JP2000234567A

JP2000234567A - 吸気加熱システム

Info

Publication number: JP2000234567A
Application number: JP11034674A
Authority: JP
Inventors: Masashi Takagi; 正支高木; Toshio Morikawa; 敏夫森川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2000-08-29
Anticipated expiration: 2019-02-12
Also published as: JP3630001B2

Abstract

(57)【要約】【課題】燃焼機の失火を防止して内燃機関の始動性を
向上させる。【解決手段】エンジン１の始動時には、エンジン１の
クランキングを行う前に燃焼機１１を稼働させて、燃焼
機１１内で発生する燃焼ガスの一部をエンジン１の吸気
側に供給し、その他の燃焼ガスをエンジン１の排気側に
向けて排出する。これにより、燃焼機１１の燃焼ガスが
エンジン１の吸気側に充満し、行き場を失った燃焼ガス
が、燃焼機１１内に逆流してしまうことを防止できるの
で、燃焼機１１が失火してしまうことを防止できる。し
たがって、十分に吸気を加熱することができるので、エ
ンジン１の始動性を確実に向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼機を用いて内
燃機関の吸気を加熱する吸気加熱システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関は、周知のごとく、空気を吸入
圧縮して燃料を燃焼する（爆発させる）ものであるの
で、特にディーゼルエンジンのごとく、点火装置（点火
プラグ）を有していない内燃機関において、内燃機関の
始動性を向上させるには、内燃機関の吸気を加熱する手
段が有効である。

【０００３】そこで、特開昭６１−１５７４１９号公報
に記載の発明では、燃料を燃焼させることにより車室内
を暖房する燃焼機の燃焼ガスを内燃機関の吸気側に供給
することにより、吸気を加熱する吸気加熱システムが提
案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記公報に記
載発明では、燃焼機の燃焼ガス全量を始動する前の内燃
機関の吸気側に供給しているため、燃焼機の燃焼ガスが
内燃機関の吸気側に充満し、行き場を失った燃焼ガス
が、燃焼機内に逆流してしまう。このため、燃焼機が失
火してしまい、十分に吸気を加熱することができず、却
って、内燃機関の始動性が悪化してしまうおそれがあ
る。

【０００５】本発明は、上記点に鑑み、燃焼機の失火を
防止して内燃機関の始動性を向上させることを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項１〜４に記載の発明では、内燃機
関（１）の始動時には、前記内燃機関（１）のクランキ
ングを行う前に燃焼機（１１）を稼働させて、燃焼機
（１１）内で発生する燃焼ガスの一部を内燃機関（１）
の吸気側に供給し、その他の燃焼ガスを内燃機関（１）
の排気側に向けて排出することを特徴とする。

【０００７】これにより、燃焼機（１１）の燃焼ガスが
内燃機関（１）の吸気側に充満し、行き場を失った燃焼
ガスが、燃焼機（１１）内に逆流してしまうことを防止
できるので、燃焼機（１１）が失火してしまうことを防
止できる。したがって、十分に吸気を加熱することがで
きるので、内燃機関（１）の始動性を確実に向上させる
ことができる。

【０００８】なお、クランキングを開始する直前又は開
始した後、内燃機関（１）が稼働するまでの間は、請求
項２に記載の発明のごとく、燃焼機（１１）内で発生す
る燃焼ガス全量を内燃機関（１）の吸気側に供給しても
よい。ところで、内燃機関（１）が稼働するまでの間
は、燃焼機（１１）の燃焼ガスが内燃機関（１）の吸気
側に供給されるので、内燃機関（１）の吸気中に含まれ
る酸素濃度が低くなるので、内燃機関（１）の始動性
（着火性）が低下してしまうおそれがある。

【０００９】そこで、請求項３に記載の発明では、内燃
機関（１）が稼働するまでの間は、燃焼機（１１）に供
給される燃料に対して必要とされる必要空気量より多い
空気を燃焼機（１１）の燃焼室（１１ａ）に供給した状
態で燃焼機（１１）を稼働させることにより、内燃機関
（１）の始動性（着火性）が低下してしまうことを防止
している。

