JPH08218957A - 内燃機関の吸気加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 自動車等のエンジンの吸気系において、吸気
抵抗が少ない加熱装置を提供する。 【構成】 中央にエンジン１の吸気通路３に対応する孔
８を有するヒートインシュレータ６を設けると共に、孔
８に平板状のＰＴＣ発熱体９を縦方向に取付け、このＰ
ＴＣ発熱体９を取付けたヒートインシュレータ６を、吸
気管２と気化器４の間に介装した。混合気がエンジン１
の燃焼室に吸入されるとき、ＰＴＣ発熱体９に面接触し
て加熱される。ＰＴＣ発熱体９は縦方向に取付けられて
いるので、吸気抵抗が小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の車両用エン
ジンに適用することができる、内燃機関の吸気加熱装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃料供給装置は、大別して気
化器を用いるものと燃料噴射装置を用いるものがある。
このうち気化器を用いるものは、周知のようにエンジン
のピストンの吸入行程において燃焼室に発生する吸気負
圧で空気を吸入し、このときの空気流で燃料を吸入して
混合気を得るものである。燃料は、エンジンが暖機前の
低温のときには気化しにくいことから、気化器の部分で
加熱することが気化促進の意味で効果的であり、加熱装
置に関して従来から多くの提案がある。

【０００３】特公平１−２０３０３号公報に開示された
発明もそのうちの一つである。この公報のものは、その
第１図ならびに第２図にも示されるように、平板環状体
のＰＴＣ発熱体とフランジ付パイプからなる放熱パイプ
とで吸気通路の通路壁を流れる液膜状の燃料を集中的に
加熱し気化させる構造となっている。

【０００４】上記発明によれば、ＰＴＣ発熱体が平板の
環状体となっていることから、通路の壁を流れる液状の
燃料を効率よく加熱することができる特長は認めること
ができるものの、吸気通路の中央部を通る液状の燃料を
加熱することはできないという問題がある。また、ＰＴ
Ｃ発熱体として平板環状体の複雑な形状のものを必要と
することから製作工数が嵩むという問題が生じた。

【０００５】上記同様に、平板環状体のＰＴＣ発熱体を
用い、これをカバーや電極板とともにヒートインシュレ
ータに組み込んだものが実公平１−１３７９９号に開示
されている。この考案では、２枚のＰＴＣ発熱体のほか
にカバーや放熱板を兼ねた電極板をすべて平板環状体と
し、そのうちの電極板に吸気通路の中心方向に延びる複
数の枝部を形成して、この枝部から混合気に熱を与える
ようにしたものである。

【０００６】この考案によれば、電極板の枝部から混合
気の加熱が行えるので、吸気通路の中心部を通る混合気
も加熱されることになるが、全体的に構造が複雑とな
り、また流路抵抗の点で枝部の面積をあまり大きくとれ
ないことから、十分な加熱を得ることができないという
問題があった。

【０００７】先行技術の他の例として、少なくとも１個
の透孔を形成した正の温度抵抗特性を有する平板状セラ
ミック薄板に、少なくとも１個の透孔を形成した平板状
金属補強板を両透孔が合致するように重ね合わせて接合
し、これに電極板を設けて吸気加熱装置を形成し、これ
を内燃機関の吸気通路に配設したものが実公昭６２−４
２１０９号公報に開示されている。

【０００８】この考案によれば、混合気に熱を与える部
分の面積が先の考案における枝部よりは広いので、加熱
効率の点は向上することになるが、その反面、通気抵抗
が大きくなってしまうという問題がある。

【０００９】先行技術のさらに他の例としては、特公昭
５９−２５１１３号公報に開示されたものがある。この
公報に記載された発明は、吸気通路に設ける邪魔板で混
合気を加熱するものであるが、この邪魔板が円板状かつ
平板状であることから、結局、前述の先行技術と同様の
問題を有することになる。

【００１０】そこで通路壁と中央部の両方を加熱するも
のとして、ハニカム形状のＰＴＣ発熱体を設け、これを
吸気通路に配設したものが案出されている（米国特許第
４１４１３２７号明細書参照）。しかしながらこのよう
にハニカム形状のＰＴＣ発熱体を必要とするものでは、
吸気抵抗が大きくなる上に構造が複雑となってコスト高
となる問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこの点に鑑み
てなされたものであり、形状ならびに構造が簡単であ
り、通路壁を流れる燃料のみでなく、中央部を流れる燃
料をも効率良く加熱することができる内燃機関の吸気加
熱装置を提供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
する手段として、請求項１に記載された発明において
は、内燃機関の吸気通路に対応する孔を中央に有するヒ
ートインシュレータを設けると共に、前記孔に平板状の
ＰＴＣ発熱体を縦方向に取付け、該ＰＴＣ発熱体を取付
けたインシュレータを、内燃機関の吸気通路の一部に介
装したことを特徴とする。

