JP2019157854A

JP2019157854A - 温度制御スロットル装置

Info

Publication number: JP2019157854A
Application number: JP2019037632A
Authority: JP
Inventors: タオ・リィ; Li Tao; ジャン・リシ; Lishi Zhang
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2039-03-01
Also published as: KR102151868B1; CA3035775C; CA3035775A1; KR20190108493A; JP6737918B2; US20190285030A1; US11162461B2; EP3540200A1; EP3540200B1

Abstract

【課題】エンジンの異なる負荷でのエンジンへの吸気の温度を確実に低コストで制御する。【解決手段】少なくとも１つのスロットル２０３と、第１の配管２０１及び第２の配管２１１と、を備え、前記第１の配管および前記第２の配管は、前記少なくとも１つのスロットルの空気の流れ方向における同じ側に並列に接続され、前記第２の配管には、エンジンクーラント、エンジン潤滑油又はエンジン排気ガスを熱源として前記第２の配管を流れている空気を加熱する熱交換器２１２が設けられている温度制御スロットル装置。【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、エンジンの吸気制御に関し、具体的には、エンジンへの吸気の温度を制御することができる温度制御スロットル装置に関する。

一般的に、火花点火エンジン（少なくとも点火ガソリンエンジンおよび点火天然ガスエンジンを含む）は、スロットルによってエンジンの吸気量を制御して、エンジンの負荷を制御する。

図１は、従来の火花点火エンジンのスロットルと吸気配管を示す模式図である。図１に示すように、エンジンへの吸気はエアクリーナ１００から入り、そしてエアクリーナ１００が配管１０１を介してスロットル１０３に接続されていることによって、エンジンへの吸気は、スロットルの入口１０２からスロットル１０３に入る。エンジンの負荷の要求に応じて、スロットル弁体１０４が回転して、スロットル１０３を通ってエンジンに入る空気の流量を調整する。スロットルの出口１０５がスロットルの下流側の吸気配管１０６に接続されて、エンジンへの吸気がエンジン１０７に入り、燃焼して仕事をする。燃焼したガスは、排気配管１０８を通って、三元触媒（または他の触媒）１０９およびマフラー１１０を介して排出される。

図１から分かるように、従来のスロットルの実現やり方は、エンジンへの吸気量を制御することができるが、吸気量に関わらず、吸気の熱交換条件は一定である（一般的に、環境温度に近い）。そのため、低温低負荷の場合、燃費やエンジンガス排気を効果的に保証することができない。

火花点火エンジンの作動原理から、低負荷の時、エンジンのノッキング傾向は非常に小さいので、エンジンへの吸気の温度を適切に上げても、ノッキングが発生しないだけでなく、ポンピングロスを下げ、オイルとガスの予混合を改善し、燃焼速度を加速することができる。一方、高負荷の時、ノッキングを抑制しつつ正常な燃焼を保証するように、吸気の温度を下げる必要がある。

そこで、本発明の一形態は、エンジンの異なる負荷でのエンジンへの吸気の温度を確実に低コストで制御することを目的とする。

本発明の一形態によれば、少なくとも１つのスロットルと、第１の配管及び第２の配管と、を備え、前記第１の配管および前記第２の配管は、前記少なくとも１つのスロットルの空気の流れ方向における同じ側に並列に接続され、前記第２の配管には、エンジンクーラント、エンジン潤滑油又はエンジン排気ガスを熱源として、前記第２の配管を通過している空気を加熱する熱交換器が設けられる温度制御スロットル装置が提供される。

本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置によれば、エンジンの温度制御を実現することができて、エンジンの低負荷の時、吸気を加熱することで、エンジンのポンピング仕事を下げ、オイルとガスの混合を改善して、燃費を改善しつつエンジン排気ガス量を下げることができる。一方、エンジンの全負荷の時、元の吸気の温度を維持することで、エンジンの全負荷での燃焼特性および性能が影響を受けないことを保証にすることができる。また、空気を直接に制御することで温度制御を実現するので、温度変化の遅れや熱慣性がほとんどなく、制御の煩雑さが軽減される。

当業者は、以下に添付図面を参照しながら説明する内容によって本発明の構想をよりよく理解するであろう。なお、特に明記しない限り、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付する。
従来の火花点火エンジンのスロットル及び吸気配管を示す模式図である。本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置の作動状態を示す模式図である。本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置の作動状態を示す模式図である。本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置の流動抵抗特性を変更する一例を示す模式図である。本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置の作動状態を示す模式図である。本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置の一部を示す斜視図である。本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置の作動状態を示す模式図である。本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置の一部を示す斜視図である。本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置の作動状態を示す模式図である。本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。

以下に、添付図面を参照しながら、本発明についてより詳細に説明する。なお、図面には、本発明の例示としての実施例を示す。本発明は、各種の形式によって実施され、以下に提出される実施例に限定されない。一方、下記の実施例は、本発明が徹底的かつ完全に開示され、本発明の保護範囲が当業者によって十分に了解されるために提供される。

本発明の実施例によれば、本発明に係る温度制御スロットル装置を適用することができるエンジンは、自然吸気型のエンジンと、ターボ過給型または他の型の過給エンジンと、火花点火エンジンと、圧縮点火エンジンなどを含むが、これらに限定されない。

図２Ａは、本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。

図２Ａを参照すると、温度制御スロットル装置は、スロットル２０３と、第１の配管２０１と、第２の配管２１１とを含み、第１の配管２０１および第２の配管２１１は、スロットル２０３の空気の流れ方向における同じ側に並列に接続される。図２Ａには、第１の配管２０１および第２の配管２１１は、スロットル２０３の上流に並列に接続される。第２の配管２１１に熱交換器２１２が設けられている。熱交換器２１２は、エンジンクーラント、エンジン潤滑油又はエンジン排気ガスを熱源として、第２の配管２１１を通過している空気を加熱することができる。また、スロットル２０３は、第１の配管２０１に接続された第１の入口２０２と、第２の配管２１１に接続された第２の入口２１３と、エンジン総吸気配管２０６に接続された出口２０５と、を有する。一例として、第２の配管２１１に流動抵抗特性を変更するための制御装置が設けられても良い。これについて、後で詳細に説明する。

ここで、熱交換器２１２は、エンジンクーラントを熱源として第２の配管２１１を通過している空気を加熱する場合、エンジンシリンダー内またはエンジンシリンダーヘッドのウォータージャケット内に配置されて、低コスト化を実現することができる。また、熱交換器２１２は独立の熱交換器としてエンジンシリンダーの外に設けられても良い。熱交換器２１２は、エンジン潤滑油を熱源として第２の配管２１１を通過している空気を加熱する場合、潤滑油アンダケース内又は潤滑油バイパス配管に設けられても良い。熱交換器２１２は、エンジン排気ガスを熱源として第２の配管２１１を通過している空気を加熱する場合、メイン触媒の下流又はプレ触媒とメイン触媒との間に設けられても良い。

運転中、エンジンへの吸気は、先ず、エアクリーナ２００を通過する。そして、吸気は、２分岐されて、それぞれ第１の配管（伝統配管とも呼ばれる）２０１及び第２の配管（加熱配管とも呼ばれる）２１１を通過する。伝統配管２０１には、吸気を特に加熱しておらず、加熱配管２１１には、熱交換器２１２によって吸気を加熱することができる。伝統配管２０１からの吸気は、スロットル２０３の第１の入口（第１の吸気口とも呼ばれる）２０２を通ってスロットル２０３に入り、加熱配管２１１からの吸気は、スロットルの第２の入口（吸気口とも呼ばれる）２１３を通ってスロットル２０３に入る。スロットル弁体２０４の位置を制御することで、第１の入口２０２からの常温吸気及び第２の入口２１３からの加熱後の吸気は、選択的にスロットルの出口２０５から排出されて、スロットル２０３の下流側の配管（例えば、エンジン総吸気配管２０６）を通ってエンジン２０７に流入し、燃焼して仕事をする。燃焼したガスは、排気配管２０８を通って、三元触媒（または他の触媒）２０９及びマフラー２１０を介して排出される。このようにして、エンジンへの吸気の温度制御を実現することができる。

