JP2009517596A - 内燃機関用の供給空気分配装置 - Google Patents

Abstract

空気分配装置１０は、内燃機関のシリンダ１５、１６、１７、１８への供給用の連絡管路４５、４６、６５、６６を備えた円筒形管状本体２４を有し、それらの分岐部３７〜４４は、管状本体の母線ＧＡ上に整列して開口する。管状本体２４は、分岐部の上流で、空気取入孔３２に開いた１８０°のエルボ管３０から延長され、エルボ管３０は、母線ＧＡを含む管状本体２４の直径面に対して角度αで傾斜している。分配装置は、分配された第１のシリンダ１５および第２のシリンダ１６の分岐部３７〜４０とは反対の側に、管状本体２４内に配設された凹部７０を有する。分岐部３８と３９の間に配設された頂部ゾーン７２の周りに収束／分散断面７１、７３を有する凹部７０により、管路６５、６６内の空気の流量の再均衡を図りながら、傾斜したエルボ管をもつ分配装置の構造によって導入される、分配された第２のシリンダ１６内の「スワール」の低下をベンチュリ効果によって減らすことが可能になる。分配装置１０は、シリンダ１６ごとに２本の吸気ダクト６７、６８を有するディーゼルエンジンのシリンダヘッド１４の吸気面１２に取り付けられる。

Description

本発明は、特に自動車車両用内燃機関のシリンダ内に吸い込まれる空気の分配装置に関するものであり、ここで「空気」とは、広義の意味であり、特に、あらゆる吸気混合物、とりわけ空気と燃料の混合物を意味するものとする。

一般に、内燃機関のシリンダ内に吸い込まれる空気の分配は、供給ダクトが複数存在する場合に同じシリンダのレベルにおいても、シリンダ間での分配というレベルにおいても、各シリンダへの供給のあらゆる不均衡を取り除くまたは実質的に低減させることを目指しながら行われる。とりわけ、吸気の空気力学が非常に重大であるシリンダごとに２本の吸気ダクトを有するディーゼル型の機関においては、いくつかのシリンダ内、とりわけ分配された第２のシリンダ内で、分配装置の幾何形状を原因とする「スワール」の低下が見られた（「スワール」は、シリンダ内で発生する軸方向の渦と定義することができる）。とりわけ１８０°湾曲された空気分配装置については、特に、自動車車両のエンジン区画内に取り付けられるエンジンの占めるスペースおよびコンパクトさから、エルボ管が、管状本体に対して直径方向で、シリンダの供給ダクトの連絡管路の分岐部の整列直線を通る、基準面に対して傾斜している場合に、このような結果となる。

本発明は、分配装置の幾何形状を考慮した、分配された第２のシリンダへの供給の改善を目的とした分配装置に関するものであり、とりわけ、前述の不都合を解消することを目的とする。

とりわけ公報ＪＰ２００３０７４３５７から、先端に軸方向の空気取入口が付きシリンダごとに２つの吸気バルブを有するタイプの内燃機関用の空気分配装置であって、連絡管路の曲率がシリンダ間の「スワール」を均一化するように適合された分配装置が知られている。さらに、公報ＪＰ６３２０８６１６から、第２シリンダと第３シリンダの間に側方中央取入口が付き、シリンダごとに１つの吸気バルブを有する、直列四気筒型内燃機関用の空気分配装置であって、第３のシリンダの連絡管路の入口が、シリンダヘッドの上流で、空気の流れの線に、第２のシリンダと同じ方向に同じ曲率半径を与える空気ガイドを備える分配装置が知られている。また、公報ＪＰ１１３５０９９６３から、１つの吸気バルブを有するタイプの直列三気筒内燃機関用の連絡管路なしの空気分配装置であって、分配された第１シリンダと第２シリンダの間、および分配された第２シリンダと第３シリンダの間に、一定断面に適合された突出物が配設された分配装置が知られている。この３件の日本公報でシリンダ間の「スワール」の均衡を保つために提案されている解決策は、分配装置に関連してまたは分配装置によって生じる内部の空気力学的擾乱が存在しない、湾曲型空気分配装置とは完全に異なる特定の構造の空気分配装置のみに関するものである。

