JP2013139742A - 吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水冷式インタクーラからの漏出水に起因する内燃機関の不具合の発生を防止できる吸気装置を提供する。
【解決手段】多気筒の車両用内燃機関１用の吸気装置が、車両用内燃機関１の吸気を冷却する水冷式のインタクーラ２を収容するクーラ収容ダクト１０と、インタクーラ２内の冷却水がクーラ収容ダクト１０内に漏出水として漏出した場合に、漏出水の、内燃機関１の気筒への流入量を低減する流入量低減手段５とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用内燃機関の水冷式インタクーラを収容する吸気装置に関するものである。

内燃機関の吸気装置は、通常、気筒内に吸入する空気からダストなどの異物を除去するためのエアクリーナと、吸気を各気筒に分配するための吸気マニホールドと、吸気流量を制御する吸気絞り機構（スロットルボディ）と、それらの間を接続する吸気配管とを含んでいる。さらに、過給機を備える内燃機関では、過給機を通過して圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタクーラが吸気装置に配設される。また、インタクーラが水冷式の場合、それは例えば特許文献１に示されるように、吸気マニホールドの上流側の吸気通路内に配設されることが多い。

特許文献１は、インタクーラの近くの吸気通路内に蓄積されるオイルをエンジンに吸引させる構造を記載しており、この構造によりオイルが徐々にエンジンに吸引され、混合気とともに燃焼されると考えられる。また、オイルだけではなくインタクーラに接する吸気から生じる凝縮水もエンジンに吸引させることが可能であると考えられる。

特開２００５−２２６４７６号公報

吸気通路内で発生する少量の凝縮水等は、例えば特許文献１で提案された構造によって、エンジンに吸引されるので、ウォータハンマ現象等の深刻な問題は発生しないと考えられる。しかしながら、特許文献１は、インタクーラの腐食あるいは変形に起因して、前記凝縮水よりはるかに多量の水がインタクーラから吸気通路内に漏出した場合を想定したものではないので、そのような事象が発生した場合には、エンジンの失火あるいはより深刻なウォータハンマ現象が発生することが予想される。

本発明は前述した従来技術の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、水冷式インタクーラからの漏出水に起因する内燃機関の不具合の発生を防止できる吸気装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明は、多気筒の車両用内燃機関（１）用の吸気装置（１００，２００，３００，４００，５００）であって、車両用内燃機関（１）の吸気を冷却する水冷式のインタクーラ（２）を収容するクーラ収容ダクト（１０，２０，３０，４０）と、インタクーラ（２）内の冷却水がクーラ収容ダクト（１０，２０，３０，４０）内に漏出水として漏出した場合に、漏出水の、内燃機関（１）の気筒への流入量を低減する流入量低減手段（５）とを具備する吸気装置（１００，２００，３００，４００，５００）を提供する。

これによると、インタクーラの腐食あるいは変形に起因して、インタクーラから冷却水がインタクーラ収容ダクト内に漏出したとしても、流入量低減手段５の働きによって、漏出水が内燃機関１の気筒へ一気に大量に流入することが回避されるのでウォータハンマ現象等の発生を回避することが可能になるか、又は少なくとも、漏出開始からウォータハンマ発生に要するまでの時間を延ばすことが可能になる。

本発明では、流入量低減手段（５）が、クーラ収容ダクト（１０）内の底部に配置された保水部材（１５）を具備してよい。保水部材（１５）は、吸気の作用に抗して漏出水を保持することができるので、内燃機関（１）の気筒へ流入する漏出水の量が低減される。

本発明では、保水部材（１５）が、スチールウール等のメッシュ形状を有するものから形成されること、或は高吸水性高分子物質を具備することが好適である。

本発明では、流入量低減手段（５）は、クーラ収容ダクト（２０，３０）内の底部に設けられた貯水部（２５，３５）を具備し、貯水部（２５，３５）は、該貯水部に貯水される水の水面を覆う蓋（２５ａ，３５ａ）と、貯水部（２５，３５）内への漏出水の流下を可能にすると共に水面を部分的に開放する開口部（２５ｂ，３５ｂ）とを有してよい。これによれば、貯水部（２５，３５）に貯留された漏出水は、その水面の大部分が蓋（２５ａ，３５ａ）によって吸気の力から遮蔽されるので、内燃機関（１）に大量に吸引されることが回避可能になる。

