JP2000265911A - 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、燃
焼式ヒータの燃焼ガスが燃焼式ヒータ内を逆流しないよ
うにする。 【解決手段】 ターボチャージャ１５のコンプレッサ１
５ａで昇圧された吸気の一部を空気供給管７１を介して
燃焼式ヒータ９１に燃焼用空気として供給する。燃焼式
ヒータ９１から排出される燃焼ガスは、燃焼ガス排出管
７３及び分岐管８４を介して吸気通路１４あるいは触媒
コンバータ３９の上流の排気通路４２に排出する。燃焼
式ヒータ９１の回転ファン９０と燃焼室４８との間に逆
止弁９６を設ける。逆止弁９６は、回転ファン９０側か
ら燃焼室４８内へ向かってガス（燃焼用空気）が流れる
のを許容し、その逆の方向にガス（燃焼ガス）が流れる
のを阻止する。空気供給管７１が破断等して大気に連通
したときに逆止弁９６が閉じ、燃焼ガスが燃焼室４８か
ら回転ファン９０へ向かって流れるのを阻止する。

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。この公報に記載の内燃機関は過給機を備えていな
い。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、内燃機関が
過給機を備えている場合には、機関運転中に排気ガス圧
が高くなった時にも燃焼式ヒータの燃焼ガスを排気通路
に流せるように、前記過給機により昇圧された吸気を燃
焼式ヒータの燃焼用空気として導入することが考えられ
る。その場合には、新たに次のような問題が生じる虞れ
がある。

【０００６】燃焼式ヒータの燃焼ガスを排気通路に導入
している状態で過給機による過給が行われた場合に、不
測の事態により、吸気管から燃焼式ヒータへ吸気を燃焼
用空気として導入する空気導入管の途中が破断したり連
結部が外れたりしてそれら部分が大気開放状態になる
と、排気通路の排気ガス圧の方が高くなるので、燃焼式
ヒータ内においてその排気側から吸気側へ向かって燃焼
ガスの逆流が生じ、前記送風ファンの樹脂部品や配線等
が焼損して、使用不能になる虞れがある。

【０００７】また、機関暖機等を目的として、吸気通路
における燃焼用空気の取り出し口よりも下流の吸気通路
に、前記燃焼式ヒータの燃焼ガスを戻すこともあるが、
この場合にも、不測の事態により、前記空気導入管が破
損したり連結部が外れるなどすると、上述と同様の問題
が生じる虞れがある。

【０００８】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、吸気
通路から燃焼式ヒータの燃焼用空気を導入する空気導入
管の途中が破断したり連結部が外れるなどの不測の事態
が生じても、燃焼式ヒータの損傷にまで至らせないよう
にす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。

【０００９】

【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、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、内燃機関の気筒を迂
回して前記燃焼ガスを内燃機関の排気通路に導入する燃
焼ガス排出通路と、前記空気供給路と前記燃焼室との間
に設けられ前記空気供給路から導入された燃焼用空気を
前記燃焼室に導入するとともに前記燃焼室で生じた燃焼
ガスを前記燃焼ガス排出通路へ導入する送風手段と、前
記送風手段と前記燃焼室との間に設けられこの間のガス
の流通を許容及び阻止可能な連通遮断手段と、を備えた
ことを特徴とする。

【００１０】この内燃機関においては、通常は、前記連
通遮断手段はガス（燃焼用空気）が送風手段から燃焼室
へ向かって流通するのを許容するように作動し、これに
より、空気供給路から導入した燃焼用空気を燃焼室に導
入することができ、さらに、燃焼室で混合気を燃焼して
生じた燃焼ガスを燃焼ガス排出通路へ導入することがで
きる。

【００１１】そして、前記空気供給路の破損などの不測
の事態により燃焼式ヒータ内でガスの逆流が起こり得る
条件が満足したときに、前記連通遮断手段は送風手段と
燃焼室との間のガス（燃焼ガス）の流通を阻止するよう
に作動する。これにより、燃焼式ヒータ内を燃焼ガスが
燃焼室から送風手段へ向かって逆流するのを阻止するこ
とができる。

