JP2008190340A - 吸気モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】体格の小型化が図られる吸気モジュールを提供する。
【解決手段】サージタンク３１のデッドスペースとなる重力方向下方に還流管部６０が設けられている。そのため、サージタンク３１の下方に還流管部６０を設けることにより、デッドスペースを有効に利用することができる。その結果、空間的な制約がある場合でも、還流管部６０の構造の複雑化を招くことなく小型化が図られる。また、排気を還流する際に生じる凝縮水は、排気とともに開口６６から突出板部６５側へ排出される。開口６６から排気とともに排出された凝縮水は、突出板部６５に沿って流れ、穴部６８から落下する。このとき、凝縮水を含む排気は、側壁３４側へ流出することなく、突出板部６５および案内部６７に沿って流入ポート側へ流れる。したがって、大型化を招くことなく高温の排気による側壁３４の損傷が低減されるとともに、各流入ポートへ排気を均一に分配することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気モジュールに関する。

近年、内燃機関の吸気系を構成する例えばサージタンクやインテークマニホールドなどの機能部を一体に形成するモジュール化が進められている。吸気系を構成する複数の機能部をモジュールとして一体化することにより、モジュール全体として小型化を図ることができる。また、吸気系を構成する機能部は、樹脂によって一体にモジュール化される。これにより、モジュール全体として軽量化を図ることができる。

ところで、近年の内燃機関では、排出される窒素酸化物などの低減を図るため、内燃機関から排出された排気を還流し、吸気へ混合するいわゆる排気還流（ＥＧＲ）が採用されている。このような吸気モジュールの場合、吸気モジュールのサージタンクに排気を還流する還流管部が接続している（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、還流された排気を吸気モジュールへ導入する場合、吸気系と排気系とを接続する必要がある。そのため、複雑な配管の取り回しを必要とし、モジュール全体の体格の増大を招くという問題がある。特に車両用の内燃機関の場合、内燃機関が搭載される空間には制約が大きい。したがって、吸気モジュールの体格の小型化は強く要請される。

特開２００６−２３３８５９号公報

そこで、本発明の目的は、体格の小型化が図られる吸気モジュールを提供することにある。

請求項１、２または３記載の発明では、流入ポートが並列に設けられている方向、およびこの流入ポートへ流入する空気の流れ方向のいずれにも概ね垂直な特定方向において、サージタンクの吸気導入部とは反対側の端部に還流管部が設けられている。すなわち、サージタンクには、特定方向の一方の端部に吸気導入部が設けられ、他方の端部に還流管部が設けられている。特定方向において吸気導入部と反対側は、サージタンクの単なる容積部分としてのみ機能し、デッドスペースとなる。そこで、請求項１、２または３記載の発明では、サージタンクへ吸気が流入する部分と、還流された排気が流入する部分とを特定方向の両端部に設けることにより、吸気および還流される排気が流れる配管の形状が簡略化されるとともに、サージタンクのデッドスペースに還流管部が設けられる。したがって、配管の構造を簡略化して、全体の体格を小型化することができる。また、請求項１記載の発明では、サージタンクにおいて特定方向の両端部に吸気導入部と還流管部とを設けている。そのため、サージタンクの内部では、吸気導入部から導入された吸気と、還流管部から導入された排気とが均一に混合される。したがって、各流入ポートを流れる空気中の排気の濃度を均一にすることができる。

請求項１、２または３記載の発明のように、モジュール化された吸気系のサージタンクに排気を還流する場合、内燃機関付近の空間的な制約から、サージタンクをはじめとする吸気モジュールと還流される排気が流れる還流管部とを近接して配置する必要がある。特に、吸気モジュールの体格の小型化が図られるほど、各部材間の距離の短縮は顕著になる。しかし、排気管部を流れる排気は１００℃以上の高温であるため、排気管部から排出された排気は樹脂製のサージタンクなどの吸気モジュールを熱的に損傷するおそれがある。そのため、還流管部の軸方向へ排気を排出することは困難であり、還流管部の途中から分岐する管部を設け、還流管部の軸とは垂直な方向へ排気を排出する必要がある。このように、還流管部の途中から管部を分岐させる場合、還流管部の端部は行き止まりとなり、この端部に排気に含まれる水分が凝縮して水が溜まる。この水は、金属で形成された還流管部を腐食させるおそれがある。そこで、還流管部の一部に凝縮水を排出するための穴部を設けることが考えられる。しかし、穴部を設けると、凝縮水とともに高温の排気が排出される。その結果、サージタンクを形成する側壁の熱的損傷を招くおそれがある。したがって、還流管部とサージタンクの側壁との間に空間を確保する必要があり、体格の大型化に結びつく。