本発明では、貯水部（３５）は、よろい戸状の複数の平行に配置された蓋（３５ａ）と開口部（３５ｂ）とを有してよい。

本発明では、流入量低減手段（５）が、漏出水微細化手段（４５，５５）を具備し、この漏出水微細化手段（４５，５５）によって漏出水が微細化されることにより、内燃機関（１）の複数の気筒間での流入量が平準化され、その結果、複数の気筒への流入量のうちの最大流入量が低減されることが可能である。

本発明では、インタクーラ（２）は、冷却水が流通する複数のチューブと、複数のチューブの間の空間を多数の略Ｖ字形又は略Ｕ字形の空間に区画するコルゲートフィンとを具備しており、クーラ収容ダクト（４０）の底部が、インタクーラ（２）より上流側に漏出水が溜まるように、傾斜部分（４０ｅ）と水平部分（４０ｆ）とを有し、インタクーラ（２）は、該インタクーラ（２）より上流側に溜まった漏出水が該インタクーラ（２）を通過する間に漏出水を微細化する漏出水微細化手段（４５）として働くことができる。このように、インタクーラ（２）の上流側に漏出水を溜める構造として、インタクーラ（２）を漏出水微細化手段（４５）として働かせることにより、漏出水が微細化され、その結果、複数の気筒への流入量のうちの最大流入量が低減されることが可能である。

本発明では、吸気装置（５００）がスロットル装置（３）と吸気マニホールド（４）とをクーラ収容ダクト（１０）の下流側にさらに具備し、クーラ収容ダクト（１０）の出口がスロットル装置（３）を介して吸気マニホールド（４）の入口と接続されており、漏出水微細化手段（５５）が、流体の流れの方向に積層された複数枚の網部材から形成された立体網目構造体であって、吸気マニホールド（４）の入口に配設された立体網目構造体を具備してよい。このように吸気マニホールド（４）の入口に配設された立体網目構造体によって、漏出水が微細化され、その結果、複数の気筒への流入量のうちの最大流入量が低減されることが可能である。また、スロットル装置はクーラ収容ダクトの下流側ではなく入口側に接続されていてもよい。

本発明では、漏出水微細化手段（５５）が、流体の通過を可能にする多数の並列に配置された開口を有するハニカムプレートを立体網目構造体に代えて具備してよい。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１の実施形態による吸気装置を模式的に示す断面図である。 本発明の第２の実施形態による吸気装置を模式的に示す断面図である。 本発明の第３の実施形態による吸気装置を模式的に示す断面図である。 本発明の第４の実施形態による吸気装置を模式的に示す断面図である。 本発明の第５の実施形態による吸気装置を模式的に示す断面図である。

本発明の第１の実施形態による吸気装置１００について、それを模式的に断面で表す図１を参照して以下に説明する。
図１の吸気装置１００は４気筒の内燃機関１用のものであって、過給機（図示せず）を通過して圧縮されて高温となった吸気を冷却するための水冷式インタクーラ２を収容するクーラ収容ダクト１０と、前記クーラ収容ダクト１０の出口側に接続されて吸気流量を制御するスロットル装置３と、内燃機関１と前記スロットル装置３との間に配置されて吸気を各気筒に分配する吸気マニホールド４と、クーラ収容ダクト１０内の底部に載置された保水部材１５と、クーラ収容ダクト１０の上流側に配設された図示されないエアクリーナ等を具備している。なお、図１において、スロットル装置３は二本の平行な太線で模式的に表されており、また吸気マニホールド４は四本の分岐流路を有するものであることが分かるはずである。また、本明細書では、吸気装置１００の上流及び下流とは、図中矢印で示す吸気の流れの方向に関しての上流及び下流を意味している。

図１の実施形態のクーラ収容ダクト１０は、インタクーラ２を収容するクーラ収容室部１０ａと、前記クーラ収容室部１０ａの図１の右側の斜めに延びる導入管部１０ｂと、鉛直に延びてスロットル装置３が結合される導出管部１０ｃとを有しており、またクーラ収容室部１０ａ及び導出管部１０ｃの底部からなる概ね平坦な底部１０ｄを有している。

クーラ収容ダクト１０内の前記底部１０ｄ上に配置された保水部材１５は、本実施形態では板状の外形を有するスチールウールから形成されたものであって、インタクーラ２の上流側と下流側にそれぞれ配置されている。この保水部材１５は、インタクーラ２の腐食又は変形等によりインタクーラ２から冷却水が漏出した場合に、その漏出水を、吸気の作用に抗して、スチールウールが形成する内部の多数の微細な空間に保持することにより、内燃機関１の気筒（図示せず）へ流入する漏出水の量を低減するように働く。したがって、このスチールウールからなる保水部材１５は流入量低減手段５として機能する。

