JPH06104411B2 - 加熱バ−ナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関によって駆動される車両の室内を急速
暖房する暖房装置に用いる加熱バーナ装置に関する。

（従来技術） 車両の室内暖房は従来より、内燃機関の冷却水を温水配
管で取り出し、これをヒータコアやブロアなどにて構成
されるヒータ本体に通じ、空気をヒータ本体に送り込ん
で加熱して室内暖房を行うもの、または、内燃機関とは
無関係に別のバーナにて燃料を燃焼させて発生する熱量
により室内暖房を行うとともに、燃焼ガスそのものをエ
ンジンのインテークマニホールドに導くもの（特願昭59
−106869）が用いられている。

（従来技術の問題点） このような内燃機関の冷却水を室内暖房に利用する方法
においては、冷却水の温度上昇の速度が緩慢なため、ヒ
ータ本体が温風を送出するまでに時間を要し、その間に
はヒータの暖房機能は失われている。特に内燃機関が暖
房機能を完了するまでには、ガソリンエンジンで10分以
上、ディーゼルエンジンで20分以上を要する。この間、
寒冷地では車内は寒く防寒具を着けなければならず、ま
た車両の窓等の霜、氷等を除去するデフロスタは十分に
作動することができない等の不都合があった。また車両
が長い下り坂等を走行中は、冷却水温度が降下し暖房用
として供与できない等の欠点もある。特にディーゼルエ
ンジンは圧縮着火タイプのエンジンであるため、エンジ
ン負荷に対する排気ガス温度または冷却水温度に敏感で
上記欠点が顕著である。また、ディーゼルエンジンは、
寒冷時の燃焼に敏感で、不完全燃焼の結果である白煙、
臭気の発生も著しい。

また、後者の内燃機関とは別個に燃料を用いる暖房方法
のうち、前記の特願昭59−106869号による提案は、燃料
を加熱気化して点火装置にて燃焼させ暖房用熱源とする
ものであり、早期に暖房用の温風が得られる。しかし、
該提案の暖房装置は燃料を急速に気化して燃焼させるた
め、暖房の停止時に燃料を急速に遮断して供給を停止し
ないとバーナ装置での燃焼が継続し、エンジンが全負荷
レベルにて運転の場合は、エンジンの燃焼用空気不足と
なり、エンジンの出力低下となり白煙を排出する原因と
なる。したがって、暖房装置の停止時には燃料を急速に
遮断しても、遮断時に気化装置などに燃料が残存し、バ
ーナ装置の高熱のため該残存燃料が炭化してパイプ詰り
の原因となる欠点を生ずる。

（発明の目的） 本発明の目的は、上記の如き従来の欠点を解消し、急速
暖房装置の加熱バーナに供給する燃料の遮断時に、気化
装置内の未燃燃料を回収し、さらに残存燃料を燃焼せし
める加熱バーナ装置を提供するにある。

（発明の概要） 本発明では燃焼室内に気化燃料を噴出する燃料気化装置
を備えた加熱バーナと、前記加熱バーナの燃焼停止時に
前記吸引手段を作動させるとともに、燃料気化装置気化
グロープラグに通電制御する制御装置とを有する加熱バ
ーナ装置が提供される。

（実施例） つぎに、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る加熱バーナ装置の一実施例の構成
断面図であり、第２図および第３図はその動作説明図で
ある。また、第４図は本実施例を用いた自動車暖房装置
のブロック図である。

図において明らかなように、ディーゼルエンジン、また
はガソリンエンジン１のエアークリーナ２より吸気管３
に至るパイプ部（空気ダクト）途中に、加熱バーナ４
と、その下流に熱交換器５が設けられている。また、51
はエンジン１に燃焼用空気を供給するバイパス通路であ
る。第１図において、加熱バーナ４の外周はバーナハウ
ジング41にて覆われ、内部には２つの燃焼室が配設さ
れ、空気の流れの上流方向に第１燃焼室42,下流方向に
第２燃焼室43が構成され、両者の間は空気の通過可能な
ハニカム通路44が形成されている。さらに、バーナハウ
ジング41と２つの燃焼室との間には空気通路45が設けら
れ、エアークリーナ２よりの空気は空気取入口46より流
入し、該空気通路45を経て第２燃焼室43の周壁に貫設し
た複数個の***よりなる空気導入路47を通過して第２燃
焼室43に入り、さらに燃焼室出口48を経由して下流の熱
交換器５に流出するよう構成されている。

