(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムを主成分とする合金で形成された伝熱管と、伝熱管に固定される通電発熱体とを備え、
継ぎ目のない同一材料の一体構造を構成する伝熱管は、ブローバイガスが通過する長さ方向の貫通孔を形成する環状断面を有する外殻と、外殻の内壁から内側に突出して貫通孔を複数の貫通室に分割する隔壁とを備え、
外殻の外周面に形成された平坦な支持面上に陽極酸化被膜の絶縁体層が形成され、
通電発熱体は、絶縁体層上に固定されたことを特徴とするブローバイガスヒータ。
【請求項２】
アルミニウムを主成分とする合金で形成された伝熱管と、伝熱管に固定される通電発熱体とを備え、
継ぎ目のない同一材料の一体構造を構成する伝熱管は、ブローバイガスが通過する長さ方向の貫通孔を形成する環状断面を有する外殻と、外殻の内壁から内側に突出して貫通孔を複数の貫通室に分割する隔壁とを備え、
外殻の外周面の互いに直径上対向する位置に一対の支持面が形成され、
各支持面上に通電発熱体が固定されたことを特徴とするブローバイガスヒータ。
【請求項３】
外殻は、支持面と各端部との間の外周面に形成された少なくとも１つの環状溝を有し、
外殻の外周面に固着された樹脂製の外筒の環状突起は、各環状溝内に係止する請求項１又は２に記載のブローバイガスヒータ。
【請求項４】
外殻の外周面に固着された樹脂製の外筒は、外殻の外周面の粗化面に密着する請求項１〜３の何れか１項に記載のブローバイガスヒータ。
【請求項５】
複数の隔壁の１つは、外殻の環状断面の直径と中心上に配置される請求項１〜４の何れか１項に記載のブローバイガスヒータ。
【請求項６】
貫通孔の端部から長さ方向内側に向かって対応する貫通室の幅を狭める角度０.５〜２.０度の勾配を外殻の内壁と複数の隔壁に形成した請求項１〜５の何れか１項に記載のブローバイガスヒータ。
【請求項７】
長さ方向内側に向かって貫通孔の端部から貫通孔の１／４〜１／３までの長さの切欠きを少なくとも１つの隔壁に設けた請求項１〜６の何れか１項に記載のブローバイガスヒータ。
【請求項８】
外殻は、長さ方向の中心部から両端部に向かって縮径する勾配を有する請求項１〜７の何れか１項に記載のブローバイガスヒータ。
【請求項９】
外殻の内壁の内面と複数の隔壁の少なくとも１つの表面とに貫通孔内で突出する複数の線状突起を外殻の長さ方向に互いに平行に形成した請求項１〜８の何れか１項に記載のブローバイガスヒータ。
【請求項１０】
通電発熱体は、円筒状の外殻の外周面に伝熱性の支持体を介して固定される請求項１〜９の何れか１項に記載のブローバイガスヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関から漏出するブローバイガスを再燃焼のため加熱するブローバイガスヒータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両の内燃機関、特にディーゼルエンジンは、燃焼室を形成するシリンダとピストンとの隙間を通ってクランクケース内にブローバイガス（未燃焼混合ガス）が漏出し、このブローバイガスは、大気汚染の原因となる未燃焼炭化水素（ＨＣ）ガス又は一酸化炭素（ＣＯ）ガス等を主に含むため、環境汚染防止の観点から直接大気中にブローバイガスを放出できない。このため、エンジンの吸気孔にブローバイガスを還流して、混合気と共にブローバイガスを再燃焼するポジティブクランクケースベンチレーション（ＰＣＶ）が普及している。
【０００３】
従来のブローバイガスヒータは、特許文献１に示されるように、銅製の伝熱管と、伝熱管にモールド成形される樹脂製の外殻と、伝熱管に取り付けられて伝熱管を加熱するサーミスタ素子とを備える。通電時に発熱するサーミスタ素子の熱は、伝熱管に伝達され、伝熱管の内部を通るブローバイガスを加熱して、ブローバイガス中の水分凍結を抑制し、ブローバイガスの燃焼を助長する。
【０００４】