そこで、請求項４記載の発明では、筒部の端部に開口を有する壁部を設けている。筒部に溜まった凝縮水は、壁部の開口から還流通路の軸方向に沿って外部へ排出される。還流通路から排出された凝縮水は、開口から排出された排気とともに突出板部に沿って流れ、突出板部の穴部から落下する。排気は分岐部からサージタンクの内部へ排出されているため、排気通路の外側となる突出板部では、穴部を挟んで両端部の圧力が等しい。そのため、突出板部に沿って凝縮水を含む排気が流れても、凝縮水のみが穴部から側壁側へ落下し、排気は突出板部に沿ってサージタンクの内部へ流れる。その結果、高温の排気が側壁側へ吹き出すことはない。したがって、凝縮水による還流管部の腐食を防止することができるとともに、側壁の熱的な損傷を低減することができる。

請求項５記載の発明では、突出板部は側壁と反対側へ曲げられている案内部を有している。そのため、壁部の開口から排出された排気は、案内部によって側壁から遠ざかる方向へ案内される。その結果、排気は、吸気導入部から導入された吸気と均一に混合される。したがって、各流入ポートへ供給される排気を均一化することができる。

請求項６記載の発明では、車両に搭載したとき吸気導入部側が天地方向上方に位置し、還流管部側は天地方向下方に位置する。そのため、車両の内燃機関が搭載される空間を効率的に利用することができる。

以下、本発明の吸気モジュールの一実施形態を図面に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による吸気モジュールを適用したエンジンシステムを図２に示す。
図２に示すようにエンジンシステム１０は、吸気モジュール３０、吸気管部１１、エアクリーナ１２および内燃機関としてのガソリンエンジン（以下、「エンジン」と省略する。）２０から構成されている。吸気モジュール３０は、サージタンク３１を備えている。サージタンク３１からは複数のインテークマニホールド４１が分岐している。インテークマニホールド４１は、エンジン２０の気筒数に応じてサージタンク３１から分岐しており、それぞれエンジン２０の各気筒２１に接続している。

エアクリーナ１２は、吸気モジュール３０のエンジン２０とは反対側の端部に設けられている。エアクリーナ１２は、内部に図示しないエアクリーナエレメントを収容している。エンジン２０に吸入される空気は、エアクリーナ１２を通過することにより異物が除去される。エンジン２０へ吸入される空気は、エアクリーナ１２から吸入される。これにより、エアクリーナ１２は、吸気モジュール３０へ空気が吸入される吸入口を形成している。

吸気モジュール３０のサージタンク３１とエアクリーナ１２との間には、吸気管部１１が設けられている。吸気管部１１には、スロットル１３が設けられている。スロットル１３は、吸気管部１１が形成する吸気通路１４を開閉する。吸気管部１１、サージタンク３１およびインテークマニホールド４１は、吸気通路１４を形成している。吸気通路１４は、エアクリーナ１２とエンジン２０の各気筒２１とを接続している。スロットル１３は、吸気通路１４を流れる吸気の流量を調整する。エアクリーナ１２を通過した空気は、吸気通路１４を経由してサージタンク３１へ流入する。サージタンク３１へ流入した空気は、インテークマニホールド４１を経由してエンジン２０の各気筒２１へ供給される。

エンジン２０は、吸気モジュール３０を含む吸気系だけでなく、排気系に接続している。エンジン２０は、吸気系とは反対側が排気マニホールド２２および排気管部２３に接続されている。排気マニホールド２２は、エンジン２０の各気筒２１に接続し、各気筒２１から排出された排気が流れる。排気マニホールド２２は、排気管部２３に集合している。排気管部２３は、排気マニホールド２２とともに排気通路２４を形成している。エンジン２０の各気筒２１から排出された排気は、排気通路２４を経由してエンジン２０の外部へ排出される。排気管部２３のエンジン２０と反対側の端部は、排気が排出される排気口を形成している。排気管部２３の途中には、排気中の未燃焼ＨＣ、ＮＯｘおよびＳＯｘなどを還元または酸化する触媒２５が設けられている。

エンジンシステム１０の吸気系と排気系との間には、ＥＧＲ装置５０が設けられている。ＥＧＲ装置５０は、排気系と吸気系とを接続する還流管部６０を有している。還流管部６０は、図１に示すように排気通路２４とサージタンク３１とを接続する還流通路６１を形成している。ＥＧＲ装置５０は、図２に示すように還流管部６０の途中に制御弁５１を有している。制御弁５１は、還流通路６１を経由して排気通路２４からサージタンク３１へ還流される排気の流量を調整する。エンジン２０から排出された排気の一部は、ＥＧＲ装置５０を経由してサージタンク３１へ還流され、エアクリーナ１２から吸入された吸気とともに再びエンジン２０へ供給される。

