JP2019044748A - 吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温下において水分が凍結することによる圧力センサへの影響を生じ難くできる吸気装置を提供する。【解決手段】吸気装置３０は、吸気が導入されるサージタンク４２と、サージタンク４２と連通していて、該サージタンク４２内の圧力を検出する圧力センサが連結される副室４５とを備えている。副室４５は、サージタンク４２から流入したガスの流れを蛇行させるラビリンス部としての内壁部４７を有し、サージタンク４２から流入するガスの流れ方向において、ラビリンス部よりも下流側に圧力センサが連結される連結部４８が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、吸気装置に関する。

特許文献１に記載の吸気装置は、その一構成部材として吸気マニホールドを有している。吸気マニホールドには、サージタンクが設けられている。サージタンクには、スロットルバルブを通過した吸気が導入される。吸気マニホールドには、サージタンクと機関本体とを連通する複数の分岐管が設けられている。サージタンク内に導入された吸気は、分岐管を流れることで機関本体に供給される。吸気マニホールドには、サージタンクに連通している副室も設けられている。副室はサージタンクに連結される開口部を有している。サージタンク内の吸気は開口部を通って副室内に流入する。副室には、圧力センサが配置されている。圧力センサは、吸気マニホールド内の圧力を検出する。

特開２０１６‐９４８４１号公報

サージタンクに導入される吸気には水分が含まれる。また、サージタンクには、機関本体のクランク室から吸気装置に還流されたブローバイガスが導入されることもある。このブローバイガスにも水分が含まれている。そのため、サージタンク内のガスが副室に流れると、ガスに含まれる水分が圧力センサに付着することがある。この場合、低温下において圧力センサに付着した水分が凍結すると、圧力の検出に影響が生じるおそれがある。特許文献１では、こうした点については考慮されておらず、改善の余地がある。

上記課題を解決するための吸気装置は、吸気が導入されるサージタンクと、前記サージタンクと連通していて、該サージタンク内の圧力を検出する圧力センサが連結される副室とを備えた吸気装置であって、前記副室は、前記サージタンクから流入したガスの流れを蛇行させるラビリンス部を有し、前記サージタンクから流入するガスの流れ方向において、前記ラビリンス部よりも下流側に前記圧力センサが連結される連結部が設けられている。

上記構成では、副室にラビリンス部を設け、該ラビリンス部よりもガスの流れ方向下流側に連結部を設けている。ラビリンス部では、ガスの流れが蛇行することによって、該ガスに含まれる水分が分離されやすい。そのため、ラビリンス部を通過することで水分が分離されたガスを、ラビリンス部よりも下流側に配置された連結部に到達せしめることができる。これにより、副室を流れるガスに含まれる水分が圧力センサに付着することが抑えられる。その結果、圧力センサには、水分が付着することによる凍結が生じ難くなり、低温下において水分が凍結することによる影響を生じ難くすることができる。

内燃機関の吸気装置及びその周辺構成を示す模式図。 吸気マニホールドの構成を模式的に示す断面図。 吸気マニホールドを流れるガスの動きを模式的に示す断面図。

吸気装置の一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１０は、機関本体２０と、該機関本体２０に連結されている吸気装置３０とを有している。機関本体２０には複数のシリンダ２１が形成されている。なお、以下では、シリンダ２１の配列方向（図１の左右方向）を気筒配列方向という。シリンダ２１には吸気ポート２２と排気ポート２３とが連結されている。吸気ポート２２は複数設けられていて、１つのシリンダ２１に対して２つの吸気ポート２２が配置されている。吸気ポート２２は、一端がシリンダ２１に連通し、他端が機関本体２０の吸気側の第１側面２４に開口している。排気ポート２３は複数設けられていて、１つのシリンダ２１に対して２つの排気ポート２３が配置されている。排気ポート２３は、一端がシリンダ２１に連通している。排気ポート２３は、機関本体２０において、第１側面２４とは反対側の図示しない第２側面側（図１の上側）に向かって延びている。

