(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車室内を暖房するヒータコア（１４）を有するとともに、燃料を燃焼させることにより前記ヒータコア（１４）内を循環する流体を加熱する燃焼機（１５）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、
前記燃焼機（１５）に設けられ、前記燃焼機（１５）によって燃焼された高温燃焼ガスと熱交換して加熱される前記流体が流通する熱交換器（１５ａ）と、
前記燃焼機（１５）に設けられ、前記高温燃焼ガスを前記内燃機関（１）の吸気側に供給する通路（１９）と、
前記通路（１９）内の雰囲気温度に基づいて前記通路（１９）を開閉するバルブ（２０）とを有し、
前記熱交換器（１５ａ）の一部が前記バルブ（２０）のアクチュエータ（２０ａ）近傍まで設けられおり、
前記内燃機関（１）の始動時に前記燃焼機（１５）を稼働させるとともに、前記バルブ（２０）により前記通路（１９）を開いて前記高温燃焼ガスを前記内燃機関（１）の吸気側に供給することを特徴とする吸気加熱システム。
【請求項２】
前記内燃機関（１）の始動後には、前記内燃機関（１）の吸気側に供給する前記高温燃焼ガスの供給量を減少させ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】
車室内を暖房するヒータコア（１４）と、
燃料を燃焼させることにより前記ヒータコア（１４）内を循環する流体を加熱する燃焼機（１５）とを備え、
前記燃焼機（１５）には、前記燃焼機（１５）によって燃焼された高温燃焼ガスと前記流体とを熱交換する熱交換器（１５ａ）と、前記熱交換器（１５ａ）において前記流体と熱交換した低温燃焼ガスが通過する燃焼機用排気管（１８）とが設けられており、
内燃機関（１）の吸気側へ供給する燃焼ガスを前記高温燃焼ガスまたは前記低温燃焼ガスに切り替えるバルブ（２０、２１）を有し、
前記バルブ（２０、２１）のアクチュエータ（２０ａ）は前記燃焼機用排気管（１８）近傍に設けられており、
前記内燃機関（１）の始動時に前記燃焼機（１５）を稼働させるとともに、前記バルブ（２０、２１）により前記高温燃焼ガスを前記内燃機関（１）の吸気側に供給することを特徴とする吸気加熱システム。
【請求項４】
前記ヒータコア（１４）内を循環する流体は前記内燃機関（１）の冷却水であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の吸気加熱システム。
【請求項５】
前記バルブ（２０、２１）は、前記燃焼機（１５）の始動した時から所定時間が経過した後、前記内燃機関（１）の吸気側に供給する前記高温燃焼ガスの供給量を減少させることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の吸気加熱システム。
【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】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、発明者等は、車室内を暖房するヒータコア内を流通する流体（冷却水）を加熱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を検討したが、この吸気加熱システムは、以下のような問題を有していることが判明した。
【０００４】
すなわち、燃焼機は、燃焼ガスの有する熱によりヒータコアを流通する流体を加熱するものであるから、流体を加熱した後の燃焼ガスは、温度が低いので、十分に吸気を加熱することができず、内燃機関の始動性を十分に向上させることができない。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、燃焼機を有する車両において、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、以下の技術的手段を用いる。
【０００７】
請求項１に記載の発明では、車室内を暖房するヒータコア（１４）を有するとともに、燃料を燃焼させることにより前記ヒータコア（１４）内を循環する流体を加熱する燃焼機（１５）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、
前記燃焼機（１５）に設けられ、前記燃焼機（１５）によって燃焼された高温燃焼ガスと熱交換して加熱される前記流体が流通する熱交換器（１５ａ）と、
前記燃焼機（１５）に設けられ、前記高温燃焼ガスを前記内燃機関（１）の吸気側に供給する通路（１９）と、
