JP2016211419A - 車両用エンジンの吸気系温水加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気系の付属機器を、エンジンを冷却することで暖められる温水により、吸気温度や温水温度に左右されることなく外気温度の低温化に合わせて応答性よく加熱し、外気温度が高温化して加熱が不必要なときに加熱を確実に停止すること。
【解決手段】車両１前部のエンコパ２には、前側にラジエータ３が配置され、ラジエータ３の後方には、エンジン５と吸気系１１，１２，１３，１４が配置される。吸気系１１〜１４には、スロットル装置１２が設けられる。スロットル装置１２を加熱するために、エンジン５を冷却することで暖められた温水が温水通路１６を介してスロットル装置１２へ循環させる。温水通路１６には温水制御弁１７が設けられる。エンコパ２には、車両１前側からラジエータ３を介して走行風ＴＷが流れ込む。温水制御弁１７には、走行風ＴＷの温度に応じて温水制御弁１７の開閉を制御する膨縮部材１８が設けられる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、車両のエンジンコンパートメント（エンコパ）の中にエンジンとラジエータと吸気系を配置した車両用エンジンに係り、吸気系に関連して設けられる各種付属機器を、エンジンを冷却することで暖められた冷却水（温水）を流すことにより加熱するように構成した車両用エンジンの吸気系温水加熱装置に関する。

一般に、エンジンでは、外気がそのまま吸気通路を通じて燃焼室に取り込まれるようになっている。また、吸気通路には、吸気通路に関連してスロットル弁や過給機のコンプレッサ前ミキサー等の付属機器が設けられている。そのため、寒冷地では、冷たい外気がそのまま吸気通路に取り込まれ、吸気通路に設けられた各種付属機器で凍結が起きるおそれがあった。そこで、従来の付属機器では、エンジンを冷却することで暖められた冷却水（温水）を付属機器に循環させることにより、付属機器を加熱し、その凍結を回避するように構成されている。

例えば、下記の特許文献１に記載された装置では、エンジンを冷却することで暖められた冷却水（温水）を温水循環路を通じてスロットル弁の本体に循環させ、スロットル弁を加熱してその凍結を回避するようになっている。この装置では、温水循環路に設けられた開閉弁が、吸気通路における吸気温度に応じて開閉制御される。すなわち、この装置では、吸気温度が設定値及びそれ以下のときには開閉弁を開き、吸気温度が設定値以上のときは開閉弁を閉じるようになっている。

また、下記の特許文献２に記載された装置は、同じく冷却水（温水）を循環させてスロットル弁を加熱するように構成され、その温水の流れが、温水の温度に感応して開閉する制御弁により制御されるようになっている。

一方、車両に設けられる装置として、エンジンに導入される吸気の温度を制御する吸気温度制御装置が知られている。例えば、下記の特許文献３に記載される装置は、暖気（ホットエア）と外気（クールエア）の各取入口を開閉するホットエアバルブと、ホットエアバルブの開閉量を制御して、暖気、外気もしくはその両方からなる吸気の温度を一定の範囲に保つサーモスタットとを有する。暖気の取入口には、排気マニホールドの周りで暖められた空気が導入される。外気の取入口には、外気が導入される。ここで、サーモスタットは、各取入口より下流の吸気通路の中に配置される。そのため、サーモスタットは、吸気通路における吸気温度に感応して作動し、ホットエアバルブの開度が制御される。すなわち、ホットエアバルブの開度が吸気温度に応じて制御され、これにより、エンジンに導入される吸気の温度が制御される。ここで、特許文献１に記載される装置と特許文献３に記載される装置とを併用することが考えられる。

実開昭５８−５３８４５号公報 特開昭５９−２０６６８２号公報 特開２０００−２３４５６８号公報

ところが、特許文献２に記載の装置では、温水温度に感応して制御弁が開閉されるので、冷間時におけるエンジン暖機完了後、車両を停止させてエンジンをアイドル運転させた場合に、冷えた外気によって吸気通路が温水より先に冷えることがある。その結果、吸気通路が冷え、スロットル弁を加熱する必要があるにもかかわらず、温水温度が依然高いことから、制御弁が閉じたままとなってスロットル弁に温水を流せないことがある。すなわち、スロットル弁を外気温度の低温化に追従させて加熱することができなくなる。一方、この装置では、温水温度が所定値になるまでは制御弁が開き続け、スロットル弁に温水が循環してスロットル弁が加熱される。そのため、例えば、車両の渋滞走行時等には、吸気温度がある程度高くてもスロットル弁が温水で加熱されることがあり、スロットル弁を通過する吸気が更に暖められることがある。この結果、エンジンの燃焼室に取り込まれる吸気の温度が必要以上に高くなり、燃焼室での燃料の燃焼効率が悪化するおそれがある。この点、スロットル弁に対する温水の循環は、冷間時には確実に許容し、非冷間時には確実に遮断できることが望まれる。すなわち、スロットル弁等の付属機器を、外気温度の低温化に合わせて応答性よく加熱し、不必要なときには加熱を停止することが望まれる。

