JP2007023986A - 吸気装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】パージガスなどのガスの気筒分配を均一化することができる吸気装置を提供する。
【解決手段】吸気装置70は、スロットルバルブ91と、吸気コレクタ51と、第1吸気管53と、仕切部80と、ガス導入管71とを備える。第1吸気管53は、スロットルバルブ91と吸気コレクタ51との間に設けられる。仕切部80の第1仕切板81は、第1吸気管53の内側の空間の一部を第1吸気空間53aと第2吸気空間53bとに分ける。ガス導入管71は、スロットルバルブ91と仕切部80の第1仕切板81との間において、第1吸気管53の内側の空間にパージガスを導入する。仕切部80の第1仕切板81は、上流側の部分81bがスロットルバルブ91の回転シャフト91aに対して傾いている。
【選択図】図5

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。

従来から、スロットルバルブと、吸気コレクタと、スロットルバルブと吸気コレクタとの間に設けられる吸気管とを備えた吸気装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開昭62−91621(第1−4頁、第1−3図)

特許文献1の技術では、吸気管が仕切板で第1吸気空間と第2吸気空間とに分けられて、共鳴吸気が行われている。このような吸気装置において、仕切板の上流から、第1吸気空間と第2吸気空間とへパージガスなどのガスが導入されることがある。

しかし、パージガスなどのガスと新気空気とが均一に混ざらないことがあり、パージガスなどのガスの気筒分配が不均一になる傾向にある。

本発明の課題は、パージガスなどのガスの気筒分配を均一化することができる吸気装置を提供することにある。

本発明に係る吸気装置は、調整弁と、吸気コレクタと、第1吸気管と、仕切部と、ガス導入管とを備える。調整弁は、内燃機関の吸気通路に設けられ、吸気通路に吸入される新気空気の量を調整する。吸気コレクタは、吸気通路において、調整弁の下流に設けられる。第1吸気管は、調整弁と吸気コレクタとの間に設けられる。仕切部は、第1吸気管の内側の空間の一部を第1吸気空間と第2吸気空間とに分ける。ガス導入管は、調整弁と仕切部との間において、第1吸気管の内側の空間に第1ガスを導入する。仕切部は、上流側の部分が調整弁の回転軸に対して傾いている。

この吸気装置では、仕切部は、上流側の部分が調整弁の回転軸に対して傾いている。また、ガス導入管は、調整弁と仕切部との間において、第1吸気管の内側の空間に第1ガスを導入する。これらにより、第1ガスと新気空気とのミキシングを促進することができる。

本発明に係る内燃機関では、第1ガスと新気空気とのミキシングを促進することができるので、第1ガスの気筒分配を均一化することができる。

本発明の実施形態に係る内燃機関の断面図を図1に示す。

(内燃機関の概略構成)
内燃機関1は、共鳴吸気を行うV型6気筒の機関である。6つの気筒は、長手方向から見て右側に配置される右バンクと、左側に配置される左バンクとに、同数に分かれて配置されている。なお、図1には、6気筒のうちの1つの気筒が示されている。

内燃機関1は、主として、6つの燃焼室63、吸気装置70、排気装置30、6つの燃料噴射弁27及び6つの点火プラグ29を備える。

各燃焼室63は、シリンダヘッド20,シリンダブロック10およびピストン3に囲まれた室であり、気筒ごとに形成されている。シリンダヘッド20には、燃焼室63に新気空気を供給するための吸気ポート23と、燃焼室63から既燃ガスを排気ガスとして排出するための排気ポート24とが形成されている。

また、吸気装置70は、吸気通路50を介して新気空気及び燃料を各燃焼室63へ導入するように設けられており、6気筒に対して共通に形成されている。吸気装置70は、吸気バルブ21,吸気ポート23及び吸気ブランチ52などを有している。吸気ブランチ52は、吸気ポート23の上流に位置している。吸気ポート23の下流には吸気バルブ21が配備されている。

一方、排気装置30は、排気ガスを各燃焼室63から排出するように設けられており、6気筒に対して共通に形成されている。排気装置30は、主として、排気バルブ22,排気ポート24及び排気ブランチ31を有している。排気ブランチ31は、排気ポート24の下流に位置している。排気ポート24の上流には排気バルブ22が配備されている。

クランクシャフトの回転に連動して回転する吸気用カム軸21b/排気用カム軸22bに固定された吸気用カム21a/排気用カム22aは、吸気バルブ21/排気バルブ22の上方に配置されており、吸気バルブ21/排気バルブ22を開閉させる。

