JP2009019513A - エンジン用吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンコンパートメント内が水没してもエンジンに外気を吸入でき、而もボンネットを空気抵抗の少ないデザインとすることを可能にする。
【解決手段】吸気エアダクト２が接続されるエアクリーナケース３２、及びスロットルボディに接続されたエアクリーナホース４が接続されるエアクリーナキャップ３３から成るエアクリーナ３と、エアクリーナホース４の経路間において連通するサブ吸気エアダクト５と、エアクリーナケース３２に設置され吸気エアダクト２から浸入した水を検出する導通センサ７と、エアクリーナホース４及びサブ吸気エアダクト５が連通する位置に設けられ、常時はサブ吸気エアダクト５を閉塞してエアクリーナ３の放出口３３ａ及びスロットルボディを連通させ、導通センサ７が水を検出するとエアクリーナホース４におけるエアクリーナ３の放出口側を閉塞してサブ吸気エアダクト５及びスロットルボディを連通させる流路切替弁８とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジン用吸気装置に係り、特に大雨等により冠水した道路を走行した際、吸気エアダクトから水がエアクリーナ内に浸入しても、その水がエンジン内に吸い込まれてしまうことを防ぐことができるエンジン用吸気装置に関する。

自動車のエンジンは、シリンダブロック、シリンダヘッド及びクランクケースで構成され、シリンダブロック内には複数のピストンが往復移動可能に設けられている。また、シリンダヘッドは内側に燃焼室が形成され、この燃焼室には吸・排気用バルブ及び吸・排気用通路が設けられている。この吸気用バルブが開閉駆動することで吸気用通路と燃焼室とを連通、遮断させ、排気用バルブが開閉駆動することで排気用通路と燃焼室とを連通、遮断させることができる。

また、吸気工程では、吸気用通路から燃焼室内へ吸入される空気と、燃料噴射装置から燃焼室内へ噴射される燃料とが混じり合って形成された混合ガスを、燃焼室内に吸入することができる。この吸気工程で吸入した混合ガスを圧縮工程で圧縮し、この圧縮した混合ガスを膨張行程でプラグにて電気点火して爆発燃焼させ、この際、生成された燃焼ガスの高い圧力でピストンは押し下げられるので、そのピストン運動はコネクティングロッド、クランク・アームを経て、クランクシャフトによって回転運動に変換することができる。なお、下死点に到達したピストンは排気工程で慣性力によって押し上げられるので、排気用通路から燃焼ガスを排気することができる。

このような４工程を行うことで動力を取り出すピストン機関である自動車のエンジンは、燃焼室内に吸入する空気を吸気エアダクトから取り入れ、吸入する空気中の異物をエアクリーナで除去し、その空気をエアクリーナホース、スロットルボディ等を経て吸入するエンジン用吸気装置を備えている。

このエンジン用吸気装置は、通常の道路状況では問題にはならないが、大雨等により冠水した道路を走行する場合、水深や走行速度の状況によっては吸気エアダクトから浸入した水がエンジン内に吸い込まれることがあった。エンジンのシリンダー内部に水が浸入し、その状態でクランクシャフトが回転すると水は圧縮することができないので、コネクティングロッドやクランクシャフトが曲がったり折れたりするウォーターハンマー現象を引き起こすことになる。

このようなウォーターハンマー現象を回避するために、外気導入ダクトにリリーフ穴を設けた自動車用エンジンのウォータロック防止構造が開示されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車用エンジンのウォータロック防止構造は、冠水した道路を走行した際、外気導入ダクトの吸気口が全面水で塞がれても、リリーフ穴から空気を吸入することで吸気経路内負圧の急上昇を抑えることができるので、エンジン本体に水が一気に流入しないようにすることができる。

また、ウォーターハンマー現象を回避するために、エアクリーナに連通するメイン吸気ダクト及びサブ吸気ダクトを備え、メイン吸気ダクトの空気取入口をサブ吸気ダクトの空気取入口より鉛直方向下側に配置され、且つメイン吸気ダクトに当該メイン吸気ダクトを閉塞可能なフロート弁が設けられたエンジン吸気装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。このエンジン吸気装置は、メイン吸気ダクトに水が浸入した際、フロート弁によってメイン吸気ダクトを閉塞してサブ吸気ダクトから空気を吸入することができるので、エアクリーナ内に流入する水の量を従来より低く抑えることができる。

