JP2000265826A - 燃焼式ヒータを有する内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃焼式ヒータを有する内燃機関において、エ
ンジン始動時に排気ガスのＨＣエミッションが悪化する
のを防止する。 【解決手段】 エンジン始動時に、燃焼式ヒータ９１の
燃焼ガスを、ＨＣ吸着剤３８と触媒コンバータ３９との
間の排気通路４２に導入し、触媒コンバータ３９を暖機
する。触媒コンバータ３９の暖機が完了する前は、エン
ジン本体３から出る排気ガスの温度も低く、この排気ガ
ス中のＨＣは触媒コンバータ３９の上流に配置されたＨ
Ｃ吸着剤３８に吸着される。排気ガス温度の上昇に伴い
ＨＣ吸着剤３８の温度が上昇して、ＨＣ吸着剤３８がＨ
Ｃ脱離温度に達すると吸着されていたＨＣがＨＣ吸着剤
３８から脱離するが、その時には触媒コンバータ３９も
触媒活性温度に達しているので、ＨＣ吸着剤３８から脱
離したＨＣは触媒コンバータ３９によって浄化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼式ヒータを有
する内燃機関に関し、詳しくは、冷却水や吸気あるいは
排気等の機関関連要素を昇温させて内燃機関の低温始動
性の向上、暖機促進，車室内暖房装置の性能向上、排気
ガス浄化装置の暖機促進等を図る燃焼式ヒータを有する
内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車輌に搭載するディーゼルエ
ンジンやリーンバーンエンジンその他の希薄燃焼式エン
ジンは、通常のガソリンエンジンに比べて発熱量が少な
い。そこで、希薄燃焼式エンジンには、特に寒冷時にお
ける暖機促進や車室内暖房装置の性能向上等を目的とし
て燃焼式ヒータが備えられることが多い。

【０００３】前記燃焼式ヒータの基本原理は、燃焼式ヒ
ータの燃焼室で燃料を燃焼した際に生じる燃焼ガスの熱
を、燃焼室の周囲を流通せしめられる熱媒体（例えば、
水）で吸収して熱媒体を加熱し、この加熱された熱媒体
を、機関本体のウォータジャケットや車室暖房用のヒー
タコアその他の必要箇所に送ることにより、これら必要
箇所を昇温する。

【０００４】特開昭６０−７８８１９号公報には、従来
の燃焼式ヒータを有する内燃機関が開示されている。こ
の公報に記載の技術では、内燃機関の吸気管を流れる吸
気の一部を燃焼式ヒータの燃焼用空気として燃焼式ヒー
タの空気取入口から導入し、導入した燃焼用空気を送風
ファンで燃焼式ヒータの燃焼室に圧送し、燃焼室に供給
される燃料と混合し、その混合気を燃焼して生じた燃焼
ガスを燃焼ガス排出口から触媒コンバータ上流の排気通
路に排出し、燃焼ガスを機関から排出される排気ガスと
ともに触媒コンバータによって浄化するようにしてい
る。なお、前記公報では燃焼ガスを排気通路に導入する
目的を燃焼ガスの浄化としているが、燃焼ガスを排気通
路に導入する目的はこれに限るものではなく、例えば触
媒の昇温等種々の目的がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、内燃機関の
排気ガス浄化システムにおいては、内燃機関の始動時の
ＨＣ排出を防止すべく、触媒コンバータの上流にＨＣ吸
着剤を設置する場合がある。これは、内燃機関の始動時
には排気ガス温度が低いため触媒コンバータも触媒活性
温度に達しないので、その間は上流のＨＣ吸着剤でＨＣ
を吸着し、触媒暖機後にＨＣ吸着剤から脱離するＨＣを
含めて触媒コンバータで排気ガスを浄化処理せんとする
ものである。

【０００６】しかしながら、この場合に、前記触媒コン
バータの触媒暖機を行うために排気ガス温度を昇温する
と、触媒コンバータの上流に配置したＨＣ吸着剤も昇温
することから、下流の触媒コンバータが活性温度に達す
る前にＨＣ吸着剤からＨＣが脱離してしまい、排気ガス
のＨＣエミッションの悪化が生じる。

【０００７】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであり、本発明が解決しようとする課題は、ＨＣ
エミッションの悪化防止を図ることができる燃焼式ヒー
タを有する内燃機関を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために、以下の手段を採用した。本発明は、内燃機
関の吸気通路から燃焼用空気を導入して燃料と混合し、
その混合気を燃焼室で燃焼して生じた燃焼ガスが持つ熱
を利用して機関関連要素を昇温する燃焼式ヒータを有す
る内燃機関において、内燃機関の排気通路に設けられた
ＨＣ吸着剤と、前記ＨＣ吸着剤よりも下流の前記排気通
路に設けられたＮＯx触媒と、内燃機関の気筒を迂回し
て前記燃焼ガスを前記ＨＣ吸着剤と前記ＮＯx触媒との
間に導入する燃焼ガス排出通路と、を備えたことを特徴
とする。

