changes depending on the rotation speed of the blower fan 149.
  • the heat exchange rate also changes as the amount of fresh air a1 changes, and the amount of fresh air a1 depends on the rotation speed of the blower fan 149 and the size and shape of the through hole 205. Therefore, the blower fan 149 and the through hole 205 are referred to as means for lowering the heat exchange rate in the heat exchange section. Can be.
  • air from the outside of the combustion heater is forcibly introduced into the combustion chamber 17d.
  • the air volume increases and the inside of the combustion chamber 17 d becomes pressurized. Therefore, this flowing air is referred to as pressurized air for convenience.
  • the amount of the combustion gas increases by the amount of pressurized air entering the combustion gas passage 150, The amount of heat released to the engine cooling water decreases. For this reason, the total amount of heat of the increased combustion gas is reduced by disabling the pressurized air by causing the through holes 205 and the blower fan 149 constituting the heat exchange rate lowering means not to function. It can be larger than the total heat of the combustion gas when it is not introduced into 150.
  • the combustion gas a 2 ′ flows through the exhaust pipe 10 or the intake pipe 3 via the combustion gas exhaust pipe 18 having the three-way switching valve 40, it is introduced into the catalytic converter 11 or the cylinder. Since the total amount of heat increases, combustion in the cylinder during low-load operation can be stabilized, and the catalyst temperature of the exhaust gas purification device can be efficiently increased.
  • the combustion gas becomes high-temperature combustion gas a2, and the engine cooling water heat exchanged with this combustion gas a2 flows through the water jacket ⁇ the heater core 25, so that the internal combustion engine body can be cooled. This can promote warm-up and improve the performance of the indoor heating system.
  • the heated engine cooling water is discharged from the cooling water discharge port 17a2 to the engine cooling water discharge pipe 23, returned to the water jacket of the engine body 1a through the heater core 25, and Circulate in the jacket.
  • the heater core 25 part of the heat of the engine cooling water is transmitted to the heating air, and the temperature of the heating air rises.
  • the heat of the engine cooling water flowing in the water jacket of the internal combustion engine 1 is transmitted to the components of the internal combustion engine 1, thereby improving the warm-up performance and increasing the temperature of the heating air in the heater core 25. in c the internal combustion engine in this way 1 heating performance of the room heating device is improved.
  • Ru enhances the temperature of the catalyst to be occluded may be used heat exchange rate reducing means This suppresses the decrease in the amount of heat in the combustion gas, and the temperature of the combustion gas does not decrease so much even if heat exchange is performed between the combustion gas and the engine cooling water. By doing so, the combustion gas has a larger amount of heat than when there is no means for lowering the heat exchange rate or when it is not operated at all. If introduced into the cylinder in the main body 1a and the catalytic converter 11, combustion in the cylinder during low-load operation can be stabilized, and the catalyst temperature of the catalytic converter 11 can be increased efficiently.
  • the combustion gas exhaust pipe 18 having the three-way switching valve 40 is connected to the exhaust pipe 10 upstream of the catalytic converter 11 provided in the exhaust pipe 10 or toward the intake pipe 3. Since the heat-exchanged combustion gas can be selectively discharged, the combustion gas is discharged so that the combustion gas flows toward the side of the internal combustion engine body 1a or the catalytic converter 11 (catalyst) that has not reached the desired temperature. If the discharge destination is selected by the three-way switching valve 40, the combustion gas can be supplied to the selected side in a concentrated manner. Therefore, it is possible to stabilize combustion in the cylinder during low-load operation and increase the catalyst temperature of the catalytic converter 11.
  • the desired temperature refers to a temperature sufficient for promoting warm-up in the case of the internal combustion engine 1 and sufficient for activating the catalyst in the case of the catalytic converter 11. Then, the number of rotations of the blower fan 14 9 is increased so that pressurized air can be sent into the combustion chamber 17 d against the pressure in the combustion chamber 17 d when the combustion heater 17 is operating. It is desirable to change the value according to the operating state of the engine 1.
  • the pressurized air generated by the operation of the blower fan 149 enters the combustion gas passage 150 through the through hole 205, so that the temperature of the combustion gas is accordingly reduced. descend. Therefore, the temperature difference between the combustion gas and the engine cooling water is reduced by the reduced amount, so that the heat exchange rate between the combustion gas and the engine cooling water is lower than when the heat exchange rate reducing means is not operated. I do. As a result, the temperature of the combustion gas is reduced as compared with the case where the means for reducing the heat exchange rate is not operated, and the amount of heat released to the engine cooling water is reduced, but pressurized air enters the combustion gas passage 150. The amount of combustion gas increases.
  • the total amount of heat of the increased combustion gas is converted into the combustion gas passage 150 by disabling the through hole 205 and the blower fan 149 constituting the heat exchange rate reducing means.
  • the blower fan 149 When the blower fan 149 is installed on the side of the combustion heater 17 where the through hole 205 is formed, the blower fan 149 is located on the upstream side in the flow direction of the flowing gas. In this case, since the fan is not exposed to the high-temperature combustion gas, it is not necessary to use a fan using an expensive heat-resistant material or to take a special heat damage countermeasure for the fan.
  • the same effect can be obtained by setting the installation position of the blower fan 149 on the side opposite to the formation side of the through hole 205 in the combustion heater 17. In this way, by setting the installation location of the blower fan 149 on either the upstream end or the downstream end, the degree of freedom in designing the combustion type heater 17 can be increased.
  • the through hole 205 has an on-off valve 206 which is a control valve for controlling the flow rate of air pressurized by the rotation of the blower fan 149, the on-off of the on-off valve 206 is controlled by the internal combustion. If controlled in accordance with the operating state of the engine 1, the pressurized state in the combustion chamber 17d will vary, and if the degree of change is adjusted appropriately according to the engine operating state, the optimal combustion gas in the engine operating state The quantity and combustion gas temperature can be maintained.
  • This application example 2 is different from application example 1 in that it can be applied to an internal combustion engine without a turbocharger, and the same effect as application example 1 can be obtained.
  • This application example 3 differs from application example 2 in that the fresh air introduction pipe 15 is opened to the atmosphere and the intake air is supplied directly from the atmosphere, and the same effects as those in application examples 1 and 2 are obtained. be able to'.
  • This application example 4 differs from application example 3 in that the combustion gas exhaust pipe 18 is connected to the intake pipe 3. Instead, it is connected only to the exhaust pipe 10 and a well-known open / close valve 300 is provided instead of the three-way valve 40.
  • the basic effect is the same as that of application examples 1 and 2 to 3 described above, since it is opened to the atmosphere and the intake air is supplied directly from the atmosphere, and the structure of the combustion heater 17 does not change. .