一方、エアークリーナ２よりの空気の一部は、後述のバ
イパス弁により制御され空気の流れに直面する複数個の
空気導入孔49を通過して第１燃焼室42に入り、後述する
気化燃料と混合し、ハニカム通路44を経て第２燃焼室43
に流入し、該第２燃焼室43に設けた点火グロープラグ６
により点火され、高温度の燃焼ガスを生じて、前記空気
通路45経由の空気とともに熱交換器５に向う。

そして、加熱バーナ４に入る空気流量を制御するバイパ
ス弁10を該加熱バーナ４の上流方向に設け、バイパス弁
の開度１の場合は所定小量の空気量を加熱バーナ４に取
入れ、開度２の場合は所定中量，開度３の場合は所定大
量の空気量を加熱バーナ４に取入れ、なお、バイパス弁
全開の場合には加熱バーナ４に空気を取入れることな
く、該加熱バーナ４と熱交換器５をバイパスして、エア
ークリーナ２よりの空気はエンジン１に達するよう構成
されている。なお、該バイパス弁10の開度の制御は後述
の主制御部に指令にて行われる。

つぎに、水平に設けられた加熱バーナ４の燃焼室出口48
側の底部より第１燃焼室42の中心部まで貫通する如くパ
イプ状の気化装置７が傾斜をもって貫設され、該気化装
置７の上方先端部には第１燃焼室42内に気化燃料を噴出
させる噴出孔72が貫設されている。そして、該気化装置
７の内部にはセラミックのパイプで形成された気化グロ
ープラグ71が同軸状に配設され、該気化グロープラグ71
の中心部には正の温度係数を有する抵抗線73が埋設され
ている。さらに、気化装置７が第２燃焼室43内を貫通す
る部分には、該第２燃焼室43にて生ずる燃焼ガスの熱を
受熱するため、気化装置７に複数個の受熱フィン74が設
けられ、気化装置７の内面と気化グロープラグ71との間
隙を通過する燃料を加熱するよう構成されている。８は
燃料ポンプ９より送出される燃料を気化装置７に供給す
る燃料供給装置であり、燃料流量小の燃料弁A81と燃料
流量大の燃料弁B81′との二系統の燃料供給が可能であ
り、それぞれの燃料弁A81,燃料弁B81′は電磁的に作動
する電磁作動体82,82′と、燃料の遮断時に燃料を吸引
するピストン部83,83′とを有し、燃料供給装置８の内
部に設けたそれぞれのコントロール室84,84′内に気化
装置７と連通している連結パイプ85,85′を通じて、燃
料を吸引するよう構成されている。なお、燃料弁A81,燃
料弁B81′はともに常時はコイルスプリング86,86′にて
燃料供給を遮断する如く作動し、燃料供給装置８に設け
た電磁コイル87,87′に通電時には、強磁性体にて構成
の電磁作動体82,82′が吸引され、燃料弁A81,燃料弁B8
1′が燃料通路を開くこととなる。

第２図，第３図にて燃料弁A81の作動を説明すると、第
２図は電磁コイル87が通電され、電磁作動体82が吸引さ
れるため、コイルスプリング86が圧せられて燃料弁A81
が燃料通路を開いている状態である。ここで、電磁コイ
ル87の通電を断にすると、コイルスプリング86の復元力
により燃料弁Ａは矢印Ａ方向に進み、ピストン部83の動
きにより、ピストン部83の後部とコントロール室84にて
形成される空間は拡張され、連結パイプ85の燃料は矢印
Ｂ方向に進むので、他方の燃料弁B81′が閉鎖時は気化
装置７の内部の燃料を吸引し、さらに噴出孔72より空気
を気化装置７内に吸引して燃料弁A81は第３図に示す状
態となる。なお、燃料弁B81′においても燃料通路を遮
断時には上記と同様の動作を行い、燃料弁A81が閉鎖時
には気化装置７の燃料をコントロール室84′に吸引し、
さらに気化装置７に空気を導くことは同様である。