【０００９】この内燃機関においては、内燃機関の始動
時に、燃焼式ヒータの燃焼ガスを、ＨＣ吸着剤とＮＯx
触媒の間に導入し、燃焼ガスが持つ熱をＮＯx触媒の暖
機に利用する。ＮＯx触媒の暖機が完了する前は、内燃
機関から出る排気ガスの温度も低く、この排気ガス中の
ＨＣはＨＣ吸着剤に吸着される。内燃機関の始動からの
時間経過にしたがって排気ガス温度が上昇し、これとと
もにＨＣ吸着剤の温度が上昇する。ＨＣ吸着剤は、その
温度がＨＣ脱離温度に達するまでは排気ガス中のＨＣを
吸着し続け、ＨＣ脱離温度に達すると吸着していたＨＣ
を脱離する。しかしながら、ＨＣ吸着剤からＨＣが脱離
する頃には、ＮＯx触媒の暖機が完了しておりＮＯx触媒
は触媒活性温度に達しているので、ＨＣ吸着剤から脱離
したＨＣはＮＯx触媒によって浄化される。

【００１０】機関関連要素とは、機関冷却水や、吸気に
燃焼式ヒータの燃焼ガスを導入する内燃機関本体や、排
気通路に設けられた排気ガス浄化手段としてのＮＯx触
媒等のことである。

【００１１】ＨＣ吸着剤は、吸着剤温度がＨＣ脱離温度
に達するまでは炭化水素（ＨＣ）を吸着し、前記ＨＣ脱
離温度に達すると吸着したＨＣを脱離する性質を有する
ものであり、例えばゼオライトなどの多孔体で構成する
ことができ、さらにゼオライト等の担体に酸化触媒等の
触媒を坦持して構成することも可能である。

【００１２】ＮＯx触媒は、選択還元型ＮＯx触媒や吸蔵
還元型ＮＯx触媒を例示することができる。ここで、選
択還元型ＮＯx触媒とは、酸素過剰の雰囲気で炭化水素
の存在下でＮＯxを還元または分解する触媒をいい、ゼ
オライトにＣｕ等の遷移金属をイオン交換して担持した
触媒、ゼオライトまたはアルミナに貴金属を担持した触
媒、等が含まれる。

【００１３】また、吸蔵還元型ＮＯx触媒は、流入排気
ガスの空燃比がリーンのときはＮＯxを吸収し、流入排
気ガス中の酸素濃度が低下すると吸収したＮＯxを放出
しＮ₂に還元する触媒であり、例えばアルミナを担体と
し、この担体上に例えばカリウムＫ、ナトリウムＮａ、
リチウムＬｉ、セシウムＣｓのようなアルカリ金属、バ
リウムＢａ、カルシウムＣａのようなアルカリ土類、ラ
ンタンＬａ、イットリウムＹのような希土類から選ばれ
た少なくとも一つと、白金Ｐｔのような貴金属とを担持
して構成することができる。

【００１４】本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機
関においては、前記吸気通路の吸気を昇圧する過給機
と、前記過給機により昇圧された吸気を前記燃焼用空気
として導入する空気供給路と、を備えることができる。
このようにすると、排気ガスの圧力が高いときにも、燃
焼ガスヒータの燃焼ガスを排気通路に導入することが可
能になる。

【００１５】その場合には、前記空気供給路との接続個
所よりも下流の前記吸気通路と前記燃焼ガス排出通路と
を、燃焼ガスを排気通路と吸気通路のいずれに導入する
か選択的に切り換え可能な燃焼ガス経路切換手段を介し
て接続することができる。このようにすると、燃焼ガス
経路切換手段により燃焼ガスの経路を切り換えることが
でき、その切り換えによって燃焼ガスを吸気通路に導入
して吸気系の機関関連要素を昇温したり、燃焼ガスを排
気通路に導入して排気系の機関関連要素を昇温したりす
ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る燃焼式ヒータ
を有する内燃機関の一実施の形態について図１から図３
の図面を参照して説明する。

【００１７】内燃機関としてのエンジン１は、ディーゼ
ルエンジンまたはガソリン直噴リーンバーンエンジンで
ある。エンジン１は、図１にその全体構造を概略示すよ
うに、機関冷却水を含む図示しないウォータジャケット
を備えたエンジン本体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、この吸気装置５を経て前記気筒に送られる空気と
気筒内に噴射供給される機関燃料とからなる混合気が燃
焼室で燃焼後、気筒から出る排気ガスを大気中に放出す
る排気装置７と、排気装置７から吸気装置５に向けて排
気ガスを再循環させることで窒素酸化物の発生を抑制す
る排気再循環装置としてのＥＧＲ装置８と、エンジン１
とは別に燃料を燃焼しその時に発生する燃焼ガスの熱に
より機関関連要素を昇温する燃焼式ヒータ９１と、エン
ジン搭載車輌の室内温度を高める車室内暖房装置である
ヒータコア１０と、エンジン全体を制御するエンジン制
御装置であるＥＣＵ１１とを有する。

【００１８】前記吸気装置５は、外気をろ過するエアク
リーナ１３を始端としエンジン本体３の図示しない吸気
ポートを終端とする吸気通路１４を有する。吸気通路１
４には、前記エアクリーナ１３と前記吸気ポートとの間
に、ターボチャージャ（過給機）１５のコンプレッサ１
５ａ，コンプレッサ１５ａを作動した場合に生ずる圧縮
熱により昇温した吸気温を冷却するインタークーラ１
９，吸入分岐管であるインテークマニホールド２２を順
次配置してある。また、インタークーラ１９とインテー
クマニホールド２２との間には吸気通路１４を流れる吸
気の量を制御する吸気絞り弁５１を設置してある。吸気
通路１４のうちインタークーラ１９と吸気絞り弁５１と
の間には、前記燃焼式ヒータ９１を取り付けてある。

