JP2007501906A - 内燃機関用のインテークモジュール - Google Patents

Abstract

自動車用のインテークモジュール（３）であって、入口ポート（４）を介して吸い込まれる空気を蓄積する第１室と、前記空気が分配され、インテークバルブに延在するインテークマニホールド（５）が設けられる第２室と、前記第１室と前記第２室とを画定するハウジングと、スロットル機構（８）とを備えるインテークモジュール（３）が開示される。本発明によれば、スロットル機構（８）は、支持モジュール（９）と関連するスロットルボディを含み、インテークモジュール（３）の第１室と第２室との間に配置される。本発明は、自動車、特に乗用車に適用される。

Description

本発明は、請求項１の前段に記載の内燃機関用のインテークモジュールと、請求項１０の前文に記載の内燃機関とに関する。

特許文献１は、多気筒内燃機関用の予め組み立てられたインテークモジュールを開示している。インテークモジュールは、空気入口を有する第１のシェルと、インテークマニホールドに通じる吸気管を有する第２のシェルとを備える分割されたハウジングを有する。このマニホールドから、インテークポートが内燃機関のインテークバルブに通じる。インテークマニホールドを通して吸入される空気流に燃料を噴射するために、燃料噴射弁は、ハウジングの内部のインテークマニホールドの各出口開口部に設けられる。インテークモジュールをできるだけ簡単かつコンパクトにするために、吸気フィルタはモジュールハウジングに取付けられる。２つのシェル部は接着又は溶接される。

ＤＥ４４０３２１９号明細書

これに対して、本発明の目的は、インテークバルブに通じるインテークマニホールドにおける吸気効率を向上することができる前述したようなタイプのインテークモジュールを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の特徴を有するインテークモジュールと、請求項１０に記載の特徴を有する内燃機関とによって達成される。

本発明によるインテークモジュールの顕著な特徴は、スロットル機構が、支持モジュールと関連するスロットルボディとを備え、またインテークモジュールの第１室と第２室との間に取付けられることである。したがって、インテークモジュールは、３つの主要素、すなわち、少なくとも２つの部分に分割されるハウジングと、スロットル機構とから構成される。スロットル機構は、基本的に分離された２つの部屋が形成されるようにハウジングに取付けられる。第１室は、空気を蓄積するために使用され、この空気は、ハウジングの空気入口オリフィスを介して吸い込まれ、次に、スロットル機構を介して第２室に流入する。スロットル機構は、支持モジュールとそれに取付けられたスロットルボディとから構成される。スロットルボディは、機械的に作動させられるか、又は好ましくは支持モジュールに取付けられる電気駆動されるサーボモータによって作動させられる。

ハウジングの第２室側には、吸入された空気をインテークバルブを介して燃焼室に導くインテークマニホールドを有する。インテークマニホールドは、慣性による過給効果を活用されることが好ましい。

本発明の発展形態では、２つ以上のスロットルボディが支持モジュールに取付けられる。多数のシリンダを有する、スロットルバルブを用いた内燃機関においては、スロットルバルブからインテークマニホールドまでの距離は様々である。このことにより、インテークマニホールドおよびインテークマニホールドの下流にある燃焼室では不均一な充填が生じる。このことは、内燃機関の効率の低下及び排気ガス値の低下をもたらす。支持要素で利用可能な全空間が多数のスロットルボディを取付けるために有利に利用される。多数のスロットルボディを取付けることにより、断面狭小とそれに関連する絞り損失とが低減される。複数のスロットルボディを介した、いわゆるマルチフロー吸入は、さらに、スロットルバルブとインテークマニホールドの入口との間の距離の差を縮めることによって、燃焼室におけるより均一な充填をもたらす。

本発明の別の発展形態では、スロットルボディは、電気駆動されるスロットルバルブとして設計される。スロットルバルブはディスク状の閉鎖要素であり、この弁が、その中心軸線を中心として回転することによって、空気流量が調整される。流れ断面積を狭くすることによって、スロットルバルブが空気流の絞りを引き起こす。スロットルバルブの円形表面が流動方向に対し垂直である場合、このことにより、最大の絞りが生じ、この円形表面が流動方向に対し平行である場合、絞りは最小になる。サーボモータによって、スロットルバルブを駆動させることができる。

