JP2012132348A

JP2012132348A - 吸気加熱装置

Info

Publication number: JP2012132348A
Application number: JP2010284078A
Authority: JP
Inventors: Osamu Watanabe; 修渡辺; Ryoji Saiki; 良治齊木; Susumu Nakajima; 進中島; Minoru Arai; 稔荒井
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-07-12
Also published as: US8726890B2; US20120152213A1

Abstract

【課題】冷間時始動性の向上を実現した吸気加熱装置を提供する。
【解決手段】吸気加熱装置２０は、吸気チャンバ１２の右方に設置されたエアポンプ２１と、シリンダヘッド９の右前方に設置されたエアヒータ２２と、吸気マニホールド４の上方に設置されたデリバリパイプ２３とを構成要素としている。吸気加熱にあたっては、スロットルバルブ３を閉鎖した後、エアポンプ２１を起動してエアヒータ２２に通電する。これにより、吸気チャンバ１２からの空気がエアヒータ２２に加熱された後、デリバリパイプ２３から分岐管１３に流入して吸気チャンバ１２に環流する。この際、スロットルバルブ３が閉鎖されており、エンジンＥ内でも吸排気バルブのどちらかが閉鎖状態となるため、加熱された空気が流出せず、吸気マニホールド４および吸気加熱装置２０内の空気温度Ｔａが次第に上昇する。
【選択図】図１

Description

本発明は、混合燃料エンジン車両等に搭載される吸気加熱装置に係り、冷間時始動性の向上を実現する技術に関する。

近年、化石燃料（ガソリンや軽油）の枯渇抑制を主な目的として、例えばガソリンに代替燃料（エタノールやメタノール等）を任意の混合率で混合した混合燃料を用いる混合燃料エンジン車両（flexible fuel vehicle：以下、ＦＦＶと記す）が出現している。ＦＦＶには、沸点の高い代替燃料が低温域で気相となりにくい（すなわち、液滴となって着火しにくい）ことから、冷間始動時に吸気ヒータによって吸入空気を加熱して代替燃料の気化を促すものがある（特許文献１参照）。

特開平５−２０９５７７号公報

特許文献１では、インテークマニホールドの上流側からエア供給装置によって空気を取り入れ、この空気を吸気ヒータで加熱した後に燃料噴射弁の燃料噴射側から供給（噴射）することで燃料の気化を促進する。しかしながら、エア供給装置によって取り入れた空気のみを加熱し、始動時における吸入空気全体を加熱するものではないことから、冷間時における始動性向上を図るうえでいまだ改善の余地があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、冷間時始動性の向上を実現した吸気加熱装置を提供することを目的とする。

本発明に係る吸気加熱装置の第１の側面では、スロットルバルブ（３）と内燃機関（Ｅ）のシリンダヘッド（９）とを接続する吸気通路（４）と、前記吸気通路に形成された空気導出部（１２）と、前記空気導出部に対して吸気流れ方向で異なる位置で、前記吸気通路に形成された空気導入部（１３）と、前記空気導出部と前記空気導入部とを連通させる循環通路（２４，２５）と、前記循環通路に設置され、前記吸気通路内の空気を前記空気導出部側から前記空気導入部側に送給する空気送給手段（２１）と、前記循環通路に設置され、当該循環通路内を流通する空気を加熱する空気加熱手段（２２）とを備え、前記内燃機関の始動前に前記空気送給手段および前記空気加熱手段を駆動する。

また、本発明の第２の側面では、前記空気送給手段および前記空気加熱手段の駆動時に前記スロットルバルブを閉鎖する。

また、本発明の第３の側面では、前記空気導出部が前記空気導入部よりも吸気流れ方向で上流に配置される。

また、本発明の第４の側面では、前記空気導出部が前記空気導入部よりも吸気流れ方向で下流に配置される。

本発明によれば、吸気通路や循環通路内の空気を十分な温度となるまで加熱することにより、クランキング時に燃焼室に高温の空気が流入して燃料の気化が促進され、エンジンの円滑な始動が実現される。また、加熱時にスロットルバルブを閉鎖すれば、加熱された空気が外部に流出しにくくなって加熱時間の短縮等が実現される。また、空気導出部を空気導入部よりも上流に配置すれば、昇温させた空気を優先的に燃焼室に導入することができる。また、空気導出部を空気導入部よりも下流に配置すれば、始動時における吸気の流れが阻害されにくくなる。

実施形態に係る吸気装置の斜視図である。実施形態に係る吸気加熱制御の手順を示すフローチャートである。実施形態の作用を示す模式図である。一部変形例の作用を示す模式図である。

以下、図面を参照して、本発明をＦＦＶ用の直列４気筒エンジンの吸気装置に適用した一実施形態を詳細に説明する。なお、各部材の説明にあたっては、図１中に上下・左右・前後を矢印で示し、位置や方向をこれにそって表記する。

