JPH08296437A - ディーゼル機関のヒータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は排気還流装置を備えるディーゼル機
関を熱源とするディーゼル機関のヒータ制御装置に関
し、冷間・軽負荷時に高いヒータ能力を有する装置を、
設計上の自由度を損なうことなく、安価に実現すること
を目的とする。 【構成】 ディーゼル機関１０の吸気通路１２と排気通
路１４とを排気還流通路１６で連通する。排気還流通路
１６の導通状態を制御するＥＧＲ弁１８を設ける。ディ
ーゼル機関１０の冷却水通路中にヒータコア５６を配設
する。ディーゼル機関１０の軽負荷時にヒータスイッチ
３６がオンとされた場合、冷却水温が比較的低い領域ま
で排気ガスの還流を行う領域とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼル機関のヒー
タ制御装置に係り、特に、排気還流装置を備えるディー
ゼル機関を搭載する車両のヒータ制御を行う装置として
好適な、ディーゼル機関のヒータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば実開平６−３２１１８
号公報に開示される如く、排気還流装置を備えるディー
ゼル機関において、排気還流通路と、ディーゼル機関の
冷却水通路とを並設して、冷間時におけるヒータ能力の
向上を図った装置が知られている。

【０００３】車載用のヒータ装置は、車載される内燃機
関を主たる熱源として車室内を暖房する。従って、冷間
時に十分な暖房能力を得るためには、内燃機関が多量の
熱量を発することが望ましい。ディーゼル機関は、アイ
ドル領域等の軸出力の小さい領域ではガソリン機関に比
して発熱量が少ない。このため、ディーゼル機関を搭載
する車両においては、冷間時の軽負荷運転中にヒータ能
力が不足する事態が生じ易い。特に、ディーゼル機関
は、ワンボックス車のように車室容積の大きな車種に搭
載されることが多いため、冷間・軽負荷運転中に高いヒ
ータ能力を確保することは極めて重要である。

【０００４】ディーゼル機関においては、排気ガスの一
部を吸気側に還流させて排気エミッションを改善する排
気還流装置が広く用いられている。この際、上記従来の
装置の如く、排気還流通路をディーゼル機関の冷却水通
路に並設して設けると、排気ガスが還流される過程で、
排気ガスとディーゼル機関の冷却水との間で熱交換が行
われるため、ディーゼル機関が発生する熱量を効率良く
冷却水に伝達することができる。

【０００５】ディーゼル機関における排気ガスの還流
は、通常、冷却水温が６０℃程度に昇温した後に行われ
る。ディーゼル機関が低温である場合に排気ガスの還流
を行うと、燃料中の硫黄Ｓと排気ガス中の不活性成分と
が反応し、シリンダ、ピストン等の磨耗を促進する硫酸
が生成される可能性があるからである。これに対して上
記公報記載の装置は、排気ガスの還流を行わない領域で
ヒータ装置が作動する場合には、排気還流通路を介して
排気ガスの一部を排出することにより、排気還流通路内
に排気ガスを流通させることとしている。

【０００６】かかる構成によれば、排気ガスを吸気側に
還流させる領域において、高い効率でディーゼル機関が
発生した熱量を冷却水に伝達することができると共に、
排気ガスを還流させない領域においても、ヒータ装置の
作動時には、高い効率でディーゼル機関が発生した熱両
を冷却水に伝達することができる。このため、上記公報
記載の装置によれば、ディーゼル機関が発する熱量が少
量となる状況下でも、比較的高いヒータ能力を確保する
ことができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置においては、排気還流通路とディーゼル機関の冷却水
通路とを並設することが必要である。この場合、それら
両通路に関する設計上の自由度が大きく損なわれる。こ
の意味で、上記従来の装置は、ディーゼル機関の車両へ
の搭載性、組み付け性等を損なう可能性を有しているこ
とになる。

