JP2013139746A - 内燃機関の吸気管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】多量のオイルが一度に筒内に流入することを簡易な構造によって抑制することのできる内燃機関の吸気管構造を提供する。
【解決手段】内燃機関は排気駆動式の過給機を備えている。第３吸気管２５はスロットルバルブ２６の上流側に位置してオイルが滞留する滞留部２５ａから吸気マニホルド２７までの部位全体が吸気マニホルド２７に向けて鉛直方向上方を指向している。また、第３吸気管２５においてスロットルバルブ２６の下流側には所定の容積を有するオイル溜め部２５ｂが第３吸気管２５の内壁に凹設されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気駆動式の過給機を備える内燃機関に適用される吸気管の構造に関する。

排気駆動式の過給機を備える内燃機関が周知である（例えば特許文献１参照）。排気駆動式の過給機（以下、過給機と称する）は、タービンホイールと同タービンホイールに軸連結されたコンプレッサホイールとを備えている。タービンホイールは排気通路の一部をなすタービンハウジングに囲繞されており、コンプレッサホイールは吸気通路の一部をなすコンプレッサハウジングに囲繞されている。そして、排気のエネルギによってタービンホイールが回転駆動され、これに連動してコンプレッサホイールが回転駆動することにより吸気が圧縮されて過給が行なわれる。

また従来、ブローバイガス還流装置を備える内燃機関がある。ブローバイガス還流装置では、クランクケース内のブローバイガスが還流通路を通じて吸気通路に還流されるようになっている。

また、内燃機関のレイアウト上の都合などから、吸気管においてスロットルバルブの上流側の部位、例えばコンプレッサハウジングとスロットルバルブとの間の部位が、部分的に鉛直方向下方を指向するとともに、同部位から吸気マニホルドまでの部位全体が同吸気マニホルドに向けて鉛直方向上方を指向する構造が周知である。

特開２００９―２０９７８２号公報

ところで、上記のように過給機を備える内燃機関にあっては、過給機の軸受部を潤滑するために供給されたオイルの一部がコンプレッサハウジング内に漏出することがある。また、ブローバイガス還流装置を備える内燃機関にあっては、還流通路を通じてブローバイガスに含まれるオイルミストが吸気通路内に流入する。また、上述したように、吸気管においてスロットルバルブの上流側の部位が部分的に鉛直方向下方を指向するとともに、同部位から吸気マニホルドまでの部位全体が吸気マニホルドを指向する構造にあっては、吸気管の指向方向が下方から上方に変る部位にオイルが滞留することとなる。特に、このようにオイルが滞留する滞留部から吸気マニホルドまでの高低差が大きい場合、車両の低速走行時のように内燃機関が低負荷や中負荷のもと運転されているときの吸気の流れでは同滞留部のオイルを筒内まで運ぶことができず、同滞留部にオイルが戻ってしまう。そして、車両の高速走行時のように運転者がアクセルを急操作するなどして吸気の流れが急激に増大したときに、滞留部の多量のオイルが一度に筒内に流入することとなる。その結果、こうして筒内に流入するオイルが火種となって異常燃焼が生じるおそれがある。

尚、こうした問題に対して、吸気管の外部に排出通路を接続し、同排出通路を通じて滞留部のオイルを排出する構成が考えられる。しかしながら、この場合、吸気管の構造を大きく変更しなければならず、構造が複雑なものとなる。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、多量のオイルが一度に筒内に流入することを簡易な構造によって抑制することのできる内燃機関の吸気管構造を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
（１）請求項１に記載の発明は、排気駆動式の過給機を備える内燃機関に適用される吸気管の構造であって、同吸気管は、吸気を調量するスロットルバルブの上流側に位置してオイルが滞留する滞留部から吸気マニホルドまでの部位全体が同吸気マニホルドに向けて鉛直方向上方を指向している内燃機関の吸気管構造において、前記吸気管において前記スロットルバルブの下流側には所定の容積を有するオイル溜め部が同吸気管の内壁に凹設されていることをその要旨としている。