【００１３】また、請求項２に記載された発明において
は、ヒートインシュレータの中央に設けた孔に、導電材
からなる半円形の放熱板を２枚対向させて設け、該２枚
の放熱板の間に平板状のＰＴＣ発熱体を挟持させ、前記
２枚の放熱板に該ＰＴＣ発熱体の電極を兼ねさせたこと
を特徴とする。

【００１４】

【作用】請求項１に記載された発明によれば、吸気通路
の一部にヒートインシュレータが介装されていることに
より、吸気（混合気）は必ずここを通って内燃機関の燃
焼室に入る。インシュレータの孔には平板状のＰＴＣ発
熱体が縦方向に取付けられているので、混合気はここで
ＰＴＣ発熱体に面接触して加熱され、気化が促進され
る。ＰＴＣ発熱体は縦方向に取付けられているので、混
合気の流れに抵抗を与えることはない。

【００１５】請求項２に記載された発明によれば、対向
させて設けられた断面半円形の導電材からなる２枚の放
熱板によって混合気への熱伝達が良好に行われ、また、
この放熱板によってＰＴＣ発熱体の電源電流を供給する
ことができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図について説明す
る。図１において１は内燃機関の一種である自動車のエ
ンジンであり、２は吸気管、３はその内部の吸気通路、
４は気化器、５はスロットルバルブである。気化器４は
ベンチュリ部およびその周辺部のみを表している。図示
しないが気化器４の上端にはエアクリーナが結合され
る。エンジン１の燃焼室には、気化器４で生成された混
合気が供給される。

【００１７】吸気管２と気化器３との間には合成樹脂で
製作されたヒートインシュレータ６が介装され、ボルト
７で固定されている。このヒートインシュレータ６は、
中央に吸気通路３に対応する孔８を有するものであり、
この孔８に、次に説明するような平板状のＰＴＣ発熱体
９が縦方向に取付けられている。１０，１１はＰＴＣ発
熱体９の電源端子である。この電源端子１０，１１は、
実際には図２に示すように横に並べて設けられるもので
あるが、説明上、上下に並べて描いてある。

【００１８】図２に示すものは、ＰＴＣ発熱体９を取付
けたヒートインシュレータ６である。ヒートインシュレ
ータ６は、四隅にボルト７を挿通する孔１２を設けた方
形の板状のものであり、中央部に吸気通路３に対応する
孔１３を有するものである。孔１３は概略円形をしてお
り直径線上の２箇所に凹部１４が形成され、この凹部１
４の部分で平板状のＰＴＣ発熱体９を立てた姿勢で支持
している。このヒートインシュレータ６は、電源端子１
０，１１および後述する放熱板を取付けるために、同形
状のものを２枚製作し、これを貼り合わせて得るのがよ
い。

【００１９】図３は、ヒートインシュレータ６を横方向
に切断したところを示すものである。前述のように、ヒ
ートインシュレータ６を２枚の板を貼り合わせて得た場
合には、下部の板である。図３ないし図５に示すよう
に、ヒートインシュレータ６の孔１３には半円形の２枚
の放熱板１５，１６が対向させて装着されており、その
一部に形成された取付用フランジ１７，１８の部分でリ
ベット１９によりヒートインシュレータ６に取付けられ
ている。図５に示すように、ヒートインシュレータ６の
リベット１９を通す部分は肉薄になっており、リベット
１９が短いもので済み、かつその下端が外部に露出しな
いようにしてある。

【００２０】２枚の放熱板１５，１６は導電材からなる
ものであり、次に説明するようにＰＴＣ発熱体９を支持
したときその両面を挟持して電極を兼ねるようになって
いる。２枚の放熱板１５，１６の両端部は、図３に示す
ように外方に折り曲げてあり、この折曲げ部１５ａ，１
６ａがＰＴＣ発熱体９に接触している。なお、電気的に
良好に接触するように、接触部の一部、たとえば折曲げ
部１５ａ，１６ａの下端において、ＰＴＣ発熱体９に半
田付けを施こすか、導電性の接着剤で接着するのがよ
い。