【０００８】また、ディーゼル機関を熱源として車室内
を暖房するヒータ装置の能力を高める機構としては、電
力を利用して暖房能力の向上を図るＰＴＣヒータや、デ
ィーゼル機関の排気抵抗を高めて、より多くの燃料を噴
射させることにより発熱量の増加を図る排気絞り等が公
知であるが、これらは何れも高価である。

【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、ディーゼル機関等の車両搭載性、組み付け性等
を損なうことなく、かつ、安価に実現し得るディーゼル
機関のヒータ制御装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、排気ガス
還流装置を備えるディーゼル機関を熱源とするディーゼ
ル機関のヒータ制御装置において、軽負荷時には、ヒー
タ要求に応じて排気ガスの還流制御を行うディーゼル機
関のヒータ制御装置により達成される。

【００１１】

【作用】本発明において、ヒータ制御装置のヒータ能力
は、ディーゼル機関が発生する熱量が、高い熱交換率で
車室内に導かれるほど向上する。ディーゼル機関が発生
する熱量は、冷却装置、またはヒータ制御装置を介して
大気中に放出される他、排気ガスを媒体として大気中に
放出される。

【００１２】ディーゼル機関には、ガソリン機関におけ
るスロットルバルブの如く、吸入空気量を規制する吸気
絞りが存在しないため、ディーゼル機関の運転状態は燃
料噴射量のみで制御される。このため、ディーゼル機関
の軽負荷時には、空燃比が極めて燃料リーンとなり、多
量の酸素を含む排気ガスが排出される。従って、ディー
ゼル機関の軽負荷時には、多量の排気ガスを吸気側に還
流させ、排気ガスのボリュームを大きく低減させること
が可能である。

【００１３】本発明においては、ディーゼル機関が発生
する熱量が少量となる軽負荷時にヒータ要求が生ずる
と、多量の排気ガスを吸気側に還流することで、排気ガ
スボリュームの低減が図られる。この場合、排気ガスを
媒体として大気中に放出される熱量が低減し、ディーゼ
ル機関が発生する熱量が、効率良くヒータ制御装置に導
かれることになる。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例であるディーゼル
機関のヒータ制御装置の全体構成図を示す。図１におい
てディーゼル機関１０は、多気筒式の内燃機関であり、
その内部に複数の気筒を備えている。ディーゼル機関１
０の各気筒の吸気ポートには吸気通路１２が連通してい
る。また、ディーゼル機関１０の各排気ポートには排気
通路１４が連通している。

【００１５】吸気通路１２と排気通路１４とは、排気還
流通路１６によって連通されている。排気還流通路１６
には、その導通状態を制御する排気還流弁（ＥＧＲ弁）
１８が設けられている。ＥＧＲ弁１８は、ダイヤフラム
式の負圧駆動弁であり、負圧室１８ａに供給される負圧
に応じた開度を実現する。

【００１６】ＥＧＲ弁１８の負圧室１８ａには、バキュ
ームダンパ２０を介して電磁弁２２が連通している。ま
た、電磁弁２２には、ディーゼル機関１０の運転中に適
当な負圧を発生するバキュームポンプ２４が連通してい
る。電磁弁２２は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）２６に
よって開閉駆動することができる。かかる構成によれ
ば、ディーゼル機関１０の運転中に電磁弁２２を適当に
制御することにより、ＥＧＲ弁１８の開度を適当に制御
することができる。

【００１７】ＥＣＵ２６は、ディーゼル機関１０の運転
状態に応じた適当な量の排気ガスが、排気還流通路１６
を介して排気通路１４から吸気通路１２へ還流されるよ
うに、電磁弁２２の制御を行う。本実施例においては、
ディーゼル機関１０の運転状態を検出するため、吸気通
路１２内の圧力を検出する吸気圧センサ２８、ディーゼ
ル機関１０の冷却水温を検出する水温センサ３０、機関
回転数ＮＥを検出するＮＥセンサ３２、アクセル開度を
検出するアクセル開度センサ３４、及びヒータブロア
（図示せず）のオン・オフを操作するヒータスイッチ３
６が、ＥＣＵ２６に接続されている。