図２Ｂは、本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。

図２Ｂを参照すると、温度制御スロットル装置は、スロットル２５３と、第１の配管２６４と、第２の配管２６２とを含み、第１の配管２６４および第２の配管２６２は、スロットル２５３の空気の流れ方向における同じ側に並列に接続される。図２Ｂには、第１の配管２６４および第２の配管２６２は、スロットル２５３の下流に並列に配置され、エンジン総吸気配管２５６に接続される。第２の配管２６２に熱交換器２６３が設けられている。熱交換器２６３は、エンジンクーラント、エンジン潤滑油又はエンジン排気ガスを熱源として、第２の配管２６２を通過している空気を加熱することができる。また、スロットル２５３は、吸気入口２５２と、第１の配管２６４に接続された第１の出口２５５と、第２の配管２６２に接続された第２の出口２６１とを有する。

運転中、エンジンへの吸気は、エアクリーナ２５０から入り、そしてエアクリーナ２５０が吸気配管２５１を介してスロットル２５３に接続されていることによって、エンジンへの吸気が吸気入口２５２からスロットル２５３に入る。スロットル弁体２５４が回転して、スロットル２５３に入ったガスは、選択的に第１の出口２５５を通って第１の配管２６４に入る、或いは、第２の出口２６１を通って第２の配管２６２（即ち、加熱配管）に入ることで、吸気の温度制御を実現する。第１の配管２６４からの吸気及び第２の配管２６２からの吸気は、総吸気配管（例えば、エンジン総吸気配管２５６）に合流して、エンジン２５７に入り、燃焼して仕事をする。燃焼したガスは、排気配管２５８を通って、三元触媒（または他の触媒）２５９およびマフラー２６０を介して排出される。

図３Ａは、本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。

図３Ａを参照すると、温度制御スロットル装置は、スロットル３３０と、第１の配管３０１と、第２の配管３０２とを含み、第１の配管３０１および第２の配管３０２は、スロットル３３０の空気の流れ方向における同じ側に並列に接続される。図３Ａには、第１の配管３０１及び第２の配管３０２は、スロットル３３０の上流に並列に配置される。第２の配管３０２には熱交換器３０６が設けられている。熱交換器３０６は、エンジンクーラント、エンジン潤滑油またはエンジン排気ガスを熱源として、第２の配管３０２を通過している空気を加熱することができる。また、スロットル３３０は、第１の配管３０１に接続された第１の入口３０３と、第２の配管３０２に接続された第２の入口３０４と、エンジン総吸気配管３０９に接続された出口３０５と、を有する。第１の入口３０３および第２の入口３０４は、物理的に隣接して配置され、スロットル３３０の弁体３１０に対して平面または曲面的なマッチング関係（本実施例には、曲面的なマッチング関係）を有しても良い。弁体３１０が平面運動または曲面運動（この実施例には、曲面運動）をするにつれて、第２の入口３０４は先ず開放され、そして弁体３１０が平面運動または曲面運動（この実施例には、曲面運動）をし続けて第１の所定位置を超えると、第１の入口３０３が開放される。これについては、後で詳細に説明する。一例として、第２の配管３０２にこれを通過している空気の熱境界を変更するための制御装置が設けられても良い。

ここで、熱交換器３０６は、エンジンクーラントを熱源として第２の配管３０２を通過している空気を加熱する場合、エンジンシリンダー内またはエンジンシリンダーヘッドのウォータージャケット内に配置されて、低コスト化を実現することができる。ただし、熱交換器３０６は独立の熱交換器としてエンジンシリンダーの外に設けられても良い。熱交換器３０６は、エンジン潤滑油を熱源として第２の配管３０２を通過している空気を加熱する場合、潤滑油アンダケース内または潤滑油バイパス配管に設けられても良い。熱交換器３０６は、エンジン排気ガスを熱源として第２の配管３０２を通過している空気を加熱する場合、メイン触媒の下流又はプレ触媒とメイン触媒との間に設けられても良い。

運転中、エンジンへの吸気は、先ず、エアクリーナ３００を通過する。そして、吸気は、２分岐されて、それぞれ第１の配管（伝統配管とも呼ばれる）３０１及び第２の配管（加熱配管とも呼ばれる）３０２を通過する。伝統配管３０１には、吸気を特に加熱しておらず、加熱配管３０２には、ヒータ３０６によって吸気を加熱することができる。伝統配管３０１からの吸気は、スロットル３３０の第１の入口（第１の吸気口とも呼ばれる）３０３を通ってスロットル３３０に入り、加熱配管３０２からの吸気は、スロットル３３０の第２の入口（吸気口とも呼ばれる）３０４を通ってスロットル３３０に入る。スロットル３３０の弁体３１０と第１の入口３０３及び第２の入口３０４との間がシール関係となる。弁体３１０の位置を制御することで、第１の入口３０３からの常温吸気及び第２の入口３０４からの加熱後の吸気は、選択的に出口３０５から排出されて、スロットル３３０の下流の配管（例えば、エンジン総吸気配管３０９）を通ってエンジン３２１に入り、燃焼して仕事をする。燃焼したガスは、排気配管３２２を通って、三元触媒（または他の触媒）３２３およびマフラー３２４を介して排出される。このようにして、エンジンへの吸気の温度制御を実現することができる。

具体的には、スロットル３３０は、例えば、円柱体型のものであって、第１の入口３０３と、第２の入口３０４と、出口３０５とが円柱体の側壁に設けられ、ただし、第１の入口３０３及び第２の入口３０４が、物理的に隣接して配置され、弁体３１０に対して曲面的なマッチング関係を有しても良い。第１の入口３０３の断面積は、第２の入口３０４よりも大きくても良い。一例として、弁体３１０の両端には、選択可能な閉塞部材が設けられ、該閉塞部材が、第１の閉塞部材３１１および第２の閉塞部材３１２を含んでも良い。閉塞部材は、スロットル３３０の側壁と密着して、スロットル３３０の側壁との間がシール関係となっても良い。エンジンが作動しない時、弁体３１０の閉塞部材は、第１の入口３０３および第２の入口３０４を閉塞して、空気がスロットル３３０を通過することを防止する。弁体３１０が回転するにつれて、閉塞部材による第２の入口３０４の閉塞が解除され始めて、第２の入口３０４が開放される。弁体３１０が回転し続けると、閉塞部材による第２の入口３０４の閉塞度合いが徐々に減少して、第２の入口の開放度合いは、第２の入口が完全に開放されるまでに徐々に増加する。例えば、弁体３１０が回転し続けて第１の所定位置を超えると、閉塞部材による第２の入口３０４の閉塞を完全に解除して、第２の入口３０４が完全に開放される。一方、弁体３１０が回転し続けて第１の所定位置を超えると、閉塞部材による第１の入口３０３の閉塞を解除し始めて、第１の入口３０３が開放される。弁体３１０が回転し続けると、閉塞部材による第１の入口３０３の閉塞度合いは徐々に減少して、第１の入口３０３の開放度合いは、第１の入口が完全に開放されるまでに徐々に増加する。例えば、弁体３１０が回転し続けて第２の所定位置を超えると、閉塞部材による第１の入口３０３の閉塞を完全に解除して、第１の入口３０３が完全に開放される。一方、弁体３１０が第１の所定位置から回転し続けて第２の所定位置を超えると、閉塞部材は、第２の入口３０４を閉塞することができる。これについては、後で図４を参照して詳細に説明する。