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Description

明 細 書
燃焼式ヒータを有する内燃機関 技術分野
本発明は、 燃焼式ヒータを有する内燃機関に関する。 背景技術 '
自動車等に搭載される内燃機関、 特にディーゼルエンジンのように発熱量が少 なくなり易い希薄燃焼式内燃機関では、 冷寒時における室内用暖房装置の性能向 上や内燃機関の暖機促進等を目的として燃焼式ヒータを併設する技術が知られて レヽる。
上記したような燃焼式ヒータは、 例えば、 内燃機関と独立した燃焼室と、 その 燃焼室周りを包囲するように形成した水路 （以下 「ヒータ内冷却水通路」 とい う。 ） と、 内燃機関のウォータジャケットからヒータ内冷却水通路へ機関冷却水 を導く機関冷却水導入管と、 ヒータ内冷却水通路からウォータジャケットへ機関 冷却水を導く機関冷却水排出管とを備えている。
このように構成された燃焼式ヒータは、 内燃機関が冷間状態にあるときのよう に機関冷却水の温度が低い場合に、 ウォータジャケット内の冷却水をヒータ内冷 却水通路へ導くとともに、 燃焼室にて機関燃料の一部を燃焼させる。 ヒータ内冷 却水通路へ導かれた機関冷却水は、 燃焼室における燃料の燃焼時に発生した熱を 受けて昇温する。 このようにして昇温した機関冷却水は、 ヒータ内冷却水通路か らウォータジャケットへ導かれ、 該機関冷却水の熱が内燃機関へ伝達される。 この結果、 内燃機関の暖機を早期に行うことが可能となる。 尚、 機関冷却水の 循環経路に車室内暖房用のヒータコアが配置されている場合には、 燃焼式ヒータ において昇温した機関冷却水の熱を前記ヒータコアにて暖房用の空気へ伝達させ ることも可能となる。 よって、 燃焼式ヒータを備えた内燃機関では、 冷間時にお ける内燃機関の暖機促進や車室内暖房装置の性能向上を図ることが可能となる。 一方、 燃焼式ヒータは、 上記したように内燃機関の燃料を利用して燃焼を行う ため、 該燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスは、 内燃機関の排気ガスと同様に 浄化されることが望ましい。
このような要求に対して特開昭 6 0 - 7 8 8 1 9号公報に記載されたような燃 焼式ヒータを備えた車両の暖房装置が提案されている。 前記公報に記載された燃 焼式ヒータを備えた車両の暖房装置は、 燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスを 機関排気管における排気浄化装置より上流の部位へ導くよう構成され、 燃焼式ヒ ータの燃焼ガスを内燃機関の排気ガスとともに排気浄化装置にて浄化しょうとす るものである。
上記した排気浄化装置としては、 三元触媒、 吸蔵還元型リーン N O x触媒、 ある レヽは選択還元型リーン N〇 X触媒等を担持した触媒コンバータが周知であるが、 こ れらの触媒コンバータは、 一様にして所定の活性温度以上であるときに活性して 排気中の有害ガス成分を浄化することが可能となるため、 活性温度未満であると きには排気中の有害ガス成分を十分に浄化することができない。
ところで、 希薄燃焼式内燃機関では、 燃焼に供される燃科量が少ないため、 燃 焼温度が低くなり易く、 それに応じて排気温度も低くなり易い。 特に、 希薄燃焼 式内燃機関が低負荷運転状態にあるときは、 燃焼に供される燃料が一層少なくな るため、 排気温度も一層低くなり易い。 従って、 希薄燃焼式内燃機関が低負荷運 転状態にあるときは、 該内燃機関の排気のみで触媒コンバータを活性温度以上に 維持することが困難となる場合がある。
これに対し、 希薄燃焼式内燃機関が低負荷運転領域にある時には、 前述した燃 焼式ヒータを備えた車両の暖房装置のように、 燃焼式ヒータの燃焼ガスを排気浄 化装置に流入させ、 燃焼ガスの熱を利用して触媒コンバータを昇温させる方法が 考えられる。
しかしながら、 前述した燃焼式ヒータを備えた車両の暖房装置では、 燃焼式ヒ ータから排出される燃焼ガスが機関冷却水との間で熱交換された後のガスとなる ため、 熱量の少ないガスとなる。
また、 内燃機関が冷間状態にあるときのように機関冷却水の温度が低い場合に、 燃焼ガスと機関冷却水との間で熱交換が行われると、 燃焼ガスから機関冷却水へ 比較的多量の熱が伝達されることになり、 燃焼式ヒータから排出される燃焼ガス の温度が極めて低くなる可能性がある。 このため、 燃焼式ヒータにて機関冷却水 との間で熱交換された後の燃焼ガスを排気浄化装置へ導入した場合であっても、 触媒コンバータを速やかに活性させることは困難となる。
発明の開示
本発明は、 上記したような種々の実情に鑑みてなされたものであり、 燃焼式ヒ ータを有する内燃機関において、 燃焼式ヒータから熱量の多い燃焼ガスを排出さ せることができる技術を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関は、 燃科を燃焼する燃焼室と、
この燃焼室と機関関連要素との間を循環する熱媒体と、
この熱媒体および前記燃焼室で生じた燃焼ガス間で熱交換を行う熱交換部と、 この熱交換部での熱交換率を低下する熱交換率低下手段とを備えるようにした ここで、 「機関関連要素」 としては内燃機関本体や車室内用暖房装置のヒータ コアなどを例示することができ、 「熱媒体」 としては機関冷却水を例示でき、 更 に 「燃焼式ヒータ」 としては周知の気化式燃焼ヒータを例示することができる。 このように構成された燃焼式ヒータを有する内燃機関では、 例えば、 内燃機関 の排気通路に設けられた排気浄化装置を昇温させる必要が生じた場合のように、 燃焼式ヒータから比較的多くの熱を持つ燃焼ガスを排出させる必要が生じた場合 に、 熱交換率低下手段が熱交換部における熱交換率を低下させる。 つまり、 熱交 換率低下手段は、 燃焼式ヒータから比較的熱量の多い燃焼ガスを排出させる必要 が生じた場合に、 燃焼ガスから機関冷却水へ伝達される熱量を減少させる。
この場合、 熱交換部において燃焼ガスから熱媒体へ伝達される熱量が減少する こととなり、 その結果、 熱交換部にて熱交換された後の燃焼ガス、 言い換えれば、 燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスは、 比較的多量の熱を有するガスとなる。 このように燃焼式ヒータから排出される燃焼ガスの熱量が多くなると、 そのよ うな燃焼ガスを内燃機関の気筒内や排気浄化装置へ導入させた場合等に、 気筒内 の燃焼安定化や排気浄化装置の早期活性化に寄与することが可能となる。
また、 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関は、 熱交換部にて熱交換さ れた後の燃焼ガスを、 内燃機関の排気通路における排気浄化装置より上流の部位 又は内燃機関の吸気通路へ選択的に排出する燃焼ガス排出通路を更に備えるよう 尚、 「排気浄化装置」 としては、 三元触媒、 吸蔵還元型リーン N O x触媒、 選択 還元型リーン N O x触媒等を包蔵するケース体を有し、 このケース体に対して入出 する排気ガスを浄化する触媒コンバータを例示できる。
