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設有燃燒加熱器的內燃機的製作方法

2023-09-21 07:18:35 3

專利名稱:設有燃燒加熱器的內燃機的製作方法
本申請是第98120983.1號發明專利申請的分案申請。
本發明一般涉及一種設有能將有關元件升溫的升溫裝置的內燃機,更具體點說,涉及一種設有燃燒加熱器的內燃機。
例如,日本專利申請公報62-75069號曾公開一種能提高內燃機起動性能的技術,它能在冷天促使發動機升溫,辦法是利用裝在內燃機進氣通路上的燃燒加熱器發出的燃燒熱使發動機冷卻水升溫。
按照該專利申請公報,燃燒加熱器通過進氣管道和排氣管道而被連在進氣通路上。燃燒所需空氣通過進氣管道從進氣通路供入,而燒過的己燃氣體則通過排氣管道排放到進氣通路上。
最後從燃燒加熱器發出的高熱的燃燒氣體通過進氣通路來到內燃機體內使水套內的發動機冷卻水升溫。另外,沿著進氣通路在進氣管道連接點和排氣管道連接點之間設有切換閥可用來開啟和關閉進氣通路。在內燃機開動前,這個切換閥完全關閉,而在開動後片刻,這個閥半關(半開)或全開,這樣來控制通過進氣管道供應到燃燒加熱器的燃燒空氣數量。這個控制的目的是要促使內燃機升溫並提高其起動性能。
順便說一下,在這樣構造的現有技術中,可以考慮將增壓器的壓縮機裝在進氣通路上的進氣管道連接點和排氣管道連接點之間。但在這種情況下,由於壓縮機阻礙進入空氣的流動,因此會在進氣通路的上遊側和下遊側之間以壓縮機作為一道界線造成壓力差,即在上遊側的壓力大於下遊側的壓力。因此在連接到進氣通路的上遊的進氣管道和連接到進氣通路的下遊的排氣管道之間會產生壓力差。於是由於通過進氣管道和排氣管道而連接到進氣通路上的燃燒加熱器體內的上述壓力差,會發生過大的空氣流動,從而燃燒加熱器的點燃性能有可能被降低。這種情況如同打火機和火柴那樣,當遇到強風時很難把火點燃。同樣道理,當空氣在燃燒加熱器體內的流速過高時,燃燒加熱器很難把火點燃,或者即使把火點著,也很容易被熄滅。
另外如上所述,在將壓縮機裝在進氣通路上的進氣管道連接點和排氣管道連接點之間而開動壓縮機時,以壓縮機為分界線,由於增壓的原故,在壓縮機下遊側附近的壓力即在排氣管道連接點側的壓力將大於在壓縮機上遊側附近的壓力即在吸氣管道連接點側的壓力。因此會產生吸入空氣從排氣管道回到進氣管道的回流,在通過進氣管道和排氣管道與進氣通路連接的燃燒加熱器體內也是如此。如果產生回流就會發生回火現象,這意味著燃燒加熱器的火焰被導回到進氣管道內,雖然這個偶然的火焰也有可能在燃燒加熱器內發生,但應該認為內燃機未能從燃燒加熱器得到充分數量的熱。
在這情況下,本發明的主要目的是要提供一種設有燃燒加熱器的內燃機,該內燃機須能穩定地點燃設在進氣通路上的燃燒加熱器,即使在進氣通路上裝有增壓器時也是如此,並能防止吸入空氣在進氣通路內的回流,即使當增壓器開動時也是如此。
為了完成上述目的,按照本發明設有燃燒加熱器的內燃機採用下列構造。
按照本發明的第一方案,提供一種設有燃燒加熱器的內燃機,它包括一個燃燒室體,一條用來將燃燒所需空氣供給所說燃燒室體的空氣供應通路,一條用來將燃料供給燃燒室體的燃料供應通路,一個用來點燃通過燃料供應通路供應到燃燒室體內的燃料的點燃裝置,和一條用來將由點燃裝置點燃的燃燒室體內燃料燃燒所發出的已燃氣體排放到燃燒室體外的已燃氣體排放通路;當內燃機處在預定的運轉狀態時,燃燒加熱器運作,並提升發動機有關元件的溫度。燃燒加熱器通過空氣供應通路、燃燒室體和已燃氣體排放通路被連接到內燃機的進氣通路的旁路上。有一增壓器被裝在進氣通路上的空氣供應通路連接點和已燃氣體排放通路連接點之間以外的一個部分中。
「內燃機的預定的運轉狀態」指的是在冷卻時或極其冷卻時的某些狀態,這是在內燃機起動後的運轉中,由於例如燃料消耗不多,因而放熱不多時發生的。