本発明は、少なくとも直列の複数のシリンダを備え、シリンダごとに２本の吸気ダクトを有する内燃機関用の空気分配装置であって、シリンダへの供給のための側方連絡管路を備えたほぼ円筒形の管状主要本体を備え、管状主要本体との分岐部が、前記管状主要本体の母線にそってほぼ整列して開口し、管状主要本体が、前記分岐部の上流で空気取入孔に開いたほぼ１８０°のエルボ管から延長され、前記エルボ管が、分岐部の整列母線を含む前記主要本体の直径面に対して傾斜している空気分配装置において、管状本体内の、分配された第１および第２のシリンダの連絡管路の分岐部とは反対の側に配設され、分配された第１のシリンダと第２のシリンダの分岐部の間に頂部ゾーンを有する、凹部を有することを特徴とする空気分配装置を提案する。

説明から分かるように、このような配置により、分配された第２のシリンダの２本の連絡管路の間での流量の再均衡を図ることが可能になる。

好ましい一実施形態によれば、分配装置は、前記直径面が前記シリンダヘッド吸気面に垂直になるように、それぞれのシリンダに対応したシリンダヘッドの吸気ダクトに向かい合って、シリンダの列と平行に連絡管路が配設された状態で、前記エンジンのシリンダヘッドの対応する吸気面と平行に取り付けられるように適合する。このような配置により、分配装置を備えたエンジンのコンパクトさを改善することができる。

本発明による分配装置の第１の変形形態によれば、頂部ゾーンは、分配された第１のシリンダの下流分岐部のすぐ下流に配設される。有利には、凹部は、頂部ゾーンの両側で管状本体内の空気の流れ方向に収束／分散する断面を有し、とりわけ、収束／分散断面は、分配された第１のシリンダの上流分岐部のほぼ下流から、分配された第２のシリンダの下流分岐部の上流へと延びる。

本発明の別の変形形態によれば、凹部は管状本体内の空気の流れ方向にほぼ垂直に延びる。

本発明のさらに別の変形形態によれば、分配装置は、分配された第１のシリンダのダクトの分岐部の上流および近傍、ならびにエルボ管の傾斜側に、管状主要本体の空気の流れ区間の部分的絞りランプを備える。有利には、このランプは、上流面および下流面がそれぞれ、小さな傾斜および大きな傾斜を有する非対称な跳躍台の形をとり、前記ランプが、前記直径面に対して側方に傾斜している。

分配された第１のシリンダのレベルでのこのような配置により、一方では、分配装置内部の空気力学に影響を与え、他方では、分配された第１のシリンダ内での「スワール」の再上昇とともにエンジンの種々のシリンダ内でほぼ等しい「スワール」のレベルを回復し、同一の分配された第１のシリンダの２本の連絡管路間での流量の再均衡を図ることが可能になる。いずれかの配置の有効性を損なう恐れのある、分配された第１および第２のシリンダの空気力学的配置の間の負の相互作用が存在しないことが注目される。とりわけ、分配された第２のシリンダのレベルで空気力学的配置がただ１つ存在することによって空気の分配装置について得られる有効性は、空気力学的配置の上流で、分配された第１のシリンダのレベルに導入することによっても、ほとんど影響しない。したがって、分配された第１のシリンダおよび第２のシリンダのレベルで２つの空気力学的配置を組み合わせた、本発明による傾斜したエルボ管付き分配装置が、シリンダ相互間での「スワール」の非常に弱い分散しか引き起こさないことを確認することができた。

本発明のさらに別の変形形態によれば、分配装置は、前記ランプの正面および上流におけるエルボ管のほぼ出口に、管状本体内の空気の流れ方向にほぼ垂直に延びる第２の凹部を有する。有利には、第２の凹部は、管状本体内の空気の流れ方向に収束／分散する断面を有する。このような第２の凹部または突起によって、分配装置の全体的透過性、とりわけ分配された第１のポストについての透過性を改善することができる。なお、管の透過性は、所与のエネルギー損失で、ある流量の空気を通過させる管の能力に対応する。ここでまた、この２つの空気力学的配置と組み合わせて、第２の凹部を挿入することにより、本発明による空気分配装置の特に流量に関する性能が改善される。

