JPH03114167A - 内燃機関の吸気予熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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（主にディーゼルエンジン）の吸気
を予熱して、円滑に始動するのに用いる内燃機関の吸気
予熱装置に関する。

［従来の技術］ 内燃機関（主にディーゼルエンジン）は、冬季など外気
温が低い場合に、始動が困難になる。その対策として、
従来のディーゼルエンジン（主に直接噴射式ディーゼル
エンジン）は、吸気通路に電熱式発熱体を配置し、吸気
を予熱して、高温の空気を燃焼室に送込み、内燃機関の
始動が円滑にできるようにした吸気予熱装置（エアーヒ
ータ）等を装着していた。

前記電熱式発熱体で吸気を予熱する場合、輻射熱により
近傍の空気を加熱するので、加熱効率を良くするために
は、発熱体自体の温度が高くなり−且つ発熱体の表面積
が大きいことが肝要である。

また予熱時間を短縮するためには、通電初期に大電力が
流れ、速やかに所定温度に昇温するとともに大熱量を発
散できることが望ましい、さらに寒冷時に始動性を向上
させるために、予熱時間を延長する場合には、所定温度
に昇温したら電力量が抑制され、発熱体の温度上昇は適
温域に抑制され、したがって、予熱時間の延長によるバ
ッテリーへの負荷が少なく且つ過昇温による発熱体の破
損が防止できることが望ましい。

従来公知である吸気予熱装置には、（ａ）ニッケルクロ
ムあるいは鉄クロム製の金属発熱体、または（ｂ）ＰＴ
Ｃセラミックヒータ材の発熱体（特開昭５７−１６３８
４１号）を用いたものが数多くある。

［発明が解決しようとする課題］ しかるに、従来の吸気予熱装置では、予熱時間の短縮と
通電時間延長に対する耐久性を両立させる事が困難であ
った０例えば上記（ａ）ニッケルクロムあるいは鉄クロ
ム製の金属発熱体では、抵抗温度係数（８Ｘ１０−’／
”Ｃ〜４５０Ｘ１０°６／℃）が極めて小さく、故に通
電を開始してからの電力がほぼ一定である為、そのヒー
タ容量により予熱時間が決定される。予熱時間を短縮す
る為に、電力量を増すと、電流量が増し、エンジン始動
後のアフターヒート時にはバッテリーへの負荷が増し、
発熱体への通電が長時間に及ぶとバッテリー上りになる
欠点があった。

上記欠点の対策として実開昭５７−１’１３’１５８号
の様な複雑な制御機構を備えたシステムが考案されてい
るが、システムが複雑になりコスト高になり、また急速
加熱側の発熱体に連続的に定格電圧が印加されると、発
熱体が溶損するトラブルが発生した。

また、上記（ｂ）ＰＴＣセラミックヒータ材の発熱体で
は、通電時の抵抗値と温度の関係が対数的に変化するた
め、長時間通電してもバッテリー上りが起こらない反面
、予熱時には発熱体自体の温度が１５０℃程度の為、輻
射熱によるヒータ近傍の空気を加熱する効果は極めて小
さく、故に長時間予熱しても始動性を向上させることが
できない、またその構造により吸気抵抗が大きくなる欠
点がある。

本発明は上記課題の解決を目的とし、通電初期に大電力
が得られ、発熱体を急速に所望温度に昇温させて、予熱
時間が短縮できる、また寒冷時に、始動性を向上させる
ために予熱時間を延長する場合には、昇温とともに電気
抵抗が大きくなる発熱体の自己制御作用により、電力量
が抑制され、複雑な制御機構がなくても発熱体の温度上
昇は適温域に抑制され、したがって、予熱時間の延長に
よるバッテリーへの負荷が少なく且つ過昇温による発熱
体の破損が防止でき、制御機構が簡素化できる内燃機関
の吸気予熱装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の内燃機関の吸気予熱装置は、１−記課題を解決
するために、内燃機関の吸気通路の一部を構成する枠体
に、帯状または棒状の電気抵抗材を曲げ蛇行状とした電
熱式の発熱体を、電気絶縁して支持させてなる内燃機関
の吸気予熱装置において、 前記発熱体は、ニッケルクロムあるいは鉄クロムを主体
とする抵抗温度係数の小さい第１の発熱体と、ニッケル
あるいは鉄を主体とする抵抗温度係数の大きい第２の発
熱体とを電気的に直列接続してなることを技術的手段と
し、 さらに望ましくは、前記第１の発熱体の抵抗温度係数の
範囲を８　Ｘ　１０−６／℃・〜４５０Ｘ１０−’／℃
とし、前記第２の発熱体の抵抗温度係数の範囲を６　Ｘ
　１０−２／℃〜５×１０１／”Ｃとしたことを技術的
手段とする。