このように構成された燃焼式ヒータを有する内燃機関では、 燃焼ガス排出通路 は、 熱交換部にて熱交換された後の燃焼ガスを、 排気通路における排気浄化装置 より上流の部位又は'内燃機関の吸気通路へ選択的に排出する。
例えば、 排気浄化装置を昇温させる必要が生じた場合には、 熱交換率低下手段 が熱交換部における熱交換効率を低下させるとと に、 燃焼ガス排出通路が熱交 換部にて熱交換された後の燃焼ガスを排気浄化装置上流の排気通路へ排出する。 この場合、 比較的多量の熱を有する燃焼ガスが排気浄化装置へ流入することに なるため、 燃焼ガスの熱が排気浄化装置へ伝達され、 その結果、 排気浄化装置が 早期に昇温する。
一方、 内燃機関の吸気温度や気筒内の温度などを上昇させる必要が生じた場合 には、 熱交換率低下手段が熱交換部における熱交換効率を低下させるとともに、 燃焼ガス排出通路が熱交換部にて熱交換された後の燃焼ガスを内燃機関の吸気通 路へ排出する。
この場合、 比較的多量の熱を有する燃焼ガスが吸気通路へ流入することになる ため、 燃焼ガスの熱が吸気や混合気などに伝達され、 その結果、 内燃機関の気筒 内の温度が上昇し、 燃焼の安定化を図ることが可能となる。
特に、 内燃機関が低負荷運転状態にあるときには、 燃焼式ヒータから排気浄化 装置又は内燃機関の吸気通路へ比較的多量の熱を有する燃焼ガスが供給されるこ とにより、 気筒内での燃焼安定化や排気浄化装置 （触媒） の早期昇温を図ること が可能となる。
尚、 排気浄化装置を昇温させる必要がある場合としては、 排気浄化装置の触媒 が未活性状態にあるとき、 若しくは触媒の硫黄被毒等を解消する必要があるとき 等を例示することができる。
また、 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関において、 燃焼ガス排出通 路は、 燃焼式ヒータから内燃機関の排気通路と吸気通路とへ二股状に分岐して延 びる通路であってもよい。 この場合、 燃焼ガス排出通路の分岐点には、 燃焼ガス の流れを排気通路側又は吸気通路側へ切り換える燃焼ガス経路切換手段が設けら れることが好ましい。
ここで、 「燃焼ガス経路切換手段」 としては、 燃焼ガスの出 '入口が三方向に ついており、 弁の移動によって出口を切り換えられる三方切換弁等を例示できる c 燃焼ガス経路切換手段として三方切換弁が用いられた場合には、 燃焼式ヒータか ら排気通路への燃焼ガスの供給と、 燃焼式ヒータから吸気通路への燃焼ガスの供 給とを確実に切り換えることが可能となる。
また、 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関において、 熱交換部は、 燃 焼ガスを燃焼式ヒータの外部へ導く燃焼ガス通路と、 この燃焼ガス通路周りに形 成されて燃焼式ヒータに対して熱媒体を出入りさせる熱媒体通路とを備えるとと もに、 熱交換率低下手段は、 燃焼ガス通路の一端に形成されて該燃焼ガス通路の 内外を連通させる通し穴と、 この通し穴を介して燃焼ガス通路内に燃焼式ヒータ 外部からの空気を強制的に流入させるファンとを備えるようにしてもよい。
このように構成された燃焼式ヒータを有する内燃機関では、 ファンが回転する と、 燃焼式ヒータ外部の空気が通し穴を介して燃焼ガス通路内へ強制的に導入さ れる。 この場合、 燃焼ガス通路内のガス量が増加し、 燃焼ガス通路内が加圧状態 となる。 以下では、 ファン及び通し穴によって燃焼ガス通路内へ導入される空気 を加圧空気と称するものとする。
上記したように燃焼ガス通路内に加圧空気が導入されると、 燃焼ガスと加圧空 気とが混合しつつ燃焼ガスの熱が加圧空気へ伝達されることになる。 このため、 加圧空気が混合された後の燃焼ガスは、 加圧空気混合前の燃焼ガスに比して、 単 位量当たりに含まれる熱量が少ない燃焼ガスとなる。 言い換えれば、 加圧空気混 合後の燃焼ガスは、 加圧空気混合前の燃焼ガスに比して温度の低いガスとなる。 加圧空気の混合により燃焼ガスの温度が低下すると、 燃焼ガスと熱媒体との温 度差が小さくなり、 燃焼ガスから熱媒体へ伝達される熱量が減少する。 すなわち、 燃焼ガスと熱媒体との間の熱交換率が低下する。
従って、 上記のように構成された燃焼式ヒータを有する内燃機関では、 加圧空 気の混合により燃焼ガスの総量が増加するため、 単位量当たりの燃焼ガスに含ま れる熱量が減少するものの、 熱交換部におレ、て燃焼ガスから熱媒体へ伝達される 熱量が減少することになるため、 熱交換後の燃焼ガス全体に含まれる熱量の総和 は、 加圧空気が混合されない場合に比して増加することになる。
尚、 ファンの回転数は、 燃焼式ヒータが作動している際の燃焼ガス通路内の圧 力に杭して加圧空気が燃焼ガス通路内へ流入可能となるように制御されることが 好ましい。
また、 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関において、 ファンは、 燃焼 式ヒータ内の燃焼ガスの流れ方向における上流側端部または下流側端部に設置さ れるようにしてもよい。 要は、 燃焼室内に新気を強制的に導入できる部位にファ ンが設置されていればよい。 この場合、 ファンの設置箇所を燃焼ガスの流れ方向 における上流側端部と下流側端部とから選択することができるため、 燃焼式ヒ一 タの設計の自由度を高めることが可能となる。
また、 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関において、 ファンは、 燃焼 式ヒータ内の燃焼ガスの流れ方向における上流側端部に設置されるようにしても よい。
この場合、 ファンは、 高温の燃焼ガスに曝されることがないため、 ファンに対 して特殊な耐熱処理を施す必要がない。
また、 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関は、 通し穴を流通する空気 の量を制御する制御弁を更に備えるようにしてもよい。
このように構成された燃焼式ヒータを有する内燃機関では、 制御弁の開度を変 更することにより、 燃焼室内の加圧状態を変更することが可能となるため、 例え ば、 内燃機関の運転状態などに応じて制御弁の開度を変更することにより、 燃焼 ガスの量や燃焼ガスの熱量などを好適な量とすることが可能となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明に係る燃焼式ヒータの内部構成を示す図である。