ここで、加熱バーナ４に関連の作動を説明すると、燃料
弁A81または燃料弁B81′が開かれ、気化装置７に送られ
た燃料は該気化装置７を通過することにより、通電され
た気化グロープラグ71により加熱され、気化燃料となっ
て噴出孔72より第１燃焼室42に噴出する。なお、燃焼の
継続時には受熱フィン74が第２燃焼室43より受熱してい
るので、燃料の気化がさらに促進される。一方、バイパ
ス弁の開度にて制御された空気は、空気導入孔49を通過
して第１燃焼室42に入り、上記の気化燃料と混合し、ハ
ニカム通路44を通過することにより可燃混合気となって
第２燃焼室43に入る。該第２燃焼室43にては、通電され
た点火グロープラグ６により可燃混合気は点火され、火
炎を生じて高温度の燃焼ガスとなり、下流に設けた熱交
換器５に送られる。

熱交換器５は暖房を要する自動車の室内に連通する吸入
空気取入口11より新規空気を取入れ、該新規空気が燃焼
ガスから熱を奪って熱交換を行った後の温風を、吹出口
12まで送風するブロア13を備えている。なお、該吹出口
12は室内暖房のため別置されている冷却水ヒータコア14
の出口部に開口しており、吹出す送風の温風温度センサ
15を開口部に設けてある。また、図示のブロア16,エア
コン用エバポレータ17,および温水通路18は冷却水利用
の暖房装置の各部材である。

19はコントローラであり、エンジン１によって駆動され
るゼネレータ20よりの回転信号GTと、動作スイッチ21の
ON・OFF信号FSと、エンジン１の冷却水温度を検出する
水温スイッチ22からの水温信号WSと，スタートポジショ
ン信号STと，アクセル開度信号ASと，エンジン１の負荷
状態を検出するエンジン負荷センサ24からの負荷信号EL
と、前記吹出口12に設けた温風温度センサ15からの温風
温度信号WAと，運転者の操作する暖房ポジションスイッ
チ25からの暖房信号WPと、点火グロープラグ６の温度を
検出する点火プラグセンサ26よりのプラグ温度信号PSと
が入力される主制御部191、前記気化装置７の気化グロ
ープラグ71を燃料の気化温度に制御するブリッジ回路19
2,点火グロープラグ６を気化燃料と空気との混合気の着
火温度に制御するブリッジ回路193,スイッチ部194によ
り構成されている。

主制御部191は処理装置，メモリ，入出力インターフェ
イスを持ったコンピュータ構成のものである。

ブリッジ回路192は気化グロープラグ71を加熱する抵抗
線73を一辺としてホイートストン・ブリッジの他の辺を
構成する３個の抵抗体や、該ホイートストン・ブリッジ
のバランス状態を検出する比較器、該比較器の出力によ
り作動するリレーからなり、該リレーが抵抗線73の通電
をON・OFFすることにより、気化グロープラグ71を燃料
の気化温度、例えば500℃前後となる如く構成されてい
る。また、ブリッジ回路193は点火グロープラグ６を加
熱する抵抗線を一辺としてホイートストン・ブリッジの
他の辺を構成する３個の抵抗体や、該ホイートストン・
ブリッジのバランス状態を検出する比較器、該比較器の
出力により作動するリレーからなり、該リレーが抵抗線
の通電をON・OFFすることにより、点火グロープラグ６
が気化燃料と空気の混合気の着火温度となるよう構成さ
れている。

スイッチ部194はブロア13のON・OFF制御を行う開閉器19
4a,ブリッジ回路192への電源供給を制御する開閉器194
b,ブリッジ回路193への電源供給を制御する開閉器194c,
空気通路のバイパス弁10を制御する開閉器194d,予熱完
了ランプ27への電源供給を制御する開閉器194eを有す
る。28は電源バッテリ,29はキースイッチである。

第５図は本発明に係る加熱バーナ装置の処理の一例を示
すフロー図であり、つぎにその処理を説明する。

キースイッチ29をONにすると、コントローラ19の主制御
部191や他のアクセサリ回路に電源が供給され、まず、
水温スイッチ22よりの水温信号WSが主制御部191にて、
冷却水温度が10℃に達しているかどうかを判断される
（ステップａ）。もし、冷却水温度が10℃以下の場合に
はエンジンの始動補助装置として加熱バーナを使用する
ので、主制御部191は開閉器194cをONとしてブリッジ回
路193を介し点火グロープラグ６に通電し、開閉器194a
をOFFとしてブロア13の通電を断とし、燃料供給装置８
の駆動源88に指令して燃料弁A81を作動させ気化装置７
に燃料を供給し、さらに開閉器194bをONとしてブリッジ
回路192を介して気化グロープラグ71に通電する。そし
て、キースイッチ29よりのスタートポジション信号STを
チェックして（ステップｂ）、キースイッチ29がスター
ト位置にあれば上記の作動を継続し、キースイッチ29が
ONの位置にありスタートポジションにないならば、開閉
器194eを数秒間ONとして予熱完了ランプ27を点灯し、運
転者に予熱の完了を表示する。またついで開閉器194bと
194cとをOFFとして、気化グロープラグ71と点火グロー
プラグ６への通電を中止する。