各燃料噴射弁27は、吸気ポート23にガソリン燃料を噴射する弁であり、気筒ごとに設けられている。燃料噴射弁27の先端は、吸気ポート23に突出している。

各点火プラグ29は、燃焼室63上部略中央のシリンダヘッド20から燃焼室63内部へ延びるように、気筒ごとに設けられている。点火プラグ29の先端部分29aは、燃焼室63に突出している。

(内燃機関の概略動作)
内燃機関1では、吸気ブランチ52に導入された後述の第1混合気が、吸気ポート23に導入されている。加圧された燃料が供給される燃料噴射弁27は、吸気ポート23に導入された第1混合気に燃料を噴射する。これにより、吸気ポート23において、新気混合気が形成される。

吸気行程において、吸気用カム21aにより吸気バルブ21は開状態とされ、吸気ポート23で形成された新気混合気は、吸気ポート23から燃焼室63へ導入される。

圧縮行程においては、ピストン3が上昇して、燃焼室63の新気混合気が圧縮される。そして、点火プラグ29の先端部分29aにより、燃焼室63の新気混合気は所定のタイミングで点火され燃焼する。

膨張行程では、新気混合気が燃焼して発生した燃焼圧力によって、ピストン3が押し下げられる。

排気行程では、排気用カム22aにより排気バルブ22が開状態とされ、燃焼室63で燃焼された既燃ガスが、排気ガスとして排気ポート24経由で排気ブランチ31へ排出される。

(吸気装置の概略構成)
吸気装置の上面図を図2に示す。また、図2の矢視III-IIIから見た図を図3に示す。さらに、図3のIV-IV断面図を図4に示す。

吸気装置70は、主として、吸気通路50,スロットルバルブ(調整弁)91(図1参照),吸気バルブ21(図1参照),仕切部80,ガス導入管71を備える。

吸気通路50は、燃焼室63に吸入される新気空気が流される通路である。吸気通路50は、主として、スロットルチャンバ54(図1参照),第1吸気管53,吸気コレクタ51,吸気ブランチ52及び吸気ポート23(図1参照)を有する。仕切部80は、第1仕切板81と第2仕切板82とを有する。

スロットルチャンバ54には、スロットルバルブ91(図1参照)が配備されている。スロットルバルブ91は、開度が変えられることにより、スロットルチャンバ54を通過する新気空気の量を変えることができるようになっている。これにより、スロットルバルブ91は、吸入される新気空気の量を調整する。

第1吸気管53は、スロットルチャンバ54と吸気コレクタ51との間に設けられる。第1吸気管53の管壁53cは、略円弧状に湾曲しながら、スロットルチャンバ54と吸気コレクタ51とを連通している。また、第1吸気管53の内側の空間の一部は、第1仕切板81により、右バンクと左バンクとに対応して、第1吸気空間53aと第2吸気空間53bと(第1仕切板81の上下、図6参照)に分けられている。ここで、第1仕切板81は、スロットルバルブ91の付近(フランジ53e付近であってフランジ53eより下流)から吸気コレクタ51に至る部分に設けられている。さらに、第1吸気管53の内側の空間の残りの部分は、第1仕切板81よりも上流であってスロットルバルブ91よりも下流に位置する第3吸気空間53dとなっている。

ガス導入管71は、スロットルチャンバ54と第1仕切板81との間で第1吸気管53に合流するように接続されている。これにより、ガス導入管71は、第3吸気空間53dにパージガス(第1ガス)を導入することができるようになっている。ここで、パージガスは、燃料タンク(図示せず)の燃料の蒸発ガスが排出されるのを抑制するキャニスタ(図示せず)から導入されるガスである。

コレクタ壁51cに囲まれて形成される吸気コレクタ51は、スロットルバルブ91及び第1吸気管53の下流に設けられている。吸気コレクタ51は、略直方体形状をしており、中央付近に第1吸気管53が接続されている。また、吸気コレクタ51は、第2仕切板82により、右バンクと左バンクとに対応して、第1コレクタ空間と第2コレクタ空間と(第2仕切板82の上下)に分けられている。ここで、第2仕切板82の第1吸気管53側の端部82cは、第1仕切板81の吸気コレクタ51側の端部(下流側の部分)81cと連続している。これにより、第1コレクタ空間は第2吸気空間53bに連通されずに第1吸気空間53aに連通されており、第2コレクタ空間は第1吸気空間53aに連通されずに第2吸気空間53bに連通されている。