吸気モジュール３０は、図３および図４に示すように吸気系を構成するサージタンク３１と、インテークマニホールド４１に接続する流入ポート３２とを備えている。また、吸気モジュール３０は、サージタンク３１および流入ポート３２とともに、吸気導入部３３および還流管部６０を備えている。サージタンク３１は、図２に示すようにエアクリーナ１２とエンジン２０とを接続する吸気通路１４の途中において設けられている容積部である。流入ポート３２は、図３に示すようにインテークマニホールド４１に対応してエンジン２０の気筒２１と同一数が設けられている。なお、インテークマニホールド４１は、吸気モジュール３０から直接伸びて形成してもよい。吸気モジュール３０は、サージタンク３１および流入ポート３２が樹脂で一体に形成されている。

流入ポート３２は、インテークマニホールド４１に対応して並列して設けられている。例えば四気筒のエンジン２０の場合、四本のインテークマニホールド４１に対応して四つの流入ポート３２が並列して設けられている。これにより、流入ポート３２は、図３に示すようにサージタンク３１の一方向へ並列配置されている。サージタンク３１に流入した空気は、流入ポート３２からインテークマニホールド４１へ流出する。このとき、サージタンク３１からインテークマニホールド４１へ流出する空気は、図４の矢印ｆに示すように流入ポート３２が並列に設けられている方向に対し概ね垂直に流れる。

吸気導入部３３は、この流入ポート３２が並列に設けられている方向、および流入ポート３２へ流入する空気の流れ方向に対しいずれも概ね垂直な方向となる特定方向、すなわち図３および図４の上下方向の一方の端部に設けられている。つまり、特許請求の範囲における特定方向とは、図３および図４の上下方向に対応し、この上下方向は重力に対し天地方向に対応する。したがって、図３および図４の上方は天地方向上方であり、図３および図４の下方は天地方向下方である。本実施形態の場合、吸気モジュール３０を車両に搭載したとき、図３および図４に示す天地方向がそのまま搭載時の天地方向に一致する。

吸気モジュール３０は、特定方向すなわち図３および４の上下方向において、吸気導入部３３とは反対側に還流管部６０を備えている。すなわち、吸気モジュール３０は、下方に還流管部６０を備えている。還流管部６０は、上述のようにＥＧＲ装置５０も構成している。還流管部６０は、サージタンク３１とは反対側の端部が排気管部２３に接続している。還流管部６０は、図１に示すように筒部６２、分岐部６３、壁部６４および突出板部６５を有している。還流管部６０は、例えば金属などのように、高温の排気に耐えうる耐熱性の高い材料で形成されている。

筒部６２は、内部に還流通路６１を形成している。還流通路６１は、排気管部２３が形成する排気通路２４に接続している。筒部６２は、図３に示すように排気系とは反対側の端部がサージタンク３１の内部に突出している。筒部６２は、図１に示すようにサージタンク３１の吸気導入部３３とは反対側の側壁３４に近接して設けられている。筒部６２は、排気通路２４とは反対側の端部すなわちサージタンク３１の内側に位置する軸方向の端部に壁部６４を有している。壁部６４は、サージタンク３１の側壁３４側に開口６６を有している。開口６６は、壁部６４を貫いて筒部６２が形成する還流通路６１と筒部６２の外側とを接続している。これにより、壁部６４は、筒部６２の端部を開口６６を除いて塞いでいる。

分岐部６３は、筒部６２の途中から分岐している。分岐部６３は、筒部６２とともに内部に還流通路６１を形成している。還流通路６１を流れる排気の大部分は、分岐部６３の内側を経由してサージタンク３１の内部へ排出される。分岐部６３は、筒部６２の軸に対し概ね垂直に筒部６２の径方向外側へ分岐している。

突出板部６５は、筒部６２の壁部６４側の端部から筒部６２の軸方向へ突出している。突出板部６５は、板状に形成され、側壁３４側の端部に筒部６２と一体に設けられている。これにより、突出板部６５は、側壁３４に沿って伸びている。突出板部６５を設けることにより、還流通路６１から開口６６を通過した排気は突出板部６５に沿って流れる。突出板部６５は、先端部分すなわち筒部６２とは反対側の端部に案内部６７を有している。案内部６７は、先端が側壁３４から遠ざかるように図１の上方へ曲げられている。そのため、突出板部６５に沿って流れる排気は、案内部６７に案内されて流入ポート３２側へ流出する。突出板部６５は、途中に穴部６８を有している。穴部６８は、突出板部６５を板厚方向に貫いている。

