JPH0223706B2

JPH0223706B2 -

Info

Publication number: JPH0223706B2
Application number: JP56157533A
Authority: JP
Inventors: Keigo Kato; Yoshio Kuroiwa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1981-10-05
Filing date: 1981-10-05
Publication date: 1990-05-25
Also published as: JPS5859350A; US4416242A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は内燃機関の吸気加熱装置に関する。

〔従来の技術〕

機関温度が低い機関暖機完了前には気化器から
供給された燃料の気化が十分ではなく、そのため
多量の燃料が液状のまま機関シリンダ内に供給さ
れ、その結果暖機完了後に比べて燃焼が悪くな
り、安定した機関の運転を確保できないという問
題がある。従つて通常、暖気運転時には暖気完了
後におけるよりも濃い混合気を機関シリンダ内に
供給して安定した機関の運転を確保するようにし
ている。しかしながらこのように濃い混合気を機
関シリンダ内に供給した場合には排気ガス中の有
害成分である未燃炭化水素（HC）並びに一酸化
炭素（CO）が増大するばかりでなく燃料消費率
が悪化するという問題を生ずる。従つて機関暖機
運転時において気化器から供給される液状燃料を
十分に気化することができれば機関シリンダ内に
供給される混合気を薄くしても安定した機関の運
転が確保でき、しかもこのような薄い混合気を使
用できることにより排気ガス中の有害成分を低減
できると共に燃料消費率を向上させることができ
る。そこで本願出願人は先に、機関暖機運転時に
おいて液状燃料の気化を促進すべく、例えば気化
器エアホーンの出口部に中空発熱体容器を取付
け、この中空発熱体容器を内筒と、外筒と、これ
らの内筒並びに外筒間に挿入された正特性サーミ
スタ素子（（以下、PTC素子と称す）とにより構
成し、PTC素子を加熱することにより中空発熱
体容器の内筒を加熱するようにした吸気加熱装置
を提案した（特願昭55−169050（特公昭60−46263
号公報））。

本発明は斯かる型の吸気加熱装置の改良、特に
内筒とPTC素子との間の絶縁部材の改良に関す
るものであるので、まず初めに本願発明の改良の
ベースであるこの吸気加熱装置の構成について第
１図〜第９図を参照して簡単に説明する。

第１図において、１は機関本体、２は吸気マニ
ホルド、３はマニホルド集合部、４はガスケツト
５を介してマニホルド集何部３上に取付けられた
合成樹脂材料製の断熱板、６はガスケツト７を介
して断熱板４上に固定された気化器を夫々示し、
この気化器６は１次側気化器Ａと２次側気化器Ｂ
とを有する。１次側気化器Ａは１次側エアホーン
８と、１次側メインノズル９と、１次側スレツト
ル弁１０とを具備し、２次側気化器Ｂは２次側エ
アホーン１１と２次側メインノズル１２と、２次
側スロツトル弁１３とを具備する。第１図に示さ
れるように１次側気化器Ａの下端部の断熱板４内
には１次側エアホーン８と整列しかつマニホルド
集合部３内に突出する中空発熱体容器１４が設け
られる。第２図並びに第３図に示されるようにこ
の中空発熱体容器１４は薄肉の金属材料からなる
内筒１５と、薄肉の合成樹脂材料からなる外筒１
６とにより構成される。第４図に示すように外筒
１６は一様な内径を有する中間部１６ａと、中間
部１６ａよりわずかばかり大きな内径を有する上
端部１６ｂと、中間部１６ａよりも小さな内径を
有する下端部１６ｃとを有する。中間部１６ａと
下端部１６ｃ間には第１環状肩部１７と、第１環
状肩部１７の下方に位置する第２環状肩部１８と
を形成する階段部１６ｄが形成される。中間部１
６ａの背面上には上端部１６ｂに隣接して断面矩
形の環状フランジ２０が一体形成される。更に、
外筒１６上には上端部１６ｂからフランジ２０内
に延びる切欠き２１が形成され、この切欠き２１
の底面２２は半径方向に延びる平担面となつてい
る。また、切欠き２１の位置でかつ中間部１６ａ
の内面には上方に向つて末広がりとなるテーパ溝
が形成される。

