(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気抵抗金属製の帯板を折り曲げるとともに、前記帯板の一部に該帯板を切断して重ねて重なり部を形成し、該重なり部を前記帯板の材料より融点の低い可溶金属部材で接合された溶断部を有する発熱体と、該発熱体を支持して吸気通路に配置させる枠体とを備えた内燃機関用エアヒータ。
【請求項２】
請求項１において、前記発熱体は、通電端子に接続される端部と、該端部に連なる蛇行部とを有し、前記溶断部は前記端部と前記蛇行部の第１ターン部との間に設けられ、かつ分離方向に初期応力が付与されたことを特徴とする内燃機関用エアヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、ディーゼル機関など内燃機関の吸気を加熱するための内燃機関用エアヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関、とくに直噴型ディーゼル機関などの内燃機関では、冷間始動における内燃機関の始動を円滑に行うための予熱（プレヒート）、および始動後の運転を円滑に行うためのアフターヒートがなされ、この加熱源として機関の吸気系に電熱式エアヒータが装着されている。このエアヒータとして、内部が吸入空気通路となっている枠体内に、電気抵抗金属製の帯板を折り曲げて形成したリボンヒータを発熱体として取り付けた構成のものが使用されている。
このエアヒータには、機関の停止時などに誤作動で無制御連続通電がなされると、過昇温して周辺に配置された機器および部品に熱害を及ぼす恐れがあるため、熱害防止対策としてヒューズ機能を付与する提案がなされている。（実開平１−１１３９９０号公報、実開昭６２−１６０７６６号公報、実開昭５７−５４６６０号公報など）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに従来品は、ヒータエレメントの一部を切り欠き、その切欠部にヒューズ機能を持たせたり、エアヒータに温度ヒューズを付設する構成であった。前者においてはヒータエレメントの切欠部が通常の使用において他部に較べ高温となるため経時劣化し易く、且つヒータエレメントの材料の溶断温度（約１５００℃）にまで昇温しないと作用できないため、周辺機器および部品への熱害防止が不充分となり易い欠点があった。また後者は、ヒータエレメント自体の温度を直接検知していないため、エンジン始動後に５〜１０分間という長時間の吸気加熱を行うことが望ましい寒冷地のアフターヒート運転では、ヒューズの無制御連続通電による溶断時間との両立が困難になっている。
【０００４】
この発明の目的は、ヒューズ機能を有する部分が経時的に熱劣化することを有効に防止でき耐久性に優れると同時に、無制御連続通電が生じた場合に発熱体の過熱による溶断温度を所望の温度に設定でき、周辺機器および部品への熱害を確実に防止できるとともに、長時間のアフターヒート運転も実行可能なヒューズ機能付き内燃機関用エアヒータの提供にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の内燃機関用エアヒータは、電気抵抗金属製の帯板を折り曲げるとともに、前記帯板の一部に該帯板を切断して重ねて重なり部を形成し、該重なり部を前記帯板の材料より融点の低い可溶金属部材で接合された溶断部を有する発熱体と、該発熱体を支持して吸気通路に配置させる枠体とを備える。
請求項２に記載の内燃機関用エアヒータは、前記発熱体は、通電端子に接続される端部と、該端部に連なる蛇行部とを有し、前記溶断部は前記端部と前記蛇行部の第１ターン部との間に設けられ、かつ分離方向に初期応力が付与されたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の作用および効果】
この発明では、発熱体が帯板の材料により低融点の可溶金属部材で接合された溶断部を有し、無制御連続通電などによる過熱時においてこの溶断部がヒューズとして機能し断線する。このため、周辺に配置された機器および部品に熱害が及ぶことを確実に防止できるとともに、可溶金属部材の選択により断線する温度を任意に設定できる。
また、溶断部の面積を任意に大きくでき、この部分の電気抵抗値を低く維持することが可能で、溶断部を発熱体の他部より低温に維持でき、経時的熱劣化が防止できる。
さらに、溶断部は機関の運転中は吸気により冷却されているので、長時間のアフターヒートがなされても過熱、切断することは確実に防止でき、無制御連続通電による溶断時間の適性な設定と、長時間のアフターヒートとの両立が可能となる。
【０００７】
【実施例】
図１〜図４はこの発明の実施例にかかる内燃機関用エアヒータ１００を示す。エアヒータ１００は、ディーゼル機関の吸気管に締結される枠体１と、該枠体１に取り付けられた発熱体２とを備える。発熱体２は、この実施例では、上流側発熱体２Ａ、下流側発熱体２Ｂからなり、上流側発熱体２Ａ、下流側発熱体２Ｂの両端部には、前記枠体１を貫通して配された端子電極棒３、３および中間電極棒４、４が接続されている。
【０００８】