実開平０６−７４４５０号公報 特開２００５−１５５４３９号公報

しかしながら、背景技術に記載した特許文献１の自動車用エンジンのウォータロック防止構造では、エンジンコンパートメント内に配置された外気導入ダクト自体にリリーフ穴が設けられているので、外気導入ダクト自体が水没した場合にはリリーフ穴から空気を吸入できなくなり、ウォーターハンマー現象を引き起こすことになる。

また、背景技術に記載した特許文献２のエンジン吸気装置では、メイン吸気ダクトはエアクリーナの下側に重ね合わされ、サブ吸気ダクトはエアクリーナの上側に組み込まれた一体化構造なので、ボンネットを空気抵抗の少ないデザインとする妨げとなり、また、エアクリーナ自体が水没した場合には、サブ吸気ダクトから空気を吸入できなくなりウォーターハンマー現象を引き起こすことになる。

本発明は、このような従来の難点を解消するためになされたもので、エンジンコンパートメント内が水没してもエンジンに外気を吸入でき、而もボンネットを空気抵抗の少ないデザインとすることが可能なエンジン用吸気装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成する本発明のエンジン用吸気装置は、一次側ボディに吸気エアダクトを接続する吸気口が形成され、一次側ボディに隣接して配置された二次側ボディに放出口が形成されるエアクリーナと、エアクリーナの放出口に接続されると共に、エンジンへの供給空気量を調節するスロットルボディに接続されるエアクリーナホースと、エアクリーナホースの経路間において連通するサブ吸気エアダクトと、エアクリーナの一次側ボディに設置され吸気エアダクトから浸入した水を検出する水検出センサと、エアクリーナホース及びサブ吸気エアダクトが連通する位置に設けられ、常時はサブ吸気エアダクトを閉塞してエアクリーナの放出口及びスロットルボディを連通させ、水検出センサが水を検出するとエアクリーナホースにおけるエアクリーナの放出口側を閉塞してサブ吸気エアダクト及びスロットルボディを連通させる流路切替弁とを備えたものである。なお、本明細書において「連通」とは隔絶された二つの空間の通路を介して、連続状態にすることを意味する。

このような第１の態様であるエンジン用吸気装置によれば、吸気エアダクトからエアクリーナの一次側ボディに水が浸入すると、一次側ボディに設置された水検出センサが、水が浸入したことを検出するので、流路切替弁はその水検出センサの検出動作に基づきエアクリーナホースにおけるエアクリーナの放出口側を閉塞してサブ吸気エアダクト及びスロットルボディを連通させることができ、エアクリーナ内に水が充満してもエンジン内に空気のみを吸入することができる。

本発明の第２の態様は第１の態様であるエンジン用吸気装置において、水検出センサは、２個の端子から構成され当該各端子が何れも水に浸った状態で導通する構造の導通センサである。

このような第２の態様であるエンジン用吸気装置によれば、吸気エアダクトからエアクリーナの一次側ボディに水が浸入し、一次側ボディに設置された導通センサの２個の端子が同時に水に浸ると、２個の端子間が導通するので、一次側ボディに水が浸入したことを簡易な構成で容易に検出することができる。

本発明の第３の態様は第１の態様であるエンジン用吸気装置において、流路切替弁は、スイングアーム形の弁体を使用した弁である。

このような第３の態様であるエンジン用吸気装置によれば、スイングアーム形の弁体を揺動するだけで流路を切り替えることができるようになる。

本発明の第４の態様は第１の態様であるエンジン用吸気装置において、水検出センサから出力される水検出信号に基づき流路切替弁を駆動して、エアクリーナホース及びサブ吸気エアダクトが連通する位置において、エアクリーナホースにおけるエアクリーナの放出口側を閉塞してサブ吸気エアダクト及びスロットルボディを連通させる制御部を備えたものである。

このような第４の態様であるエンジン用吸気装置によれば、流体制御弁を、常時はサブ吸気エアダクトを閉塞してエアクリーナの放出口及びスロットルボディを連通させ、水検出センサが水を検出するとエアクリーナホースにおけるエアクリーナの放出口側を閉塞してサブ吸気エアダクト及びスロットルボディを連通させるように制御することができる。

本発明の第５の態様は第１の態様であるエンジン用吸気装置において、サブ吸気エアダクトは、吸気口がウインドシールド下部において骨格部材を構成するフロントカウルの内部空間に配置されているものである。

