(57)【要約】【課題】  外気温度の影響を抑えてエンジン出力のより一層の向上を図ることができる吸入空気温度制御装置を提供する。【解決手段】  エンジン１８の吸入空気温度を調整して当該エンジン１８の出力を最適化する吸入空気温度制御装置であって、前記エンジン１８の吸気通路５３の一部を構成するエアクリーナケース３４にペルチェ素子６３を配置したことを特徴とする。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸入空気温度を調整して当該エンジンの出力を最適化する吸入空気温度制御装置であって、前記エンジンの吸気通路にペルチェ素子を配置したことを特徴とする吸入空気温度制御装置。
【請求項２】
前記ペルチェ素子が、エアクリーナケースに配置されることを特徴とする請求項１に記載の吸入空気温度制御装置。
【請求項３】
前記エアクリーナケース内のインジェクタの取り付け面の近傍に前記ペルチェ素子が取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の吸入空気温度制御装置。
【請求項４】
前記エアクリーナケース内のクリーンサイド側に前記ペルチェ素子が取り付けられることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の吸入空気温度制御装置。
【請求項５】
前記エアクリーナケースの上壁に前記ペルチェ素子が取り付けられることを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の吸入空気温度制御装置。
【請求項６】
前記ペルチェ素子が、インテークマニホールドに配置されることを特徴とする請求項１に記載の吸入空気温度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジンへの吸入空気の温度調整を可能とする吸入空気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、車両等のエンジンへの燃料供給系に採用される電子制御式燃料噴射装置において、燃料噴射装置（インジェクタ）を加熱又は冷却するように制御された所謂ペルチェ素子（ペルチェ効果を利用した電子温度制御素子）を備えるものがある（例えば、特許文献１参照。）。これにより、エンジン低温時にはインジェクタを加熱して燃料の気化を促進し、エンジン高温時にはインジェクタを冷却して噴射前燃料の気化によるベーパロック現象を抑えることで、エンジンの運転状態に応じた最適な出力を得ることが可能となっている。
【特許文献１】実開昭６１−１９４７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、温度に関するエンジンの制御パラメータとして、エンジン温度（冷却水温度）の他にも吸入空気温度があるが、これは吸気口の位置によっては外気温度の影響を受け易く、この場合、吸入空気温度が高過ぎてはエンジン内に吸入される空気の密度が低下するし、低過ぎてはエンジン内に吸入される空気の密度が高まる反面、燃料が気化し難くなり混合気の着火性が低下することがある。このような場合、通常は燃料噴射量を調整してエンジン出力の最適化を図っているが、吸入空気温度自体を積極的にコントロールすることができれば、エンジン出力のより一層の向上を図ることができることから、このような課題の解決が要望されている。
そこでこの発明は、外気温度の影響を抑えてエンジン出力のより一層の向上を図ることができる吸入空気温度制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題の解決手段として、請求項１に記載した発明は、エンジン（例えば実施例のエンジン１８，７１）の吸入空気温度を調整して当該エンジンの出力を最適化する吸入空気温度制御装置であって、前記エンジンの吸気通路（例えば実施例の吸気通路５３，７２）にペルチェ素子（例えば実施例のペルチェ素子６３，７３）を配置したことを特徴とする。
【０００５】
この構成によれば、ペルチェ素子に電流を流して吸気通路内の吸入空気を加熱することが可能となる一方、これと逆の方向の電流をペルチェ素子に流すことで吸入空気の冷却を行うことが可能となる。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、前記ペルチェ素子が、エアクリーナケース（例えば実施例のエアクリーナケース３４）に配置されることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、大型の壁面を有するエアクリーナケースにペルチェ素子を配置することで、ペルチェ素子の設置面積を大きく確保することが可能となる。また、エアクリーナケースに一般的に設けられる吸気温センサを利用してペルチェ素子をフィードバック制御することが可能となる。
【０００８】