次に、上記の構成による吸気モジュール３０における還流された排気の流れを説明する。
筒部６２が形成する還流通路６１に流入した排気は、大部分が分岐部６３を経由してサージタンク３１の内部に排出される。分岐部６３から排出される排気は、図１および図３の上方すなわち吸気導入部３３側へ流れる。そのため、分岐部６３から排出された排気は、吸気導入部３３から導入された吸気との混合が促進される。これにより、各流入ポート３２に分配される排気が均一化される。

一方、還流通路６１を流れる排気の一部は、開口６６から流出し、突出板部６５の側壁３４とは反対側の面に沿って流れる。開口６６から流出した排気は、突出板部６５および案内部６７に案内されて図１の上方すなわち流入ポート３２側へ流れる。そのため、開口６６から流出した排気も、吸気導入部３３から導入された吸気との混合が促進される。これにより、開口６６を設ける場合でも、各流入ポート３２へ分配される排気が均一化される。

ところで、排気系から還流される排気には、燃料の燃焼にともなう水分が含まれる。この水分は、高温の排気中では水蒸気として含まれるのに対し、温度の低下にともなって凝縮水として液化する。水蒸気の凝縮は、温度の低いサージタンク３１の内側ほど促進される。そのため、特にエンジン２０の始動時など、排気および還流管部６０の温度が低いとき、筒部６２の端部すなわち壁部６４付近には凝縮水が生じやすくなる。

本実施形態の場合、還流通路６１を流れる排気の一部は、開口６６から流出する。そのため、壁部６４付近に生じた凝縮水は、開口６６から流出する排気によって、筒部６２の外側すなわち突出板部６５側へ排出される。そして、突出板部６５側へ排出された凝縮水は、排気の流れによって突出板部６５に沿って運ばれ、穴部６８に到達する。穴部６８に到達した凝縮水は、穴部６８を通してサージタンク３１の側壁３４側へ落下する。このとき、突出板部６５は筒部６２の外側に設けられているため、穴部６８を挟んで側壁３４側とその反対側ではサージタンク３１内部の圧力がほぼ等しい。そのため、穴部６８を通して排気が側壁３４側へ流出することなく、凝縮水のみが側壁３４側へ落下する。これにより、還流管部６０を構成する筒部６２の内部および突出板部６５にとどまる凝縮水は低減される。

ここで、比較例について説明する。図５に示す比較例による吸気モジュールは、本実施形態の吸気モジュール３０と同様に天地方向において吸気導入部３３の反対側に還流管部１１０を設けている。還流管部１１０は、筒部１１１および分岐部１１２を有している。筒部１１１の端部は、壁部１１３によって塞がれている。比較例の場合、突出板部に相当する部位は設けられていない。また、比較例の場合、筒部１１１は軸方向の途中に穴部１１４を有している。穴部１１４は、筒部１１１を板厚方向すなわち径方向に貫いている。

このような比較例の場合、還流管部１１０が形成する還流通路１１５を流れる排気に含まれる水分は、壁部１１３付近で凝縮する。一方、還流通路１１５を流れる排気の一部は、穴部１１４を通して筒部１１１の外側へ排出される。そのため、壁部１１３付近に生じた凝縮水は、穴部１１４を通過する排気とともに外部へ排出することができる。しかし、このとき穴部１１４からは凝縮水だけでなく排気の一部も排出される。これは、筒部１１１の内周側に形成される還流通路１１５に対し、筒部１１１の外側のサージタンク３１の圧力が低いからである。その結果、凝縮水とともに穴部１１４から排出される高温の排気は、穴部１１４に対向するサージタンク３１の側壁３４に吹き付けられる。したがって、サージタンク３１の側壁３４には熱的な損傷が生じやすくなる。この側壁３４の熱的な損傷を防止するために、還流管部１１０と側壁３４との距離を大きくすると、体格の大型化を招くこととなる。また、穴部１１４から排出された排気は、側壁３４に衝突し、吸気導入部３３から導入された吸気に混合されにくい。そのため、各流入ポート３２へ排気を均一に分配することは困難である。