このような流入量低減手段５によって、漏出水が内燃機関１の気筒へ一気に大量に流入することが回避されるのでウォータハンマ現象の発生を回避することが可能になるか、又は少なくとも漏出開始からウォータハンマ発生に要するまでの時間を延ばすことが可能になる。なお、水冷式のインタクーラ２を搭載し、水漏れ検出手段を有している車両に対しては、前述したように漏出開始からウォータハンマ発生までの時間が延びることは、ウォータハンマ現象発生より先に水漏れが検出される可能性を高める。そして、水漏れが検出されたなら、ＥＣＵを介して内燃機関１を保護するために必要な従来実施されている制御を行うことができる。

次に、本発明の第２の実施形態による吸気装置２００について、それを模式的に断面で表す図２を参照して以下に説明する。
第２の実施形態による吸気装置２００は、クーラ収容ダクト２０と、スロットル装置３と、吸気マニホールド４と、エアクリーナ（図示せず）等を具備しているが、貯水部２５を流入量低減手段５として具備することにおいて第１の実施形態のものと異なっている。またこのためクーラ収容ダクト２０の構造が第１の実施形態のクーラ収容ダクト１０と異なっている。

貯水部２５は、クーラ収容ダクト２０の内側のインタクーラ２より下流側の底部２０ｄに設けられており、漏出水を貯水するために、図の下方に突出した凹部を形成している。また前記貯水部２５は、蓋２５ａと、該貯水部２５への漏出水の流下を可能にする開口部２５ｂとを備えており、前記蓋２５ａによって、最大貯水時の水面の約８０％が覆われ、従って前記開口部２５ｂによって水面の約２０％が開放される。

インタクーラ２から冷却水が漏れ出した場合、漏出水は蓋２５ａの開口部２５ｂを通して貯水部２５に貯留される。貯留された漏出水は、その水面の大部分が蓋２５ａによって吸気の力から遮蔽されるので、内燃機関１に大量に吸引されることが回避される。従って、第２の実施形態における蓋２５ａ付きの貯水部２５は、流入量低減手段５として機能する。

第２の実施形態では、貯水部２５の開口部２５ｂによって水面の約２０％が開放されているが、水面の開放の割合はもちろん２０％に限定されることはなく、他の割合がより好適な場合もあり得る。

次に、本発明の第３の実施形態による吸気装置３００について、それを模式的に断面で表す図３を参照して以下に説明する。なお、図３では、内燃機関とスロットル装置は図示されない。
第３の実施形態による吸気装置３００は、図３で示されるように、クーラ収容ダクト３０がクーラ収容室部３０ａと導入管部３０ｂとから形成され導出管部を有さないこと、インタクーラ２の下流側のクーラ収容ダクト３０の通風路断面積が縮小することなく吸気マニホールド４に接続されていること、インタクーラ２が水平に配置されること、図示されないがスロットル装置が導入管部３０ｂに配置されることにおいて前述の第２の実施形態のものと異なっている。

第３の実施形態の吸気装置３００は、クーラ収容ダクト３０の底部の一面に貯水部３５を有しており、この貯水部３５は、よろい戸を形作るように傾斜して平行に配列された４枚の蓋３５ａを備えている。４枚の蓋３５ａはこのように配置されているので、それらの間に平行な３本のスリット状の開口部３５ｂが形成され、前記スリット状の開口部３５ｂは真上からは視認できないが斜め上からは視認できるものである。また４枚の蓋３５ａは吸気の上流側が低く下流側が高くなるように傾斜が付けられている。

インタクーラ２から冷却水が漏れ出した場合、漏出水は落下してスリット状の開口部３５ｂを通して貯水部３５に貯留される。貯留された漏出水は、開口部３５ｂから視認可能な部分を除く大部分が蓋３５ａによって吸気の力から遮蔽されるので、内燃機関１に大量に吸引されることが回避される。従って、第３の実施形態における蓋３５ａ付きの貯水部３５も流入量低減手段５として機能する。