吸気ブランチ52は、吸気コレクタ51とシリンダヘッド20との間に設けられており、第1吸気管53と反対側の部分で吸気コレクタ51に接続されている。吸気ブランチ52は、気筒数分(図2では6気筒)設けられた各吸気ポート23に対応して分岐しており、第1分岐管52a,第2分岐管52b,第3分岐管52c,第4分岐管52d,第5分岐管52e及び第6分岐管52fを有している。ここで、第1分岐管52a,第2分岐管52b及び第3分岐管52cが右バンクに対応しており、第1コレクタ空間から右バンクの各吸気ポート23へと延びている。また、第4分岐管52d,第5分岐管52e及び第6分岐管52fが左バンクに対応しており、第2コレクタ空間から左バンクの各吸気ポート23へと延びている。

そして、各吸気ポート23の下流には、吸気ポート23と燃焼室63との間を開閉するように、吸気バルブ21が設けられている。

(吸気装置の概略動作)
スロットルバルブ91は、所定の開度で開かれる。これにより、吸入される量が調整された新気空気は、スロットルチャンバ54を通過して第1吸気管53の第3吸気空間53dへ導入される。一方、ガス導入管71には、キャニスタ(図示せず)からパージガスが導入される。ガス導入管71に導入されたパージガスは、第3吸気空間53dに導入される。そして、第3吸気空間53dにおいて新気空気とパージガスとが混合して第1混合気が生成される。この第1混合気は、第1吸気空間53aと第2吸気空間53bとへ分岐して、吸気コレクタ51へ向かって流れる。これにより、共鳴吸気を行うために、第1吸気空間53aにおける第1混合気の脈動と、第2吸気空間53bにおける第1混合気の脈動とは、位相を異ならせることができるようになっている。

そして、第1混合気は、第1吸気空間53aから第1コレクタ空間へ導入された後、第1分岐管52a〜第3分岐管52cを介して、右バンクの各吸気ポート23に導入される。吸気ポート23に導入された第1混合気は、吸気バルブ21が開いた際に燃焼室63へ導入される。

同様に、第1混合気は、第2吸気空間53bから第2コレクタ空間へ導入された後、第4分岐管52d〜第6分岐管52fを介して、左バンクの各吸気ポート23に導入される。吸気ポート23に導入された第2混合気は、吸気バルブ21が開いた際に燃焼室63へ導入される。

(第1吸気管及び第1仕切板の詳細構成)
図2の矢視V-Vから見た図を図5に示す。さらに、図2のVI-VI断面図を図6に示す。

スロットルバルブ91の回転シャフト(回転軸)91a(図1参照)を、フランジ53eのスロットルチャンバ54への接合面53fと同一平面上に投影したものが、図5に破線で示されている。すなわち、第1仕切板81は、上流側の部分81bがスロットルバルブ91の回転シャフト91a(図1参照)に対して角度θ(例えば、12度)をなして傾いている。具体的には、第1仕切板81は、第1吸気空間53aを向く第1面81dと、第2吸気空間53bを向く第2面81eとを有している。そして、互いに略平行な第1面81dと第2面81eとは、上流側の部分81bにおいて、スロットルバルブ91の回転シャフト91aに対して角度θをなして傾いている。

また、吸気装置70が車載された状態における水平方向HDは、スロットルバルブ91の回転シャフト91a(図1参照)に略平行である。すなわち、第1仕切板81は、車載状態の水平方向HDに対しても角度θ(例えば、12度)をなして傾いている。具体的には、互いに略平行な第1面81dと第2面81eとは、上流側の部分81bにおいて、車載状態の水平方向HDに対して角度θをなして傾いている。このため、第1仕切板81が水平方向HDに対して傾いていない場合に比べて、中心軸CAを通り水平方向HDに平行な軸(図5では破線で示した回転シャフト91aと重なる軸)に関する第1吸気管53及び第1仕切板81の断面係数は向上している。このため、第1仕切板81が水平方向HDに対して傾いていない場合に比べて、水平方向HDに略垂直な上下方向の振動を抑制することができるようになっている。

さらに、第1仕切板81は、第1吸気管53が延びている方向に沿って延びている。具体的には、第1仕切板81の第1面81dと第2面81eとは、上流側の部分81bから下流側の部分81cに至るに従って、スロットルバルブ91の回転シャフト91a(図1参照)に対してなす角度がθから次第に0へと近づいていく。そして、第1仕切板81の第1面81dと第2面81eとは、下流側の部分81cにおいて、回転シャフト91aに対して略平行に延びている第2仕切板82の第1吸気管53側の端部82cに連続しているとともに、回転シャフト91aに対してなす角度が略0度となっている。このように、第1面81dと第2面81eとは、滑らかな連続面を形成している。これにより、第1仕切板81及び第1吸気管53は、溶着面WS1(一点鎖線で示す)と溶着面WS2(二点鎖線で示す)と(図3参照)を介して、振動溶着工法により形成することができるようになっている。なお、振動溶着工法は、アルミ鋳物に利用されるGDC工法や、樹脂成型に利用されるロストコア工法に比べて、低コストの工法である。