【００１２】機関関連要素とは、吸気、排気、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（Ｄ
ＰＦや触媒等）のことである。また、前記送風手段は電
動モータ駆動の回転ファンで構成することができる。

【００１３】前記連通遮断手段は、前記送風手段から前
記燃焼室へ向かってガスが流通するのを許容し、燃焼室
から送風手段へ向かってガスが流通するのを阻止する逆
止弁で構成することができる。あるいは、送風手段の出
口の圧力と燃焼室内の圧力のいずれの圧力の方が大きい
かを検出する圧力検出手段と、送風手段と燃焼室との間
のガスの通路を開閉する開閉弁とから連通遮断手段を構
成し、前記圧力検出手段により送風手段の出口の圧力の
方が燃焼室内の圧力よりも大きいと判定されたときに前
記開閉弁を閉じるように制御してもよい。

【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。

【００１５】

【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。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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触媒コンバータ
３９を順次配置してある。触媒コンバータ３９に収容さ
れる触媒としては、選択還元型ＮＯx触媒、吸蔵還元型
ＮＯx触媒、あるいは酸化触媒を坦持したＤＰＦ等を例
示することができる。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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、排気通路４２における触媒コンバー
タ３９の上流側近傍の接続個所Ｃ3に接続されている。

【００３３】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。

【００３４】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。

【００３５】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（送
風手段）９０を内包したハウジング９３を取付けてあ
る。

【００３６】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。ハウジング９３
内には回転ファン９０を間に挟んで上流側の内部空間Ｓ
と下流側の空気通路９４が形成されており、この空気通
路９４が空気供給口６２に連通している。

【００３７】空気通路９４には、該空気通路９４内を内
部空間Ｓから燃焼筒４０へ向かってガスが流れるのを許
容し該空気通路９４内を燃焼筒４０から内部空間Ｓへ向
かってガスが流れるのを阻止する逆止弁（連通遮断手
段）９６を設けてある。この逆止弁９６の開弁圧は所定
値に設定されており、空気通路９４内において逆止弁９
６よりも上流側の空気圧力（換言すれば、回転ファン９
０の下流の空気圧力）が逆止弁９６よりも下流側の燃焼
ガス圧力（換言すれば、燃焼筒４０内の燃焼ガス圧力）
よりも所定値以上になると逆止弁９６が開弁して、燃焼
用空気が空気通路９４を内部空間Ｓから燃焼筒４０へ向
かって流れるようになっている。また、逆止弁９６より
も上流側の空気圧力と逆止弁９６よりも下流側の燃焼ガ
ス圧力との差圧が前記開弁圧に満たないときには、逆止
弁９６は閉弁する。

【００３８】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内の内部空間Ｓに空気が導入さ
れるとともに、内部空間Ｓの空気が空気通路９４に圧送
されて逆止弁９６を開弁し逆止弁９６を通って空気供給
口６２から燃焼筒４０内に燃焼用空気として供給され
る。

【００３９】そして、燃焼筒４０内に供給された燃焼用
空気と燃料は混合気を形成し、燃焼筒４０内で燃焼して
燃焼ガスとなる。この燃焼ガスは、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１４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９０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，回転ファン駆動
用のモータ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。

【００４４】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空気供
給管７１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。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。