この外筒１６は前述したように合成樹脂材料か
ら一体成形されるが金属材料から形成することも
できる。

一方、内筒１５は第２，３，５図に示す如く断
面正八角形の中間部（接触表面部）１５ａと、円
筒状上端部１５ｂと、円筒状下端部１５ｃとを有
する。円筒状上端部１５ｂと円筒状下端部１５ｃ
とは等しい内径を有し、中間部１５ａはその全体
が円筒状上端部１５ｂ並びに円筒状下端部１５ｃ
から内方に膨出している。円筒状上端部１５ｂの
先端には外方に延びる階段状フランジ２３が一体
形成される。この階段状フランジ２３は円筒状上
端部１５ｂの先端から外方に延びる断面Ｌ字形の
内方フランジ部２３ａと、この内方フランジ部２
３ａの先端から更に外方に延びる断面Ｌ字形の外
方フランジ部２３ｂとにより構成される。更に、
円筒状下端部１５ｃの先端部には外方に延びる断
面Ｌ字形のフランジ２４が一体形成され、このフ
ランジ２４は第２図に示すように外筒１６の下端
部１６ｃ上にかしめ嵌合される。

また、第２図に示すように内筒１５と外筒１６
間には四弗化エチレンのような耐熱性弗素樹脂、
或いはシリコンゴムのような耐熱性ゴム材料から
なる絶縁リング２５が挿入され、この絶縁リング
２５は内筒１５の内方フランジ部２３ａ内に嵌着
される。

一方、第２図並びに第３図に示されるように内
筒１５と外筒１６間にはグラフアイトからなる環
状の弾性電極２９が挿入される。この弾性電極２
９は第６図に示されるように円筒状外周面３０
と、断面正八面体の内周面３１を有し、更に軸方
向に延びるスリツト３２によつて分離されてい
る。第３図からわかるようにこの弾性電極２９は
その内周面３１の八面体を構成する各平担面が内
筒１５の八面体を構成する各平担面と対面するよ
うに内筒１５と外筒１６間に挿入される。また、
弾性電極２９の軸方向長さは内筒中間部１５ａの
長さよりも短かく、しかもこの弾性電極２９は内
筒中間部１５ａの領域内に配置されている。

内筒中間部１５ａの各平坦外周面部分と弾性電
極２９間には夫々PTC素子３３が挿入され、更
にこれらの各PTC素子３３の外周壁を包囲する
ようにPTCホルダないしは絶縁部材３４が挿入
される。絶縁部材３４は第７図に示すように帯状
のアスベスト（第７図では帯を環状に丸めた状態
で示してある）からなり、等間隔で８個の開孔３
５が形成されている。一方、各PTC素子３３は
第８図に示すように矩形輪郭形状をなす平板状に
形成され、絶縁部材３４の各開孔３５はPTC素
子３３の輪郭形状とほぼ等しい輪郭形状を有す
る。また、各開口３５は等間隔の各リブ部３６に
よつて分離される。PTCホルダ３４の正八角形
を構成する各平坦面は内筒１５の正八角形を構成
する各平坦外周面上に夫々配置され、PTCホル
ダ３４の各開孔３５内に夫々PTC素子３３が挿
入される。

中空発熱体容器１４の上端部には半径方向外方
に延びる電極ユニツト３９が取付けられる。この
電極ユニツト３９は第９図に示されるように金属
製の断面Ｕ字形リング４０と、絶縁チユーブ４１
により被覆された帯状のマイナス側リード線４２
と、絶縁チユーブ４３により被覆された帯状のプ
ラス側リード線４４と、一対の端子４５，４６を
具えたコネクタ４７を具備する。絶縁チユーブ４
１と４３とは互に重ね合わされ、この重ね合わさ
れた絶縁チユーブ４１，４３の外周上にゴム材料
からなるリテーナ４８が挿入される。

