JP2015190444A - Intake system of internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、車両に搭載される内燃機関の吸気装置に関するものである。 The present invention relates to an intake device for an internal combustion engine mounted on a vehicle.
内燃機関の吸気装置は一般にエアクリーナを始端としており、スロットルバルブと吸気マニホールドとの間にサージタンクを配置しているが、特許文献1には、高回転域での十分な慣性吸気を実現しつつ低回転域での制御レスポンスを高めることを目的として、エアクリーナとスロットルバルブとの間にもサージタンクを設けることが開示されている。
Generally, an intake device for an internal combustion engine starts with an air cleaner, and a surge tank is disposed between the throttle valve and the intake manifold. However,
また、特許文献2には、建機用内燃機関において、塵埃の除去を目的として、メインのエアクリーナの上流側にプレクリーナを配置することが開示されて、特許文献3には、エアクリーナを、フィルターが設けられた後部チャンバーとその上流側に接続した上流側チャンバーとの二重構造にすること(つまり、エアクリーナのダーティ室に上流側チャンバーを接続すること)が開示されている。
さて、サージタンクは流路よりも断面積が大きい容積室であり、これに空気を溜めておくことにより、多気筒内燃機関における各気筒に十分な量の空気を均一に供給できると共に、吸気脈動を減衰させて振動の抑制にも貢献できる。 The surge tank is a volume chamber having a cross-sectional area larger than that of the flow path. By storing air in this chamber, a sufficient amount of air can be uniformly supplied to each cylinder in the multi-cylinder internal combustion engine, and intake pulsation can be achieved. It can contribute to the suppression of vibration by dampening.
他方、車両用内燃機関では、一般に、特許文献1のようにサージタンクをエアクリーナの下流側のみに設けているが、エアクリーナの空気取り入れ口が大気(エンジンルーム)に開口しているだけであると、エアクリーナには下流側の脈動がそのまま伝わるため、エアクリーナ自体の振動を抑制し難いのみならず、脈動の減衰性能にも限度があるという問題がある。
On the other hand, in a vehicle internal combustion engine, generally, a surge tank is provided only on the downstream side of an air cleaner as in
この点については、特許文献2のようにエアクリーナの上流に更にプレクリーナを設けたり、特許文献3のようにエアクリーナのダストサイドに上流側チャンバーを接続したりすると、エアクリーナに入る空気の量が規制されるため、エアクリーナの下流側の脈動の減衰効果を期待できると云える。しかし、エアクリーナの上流側にチャンバーのような容積室を配置しただけでは、空気がチャンバーを素通りする現象が生じて脈動の減衰効果はさほど期待できないと云える。
Regarding this point, if a pre-cleaner is further provided upstream of the air cleaner as in
本願発明は、このように現状に鑑み成されたものである。 The present invention has been made in view of the present situation as described above.
本願発明は車両用内燃機関の吸気装置に関し、この吸気装置は、エアクリーナの上流側に上流側チャンバーを設けて、前記上流側チャンバーに、空気取り入れ口と空気出口とを略同じ方向に開口するように設けている。この場合、空気取り入れ口と空気出口とは例えば上流側チャンバーの側面や前面に設けることも可能であるが、エンジンルームの有効利
用等の点から上面に設けるのが好ましい。
The present invention relates to an intake device for an internal combustion engine for a vehicle, and the intake device is provided with an upstream chamber on the upstream side of an air cleaner so that an air intake port and an air outlet are opened in substantially the same direction in the upstream chamber. Provided. In this case, the air intake port and the air outlet can be provided on the side surface or the front surface of the upstream chamber, for example, but are preferably provided on the upper surface from the viewpoint of effective use of the engine room.