吸気装置３０は、その一部が機関本体２０の第１側面２４に連結されている吸気マニホールド４０によって構成されている。吸気マニホールド４０には、スロットルバルブ５０が連結されている。スロットルバルブ５０は、円筒形状に形成されたハウジング５１を有している。ハウジング５１の両端部には、該ハウジング５１よりも拡径された第１フランジ５２及び第２フランジ５３が連結されている。ハウジング５１には、該ハウジング５１に対して相対回転可能に設けられた弁軸５４と、該弁軸５４に連結されている弁体５５とが収容されている。スロットルバルブ５０では、弁軸５４が回転することによって弁体５５が回動し、流路断面積を変化させる。スロットルバルブ５０の第１フランジ５２には、吸気管６０が連結されている。吸気管６０は、円筒状に形成されている本管部６１と、該本管部６１に連結されている下流側フランジ６２とを有している。下流側フランジ６２と第１フランジ５２とを連結することで、吸気管６０とスロットルバルブ５０とが連結されている。

吸気マニホールド４０は、スロットルバルブ５０が連結されている導入管４１と、該導入管４１に連結されているサージタンク４２とを有している。導入管４１は、円筒状に形成されている筒状部４１Ａと、該筒状部４１Ａに連結されている連結フランジ４１Ｂとを有している。連結フランジ４１Ｂに第２フランジ５３が連結されることで、吸気マニホールド４０とスロットルバルブ５０とが連結されている。

図２に示すように、サージタンク４２は、導入管４１よりも容積の大きい略箱形状に形成されている。サージタンク４２には、該サージタンク４２と機関本体２０とを連通する複数の分岐管４３が連結されている。複数の分岐管４３は、上記気筒配列方向と同じ方向に配列されている。各分岐管４３は、その一端がサージタンク４２における機関本体２０側とは反対側（図２の下側）の第１側部４２Ａに連結されている。各分岐管４３は、サージタンク４２の第１側部４２Ａからサージタンク４２の周面に沿って機関本体２０側（図２の上側）の第２側部４２Ｂまで湾曲して延びている。図１に示すように、各分岐管４３の他端には固定フランジ４４が連結されている。固定フランジ４４が機関本体２０の第１側面２４に連結されることにより、吸気マニホールド４０が機関本体２０に連結されている。この状態では、吸気ポート２２と吸気マニホールド４０とが連通している。

内燃機関１０には、吸気マニホールド４０に燃料を供給する燃料供給系７０が設けられている。燃料供給系７０は、図示しない燃料タンクから燃料が供給されるデリバリパイプ７１と、該デリバリパイプ７１に連結されている複数の燃料噴射弁７２とを有している。燃料噴射弁７２は、上記気筒配列方向と同じ方向に配列されており、各々が異なる分岐管４３に対応して配置されている。燃料噴射弁７２は、対応する分岐管４３に連結されていて、デリバリパイプ７１に供給された燃料を該分岐管４３の内域に噴射する。

また、吸気マニホールド４０は、サージタンク４２に連結されている副室４５を有している。副室４５は、サージタンク４２よりもその容量が小さい。
図２に示すように、副室４５は、サージタンク４２において導入管４１が連結されている左端部とは反対側の右端部に連結されている。副室４５は、サージタンク４２の周壁に連結されている外壁部４６を有している。外壁部４６は、平板状に形成されている上壁４６Ａと、該上壁４６Ａの周縁から立設された側周壁４６Ｂとを有している。そのため、外壁部４６は、サージタンク４２側の端部が開口した箱形状に形成されている。副室４５は、外壁部４６の側周壁４６Ｂの先端をサージタンク４２の周壁の外面に連結することにより、サージタンク４２に固定されている。

