JP2008196438A - 吸気モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の出力への影響が小さく、構造の複雑化を招くことなく、サージタンクの内部に生じた水滴による内燃機関の損傷を低減する吸気モジュールを提供することにある。
【解決手段】サージタンク３１の内側には、天地方向において下方の壁部３４に沿って吸水部材７０が設けられている。そのため、排気中に含まれる水分が凝縮してサージタンク３１の内側に水滴として生じても、その水滴は下方へ落下し吸水部材７０に吸収される。エンジン２０の運転によって、エンジン２０からサージタンク３１へ高温の排気が還流されると、サージタンク３１の温度は上昇する。これにより、サージタンク３１の内部に設けられた吸水部材７０の温度も上昇し、吸水部材７０に吸収された水分は水蒸気へ気化する。その結果、気化した水蒸気は、気体として吸気に混合され、各流入ポート３２を経由してエンジン２０へ供給される。
【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。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。このような排気還流を採用する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ための還流管部が接続している（例えば、特許文献１参照）。

ところで、内燃機関から排出された排気には水分が水蒸気として含まれている。そのため、例えば内燃機関の停止後など、吸気モジュールの温度が低下すると、排気に含まれる水蒸気が凝縮し、水滴となってサージタンクの内部に生じる。この凝縮した水が大量に内燃機関に吸入されると、ウォーターハンマー現象により内燃機関の損傷を招くおそれがある。そこで、例えばサージタンクとインテークマニホールドとの間を接続する通路を設けている。これにより、サージタンクに生じた水滴はインテークマニホールドへ排出されるとともに、排出された水滴はインテークマニホールドを流れる吸気とともに水蒸気または微細な水滴として内燃機関に供給される。

しかしながら、サージタンクとインテークマニホールドとの間に通路を設けると、サージタンクからインテークマニホールドへ所定外の空気の流れが形成される。そのため、吸気の圧力脈動の干渉を招き、内燃機関の出力低下の原因となる。一方、吸気の圧力脈動を低減するために通路の径を小さくすると、吸気に含まれる異物や還流された排気に含まれる未燃焼成分が通路に付着し、通路を塞ぐおそれがある。その結果、発生した水滴は排出されることなくサージタンクに溜まり、ウォーターハンマー現象による内燃機関の損傷の原因となる。また、排気還流装置に排気を冷却する冷却部を設け、サージタンクに還流される前に排気に含まれる水分を除去することも考えられる。しかし、この場合、排気還流装置の構造の複雑化および部品点数の増大を招くという問題がある。

特開２００６−２３３８５９号公報

そこで、本発明の目的は、内燃機関の出力への影響が小さく、構造の複雑化を招くことなく、サージタンクの内部に生じた水滴による内燃機関の損傷を低減する吸気モジュールを提供することにある。

請求項１記載の発明では、サージタンクの還流管部側の壁部に沿って吸水部材が設けられている。吸水部材は、水を吸収する。そのため、還流管部から排出された排気に含まれる水蒸気が温度の低下によって凝縮し、サージタンクの壁部に水滴となって生じると、生じた水滴は吸水部材によって吸収される。一方、内燃機関の運転によって、内燃機関からサージタンクへ排気が還流されると、吸水部材に吸収された水分は排気の熱によって水蒸気へ気化する。その結果、気化した水蒸気は、気体として吸気に混合されて内燃機関に供給される。これにより、サージタンクに水分を排出するための開口、および排気中の水分を除去する部位は不要である。したがって、吸気の圧力脈動の干渉が内燃機関の出力に与える影響を低減することができるとともに、構造の複雑化を招くことなく、内燃機関の損傷を低減することができる。

請求項２記載の発明では、吸水部材は還流管部の出口の延長線上に設けられている。そのため、還流管部を経由して還流される高温の排気は、吸水部材に向けて放出される。これにより、吸水部材に吸収された水分は容易に水蒸気へ気化する。したがって、吸水部材に吸水された水分の気化を促進することができる。
請求項３記載の発明では、車両に搭載したとき、天地方向の下方に還流管部が位置する。そのため、吸水部材も還流管部とともに天地方向の下方に位置する。サージタンクの内壁に付着した水滴は、重力によって天地方向の下方すなわち吸水部材側へ落下する。これにより、サージタンクの内部に生じた水滴は、吸水部材へ積極的に吸収される。したがって、内燃機関への水滴の吸収が低減され、内燃機関の損傷を低減することができる。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
本発明の第１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３に示す。

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、排気還流装置としての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３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１および図２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３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１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に対応して並列に設けられている。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が並列に設けられている。これにより、流入ポート３２は、図１に示すようにサージタンク３１の一方向へ並列に配置されている。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２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１および図２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１および図２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１および図２の上方は天地方向上方であり、図１および図２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１および図２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１および図２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、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。

還流管部６０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。還流管部６０は、図１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。還流管部６０は、サージタンク３１の吸気導入部３３とは反対側の壁部３４に近接して設けられている。

