JP2010138755A - エンジンの吸気温度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】潜熱蓄熱材と空気との熱交換効率を向上させ、吸気温度が一定値に近づくように制御することができるエンジンの吸気温度調整装置を提供する。
【解決手段】エアクリーナ１５は、空気の吸入口１７側が吸気用のインレットダクト１８に接続され、空気の送出口１６側がエンジンへの吸気量を検出するエアフローセンサ１９の設けられているアウトレットホース１４に接続されている。そして、アウトレットホース１４内のエアフローセンサ１９より上流側と、エアクリーナ１５の吸入口１７より下流側との間、例えばエアクリーナ１５の送出口１６側のアウトレット部材２１には、潜熱蓄熱材２６が配設される。潜熱蓄熱材２６としては、相変化温度が２５〜５０℃のものが好ましく、具体的には硫酸ナトリウム・１０水和物が用いられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のエンジンへの吸気通路に設けられ、エンジン内での燃焼効率を高め、出力を向上させると共に、燃費を向上させるために潜熱蓄熱材が配設されたエンジンの吸気温度調整装置に関するものである。

自動車のエンジンへの吸気通路は、インレットダクト、エアクリーナ、アウトレットホース及びインテークマニホールドにより形成されている。このような吸気通路を経てエンジンへ供給される空気はその温度が低いとエンジンの出力は上がるが、必要以上に酸素が多く取り込まれて燃料消費量が上昇する。その一方、エンジンへ供給される空気の温度が高いと空気が膨張し、空気の濃度（酸素の濃度）が低くなるため、燃料の燃焼効率が悪くなってエンジンの出力が低下する。エアクリーナはエンジンへ供給される空気を清浄化する部品であり、エンジンの近くに主に搭載されるため、エンジンの放射熱等で８０℃前後の高温状態になっていることもある。このため、エアクリーナ内を通過する空気の温度は上昇し、エンジン内での燃焼効率が低下して出力が上がり難くなる。このような問題を解決するためには、エアクリーナ内を通過する空気の温度を所定範囲に調整することが望ましい。

また、エンジンの冷間始動時におけるエミッション（汚染ガス排出の低減）を改善するためには、エンジンに供給される空気の温度を上げる必要があり、そのための潜熱蓄熱装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。すなわち、該潜熱蓄熱装置は、エンジンのインテークマニホールドの周囲に配置される潜熱蓄熱材と、当該潜熱蓄熱材を発核させる発核手段とを備えたものである。そして、潜熱蓄熱材によりインテークマニホールド内を流通する空気を積極的に加温し、燃料の微粒子化を促進すると共に、吸気ポート内壁への燃料の付着を抑制してエンジンの冷間始動時のエミッションを改善するようになっている。
特開２００６−３２９０８９号公報（第２頁及び第３頁）

しかしながら、特許文献１に記載されている潜熱蓄熱装置では、潜熱蓄熱材がインテークマニホールドの外側周囲に配置されていることから、潜熱蓄熱材によってインテークマニホールド内を流通する空気を加温する熱効率が悪く、空気を満足できるように加温することができなかった。

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、潜熱蓄熱材と空気との熱交換効率を向上させ、吸気温度が一定値に近づくように制御することができるエンジンの吸気温度調整装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１に係るエンジンの吸気温度調整装置は、エアフローセンサより上流側と、エアクリーナ内の吸入口より下流側との間の吸気通路内に潜熱蓄熱材を配設したことを特徴とする。

請求項２に係るエンジンの吸気温度調整装置は、請求項１に係る発明において、前記潜熱蓄熱材は、エアクリーナの送出口側に配設されていることを特徴とする。
請求項３に係るエンジンの吸気温度調整装置は、請求項２に係る発明において、前記エアクリーナの送出口にはアウトレット部材が支持され、潜熱蓄熱材はそのアウトレット部材内に配設されていることを特徴とする。