前記通路（１９）内の雰囲気温度に基づいて前記通路（１９）を開閉するバルブ（２０）とを有し、
前記熱交換器（１５ａ）の一部が前記バルブ（２０）のアクチュエータ（２０ａ）近傍まで設けられおり、
前記内燃機関（１）の始動時に前記燃焼機（１５）を稼働させるとともに、前記バルブ（２０）により前記通路（１９）を開いて前記高温燃焼ガスを前記内燃機関（１）の吸気側に供給することを特徴とする。
【０００８】
これにより、内燃機関（１）の始動時に、高温の燃焼ガスを内燃機関（１）の吸気側に供給することができるので、内燃機関（１）の始動性を十分に向上させることができる。
【０００９】
因みに、特開平８−８０７２７号公報には、高温燃焼ガスを排出することができる燃焼機が記載されているが、この公報に記載の発明では、高温燃焼ガスを内燃機関の吸気側に供給することなく、大気中に放出しており、上記目的を達成することはできない。
また、請求項１に記載の発明では、車室内暖房用のヒータコア（１４）内を循環する流体（具体的には請求項４のごとく内燃機関冷却水）が流通する熱交換器（１５ａ）の一部を、バルブ（２０）のアクチュエータ（２０ａ）近傍まで設けているので、バルブ（２０）のアクチュエータ（２０ａ）を熱交換器（１５ａ）内の低温流体により冷却して高温燃焼ガスの高熱から保護できる。
【００１０】
なお、内燃機関（１）の始動後には、請求項２に記載の発明のごとく、内燃機関（１）の吸気側に供給する前記高温燃焼ガスの供給量を減少させることが望ましい。
【００１１】
また、請求項３に記載の発明では、室内を暖房するヒータコア（１４）と、
燃料を燃焼させることにより前記ヒータコア（１４）内を循環する流体を加熱する燃焼機（１５）とを備え、
前記燃焼機（１５）には、前記燃焼機（１５）によって燃焼された高温燃焼ガスと前記流体とを熱交換する熱交換器（１５ａ）と、前記熱交換器（１５ａ）において前記流体と熱交換した低温燃焼ガスが通過する燃焼機用排気管（１８）とが設けられており、
内燃機関（１）の吸気側へ供給する燃焼ガスを前記高温燃焼ガスまたは前記低温燃焼ガスに切り替えるバルブ（２０、２１）を有し、
前記バルブ（２０、２１）のアクチュエータ（２０ａ）は前記燃焼機用排気管（１８）近傍に設けられており、
前記内燃機関（１）の始動時に前記燃焼機（１５）を稼働させるとともに、前記バルブ（２０、２１）により前記高温燃焼ガスを前記内燃機関（１）の吸気側に供給することを特徴とする。
これによると、内燃機関（１）の始動時に高温の燃焼ガスを内燃機関（１）の吸気側に供給することができるので、内燃機関（１）の始動性を十分に向上させることができる。しかも、バルブ（２０、２１）のアクチュエータ（２０ａ）を低温燃焼ガスが通過する燃焼機用排気管（１８）近傍に設けているから、バルブ（２０、２１）のアクチュエータ（２０ａ）を高温燃焼ガスの高熱から保護することができる。
請求項１および請求項３において高温燃焼ガスとは、ヒータコア内循環流体を加熱する前、又は加熱する途中の高温燃焼ガスのことである。
【００１２】
なお、ヒータコア（１４）内を循環する流体は、具体的には請求項４に記載の発明のごとく内燃機関冷却水である。
【００１３】
また、バルブ（２０、２１）は、請求項５に記載の発明のごとく、燃焼機（１５）の始動した時から所定時間が経過した後、内燃機関（１）の吸気側に供給する前記高温燃焼ガスの供給量を減少させるようにしてもよい。
【００１４】
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。
【００１５】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
図１は本実施形態に係る吸気加熱システムを模式図である。１はディーゼルエンジン（内燃機関）であり、２はディーゼルエンジン（以下、エンジンと略す。）に吸入される吸気が流通する吸気管であり、３はエンジン１から排出される排気が流通する排気管である。
【００１６】
そして、吸気管２には、その上流側から順に、吸気中の塵埃を除去するエアフィルタ４、排気の有するエネルギにより稼働するターボ型のコンプレッサ５、及びコンプレッサ５にて加圧された吸気を冷却するインタークーラ６が配設されている。
【００１７】
一方、排気管３には、その上流側から順に、排気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７、及び排気の騒音を低減するマフラー８が配設されている。
【００１８】
