JP2007315343A

JP2007315343A - 内燃機関における吸気装置及び吸気方法

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Publication number: JP2007315343A
Application number: JP2006147854A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Masago; 和幸真砂
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-05-29
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2007-12-06

Abstract

【課題】簡単な構造で、内燃機関の大型化や、コストの高騰化もなく、メンテナンスや複雑な制御装置も必要とせず、内燃機関の低速域から高速域まで過給効率の高い吸気装置及び吸気方法を提供できるようにする。
【解決手段】吸気経路を形成する吸気管に、主通路と、当該主通路の吸気流速より流速が速くなる増速通路を主通路の外周に形成し、増速通路で増速した吸気により、吸気量を増加させるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は内燃機関における吸気装置及び吸気方法に関するものである。

内燃機関において出力を向上させる一般的な方法として、例えば排気圧を利用してタービンを高速回転させ、この回転力で軸流ファン若しくは遠心ファンを駆動させて吸気量を増加させるターボ式過給方法、あるいは電動モータでルーツブロアを駆動させて吸気量を増加させるスーパーチャージャーといわれる機械式の過給方法が用いられている。

ところが上記ターボ式過給方法では、タービンとファンとを一体に収納した比較的大きな装置をエンジンの吸気系統中に設置しなくてはならず、エンジンが大型化する上、高価になってしまうという問題があった。

また、ターボ式過給方法では、エンジンの低回転域、つまり排気量が少ない領域では過給効果が充分に発揮できない問題があるうえ、排気熱を直接受けるために過給される空気が高熱の影響を受けて膨張し、吸気の充填効率が低下する問題もあり、この問題に対処するためにインタークーラを設けるようにすると、さらにエンジンの大型化と、コストの高価を招来するという問題もある。

加えて、タービンが排気熱の影響を直接受けるために、軸受けの焼きつきを起こしやすく、頻繁なメンテナンスを必要とする上、タービンを通過した排気ガスはその温度が低下するために排気ガス経路中に設けられた触媒の酸化作用に悪影響を及ぼす傾向が強くなる問題もあった。

一方、電動モータでルーツブロアを駆動させて吸気量を増加させる機械式過給方法では、排気熱の影響は少ないものの、電動モータとこれで駆動されるルーツブロア等の装置をエンジンの吸気系統中に設置しなくてはならず、こうしたものでもエンジンが大型化する上、高価になってしまうという問題があった。

さらに、エンジンの回転数（吸気量）と電動モータで回転されるルーツブロアの回転数（過給量）とのマッチングを制御する制御装置も複雑になってしまうという問題もあった。
特開平２００６−９０１７４号公報特開平２００２−８９３４７号公報

本発明は上記問題点に鑑み提案されたもので、簡単な構造で、内燃機関の大型化や、コストの高騰化もなく、メンテナンスや複雑な制御装置も必要とせず、内燃機関の低速域から高速域まで過給効率の高い吸気装置及び吸気方法を提供できるようにすることを目的とするものである。

上記目的を達成するために本発明にかかる吸気装置及び吸気方法は、吸気経路を形成する吸気管に、主通路と、当該主通路の吸気流速より流速が速くなる増速通路を主通路の外周に形成したことを最も主要な特徴とするものである。

また、本発明にかかる内燃機関における吸気装置では、主通路の通路面積を、当該主通路を通過した主通気流と増速通路で加速された高速吸気流とが合流する部分の吸気管の通路断面積より小とし、主通路の通路面積とする増速通路の断面積路の合計面積が上記吸気管の通路断面積より大となるようにしたことも特徴とするものである。

さらに、本発明にかかる内燃機関における吸気装置では、主通路を形成する環状の主通路形成部材の断面形状を、内面側が略直線とし、上流側で厚肉となるように形成することにより、主通路形成部材と大径吸気管との間に増速通路を形成したことも特徴とするものである。

本発明にかかる内燃機関における吸気方法では、主通路流れる主通気流に、増速通路で増速された高速通気流を合流させることにより、内燃機関に吸引される吸気量を増大させるようにしたことを最も主要な特徴とするものである。