また、特許文献１に記載の装置と特許文献３に記載の装置を併用した場合、吸気温度が設定値以上になると、スロットル弁の加熱を停止するために開閉弁が閉じられる。そのため、エンジン暖機時にホットエアバルブが制御されて吸気通路に暖気が導入されると、開閉弁が閉じてしまう。この結果、スロットル弁に温水が流れなくなり、スロットル弁を加熱が必要なときに十分に加熱できなくなるおそれがある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、吸気系に設けられる付属機器を、エンジンを冷却することで暖められる温水により、吸気温度や温水温度に左右されることなく外気温度の低温化に合わせて応答性よく加熱し、外気温度が高温化して加熱が不必要なときに加熱を確実に停止することを可能とした車両用エンジンの吸気系温水加熱装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、車両の前部に配置されたエンジンコンパートメントの中において、その前側にラジエータが配置され、ラジエータの後方にエンジンと吸気系が配置された車両用エンジンの吸気系温水加熱装置であって、吸気系は、エンジンに空気を導入するための吸気通路と、吸気通路に関連して設けられた付属機器とを含むことと、付属機器を加熱するために、エンジンを冷却することで暖められた温水を付属機器へ循環させる温水通路と、温水通路における温水の流れを制御するための温水制御弁と、エンジンコンパートメントには、車両の前側からラジエータを介して走行風が流れ込むように構成されることと、走行風の温度に応じて温水制御弁の開閉を制御するための弁制御手段とを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、車両の前部に配置されたエンジンコンパートメント（以下「エンコパ」という。）の中には、その前側にラジエータが配置され、ラジエータの後方にエンジンと吸気系を構成する吸気通路や付属機器が配置される。ここで、付属機器を加熱するために、エンジンを冷却することで暖められた温水が温水通路を通じて付属機器へ循環される。そして、温水制御弁の開閉が走行風の温度に応じて弁制御手段により制御されることにより、温水通路における温水の流れが制御される。従って、温水制御弁の開閉は、吸気温度や温水温度の変化にかかわらず、外気温度に近い走行風の温度に応じて制御されることになる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、温水制御弁は、エンジンコンパートメントの外においてラジエータの前方に設けられ、少なくとも弁制御手段が設けられる部位に走行風が当たるように配置されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、温水制御弁がエンコパの外においてラジエータの前方に設けられ、少なくとも弁制御手段が設けられる部位に走行風が当たるように配置されるので、車両の走行時には、車両の前側に当たる走行風が少なくとも弁制御手段が設けられる部位に直接的に当たり、温水制御弁の開閉が、走行風の温度に応じて制御される。また、車両の停止時には、温水制御弁の開閉が、外気の温度に応じて制御される。すなわち、温水制御弁の開閉は、外気温度の変化に合わせて制御されることになる。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、温水制御弁は、エンジンコンパートメントの中においてラジエータの後側近傍に設けられ、少なくとも弁制御手段が設けられる部位に走行風が当たるように配置されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、温水制御弁がエンコパの中においてラジエータの後側近傍に設けられ、少なくとも弁制御手段が設けられる部位に走行風が当たるように配置されるので、車両の走行時には、ラジエータを通り抜けた走行風が少なくとも弁制御手段が設けられる部位に当たり、温水制御弁の開閉が、走行風の温度に応じて制御される。また、車両の停止時には、温水制御弁の開閉が、走行風の温度の影響を受けたエンコパの中の温度に応じて制御される。すなわち、温水制御弁の開閉は、ほぼ外気温度の変化に合わせて制御されることになる。

上記目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、温水制御弁は、エンジンコンパートメントの中において付属機器に設けられ、少なくとも弁制御手段が設けられる部位に走行風が当たるように配置されたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、温水制御弁が付属機器に設けられるので、温水制御弁を別途取り付ける必要がない。また、温水制御弁がエンジンコンパートメントの中において付属機器に設けられても、少なくとも弁制御手段が設けられる部位に走行風が当たるように配置されるので、温水制御弁の開閉が、付属機器の温度の変化にかかわらず、走行風の温度又は走行風の温度の影響を受けたエンコパの中の温度に応じて制御される。すなわち、温水制御弁の開閉は、ほぼ外気温度の変化に合わせて制御されることになる。ラジエータ通過風は、ラジエータ温度と、外気温／車速の影響を受ける。ここで、ラジエータ温度は、外気温が低い程低温化する。

上記目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、温水制御弁は、温水通路を開閉するための弁体と、弁体を駆動するための駆動部材とを含み、弁制御手段は、走行風の温度に感応して膨張又は収縮することにより駆動部材の動作を制御する膨縮部材を含むことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の作用に加え、走行風の温度に感応して膨縮部材が膨張又は収縮することにより駆動部材の動作が制御され、温水制御弁の開閉が制御される。従って、温水制御弁を開閉制御するために、電気的構成を設ける必要がない。

上記目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明において、温水制御弁は、弁制御手段が設けられる部位の外周に熱交換用フィンが設けられたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の作用に加え、弁制御手段が設けられる部位の外周に熱交換用フィンが設けられるので、弁制御手段の外周の受熱面積がフィンにより拡大され、弁制御手段とその周囲との間の熱交換量が増す。

上記目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれかに記載の車両用エンジンの吸気系温水加熱装置において、吸気通路は、吸気入口を含み、吸気入口から外気を低温空気として導入するように構成され、エンジンコンパートメントの中には、エンジンから排気を導出するための排気通路の一部が設けられ、エンジンコンパートメントの中には、排気通路の周りの高温空気をエンジンに導入するために吸気通路に接続された高温空気通路が設けられ、吸気通路と高温空気通路との接続部には、高温空気通路からの高温空気と吸気入口からの低温空気を吸気通路の下流側へ選択的に流すために流路を切り替える流路切替弁が設けられ、吸気通路における吸気温度に応じて流路切替弁の切り替え動作を制御するための第２の弁制御手段が設けられ、流路切替弁の切り替え動作を制御することによりエンジンに導入される吸気の温度を制御することを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の作用に加え、エンジンの運転時には、排気通路の周りで暖められる高温空気が高温空気通路に導入される。ここで、高温空気通路と吸気通路との接続部に設けられた流路切替弁が吸気温度に応じて第２の弁制御手段により制御されることにより、高温空気通路と吸気入口との吸気通路の下流側への流路が切り替えられる。これにより、高温空気と低温空気とが、吸気通路の下流側へと選択的に流される。従って、必要に応じて流路切替弁により流路が切り替えられることにより、エンジンに導入される吸気が高温空気と低温空気との間で切り替えられる。ここで、吸気通路に高温空気又は低温空気が流れるときでも、温水制御弁の開閉は、吸気温度にかかわらず、弁制御手段により走行風の温度に応じて制御される。