なお、９は排気の一部を吸気管２に還流させることにより、排気中の窒素酸化物を低減する排気再循環管であり、１０はエンジン１の稼働状態に基づいて排気再循環管９を開閉する、周知のＥＧＲバルブである。
【００１９】
１１はエンジン１内を循環する冷却水を冷却するラジエータであり、１２はエンジン１から駆動力を得て冷却水を循環させるポンプであり、１３は冷却水温度を所定範囲（約８０℃〜１００℃）に維持すべく、ラジエータ１１を流通する冷却水量を調節するサーモスタットである。
【００２０】
１４はエンジン１内を循環する冷却水（流体）を熱源として車室内を暖房するヒータコアであり、１５は燃料（本実施形態では、軽油）を燃焼することによりヒータコア１４内を流通する冷却水を加熱する燃焼機であり、この燃焼機１５は、エンジン１の上方側にてエンジン１に固定されている。１６は燃焼機１５に燃料を供給する燃料ポンプであり、１７は燃料が燃焼する燃焼筒１５ｂに空気（酸素）を送風する軸流型のターボ送風機である。
【００２１】
ところで、燃焼機１５には、燃焼ガス等の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）１５ａが燃焼筒１５ｂの外側を覆うように形成されている。
【００２２】
また、ウォータジャケット１５ａと燃焼筒１５ｂとの間には、燃焼ガスが流通する排気通路１５ｃが形成されており、排気通路１５ｃにて冷却水との熱交換を終えて温度が（約３００℃以下まで）低下した低温燃焼ガス（排気）は、燃焼機用排気管１８を流通して、インタクーラ６より空気流れ下流側の部位から吸気管２に流入する。
【００２３】
なお、燃焼機１５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１８との接合部とインタクーラ６との間の部位から空気を吸入している。
【００２４】
また、燃焼機１５のうち燃焼筒１５ｂの軸方向端部側には、排気通路１５ｃを迂回させて、ウォータジャケット１５ａ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１８に導く排出通路１９が設けられており、この排出通路１９は、バルブ２０により開閉制御されている。
【００２５】
因みに、バルブ２０は、ステッピングモータ等の電磁アクチュエータ２０ａにより駆動されており、この電磁アクチュエータ２０ａは、セラミックス等の熱伝導率の低い材質からなる連接棒（図示せず）を介してバルブ２０を駆動する。
【００２６】
また、ウォータジャケット１５ａの一部を電磁アクチュエータ２０ａの近傍まで設けることにより、電磁アクチュエータ２０ａを冷却して電磁アクチュエータ２０ａを高温燃焼ガスの熱から保護している。
【００２７】
なお、高温燃焼ガスと低温燃焼ガスとは、排出通路１９と燃焼機用排気管１８との接合部位で合流するが、本実施形態では、接合部位に案内板１８ａを設けることにより、低温燃焼ガスが接合部位（燃焼機用排気管１８）のうち電磁アクチュエータ２０ａ側を流通するようにして、電磁アクチュエータ２０ａを高温からさらに保護している。
【００２８】
因みに、２５はエンジン１が停止してポンプ１２が停止しているときに、ウォータジャケット１５ａ内に冷却水を循環させるための電動式のポンプであり、２６はポンプ２５から吐出される冷却水が、ウォータジャケット１５ａの流入側に流通してしまい冷却水がショートサーキットしてしまうことを防止する逆止弁である。
【００２９】
次に、本実施形態に係る吸気加熱システムの特徴的作動を述べる。
【００３０】
エンジン１のクランクシャフト（図示せず）をセルモータ（図示せず）にて回転させてエンジンを始動する（以下、この行為をクランキング又はエンジン始動と呼ぶ。）と同時に、排出通路１９を開いた状態で燃焼機１５を着火（稼働）させる。
【００３１】
そして、エンジン始動が完了し、クランキングを停止した後は、排出通路１９を徐々に閉じてエンジン１の吸気側に供給する高温燃焼ガスの供給量を徐々に減少させる。したがって、排出通路１９が全閉したときには、低温燃焼ガスのみが吸気管２内に流入する。
【００３２】
次に、本実施形態の特徴を述べる。
【００３３】
本実施形態によれば、エンジン１の始動時に燃焼機１５を稼働させるとともに、高温燃焼ガスをエンジン１の吸気側に供給するので、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、エンジン１の始動性を十分に向上させることができる。
【００３４】
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１４での暖房能力が低下することを防止できる。
【００３５】