枠体１は略円環形を呈し、外周に吸気管への締結穴１１が設けられた突出部１２がほぼ等間隔に４つ設けられている。枠体１の右側部１３および左側部１４には、端子電極棒３、３および中間電極棒４、４が挿通して配される半径方向の貫通穴１０が２つずつ平行して計４つ形成され、前記端子電極棒３、３および中間電極棒４、４が電気絶縁されて貫設されている。枠体１の上部１５および下部１６は上流側および下流側の各発熱体２Ａ、２Ｂの支持部となっており、内壁部には各発熱体を絶縁して支持するための支持機構を嵌め込むための長４角の空間１７および１８が形成されている。
端子電極棒３、３および中間電極棒４、４は、いずれも絶縁ワッシャー３２（図１、図４に示す）が取り付けられるとともに前記貫通穴１０に絶縁筒３１（図４に示す）を介して挿通され、さらに平ワッシャー３３、スプリングワッシャー３４およびナット３５等により締結されて枠体１に絶縁保持されている。
【０００９】
上流側および下流側の各発熱体２Ａ、２Ｂは、図５に示すほぼ同一形状を有し、鉄クロム合金製で、巾Ｈ＝１０ｍｍ、厚さｔ＝０．７５ｍｍの帯板２０を折り曲げて形成されている。各発熱体２Ａ、２Ｂは、両端に端子電極棒３または中間電極棒４が挿通する穴付き接続部２１および傾斜部２２からなる端部２３を有し、これら端部２３、２３間には帯板２０を４往復蛇行させた蛇行部２４が設けられている。
上流側発熱体２Ａには、中間電極棒４がわの端部２３と蛇行部２４の第１ターン部２５との間に、溶断部５が設けられている。上流側発熱体２Ａ、下流側発熱体２Ｂは、枠体１の外部で中間電極棒４、４間に掛け渡して締結された導電板４１により電気的接続がなされている。上流側発熱体２Ａの中間電極棒４がわの端部２３は、中間電極棒４に締結された状態で外側に引張力Ｆを受けており、溶断部５は分離方向に初期応力が付与されている。
【００１０】
各発熱体２Ａ、２Ｂの前記蛇行部２４の両側の折り曲げ部（ターン部）は、前記枠体内周壁の空間１７および１８に嵌め込まれた支持機構６、６により枠体１に支持されている。
各支持機構６は、前記空間１７および１８に嵌め込まれ、中心側壁に長手方向の開口６０を有し、コ字形断面を呈する樋状の金属板製ケーシング６１を有する。ケーシング６１には、内側面に前記各蛇行部２４のターン部が嵌め込まれる１対の凹所６２、６２が設けられたセラミック製碍子６３、６３が直列して２個ずつ嵌め込まれ、これら碍子６３、６３とケーシング６１の外壁６４との間に介装された板ばね６５により内側に付勢されて保持されている。
【００１１】
溶断部５は、図６に示す如く、重なり部の長さＬ＝５ｍｍであり、重なり面の全面に可溶金属部材７として銀ろう（図６に示す）によるろう付けが施されている。このようにろう付け面積を大きくとることで、この部分の通電抵抗が低減し、図７に示す如く溶断部５の中心点Ｐ１  と溶断部５から１０ｍｍ離れた点Ｐ２  の温度は通電中１００℃程度低く維持できる。
なお、溶断部５は、上記ろう付けの他、可溶金属部材７を切断した発熱体２の帯板２０、２０間に挟持し、電気抵抗溶接などによって接合すると容易に形成できる。
発熱体２の材料である鉄クロム合金はほぼ１５００℃の融点であり、銀ろうは７６０℃前後の融点であるため、機関停止時の無制御連続通電により発熱体が過熱すると銀ろうが溶融して溶断部は分離しヒューズとして作用する。また、機関始動後のアフターヒート運転では発熱体２は吸気により冷却されるため、長時間通電しても過熱の問題は生じない。
【００１２】
図８は使用状態における溶断部５の中心点Ｐ１  と、溶断部５のない従来の発熱体を用いたエアヒータの温度変化を示す。
図８から判るように、この発明のエアヒータは、溶断部５の熱劣化が防止でき、耐久性が向上できる。また、溶断部５を端部２３と第１ターン部２５との間に設けることにより、容易に溶断部５に引張力を掛けることができる。この引張力により可溶金属部材７に張力を付与でき、溶断時間を短時間にできるため、製品のばらつきを防止できる。
なお、発熱体２の材料より低融点の可溶金属部材７として、銀ろう（Ａｇ−Ｃｕ−Ｚｎ合金）の他、金ろう（Ａｕ−Ｃｕ合金）、ニッケルろう、黄銅ろう（Ｃｕ−Ｚｎ）、リン銅ろう（Ｃｕ−Ａｇ−Ｐ）などのろう材、銀（Ａｇ）、Ｎｉ−Ｃｕ合金などが適用でき、例えば６００℃〜１０００℃の溶断温度の金属材料が通電時間の設定に応じて適宜選択できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】内燃機関用エアヒータの斜視図である。
【図２】内燃機関用エアヒータの通電回路図である。
【図３】内燃機関用エアヒータの側面図である。
【図４】内燃機関用エアヒータの正面図である。
【図５】発熱体の正面図である。
【図６】ろう付け部の斜視図である。
【図７】発熱体の温度測定グラフである。
【図８】発熱体の温度測定グラフである。
【符号の説明】
１  枠体
２  発熱体
３  端子電極棒
４  中間電極棒
５  溶断部
６  支持機構
７  可溶金属部材
２０  帯板
２３  端部
２４  蛇行部
２５  第１ターン部
１００  内燃機関用エアヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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