このような第５の態様であるエンジン用吸気装置によれば、エンジンコンパートメント内が水没してもサブ吸気エアダクトには水が浸入しなくなる。

本発明のエンジン用吸気装置によれば、吸気エアダクトやエアクリーナが水没してもサブ吸気エアダクトで外気を吸入できるので、冠水した道路を走行してもエンジンがウォーターハンマー現象を引き起こすことを防ぐことができる。また、本発明のエンジン用吸気装置によれば、サブ吸気エアダクトを吸気エアダクト及びエアクリーナから離れた位置に配置できるので、ボンネットを空気抵抗の少ないデザインとすることが可能になる。

以下、本発明のエンジン用吸気装置を実施するための最良の形態例について、図面を参照して説明する。

本発明のエンジン用吸気装置は図１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、自動車の外部から空気を吸入する吸気エアダクト２と、吸気エアダクト２で吸入された空気中の粉塵等の異物を捕集するエアクリーナ３と、エアクリーナ３を介して吸入された空気のエンジンへの供給量を調節するスロットルボディ（図示せず）に接続されるエアクリーナホース４と、エアクリーナホースの経路間において連通するサブ吸気エアダクト５とを備えている。なお、吸気エアダクト２は、エンジンコンパートメント内において吸気口側２ａが外気を吸入し易いように車体前方に向かって開口している。

エアクリーナ３は、エアクリーナ本体３０とエアクリーナ本体３０に内蔵されたエレメントフィルタ３１とを備えている。エアクリーナ本体３０は一次側ボディであるエアクリーナケース３２と、エアクリーナケース３２の鉛直方向上側に配置された二次側ボディであるエアクリーナキャップ３３とから構成され、このエアクリーナケース３２とエアクリーナキャップ３３との間にエレメントフィルタ３１が組み込まれている。エアクリーナケース３２には吸気口３２ａが形成され、この吸気口３２ａに吸気エアダクト２の放出口側２ｂが密閉状態で連結されている。また、エアクリーナキャップ３３には放出口３３ａが形成され、この放出口３３ａにエアクリーナホース４の吸気口側４ａが密閉状態で連結され、放出口側（図示せず）が密閉状態でスロットルボディの吸気口に密閉状態で連結されている。

サブ吸気エアダクト５は、大雨等により冠水した道路を走行して吸気エアダクト２に水が浸入した際の緊急用として使用するエアダクトで、例えばウインドシールド下部において骨格部材を構成するフロントカウル６の内部空間に吸気口５ａを配置するとよい。このようにサブ吸気エアダクト５を配置することで、エンジンコンパートメント内が水没してもサブ吸気エアダクト５には水が浸入しなくなる。なお、吸気口５ａは鉛直方向下側に開口するように設けることで、フロントカウル６を伝わって浸入した水が直接入る込むことを防ぐことができる。したがって、サブ吸気エアダクト５は、放出口５ａがエアクリーナホース４の経路間に連通されていることになる。

また、本発明のエンジン用吸気装置１は、エアクリーナ３のエアクリーナケース３２に設置され吸気エアダクト２から浸入した水を検出する水検出センサ７と、エアクリーナホース３２及びサブ吸気エアダクト５が連通する位置ＣＰに設けられている流路切替弁８とを備えている。

水検出センサ７は、２個の端子７ａ、７ｂから構成され当該各端子７ａ、７ｂが何れも水に浸った状態で導通する構造の導通センサである。この水検出センサ７の２個の端子７ａ、７ｂは、エアクリーナケース３２の底部に離間した状態で配置されている。このような構造の水検出センサ７を使用することで、吸気エアダクト２からエアクリーナ３のエアクリーナケース３２に水が浸入し、エアクリーナケース３２に設置された水検出センサ７の２個の端子７ａ、７ｂが同時に水に浸ると、２個の端子７ａ、７ｂ間が導通するので、エアクリーナケース３２に水が浸入したことを簡易な構成で容易に検出することができる。

流路切替弁８は、スイングアーム形の弁体を使用した弁である。この流路切替弁８は、流路を切り替えるためのスイングバルブ８１と、スイングバルブ８１が取り付けられたバルブシャフト８２と、バルブシャフト８２を回動させてスイングバルブ８１を揺動させるアクチュエータ８３とを備えている。スイングバルブ８１は端部がバルブシャフト８２に固定され、バルブシャフト８２はアクチュエータ８３に組み込まれている。また、スイングバルブ８１の形状は、エアクリーナホース４及びサブ吸気エアダクト５が連通する位置ＣＰにおいて、エアクリーナホース４におけるエアクリーナキャップ３３の放出口３３ａ側を閉塞でき、サブ吸気エアダクト５を閉塞できるような形状になっている。