另外,「內燃機的預定的運轉狀態」指的是冷卻水接受熱量不多時的某些狀態和在發動機剛起動後冷卻水的溫度甚至低到正常溫度時的狀態。正常溫度可以是高於15℃的溫度。冷卻時的溫度為-10℃到15℃,極其冷卻時的溫度低於-10℃。
「發動機有關元件」指發動機本身,其中燃燒加熱器的已燃氣體的熱被吸收到發動機的冷卻水和吸入空氣中。
增壓器包括一個增壓器,其驅動力為內燃機曲軸的旋轉力,和一個渦輪增壓器,其驅動力為在採用排氣渦輪時排氣渦輪的旋轉力。更具體點說,它是一個壓縮機,該壓縮機是這些增壓器中每一個的一個組成部分。
在按照本發明的具有燃燒加熱器的內燃機中,燃燒加熱器通過空氣供應通路、燃燒室體及其組成部分即燃燒氣體排放通路被連接到進氣通路的旁路上。而增壓器被裝在進氣通路上的在空氣供應通路連接點和已燃氣體排放通路連接點之間以外的部分中。因此沿著進氣通路,在空氣供應通路連接點和已燃氣體排放通路連接點之間並不存在增壓器。於是,在分別連接到進氣通路上的空氣供應通路和已燃氣體排放通路之間絕對不會產生過大的壓力。結果,在通過空氣供應通路和已燃氣體排放通路連接到進氣通路上的燃燒加熱器體內也就絕對不會發生過高的空氣速度。因此強烈到足以使燃燒加熱器不能點燃的狂風不會在燃燒室體內產生,從而燃燒加熱器能可靠地被點燃。
另外,由於增壓器並不裝在進氣通路上的空氣供應通路連接點和已燃氣體排放連接點之間,增壓器不會在兩個連接點之間的部分上工作。因此,在進氣通路和已燃氣體排放通路之間的連接點一側的壓力不會比在進氣通路和空氣供應通路之間的連接點一側的壓力高,兩側的壓力基本上是相等的。因此,不會在通過空氣供應通路和已燃氣體排放通路連到進氣通路的燃燒加熱器體中產生回流。因此絕不會出現燃燒加熱器的火焰相對於空氣供應通路而向回引導的回火現象。結果內燃機就能從燃燒加熱器得到足夠的熱量,而不會在燃燒加熱器內引起任何意外的火焰。
另外,通過已燃氣體排放通路流到進氣通路內的燃燒加熱器的已燃氣體在與新鮮燃氣混合後被引導到內燃機的氣缸內。這時已燃氣體在氣缸內作為內燃機的燃燒空氣重新燃燒。然後,重燃氣體從內燃機的排氣口流出並來到內燃機的排氣通路上,此時重燃氣體被一通常設在排氣通路上的排氣催化劑淨化。
注意燃燒加熱器的空氣供應通路和已燃氣體排放通路並不直接向大氣敞開,因此能有減少噪聲的效果。
按照本發明的第二方案在根據本發明第一方案的具有燃燒加熱器的內燃機中,燃燒加熱器被設置在吸氣通路上的增壓器安裝位置的上遊。
在這種情況下,由於燃燒加熱器在增壓器的上遊,因此作為燃燒加熱器構成部分的空氣供應通路和已燃氣體排放通路也都位在增壓器的上遊。於是,即使在增壓器開動時在進氣通路上增壓器安裝位置下遊側的部分上發生吸氣壓力的上升,這個壓力上升量不會對進氣通路和空氣供應通路之間的連接點及進氣通路和已燃氣體排放通路的連接點產生影響,因此不會在燃燒加熱器內引起回流。另外,由於在氣缸內產生的進氣脈衝能被增壓器衰減,衰減後的進氣脈衝被傳播到燃燒加熱器已燃氣體排放通路和空氣供應通路上,從而不論在已燃氣體排放通路內還是在空氣供應通路內由於進氣脈衝而引起的壓力波動都可被減少。因此,燃燒加熱器能維持一個良好的燃燒狀態。
按照本發明的第三方案,在根據本發明第一方案的具有燃燒加熱器的內燃機中,燃燒加熱器被設置在吸氣通路上增壓器的安裝位置的下遊。
由於燃燒加熱器被設置在增壓器的下遊,因此作為燃燒加熱器的構成部分的空氣供應通路和已燃氣體排放通路也都位在增壓器的下遊。但在該情況下,當增壓器開動時,在進氣通路上增壓器安裝位置下遊側的進氣壓力將會上升。不過這個壓力增加量被均勻地作用在進氣通路上空氣供應通路的連接點和已燃氣體排放通路的連接點上。因此,在進氣通路上已燃氣體排放通路連接點的壓力不會高過空氣供應通路連接點的壓力,因此在這兩個連接點之間不會造成過大的壓力差。所以在該情況下在燃燒加熱器內同樣不會出現回流。