図 2は、 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の適用例 1を示す図である。 図 3は、 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の適用例 2を示す図である。 図 4は、 発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の適用例 3を示す図である。 図 5は、 本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の適用例 4を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
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 いて図面に基づいて説明する。
〈燃焼式ヒータの基本構成〉
本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関は、 燃焼式ヒータの構造および燃 焼式ヒータの内燃機関への取り付け方に特徴がある。 よって、 最初に燃焼式ヒー タについて説明し、 順次内燃機関本体との関係を述べる。
燃焼式ヒータ 1 7は周知の気化式燃焼ヒータであり、 図 1に示すようにその内 部に内燃機関のウォータジャケット （機関関連要素） から熱媒体である機関冷却 水を流す熱媒体通路としてのヒータ内冷却水通路 1 7 aを有する。
ヒータ内冷却水通路 1 7 aを流れる機関冷却水 （図 1に破線矢印で示す。 ） は、 燃焼式ヒータ 1 7の内部に形成した燃焼部である燃焼室 1 7 dの周りを巡るよう にして通過し、 その間に燃焼室 1 Ί dからの熱を受けて暖まる。
燃焼室 1 7 dは、 火炎を出す燃焼源としての燃焼筒 1 7 bと、 燃焼筒 1 7 bを 覆うことで火炎が外部に漏れないようにする円筒状の隔壁 1 7 cとからなる。 燃 焼筒 1 7 bを隔壁 1 7 cで覆うことで通路状の燃焼室 1 7 dが隔壁 1 7 c内に画 される。 そして、 この隔壁 1 7 cも間隔を空けて燃焼式ヒータ 1 7の外壁 4 3で 覆われている。 間隔を空けることで外壁 4 3の内面と隔壁 1 7 cの外面との間に 前記ヒータ内冷却水通路 1 7 aができる。
また、 燃焼式ヒータ 1 7は、 その内部を流通する流通ガス （燃焼室 1 7 dに対 して出入りする燃焼ガス a 2および新気 a 1の総称） が出入りする排気排出口 1 7 d 2および新気供給口 1 7 d lを有する。
燃焼室 1 7 dのうち流通ガスが実際に通る部分を燃焼ガス通路といい符号 1 5 0で示す。 燃焼ガス通路 1 5 0を経由して燃焼筒 1 7 bから排出した燃焼ガスを 燃焼式ヒータ 1 7の外部へ流す。 燃焼ガス通路 1 5 0は、 燃焼筒 1 7 bを隔壁 1 7 cで覆うことで燃焼筒 1 7 b周りに形成される。 新気 a 1は、 新気供給口 1 7 d lから燃焼式ヒータ 1 7内に入ると燃焼室 1 7 d で燃焼に供され、 その後、 燃焼ガス a 2となって排気排出口 1 7 d 2に向かう。 また、 外壁 4 3には、 燃焼筒 1 7 bへ新気 a 1を送り込むための送風ファン 1 4 9と、 この送風ファン 1 4 9を回転駆動するモータ 1 5 0とを内装したハウジ ング 1 4 8を付帯する。 そして、 ハウジング 1 4 8に前記新気供給口 1 7 d lが設 けられており、 新気供給口 1 7 d lからハウジング 1 4 8内に入った新気 a 1が送 風ファン 1 4 9によって燃焼筒 1 7 bに送り込まれる。
燃焼筒 1 7 bの燃焼式ヒータ 1 7への取り付けは、 燃焼筒 1 7 bの一端に一体 化して設けたフランジ 2 0 0を隔壁 1 7 cの内壁面に溶接等の適宜の固着手段に よってなす。 またフランジ 2 0 0には、 燃焼筒 1 7 bの火炎形成室 2 0 1内に新 気 a 1を導入する複数の導入孔 2 0 2 (図面では 2つのみ示す。 ) を穿孔すると ともに、 火炎形成室 2 0 1を形成する壁面にも複数の新気通し穴 2 0 を形成し てある。
また、 フランジ 2 0 0のうち導入孔 2 0 2よりも周縁寄りの部位には、 該フラ ンジ 2 0 0を貫通して前記燃焼ガス通路 1 5 0と前記ハウジング 1 4 8内とを連 通させる通し穴 2 0 5が形成され、 この通し穴 2 0 5には送風ファン 1 4 9の回 転によって加圧される空気の流通量を制御する制御弁としての開閉弁 2 0 6が設 けられている。 この場合、 送風ファン 1 4 9は、 燃焼式ヒータ 1 7における通し 穴 2 0 5形成側に設置されることになる。
なお、 この実施形態では通し穴 2 0 5を一つしか示してないが複数あってもよ い。 通し穴 2 0 5を経由して燃焼室 1 7 d内に入った新気は、 燃焼には直接供さ れず専ら燃焼ガス a 2と混合してその流量を増大する加圧空気となる。 この増大 した燃焼ガスを符合 a 2 ' で示す。 なお、 開閉弁 2 0 6が閉じている時は、 燃焼 ガスは流量の増大しない燃焼ガス a 2となる。 これら燃焼ガス a 2又は a 2， は 排気排出口 1 7 d 2を経由して燃焼式ヒータ 1 7の外部に排出される。 開閉弁 2 0 6を閉じて燃焼ガス a 2とするか開いて燃焼ガス a 2， とするかについては、 燃 焼式ヒータ 1 7の適用例の項で順次述べる。
燃焼ガス a 2または a 2 ' (以下燃焼ガスとして两者を指す場合、 これらの燃 焼ガスを総称して符合 「A 2」 を用いて示すものとする。 ただし、 A 2は説明の 便宜上用いる符号であって図示はしない。 ） が燃焼ガス通路 1 5 0を流通すると、 当該燃焼ガス A 2の熱が隔壁 1 7 cを介してヒータ内冷却水通路 1 7 a内の機関 冷却水へ伝達され、 機関冷却水が昇温する。 したがって、 燃焼ガス通路 1 5 0、 隔壁 1 7 c、 及びヒータ内冷却水通路 1 7 aは、 本発明に係る熱交換部に相当す ると言える。
なお、 熱交換とは、 周知のごとく温度の異なる流体同士の直接または間接的な 接触によって高温流体と低温流体との間で熱を移動することをいう。 異なる流体 とは、 この実施形態では機関冷却水と燃焼ガスのことである。 機関冷却水よりも 燃焼ガスの方が温度が高いので、 熱交換がなされれば燃焼ガス側から機関冷却水 側に熱が移動し、 燃焼ガスの温度が低下し機関冷却水の温度が高まる。 また熱交 換がどの位の割合でなされたかを示すものを熱交換率というが、 流体間での温度 差があるほど熱交換率は高くなる。 また、 ヒータ内冷却水通路 1 7 aは、 冷却水 導入口 1 7 a 1と冷却水排出口 1 7 a 2とを有する。
なお、 燃焼筒 1 7 bは、 燃料ポンプ 2 6とつながっている燃料供給管 1 0 0を 備え、 燃料ポンプ 2 6のポンプ圧で燃焼用燃料が供給される。 この供給された燃 焼用燃料は、 燃焼式ヒータ 1 7内で気化して気化燃料になり、 この気化燃料は、 着火源であるグロ一プラグ （図示せず） によって着火される。