【００１９】前記排気装置７は、エンジン本体３の図示
しない排気ポートを始端とし図示しないマフラを終端と
する排気通路４２を有する。排気通路４２には、前記排
気ポートと前記マフラとの間に、排気分岐管であるエキ
ゾーストマニホールド２８，ターボチャージャ１５のタ
ービン１５ｂ，排気ガス浄化装置であるＨＣ吸着剤３８
及び触媒コンバータ３９を順次配置してある。

【００２０】ＨＣ吸着剤３８は、吸着剤温度がＨＣ脱離
温度に達するまでは炭化水素（ＨＣ）を吸着し、前記Ｈ
Ｃ脱離温度に達すると吸着したＨＣを脱離する性質を有
するものであり、例えばゼオライトなどの多孔体で構成
することができる。尚、ＨＣ脱離温度はＨＣ吸着剤３８
の構成によって異なる。触媒コンバータ３９には、選択
還元型ＮＯx触媒あるいは吸蔵還元型ＮＯx触媒などのＮ
Ｏx触媒が収容されている。

【００２１】前記ＥＧＲ装置８は、吸気通路１４と排気
通路４２とを結びエンジン本体３をバイパスするととも
に排気ポートから出た排気ガスを吸気側に向けて戻すＥ
ＧＲ通路８１と、ＥＧＲ通路８１を流れる排気ガスの量
を制御するＥＧＲ弁３０とを有する。

【００２２】前記燃焼式ヒータ９１は、エンジン１で用
いる燃料と同じ燃料を燃焼して発生する燃焼ガスを吸気
通路１４に導入することで、燃焼ガスが有する熱を利用
して吸気装置５を流れる吸気を昇温することができるヒ
ータである。燃焼式ヒータ９１によって昇温された吸気
は、燃焼ガスを含んだ状態で前記気筒に向けて吸気通路
１４を流れる。

【００２３】また、燃焼式ヒータ９１は、前記燃焼ガス
が有する熱で機関冷却水を暖めるようになっており、暖
められた機関冷却水は、ヒータコア１０やエンジン本体
３等の昇温の必要な箇所に送られ、当該昇温必要箇所の
温度を高める（図面ではヒータコア１０とエンジン本体
３のみ昇温必要箇所として示す。）。そして、前記昇温
必要箇所に燃焼式ヒータ９１で暖めた機関冷却水を送れ
るように、エンジン１には熱媒体循環路Ｗを設けてあ
る。

【００２４】この熱媒体循環路Ｗは、エンジン本体３と
燃焼式ヒータ９１とを結びエンジン本体３のウォータジ
ャケットから燃焼式ヒータ９１に機関冷却水を導く冷却
水導入路Ｗ1と、燃焼式ヒータ９１で暖められた機関冷
却水をヒータコア１０に導く冷却水排出路Ｗ2と、ヒー
タコア１０から出てきた機関冷却水をエンジン本体３の
ウォータジャケットに戻す冷却水排出路Ｗ3とを有す
る。また、冷却水導入路Ｗ1には電動ウォータポンプ５
０を設けてあり、図示しないエンジン内蔵のウォータポ
ンプによる冷却水の循環に加え、この電動ウォータポン
プ５０が作動することによって前記熱媒体循環路Ｗ内を
機関冷却水が循環することが促進される。

【００２５】ここで、燃焼式ヒータ９１の具体的な構成
について、図１〜図３を参照しながら説明する。燃焼式
ヒータ９１は、その内部に、前記冷却水導入路Ｗ1と前
記冷却水排出路Ｗ2とに連通して熱媒体循環路Ｗの一部
となっているヒータ内部冷却水通路３７を有する。

【００２６】ヒータ内部冷却水通路３７は、前記冷却水
導入路Ｗ1と接続する冷却水導入口３７ａと、前記冷却
水排出路Ｗ2と接続する冷却水排出口３７ｂとを有す
る。また、ヒータ内部冷却水通路３７は、燃焼式ヒータ
９１の燃焼室４８の周りを巡回するように形成してあ
る。

【００２７】前記燃焼室４８は、火炎Ｆを発生させる燃
焼源としての燃焼筒４０と、燃焼筒４０を覆うことで火
炎Ｆが外部に漏れないようにするカップ形状の隔壁４１
とからなる。燃焼筒４０を隔壁４１で覆うことにより、
燃焼室４８が隔壁４１内に画される。そして、前記隔壁
４１も燃焼式ヒータ９１の外壁４３で覆われている。

【００２８】また、隔壁４１と外壁４３との間には、環
状の隙間を設けてあり、この隙間が前記ヒータ内部冷却
水通路３７として機能する。このヒータ内部冷却水通路
３７内を機関冷却水が流れる間に、機関冷却水は燃焼室
４８から受熱する。つまり機関冷却水は、燃焼室４８内
の高熱な燃焼ガスとの間で熱交換をして昇温する。

【００２９】さらに、燃焼室４８は、燃焼室４８に対し
て空気の出入りを行う空気流通口を有する。すなわち燃
焼室４８は、空気流通口として、燃焼室４８に燃焼用空
気を入れる空気供給口６２と、燃焼ガスを燃焼室４８か
ら排出する燃焼ガス排出口６３，６５とを有する。そし
て、空気供給口６２は、燃焼室４８において火炎Ｆが燃
焼筒４０から出る側と反対側に位置し、燃焼ガス排出口
６３は、燃焼室４８において燃焼筒４０の基端部近傍に
設けてある。