按照本發明第四方案,在根據本發明第二方案的具有燃燒加熱器的內燃機中,有一吸入空氣冷卻器可用來冷卻在進氣通路內由於增壓器的增壓而保有熱量的吸入空氣,吸入空氣冷卻器可裝在進氣通路的在空氣供應通路連接點和已燃氣體排放通路連接點之間以外的一個部分上。這裡,「吸入空氣冷卻器」可為一中間冷卻器。如同增壓器所遇到的情況,如果將中間冷卻器裝在吸氣通路上,那麼由於吸氣通路上有了這個吸氣障礙物,吸入空氣將受到阻礙。因此以中間冷卻器為分界線,在其上遊側和在其下遊側將出現壓力差。
所以將用來冷卻在進氣通路內由於增壓器的增壓而持有熱量的吸入空氣的吸入空氣冷卻器裝在進氣通路的在空氣供應通路連接點和已燃氣體排放通路連接點之間以外的一個部分上。這樣在進氣通路上在空氣供應連接點和已燃氣體排放連接點之間就沒有吸入空氣冷卻器。因此,在分別連接到進氣通路上的空氣供應通路和已燃氣體排放通路之間就不會有過大的壓力差。從而,在通過空氣供應通路和已燃氣體排放通路而連接到吸氣通路上的燃燒加熱器體內不會有過高的空氣速度。因此在燃燒室體內不可能產生足夠使燃燒加熱器不能被點燃的強風。
另外,如果中間冷卻器被採用作為吸入空氣冷卻器,一般情況該中間冷卻器通常屬於增壓器而不再被認為一種特殊設備,這樣做可減少費用。
按照本發明第五方案,在根據本發明第三方案的具有燃燒加熱器的內燃機中,有一吸入空氣冷卻器可用來冷卻在進氣通路內由於增壓器的增壓而持有熱量的吸入空氣,吸入空氣冷卻器可裝在吸氣通路的在空氣供應通路連接點和已燃氣體排放通路連接點之間以外的一個部分上。
按照本發明的第六方案,在根據本發明第五方案的具有燃燒加熱器的內燃機中,吸入空氣冷卻器可設在進氣通路上比已燃氣體排放通路連接點更上遊的地方。
在這情況下,從已燃氣體排放通路出來流往進氣通路的已燃氣體並沒有被吸入空氣冷卻器冷卻。因此,溫度比較高的已燃氣體能被引到內燃機內,致使內燃機的升溫特性提高。
按照本發明第七方案,在根據本發明第五方案的具有燃燒加熱器的內燃機中,吸入空氣冷卻器可被設置在所說吸氣通路上比已燃氣體排放通路連接點更下遊的地方。
在該情況下,已燃氣體被吸入空氣冷卻器冷卻,因此對吸氣系統結構不會發生由於吸入空氣溫度的過分高升而帶來的嚴重的熱損壞。
按照本發明第八方案,在根據本發明第七方案的具有燃燒加熱器的內燃機中,進氣通路可包括一條旁路通道以便繞過吸入空氣冷卻器,而當內燃機處在預定的運轉狀態下時,燃燒加熱器的已燃氣體可通過旁路通道而被引導到內燃機體內。
採用這種結構,當內燃機處在預定的運轉狀態下時,即當外部空氣溫度低於預定值時,燃燒加熱器的已燃氣體不是通過吸入空氣冷卻器而是通過旁路通道流出並來到內燃機體內,因此已燃氣體可保持在熱狀態而沒有被吸入空氣冷卻器冷卻。所以這個方案適宜用來在冷天時促使升溫。
按照本發明第九方案,根據本發明第八方案的具有燃燒加熱器的內燃機,還可包括一個已燃氣體流動方向的切換裝置,可用來將燃燒加熱器的已燃氣體導向旁路通道。
按照本發明第十方案,在根據本發明第九方案的具有燃燒加熱器的內燃機中,已燃氣體流動方向切換裝置可由一個用來關閉旁路通道的閥件及其轉軸構成,並可根據內燃機是否處在預定的操作狀態而開啟或關閉旁路通道。
按照本發明第十一方案,根據本發明第二方案的具有燃燒加熱器內燃機,還可包括一個加熱器控制單元,用來在非冷態時停止燃燒加熱器的操作。
採用這種結構,在非冷態時,如當外部空氣溫度較高時,由於燃燒加熱器的操作停止,來自大氣的吸入空氣,在進入內燃機的吸氣通路後不被燃燒加熱器的已燃氣體的熱升溫。因此,不會因為吸入空氣的溫度過高而對吸氣系統結構產生嚴重的熱影響,也不會因為高溫吸入空氣持有的熱而給增壓器帶來麻煩。
換句話說,在冷態(低溫)時,進入內燃機的吸入空氣可被設定在適當的溫度,辦法是用大氣中的冷空氣與被燃燒加熱器升溫的空氣混合。但與此相反,若在非冷態時也使燃燒加熱器操作,那麼將會產生熱損壞的壞影響。因此在非冷態時燃燒加熱器的操作被停止,為的是防止發生熱損壞。
下面結合附圖對本發明的各實施例的構造細節和操作較完整地說明並提出權利要求,閱後當可對本發明的上述這些和其他一些目的和優點有更清楚的了解,在所有這些圖中,相同的標號用來指相同的零件。
