JPS6328879Y2

JPS6328879Y2 -

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Publication number: JPS6328879Y2
Application number: JP1980039468U
Authority: JP
Priority date: 1980-03-27
Filing date: 1980-03-27
Publication date: 1988-08-03
Also published as: US4327697A; JPS56141392U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は正特性抵抗体を発熱体とするヒータ、
特に内燃機関の混合気を加熱し、燃料の気化を促
進して、機関の始動性および運転性能を向上させ
るための混合気加熱ヒータに関する。

従来、内燃機関に供給される混合気を加熱して
燃料の気化を促進することにより、機関での混合
気の着火および燃焼を改善し、その運転を安定に
することが提案されており、このための加熱装置
として、U.S.P4108125で知られるようなハニカ
ム状の正特性抵抗体を気化器と吸気管の間に装着
したものや、内外面に電極層を被着した筒状の正
特性抵抗体をセラミツク筒状体内に嵌着した加熱
装置を吸気管内に装着したもの、あるいはU.S.
P3987772で知られるような、板状の正特性抵抗
体に多数の針状突起をもつ放熱板を取り付けた加
熱装置を気化器直下の吸気管壁内に装着したもの
が知られている。

しかしながら、ハニカム状の正特性抵抗体より
なる加熱装置は、機械的衝撃および熱衝撃に弱
く、正特性抵抗体の電極が直接、混合気に接触し
ているため、その混合気に含まれる燃料成分や湿
気により電極が腐食したり、正特性抵抗体が還元
されたりして、これらの劣化を防止するために電
気絶縁性の被覆を施したとしても、熱伝達が劣る
ばかりでなく、被覆材の膨潤や剥離が起り、いず
れにせよ長期間の使用に耐えないものであつた。

さらに、筒状の正特性抵抗体とセラミツク筒状
体内に嵌着する加熱装置では、両者の熱膨脹差に
より発生する熱応力により破壊が生じたり、はめ
合せ上の寸法精度が要求されるばかりでなく、吸
気管内に装着するため吸気管内壁面に機械加工を
必要とし経済的に劣るものであつた。また、正特
性抵抗体に放熱板を取り付けた加熱装置を気化器
直下の吸気管壁内に装着する構造では、吸気管壁
内には内燃機関の冷却水あるいは排気ガスにより
加温するための流体径路が設けられているため、
加熱装置の取付位置に制約があるとともに吸気管
が複雑な設計となる欠点があり、構造上費用がか
かり実用性に乏しいものであつた。

本考案は、従来のこれら正特性抵抗体を発熱体
として用いる混合気加熱用ヒータのの欠点を解消
するためになされたもので、以下、本考案の具体
例を図面により説明すると、第１図、第２図およ
び第３図に示すように、しぼり加工またはインパ
クト加工により成形され一端に外向きフランジ部
１を有する薄い金属製内筒２と、しぼり加工また
はインパクト加工により成形され一端に外向きフ
ランジ部３を、また他端に内向きフランジ部４を
有し、内筒とは寸法の異なる薄い金属製の外筒５
とで二重筒体が構成され、内筒の外向きフランジ
部１と外筒の外向きフランジ部３との間に電気絶
縁板６を挾んで両筒の外向きフランジ部がリベツ
ト７で係止されている。

そして、この一対の筒体で形成された間隙に複
数個の正特性抵抗体８とばね９が内筒側に正特性
抵抗体８、外筒側にばね９の配置で収納されてい
る。

そして、この二重筒体の他方側の端部間隙は電
気絶縁材１０で電気的に絶縁され、かつ封止され
ている。

正特性抵抗体８へ通電するための端子１１はそ
れぞれ内筒の外向きフランジ部１、外筒の外向き
フランジ部３と一緒にリベツト７で電気絶縁板６
に固定されている。

本考案のヒータは、主として内燃機関に供給さ
れる混合気を加熱して、気化を促進するためのも
のであるから、通電開始後、急速に内筒の温度が
高くなることが肝要である。このため内筒１は熱
伝導がよいとともに熱容量の小さいことが必要で
ある。