サージタンク４２の周壁には、貫通孔４２Ｃが形成されている。副室４５の内域とサージタンク４２の内域とは貫通孔４２Ｃを通じて連通している。副室４５には、外壁部４６の内域に配置されている内壁部４７が設けられている。内壁部４７は、外壁部４６の内域において最も貫通孔４２Ｃ側（図２の左側）に配置された第１内壁４７Ａを有している。第１内壁４７Ａは、四角板状に形成されていて、サージタンク４２側の周端面（図２の下面）が該サージタンク４２の外面に接続されている。また、第１内壁４７Ａは、側周壁４６Ｂ側の周端面（図２の奥行き方向の両端面）が側周壁４６Ｂの内周面に接続されている。第１内壁４７Ａは、上壁４６Ａ側の周端面（図２の上面）が上壁４６Ａには接続されておらず、第１内壁４７Ａと上壁４６Ａとの間には隙間が形成されている。

また、内壁部４７は、外壁部４６の内域において第１内壁４７Ａよりも貫通孔４２Ｃから離間する側（図２の右側）に配置された第２内壁４７Ｂを有している。第２内壁４７Ｂは、四角板状に形成されていて、上壁４６Ａ側の周端面（図２の上面）が該上壁４６Ａの内面に接続されている。また、第２内壁４７Ｂは、側周壁４６Ｂ側の周端面（図２の奥行き方向の両端面）が側周壁４６Ｂの内周面に接続されている。第２内壁４７Ｂは、サージタンク４２側の周端面（図２の下面）がサージタンク４２の外面には接続されておらず、第２内壁４７Ｂとサージタンク４２との間には隙間が形成されている。

内壁部４７は、外壁部４６の内域において第２内壁４７Ｂよりも貫通孔４２Ｃから離間する側（図２の右側）に配置された第３内壁４７Ｃを有している。第３内壁４７Ｃは、四角板状に形成されていて、サージタンク４２側の周端面（図２の下面）が該サージタンク４２の外面に接続されている。また、第３内壁４７Ｃは、側周壁４６Ｂ側の周端面（図２の奥行き方向の両端面）が側周壁４６Ｂの内周面に接続されている。第３内壁４７Ｃは、上壁４６Ａ側の周端面（図２の上面）が上壁４６Ａには接続されておらず、第３内壁４７Ｃと上壁４６Ａとの間には隙間が形成されている。

側周壁４６Ｂの立設方向（図２の上下方向）において、第１内壁４７Ａと上壁４６Ａとの隙間、及び第３内壁４７Ｃと上壁４６Ａとの隙間は、第２内壁４７Ｂとサージタンク４２との隙間よりも上壁４６Ａ側に位置している。そのため、これら第１内壁４７Ａ、第２内壁４７Ｂ、及び第３内壁４７Ｃによって、サージタンク４２から副室４５に流入したガスの流れを蛇行させるラビリンス部が構成されている。

副室４５の側周壁４６Ｂには、該側周壁４６Ｂを貫通しているポート孔４６１Ｂが形成されている。ポート孔４６１Ｂの周縁には、連結部４８が連結されている。連結部４８は、円筒形状に形成されていて、側周壁４６Ｂから外方に突出している。ポート孔４６１Ｂは、側周壁４６Ｂにおいて、第３内壁４７Ｃが連結されている部分を基準として貫通孔４２Ｃから離間する方向（図２の右方）に位置する部分に設けられている。すなわち、連結部４８は、サージタンク４２から流入するガスの流れ方向において第３内壁４７Ｃよりも下流側に設けられている。図１に示すように、連結部４８には、圧力センサ８０が連結される。

内燃機関１０には、機関本体２０のクランク室に一端が連結されたＰＣＶ通路９０が設けられている。ＰＣＶ通路９０の他端は、サージタンク４２に連結されている。図２に二点鎖線で示すように、サージタンク４２において、ＰＣＶ通路９０との連結部分９０Ａは、貫通孔４２Ｃが形成されている部分よりも導入管４１側（図２の左側）に位置している。また、サージタンク４２において、ＰＣＶ通路９０との連結部分９０Ａは、第１側部４２Ａ側に偏った位置に設けられている。サージタンク４２には、ＰＣＶ通路９０との連結部分９０Ａと貫通孔４２Ｃとの間に、隔壁４２Ｄが設けられている。隔壁４２Ｄは、板状に形成されていて、サージタンク４２の内周面から内方に向かって所定長さ延びている。隔壁４２Ｄは、その面方向が連結部分９０Ａと貫通孔４２Ｃとを繋ぐ仮想直線Ｌと交差するようにその配置や長さが設定されている。

