JPS6131297B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関混合気形成器の混合気調製の
ための加熱装置であつて主流路を限定する管壁体
を備え、またその管壁体内部の混合室の下流側部
分内に主絞り機構をまたその上流側部分内に燃料
送入装置を備え、管壁体はその長さの一部にわた
つて一端に水送入枝管があり他端に水排出枝管が
ある環状の加熱用水室を備えた熱交換用二重壁と
して形成してある加熱装置に関する。

この種の加熱装置はたとえば西独特許出願公告
第2262770号から公知である。この装置では熱交
換器が固定ベンチユリ管気化器の混合室の下流に
すなわちバタフライ弁型主絞り機構の下流にあ
る。熱交換媒体としてはたとえばエンジン排ガス
流内にある熱交換媒体加熱用の熱交換器及び燃料
―空気―混合気を加熱するための該熱交換器をつ
ぎつぎに流過する循環水が役立つ。この加熱装置
の欠点は、ある時間経過後に、十分高温になつた
エンジン排ガスが利用でき、循環する熱交換媒体
ならびにこれが囲む管壁体が十分に加熱されたと
き始めて有効となり得ることにある。従つて始め
は吸引管壁体は温度が上昇しないので、この装置
も燃料が液状にならざるを得ない。これによつて
吸引管には、燃料貯蔵作用が生じ、たとえば絞り
弁を開く際に比較的大きな過渡濃化が必要とな
る。全体としては比較的カロリーの高い吸引混合
気を維持しなくてはならず、これがエンジンの有
害なCO及びHC排出の増大に導く。

改良の混合気調製の達成のためには西独特許出
願公開第2128811号によつて固定ベンチユリ管気
化器の混合室及びバタフライ弁型主絞り機構の下
流で燃料―空気―混合気の主流路に熱風を送入す
ることが提案されているが、十分にカロリーの高
い混合気が存在していなくてはならない初期の作
動位相においてではなくエンジンが十分温まつた
ときに始めて行なわれる。加熱室において送入さ
れた空気が加熱要素たとえば温度―抵抗―特性曲
線（PTC―要素）が正の半導体要素を用いて加
熱し直接に又は弁制御しながら主流路へ導入され
る。この気化器システムにおいても始めのなお冷
いエンジン運転では過度の濃化過程のため大量の
有害物質排出が生じることがあり、それらの過程
は低温の管壁面の液状燃料の沈着のため生じると
判明している。

本発明には特許請求の範囲第１項の上位概念に
記載の加熱装置を上記の欠点を回避しながら点火
スイツチを入れた直後にすでにまた後続の運転の
諸位相中にも燃料の加熱によるその気化が達成さ
れるように形成するという課題が根拠となつてい
る。

課せられた課題の解決のためには上述の種類の
加熱装置において本発明により、熱交換器は温度
が高くなつてから開く温度制御の切換弁を介して
冷却水循環系と連結してあり、切換弁が閉じてい
る際も冷却水循環系を切つた際も冷却水レベル上
方に位置し、混合気形成器の主流路と境を接して
いる熱交換器内壁は電気抵抗加熱材料からなり冷
却水温度に応じて温度制御され特定の水温以上で
開くスイツチを介して電源と電気的に連結してあ
ることが提案される。この組合せの加熱装置は全
運転範囲にわたつてとくに起動過程直後の運転位
相中にも最適の混合気調製を可能にする。熱交換
器は冷却水レベル上方にあるので、冷却水が遮断
され、空気で満たされた加熱用水室は電熱の際の
熱交換器内壁の良好な断熱機能を発揮するので、
気化器ハウジング又は冷却水への熱逸散が少なく
なる。この理由から電熱により迅速な燃料気化が
実現できて、初めから主流路の管壁面が大幅に液
状燃料なしに保たれ得るようになる。管壁面の燃
料保留が僅かなので加速過程のための過渡期濃化
が僅少ですむ。