湾曲する伝熱管に形成されるＤ形断面の平面部にサーミスタ素子が固着されて、サーミスタ素子と伝熱管との密着性と熱伝達性が改善される。サーミスタ素子の底面は、電気絶縁材を介して伝熱管の平面部に配置され、サーミスタ素子の頂面には、一対の櫛型電極が設けられるので、サーミスタ素子は、外殻内で伝熱管の平面部上に確実に保持されると共に、サーミスタ素子から発生する熱を伝熱管に伝達して、伝熱管内を通るブローバイガスを加熱することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６５０６３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のブローバイガスヒータには、種々の改善が望まれる要素がある。まず、円形断面の伝熱管の一部にＤ形断面を設けるため、伝熱管の加工工数と製造原価が増加する。また、円形断面部より断面積が小さいＤ形断面部を通過するブローバイガスは、流速が増加して、ブローバイガスによる伝熱管の十分な加熱が阻害され、必要十分な昇温性能が得られない。更に、Ｄ形断面部内に間仕切を配置しても、伝熱管の異形Ｄ形断面の内面に間仕切の外周面を密着できず、互いに非相補的形状のため、間仕切と伝熱管の内面との間に間隙が形成され、サーミスタ素子により加熱される伝熱管の熱を有効に間仕切に伝達できなかった。
【０００７】
本発明は、良好かつ均一な熱伝達性を有しかつ量産に適するブローバイガスヒータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のブローバイガスヒータは、アルミニウムを主成分とする合金で形成された伝熱管(1)と、伝熱管(1)に固定される通電発熱体(7)とを備え、継ぎ目のない同一材料の一体構造を構成する伝熱管(1)は、ブローバイガスが通過する長さ方向の貫通孔(3)を形成する環状断面(4)を有する外殻(2)と、外殻(2)の内壁(9)から内側に突出して貫通孔(3)を複数の貫通室(3a)に分割する隔壁(5)とを備える。外殻(2)の外周面(2a)に形成された支持面(2b)上に陽極酸化被膜の絶縁体層(6)が形成され、通電発熱体(7)は、絶縁体層(6)上に固定される。本発明の異なる実施の形態では、外殻(2)の外周面(2a)の互いに直径上対向する位置に一対の支持面(2b)が形成され、各支持面(2b)上に通電発熱体(7)が固定される。
【０００９】
継ぎ目のない同一金属材料の一体構造を構成する伝熱管(1)は、均質な熱伝導率を有し、通電発熱体(7)から発生する熱は、相対する物質間の熱損失を導くことなく、伝熱管(1)の外殻(2)と貫通孔(3)内に突出する隔壁(5)に迅速かつ均一に伝達され、貫通室(3a)内を通過するブローバイガスを効率的、迅速かつ均一に加熱することができる。
【発明の効果】
【００１０】
効率的、迅速かつ均一に必要な温度に加熱されるブローバイガスに含まれる水分の凍結を阻止し又は凍結を解凍して、ブローバイガスの完全燃焼を助長する。また、金属ダイカストの各１回の鋳造を通じて、金属製の伝熱管を短時間に量産できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明によるブローバイガスヒータの実施の形態を示す斜視図
【図２】図１の正面図
【図３】図１の平面図
【図４】図１の側面図
【図５】図４のV-V線に沿う断面図
【図６】図５に示す断面の斜視図
【図７】図２のVII-VII線に沿う断面図
【図８】ブローバイガスヒータの製造に使用するダイカスト装置の分解斜視図
【図９】ブローバイガスヒータの分解斜視図
【図１０】ブローバイガスヒータの平面図
【図１１】図１０のXI-XI線に沿う断面図
【図１２】本発明の第３の実施の形態を示す斜視図
【図１３】本発明の第４の実施の形態を示す斜視図
【図１４】図１３の正面図
【図１５】図１３のブローバイガスヒータの上半分を除去した断面の斜視図
【図１６】本発明の第５の実施の形態を示す斜視図
【図１７】図１６の正面図
【図１８】図１６のブローバイガスヒータの上半分を除去した断面の斜視図
【図１９】本発明の第６の実施の形態を示す斜視図
【図２０】図１９の正面図
【図２１】図１９のブローバイガスヒータの上半分を除去した断面の斜視図
【図２２】本発明の第７の実施の形態を示す斜視図
【図２３】本発明の第８の実施の形態を示す斜視図
【図２４】本発明の第９の実施の形態を示す斜視図