本願発明は請求項2に記載した構成も含んでおり、この発明は、請求項1において、前記上流側チャンバーは、バッテリー載置台に固定した下ブラケットで下方から支持されていると共に、上部は車体フレームに固定された上ブラケットに取り付けられている。この請求項2において、上ブラケットに対する上流側チャンバーの取り付け構造としては、上ブラケットにボルト等で固定して吊支してもよいし、横ずれしない状態に保持しただけでもよい。
The invention of the present application also includes the configuration described in
なお、流側チャンバーの振動がエアクリーナに伝わったり、逆にエアクリーナの振動が上流側チャンバーに伝わったりすることを防止するには、エアクリーナと上流側チャンバーとはゴムホースで接続するのが好ましい。 In order to prevent the vibration of the flow chamber from being transmitted to the air cleaner or the vibration of the air cleaner from being transmitted to the upstream chamber, the air cleaner and the upstream chamber are preferably connected by a rubber hose.
本願発明では、上流側チャンバーの空気取り入れ口と空気出口とが略同じ方向に開口しているため、空気取り入れ口から上流側チャンバーに入った空気を当該上流側チャンバーの内部をぐるりと回って空気出口から排出される。このため、エアクリーナの脈動のままに空気が上流側チャンバーに入ることを防止して、高いバッファ効果を確保できる。その結果として、脈動等に起因したエアクリーナ(或いは吸気系全体)の振動や騒音を大幅に抑制できる。 In the present invention, since the air intake and the air outlet of the upstream chamber are opened in substantially the same direction, the air that has entered the upstream chamber from the air intake circulates around the inside of the upstream chamber. It is discharged from the exit. For this reason, air can be prevented from entering the upstream chamber while the pulsation of the air cleaner is maintained, and a high buffer effect can be secured. As a result, vibration and noise of the air cleaner (or the entire intake system) due to pulsation or the like can be greatly suppressed.
つまり、エアクリーナが脈動しようとしても、上流側チャンバーが脈動を吸収することにより、吸気系の全体の脈動を大きく抑制できるのである。この場合は、上流側チャンバーに十分な容量を確保しておくことにより、必要な量の空気をエアクリーナに供給できることはいうまでもない。 That is, even if the air cleaner tries to pulsate, the upstream chamber absorbs the pulsation, so that the entire pulsation of the intake system can be greatly suppressed. In this case, it goes without saying that a necessary amount of air can be supplied to the air cleaner by ensuring a sufficient capacity in the upstream chamber.
また、上流側チャンバーが脈動消去機能を持つことで、スロットルバルブの下流側に配置するサージタンクの容量を小さくすることが可能になり、このため、設計の自由性を向上できる。 Further, since the upstream chamber has a pulsation elimination function, it is possible to reduce the capacity of the surge tank disposed on the downstream side of the throttle valve, thereby improving design freedom.
また、本願発明では、上流側チャンバーの内部で空気が大きく旋回することにより、空気に含まれていた塵埃を上流側チャンバーの内面に付着させることができるため、エアクリーナにおけるフィルターの負担を軽減することも可能になる。また、空気が上流側チャンバーの内部で均等に混ざり合うことで、塵埃(異物)が分散するため、エアクリーナにおけるフィルターの特定部分が汚れる現象を防止して、フィルターの寿命の長期化にも貢献できる。 Further, in the present invention, since the air swirls greatly inside the upstream chamber, dust contained in the air can be attached to the inner surface of the upstream chamber, thereby reducing the burden on the filter in the air cleaner. Is also possible. In addition, since air is mixed evenly in the upstream chamber, dust (foreign matter) is dispersed, so that a specific part of the filter in the air cleaner is prevented from being contaminated, and it can contribute to prolonging the life of the filter. .
さて、上流側チャンバーは設けた場合、エアクリーナの空気取り入れ口を直接エンジンルームに開口した場合と同様に低い吸入抵抗が確保されねばならず、すると、上流側チャンバーはかなり大型化してある程度の重量になることは否めない。他方、車両用のバッテリーはかなりの重さがあることから、バッテリーが載っているバッテリー載置台は安定性が高くで振動し難い構造になっている。 Now, when the upstream chamber is provided, low suction resistance must be ensured in the same way as when the air cleaner's air intake port is directly opened to the engine room, and then the upstream chamber becomes considerably large and has a certain weight. It cannot be denied. On the other hand, since the battery for vehicles has a considerable weight, the battery mounting table on which the battery is mounted has a structure that is highly stable and hardly vibrates.