次にこのような燃焼式ヒータ 1 7を内燃機関 1に適用した場合の適用例を示す。 (適用例 1 )
図 1および図 2を参照して適用例 1を説明する。
内燃機関 1は、 ディーゼルエンジン等の希薄燃焼式多気筒エンジンであってそ の機関本体 1 a内の図示しない各気筒には吸入分岐管であるィンテークマ二ホル ド 2が接続され、 ィンテークマ二ホルド 2の各枝管が前記各気筒の燃焼室と図示 しない吸気ポートを介して連通している。 前記吸気枝管 2は、 吸気通路である吸 気管 3に接続され、 吸気管 3は、 エアフィルタを内装したエアクリーナ 4に接続 してある。
吸気管 3のうちエアクリーナ 4よりも下流には、 遠心過給機であるターボチヤ ージャ 5のコンプレッサハウジング 5 aを設けてある。 コンプレッサハウジング 5 a内には、 コンプレッサホイール 5 a 1が回転自在に支持してある。 このコン プレッサホイールの回転軸は、 後述するタービンハウジング 5 b内に回転自在に 支持したタービンホイール 5 1の回転軸と一体に連結されて軸体 5 cを形成す る。 よって軸体 5 cによりコンプレッサホイールとタービンホイールとが一体に 回転する。
続いて、 吸気管 3のうち前記コンプレッサハウジング 5 aよりも下流部分には 前記コンプレッサハウジング 5 aにて圧縮された際に高温となつた吸気を冷却す るインタークーラ 6を設けてある。
また、 吸気管 3のうちインタークーラ 6よりも下流には、 吸気管 3内の吸気流 量を調節する吸気絞り弁であるスロットルバルブ 7を設置してあり、 スロッ トル バルブ 7には、 その開閉駆動要の図示しないァクチユエータを取り付けてある。 このような構成の吸気系では、 エアタリーナ 4に流入した新気がエアフィルタ にて埃や塵を除去された後、 吸気管 3を経てコンプレッサハウジング 5 aに導か れてコンプレッサハウジング 5 a内で圧縮される。
コンプレッサハウジング 5 a内で圧縮されて高温となった新気は、 ィンターク —ラ 6により冷却され、 当該吸気は必要に応じてスロットルバルブ 7によって流 量調節された後、 ィンテークマ二ホルド 2を経て各気筒の燃焼室に分配される。 この新気は図示しない燃料嘖射弁から噴射される燃料の燃焼用空気として供され る。
また、 内燃機関 1には排気集合管であるェキゾーストマニホルド 9を接続して あり、 ェキゾース トマ二ホルド 9の各枝管が前記各気筒の燃焼室と図示しない排 気ポートを介して連通している。 ェキゾ一ストマニホルド 9は、 排気通路である 排気管 1 0と接続され排気管 1 0の下流には図示しないマフラーを取り付けてあ る。 そして排気管 1 0のうちマフラーよりも上流箇所には、 排気ガスを浄化する 排気浄化触媒をケース体内に包蔵する排気浄化装置としての触媒コンバータ 1 1 を設置してある。 排気浄化触媒としては、 選択還元型リーン N O x触媒、 吸蔵還元 型リーン N O x触媒、 あるいは三元触媒等を例示できる。
排気管 1 0のうち前記触媒コンバータ 1 1の上流箇所には、 排気の圧力によつ て作動するタービンハウジング 5 を配置してある。 ィンテークマ二ホルド 2と ェキゾーストマ二ホルド 9とは、 排気管 1 0内を流れる排気の一部をェキゾース トマ二ホルド 9からィンテークマ二ホルド 2に再循環する E G R管 1 2で接続し てあり、 E G R管 1 2は、 再循環排気量調節用の弁である E G Rバルブ 1 3を有 する。
このような構成の排気系では、 各気筒の燃焼室で燃焼された混合気がェキゾ一 ストマ二ホルド 9の各枝管を通って排気管 1 0に導かれ、 次いでタービンハウジ ング 5 b内に流入する。 タービンハウジング 5 b内に流入した排気は、 タービン ホイール 5 1を回転しつつタービンハウジング 5 bから排出され、 その後触媒 コンバータ 1 1に流れ込む。 その際、 触媒コンバータ 1 1の触媒温度が活性温度 以上であれば、 触媒コンバータ 1 1の触媒により排気ガスを浄化する。
また、 E G Rバルブ 1 3が開弁している時は、 排気管 1 0を流れる排気の一部 が E G R管 1 2を介して吸気管 3に導かれ、 吸気管 3の上流から流れてきた新気 a 1 と混ざり合いながら内燃機関 1の燃焼室へ導かれ、 図示しない燃料噴射弁か ら噴射された燃料と混在した状態で再び機関燃焼に供される。
次に、 内燃機関 1は、 既述した燃焼式ヒータ 1 7を有する。
燃焼式ヒータ 1 7の内燃機関 1への接続は、 新気導入管 1 5と燃焼ガス排出管 1 8とによって吸気管 3のうちインタークーラ 6よりも下流部分にてなす。
新気導入管 1 5は、 燃焼式ヒータ 1 7の新気供給口 1 7 d lと吸気管 3とを結ぶ 通路であり、 吸気管 3のうち新気導入管 1 5との接続箇所はス口ットルバルブ 7 よりも上流側近傍箇所である。
また燃焼ガス排出管 1 8は燃焼式ヒータ 1 7の排気排出口 1 7 d 2から吸気管 3 および排気管 1 0に二股状に分岐して延びる通路であって、 その分岐点には燃焼 ガスの出 '入口が三方向についており、 弁の移動によって出口を切り換えて、 入 つて来た燃焼ガスの流れの経路を排気管 1 0側にまたは吸気管 3側に切り換える 燃焼ガス経路切換手段としての三方切換弁 4 0を有する。
燃焼ガス排出管 1 8のうち、 三方切換弁 4 0を介して吸気管 3と接続されてい る吸気側排出管 5 0は吸気管 3のうちスロッ トルバルブ 7の設置個所よりも下流 側近傍箇所で吸気管 3に接続してある。 また燃焼ガス排出管 1 8のうち、 三方切 換弁 4 0を介して排気管 1 0と接続してある排気側排出管 5 2は排気管 1 0のう ち触媒コンバータ 1 1の設置個所とタービンハウジング 5 bとの間で排気管 1 0 と接続してある。
そして三方切換弁 4 0は、 吸気側排出管 5 0と排気側排出管 5 2との何れか一 方を選択的に閉塞することにより、 燃焼ガス排出管 1 8の吸気管 3に対する導通 (閉塞） と、 燃焼ガス排出管 1 8の排気管 1 0に対する導通 （閉塞） と、 を切り 換えるものである。 換言すると、 燃焼ガスを排気管 1 0のうち触媒コンバータ 1 1の設置個所よりも上流側に向けてまたは吸気管 3側に向けて選択的に排出する。 このようにすることで吸気管 3側または排気管 1 0側へ燃焼ガスを確実に流せる。 さらに新気導入管 1 5と燃焼ガス排出管 1 8とは、 両管に生じる過剰差圧を回 避する過剰差圧キャンセル逆止弁 5 4を有する橋渡し管 6 0でつながっている。 橋渡し管 6 0が有する過剰差圧キャンセル逆止弁 5 4は、 例えばターボチャージ ャ 5が作動して新気導入管 1 5の圧力が燃焼ガス排出管 1 8の圧力と比べて大き くなり過ぎたときにのみ作動し、 過剰空気が燃焼式ヒータ 1 7に供給されないよ うにし、 これにより着火し易く している。 換言すると、 新気導入管 1 5に過剰空 気が流れると過剰差圧キャンセル逆止弁 5 4が開いて当該過剰空気を燃焼式ヒー タ 1 7には通さずに燃焼ガス排出管 1 8にバイパスさせることで着火がしづらく なるのを防止する。