図３Ｂは、本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。

図３Ｂを参照すると、温度制御スロットル装置は、スロットル３８０と、第１の配管３５１と、第２の配管３５２とを含み、第１の配管３５１および第２の配管３５２は、スロットル３８０の空気の流れ方向における同じ側に並列に接続される。図３Ｂには、第１の配管３５１及び第２の配管３５２は、スロットル３８０の下流に並列に配置される。また、第１の配管３５１及び第２の配管３５２は、いずれもエンジン総吸気配管３５９に接続される。第２の配管３５２には熱交換器３５６が設けられている。熱交換器３５６は、エンジンクーラント、エンジン潤滑油またはエンジン排気ガスを熱源として、第２の配管３５２を通過している空気を加熱することができる。また、スロットル３８０は、入口３５５と、第１の配管３５１に接続された第１の出口３５３と、第２の配管３５２に接続された第２の出口３５４と、を有する。第１の出口３５３および第２の出口３５４は、物理的に隣接して配置され、スロットル３８０の弁体３６０に対して平面または曲面的なマッチング関係（本実施例には、曲面的なマッチング関係）を有してもよい。弁体３６０が平面運動または曲面運動（本実施例には曲面運動）をするにつれて、第２の出口３５４が先ず開放され、そして弁体３６０が平面運動または曲面運動（この実施例には曲面運動）をし続けて第１の所定位置を超えると、第１の出口３５３が開放される。これについては、後で詳細に説明する。

運転中、エンジンへの吸気は、先ず、エアクリーナ３５０から入り、そしてエアクリーナ３５０が吸気配管３５８を介してスロットル３８０に接続されていることによって、エンジンへの吸気は、入口３５５からスロットル３８０に入る。スロットル３８０の弁体３６０の回転により、スロットル３８０に入ったガスは、選択的に第１の出口３５３を通って第１の配管３５１に入る、或いは、第２の出口３５４を通って第２の配管３５２（即ち、加熱配管）に入ることで、吸気の温度制御を実現する。第１の配管３５１からの吸気と第２の配管３５２からの吸気は、総吸気配管（例えば、エンジン総吸気配管３５９）に合流して、エンジン３７１に入り、燃焼して仕事をする。燃焼したガスは、排気配管３７２を通って、三元触媒（または他の触媒）３７３およびマフラー３７４を介して排出される。

具体的には、上記のように、スロットル３８０は、例えば、円柱体型のものであって、入口３５５と、第１の出口３５３と、第２の出口３５４とが円柱体の側壁に設けられ、ただし、第１の出口３５３及び第２の出口３５４が、物理的に隣接して配置され、弁体３６０に対して曲面的なマッチング関係を有しても良い。第１の出口３５３の断面積は、第２の出口３５４よりも大きくても良い。一例として、弁体３６０の両端には、選択可能な閉塞部材が設けられ、該閉塞部材が、第１の閉塞部材３６１および第２の閉塞部材３６２を含んでも良い。閉塞部材は、スロットル３８０の側壁と密着して、スロットル３８０の側壁との間がシール関係となっても良い。

エンジンが作動しない時、弁体３６０の閉塞部材は、第１の出口３５３および第２の出口３５４を閉塞して、空気がスロットル３８０を通過することを防止する。弁体３６０が回転するにつれて、閉塞部材による第２の出口３５４の閉塞が解除され始めて、第２の出口３５４が開放される。弁体３６０が回転し続けると、閉塞部材による第２の出口３５４の閉塞度合いは徐々に減少して、第２の出口３５４の開放度合いは、第２の出口が完全に開放されるまでに徐々に増加する。例えば、弁体３６０が回転し続けて第１の所定位置を超えると、閉塞部材による第２の出口３５４の閉塞を完全に解除して、第２の出口３５４が完全に開放される。一方、弁体３６０が回転し続けて第１の所定位置を超えると、閉塞部材による第１の出口３５３の閉塞を解除し始めて、第１の出口３５３が開放される。弁体３６０が回転し続けると、閉塞部材による第１の出口３５３の閉塞度合いは徐々に減少して、第１の出口３５３の開放度合いは、第１の出口３５３が完全に開放されるまでに徐々に増加する。例えば、弁体３６０が回転し続けて第２の所定位置を超えると、閉塞部材による第１の出口３５３の閉塞を完全に解除して、第１の出口３５３が完全に開放される。一方、弁体３６０が第１の所定位置から回転し続けて第２の所定位置を超えると、閉塞部材は、第２の出口３５４を閉塞することができる。

図４は、本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置の作動状態を示す模式図である。

図４を参照すると、スロットル４００は、伝統配管に接続される第１の入口４０１と、加熱配管に接続される第２の入口４０２と、出口４０３とを含む。また、スロットル４００の弁体４０４の両端には、それぞれ第１の閉塞部材（第１の弁体小翼とも呼ばれる）４０５と第２の閉塞部材とが設けられている。一例として、弁体４０４には、弁体の中心から弁体に対して所定角度をなす方向（例えば、弁体に対して垂直な方向でもよいが、それに限定されない）に延びる選択可能な延伸部材と、前記延伸部材の末端に設けられる第３の閉塞部材（第２の弁体小翼とも呼ばれる）４０６と、をさらに備えても良い。

図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、エンジンの異なる負荷に対応する温度制御スロットル装置の作動状態をそれぞれ示している。図４（ａ）には、エンジンのアイドリングの時におけるスロットルの作動状態を示し、図４（ｂ）には、エンジンの低負荷の時におけるスロットルの作動状態を示し、図４（ｃ）には、エンジンの高負荷の時におけるスロットルの作動状態を示し、図４（ｄ）には、エンジンの全負荷の時におけるスロットルの作動状態を示す。まず、エンジンが作動しない時、弁体４０４が水平状態となり、第１の閉塞部材４０５および第２の閉塞部材とスロットル４００の両側壁との間がシール関係となることで、空気がスロットル４００を通過することを防止する。同時に、第１の閉塞部材４０５は第２の入口４０２も閉塞する。その後、図４（ａ）に示すように、エンジンがアイドリング状態になる時、弁体４０４が回転し始める。弁体４０４が回転するにつれて、第１の閉塞部材４０５による第２の入口４０２の閉塞度合いは徐々に減少して、加熱された吸気は、開放されている第２の入口４０２を通ってスロットル４００に入り始め、出口４０３を通ってエンジン総吸気配管に入る。これと同時に、第１の入口４０１を通過した吸気が依然として弁体４０４によって遮断されるように、第１の閉塞部材４０５および第２の閉塞部材とスロットル４００の両側壁との間のシール関係が保持される。図４（ｂ）に示すように、エンジンが低負荷状態になる時、弁体４０４は回転し続ける。弁体４０４が回転するにつれて、第１の閉塞部材４０５による第２の入口４０２の閉塞度合いはさらに減少して、次第に開放される第２の入口４０２を通ってスロットル４００に入った加熱された吸気はますます多くなる。つまり、第１の閉塞部材４０５を使用して、加熱配管から第２の入口４０２を通って入る気流量を制御することができる。

一方、弁体４０４が回転して所定の閾値角度を超えると、第１の閉塞部材４０５および第２の閉塞部材とスロットル４００の両側壁との間のシール関係が解除されて、未加熱の吸気が第１の入口４０１を通ってスロットル４００に入ることができるので、吸気の温度が低下し始める。図４（ｃ）に示すように、エンジンが高負荷状態になる時、弁体４０４は回転し続ける。弁体４０４が回転するにつれて、第１の入口４０１を通ってスロットル４００に入る未加熱の吸気は、ますます多くなる。特に、第１の入口４０１が第２の入口４０２よりも十分に大きいので、出口４０３を通過している吸気に対する未加熱の吸気の割合は増加している。図４（ｄ）に示すように、エンジンが全負荷状態になる時、弁体４０４が９０度回転し、未加熱の吸気が妨げられずに出口４０３を通過する。このとき、出口４０３を通過している吸気に対する加熱された吸気の割合を無視できる。一方、第３の閉塞部材４０６が設けられている場合、弁体４０４が９０度回転すると、第３の閉塞部材４０６が第２吸気口４０２を閉塞して、加熱された吸気が第２の入口４０２を通ってスロットル４００に流入しないことで、この時におけるエンジンへの吸気の温度が従来の状態と同じであることを保証し、エンジンのノッキングのおそれはない。

