(57)【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ようになっており、
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（１１）を稼働させることを特徴とする吸気加熱システム。
【請求項２】
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ようになっており、
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（１１）に供給する空気の量を大きくすることを特徴とする記載の吸気加熱システム。
【請求項３】
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または２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】
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１〜３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３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１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２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。１５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（ＪＩＳ    Ｂ    ０１３２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１１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１１ａ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２７ａ、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、２７ｄ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。
【図１】
0003630001.tif 000002
【図２】
0003630001.tif 000003
【図３】
0003630001.tif 000004
【図４】
0003630001.tif 000005
【図５】
0003630001.tif 000006