一方、第1吸気管53は、吸気装置70が車載された状態において、上流側の部分53hよりも下流の部分53gが低くなるように形成されている。具体的には、第1吸気管53は、フランジ53e付近から第1仕切板81の上流側の部分81b付近にかけて、下部の管壁53cが下方に傾斜するように延びている。なお、上部の管壁53cは、フランジ53e付近から第1仕切板81の上流側の部分81b付近にかけて、略同じ高さになっている。

また、第1吸気管53の管壁53cには、図4に示すように、第1仕切板81の上流側の部分81bとフランジ53eとの間で開口されて開口部71aが形成されている。これにより、ガス導入管71は、開口部71aを介して、第3吸気空間53dへパージガスを導入することができるようになっている。

(第1吸気管における流体の詳細動作)
スロットルバルブ91により吸入される量が調整された新気空気は、図6に白抜き矢印で示すように、スロットルチャンバ54を通過して第1吸気管53の第3吸気空間53dへ導入される。ここで、スロットルバルブ91の回転シャフト91a(図1参照)から、フランジ53eのスロットルチャンバ54への接合面53fと同一平面上へ引いた投影線の延長線PLが、図5に破線で示されている。すなわち、スロットルチャンバ54を通過する新気空気が回転シャフト91aからずれた位置を進むので、第3吸気空間53dへ導入された新気空気も、投影線の延長線PLからずれた位置を進む。

それに対して、ガス導入管71には、キャニスタ(図示せず)からパージガスが導入される。ガス導入管71に導入されたパージガスは、スロットルバルブ91と第1仕切板81との間において、開口部71a(図6に破線で示す)を介して、第3吸気空間53dに導入される。

第3吸気空間53dに導入された新気空気と、第3吸気空間53dに導入されたパージガスとは、開口部71a付近から第1仕切板81の上流側の部分81bに至る位置で、混合して第1混合気となる。ここで、投影線の延長線PLの下側を進む第1混合気は、第1仕切板81の上流側の部分81bに衝突して跳ね返る傾向にある。このため、第3吸気空間53dにおいて、乱流が発生してパージガスと新気空気とのミキシングが促進されるので、上流側の部分81b付近へ到達した第1混合気は、濃度が略均一になる。

濃度が略均一になった第1混合気は、第1吸気空間53aと第2吸気空間53bとへ分岐して、吸気コレクタ51へ向かって流れる。

第1吸気空間53aへ導入された第1混合気は、第1コレクタ空間へ向かって流れる際に、その一部が第1面81dに沿って流れる。ここで、第1面81dが滑らかな連続面になっているので、第1吸気空間53aにおける通気抵抗が抑えられている。

同様に、第2吸気空間53bへ導入された第1混合気は、第2コレクタ空間へ向かって流れる際に、その一部が第2面81eに沿って流れる。ここで、第2面81eが滑らかな連続面になっているので、第2吸気空間53bにおける通気抵抗が抑えられている。

一方、第3吸気空間53dには、新気空気又はパージガスとともに、水蒸気やオイルの蒸気が導入されることがある。このとき、第3吸気空間53dにおいて、水蒸気やオイルの蒸気が凝縮して、第1吸気管53の底に滞留して第3吸気空間53dからスロットルチャンバ54へ逆流する傾向にある。

この場合でも、第1吸気管53は、上流側の部分53hよりも下流の部分53gが低くなるように形成されている。これにより、凝縮水・オイル分LQなどは、図6に斜線の矢印で示すように、第1吸気管53の底において、上流側の部分53hから下流の部分53gへと流れる。すなわち、凝縮水・オイル分LQなどは、スロットルバルブ91から遠い部分において、第1吸気管53の底に溜まるようになっている。これにより、凝縮水・オイル分LQがスロットルバルブ91へ逆流することが低減されている。

(内燃機関の吸気装置に関する特徴)
(1)
ここでは、仕切部80の第1仕切板81は、上流側の部分81bがスロットルバルブ91の回転シャフト91aに対して傾いている。また、ガス導入管71は、スロットルバルブ91と仕切部80の第1仕切板81との間において、第1吸気管53の第3吸気空間53dにパージガスを導入する。これらにより、パージガスと新気空気とのミキシングが促進される。