請求項１乃至４のいずれかに記載の発明によれば、吸気系に設けられる付属機器を、エンジンを冷却することで暖められる温水により、吸気温度や温水温度に左右されることなく外気温度の低温化に合わせて応答性よく加熱することができ、外気温度が高温化して加熱が不必要なときに加熱を確実に停止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、請求項１乃至４のいずれかに記載の発明の効果に加え、吸気系温水加熱装置の構成を簡略化することができる。

請求項６に記載の発明によれば、請求項１乃至５のいずれかに記載の発明の効果に加え、弁制御手段の動作につき走行風の温度に対する応答性を高めることができ、温水制御弁の開閉応答性を向上させることができる。

請求項７に記載の発明によれば、エンジンに導入される吸気の温度を吸気通路における吸気温度に応じて制御することができる。また、吸気通路への高温空気の導入にかかわらず、請求項１乃至６のいずれかに記載の発明の効果を得ることができる。

第１実施形態に係り、ボンネットを取り外した車両の前部を概略的に示す平面図。 第１実施形態に係り、ボンネットを取り外した車両の前部を概略的に示す平面図。 第１実施形態に係り、閉弁状態の温水制御弁を示す断面図。 第１実施形態に係り、開弁状態の温水制御弁を示す断面図。 第２実施形態に係り、ボンネットを取り外した車両の前部を概略的に示す平面図。 第２実施形態に係り、ボンネットを取り外した車両の前部を概略的に示す平面図。 第３実施形態に係り、ボンネットを取り外した車両の前部を概略的に示す平面図。 第３実施形態に係り、ボンネットを取り外した車両の前部を概略的に示す平面図。 第３実施形態に係り、車両の前部のエンコパの中を概略的に示す側面図。 第３実施形態に係り、閉弁状態の温水制御弁を示す断面図。 第３実施形態に係り、開弁状態の温水制御弁を示す断面図。 第３実施形態に係り、高温ダクトと第２吸気管との接続部分及び流路切替弁を、図７の矢印Ａの方向から見て示す概略的な断面図。 第３実施形態に係り、高温ダクトと第２吸気管との接続部分及び流路切替弁を、図７の矢印Ａの方向から見て示す概略的な断面図。 第４実施形態に係り、開弁状態の温水制御弁を示す断面図。

＜第１実施形態＞
以下、本発明における車両用エンジンの吸気系温水加熱装置を具体化した第１実施形態
につき図面を参照して詳細に説明する。

図１、図２に、ボンネットを取り外した車両１の前部を概略的に平面図により示す。図１、図２において、車両１の前後左右の方向を矢印で示す（以下に示す同等の他の図において方向は同じ。）図1、図２において、太い矢印は「走行風ＴＷ」を表わし、その矢印中の「網掛け」の濃淡の違いは温度の違いを示す。網掛けが濃いほど温度が高いことを表わす（以下に示す同等の他の図においても同じ。）。エンコパ２には、その前側中央にラジエータ３が配置される。エンコパ２の中には、車両１の前方から取り込まれる走行風ＴＷがラジエータ３を通り抜けて流れ込むように構成される。ラジエータ３の後方には、エンジン５と、エンジン５の吸気系及び排気系が配置される。ここで、ラジエータ３には、エンジン５を冷却して暖められた冷却水（温水）が熱交換のために循環するように冷却水通路（図示略）が設けられる。このため、エンジン５の冷間始動時には、エンジン５で暖められる前の冷却水がラジエータ３を流れる。その後、エンジン５の暖機が進むに連れて冷却水の温度が上昇し、エンジン５の暖機が完了した状態では、高温の温水がラジエータ３を流れることになる。

ラジエータ３の左右両側には、ヘッドライト４が配置される。エンコパ２の中には、エンジン５が横向きに配置される。エンジン５の前側には、燃焼室（図示略）へ空気を導入するための吸気マニホルド１１が設けられる。エンジン５の後側には、燃焼室から排気を導出するための排気マニホルド２１が設けられる。排気マニホルド２１の下流側には、排気浄化のための触媒コンバータと排気管（図示略）が接続される。排気マニホルド２１等は、本発明の排気通路と排気系を構成する。

吸気マニホルド１１の入口側には、スロットル装置１２を介して吸気管１３が接続される。吸気管１３の先端には、エアクリーナ１４が設けられる。エアクリーナ１４には、吸気入口１４ａが設けられる。これら吸気マニホルド１１、スロットル装置１２、吸気管１３及びエアクリーナ１４により本発明の吸気通路と吸気系が構成される。吸気通路は、エンジン５の燃焼室へ空気（吸気）を導入するようになっている。吸気マニホルド１１は、サージタンク１１ａと複数の分岐管１１ｂとを含む。スロットル装置１２は、スロットル弁１２ａを含む。スロットル装置１２は、横向きに配置されたサージタンク１１ａの右端に固定される。吸気管１３は、スロットル装置１２から右方向へ延びてエアクリーナ１４に接続される。

この実施形態では、スロットル装置１２が、吸気通路に関連して設けられた本発明の付属機器に相当する。また、エンジン５とスロットル装置１２との間には、温水通路１６が設けられる。温水通路１６は、スロットル装置１２を加熱するために、エンジン５を冷却することで暖められた冷却水（温水）をスロットル装置１２のケーシングへ流して循環させるように設けられる。温水通路１６は、上記した冷却水通路から分岐して設けられる。温水通路１６の途中には、温水の流れを制御するための非電動式の温水制御弁１７が設けられる。この実施形態で、温水制御弁１７は、エンコパ２の中においてラジエータ３の後側近傍に設けられる。この温水制御弁１７の中には、走行風ＴＷの温度に応じて温水制御弁１７の開閉を制御するための膨縮部材１８が設けられる。温水制御弁１７は、膨縮部材１８が設けられる部位を含む温水制御弁１７のほぼ全体に走行風ＴＷが当たるように配置される。この実施形態で、膨縮部材１８は、本発明の弁制御手段の一例に相当する。