本発明の別の発展形態では、別個の駆動手段が各スロットルボディに割り当てられる。スロットルボディとインテークモジュールの空気入口オリフィスとの間の構造に基づく異なる距離は、スロットルボディにおいて異なる流量状態を引き起こす。この結果、スロットルボディの空気質量流速も異なる。空気流量及び空気質量流速の差は、最終的に、燃焼室における不均一な充填をもたらす。別個の駆動手段は、スロットルボディの様々な作動を可能にし、この結果、燃焼室における不均一な充填を回避できる。

本発明の別の発展形態では、共通の中央コネクタは、制御ユニットからスロットルボディまでの電気接続を形成する。組立を容易にするため、またコネクタに関する取り違えを回避するために、特に、多数の電気サーボモータを使用する場合に、共通のコネクタを介して、スロットルボディと制御ユニットとを連結することが好ましい。コネクタは、インテークモジュールに、又は連結される後続のケーブルに固定される。

本発明の別の発展形態では、第１のシェル部は第１室を形成し、第２のシェル部は第２室を形成し、支持モジュールは第１のシェル部と第２のシェル部との間に取付けられる。空気入口オリフィスは第１のシェル部に形成され、第２のシェル部は、混合気を燃焼室に充填するためのインテークマニホールドを備える。第１及び第２のシェル部ならびに支持モジュールは、成形工程により、金属材料から又はプラスチックから作製されることが好ましい。

本発明の別の発展形態では、第１のシェル部、第２のシェル部及び支持モジュールの各々が、少なくとも１つのフランジ面を有し、また第１のシェル部と第２のシェル部と支持モジュールとが、フランジ面で共に接合されて、少なくとも１つの締結具によって共に保持される。支持モジュールは、その両方の側面の周囲全体が加工されている周縁を有する。第１及び第２のシェル部も、嵌合位置で支持モジュールに対面する加工された縁部を有する。スロットルボディは、第１のシェル部と第２のシェル部との間に取付けられ、また支持モジュールと第１のシェル部と第２のシェル部とが、少なくとも１つの締結具によって共に保持されるので、空気が接合部を介してスロットルボディに流入することはない。このような取付けにより、インテークモジュールの組立が容易になる。

本発明の別の発展形態では、支持モジュールと第１のシェル部と第２のシェル部とが、ボルトによって取り外し可能に連結される。支持モジュール、第１のシェル部及び第２のシェル部は、ボルトの張力によって互いに確実に連結される。インテークモジュールが故障した場合、このインテークモジュールを分解できること、及び個々の構成要素が正しく機能しているかどうかを検査して、故障部品を交換できることが有利である。このことは、インテークモジュールの構成要素の間にある接合部及び締結要素が取り外し可能でありかつ再利用可能であることを前提とする。

本発明の別の発展形態では、真空ラインを連結するための一体連結部は、第２のシェル部に、及び／又は、支持モジュールに取付けられる。空気流に関してスロットルボディの下流に配置される第２のシェルの室内では、より強い真空が支配する。この真空は、ブレーキサーボ支援のために、タンクシステムの回収サイクルのために、又は他の機能のために有利に使用できる。真空ラインは、真空にさらされる容量との連結を確立する一体連結部上に押圧される。

シリンダがＶ字状に配置されている本発明による内燃機関の特有の構成は、請求項１〜９のいずれか一項に記載のインテークモジュールが、シリンダヘッドの間に取付けられることである。内燃機関に適用された場合の特徴は、内燃機関の寸法がコンパクトであることである。スロットルバルブをインテークモジュール内に取付けることにより、全空間が最適に使用される。シリンダヘッドのスロットルバルブからインテークマニホールドまでの距離が短くなることにより、内燃機関の応答性に関する効果が向上する。さらに、この解決方法により、多数のスロットルバルブをインテークモジュール内に取付けることが可能になる。多流吸引により、インテークマニホールドにおけるより均一な充填と、吸気流の下流に配置された燃焼室におけるより均一な充填とがもたらされる。この多流吸引は、内燃機関の動力を増加させまた効率を向上させるのに役立つ。さらに、排気エミッションが低減される。