このように、パージガスと新気空気とのミキシングが促進されるので、第1吸気空間53aから第1コレクタ空間経由で右バンクの各気筒へ導入される第1混合気と、第2吸気空間53bから第2コレクタ空間経由で左バンクの各気筒へ導入される第1混合気とは、それぞれ略均一になっている。この結果、パージガスの気筒分配は均一化される。

(2)
ここでは、仕切部80の第1仕切板81は、上流側の部分81bが車載状態の水平方向HDに対して傾いている。これにより、第1吸気管53及び第1仕切板81の断面係数が上がっているので、上下方向の振動は抑制されている。

(3)
ここでは、仕切部80の第1仕切板81は、第1吸気管53が延びている方向に沿って延びている。このため、第1仕切板81の第1面81dと第2面81eとが滑らかな連続面を形成するようになるので、仕切部80の第1仕切板81及び第1吸気管53を低コストの振動溶着工法により形成することができるようになっている。また、第1吸気空間53aや第2吸気空間53bにおける通気抵抗は抑えられている。

(4)
ここでは、第1吸気管53は、上流側の部分53hよりも低い部分53gを有する。これにより、スロットルバルブ91の近傍の下流において第1吸気管53の底に凝縮水やオイル分などが溜まってスロットルバルブ91へ逆流することが低減されるので、スロットルバルブ91の固着しぶりは防止される。

(変形例)
(A)第1仕切板81の上流側の部分81bがスロットルバルブ91の回転シャフト91aに対して傾いている角度θは、12度である代わりに、12度以外の7度〜19度の値であってもよい。この場合でも、投影線の延長線PLの下側を進む第1混合気を、第1仕切板81の上流側の部分81bに衝突して跳ね返るようにすることができ、第1吸気空間53aにおける通気抵抗や第2吸気空間53bにおける通気抵抗を抑えることができる。

(B)ガス導入管71により第3吸気空間53dに導入されるのは、パージガスである代わりに、ブローバイガスやEGRガスなどであってもよい。

この場合でも、仕切部80の第1仕切板81は、上流側の部分81bがスロットルバルブ91の回転シャフト91aに対して傾いている。これにより、ブローバイガスやEGRガスなどと新気空気とのミキシングは促進される。

(C)内燃機関1は、V型である代わりに、水平対向型であっても良い。また、内燃機関1は、6気筒の機関である代わりに、4気筒、8気筒、10気筒、12気筒などの機関であってもよい。

本発明に係る吸気装置は、パージガスなどのガスの気筒分配を均一化することができるという効果を有し、吸気装置等として有用である。

本発明の実施形態に係る内燃機関の断面図。 吸気装置の平面図。 図2の矢視III-IIIから見た図。 図3のIV-IV断面図。 矢視V-Vから見た図。 図2のVI-VI断面図。

符号の説明

1 内燃機関
50 吸気通路
51 吸気コレクタ
53 第1吸気管
53a 第1吸気空間
53b 第2吸気空間
71 ガス導入管
80 仕切部
81 第1仕切板
81b 上流側の部分
91 スロットルバルブ(調整弁)
91a 回転シャフト(回転軸)
HD 水平方向

Claims (5)

  1. 内燃機関の吸気通路に設けられ、前記吸気通路に吸入される新気空気の量を調整する調整弁と、
    前記吸気通路において、前記調整弁の下流に設けられる吸気コレクタと、
    前記調整弁と前記吸気コレクタとの間に設けられる第1吸気管と、
    前記第1吸気管の内側の空間の一部を第1吸気空間と第2吸気空間とに分ける仕切部と、
    前記調整弁と前記仕切部との間において、前記第1吸気管の内側の空間に第1ガスを導入するガス導入管と、
    を備え、
    前記仕切部は、上流側の部分が前記調整弁の回転軸に対して傾いている、
    吸気装置。
  2. 前記第1ガスは、パージガス、ブローバイガス又はEGRガスを含む、
    請求項1に記載の吸気装置。
  3. 前記仕切部は、上流側の部分が車載状態の水平方向に対して傾いている、
    請求項1又は2に記載の吸気装置。
  4. 前記仕切部は、前記第1吸気管が延びている方向に沿って延びている、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の吸気装置。
  5. 前記第1吸気管は、上流側の部分よりも低い部分を有する、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の吸気装置。
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