JPS622147B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の吸気加熱装置、特に正の抵
抗温度特性ならびに特定の温度でキユーリ点を有
し通電することにより発熱するセラミツク部材よ
り成る発熱体を用いた内燃機関の吸気加熱装置に
関するものである。

燃料を吸入空気に混せしめて吸気供給通路より
燃焼室へ供給するようになした内燃機関において
は、混合気中の燃料を加熱してその霧化および気
化を促進させるためのヒートライザ部が設けられ
ている。

このヒートライザ部の加熱手段としてはエンジ
ン冷却水を利用するものが広く知られている。こ
のエンジン冷却水を利用するものはエンジン始動
時の温度立上りが悪い。

そこで、チタン酸バリウム等の如く、正の抵抗
温度特性ならびに特定の温度でキユーリ点を有し
通電することにより発熱するセラミツク部材を発
熱体として用いたヒータ、いわゆるPTCヒータ
をヒートライザ部の加熱手段として利用すること
が注目されている。上記のセラミツク部材（以
下、PTCセラミツクという）は、通電より発熱
して所定の温度に達すると電気抵抗が急激に増大
する。この電気抵抗が急激に増大する温度（キユ
ーリ点）は材質によつて120℃〜140℃程度であ
り、キユーリ点以下の温度では大電流を許容して
迅速にキユーリ点に達し、キユーリ点以上では電
気抵抗が極めて大きくなつて小電流しか許容しな
いために過熱することなく、キユーリ点前後の温
度に自己温度調整する。従つてエンジン冷却水に
よる加熱手段の他に上記PTCヒータをヒートラ
イザ部の加熱手段として用い、少くともエンジン
冷却水温が所定値例えば60℃に達するまでは
PTCヒータにより加熱すればエンジンの冷間始
動時においても吸入燃料の霧化および気化を促進
することができる。

しかしながらこのPTCヒータにおける一つの
問題点は、かなりの電力を消費すること、および
ヒータ構成部材として合成樹脂を使用すると、そ
の耐熱性を考慮しなければならない点である。ま
た、エンジン冷却水が所定値に達したときに
PTCヒータへの通電を停止すれば消費電力は節
約できるが、この場合には燃料の気化熱を奪われ
てPTCヒータを設けたヒートライザ部は吸気温
よりも低温となる。ヒートライザ部は吸気供給通
路において、各気筒へ混合吸気を分配する位置に
あるため、該部が低温となることは好ましくな
い。

そこで本発明は、単一のPTCセラミツク発熱
体からなるヒータにより、機関の冷間始動時等に
おいては迅速に高温加熱をなし、通常の運転状態
においては50℃〜80℃程度の必要最小限度の温度
保持をなす吸気加熱装置を提供しようとするもの
である。

即ち本発明は、吸気供給通路におけるヒートラ
イザ部の管壁の裏面側にPTCセラミツク発熱体
の一方の面を接合して保持した吸気加熱装置にお
いて、発熱体の他方の面に設けた電極を、互いに
接触することのない２系統に形成し、一方の系統
の電極はこれをキースイツチを介して電源に接続
し他方の系統の電極はこれを機関の運転状態に応
じて開閉するスイツチ、例えば機関冷却水温度が
上昇して所定値に達したときに開成する水温スイ
ツチと、キースイツチとを介して電源に接続した
もので、吸気加熱に用いる上記冷却水温度が所定
値に達しない冷間始動時においては、上記両系統
の電極に通電することによりPTCヒータを迅速
にキユーリ点温度に上昇せしめて燃料の霧化およ
び気化促進をなさしめ、吸気加熱用エンジン冷却
水温度が所定値に達してこれにより吸気加熱をな
し得るに至つたときには上記各系統のうちの一方
に通電してヒートライザ部が吸気温度以下となら
ない必要最小限温度に発熱体温度を保持して電力
消費を節減するものである。また、このように適
宜温度調整をすることによつて加熱装置の部材と
して合成樹脂を用いた場合にも、部材の耐久性が
確保されるのである。

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

図において１は内燃機関の吸気供給通路であつ
て、その上流には図示しない気化器が設けられ、
気化器のベンチユーリ部に開口する燃料供給装置
の燃料供給口から供給される燃料は、吸入空気と
混合され、スロツトルバルブＴを経て吸気供給通
路１を通り、図示しないエンジンの燃焼室に供給
される。

吸気供給通路１の屈曲部には、該通路の管壁１
０に円形の穴１１が設けられ、該穴１１に吸気加
熱装置Ａが装着されている。この吸気加熱装置Ａ
はスロツトルバルブＴの直下に位置しヒートライ
ザ部を構成している。吸気加熱装置Ａの下流側の
管壁１０にはエンジン冷却水を流通せしめるため
のウオータジヤケツト１２が穿設されている。