さらなる特徴及びそれらの組み合わせが、発明の詳細な説明及び図面に記載されている。本発明の典型的な実施形態について、以下、簡略化した形態で図面に示すとともに、下記の記載においてより詳細に説明する。

図１〜図４には、同一の構成要素が、同一の参照番号で示される。

図１は、シリンダがＶ字状に配置されている８気筒内燃機関のシリンダバンクの間にあるインテークモジュール３を示す。寸法をコンパクトにするために、シリンダがＶ字状に配置されている内燃機関が自動車において広く使用される。シリンダ１は、ピストン、クランクシャフト及び燃焼室を収容するクランクケース２にボルト締めされる。ピストンが下方に移動することによって、ピストンは吸気行程において空気を吸い込み、空気又は燃料混合空気は、シリンダヘッドに取付けられたバルブを通して燃焼室内に流れる。それに続く圧縮行程では、ピストンは混合気を圧縮し、自己着火又は外部点火によって燃焼が開始される。ピストンは、燃焼によって放出されるエネルギを、連結ロッドを介してクランクシャフトに伝達する。

エンジン制御ユニット（図示せず）は、最適な燃焼手順を保証し、このために、内燃機関に取付けられたセンサからの信号を処理して、算出された値に基づき、図２に示した噴射弁又はスロットルバルブ１０のようなアクチュエータを作動させる。吸気取入部（図示せず）を介して吸入された空気は、燃焼室に流れる。吸気取入部には、吸気を清浄にして新鮮にする空気フィルタを設ける。吸気取入部からの空気が、エアーフローセンサ（図示せず）を流れ、測定された空気流量は、制御ユニットに関する入力変数として使用される。

空気は、入口オリフィス４を介して、図２と図３に示したスロットルバルブ１０に流れ、このスロットルバルブは、アクセルペダルを介して要求される内燃機関の動力出力に基づき空気流量を調整する。次に、空気流量は、空気流を燃焼室に搬送する様々なインテークマニホールド５に分配される。燃料は、燃焼室内に直接噴射されるか、あるいはポート噴射を実行して、コレクター又はインテークマニホールド５内に噴射される。

図２によれば、インテークモジュールは、３つのサブアセンブリ、すなわち、第１のシェル部６と第２のシェル部７とスロットル機構８とから構成される。第１のシェル部６は、空気流量センサから流れてくる空気が入る入口オリフィス４を有する。第１のシェル部６には、空気が均一に分配される容量が組み込まれる。第１のシェル部６の外側輪郭は、Ｖ字状の内燃機関の内側で利用可能な空間に沿って形成される。第１のシェル部６はその縁部に、外側に方向付けられたカラー１５を有する。このカラーは、支持モジュールに対面する側面でフランジ面として機能するように加工される。フランジ面は、本実施形態に示した１２個の貫通穴１６を有する。

スロットル機構８は、インテークモジュールの第１のシェル部６と第２のシェル部７との間に取付けられる。図２と図３によれば、吸気オリフィス１１とそれに関連するサーボモータ１２とを有する２つのスロットルバルブ１０は、支持モジュール９に取付けられる。２つのサーボモータ１２から、電気導線１３が共通のコネクタ１４に延び、このことにより、２つのサーボモータ１２と制御ユニットとの間の電気接続が行われる。支持モジュールは、本実施形態に示した１２個の貫通穴１７を有する。支持モジュール９の周囲を覆う周縁１８は、支持モジュール９の両方の側面で加工される。