過剰差圧キャンセル逆止弁 5 4は、 新気導入管 1 5の圧力が所定圧力よりも高 まった時に過剰差圧キャンセル逆止弁 5 4が自動的に開いて新気導入管 1 5に流 れる吸気を燃焼ガス排出管 1 8に分岐して送り出す。
一方、 燃焼式ヒータ 1 7は、 図 2に示すように冷却水導入口 1 7 a 1と内燃機関 1の図示しないウォータジャケッ トとが機関冷却水導入管 2 2を介して連通し、 前記冷却水排出口 1 7 a 2と前記ウォータジャケットとが機関冷却水排出管 2 3 を介して連通している。
前記機関冷却水導入管 2 2の途中には、 電動式のウォータポンプ 2 4を設けて あり、 内燃機関 1が作動していないときでも前記冷却水導入口 1 7 a 1からヒー タ内冷却水通路 1 7 aに強制的に機関冷却水を送り込めるようになっている。 前記機関冷却水排出管 2 3の途中には、 室内用暖房装置のヒータコア （機関関 連要素） 2 5が配置され、 燃焼式ヒータ 1 7によって暖められた機関冷却水がヒ ータコア 2 5を通過する間に機関冷却水の持つ熱が暖房用空気に伝達されて室内 用暖房装置が機能するようになっている。
このような構成の内燃機関 1では、 例えば、 内燃機関本体の暖機促進又は室内 用暖房装置の性能向上を図るべく機関冷却水を昇温させる必要が生じた場合は、 燃焼式ヒータ 1 7の開閉弁 2 0 6を閉じて新気通し穴 2 0 4から燃焼室 1 7 d内 に新気 a 1が供給されないようにする。 すると開閉弁 2 0 6を開いて通し穴 2 0 5から燃焼室 1 7 d内に新気 a 1を供給する場合に比べて燃焼室 1 7 d内に供給 される新気 a 1の量が少なくなり、 燃焼ガスは前記燃焼ガス a 2となって排気排 出口 1 7 d 2から.ヒータ外部に排出される。
燃焼ガス a 2は、 通し穴 2 0 5を経由して燃焼室 1 7 d内に入る新気を含まな いガスであるので、 通し穴 2 0 5を経由して燃焼室 1 7 d内に入る新気を含む燃 焼ガス a 2， に比べて温度が高い。
しかして燃焼式ヒータ 1 7にはヒータ内冷却水通路 1 7 aを有し、 機関冷却水 温度が一定であるとしたならば、 燃焼ガス a 2と機関冷却水との間の温度差が燃 焼ガス a 2， と機関冷却水との間の温度差よりも大きいので、 燃焼ガス a 2と機 関冷却水との間で行われる熱交換は、 燃焼ガス a 2 ' と機関冷却水との間で行わ れる熱交換よりも率が高く、 よって前者のほうが後者よりも燃焼式ヒータ 1 7か ら排出される機関冷却水の温度が高くなる。 よって、 その場合、 当該高温の機関 冷却水を機関暖機の促進や室内用暖房装置の性能向上のために供すれば好適であ る。
燃焼ガス a 2 ' が発生する場合に燃焼式ヒータ 1 7から出る機関冷却水の温度 は、 燃焼ガス a 2が発生する場合に燃焼式ヒータ 1 7から出る機関冷却水の温度 よりも低いけれども、 燃焼ガス a 2 ' の発生量は、 導入孔 2 0 2以外に通し穴 2 0 5を由して新気 a 1が燃焼室内 1 7 dに入り込む分、 燃焼ガス a 2よりも増大 する。
また新気 a 1の量は送風ファン 1 4 9の回転数によっても変化する。 そして前 記のごとく新気 a 1の量が変化することで熱交換率も変化し、 新気 a 1の量は送 風ファン 1 4 9の回転数によっておよび通し穴 2 0 5の大きさや形状によって変 化し、 よって熱交換率を低下することもできるので、 送風ファン 1 4 9および通 し穴 2 0 5のことを熱交換部での熱交換率を低下する熱交換率低下手段というこ とができる。 また、 送風ファン 1 4 9が回転し通し穴 2 0 5を介して新気である 燃焼式ヒータ外部からの空気が燃焼室 1 7 d内に強制的に入れられると燃焼室 1 7 d内の空気量が増大し燃焼室 1 7 d内が加圧状態になる。 よって、 この流れ込 む空気のことを便宜上加圧空気ということにする。
すなわち、 前記熱交換率低減手段を機能させない場合よりも機能させたほうが 燃焼ガスの温度は低下するけれども、 燃焼ガス通路 1 5 0内に加圧空気が入り込 んだ分燃焼ガス量は増え、 機関冷却水への放熱量は減少する。 このため、 当該増 量した燃焼ガスが有する全体熱量は、 熱交換率低下手段を構成する前記通し穴 2 0 5や送風ファン 1 4 9を機能させないことにより、 前記加圧空気を燃焼ガス通 路 1 5 0に導入しない場合における燃焼ガスの全体熱量よりも多くできる。 すな わち、 三方切換弁 4 0を有する燃焼ガス排出管 1 8を経由させて排気管 1 0や吸 気管 3に燃焼ガ a 2 ' を流せば、 触媒コンバータ 1 1や気筒内に導入される熱 量が総体として増えるため、 低負荷運転時における気筒内での燃焼を安定させた り排気浄化装置の触媒温度を効率的に高めたりすることができる。
また、 熱交換率低減手段を機能させない場合、 燃焼ガスは温度の高い燃焼ガス a 2となりこの燃焼ガス a 2で熱交換した機関冷却水をウォータジャケットゃヒ ータコア 2 5に流せば内燃機関本体の暖機促進や室内用暖房装置の性能向上を図 ることができる。
すなわち昇温された機関冷却水は、 冷却水排出口 1 7 a 2から機関冷却水排出 管 2 3へ排出され、 ヒータコア 2 5を介して機関本体 1 aのウォータジャケット 内へ戻され、 前記ウォータジャケット内を循環する。 前記ヒータコア 2 5では、 機関冷却水が持つ熱の一部が暖房用空気に伝達され、 暖房用空気が昇温する。 この結果、 内燃機関 1のウォータジャケット内を流れる機関冷却水の熱が内燃 機関 1の構成要素へ伝達され、 暖機性能が向上するとともに、 前記ヒータコア 2 5において暖房用空気が昇温されるため、 室内用暖房装置の暖房性能が向上する c このように内燃機関 1では、 .触媒コンバータ 1 1が包蔵する触媒の温度を高め る必要が生じた場合には、 熱交換率低下手段を用いることで燃焼ガスが有する熱 量の低下を抑制し、 燃焼ガスと機関冷却水との間で熱交換が実行されても燃焼ガ スはさほど温度低下しない。 このようにすることで燃焼ガスは熱交換率低下手段がなかった場合またはあつ ても作動させなかった場合に比してその有する熱量が多くなるので、 当該熱量の 比較的多い燃焼ガスを内燃機関本体 1 a内の気筒や触媒コンバータ 1 1に導入し てやれば、 低負荷運転時における気筒内での燃焼を安定させたり触媒コンバータ 1 1の触媒温度を効率的に高めたりすることができる。