図５は、本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置の作動状態を示す模式図である。

図５を参照すると、温度制御スロットル装置は、第１のスロットルと第２のスロットルを含んでも良い。第１の配管（伝統配管）５１１及び第２の配管（加熱配管）５１２は、第１のスロットル及び第２のスロットルの空気の流れ方向における同じ側（図５に、第1のスロットル及び第２のスロットルの上流）に並列に接続され、第２の配管５１２には熱交換器（図示省略）が設けられている。第１のスロットルの弁体５０３及び第２のスロットルの弁体５０４は、固定の運動関係を有しても良い。すなわち、弁体５０３及び弁体５０４は、明確な機械的な関連関係を有して、１つのアクチュエータで駆動されることができる。あるいは、弁体５０３及び弁体５０４は、２つのアクチュエータで別々に駆動されても良い。以下、これについて、図５を参照して詳細に説明する。

図４と同様に、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、エンジンの異なる負荷に対応する温度制御スロットル装置の作動状態をそれぞれ示している。図５（ａ）には、エンジンのアイドリングの時におけるスロットルの作動状態を示し、図５（ｂ）には、エンジンの低負荷の時におけるスロットルの作動状態を示し、図５（ｃ）には、エンジンの高負荷の時におけるスロットルの作動状態を示し、図５（ｄ）には、エンジンの全負荷の時におけるスロットルの作動状態を示している。図５（ａ）に示すように、エンジンがアイドリング状態になる時、弁体５０４が先ず回転し、弁体５０３が静止している。加熱された吸気は、第２の入口５０２を通って第２のスロットルに入り、第２のスロットルを通ってエンジン総吸気配管５０５に入り、一方、未加熱の空気は、弁体５０３によって遮断されて第１のスロットルを通過しない。図５（ｂ）に示すように、エンジンが低負荷状態になる時、弁体５０４は、９０度まで回転し続けて、第２のスロットルを通過する加熱された吸気がますます多くなる。その後、弁体５０４が回転して９０度を超えると、弁体５０３が回転し始める。図５（ｃ）に示すように、エンジンが高負荷状態になる時、弁体５０４が回転して９０度を超えると、弁体５０３が回転し始めて、未加熱の吸気が第１の入口５０１を通って第１のスロットルに入り、第１のスロットルを通ってエンジン総吸気配管５０５に入る一方、第２のスロットルを通過する加熱された吸気がますます少なくなる。図５（ｄ）に示すように、エンジンが全負荷状態になる時、弁体５０４が１８０度に回転し、第２のスロットルが完全に遮断されて、第２のスロットルが閉じられ、加熱された空気が弁体５０４によって遮断されて第２のスロットルを通過しない。これと同時に、弁体５０３が９０度まで回転し、第１のスロットルが完全に開放されて、未加熱の吸気が妨げられずに第１のスロットルを通ってエンジン総吸気配管５０５に入る。そうすると、エンジンの全負荷の時に完全に吸気が加熱管路から流入しないことを保証し、さらに、エンジンへの吸気の温度が従来の状態と同じであることを保証し、エンジンのノッキングのおそれはない。２つのスロットルを配置することで、２つの弁体の位置関係によって最大限の柔軟性を実現して、温度制御の最大限の柔軟性を実現することができる。

図６は、本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置の流動抵抗特性を変更する一例を示す模式図である。

図６に示す流動抵抗特性を変更する例は、図４に示す温度制御スロットル装置に基づくものである。図６（ａ）に示すＡ―Ａ方向から見ると、加熱配管は第２の入口（吸気口）６０２に接続され、図６（ｂ）に示すように、太い実線で描く長方形は、第２の入口６０２を表す。このとき、スロットルの弁体は吸気を部分的に遮断するので、吸気が吸気口の面積の一部で有効に流入し、すなわち、図６（ｂ）に示すハッチングで覆われていない空白領域は、有効な吸気可能領域であり、ハッチングで覆われている領域は、弁体（例えば、弁体上の第２の閉塞部材）によって遮断されている領域である。６０５は、加熱配管内を左右にスライドすることができるスライダを示す。本発明の一実施例によれば、スライダ６０５は、ステンレス鋼または他の耐摩耗性材料から形成されても良いが、それに限定されない。スライダ６０５のスライドを制御することで、図６（ｃ）に示すようにスロットルの弁体が図６（ａ）に示す位置と同じ位置に配置されても、図６（ｃ）に示すＡ―Ａ方向から見ると、図６（ｄ）に示す有効吸気面積は、図６（ｂ）に示す有効吸気面積と異なるので、スロットルに進入したガスが受ける流動抵抗は異なる。つまり、加熱配管にスライダを配置してスライダのスライドを制御することで、加熱配管の流動抵抗特性を変更することができる。

図７は、本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置の作動状態を示す模式図である。

図７を参照すると、スロットル７３０は、伝統配管（すなわち、第１の配管）に接続される第１の入口７０３と、加熱配管（すなわち、第２の配管）に接続される第２の入口７０４と、出口７０５とを含む。また、スロットル７３０の弁体７１０の両端には、それぞれ選択可能な第１の閉塞部材（第１の弁体小翼とも呼ばれる）７０４と第２の閉塞部材（第２の弁体小翼とも呼ばれる）７１２が設けられている。上記のように、スロットル７３０は、例えば、円柱体型のものであって、第１の入口７０３と、第２の入口７０４と、出口７０５とが円柱体の側壁に設けられ、第１の入口７０３及び第２の入口７０４が、物理的に隣接して配置され、弁体７１０に対して曲面的なマッチング関係を有しても良い。弁体７１０は、不規則なＬ字型であり、すなわち、Ｌ字型の両翼のなす角度は、規則な直角ではなく、例えば、９０度を超える鈍角であっても良い。

図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、エンジンの異なる負荷に対応する温度制御スロットル装置の作動状態をそれぞれ示している。図７（ａ）には、エンジンのアイドリング時におけるスロットルの作動状態を示し、図７（ｂ）には、エンジンの低負荷の時におけるスロットルの作動状態を示し、図７（ｃ）には、エンジンの高負荷の時におけるスロットルの作動状態を示し、図７（ｄ）には、エンジンの全負荷の時におけるスロットルの作動状態を示している。まず、エンジンが作動しない時、弁体７１０の第１の閉塞部材７１１および第２の閉塞部材７１２とスロットル７３０の側壁との間がシール関係となることで、空気がスロットル７３０を通過することを防止する。その時、第１の閉塞部材７１１は第１の入口７０３及び第２の入口７０４を閉塞することができる。その後、図７（ａ）に示すように、エンジンがアイドリング状態になる時、弁体７１０が回転し始める。弁体７１０が回転するにつれて、第１の閉塞部材７１１による第２の入口７０４の閉塞度合いは徐々に減少して、加熱された吸気は、開放されている第２の入口７０４を通ってスロットル７３０に入り始め、出口７０５を通ってエンジン総吸気配管に入る。これと同時に、第１の閉塞部材７１１は第１の入口７０３を閉塞する状態を保持して、吸気が依然として第１の入口７０３を通過せずに弁体７１０（すなわち、第１の閉塞部材７１１）によって遮断される。図７（ｂ）に示すように、エンジンが低負荷状態になる時、弁体７１０は回転し続ける。弁体７１０が回転するにつれて、第１の閉塞部材７１１による第２の入口７０４の閉塞度合いは、第２の入口７０４の閉塞が完全に解除されるまでさらに減少して、次第に開放される第２の入口７０４を通ってスロットル７３０に入った加熱された吸気は、ますます多くなる。つまり、第１の閉塞部材７１１を使用して、加熱配管から第２の入口７０４を通ってスロットル７３０に入る気流量を制御することができる。

