JPS60237155A - 内燃機関の吸気加熱装置 - 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） 本発明は内燃機関の吸気加熱装置に関するものである。

（従来技術） 燃料供給装置としての例えば気化器によって燃料と空気
との混合気を作り、これを吸気管を介して内燃機関に供
給するものにおいて、外気温度が低い時、その中でも特
に内燃機関の暖機がまだ充分でない時には、燃料は充分
には空気と混合せず、一部は液膜流となって気化器や吸
気管の壁面を伝わって流れる。この燃料液膜流の移動速
度は空気の流れる速度よりもはるかに遅く、このため内
燃機関内で１回に燃焼する混合気の空燃比を理想状態に
保つのが困難になる。

このため吸気を加熱して燃料を気化しやすくするものが
検討されており、その一つに密封型構造の吸気加熱装置
があり、実開昭５８−１２４６５２号公報に示された構
造のものにおいては、チタン酸バリウム半導体素子から
なるＰＴＣヒータが内筒を介して間接的に加熱する形状
となっており、液膜流に対し充分な熱伝達が成されず放
熱も充分でないため、ＰＴＣヒータへのヒータ電流つま
り、ＰＴＣヒータの出力（電力）は第５図ｆａｌの一点
鎖線に示すごとく低いものとなり、従って第５図（ｂｌ
の一点鎖線に示すごとくエンジントルクの立ち上がりも
遅いものとなる。また部品点数、組付工数も多くコスト
面にも問題がある。

またＰＴＣヒータを露出した構造としてＰＴＣヒータを
ハニカム状にしたものを吸気回路内に設置したハニカム
型構造の吸気加熱装置では、部品点数１組付工数等のコ
スト面では有利であり、放熱も良好なものであるが、混
合気の空気や霧化した燃料を暖めるばかりで液膜流に対
しては効果がほとんど無く電力損失を招く欠点がある。

さらにハニカム型構造の場合、放熱が良すぎるためにキ
ューリ一点Ｔｃ（約１５０°Ｃ）以下で温度制御が行な
われ（第６図）、さらに燃料が供給されてＰＴＣヒータ
の温度が低下すると（第６図■）ＰＴＣヒータの抵抗が
上昇して（第６図■）第５図（ａｌの点線に示すごと＜
　ＰＴＣヒータへのヒータ電流、つまりＰＴＣヒータの
出力（電力）は低下し、従って第５図１ｂ）の点線に示
すごと（エンジントルクの立ち上がりはあまり良くない
。また、ハニカム状にＰＴＣヒータを製作するのは困難
であり、ＰＴＣヒータの強度等の信頼性にも不安がある
。

なお、第５図（ａ）、　（ｂ）に示した特性は、空気温
度が一２０°Ｃで使用エンジンが１５００　ｃｃ、４気
筒でチョークが開状態で空燃比が１１〜１２として、エ
ンジン回転１６００ｒｐｍでそのトルクが５　ｋｇｍと
なるまでの燃料がＰＴＣヒータ部分に到達した時間から
のＰＴＣヒータに流れる電流変化、及びエンジンのトル
ク変化を示したものである。

（発明の目的） 本発明の目的とすることろは、上記の問題に鑑み、液膜
流を効率的、かつ選択的に加熱して、気化させ、エンジ
ンの応答性、出力等の良好ならしめると同時に部品点数
１組付工数等コスト面でも向上した内燃機関の吸気加熱
装置を提供することにある。

（発明の構成） 以上に示した目的を達成するために、本発明においては
、吸気通路中に設けられたヒートインシュレークに沿っ
て配設され、一部が吸気通路に露出したＰＴＣヒーヒー
、このＰＴＣヒータに対し層状に配置され、一部が吸気
通路中に突出する突片を有する放熱板とを具備したもの
としている。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面に基づき説明する。