【００１０】同様に、請求項４に記載の発明では、内燃
機関（１）が稼働するまでの間は、内燃機関（１）が稼
働した後に比べて、燃焼機（１）に供給する燃料の量に
対する燃焼機（１１）に供給する空気の量を大きくする
ことをにより、内燃機関（１）の始動性（着火性）が低
下してしまうことを防止している。因みに、上記各手段
の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手
段との対応関係を示す一例である。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）本実施形態は、
本発明に係る吸気加熱システムを水冷式デーゼルエンジ
ン（液冷式内燃機関）に適用したものであって、図１は
本実施形態に係る車両用暖房装置の模式図である。

【００１２】図１中、１は水冷式デーゼルエンジン（以
下、エンジンと略す。）であり、２はエアクリーナ３に
て塵埃が除去された空気（以下、吸気と呼ぶ。）をエン
ジン１に導く吸気管である。３はエンジン１の排気が流
通する排気管であり、この排気管３には、排気中の炭化
水素や窒素酸化等の酸化還元反応を促進することにより
排気を浄化する三元触媒（以下、触媒と略す。）４、及
び触媒４から流出する排気の騒音（排気音）を低減する
マフラー（消音器）５が配設されている。

【００１３】６はエンジン１の冷却水（冷却液）を冷却
するラジエータであり、７はエンジン１から流出する冷
却水をラジエータ６を迂回させてエンジン１に還流させ
るバイパス通路である。８は冷却水温度に応じてエンジ
ン１から流出した冷却水をラジエータ６に流通させる場
合と、バイパス通路７に流通させる場合とを切り換える
周知のサーモスタットであり、９はエンジン１から駆動
力を得て冷却水を循環させるウォータポンプである。

【００１４】ところで、１０は冷却水を熱源として車室
内に吹き出す空気を加熱するヒータコアであり、１１は
ヒータコア１０に流入する冷却水を加熱する燃焼機であ
る。なお、燃焼機１１は、燃焼機１１内に設けられた燃
焼室１１ａにて燃料を燃焼させることにより冷却水を加
熱するものである。１２は燃焼機１１に燃料を供給する
燃料ポンプであり、この燃料ポンプ１２は、エンジン１
の燃料タンク（図示せず）から燃料（軽油）を吸引して
燃焼機１１に供給している。

【００１５】１３は吸気管２と燃焼室１１ａの吸気側と
を連通させる第１連通管であり、１４は燃焼室１１ａの
排気側と吸気管２とを連通させる第２連通管である。１
５は燃焼室１１ａの排気側と排気管３とを連通させる第
３連通管であり、１６は第２連通管１４及び第３連通管
１５の連通状態を調節する排気弁（排気調節手段）であ
る。

【００１６】なお、１７は燃焼機１１（燃焼室１１ａ）
に空気を送風するターボ送風機（以下、送風機と略
す。）である。因みに、ターボ送風機とは、羽根車の回
転運動によって気体に運動エネルギを与える機械を言
い、具他的には遠心式送風機、斜流送風機及び軸流送風
機等を言う（ＪＩＳＢ０１３２より）。１８は燃焼
機１１及びヒータコア１０に冷却水を循環させる電動ウ
ォータポンプであり、この電動ウォータポンプ１８、排
気弁１６、送風機１７及び燃料ポンプ１２は、電子制御
装置（ＥＣＵ）１９により制御されている。

【００１７】なお、２０は、エンジン１から流出した冷
却水を電動ウォータポンプ１８を迂回させて燃焼機１１
に導くバイパス通路であり、このバイパス通路２０に
は、電動ウォータポンプ１８から吐出した冷却水がバイ
パス通路２０を流通して電動ウォータポンプ１８の吸入
側に還流することを防止する逆止弁２１が配設されてい
る。