また、内筒２の内面を流れる空気や燃料の量に
応じて、正特性抵抗体８の発熱量が敏感に変化す
ることも必要であるので内筒２の壁厚は薄く、ま
た熱容量の小さいことが重要である。内筒２の温
度が急速に高温になるようにするためには外筒５
の熱容量が小さいことも、また有効であるから、
外筒５の壁厚が薄いことも有効である。

さらに、内燃機関の部品としては、軽いことも
大切な１つの条件であるから、内筒および外筒５
は壁厚の薄いことが有効である。

このように、本ヒータの機能上の要求から、内
筒２および外筒５は壁厚の薄いことが要求される
ため、内筒２および外筒５は広義のプレス加工
法、特に薄い金属板を金型で加圧してフランジ付
の筒状に形成するしぼり加工法またはインパクト
加工法により成形された厚みが２mm以下、好まし
くは１mm以下、さらに好ましくは0.5mm以下の金
属からなることがよい。

内筒２および外筒５の材料としては、アルミニ
ウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、亜鉛、亜
鉛合金、ステンレス等を用いればよい。特に内筒
としては、軽く熱伝導のよいアルミニウムが適
し、外筒としては機械的に強度の強いステンレス
が適する。

正特性抵抗体８の熱を内筒２に良好に伝えるた
めに、内筒２と正特性抵抗体８とは熱的に良好に
接触していなければならない。金属で形成される
内筒２は、その形状を比較的自由に精度よく成形
することができるが、セラミツクスである正特性
抵抗体８は、金属のように寸法精度よく製造する
ことが困難である。すなわち、正特性抵抗体８を
内筒と熱的に良好に接触するように一体に製造す
ることは困難であり、また、彎曲した板状に製造
することも困難である。また、正特性抵抗体８は
一種の半導体であり、所定の抵抗値の正特性抵抗
体を、抵抗値のばらつきの小さい状態で製造する
ことも困難である。

従つて、内筒２の外周壁面は複数の平面が接続
した多角形とすることが好ましい。正特性抵抗体
８は複数個、少なくとも４個以上、好ましくは６
個以上、さらに好ましくは８個以上とすれば抵抗
値のばらつきを平均化することができ、また、内
筒と熱的に密着性のよい平板を作ることも容易と
なる。

なお、内筒２と正特性抵抗体８の平板の熱密着
性を良好にするため、両者の接触面に導電性、導
熱性のグリースやペーストを介在させることも有
効である。

内筒２の外向きフランジ部および外筒５の外向
きフランジ部３は、全周に同じ巾である必要はな
く第１図および第２図に示したように、フランジ
部３で電気絶縁板６に、内筒２および外筒５が係
止できる形状であればよい。電気絶縁板６に内筒
２の外向きフランジ部１および外筒の外向きフラ
ンジ部３を係止する構造としては、第１図および
第２図に示したように、電気絶縁板６を内筒２と
外筒５のフランジ部１，３の中間に位置させる以
外に第４図および第５図に示すように、一対のフ
ランジ部を電気絶縁板６の一方の面にリベツト７
で係止する構造としてもよい。なお、フランジ部
を電気絶縁板６へリベツト７で係止する構造は、
第１図、第２図、第４図および第５図に示したよ
うなリベツトに限られることはなく、ボルト、ナ
ツトで係止する等、通常用いられている構造を利
用してもよい。

正特性抵抗体の平板を内筒外壁へ押圧するばね
９は、第３図に示したような波状に限られること
はなく、第６図に示すように、つめ状突起１２を
切りおこした形状等でもよく、正特性抵抗体を内
筒外壁へ押圧する作用を果すものであればよい。
また、ばね９は一体であることが組立上容易であ
るが、２個または３個以上に分割されていてもよ
い。ばね９の材料は、通常ばね材として知られて
いる燐青銅、ばね鋼、ばね性を持つステンレス、
Ti−Cu合金等を用いればよい。

また、混合気と内筒内部壁面との熱接触を良好
にするために、第７図に示すように、混合気の入
口方向（矢印図示）の開口部寸法を大きくし、反
対側の出口方向の寸法を小さくしてもよい。

さらに、内筒２の内部表面からの熱放散をよく
するため、例えば第８図にその１例を示すように
内筒２の内部に内筒と伝熱的に連結された放熱体
１３を取り付けたりすることは有効である。