次に、本発明の第４の実施形態による吸気装置４００について、それを模式的に断面で表す図４を参照して以下に説明する。なお、図４では、内燃機関及び吸気マニホールドは図示されない。
図４の第４の実施形態による吸気装置４００は、図１の第１の実施形態の場合と同様に、クーラ収容ダクト４０と、スロットル装置３と、図示しない吸気マニホールド及びエアクリーナ等を具備しているが、保水部材１５は具備していない。また、図４の吸気装置４００では、クーラ収容ダクト４０は、第１の実施形態と同様にクーラ収容室部４０ａと導入管部４０ｂと導出管部４０ｃとから形成されているが、インタクーラ２が鉛直から約２０度だけ反時計回りに傾けられていること、クーラ収容室部４０ａの底部４０ｄが、水平から約２０度だけ反時計回りに傾けられた傾斜部分４０ｅをインタクーラ取付部とその下流側に有するとともに水平部分４０ｆをインタクーラ２の上流側に有すること、及び導出管部４０ｃが鉛直から約２０度だけ時計回りに傾けられていることにおいて図１の第１の実施形態のクーラ収容ダクト１０と異なっている。

クーラ収容ダクト４０の底部４０ｄが前述したように傾斜部分４０ｅを有するので、インタクーラ２から冷却水が漏れ出した場合、漏出水は最終的にはインタクーラ２の上流側の水平部分４０ｆに溜まることとなる。ところで、図４のインタクーラ２は、詳細には図示されないが、冷却水が内部を流通する平行に間隔を空けて配置された複数のチューブと、これらチューブ間の空間に設けられたコルゲートフィンとを具備するものであるので、インタクーラ２の上流側に溜まった漏出水が吸気と共に、コルゲートフィンにより区画形成された略Ｖ字形又は略Ｕ字形の比較的小さな多数の開口を通って上流側から下流側に流通する間に漏出水を微細化することができ、従って漏出水微細化手段４５として機能することができる。

また、漏出水微細化手段４５によって微細化された漏出水は、吸気との混合の均一性が高まるので、複数の気筒間での流入量の差が縮小して平準化されて、単一の気筒に流入するその最大値が低減する。したがって、第４の実施形態における漏出水微細化手段４５は流入量低減手段５として機能する。

次に、本発明の第５の実施形態による吸気装置５００について、それを模式的に断面で表す図５を参照して以下に説明する。
図５の第５の実施形態による吸気装置５００は、図１の第１の実施形態のものと、クーラ収容ダクト１０の構造は同様であるが、保水部材１５を具備せず、漏出水微細化手段５５を具備することにおいて異なっている。第５の実施形態における漏出水微細化手段５５は、スロットル装置３の直後又は吸気マニホールド４の入口部に配置されている。

第５の実施形態における漏出水微細化手段５５は、流体の流れの方向に積層された複数枚の網部材からなる立体網目構造体５５として形成されている。立体網目構造体５５の複数の網部材はスペーサ（図示せず）によって間隔を空けて流路の方向に積層されており、また積層された網部材の網目は互いにほぼ整列している。ただし、積層された網部材の網目を互いにずらした実施形態、及びスペーサ（図示せず）を用いないで網部材を互いに密着させて積層した実施形態も可能である。

この立体網目構造体５５からなる漏出水微細化手段５５は、そこを吸気と共に通る漏出水を網目によって微細化するので、吸気との混合の均一性を高めて、複数の気筒間での流入量を平準化し、その結果、単一の気筒への流入量の最大値を低減させるように働く。

（その他の実施形態）
第１の実施形態の変形例（図示せず）として、保水部材１５は、高吸水性高分子物質を封入した透水性の袋又は容器から形成されてもよい。また、保水部材１５は、スポンジ状の連続気泡発泡体から形成されることも可能である。また、保水部材１５は、第５の実施形態で用いられたような立体網目構造体から形成されてもよい。

第５の実施形態の変形例（図示せず）として、漏出水微細化手段５５を立体網目構造体に代えて、流体の通過を可能にする多数の並列に配置された６角形の開口を有するハニカムプレート（図示せず）とすることも可能である。

第５の実施形態の更なる変形例（図示せず）として、スロットル装置３をクーラ収容ダクト１０の下流即ち出口側ではなくクーラ収容ダクト１０の入口側に接続してもよい。この配置においても、漏出水微細化手段５５の同様の効果を得ることが可能である。

前述の第１〜第５の実施形態を組み合わせた実施形態が可能である。例えば第１の実施形態の保水部材１５と第５の実施形態の漏出水微細化手段５５の両方を具備する吸気装置、又は第４の実施形態の漏出水微細化手段４５と第５の実施形態の漏出水微細化手段５５の両方を具備する吸気装置、又は第２の実施形態の貯水部２５若しくは第３の実施形態の貯水部３５と第５の実施形態の漏出水微細化手段５５の両方を具備する吸気装置、又は第２の実施形態の貯水部２５若しくは第３の実施形態の貯水部３５と第１の実施形態の保水部材１５の両方を具備する吸気装置の実施形態等が本発明において可能である。

