JP2760820B2 - エンジンの吸気温度加減法 - Google Patents

エンジンの吸気温度加減法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は自動車用エンジン等の特に吸気管を通過する
吸気温度を減少するに好適なエンジンの吸気温度加減法
に関する。
〔従来の技術〕
自動車用エンジンの出力の増大策として従来種種の方
法がとられてきた。例えば過給と称し、吸気の押込み圧
力を上げて強制的に吸気量を増加させたり、吸気管の形
状を工夫することにより吸気の慣性や脈動の効果を利用
して吸気量を増加させたりする吸気系統の改良が挙げら
れる。また「自動車工学vol35,No7,p106〜108」に示す
ようにインタクーラ法と称し、単両前面の通風口近辺に
吸気管を配設し、外気に曝すことにより吸気のもつ熱を
奪つて吸気量を増加させることなども行なわれている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術は、吸気量の増加についての効果がある
が、吸気温度については配慮がなされていない。インタ
クラー法でも下がる温度は外気温度の近辺がそれよりも
高い。吸気温度が高いとシリンダ内の圧縮始めの温度が
高いので、例えば過給により吸気量を大きく増加して
も、異常燃焼が生じ易くなり圧縮比を余り上げることが
出来ないという不都合な点があつた。
本発明の目的は、この吸気温度を下げることと運転状
況に応じて吸気を適度に加熱する方法を提供することに
ある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の吸気温度を下げる目的は、吸気管の次の方策を
個別もしくは併用することにより達成される。（１）吸
気管素材に、従来多用される鋳鉄やアルミニウムなどに
比べ熱通過率の低い素材を用いる。（２）吸気管の周囲
を断熱材で包み、吸気管壁を通した管内への熱の入り込
みを小さくする。（３）吸気管の構造を、外壁と内壁を
もつ二重構造とし、間に熱通過率の低い気体，液体，固
体等を充填する。（４）吸気管壁に冷却器を通し、冷却
する。
加熱する目的には、上記方策を採る吸気管に対して次
の方策を与えることにより達成される。（５）吸気管に
燃料を噴射する場合に管形状やエンジン特性により液と
して付着し易い場所が生じるので、その近辺に加熱器を
付与した油溜りを設け、溜る燃料に蒸発の為の熱量を供
給する。（６）吸気管壁の全体もしくは一部に加熱器を
付与し、管壁を通して管内の吸気に加熱のための熱量を
供給する。（７）エンジンの運転状態を検知するセンサ
を項（４）又は項（５）の方策に加えて設け、センサ情
報に応じて加熱熱量の大きさを変化させる。
〔作用〕
エンジンの吸気管は吸気弁を仲介としてシリンダと接
続している。吸気管の入口から入つた吸気は吸気弁が開
くとシリンダ内に流れ込むが、吸気管の入口から吸気弁
へ移動する迄に、吸気管壁を通し熱を授受する。この熱
量Ｑは吸気温度T1、吸気管壁温T2、吸気管壁面積Ｆ、比
例定数（熱通過率）ｋに対して、概ね次のように表現出
来る。
Ｑ＝ｋ（T2−T1）Ｆ …（１） 今スロツトル弁が閉じた状態でシリンダ径92mm、圧縮
比9.7のエンジン回転数を毎分2400回転とする。この状
態での熱の出入は、吸気管壁を通じる熱と吸気弁を通し
てシリンダと吸気管との間を出入りするガスのもつ熱と
による。
T2が絶対温度で358゜K（85℃）であつても、ｋが非常
に小さく断熱的だと、吸気管内の吸気温度T1は次第に下
がり、計算では２゜Kに近づく。これと共に圧力も下が
つてくる。一方ｋが従来の吸気管に近い値では吸気管壁
を通る熱量のため吸気管内の吸気温度は次第に上昇しT2
に近い温度（330〜350゜K）となる。圧力も前者に比べ
高い。
第２図は或るエンジン回転数と吸気管壁温のもとで、
上記の（１）式中の変数ｋの値を小から大へ変化させた
時の、吸気温度T1と吸気管からシリンダへ流れこむ１ク
ランク角度当りの吸気量Ｇとの関係を示す。ｋが小さい
（断熱性が高い）程、T1は小さく、Ｇは大きい。第３図
は、変数ｋとエンジン回転数を同じとして、吸気管壁温
T2の大小によりT1とＧとがどのように変化するかを示