さらにまた、混合気の混合状態をよくするた
め、例えば第９図にその一例を示すように、二重
筒体と必ずしも伝熱的に組みつけられていない例
えば金〓状の混合気分散体１４を筒体内部にとり
つけることも有効である。また、第１０図に示す
ように、内筒２あるいは外筒５あるいは内筒２お
よび外筒５の外側フランジのない端面を熱の放熱
と混合気の分散を兼ねる複数の孔１５を持つ孔あ
き底とすることも有効である。

正特性抵抗体８の平板とばねとを収納した二重
筒体の一対の外向きフランジ部で電気絶縁板に係
止された端と他方側の端部の内筒と外筒の間隙は
正特性抵抗体が機械的な振動や衝撃により二重筒
体内から出ない構造にするとともに、混合気が二
重筒体内に入つて正特性抵抗体を化学的に劣化さ
せることを防止するため、第１図、第２図、第４
図および第５図に示したように、電気絶縁材で内
筒と外筒を電気的に絶縁するとともに、間隙を封
止する。

電気絶縁板は、正特性抵抗体が発熱した時の温
度に耐える耐熱性を持つフエノール、ポリブチレ
ンテレフタレート（PBT、例えば商品名
「CELANEX」）、ポリフエニレンサルフアイド
（PPS、例えば商品名「RYTON」）などの耐熱
樹脂が適し、例えばインジエクシヨン法で成形す
ればよい。電気絶縁板は、第１図および第２図に
示したように、内筒および外筒のフランジ部の大
きさとほぼ同等の大きさとし、気化器とインテー
クマニホールドの間に装着する場合、第１１図に
示すように、別のヒートインシユレータ１６に機
械的に取り付けてもよいし、ヒートインシユレー
タに電気絶縁板を兼ねさせてもよい。

電気絶縁材としては、正特性抵抗体が発熱した
時の温度に耐える耐熱性を持つことのほかに、ガ
ソリンやエンジンオイルに化学的に浸されない化
学的耐久性を持つことが要求されるため、テフロ
ン、ポリブチレンテレフタレート（PBT、例え
ば商品名「CELANEX」）、ポリフエニレンサル
フアイド（PPS、例えば商品名「RYTON」）等
の樹脂やふつ素ゴム、アクリルゴム等のゴムを用
いる。

電気絶縁材は、第２図に示したように、内筒２
の先端と、外筒５の内側フランジ部４の間に充填
したり、第４図および第５図に示したように、内
筒２と外筒５の先端を封じるようなリング状の栓
状とすればよく、要は、内筒と外筒の間を電気的
に絶縁し、かつ封止できるようにすればよい。

正特性抵抗体としては、半導体のチタン酸バリ
ウム系の正特性抵抗体が用いられる。正特性抵抗
体の発熱量は、一般に、抵抗急増開始温度（キユ
リー温度）が高い方が発熱量が大きい。

本考案のヒータにおいては、ガソリンの気化を
目的とし、内筒の内面温度を一定温度、少なくと
も80℃以上とすることが有効である。このため、
正特性抵抗体のキユリー温度は120℃以上、好ま
しくは150℃以上とするとよい。逆に、正特性抵
抗体のキユリー温度が高過ぎると、内筒の内面温
度が、必要以上に高くなるばかりでなく、電気絶
縁板や電気絶縁材として耐熱性の高い高価な材料
を用いなければならないので、正特性抵抗体のキ
ユリー温度は230℃以下、好ましくは210℃以下と
するとよい。

正特性抵抗体の平板の面積、形状は目的に応じ
て選択すればよい。正特性抵抗体の平板の厚さ
は、使用される電圧に耐えるとともに、二重筒体
内に組込まれて使用されるに際して必要な機械的
強度を有すればよいので、その面積と関連して
0.5〜２mmであればよいが、正特性抵抗体内の熱
抵抗を小さくするために好ましくは1.5mm以下、
さらに好ましくは１mm以下とすることが望まし
い。

実施例板厚0.5mmで八角形断面をもつアルミニウムの
内筒と、板厚0.5mmのステンレスの外筒の間に、
キユリー温度が190℃で、12×12×１mmの寸法で
両面に電極を設けた正特性磁器の抵抗体を装着し
た第１図に示すような構造のヒータを造り、これ
を直流12Vの電源に接続した。