空気は２つのスロットルバルブ１０を介して第２のシェル部７内に流れる。この場合、空気は、図２に示したようなコレクター２１内に分配されて、インテークマニホールド５に流入し、燃焼室に至る。ピストンによって発生されるウェーブ現象は、過給のために利用される。弁が開いた後、ピストンが下方に移動することにより、負圧波が発生され、この負圧波は、燃焼室からインテークマニホールド５に沿った流動方向の反対方向に移動する。コレクター２１内において、その段付き断面が負圧波の反射を引き起こす。燃焼室に移動して戻る負圧波は、燃焼室に充填するために利用される。周縁２２はフランジ面として機能するように加工され、このフランジ面は、本実施形態に示した１２個の盲穴２３を有する。

インテークモジュール３は、３つのサブアセンブリをボルト締めすることによって構成される。吸気オリフィスに対面する支持モジュールのフランジ面は、第１のシェル部のフランジ面に位置決めされる。第２のシェル部のフランジ面は、吸気オリフィス１１から離れた支持モジュールのフランジ面に割り当てられる。第１のシェル部６と支持モジュール９とに割り当てられたねじ付き穴は、第２のシェル部の盲穴のねじ山と整合するように配置される。ボルト（図示せず）によって、３つの構成要素が共に連結される。この連結構造により、組立時にボルトの取り扱いが容易になる。当然、ボルトの代わりに、クリップ、スナップ要素等のような取り外し可能な他の締結具を使用することもできる。インテークモジュールは予め製作し、また予め検査できる。取り外し可能な連結により、例えば、個々の構成要素を検査するために、モジュールを個々の部分に分解することが可能になる。分解機能を省略できる場合、取り外し可能な連結の代わりに、接着接合、溶接、リベット等のような取り外し不能な連結を使用することも可能である。フランジ面の加工は、気密接合を達成する程度に十分に平滑な平坦面を提供するために必要である。この構造により、スロットルバルブ１０が、燃焼室から非常に短い距離に取付けられることが可能になるので、摩擦及び流動損失が最小になり、これによって、システムの応答性及び動力学が改善される。スロットル機構８をインテークモジュール内に取付けることによって、インテークモジュールで利用可能な全空間において、並列に連結された２つのスロットルバルブ１０を使用することが可能になる。第１のシェル部６の入口オリフィス４からスロットルバルブ１０までの様々な距離により生じるインテークマニホールド５における不均一な充填は、スロットルバルブ１０の異なる作動によって均一化できる。入口オリフィスに対面するスロットルバルブ１０は、そこから離れた弁よりも小さい程度に開かれ、この結果、２つのスロットルバルブ１０を通して流れる空気質量が等しくなって、下流側入口ポート２４には均一に充填される。この均一化は、シリンダバンクが長くなると、またスロットルバルブ１０と入口オリフィス４との間の関連する距離の差が大きくなるとますます重要になる。

図３はサーボモータ１２を示しており、このサーボモータは、支持モジュール９の窪み３０内に部分的に収容され、これによって、吸気オリフィス１１から支持モジュール９までの距離が縮められる。このことにより、組立時には、吸気オリフィス１１が第１のシェル部６から適切な距離にあることが保証され、この結果、空気は、絞り損失なしに吸気オリフィス１１に流れる。

図４は、完全に組み立てられたインテークモジュールを示している。第２のシェル部７に生じる真空を利用するためにブレーキ系等のようなシステムが連結される一体連結部３１は、第２のシェル部７に嵌合される。インテークモジュールの第２のシェル部７は、貫通穴３２に挿入されかつシリンダヘッド１内にねじ込まれるボルト（図示せず）によって固定される。インテークマニホールド５からシリンダヘッドに移行する第２のシェル部７のフランジ面は、支持モジュール９に接合されるフランジ面と共に１回の作業で加工されることが有利である。サーボモータ１２を作動させるための電気導線１３は、インテークモジュールの第１のシェル部６の開口部を介して引き出され、この開口部は、シール３３によって気密にシールされる。２つのサーボモータ１２用のケーブルは、インテークモジュールに固定される共通のコネクタに終端する。