【００１８】次に、本実施形態に係る吸気加熱システム
の作動及びその特徴を述べる。エンジン１を始動させる
べく、エンジンキースイッチ（図示せず）が投入され、
インジェクタ（燃料噴射装置）ーや計器板等の車両電装
品に電力が供給され得る状態になると、これに連動して
燃焼機１１を稼働（着火）させて、クランキングを開始
するまでの間は、燃焼機１１の燃焼ガスの一部を第２連
通管１４側（吸気管２側）に向けて供給するとともに、
その他の燃焼ガスを第３連通管１５側（排気管３側）に
向けて排出するように排気弁１６を作動させる（図２の
エンジン停止時）。

【００１９】これにより、燃焼機１１の燃焼ガスが吸気
管２に充満し、行き場を失った燃焼ガスが、燃焼機１１
内に逆流してしまうことを防止できるので、燃焼機１１
が失火してしまうことを防止できる。したがって、十分
に吸気を加熱することができるので、エンジン１の始動
性を確実に向上させることができる。このとき、乗員
（運転手）に向けて燃焼機１１の燃焼ガスの一部が吸気
管２に供給されていることを表示する表示ランプ（図示
せず）を点灯させて、吸気を加熱している旨を乗員に向
けて知らせる。因みに、本実施形態では、表示ランプ
（表示手段）は、速度計が設けられている計器板に設け
られている。

【００２０】なお、クランキングとは、周知のごとく、
セルモータ等の回転駆動源により、エンジン１のクラン
クシャフト（図示せず）を回転させて、吸気を吸入圧縮
させることにより、エンジンの始動を行うことをいうも
のである。次に、燃焼ガスを吸気管２に供給し始めてか
ら所定時間経過した時に、吸気がエンジン１を始動する
に十分な温度に到達したものとみなして、表示ランプを
消灯して乗員に向けてクランキングを促す。

【００２１】そして、乗員がスタータスイッチを投入し
て実際にクランキングが開始されたときには、燃焼機１
１の燃焼ガス全量がエンジン１の吸気側（吸気管２）に
供給されるように排気弁１６を作動させる（図２のエン
ジンクランキング時）。なお、エンジン１が始動（稼
働）した後において、燃焼機１１により暖房能力の補完
するときには、燃焼機１１を稼働し続け、一方、燃焼機
１１により暖房能力を補完する必要がないときには、燃
焼機１１を停止させる。

【００２２】ここで、エンジン１が始動（稼働）したと
は、クランキングをすることなく、エンジン１が自ら吸
気を吸入圧縮して稼働している状態を言い、具体的に
は、エンジン１の回転数がクランキング時の回転数を上
回ったときをいう。ところで、エンジン１が始動（稼
働）するまでの間は、燃焼機１１の燃焼ガスが吸気管２
に供給されるので、エンジン１の吸気中に含まれる酸素
濃度が低くなるので、エンジン１の始動性（着火性）が
低下してしまうおそれがある。

【００２３】そこで、本実施形態では、エンジン１が稼
働するまでの間は、燃焼機１１に供給される燃料に対し
て必要とされる必要空気量より多い空気を燃焼機１１の
燃焼室１１ａに供給した状態で燃焼機１１を稼働（燃
焼）させている。これにより、燃焼ガス中に含まれる酸
素濃度が増大するので、エンジン１の始動性（着火性）
が低下してしまうことを防止できる。

【００２４】そして、エンジン１が始動（稼働）した後
においても燃焼機１１を稼働し続けるときは、エンジン
１が始動（稼働）する前に比べて燃焼室１１ａに供給す
る空気量を必要空気量まで減少させる。これにより、燃
焼機１１を理想空燃比にて燃焼させることができるの
で、燃焼ガス中の窒素酸化物を低減することができると
ともに、燃焼機１１の燃焼ガスをエンジン１の吸気側に
供給することにより、排気再循環装置（ＥＧＲ）と同様
に、エンジン１の排気中の窒素酸化物を低減することが
できる。

【００２５】（第２実施形態）本実施形態は、図３に示
すように、排気弁１６を廃止するとともに、エンジン１
の排気再循環装置（ＥＧＲ）の排気再循環管２２を経由
して燃焼機１１の燃焼ガスの一部を排気管３側に向けて
排出するようにしたものである。そして、２３は排気再
循環管２２の連通状態を調節するＥＧＲバルブであり、
このＥＧＲバルブ２３の開度を調節することにより、第
１実施形態と同様に、クランキング前においては燃焼機
１１の燃焼ガスの一部を吸気管２側に供給し、その他は
排気管３に排出している。