請求項４に係るエンジンの吸気温度調整装置は、請求項１から請求項３のいずれか１項に係る発明において、前記エアクリーナ内には空気の整流格子体が設けられ、潜熱蓄熱材はその整流格子体内に配設されていることを特徴とする。

請求項５に係るエンジンの吸気温度調整装置は、請求項１から請求項４のいずれか１項に係る発明において、前記エアクリーナ内には空気を清浄化するエレメントが設けられ、潜熱蓄熱材はそのエレメント内に配設されていることを特徴とする。

請求項６に係るエンジンの吸気温度調整装置は、請求項１から請求項５のいずれか１項に係る発明において、前記潜熱蓄熱材は、相変化温度が２５〜５０℃のものであることを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を発揮することができる。
本発明のエンジンの吸気温度調整装置では、エアフローセンサより上流側と、エアクリーナ内の吸入口より下流側との間の吸気通路内に潜熱蓄熱材が配設されている。該潜熱蓄熱材は吸気通路の内部に設けられ、空気の流れの中に存在するため熱交換効率が良く、空気の温度を速やかに調節することができる。さらに、潜熱蓄熱材はエアフローセンサとエアクリーナ内の吸入口との間に設けられているため、できるだけエンジンに近い位置で潜熱蓄熱材による空気の熱交換を行うことができる。従って、潜熱蓄熱材と空気との熱交換効率を向上させ、エアクリーナを出る吸気温度が一定値に近づくように制御することができる。

以下、本発明の最良と思われる実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図４に示すように、エンジン１１にはインテークマニホールド１２及びスロットルバルブ１３を介してアウトレットホース１４の一端が接続され、その他端がエアクリーナ１５の送出口１６側に接続されている。該エアクリーナ１５の吸入口１７側にはインレットダクト１８が接続されている。これらのインテークマニホールド１２、スロットルバルブ１３、アウトレットホース１４、エアクリーナ１５及びインレットダクト１８等により吸気通路が構成されている。図１の矢印で示すように空気は、インレットダクト１８からエアクリーナ１５を通ってアウトレットホース１４へ流れるようになっている。アウトレットホース１４には、エンジンへの吸気量を検出するエアフローセンサ１９が取着されている。

図１に示すように、エアクリーナ１５の送出口１６にはカラー状の連結部材２０がねじを介して固定され、該連結部材２０に円筒状でかつ二重構造をなすアウトレット部材２１の第１フランジ部２２が係合され、片持ち支持されている。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、アウトレット部材２１は円筒状をなす本体部材２３の基端部（図２（ａ）の左端部）に第１フランジ部２２が突設されると共に、先端部に第２フランジ部２４が突設されている。本体部材２３は二重構造に形成され、その内部空間２５には潜熱蓄熱材２６が充填されている。さらに、本体部材２３の内部は二重構造を有する枠体２７が格子状に配設されている。この格子状に形成された枠体２７間の通気路２８を空気が流通するようになっている。この枠体２７内の空隙２９にも潜熱蓄熱材２６が充填されている。そして、アウトレット部材２１内を通過する空気が枠体２７を介して潜熱蓄熱材２６と熱交換されることにより、空気の温度が高い場合にはその温度が低下し、空気の温度が低い場合にはその温度が上昇し、所定温度範囲に近づくように制御される。

潜熱蓄熱材２６は、固体が吸熱して液体となり、その液体が放熱して固体に戻る可逆的な化学変化により相変化をする物質である。潜熱蓄熱材２６として具体的には、硫酸ナトリウム・１０水和物（相変化温度３２．４℃）、塩化カルシウム・６水和物（相変化温度２９．７℃）、チオ硫酸ナトリウム・５水和物（相変化温度４８．０℃）、酢酸ナトリウム・３水和物（相変化温度５８．０℃）、パラフィン（炭素数が１８〜２２の場合には相変化温度２８．２〜４４．０℃）等が挙げられる。これらの潜熱蓄熱材２６の潜熱は１５０〜１８０ｋＪ／ｋｇである。これらの潜熱蓄熱材２６のうち、エアクリーナ１５内を通過する空気の温度を例えば８０℃から１０℃程度低くするために、相変化温度が２５〜５０℃のものが好ましい。潜熱蓄熱材２６として具体的には、相変化温度が３２．４℃である硫酸ナトリウム・１０水和物が最も好ましい。この硫酸ナトリウム・１０水和物は最も好ましいものの、夏場（３０〜３８℃）や熱帯地方においては、気温そのものが高く、その効果が低下する可能性があるので、その場合には相変化温度が４０〜５０℃の範囲のものが好ましい。

