JP2006160142A - 内燃機関用吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関２０に吸入される空気の温度上昇を抑制して充填効率を高め、内燃機関２０の発生トルクを増加させる。
【解決手段】 空気吸入口４００から吸入した燃焼用空気を内燃機関２０に導く吸気ダクト４０を覆い管６０にて覆って、断熱空間６００を形成する。高速域ではラム圧を利用して断熱空間６００に断熱用空気を供給し、ラム圧による断熱用空気の供給が十分にできない速度域では、ファン３０２を強制的に作動させて、ファン３０２の負圧により断熱空間６００に空気を吸入する。そして、断熱空間６００を流れる断熱用空気によって吸気ダクト４０とエンジンルーム１３との間を断熱し、燃焼用空気の温度上昇を抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関に吸入される燃焼用空気の温度を制御する内燃機関用吸気装置に関するものである。

内燃機関に吸入される燃焼用空気の温度が低いほど充填効率が高くなって発生トルクが増加する。そこで、ラジエータを通過しない空気、換言すると、ラジエータにて昇温されていない比較的低温の空気を、内燃機関に吸入させるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２５７５２２号公報

しかしながら、低温の燃焼用空気を吸入しても、燃焼用空気は吸気経路を通過中にエンジンルーム内の熱を受けて昇温し、内燃機関の吸気ポート付近ではかなり昇温している。具体的には、空気吸入口での吸気温度が例えば従来よりも３０℃低い場合でも、吸気ポート付近では従来よりも５℃低い程度である。したがって、低温の燃焼用空気を吸入しても、内燃機関の発生トルクを十分に増加させることができないという問題があった。

本発明は上記点に鑑みて、吸気経路を通過中の空気の温度上昇を抑制して、内燃機関の発生トルクを増加させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、車両に搭載される内燃機関（２０）の吸気装置であって、空気吸入口（４００）から吸入した燃焼用空気を内燃機関（２０）に導く吸気経路（４０、５０）と、吸気経路（４０、５０）を覆って吸気経路（４０、５０）との間に断熱空間（６００）を形成する覆い管（６０）とを備え、断熱空間（６００）を断熱用空気が流れる構成であることを特徴とする。

これによると、断熱空間を流れる断熱用空気によって吸気経路とエンジンルームとの間が断熱されるため、吸気経路を通過中の燃焼用空気はエンジンルーム内の熱を受けにくい。したがって、吸気経路を通過中の燃焼用空気の温度上昇を抑制して、内燃機関の発生トルクを増加させることができる。

請求項２に記載の発明では、吸気経路（４０、５０）は燃焼用空気を清浄化するエアクリーナ（５０）を含み、吸気経路（４０、５０）におけるエアクリーナ（５０）よりも空気流れ上流側が、覆い管（６０）にて覆われていることを特徴とする。

ところで、吸気経路のうち空気吸入口に近い位置ほど、燃焼用空気とエンジンルーム内の空気との温度差が大きいため、燃焼用空気の温度上昇幅が大きくなる。したがって、請求項２に記載の発明によると、燃焼用空気の温度上昇を効率よく抑制することができる。

請求項３に記載の発明では、内燃機関（２０）を冷却する冷却液と空気とを熱交換して冷却液を冷却するラジエータ（３００）と、ラジエータ（３００）に空気を供給するファン（３０２）とを備え、ファン（３０２）を利用して断熱用空気を供給することを特徴とする。

これによると、断熱用空気を供給するためのファンを別途設ける必要がないため、構成の複雑化や搭載スペースの増加を抑制することができる。

請求項４に記載の発明では、ラム圧を利用して断熱用空気を供給することを特徴とする。これによると、ラム圧による断熱用空気の供給が可能な車速域では、断熱用空気を供給するためのファンを駆動する必要がないため、例えばファンが電動モータ駆動方式の場合、電力消費量を抑制することができる。

請求項５に記載の発明では、内燃機関（２０）を冷却する冷却液と空気とを熱交換して冷却液を冷却するラジエータ（３００）と、ラジエータ（３００）に空気を供給するファン（３０２）とを備え、ラム圧を利用して断熱用空気を供給するとともに、アイドリング時および所定車速未満のときには、ファン（３０２）を利用して断熱用空気を供給する。