第１図ｔａ＞において、ヒートインシュレータ１は気化
器７と吸気管８との間に図示しないボルト等により固定
されている６気化器７には図示しない燃料供給用ノズル
がスロットル弁９の上流側に設けられており、吸入空気
とノズルより供給される燃料とにより混合気が形成され
る。吸気管８の下流側には図示しない内燃機関（エンジ
ン）が設けられており、気化器７にて作られた混合気を
エンジンの各気筒に送り込んでいる。そして気化器７か
ら吸気管８を介してエンジンへの混合気の通路、吸気通
路４が形成されている。

ヒートインシュレータ８は一般に断熱性の良好な樹脂の
板であり、このヒートインシュレータ８にはその一部が
露出してＰＴＣヒータ２、放熱板３等が設けられている
。ＰＴＣヒータ２、放熱板３はヒートジインシュレータ
１の内周に沿ワて形成された凹状溝内に電極板６、導電
性の板バネ５を介して固定されている。そして、電極板
６は図示しないバッテリーの十端子に、放熱板３はグラ
ンドアースに所定回路を介して接続されている。

つまり電極板６、ＰＴＣ−夕２、板ハネ５、放熱板３へ
と通電が行なわれる。ＰＴＣヒータ２は第２図（ａｌ　
（ｂｌに示すごとく円形環状の薄板であり、チタン酸バ
リウムを主成分とし、ｐｂやＭｎ等を混入して焼成した
セラミック半導体素子で第６図に示すごとく抵抗一温度
特性を有し、キューリ一点Ｔｃを境に低温度では低抵抗
、高温度では高抵抗を示すものであり、このＰＴＣヒー
タ２の電極板６、板ハネ５との接触部分にはニッケルメ
ッキした後に銀ペーストを印刷焼付した電極部２ａを有
している。なお、ＰＴＣヒーヒーの内径はヒートインシ
ュレータ１の内径より小さいものとなっている。放熱板
３は導電性、伝熱性、耐蝕性に優れた金属あるいは合金
からなる環状の０．６〜０．８１程度の厚さの薄板で、
内部方向に台形状の突片３ａが第１図（ｂｌに示すごと
く設けられており、さらにその先端は混合気の流れ方向
に沿って曲げられた曲部３ｂが形成されている。なお、
放熱板３の内径はＰＴＣヒータ２の内径よりも小さなも
のとなっている。そして、これらＰＴＣヒータ２．放熱
板３のヒートインシュレータ１への固定では、ＰＴＣヒ
ータ２は吸気通路４の内部に露出し、わずかに飛び出て
おり、放熱板３はさらに飛び出ているが吸気通路４を極
端に狭くするものではない。

またＰＴＣヒータ２．放熱板３は振動等により位置づれ
、破損等が起こらないように板バネ６のハネ力を選択、
設定しである。

上述の構成において、エンジンを始動するためにキース
イッチをＯＮすると、それと連動して吸気加熱装置のＰ
ＴＣヒータ２．放熱板３等に通電される。バッテリーか
らＰＴＣヒータ２に通電されるとＰＴＣヒータ２がその
時大気温度と同じでキューリ一点Ｔｃよりはるかに低い
ので第６図に示すごとくその電気抵抗は小さく、従って
大電流を許容して瞬時にキューリ一点Ｔｃまで達する。

キューリ一点Ｔｃを越えると急激に抵抗が大きくなるた
め電流が抑えられ、これに応じてＰＴＣヒータ２の温度
はキューリ一点Ｔｃ前後で制御されるようになる。放熱
板３は通電によっても発熱するが大部分はＰＴＣヒータ
２の熱の供給を受けて突片３ａ、曲部３ｂまで全体に温
度が上昇する。