對附圖簡要說明如下

圖1為一圖解概略地示出本發明第一實施例的具有燃燒加熱器的內燃機的構造;圖2為示出燃燒加熱器的概略的剖視圖;圖3為一圖解概略地示出本發明第二實施例的具有燃燒加熱器的內燃機的構造;圖4為示出圖3中區域IV的放大視圖;圖5為一圖解概略地示出本發明第三實施例的具有燃燒加熱器的內燃機的構造;圖6為一圖解概略地示出本發明第四實施例的具有燃燒加熱器的內燃機的構造;及圖7為一圖解概略地示出本發明第五實施例的具有燃燒加熱器的內燃機的構造。
下面結合附圖對本發明的實施例進行說明。
第一實施例
本發明的第一實施例將結合圖1和2予以說明。
(發動機1的構造)用作內燃機的發動機1被分類為水冷式發動機,它包括一個具有內含發動機冷卻水的水套的發動機體3,一個用來將燃燒所需空氣送到發動機體3的多個未示出的氣缸內的吸氣裝置5,一個用來將混合氣燃燒後的排氣(廢氣)排放到大氣中的排氣裝置7,和一個用來加熱與發動機1裝在一起的車廂內部的車廂加熱器9。
(吸氣裝置5的構造)吸氣裝置5包括一個用來將新鮮空氣送到各個氣缸內而作為裝置5的始端的空氣濾清器13,和一個作為其終端而沒有畫出的發動機體3的吸氣口。在空氣濾清器13和吸氣口之間,吸氣裝置5具有一個作為增壓器的渦輪增壓器15的壓縮機15a,一個用來在冷態時加熱吸入空氣的燃燒加熱器17,一個用來冷卻在壓縮機15安裝位置下遊的吸氣管23內(該吸氣管接受壓縮機15a增壓產生的熱)流動的空氣的中間冷卻器19,和一個將來自中間冷卻器19的混合氣分配給各氣缸的吸氣歧管21。
吸氣裝置5的各個構造元件通過許多屬於吸氣管23的連接管而互相連接,將在下面予以說明。
(吸氣管23的構造)基本上由許多連接管構成的吸氣管23以壓縮機15a作為分界線可分為被來自吸氣裝置5的吸入空氣強制侵入成為增壓狀態的下遊側連接管27,和不成為這種狀態的上遊側連接管25。
(上遊側連接管25的構造)上遊側連接管25為一桿狀在圖1中的左右方向延伸的連接管,通過該管空氣濾清器13被連接到壓縮機15a上。
(下遊側連接管27的構造)下遊側連接管27主要由主管29和加熱器支管31構成,主管29在圖1中的垂直方向上延伸並具有基本上L的形狀,通過該管壓縮機被連接到吸氣歧管21上,加熱器支管31作為輔助管以旁路的方式被連接到主管上。
(加熱器支管31的構造)加熱器支管31包括在其中途的燃燒加熱器17;一條用來將空氣供給燃燒加熱器17的空氣供應通路33,通過該通路燃燒加熱器17的上遊側端被連接到主管29上;一條用來將燃燒加熱器17的已燃氣體排放到主管29內的已燃氣體排放通路35,通過該通路燃燒加熱器17的下遊側端被連接到主管29上。另外,有兩個點C1、C2作為在空氣供應通路33、已燃氣體排放通路35與主管29的連接點,連接點C1的位置比連接點C2更靠近主管29的上遊。值得注意的是,已燃氣體排放通路35與主管29的連接點C2位在中間冷卻器19附近的上遊。
因此,在吸入空氣流動通過主管29時有一部分在連接點C1分流到加熱器支管31內,吸入空氣的其餘部分直接流動通過主管29並不分流。然後,分流到加熱器支管31內的吸入空氣在連接點C2流回到主管29內,與未分流的吸入空氣匯合,中間經過這樣一條路線從空氣供應通路33-燃燒加熱器17-己燃氣體排放通路35。結果,進入發動機體3內的吸入空氣的溫度就可提高。
(排氣裝置7的構造)在作為排氣裝置7的始端的發動機體3的圖上未畫出的排氣口到作為其終端的消聲器41的範圍內,排氣裝置7包括一條排氣歧管37,一個渦輪增壓器15的渦輪15b和排氣催化劑(器)39。這些元件已屬公知,且與本發明並無直接關係,因此其說明從略。
(燃燒加熱器17的構造)接下來,燃燒加熱器17的結構在圖2中被概略地示出。