【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】燃焼によって生じた高温の燃焼ガスは、回
転ファン９０が回転することにより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）。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】また、燃焼ガス排出管７３に排出された燃
焼ガスが三方切換弁８６に至ると、三方切換弁８６では
分岐管８４側が閉鎖され吸気通路１４側が開通している
ので、燃焼ガスは吸気絞り弁５１の上流の接続個所Ｃ2
から吸気通路１４へ戻される。そして、吸気通路１４に
戻された燃焼ガスは、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）。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】ところで、上述のように燃焼式ヒータ９１
の燃焼ガスを燃焼ガス排出管７３を介して接続個所Ｃ2
の吸気通路１４に戻しているときに、不測の事態が生じ
て、空気供給管７１の途中が破れたり、あるいは空気供
給管７１と吸気通路１４との連結部分や空気供給管７１
と燃焼式ヒータ９１の空気取入口９５との連結部分が外
れるなどして、結果的に燃焼式ヒータ９１の空気取入口
９５が大気に連通する状態になると、燃焼ガス排出管７
３が吸気通路１４に連通していることから、ターボチャ
ージャ１５のタービン１５ａによって昇圧された吸気の
圧力が、燃焼ガス排出管７３，三方切換弁８６，連結管
７４，燃焼室４８を介して燃焼筒４０内に伝達され、さ
らに空気供給口６２を介して空気通路９４における逆止
弁９６の下流側に伝達されるため、前記不測の事態が発
生した直後に空気通路９４内における逆止弁９６の下流
側の圧力が急激に増大する。一方、空気通路９４内にお
ける逆止弁９６の上流側は内部空間Ｓを介して空気取入
口９５に連通しているので、空気通路９４内における逆
止弁９６の上流側の圧力は、前記不測の事態の発生直後
にほぼ大気圧になる。その結果、例え回転ファン９０が
回転していても、空気通路９４内において逆止弁９６の
下流側のガス圧力の方が逆止弁９６の上流側のガス圧力
よりも大きくなる。そして、この圧力変化の過程におい
て、逆止弁９６の上流側のガス圧力と下流側のガス圧力
との差圧（正確に言えば、逆止弁９６の下流側のガス圧
力に対する上流側のガス圧力の相対圧力）が逆止弁９６
の前記開弁圧よりも小さくなるので、その時点で直ちに
逆止弁９６は閉弁する。

【００５４】したがって、吸気通路１４内の高圧の吸気
が接続個所Ｃ2から燃焼ガス排出管７３に逆流するのを
阻止することができ、さらに前記吸気が三方切換弁８
６，連結管７４，燃焼室４８，燃焼筒４０に逆流するの
を阻止することができ、燃焼室４８内の高温の燃焼ガス
が燃焼筒４０，空気取入口６２，空気通路９４を通って
内部空間Ｓに逆流するのを阻止することができる。その
結果、回転ファン９０の構成部材の焼損を防止すること
ができ、また、モータ９２に接続されている配線等の電
気部品の焼損を防止することができる。

【００５５】逆止弁９６を設けていない場合には、前述
のような不測の事態が生じたときに、吸気通路１４から
高圧の吸気が燃焼ガス排出管７３を通って燃焼式ヒータ
９１の燃焼室４８に逆流し、その結果、燃焼室４８の高
温の燃焼ガスが空気通路９４を通って内部空間Ｓ内に逆
流し、回転ファン９０の樹脂製構成部材を焼損したり、
モータ９２の配線等を焼損する虞れがあった。しかしな
がら、この実施の形態の内燃機関では逆止弁９６を設け
たことにより、これらを未然に防止することができ、フ
ェールセーフに極めて優れたものとなる。

【００５６】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側を閉鎖し分岐管８４を開通する。

【００５７】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。

【００５８】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。

【００５９】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）。

【００６０】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。

【００６１】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が三方切
換弁８６に至ると、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
７３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。

【００６２】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。

【００６３】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。

【００６４】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。

【００６５】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
流であって触媒コンバータ３９の上流の排気通路４２に
流れ出ることから、ターボチャージャ１５及びエキゾー
ストマニホールド２８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
性の向上と、触媒温度の高温化を効率的に行うことがで
きる。