吸入混合気は起動直後に急速にカロリーの低い
ものとすることができ、エンジンのCO及びHC排
出の低減へ導く。エンジンの、従つてまた冷却水
の昇温後には電熱は冷却水加熱にとつて代られ
る。なお高温のエンジンを停止させた後には冷却
水循環が中断されて冷却水は熱交換器下方のレベ
ルに戻ることができ、冷間起動のために必要な熱
交換器の一時的な断熱作用が用意される。この種
の急速な管壁の加熱を行なうことは不可能であつ
た。たとえば傾斜シリンダヘツドを備えたエンジ
ンでの排ガス加熱は実施が困難であり、冷却水熱
はエンジン運転温度到達後始めて利用できまた
PTC―要素などを用いる抵抗加熱は必要な能力
のため短時間しか大きな熱損失なしに使用できな
いからである。

望ましくは熱交換器内壁は少なくとも１個の環
状PTC―要素からなる。さらにこれの内外面に
それぞれ少なくとも１個の大面積の電気及び熱の
良導体の環状電極被膜が設けてあるのが望まし
い。以上述べたとおり、PTC―電熱法は所要エ
ネルギーを考慮して、大きな熱損失なしに比較的
短時間の能力が必要なときのみ使用しようとする
ものである。この条件は本発明の場合、熱交換器
が初めにすなわち冷却水レベルの低いときにその
中空空間を空気で満たすことによつて断熱遮断材
として作動するために満たされている。チタン酸
バリウムなどのPTC―材製の両側面に被膜を施
した中空シリンダの形の内壁の上述の構造によつ
て簡単な大面積の均等にかつ本質的には内側への
み作用する発熱体が得られる。これが外側の断熱
と電極被膜の良熱伝導とのため主流路を実質上点
火スイツチを入れたときから加熱することがで
き、燃料気化現象によつてこの運転位相において
は通常高カロリーの混合気が必要となされるが、
低カロリーの混合気で充分である。

実際的な実施態様ではスイツチ設備に加熱過程
を制御するリレーとこれに直列に結線してある、
特定の高い水温以上で開く温度スイツチとがあり
後者は望ましくは熱交換器の加熱側とくにその水
排出側と連結してある。加熱側との連結によつて
電熱がいずれの場合にも冷却水が十分に加熱され
切換弁が開いたとき始めて切られることが保証さ
れる。これによつて中間の運転位相において現わ
れる加熱中断が確実に回避される。

切換弁にはとくに冷却水ポンプ排出側に接続す
べき冷却水入口、冷却水ポンプ吸入側に接続すべ
き、絞り個所が設けてある冷却水出口及び熱交換
器の水送入枝管に連結してあるサーモスタツト制
御の加熱側出口がある。切換弁はこれによつてつ
ねに冷却水の少なくとも一部が流過し冷却水が十
分昇温した際に加熱側出口を開放してこれに絞り
個所ならびに熱交換器加熱側の横断面積の大きさ
に応じて大なり小なり冷却水が導かれ得るように
なつている。

細部については切換弁には望ましくは弁座に関
連した弁体を備えた、周囲を冷却水が流れている
膨脹素子があり、これには第１の圧縮ばねで弁を
閉じる方向に予応力がかけてある。とりわけ膨脹
素子に第１の圧縮ばねより弱い第２の圧縮ばねで
弁を開く方向に予応力がかけてあり冷却水温が上
昇すると素子が第２の圧縮ばねを圧縮しながら定
置のとめに接するとき有利な関係が生じる。その
場合さらに第２の圧縮ばねが流れの自由な横断面
を維持する中間リングを介して膨脹素子と接して
いると有利である。周りを冷却水が流れる膨脹素
子は冷却水温のきめ細かい把握を可能にする。こ
れは膨脹素子に必要なしかたで少なくとも第１の
圧縮ばねによつて短縮と同時に弁閉鎖の方向に予
応力がかけてある。両圧縮ばねの間に支えられ、
従つて浮遊状態に取付けられているときは初めに
第２の弱い方の圧縮ばねが圧縮され膨脹素子がス
トツパーに接するようになり次に弁体が弁座から
離され得るので弁開放過程がある程度冷却水の昇
温した後に始めて行なわれることが確保されてい
る。従つて比較的簡単な手段を用いて、加温部運
転に必要な切換弁温度特性が達成される。