【００１８】本実施例において、ディーゼル機関１０に
は、そのシリンダヘッド内部、及びシリンダブロック内
部に、冷却水循環用のウォータジャケット（図示せず）
が設けられている。上述した水温センサ３０は、ウォー
タジャケット内の冷却水温を検出すべく、ディーゼル機
関１０のシリンダブロックに組み込まれている。

【００１９】ディーゼル機関１０が備えるウォータジャ
ケットのインレット側には、ウォータポンプ３８の冷却
水吐出口が連通している。ウォータポンプ３８は、ディ
ーゼル機関１０の出力トルクの一部を駆動源として作動
するポンプであり、ディーゼル機関１０の運転中は、所
定流量の冷却水をウォータジャケットに向けて吐出す
る。

【００２０】ウォータジャケットのアウトレット側に
は、ディーゼル機関１０の冷却水通路４０が連通してい
る。冷却水通路４０は、主冷却水通路４２とヒータ通路
４４とに分岐している。主冷却水通路４２は、更にラジ
エタ通路４６とバイパス通路４８とに分岐している。

【００２１】ラジエタ通路４６は、ウォータジャケット
内で加熱された冷却水をラジエタ５０に導くと共に、ラ
ジエタ５０内で冷却された冷却水をサーモスタット５２
の第１インレット５２ａに導く通路である。また、バイ
パス通路４８は、ウォータジャケットから流出した冷却
水を、ラジエタ５０をバイパスしてサーモスタット５２
の第２インレット５２ｂへ導く通路である。

【００２２】サーモスタット５２は、ウォータポンプ３
８の冷却水流入口に連通するアウトレット５２ｃと、第
１インレット５２ａおよび第２インレット５２ｂとを適
当な比率で連通させる切り換え弁である。すなわち、サ
ーモスタット５２は、内部を流通する冷却水が高温であ
るほど主として第１インレット５２ａを、冷却水が低温
であるほど主として第２インレット５２ｂを、アウトレ
ット５２ｃに導通させる。このため、ディーゼル機関１
０のウォータジャケットから流出した冷却水が高温であ
る場合は、流出した冷却水が主としてラジエタ５０を流
通し、一方、その冷却水が高温である場合は、主として
バイパス通路４８内を冷却水が流通する。

【００２３】かかる構成によれば、ディーゼル機関１０
の冷間始動直後等は、ほとんどの冷却水がラジエタ５０
をバイパスして流通することになり、ディーゼル機関１
０の早期暖気が実現される。また、ディーゼル機関１０
が十分な暖気状態に達した後は、ほとんどの冷却水がラ
ジエタ５０を流通することになり、その結果、高い冷却
能力が確保される。

【００２４】ヒータ通路４０には、ヒータ通路４０の導
通状態を制御するウォータバルブ５４が設けられてい
る。ウォータバルブ５４は、ヒータブロアと連動して作
動する切り換え弁であり、ヒータスイッチ３６がオンで
ある場合、すなわち、ヒータ制御装置を作動させるべき
要求が生じている場合は開弁状態となり、一方、ヒータ
スイッチ３６がオフの場合、すなわち、ヒータ制御装置
を作動させるべき要求が生じていない場合は閉弁状態と
なる。

【００２５】ヒータ通路４４は、車室内に供給する空気
の過熱器として機能するヒータコア５６に冷却水を導く
と共に、ヒータコア５６から流出した冷却水をウォータ
ポンプ３８の冷却水流入口に循環させる通路である。こ
のため、ヒータ制御装置に作動要求が生じていない場合
は、ヒータ通路４４はその途中で遮断された状態とな
る。この場合、ディーゼル機関１０から流出した高温の
冷却水は、ヒータコア５６に供給されることなく循環さ
れる。一方、ヒータ制御装置に作動要求が生ずると、ウ
ォータバルブ５４が開弁し、高温の冷却水が、ラジエタ
５０と共にヒータコア５６に導かれる状態となる。