次に、温水制御弁１７の構成について詳しく説明する。図３に、閉弁状態の温水制御弁１７を断面図により示す。図４に、開弁状態の温水制御弁１７を断面図により示す。図３、図４に示すように、温水制御弁１７は、温水通路１６を開閉するための弁体２６を含む弁部１７Ａと、この弁体２６を駆動するための駆動部１７Ｂとを含む。

弁部１７Ａは、平面略Ｔ字形状をなすケーシング２７を備える。このケーシング２７は、中空の通路部２７ａと、その通路部２７ａに交差する中空のシリンダ部２７ｂとを含む。通路部２７ａの両端部には、それぞれ管継手２８が設けられる。これら管継手２８に温水通路１６が接続されることにより、この通路部２７ａが温水通路１６の一部となる。シリンダ部２７ｂには、弁体２６が設けられる。弁体２６は、略円柱形状をなし、図３に示すように通路部２７ａの通路を遮断する閉弁位置と、図４に示すように通路部２７ａを開放する開弁位置との間で往復動可能に設けられる。弁体２６には、駆動部１７Ｂへ向けて延びる弁軸２９が設けられる。

駆動部１７Ｂは、円筒形状をなすケーシング３０を備える。このケーシング３０は、有底筒状をなし、その開口端は蓋３０ａにより封鎖される。このケーシング３０には、その底部を貫通した弁軸２９が軸方向へ延びる。ケーシング３０の中において、弁軸２９の先端には、円板形状をなすフランジ部材３１が固定される。このフランジ部材３１は、断熱性を有する断熱部材でもある。断熱部材の材料として、例えば、セラミックや樹脂を使用することができる。また、ケーシング３０の中には、このフランジ部材３１を挟んで膨縮部材１８とスプリング１９が設けられる。すなわち、スプリング１９と膨縮部材１８との間に断熱部材であるフランジ部材３１が設けられる。つまり、膨縮部材１８は、ケーシング３０の底部とフランジ部材３１との間に設けられる。この膨縮部材１８はコイル形状をなす形状記憶合金により形成される。また、スプリング１９は、フランジ部材３１と蓋３０ａとの間に設けられる。スプリング１９は、駆動部１７Ｂの構成要素であり、本発明の駆動部材の一例に相当する。そして、膨縮部材１８は、走行風ＴＷの温度又は走行風ＴＷの影響を受けた温水制御弁１７の周囲の温度に感応して膨張又は収縮することによりスプリング１９の動作を制御するようになっている。すなわち、走行風ＴＷの温度が高くなる高温時には、図３に示すように膨縮部材１８が収縮し、スプリング１９の付勢力によりフランジ部材３１が弁軸２９と共に押圧されることにより、弁体２６が閉弁位置に配置される。一方、走行風ＴＷの温度が低くなる低温時には、図４に示すように膨縮部材１８が膨張し、スプリング１９の付勢力に抗してフランジ部材３１が弁軸２９と共に逆方向へ押圧されることにより、弁体２６が開弁位置に配置される。

例えば、図１において、外気が氷点下となる外気低温時であってエンジン５の暖機完了後には、車両１の走行に伴いラジエータ３を通過する冷えた走行風ＴＷが温水制御弁１７に当たり、膨縮部材１８が冷やされる。このため、温水制御弁１７が開弁され、図１に矢印で示すように、温水通路１６に温水が流れ、スロットル装置１２が温水により加熱される。一方、図２において、外気が常温となる外気常温時であってエンジン５の暖機完了後には、車両１の走行に伴いラジエータ３を通過する暖まった走行風ＴＷが温水制御弁１７に当たり、膨縮部材１８が暖められる。このため、温水制御弁１７が閉弁され、温水通路１６における温水の流れが遮断され、スロットル装置１２の加熱が中止される。

以上説明したこの実施形態における車両用エンジンの吸気系温水加熱装置によれば、車両１の前部に配置されたエンコパ２の中には、その前側にラジエータ３が配置され、ラジエータ３の後方にエンジン５と吸気系を構成する吸気マニホルド１１、吸気管１３及びエアクリーナ１４や付属機器であるスロットル装置１２が配置される。エンジン５の運転時であって車両１の走行時には、ラジエータ３を通過した走行風ＴＷがエンコパ２の中へ流れ込むと共に温水制御弁１７に当たることになる。ここで、スロットル装置１２を加熱するために、エンジン５を冷却することで暖められた温水が温水通路１６を通じてスロットル装置１２へ循環される。そして、温水制御弁１７の開閉が走行風ＴＷの温度に応じて弁制御手段である膨縮部材１８により制御されることにより、温水通路１６における温水の流れが制御される。従って、温水制御弁１７の開閉は、吸気通路における吸気温度や温水通路１６における温水温度の変化にかかわらず、ほぼ外気温度に近い走行風ＴＷの温度に応じて制御されることになる。このため、吸気系に設けられるスロットル装置１２を、エンジン５を冷却することで暖められる温水により、吸気温度や温水温度に左右されることなくほぼ外気温度の低温化に合わせて応答性よく加熱することができ、外気温度が高温化して加熱が不必要なときには加熱を確実に停止することができる。

例えば、この実施形態では、冷間時に吸気通路が冷えてスロットル装置１２を加熱する必要があるときは、温水制御弁１７が外気温度の低温化に合わせて開き、温水通路１６に温水を循環させてスロットル装置１２を加熱することができる。すなわち、スロットル装置１２を、外気温度の低温化に追従させて加熱することができる。一方、車両１の渋滞走行時等に、外気温度が比較的高くなり、吸気温度がある程度高くなるときは、温水制御弁１７が外気温度の高温化に伴って閉じ、温水通路１６にて温水が循環しなくなり、スロットル装置１２の加熱を確実に停止することができる。すなわち、スロットル装置１２の加熱を、外気温度の高温化に追従させて停止することができる。