≪実施形態の構成≫
＜吸気装置の要部＞
図１に示すように、本実施形態の吸気装置１は、吸気ダクト２を介して図示しないエアクリーナに接続された電子制御式のスロットルバルブ３と、スロットルバルブ３とエンジンＥのシリンダヘッド９の前面（吸気側面）とを接続する吸気マニホールド４と、吸気マニホールド４の下流端側の上部（すなわち、シリンダヘッド９側の上部）に設置された燃料噴射装置５とを有している。スロットルバルブ３は、エンジンＥを統括制御するエンジンＥＣＵ７によって駆動制御される。

吸気マニホールド４は、スロットルバルブ３が締結された吸気導入管１１と、吸気導入管１１の下流側に連通する吸気チャンバ１２と、吸気チャンバ１２から各気筒の吸気ポート（図示せず）に分岐する分岐管１３（１３ａ〜１３ｄ）とを有している。燃料噴射装置５は、燃料レール１５と４つの燃料噴射弁１６とから構成されており、燃料噴射弁１６の先端が各分岐管１３の下流端に嵌挿されている。

＜吸気加熱装置＞
吸気加熱装置２０は、吸気チャンバ１２の右方に設置されたエアポンプ２１と、シリンダヘッド９の右前方に設置されたエアヒータ２２と、吸気マニホールド４の上方に設置されたデリバリパイプ２３とを主要な構成要素としている。エアポンプ２１は、エンジンＥＣＵ７に駆動制御されることにより、ホース２４を介して吸気チャンバ１２内の空気を吸引し、コ字形状の成形ホース２５を介してその空気をエアヒータ２２に圧送する。エアヒータ２２は、エンジンＥＣＵ７によって通電制御される電気ヒータ（セラミックヒータ等）であり、エアポンプ２１から供給された空気を加熱する。

デリバリパイプ２３は、エアヒータ２２に一体化されたデリバリパイプ本体２６と、デリバリパイプ本体２６の後部に突設された４本のエアパイプ２７とからなっている。各エアパイプ２７は、燃料噴射弁１６の近傍上流側において、その先端が吸気マニホールド４の各分岐管１３にそれぞれ嵌挿されている。また、吸気チャンバ１２にはエア温センサ２８が取り付けられており、このエア温センサ２８が吸気チャンバ１２内部の温度（空気温度Ｔａ）を検出して検出結果をエンジンＥＣＵ７に出力する。なお、エンジンＥＣＵ７には、上述したスロットルバルブ３やエアポンプ２１、エアヒータ２２、エア温センサ２８の他、イグニッションキー３１や水温センサ３２、クランク角センサ３３等が接続している。

≪実施形態の作用≫
運転者がイグニッションキー３１をオンにすると、エンジンＥＣＵ７は、図２のフローチャートにその手順を示す吸気加熱制御を所定の処理間隔をもって繰り返し実行する。吸気加熱制御を開始すると、エンジンＥＣＵ７は、図２のステップＳ１で水温Ｔｗが所定の判定閾値Ｔｗｔｈ（例えば、５０°）以下であるか否かを判定し、この判定がＮｏであれば何ら処理を行わずにスタートに戻る。この場合、エンジンＥの温度が高いために燃料は十分に気化し（始動不良が生じることがなく）、吸気加熱装置２０を駆動することによる無駄な電力消費が抑制される。

長時間駐車後の始動時でステップＳ１の判定がＹｅｓになった場合、エンジンＥＣＵ７は先ず、ステップＳ２でエンジンＥの始動を不許可とする。これにより、運転者がイグニッションキー３１をスタート位置に操作してもスタータモータや燃料噴射弁１６が作動しなくなり、バッテリの放電（バッテリ上がり）が起きにくくなるとともに、吸気マニホールド４の内壁や点火プラグ（図示せず）への燃料の液滴の付着が生じなくなる。なお、この際に、インストルメントパネルに「しばらくお待ち下さい」等の表示を行ってもよい。

次に、エンジンＥＣＵ７は、ステップＳ３でスロットルバルブ３を閉鎖した後、ステップＳ４でエアポンプ２１を起動し、ステップＳ５でエアヒータ２２に通電する。これにより、図３に示すように吸気チャンバ１２からの空気がエアヒータ２２によって加熱された後、デリバリパイプ２３から分岐管１３に流入して吸気チャンバ１２に環流する。この際、スロットルバルブ３が閉鎖されており、エンジンＥ内でも吸排気バルブのどちらかが閉鎖状態となるため、加熱された空気が流出することによる熱損失が抑制され、吸気マニホールド４および吸気加熱装置２０内の空気温度Ｔａが速やかに上昇する。

次に、エンジンＥＣＵ７は、ステップＳ６で空気温度Ｔａが所定の判定閾値Ｔａｔｈ（例えば、１００°）に達したか否かを判定し、その判定結果がＮｏである間はステップＳ６の判定を繰り返す。