【００２６】図２は、ディーゼル機関１０が備える排気
還流装置の機能を説明すべく、ディーゼル機関１０、排
気還流通路１６等を概念的に表した模式図を示す。ディ
ーゼル機関１０の運転中は、吸気通路１２からディーゼ
ル機関１０に対して酸素Ｏ_{2I N} を含む空気が供給され
る。ディーゼル機関１０には、ガソリン機関におけるス
ロットルバルブの如き吸気絞りが存在しないことから、
吸気通路１２の内圧は、この際ほぼ大気圧に維持され
る。

【００２７】ディーゼル機関１０に供給された空気は、
同様にディーゼル機関１０内に供給された燃料Ｆと共に
燃焼し、酸素Ｏ_2OUTと二酸化炭素ＣＯ_2OUTとを含む排気
ガスとなって排気通路１４に排出される。この際、排気
通路１４の内圧は、排圧により上昇し、大気圧に比して
高圧となる。

【００２８】このように、ディーゼル機関１０の運転中
は、排気通路１４の内圧が吸気通路１２の内圧に比して
高圧となる。このため、図２に示す如く排気還流通路１
６が導通状態であると、排気通路１４に排出された排気
ガスの一部が、排気還流通路１６を介して吸気通路１２
へ還流されることになる。従って、図１に示す構成にお
いては、ＥＣＵ２６によって電磁弁２２を適当に制御す
ることにより、適当な流量の排気ガスを排気還流通路１
６を介して、排気通路１４から吸気通路１２へへ還流さ
せることができる。

【００２９】排気ガス中には、酸素Ｏ_2OUT、二酸化炭素
ＣＯ_2OUTの他、種々の未燃成分が含有されている。上記
の如く排気ガスを吸気通路１２に還流させた場合、それ
らの未燃成分の一部が、再度ディーゼル機関１０内で燃
焼に付されることになる。このため、かかる排気ガスの
還流を行った場合、ディーゼル機関１０の排気エミッシ
ョンを改善することができる。

【００３０】しかしながら、ディーゼル機関１０が十分
に暖機されていない状況下で排気ガスの還流を行った場
合、ディーゼル機関１０の燃焼室内に、燃料Ｆ中の硫黄
Ｓと排気ガス中の窒化酸化物ＮＯ，ＮＯ₂ との反応を促
すＨ₂ Ｏが残存し易くなり、燃焼室内で硫酸Ｈ₂ ＳＯ₄
が生成され易い状態となる。硫酸Ｈ₂ ＳＯ₄ は、ディー
ゼル機関１０のピストン、シリンダボア等の磨耗を促進
することから、その生成量は最小限に抑制することが望
ましい。かかる観点からすれば、排気ガスの還流は、デ
ィーゼル機関１０が十分に暖機された状況下でのみ実行
することが好ましいことになる。

【００３１】ところで、図１に示すヒータ制御装置にお
いて高いヒータ能力を得るためには、ヒータコア５６に
多量の熱量を導くことが必要である。ディーゼル機関１
０は、軽負荷時に少量の熱量しか発生しないため、本実
施例のヒータ制御装置において常に高いヒータ能力を得
るためには、ディーゼル機関１０が発生する熱量を高い
効率でヒータコア５６に導くことが必要となる。

【００３２】ディーゼル機関１０が発生する熱量は、ラ
ジエタ５０、ヒータコア５６を介して大気中に放出され
る他、排気ガスを媒体としても大気中に放出される。本
実施例においては、上述の如く、ディーゼル機関１０が
十分に暖機されるまではラジエタ５０に冷却水が導かれ
ることなない。このため、ヒータ能力が問題となる冷間
時においては、ヒータコア５６と排気ガスとが主な放熱
源となる。

【００３３】また、ディーゼル機関１０には、吸入空気
量を規制する吸気絞りが存在しないため、機関の軽負荷
時には、ガソリン機関に比して多量の排気ガスが排出さ
れる。従って、ディーゼル機関１０は、ヒータ能力が特
に問題となる冷間・軽負荷時において、熱量が排気ガス
に奪われ易い特性を有していることになる。