一方、弁体７１０が回転して所定の閾値角度を超える（即ち、弁体７１０が回転して第１の所定位置を超える）と、第１の閉塞部材７１１による第１の入口７０３の閉塞を解除し始めて、未加熱の吸気が第１の入口７０３を通ってスロットル７３０に入ることができるので、吸気の温度が低下し始める。図７（ｃ）に示すように、エンジンが高負荷状態になる時、弁体７１０は回転し続ける。弁体７１０が回転するにつれて、第１の入口７０３を通ってスロットル７３０に入った未加熱の吸気は、ますます多くなる。一例として、第２の閉塞部材７１２が設けられている場合、第１の閉塞部材７１１による第１の入口７０３の閉塞が解除され始める時、第２の閉塞部材７１２は第２の入口７０４を閉塞し始める。特に、第１の入口７０３の断面積は第２の入口７０４よりも十分に大きく、さらに、第１の配管に熱交換器が配置されなくて第１の配管の流動抵抗が第２の配管よりも小さいので、出口７０５を通過している吸気に対する未加熱の吸気の割合は増加している。図７（ｄ）に示すように、エンジンが全負荷状態になる時、弁体７１０が回転して第１の入口７０３が完全に開放されて、未加熱の吸気が妨げられずに出口７０５を通過する。このとき、出口７０５を通過している吸気に対する加熱された吸気の割合を無視できる。一方、第２の閉塞部材７１２が設けられている場合、弁体７１０が回転して第２の所定位置を超えると（例えば、弁体７１０が回転して第１の入口７０３が完全に開放されたときであるが、これに限定されない）、第２の閉塞部材７１２は第２の入口７０４を完全に閉塞して、加熱された吸気が第２の入口７０４を通ってスロットル７３０に流入しないことで、この時のエンジンへの吸気の温度が従来の状態と同じであることを保証することができ、エンジンのノッキングのおそれはない。

図８は、本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置の一部を示す斜視図である。

図８を参照すると、スロットル７３０は、円柱体型のものであって、第１の入口７０３と、第２の入口７０４と、出口７０５とが円柱体の側壁に設けられ、円柱体の側壁を貫通しても良い。第１の入口７０３及び第２の入口７０４は、物理的に隣接して配置され、スロットル７３０の弁体７１０に対して曲面的なマッチング関係を有し、弁体７１０が曲面運動をするにつれて、第２の入口７０４と第１の入口７０３が順に開放されることができる。第１の閉塞部材７１１および第２の閉塞部材７１２とスロットル７３０の側壁（具体的には、内壁）との間がシール関係となる。上記のように、エンジンが作動しない時、第１の閉塞部材７１１は第１の入口７０３および第２の入口７０４を閉塞することができる。弁体７１０が回転するにつれて、第１の閉塞部材７１１は、第１の入口７０３に対する閉塞を保持しながら、第２の入口７０４に対する閉塞を解除し、すなわち、第１の入口７０３が閉じたままで第２の入口７０４が開放され始める。弁体７１０が回転し続けると、第１の閉塞部材７１１による第２の入口７０４の閉塞を完全に解除することができ、すなわち、第２の入口７０４が完全に開放されることができる。弁体７１０が回転して第１の所定位置を超えると、第１の閉塞部材７１１による第１の入口７０３の閉塞を解除し始め、すなわち、第１の入口７０３が開放され始める。弁体７１０が回転し続けると、第１の閉塞部材７１１による第１の入口７０３の閉塞を完全に解除することができ、すなわち、第１の入口７０３が完全に開放されることができる。同時に、弁体７１０が回転して第２の所定位置を超えると（例えば、第１の閉塞部材７１１による第１の入口７０３の閉塞が完全に解除されたときであるが、これに限定されない）と、第２の閉塞部材７１２は、第２の入口７０４を閉塞することができる。

図９は、本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置の作動状態を示す模式図である。

図９を参照すると、スロットル９３０は、伝統配管（すなわち、第１の配管）に接続される第１の入口９０３と、加熱配管（すなわち、第２の配管）に接続される第２の入口９０４と、出口９０５とを含む。また、スロットル９３０の弁体９１０の両端には、それぞれ第１の閉塞部材（第１の弁体小翼とも呼ばれる）９１１と第２の閉塞部材（第２の弁体小翼とも呼ばれる）９１２が設けられている。本実施例には、スロットル９３０は、例えば、直方体型のものであって、第１の入口９０３と、第２の入口９０４と、出口９０５とがそれぞれこの直方体の互いに異なる２つの側壁（例えば、２つの対向する側壁）に設けられ、第１の入口９０３および第２の入口９０４が、物理的に隣接して配置され、弁体９１０に対して平面的なマッチング関係を有しても良い。弁体９１０はU字形状や凹形状に形成されても良い。

図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）には、エンジンの異なる負荷に対応する温度制御スロットル装置の作動状態をそれぞれ示している。図９（ａ）には、エンジンのアイドリング時におけるスロットルの作動状態を示し、図９（ｂ）には、エンジンの低負荷の時におけるスロットルの作動状態を示し、図９（ｃ）には、エンジンの高負荷の時におけるスロットルの作動状態を示し、図９（ｄ）には、エンジンの全負荷の時におけるスロットルの作動状態を示している。まず、エンジンが作動しない時、弁体９１０の第１の閉塞部材９１１および第２の閉塞部材９１２とスロットル９３０の両側壁との間がシール関係となることで、空気がスロットル９３０を通過することを防止する。その時、第１の閉塞部材９１１は、第１の入口９０３と第２の入口９０４を閉塞することができる。その後、図９（ａ）に示すように、エンジンがアイドリング状態になる時、弁体９１０が移動（水平移動）し始める。弁体９１０が移動するにつれて、第１の閉塞部材９１１による第２の入口９０４の閉塞度合いは徐々に減少して、加熱された吸気は、開放されている第２の入口９０４を通ってスロットル９３０に入り始め、出口９０５を通ってエンジン総吸気配管に入る。同時に、第１の閉塞部材９１１は第１の入口９０３を閉塞する状態を保持して、吸気が依然として第１の入口９０３を通過せずに弁体９１０（すなわち、第１の閉塞部材９１１）によって遮断される。図９（ｂ）に示すように、エンジンが低負荷状態になる時、弁体９１０は移動し続ける。弁体９１０が移動するにつれて、第１の閉塞部材９１１による第２の入口９０４の閉塞度合いは、第２の入口９０４の閉塞が完全に解除されるまでさらに減少して、次第に開放される第２の入口９０４を通ってスロットル９３０に入った加熱された吸気は、ますます多くなる。つまり、第１の閉塞部材９１１を使用して、加熱配管から第２の入口９０４を通ってスロットル９３０に入る気流量を制御することができる。

一方、弁体９１０が移動して第１の所定位置を超えると、第１の閉塞部材９１１による第１の入口９０３の閉塞を解除し始めて、未加熱の吸気が第１の入口９０３を通ってスロットル９３０に入ることができるので、吸気の温度が低下し始める。図９（ｃ）に示すように、エンジンが高負荷状態になる時、弁体９１０は移動し続ける。弁体９１０が移動するにつれて、第１の入口９０３を通ってスロットル９３０に入った未加熱の吸気は、ますます多くなる。一例として、第２の閉塞部材９１２が設けられている場合、第１の閉塞部材９１１による第１の入口９０３の閉塞が解除され始める時、第２の閉塞部材９１２は第２の入口７０４を閉塞し始める。特に、第１の入口９０３の断面積が第２の入口９０４よりも十分に大きく、且つ、第１の配管に熱交換器が配置されなくて第１の配管の流動抵抗が第２の配管よりも小さいので、出口９０５を通過している吸気に対する未加熱の吸気の割合は増加している。図９（ｄ）に示すように、エンジンが全負荷状態になる時、弁体９１０が移動して第１の入口９０３が完全に開放され、未加熱の吸気が妨げられずに出口９０５を通過する。このとき、出口９０５を通過している吸気に対する加熱された吸気の割合を無視できる。一方、第２の閉塞部材９１２が設けられている場合、弁体９１０が移動して第２の所定位置を超えると（例えば、弁体９１０が移動して第１の入口９０３が完全に開放されたとき）、第２の閉塞部材９１２は第２の入口９０４を完全に閉塞して、加熱された吸気が第２の入口９０４を通ってスロットル９３０に流入しないことで、この時のエンジンへの吸気の温度が従来の状態と同じであることを保証することができ、エンジンのノッキングのおそれはない。