この実施形態では、温水制御弁１７がエンコパ２の中においてラジエータ３の後側近傍に設けられ、膨縮部材１８が設けられる部位を含む温水制御弁１７のほぼ全体に走行風ＴＷが当たるように配置される。従って、車両１の走行時には、ラジエータ３を通り抜けた走行風ＴＷが膨縮部材１８が設けられる部位に当たり、温水制御弁１７の開閉が、走行風ＴＷの温度に応じて制御される。また、車両１の停止時には、温水制御弁１７の開閉が、走行風ＴＷの温度の影響を受けたエンコパ２の中の温度に応じて制御される。すなわち、温水制御弁１７の開閉は、ほぼ外気温度の変化に合わせて制御されることになる。この意味でも、スロットル装置１２を、ほぼ外気温度の低温化に合わせて応答性よく加熱することができ、外気温度が高温化して加熱が不必要なときには加熱を確実に停止することができる。この実施形態では、温水制御弁１７につき、温水の循環を許容する開き状態から温水の循環を停止する閉じ状態への切り換え温度を、例えば「３０〜４０℃」に設定することができる。

この実施形態では、走行風ＴＷの温度に感応して膨縮部材１８が膨張又は収縮することによりスプリング１９の動作が制御され、温水制御弁１７の開閉が制御される。従って、温水制御弁１７を開閉制御するために、電気的構成を設ける必要がない。このため、吸気系温水加熱装置の構成を簡略化することができる。

この実施形態では、膨縮部材１８が形状記憶合金で形成されるので、液体や流動体で形成される膨縮部材に比べて温水制御弁１７に対する組み付けや管理が比較的容易となる。この意味で、温水制御弁１７の製造や管理を容易化することができる。

この実施形態では、スプリング１９と膨縮部材１８との間に断熱部材よりなるフランジ部材３１が設けられる。従って、スプリング１９へ伝わる熱がフランジ部材３１により遮断されて膨縮部材１８へ伝わり難くなる。このため、膨縮部材１８に対する余分な熱的影響を排除することができ、温水制御弁１７の開閉を走行風ＴＷの温度に応じて好適に制御することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明における車両用エンジンの吸気系温水加熱装置を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

なお、以下の説明において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略し、異なった点を中心に説明する。

この実施形態では、温水制御弁１７の配置の点で第１実施形態と構成が異なる。図５、図６に、ボンネットを取り外した車両１の前部を概略的に平面図により示す。図５は、図１の状態に準ずる平面図である。図６は、図２の状態に準ずる平面図である。この実施形態では、温水制御弁１７が、エンコパ２の外においてラジエータ３の前方に設けられ、膨縮部材１８が設けられる部位を含む温水制御弁１７のほぼ全体に走行風ＴＷが当たるように配置される点で第１実施形態と構成が異なる。

従って、この実施形態によれば、温水制御弁１７がエンコパ２の外においてラジエータ３の前方に設けられ、膨縮部材１８が設けられる部位を含む温水制御弁１７のほぼ全体に走行風ＴＷが当たるように配置される。従って、車両１の走行時には、車両１の前側に当たる走行風ＴＷが温水制御弁１７に直接的に当たり、温水制御弁１７の開閉が、走行風ＴＷの温度に応じて制御される。また、車両１の停止時には、温水制御弁１７の開閉が、外気の温度に応じて制御されることになる。すなわち、温水制御弁１７の開閉は、外気温度の変化に合わせて制御されることになる。この意味で、吸気系に設けられるスロットル装置１２を、外気温度の低温化に合わせて応答性よく加熱することができ、外気温度が高温化して加熱が不必要なときには加熱を確実に停止することができる。この実施形態では、温水制御弁１７につき、温水の循環を許容する開き状態から温水の循環を停止する閉じ状態への切り換え温度を、より低温化した温度、例えば「１０〜３０℃」に設定することができる。この実施形態のその他の作用効果は、第１実施形態のそれと同じである。

＜第３実施形態＞
次に、本発明における車両用エンジンの吸気系温水加熱装置であって、車両用エンジンの吸気温度制御装置を併用して具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、温水制御弁４０の配置と構成の点で第１及び第２の実施形態の吸気系温水加熱装置と構成が異なる。また、この実施形態では、吸気系温水加熱装置の構成に加え、エンコパ２の中に吸気温度制御装置が設けられる点で第１及び第２の実施形態と構成が異なる。

図７、図８に、ボンネットを取り外した車両１の前部を概略的に平面図により示す。図９に、車両１の前部のエンコパ２の中を概略的に側面図により示す。図７は、図１、図５の状態に準ずる平面図である。図８は、図２、図６の状態に準ずる平面図である。この実施形態で、温水通路１６の温水の流れを制御する温水制御弁４０は、エンコンパ２の中においてスロットル装置１２に一体的に設けられ、膨縮部材４６が設けられる部位を含む温水制御弁４０のシリンダ部４２ｂに走行風ＴＷが当たるように配置される。この実施形態でも、膨縮部材４６は、本発明の第２の弁制御手段の一例に相当する。図１０に、閉弁状態の温水制御弁４０を断面図により示す。図１１に、開弁状態の温水制御弁４０を断面図により示す。図１０、図１１に示すように、温水制御弁４０は、平面略Ｔ字形状をなすケーシング４２を備える。このケーシング４２は、中空の通路部４２ａと、通路部４２ａに交差する中空のシリンダ部４２ｂとを含む。通路部４２ａの両端に温水通路１６が接続されることにより、通路部４２ａが温水通路１６の一部となる。通路部４２ａの一部は、スロットル装置１２のボディに形成された温水通路１６に組み付けられる。シリンダ部４２ｂには、温水通路１６を開閉するための弁体２６及び弁軸２９と、この弁体２６を駆動するための駆動部材としてのスプリング４３が設けられる。弁体２６は、図１０に示すように通路部４２ａを遮断する閉弁位置と、図１１に示すように通路部４２ａを開放する開弁位置との間でシリンダ部４２ｂにて往復動可能に設けられる。