したがって、アクチュエータ８３がバルブシャフト８２を介してスイングバルブ８１を揺動することで、常時はサブ吸気エアダクト５を閉塞してエアクリーナホース４におけるエアクリーナキャップ３３の放出口３３ａ及びスロットルボディを連通させ、水検出センサ７が水を検出するとエアクリーナホース４におけるエアクリーナキャップ３３の放出口３３ａ側を閉塞してサブ吸気エアダクト５及びスロットルボディを連通させることができる。即ち、スイングバルブ８１を揺動するだけで流路を切り替えることができるようになる。

なお、水検出センサ７及び流体制御弁８はそれぞれＣＰＵ等から構成される制御部９に接続され、この制御部９は水検出センサ７から出力される水検出信号に基づき流体制御弁８を制御することができる。この制御部９は流体制御弁８を、常時はサブ吸気エアダクト５を閉塞してエアクリーナホース４におけるエアクリーナキャップ３３の放出口３３ａ及びスロットルボディを連通させ、水検出センサ７が水を検出するとエアクリーナホース４におけるエアクリーナキャップ３３の放出口３３ａ側を閉塞してサブ吸気エアダクト５及びスロットルボディを連通させるように駆動する制御機能を有している。

このように構成された本発明のエンジン用吸気装置１の動作について、以下説明する。

まず、吸気エアダクト２から水が入り込むことのない道路を走行する通常走行の場合には図１（Ａ）に示すように、エアクリーナケース３内には水が浸入しないので、エアクリーナ３のエアクリーナケース３２に設置された水検出センサ７は制御部９に水検出信号を出力することはない。したがって、制御部９は流路切替弁８のスイングバルブ８１で、サブ吸気エアダクト５を閉塞してエアクリーナホース４におけるエアクリーナキャップ３３の放出口３３ａ及びスロットルボディを連通させた状態に維持させる。

この状態で、吸気エアダクト２の吸気口側２ａから外気が吸入されると、矢印で示すようにエアクリーナケース３内を経由してエレメントフィルタ３１を通過して空気が濾過される。エレメントフィルタ３１で濾過された空気はエアクリーナキャップ３３内を経由して、矢印で示すようにエアクリーナホース４の吸気口側４ａに至る。そして、矢印で示すようにエアクリーナホース４内を通過してスロットルボディへと吸い込まれることになる。

次に、大雨等により冠水した道路を走行する異常走行の場合には図１（Ｂ）に示すように、水深や走行速度の状況によっては吸気エアダクト２から水が入り込むことになる。吸気エアダクト２から水が入り込むと、エアクリーナ３のエアクリーナケース３２に設けられた水検出センサ７の２個の端子７ａ、７ｂが同時に水に浸るので、２個の端子７ａ、７ｂ間が導通することで制御部９に水検出信号が出力されることになる。制御部９は水検出信号を受信すると、流路切替弁８を駆動してスイングバルブ８１を揺動させ、エアクリーナホース４におけるエアクリーナキャップ３３の放出口３３ａ側を閉塞してサブ吸気エアダクト５及びスロットルボディを連通させる。この状態では、外気はサブ吸気エアダクト５の吸気口５ａから外気が吸入されることになる。サブ吸気エアダクト５の吸気口５ａから外気が吸入されると、矢印に示すようにサブ吸気エアダクト５内を経由してエアクリーナホース４内に至る。そして、矢印で示すようにエアクリーナホース４内を通過してスロットルボディへと吸い込まれることになる。

したがって、エアクリーナ３内に水が充満してもサブ吸気エアダクト５で外気を吸入できるので、エンジン内に空気のみを吸入することができる。なお、エアクリーナ３は車両の狭隘なエンジンコンパートメント内においては搭載位置が制限されているので、エアクリーナ３に接続する吸気用エアダクト２もその近傍に配置されることになる。しかし、サブ吸気エアダクト５は非常用なので、エアクリーナホース４の経路間に連通することができるので、吸気口５ａを水が浸入しにくい位置に自由に配置することが可能になる。