こうした内燃機関１０において、吸気管６０を流れる吸気はスロットルバルブ５０を通じてサージタンク４２に導入される。また、機関本体２０のクランク室に漏れ出たブローバイガスは、ＰＣＶ通路９０を通じてサージタンク４２に還流される。サージタンク４２では、吸気とブローバイガスとが混合されて混合ガスが生成される。混合ガスは、各分岐管４３を通じて機関本体２０の吸気ポート２２に流れる。混合ガスが分岐管４３を流れるときには、燃料噴射弁７２から燃料が噴射されて、燃料と混合ガスとの混合気が生成される。また、サージタンク４２と副室４５とは連通していることから、副室４５に連結されている圧力センサ８０によってサージタンク４２内の圧力が検出される。圧力センサ８０によって検出された圧力に基づいて、燃料噴射弁７２から噴射される燃料量が算出される。混合ガスと燃料との混合気はシリンダ２１に供給される。そして、図示しない点火装置によって点火されることで混合気が燃焼する。混合気の燃焼により生じた排気は排気ポート２３を通じて機関本体２０の外部に排出される。

図３を参照して、本実施形態の作用効果について説明する。
（１）本実施形態では、副室４５に第１内壁４７Ａ、第２内壁４７Ｂ、及び第３内壁４７Ｃからなるラビリンス部を設けている。

図３に実線の矢印で示すように、サージタンク４２から副室４５に流入した混合ガスは、ラビリンス部に沿って流れる。ラビリンス部では、混合ガスの流れが蛇行することによって、該混合ガスに含まれる水分が分離されやすい。副室４５では、ラビリンス部よりも混合ガスの流れ方向下流側に連結部４８が設けられている。そのため、ラビリンス部を通過することで水分が分離された混合ガスを、ラビリンス部よりも下流側に配置された連結部４８に到達せしめることができる。これにより、副室４５を流れる混合ガスに含まれる水分が圧力センサ８０に付着することが抑えられる。その結果、圧力センサ８０には、水分が付着することによる凍結が生じ難くなり、低温下において水分が凍結することによる影響を生じ難くすることができる。

（２）副室４５にラビリンス部を設けることで、該ラビリンス部を設けていない場合に比して副室４５における圧力損失が大きくなる。これにより、副室４５において混合ガスが流動しにくくなる。吸気脈動によってサージタンク４２内の混合ガスの圧力は変動するが、副室４５は圧力損失が大きいことから、吸気脈動による圧力変動の影響は圧力センサ８０の検出信号に反映され難い。例えば、圧力センサ８０の検出信号に、吸気脈動による圧力変動の影響が重畳されている場合、圧力センサ８０の検出信号から吸気脈動の影響を除いた信号を生成し、この信号に基づいて燃料噴射量を演算する場合もある。本実施形態では、圧力センサ８０の検出信号から吸気脈動の影響を除く処理が不要となるため、吸気脈動の影響が除かれた状態の圧力センサ８０の検出信号を用いて燃料噴射量を演算する場合、その演算負荷を軽減することにも貢献できる。

（３）サージタンク４２に連結部分９０Ａと貫通孔４２Ｃとを繋ぐ仮想直線Ｌと交差する隔壁４２Ｄを設けている。そのため、図３に二点鎖線の矢印で示すように連結部分９０Ａから貫通孔４２Ｃに向かう直線的なブローバイガスの流れが隔壁４２Ｄによって遮られる。これにより、ＰＣＶ通路９０を通じてサージタンク４２にブローバイガスが還流された場合、ブローバイガスは貫通孔４２Ｃに直線的に流れ込まずに、隔壁４２Ｄを迂回して貫通孔４２Ｃに流れるようになる。したがって、副室４５に流入するブローバイガスの流量を抑えることができる。