シリンダ部４２ｂには、弁軸２９を移動可能に支持する軸受４４と隔壁４５が固定される。弁軸２９は、これら軸受４４と隔壁４５を貫通して延びる。弁軸２９の先端には、円板形状をなし断熱部材でもあるフランジ部材３１が固定される。この実施形態では、隔壁４５とフランジ部材３１との間にスプリング４３が設けられる。また、フランジ部材３１とシリンダ部４２ｂの底部４２ｃとの間に膨縮部材４６が設けられる。この実施形態で、膨縮部材４６は「ワックスサーモエレメント」により構成される。周知のように、ワックスサーモエレメントは、温度に感応して膨張又は収縮するサーモワックスを内蔵し、サーモワックスの膨張又は収縮に伴い伸長又は収縮するピストン４６ａを有する。この実施形態では、図７、図８に示すように、ラジエータ３を通り抜けてきた走行風ＴＷが温水制御弁４０に当たる。詳しくは、温水制御弁４０のケーシング４２のシリンダ部４２ｂに当たるようになっている。そして、シリンダ部４２ｂの内部に収容される膨縮部材４６は、走行風ＴＷの温度に感応してピストン４６ａを伸長又は収縮することにより、スプリング４３の動作を制御するようになっている。すなわち、高温時には、図１０に示すように、膨縮部材４６のピストン４６ａが伸長し、スプリング４３の付勢力に抗してフランジ部材３１と弁軸２９が押圧されることにより、弁体２６が閉弁位置に配置される。一方、走行風ＴＷの温度が低くなる低温時（冷間時）には、図１１に示すように、膨縮部材４６のピストン４６ａが収縮すると共にスプリング４３がフランジ部材３１と共に弁軸２９を逆方向へ押圧することにより、弁体２６が開弁位置に配置される。

次に、吸気温度制御装置について説明する。図７〜図９に示すように、この実施形態では、吸気系と排気系の構成が次の点で第１及び第２の実施形態と異なる。すなわち、図９に示すように、排気マニホルド２１の下流側には、排気を浄化するための触媒コンバータ２２を介して排気管２３が接続される。排気マニホルド２１、触媒コンバータ２２及び排気管２３は、本発明の排気通路と排気系を構成する。車両１には、エンコパ２の下側（底側）を覆うアンダーカバー６が設けられる。エンコパ２の後側にて、アンダーカバー６には、路面側へ通じる開口部６ａが設けられる。排気管２３は、この開口部６ａを経由して車両１の後側へ延びる。

図７〜図９に示すように、エアクリーナ１４の入口には、第２吸気管１５が接続される。第２吸気管１５は、エアクリーナ１４から一旦後方向へ延び、途中から左方向へ屈曲する。第２吸気管１５は、その先端に吸気入口１５ａ（図９参照）を含む。この実施形態では、吸気マニホルド１１、スロットル装置１２、吸気管１３、エアクリーナ１４及び第２吸気管１５により本発明の吸気系及び吸気通路が構成される。吸気入口１５ａは、アンダーカバー６の開口部６ａに隣接すると共に、開口部６ａへ向けて配置される。エンジン５、吸気マニホルド１１、スロットル装置１２、吸気管１３、エアクリーナ１４、第２吸気管１５、排気マニホルド２１、触媒コンバータ２２及び排気管２３は、エンコパ２の中において、ラジエータ３の後方に配置される。

図９に示すように、アンダーカバー６の開口部６ａには、第２吸気管１５の吸気入口１５ａへ向けて外気を案内する案内ダクト７が設けられる。この案内ダクト７は、開口部６ａの一部に設けられ、開口部６ａから吸気入口１５ａへ向けて延びる筒状をなす。この案内ダクト７には、外気中の異物を捕集するためのフィルタ８が設けられる。また、吸気入口１５ａと案内ダクト７の先端出口７ａとの間には、開放部９が設けられる。つまり、吸気入口１５ａと先端出口７ａとの間は繋がっておらず、所定の空間が設けられる。

エンコパ２の中には、排気マニホルド２１の周りの高温空気を捕集するための高温ダクト３６が設けられる。この高温ダクト３６は、排気マニホルド２１の周囲を隙間を保ちながら覆うシュラウド３６ａと、そのシュラウド３６ａから延びる導管３６ｂとを含む。導管３６ｂの出口は第２吸気管１５に接続される。導管３６ｂと第２吸気管１５との接続部には、流路切替弁３７が設けられる。この流路切替弁３７は、高温ダクト３６からの高温空気と吸気入口１５ａからの低温空気を第２吸気管１５の下流側へ選択的に流すために流路を切り替えるように構成される。この実施形態で、高温ダクト３６は、本発明の高温空気通路の一例に相当する。

図１２、図１３に、高温ダクト３６と第２吸気管１５との接続部分及び流路切替弁３７を、図７の矢印Ａの方向から見た概略的な断面図により示す。図１２、図１３に示すように、この実施形態では、流路切替弁３７が非電動の機械式弁により構成される。流路切替弁３７は、回転軸３７ａにより搖動可能に設けられた弁体３７ｂを駆動するためのアクチュエータ３８を備える。アクチュエータ３８は、第２吸気管１５と一体に形成されたシリンダ３８ａと、シリンダ３８ａに対してストローク運動可能に設けられたロッド３８ｂと、シリンダ３８ａの中にてロッド３８ｂの基端に設けられたピストン３８ｃと、シリンダ３８ａの中にてピストン３８ｃの両側に配置されたコイル形状をなす第１スプリング３８ｄ及び第２スプリング３８ｅとを備える。ロッド３８ｂの先端は、リンク機構３８ｆを介して回転軸３７ａに連結される。この実施形態では、第１スプリング３８ｄが、第２吸気官１５における吸気温度に感応して流路切替弁３７の切り替え動作を制御するための本発明の第２の弁制御手段の一例に相当し、形状記憶合金により形成される。シリンダ３８ａは、第２吸気管１５の内部に面する部分が、他の部分よりも薄肉に形成される。これにより、第２吸気管１５の内部における吸気温度が、第１スプリング３８ｄに伝わりやすくなっている。ここで、第１スプリング３８ｄは、吸気温度が所定温度以下の低温になる場合、図１２に示すように収縮し、ロッド３８ｂを第２スプリング３８ｅの付勢力により伸長させて弁体３７ｂを高温空気位置に配置させるようになっている。一方、第１スプリング３８ｄは、吸気温度が所定温度より高い高温になる場合、図１３に示すように膨張し、ロッド３８ｂを第２スプリング３８ｅの付勢力に抗して収縮させて弁体３７ｂを低温空気位置に配置させるようになっている。