吸気モジュール３０は、サージタンク３１の内部に吸水部材７０を備えている。吸水部材７０は、サージタンク３１の還流管部６０側の壁部３４に沿って設けられている。吸水部材７０は、吸水性を有するスポンジ状または繊維状の部材などによって形成されている。そのため、吸水部材７０は、例えば水滴などが生じると、生じた液状の水分を吸収する。また、吸水部材７０は、還流管部６０の近傍に設けられる。そのため、吸水部材７０は、還流管部６０から排出される高温の排気にさらされる。したがって、吸水部材７０は、耐熱性の高い材料で形成することが好ましい。さらに、吸水部材７０は、吸収した水を容易に放出することが好ましい。そこで、吸水部材７０を熱伝導率の高い材料によって形成することにより、排気の熱によって吸収した水分を効率的に放出することができる。

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。
排気通路２４から還流管部６０が形成する還流通路６１に流入した排気は、サージタンク３１の内部に排出される。還流管部６０から排出された排気は、吸気導入部３３から導入される吸気に混合される。混合された排気および吸気は、各流入ポート３２を経由してエンジン２０の各気筒２１へ分配される。

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。そのため、例えばエンジン２０を停止し、サージタンク３１の温度が低下すると、凝縮水が生じやすくなる。

第１実施形態の場合、サージタンク３１の還流管部６０側すなわち天地方向の下方に吸水部材７０が設けられている。サージタンク３１の内側に生じた水滴は、重力によって天地方向の下方すなわち壁部３４側へ落下する。これにより、サージタンク３１の内側に生じた水滴は、壁部３４に沿って設けられている吸水部材７０に吸収される。その結果、吸水部材７０は、エンジン２０の運転によってサージタンク３１の温度が上昇するまで、吸収した水滴を保持する。

一方、エンジン２０の運転によって、エンジン２０からサージタンク３１へ排気が還流されると、サージタンク３１の温度は上昇する。これにより、サージタンク３１の内部に設けられた吸水部材７０の温度も上昇し、吸水部材７０に吸収された水分は水蒸気へ気化する。そのため、水蒸気は、吸気導入部３３から導入された吸気に気体のとして混合され、各流入ポート３２を経由してエンジン２０へ供給される。以上のように、第１実施形態では、サージタンク３１の内側で生じた水滴は、サージタンク３１の内部に留まらず、エンジン２０への吸入も低減される。

第１実施形態では、サージタンク３１で生じた水滴は吸水部材７０に保持される。そのため、サージタンク３１からエンジン２０への水滴の吸入は低減される。したがって、いわゆるウォーターハンマー現象の発生が低減され、エンジン２０の損傷を低減することができる。また、第１実施形態では、サージタンク３１には、サージタンク３１の内部に生じた水滴を排出するための開口を設ける必要がない。そのため、サージタンク３１からインテークマニホールド４１への吸気の漏れは生じない。したがって、吸気の圧力脈動の干渉を低減することができ、エンジン２０の出力を高めることができる。さらに、第１実施形態では、ＥＧＲ装置５０などにおいて、排気を冷却する冷却部を設けて排気中の水分を除去する必要がない。したがって、構造の複雑化を招くことはない。

第１実施形態では、吸水部材７０は還流管部６０の出口の延長線上に設けられている。そのため、還流管部６０を経由して還流される高温の排気は、吸水部材７０に向けて放出される。これにより、吸水部材７０に吸収された水分は、排気の熱によって容易に水蒸気へ気化する。したがって、吸水部材７０に吸水された水分の気化を促進することができる。

また、第１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。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による吸気モジュールの要部を図４に示す。
第２実施形態では、吸水部材７０の天地方向の上側に板状の受熱部７１が設けられている。受熱部７１は、吸水部材７０に接している。受熱部７１は、吸水部材７０と同様に還流管部６０の出口の延長線上に位置する。受熱部７１は、排気から受けた熱を吸水部材７０に伝達する熱伝導率の高い材料で形成することが望ましい。受熱部７１を形成する材料は、例えば銅やアルミニウムなどの金属、セラミックスあるいは樹脂などを適用可能である。

このように受熱部７１を設けることにより、受熱部７１は還流管部６０から排出される高温の排気によって加熱される。そして、受熱部７１の熱は、吸水部材７０に伝達される。これにより、吸水部材７０は、排気の熱によって効率的に過熱される。その結果、第２実施形態では、吸水部材７０に吸水された水分の気化をより促進することができる。

第２実施形態の場合、受熱部７１は板状に形成されている。受熱部７１は、還流管部６０から排出される排気の流れ方向に沿って設けられている。そのため、受熱部７１は、サージタンク３１の内部における吸気の流れを妨げることがない。なお、受熱部７１は、一枚の板状に限らず、例えばフィン形状や複数の板状などの任意の形状としてもよい。また、受熱部７１の向きは、吸気の流れを妨げない範囲で任意に設定することができる。

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、種々の気筒数のエンジンに適用することができる。
以上のように本発明は、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。

本発明の第１実施形態による吸気モジュールにおいてサージタンクの概略を示す断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図。 本発明の第１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。 本発明の第２実施形態による吸気モジュールにおいてサージタンクの概略を示す断面図。

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、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、７０：吸水部材

Claims (3)

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、
   前記サージタンクの前記還流管部側の壁部に沿って設けられ、水分を吸収可能な吸水部材と、
   を備える吸気モジュール。
2. 前記吸水部材は、前記還流管部の前記サージタンク側の出口の延長線上に設けられている請求項１記載の吸気モジュール。
3. 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または２記載の吸気モジュール。

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