【００２１】図３に示すようにヒートインシュレータ６
の凹部１４はＰＴＣ発熱体９の厚さに対して十分な幅寸
法を有するものであり、ＰＴＣ発熱体９はその中央部に
位置している。そしてその間隙部分には端部をく字状に
折り曲げた、ばね板からなる電極板２０，２１の折り曲
げた部分が介装されている。図３に示すように、電極板
２０，２１はヒートインシュレータ６の端部から僅かに
突出しており、この部分に、かしめにより電源端子１
０，１１が結合している。

【００２２】図６は、ＰＴＣ発熱体９を単体で示したも
のである。この図からわかるように方形の板状のもので
あり、その両面間に所定の電圧を印加すると発熱するも
のである。したがってこの両面が混合気の流れに触れる
ようにすれば、ここで熱交換されて加熱されることにな
る。均一に発熱させるため、電極板２０，２１に接触す
る部分の両面には、Ａｇペースト、ニッケルメッキ等の
オーミーク性電極を形成することが望ましい。

【００２３】なお、このＰＴＣ発熱体９としては、この
形状に限られるものではなく、他の形状、たとえば図
７、図８および図９，図１０に示すように変形したもの
でもよい。図７、図８に示すものは小さくした矩形形状
のＰＴＣ発熱体９ａを複数個適当な間隙を持たせて配設
し、その両面に導電性の板２２を接合したものである。
図９，図１０に示すものは円形形状のＰＴＣ発熱体９ａ
を用いたものである。

【００２４】図１１に示すものは制御系統を示す回路図
である。制御回路２３には正側の電源端子２３ａと接地
端子を兼ねる負側の電源端子２３ｂが設けられ、これら
の間にバッテリ２４とメインスイッチ（イグニッション
スイッチ）２５が接続されている。３個の入力端子２３
ｃ，２３ｄ，２３ｅには、それぞれ水温スイッチ２６、
外気温スイッチ２７およびタイマ２８が接続されてい
る。

【００２５】水温スイッチ２６はエンジンの冷却水があ
らかじめ設定した温度（たとえば８０℃）に達するまで
はオン、達した後はオフとなるものである。外気温スイ
ッチ２７は、外気温度が所定温度（たとえば３０℃）以
下の場合はオン、超えたらオフとなるものである。外気
温スイッチ２７の切換温度をこのようにしたのは、気温
の高い夏季等においては、たとえエンジンの冷却水温度
が低くても、混合気の気化は早いからである。タイマ２
８はＰＴＣ加熱体９に通電されてから一定時間（たとえ
ば１０分間）の間オンとなるものである。制御回路２３
には出力端子２３ｆが設けられており、ここにヒートイ
ンシュレータ６の正側の電源端子１０が接続される。ヒ
ートインシュレータ６の負側の電源端子１１は接地回路
に接続される。

【００２６】このように構成されたこの装置において
は、メインスイッチ２５がオンになったとき、水温スイ
ッチ２６がオンの状態で外気温スイッチ２７もオンとな
ったときに出力端子２３ｆに出力信号が生ずるようにし
て使用する。タイマ２８は、ＰＴＣ発熱体９が発熱すれ
ば、たとえエンジン１の冷却水温度が十分に上昇してい
なくてもすぐに暖機されることが多いので、ＰＴＣ発熱
体９への通電開始から一定時間経過したら通電を停止す
るようにしたものであるが、必ずしも設けなくてもよ
い。なお、タイマ２８の設定時間は、自動車の使用地
（寒冷地であるか温暖地であるか等）あるいは季節等で
適宜設定するのがよい。

【００２７】前述のように、水温スイッチ２６はエンジ
ンの冷却水があらかじめ設定した温度（たとえば８０
℃）に達するまではオン、外気温スイッチ２７は外気温
度が所定温度（たとえば３０℃）以下の場合オンとなる
ものであるから、エンジン１が冷機状態であり、かつ、
吸入される外気温度も低いときに混合気が加熱されるこ
とになる。外気温スイッチ２７の作動温度は、自動車の
使用地や季節等で適宜設定するのがよい。

【００２８】図１２に示すものは、図１１の制御回路２
３の作動を示すフローチャートである。ステップＳ１で
スタートし、ステップＳ２でメインスイッチ２５がオン
となると、続くステップＳ３でエンジン１の冷却水の温
度が設定温度より低いか否かの判断がなされ、低ければ
次のステップＳ４で外気温度が所定温度より低いか否か
の判断がなされる。その結果、低ければ次のステップＳ
５でタイマ２８の設定時間が経過していないかの判断が
なされ、設定時間の経過前であればＰＴＣ発熱体９に通
電される（ステップＳ６、Ｓ７）。エンジン冷却水の温
度が高く、あるいは外気温度が高く、さらにタイマ２８
の設定時間の経過後では混合気を加熱する必要がないの
で、ＰＴＣ発熱体９に通電されることはない（ステップ
Ｓ３〜Ｓ５の「Ｎ」参照）。