【００２６】なお、クランキグ開始後、エンジン１の始
動前は、ＥＧＲバルブ２３を閉じて燃焼ガス全量を吸気
管２に供給し、エンジン１の始動後は、エンジン１の稼
働状態（エンジン負荷、回転数及び温度等）に応じて行
われる通常のＥＧＲバルブ制御を行う。（第３実施形態）図４は本実施形態に係る吸気加熱シス
テムを模式図であり、本実施形態では、燃焼機１１内を
流通する冷却水を加熱する前の燃焼ガスを吸気管２に供
給することができるようにしたものである。

【００２７】すなわち、燃焼機１１には、燃焼ガス等が
有する熱と冷却水とを熱交換し、冷却水を加熱するウォ
ータジャケット（熱交換器）１１ｂが円筒状の燃焼室１
１ａの外側を覆うように形成されている。そして、ウォ
ータジャケット１１ｂと燃焼室１１ａとの間には、燃焼
ガスが流通する排気通路１１ｃが形成されており、排気
通路１ｃにて冷却水との熱交換を終えて温度が（約３０
０℃以下まで）低下した低温燃焼ガス（排気）は、燃焼
機用排気管２４を流通してインタークーラ２５より空気
流れ下流側の部位から吸気管２に流入する。因みに、イ
ンタクーラ２５は、ターボチャージャ２５ａの下流側に
て吸気を冷却するものである。

【００２８】なお、燃焼機１１の吸気は、燃焼ガスと略
同等の圧力を有する部位から吸入する必要があるので、
本実施形態では、吸気管２のうち燃焼機用排気管２４と
の接合部とインタクーラ２５との間の部位から空気を吸
入している。また、燃焼機１１のうち燃焼室１１ａの軸
方向端部側には、排気通路１１ｃを迂回させてウォータ
ジャケット１１ｂを流通する冷却水を加熱する前の高温
燃焼ガス（約３００℃以上）を燃焼機用排気管２４に導
く排出通路２６が設けられており、この排出通路２６及
び燃焼機用排気管２４から排出される燃焼ガスは、排気
弁２７によりその排出先が制御される。

【００２９】なお、排気弁２７は、第１〜４弁体２７ａ
〜２７ｄ、並びに第１、２弁体２７ａ、２７ｂを連動し
て稼働させるステッピングモータ等の第１電磁アクチュ
エータ２７ｅ及び第３、４弁体２７ｃ、２７ｄを連動し
て稼働させるステッピングモータ等の第２電磁アクチュ
エータ２７ｆから構成されており、この排気弁２７も第
１実施形態と同様に、ＥＣＵ１９により制御されてい
る。

【００３０】次に、本実施形態の作動を図５を基に述べ
る。１．エンジン１停止時リモコン操作等の手段により、エンジン１を始動する前
（クランキングをする前）に燃焼機１１及び電動ウォー
タポンプ１８を始動させるとともに、第１、４弁体２７
ａ、２７ｄを閉じ、かつ、第２、３弁体２７ｂ、２７ｃ
を開く。

【００３１】これにより、燃焼機１１（燃焼室１１ａ）
から流出する燃焼ガスは、ウォータジャケット１１ｂ内
を流通する冷却水を加熱するとともに、排気管３を経由
して大気中に放出される。一方、燃焼機１１にて加熱さ
れた冷却水は、エンジン１内に流入してエンジン１のシ
リンダ（図示せず）及びシリンダヘッド（図示せず）等
を加熱する。

【００３２】２．エンジン始動（クランキング）時燃焼機１１を稼働させた状態で電動ウォータポンプ１８
を停止させる。また、第１弁体２７ａを開くとともに、
第２弁体２７ｂを閉じ、かつ、第３、４弁体２７ｃ、２
７ｄを半開状態とする。これにより、高温燃焼ガスの一
部はエンジン１の吸気側に供給され、その他は、エンジ
ン１の排気側に排出される。