エアクリーナ１５内の中央部には、上流側にエアフィルタエレメント３０、下流側に整流格子体３１が配設されている。エアフィルタエレメント３０は、空気中のごみ、塵、砂塵などの異物を取り除き、清浄な空気をエンジン１１に送るためのものである。このエアフィルタエレメント３０は、不織布を襞状にして形成されている。

整流格子体３１は、エアクリーナ１５内の空気の流れを揃え、円滑にアウトレットホース１４へ流通させるためのものである。図３に示すように、整流格子体３１は四角箱状の容器本体３２と蓋体３３とより構成され、これら容器本体３２と蓋体３３に連通する四角筒状の通気孔３４が貫設されるように格子壁３５が区画形成されている。容器本体３２の通気孔３４以外の部分は収容空間３６となっている。

前記潜熱蓄熱材２６は、アウトレットホース１４へと流出する空気を適温にするために、アウトレットホース１４内のエアフローセンサ１９より上流側と、エアクリーナ１５内の吸入口１７より下流側との間に設けられる。この潜熱蓄熱材２６がアウトレットホース１４内のエアフローセンサ１９より下流に設けられる場合には、潜熱蓄熱材２６の前後で空気の密度が変化するため、エアフローセンサ１９で検出される通気量とエンジン１１に吸入される通気量とが相違し、空燃比にずれが生じて燃焼効率が悪化する。その一方、潜熱蓄熱材２６がエアクリーナ１５内の吸入口１７より上流側に設けられる場合には、熱交換された空気がエアクリーナ１５内で暖められることから潜熱蓄熱材２６による冷却効果が低下する結果を招く。

次に、上記のように構成されたエアクリーナ１５について作用を説明する。
さて、吸気通路を経てエンジン１１への吸気が行われる場合、空気はまずインレットダクト１８からエアクリーナ１５の吸入口１７を経てエアクリーナ１５内に吸入される。エアクリーナ１５内では、エアフィルタエレメント３０により空気中のごみ、塵、砂塵等の異物が不織布に捕捉される。

アウトレット部材２１では、格子状に配設された通気路２８を空気が流通する。このとき、アウトレット部材２１内の内部空間２５には潜熱蓄熱材２６が充填されていることから、空気と潜熱蓄熱材２６との間で熱交換が行われる。熱交換に際しては、通気路２８が細かく分割形成されているため、接触面積が大きく、効率の良い熱交換が行われる。

熱交換に当っては、夏季などにおいてアウトレット部材２１に導かれた空気の温度が高い場合には、潜熱蓄熱材２６の働きによって吸熱され、冷却される。その一方、冬季などにおいてアウトレット部材２１に導かれた空気の温度が低い場合には、潜熱蓄熱材２６の働きによって発熱され、加温される。従って、エアクリーナ１５を出てエンジン１１に吸入される吸気温度が一定に近づくように制御される。

エアクリーナ１５ではエンジン１１の放熱の影響で高温になり、そこを通過する空気も例えば８０℃程度に暖められる。そのため、空気の持つ熱量により潜熱蓄熱材２６が吸熱して固体から液体に変化し、かかる吸熱作用に基づいて空気が冷却され、空気の温度が例えば７０℃程度まで低下する。上記潜熱蓄熱材２６はエアクリーナ１５内の送出口１６側すなわちエンジン１１に近い側に配置され、空気は潜熱蓄熱材２６と熱交換した後速やかにアウトレットホース１４へと送られることから、熱交換による効果を有効に発揮させることができる。