【００３０】また、燃焼ガス排出口６５は、火炎Ｆが燃
焼筒４０から出る側にあって、火炎Ｆに対向して隔壁４
１および外壁４３に連通して設けてある。燃焼ガス排出
口６３と６５とは燃焼式ヒータ９１の長手方向に並行に
延びる連結管７４を介して連結されている。そして、こ
れら空気供給口６２および燃焼ガス排出口６３，６５
は、いずれも吸気通路１４に通じている。すなわち、空
気供給口６２は、吸気通路１４から燃焼式ヒータ９１に
燃焼用空気を供給する空気供給管（空気供給路）７１を
介して吸気通路１４と通じており、燃焼ガス排出口６
３，６５は、連結管７４、及び、燃焼ガスを燃焼式ヒー
タ９１から吸気通路１４に排出する燃焼ガス排出管７３
を介して、吸気通路１４と通じている。

【００３１】なお、空気供給管７１と吸気通路１４との
接続箇所Ｃ１と、燃焼ガス排出管７３と吸気通路１４と
の接続箇所Ｃ２とは近接しており、接続箇所Ｃ２の方が
Ｃ１よりも下流にある。また、接続箇所Ｃ１およびＣ２
は共に前記吸気絞り弁５１よりも上流でかつインターク
ーラ１９よりも下流に位置する。

【００３２】前記燃焼ガス排出管７３は、前記燃焼ガス
排出口６５を開閉制御する弁装置７８を備えており、弁
装置７８を介して燃焼式ヒータ９１と接続されている。
弁装置７８は、その内部に燃焼ガス排出口６５を開閉す
る弁体８０を有する弁室７９を有している。弁室７９は
二つの開口７９ａ，７９ｂを有し、これらの開口７９
ａ，７９ｂは、それぞれ燃焼ガス排出口６５，燃焼ガス
排出管７３と連通している。

【００３３】弁装置７８は、弁体８０を駆動するアクチ
ュエータ８２を有する。このアクチュエータ８２によっ
て弁体８０が作動すると、開口７９ａが開閉され、これ
によって燃焼ガス排出口６５が開閉する。

【００３４】また、燃焼ガス排出管７３の途中には三つ
のポート（第１，第２，第３ポート）を有する三方切換
弁（燃焼ガス経路切換手段）８６が取り付けられてい
る。三方切換弁８６の第１ポートは弁装置７８に連なる
燃焼ガス排出管７３に接続され、第２ポートは吸気通路
１４に連なる燃焼ガス排出管７３に接続され、第３ポー
トはエンジン本体３をバイパスする（即ち、エンジン本
体３の気筒をバイパスする）分岐管８４に接続されてお
り、分岐管８４は、ＨＣ吸着剤３８と触媒コンバータ３
９の間の排気通路４２（接続個所Ｃ3）に接続されてい
る。

【００３５】三方切換弁８６は、燃焼ガスを吸気通路１
４に向けて流すか、または分岐管８４に向けて流すかを
選択的に切り替える切換え弁である。三方切換弁８６の
作動によって、燃焼ガスを吸気通路１４または排気通路
４２のいずれに導入するかが決定される。

【００３６】一方、前記燃焼筒４０には、図１に示すよ
うに燃焼筒４０に外部から燃料を導入する燃料導入通路
８８を接続してある。燃料導入通路８８は燃料ポンプ８
９と接続してあり、燃料ポンプ８９のポンプ圧を受けて
燃料導入通路８８から燃焼筒４０に燃料が吐出する。さ
らに、燃焼筒４０は、燃料導入通路８８によって供給さ
れた燃料に着火するグロープラグ（図示せず）を有す
る。

【００３７】また、燃焼式ヒータ９１の前記外壁４３に
は、燃焼筒４０のうち火炎Ｆの出る側と反対側に、駆動
源としてのモータ９２を有する送風用の回転ファン９０
を内包したハウジング９３を取付けてある。

【００３８】ハウジング９３は、外部から空気を取り入
れるための空気取入口９５を有し、この空気取入口９５
に前記空気供給管７１を接続してある。また、ハウジン
グ９３は、その内部空間Ｓが前記空気供給口６２と通じ
ている。よって、空気供給口６２は、内部空間Ｓを介し
て間接的に空気供給管７１に接続されている。

【００３９】そして、モータ９２により回転ファン９０
を回転すると、空気供給管７１を経由して前記吸気通路
１４からハウジング９３内に空気が導入される。このハ
ウジング９３に導かれた空気は、前記内部空間Ｓを経
て、前記空気供給口６２から燃焼筒４０に燃焼用空気と
して供給される。そして、この燃焼用空気によって燃料
を燃焼した後の燃焼ガスは、その後、燃焼式ヒータ９１
から燃焼ガス排出管７３を経由して、前記のごとく吸気
通路１４または排気通路４２に導入される。吸気通路１
４または排気通路４２に導入される燃焼ガスの量、即ち
燃焼筒４０に導入される空気の量は、前記回転ファン９
０のファン回転数によって決まる。すなわち、ファン回
転数が多いほど風量が多くなり、ファン回転数に比例し
た量の空気が燃焼筒４０に導入され、燃焼後に燃焼ガス
となって燃焼式ヒータ９１から排出される。回転ファン
９０の回転数は、ＥＣＵ１１によりモータ９２を制御す
ることで決まる。