當發動機1保持在預定的運轉狀態時,燃燒加熱器17啟用,其目的是要提高發動機冷卻水的溫度。所以燃燒加熱器17被連接到含有發動機冷卻水的水套上。因此燃燒加熱器17包括一條發動機冷卻水可在其內流動的冷卻水通路17a。這條冷卻水通路17a被作為熱源的在燃燒室17d的內部環繞流動的已燃氣體加熱。另外,上述「預定的運轉狀態」可以是下列諸狀態中的一種在溫度為-10℃到15℃時的冷態,和當溫度為一10℃或以下的極冷態,並且是在內燃機起動後,由於例如燃料消耗還不大,以致內燃機本身的發熱量還不大的內燃機運轉期間;另外還包括一種狀態,即由於上述發熱量不大以致冷卻水接受熱量不多的狀態,或者是在內燃機在高於15℃的正常溫度時剛起動後冷卻水的溫度低的狀態。
(燃燒室17d的構造)燃燒室17d這樣構造,一個燃燒氣缸17b設在其中並被一個圓筒形的隔壁17c覆蓋。燃燒室17d是在一個燃燒室體43的殼體43a內用隔壁17c覆蓋燃燒氣缸16b而形成的,冷卻水通路17a在殼體43a的內表面和隔壁17c的外表面之間形成。
燃燒室17d還起到車廂內加熱器空氣通路的作用,因此被連接到已燃氣體排放通路35上,同時被連接到燃燒加熱器17的空氣供應通路33上。然後,如上所述,吸入空氣從主管29上分流並流動通過加熱器支管31。此後,如圖2中實線箭頭所示,吸入空氣通過下列路線流回到主管29從空氣供應通路33-燃燒室17d-已燃氣體排放通路35。而當燃燒加熱器17燃燒時,吸入空氣在通過燃燒室17d後含有燃燒加熱器17的已燃氣體。於是,吸入空氣被已燃氣體的燃燒熱升溫,從而這種被升溫的吸入空氣,在它從燃燒室體43被排出以前,流動經過圖中實線箭頭所示的路線,作為一個熱介質使在冷卻水通路17a內流動通過的冷卻水升溫。因此,燃燒室17d也可被認為是一條熱交換通路。
(燃燒氣缸17b的構造)燃料是通過一條作為燃料供應通路的燃料供應管17e供應給燃燒氣缸17b的。當燃料從該管供應給燃燒室17d時,燃料就在燃燒室體43內汽化。然後,汽化的燃料被圖上未畫出的點燃裝置點燃,從而汽化的燃料被燃燒。
(冷卻水通路17a的構造)在另一方面,冷卻水通路17a包括一個冷卻水進口17a1和一個冷卻水出口17a2。冷卻水進口17a1如圖1所示,通過一根水管W1被連接到發動機體3的未畫出的水套的冷卻水出口上。
(冷卻水出口17a2的構造)另外,冷卻水出口17a2通過一根水管W2被連接到車廂加熱器9上。然後,車廂加熱器9通過一根水管W3被連接到發動機體3的水套的冷卻水進口上。
因此,水套內的冷卻水當通過水管W1來到燃燒加熱器17時,就在那裡被升溫,然後從燃燒加熱器17通過水管W2來到車廂加熱器9。水作為車廂加熱器9的熱介質在那裡進行熱交換。這樣從車廂加熱器9出來的熱空氣便可在車廂內流動。而經過熱交換溫度被降低的冷卻水通過水管W3流回到水套內。這樣,冷卻水便通過水管W1-W3在發動機體3、燃燒加熱器17和車廂加熱器9之間循環。
(燃燒加熱器17的其他構件)注意燃燒室體43除了上述構成元件外,還有一臺吹風機45和一個屬於未畫出的發動機電子控制單元(ECU)的中央處理控制單元(CPU)47,燃燒加熱器17最好用這些元件來操作。
(其他)另外,空氣供應通路33和已燃氣體排放通路35都是主管29的從屬管,它們都屬於吸氣管23,但由於它們只被使用在燃燒加熱器17上,因此也可被認為是燃燒加熱器17的構成元件。
這裡關於燃燒加熱器17有一點需要注意,即渦輪增壓器15的壓縮機15a不設在連接點C1、C2之間。換句話說,壓縮機15a被裝在兩個連接點C1、C2之間以外的一個部分中。這樣,按照第一實施例,燃燒加熱器17被設置在壓縮機15a的安裝部分的下遊。
上面說明了在第一實施例中具有燃燒加熱器的內燃機A是如何構造的。
第一實施例的操作和效果
接下來將說明具有燃燒加熱器的內燃機A的操作和效果。