第９図に示されるようにマイナス側リード線４
２の内端部４９は上方に直角に屈曲され、この屈
曲内端部４９はリング４０のＵ字形断面内に溶接
される。また、マイナス側リード線４２の外端部
はコネクタ４７の端子４５に接続される。一方、
プラス側リード線４４の内端部５０はマイナス側
リード線４２の屈曲内端部４９とは反対側に下方
に向けて屈曲され、プラス側リード線４４の外端
部はコネクタ４７の端子４６に接続される。第２
図に示されるようにリング４０のＵ字形断面は外
筒１６の上端部１６ｂに嵌着され、内筒１５の外
方フランジ部２３ｂがこのリング４０上にかしめ
られる。一方、プラス側リード線４４の屈曲内端
部５０は外筒中間部１６ａと弾性電極２９間に挿
入される。

第１図に示されるように断熱板４には互に連結
した大径孔５１と小径孔５２とが形成され、大径
孔５１内に中空発熱体容器１４が配置される。ま
た、小径孔５２は２次側エアホーン１１と整列配
置される。大径孔５１並びに小径孔５２を画成す
る断熱板４の内周壁面下側部にはその全長に亘つ
て断面Ｌ字形の溝５３，５４が形成され、大径孔
５１の溝５３内に外筒１６の外周壁面上に一体形
成されたフランジ２０が嵌着される。更に、断熱
板４の下側壁面上にはあり溝５５が形成され、こ
のあり溝５５内にリテーナ４８の内側部４８ｂが
嵌着される。

次に上述の如き吸気加熱装置の作動について説
明すれば以下の通りである。

マイナス側リード線４２は接地され、プラス側
リード線４４は温度検出スイツチ１１０、中性点
電圧検出スイツチ１１１並びにイグニツシヨンス
イツチ１１２を介して電源１１３に接続される。
温度検出スイツチ１１０は機関冷却水温が例えば
60℃以下のときオン状態にあり、機関冷却水温が
60℃以上になるとオフ状態になる。一方、中性点
電圧検出スイツチ１１１は機関駆動のオールタネ
ータの中性点電圧が所定レベル以下のときオフ状
態にありこの中性点電圧が所定レベル以上になる
とオン状態となる。

PTC素子３３は電流供給開始時に大きな電流
が流れるために機関を始動すべくスタータモータ
を駆動しているときにはPTC素子３３に電流の
供給を開始しないようにする必要がある。このた
めに中性点電圧検出スイツチ１１１が設けられ
る。即ち、機関がスタータモータにより回転せし
められるときには中性点電圧は低く、機関が自力
運転を開始すると中性点電圧が高くなつて中性点
電圧検出スイツチ１１１がオン状態となり、
PTC素子３３に電流の供給が開始される。この
ようにPTC素子３３に電流の供給が開始される
とPTC素子３３は即座に温度上昇し、その結果
内筒１５も即座に温度上昇する。

一方、機関が始動すると１次側気化器Ａから供
給される燃料のうちの大部分の液状燃料は１次側
エアホーン８の内壁面に沿つて下降し、次いでこ
の液状燃料は内筒１５の内壁面に沿つて下降す
る。外筒１６は断熱材により形成されており、し
かもこの外筒１５は断熱板４によつて支持されて
いる。従つてPTC素子３３から発する熱のうち
のわずかな量が吸気マニホルド２並びに気化器６
に逃げるだけであり、PTC素子３３から発する
熱の大部分が内筒１５を加熱するために用いられ
る。更に、内筒１５の内壁面は液状燃料で覆われ
ており、従つてPTC素子３３から発する熱の大
部分が液状燃料を気化するために使用される。ま
た、内筒中間部１５ａは内筒上端部１５ｂから内
方に膨出しているので混合気中に浮遊する燃料液
滴が内筒中間部１５ａに付着しやすくなり、斯く
して燃料の気化を一層促進することができる。

一方、機関始動後暫らくして機関冷却水温が60
℃よりも高くなると温度検出スイツチ１１０がオ
フ状態となるためにPTC素子３３への電流の供
給は停止せしめられる。

尚、周知の如く、グラフアイトの熱伝導率は指
向性があり、円周方向の熱伝導率に比べて半径方
向の熱伝導率が低くなつている。従つてグラフア
イトはその半径方向に熱が伝導しずらく、弾性電
極２９は断熱作用を有することになる。前述した
ように外筒１６は断熱材より形成されており、し
かも弾性電極２９が断熱作用を有するのでPTC
素子３３から発生する熱の大部分を内筒１５の加
熱のために使用することができる。一方、グラフ
アイトはその円周方向に比垣的熱伝導しやすいた
めに内筒１５を均一に加熱することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