そこで、請求項2の構成を採用すると、上流側チャンバーが重たくても、安定性が高いバッテリー載置台で下から安定的に支持されていると共に、上部は上ブラケットを介して車体フレームに取り付けられているため、上下左右の振動を著しく抑制できる。また、上流側サージタンクの振動が車体フレームに伝播することも遮断できるため、上流側サージタンクの振動に起因した車体の振動も防止又は著しく抑制できる。
Therefore, if the configuration of
(1).概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図1,2に基づいて概要を説明する。以下の説明では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、これは、運転席に着座した運転者が向いた方向を前として定義しており、具体的には図1に明示している。
(1). Outline Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, an outline will be described based on FIGS. In the following explanation, the front / rear / left / right wording is used to specify the direction, which is defined as the direction in which the driver seated on the driver's seat is facing forward, and is specifically shown in FIG. doing.
車両は、エンジンルーム1の前端部の開口縁を規定するフロントフレーム2とこれに連続した傾斜フレーム3とを備えており、フロントフレーム2の下方にラジェータ4を配置している。従って、フロントフレーム2はラジェータ支持フレームと言い換えることも可能である。
The vehicle includes a
エンジンルーム1には、機関本体5がクランク軸線6を前後方向に向く姿勢の縦置きで配置されている。機関本体5は従来公知の構造であり、シリンダブロック7とその上面に固定されたシリンダヘッド8とを主要要素としており、シリンダヘッド8の上面にはヘッドカバー9が固定されている。
In the
図2のとおり、シリンダヘッド8の長手一側面(右側面)には吸気マニホールド10が固定されており、吸気マニホールド10の集合部にはサージタンク11が接続され、更に、サージタンク11にはスロットルバルブ12の出口が接続されて、スロットルバルブ12の入口には、吸気管13を介してエアクリーナ14におけるクリーン室14aの出口穴が接続されている。本実施形態の内燃機関は4気筒であり、従って、吸気マニホールド10は4本の枝管を有している。
As shown in FIG. 2, an
エアクリーナ14は吸気マニホールド10の真上に配置されており、上面は機関本体5の上面よりも上に位置しており、エアクリーナ14の上には若干の空間を介してボンネット(図示せず)が配置される。
The
機関本体5の手前には上流側チャンバー15が配置されており、上流側チャンバー15の空気出口16とエアクリーナ14におけるダーティ室14bの入口とがゴムホース17で接続されている。上流側チャンバー15の空気取り入れ口18には空気取り入れダクト19が接続されており、空気取り入れダクト19は横向き(右向き)に開口している。図1に示すように、エアクリーナ14のダーティ室14bにはヘッドカバー9に上から重なる前後2つのアーム14cを突設しており、アーム14cがボルトでヘッドカバー9に締結されている。
An
上流側チャンバー15の上端部は、フロントフレーム2に左右2個の上ブラケット20′,20を介して取り付けられている。他方、上流側チャンバー15の右横には、バッテリー21が載るバッテリー載置台22を設けているが、図2に簡単に示すように、上流側チャンバー15は、下ブラケット23を介してバッテリー載置台22で下方から支持されている。
The upper end of the
(2).エアクリーナ及び上流側チャンバーの構造
次に、吸気装置のうちスロットルバルブよりも上流側の部分の詳細を、図3以下の図面も参照して説明する。まず、エアクリーナ14について説明する。エアクリーナ14は、上側にクリーン室14aを設けて下側にダーティ室14bを設けた構造であり、当然ながら、内部にはフィルター(図示せず)が配置されている。
(2) Structure of Air Cleaner and Upstream Chamber Next, details of the portion of the intake device upstream of the throttle valve will be described with reference to the drawings of FIG. First, the