以上のような比較例に対し、本実施形態の場合、凝縮水を含む排気は筒部６２が形成する還流通路６１から筒部６２の外部の突出板部６５側へ排出される。そのため、突出板部６５に設けられた穴部６８の両側では圧力差が小さい。その結果、突出板部６５に沿って流れる高温の排気は、穴部６８から側壁３４側へ流出することなく、突出板部６５および案内部６７に沿って吸気導入部３３から導入された吸気に混合される。したがって、高温の排気は側壁３４に吹き付けられず、サージタンク３１の大型化を招くことなく側壁３４の熱的な損傷を防止することができる。また、開口６６から排出された排気は、突出板部６５および案内部６７に案内されて吸気に混合される。したがって、各流入ポート３２に流入する吸気へ排気を均一に分配することができる。

また、本実施形態では、天地方向においてサージタンク３１の下方に還流管部６０が設けられている。サージタンク３１の下方は、単に容積部として機能し、デッドスペースとなる。そこで、このサージタンク３１の下方に還流管部６０を設けることにより、デッドスペースを有効に利用することができる。その結果、例えば車両のエンジンルームなど、空間的な制約がある場合でも、還流管部６０の構造の複雑化を招くことなくサージタンク３１に還流管部６０が接続される。したがって、吸気モジュール３０全体の体格の大型化を招くことがなく、搭載性を向上することができる。
さらに、本実施形態では、還流管部６０の内部に生じる凝縮水が還流管部６０の外部へ排出される。したがって、還流管部６０の腐食などの損傷を低減することができる。

以上説明した複数の実施形態では、四気筒のエンジン２０に吸気モジュール３０を適用する例について説明した。しかし、吸気モジュール３０は、四気筒に限らず、各気筒数のエンジンに適用することができる。
上述の本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

本発明の一実施形態による吸気モジュールにおいて還流管部の近傍を拡大した断面図。 本発明の一実施形態による吸気モジュールを適用したエンジンシステムを示す模式図。 本発明の一実施形態による吸気モジュールの概略を示す断面図。 図３のIV−IV線における断面図。 吸気モジュールの比較例において還流管部の近傍を拡大した断面図。

符号の説明

１０：エンジンシステム、３０：吸気モジュール、３１：サージタンク、３２：流入ポート、３３：吸気導入部、３４：側壁、４１：インテークマニホールド、５０：ＥＧＲ装置（排気還流装置）、６０：還流管部、６１：還流通路、６２：筒部、６３：分岐部、６４：壁部、６５：突出板部、６６：開口、６７：案内部、６８：穴部

Claims (6)

1. 容器状のサージタンクと、
   前記サージタンクと一体に樹脂で形成され、前記サージタンクの一方向へ並列して設けられ、前記サージタンクから吸気が分配される複数のインテークマニホールドにそれぞれ接続される複数の流入ポートと、
   前記流入ポートが並列して設けられる方向、および前記流入ポートへの空気の流れ方向のいずれにも概ね垂直な特定方向において、前記サージタンクの一方の端部に設けられ、前記サージタンクへ吸気が導入される吸気導入部と、
   前記特定方向において前記流入ポートを挟んで前記サージタンクの他方の端部に設けられ、前記サージタンクの内部に突出して、排気還流装置を経由して還流される排気を前記サージタンクの内部へ導入する還流管部と、
   を備える吸気モジュール。
2. 前記還流管部は、前記特定方向において前記吸気導入部とは反対側の前記サージタンクの側壁と近接して設けられている請求項１記載の吸気モジュール。
3. 前記還流管部は、前記流入ポートが並列して設けられている方向と概ね平行に前記サージタンクの内部に突出している請求項２記載の吸気モジュール。
4. 前記還流管部は、内部に排気が流れる還流通路を形成する筒部と、前記筒部の途中から径方向外側へ分岐し前記サージタンクの内部に連通する分岐部と、前記筒部の前記サージタンク側の端部に設けられ前記側壁側に開口を有し前記開口を除き前記還流通路の前記サージタンク側の端部を塞ぐ壁部と、前記筒部の軸方向の端部から前記側壁に沿って前記流入ポートが並列して設けられている方向と概ね平行に伸びる板状の突出板部と、前記突出板部を板厚方向に貫いて設けられている穴部と、を有する請求項３記載の吸気モジュール。
5. 前記突出板部は、前記筒部とは反対側の端部に前記側壁と反対側へ曲げられている案内部を有する請求項４記載の吸気モジュール。
6. 前記特定方向は天地方向に概ね一致し、
   車両に搭載したとき、前記吸気導入部は天地方向上方に位置し、前記還流管部は天地方向下方に位置する請求項１から５のいずれか一項記載の吸気モジュール。

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