管壁１０に設けた穴１１の通路１側の開口に
は、圧延鋼板の薄板よりなる蓋状の加熱板２が嵌
合されている。加熱板２は吸気供給通路１に対し
て凸状の球面をなし、管壁１０と連続面をなして
いる。

上記穴１１の下部開口からは、耐熱性かつ電気
絶縁性の合成樹脂よりなる円筒状の支持部材３が
嵌入されており、その下部開口端に形成したフラ
ンジ部３１において管壁１０にボルト締め固着さ
れている。支持部材３の外周に周方向に形成した
溝３２にはＯリング３０が嵌着され、支持部材３
と穴１１との間をシールしている。そして、支持
部材３の上端外周と穴１１との間の間隙には、上
記加熱板２の外周に形成した筒状のフランジ部２
１が嵌入され、その先端縁が上記溝３２において
支持部材３にかしめられている。

支持部材３の上部には板状の支持部３３が一体
形成されており、加熱板２と該支持部３３との間
には発熱体４および電極板５が挾着固定されてい
る。

発熱体４は、チタン酸バリウムを主成分とする
焼成体であつて、正の抵抗温度特性ならびに特定
の温度でキユーリ点を有し通電することにより発
熱する性質を有するPTCセラミツクよりなる。
この発熱体４は上面が凸状の球面に成形してお
り、その全面はエポキシ樹脂に銀およびパラジウ
ム粉未を混合した電極剤、いわゆる銀ペーストが
焼付けられた電極面を形成し、更にその上に塗布
された導電性接着剤を介して加熱板２の裏面側に
密着されている。

発熱体４の下面には第３図に示す如く、相対向
する弓形の半周縁部および各半周縁部から対向方
向に交互に直線状に延在する部分に上記と同種の
電極剤が焼付けられており、互に櫛状に入り込
み、かつ接触することのない第１系統の電極面６
ａおよび第２系統の電極面６ｂを形成している。

この発熱体４の下面と、上記支持部材３の支持
部３３との間には電極板５が設けられており、シ
リコンゴム本体の外周部の対称位置に銅板を打抜
いた弓形の第１の電極７ａおよび第２の電極７ｂ
が本体面よりも僅かに突出して組込まれている。
そして第１の電極７ａは上記系統の電極面６ａと
対向し、第２の電極７ｂは第２の系統の電極面６
ｂと対向し、それぞれ互に圧着されている。

これ等両電極７ａ，７ｂにはそれぞれ電極端子
７０ａ，７０ｂが下方に突設され、これ等は電極
板５の本体部、支持部材の支持部３３を貫通して
その先端が支持部材３３の下方に突出している。
そして第１の電極端子７０ａは、キースイツチS₁
をバツテリーＢの正電極端子に接続されている。
一方、第２の電極端子７０ｂは、上記ウオータジ
ヤケツト１２に臨ましめた水温スイツチS₂、上記
キースイツチS₁を介してバツテリーＢの正電極端
子に直列に接続されている。この水温スイツチS₂
は、水温検出器（図示せず）に接続され、冷却水
温度が所定値例えば60℃に達すると開、それ以下
の温度では閉となるように構成されている。ま
た、バツテリーＢの負電極端子は、管壁１０を介
して発熱体４の上記上面側に形成した電極面と接
続されている。

上記の如く構成した吸気加熱装置Ａにおいて、
エンジンの冷間始動時にキースイツチS₁を閉にす
ると、バツテリーＢ、キースイツチS₁、第１の電
極端子７０ａ、第１の電極７ａを経て発熱体４の
第１系統の電極面６ａにバツテリー電圧が印加さ
れる。このとき、ウオータジヤケツト１２のエン
ジン冷却水温は60℃以下であつて水温スイツチS₂
は閉であり、バツテリーＢ、キースイツチS₁、水
温スイツチS₂、第２の電極端子７０ｂ、第２の電
極７ｂを経て発熱体４の第２系統の電極面６ｂに
もバツテリー電圧が印加される。

これにより最大の通電面積を得た発熱体４は十
分な電流を許容し、大電力を消費して発熱し、１
〜２秒でキユーリ点（例えば120℃）に達する。
そして加熱板２は直ちに伝達されてその表面が約
120℃となつてほぼその温度を維持する。しかし
て加熱板２に滴下した未霧化の燃料液滴は蒸発さ
れ、吸気流にのつてエンジン燃焼室に迅速に吸入
される。