望ましくは熱交換器はその水排出枝管を介して
冷却水循環の平衡容器と連結しておくべきであ
る。この通常の冷却水平衡容器はたとえばエンジ
ン冷却部の入口側と連結してあり、よつて熱交換
器を通過した冷却水の本来の冷却水循環への復帰
を可能にする。

とくに有利な混合気調製は熱交換器が主絞り機
構の上流にあり、本質的には混合室全長にわたつ
て延びていることによつて得られる。これによつ
て混合気の分布がよくなり、すべての中央混合気
形成器にとつての関係が有利になる。最適の気化
現象は壁温約140℃で、とりわけ燃料が混合室内
でその壁面へすなわち熱交換器内壁へ導かれると
きに現われる。

本発明を以下図面に図解的に示した実施例につ
いて詳細に設明する。

図は混合室３を囲んでいる管壁体２を備えた混
合気形成器１を極めて簡略化した表現で示す。混
合室３は下流ではバタフライ弁型の主絞り機構４
によつてまた上流ではバタフライ弁型の予備絞り
機構５によつて限定されている。混合室３内部に
はたとえば予備噴霧器６がありこれを通つて燃料
又は燃料―空気―混合気がたとえば負圧に依存し
て混合室３へ導入される。

管壁体２は混合室３の範囲では外壁体８と内壁
体９とを備えた熱交換器７となつており両壁体の
間に環状の熱水室１０が設けてある。環状の内壁
体９はPTC―材からなり内側ならびに外側に大
面積の環状の電極被膜１１が設けてあるが図面で
は１個所のみに示してある。

電極被膜１１は導電線１２を介してリレー１４
の形のスイツチ機構１３と、それも図には詳しく
示してないリレー切換接点と連結してある。リレ
ー１４の同じく図示してない電磁石線は冷却水温
を把握する温度スイツチ１５と直列に結線してあ
る。このリレー１４の電磁石線と温度スイツチ１
５との直列接続は一方では接地又は電源の負極に
また他方では点火スイツチ接点１６を介して電源
の正極に接続してある。リレー１４の作動状態で
はこれらの極はリレー切換接点ならびに導線１２
を介して電極被膜１１と連結してある。冷間状態
で内燃機関を起動させてリレー１４が作動する
と、リレーは十分な水温に到達した後に、温度ス
イツチ１５が開くときに始めて電極被膜１１の電
圧供給をやめることができる。

熱交換器７は熱水室１０の下端にある水送入枝
管１７及びこれに連結してある水送入管１８を介
してサーモスタツト制御の切換弁２１に連結して
ある。さらに熱水室１０はその上部範囲において
水排出枝管１９及びこれに連結してある水排出管
２０を介して冷却水平衡容器３３に連結してあ
る。本実施例では温度スイツチ１５は冷却水循環
から分岐した加熱循環の水排出管２０に従属させ
てある。従つて熱交換器７の電熱は十分昇温した
冷却水が実際に加熱循環系を流過するとき始めて
中断されることが確保される。

切換弁２１には図示してない内燃機関冷却水ポ
ンプの排出側に連結される冷却水入口２２、冷却
水ポンプの吸入側に連結される冷却水出口２３で
あり絞り個所２４を有すると共に、サーモスタツ
ト制御の加熱側出口２５を有している。後者は水
送入管１８に連結してあり冷却水温の上昇に伴な
つて切換弁２１の冷却水入口２２とを連結され
る。冷間状態においては加熱側出口２５に冷却水
が送られることはない。