本発明によれば、増速用通路で加速された吸気が主通路から吸引された吸気経路中吸気の管内での流送抵抗を軽減して吸気量の増加を図るもので、そのための構成として吸気経路中に主通路と増速用通路とを有する吸気装置を設けるだけの簡単な構造であり、タービンとファンとを一体に収納した比較的大きな装置をエンジンの吸気系統中に設置するターボ式過給方法や、電動モータでルーツブロアを駆動させて吸気量を増加させるチャージャー式過給方法のように、エンジンが大型化したり、高価になってしまったりすることもなく小型で安価に実施することができる利点がある。

また、本発明では、吸気経路を流走する吸気が、ターボ式過給方法のように排気熱の影響を直接受けず、吸入される空気が高熱の影響で膨張することによる吸気の充填効率の低下をなくして吸気の充填効率を大幅に向上させることができる利点もあるうえ、内燃機関からの排気の温度低下もないことから、ターボ式過給方法のような触媒の酸化作用に悪影響を及ぼすこともない。

さらに、本発明による吸気装置では、ターボ式過給方法のようにタービンが排気熱の影響を受けたり、チャージャー式過給方法のような回転駆動部材を持たないために、軸受けや回転部材の焼きつきや磨耗したりすることがなく、頻繁なメンテナンスを必要せず、耐久性に優れたものにすることができる利点もある。

加えて、本発明では主通路と増速用通路を流れる空気量が比例するので、エンジンの回転域に関わらず、吸気量の増加機能を発揮できる利点もあるうえ、エンジンの回転数と電動モータで回転されるルーツブロアの回転数とのマッチングのための複雑な制御装置を必要とせず、吸気装置を安価なものにすることができる利点もある。

以下本発明にかかる内燃機関における吸気装置及び吸気方法の望ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は自動車等のエンジン（内燃機関）の吸気経路（図示せず）に付設される吸気装置の全体斜視図であって、図中符号１は吸気装置を全体的に示す。
この吸気装置１は、吸気経路の一部を形成するケーシング２の内部に主通路３と、当該主通路３の吸気流速より流速が速くなる増速通路４を主通路３の外周に形成する過給用スリーブ５を設けてなる。

ケーシング２は、図外のエンジンのインレットマニホールド等の吸気管に連結される小径筒部６と、過給用スリーブ５を内装する大径筒部７と、両筒部６・７を連結するテーパー部８とからなる。
因みに、小径筒部６の内径は、これが連結される吸気管の内径と等しいか大きく形成することが望ましい。
大径筒部７に内装される過給用スリーブ５は、整流を兼ねる支持プレート９で、大径筒部７の内周面に当該大径筒部７と同芯状に支持されるとともに、図２に示すようにその断面を内面側が略直線とし、後述する空気流の上流側で厚肉となる飛行機の翼のような断面形状にしてある。
これにより、図３に示すように過給用スリーブ５の内方に主通路３が形成されるとともに、過給用スリーブ５の外周面と大径筒部７の内周面との間に増速通路４が形成される。

ここで、図４及び図５に示す小径筒部６の通路断面積Ｘ、主通路３の通路断面積Ｙ及び増速通路４の通路断面積Ｚとの関係は、吸気を増速通路４の通路断面積Ｚに流す必要があることから小径筒部６の通路断面積Ｘより主通路３の通路断面積Ｙを小さく（Ｘ＞Ｙ）する必要がある。
一方、小径筒部６への総空気量を確保するためには主通路３の通路断面積Ｙ及び増速通路４の通路断面積Ｚとの和が小径筒部６の通路断面積Ｘより大きく（Ｘ＜Ｙ＋Ｚ）する必要がある。
また、増速通路４は主通路３の管内の流走抵抗を軽減する補助的なものであることから、増速通路４の通路断面積Ｚは主通路３の通路断面積Ｙより小さく（Ｚ＜Ｙ）する必要がある。