また、排出通路１９と燃焼機用排気管１８とが連結されているので、高温燃焼ガス専用の配管を新たに設ける必要がない。したがって、吸気加熱システムの部品点数が増大することを防止することができるので、吸気加熱システムの製造原価低減を図ることができる。
【００３６】
ところで、電気ヒータにて吸気を加熱する手段が知られているが、この手段では、車両に搭載されたバッテリ（図示せず）の能力上の制限から一般的に１ｋｗ以上発熱させることが困難であるため、「発明が解決しようとする課題」の欄で述べた吸気加熱システムよりさらに吸気を加熱するが難しい。
【００３７】
これに対して、本実施形態では、排出通路１９の連通状態をバルブ２０によって制御することにより、吸気に与える熱量を調節しながら、電気ヒータより大きい熱量（最大５〜６ｋｗ程度）を吸気に与えることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
本実施形態は、図２に示すように、燃焼機用排気管１８のうち排出通路１９との連結部より低温燃焼ガス流れ上流側に、燃焼機用排気管１８を開閉する第２バルブ２１を設けるとともに、エンジン始動時（クランキング中）には、第２バルブ２１を閉じるようにしたものである。なお、以下、バルブ２０を第１バルブ２０と呼ぶ。
【００３９】
これにより、エンジン始動時に、高温燃焼ガスと低温燃焼ガスとが混合してしまうことを防止できるので、エンジン１の吸入側に供給される高温燃焼ガスの温度が低下してしまうことを防止できる。したがって、温度の高い燃焼ガスを確実にエンジン１の吸入側に供給することができる。
【００４０】
なお、本実施形態は、図３に示すように、第１バルブ２０を廃止して吸気加熱システムの簡素化を図ってもよい。
【００４１】
（第３実施形態）
上述の実施形態では、排出通路１９を燃焼機用排気管１８の途中に連結させていたが、本実実施形態は、図４〜６に示すように、排出通路１９及び燃焼機用排気管１８それぞれ独立に吸気管２に連結したものである。
【００４２】
因みに、図４は図１に示す吸気加熱システムにおいて排出通路１９及び燃焼機用排気管１８それぞれ独立に吸気管２に連結した例であり、図５は図２に示す吸気加熱システムにおいて排出通路１９及び燃焼機用排気管１８それぞれ独立に吸気管２に連結した例であり、図６は図３に示す吸気加熱システムにおいて排出通路１９及び燃焼機用排気管１８それぞれ独立に吸気管２に連結した例である。
【００４３】
なお、排出通路１９は、高い温度の燃焼ガスをエンジン１の吸気側に供給すべく、吸気管２のうちエンジン１の近傍に連結しているが、燃焼機１５の吸気管２２及び燃焼機用排気管１８は、吸気管２のうちエンジン１から離れた部位にて連結されている。
【００４４】
ところで、上述の実施形態では、排出通路１９を燃焼機用排気管１８の途中に連結させていたため、温度の高い燃焼ガスをエンジン１の吸気側に供給するためには、燃焼機１５をエンジン１の近傍に配設する必要がある。
【００４５】
このため、上述実施形態では、燃焼機１５をエンジン１に固定していたが、燃焼機１５をエンジン１に固定すると、エンジン１の振動が燃焼機１５に伝わってしまうので、燃焼機１５に対して振動対策を施す必要があり、吸気加熱システムの製造原価上昇を招くおそれがある。
【００４６】
これに対して、本実実施形態は、図４〜６に示すように、排出通路１９及び燃焼機用排気管１８それぞれ独立に吸気管２に連結したものであるので、燃焼機１５を車両ボディに固定することができる。したがって、燃焼機１５に対して振動対策を施す必要がないので、吸気加熱システムの製造原価上昇を抑制できる。
【００４７】
（第４実施形態）
図２に示す第２実施形態では、第１バルブ２０及び第２バルブ２１それぞれは、独立に開閉制御されていたが、本実施形態は、図７に示すように、１本の連接棒２０ｂにより第１、２バルブ２０、２１を機械的に連動させて開閉作動するようにしたものである。
【００４８】
これにより、第１バルブ２０が開くときは、第２バルブ２１が閉じるので、高温燃焼ガスが吸気管２に供給されるとともに、低温燃焼ガスの吸気管２への供給が停止する。一方、第２バルブ２１が開くときは、第１バルブ２０が閉じるので、低温燃焼ガスが吸気管２に供給されるとともに、高温燃焼ガスの吸気管２への供給が停止する。
【００４９】
なお、本実施形態では、電磁アクチュエータ２０ａを低温燃焼ガスが流通する燃焼機用排気管１８の近傍に配設することにより、電磁アクチュエータ２０ａを高温燃焼ガスの熱から保護するとともに、低温燃焼ガスにより電磁アクチュエータａを冷却している。因みに、本実施形態では、耐熱温度が約６００℃程度の電磁アクチュエータを採用している。