扨て、上述の如き吸気加熱装置においては、グ
ラフアイト電極２９と内筒１５との間の電気的絶
縁はグラフアイト電極上端部においては絶縁リン
グ２５により、また下端部においてはPTCホル
ダを兼ねる絶縁部材３４により夫々行つている
が、これらの絶縁部材は新たな問題を惹起した。
即ち、絶縁リング２５の圧入時に外筒１６の上端
部１６ｂがきれつが入るという問題と外筒への内
筒の圧入時にグラフアイト電極が削りとられその
破片が短絡の原因となるという問題である。内筒
組立体（内筒１５とPTC素子３３を嵌着した
PTCホルダ３４とPTC素子３３の背面をおおう
グラフアイト電極２９との組立体）を外筒１６内
に圧入するに際してグラフアイト電極２９の外周
部が圧入部となる。従つて内筒組立体の圧入時に
グラフアイト電極２９の外周面は外筒１６の内周
面に強くこすりつけられることになる。しかるに
グラフアイトは比較的もろいのでグラフアイト電
極２９の外周面の一部は外筒１６の内周面より削
りとられその破片が外筒１６の内周面に付着す
る。この破片は短絡の原因となるので内筒組立体
を外筒１６に圧入する際に絶縁リング２５により
外筒内周面に付着したグラフアイト破片をかき落
とすと同時に絶縁リング２５の内径部に入り込ま
ないよう強く外筒内周面に押え付けるようにす
る。そのために絶縁リング２５の圧入荷重を十分
大きくすることが必要であるが、外筒１６自体は
薄肉の樹脂材料で形成されるため、この圧入荷重
により特に上端部１６ｂの近傍で外筒１６が折損
する事態が生じた。

またPTCホルダ３４の開孔３５の下端の隙間
にはグラフアイト電極２９の長さの寸法ばらつき
による圧入時の余肉が侵入して短絡を引き起こす
こともあり得る。

即ち、グラフアイト電極２９の下端は外筒１６
の環状肩部１７によつて、受け止められて、かつ
PTCホルダ３４の下端は途中で止められている。
そのためグラフアイト電極２９と、外筒１６と、
内筒１５との間に環状〓間Ｓが形成される。圧入
時にグラフアイト電極２９の長さ寸法の長い側へ
のバラツキがあると、軟質材料によつて形成され
る電極２９はその下端が特に変形し易く、変形の
余肉は空間Ｓに食み出してくる。そして、その余
肉の量が多い場合には食み出した余肉は空間を充
満され、ついには内筒１５に接触し、短絡するに
至るのである。尚、図ではグラフアイト電極２９
とPTC素子３３の下端とは面一になつているが、
これは設計の便のためである。

更にまた、外筒１６は横断面正多角形状の
PTCホルダ３４の下端部においてその多角形の
各項点を結ぶ円からなる内径面を有するので、多
角形の各頂点部を除き外筒１６とPTCホルダ３
４との間には僅かな間隙が生じる。この間隙の存
在により、エンジンの振動あるいは上述の如きグ
ラフオイル電極の一部剥離、ばり等に伴いグラフ
アイト小片がこれら間隙に侵入しこれまた短絡の
原因となる。外筒１６の内周とPTCホルダ３４
の外周とをこのように相異する形状となすのは組
立時の角度的方向性を無くすためである。即ち外
筒１６の内周が円であれば組立時のPTCホルダ
３４との相対角度位置（位相）は全く問題になら
ないからである。

本発明の目的は上述の如き問題点をすべて解消
し絶縁性の良好な、即ち短絡の心配がない、かつ
組立作業の容易な吸気加熱装置を提供せんとする
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