【００４０】前記ＥＣＵ１１は、双方向性バスによって
相互に接続された、中央処理制御装置ＣＰＵ、読み出し
専用メモリＲＯＭ、ランダムアクセスメモリＲＡＭ、入
力インタフェース回路、出力インタフェース回路等から
構成されている。そして、前記入力インタフェース回路
には各種のセンサが電気配線を介して接続され、前記出
力インタフェース回路には、ＥＧＲ弁３０，電動ウォー
タポンプ５０，燃焼筒４０のグロープラグ，弁装置７
８，三方切換弁８６，燃料ポンプ８９，モータ９２等が
電気配線を介して接続されている。

【００４１】前記入力インタフェース回路に接続される
センサとしては、吸気通路１４に取り付けられるエアフ
ローメータ，触媒コンバータ３９に取り付けられる触媒
温度センサ、ウォータジャケットに含まれる冷却水の温
度を検出する水温センサ，アクセルペダルもしくはアク
セルペダルと連動して動作するアクセルレバー等に取り
付けられたアクセルポジションセンサ、イグニッション
スイッチ、スタータスイッチ等を例示できる。これらセ
ンサは、検出した検出値に相当する電気信号を出力して
ＥＣＵ１１に送る。なお、例示したこれらの各種センサ
は図示を省略してある。

【００４２】ＥＣＵ１１は、前記した各種センサの出力
信号値に基づいてエンジン１の運転状態を判定する。そ
して、その判定結果に基づいて燃料噴射制御等を行うと
ともに、燃焼式ヒータ９１の制御を行う。

【００４３】このように構成された燃焼式ヒータ９１で
は、エンジン始動時には、エンジン１の始動直後に、図
３に示すように、弁装置７８の作動によって弁体８０を
開いて、開口７９ａを開き、これにより燃焼ガス排出口
６５を開通し、さらに、三方切換弁８６を制御して吸気
通路１４側を閉鎖し分岐管８４を開通する。

【００４４】そして、モータ９２により回転ファン９０
が回転し吸気通路１４内を流れる吸気の一部を空気供給
管７１を介して燃焼式ヒータ９１の燃焼筒４０へ供給す
る。また、前記燃料ポンプ８９が燃料タンク（図示せ
ず）内の燃料を吸い上げてこの燃料を燃料導入通路８８
から燃焼筒４０へ供給する。

【００４５】続いて、燃焼筒４０のグロープラグに通電
され、回転ファン９０によって燃焼筒４０に供給された
吸気と燃料導入通路８８から燃焼筒４０に供給された燃
料とからなる混合気が、前記グロープラグによって着火
され、燃焼筒４０内で火炎Ｆを生じて燃焼が開始する。

【００４６】この燃焼により生じた高温の燃焼ガスは、
回転ファン９０が回転することにより生ずる気流によっ
て燃焼室４８を燃焼ガス排出口６５へ向けて流れる。そ
して、燃焼ガスの大部分は、燃焼ガス排出口６５を通
り、さらに弁装置７８の前記開口７９ａを経由して燃焼
ガス排出管７３へ排出される（図３の実線矢印ａ4参
照）。

【００４７】ここで、燃焼ガス排出口６３を経由して流
れる燃焼ガスは機関冷却水との熱交換により冷却される
が、燃焼ガス排出口６５を経由して流れる燃焼ガスは機
関冷却水との熱交換が殆ど行われない。このため、燃焼
ガス排出口６５から排出された燃焼ガスは、燃焼ガス排
出口６３から排出された燃焼ガスに比べてかなり高温で
ある。

【００４８】そして、前記燃焼ガス排出口６５経由で燃
焼ガス排出管７３に排出された高温の燃焼ガスは三方切
換弁８６に至る。三方切換弁８６では吸気通路１４側が
閉鎖され分岐管８４側が開通しているので、燃焼ガスは
分岐管８４へ流れて触媒コンバータ３９の上流の接続個
所Ｃ3から排気通路４２へ出る（図１において破線矢印
参照）。なお、この実施の形態では、燃焼ガス排出管７
３のうち弁装置７８と三方切換弁８６とを接続する部分
と分岐管８４は、燃焼ガス排出通路を構成する。

【００４９】排気通路４２の接続個所Ｃ3に排出された
燃焼式ヒータ９１の燃焼ガスは、ここでエンジン本体３
から排出され排気通路４２を流れてきた排気ガスと混ざ
り、結果的に排気ガスを昇温して、排気ガスとともに触
媒コンバータ３９に流入してこれを昇温する。

【００５０】したがって、燃焼ガス排出口６５から排出
された高温の燃焼ガスを排気通路４２における触媒コン
バータ３９の上流の接続箇所Ｃ3へ供給することによ
り、触媒コンバータ３９を早期に暖機することができ
る。

【００５１】ところで、エンジン１の始動直後はエンジ
ン本体３から排出される排気ガスの温度が低く、触媒コ
ンバータ３９も触媒活性温度に達していないが、この時
には排気ガス中に含まれるＨＣはＨＣ吸着剤３８に吸着
されるので、ＨＣ濃度の低い排気ガスとして大気に排出
することができる。

【００５２】そして、エンジン１の始動からの時間経過
とともに排気ガス温度は上昇していくが、ＨＣ吸着剤３
８がＨＣ脱離温度（例えば１８０゜Ｃ）に達するまで
は、ＨＣ吸着剤３８によるＨＣの吸着が続く。