【図２５】図２４の正面図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明によるブローバイガスヒータの種々の実施の形態を図１〜図２５について以下説明する。
【００１３】
図１〜図５に示すように、本発明のブローバイガスヒータは、アルミニウムを主成分とする合金で形成された伝熱管(1)と、伝熱管(1)に直接固定され又は支持体(8)を介して間接的に固定される通電発熱体(7)とを備える。伝熱管(1)は、ブローバイガスが通過する長さ方向の貫通孔(3)を形成する環状断面(4)を有する外殻(2)と、外殻(2)の内壁(9)から内側に突出して貫通孔(3)を複数の貫通室(3a)に分割する隔壁(5)とを有する。伝熱管(1)の構造は、本発明の全実施の形態に共通し、下記特性を備える：
<1>  外殻(2)と隔壁(5)とを含む伝熱管(1)は、継ぎ目のない同一金属材料の一体構造を構成する。
<2>  アルミニウム主体の均質な一体構造を構成する外殻(2)及び隔壁(5)の熱伝導率は、各部同一であり、通電発熱体(7)からの熱は、低熱抵抗作用で伝熱管(1)全体に迅速かつ均一に直接伝達され又は支持体(8)を介して間接的に伝達される。
<3>  貫通室(3a)内を通過するとき、伝熱管(1)との熱交換により、効率的、迅速かつ均一に加熱されるブローバイガスの完全燃焼が助長される。
<4>  金属ダイカストの各１回射出工程を通じて、アルミニウム主体の軽量な伝熱管(1)を短時間に量産でき、ブローバイガスヒータの製造工数削減にも寄与する。
【００１４】
図示の例では、貫通孔(3)を形成する外殻(2)は、全長さにわたり円形断面に形成されるが、貫通孔(3)の断面は、円形に限定されず、全長さにわたり又は部分的にD形断面、楕円断面、多角形断面等閉鎖ループ状の環状断面(4)に形成できる。樹脂製の外筒(20)は、伝熱管(1)の外殻(2)にモールド成形により固着され、外殻(2)の外周面(2a)に形成される複数の外周部面取り(11)は、樹脂製の外筒(20)に接触する非円形断面を形成して、外殻(2)と外筒(20)との相対的回転が防止される。また、伝熱管(1)の外殻(2)の外周面(2a)に樹脂製の外筒(20)をモールド成形するとき、外筒(20)を構成する樹脂は、外殻(2)の両端(2c)付近に設けられる複数の環状溝(15)に係止して、外殻(2)に強固に固着されて、外筒(20)と外殻(2)との分離を阻止できる。また、外殻(2)の外周面(2a)に形成された粗化面(2d)は、外殻(2)と外筒(20)との密着性を向上する。
【００１５】
外殻(2)の外周面(2a)に形成される平坦な支持面(2b)に、絶縁体層(6)を介して又は介さずに通電発熱体(7)が固定される。アルミニウムを主成分とする合金で形成された伝熱管(1)の全外周面(2a)に陽極酸化を行って、耐食性と電気絶縁性を有するアルマイト被覆の絶縁体層(6)を形成できる。接着剤により外殻(2)の支持面(2b)の絶縁体層(6)上に通電発熱体(7)を直接固着することができる。弾性材料で形成した絶縁体層(6)は、通電発熱体(7)の電極部と電気抵抗体との段差を吸収し、密着性を確保しかつ伝熱性を向上することもできる。また、外殻(2)の環状溝(15)に樹脂製の外筒(20)が係止するので、外殻(2)の外周面(2a)と外筒(20)との間に形成される隙間からブローバイガスの進入を抑制して、通電発熱体(7)の劣化を防止できる。通電発熱体(7)は、チタン酸バリウムを主体とするPTCサーミスタ、発熱抵抗体を使用することができる。
【００１６】
図示の例では、複数の隔壁(5)の各々は、外殻(2)の内壁(9)から内側に突出して貫通孔(3)を複数の貫通室(3a)に分割する。この場合に、図２に示すように、外殻(2)の内壁(9)に互いに平行に固定される複数の隔壁(5)は、貫通孔(3)を互いに平行な複数の貫通室(3a)に分割する。隔壁(5)の数は、１個でも複数個でもよい。図１〜図７に示す外殻(2)及び／又は隔壁(5)は、外殻(2)の外周面(2a)に設けられる平坦な支持面(2b)の中心を通過する垂直中心軸(Z)周りに対称の形状を有するため、伝熱管(1)の長さ方向を選択して取り付ける必要がなく、いずれの端部でもブローバイガスの流入側又は流出側にヒータを取り付けることができる。