キースイッチ29がスタートポジションにあり、スタータ
モータ23に通電され該スタータモータ23が回転している
と、ゼネレータ20よりの回転信号GTが主制御部191に受
信され、該主制御部191は点火グロープラグ６の温度を
チェックする（ステップＣ）。即ち、点火グロープラグ
６の温度はブリッジ回路193にて通電時は所定温度、例
えば、800℃前後に保持されているが、加熱バーナ４の
内部で燃料の燃焼が十分に行われていれば、所定温度よ
り高温度となるので、正の温度係数を有する抵抗線の抵
抗値をチェックすることにより温度の検出は可能であ
る。したがって、この温度検出の機能を有する点火プラ
グセンサ26よりのプラグ温度信号PSが主制御部191に入
力され、点火グロープラグ６の温度が800℃以上の場合
は、燃焼が十分に行われていると判断し、点火グロープ
ラグ６および気化グロープラグ71へ通電を開閉器194cお
よび194bにより遮断する。そして、この点火グロープラ
グ６の温度チェック（ステップＣ）は所定のｔ時間後に
も反復し、800℃より低い場合には点火グロープラグ６
および気化グロープラグ71に通電するフローに戻り、燃
料の燃焼による熱風をエンジン１に送り始動を補助す
る。

つぎに、ゼネレータ20からの回転信号GTの入力によりエ
ンジン１が自力運転か否かを判定し（ステップｄ）、自
力運転が行われていない場合は、燃料流量の大きな燃料
弁B81′を開くとともに、バイパス弁７を開度２として
空気量も大とし燃料の燃焼を増加させ、熱風量を多くし
てエンジン１の始動を促進する。エンジン１が自力運転
の場合には、暖房ポジションスイッチ25よりの暖房信号
WPのポジションを確かめ（ステップｅ）、ONの場合に
は、さらにエンジン１の負荷をチェックのため、負荷セ
ンサ24よりの負荷信号ELを確かめ（ステップｆ）、エン
ジンの負荷が軽負荷で1/2以下であり、また水温スイッ
チ22からの水温信号WSが80℃以下の場合には開閉器194a
を介してブロア13に通電して、熱交換器５に熱交換を行
った温風を吹出口12より吹出して暖房を開始する（ステ
ップｇ）。そして、ステップe,f,g,において、暖房信号
WPがOFFの場合や、エンジン負荷が大きく全負荷の1/2以
上の場合や、冷却水温度が80℃以上の場合には、加熱バ
ーナ４の作動を中止のため、燃料弁A81と燃料弁B81′を
ともに閉じるかまたは、開いている燃料弁を閉じる作動
を行う。この際、前記のようにピストン部83または83′
が気化装置７内の未燃燃料をコントロール室84または8
4′に吸引し、さらに気化装置７に噴出孔72より空気を
吸入するので、気化装置７の内部の残留燃料は未だ通電
中の高温度の気化グロープラグ71により点火されて燃焼
する。このような燃焼弁の作動と同時にバイパス弁10が
全開となり空気の流入を止め、点火グロープラグ６の通
電が断となり、また冷却水温度が80℃以上の場合は従来
の暖房装置用のブロア16がONとなり冷却水ヒータによる
暖房が開始される。

つぎに、所定時間の経過後開閉器194が断となり気化グ
ロープラグ71への通電が遮断される。

また、ステップｇにより熱交換器５からの温風の暖房を
開始後、暖房ポジションスイッチ25よりの暖房信号WPが
2ndポジションの場合は（ステップｈ）、燃料の燃焼量
を増加するため、燃料弁A81を閉じて流量の大きい燃料
弁B81′を開き、バイパス弁７を開度２として燃焼用空
気も増加させ燃焼量を大とする。なお、暖房信号WPが3r
dポジションの場合には、さらに燃焼量増大のため、燃
料弁A81と燃料弁B81′をともに開き、バイパス弁10を開
度３として燃料の燃焼を最大とし、大量の熱量が得られ
るようにする。