エアクリーナ１５から送出された空気は、アウトレットホース１４内へと導かれ、エアフローセンサ１９により吸気量が検出される。アウトレットホース１４内の空気は、さらにスロットルバルブ１３からインテークマニホールド１２を経てエンジン１１内へ吹き込まれる。

以下に、上記第１実施形態により発揮される効果について、まとめて記載する。
・ 本実施形態のエンジン１１の吸気温度調整装置では、前記アウトレットホース１４内のエアフローセンサ１９より上流側と、エアクリーナ１５内の吸入口１７より下流側との間に潜熱蓄熱材２６が配設されている。該潜熱蓄熱材２６はエアクリーナ１５の内部に設けられ、空気の流れの中に存在するため熱交換効率が良く、空気の温度を速やかに調節することができる。さらに、潜熱蓄熱材２６はアウトレットホース１４のエアフローセンサ１９とエアクリーナ１５の吸入口１７との間に配設されているため、できるだけエンジン１１に近い位置で潜熱蓄熱材２６と空気との熱交換を行うことができる。

従って、潜熱蓄熱材２６と空気との熱交換効率を向上させ、エアクリーナ１５を出る吸気の温度が一定値に近づくように容易に制御することができる。よって、エンジン１１内での燃焼効率が向上し、出力を増大させることができると共に、燃費を向上させることができる。

・ 潜熱蓄熱材２６はエアクリーナ１５内の空気の送出口１６側に配設されていることから、空気は潜熱蓄熱材２６と熱交換した後速やかにアウトレットホース１４へと送られ、熱交換による効果を有効に発揮させることができる。
（第２実施形態）
続いて、本発明を具体化した第２実施形態について説明するが、本第２実施形態では主に第１実施形態と異なる点について説明する。

本第２実施形態では、潜熱蓄熱材２６は整流格子体３１内に設けられている。すなわち、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、整流格子体３１を構成する容器本体３２内の通気孔３４以外の収容空間３６に潜熱蓄熱材２６が充填されている。該収容空間３６に潜熱蓄熱材２６が充填された状態で蓋体３３が被せられて密封されている。

さて、エンジン１１への吸気が行われる場合、整流格子体３１では、空気は多数の通気孔３４を通過し、空気の流れが一定方向に揃えられる。このとき、整流格子体３１の収容空間３６には潜熱蓄熱材２６が充填されていることから、空気と潜熱蓄熱材２６との間で熱交換が行われる。熱交換に当っては、格子壁３５が縦横に一定間隔をおいて形成され通気孔３４が細かく分割形成されているため、接触面積が大きく、効率の良い熱交換が行われる。従って、通気孔３４を通過する空気は効率良く冷却又は加温される。
（変更例）
なお、前記各実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。

・ 前記第１実施形態におけるアウトレット部材２１に潜熱蓄熱材２６を配設した構成と、第２実施形態における整流格子体３１に潜熱蓄熱材２６を配設した構成とを組合せて構成することもできる。この場合、エアクリーナ１５を通過する空気の熱交換効率を向上させ、その温度制御を容易に行うことができる。

・ 図６に示すように、エアフィルタエレメント３０の外枠３０ａ内に櫛状で二重構造の襞保持部材４０を設けることもできる。すなわち、枠材３７内の収容空間３６ａに潜熱蓄熱材２６を収容することができる。なお、この襞保持部材４０は、エアフィルタエレメント３０の襞の形状を保持するものである。

・ 第１実施形態のアウトレット部材２１を図７（ａ）又は（ｂ）に示すように構成することもできる。すなわち、図７（ａ）に示すように、アウトレット部材２１の通気路２８を放射状に形成し、枠体２７内の空隙２９に潜熱蓄熱材２６を収容したり、図７（ｂ）に示すように、放射状かつ円筒状に形成したりすることができる。