【００１７】
図２に示すように、複数の隔壁(5)の１つ、特に中央隔壁(5)は、外殻(2)の環状断面(4)の直径と中心(O)を通り形成されるので、外殻(2)の直径方向の機械的強度を増加でき、通電発熱体(7)を固定する外殻(2)の平坦な支持面(2b)を強固に支持することができる。
【００１８】
図５及び図６に示すように、長さ方向内側に向かって貫通孔(3)の端部から貫通孔(3)の１／４〜１／３までの長さの切欠き(5a)を少なくとも１つの隔壁(5)に設けると、切欠き(5a)により、流入するブローバイガスに対する貫通孔(3)の入口面積が拡大されて、貫通孔(3)内にブローバイガスを円滑に導入できると共に、切欠き(5a)の終端部(5b)でブローバイガスが隔壁(5)又は外殻(2)に衝突して、熱接触を更に促進できる。
【００１９】
各貫通室(3a)の入口を形成する外殻(2)と隔壁(5)の端部に設けられる入口面取り(12)によりブローバイガスは、各貫通室(3a)内に円滑に流入する。また、外殻(2)と隔壁(5)との境界部は、各貫通室(3a)の角部を湾曲面(R)に形成するので、滞留部を発生せずに、ブローバイガスは、各貫通室(3a)を円滑に通過することができる。
【００２０】
図８に示すように、外殻(2)と、外殻(2)内に形成される隔壁(5)とを備える伝熱管(1)は、アルミニウムを主成分とする合金、例えば、日本工業規格JISH2118に規定されるダイカスト用アルミニウム合金地金又はJISH2211に規定される鋳物用アルミニウム合金地金を使用して、ダイカスト金型により製造される。
【００２１】
図８に示すように、ダイカスト金型は、前後方向に移動可能な前型(31)と、前型(31)に対向して固定して配置される後型(32)と、前型(31)及び後型(32)に対して右側に配置されかつ左右方向に移動可能な右型(33)と、前型(31)及び後型(32)に対して左側に配置されかつ左右方向に移動可能な左型(34)とを備える。図８に示す外殻(2)から径方向内側に突出する複数の隔壁(5)は、扇状の複数の貫通室(3a)を貫通孔(3)に形成する。アルミニウム主体の金属ダイカスト製法により、支持面(2b)と複数の環状溝(15)とを有する外殻(2)と、外殻(2)の内部に形成される隔壁(5)とを含む伝熱管(1)を継ぎ目のない一体構造で成形できる利点がある。
【００２２】
図９、図１０及び図１１は、本発明によるブローバイガスヒータのそれぞれ分解斜図、平面図及び断面図を示す。外殻(2)の支持面(2b)と各端部(2c)との間の外周面(2a)にそれぞれ２つの環状溝(15)が形成され、樹脂製の外筒(20)の環状突起(20a)は、各環状溝(15)内に係止する。外殻(2)の外周面(2a)の表面は、化学的、電気化学的又は物理的エッチングにより粗面化処理されて、汚染物質が付着しない不規則かつ微細な凹凸を形成する粗化面(2d)を有する。モールド成形により外殻(2)の外周面(2a)に樹脂製の外筒(20)を固着すると、外筒(20)は、外殻(2)の外周面(2a)の粗化面(2d)に強固に密着しかつ外筒(20)の環状突起(20a)は、外周面(2a)の複数の環状溝(15)に係止するので、外殻(2)の外周面(2a)と外筒(20)との間の隙間から通電発熱体(7)に侵入することがあるブローバイガスを阻止することができる。
【００２３】
図１２は、長さ方向の両端部に向かって中心から徐々に縮径するテーパで外殻(2)を形成する本発明の第３の実施の形態を示す。図１２では、例えば角度０.５〜２.０度の勾配αで、外殻(2)の表面を形成すると、型抜き勾配αが付与されて、外殻(2)のダイカスト製造が容易になるのみならず、外殻(2)の長さ方向の中央部が大きい直径で形成されるので、図１に記載の場合と同様に、通電発熱体(7)を固定する支持面(2b)を十分な面積で外殻(2)に形成することができる。同様の理由により、貫通孔(3)の端部から長さ方向内側に向かって対応する貫通室(3a)を勾配αで形成すると、貫通室(3a)を通過するブローバイガスと外殻(2)の内壁(9)及び隔壁(5)との熱接触が促進され、ブローバイガスの加熱速度を一層増加することができる。