第１の発明によれば、内筒と外筒との間に環状
の絶縁PTCホルダにより保持されたPTC素子を
挿入し該PTC素子に外部電源に接続される環状
の弾性電極を接触せしめて成る中空発熱体容器
を、燃料供給装置から機関シリンダに至る吸気通
路内に配設した内燃機関の吸気加熱装置におい
て、上記PTCホルダの周囲にPTC素子保持用開
孔を設けて該開孔内にPTC素子を嵌着せしめ、
PTCホルダの下端は外筒の内壁に係止しかつ弾
性電極をその下端部全周に亙つて保持する下端円
板部を有し、かつPTCホルダの前記開孔はその
下縁が弾性電極の下端面より上方レベル位置にな
るように形成したことを特徴とする内燃機関の吸
気加熱装置が提供される。

第２の発明によれば、内筒と外筒との間に環状
の絶縁PTCホルダにより保持されたPTC素子を
挿入し該PTC素子に外部電源に接続される環状
の弾性電極を接触せしめて成る中空発熱体容器
を、燃料供給装置から機関シリンダに至る吸気通
路内に配設した内燃機関の吸気加熱装置におい
て、上記PTCホルダをその周囲にPTC素子保持
用開孔を有する多角形状本体部と、外筒の内壁に
圧接する外周ビードを備えた上端円筒頭部と、外
筒の内壁に係止しかつ弾性電極をその下端部全周
に亙つて保持する下端円板部とにより構成し、更
にPTC素子を上記開孔内に嵌着せしめると共に
これら開口をその下縁が弾性電極の下端面より上
方レベル位置になるように形成したことを特徴と
する内燃機関の吸気加熱装置が提供される。

〔作用〕

第１の発明によれば、PTCホルダ下端の円板
部は、弾性電極と外筒と内筒との間の空間を埋
め、圧入時に軟弱な弾性電極が変形した場合に、
その余肉が内筒に到達するのを防止する。そし
て、PTC素子の下端が、弾性電極の下端より上
に位置しているため、圧入時の弾性電極の変形が
起こりやすい最下端の部分が、PTC素子とPTC
ホルダとの合わせ面から離れており、そのため
PTC素子とPTCホルダとの合わせ面との〓間に
弾性電極の素材がはみ出すのは防止される。

第２の発明によれば、ビードにより弾性電極の
殆どの部分を外筒に接触させることなく圧入を実
施することができる。

〔実施例〕

第１０，１１図に本発明に係るPTCホルダ３
４′並びにそれを組込んだ発熱体容器を示す。本
発明によれば絶縁部材、即ちPTCホルダ３４′の
上部には円筒状の頭部８１が形成され、かつ下部
には同様に環状の円板８５が形成される。頭部８
１の外周には例えば２本のビード８３が設けられ
る。ビード８３の数は少くとも１個でよい。円板
８５の上表面８５ＡはPTC素子３３（第８図）
を取付けるための開孔３５の下縁よりもｈだけ下
方に位置する。ビード８３の外径と円板８５の外
径とは等しく、頭部８１と円板８５の内径は共に
PTCホルダ３４′の本体部（横断面正八角形部）
の多角形に外接する大きさである。

本発明に係るPTCホルダ３４′が第１１図に示
す如く発熱体容器に組込まれるとビード８３が外
筒１６の内壁９０に圧接され頭部８１の円筒外周
表面部は実質上外筒の内壁９０には接触しないか
あるいは軽く触れる程度である。従つて圧入荷重
は第２図に比しはるかに小さくて済み、外筒１６
の上端部１６ｂが折れる心配は回避される。しか
も小さな圧入荷重にも拘らずビード８３の存在に
より外筒１６の内壁９０に付着したグラフアイト
片（粉）をかき落としかつ保持する機能は従来と
何ら変りなく十分満足される。即ち、ビード８３
は圧入荷重を大きくすることなく十分な面圧を保
証する。