図１０は、本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置の一部を示す斜視図である。

図１０を参照すると、スロットル９３０は、直方体型のものであって、第１の入口９０３と、第２の入口９０４と、出口９０５とが直方体の側壁に設けられ、直方体の側壁を貫通しても良い。第１の入口９０３と第２の入口９０４と出口９０５は、直方体の互いに異なる２つの側壁（例えば、２つの互いに対向する側壁）にそれぞれ配置され、直方体の側壁を貫通しても良い。第１の入口９０３及び第２の入口９０４は、物理的に隣接して配置され、弁体９１０に対して平面的なマッチング関係を有し、弁体９１０が平面運動をするにつれて、第２の入口９０４と第１の入口９０３とが順に開放されることができる。第１の閉塞部材９１１および第２の閉塞部材９１２とスロットル９３０の側壁（具体的には、内壁）との間がシール関係となる。例えば、図１０（ａ）に示すように、スロットル９３０の内壁は平坦面であり、図１０（ｂ）に示すように、スロットル９３０の内壁は曲面である。上記のように、エンジンが作動しない時、第１の閉塞部材９１１は第１の入口９０３および第２の入口９０４を閉塞することができる。弁体９１０が移動するにつれて、第１の閉塞部材９１１は、第１の入口９０３に対する閉塞を保持しながら、第２の入口９０４に対する閉塞を解除し、すなわち、第１の入口９０３が閉じたままで第２の入口９０４が開放され始める。弁体９１０が移動し続けると、第１の閉塞部材９１１による第２の入口９０４の閉塞を完全に解除することができ、すなわち、第２の入口９０４が完全に開放されることができる。弁体９１０が移動して第１の所定位置を超えると、第１の閉塞部材９１１による第１の入口９０３の閉塞を解除し始め、すなわち、第１の入口９０３が開放され始める。弁体９１０が移動し続けると、第１の閉塞部材９１１による第１の入口９０３の閉塞を完全に解除することができ、すなわち、第１の入口９０３が完全に開放されることができる。同時に、弁体９１０が移動して第２の所定位置を超えると（例えば、第１の閉塞部材９１１による第１の入口９０３の閉塞が完全に解除されたとき）、第２の閉塞部材９１２は、第２の入口９０４を閉塞することができる。

図１１は、本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置の作動状態を示す模式図である。

図１１を参照すると、温度制御スロットル装置は、直列に接続された第１のスロットル１１３０及び第２のスロットル１１２０を含んでも良い。第１の配管（伝統配管）１１０１及び第２の配管（加熱配管）１１０２は、第１のスロットル１１３０の空気の流れ方向における同じ側（図１１に、第1のスロットル１１３０の上流を示す）に並列に接続され、第２の配管１１０２には熱交換器（図示省略）が設けられている。第１のスロットル１１３０は、第１の配管１１０１に接続された第１の入口１１０３と、第２の配管１１０２に接続された第２の入口１１０４と、出口１１０５とを有する。第２のスロットル１１２０は、第１のスロットル１１３０の下流に配置され、且つ、中間配管１１０７を介して第１のスロットル１１３０の出口１１０５に接続される入口１１２１と、エンジン総吸気配管に接続される出口１１２２と、を有する。

第１のスロットル１１３０は、第１の配管１１０１または第２の配管１１０２を流れた空気を選択的に受け取る。具体的には、第１のスロットル１１３０の弁体１１１０の両端には、それぞれ第１の閉塞部材（第１の弁体小翼とも呼ばれる）１１１１および第２の閉塞部材が設けられている。一例として、弁体１１１０は、弁体に接続され弁体に対して所定の角度をなす方向（これに限定されないが、例えば、弁体に対して垂直な方向）に延びる選択可能な延伸部材と、前記延伸部材の末端に設けられる選択可能な第３の閉塞部材（第２の弁体小翼とも呼ばれる）１１１３と、をさらに備えても良い。

図１１（ａ）に示すように、エンジンが作動しない時、第１のスロットル１１３０の弁体１１１０は水平状態となり、第１の閉塞部材１１１１及び第２の閉塞部材と第１のスロットル１１３０の両側壁との間がシール関係となることで、空気が第１のスロットル１１３０を通過することを防止する。同時に、第１の閉塞部材１１１１は第２の入口１１０４も閉塞する。エンジンが作動し始めた後、弁体１１１０は回転し始める。弁体１１１０が回転するにつれて、第１の閉塞部材１１１１による第２の入口１１０４の閉塞度合いは徐々に減少して、加熱された吸気は、開放されている第２の入口１１０４を通って第１のスロットル１１３０に入り始め、出口１１０５を通って中間導管１１０７に入り、さらに第２のスロットル１１２０の入口１１２１を通って第２のスロットル１１２０に入る。その後、図１１（ｂ）に示すように、弁体１１１０が回転し続けて第１の所定位置を超えると、第１の閉塞部材１１１１および第２の閉塞部材と第１のスロットル１１３０の両側壁との間のシール関係が解除されて、未加熱の吸気が第１の入口１１０３を通って第１のスロットル１１３０に入ることができ、これにより第１のスロットル１１３０における吸気の温度が低下し始める。これに対応して、第２のスロットル１１２０における吸気の温度も低下する。その後、弁体１１１０が回転し続けると、第１の入口１１０３を通って第１のスロットル１１３０に入った未加熱の吸気は、ますます多くなる。特に、第１の入口１１０３の断面積が第２の入口１１０４よりも十分に大きいので、出口１１０５を通って第２のスロットル１１２０に排出される吸気に対する未加熱の吸気の割合が増加している。図１１（ｃ）に示すように、弁体１１１０が回転し続けて第２の所定位置を超えると（例えば、弁体１１１０が９０度回転したとき）、未加熱の吸気は妨げられずに出口１１０５を通過する。このとき、出口１１０５を通過している吸気に対する加熱された吸気の割合を無視できる。一例として、弁体１１１０が回転して第２の所定位置を超えると、第３の閉塞部材１１１３は第２の入口１１０４を閉塞して、加熱された吸気が第２の入口１１０４を通って第１のスロットル１１３０に流入しないことで、この時におけるエンジンへの吸気の温度が従来の状態と同じであることを保証することができ、エンジンのノッキングのおそれはない。

本実施例によれば、第１の入口１１０３および／または第２の入口１１０４が開放されていると、吸気が中間配管１１０７を通って第２のスロットル１１２０に入る時、第２のスロットル１１２０の弁体１１４０の回転度合いを調整するだけで、出口１１２２から排出される空気の流量を制御することができて、エンジンに出力される空気の流量を制御することを実現することができる。

本実施例には、第１のスロットル１１３０は、加熱された空気と未加熱の空気との比率を制御するためのものであるので、上記目的を達成することができる任意の弁体を第１のスロットル１１３０として適用可能である。一方、第２のスロットル１１２０はエンジンに出力される空気の流量を制御するためのものであって、従来のスロットルを使用して第２のスロットル１１２０を実現することができる。一例として、第２のスロットル１１２０は、第１のスロットル１１３０の上流に配置されても良い。

一方、第１のスロットルが図３Ｂに示すような構造を有することができると、第２のスロットルは、第１の配管に接続された第１の入口と、第２の配管に接続された第２の入口と、エンジン総吸気配管に接続された出口とを含んでも良い。第１のスロットルは、空気を選択的に第１の配管または第２の配管を通過させるために使用され、第２のスロットルは、エンジンに出力される空気の流量を制御するために使用されることができる。同様に、第２のスロットルは、第１のスロットルの上流に配置されても良い。