エンジンが始動すると空気がスロットル弁９のすき間を
介し、吸気通路４を通ってエンジンに送られるが、気化
器７のノズルより供給された燃料は燃料温度、空気温度
、エンジンの温度が低いと燃料は充分に霧化されず気化
器７の管壁を膜流流として下降していく。しかしながら
、この膜流流がＰＴＣヒータ２．放熱板３の部分に達す
ると、この部分で発生する熱エネルギーにより全て気化
されるようになる。この時ＰＴＣヒータ２は熱エネルギ
ーを膜流流により奪われて、温度が下がり、これに応じ
て抵抗も下がるため、第５図（ａ）の実線に示すごとく
ヒータ電流が上昇し、約１８Ａ付近で落ち着く。そして
気化された燃料と空気の混合気は吸気管８内の吸気通路
４を通ってエンジンへと供給される。

そして本実施例においてはＰＴＣヒータ２の一部が吸気
通路４に露出しているので、放熱性は良好であり、また
ハニカム型のごとく全体が露出していないので吸気によ
り放熱が良好すぎてＰＴＣヒータ２の温度がキューリ一
点Ｔｃより低い温度に維持されるということが無く適度
な温度制御が行なわれるようになっており、そのヒータ
電流つまり出力（電力）は第５図（ａ）の実線に示すご
とく高く、また放熱板３の内径部分、突片３ａ、曲部３
ｂにより膜流流がこの部分で液ダメされ放熱板３のＰＴ
Ｃヒータ２から供給された熱エネルギーを受けて効果的
に気化される。従って、第５図（ｂｌの実線に示すごと
くエンジントルクも気化が良好に行なわれていることか
ら極めて良好な立ち上がりを示している。

また、本実施例では放熱板３の板厚は０．６〜０゜８顛
と記載したがその板厚を０．８　ｔｍのＣｕ板■と０．
２ｆｌのＣｕ板■とを比較してみると第７図に示すごと
（板厚の厚い方が良好な特性が得られている。（第５図
特性と同じ条件下）なお、板厚は厚ければ厚い方が良い
というものでは無く、ＰＴＣヒータ２の熱を均一に全体
に伝わるような板厚、形状とする必要がある。また放熱
板３の形状は液ダメ効果、熱伝達、吸気通路４の通路面
積を考慮する必要があり、第３図に示すごとく内径側を
ノコギリ刃状の突片３ａにする、あるいは第４図のごと
くその一部を曲げて曲部３ｂを形成する等がある。さら
に曲部３ｂの向きは混合気流に対し順方向だけとは限ら
ず逆方向であっても充分効果は発輝される。

なお、上述の実施例においては、ＰＴＣヒータ２を１個
しか設けていなかったが、第８図に示すごとく複数個設
けてもかまわない。この時の構成は上流側から電極板６
．ＰＴＣヒータ２．電極板６、板バネ５．電極板６．Ｐ
ＴＣヒータ２．放熱板３を層状にしており、板バネ５の
下側の電極板６とバッテリーの子端子と接続し一番上流
側の電極板６及び放熱板３をアースしている。なお、第
８図の構成では２個のＰＴＣヒーヒー並列に接続されて
いるが直列に接続してもよい。また放熱板３を複数個設
けても良い。

またＰＴＣヒータ２の形状は円形だけとは限らず第９図
（ａｌに示すごとく楕円形でも良く、また同じ＜（Ｃ）
に示すごとく多角形でもかまわない。またＰＴＣヒータ
２を第９図（ｂｌに示すごとく分割して設けてもかまわ
ない。

またＰＴＣヒータ２．放熱板３との構成も上記実施例に
限らず上流側から イ）電極板６．板バネ５．ＰＴＣヒータ２．放熱板３ ０）電極板６．Ｆｙ、ハネ５．ＰＴＣヒータ２．放熱板
３ ハ）放熱板３．ＰＴＣヒーヒー、板ハネ５．電極板６ の層状としてもかまわない。

またＰＴＣヒータ２の内径は、ヒートインシュレータ１
の内径と同じ、またはわずかに小さいものであってもか
まわない。

また板ハネ５は無くてもよく、ＰＴＣヒータ２゜放熱板
３．電極板６をヒートインシュレータ１成形時に一体に
成形して固定してもよく、耐振性等の信頼性が充分に得
られる固定方法ならば何でもかまわない。