同構成によれば、内燃機関が過給運転領域で運転されているときには、吸気圧が高いことから、吸気管の滞留部に滞留しているオイルが同滞留部を流れる吸気と共にスロットルバルブの下流まで運ばれてオイル溜め部に一時的に溜められる。一方、内燃機関が無過給領域で運転されているときには、スロットルバルブの開度が閉弁側の開度とされているため、スロットルバルブの下流側には負圧が生じやすい。これにより、オイル溜め部内のオイルが当該負圧によって持ち上げられて各気筒内に運ばれるようになる。したがって、多量のオイルが一度に筒内に流入することを簡易な構造によって抑制することができるようになる。

尚、一度に筒内に流入するオイルの最大許容量を考慮してオイル溜め部の容積を設定すればよい。
（２）多気筒内燃機関の吸気管構造にあっては、請求項２に記載の発明のように、前記オイル溜め部は吸気マニホルドの各支管の上流側に設けられているといった態様をもって具体化することが望ましい。この場合、各支管に共通のオイル溜め部を１つだけ設けるようにすれば、オイル溜め部の構成を追加することに伴って吸気管構造が複雑化することを極力抑制することができるようになる。

（３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の吸気管構造において、前記吸気管の内壁には前記オイル溜め部に向けてオイルを案内する案内部が形成されていることをその要旨としている。

吸気管の滞留部に滞留しているオイルの中には同滞留部を流れる吸気によってスロットルバルブの下流まで運ばれたとしても、吸気管の内壁に付着したままオイル溜め部に流れ落ちないものもある。上記構成によれば、吸気管の内壁に形成された案内部を通じてオイル溜め部にオイルが案内されるようになる。したがって、スロットルバルブの下流に形成されたオイル溜め部にオイルを好適に溜めることができるようになる。

（４）請求項４に記載の発明は、請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の吸気管構造において、前記吸気管の内壁において前記オイル溜め部と吸気マニホルドの各支管との間には、互いに隣接する支管の間に向けて延びるとともに同オイル溜め部から各支管に対してオイルを案内する案内部が形成されていることをその要旨としている。

同構成によれば、オイル溜め部内のオイルが負圧によって各気筒内に運ばれる際、同案内部を通じてオイル溜め部から吸気マニホルドの各支管に案内されるようになる。したがって、オイル溜め部内のオイルを好適に各気筒に運ぶことができるようになる。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関の吸気管構造について、当該内燃機関の概略構成を示す概略図。 図１のＡ−Ａ線に沿った吸気管の縦断面構造を示す縦断面図。 機関回転速度及び機関負荷率と過給機の運転領域との関係の一例を示すマップ。 本発明の第２実施形態に係る内燃機関の吸気管構造について、吸気管の縦断面構造を拡大して示す拡大縦断面図。 同実施形態における吸気管の断面構造であって排気マニホルドの横断面構造を示す横断面図。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図３を参照して本発明に係る内燃機関の吸気管構造を具体化した第１実施形態について説明する。

尚、本実施形態の内燃機関は、排気駆動式の過給機（以下、過給機５と称する）を搭載する直列４気筒式の内燃機関である。
図１に示すように、機関本体１はシリンダヘッドやシリンダブロックを備えて構成されており、同シリンダヘッドには各気筒１１ａ〜１１ｄに連通する吸気ポート及び排気ポートが形成されている。吸気ポートには吸気通路２が接続されている。また、排気ポートには排気通路３が接続されている。

吸気通路２は、上流側から順に、第１吸気管２１、コンプレッサハウジング２２ａ、第２吸気管２３、インタークーラ２４、第３吸気管２５、及び吸気マニホルド２７を備えて構成されている。

コンプレッサハウジング２２ａの内部にはインペラ２２ｂが収容されており、これらコンプレッサハウジング２２ａ及びインペラ２２ｂによって過給機５のコンプレッサ２２が構成されている。

第３吸気管２５の内部には吸気を調量する電動式のスロットルバルブ２６が設けられている。
吸気マニホルド２７は、第３吸気管２５の下流端部に接続される集合部２８と、同集合部２８から分岐して延びるとともに各吸気ポートに接続される４つの支管２９ａ〜２９ｄとを有している。

また、内燃機関にはクランクケース内のブローバイガスを還流通路４１を通じて吸気通路２に還流するブローバイガス還流装置４０が設けられている。還流通路４１の出口部は第１吸気管２１の途中に接続されている。