請求項３に記載した発明は、前記エアクリーナケース内のインジェクタ（例えば実施例のインジェクタ５５）の取り付け面の近傍に前記ペルチェ素子が取り付けられることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、エアクリーナケースに装着されたインジェクタからの噴射燃料がペルチェ素子に付着し難くなる。
【００１０】
請求項４に記載した発明は、前記エアクリーナケース内のクリーンサイド側に前記ペルチェ素子が取り付けられることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、ペルチェ素子がエアクリーナエレメントでろ過される前の外気に触れることがない。
【００１２】
請求項５に記載した発明は、前記エアクリーナケースの上壁に前記ペルチェ素子が取り付けられることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、ペルチェ素子により吸入空気の冷却を行う際には、エアクリーナケース内に導入された吸入空気を効率良く冷却できる。
【００１４】
請求項６に記載した発明は、前記ペルチェ素子が、インテークマニホールド（例えば実施例のインテークマニホールド７０）に配置されることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、インテークマニホールドを通過する吸入空気を加熱又は冷却することで、吸入空気温度をより効果的に調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載した発明によれば、外気温度に関わらずエンジンの吸入空気温度を適温に保つことができ、エンジンの出力向上を図ることができる。
請求項２に記載した発明によれば、ペルチェ素子の設置面積を広げて吸入空気温度をより確実に制御することができると共に、既存の吸気温センサを兼用すれば、部品点数を抑えた上でペルチェ素子をフィードバック制御することができる。
請求項３に記載した発明によれば、ペルチェ素子への噴射燃料の付着を抑えて吸入空気温度の調整を良好に行うことができる。
請求項４に記載した発明によれば、外気導入に伴うペルチェ素子への汚れの付着を抑えて吸入空気温度の調整を良好に行うことができる。
請求項５に記載した発明によれば、エアクリーナケース内の吸入空気を効率良く冷却してエンジンの出力向上を図ることができる。
請求項６に記載した発明によれば、吸入空気温度をより効果的に制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。なお、以下の説明における前後左右等の向きの記載は車両における向きと同一のものとする。
図１に示すように、自動二輪車１の前輪２を軸支するフロントフォーク３はステアリングステム４を介して車体フレーム５の前端部に設けられたヘッドパイプ６に操舵可能に枢支される。ヘッドパイプ６からは車体フレーム５のメインフレーム７が斜め下後方に延び、その後端部が下方に屈曲してピポットプレート８に連なる。また、メインフレーム７の後部には斜め上後方に延びるシートフレーム９の前端部が接続される。
【００１８】
ピボットプレート８にはピボット軸１１を介してスイングアーム１３の基端部がスイング可能に取り付けられ、このスイングアーム１３の先端部には後輪１２が軸支される。スイングアーム１３の基端側の上部にはクッションユニット１４の上端部が取り付けられ、このクッションユニット１４の下端部がリンク機構１５を介してピボット軸１１よりも下位置でピボットプレート８に連結される。
【００１９】
メインフレーム７の上方には燃料タンクカバー１７が、メインフレーム７の下方には水冷式直列四気筒型のエンジン１８が各々搭載される。また、燃料タンクカバー１７の後方には運転者用のシート１９及び後部搭乗者用のピリオンシート２０が設けられる。ピボットプレート８の後部には運転者用のステップ２１が取り付けられ、シートフレーム９の下部には後部搭乗者用のステップ２２が取り付けられる。燃料タンクカバーの内側には、その前部にエアクリーナケース３４が、後部に燃料タンク本体１７ａがそれぞれ配設される。
【００２０】
フロントフォーク３の上端部にはハンドル２３が取り付けられる。また、フロントフォーク３の下端部にはキャリパブラケットを介してブレーキキャリパ２４が取り付けられ、前輪２のハブ部にはブレーキキャリパ２４に対応するブレーキディスク２５が取り付けられて、自動二輪車１のフロントディスクブレーキ２６が構成される。なお、後輪１２の右側には、フロントディスクブレーキ２６と同様の構成を有する不図示のリアディスクブレーキが設けられる。
【００２１】
自動二輪車１の車体前部はフロントカウル２７により覆われ、シートフレーム９周辺はリアカウル２８により覆われる。後輪１２の左側にはリアスプロケット２９が取り付けられ、このリアスプロケット２９とエンジン１８の後部左側に配設されたドライブスプロケット３０とにドライブチェーン３１が掛け回されて、エンジン１８の駆動力が後輪１２に伝達される。