［作用および発明の効果］ 本発明の内燃機関の吸気予熱装置は、上記構成を有する
ので、 （作用）抵抗温度係数の小さい第１の発熱体の電気抵抗
値を高く設定し、通電初期に大電流を印加して、予熱時
間の短縮するとともに初期の発熱ピーク温度が高く（例
えば約１０００℃）なるようにしても、温度上昇ととも
に抵抗温度係数の大きい第２の発熱体の電気抵抗が約数
倍まで大きくなり、電流量が減少し且つ発熱体の温度は
３ｉ！温域（約９００℃）に抑制されるので、 （効果）予熱時間が短縮できるともに通電初期に高い予
熱温度が得られ、予熱効率が大幅に向」する。

（効果）複雑な制御機構を備えなくても、長時間の通電
によるバッテリーへの負担が少なく、過昇温による発熱
体の破損が防止できる。したがって、製造コストが低く
、長時間の予熱または長時間のアフターヒートができ、
寒冷時には低い外気温に対応できる長時間の予熱により
、始動性の向上を図ることができる。

前記第１の発熱体の抵抗温度係数の範囲を８×１０−’
／”Ｃ〜４５０　Ｘ　１０−’／”Ｃとし、前記第２の
発熱体の抵抗温度係数の範囲を６　Ｘ　１０２／℃〜５
×１０°３／℃として限定することにより、（作用）定
格電圧を印加した場合、通電開始時の電力量（Ｗ）に対
する６０秒・〜９ｏ秒後の電力量（Ｗ）が０．４倍〜０
．６倍に減少するので、（効果）予熱時間の延長または
アフターヒートする場合、吸気加熱に必要な適温域を維
持し、発熱体の過昇温を防止するのに実用に適する性能
を表す。

以上の如く本発明の内燃機関の吸気予熱装置は、コスト
が低く、予熱時間が短縮でき、且つ外気温の変化に対応
する汎用性が大きい。

［実施例］ 次に本発明にかかる内燃機関の吸気予熱装置の第１実施
例を第１図〜第３図に基づいて説明する。

吸気予熱装置Ａにおいて、１は、アルミ合金製のボデー
（枠体）である、該ボデー１は、外周に四個の突起を有
する円形をなし、中央に吸気通路を形成する孔１ａを有
する。該ボデー１の孔１ａには、材質の異なる第１の発
熱体２１と、第２の発熱体２２が吸気通路方向に直列に
配置され、また対向する対のセラミックインシュレータ
３１．３２、ウェーブばね４１．４２及び金属ブラケッ
ト５を介して挟持されている。

前記二つの発熱体２１．２２は、本実施例では断面が方
形の薄板材の帯を連続して湾曲させてなる蛇行形状であ
り、吸気との接触面積が大きく、吸気の流通方向の投影
面積が小さい。またその屈曲部２１ａ、２２　ａは、そ
れぞれセラミックインシュレータ３１．３２に埋め込ま
れている。セラミックインシュレータ３１．３２は、隣
接し°Ｃ金属ブラケッ１〜５に嵌込まれている。金属ブ
ラケット５は、第１図（ａ）におけるボデー１の上下に
対向して嵌込まれている。二つの発熱体２１．２２は、
セラミックインシュレータ３１．３２と金属ブラケット
５の間のウェーブばね４１．４２により中心方向に付勢
され、運転時に生ずる振動を抑えている。また第１図（
ａ）におけるボデー１の両側には、第１の発熱体２１の
対向する両端子６１ａ、６１ｂと、第２の発、８体２２
の対向する両端子６２ａ、６２ｂが、それぞれ絶縁パツ
キン７を介して貫通して取付けられている。二つの発熱
体２１．２２は、電気的に直列に接続され”Ｃいて、端
子６１ａと端子６２ａが接続され、端子６１　ｂは図示
しない電源に接続され、端子６２ｂはアースされている
。８はアース用の接続コードである。