【００５３】そして、排気ガス温度の上昇に伴ってＨＣ
吸着剤３８の温度が上昇し、ＨＣ吸着剤３８の温度が前
記ＨＣ脱離温度に達すると、吸着されていたＨＣがＨＣ
吸着剤３８から脱離する。このときには、既に、燃焼式
ヒータ９１の燃焼ガスにより触媒コンバータ３９の暖機
が完了しており、触媒コンバータ３９は触媒活性温度に
達しているので、ＨＣ吸着剤３８から脱離したＨＣは触
媒コンバータ３９において燃焼したりＮＯxの還元に供
されることになる。

【００５４】したがって、燃焼式ヒータ９１の燃焼ガス
をＨＣ吸着剤３８と触媒コンバータ３９の間に導入する
ことによって、触媒コンバータ３９の暖機中も暖機後も
排気ガスのＨＣエミッションが悪化することがなく、き
れいな排気ガスを大気に排出することができる。

【００５５】ここで、エンジン１の運転中には触媒コン
バータ３９の上流の排気通路４２内の排気ガス圧力が高
くなるが、燃焼式ヒータ９１の燃焼用空気をターボチャ
ージャ１５のコンプレッサ１５ａの下流から吸入してい
る結果、ターボチャージャ１５の過給圧を利用して燃焼
式ヒータ９１の燃焼ガス圧力を接続個所Ｃ3における排
気通路４２内の排気ガス圧力よりも高くできるので、エ
ンジン１の運転中も燃焼式ヒータ９１の燃焼ガスを触媒
コンバータ３９の上流の排気通路４２へ排出することが
できる。また、ターボチャージャ１５による過給時にも
燃焼式ヒータ９１の燃焼筒４０内に排気ガスの逆流が発
生せず、逆火による失火を防止することができる。

【００５６】また、燃焼式ヒータ９１から排出される燃
焼ガスは、ターボチャージャ１５のタービン１５ｂの下
流であってＨＣ吸着剤３８と触媒コンバータ３９の間の
排気通路４２に流れ出ることから、ターボチャージャ１
５及びエキゾーストマニホールド２８、ＨＣ吸着剤３８
等を流れず、これらにおいて冷却されることがないの
で、冷却されない分だけ高温な燃焼ガスを触媒コンバー
タ３９の加熱に利用でき、触媒暖機を効率的に行うこと
ができる。

【００５７】さらに、燃焼式ヒータ９１から排出される
燃焼ガスは、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５
ａ及びインタークーラ１９を流れないので、これらの熱
害も防止することができる。

【００５８】また、エンジン１を始動する前に触媒コン
バータ３９を活性温度まで昇温する、所謂触媒コンバー
タ３９のプレヒートを実行する場合にも、前述したエン
ジン１の始動時における触媒コンバータ３９の暖機と同
様に、弁装置７８の作動によって弁体８０を開いて燃焼
ガス排出口６５を開通し、三方切換弁８６の吸気通路１
４側を閉鎖して分岐管８４を開通し、燃焼式ヒータ９１
の燃焼ガスをＨＣ吸着剤３８と触媒コンバータ３９の間
に導入することにより、実行することができる。

【００５９】次に、エンジン１の作動時で車室暖房用ヒ
ータを働かせる場合等のように通常の使用時には、図２
に示すように、前記弁装置７８の作動によって弁体８０
を閉じて、燃焼ガス排出口６５を閉鎖し、さらに三方切
換弁８６を制御して分岐管８４を閉鎖し吸気通路１４側
を開通する。

【００６０】そして、回転ファン９０を回転することに
より、吸気通路１４を流れる吸気の一部を空気供給管７
１を介して燃焼式ヒータ９１の燃焼筒４０へ導入する。
また、前記燃料ポンプ８９を作動して燃料を燃料導入通
路８８から燃焼筒４０へ吐出する。更に電動ウォータポ
ンプ５０を作動することでエンジン１のウォータジャケ
ット内の機関冷却水を燃焼式ヒータ９１のヒータ内部冷
却水通路３７へ圧送する。

【００６１】続いて、燃焼筒４０のグロープラグに通電
され、回転ファン９０によって燃焼筒４０に供給された
吸気と燃料導入通路８８から燃焼筒４０に供給された燃
料とからなる混合気が、前記グロープラグによって着火
され、燃焼筒４０内で火炎Ｆを生じて燃焼が開始する。

【００６２】燃焼によって生じた高温の燃焼ガスは、回
転ファン９０が回転することで生ずる気流によって燃焼
室４８を燃焼ガス排出口６３へ向けて流れ、さらに連結
管７４を通って燃焼ガス排出管７３に排出される（図２
の実線矢印ａ3参照）。

【００６３】一方、機関内蔵のウォータポンプや電動ウ
ォータポンプ５０により、前記ウォータジャケットから
冷却水導入路Ｗ1を経由して燃焼式ヒータ９１のヒータ
内部冷却水通路３７に圧送された機関冷却水は、ヒータ
内部冷却水通路３７を前記隔壁４１の外面全体に亘って
巡回するようにして流れ、その間に燃焼ガスの熱を吸収
して上昇する。換言すれば、ヒータ内部冷却水通路３７
の全域で機関冷却水と燃焼ガスとの間で熱交換が為され
る。

【００６４】そして、前記燃焼ガスの熱を吸収した機関
冷却水は、ヒータ内部冷却水通路３７から冷却水排出路
Ｗ2を通ってヒータコア１０に導入され、ヒータコア１
０から出た機関冷却水は冷却水排出路Ｗ3に排出され、
エンジン本体３のウォータジャケットに戻る（図２の破
線矢印、及び図１の破線参照）。なお、前記ヒータコア
１０では、機関冷却水が持つ熱の一部が暖房用空気との
間で熱交換され、暖房用空気が昇温する。この結果、車
輌室内に温風が出る。