【００２２】
エンジン１８のシリンダヘッド３２の上部後側には各気筒に対応するスロットルボディ３３の下流側が接続され、各スロットルボディ３３の上流側は前記エアクリーナケース３４に接続される。シリンダヘッド３２の前部には各気筒に対応する排気管３５が接続され、この排気管３５がシリンダヘッド３２の前部から下方に向かって湾曲し、クランクケース３６下方を通過した後にピボットプレート８後方で上方に向かって屈曲してシートフレーム９に支持されたサイレンサ３７に接続される。排気管３５の前方にはエンジン１８冷却用のラジエータ３８が配設される。
【００２３】
図２に示すように、エンジン１８は、燃焼室４０内で混合気を燃焼させることで、シリンダ４１内でピストン４２を往復直線運動させるレシプロエンジンであり、このピストン４２の往復運動がコンロッド４３を介してクランクシャフト４４で回転運動に変換されて回転動力が出力される。
シリンダヘッド３２には、気筒毎に吸気ポート４５及び排気ポート４６が形成されており、これら各ポート４５，４６の燃焼室４０側の開口が、それぞれ吸気バルブ４７及び排気バルブ４８により開閉される。シリンダヘッド３２の上部後側には各気筒の吸気ポート４５の開口が設けられ、この開口にインシュレータ４９を介してスロットルボディ３３の下流側が接続される。スロットルボディ３３の上流側はエアクリーナケース３４の下部後側に接続され、かつ各スロットルボディ３３に対応するエアファンネル５０がエアクリーナケース３４内に配設される。これらインシュレータ４９、スロットルボディ３３、及びエアファンネル５０により、シリンダヘッド３２における各気筒の吸気ポート４５の開口から斜め上後方に直線的に延びる吸入空気導入通路が形成される。
【００２４】
エアクリーナケース３４内には、その前部にエアクリーナエレメント５１が設けられる。エアクリーナエレメント５１は略円筒状のもので、エアクリーナケース３４の下部前側に設けられたエアダクト５２の開口を覆うようにその下端を当接させ、かつ上方に位置するほど後方に位置するように傾斜した状態で固定される。エアクリーナケース３４への外気導入通路となるエアダクト５２は、エアクリーナケース３４の下部前側から斜め下前方に延び、エンジン１８の前方でかつラジエータ３８の上方において、その前端の吸気口５２ａを略前方に指向させた状態で配置される。そして、エアダクト５２、エアクリーナケース３４、ファンネル、スロットルボディ３３、インシュレータ４９、及び吸気ポート４５により、エンジン１８の吸気通路５３が構成される。
【００２５】
ここで、エアダクト５２の吸気口５２ａがエンジン１８の前方でかつラジエータの上方にて前方に向かって開口することで、自動二輪車１の走行時には、走行風圧により、大量の外気がエンジン１８やラジエータ３８の熱の影響を受けずにエアクリーナケース３４内に押し込まれるように導入される。その結果、エンジン１８への吸入空気密度が高まると共に充填効率が高まることで、該エンジン１８の高出力化が図られている。なお、エアダクト５２の前部には、その外気導入通路を自動二輪車１の速度等に応じて絞る可動弁５２ｂが設けられている。
【００２６】
各スロットルボディ３３における吸気通路５３を開閉させるスロットルバルブ３３ａよりも下流側の部位には、シリンダヘッド３２の吸気ポート４５に向かって燃料を噴射可能に配置されたインジェクタ５４が取り付けられる。また、エアクリーナケース３４の上部（上壁）後側には、各エアファンネル５０の開口に向かって燃料を噴射可能に配置されたインジェクタ５５が取り付けられる。
そして、エアダクト５２を通過してエアクリーナケース３４内に導入される外気は、エアクリーナエレメント５１をその内側から外側に向かって通過することでろ過された後に、各エアファンネル５０から気筒毎の吸入空気導入通路に侵入し、各インジェクタ５４，５５から噴射された燃料との混合気となってシリンダ４１内に供給される。
【００２７】
ここで、エアクリーナケース３４内のクリーンサイド側、つまり吸気通路５３におけるエアクリーナエレメント５１よりも下流側の部位であって、エアクリーナケース３４のインジェクタ５５の取り付け面（エアクリーナケースの上壁内面）近傍の部位には、後述するペルチェ素子６３が取り付けられている。
【００２８】
図３において、５６は電子制御式燃料噴射装置の制御を行う制御回路を示す。この制御回路５６は所謂ＥＣＵ（Ｅｌｅｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）やＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等を有し、バッテリ５７からの電力供給を受けて作動する。この制御回路５６が、吸入空気量を測定するエアフローメータ５８、スロットルバルブ３３ａの開度を測定する開度センサ５９、クランクシャフト４４の回転角度を検出する回転角度センサ６０、吸入空気温度を測定する吸気温センサ６１、エンジン温度（冷却水温度）を測定する水温センサ６２等からの出力等を入力データとして所定の処理を行い、エンジン１８の運転状態に応じた燃料噴射量、燃料噴射タイミング、及び混合気への点火タイミング等を制御するべく各部に指令信号を出力する。