排気通路３は、上流側から順に、排気マニホルド３７、第２排気管３５、タービンハウジング３２ａ、及び第１排気管３１を備えて構成されている。
排気マニホルド３７は、各排気ポートに接続される４つの支管３９ａ〜３９ｄと、各支管３９ａ〜３９ｄが集合する集合部３８とを有している。

タービンハウジング３２ａの内部にはタービンホイール３２ｂが収容されており、これらタービンハウジング３２ａ及びタービンホイール３２ｂによって過給機５のタービン３２が構成されている。

タービンホイール３２ｂはタービンシャフト５１を介してインペラ２２ｂに連結されている。また、タービンシャフト５１はベアリングハウジング５２の内部に設けられたベアリングによって回転可能に支持されている。尚、ベアリングには潤滑のためのオイルが周知の態様にて供給されるようになっている。

次に、図２を参照して、第３吸気管２５の構造について詳細に説明する。尚、図２における上下方向が鉛直方向の上下方向に対応している。
第３吸気管２５は、図２の左側に示すように部分的に鉛直方向下方を指向する部位を有するとともに、同部位の下流側から吸気マニホルド２７までの部位全体が吸気マニホルド２７に向けて鉛直方向上方を指向している。

前述したように、第３吸気管２５において指向方向が下方から上方に変る部位には、ベアリングハウジング５２内からコンプレッサハウジング２２ａ内に漏出したオイルや還流通路４１を通じて還流されたブローバイガスに含まれるオイルが流れ落ちて滞留することとなる（以下、同部位を滞留部２５ａと称する）。すなわち、第３吸気管２５は、滞留部２５ａから吸気マニホルド２７までの部位全体が吸気マニホルド２７に向けて鉛直方向上方を指向している。

また、第３吸気管２５においてスロットルバルブ２６の下流側には所定の容積を有するオイル溜め部２５ｂが第３吸気管２５の内壁に１つだけ凹設されている。具体的には、オイル溜め部２５ｂは第３吸気管２５の鉛直方向下面に形成されている。また、オイル溜め部２５ｂは吸気マニホルド２７の各支管２９ａ〜２９ｄの上流側に設けられている。ここで、オイル溜め部２５ｂの容積は、一度に各気筒１１ａ〜１１ｄ内に流入するオイルの最大許容量を考慮して設定されている。具体的には、所定の容積が上記最大許容量に設定されている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
図３に示すように、内燃機関が過給運転領域で運転されているときには吸気圧が高い。尚、このとき、図２において二点鎖線にて示すように、スロットルバルブ２６の開度は開弁側の開度とされている。このため、第３吸気管２５の滞留部２５ａに滞留しているオイルが同滞留部２５ａを流れる吸気と共にスロットルバルブ２６の下流まで運ばれて、オイル溜め部２５ｂに一時的に溜められる。

一方、図３に示すように、内燃機関が無過給領域で運転されているときには、図２において実線にて示すように、スロットルバルブ２６の開度が閉弁側の開度とされているため、スロットルバルブ２６の下流側には負圧が生じやすい。このため、オイル溜め部２５ｂ内のオイルが当該負圧によって持ち上げられて各気筒１１ａ〜１１ｄ内に運ばれるようになる。これにより、多量のオイルが一度に筒内に流入することが抑制されるようになる。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関の吸気管構造によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）第３吸気管２５はスロットルバルブ２６の上流側に位置してオイルが滞留する滞留部２５ａから吸気マニホルド２７までの部位全体が吸気マニホルド２７に向けて鉛直方向上方を指向している。また、第３吸気管２５においてスロットルバルブ２６の下流側には所定の容積を有するオイル溜め部２５ｂが第３吸気管２５の内壁に１つだけ凹設されている。すなわち、オイル溜め部２５ｂは吸気マニホルド２７の各支管２９ａ〜２９ｄの上流側に１つだけ設けられている。こうした構成によれば、多量のオイルが一度に筒内に流入することを簡易な構造によって抑制することができるようになる。

＜第２実施形態＞
以下、図４及び図５を参照して本発明の第２実施形態について説明する。
尚、本実施形態では、第３吸気管及び吸気マニホルドの内壁に案内部が形成されている点が先の第１実施形態と相違している。また、先の第１実施形態の構成と同一の構成については同一の符号を付すとともに、対応する構成については「１００」を加算した符号を付すことにより重複する説明を割愛する。