【００２９】ＰＴＣ発熱体９に通電されて発熱したと
き、その熱は混合気に伝えられる。前述のようにＰＴＣ
発熱体９はヒートインシュレータ６および吸気通路３の
内部に立てた姿勢で支持されていることから、混合気の
流れに沿う向きであり、混合気の流れに邪魔をするもの
ではない。そしてＰＴＣ発熱体９はヒートインシュレー
タ６の中央部に設けられた孔１３の中央に位置するの
で、吸気通路３の中央を通る混合気を加熱する。またＰ
ＴＣ発熱体９の発する温度は、発熱体９に接触している
折曲げ部１５ａ，１６ａから放熱板１５，１６に伝わる
から、吸気通路３の壁面に沿って流れる混合気も効率よ
く加熱される。

【００３０】以上説明した実施例においては、ＰＴＣ発
熱体９に通電するのに制御回路２３を用い、水温スイッ
チ２６および外気温スイッチ２７の検知温度に係らしめ
てＰＴＣ発熱体９の通電制御を行うようにしたが、本発
明はこれに限られるものではなく、このような回路を設
けずに、単にメインスイッチ２５のオンとともに通電さ
れるようにしてもよい。

【００３１】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
た内燃機関の吸気加熱装置であり、平板状のＰＴＣ発熱
体を立てた姿勢で用いたものであるから吸気抵抗を少な
くすることができる。このＰＴＣ発熱体をヒートインシ
ュレータに取付けたことにより、気化器と吸気管との間
の着脱が容易に行えることになる。

【００３２】また、ヒートインシュレータの中央に設け
た孔に導電材からなる半円形の放熱板を２枚対向させて
設け、この２枚の放熱板の間に平板状のＰＴＣ発熱体を
挟持させたことにより、吸気通路の壁面を伝わる混合気
の加熱も良好に行われる。これらにより、エンジンの冷
機時における始動性ならびに応答性が向上し、排ガス中
のＨＣおよびＣＯの排出量を低減することができる。さ
らに２枚の放熱板にＰＴＣ発熱体の電極を兼ねさせたこ
とにより、別途電気配線を設ける必要がなくなるから、
構造が簡単になるとともに故障の発生率も低下する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の吸気加熱装置をエンジンの吸気系路に
介装した実施例を示す断面図である。

【図２】図１中のヒートインシュレータとＰＴＣ発熱体
の部分を示す斜視図である。

【図３】ヒートインシュレータを横方向に切断したとこ
ろを示す断面図である。

【図４】図２のものを一部断面にして示した底面図であ
る。

【図５】図３のＡ−Ａ線における断面図である。

【図６】ＰＴＣ発熱体の単体を示す斜視図である。

【図７】ＰＴＣ発熱体の変形例を示す正面図である。

【図８】図７のものの縦断面図である。

【図９】ＰＴＣ発熱体の他の変形例を示す正面図であ
る。

【図１０】図１０のものの縦断面図である。

【図１１】制御系統を示す回路図である。

【図１２】制御回路の作動を示すフローチャート図であ
る。

【符号の説明】 １ エンジン ２ 吸気管 ３ 吸気通路 ４ 気化器 ６ ヒートインシュレータ ８ 孔 ９ ＰＴＣ発熱体 １０ 電源端子 １１ 電源端子 １３ 孔 １４ 凹部 １５ 放熱板 １６ 放熱板 ２０ 電極板 ２１ 電極板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気通路に対応する孔を中央
   に有するヒートインシュレータを設けると共に、前記孔
   に平板状のＰＴＣ発熱体を縦方向に取付け、該ＰＴＣ発
   熱体を取付けたヒートインシュレータを、内燃機関の吸
   気通路の一部に介装したことを特徴とする内燃機関の吸
   気加熱装置。
2. 【請求項２】 ヒートインシュレータの中央に設けた孔
   に、導電材からなる半円形の放熱板を２枚対向させて設
   け、該２枚の放熱板の間に平板状のＰＴＣ発熱体を挟持
   させ、前記２枚の放熱板に該ＰＴＣ発熱体の電極を兼ね
   させたことを特徴とする内燃機関の吸気加熱装置。