【００２４】
図１３〜図１５は、外殻(2)の内部に設けた中央の隔壁(5)と、切欠き(5a)を有する２つの隔壁(5)を中央の隔壁(5)の両側に配置した構造の伝熱管(1)を示す。図１６〜図１８は、外殻(2)の内壁(9)の内面(9a)と各隔壁(5)の表面(5c)に貫通孔(3)内で突出する複数の線状突起(10)を外殻(2)の長さ方向に互いに平行に形成した構造の伝熱管(1)を示す。複数の線状突起(10)を設けることにより外殻(2)の内壁(9)と隔壁(5)の表面積が増大し、貫通室(3a)を通過するブローバイガスとの接触面積が増加するので、伝熱管(1)からブローバイガスへの伝熱効率を向上することができる。図１９〜図２１は、全て切欠き(5a)を有する６つの隔壁(5)を外殻(2)の内部に設けた構造の伝熱管(1)を示す。図２２は、外殻(2)の直径上対向して一対の支持面(2b)を設ける本発明の第７の実施の形態を示す。この場合に、一対の支持面(2b)の各々に通電発熱体(7)を固定できるので、ヒータの発熱速度を倍増し、発熱時間を短縮することができる。
【００２５】
図２３は、伝熱管(1)の円筒状の外殻(2)の外周面(2a)に支持体(8)を良好な伝熱性をもって密着して固定し、更に、良好な伝熱性をもって支持体(8)上に密着して通電発熱体(7)を固定する本発明の第８の実施の形態を示す。例えば、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム（アルミナ）等のセラミック又はアルマイト皮膜付きアルミニウム等の電気絶縁性及び伝熱性の材料によりほぼ鞍状に形成される支持体(8)は、円弧状の底面(8a)と、平坦な頂面(8b)とを有し、外殻(2)の凸状湾曲状断面の外周面(2a)と相補的形状を有する円弧状の底面(8a)は、シリコーン等の半固体又は半流動性の伝熱材を介して外殻(2)の外周面(2a)に良好な伝熱性で密着して固着される。頂面(8b)には通電発熱体(7)が密着して固定されるので、支持体(8)に形成される円弧状の底面(8a)により、外殻(2)のどの外周面(2a)にも通電発熱体(7)を取り付けることができる。銅合金等の電気伝導性かつ伝熱性の金属材料により支持体(8)を形成し、電気絶縁性と伝熱性を有するシリコーン系接着剤又は弾性材料で形成した伝熱性を有する絶縁体層を介して支持体(8)の頂面(8b)に通電発熱体(7)を取り付けることができる。通電発熱体(7)が発生する熱は、支持体(8)を介して外殻(2)と複数の隔壁(5)に伝達され、貫通室(3a)内を通るブローバイガスを効率良く加熱できる。図２３に示すように、外殻(2)の外周面(2a)に凹状に形成される切欠部(2e)内に嵌合すれば、支持体(8)を安定して配置できる。
【００２６】
図２４及び図２５は、外殻(2)の内壁(9)に接続されて外殻(2)の中心を通り十字状に形成される隔壁(5)と、十字状の隔壁(5)に対しほぼ４５度の角度離間してかつ中心部に切欠き(5a)をもって形成される中間隔壁(5)とを備える本発明の第９の実施の形態を示す。本実施の形態では、外殻(2)内の貫通孔(3)は、ほぼ同一の扇状断面を有する複数の貫通室(3a)により構成される。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、ブローバイガス還元装置向け凍結防止ヒータに適用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
(1)・・伝熱管、  (2)・・外殻、  (2a)・・外周面、  (2b)・・支持面、  (2c)・・両端、  (3)・・貫通孔、  (3a)・・貫通室、  (4)・・環状断面、  (5)・・隔壁、  (6)・・絶縁体層、  (7)・・通電発熱体、  (8)・・支持体、  (9)・・内壁、  (11)・・外部面取り部、  (20)・・外筒、
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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