前記第１の発熱体２１は、本実施例では鉄クロムを主体
とする発熱材からなり、抵抗温度係数は（８Ｘ１０−６
／℃〜４５０Ｘ１０−’／”Ｃ）で小さい。その組成は
、鉄（Ｆｅ）にクロム（Ｃｒ）１７・〜２６％とアルミ
ニウム（ＡＩ＞２〜・８％とその他の微量物質（Ｃ，Ｓ
ｉ、Ｐ、Ｓ）を０．１％以下添加して形成される。

前記第２の発熱体２２は、本実施例では鉄（Ｆｅ）を主
体とする発熱材からなり、抵抗温度係数は（６Ｘ　１０
’−２／℃〜５　Ｘ　１０−”／”Ｃ）で大きい。

その組成は、主体となる鉄（Ｆｅ）に、アルミニウム（
Ａ　Ｉ　）　、チタン（Ｔｉ）をそれぞれ０．２〜０．
４％添加し、マンガン（Ｍｎ）をＯ，１〜０．３％とそ
の他の微量物質（Ｃ，Ｓｉ、Ｐ、Ｓ）を０．１％以下添
加した鉄合金抵抗体の表面に、ニッケル鍍金して形成し
、耐蝕性と通電耐久性を向上させである。

つぎに吸気予熱装置Ａを組込んだ直接噴射式ディーゼル
エンジンにおける吸気管部分及び燃焼室を断面図で表す
第２図に基づき説明する。

Ｂは直接噴射式ディーゼルエンジン、１ｏは吸気管、１
３は吸入ボート、１４は燃料噴射用のインジェクタ、１
５はオメガ型燃焼室１６を看するピストン、１７は排気
ボート、１８は排気バルブである。

まず組付は構造を説明する。

吸気予熱装置Ａは、ディーゼルエンジンＢの吸気管１０
に孔１ａを直列にして接続されている。

また吸気管１０の吸気端に設けたフランジ部１０ａとエ
アークリーナ１１の間に、ボルトナツト１２を締付ける
ことにより挟持されている。

つぎに、エンジンの始動および吸気予熱装置Ａの作用を
説明する。

始動に際し、キーを操作すると予熱用接点が閉鎖され、
二つの発熱体２１．２２に所定の時間通電され、発熱に
より回りの空気Ｃが加熱される。

二つの発熱体２１．２２が始動可能な所定温度になり、
キーをスタータ用接点に回すと、スタータが起動し加熱
空気（矢印Ｄ）はを吸気管１０から吸入ボート１３を介
してオメガ型燃焼室１６内に吸入されてエンジンが稼働
する。この後、キーを放すと、運転用接点が閉鎖されて
通常の運転が続行される。

第１の発熱体２１は、上記の組成により、小さな抵抗温
度係数（８Ｘ１０６／℃・〜４５０Ｘ１０６／℃）を有
し、第２の発熱体２２は、上記の組成により大きな抵抗
温度係数（６Ｘ　１０−２／”Ｃ−５×１０°３／℃）
を有し、以下の如く作用する。

通電開始時には発熱していないので抵抗値が小さく、大
電流が流れ、第１の発熱体２１は、短時間の経過で急速
発熱して設定温度まで急速発熱する。この急速発熱によ
る昇温に比例して発熱体２の抵抗値が増大するので、電
流量は反比例して急速に減少する。