本発明による別の変形形態によれば、円筒形の管状主要本体は、角が丸められたほぼ長方形の断面を有し、その短辺が、エルボ管に対向する管状本体の側面に対応し、連絡管路の整列された前記分岐部を支持する。

本発明はまた、特に自動車車両用の内燃機関であって、上述したあらゆる変形形態における本発明による、前記内燃機関のシリンダヘッドの吸気面上に取り付けられた、分配されたシリンダごとに２本の吸気連絡管路を備える、少なくとも１つの空気分配装置を備える内燃機関に関するものである。とりわけ、特に自動車車両用のディーゼル型の内燃機関であって、上述したあらゆる変形形態における本発明による、前記内燃機関のシリンダヘッドの吸気面上に取り付けられた、分配されたシリンダごとに２本の連絡管路を備える、少なくとも１つの空気分配装置を備える内燃機関に関するものである。

本発明のその他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、限定的でなく単に例示的なものとして以下に記される説明を読めば明らかになるだろう。

図１および２に示される吸気分配装置１０は、直列四気筒１５、１６、１７、１８を有する内燃機関のシリンダヘッド１４の吸気面１２に固定された動作位置で示されている。限定的でない例示的なものとして、シリンダヘッド１４を組み込んだ内燃機関は、特に自動車車両用のディーゼル型であるが、本発明の範囲を逸脱することなく、内燃機関は、特に自動車車両用の異なるタイプのもの、たとえば４サイクルガソリンエンジンでもよい。

図１および２を参照すると、シリンダヘッドの吸気面１２が、図１および２の平面に垂直な平面Ｐ１内を延び、図１において、シリンダ１５〜１８は、異なる供給ダクトのそれぞれ、たとえば分配された第１のシリンダであるシリンダ１５については供給ダクト１９、２０とともに上面図で示されており、それらダクトの先端は、シリンダ１５のヘッド上で点火面２２のレベルで開口しており、それぞれが、２つの供給バルブ（図示せず）のうち１つの弁座を支持している。図面を分かりやすくするために、排気バルブはここには図示していない。図２に示されているように、点火面２２は、図１および２の平面ならびにＰ１に垂直な平面Ｐ２内を延びている。

空気分配装置１０は、単体であれ、適切に組み立てられる別々のエレメントによるものであれ、鋳造によって得られる軽合金製のエルボ管の形をとる。分配装置１０は主に、軸ＸＸ’の円筒形管状主要本体２４から構成され、分配装置がシリンダヘッド１４上で動作するように取り付けられる場合には、吸気面１２および点火面１６に平行となる。分配された最後のシリンダであるシリンダ１８のレベルで閉じる第１の先端２６を有する本体２４は、もう一方の先端２８において、ダクトおよび供給装置（図示せず）に適切に接続された空気取入孔または吸気孔３２に開いた１８０°エルボ管３０によって延長される。図２に見ることができるように、円筒形管状本体２４は、限定的でなく例示的なものとして、角が丸められたほぼ長方形の断面３４を有し、エルボ管３０に対向する本体２４の側面に対応するその短辺３６は、分配装置１０の連絡管路の分岐部３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４を支持し、それら分岐部は、四気筒の供給ダクトに接続され、たとえば分配された第１のシリンダ１５については、分岐部３７および３８は、それぞれ、シリンダヘッド内に作製された供給ダクト１９および２０に適切に接続された連絡管路４５および４６と対になる。分配された第２のシリンダ１６の供給ダクト６７および６８に接続された連絡管路６５および６６とそれぞれ対になる分岐部３９および４０についても同様である。図１および２に見ることができるように、タンデムに対になっている分岐部３７〜４４は、軸ＸＸ’に平行で、その軸と同様に主要本体２４の直径面Ｐ３内に含まれる円筒形の管状本体２４の母線ＧＡ上にほぼ整列しており、前記直径面Ｐ３は、分配装置１０がいったんシリンダヘッド上に取り付けられると、点火面２２の平面Ｐ２に平行になる。