電流は電源端子１１から内筒２、正特性抵抗体
８、ばね９を経て外筒５を通り、電源端子１１へ
流れる。

通電開始後の内筒内面の温度と時間の関係は、
第１２図に示すように５秒で150℃に達した。

筒体内面に空気を強制通風させた場合の定常状
態での空気量と消費電力の関係は、第１３図に示
すように、消費電力は無風時にはわずかに24Wで
あり、１Kg／min通風時でも73Wと比較的小さい
値であつた。

このヒータを市販の４気筒４サイクル1600c.c.の
エンジンの気化器とインテークマニホールドの中
間に装着し、ガソリンと空気の混合気が流れた場
合のエンジン回転数1600回転で18馬力出力時（吸
入空気流量１Kg／min）の発熱量は310Wであつ
た。混合気の場合の発熱量310Wと空気のみの場
合の73Wの差237Wがガソリンと加熱、気化させ
るエネルギーに転化されたエネルギーと考えら
れ、有効エネルギー効率は約76％であつた。

以上詳記したように本考案は、正特性抵抗体を
発熱体としているので電圧が変化しても発熱量が
ほとんど変化せず、混合気の流量に応じて発熱量
が増減し、混合気が流れていない場合でも過熱し
ないヒータであり、正特性抵抗体をしぼり加工や
インパクト加工により形成した薄い板厚の二重筒
体内に収納しているので、正特性抵抗体がガソリ
ンやエンジンオイルにより化学的に侵されること
がなく、一定温度までの温度上昇が速いヒータで
あり、内筒および外筒それぞれの一端に外向きの
フランジ部をもうけ、このフランジ部で電気絶縁
板と筒体を一体に構成しているのでコンパクトで
軽く、かつ気化器とインテークマニホールドの間
に着脱が容易なヒータである。

このヒータを装着したエンジンでは、寒冷時の
始動が容易であり、寒冷時でもガソリンの多い混
合気とする必要がないため、ガソリン消費量の少
ないエンジンシステムができ、濃い混合気を必要
としないので排気ガス中のCO，HCの排出量も少
なくでき、始動直後の加速性能の優れたエンジン
が得られ、本考案はこの種産業の発展に寄与する
所大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案のヒータの１実施例の上面図、
第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は第２図
のＢ−Ｂ横断面図、第４図は他の実施例の下面
図、第５図は第４図のＡ−Ａ断面図、第６図はば
ねの一具体例を示す斜視図、第７図は他の実施例
の断面図、第８図は他の実施例の横断面図、第９
図、第１０図はそれぞれ別の実施例の斜視図、第
１１図は本考案のヒータをヒートインシユレータ
に取り付けた場合の斜視図、第１２図は本考案の
ヒータの通電開始後の内筒内面の表面温度と時間
との関係を示す図、第１３図は本考案のヒータの
消費電力と通過空気量との関係を示す図である。１……外向きフランジ部、２……内筒、３……
外向きフランジ部、４……内向きフランジ部、５
……外筒、６……電気絶縁板、７……リベツト、
８……正特性抵抗体、９……ばね、１０……電気
絶縁材、１１……電源端子、１２……つめ状突
起、１３……放熱体、１４……混合気分散体、１
５……孔、１６……ヒートインシユレータ、１７
……ヒータ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

しぼり加工またはインパクト加工により成形さ
れ、一端に外向きフランジ部１，３を有する一対
の寸法の異なる薄肉筒体２，５が外向きフランジ
部を同側にして二重筒体として組み合わされてお
り、その二重筒体の内筒２と外筒５との間に複数
個の正特性抵抗体８とこの正特性抵抗体を内筒壁
へ押圧するばね９とが収納され、内筒２の外向き
フランジ部１および外筒５の外向きフランジ部３
を電気絶縁板６に係止して一体とされ、一対の筒
体２，５の他方側の端部間隙が電気絶縁材１０で
電気絶縁を保つて封止されたこと及び前記正特性
抵抗体の壁面を金属被膜により覆うことなく、か
つ、内筒に開孔を形成せず、前記正特性抵抗体の
内周壁面の一部を吸気通路内に直接露呈しないよ
う構成したことを特徴とする正特性抵抗体を発熱
体とするヒータ。