【００３４】これに対して、排気通路１４内の排気ガス
を吸気通路１２に還流させることとすれば、排気ガスを
媒体として大気中に放出されるはずの熱量が、吸気通路
１２から再びディーゼル機関１０に供給されることにな
り、排気ガスを媒体として排出される熱量を減らすこと
ができる。この場合、ディーゼル機関１０が発生した熱
量を高い効率で冷却水、すなわち、ヒータコア５６に伝
達することが可能となる。

【００３５】また、吸気絞りのないディーゼル機関１０
の運転状態は、燃料噴射量のみで制御されることから、
ディーゼル機関１０の軽負荷時における空燃比は極めて
リーンとなる。この場合、排気ガス中には、多量の酸素
Ｏ_2OUTが含まれることになる。従って、かかる状況下で
は、排気還流通路１６を介して還流される排気ガス中に
も、二酸化炭素ＣＯ_2Rに比して多量の酸素Ｏ_2Rが含まれ
ることになる。

【００３６】この場合、還流された排気ガスによってデ
ィーゼル機関１０の運転状態が緩慢になることがないた
め、多量の排気ガスを還流することが可能である。ま
た、そのように多量の排気ガスを還流させることとすれ
ば、排気通路１４から大気中に排出される排気ガスの量
が大幅に減少することになる。従って、本実施例のヒー
タ制御装置においては、ディーゼル機関１０の冷間・軽
負荷時に多量の排気ガスを還流することにより、極めて
高い効率で、ディーゼル機関１０で発生した熱量を冷却
水、すなわちヒータコア５４に導くことが可能となる。
この意味で、ヒータ制御装置において高いヒータ能力を
確保するためには、ディーゼル機関１０の暖機が不十分
な冷間時においても、排気ガスの還流の行うことが好ま
しいことになる。

【００３７】このため、本実施例のヒータ制御装置にお
いては、ディーゼル機関１０が十分な暖機状態にある場
合に加え、ディーゼル機関１０の暖機が不十分であって
も、ヒータ能力が要求されている場合には、大きな弊害
が生じない範囲で排気ガスの還流を行うこととした。

【００３８】図３は、かかる機能を実現すべくＥＣＵ２
６が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示
す。本ルーチンにおいては、先ずステップ１００におい
て、ヒータスイッチ３６の状態を判別する。その結果、
ヒータスイッチ３６がオフ状態であれば、ステップ１０
２へ進み冷却水温Ｔｗが判定値ｔ₁ 以上であるかを判別
する。一方、上記ステップ１００においてヒータスイッ
チ３６がオン状態であると判別された場合は、以後ステ
ップ１０４へ進み、水温Ｔｗが判定値ｔ₂ 以上であるか
を判別する。

【００３９】上記ステップ１００においてヒータスイッ
チ３６がオフ状態と判別されるのは、車室内の暖房が要
求されていない場合である。従って、かかる状況下で
は、ヒータコア５６に多量の熱量を導く必要はない。こ
のため、ステップ１０２で用いる判定値ｔ₁ は、ディー
ゼル機関１０が十分な暖機状態にあるか否かを判別する
意味で６０℃程度に設定されている。尚、判定値ｔ
₁ は、排気ガスを還流しても、ディーゼル機関１０の内
部で硫酸Ｈ₂ ＳＯ₄ が生成されることのない温度として
設定された値である。

【００４０】上記ステップ１０２では、このように設定
した判定値ｔ₁ に対して、Ｔｗ≧ｔ ₁ なる判別を行う。
その結果、上記条件が成立する場合は、ディーゼル機関
１０の暖機が十分に終了していると判断し、以後ステッ
プ１０６で排気ガスの還流制御を行う。一方、Ｔｗ≧ｔ
₁ が不成立である場合は、ステップ１０８へ進み、排気
ガスの還流制御を禁止する。