エアクリーナ14におけるクリーン室14aのうち手前側の部位には、斜め右前に向いた傾斜部25を設けて、傾斜部25に筒状の空気出口16を設けている。そして、スロットルバルブ12は吸気マニホールド10のうち手前側の部位に配置しているが、スロットルバルブ12が傾斜部25の下方に位置しているため、吸気管13を略L型に曲げるだけでエアクリーナ14とスロットルバルブ12とを接続できる。このため、吸気をエアクリーナ14からスロットルバルブ12に流れ抵抗なくスムースに送ることができる。
In the
また、エアクリーナ14では、クリーン室14aがダーティ室14bの上に配置されているため、エアクリーナ14の高さをできるだけ低くしつつ、吸気管13の曲がりを緩くして流れ抵抗を無くすことができる。
Further, in the
次に、上流側チャンバー15を説明する。上流側チャンバー15は、基本的には左右横長の直方体状になっており、空気取り入れ口18は上流側チャンバー15の上面のうち左寄りの部位(右寄りでもよい)に開口しており、空気取り入れダクト19は、空気取り入れ口18から僅かに立ち上がって右側に向いており、空気取り入れダクト19の先端(開口縁)は上流側チャンバー15の右端近くに位置させている。
Next, the
従って、空気取り入れダクト19は上流側チャンバー15の上のエリアに位置しているが、このような配置にすることで、デッドスペースを有効利用できると共に、空気取り入れダクト19が他の部材の邪魔になることを防止できる。
Therefore, the
例えば図4に示すように、空気取り入れダクト19は上下から潰したような形状になっている。このため、容積を低下させることなく高さをできるだけ低くして、ボンネットとの間の間隔をできるだけ大きく保持できる。また、空気取り入れダクト19は、前端から後端に向けて上下幅が大きくなっているが、このような形状を選択することで、走行風の抵抗を抑制できる。更に、例えば図5に示すように、空気取り入れダクト19の先端近くには、振動の低減と吸入空気の整流のための絞り部19bを設けている。
For example, as shown in FIG. 4, the
上流側チャンバー15の前面のうち空気取り入れ口18よりも右側の部位には、例えば図4に示すように、側面視で下に行くほど後ろに下がった傾斜部26になっており、この傾斜部26の左寄り部位に筒状の空気出口16を突設している。従って、傾斜部26の箇所では上流側チャンバー15の上面は細幅になっている。また、上流側チャンバー15のうちおおよそ空気出口16の手前側でかつ下方の部位は、前向き突出部28が形成されている。
A portion of the front surface of the
傾斜部26が水平に対して成す角度はおおよそ30°程度に前提している。空気出口16を傾斜部26に設けたことにより、ゴムホース17は大きく寝かした姿勢にすることができる。このため、ゴムホース17の曲がりをできるだけ緩やかにして、流れ抵抗を無くすことができる。
It is assumed that the angle formed by the
図4に示すように、エアクリーナ14におけるダーティ室14bの入口筒29は前上がりになるように水平に対して少し傾斜している。このため、ゴムホース17を無理なく曲げることができる。ゴムホース17に代えて樹脂管や金属パイプを使用することも可能であるが、ゴムホース17を使用すると、エアクリーナ14と上流側チャンバー15との間
に振動が伝わることを防止できる共に、エアクリーナ14と上流側チャンバー15との間隔が多少相違しても曲がりの程度が変わることで簡単に吸収できる利点がある。なお、ゴムホース17には螺旋部材30を外側から嵌め込んでいるが、ゴムホース17を蛇腹構造にしてもよい。
As shown in FIG. 4, the
(3).上流側チャンバーの支持構造
図5に示すように、上流側チャンバー15のうちおおよそ左右中間部は、バッテリー載置台22の上面にボルト32で固定された下ブラケット23で下方から支持されており、上流側チャンバー15は、下ブラケット23にずれ不能に支持されている。なお、下ブラケット23は、バッテリー載置台22に溶接で固定したり、バッテリー載置台22に一体に設けたりしてもよい。バッテリー載置台22は、図示しないブラケットで安定的に保持されている。
(3) Support structure of the upstream chamber As shown in FIG. 5, approximately the left and right intermediate portions of the
バッテリー21はかなり重いため、バッテリー載置台22も振動し難い状態に安定的に保持されている。そして、上流側チャンバー15は、安定性が高いバッテリー載置台22で下ブラケット23を介して支持されているため、振動しにくい状態に保持される。すなわち、上流側チャンバー15は、重量物が載っているバッテリー載置台22に下ブラケット23で支持されていることにより、振動が抑制されている。
Since the