す。T2が低い程T1も低くなり、逆にＧは多くなる。
従つて吸気管内の吸気への熱供給に関する上記の性質
から、吸気管の断熱性を高めるか、吸気管壁温を低くす
ることは、吸気温度を低くするように作用する。
一方、吸気温度が下がると吸気管内へ噴射され吸気管
壁へ付着した燃料の蒸発が悪くなる。この付着位置は吸
気管の形状とエンジン諸元により定まるを特性などから
およそ定めうる。従つて、その近辺の適当な個所に外壁
に加熱器を付与した油溜りを設けて、付着燃料をそこに
溜め、加熱器により油溜りの外壁を通してその中の燃料
に熱を供給することによりこの燃料の蒸発を助ける。
エンジンの始動時など吸気温度が高くシリンダ内に於
ける圧縮始めの温度が高い方が好ましい。そこで吸気管
壁に付与した加熱器をこのような特定の時点で作動させ
熱を吸気管壁を通して供給することにより、適切な吸気
温度を得ることができる。
〔実施例〕
以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。
スロツトル弁８を有する吸気管１と吸気管２および吸
気孔を有するシリンダヘツド３が各々締結具４により合
体し、全体で吸気通路９を構成している。このシリンダ
ヘツド３はシリンダブロツク６に取付き、ピストン７と
共に燃焼室10を構成する。この吸気通路９と燃焼室10は
吸気弁５を仲立ちとして連なつている。
従来は吸気管1,吸気管2,シリンダヘツド３はアルミニ
ウムや鋳鉄のような熱通過率の大きい素材を使用してい
た。本発明では機械的強度が比較的小さくてすむ吸気管
２に熱通過率の小さい樹脂素材などを使用する。
この結果、シリンダヘツド３からの高温熱流やエンジ
ン周辺の高温空気による吸気管２の温度上昇が妨げられ
ると共に、熱通過率が小さいことにより、吸気行程で吸
気通路９の中にある吸気が吸気管壁を通して熱供給され
ることが少なく、吸気温度の減少が図れる。
第４図も実施例の一つである。第１図の吸気管２の代
りに吸気管13を用いる。この素材はシリンダヘツド３や
吸気管１と同じ素材でよい。そのため、吸気管外の熱が
吸気管13を通して吸気通路９の吸気に伝わり難いように
断熱材11で吸気管13を覆うかコーテイングする構造とす
る。またシリンダヘツド３の熱が吸気管13に伝わりその
吸気管壁温度が上昇することのないように、熱通過率の
低いパツキン12を両者の間に挟んで接続する。このよう
にすることにより、第１図の構成と同様の効果を得る。
第５図は、仕切板16で外壁と内壁を隔てた吸気管14に
より第１図の吸気管２を置換えた実施例である。２つの
壁の間の空間に冷却液15を流し、吸気通路９に接する内
壁の温度を下げると共に外壁を通して外から供給される
熱量を除くことにより吸気温度を減少する効果を得る。
第６図に示す実施例は、第１図の吸気管２に油溜り17
と加熱器18とを付与した例である。燃料噴射器21から噴
射した燃料は吸気管２の形状などにより液膜19が溜る。
油溜り17はその溜り易い箇所に設ける。加熱器18の用い
方には、常に一定電流を供給し液膜19の蒸発を助ける方
法と、第６図の中に示す他のセンサの情報を利用して供
給電流を変え、液膜19の蒸発量をエンジンの運転状況に
合わせる次のような方法がある。
流量センサ20でスロツトル弁８を通過後の吸気量Ｇを
知る。温度センサ25は吸気温度Ｔを与え、クランク角セ
ンサ24はエンジンの回転数Ｎとクランク角θを与える。
また排気管22に設けた酸素センサ23は燃焼後の排気ガス
からその燃焼時点での空気燃料比（A/F）を与える。こ
れらの情報を演算器26へ入力することにより、所定のエ
ンジン出力を与えうる燃料量Ｂを求めて、噴射器21に所
定の指令を与える。燃料量Ｂを決める時液膜19からの燃
料蒸発量B1を推定して補正する。この燃料蒸発量B1は吸
気温度Ｔと液膜推定量B0から加熱器18への供給電流Ｉを
決定して求める。液膜推定量B0はその時点までの燃料量
Ｂ、燃料蒸発量B1などにより求める集積量である。従つ
て噴射すべき燃料量Ｂは次のようになる。
B1＝f1（B0,T,I） Ｂ＝f2（Q,N,A/F,θ,B1,B0） B0＝f3（B,B0,B1） 〔発明の効果〕 本発明の吸気管によれば容易に吸気温度を低下させる