以上説明したこの実施形態における車両用エンジンの吸気系温水加熱装置によれば、第１実施形態と異なり、温水制御弁４０がスロットル装置１２に設けられるので、スロットル装置１２を吸気マニホルド１１に取り付ければ、温水制御弁４０を別途取り付ける必要がない。このため、温水制御弁４０の取り付け作業を省略することができる。また、温水制御弁４０がエンコパ２の中においてスロットル装置１２に設けられても、膨縮部材４６が設けられる部位を含むシリンダ部４２ｂに走行風ＴＷが当たるように配置されるので、温水制御弁４０の開閉が、スロットル装置１２の温度の変化にかかわらず、走行風ＴＷの温度又は走行風ＴＷの温度の影響を受けたエンコパ２の中の温度に応じて制御される。すなわち、温水制御弁４０の開閉は、ほぼ外気温度の変化に合わせて制御されることになる。この意味で、スロットル装置１２を、ほぼ外気温度の低温化に合わせて応答性よく加熱することができ、外気温度が高温化して加熱が不必要なときには加熱を確実に停止することができる。この実施形態では、温水制御弁４０につき、温水の循環を許容する開き状態から温水の循環を停止する閉じ状態への切り換え温度を、例えば「６０〜７０℃」に設定することができる。

この実施形態では、ワックスサーモエレメントよりなる膨縮部材４６が膨張（伸長）することで、温水制御弁４０が閉弁して温水通路１６が遮断され、膨縮部材４６が収縮することで、温水制御弁４０が開弁して温水通路１６が開放される。この点、この実施形態における膨縮部材４６は、第１実施形態の膨縮部材１８に対し、弁体２６を開閉させる膨張（伸長）と収縮の動作が逆であるが、温水制御弁４０の開閉を制御する機能は同等であることから、第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。

この実施形態における車両用エンジンの吸気温度制御装置によれば、エンジン５の運転時には、排気マニホルド２１の周りで暖められる高温空気が高温ダクト３６に導入される。ここで、高温ダクト３６と第２吸気管１５との接続部に設けられた流路切替弁３７が吸気温度に応じて第１スプリング３８ｄにより制御されることにより、高温ダクト３６と吸気入口１５ａとの吸気通路の下流側への流路が切り替えられる。これにより、高温空気と低温空気とが、吸気通路の下流側へと選択的に流される。従って、必要に応じて流路切替弁３７により流路が切り替えられ、エンジン５に導入される吸気が高温空気と低温空気との間で切り替えられる。このため、エンジン５に導入される吸気の温度を吸気通路（第２吸気管１５）における吸気温度に応じて制御することができる。その結果、例えば、エンジン５の冷間始動時には、高温空気をエンジン５に導入することで、エンジン５の始動性を向上させることができる。また、エンジン５の始動完了後には、低温空気をエンジン５に導入することで、エンジン５の燃焼室における空気密度低下を抑えることができる。ここで、吸気通路に高温空気又は低温空気が流れるときでも、温水制御弁４０の開閉は、吸気温度にかかわらず、膨縮部材４６により走行風ＴＷの温度に応じて制御されることになる。このため、吸気通路への高温空気の導入にかかわらず、吸気系温水加熱装置の効果を得ることができる。

この実施形態における車両用エンジンの吸気温度制御装置によれば、流路切替弁３７は、形状記憶合金よりなる第１スプリング３８ｄが吸気温度に感応して膨張又は収縮することで、アクチュエータ３８が弁体３７ｂを駆動し、弁体３７ｂが高温空気位置と低温空気位置との間で切り替え配置される。従って、流路切替弁３７を駆動するための電気的な構成が不要となる。このため、吸気温度制御装置の構成を簡略化することができる。

この実施形態では、アンダーカバー６の開口部６ａに設けられた案内ダクト７により、第２吸気管１５の吸気入口１５ａへ向けて外気が案内されるので、外気が吸気入口１５ａへ入り易くなる。このため、エンジン５の加速時にも吸気通路へ外気を吸入し易くすることができ、エンジン５のノッキングを抑えることができる。

この実施形態では、第２吸気管１５の吸気入口１５ａと案内ダクト７との間に開放部９が設けられるので、吸気入口１５ａに作用する吸気負圧が開放部９で緩和され、開口部６ａから案内ダクト７への水滴や雪等の引き込みが少なくなる。このため、エンジン５に水滴や雪などが吸入されることを防止することができる。

この実施形態では、案内ダクト７にフィルタ８が設けられるので、開口部６ａから案内ダクト７へ入る飛び石等の異物がフィルタ８で捕集される。このため、飛び石等の異物が第２吸気管１５等の吸気通路へ入ることを防止することができる。

＜第４実施形態＞
次に、本発明における車両用エンジンの吸気系温水加熱装置を具体化した第４実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

この実施形態では、温水制御弁４０に係る構成が第３実施形態と異なる。図１４に、この実施形態における開弁状態の温水制御弁４０を断面図により示す。図１４に示すように、温水制御弁４０は、膨縮部材４６が設けられる部位のケーシング４２（シリンダ部４２ｂ）の外周に熱交換用フィン５１が設けられる。この実施形態で、フィン５１は、シリンダ部４２ｂの底部４２ｃ側に圧入される筒部５１ａと、筒部５１ａの外周にて隙間５１ｂを隔てて形成された複数の翼部５１ｃとを含む。