【００４１】また、上記ステップ１００においてヒータ
スイッチ３６がオン状態と判別されるのは、車室内の暖
房が要求されている場合である。従って、かかる状況下
では、大きな弊害が生じない範囲で、積極的にヒータコ
ア５６に熱量を導くべきである。このため、ステップ１
０４で用いる判定値ｔ₂ は、ディーゼル機関１０におい
て不当に多量のＨ₂ ＳＯ₄ が生成されることがない限界
値として、ｔ₁ に比して低温の３０〜４０℃程度に設定
されている。

【００４２】ステップ１０４では、このように設定した
判定値ｔ₂ に対して、Ｔｗ≧ｔ₁ なる判別を行う。その
結果、上記条件が成立する場合は、高いヒータ能力を実
現すべく、以後ステップ１０６で排気ガスの還流制御を
行う。一方、Ｔｗ≧ｔ₁ が不成立である場合は、ディー
ゼル機関１０の耐久性確保を優先して、以後ステップ１
０８へ進み、排気ガスの還流制御を禁止する。

【００４３】ＥＣＵ２６が上記の制御ルーチンを実行す
る場合、冷間・軽負荷時においても、車室内の暖房が要
求される状況下では、ディーゼル機関１０で生ずる熱量
が、高い効率の下にヒータコア５６に導かれ、ヒータ制
御装置に高いヒータ能力が付与される。一方、車室内の
暖房が要求されていない状況下では、不用に排気ガスの
還流が行われないため、ディーゼル機関１０の耐久性に
問題が生ずることもない。更に、本実施例のヒータ制御
装置は、排気還流通路１６とディーゼル機関１０の冷却
水の通路とを並設する必要がないため、設計上の自由度
が制限されることがない。このため、本実施例のヒータ
制御装置によれば、搭載性、組み付け性等を損なうこと
なく、安価に実現することができる。

【００４４】ところで、上記ルーチンにおいては、ヒー
タスイッチのオン・オフに応じて判定値ｔ₁ ，ｔ₂ を使
い分けることとしているが、その制御手法はかかる手法
に限定するものではなく、例えば、Ｔｗ≧ｔ₁ が成立す
る場合は無条件で排気ガスの還流を行い、ｔ₁ ＞Ｔｗ≧
ｔ₂ が成立する場合にヒータスイッチのオン・オフを判
別することとしてもよい。

【００４５】尚、本実施例においては、排気還流通路１
６、ＥＧＲ弁１８、電磁弁２２等が前記した排気ガス還
流装置を実現している。また、ヒータスイッチ３６のオ
ン・オフに基づいて、前記ヒータ要求を判断することと
している。

【００４６】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、ディーゼ
ル機関から発せられる熱量が少量となる軽負荷時には、
ヒータ要求の発生に応じて、ディーゼル機関から排出さ
れる排気ガスのボリュームを低減させることができる。
この場合、排気損失の低減に伴い、ディーゼル機関が発
生する熱量を、高い効率でヒータ制御装置に導くことが
可能となる。

【００４７】従って、本発明によれば、ディーゼル機関
を熱源としつつ、冷間・軽負荷時に高いヒータ能力を発
揮するヒータ制御装置を、排気還流通路とディーゼル機
関の冷却水通路とを並設する等の措置を講ずることな
く、安価に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるディーゼル機関のヒー
タ制御装置の全体構成図を示す。

【図２】本実施例のヒータ制御装置の排気還流通路の周
辺構成を表す概念図を示す。

【図３】本実施例において実行される制御ルーチンの一
例のフローチャートを示す。

【符号の説明】

１０ ディーゼル機関 １２ 吸気通路 １４ 排気通路 １６ 排気還流通路 １８ 排気還流弁（ＥＧＲ弁） ２２ 電磁弁 ２６ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） ３６ ヒータスイッチ ５６ ヒータコア

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガス還流装置を備えるディーゼル機
   関を熱源とするディーゼル機関のヒータ制御装置におい
   て、 軽負荷時には、ヒータ要求に応じて排気ガスの還流制御
   を行うことを特徴とするディーゼル機関のヒータ制御装
   置。