以下、相違点を中心に説明する。
図４に示すように、第３吸気管１２５の内壁にはオイル溜め部１２５ｂに向けてオイルを案内する上流側案内部１２５ｃが突設されている。具体的には、上流側案内部１２５ｃは、滞留部１２５ａの直上からオイル溜め部１２５ｂの直上までの範囲において第３吸気管１２５の長手方向に沿って連続的に延びている。また、上流側案内部１２５ｃは第３吸気管１２５の長手方向における各部位において鉛直方向中央位置よりも下方に形成されている。

図５に示すように、吸気マニホルド１２７の集合部１２８の内壁には、オイル溜め部１２５ｂから各支管１２９ａ〜１２９ｄに対してオイルを案内する３つの下流側案内部１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃが形成されている。具体的には、下流側案内部１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃは互いに隣接する支管１２９ａ〜１２９ｄの間に向けて延びている。ここで、互いに隣接する下流側案内部１２８ａ，１２８ｂ、（１２８ｂ，１２８ｃ）の上流端部における間隔ｄ１は、外側に位置する２つの下流側案内部１２８ａ，１２８ｃと集合部１２８の内部側壁１２８ｄとの間隔ｄ２よりも小さくされている。

次に、本実施形態の作用について説明する。
先の第１実施形態の吸気管構造の場合、第３吸気管２５の滞留部２５ａに滞留しているオイルの中には滞留部２５ａを流れる吸気によってスロットルバルブ２６の下流まで運ばれたとしても、第３吸気管２５の内壁に付着したままオイル溜め部２５ｂに流れ落ちないものもある。

この点、本実施形態によれば、第３吸気管１２５の内壁に形成された上流側案内部１２５ｃを通じてオイル溜め部１２５ｂにオイルが案内されるようになる。これにより、スロットルバルブ２６の下流に形成されたオイル溜め部１２５ｂにオイルが好適に溜められるようになる。

また、オイル溜め部１２５ｂ内のオイルが負圧によって各気筒１１ａ〜１１ｄ内に運ばれる際、各下流側案内部１２８ａ〜１２８ｃを通じて吸気マニホルド１２７の各支管１２９ａ〜１２９ｄに案内されるようになる。これにより、オイル溜め部１２５ｂ内のオイルが好適に各気筒１１ａ〜１１ｄに運ばれるようになる。しかも、各支管１２９ａ〜１２９ｄのうちオイル溜め部１２５ｂに対して近接している支管１２９ｂ，１２９ｃに比べて離間している支管１２９ａ，１２９ｄへのオイルの導入が少なくなることが抑制されるようになる。

以上説明した本実施形態に係る内燃機関の吸気管構造によれば、先の第１実施形態の効果（１）に加えて、新たに以下に示す効果（２）、（３）が得られるようになる。
（２）第３吸気管１２５の内壁にはオイル溜め部１２５ｂに向けてオイルを案内する上流側案内部１２５ｃが形成されている。こうした構成によれば、スロットルバルブ２６の下流に形成されたオイル溜め部１２５ｂにオイルを好適に溜めることができるようになる。

（３）吸気マニホルド１２７の集合部１２８の内壁には、互いに隣接する支管１２９ａ〜１２９ｄ間に向けて延びるとともにオイル溜め部１２５ｂから各支管１２９ａ〜１２９ｄに対してオイルを案内する下流側案内部１２８ａ，１２８ｂ，１２８ｃが形成されている。こうした構成によれば、オイル溜め部１２５ｂ内のオイルを好適に各気筒１１ａ〜１１ｄに運ぶことができるようになる。また、オイル溜め部１２５ｂに近接している支管１２９ｂ、１２９ｃに導入されるオイルが多くなり、オイル溜め部１２５ｂから離間している支管１２９ａ、１２９ｄに導入されるオイルが少なくなるといったように、導入されるオイルの量が気筒１１ａ〜１１ｄ間でばらつくことを抑制することができるようになる。

尚、本発明に係る内燃機関の吸気管構造は、上記各実施形態にて例示した構成に限定されるものではなく、これを適宜変更した例えば次のような形態として実施することもできる。