在具有燃燒加熱器的內燃機A中,燃燒加熱器17依次通過其構成元件即空氣供應通路33、燃燒室體43和已燃氣體排放通路35被連接到吸氣通路29的旁路上。渦輪增壓器15的壓縮機15a不設在吸氣通路29上空氣供應通路33的連接點C1和已燃氣體排放通路35的連接點C2之間。即燃燒加熱器17被設置在壓縮機15a的安裝部分的下遊,因此如以燃燒加熱器17的燃燒室體43為中心,在其空氣供應通路33側與已燃氣體排放通路35側之間不會產生大的壓力差。從而在通過空氣供應通路33和已燃氣體排放通路35而連接到主管29上的燃燒室體43內的空氣流速不會太高。因此,在燃燒室體43內不可能產生一個足以使燃燒加熱器17不能被點燃的狂風,從而燃燒加熱器17能夠可靠地被點燃。
再者,由於壓縮機15a並不設置在主管29上空氣供應通路33的連接點C1與已燃氣體排放通路35的連接點C2之間的部分上,因此,壓縮機15a並不在主管29上的連接點C1、C2之間的部分上運轉。在連接點C2側的壓力既不會單獨增加,在連接點C1側的壓力也不會就此低於C2側,也即,在兩側的壓力基本上是相等的。因此,在通過空氣供應通路33和已燃氣體排放通路35而連接到主管29上的燃燒加熱器的燃燒室17d內決不會產生回流。從而也就不會發生在燃燒加熱器17內的火焰向空氣供應通路33倒流的回火現象。因此發動機1能從燃燒加熱器17得到充分數量的熱而不會在燃燒加熱器17內引起任何意外的火焰。
另外,由於燃燒加熱器17被設置在壓縮機15a的下遊,因此作為燃燒加熱器17的構成元件的空氣供應通路33和已燃氣體排放通路35也都位在壓縮機15a的下遊。順便說一下,在此情況下,當壓縮機15a運轉時,在壓縮機15a的安裝部分的下遊的主管29上存在的壓力會隨著壓縮機15a的運轉而上升。但這個增加的壓力均勻地作用在主管29上空氣供應通路33的連接點C1和已燃氣體排放通路35的連接點C2上。因此,不會在連接點C1和C2之間形成使連接點C1的壓力小於連接點C2的壓力的壓力差。因此,所謂回火現象決不會發生。
再者,通過已燃氣體排放通路35而流動通過主管29的燃燒加熱器17的已燃氣體是在連接點C2與新鮮氣體混合後被引導到發動機1的未畫出的氣缸內的並在那裡再一次被燃燒。然後,重新燒過的氣體在到達發動機1的排放裝置7時,被設在排氣裝置7內的排氣催化劑39淨化。
注意,燃燒加熱器17的空氣供應通路33和已燃氣體排放通路35是向主管29敞開的,但不是向大氣直接敞開的,因此可望得到減少噪聲的效果。
另外,由於利用燃燒加熱器17的幾乎不含煙氣,即幾乎不含碳的已燃氣體來促使升溫,因此不會有碳粘附在氣缸內壁上,這樣發動機1的耐用性可望提高。
此外,成為吸氣阻擋件的中間冷卻器19被設置在發動機體3和已燃氣體排放通路35與主管29的連接點C2之間。換句話說,中間冷卻器19不處在主管29上的空氣供應通路33連接點C1和己燃氣體排放通路35連接點C2之間的部分中,即沿著主管29,在連接點C1和C2之間不存在中間冷卻器19。因此,在連接到主管29上的已燃氣體排放通路35和空氣供應通路33之間決不會產生過大的壓力差。從而,在通過空氣供應通路33和已燃氣體排放通路35而連接到主管29上的燃燒加熱器17的燃燒室17d內的空氣流速決不會過大,因此在燃燒室17d內不可能產生足以使燃燒加熱器17不能被點燃的狂風。從而燃燒加熱器17能夠可靠地被點燃。
另外,由於從已燃氣體排放通路35出來的已燃氣體被中間冷卻器19冷卻,因此不會由於從吸氣口進入氣缸的吸入空氣的溫度過高而造成熱損壞的影響。
再者,中間冷卻器19通常被連結在增壓器上而不是成為一個專用設備,因此費用能夠降低。
第二實施例
本發明的第二實施例將結合圖3和4進行論述。
第二實施例與第一實施例不同之點只是在於,已燃氣體排放通路35設有一條相對於中間冷卻器19而連接在主管29的旁路上的旁路通道49,並且設有一個已燃氣體流動方向切換閥51,用來切換燃燒加熱器17的已燃氣體的流動方向。在冷態時,切換裝置51被切換成不是通過中間冷卻器19而是通過旁路通道49通到發動機體3上。其他一些相同的構成元件都用相同的標號指出,其說明從略。
旁路通道49基本上為倒C形,如圖3和4所示,並以跨越中間冷卻器19的方式連接在主管29的旁路上。