また、上流側チャンバー15が振動すると、その振動はブラケット類を介して車体側に伝播しようするとするが、本実施形態では、バッテリー載置台22は重量物であるバッテリー21が押さえられていて振動し難いため、上流側チャンバー15の振動が下ブラケット23を介してフロントフレーム2に伝わることを遮断又は著しく抑制できるため、上流側チャンバー15の振動に起因した振動が運転者や同乗者に伝わって不快感を当たりルような不具合を防止できる。
Further, when the
既述のとおり、上流側チャンバー15は左右の上ブラケット20′,20を介してフロントフレーム2に取り付けられているが、例えば図6に示すように、左側の上ブラケット20′は上流側チャンバー15の上面に取り付けられており、右側の上ブラケット20は、上流側チャンバー15の右側部に形成した段落ち部34に取り付けられている。
As described above, the
従って、右側の上ブラケット20は、フロントフレーム2に重なった上水平部20aと段落ち部34に重なった下水平部20bとを有しており、両者は傾斜部を介して一体に繋がっている。いずれにしても、左右の上ブラケット20′,20はフロントフレーム2にボルト35で固定されている。なお、図5に示すように、空気取り入れダクト19の先端の下方に段落ち部34が位置している。
Therefore, the
そして、右側の上ブラケット20を取り上げて説明すると、図6(B)に示すように、下水平部20bに、その上面と下面とを包むゴム製のグロメット36を嵌着して、段落ち部34に一体に設けたボス37にグロメット36を嵌め入れている。左側の上ブラケット20′の取り付け構造も同じである。また、下ブラケット23による上流側チャンバー15の支持構造も同じであり、下ブラケット23による支持については、図4に示すようにボス37は下向きに突出している。
Then, taking the
従って、本願発明では、上流側チャンバー15は下から下ブラケット23で支持されて、左右の上ブラケット20′,20で前後左右にずれ不能に保持されており、しかも、上ブラケット20′,20とボス37との間にゴム製のグロメット36が介在しているため、上流側チャンバー15とフロントフレーム2との間に振動が伝わることを防止できる。
Therefore, in the present invention, the
本実施形態では、左側の上ブラケット20′は上流側チャンバー15の前面寄りに取り
付けられており、右側の上ブラケット20は、上流側チャンバー15のうち前後略中間部に取り付けられている。このため、上流側チャンバー15が前後方向に振れる動きや平面視で旋回するような動きを、しっかりと防止できる。
In the present embodiment, the left
なお、実施形態のように、空気取り入れダクト19の先端の下方に段落ち部34を設けると、エンジンルーム1に進入した水(例えば雨水)が空気取り入れダクト19に入ることを抑制できる。つまり、車両の走行や洗車時に、ボンネットの先端とフロントフレーム3との間の隙間等から雨水等がエンジンルーム1に進入することがあり、この水は上流側チャンバー15の上面に至るが、仮に、空気取り入れダクト19の下方に上流側チャンバー15の上面が存在すると、水が上流側チャンバー15の上面から跳ね上がる等して空気取り入れダクト19に入りやすくなるが、本実施形態のように空気取り入れダクト19の先端の下方に段落ち部34を設けておくと、エンジンルーム1に水が進入しても、その水は段落ち部34の存在によって下方に落ちていくため、空気取り入れダクト19への吸込みを防止できるのである。
In addition, if the step-down
(4).バッテリー外れ防止保護バーの例
図1に示すように、バッテリー21の上には、当該バッテリー21の外れを防止するための防護バー38を配置することが可能である。この防護バー38の一例を図7に基づいて説明する。
(4). Example of a battery detachment prevention protection bar As shown in FIG. 1, a
防護バー38は丸パイプからなっており、前端部と38aと後端部38bとを偏平に潰して、前端部38aは傾斜フレーム3の上面にボルトで39で固定している。防護バー38の後端部38bはバッテリー載置台21から立ち上げたねじ軸40に上から嵌め込んでナット41で固定している。
The
そして、上流側チャンバー15に、防護バー38の下方まで延びるサイドブラケット42を横向きに(右向き)に突設し、サイドブラケット42に嵌着したゴム製のグロメット43に防護バー38の中途部を上から嵌合している。このため、防護バー38の振れ動きを防止できる。
Then, a
(5).まとめ
さて、エアクリーナ14におけるダーティ室14bの入口筒29がエンジンルーム1にダイレクトに開口していると、エアクリーナ14に作用した脈動はそのままフィルターに伝わって、空気の圧力変化が入口筒29からエンジンルーム1に放散される。従って、エアクリーナ14には脈動がそのまま伝わって、振動や騒音が発生しやすくなる。