・ 第２実施形態の整流格子体３１を図８（ａ）又は（ｂ）に示すように構成することもできる。すなわち、図８（ａ）に示すように、通気孔３４の幅を一定にし、格子壁３５で囲まれた収容空間３６を中央部ほど広くしたり、図８（ｂ）に示すように、通気孔３４の幅を一定にし、格子壁３５で囲まれた収容空間３６を中央部ほど狭くしたりすることができる。

・ 潜熱蓄熱材２６をエアフィルタエレメント３０内に配設することもできる。この場合、潜熱蓄熱材２６を収容したマイクロカプセルをエアフィルタエレメント３０を構成する繊維間に漉き込んだりすることができ、また中空繊維内に保持させたりすることができる。

・ 図１の二点鎖線で示すように、前記第２実施形態において、潜熱蓄熱材２６が配設された整流格子体３１をエアクリーナ１５の吸入口１７に設けることもできる。
・ 潜熱蓄熱材２６は、エアフローセンサ１９より上流側であれば、アウトレットホース１４内に配設することも可能である。

次に、前記実施形態より把握できる技術的思想について以下に記載する。
・ 前記潜熱蓄熱材は断面格子状に配設され、その格子状の空間部を空気が流通するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエンジンの吸気温度調整装置。このように構成した場合、請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加えて、潜熱蓄熱材と空気との熱交換効率を向上させることができる。

・ 前記潜熱蓄熱材は硫酸ナトリウム・１０水和物であることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの吸気温度調整装置。この場合、請求項５に係る発明の効果を最も有効に発現することができる。

第１実施形態におけるエンジンへの吸気通路のうち、エアクリーナを中心とする部分の概略を示す断面図。 （ａ）はエアクリーナの送出口に設けられるアウトレット部材を示す縦断面図及び（ｂ）は（ａ）の２ｂ−２ｂ線における断面図。 容器本体と該容器本体に被せられる蓋体とで構成される整流格子体を示す斜視図。 エンジンへの吸気通路の概略を示す説明図。 （ａ）は第２実施形態における整流格子体を構成する容器本体を示す断面図及び（ｂ）は容器本体に蓋体を被せた状態を示す断面図。 エアフィルタエレメントの別例を示し、（ａ）はエアフィルタエレメントの部分拡大断面図〔（ｂ）の６ａ−６ａ線における拡大断面図〕及び（ｂ）はエアフィルタエレメントを示す概略平面図。 （ａ）及び（ｂ）はエアクリーナの送出口に設けられるアウトレット部材の別例を示す断面図。 （ａ）及び（ｂ）は整流格子体の別例を示す断面図。

符号の説明

１１…エンジン、１５…エアクリーナ、１６…送出口、１７…吸入口、１９…エアフローセンサ、２１…アウトレット部材、２６…潜熱蓄熱材、３０…エアフィルタエレメント、３１…整流格子体。

Claims (6)

1. エアフローセンサより上流側と、エアクリーナ内の吸入口より下流側との間の吸気通路内に潜熱蓄熱材を配設したことを特徴とするエンジンの吸気温度調整装置。
2. 前記潜熱蓄熱材は、エアクリーナの送出口側に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気温度調整装置。
3. 前記エアクリーナの送出口にはアウトレット部材が支持され、潜熱蓄熱材はそのアウトレット部材内に配設されていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの吸気温度調整装置。
4. 前記エアクリーナ内には空気の整流格子体が設けられ、潜熱蓄熱材はその整流格子体内に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエンジンの吸気温度調整装置。
5. 前記エアクリーナ内には空気を清浄化するエレメントが設けられ、潜熱蓄熱材はそのエレメント内に配設されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエンジンの吸気温度調整装置。
6. 前記潜熱蓄熱材は、相変化温度が２５〜５０℃のものであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のエンジンの吸気温度調整装置。

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