三方切換弁 4 0を有する燃焼ガス排出管 1 8は、 排気管 1 0のうち当該排気管 1 0に設けた触媒コンバータ 1 1の設置箇所よりも上流側にまたは吸気管 3に向 けて前記熱交換された燃焼ガスを選択的に排出できるので、 内燃機関本体 1 aま たは触媒コンバータ 1 1 (触媒） のうち所望温度に達していない側に向けて燃焼 ガスが流れるように燃焼ガスの排出先を三方切換弁 4 0によって選択すれば、 当 該選択された側に集中して燃焼ガスを供給できる。 よって、 低負荷運転時におけ る気筒内での燃焼を安定させたり触媒コンバータ 1 1の触媒温度を高めたりでき る。 なお前記所望温度とは、 内燃機関 1の場合であれば暖機促進を行うに十分な また触媒コンバータ 1 1の場合であれば触媒を活性させるに十分な温度をいう。 そして燃焼式ヒータ 1 7が作動している場合の燃焼室 1 7 d内の圧力に抗して 燃焼室 1 7 d内に加圧空気を送り入り込めるよう送風ファン 1 4 9の回転数を内 燃機関 1の作動状態に応じて可変することが望ましい。
このような構成の内燃機関 1では、 送風ファン 1 4 9の作動によって生じる加 圧空気が通し穴 2 0 5を介して燃焼ガス通路 1 5 0内に入り込むのでその分、 燃 焼ガスの温度は低下する。 よって当該低下した分、 燃焼ガスと機関冷却水との温 度差は縮まるので前記熱交換率低減手段を機能させない場合よりも燃焼ガスと機 関冷却水との間で行われる熱交換率は低下する。 この結果、 前記熱交換率低減手 段を機能させない場合よりも燃焼ガスの温度は低下し、 機関冷却水への放熱量は 減少するけれども、 燃焼ガス通路 1 5 0内に加圧空気が入り込んだ分燃焼ガス量 は増大する。
このため、 当該増量した燃焼ガスが有する全体熱量は、 熱交換率低下手段を構 成する前記通し穴 2 0 5や送風ファン 1 4 9を機能させないことにより加圧空気 を燃焼ガス通路 1 5 0に導入しない場合における燃焼ガスの全体熱量よりも多く できる。 すなわち、 総体として、 触媒コンバータ 1 1や気筒内に導入される熱量が増え るため、 排気浄化装置の昇温と低負荷運転時における気筒内での燃焼安定化が可 能である。
燃焼式ヒータ 1 7のうち通し穴 2 0 5の形成側に送風ファン 1 4 9を設置する と送風ファン 1 4 9は、 流通ガスの流れ方向上流側に位置する。 この場合、 ファ ンは高温の燃焼ガス中に曝されないので高価な耐熱材を用いたファンを使用した りあるいは特別な熱害対策をファンに対して施したりしなくてもよい。
なお送風ファン 1 4 9の設置位置を燃焼式ヒータ 1 7のうち通し穴 2 0 5の形 成側と反対側にすることでも同様の効果を得られる。 このように送風ファン 1 4 9の設置箇所を上流側端でも下流側端でもどちら側でもよくすることで燃焼式ヒ ータ 1 7の設計の自由度を広げられるようになる。
さらに、 通し穴 2 0 5は、 送風ファン 1 4 9の回転によって加圧される空気の 流通量を制御する制御弁である開閉弁 2 0 6を有するので、 開閉弁 2 0 6の開閉 を内燃機関 1の運転状態に応じて制御すれば燃焼室 1 7 d内の加圧状態が可変し、 当該可変具合を機関運転状態に合わせて好適に調整すれば機関運転状態にあった 最適な燃焼ガス量および燃焼ガス温度を保持できる。
〈適用例 2〉
次に図 3を参照して適用例 2を説明する。
この適用例 2が適用例 1と異なる点はターボチャージャを備えていない内燃機 関にも適用できることを示すものであり、 適用例 1と同様の効果を得ることがで きる。
〈適用例 3〉
次に図 4を参照して適用例 3を説明する。
この適用例 3が適用例 2と異なる点は新気導入管 1 5を大気に開放し吸気を直 接大気中から供給するようにした点であり、 適 例 1や 2と同様の効果を得るこ とができる'。
〈適用例 4〉
次に図 5を参照して適用例 4を説明する。
この適用例 4が適用例 3と異なる点は燃焼ガス排出管 1 8を吸気管 3には接続 せず、 排気管 1 0にのみ接続するようにしたことと、 三方弁 4 0の代わりに周知 の開閉弁 3 0 0を設けるようにした点にある。
大気に開放し吸気を直接大気中から供給するようにし、 燃焼式ヒータ 1 7の構 造自体が代わるわけではないので、 基本的な効果は既述した適用例 1や 2〜3と 同様である。

Claims

請求の範囲
1 . 燃料を燃焼する燃焼室と、
この燃焼室と機関関連要素との間を循環する熱媒体と、
この熱媒体および前記燃焼室で生じた燃焼ガス間で熱交換を行う熱交換部と、 この熱交換部での熱交換率を低下する熱交換率低下手段とを備える燃焼式ヒー タを有する内燃機関。
2 . 前記熱交換部にて熱交換された後の燃焼ガスを、 内燃機関の排気通路にお ける排気浄化装置より上流の部位又は内燃機関の吸気通路へ選択的に排出する燃 焼ガス排出通路を更に備える請求項 1記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
3 . 前記燃焼ガス排出通路は、 燃焼式ヒータから前記排気通路と前記吸気通路 とへ二股状に分岐して延びる通路であって、 この通路の分岐点には燃焼ガスの流 れを前記排気通路側または前記吸気通路側へ切り換える燃焼ガス経路切換手段が 設けられている請求項 2記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
4 . 前記熱交換部は、 燃焼ガスを燃焼式ヒータの外部へ導く燃焼ガス通路と、 この燃焼ガス通路周りに形成されて燃焼式ヒータに対して熱媒体を出入りさせる 熱媒体通路とを備え、
前記熱交換率低下手段は、 前記燃焼ガス通路の一端に形成されて該燃焼ガス通 路の内外を連通させる通し穴と、 この通し穴を介して前記燃焼ガス通路内に前記 燃焼式ヒータ外部からの空気を強制的に流入させるファンとを備える請求項 1〜 3の何れか一に記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
5 . 前記ファンは、 燃焼式ヒータ内の燃焼ガスの流れ方向における上流側端部 または下流側端部に設置される請求項 4記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
6 . 前記ファンは、 燃焼式ヒータ内の燃焼ガスの流れ方向における上流側端部 に設置される請求項 4記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
7 . 前記通し穴を流通する空気の量を制御する制御弁を更に備える請求項 4記 载の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7886705B2 (en) * 2007-05-31 2011-02-15 Caterpillar Inc. Engine system having dedicated thermal management system
US8807113B2 (en) * 2009-05-04 2014-08-19 Ford Global Technologies, Llc Device and method for integrating an air cleaner into a radiator fan shroud