これによると、請求項３、４と同様の効果を得ることができる。また、ラム圧による断熱用空気の供給が十分にできない速度域では、ファンを利用して断熱用空気を供給するため、全速度域で確実に断熱用空気を供給することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の実施形態について説明する。図１は一実施形態に係る内燃機関用吸気装置を搭載した車両の模式図、図２は図１の電子制御装置８０にて実行されるファン３０２の制御ルーチンを示すフローチャートである。

図１に示すように、車両の前端部には、空気取り入れ口１００を有するバンパーフェイシャー１０が配設されており、このバンパーフェイシャー１０は補強部材１１に取り付けられている。バンパーフェイシャー１０の上方には、空気取り入れ口１２０を有するグリル１２が配設されている。バンパーフェイシャー１０およびグリル１２の車両後方側には、エンジンルーム１３が形成されており、エンジンルーム１３の上部はフード１４によって覆われれている。

エンジンルーム１３には水冷式の内燃機関２０が配設され、また、エンジンルーム１３において、バンパーフェイシャー１０の車両後方側で且つ内燃機関２０の車両前方側には、熱交換ユニット３０が配設されている。

熱交換ユニット３０は、ラジエータ３００、このラジエータ３００の空気流れ上流側に配置されたコンデンサ３０１、ラジエータ３００の空気流れ下流側に配置されたファン３０２、およびラジエータ３００の空気流れ下流側に配置されたシュラウド３０３を備えている。

ラジエータ３００は、内燃機関２０を冷却する冷却液と空気とを熱交換して冷却液を冷却するものである。コンデンサ３０１は、車室内の空調を行うための空調装置における蒸気圧縮式冷凍機の一部をなすもので、冷媒と空気とを熱交換して冷媒を冷却するものである。

ファン３０２は、ラジエータ３００およびコンデンサ３０１に冷却風を送風するものであり、空気流を発生する羽根とこの羽根を回転させる電動モータとを備えている。シュラウド３０３は、ファン３０２によって発生させた空気流がラジエータ３００およびコンデンサ３０１を通過するように空気流をガイドするものである。

内燃機関２０に導入される燃焼用の空気は、筒状の吸気ダクト４０、空気を清浄化するエアクリーナ５０、内燃機関２０の各気筒に空気を分配するインテークマニホールド（図示せず）等を介して、内燃機関２０に導かれる。なお、吸気ダクト４０、エアクリーナ５０、およびインテークマニホールドは、本発明の吸気経路を構成する。

吸気ダクト４０は、２つの空気吸入口４００、４０１を有している。そして、第１空気吸入口４００は、グリル１２の車両後方側に位置していて、エンジンルーム１３に流入した直後の空気、換言すると、ラジエータ３００およびコンデンサ３０１を通過していない冷気を導入するようになっている。なお、第１空気吸入口４００は、本発明の空気吸入口に相当する。

第２空気吸入口４０１は、熱交換ユニット３０の上方に位置していて、熱交換ユニット３０や内燃機関２０の熱にて暖められたエンジンルーム１３内の暖気を導入するようになっている。

吸気ダクト４０内には、内燃機関２０に導入される空気の温度が一定になるように内燃機関２０に導入される冷気の量および暖気の量を調節する周知の切替ドア４０２が配設されている。

吸気ダクト４０は、筒状の覆い管６０にて覆われている。換言すると、吸気経路におけるエアクリーナ５０よりも空気流れ上流側が覆い管６０にて覆われている。そして、吸気ダクト４０と覆い管６０との間に断熱空間６００が形成されている。

覆い管６０の空気取り入れ口６０１は、吸気ダクト４０の第１空気吸入口４００を囲むようにしてグリル１２の車両後方側に位置している。これにより、ラム圧を利用して断熱空間６００に空気が導入されるようにするとともに、エンジンルーム１３に流入した直後の空気、換言すると、ラジエータ３００およびコンデンサ３０１を通過していない冷気を断熱空間６００に導入するようになっている。

断熱空間６００の空気流れ下流端には筒状の連絡ダクト７０の一端が接続されており、ラジエータ３００の空気流れ下流側で且つファン３０２の空気流れ上流側の部位に、連絡ダクト７０の他端が接続されている。

そして、低車速時のようにラム圧による断熱空間６００への空気導入量が少ない場合には、ファン３０２によって発生する負圧により、断熱空間６００および連絡ダクト７０を介して空気を吸入するようになっている。