１ 内燃機関
２ インタクーラ
３ スロットル装置
４ 吸気マニホールド
５ 流入量低減手段
１０ クーラ収容ダクト
１０ａ クーラ収容室部
１０ｂ 導入管部
１０ｃ 導出管部
１５ 保水部材

Claims (12)

1. 多気筒の車両用内燃機関（１）用の吸気装置（１００，２００，３００，４００，５００）であって、
   前記車両用内燃機関（１）の吸気を冷却する水冷式のインタクーラ（２）を収容するクーラ収容ダクト（１０，２０，３０，４０）と、
   前記インタクーラ（２）内の冷却水が前記クーラ収容ダクト（１０，２０，３０，４０）内に漏出水として漏出した場合に、前記漏出水の、前記内燃機関（１）の気筒への流入量を低減する流入量低減手段（５）と、を具備することを特徴とする吸気装置（１００，２００，３００，４００，５００）。
2. 前記流入量低減手段（５）が、前記クーラ収容ダクト（１０）内の底部に配置された保水部材（１５）を具備することを特徴とする、請求項１に記載の吸気装置（１００）。
3. 前記保水部材（１５）が、メッシュ形状を有するものから形成されることを特徴とする、請求項２に記載の吸気装置（１００）。
4. 前記メッシュ形状を有する保水部材（１５）が、スチールウールから形成されることを特徴とする、請求項３に記載の吸気装置（１００）。
5. 前記保水部材（１５）が、高吸水性高分子物質を具備することを特徴とする、請求項２に記載の吸気装置（１００）。
6. 前記流入量低減手段（５）が、前記クーラ収容ダクト（２０，３０）内の底部に設けられた貯水部（２５，３５）を具備しており、前記貯水部（２５，３５）は、該貯水部に貯水される水の水面を覆う蓋（２５ａ，３５ａ）と、該貯水部（２５，３５）内への前記漏出水の流下を可能にすると共に前記水面を部分的に開放する開口部（２５ｂ，３５ｂ）とを有することを特徴とする、請求項１に記載の吸気装置（２００，３００）。
7. 前記貯水部（３５）が、よろい戸状の複数の平行に配置された蓋（３５ａ）と開口部（３５ｂ）とを有することを特徴とする、請求項６に記載の吸気装置（３００）。
8. 前記流入量低減手段（５）が、漏出水微細化手段（４５，５５）を具備する吸気装置（４００，５００）であって、
   前記漏出水微細化手段（４５，５５）によって漏出水が微細化されることにより、前記内燃機関（１）の複数の気筒間での流入量が平準化され、その結果、前記複数の気筒への流入量のうちの最大流入量が低減されることを特徴とする、請求項１に記載の吸気装置（４００，５００）。
9. 前記インタクーラ（２）は、冷却水が流通する複数のチューブと、前記複数のチューブの間の空間を多数の略Ｖ字形又は略Ｕ字形の空間に区画するコルゲートフィンとを具備しており、
   前記クーラ収容ダクト（４０）の底部が、前記インタクーラ（２）より上流側に漏出水が溜まるように、傾斜部分（４０ｅ）と水平部分（４０ｆ）とを有し、
   前記インタクーラ（２）は、該インタクーラ（２）より上流側に溜まった前記漏出水が該インタクーラ（２）を通過する間に漏出水を微細化する前記漏出水微細化手段（４５）として働くことを特徴とする、請求項８に記載の吸気装置（４００）。
10. スロットル装置（３）と吸気マニホールド（４）とを前記クーラ収容ダクト（１０）の下流側にさらに具備する吸気装置（５００）であって、
    前記クーラ収容ダクト（１０）の出口が前記スロットル装置（３）を介して前記吸気マニホールド（４）の入口と接続されており、
    前記漏出水微細化手段（５５）が、流体の流れの方向に積層された複数枚の網部材から形成された立体網目構造体であって、前記吸気マニホールド（４）の入口に配設された立体網目構造体を具備することを特徴とする、請求項８に記載の吸気装置（５００）。
11. 前記スロットル装置が前記クーラ収容ダクト（１０）の下流側ではなく入口側に接続されている、請求項１０に記載の吸気装置。
12. 前記漏出水微細化手段（５５）が、流体の通過を可能にする多数の並列に配置された開口を有するハニカムプレートを前記立体網目構造体に代えて具備することを特徴とする、請求項１０または１１に記載の吸気装置（５００）。

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