因みに、本例では、ケーシング２の全長が１１４ｍｍで、大径筒部７の長さが６３ｍｍ、テーパー部長さが２４ｍｍ、ケーシング２の小径筒部６の内径を５５ｍｍφ・通路断面積Ｘ＝２３．７５ｃｍ²、主通路３の内径を５１ｍｍφ・通路断面積Ｙ＝２０．４２ｃｍ²、増速通路４の幅は５ｍｍ（飛行機の翼型断面形状の厚肉部分ｔ＝１１ｍｍ）・通路断面積Ｚ＝１２．２５ｃｍ²にしてある。
従って、小径筒部６の通路断面積Ｘに対する主通路３の通路断面積Ｙの比率は約０．８６であり、増速通路４の通路断面積Ｚの主通路３の通路断面積Ｙに対する比率は約０．６となっている。

上記のように構成された吸気装置１を用いて吸気の充填効率を向上させる吸気方法を次に説明する。
吸気装置１の小径筒部６をエンジンのインレットマニホールド等の吸気管に連結し、エンジンを起動させる。
エンジンの起動により吸気管に空気が吸引されると、吸気管内を流走する空気の流速の一般的な流れは、図６に示すような分布になる。

即ち、吸気管１０の内周面との摩擦により吸気管１０の内周面近傍部分Ｆでの流速が遅く、その分、空気の吸入量が低下することになるが、本発明の吸気装置１では、増速通路４で加速（増速）された空気が、大径筒部７と小径筒部６との間のテーパー部８で主通路３から吸引され中央を流れる空気に合流し、主通路３から吸引され中央を流れる空気がその周囲部分が、増速通路４からの速度の空気に包まれて吸気管１０内を流走するようになる。

これにより、図６に示す吸気管１０の内周面との摩擦で吸気管１０の内周面近傍部分Ｆでの流速が遅くなるのを抑制できるので、吸気経路中の平均流速が高まり、吸気量を大幅に向上させることができる。

尚、本発明の吸気装置１における上記実施の形態に示した数値は一例であって、これに限られるものではなく、上述の小径筒部６の通路断面積Ｘ、主通路３の通路断面積Ｙ及び増速通路４の通路断面積Ｚの関係を充足する関係にあれば、本発明の効果を奏することができるものである。
また、大径筒部７に内装される過給用スリーブ５を支持する支持プレート９を空気流に対して傾斜させることにより、増速通路４を流れる空気流を旋回させるようにすることもできる。
更に、本発明にかかる吸気装置１は、上述した自動車等のエンジン（内燃機関）の吸気経路に付設されるものに限られず、他の例えば船舶等のエンジンは勿論のこと、ジェットエンジン等の内燃機関の吸気経路に付設することができるのはいうまでもないことである。

は本発明にかかる内燃機関における吸気装置の全体斜視図である。は本発明にかかる内燃機関における吸気装置の縦断側面図である。は本発明にかかる内燃機関における吸気装置の作用説明図である。は図２のＡ―Ａ線断面図である。は図２のＢ―Ｂ線断面図である。は管路内を流走する一般的な流速分布を示す概略図である。

符号の説明

１・・・吸気装置
２・・・ケーシング
３・・・主通路
４・・・増速通路
５・・・過給用スリーブ
６・・・小径筒部
７・・・大径筒部
８・・・テーパー部
９・・・支持プレート

Claims

吸気経路を形成する吸気管に、主通路と、当該主通路の吸気流速より流速が速くなる増速通路を主通路の外周に形成したことを特徴とする内燃機関における吸気装置。
主通路の通路面積を、当該主通路を通過した主通気流と増速通路で加速された高速吸気流とが合流する部分の吸気管の通路断面積より小とし、主通路の通路面積とする増速通路の断面積路の合計面積が上記吸気管の通路断面積より大となるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関における吸気装置。
主通路を形成する環状の主通路形成部材の断面形状を、内面側が略直線とし、上流側で厚肉となるように形成することにより、主通路形成部材と大径吸気管との間に増速通路を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関における吸気装置。
主通路流れる主通気流に、増速通路で増速された高速通気流を合流させることにより、内燃機関に吸引される吸気量を増大させるようにしたことを特徴とする内燃機関における吸気方法。