・上記各実施形態では、オイル溜め部２５ｂ，１２５ｂを１つだけ設けるようにしたが、こうしたオイル溜め部を複数設けるようにしてもよい。
・上記第２実施形態では、上流側案内部１２５ｃが第３吸気管１２５の内壁から突設されるものとした。これに代えて、第３吸気管の内壁に溝状の上流側案内部を形成するようにしてもよい。この場合、案内部が突設される構成に比べて案内部によって吸気の流れが乱されることが抑制されるようになる。

・上記第２実施形態及びその変形例に代えて、オイル溜め部に向けてオイルを案内する案内部を、スロットルバルブ２６の下流側にのみ設けるようにしてもよい。
・上記第２実施形態のように、互いに隣接する下流側案内部１２８ａ〜１２８ｃの上流端部における間隔ｄ１を、外側に位置する２つの下流側案内部１２８ａ，１２８ｃと集合部１２８の内部側壁１２８ｄとの間隔ｄ２よりも小さくすることが（ｄ１＜ｄ２）、導入されるオイルの量が気筒１１ａ〜１１ｄ間でばらつくことを抑制する上では望ましい。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、導入されるオイルの量が気筒１１ａ〜１１ｄ間でばらつくことが無視できる場合には、こうした間隔を同一とすればよい。

・上記各実施形態及びその変形例では、第３吸気管２５，１２５と吸気マニホルド２７，１２７とを別体としたが、これらを一体に形成することもできる。また、オイル溜め部を吸気マニホルドの集合部の内壁に形成するようにしてもよい。

・上記各実施形態及びその変形例では、オイル溜め部が吸気マニホルドの各支管の上流側に設けられるものとした。しかしながら、本発明はこれに限られるものではなく、スロットルバルブと各支管との距離が短い場合には、オイル溜め部を各支管の内壁に形成するようにしてもよい。

１…機関本体、２…吸気通路、２１…第１吸気管、２２…コンプレッサ、２２ａ…コンプレッサハウジング、２２ｂ…インペラ、２３…第２吸気管、２４…インタークーラ、２５，１２５…第３吸気管、２５ａ，１２５ａ…滞留部、２５ｂ，１２５ｂ…オイル溜め部、２６…スロットルバルブ、２７，１２７…吸気マニホルド、２８，１２８…集合部、２９ａ〜２９ｄ，１２９ａ〜１２９ｄ…支管、３…排気通路、３１…第１排気管、３２…タービン、３２ａ…タービンハウジング、３２ｂ…タービンホイール、３５…第２排気管、３７…排気マニホルド、３８…集合部、３９ａ〜３９ｄ…支管、４０…ブローバイガス還流装置、４１…還流通路、５…過給機、５１…タービンシャフト、５２…ベアリングハウジング、１２５ｃ…上流側案内部、１２８ａ〜１２８ｃ…下流側案内部、１２８ｄ…内部側壁。

Claims (4)

1. 排気駆動式の過給機を備える内燃機関に適用される吸気管の構造であって、同吸気管は、吸気を調量するスロットルバルブの上流側に位置してオイルが滞留する滞留部から吸気マニホルドまでの部位全体が同吸気マニホルドに向けて鉛直方向上方を指向している内燃機関の吸気管構造において、
   前記吸気管において前記スロットルバルブの下流側には所定の容積を有するオイル溜め部が同吸気管の内壁に凹設されている
   ことを特徴とする内燃機関の吸気管構造。
2. 請求項１に記載の内燃機関の吸気管構造において、
   前記オイル溜め部は吸気マニホルドの各支管の上流側に設けられている
   ことを特徴とする内燃機関の吸気管構造。
3. 請求項２に記載の内燃機関の吸気管構造において、
   前記吸気管の内壁には前記オイル溜め部に向けてオイルを案内する案内部が形成されている
   ことを特徴とする内燃機関の吸気管構造。
4. 請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の吸気管構造において、
   前記吸気管の内壁において前記オイル溜め部と吸気マニホルドの各支管との間には、互いに隣接する支管の間に向けて延びるとともに同オイル溜め部から各支管に対してオイルを案内する案内部が形成されている
   ことを特徴とする内燃機関の吸気管構造。