【００３３】３．エンジン始動後クランキングをすることなく、エンジン１が運転してい
る状態では、第１、３弁体２７ａ、２７ｃを閉じ、か
つ、第２、４弁体２７ｂ、２７ｄを開く。これにより、
燃焼機１１（燃焼室１１ａ）から流出する燃焼ガスは、
ウォータジャケット１１ｂ内を流通する冷却水を加熱す
るとともに、排気管２を経由してエンジンの吸気側に放
出される。

【００３４】なお、エンジン１の廃熱により冷却水温度
が十分に（例えば８０℃以上まで）上昇し、燃焼機１１
により暖房能力を補完する必要がないときには、燃焼機
１５を停止させる。次に、本実施形態の特徴を述べる。
本実施形態によれば、エンジン１の始動時に燃焼機１１
を稼働させるとともに、温度の高い燃焼ガスをエンジン
１の吸気側に供給することができるので、エンジン１の
始動性を十分に向上させることができる。

【００３５】また、エンジン１の始動後には、エンジン
１の吸気側に供給する高温燃焼ガスの供給量を減少させ
るので、必要以上に高温の燃焼ガスをエンジン１の吸入
側に供給することを防止できるとともに、高温の燃焼ガ
スの熱を冷却水に与えることができるため、ヒータコア
１０での暖房能力が低下することを防止できる。ところ
で、上述の実施形態では、ヒータコア１０内を流通する
冷却水を加熱することにより車室内を暖房する車両であ
ったが、室内に吹き出す空気を燃焼機１１にて直接に加
熱する車両にも適用することができる。

【００３６】また、上述に実施形態では、クランキング
を開始した後、エンジン１が稼働するまでの間は、燃焼
機１１内の燃焼ガス全量をエンジン１の吸気側に供給し
たが、クランキングを開始する直前からエンジン１が稼
働するまでの間、燃焼機１１内の燃焼ガス全量をエンジ
ン１の吸気側に供給してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る吸気加熱システムの模式図
である。

【図２】燃焼機及びエンジン回転数と時間との関係を示
すチャートである。

【図３】第２実施形態に係る吸気加熱システムの模式図
である。

【図４】第３実施形態に係る吸気加熱システムの模式図
である。

【図５】第３実施形態に係る吸気加熱システムの作動を
示す図表である。

【符号の説明】

１…エンジン（内燃機関）、２…吸気管、３…排気管、
１１…燃焼機、１６…排気弁。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｎ 17/047 Ｆ０２Ｎ 17/047 ＪＺ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を燃焼させることにより車室内を暖
房する燃焼機（１１）を備える車両に適用され、内燃機
関（１）の吸気を加熱する吸気加熱システムであって、前記内燃機関（１）の始動時には、前記内燃機関（１）
のクランキングを行う前に前記燃焼機（１１）を稼働さ
せて、前記燃焼機（１１）内で発生する燃焼ガスの一部
を前記内燃機関（１）の吸気側に供給し、その他の前記
燃焼ガスを前記内燃機関（１）の排気側に向けて排出す
ることを特徴とする吸気加熱システム。
【請求項２】前記クランキングを開始する直前又は開
始した後、前記内燃機関（１）が稼働するまでの間は、
前記燃焼機（１１）内で発生する燃焼ガス全量を前記内
燃機関（１）の吸気側に供給することを特徴とする請求
項１に記載の吸気加熱システム。
【請求項３】前記内燃機関（１）が稼働するまでの間
は、前記燃焼機（１１）に供給される燃料に対して必要
とされる必要空気量より多い空気を前記燃焼機（１１）
の燃焼室（１１ａ）に供給した状態で前記燃焼機（１
１）を稼働させることを特徴とする請求項１又は２に記
載の吸気加熱システム。
【請求項４】前記内燃機関（１）が稼働するまでの間
は、前記内燃機関（１）が稼働した後に比べて、前記燃
焼機（１）に供給する燃料の量に対する前記燃焼機（１
１）に供給する空気の量を大きくすることを特徴とする
請求項１又は２に記載の吸気加熱システム。