従って、上記の一連構成では、ＰＴＣヒータ２゜放熱板
３の形状が単純なもので、また組付時の加工もほとんど
無く、部品点数も密封型に比べ少なくなっていることか
ら、製作的にも簡単となっている。

（発明の効果ン 以上述べたように、本発明においては、吸気通路中にも
けられたヒートインシュレータに沿って配設され、一部
が吸気通路に露出したＰＴＣヒータと、このＰＴＣヒー
タに対し層状に配置され、一部が吸気通路中に突出する
突片を有する放熱板とを具備したものとしたことがら、
ＰＴＣヒーヒー出部分にて良好な放熱が行なわれ、放熱
板がＰＴＣヒーヒー熱により加熱され、がっ突片部分に
て膜流流の液ダメが行なわれ、従って膜流流に対し効率
的、かつ選択的に加熱を行なって、膜流流を気化し、ま
たＰＴＣヒーヒー吸気にさらされている部分が露出部分
だけであることから放熱が良すぎるということが無くな
り、ＰＴＣヒータの制御される温度範囲が低くなること
が無いので、ＰＴＣヒータの出力低下が抑えられ、した
がって所望の空燃比を有する混合気がエンジンに送られ
てエンジン応答性、出力等が良好なものとなる。また各
部品の形状が単純なものであり、構成も単純なものであ
り、そしてＰＴＣヒータを露出させて設けているので部
品も減り、従って部品点数１組付工数等の製作面が簡単
であり、コスト面でも向上するなどの優れた効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌは、本発明の一実施例の吸気加熱装置一実
施例に採用したＰＴＣヒータの斜視図及びそ放熱板の形
状のさらに他の実施例を示す正面図及び右側面図、第５
図ｆａ）は、本発明の一実施例と密封型とハニカム型と
における燃料が加熱装置部分に到達した時からのＰＴＣ
ヒータへのヒータ電流の状態を示す特性図、第５図（ｂ
ｌは、本発明の一実施例と密封型とハニカム型とにおけ
る燃料が加熱装置部分に到達した時からのエンジントル
クの状態を示す特性図、第６図はＰＴＣヒーヒー抵抗一
温度特性図、第７図ｆａ）は、本発明の一実施例でのＣ
ｕ製の放熱板の板厚を■０．８ｆｉ、■０．２鮪とした
ときの燃料が加熱装置部分に到達した時からのＰＴＣヒ
ータ電流の状態を示す特性図、第７図（ｂｌは、Ｃｕ製
の放熱板の板厚を■０．８ｆｌ、■０．２ｆｌとしたと
きの燃料が加熱装置部分に到達した時からのエンジント
ルクの状態を示す特性図、第８図は、本発明の他の実施
例でＰＴＣヒータを複数個用いた場合の配置の一例を示
す断面図、第９図（ａ）（ｂｌ　（Ｃ１は、ＰＴＣヒー
タの形状に関する他の実施例、第１０図イ）５口）、ハ
）は、本発明の吸気加熱装置の配置に関する他の実施例
を示す部分断面図である。 ■・・・ヒートインシュレーク、２・・・ＰＴＣヒータ
、３・・・放熱板、３ａ・・・突片、４・・・吸気通路
、７・・・気化器、８・・・吸気管。 第１図 第５図 （４） （ｓｅｃ） 第７図 第９図 第１０図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関に燃料を空気との混合気を供給する吸気通路中
   に設けられたヒートインシュレータを有する内燃機関の
   吸気加熱装置において、前記ヒートインシュレータに沿
   って配設され、一部が吸気通路に露出したＰＴＣヒータ
   と、前記ＰＴＣヒータにに対し層状に配置され、一部が
   吸気通路中に突出する突片を有する放熱板と、を具備し
   たことを特徴とする内燃機関の吸気加熱装置。