切換弁２１には弁体２７つきの膨脹素子２６が
あり、弁体と膨脹素子との距離はその素子の周囲
を流れる冷却水の温度とともに変化する。弁体２
７は弁座２８に関連させてあり、第１の圧縮ばね
２９により弁を閉じる方向に予応力がかけてあ
る。第１の圧縮ばね２９より弱い第２の圧縮ばね
３０が膨脹素子２６を中間リング３２を介してつ
ねに弁を開く方向に押す。中間リングは切換弁２
１のすべての運転位相において冷却水入口２２と
冷却水出口２３との間の自由な流れ横断面を維持
する。

図示の冷間状態では弁体２７が第１の圧縮ばね
２９により弁座２８へ押しつけられ、膨脹素子２
６は冷却水昇温の際に第２の圧縮ばね３０を圧縮
しながら中間リング３２が弁ハウジングのストツ
パー３１に接するまで右へ動くことができる。さ
らに冷却水が昇温すると、そのとき位置的に固定
された膨脹素子２６がその弁体２７を第１の圧縮
ばね２９の作用に抗して弁座２８から離す。これ
によつて冷却水ポンプの運転中はますます冷却水
が熱交換器７を通過でき、送入される冷却水量は
水送出枝管１９内の絞り個所３６の横断面積の寸
法ぎめによつて決定できる。温度スイツチ１５に
より加熱循環の十分な冷却水温度が把握されると
電熱が切られる。もはや熱交換器７へ十分な熱エ
ネルギーが冷却水によつて導かれるからである。
加熱循環を流過する冷却水は最後に冷却水平衡容
器３３に達しそこからその接続枝管３５を経て正
常の冷却水循環へ戻ることができる。

なお高温の内燃機関を停止するとまず切換弁２
１は開かれている。冷却水循環系ないし冷却水ポ
ンプを切ると、熱交換器７の加熱循環は空にな
り、冷却水平衡容器３３ならびに水送入管１８内
に同じ冷却水レベル３４が現われるようになる。
このレベルの平衡はエンジンが冷えて漸次切換弁
２１を閉じるとき維持されている。これに反して
内燃機関を高温に達する前に低温状態で停止する
と、切換弁２１の開放は行なわれずこの場合も対
応した冷却水レベル関係が存在するようになる。
このことは熱交換器７が冷間状態において空気を
満たした熱水室１０によつていずれの場合もその
断熱作用が発揮できることを意味する。その熱交
換作用への切換は十分に高温の冷却水の加熱循環
部を流過する際に始めて行なわれる。