第３図のグラフに、上記実施例に用いた二つの発熱体２
１．２２の端子６１ｂと端子６２ｂの間にＤＣ２２ボル
トを印加した時の、発熱特性（実線ａ＝発熱温度）およ
び通゛賀特性（実線ｂ＝主電流実線Ｃ−第１の発熱体２
１の電圧、−点鎖線ｄ第２の発熱体２２の電圧）と、従
来例の発熱体（鉄クロム製）の発熱特性（破線Ｃ＝発熱
温度）および通電特性（破線ｆ＝雷電流を示す。

通電開始時には発熱していないので抵抗値が小さく、大
電流が流れ、第１の発熱体２１は、短時間の経過で急速
発熱して約１３秒で８００’Ｃに到達する。さらに通電
を続けると温度はさらに上昇するが、第２の発熱体は、
この急速発熱による昇温に比例して抵抗値が増大するの
で、電流量は反比例して急速に減少する。その結果第１
の発熱体２１の温度は通電３０秒後にピーク（１０５６
℃）に達し、その後ゆっくり下降し、通電６０秒後に９
８０℃まで下降している。さらに通電を続け９０秒後で
は９３５℃となる。その時、通電電流（実線ｂ）は初期
９７Ａに対し５３．５Ａまで減少し、第２の発熱体２１
の電圧（−点鎖線ｄ）および抵抗値は初期４．３Ｖ　（
０，０４４Ω）に対し１２．２８Ｖ（０，２３Ω）まで
」ユ昇している。

実施例の効果。

予熱時間が短かく、初期の発熱ピーク温度（約１０５６
℃）が高いので、始動性が大きく向上する。

本発明は上記実施例以外に下記の変型例を含む。

■前記枠体は、運転時の振動によって発熱体が外れない
ように支持できればよく、枠体の外形は吸気通路を形成
する孔を有する矩形、六角形、楕円形、小判形等でもよ
い。

■上記実施例では、発熱体は、第１の発熱体と第２の発
熱体が吸気方向に対し二列の直列に配置されていたが、
枠体の形状や大きさに対応して、並列に配置してもよく
、また第１の発熱体およびまたは第２の発熱体を分割し
て、三列以十の直列に配置してもよい。

■発熱体の形状は、吸気との接触面積が大きくしたがっ
て放熱性がよく、また吸気の流通方向の投影面積が小さ
くさたがって吸気抵抗が小さければよく、断面が翼形、
涙滴形等の薄板の帯材を上記実施例同様に湾曲させ連続
する蛇行形状としたものでもよい。

■本実施例以外に、第１の発熱体の材料はニッケルクロ
ムでもよく、また、第２の発熱体の材料はニッケルを主
体とするものを用いてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明にかかる内燃機関の吸気予熱装置
を表す正面図、第１図（ｂ）はその右側面図、第１図（
ｃ）はその左側面図、第２図は直接噴射式ディーゼルエ
ンジンにおける吸気管部分及び本発明にかかる内燃機関
の吸気予熱ＫＷを表す断面図、第３図は本発明の吸気予
熱装置の特性と従来例の特性を比較するグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）内燃機関の吸気通路の一部を構成する枠体に、帯状
   または棒状の電気抵抗材を曲げ蛇行状とした電熱式の発
   熱体を、電気絶縁して支持させてなる内燃機関の吸気予
   熱装置において、 前記発熱体は、ニッケルクロムあるいは鉄クロムを主体
   とする抵抗温度係数の小さい第１の発熱体と、ニッケル
   あるいは鉄を主体とする抵抗温度係数の大きい第２の発
   熱体とを電気的に直列接続してなることを特徴とする内
   燃機関の吸気予熱装置。 ２）前記第１の発熱体の抵抗温度係数の範囲を８×１０
   ＾−＾６／℃〜４５０×１０＾−＾６／℃とし、前記第
   ２の発熱体の抵抗温度係数の範囲を６×１０＾−＾２／
   ℃〜５×１０＾−＾３／℃としたことを特徴とする請求
   項１記載の内燃機関の吸気予熱装置。