空気温度Ｔａが判定閾値Ｔａｔｈに達してステップＳ６の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ７は、ステップＳ７でエンジンＥの始動を許可する（運転者によってエンジンＥの始動が行えるようにする）。なお、この際に、インストルメントパネルに「エンジンをスタートできます」等の表示を行ってもよい。

次に、エンジンＥＣＵ７は、ステップＳ８でエンジンＥが始動してエンジン回転速度Ｎｅが所定の判定閾値Ｎｅｔｈ（例えば、５００ｒｐｍ）に達したか否かを判定し、その判定結果がＮｏである間はステップＳ８の判定を繰り返す。

エンジン回転速度Ｎｅが判定閾値Ｎｅｔｈに達してステップＳ８の判定がＹｅｓになると、エンジンＥＣＵ７は、ステップＳ９で吸気加熱を停止し（すなわち、エアポンプ２１の駆動およびエアヒータ２２への通電を停止し）、吸気加熱制御を終了する。

これにより、運転者がイグニッションキー３１をスタート位置にすると、加熱された空気が吸気マニホールド４からエンジンＥの燃焼室に送り込まれることになり、燃料噴射弁１６から噴射された燃料が効果的に気化することで良好な始動が実現される。なお、本実施形態では、加熱された空気が分岐管１３の下流端側に流入するため、昇温させた空気を優先的に燃焼室に導入することができる。

［一部変形例］
一部変形例もその全体構成は上述した実施形態と同様であるが、図４に示すように、吸気マニホールド４および吸気加熱装置２０内における空気の流れ方向のみが異なる。すなわち、一部変形例では、エアポンプ２１の吐出方向が実施形態と逆であり、分岐管１３からデリバリパイプ２３を介して吸引された空気は、エアヒータ２２で加熱された後に吸気チャンバ１２に流入して分岐管１３に環流する。一部変形例も、その作用は実施形態と同様である。なお、一部変形例の場合、加熱時において吸気チャンバ１２側から分岐管１３側に空気が流れるため、始動時における吸気の流れが阻害されにくくなる。

以上で実施形態および一部変形例の説明を終えるが、本発明の態様はこれらに限られるものではない。例えば、上記実施形態はＦＦＶ用エンジンの吸気装置に本発明を適用したものであるが、ディーゼルエンジン等の吸気装置にも当然に適用可能である。また、上記実施形態では吸気加熱時にスロットルバルブのみを閉鎖するようにしたが、可変動弁機構等を用いることによって吸気バルブも閉鎖してもよいし、機械駆動式のスロットルバルブを備えたものでは吸気加熱時にスロットルバルブの強制閉鎖等を行わないようにしてもよい。また、上記実施形態では吸気チャンバと分岐管とに吸気加熱装置を接続するようにしたが、吸気導入管と吸気チャンバ（あるいは、分岐管）とに吸気加熱装置を接続してもよい。また、上記実施形態では始動完了後に吸気加熱を停止するようにしたが、例えば暖機が完了するまで吸気加熱を継続してもよいし、吸気加熱完了時に吸気加熱を停止してもよい。その他、吸気加熱装置の具体的装置構成やレイアウト、制御の具体的手順等についても、本発明の主旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

１吸気装置
３スロットルバルブ
４吸気マニホールド（吸気通路）
７エンジンＥＣＵ
９シリンダヘッド
１２吸気チャンバ（空気導出部）
１３分岐管（空気導入部）
２０吸気加熱装置
２１エアポンプ（空気送給手段）
２２エアヒータ（空気加熱手段）
２３デリバリパイプ（循環通路）
２４ホース（循環通路）
２５成形ホース（循環通路）
Ｅエンジン

Claims

スロットルバルブと内燃機関のシリンダヘッドとを接続する吸気通路と、
前記吸気通路に形成された空気導出部と、
前記空気導出部に対して吸気流れ方向で異なる位置で、前記吸気通路に形成された空気導入部と、
前記空気導出部と前記空気導入部とを連通させる循環通路と、
前記循環通路に設置され、前記吸気通路内の空気を前記空気導出部側から前記空気導入部側に送給する空気送給手段と、
前記循環通路に設置され、当該循環通路内を流通する空気を加熱する空気加熱手段と
を備え、
前記内燃機関の始動前に前記空気送給手段および前記空気加熱手段を駆動することを特徴とする吸気加熱装置。
前記空気送給手段および前記空気加熱手段の駆動時に前記スロットルバルブを閉鎖することを特徴とする、請求項１に記載された吸気加熱装置。
前記空気導出部が前記空気導入部よりも吸気流れ方向で上流に配置されたことを特徴とする、請求項１または、請求項２に記載された吸気加熱装置。
前記空気導出部が前記空気導入部よりも吸気流れ方向で下流に配置されたことを特徴とする、請求項１または、請求項２に記載された吸気加熱装置。