【００６５】以上のようにして、燃焼式ヒータ９１で暖
められて高熱になった機関冷却水が、エンジン本体３の
ウォータジャケットやヒータコア１０へ流れ、その結
果、内燃機関の暖機促進や始動性の向上、ヒータコア１
０の性能等が向上する。

【００６６】また、燃焼ガス排出管７３に排出された燃
焼ガスは、三方切換弁８６を通って吸気通路１４へ戻さ
れ、燃焼式ヒータ９１に導入されなかった吸気とともに
エンジン本体３の燃焼室に供給され、図示しない燃料噴
射弁から噴射される燃料と混合気を形成して燃焼に供さ
れる（図１において実線矢印参照）。その際、エンジン
本体３の燃焼室には、燃焼式ヒータ９１において冷却水
との熱交換が行われて温度が低くなった燃焼ガスが供給
されるため、高温の吸気を長時間吸入することによるエ
ンジン１の熱害が防止される。さらに、ＣＯ₂濃度が比
較的に高い燃焼ガスをエンジン本体３の燃焼室へ少量供
給することにより、エンジン本体３の燃焼室における燃
焼により発生するＮＯx量を効率的に低減することがで
きる。また、燃焼式ヒータ９１から排出される燃焼ガス
をエンジン本体３の燃焼室で再燃焼することになり、そ
の上、エンジン本体３の燃焼室から排出される排気ガス
は触媒コンバータ３９で浄化されるので、燃焼式ヒータ
９１から排出される燃焼ガスを浄化してから外気に放出
することができる。

【００６７】さらに、燃焼式ヒータ９１から排出される
燃焼ガスは、インタークーラ１９の下流の吸気通路１４
に流れ出ることから、ターボチャージャ１５のコンプレ
ッサ１５ａ及びインタークーラ１９には流れ込まないの
で、これらの熱害も防止される。

【００６８】次に、触媒コンバータ３９の暖機促進時
や、触媒コンバータ３９をＳＯx被毒やＳＯＦ被毒から
回復させる処理（以下、これを被毒回復処理と称す）を
行う時や、触媒コンバータ３９に対する還元処理時等に
おいて、触媒コンバータ３９を昇温させる必要が生じた
場合には、図３に示すように、弁装置７８の作動によっ
て弁体８０が開口７９ａを開き、これにより燃焼ガス排
出口６５を開通し、さらに、三方切換弁８６を制御して
吸気通路１４側を閉鎖する。

【００６９】そして、モータ９２により回転ファン９０
を回転し吸気通路１４内を流れる吸気の一部を燃焼式ヒ
ータ９１の燃焼筒４０へ供給する。また、前記燃料ポン
プ８９を作動して燃料を燃料導入通路８８から燃焼筒４
０へ供給する。

【００７０】続いて、燃焼筒４０のグロープラグに通電
され、回転ファン９０によって燃焼筒４０に供給された
吸気と燃料導入通路８８から燃焼筒４０内に供給された
燃料とからなる混合気が、前記グロープラグによって着
火され燃焼筒４０内で燃焼される。

【００７１】この燃焼により生じた高温の燃焼ガスは、
回転ファン９０が回転することにより生ずる気流によっ
て燃焼室４８を燃焼ガス排出口６５へ向けて流れる。そ
して、燃焼ガスの大部分は、燃焼ガス排出口６５を通
り、さらに弁装置７８の前記開口７９ａを経由して燃焼
ガス排出管７３へ排出される（図３の実線矢印ａ4参
照）。

【００７２】燃焼ガス排出口６５を経由して流れる燃焼
ガスは機関冷却水との熱交換が殆ど行われないので、燃
焼ガス排出口６３から排出される燃焼ガスに比べてかな
り高温である。

【００７３】そして、この高温の燃焼ガスは三方切換弁
８６に至り、三方切換弁８６では吸気通路１４側が閉鎖
され分岐管８４側が開通しているので、分岐管８４へ流
れて触媒コンバータ３９の上流の接続個所Ｃ3から排気
通路４２へ出る（図１において破線矢印参照）。

【００７４】排気通路４２の接続個所Ｃ3に排出された
燃焼式ヒータ９１の燃焼ガスは、ここでエンジン本体３
から排出され排気通路４２を流れてきた排気ガスと混ざ
り、結果的に排気ガスを昇温して、排気ガスとともに触
媒コンバータ３９に流入してこれを昇温する。

【００７５】したがって、燃焼ガス排出口６５から排出
された高温の燃焼ガスを排気通路４２における触媒コン
バータ３９の上流の接続箇所Ｃ3へ供給することによ
り、触媒コンバータ３９を早期に且つ高温に昇温するこ
とができる。

【００７６】ここで、エンジン１の運転中には触媒コン
バータ３９の上流の排気通路４２内の排気ガス圧力が高
くなるが、燃焼式ヒータ９１の燃焼用空気をターボチャ
ージャ１５のコンプレッサ１５ａの下流から吸入してい
る結果、ターボチャージャ１５の過給圧を利用して燃焼
式ヒータ９１の燃焼ガス圧力を接続個所Ｃ3における排
気通路４２内の排気ガス圧力よりも高くできるので、エ
ンジン１の運転中も燃焼式ヒータ９１の燃焼ガスを触媒
コンバータ３９の上流の排気通路４２へ排出することが
できる。また、ターボチャージャ１５による過給時にも
燃焼式ヒータ９１の燃焼筒４０内に排気ガスの逆流が発
生せず、逆火による失火を防止することができる。