因みに、吸気ダクト４０、覆い管６０、および連絡ダクト７０は、いずれも樹脂製であり、それらは個別に成形してもよいし、それらのうちの２つあるいは全部を一体成形してもよい。

熱交換ユニット３０のファン３０２の作動は、電子制御装置８０によって制御されるようになっている。この電子制御装置８０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる周知のマイクロコンピュータを備え、マイクロコンピュータに記憶したプログラムに従って演算処理を行うものである。

電子制御装置８０には、車速を検出して車速信号を出力する車速センサ８１、スロットルバルブの開度またはアクセルペダルの踏み込み量を検出してアクセル開度信号を出力するアクセル開度センサ８２、内燃機関２０の回転数を検出して回転数信号を出力する回転数センサ８３、内燃機関２０の冷却液の温度を検出して冷却液温信号を出力する冷却液温センサ８４、蒸気圧縮式冷凍機内の冷媒の圧力を検出して冷媒圧信号を出力する冷媒圧センサ８５等が接続されている。

上記構成になる内燃機関用吸気装置は、ラム圧またはファン３０２の負圧により断熱空間６００に空気を供給し、断熱空間６００を流れる空気によって吸気ダクト４０とエンジンルーム１３との間を断熱する。したがって、吸気ダクト４０を通過中の燃焼用空気はエンジンルーム１３内の熱を受けにくくなり、吸気ダクト４０を通過中の燃焼用空気の温度上昇が抑制されるため、内燃機関２０の発生トルクを増加させることができる。

ここで、電子制御装置８０は、図２に示す制御ルーチンにしたがってファン３０２の作動を制御し、ファン３０２の負圧により断熱空間６００に空気を吸入する必要があるときには、冷却液温や冷媒圧にかかわらず強制的にファン３０２を駆動させる制御を行う。

以下、図２に基づいてファン３０２の制御について説明する。まず、ラジエータ３００の現在の負荷から要求される風量を得るために必要なファン３０２への印加電圧Ｖｒ（以下、ラジエータ要求電圧Ｖｒという）を、冷却液温に基づいて算出する（Ｓ１０）。また、コンデンサ３０１の現在の負荷から要求される風量を得るために必要なファン３０２への印加電圧Ｖｃ（以下、コンデンサ要求電圧Ｖｃという）を、冷媒圧に基づいて算出する（Ｓ１１）。

次いで、ラジエータ要求電圧Ｖｒとコンデンサ要求電圧Ｖｃとを比較し（Ｓ２０）、ラジエータ要求電圧Ｖｒが高い場合には（Ｓ２０がＹＥＳ）、ファン３０２に印加すべき電圧Ｖｆ（以下、ファン印加電圧Ｖｆという）をラジエータ要求電圧Ｖｒと同じ値に決定し、コンデンサ要求電圧Ｖｃが高い場合には（Ｓ２０がＮＯ）、ファン印加電圧Ｖｆをコンデンサ要求電圧Ｖｃと同じ値に決定する。

そして、停車中、すなわち車速が０ｋｍ／ｈの場合には（Ｓ２５がＹＥＳ）、ファン印加電圧Ｖｆを最高印加電圧Ｖｍａｘに決定する（Ｓ７０）。そして、Ｓ７０で決定したファン印加電圧Ｖｆを出力することにより、冷却液温や冷媒圧にかかわらず、ファン３０２を強制的にかつ最大能力で作動させる。

また、走行中（Ｓ２５がＮＯ）で、且つ車速が所定車速（本実施形態では２０ｋｍ／ｈ）以上の場合には（Ｓ３０がＮＯ）、ラム圧を利用して断熱空間６００に空気を十分に供給することができるため、Ｓ２１またはＳ２２で決定したファン印加電圧Ｖｆを出力する（Ｓ４０）。

一方、走行中（Ｓ２５がＮＯ）であっても、車速が所定車速未満（Ｓ３０がＹＥＳ）の場合は、ラム圧による断熱空間６００への空気導入量が少ないため、所定の条件のときを除いて、ファン３０２を強制的にかつ最大能力で作動させて、ファン３０２の負圧により断熱空間６００に空気を吸入する。