(5) Summary When the
これに対して本願発明のように上流側チャンバー15を設けると、上流側チャンバー15やゴムホース17のようなエアクリーナ14の上流側の吸気通路が脈動を規制する抵抗として作用するため、脈動がエアクリーナ14を経由して上流側に伝わることを抑制できる。その結果、エアクリーナ14自体の振動も抑制できる。
On the other hand, when the
そして、上流側チャンバー15において空気取り入れ口18と空気出口16とが上向き及び略上向きであって略同じ方向に開口しているため、脈動による圧力波は空気取り入れ口18に向かわずに上流側チャンバー15の内部で吸収されてしまう。すなわち、脈動を吸収するバッファ効果が高い。
Since the
また、空気の取り入れに関しては、上流側チャンバー15に流入した空気は上流側チャンバー15の内部をぐるりと回ってから空気出口16に向かうため、上流側チャンバー15の空気溜まりとしての機能が最大限発揮されて、安定した量の空気がエアクリーナ14に供給される。従って、各気筒での燃焼を安定させて、制御性にも優れている。
As for air intake, since the air flowing into the
また、上流側チャンバー15では、図5に点線の矢印で示すように、上流側チャンバー15の内部で空気が大きく旋回するため、空気に含まれていた塵埃を上流側チャンバー15の内面に付着させることができて、エアクリーナにおけるフィルターの負担を軽減することが可能になると共に、空気が上流側チャンバー15の内部で均等に混ざり合うことで塵埃(異物)が分散するため、エアクリーナ14のフィルターをその全体に亙ってフルに使用することができて、フィルターの寿命の長期化にも貢献できる。
Further, in the
本願発明のように、エアクリーナ14の下流側のサージタンク11に加えてエアクリーナ14の上流側にもチャンバー15を設けると、各気筒への安定的な吸気を的確に実現できると共に、制御の応答性を良くしてドライバビリティを向上できる利点がある。実施形態では、上流側チャンバー15とエアクリーナ14の容量(容積)とサージタンク11の容量との関係は、上流側チャンバー15>エアクリーナ14>下流側サージタンク11の関係になっているが、これらの関係は必要に応じて変更できる。
If the
本実施形態は各所に改良が施されており、その利点は各所の説明で述べたとおりであるが、これらも独立した発明たり得る。また、上記の実施形態は本願発明の一例であり、本願発明は他にも様々に具体化できる。 In this embodiment, improvements are made in various places, and the advantages are as described in the explanation of each place. However, these can also be independent inventions. Moreover, said embodiment is an example of this invention, and this invention can be embodied variously in addition.
本願発明は、車両用内燃機関の吸気装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can be embodied in an intake device for an internal combustion engine for a vehicle. Therefore, it can be used industrially.
1 エンジンルーム
2 フロントフレーム(車体フレーム)
3 傾斜フレーム(車体フレーム)
5 機関本体
8 シリンダヘッド
10 吸気マニホールド
11 下流側サージタンク
12 スロットルバルブ
14 エアクリーナ
14a クリーン室
14b ダーティ室
15 上流側チャンバー
16 空気出口
17 ゴムホース
18 空気取り入れ口
20′,20 上ブラケット
21 バッテリー
22 バッテリー載置台
23 下ブラケット
1
3 Inclined frame (body frame)
5
Claims (2)
車両用内燃機関の吸気装置。 An upstream chamber is provided on the upstream side of the air cleaner, and an air intake and an air outlet are provided in the upstream chamber so as to open in substantially the same direction.
An intake device for an internal combustion engine for a vehicle.
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