一例として、第２のスロットルは、第１のスロットルの上流に配置され、且つ、第１の配管および第２の配管に出力される空気の流量を制御する（第１の配管および第２の配管が第１のスロットルの上流に配置される場合）ために使用され、或いは、第１のスロットルに出力される空気の流量を制御する（第１の配管および第２の配管が第１のスロットルの下流に配置される場合）ために使用されても良い。

図１２は、本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。

図１２に示す温度制御スロットル装置の構造は、図３Ａに示す温度制御スロットル装置とほぼ同じである。具体的には、図１２を参照すると、温度制御スロットル装置は、スロットル１２００と、第１の配管１２０１と、第２の配管１２０２とを含み、第１の配管１２０１および第２の配管１２０２は、スロットル１２００の空気の流れ方向における同じ側に並列に接続される。例えば、第１の配管１２０１及び第２の配管１２０２は、スロットル１２００の上流に並列に接続されても良い。第２の配管１２０２には熱交換器が設けられ、前記熱交換器は、直列に接続された第１の熱交換器１２０６及び第２の熱交換器１２０７を有する。ここで、第１の熱交換器１２０６の熱源は、エンジン排気ガスであっても良く、第２の熱交換器１２０７の熱源は、エンジンクーラントであっても良い。スロットル１２００は、第１の配管１２０１に接続される第１の入口１２０３と、第２の配管１２０２に接続される第２の入口１２０４と、エンジン総吸気配管１２０９に接続される出口１２０５と、をさらに有する。第１の入口１２０３および第２の入口１２０４は、物理的に隣接して配置され、スロットル１２００の弁体１２１０に対して平面または曲面的なマッチング関係（本実施例には、曲面的なマッチング関係）を有してもよい。弁体１２１０が平面運動または曲面運動（本実施例には、曲面運動）をするにつれて、第２の入口１２０４が先ず開放され、そして弁体１２１０が平面運動または曲面運動（本実施例には、曲面運動）をし続けて第１の所定位置を超えると、第１の入口１２０３が開放される。

第２の配管１２０２には、制御弁１２０８とバイパス配管１２２１とがさらに設けられている。制御弁１２０８は、第１の熱交換器１２０６の上流に配置され、バイパス配管１２２１は、一端が制御弁１２０８に接続され、他端が第１の熱交換器１２０６の下流に接続されている。例えば、バイパス配管の前記他端は、第１の熱交換器と第２の熱交換器との間に接続されても良い。制御弁１２０８が閉弁している時、バイパス配管１２２１が無効化されて、第１の熱交換器１２０６が作動する。同時に、第２の熱交換器１２０７も作動する。制御弁１２０８が開弁している時、バイパス配管１２２１が有効にされて、第１の熱交換器１２０６が無効化され、第２の熱交換器１２０７のみが作動する。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、制御弁１２０８が開弁している時、バイパス配管１２２１が無効化されて、第１の熱交換器１２０６が作動しても良い。同時に、第２の熱交換器１２０７も作動する。制御弁１２０８が閉弁している時、バイパス配管１２２１が有効にされて、第１の熱交換器１２０６が無効化され、第２の熱交換器１２０７のみが作動する。したがって、制御弁１２０８の動作によって、第２の配管１２０２の熱境界が著しく変更されることができる。第１の熱交換器１２０６を設けることで、エンジンの温度が低い（例えば、エンジンのコールドスタート）時またはエンジンが発生する熱が不十分である（例えば、低負荷、極寒の環境）時、エンジンの全ての熱源を最大限に利用して第２の配管１２０２を通過している空気を加熱することができる。同時に、第１の熱交換器１２０６を通過した空気が第２の熱交換器１２０７をさらに通過する。これにより、最終的にエンジンに出力される空気の温度が常にエンジンクーラントの温度に近くなることを保証し、温度が高すぎる吸気がエンジンに出力されて燃焼異常を引き起こすことを防止することができる。

また、スロットル１２００の弁体１２１０は、スロットル１２００の側壁と密着してスロットル１２００の側壁との間がシール関係となることができる第１の閉塞部材１２１１および第２の閉塞部材１２１２を有する。図１２に示すスロットル１２００は、図３Ａに示すスロットル３３０と同様に作動し、図１２に示す温度制御スロットルは、図１０に示す温度制御スロットル装置の作動状態を有しても良い。これについて、ここで、説明を省略する。

図１３は、本発明の他の実施例に係る温度制御スロットル装置を示す模式図である。

図１３に示す温度制御スロットル装置の構造は、図３Ａに示す温度制御スロットル装置とほぼ同じである。具体的には、図１３を参照すると、温度制御スロットル装置は、スロットル１３００と、第１の配管１３０１と、第２の配管１３０２とを含み、第１の配管１３０１および第２の配管１３０２は、スロットル１３００の空気の流れ方向における同じ側に並列に接続される。例えば、第１の配管１３０１及び第２の配管１３０２は、スロットル１３００の上流に並列に接続されても良い。第２の配管１３０２には熱交換器１３０６が設けられている。熱交換器１３０６の熱源は、エンジンクーラントであっても良い。あるいは、熱交換器１３０６の熱源は、エンジン排気ガスとエンジンクーラントの両方であっても良く、且つ、エンジン排気ガスとエンジンクーラントとの間に切り替えられて、エンジン排気ガスとエンジンクーラントのいずれかを熱源として利用する。スロットル１３００は、第１の配管１３０１に接続される第１の入口１３０３と、第２の配管１３０２に接続される第２の入口１３０４と、エンジン総吸気配管１３０９に接続される出口１３０５と、をさらに有する。第１の入口１３０３および第２の入口１３０４は、物理的に隣接して配置され、スロットル１３００の弁体１３１０に対して平面または曲面的なマッチング関係（本実施例には、曲面的なマッチング関係）を有してもよい。弁体１３１０が平面運動または曲面運動（本実施例には、曲面運動）をするにつれて、第２の入口１３０４が先ず開放され、そして弁体１３１０が平面運動または曲面運動（本実施例には、曲面運動）をし続けて第１の所定位置を超えると、第１の入口１３０３が開放される。

温度制御スロットル装置は、第３の配管１３０８と、第３の配管１３０８に設けられる空気弁１３０７と、をさらに含む。第３の配管１３０８は、一端が熱交換器１３０６と第２の入口１３０４との間に接続され、他端が出口１３０５の下流に接続される。空気弁１３０７が閉弁している時、第３の配管１３０８が無効化される一方、空気弁１３０７が開弁している時、第３の配管１３０８が有効にされる。明らかに、第３の配管１３０８が無効化された時、図１３に示す温度制御スロットルは、図３Ａに示す温度制御スロットルと完全に同じである。図３Ａには、第２の配管３０２の最小流動抵抗は、スロットル３３０の第２の入口３０４の断面積によって決まる。しかし、図１３には、第３の配管１３０８の前記他端が出口１３０５の下流に形成した断面積は第２の入口１３０４よりも大きいである。したがって、空気弁１３０７が完全に開弁し、第１の入口１３０３が完全に遮断される（第２の入口１３０４は任意の開度で開放されることができる）時、エンジンへの吸気に対する抵抗はほとんどなくなる。同時に、全ての吸気は熱交換器１３０６によって加熱された。その結果、エンジンはＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）状態で作動することができる。具体的には、エンジンがＨＣＣＩ状態で作動している時、ＨＣＣＩ状態ができるだけ低負荷へ拡張することが望ましい。ＨＣＣＩ状態が低負荷へ拡張することを妨げる１つの要因は、吸気の温度である。エンジンは様々な環境で作動する必要があり、例えば、極寒の環境で、気温がマイナス４０度または５０度まで低くする可能であるに対し、極熱の条件で、気温が５０度を超える可能であり、この２つの条件での吸気の温度に非常な相違があり、そのためＨＣＣＩの制御と応用の実現に大きな困難がある。図１３に示すような温度制御スロットル装置によれば、常にエンジンクーラントの温度に近い吸気を取り得る。さらに、空気弁１３０７によってＨＣＣＩと従来のエンジン運転状態との間に迅速に切り替えられることができる。そのため、エンジンについて、制御の熱境界、圧力境界、応答速度を同時に保証することができる。