エンジン始動後、数分を経るとエンジン冷却水
温は60℃を越えて水温スイツチS₂は開となり、発
熱体４の第２系統の電極面７ｂへの電圧の印加は
停止される。よつて発熱体４への通電面積は半減
するために電流は半減して消費電力を節減する。
発熱体４の温度は60℃〜80℃程度の範囲を、吸入
燃料および吸入空気の負荷に応じて変動する。こ
のとき吸気供給通路１の管壁温度も60℃〜80℃程
度となつているので、管壁１０を伝いまたはそれ
に対して衝突を繰返すことにより燃料液滴は充分
に霧化され得る。

このように本加熱装置を内燃機関のヒートライ
ザ部に配設するときは、エンジンの冷間始動時の
如く、未霧化の燃料液滴量が多く、かつ吸気加熱
用のエンジン冷却水が未だ低温である場合におい
て、温度の立上によくヒートライザ部を加熱し極
めて効果的に燃料の気化および霧化作用を果す。
しかしてエンジン冷却水温が燃料霧化作用を果し
得る温度に達したときには、電流を制御して発熱
体温度をエンジン冷却水温度程度の温度に維持
し、もつて消費電力を節減することができる。ま
た上記実施例の如く加熱板２を曲面に形成すれば
発熱体４からの伝熱面積および吸気加熱面積が広
くなつて吸気加熱効率を良好ならしめるととも
に、吸気負圧により加熱板に作用する応力を小さ
くしてその変形を防止し、また発熱体４との接触
圧力を分散して発熱体４の破損を防止する効果が
ある。

また上記実施例では、内燃機関の状態検出にエ
ンジン冷却水温度を利用したが、更にエンジン回
転数を利用することもできる。例えばエンジン回
転数400rpm以下では開となるスイツチを水温ス
イツチと直列に設けてこれを発熱体の一方の電極
系統に接続すれば、クランキング時の電極面積を
小さくし、これによりスタータへの電流量が増加
して始動を容易ならしめ、また通電開始時におい
て発熱体へ突入する大電流を抑制して発熱体の耐
久性を向上せしめることができる。

また上記実施例では、水温スイツチおよびキー
スイツチを直列に経て発熱体へ通電させる構成と
したが、これに代えて、両スイツチで作動する１
個のリレーを設けてもよい。

以上要するに本発明は、内燃機関のヒートライ
ザ部を加熱する手段としてPTCヒータを用いた
吸気加熱装置において、電力消費を可及的に節減
し、かつ吸入燃料の気化および霧化を効果的に促
進するために、発熱体の電極を２系統に形成する
とともに、運転条件に応じて両系統または一方の
系統に通電して発熱体温度および電力消費を制御
するようになしたものであつて、冷間始動時など
の如く迅速に加熱することが必要な場合には両系
統に通電することによつて燃料の気化および霧化
作用を積極的に行ない、また吸気加熱用エンジン
冷却水が燃料を霧化し得る温度に達したときには
一方の系統に通電し、エンジン冷却水による燃料
霧化促進作用を阻害しない温度に発熱体温度を保
持せしめ、もつて上記の目的を達成するものであ
る。また、このように通電を制御することによ
り、常時キユーリ点付近の温度に発熱体温度を保
持するものに比し、加熱装置構成部材の熱影響も
緩和され、装置の耐久性を向上せしめることもで
きるのである。また、単一の発熱体で温度制御が
できるので、複数の発熱体で温度制御するものに
比し、構造が簡単かつ低コストである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例装置を装備した内燃機
関の吸気供給通路の要部縦断面図、第２図は電極
板の上面図、第３図は電極板と対向する発熱体の
下面図である。 １……吸気供給通路、１２……ウオータジヤケ
ツト、Ｔ……スロツトルバルブ、S₁……キースイ
ツチ、S₂……水温スイツチ、Ｂ……バツテリ、Ａ
……吸気加熱装置、２……加熱板、３……支持部
材、４……発熱体、５……電極板、６ａ，６ｂ…
…発熱体面に形成した電極、７ａ，７ｂ……電極
板に形成した電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 吸気供給通路に燃料供給装置の燃料供給口を
   臨ませて燃料を供給し吸入空気と混合させて燃料
   を供給するようになした内燃機関の前記吸気供給
   通路の通路壁に、熱伝導性良好な金属製加熱板を
   設けて通路壁の一部を構成せしめ、正の抵抗温度
   特性ならびに特定の温度でキユーリ点を有し通電
   することにより発熱するセラミツク部材より成り
   その両面にそれぞれ通電用の電極を設けた発熱体
   の一方の面を前記加熱板の裏面側に接合せしめて
   保持し、かつ前記発熱体の他方の面の電極はこれ
   を互いに接触することのない２系統の電極に形成
   し、一方の系統の電極はキースイツチを介して電
   源に接続せしめ、他方の系統の電極は機関の運転
   状態に応じて開閉するスイツチおよびキースイツ
   チを介して電源に接続せしめたことを特徴とする
   内燃機関の吸気加熱装置。