本発明による加熱装置はたとえば固定ベンチユ
リ管気化器、等圧気化器また中央注入システムな
どすべての中央混合気形成器に適している。冷間
起動の際には熱交換器が空気を断熱的に満たして
あり温度スイツチ１５は低温のため閉じられてい
るので極めて迅速、有効なかつ熱損失の少ない
PTC―加熱のための準備ができている。従つて
すでに点火過程の直後に混合室壁面での燃料の有
効な気化過程が実施できる。これが混合気のカロ
リー低下すなわち燃料消費の低減及び有害物質排
出の低減をそれもすでに点火過程の直後に可能に
する。始めになお十分には冷却水熱が利用できな
い段階において熱交換器を中空環体とすることに
より熱還流が中断され、最適の混合気調製のため
に有効なPTC―加熱が実施できるようになる。
冷却水加熱への遷移及び電熱への復帰は全自動で
行なわれる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明による加熱装置の実施例を図解的
に示す。 １…混合気形成器、２…管壁体、３…混合室、
４…主絞り機構、５…予備絞り機構、６…予備噴
霧器、７…熱交換器、８…外壁体、９…内壁体、
１０…熱水室、１１…電極被膜、１２…導電線、
１３…スイツチ、１４…リレー、１５…温度スイ
ツチ、１６…点火スイツチ接点、１７…水送入枝
管、１８…水送入管、１９…水排出枝管、２０…
水排出管、２１…切換弁、２２…冷却水入口、２
３…冷却水出口、２４…絞り個所、２５…加熱側
出口、２６…膨脹素子、２７…弁体、２８…弁
座、２９…第１の圧縮ばね、３０…第２の圧縮ば
ね、３１…ストツパー、３２…中間リング、３３
…冷却水平衡容器、３４…冷却水レベル、３５…
接続枝管、３６…絞り個所。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関混合気形成器の混合気調製のための
   加熱装置において、混合気形成器の主流路を限定
   する管壁体を備え、その管壁体内部の混合室内の
   下流側部分に主絞り機構を、またその上流側部分
   に燃料送入装置を備え、管壁体はその一端に水送
   入枝管があり、他端に水排出枝管がある環状の加
   熱用水室を備えた二重壁熱交換器として構成し、
   熱交換器は、冷却水が所定の温度に達すると開く
   熱制御切換弁を介して冷却水循環部と連結してあ
   り、切換弁が閉じて冷却水循環部が遮断されてい
   る場合に冷却水レベルの上方に位置して冷却水の
   存在しない中空環体を形成し、混合気形成器の主
   流路と境を接している熱交換器の内壁は少なくと
   も１つの環状PCT素子から成り、冷却水温に応
   じて熱制御され、冷却水が前記所定の温度に達す
   ると開くスイツチを介して電源と電気的に接続さ
   れており、冷却水が前記所定の温度に達するまで
   は、前記切換弁は閉じられた状態で、且つ前記熱
   交換器は冷却水の存在しない中空間体の状態で、
   前記PCT素子により電気加熱のみが行われるよ
   うに構成したことを特徴とする加熱装置。 ２ PCT素子はその内外面にそれぞれ少なくと
   も１つの大面積の、電気及び熱の良導体である環
   状の電極被膜が設けてあることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の加熱装置。 ３ スイツチには加熱過程を制御するリレーとこ
   れに直列に接続してある、特定の水温以上で開く
   温度スイツチがあることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項または第２項に記載の加熱装置。 ４ 温度スイツチは正常の冷却水循環から分岐し
   た熱交換器の加熱循環系と連結してあることを特
   徴とする特許請求の範囲第３項に記載の加熱装
   置。 ５ 温度スイツチは熱交換器の水排出側に接続し
   てあることを特徴とする特許請求の範囲第４項に
   記載の加熱装置。 ６ 切換弁には冷却水ポンプの排出側に接続すべ
   き冷却水入口と絞り箇所が設けてあり、冷却水ポ
   ンプの吸入側に接続してある冷却水出口及び熱交
   換器の水送入枝管と連結してあるサーモスタツト
   制御の加熱側出口があることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載の
   加熱装置。 ７ 切換弁には弁座と関連した弁体を備えた、冷
   却水が周囲を流れている膨張要素があり、これに
   第１の圧縮ばねによつて弁閉鎖の方向へ余応力が
   かけてあることを特徴とする特許請求の範囲第６
   項に記載の加熱装置。 ８ 膨張要素には第１の圧縮ばねに比べて弱い第
   ２の圧縮ばねによつて弁解放の方向へ余応力がか
   けてあつて、冷却水温度が上昇すると要素が第２
   の圧縮ばねを圧縮しながら定値のストツパーに接
   するようになることを特徴とする特許請求の範囲
   第７項に記載の加熱装置。 ９ 第２の圧縮ばねは自由な流過断面を維持して
   いる中間リングを介して膨張要素に接しているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の加
   熱装置。 １０ 熱交換器はその水排出枝管を介して冷却水
   循環の冷却水平衡容器に接続可能であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項ないし第９項のい
   ずれかに記載の加熱装置。 １１ 熱交換器は、主絞り機構より上流にあり、
   本質的には混合室の全長にわたつて延びているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第１
   ０項のいずれかに記載の加熱装置。