【００６６】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。

【００６７】ところで、上述のように燃焼式ヒータ９１
の燃焼ガスを燃焼ガス排出管７３，分岐管８４を介して
接続個所Ｃ3の排気通路４２に戻しているときに、不測
の事態が生じて、空気供給管７１の途中が破れたり、あ
るいは空気供給管７１と吸気通路１４との連結部分や空
気供給管７１と燃焼式ヒータ９１の空気取入口９５との
連結部分が外れるなどして、結果的に燃焼式ヒータ９１
の空気取入口９５が大気に連通する状態になると、分岐
管８４が排気通路４２に連通していることから、排気通
路４２内の排気ガス圧力が、分岐管８４，三方切換弁８
６，燃焼ガス排出管７３，弁室７９，燃焼ガス排出口６
５，燃焼室４８を介して燃焼筒４０内に伝達され、さら
に空気供給口６２を介して空気通路９４における逆止弁
９６の下流側に伝達される。特に、ターボチャージャ１
５の過給圧を高くして運転しているときには排気通路４
２内の排気ガス圧力も高くなるため、前記不測の事態が
発生した直後に空気通路９４内における逆止弁９６の下
流側の圧力が急激に増大する。一方、空気通路９４内に
おける逆止弁９６の上流側は内部空間Ｓを介して空気取
入口９５に連通しているので、空気通路９４内における
逆止弁９６の上流側の圧力は、前記不測の事態の発生直
後にほぼ大気圧になる。その結果、例え回転ファン９０
が回転していても、空気通路９４内において逆止弁９６
の下流側のガス圧力の方が逆止弁９６の上流側のガス圧
力よりも大きくなる。そして、この圧力変化の過程にお
いて、逆止弁９６の上流側のガス圧力と下流側のガス圧
力との差圧（正確に言えば、逆止弁９６の下流側のガス
圧力に対する上流側のガス圧力の相対圧力）が逆止弁９
６の前記開弁圧よりも小さくなるので、その時点で直ち
に逆止弁９６は閉弁する。

【００６８】したがって、排気通路４２内の高圧の排気
ガスが接続個所Ｃ3から分岐管８４に逆流するのを阻止
することができ、さらに前記排気ガスが、三方切換弁８
６，燃焼ガス排出管７３，燃焼ガス排出口６５，燃焼室
４８，燃焼筒４０に逆流するのを阻止することができ、
燃焼室４８内の高温の燃焼ガスが燃焼筒４０，空気取入
口６２，空気通路９４を通って内部空間Ｓに逆流するの
を阻止することができる。その結果、回転ファン９０の
樹脂製構成部材の焼損を防止することができ、また、モ
ータ９２に接続されている配線等の電気部品の焼損を防
止することができる。

【００６９】逆止弁９６を設けていない場合には、前述
のような不測の事態が生じたときに、排気通路４２から
高圧の排気ガスが分岐管８４，燃焼ガス排出管７３を通
って燃焼式ヒータ９１の燃焼室４８に逆流し、その結
果、燃焼室４８の高温の燃焼ガスが空気通路９４を通っ
て内部空間Ｓ内に逆流し、回転ファン９０の構成部材を
焼損したり、モータ９２の配線等を焼損する虞れがあっ
た。しかしながら、この実施の形態の内燃機関では逆止
弁９６を設けたことにより、これらを未然に防止するこ
とができ、フェールセーフに極めて優れたものとなる。

【００７０】

【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、過給機の作動中
に、燃焼式ヒータへ燃焼用空気を導入する空気供給路が
破断するなどの不測の事態が生じても、燃焼式ヒータの
高温の燃焼ガスが燃焼式ヒータの燃焼室から送風手段に
逆流するのを防止することができ、その結果、送風手段
等の焼損を未然に防止することができる。

【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 ３９…触媒コンバータ 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（送風手段） ９１…燃焼式ヒータ ９２…モータ ９３…ハウジング ９４…空気通路 ９５…空気取入口 ９６…逆止弁（連通遮断手段） 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

Claims (2)

【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、 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、 内燃機関の気筒を迂回して前記燃焼ガスを内燃機関の排
   気通路に導入する燃焼ガス排出通路と、 前記空気供給路と前記燃焼室との間に設けられ前記空気
   供給路から導入された燃焼用空気を前記燃焼室に導入す
   るとともに前記燃焼室で生じた燃焼ガスを前記燃焼ガス
   排出通路へ導入する送風手段と、 前記送風手段と前記燃焼室との間に設けられこの間のガ
   スの流通を許容及び阻止可能な連通遮断手段と、 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１に記載の燃焼式ヒータを有
   する内燃機関。