またPTCホルダ３４′の下端部には円板８５が
設けられるのでグラフアイト電極２９の下端を全
周に亘つて密着保持し、従来技術の第２図のＳで
示すようなグラフアイト電極２９と、内筒１５と
の間の空間が完全に埋められている。そのため、
従来技術のように、余肉がこの空間を埋めること
により短絡が起こる、ということはない。そし
て、グラフアイト電極２９の下端はPTCホルダ
３４′の開口３５の下縁３５Ａよりｈだけ下方に
位置させている。もし、仮に従来技術のようにグ
ラフアイト電極２９の下端とPTC素子３３の下
端とが面一の関係にあるとすると、グラフアイト
電極２９の長さが長い側にバラツキがあつた場合
に、、軟質のグラフアイト電極２９はその下端部
で最大の流動的な変形をし、第１２図のようにそ
の面一の部分に形成される〓間S′を介して、内筒
に向かつて食み出し、ついには短絡に至るおそれ
がある。これに対し、この発明のようにグラフア
イト電極２９の下端はPTCホルダ３４′の開口３
５の下縁３５Ａよりｈだけ下方に位置させること
により、PTC素子３４′と、開口の下縁３４′と
の間の〓間はグラフアイト電極の最も流動し易い
下端部分から上側に離れているため、第１２図で
説明してような食み出しによる短絡は起こらな
い。しかもPTCホルダ３４′と外筒１６の内周部
との相対角度位置（位相）を問わない組付け容易
性は従来同様確保されたままである。

発明の効果斯くして本発明によればグラフアイト電極の一
部剥離、ばりあるいは欠けによる短絡の可能性は
除去される。

尚、本発明においては絶縁リング２５はPTC
ホルダ３４′に一体形成されたビード付円筒頭部
８１に置き換えられている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願出願人の先願に係る機関吸気系の
側面断面図、第２図は第３図の−線に沿つて
みた発熱体容器の側面断面図、第３図は第２図の
−線に沿つてみた断面平面図、第４図は外筒
の斜視図、第５図は内筒の斜視図、第６図は弾性
電極の斜視図、第７図は挿入時における絶縁部材
の斜視図、第８図はPTC素子の斜視図、第９図
は電極ユニツトの側面断面図、第１０図は本発明
に係るPTC素子ホルダの斜視図、第１１図は本
発明に係る発熱体容器の側面断面図第１２図は
PTC素子とグラフアイト電極の下端とが面一で
あるとしたときの従来技術の問題点を説明する
図。２……吸気マニホルド、４……断熱板、６……
気化器、１４……発熱体容器、１５……内筒、１
６……外筒、２０，２３，２４……フランジ、２
５……絶縁リング、２９……弾性電極、３３……
PTC素子、３４……PTCホルダ、３９……電極
ユニツト、４０……リング、８１……円筒頭部、
８３……ビード、８５……円板。

Claims

【特許請求の範囲】１内筒と外筒との間に環状の絶縁PTCホルダ
により保持されたPTC素子を挿入し該PTC素子
に外部電源に接続される環状の弾性電極を接触せ
しめて成る中空発熱体容器を、燃料供給装置から
機関シリンダに至る吸気通路内に配設した内燃機
関の吸気加熱装置において、上記PTCホルダの
周囲にPTC素子保持用開孔を設けて該開孔内に
PTC素子を嵌着せしめ、PTCホルダの下端は外
筒の内壁に係止しかつ弾性電極をその下端部全周
に亙つて保持する下端円板部を有し、かつPTC
ホルダの前記開孔はその下縁が弾性電極の下端面
より上方レベル位置になるように形成したことを
特徴とする内燃機関の吸気加熱装置。２内筒と外筒との間に環状の絶縁PTCホルダ
により保持されたPTC素子を挿入し該PTC素子
に外部電源に接続される環状の弾性電極を接触せ
しめて成る中空発熱体容器を、燃料供給装置から
機関シリンダに至る吸気通路内に配設した内燃機
関の吸気加熱装置において、上記PTCホルダを
その周囲にPTC素子保持用開孔を有する多角形
状本体部と、外筒の内壁に圧接する外周ビードを
備えた上端内筒頭部と、外筒の内壁に係止しかつ
弾性電極をその下端部全周に亙つて保持する下端
円板部とにより構成し、更にPTC素子を上記開
孔内に嵌着せしめると共にこれら開口をその下縁
が弾性電極の下端面より上方レベル位置になるよ
うに形成したことを特徴とする内燃機関の吸気加
熱装置。