図２に示されているように、エルボ管２０は、平面Ｐ３と、流れの方向でエルボ管３０の入口および出口区間の中心ＣＥおよびＣＳを通る、限定的でなく例示的なものとして、図２の平面に垂直な平面として定義されたエルボ管３０の中央平面Ｐ４との間で規定される傾斜角αで直径面Ｐ３に対して傾斜していることが注目される。角度αは一般にかなり小さい角度が選択され、好ましくは１０〜２５°、この例では、Ｐ３から図２の左方に向かって、およそ２０°である。当然のことながら、本発明の範囲を逸脱することなく、空気分配装置のエルボ管は、たとえばＰ３に関して対称に、図２の右方に向かって反対方向に傾斜させることもできる。

本発明によれば、分配された第１のシリンダ１５および分配された第２のシリンダ１６の分岐部３７〜４０および連絡管路１９、２０、６５、６６に対向して管状本体２４内に配設され、分配された第１のシリンダと第２のシリンダの分岐部の間に頂部ゾーン７２を有する、凹部７０が設けられる。一般に、凹部の位置および形状は、分配された第２のシリンダ１６の分岐部３９および４０の上流における管状本体２４の内部ダクト２５内で流れの均一化および加速のベンチュリ効果を凹部に与えるように選択される。限定的でなく有利なものとして図１に示されているように、頂部ゾーン７２は、分配された第１のシリンダ１５の下流分岐部３８のすぐ下流に配設される。同じく、限定的でなく有利なものとして、凹部は、頂部ゾーン７２の両側の管状本体２４内の空気の流れ方向に収束／分散する断面（上流ゾーン７１／下流ゾーン７３）を有する。この場合、収束／分散断面は、分配された第１のシリンダ１５の上流分岐部３７のほぼ下流から、分配された第２のシリンダ１６の下流分岐部４０の上流へと延びる。

さらに、図２に示されているように、層または波の形の凹部７０は、平面Ｐ３に関して対称に、（軸ＸＸ’に沿った）管状本体２４内の空気の流れの方向にほぼ垂直に延びる。一般に、管状本体の内部ダクト２５内の凹部７０は、本体の鋳造の際に直接的に、あるいは、内側に加えられる部品を介して（あるいは、機械溶接される分配装置の場合には、エルボ管と管状本体の境界ゾーンのレベルにおいて分配装置の仕切りの適切な補強によって）作製される。

このようにして、凹部７０によって得られる管状本体２４内の流れに対するベンチュリ効果によって、分配された第２のシリンダ１６の連絡管路６５および６６のすぐ上流で流れを均一化し、分配された第２のシリンダ１６の２本の連絡管路間の流量の再均衡を図り、対応する空気力学的配置において最適な条件で動作することが可能になり、このとき１８０°傾斜するエルボ管が空気分配装置上に存在することによって生じる、分配された第２のシリンダにおける「スワール」の低下が是正される。当然のことながら、凹部７０は平面Ｐ３に関して対称であり、この是正は、傾斜角αの方向が平面Ｐ３の左方に向かっていようが、右方に向かっていようが、同じように得られる。