また、スロットル１３００の弁体１３１０は、スロットル１３００の側壁と密着してスロットル１３００の側壁との間がシール関係となることができる第１の閉塞部材１３１１および第２の閉塞部材１３１２を有する。図１３に示すスロットル１３００は、図３Ａに示すスロットル３３０と同様に作動し、図１３に示す温度制御スロットルは、図７に示す温度制御スロットル装置の作動状態を有しても良い。これについて、ここで、説明を省略する。

あるいは、温度制御スロットル装置が図３Ｂに示すような構成を有する時、第３の配管は、一端が入口１３０２の上流に接続され、他端が熱交換器１３０６と第２の出口１３０５との間に接続されても良い。これにより、第３の配管に設けられる空気弁が閉弁している時、第３の配管が無効化される一方、空気弁が開弁している時、第３の配管が有効にされる。

本発明の実施例に係る温度制御スロットル装置を適用することで、エンジンの温度制御を実現することができて、エンジンの低負荷の時に吸気を加熱することで、エンジンのポンピングロスを下げ、オイルとガスの混合を改善して、燃費を改善するとともにエンジン排気ガス量を下げることができる。一方、エンジンの全負荷の時、元の吸気の温度を維持することで、エンジンの全負荷での燃焼特性および性能が影響を受けないことを保証にすることができる。また、空気を直接に制御することで温度制御を実現するので、温度変化の遅れや熱慣性がほとんどなく、制御の煩雑さを軽減する。

以上、本発明の好適な実施例について詳細に説明したが、当業者にとって、本発明の主旨と技術的思想を超えない場合、これらの実施例に変更又は改良を加えることができることが明らかであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲及びそれの同等物によって限定される。

Claims

少なくとも１つのスロットルと、
第１の配管及び第２の配管と、を備え、
前記第１の配管および前記第２の配管は、前記少なくとも１つのスロットルの空気の流れ方向における同じ側に並列に接続され、
前記第２の配管には、エンジンクーラント、エンジン潤滑油又はエンジン排気ガスを熱源として前記第２の配管を流れている空気を加熱する熱交換器が設けられている、
ことを特徴とする、温度制御スロットル装置。
前記少なくとも１つのスロットルは、第１のスロットルを含み、
前記第１の配管および前記第２の配管は、前記第１のスロットルの上流に配置され、前記第１のスロットルは、前記第１の配管に接続される第１の入口と、前記第２の配管に接続される第２の入口と、エンジン総吸気配管に接続される出口と、を有し、
或いは、前記第１の配管および前記第２の配管は、前記第１のスロットルの下流に配置され、前記エンジン総吸気配管に接続され、前記第１のスロットルは、吸気入口と、前記第１の配管に接続される第１の出口と、前記第２の配管に接続される第２の出口と、を有する
ことを特徴とする、請求項１に記載の温度制御スロットル装置。
前記少なくとも１つのスロットルは、第１のスロットルと第２のスロットルと、を含み、
前記第１の配管は、前記第１のスロットルと前記第２のスロットルの一方に接続され、前記第２の配管は、前記第１のスロットルと前記第２のスロットルの他方に接続される
ことを特徴とする、請求項１に記載の温度制御スロットル装置。
前記第１のスロットルの弁体の両端には、それぞれ第１の閉塞部材と第２の閉塞部材が設けられ、
前記弁体が水平状態となる時、前記第１の閉塞部材および前記第２の閉塞部材と前記第１のスロットルの両側壁との間がシール関係となることで、空気が前記第１のスロットルを通過することを防止し、前記第１の閉塞部材は前記第２の入口も閉塞し、
前記弁体が回転するにつれて、前記第１の閉塞部材による前記第２の入口の閉塞度合いは徐々に減少し、前記弁体が回転して所定の閾値角度を超えると、前記第１の閉塞部材及び前記第２の閉塞部材と前記第１のスロットルの両側壁との間のシール関係が解除される
ことを特徴とする、請求項２に記載の温度制御スロットル装置。
前記第２の配管には、流動抵抗特性を変更するための制御装置が設けられている
ことを特徴とする、請求項１に記載の温度制御スロットル装置。
前記弁体は、前記弁体の中心から前記弁体に対して所定の角度をなす方向に延びる選択可能な延伸部材と、前記延伸部材の末端に配置される第３の閉塞部材と、をさらに含み、
前記弁体が９０度回転した時、前記第３の閉塞部材は前記第２の入口を閉塞する
ことを特徴とする、請求項４に記載の温度制御スロットル装置。
前記第１の入口及び前記第２の入口は、物理的に隣接して配置され、前記第１のスロットルの弁体に対して平面または曲面的なマッチング関係を有し、前記弁体が平面運動または曲面運動をするにつれて、前記第２の入口が先ず開放され、前記弁体が平面運動または曲面運動をし続けて第１の所定位置を超えると、前記第１の入口が開放され、
或いは、前記第１の出口及び前記第２の出口は、物理的に隣接して配置され、前記弁体に対して平面または曲面的なマッチング関係を有し、前記弁体が平面運動または曲面運動をするにつれて、前記第２の出口が先ず開放され、前記弁体が平面運動または曲面運動をし続けて第１の所定位置を超えると、前記第１の出口が開放される
ことを特徴とする、請求項２に記載の温度制御スロットル装置。
前記弁体には、選択可能な閉塞部材が設けられ、
前記弁体が第１の所定位置から平面運動または曲面運動をし続けて第２の所定位置を超えると、前記閉塞部材は前記第２の入口を閉塞し、
或いは、前記弁体が第１の所定位置から平面運動または曲面運動をし続けて第２の所定位置を超えると、前記閉塞部材は前記第２の出口を閉塞する
ことを特徴とする、請求項７に記載の温度制御スロットル装置。
前記少なくとも１つのスロットルは、第２のスロットルをさらに含み、
前記第２のスロットルは、前記第１のスロットルに直列に接続されて、前記第１のスロットルの上流または下流に配置される
ことを特徴とする、請求項２に記載の温度制御スロットル装置。
前記熱交換器は、直列に接続された第１の熱交換器と第２の熱交換器とを含み、第１の熱交換器の熱源はエンジン排気ガスであり、第２の熱交換器の熱源はエンジンクーラントであり、
前記第２の配管には、前記第１の熱交換器の上流に配置される制御弁と、一端が前記制御弁に接続され、他端が前記第１の熱交換器の下流に接続されるバイパス配管と、をさらに備え、
前記制御弁が閉弁している時、前記第１の熱交換器が作動し、前記バイパス配管が無効化され、前記制御弁が開弁している時、前記バイパス配管が有効にされ、前記第１の熱交換器が無効化され、
或いは、前記制御弁が開弁している時、前記第１の熱交換器が作動し、前記バイパス配管が無効化され、前記制御弁が閉弁している時、前記バイパス配管が有効にされ、前記第１の熱交換器が無効化される
ことを特徴とする、請求項１に記載の温度制御スロットル装置。
第３の配管と、第３の管路に配置される空気弁と、をさらに含み、前記第３の管路は、一端が前記熱交換器と前記第２の入口との間に接続され、他端が前記出口の下流に接続され、前記空気弁が閉弁している時、前記第３の配管が無効化され、前記空気弁が開弁している時、前記第３の配管が有効にされ、
或いは、第３の配管と、第３の管路に配置される空気弁と、をさらに含み、前記第３の管路は、一端が前記入口の上流に接続され、他端が前記熱交換器と前記第２の出口との間に接続され、前記空気弁が閉弁している時、前記第３の配管が無効化され、前記空気弁が開弁している時、前記第３の配管が有効にされる
ことを特徴とする、請求項２に記載の温度制御スロットル装置。