【００５０】
（第５実施形態）
上述の実施形態では、排出通路１９を開閉する第１バルブ２０を電磁アクチュエータ２０ａにて作動させていたが、本実施形態は、図８に示すように、温度によって形状が変化する形状記憶合金からなるコイルバネ（駆動部材）２０ｂにより、第１バルブ２０を開閉作動するようにしたものである。
【００５１】
これにより、低温状態では、排出通路１９が開くようにコイルバネ２０ｂを設定しておけば、高温燃焼ガスにより排出通路１９内の雰囲気温度が上昇すると、これに呼応してコイルバネ２０ｂが次第に伸長していくので、雰囲気温度の上昇とともに排出通路１９が徐々に閉じられていく。
【００５２】
したがって、冷間始動時（コールドスタート時）のごとく、エンジン１の始動性が低いときであっても、温度の高い燃焼ガスをエンジン１に供給することができるので、エンジン１の始動性を向上させることができる。
【００５３】
また、電磁アクチュエータ２０ａを廃止できるので、吸気加熱システムの製造原価低減を図ることができる。
【００５４】
なお、１５ｄは、燃料ポンプ１６から供給される燃料を一時的に保持する金属メッショ状のウィックであり、１５ｅはウィック１５ｄを加熱させて燃料を気化させるとともに、燃料を着火させるグロープラグであり、１５ｆは送風口である。
【００５５】
（第６実施形態）
第５実施形態では、形状記憶合金製のコイルバネ２０ｂにて排出通路１９内の雰囲気温度に基づいて排出通路１９を開閉したが、本実施形態は、図９に示すように、形状記憶合金製のコイルバネ２０ｂに代えて、窒素ガス等の不活性ガスを封入したベロフラム２０ｃにて排出通路１９を開閉するようにしたものである。
【００５６】
なお、ベロフラム２０ｃは、雰囲気温度の上昇と共に排出通路１９を閉じる向きの力を第１バルブ２０に作用させるもので、コイルバネ（弾性部材）２０ｄは排出通路１９を開く向きの力を第１バルブ２０に作用させるものである。
【００５７】
（第７実施形態）
第１実施形態では、排出通路１９を燃焼筒１５ｂの軸方向端部に形成するとともに、排出通路を１９と燃焼機用排気管１８とを燃焼機１５の外部にて合流させていたが、本実施形態は、図１０に示すように、排出通路１９を燃焼筒１５ｂの円筒側壁に設けて排出通路を１９と燃焼機用排気管１８とを燃焼機１５の内部にて合流させるとともに、燃焼筒１５ｂの温度が所定以上となったときに排出通１９を閉じていくように、第１バルブ２０自体を形状記憶合金又はバイメタルにて構成したものである。
【００５８】
これにより、冷却水を加熱する前、又は加熱する途中の高温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、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、エンジン１の始動性を十分に向上させることができる。
【００５９】
（その他の実施形態）
第１実施形態は、エンジン始動時（クランキング時）であるか否かによって第１バルブ２０を開閉制御したが、排出通路１９内の雰囲気温度が所定温度（例えば４５０℃）以上となったときに、第１バルブ２０を閉じるようにしてもよい。
【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】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３】第２実施形態に係る吸気加熱システムの変形例をを示す模式図である。
【図４】第３実施形態に係る吸気加熱システムの第１の変形例を示す模式図である。
【図５】第３実施形態に係る吸気加熱システムの第２の変形例を示す模式図である。
【図６】第３実施形態に係る吸気加熱システムの第２の変形例を示す模式図である。
【図７】第４実施形態に係る吸気加熱システムの模式図である。
【図８】第５実施形態に係る吸気加熱システムの燃焼機を示す模式図である。
【図９】第６実施形態に係る吸気加熱システムの燃焼機を示す模式図である。
【図１０】第７実施形態に係る吸気加熱システムの燃焼機を示す模式図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…吸気管、３…排気管、１４…ヒータコア、
１５…燃焼機、１５ａ…ウォータジャケット（熱交換器）、
１５ｂ…燃焼筒、１８…燃焼機用排気管、１９…排出口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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