US8355859B2 (en) * 2010-11-02 2013-01-15 Ford Global Technologies, Llc Accessory drive for a stop/start vehicle
US9103246B2 (en) 2010-11-02 2015-08-11 Ford Global Technologies, Llc System and method for reducing vacuum degradation in a vehicle
US8267072B2 (en) 2010-11-02 2012-09-18 Ford Global Technologies, Llc Efficient vacuum for a vehicle
KR101376531B1 (ko) * 2012-11-22 2014-03-19 주식회사 코헥스 천연가스 추진선박용 액화천연가스 기화 시스템
CN104234777B (zh) * 2013-06-18 2016-04-27 济南吉美乐电源技术有限公司 一种柴油机低温启动通用装置
US20170051710A1 (en) * 2014-05-28 2017-02-23 Hino Motors, Ltd. Burner and fuel vaporizing device
US10549599B2 (en) * 2015-07-06 2020-02-04 Korea Institute Of Energy Research Hybrid type heating system capable of supplying heat and hot water
CN105134373B (zh) * 2015-08-19 2017-11-28 天津大学 基于燃烧反应路径可调控的发动机及其调控方法
DE102017101590A1 (de) * 2017-01-27 2018-08-02 Man Diesel & Turbo Se Radialverdichter und Turbolader

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0916823A1 (en) * 1997-11-18 1999-05-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control system of combustion heater for internal combusiton engine
EP0921288A1 (en) * 1997-12-08 1999-06-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine having combustion heater
FR2780097A1 (fr) * 1998-06-18 1999-12-24 Toyota Motor Co Ltd Moteur a combustion interne muni d'un organe de chauffage a combustion

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US264366A (en) * 1882-09-12 Corset
US78819A (en) * 1868-06-09 paris
US8839A (en) * 1852-03-30 Eazoe-ste
US229978A (en) * 1880-07-13 dodg-e
US780097A (en) * 1904-10-21 1905-01-17 Thomas M Crowley Bottle-smasher.
US916823A (en) * 1906-04-24 1909-03-30 Henry P Young Automatic fire-escape.
US921288A (en) * 1908-10-22 1909-05-11 Peter Woll Jr Jacquard connection.
US2617399A (en) * 1949-11-02 1952-11-11 Charles M Backus Temperature regulating apparatus for internal-combustion engines
JPS6078819A (ja) 1983-10-04 1985-05-04 Nippon Denso Co Ltd 燃焼式ヒ−タを備えた車両の暖房装置
DE19548225C2 (de) * 1995-12-22 2000-02-17 Eberspaecher J Gmbh & Co Brennstoffbetriebenes Heizgerät
JP3528637B2 (ja) 1997-11-18 2004-05-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関用燃焼式ヒータの制御装置
JP3528557B2 (ja) * 1997-12-22 2004-05-17 トヨタ自動車株式会社 燃焼式ヒータを有する内燃機関
JP3520790B2 (ja) 1998-12-24 2004-04-19 トヨタ自動車株式会社 燃焼式ヒータ付内燃機関
JP4269407B2 (ja) * 1998-12-24 2009-05-27 トヨタ自動車株式会社 燃焼式ヒータ付内燃機関
JP3630060B2 (ja) * 1999-06-30 2005-03-16 トヨタ自動車株式会社 燃焼式ヒータを有する内燃機関

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0916823A1 (en) * 1997-11-18 1999-05-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Control system of combustion heater for internal combusiton engine
EP0921288A1 (en) * 1997-12-08 1999-06-09 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Internal combustion engine having combustion heater
FR2780097A1 (fr) * 1998-06-18 1999-12-24 Toyota Motor Co Ltd Moteur a combustion interne muni d'un organe de chauffage a combustion

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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