つぎに、上記のフローにて得られた吹出口12の温風の温
度を検出する温風温度センサ15からの温風温度信号WAが
60℃以上の場合には（ステップi,またはｊ）、加熱バー
ナ４の作動を中止のため、燃料弁A81と燃料弁B81′を閉
鎖し、バイパス弁10を全開とし、気化グロープラグ71と
点火グロープラグ６の通電を遮断する。そして、所定時
間経過後、暖房信号WPを検出するＤ点に進む。また、ス
テップi,またはｊにおいて、温風温度信号WAが60℃以下
の場合には燃焼が継続され、所定時間経過すると前記ス
テップＣの点火グロープラグ７の温度チェックに戻り加
熱バーナ内での燃焼状態がチェックされてそれぞれのフ
ローに進む。

なお、ステップａにて水温信号WSが10℃以上の場合に
は、暖房信号WPがチェックされ、該暖房信号WPが暖房の
ポジションにあるときは（ステップｋ）、水温信号WSが
チェックされ（ステップｌ）、冷却水温度が80℃以上の
場合はステップａのYESと同様のフローに加熱バーナ４
を作動させる過程に入る。

また、ステップｋにて暖房信号WPが暖房ポジションにな
く、またステップｌにて水温信号WSが冷却水温度80℃以
上と判断さされると加熱バーナ４の作動は必要がないの
で、第５図（その２）の最下段より２段目のフローに進
み、加熱バーナの燃焼を停止させる流れに入る。

即ち、前述のように燃焼弁A81と燃焼弁B81′とを閉じて
燃料の供給を停止するとともに、気化装置内の未燃料を
ピストン部により吸引して、さらに気化装置７に空気を
導入して、残留燃料を燃焼し、同時にバイパス弁10を全
開して空気の流入を止め、点火グロープラグ６へ通電が
停止となる。そして、所定時間の経過後気化グロープラ
グ71への通電を停止して加熱バーナ４が作動を停止する
こととなる。

なお、第５図においてスイッチ部194より電磁コイル87
への指令の系統は一系統のみ図示してあり、同図におい
て、主制御部191より駆動源88への指令と同時に、電磁
コイル87の作動の指令が発令されるものである。

以上のように本発明を一実施例により説明したが、本発
明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらを
本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 本発明は車両用急速暖房装置の加熱バーナの燃焼時に、
加熱バーナの気化装置より燃料を吸引するピストン部を
有する燃料弁にて燃料を遮断するとともに未燃料を回収
し、さらに空気を気化装置内に導入し、気化グロープラ
グを所定時間通電するので、燃料弁にて燃料通路を遮断
後は加熱バーナ内には燃料がなくなり、燃焼が継続する
ことなく、したがって新鮮な空気がエンジンに送られ、
エンジン出力やエンジンの排気に影響することがない。

また、本発明によれば加熱バーナの燃焼停止時に気化装
置内に僅かに残存の燃料も、空気を気化装置に導いて燃
焼させるので、残存燃料が炭化することなく、このため
パイプ詰りを防止できる。

またさらに本発明によれば、エンジン始動時にても加熱
バーナの燃焼状態をチェックして、良好な燃焼が得られ
るので、寒冷時にても早期よりの車内暖房が可能とな
り、デフロスタの使用も可能である。また、走行中にて
もエンジンへ温風を送ることができるのでエンジンの不
完全燃焼も防止でき、燃焼効率の向上を計ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る加熱バーナ装置の一実施例の構成
断面図、第２図，第３図はその動作説明図，第４図は本
実施例を用いた自動車暖房装置のブロック図，第５図は
その処理の一例を示すフロー図である。 １……エンジン、４……加熱バーナ、７……気化装置 ８……燃料供給装置、71……気化グロープラグ、 81……燃料弁Ａ、83……ピストン部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼室内に気化燃料を噴出する燃料気化装
   置を備えた加熱バーナと、前記燃料気化装置内の燃料を
   吸引する吸引手段と、前記加熱バーナの燃焼停止時に前
   記吸引手段を作動させるとともに、燃料気化装置気化グ
   ロープラグに通電制御する制御装置とを有することを特
   徴とする加熱バーナ装置。