従って、この実施形態の吸気系温水加熱装置によれば、第３実施形態の作用効果に加え次のような作用効果を有する。すなわち、膨縮部材４６を内包するシリンダ部４２ｂの外周に熱交換用フィン５１が設けられるので、膨縮部材４６の外周の受熱面積がフィン５１により拡大され、膨縮部材４６とその周囲との間の熱交換量が増す。このため、膨縮部材４６の動作につき走行風の温度に対する応答性を高めることができ、温水制御弁４０の開閉応答性を向上させることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することで次のように実施することができる。

（１）前記第４実施形態では、第３実施形態の温水制御弁４０に対し熱交換用フィン５１を設けたが、第１及び第２の実施形態の温水制御弁１７に対しても同様に熱交換用フィンを設けることができる。

（２）前記各実施形態では、吸気系に設けられる付属機器をスロットル装置１２に具体化したが、過給機のコンプレッサ前ミキサー等のその他の機器に具体化することもできる。

（３）前記各実施形態では、膨縮部材１８，４６が設けられる部位を含む温水制御弁１７，４０の全体又はほぼ全体に走行風ＴＷが当たるように温水制御弁１７，４０を配置したが、膨縮部材が設けられる部位のみに走行風が当たるように温水制御弁を配置してもよい。

この発明は、車両用エンジンであって、吸気系に関連した各種付属機器を、エンジンを冷却することで暖められた冷却水（温水）を流すことで加熱するように構成したエンジンに適用することができる。

１ 車両
２ エンコパ
３ ラジエータ
５ エンジン
６ アンダーカバー
６ａ 開口部
１１ 吸気マニホルド（吸気系、吸気通路）
１２ スロットル装置（吸気系、吸気通路、付属機器）
１３ 吸気管（吸気系、吸気通路）
１４ エアクリーナ（吸気系、吸気通路）
１５ 第２吸気管（吸気系、吸気通路）
１５ａ 吸気入口
１６ 温水通路
１７ 温水制御弁
１８ 膨縮部材（弁制御手段）
１９ スプリング（駆動部材）
２１ 排気マニホルド （排気通路）
２２ 触媒コンバータ（排気通路）
２３ 排気管（排気通路）
２６ 弁体
３６ 高温ダクト（高温空気通路）
３６ａ シュラウド
３６ｂ 導管
３７ 流路切替弁
３８ｄ 第１スプリング（第２の弁制御手段）
４０ 温水制御弁
４３ スプリング（駆動部材）
４６ 膨縮部材（弁制御手段）
５１ フィン
ＴＷ 走行風

Claims (7)

1. 車両の前部に配置されたエンジンコンパートメントの中において、その前側にラジエータが配置され、前記ラジエータの後方にエンジンと吸気系が配置された車両用エンジンの吸気系温水加熱装置であって、
   前記吸気系は、前記エンジンに空気を導入するための吸気通路と、前記吸気通路に関連して設けられた付属機器とを含むことと、
   前記付属機器を加熱するために、前記エンジンを冷却することで暖められた温水を前記付属機器へ循環させる温水通路と、
   前記温水通路における前記温水の流れを制御するための温水制御弁と、
   前記エンジンコンパートメントには、前記車両の前側から前記ラジエータを介して走行風が流れ込むように構成されることと、
   前記走行風の温度に応じて前記温水制御弁の開閉を制御するための弁制御手段と
   を備えたことを特徴とする車両用エンジンの吸気系温水加熱装置。
2. 前記温水制御弁は、前記エンジンコンパートメントの外において前記ラジエータの前方に設けられ、少なくとも前記弁制御手段が設けられる部位に前記走行風が当たるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの吸気系温水加熱装置。
3. 前記温水制御弁は、前記エンジンコンパートメントの中において前記ラジエータの後側近傍に設けられ、少なくとも前記弁制御手段が設けられる部位に前記走行風が当たるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの吸気系温水加熱装置。
4. 前記温水制御弁は、前記エンジンコンパートメントの中において前記付属機器に設けられ、少なくとも前記弁制御手段が設けられる部位に前記走行風が当たるように配置されたことを特徴とする請求項１に記載の車両用エンジンの吸気系温水加熱装置。
5. 前記温水制御弁は、前記温水通路を開閉するための弁体と、前記弁体を駆動するための駆動部材とを含み、
   前記弁制御手段は、前記走行風の温度に感応して膨張又は収縮することにより前記駆動部材の動作を制御する膨縮部材を含む
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の車両用エンジンの吸気系温水加熱装置。
6. 前記温水制御弁は、前記弁制御手段が設けられる部位の外周に熱交換用フィンが設けられたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用エンジンの吸気系温水加熱装置。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の車両用エンジンの吸気系温水加熱装置において、
   前記吸気通路は、吸気入口を含み、前記吸気入口から外気を低温空気として導入するように構成され、
   前記エンジンコンパートメントの中には、前記エンジンから排気を導出するための排気通路の一部が設けられ、
   前記エンジンコンパートメントの中には、前記排気通路の周りの高温空気を前記エンジンに導入するために前記吸気通路に接続された高温空気通路が設けられ、
   前記吸気通路と前記高温空気通路との接続部には、前記高温空気通路からの高温空気と前記吸気入口からの低温空気を前記吸気通路の下流側へ選択的に流すために流路を切り替える流路切替弁が設けられ、
   前記吸気通路における吸気温度に応じて前記流路切替弁の切り替え動作を制御するための第２の弁制御手段が設けられ、前記流路切替弁の切り替え動作を制御することにより前記エンジンに導入される吸気の温度を制御する
   ことを特徴とする車両用エンジンの吸気系温水加熱装置。

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