【００２９】
吸気温センサ６１は例えばエアクリーナケース３４の後部に設けられており、この吸気温センサ６１がエアクリーナケース３４内の温度を電子制御式燃料噴射装置の制御パラメータの一つである吸入空気温度として測定することで、制御回路５６が吸入空気の密度、換言すれば酸素濃度に適した燃料噴射量となるように各インジェクタ５４，５５に指令信号を出力している。
そして、この実施例におけるエアクリーナケース３４の上部後側には、エアクリーナケース３４内の空気を加熱又は冷却するように制御されるペルチェ効果を利用した電子温度制御素子、つまりペルチェ素子６３が設けられる。
【００３０】
図４に示すように、ペルチェ素子６３は、例えば交互に配列された任意数のＰ型半導体６４及びＮ型半導体６５を銅板電極６６を用いて電気的に直列に接続すると共に、これを一対のセラミック基板６７で挟み込んで成る周知の構成を有する。このペルチェ素子６３にリード線６８を介して直流電流を流すことで、各半導体６４，６５と銅板電極６６との間で放熱現象又は吸熱現象が生じ、一方のセラミック基板６７側が加熱され、他方のセラミック基板６７側が冷却される。この加熱温度及び冷却温度は、ペルチェ素子６３に流す電流又は電圧を増減させ、吸熱量及び放熱量を増減させることで調整可能である。また、電流の方向を逆転させることで、吸熱側つまり冷却側と放熱側つまり加熱側とを入れ替えることが可能である。
【００３１】
このように構成されたペルチェ素子６３が、その設置面積を大きく確保するべく、エアクリーナケース３４の上壁を大きく切り欠いて形成された開口に、一方のセラミック基板６７をエアクリーナケース３４の内部に望ませると共に他方のセラミック基板６７をエアクリーナケース３４の外部に露出させた状態で、該エアクリーナケース３４に断熱材６９を介して取り付けられる。これにより、ペルチェ素子６３のエアクリーナケース３４の内部に臨むセラミック基板６７を放熱面とするべく該ペルチェ素子６３に直流電流を流すことで、エアクリーナケース３４内の空気を加熱することができ、この逆方向に電流を流すことで、エアクリーナケース３４内の空気を冷却することができる。ペルチェ素子６３への電力供給は、制御回路５６により、吸気温センサ６１が測定したエアクリーナケース３４内の温度（吸入空気温度）が予め設定された温度（例えば１０℃）となるように制御される。なお、予め設定された吸入空気温度とは、制御回路５６に入力された各情報から総合的に判断されるエンジン１８の運転状態に応じて、該エンジン１８に最適な出力を発生させるべく設定された値である。
【００３２】
次に、図５に示すフローチャートを参照し、制御回路５６によるペルチェ素子６３の制御の流れについて説明する。
最初に、自動二輪車１のイグニッションがＯＮになると共に処理が開始され（ステップＳ１）、まず、吸気センサが測定したエアクリーナケース３４内温度（吸入空気温度）が読み込まれる（ステップＳ２）。次いで、読み込まれたエアクリーナケース３４内温度が適温、つまり前記予め設定された吸入空気温度であるか否かの判定が行われる（ステップＳ３）。このとき、エアクリーナケース３４内の温度が適温である場合（ＹＥＳ）には、前記ステップＳ２に戻り、上記処理が繰り返される。
【００３３】
そして、ステップＳ３において、エアクリーナケース３４内の温度が適温ではないと判定された場合（ＮＯ）には、ステップＳ４に進み、エアクリーナケース３４内の温度が適温（この実施例では１０℃）よりも低い値であるか否かの判定が行われる。このとき、エアクリーナケース３４内の温度が適温よりも低い場合（ＹＥＳ）には、ペルチェ素子６３のエアクリーナケース３４の内部に臨むセラミック基板６７側を加熱する方向へ一定量の電流が一定時間流される（ステップＳ５）。また、エアクリーナケース３４内の温度が適温よりも高い場合（ＮＯ）には、ペルチェ素子６３のエアクリーナケース３４の内側に臨むセラミック基板６７側を冷却する方向へ一定量の電流が一定時間流される（ステップＳ６）。これらの処理が終了した後に、再度ステップＳ２に戻り、上記処理が繰り返される。
【００３４】
上記実施例によれば、エンジン１８の吸入空気温度を調整して当該エンジン１８の出力を最適化すると共に出力向上を図る吸入空気温度制御装置であって、エンジン１８の吸気通路５３の一部を構成するエアクリーナケース３４にペルチェ素子６３を配置すると共に、エアクリーナケース３４に一般的に設けられる吸気温センサ６１を利用して制御回路５６によりペルチェ素子６３をフィードバック制御するように構成したことで、ペルチェ素子６３に電流を流して吸気通路５３内の吸入空気を加熱することが可能となる一方、これと逆の方向の電流をペルチェ素子６３に流すことで吸入空気の冷却を行うことが可能となる。
【００３５】