再者,在旁路通道49連接到主管29的連接點C3上設有已燃氣體流動方向切換裝置51。連接點C3位在中間冷卻器19的安裝位置的上遊。
已燃氣體流動方向切換裝置51如圖4所示,由一個閥件51a和一個轉軸51b構成。電子控制單元(ECU)能夠根據內燃機是在冷態還是非冷態進行自動控制,使閥件51a環繞轉軸51b旋轉,從而使旁路通道49自動開啟或關閉。
更具體點說,在冷態時,閥件51a位在圖4中虛線所示位置,旁路通道49被開啟,燃燒加熱器17的已燃氣體進入到旁路通道49內。而在非冷態時,閥件51a位在圖4中實線所示位置,旁路通道49被關閉,燃燒加熱器17的已燃氣體流動通過中間冷卻器19。
第二實施例的操作和效果
第二實施例除了具有與第一實施例相同的操作和效果外,還具有下列操作和效果。
在冷態時,如圖4中虛線箭頭所示,燃燒加熱器17的已燃氣體流動通過旁路通道49並從吸氣歧管21進入發動機體3而不流動通過中間冷卻器19。因此,在冷態時能促使升溫,車廂加熱器9的工作能加速進行。
反之,在非冷態時,例如當外界空氣溫度較高時,如圖4中的實線箭頭所示,燃燒加熱器17的已燃氣體將流動通過中間冷卻器19並在其內被短暫地冷卻後流動到發動機體3內。這樣便可防止吸氣通路的結構在吸入空氣的溫度過高時由於熱影響而被損壞。
第三實施例
第三實施例與第二實施例的不同在於旁路通道連結的位置。
如圖5所示,在第三實施例中旁路通道49′是這樣給中間冷卻器19設旁路的,旁路通道49′的上遊側端和下遊側端分別被連接到已燃氣體排放通路35和主管29上。另外,已燃氣體流動方向切換裝置51被連結到旁路通道49′的上遊側端上。
第三實施例的操作和效果
第三實施例具有與第二實施例相同的操作和效果。
第四實施例
第四實施例將結合圖6予以說明。
第四實施例與第一實施例不同之處僅在於燃燒加熱器17及其有關部分的設置上,因此相同的構成元件用相同的標號指出,其說明從略。
在第四實施例中,沿著吸氣管23的上遊側連接管25,燃燒加熱器17被設置在渦輪增壓器15的壓縮機15a的安裝位置的上遊。因此,在第四實施例中下遊側連接管27為單一管,而上遊側連接管25,由於燃燒加熱器17設在上遊側連接管25上,因而由多根管子構成。
更具體點說,上遊側連接管25包括從空氣濾清器13筆直向渦輪增壓器15的壓縮機15a延伸的主管29,空氣供應通路33和已燃氣體排放通路35,這兩通路被認為是主管29的輔助管,同時也是燃燒加熱器17的構成元件。
另外,在第四實施例的具有燃燒加熱器的內燃機A中,有一ECU52用作加熱器控制單元可在非冷態時停止燃燒加熱器17的操作。外界空氣溫度傳感器53對是否為冷態作出判斷,該傳感器例如可配裝在空氣濾清器13附近的進氣管13a上,燃燒加熱器17的CPU47根據外界空氣溫度傳感器53測得的參數,來控制燃燒加熱器17的操作。
第四實施例的操作和效果
第四實施例除了具有與第一實施例相同的操作和效果外,還具有下列操作和效果。
在第四實施例中,燃燒加熱器17在主管29上被設置在比渦輪增壓器的壓縮機15a的安裝位置更上遊的地方,致使作為燃燒加熱器17的構成元件的空氣供應通路33和已燃氣體排放通路35也都位在比壓縮機15a更上遊的地方。因此,即使在壓縮機15a的安裝位置的下遊存在的吸入空氣壓力會隨著壓縮機15a的運轉而增加,這個壓力增加對位在壓縮機15a上遊的空氣供應通路33和已燃氣體排放通路35分別與主管29的連接點C1和C2不會產生什麼影響。因此,在燃燒加熱器17內不會產生回流。
另外,由於燃燒加熱器17設在壓縮機15a的上遊而可不受壓縮機15a的壓力的影響,因此燃燒加熱器17可不需要有較高的耐用性。
再者,由於ECU52作為加熱器控制單元能在非冷態時停止燃燒加熱器17的操作,因此在非冷態時,例如當外界空氣溫度較高時,燃燒加熱器17可暫停操作。
由於有這樣的裝置,當外界空氣溫度較高時,由大氣供應的吸入空氣並不被燃燒加熱器17的已燃氣體的熱升溫。因此,不僅不會由於吸入空氣溫度過高而使燃料效率降低,而且不會由於高溫吸入空氣所持有的熱而使壓縮機15a遇到麻煩。