すなわち、車速が所定車速未満（Ｓ３０がＹＥＳ）の場合において、アクセル開度が所定開度以上（Ｓ５０がＹＥＳ）のときや、あるいは内燃機関２０の回転数が所定回転数以上（Ｓ６０がＹＥＳ）のときには、ファン印加電圧Ｖｆを最高印加電圧Ｖｍａｘに決定する（Ｓ７０）。そして、Ｓ７０で決定したファン印加電圧Ｖｆを出力することにより、冷却液温や冷媒圧にかかわらず、ファン３０２を強制的にかつ最大能力で作動させる。

一方、車速が所定車速未満（Ｓ３０がＹＥＳ）の場合において、アクセル開度が所定開度未満（Ｓ５０がＮＯ）で、且つ内燃機関２０の回転数が所定回転数未満（Ｓ６０がＮＯ）のとき、すなわち、低負荷低回転の定常走行時には、断熱空間６００に空気を供給する必要がないため、Ｓ２１またはＳ２２で決定したファン印加電圧Ｖｆを出力する（Ｓ４０）。

本実施形態では、断熱空間６００を流れる空気によって吸気ダクト４０とエンジンルーム１３との間が断熱されるため、吸気ダクト４０を通過中の燃焼用空気はエンジンルーム１３内の熱を受けにくい。したがって、吸気ダクト４０を通過中の燃焼用空気の温度上昇を抑制して、内燃機関２０の発生トルクを増加させることができる。

また、吸気経路のうち第１空気吸入口４００に近い位置ほど、燃焼用空気とエンジンルーム内の空気との温度差が大きいため、燃焼用空気の温度上昇幅が大きくなる。そして、本実施形態では、吸気経路におけるエアクリーナ５０よりも空気流れ上流側を覆い管６０にて覆っているため、燃焼用空気の温度上昇を効率よく抑制することができる。

また、ラジエータ３００に空気を供給するファン３０２を利用して断熱空間６００に断熱用空気を供給するため、断熱用空気を供給するためのファンを別途設ける必要がなく、構成の複雑化や搭載スペースの増加を抑制することができる。

また、ラム圧を利用して断熱空間６００に断熱用空気を供給するため、ラム圧による断熱用空気の供給が可能な車速域では、断熱用空気を供給するためのファンを駆動する必要がなく、ファンが電動モータ駆動方式の場合、電力消費量を抑制することができる。

また、ラム圧による断熱用空気の供給が十分にできない速度域では、ファン３０２を強制的にかつ最大能力で作動させて、ファン３０２の負圧により断熱空間６００に空気を吸入するため、全速度域で確実且つ十分に断熱用空気を供給することができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関用吸気装置を搭載した車両の模式図である。 図１の電子制御装置８０にて実行されるファン３０２の制御ルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

２０…内燃機関、４０…吸気ダクト（吸気経路）、５０…エアクリーナ（吸気経路）、６０…覆い管、４００…第１空気吸入口（空気吸入口）、６００…断熱空間。

Claims (5)

1. 車両に搭載される内燃機関（２０）の吸気装置であって、
   空気吸入口（４００）から吸入した燃焼用空気を前記内燃機関（２０）に導く吸気経路（４０、５０）と、前記吸気経路（４０、５０）を覆って前記吸気経路（４０、５０）との間に断熱空間（６００）を形成する覆い管（６０）とを備え、
   前記断熱空間（６００）を断熱用空気が流れる構成であることを特徴とする内燃機関用吸気装置。
2. 前記吸気経路（４０、５０）は前記燃焼用空気を清浄化するエアクリーナ（５０）を含み、
   前記吸気経路（４０、５０）における前記エアクリーナ（５０）よりも空気流れ上流側が、前記覆い管（６０）にて覆われていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用吸気装置。
3. 前記内燃機関（２０）を冷却する冷却液と空気とを熱交換して冷却液を冷却するラジエータ（３００）と、前記ラジエータ（３００）に空気を供給するファン（３０２）とを備え、
   前記ファン（３０２）を利用して前記断熱用空気を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用吸気装置。
4. ラム圧を利用して前記断熱用空気を供給することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の内燃機関用吸気装置。
5. 前記内燃機関（２０）を冷却する冷却液と空気とを熱交換して冷却液を冷却するラジエータ（３００）と、前記ラジエータ（３００）に空気を供給するファン（３０２）とを備え、
   ラム圧を利用して前記断熱用空気を供給するとともに、アイドリング時および所定車速未満のときには、前記ファン（３０２）を利用して前記断熱用空気を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用吸気装置

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