ことが出来るので、吸気管からシリンダ内へ流れこむ吸
気量の増大をはかれる。また、圧縮始めの温度が下がる
ことによるノツキング発生を抑止出来るという効果が得
られる。また適切な位置に設けた加熱器付きの油溜りに
より吸気温度の減少による燃料蒸発の阻害を避けうる効
果がある。吸気管壁に付与した加熱器を特定の時点で作
用することにより、吸気温度の減少の度合を緩和しうる
効果がある。
吸気温度の減少と吸気量増大の具体例として次のよう
なデータが得られている。すなわち、シリンダ径92mm、
圧縮比9.5のガソリンエンジンで吸気管壁を330゜Kと303
゜Kに保つて毎分800回転のエンジン回転数で比較する
と、吸気管壁が303゜K時は330゜Kの場合に比して、吸気
温度で約26゜K低く、吸気量では約５％多い。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例のエンジンの吸気管部の断面
図、第２図は熱通過率ｋと吸気温度T1及び吸気量Ｇの関
係線図、第３図は吸気管壁温度T2とT1及びＧの関係線
図、第４図，第５図は本発明の他の実施例の吸気管部の
断面図、第６図は油溜りと加熱器を備えた吸気管をもつ
エンジン制御システムの模式図である。 １……吸気管、２……吸気管、３……シリンダヘツド、
５……吸気弁、６……シリンダブロツク、７……ピスト
ン、８……スロツトル弁、９……吸気通路、10……燃焼
室、11……断熱材、12……パツキン、13……吸気管、14
……吸気管、17……油溜り、18……加熱器、20……流量
センサ、21……燃料噴射器、22……排気管、23……酸素
センサ、24……クランク角センサ、25……温度センサ、
26……演算器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 昭51−19113（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−140154（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−152352（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭58−163664（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−200657（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−167556（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−152352（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−41505（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F02M 35/10 F02B 29/04 F02M 31/04 - 31/12 F02M 29/00 F02M 31/02 F02N 17/04 F02D 3/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】エンジンのシリンダ内で燃焼される吸気が
    流れるエンジンの吸気管において、 前記吸気管を加熱する加熱器と、 流量センサにて計測された前記吸気管の流量、クランク
    角センサにて計測された前記エンジンの回転数および酸
    素センサにて計測された前記エンジンの排気ガス中の空
    気燃料比のうち少なくとも１つを用いて、前記エンジン
    が所定の出力を発揮しうる燃料量を求め、温度センサに
    て計測された前記吸気管内の温度と前記吸気管の内壁に
    付着した燃料の推定量から前記内壁に付着した燃料から
    蒸発する燃料蒸発量を推定し、推定された燃料蒸発量に
    基づいて前記燃料量を補正する演算器を有し、 前記加熱器は、前記演算器で補正された燃料量に基づい
    て加熱を行うことを特徴とするエンジンの吸気管。
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