換句話說,通過將來自大氣的冷空氣與被燃燒加熱器17加熱的空氣混合可使進入發動機體3的吸入空氣設定在適當的溫度。但若燃燒加熱器在非冷態時操作,這樣做反而會造成麻煩。而這是可避免的,只要在冷態時停止燃燒加熱器的操作即可。
第五實施例
下面結合圖7說明第五實施例。
第五實施例與第一實施例的主要不同只是在於中間冷卻器19的設置,其他相同的部分均用相同的標號指出,其說明從略。
在第五實施例中,中間冷卻器19沿著主管29被設置在渦輪增壓器15的壓縮機15a的安裝位置與主管29和空氣供應通路33的連接點C1之間。換句話說,在主管29上,中間冷卻器19被設置得比已燃氣體排放通路35的連接點C2更靠近上遊。
第五實施例的操作和效果
在第五實施例中,沿著吸氣通路29,渦輪增壓器15的壓縮機15a和中間冷卻器19不是設在空氣供應通路33的連接點C1和已燃氣體排放通路35的連接點C2之間,因此與第一實施例具有相同的操作和效果。
另外,從已燃氣體排放通路35進入主管29的已燃氣體並沒有被中間冷卻器19冷卻。因此,具有較高溫度的已燃氣體能被引導到發動機體3內,從而發動機1的升溫特性能被提高。
如上所述,按照本發明,即使增壓器被連結在內燃機的吸氣通路上,設在吸氣通路上的燃燒加熱器仍能可靠地被點燃,並且即使在增壓器操作時仍能防止吸入空氣在吸氣通路內回流。
從上述詳細說明顯然可獲悉本發明的許多特點和優點,我們希望所附權利要求能覆蓋所有這些屬於本發明構思並在本發明範圍內的特點和優點。另外由於本領域的技術人員很容易對本發明作出各種修改和改變,我們不希望將本發明限制在具體說明過的構造和操作上,而應將所有對本發明的修改和等同替換歸入本發明的範圍。
權利要求
1.一種設有燃燒加熱器的內燃機,它包括一個燃燒室體;一條用來將燃燒用空氣供給所說燃燒室體的空氣供應通路;一條用來將燃料供給所說燃燒室體的燃料供應通路;一個用來點燃通過所說燃料供應通路供給所說燃料室體的燃料的點燃裝置;及一條用來將燒過的燃氣排放到所說燃燒室體外的已燃氣體排放通路,該已燃氣體是從所說燃燒室體內的燃料在被點燃裝置點燃而燃燒時發放出來的,當所說內燃機處在預定的運轉狀態下時所說燃燒加熱器便操作並使發動機的有關元件升溫,其中,所說燃燒加熱器通過所說空氣供應通路和所說已燃氣體排放通路被連接到所說內燃機的吸氣通路的旁路上,一個增壓器被裝在所說吸氣通路的在所說空氣供應通路的連接點和所說已燃氣體排放通路的連接點之間以外的一個部分中,所說燃燒加熱器被設置在所說吸氣通路上比所說增壓器的安裝位置更靠近下遊,一個用來冷卻在所說吸氣通路內的由於增壓器的增壓而持有熱的吸入空氣的吸入空氣冷卻器被裝在所說吸氣通路的在所說空氣供應通路的連接點和所說已燃氣體排放通路的連接點之間以外的一部分上。
2.按照權利要求1的設有燃燒加熱器的內燃機,其特徵為,當內燃機處於預定運轉狀態時,通過已燃氣體排放通路使燃燒加熱器排出的已燃氣體流至吸氣通路。
3.按照權利要求1的設有燃燒加熱器的內燃機,其特徵為,所說吸入空氣冷卻器設在所說吸氣通路上比所說已燃氣體排放通路的連接點更靠近上遊。
全文摘要
設有燃燒加熱器的內燃機在其吸氣通路上裝有增壓器的情況下,設在吸氣通路上的燃燒加熱器能可靠地被點燃,即使在增壓器開動時也可防止吸氣通路內的吸入空氣回流。汽化式的燃燒加熱器通過其構成元件即空氣供應通路、燃燒室體和已燃氣體排放通路被連接到內燃機的吸氣管的旁路上,通過這些管子,吸入空氣流向發動機的各個氣缸。在吸氣管上,渦輪增壓器的壓縮機並不設在空氣供應通路的連接點和已燃氣體排放通路的連接點之間。
文檔編號F02B37/00GK1436930SQ02155878
公開日2003年8月20日 申請日期1998年10月20日 優先權日1997年10月20日
發明者鈴木誠 申請人:豐田自動車株式會社

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