このような異常走行後、制御部９はリセットされると、流路切替弁８を駆動してスイングバルブ８１を揺動させ、サブ吸気エアダクト５を閉塞してエアクリーナホース４におけるエアクリーナキャップ３３の放出口３３ａ及びスロットルボディを連通させることができるので、通常走行において、エアクリーナ３のエレメントフィルタ３１で濾過された空気をスロットルボディに吸引することができるようになる。

なお、上述した実施例においては、水検出センサ７として導通センサを使用していたが、これに限らず、反射型や透過型の光電センサを使用してエアクリーナ３のエアクリーナケース３２に浸入した水を検出するようにしてもよい。

また、上述した実施例においては、サブ吸気エアダクト５の吸気口５ａがウインドシールド下部において骨格部材を構成するフロントカウル６の内部空間に配置されていたが、これに限らず、サブ吸気エアダクト５の吸気口５ａは、エンジンコンパートメント内が水没しても水が容易には浸入しないような例えばフロントフェンダー内におけるエンジンコンパートメントとは隔離された部位に配置してもよい。

また、上述した実施例においては、流体制御弁８としてスイングアーム形の弁体を使用したものを使用していたが、これに限らず、流路を切り替えることができれば二方弁の電磁弁でもよい。

また、上述した実施例においては、エアクリーナ３はエアクリーナキャップ３３がエアクリーナケース３２の鉛直方向上側に配置されていたが、これに限らず、エアクリーナキャップ３３及びエアクリーナケース３２は隣接していればどのような配置形態でもよく、さらには、分離型ではなく一体型でもよい。

これまで本発明について図面に示した特定の実施の形態をもって説明してきたが、本発明は図面に示した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する限り、これまで知られたいかなる構成であっても採用することができることはいうまでもないことである。

本発明のエンジン用吸気装置における好ましい実施の形態例を示す構成図で、（Ａ）は吸気ダクト及びスロットルボディを連通した状態の図、（Ｂ）はサブ吸気エアダクト及びスロットルボディを連通した状態の図である。

符号の説明

１……エンジン用吸気装置
２……吸気エアダクト
３……エアクリーナ
３２……エアクリーナケース（一次側ボディ）
３２ａ……吸気口
３３……エアクリーナキャップ（二次側ボディ）
３３ａ……放出口
４……エアクリーナホース
５……サブ吸気エアダクト
５ａ……吸気口
６……フロントカウル
７……水検出センサ
７ａ、７ｂ……２個の端子
８……流路切替弁
９……制御部

Claims (5)

1. 一次側ボディに吸気エアダクトを接続する吸気口が形成され、前記一次側ボディに隣接して配置された二次側ボディに放出口が形成されるエアクリーナと、
   前記エアクリーナの前記放出口に接続されると共に、エンジンへの供給空気量を調節するスロットルボディに接続されるエアクリーナホースと、
   前記エアクリーナホースの経路間において連通するサブ吸気エアダクトと、
   前記エアクリーナの前記一次側ボディに設置され前記吸気エアダクトから浸入した水を検出する水検出センサと、
   前記エアクリーナホース及び前記サブ吸気エアダクトが連通する位置に設けられ、常時は前記サブ吸気エアダクトを閉塞して前記エアクリーナの前記放出口及び前記スロットルボディを連通させ、前記水検出センサが前記水を検出すると前記エアクリーナホースにおける前記エアクリーナの前記放出口側を閉塞して前記サブ吸気エアダクト及び前記スロットルボディを連通させる流路切替弁とを備えたことを特徴とするエンジン用吸気装置。
2. 前記水検出センサは、２個の端子から構成され当該各端子が何れも水に浸った状態で導通する構造の導通センサであることを特徴とする請求項１記載のエンジン用吸気装置。
3. 前記流路切替弁は、スイングアーム形の弁体を使用した弁であることを特徴とする請求項１記載のエンジン用吸気装置。
4. 前記水検出センサから出力される水検出信号に基づき前記流路切替弁を駆動して、前記エアクリーナホース及び前記サブ吸気エアダクトが連通する位置において、前記エアクリーナホースにおける前記エアクリーナの前記放出口側を閉塞して前記サブ吸気エアダクト及び前記スロットルボディを連通させる制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載のエンジン用吸気装置。
5. 前記サブ吸気エアダクトは、吸気口がウインドシールド下部において骨格部材を構成するフロントカウルの内部空間に配置されていることを特徴とする請求項１記載のエンジン用吸気装置。

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