【００７７】また、燃焼式ヒータ９１から排出される燃
焼ガスは、ターボチャージャ１５のタービン１５ｂの下
流であってＨＣ吸着剤３８と触媒コンバータ３９の間の
排気通路４２に流れ出ることから、ターボチャージャ１
５及びエキゾーストマニホールド２８、ＨＣ吸着剤３８
等を流れず、これらにおいて冷却されることがないの
で、冷却されない分だけ高温な燃焼ガスを触媒コンバー
タ３９の加熱に利用でき、触媒温度の高温化を効率的に
行うことができる。

【００７８】さらに、燃焼式ヒータ９１から排出される
燃焼ガスは、ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５
ａ及びインタークーラ１９を流れないので、これらの熱
害も防止することができる。

【００７９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る燃焼
式ヒータを有する内燃機関によれば、燃焼式ヒータの燃
焼ガスをＨＣ吸着剤とＮＯx触媒との間に導入すること
ができるので、触媒暖機中においても触媒暖機後におい
ても、排気ガスのＨＣエミッションの悪化を防止するこ
とができ、ＨＣ濃度の低い排気ガスとして排出すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る燃焼式ヒータを有する内燃機関の
一実施の形態の概略構成図

【図２】燃焼式ヒータの作動状態を示す断面図

【図３】燃焼式ヒータの別の作動状態を示す断面図

【符号の説明】

１…エンジン（内燃機関） ３…エンジン本体 ５…吸気装置 ７…排気装置 ８…ＥＧＲ装置 １０…ヒータコア １１…ＥＣＵ １３…エアクリーナ １４…吸気通路 １５…ターボチャージャ １５ａ…コンプレッサ １５ｂ…タービン １９…インタークーラ ２２…インテークマニホールド ２８…エキゾーストマニホールド ３０…ＥＧＲ弁 ３７…ヒータ内部冷却水通 ３７ａ…冷却水導入口 ３７ｂ…冷却水排出口 ３８…ＨＣ吸着剤 ３９…触媒コンバータ（ＮＯx触媒） ４０…燃焼筒 ４１…隔壁 ４２…排気通路 ４３…外壁 ４８…燃焼室 ５０…電動ウォータポンプ ５１…吸気絞り弁 ６２…空気供給口 ６３…燃焼ガス排出口 ６５…燃焼ガス排出口 ７１…空気供給管（空気供給路） ７３…燃焼ガス排出管（燃焼ガス排出通路） ７４…連結管 ７８…弁装置 ７９…弁室 ８０…弁体 ８１…ＥＧＲ通路 ８２…アクチュエータ ８４…分岐管（燃焼ガス排出通路） ８６…三方切換弁（燃焼ガス経路切換手段） ８８…燃料導入通路 ８９…燃料ポンプ ９０…回転ファン ９１…燃焼式ヒータ ９２…モータ ９３…ハウジング ９５…空気取入口 Ｃ１…空気供給管７１と吸気通路１４との接続箇所 Ｃ２…燃焼ガス排出管７３と吸気通路１４との接続箇所 Ｃ３…排気通路１４と分岐管８４との接続個所 Ｆ…火炎 Ｓ…ハウジング９３の内部空間 Ｗ…熱媒体循環路 Ｗ1…冷却水導入通路 Ｗ2…冷却水排出路 Ｗ3…冷却水排出路

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｆ０２Ｍ 31/06 Ｆ０２Ｍ 31/06 Ｚ Ｆターム(参考） 3G091 AA02 AA10 AA11 AA12 AA18 AA24 AA28 AB05 AB06 AB10 BA03 BA11 BA14 BA15 CA02 CA13 CB07 CB08 DA01 DA02 DA03 DA05 DB10 EA05 EA07 EA16 EA26 FA02 FA04 FB02 FB07 FB10 FC04 FC05 FC07 GA20 GB01W GB01X GB02W GB03W GB04W GB05W GB06W GB09X GB10X GB16X HB03 HB05 HB06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気通路から燃焼用空気を導
   入して燃料と混合し、その混合気を燃焼室で燃焼して生
   じた燃焼ガスが持つ熱を利用して機関関連要素を昇温す
   る燃焼式ヒータを有する内燃機関において、 内燃機関の排気通路に設けられたＨＣ吸着剤と、 前記ＨＣ吸着剤よりも下流の前記排気通路に設けられた
   ＮＯx触媒と、 内燃機関の気筒を迂回して前記燃焼ガスを前記ＨＣ吸着
   剤と前記ＮＯx触媒との間に導入する燃焼ガス排出通路
   と、 を備えたことを特徴とする燃焼式ヒータを有する内燃機
   関。
2. 【請求項２】 前記吸気通路の吸気を昇圧する過給機
   と、前記過給機により昇圧された吸気を前記燃焼用空気
   として導入する空気供給路と、を備えたことを特徴とす
   る請求項１に記載の燃焼式ヒータを有する内燃機関。
3. 【請求項３】 前記空気供給路との接続個所よりも下流
   の前記吸気通路と前記燃焼ガス排出通路が、燃焼ガスを
   排気通路と吸気通路のいずれに導入するか選択的に切り
   換え可能な燃焼ガス経路切換手段を介して接続されてい
   ることを特徴とする請求項２に記載の燃焼式ヒータを有
   する内燃機関。