本発明による空気分配装置１０’は、分配装置１０に非常に近い。したがって、２つの分配装置で同じ部品は、ここでは再び説明せず、同じ参照番号が付されている。この２つの分配装置は、エルボ管３０の出口で、分配された第１のシリンダ１５の連絡管路４５の分岐部３７の近傍に、直径面Ｐ３に対するエルボ管の傾斜側で、エルボ管にほぼ対向して（すなわち、エルボ管の外側に対応する側であって、連絡分岐部が配置されている側で）配設された部分的絞りランプ４８が分配装置１０’上に存在する点で異なる。ランプ４８は、非対称の跳躍台の形をとり、その上流面５０および下流面５２がそれぞれ、小さな傾斜および大きな傾斜を有し、図３に示されているように、面５２は険しく、分岐部３７の限界に位置する。さらに、ランプ４８は、図４に示されているように、直径面Ｐ３に対して側方に傾斜している。それだけに限定されるものではないが好ましくは、管本体２８の法平面（切断面ＡＡの平面または図２の平面）におけるランプ４８の頂点５４の突出は、直径面Ｐ３に対して傾斜角αの１〜５倍の傾斜角β、この場合にはおよそ４０°を有する。一般に、管状本体の内部ダクト２５の凹部の絞りランプ４８は、本体の鋳造の際に直接的に、あるいは、内側に加えられる部品を介して（あるいは、機械溶接される分配装置の場合には、エルボ管と管状本体の境界ゾーンのレベルにおいて分配装置の仕切りの適切な補強によって）作製される。部分的絞りの率は、好ましくは、流れの断面積の５〜１０％である（この場合は、図２に示されているように１０％前後である）。

ランプ４８の存在により、分配された第１のシリンダ１５への空気の供給の空気力学に関して二重の機能をもたらす。その機能とは、一方では、シリンダ１５内に分配装置のないシリンダヘッドによって発生する「スワール」にほぼ等しい「スワール」のレベルを再確立し（その結果、エルボ管３０の傾斜を原因とするこのシリンダ１５内での「スワール」の低下を補償し）、他方では、同一シリンダ１５の２本の供給ダクト１９と２０の間の流量の再均衡を図ることである。その結果、空気の分配装置１０’により、傾斜したエルボ管の存在に起因する分配された第１のシリンダ１５および第２のシリンダ１６上での「スワール」の低下の影響を是正することが可能になる（この影響は、後続のシリンダ１７および１８上では無視できるほどになり、あるいは存在しなくなる）。

任意選択で、エルボ管３０の出口で、ランプ４８より上流でランプとは反対の側に、軸ＸＸ’に対して、すなわち管状本体２４の内側ダクト２５内の流れに対してほぼ垂直に、しかも、図３および４に示されているような第１の凹部７０にも垂直に延びる第２の凹部６０を設けることができる。第２の凹部６０は、横方向に、管状本体２４の側面６２上の平面Ｐ３に平行に（ランプ４８につながる側面６１とは反対に）、管状本体の幅（断面３４の長辺）全体に延び、収束／分散（上流ゾーン６１／下流ゾーン６３）型の断面を有する。凹部６０は、一般に、空気分配装置の鋳造材料でつくられる（また、加えられる部品の形で作製し、あるいは、機械溶接される分配装置の場合には、エルボ管の出口における仕切りを変形させることによって得ることもできる）。第２の凹部６０は、主に、ランプまたは跳躍台４８によって得られる空気分配装置の空気力学的利得を損なわずに、分配された第１のポスト、すなわちシリンダ１５について、分配装置１０’の透過性を改善する効果を有する（所与のエネルギー損失における空気の流量の増大による）。したがって、部分的絞りランプ４８の存在によって場合によっては引き起こされる流量のわずかな低下を少なくとも補償することが可能である。

当然のことながら、本発明の範囲を逸脱することなく、空気分配装置１０’のエルボ管を、図２の右に向かう反対方向に、たとえばＰ３に関して対称に、傾斜させることもできる。なお、対応する部分的絞りランプは、この平面に関してランプ２８と対称に配設される。

内燃機関のシリンダヘッドの吸気面に沿って配置された本発明による空気分配装置の第１の実施形態を示す概略上面図である。 図１の空気分配装置の断面ＡＡに沿った概略拡大図である。 内燃機関のシリンダヘッドの吸気面に沿って配置された本発明による空気分配装置の第２の実施形態の概略上面図である。 図３の空気分配装置の断面ＢＢに沿った概略拡大図である。

Claims (13)