このため、外気温度に関わらずエンジン１８の吸入空気温度を適温に保つよう正確に制御することができ、エンジン１８の出力向上を図ることができるという効果がある。
また、大型の壁面を有するエアクリーナケース３４にペルチェ素子６３を配置したことで、ペルチェ素子６３の設置面積を大きく確保して吸入空気温度をより確実に制御することができるという効果がある。
さらに、エアクリーナケース３４に設けられる既存の吸気温センサ６１を利用することで、部品点数の増加を抑えた上でペルチェ素子６３をフィードバック制御することができるという効果がある。
【００３６】
さらにまた、エアクリーナケース３４内のインジェクタ５５の取り付け面の近傍にペルチェ素子６３が取り付けられることで、インジェクタ５５からの噴射燃料がペルチェ素子６３に付着し難くなり、吸入空気温度の調整を良好に行うことができるという効果がある。
また、エアクリーナケース３４内のクリーンサイド側にペルチェ素子６３が取り付けられることで、ペルチェ素子６３がエアクリーナエレメント５１でろ過される前の外気に触れることがなく、ペルチェ素子６３への汚れの付着を抑えて吸入空気温度の調整を良好に行うことができるという効果がある。
しかも、エアクリーナケース３４の上壁にペルチェ素子６３が取り付けられることで、該ペルチェ素子６３によりエアクリーナケース３４内に導入された吸入空気の冷却を行う際には、空気密度の差異に応じてエアクリーナケース３４内の上部に留まり易い比較的高温の空気を集中的に冷却できる。すなわち、エアクリーナケース３４内の吸入空気を効率良く冷却してエンジン１８の出力向上を図ることができるという効果がある。
【００３７】
ここで、ペルチェ素子６３は小型軽量のため、吸気通路５３への影響を抑えることが容易であり、かつ精密な温度調整が可能な上に温度応答性も良いことから、自動二輪車１等の車両のエンジン１８のように要求される温度が様々に変化するような場合にも好適である。しかも、自動二輪車１のように、前方に向かって開口した吸気口５２ａから吸入空気をダイレクトに吸気通路５３に導入するような場合、外気温度が低いと吸入空気温度が低くなり過ぎる虞があったが、これもペルチェ素子６３により温度調整を行うことで解決することが可能である。
【００３８】
なお、この発明は上記実施例に限られるものではなく、例えばエアクリーナケース３４ではなく、エアクリーナエレメント５１やスロットルボディ３３、インシュレータ４９、及びシリンダヘッド３２等に設置しても同様の効果を得ることが可能である。
また、並列四気筒以外のエンジンにも適用可能であることはもちろん、図６に示すように、インテークマニホールド７０を介して各気筒に吸気を行うエンジン７１にも適用可能である。このとき、インテークマニホールド７０はエンジン７１の吸気通路７２の一部を構成しており、このインテークマニホールド７０における例えば各気筒＃１〜＃４に対応する分岐管の集合部分であってスロットルボディ３３よりも下流側にペルチェ素子７３が配置される。そして、インテークマニホールド７０を通過する吸入空気を加熱又は冷却することで、吸入空気温度をより効果的に調整し制御することができる。なお、エンジン７１は吸気通路７２の構成が異なること以外は上記実施例と同様の構成を有するものとしてその説明は省略する。
さらに、ペルチェ素子６３，７３に一定量の電流を供給する場合、ペルチェ素子には加熱及び冷却温度の飽和点があることから、電流量を予め適切に設定することで、吸気温センサ６１を無くし、かつ制御回路５６によるコントロールを無くすことも可能である。さらにまた、加熱及び冷却の両方をコントロールするのではなく、どちらか一方だけをコントロールするようにしてもよい。
そして、上記実施例における構成は一例であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】この発明の実施例における自動二輪車の側面図である。
【図２】図１における要部の拡大説明図である。
【図３】上記自動二輪車のエンジン周辺の構成を示す構成図である。
【図４】ペルチェ素子の断面説明図である。
【図５】制御回路における処理手順を示すフローチャート図である。
【図６】この発明の変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４０】
１８，７１  エンジン
３４  エアクリーナケース
５３，７２  吸気通路
５５  インジェクタ
６３，７３  ペルチェ素子
７０  インテークマニホールド
【図１】
2005171864.tif 000003
【図２】
2005171864.tif 000004
【図３】
2005171864.tif 000005
【図４】
2005171864.tif 000006
【図５】
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【図６】
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