本実施形態の変形例では、２つ以上のスロットルバルブ１０が支持モジュールに取付けられる。このことにより、特に多数のシリンダを有する内燃機関の燃焼室における均一な充填が可能になる。

本実施形態のさらなる変形例では、１つのスロットルバルブが支持モジュールに取付けられる。当然、スロットルバルブの数が少ないという利点に加えて、インテークモジュールの構造の利点を利用できる。少数のシリンダを有する内燃機関では、１つのスロットルバルブを使用することが好ましい。

この用途において、燃焼室とスロットルバルブとの間の距離の差は、当然のこととして小さく、すなわち、燃焼室には、なお十分均一に充填される。

本実施形態のさらなる変形例では、インテークモジュールは、第１のシェル部６と第２のシェル部７とを接合できるように構成し、さらにハウジングの前面部に開口を設ける。支持モジュール９を有するスロットル機構８は、このハウジングの開口部から挿入できる。第１のシェル部６と第２のシェル部７と支持モジュール９とがフランジ面で接合され、またボルトによって共に保持される。別個のカバー、又は支持モジュールと一体成形されたカバーは、２つのハウジング部にボルト締めされることにより、ハウジング前面の開口を密閉する。真空ラインと入口オリフィス４とを連結するための一体連結部３１がカバーに設けられることが有利である。

シリンダがＶ字状に配置されている内燃機関のシリンダバンクの間にある本発明によるインテークモジュールの図面である。 インテークモジュールの構成要素の分解図である。 図２のスロットル機構の詳細図である。 完全に組み立てられたインテークモジュールの図面である。

Claims (10)

1. オリフィスを介して吸い込まれる空気が蓄積する第１室と、空気を分配して吸気弁に通じるインテークマニホールド（５）を含む第２室と、前記第１室と前記第２室とを画定するハウジングと、スロットル機構（８）とを有する内燃機関用のインテークモジュールにおいて、
   前記スロットル機構（８）が、支持モジュール（９）とスロットルボディを備え、前記インテークモジュールの前記第１室と前記第２室との間に取付けられることを特徴とするインテークモジュール。
2. ２つ以上のスロットルボディが前記支持モジュール（９）に取付けられることを特徴とする請求項１に記載のインテークモジュール。
3. 前記スロットルボディが、電気駆動されるスロットルバルブ（１０）であることを特徴とする請求項１あるいは２に記載のインテークモジュール。
4. 独立した駆動手段が、各スロットルボディに割り当てられることを特徴とする請求項２あるいは３に記載のインテークモジュール。
5. 共通の中央コネクタ（１４）により、制御ユニットから前記スロットルボディまでの電気接続を形成されることを特徴とする請求項４に記載のインテークモジュール。
6. 第１のシェル部（６）が前記第１室を備え、第２のシェル部（７）が前記第２室を備え、前記支持モジュール（９）が、前記第１のシェル部と前記第２のシェル部との間に取付けられることを特徴とする請求項１に記載のインテークモジュール。
7. 前記第１のシェル部（６）、前記第２のシェル部（７）前記支持モジュール（９）の各々が、少なくとも１つのフランジ面を有し、前記第１のシェル部と前記第２のシェル部と前記支持モジュールとが、前記フランジ面で共に接合され、少なくとも１つの締結具によって固定されることを特徴とする請求項６に記載のインテークモジュール。
8. 前記支持モジュール（９）と前記第１のシェル部（６）と前記第２のシェル部（７）とが、ボルトによって取り外し可能に固定されることを特徴とする請求項７に記載のインテークモジュール。
9. 真空ラインを連結するための一体連結部（３１）が、前記第２のシェル部（７）、及び／又は、前記支持モジュール（９）に取付けられることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載のインテークモジュール。
10. シリンダがＶ字状に配置されている内燃機関において、請求項１〜９のいずれか一項に記載の前記インテークモジュール（３）が、シリンダヘッド（１）の間の空間に取付けられることを特徴とする内燃機関。

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