1. 少なくとも直列の複数のシリンダ（１５、１６、１７、１８）を備え、シリンダごとに２本の吸気ダクトを有する内燃機関用の空気分配装置（１０、１０’）であって、シリンダへの供給のための側方連絡管路（４５、４６、６５、６６）を備えたほぼ円筒形の管状主要本体（２４）を備え、管状主要本体との分岐部（３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４）が、前記管状主要本体の母線ＧＡにそってほぼ整列して開口し、管状主要本体（２４）が、前記分岐部の上流で空気取入孔（３２）に開いたほぼ１８０°のエルボ管（３０）から延長され、前記エルボ管が、分岐部の整列母線ＧＡを含む前記主要本体の直径面Ｐ３に対して傾斜している空気分配装置において、管状本体（２４）内の、分配された第１のシリンダ（１５）および第２のシリンダ（１６）の連絡管路（４５、４６、６５、６６）の分岐部（３７、３８、４０、４１）とは反対の側に配設され、分配された第１のシリンダと第２のシリンダの分岐部の間に頂部ゾーン（７２）を有する、凹部（７０）を備えることを特徴とする空気分配装置（１０、１０’）。
2. 頂部ゾーン（７２）が、分配された第１のシリンダ（１５）の下流分岐部（３８）のすぐ下流に配設されることを特徴とする請求項１に記載の空気分配装置（１０、１０’）。
3. 前記凹部が、頂部ゾーン（７２）の両側で管状本体（２４）内の空気の流れ方向に収束／分散する断面（７１、７３）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の空気分配装置（１０、１０’）。
4. 収束／分散断面（７１、７３）が、分配された第１のシリンダ（１５）の上流分岐部（３７）のほぼ下流から、分配された第２のシリンダ（１６）の下流分岐部（４０）の上流へと延びることを特徴とする請求項２及び３に記載の空気の分配装置（１０、１０’）。
5. 前記凹部（７０）が、管状本体（２４）内の空気の流れ方向にほぼ垂直に延びることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の空気分配装置（１０、１０’）。
6. 分配された第１のシリンダ（１５）の連絡管路（４５、４６）の分岐部（３７、３８）の上流および近傍、ならびにエルボ管の傾斜側に、管状主要本体（２４）の空気の流れ区間の部分的絞りランプ（４８）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の空気分配装置（１０’）。
7. 前記ランプ（４８）が、上流面（５０）および下流面（５２）がそれぞれ小さな傾斜および大きな傾斜を有する非対称な跳躍台の形をとり、前記ランプが直径面Ｐ３に対して側方に傾斜していることを特徴とする請求項５に記載の空気分配装置（１０’）。
8. ランプ（４８）の正面および上流におけるエルボ管のほぼ出口に、管状本体（２４）内の空気の流れ方向にほぼ垂直に延びる第２の凹部（６０）を有することを特徴とする請求項６または７に記載の空気分配装置（１０’）。
9. 前記第２の凹部（６０）が、管状本体（２４）内の空気の流れ方向に収束／分散する断面を有することを特徴とする請求項８に記載の空気分配装置（１０’）。
10. 管状本体（２４）が、その直線部分に、角が丸められたほぼ長方形の断面（３４）を有し、エルボ管の短辺（３６）が、エルボ管（３０）に対向する管状本体の側面に対応し、連絡管路（４５、４６、６５、６６）の前記分岐部（３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４）を支持することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の空気の分配装置（１０、１０’）。
11. 前記直径面Ｐ３がシリンダヘッドの吸気面（１２）に垂直になるように、それぞれのシリンダに対応するシリンダヘッドの吸気ダクト（４５、４６、６５、６６）に向かい合って、シリンダの列と平行に連絡管路（３７、３８、３９、４０）が配設された状態で、前記内燃機関のシリンダヘッドの対応する吸気面（１２）と平行に取り付けられるように適合されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の空気分配装置（１０、１０’）。
12. 前記内燃機関のシリンダヘッドの吸気面上に取り付けられた請求項１から１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの空気分配装置を備える、特に自動車車両用の内燃機関。
13. 前記内燃機関のシリンダヘッドの吸気面上に取り付けられた請求項１から１０のいずれか一項に記載の少なくとも１つの空気分配装置を備える、特に自動車車両用のディーゼル型内燃機関。

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