上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。以下の変更例は、互いに適宜組み合わせて実施することも可能である。
・サージタンク４２に隔壁４２Ｄを設けたが、隔壁４２Ｄの配置や形状は適宜変更が可能である。また、隔壁４２Ｄを省略することも可能である。

・サージタンク４２におけるＰＣＶ通路９０との連結部分９０Ａの位置は、適宜変更が可能である。例えば、連結部分９０Ａを導入管４１側に移動させて、貫通孔４２Ｃから離間した位置に配置することも可能である。

・ＰＣＶ通路９０をサージタンク４２に連結しなくてもよい。例えば、ＰＣＶ通路９０を導入管４１や吸気管６０などに連結するようにしてもよい。また、ＰＣＶ通路９０は省略することも可能である。

・副室４５において、外壁部４６の一端に上壁４６Ａと対向する下壁を連結するようにしてもよい。この場合、例えば、下壁をサージタンク４２の周壁に固定し、該下壁に貫通孔４２Ｃと連通する連通孔を形成することで、サージタンク４２と副室４５とを連通するとともに、該下壁の内面に第１内壁４７Ａ及び第３内壁４７Ｃの周端面を接続するといった構成を採用できる。

・副室４５に第１内壁４７Ａ、第２内壁４７Ｂ、及び第３内壁４７Ｃを設けて、これらによってラビリンス部を構成したが、ラビリンス部の構成はこれに限らない。例えば、第１内壁４７Ａ及び第３内壁４７Ｃの一方を省略してもよいし、第１内壁４７Ａ、第２内壁４７Ｂ、及び第３内壁４７Ｃと異なる内壁を新たに追加してもよい。要は、副室４５を流れるガスの流れを蛇行させることができる構成であれば、ラビリンス部として採用することが可能である。

・副室４５の連結部４８に圧力センサ８０を直接連結したが、副室４５と圧力センサ８０との連結態様は適宜変更が可能である。例えば、連結部４８にホースの一端を接続し、該ホースの他端に圧力センサ８０を接続することで、圧力センサ８０を連結部４８に連結するようにしてもよい。この場合には、サージタンク４２内から流動するガスに含まれる水分が副室４５において分離されることで、ホースの内周面に付着する水分量が低減される。その結果、ガスに含まれる水分が凍結することによるホースの閉塞を抑制するといった作用効果を得ることもできる。

１０…内燃機関、２０…機関本体、２１…シリンダ、２２…吸気ポート、２３…排気ポート、２４…第１側面、３０…吸気装置、４０…吸気マニホールド、４１…導入管、４１Ａ…筒状部、４１Ｂ…連結フランジ、４２…サージタンク、４２Ａ…第１側部、４２Ｂ…第２側部、４２Ｃ…貫通孔、４２Ｄ…隔壁、４３…分岐管、４４…固定フランジ、４５…副室、４６…外壁部、４６Ａ…上壁、４６Ｂ…側周壁、４６１Ｂ…ポート孔、４７…内壁部、４７Ａ…第１内壁、４７Ｂ…第２内壁、４７Ｃ…第３内壁、４８…連結部、５０…スロットルバルブ、５１…ハウジング、５２…第１フランジ、５３…第２フランジ、５４…弁軸、５５…弁体、７０…燃料供給系、７１…デリバリパイプ、７２…燃料噴射弁、８０…圧力センサ、９０…ＰＣＶ通路、９０Ａ…連結部分。

Claims (1)

1. 吸気が導入されるサージタンクと、
   前記サージタンクと連通していて、該サージタンク内の圧力を検出する圧力センサが連結される副室とを備えた吸気装置であって、
   前記副室は、前記サージタンクから流入したガスの流れを蛇行させるラビリンス部を有し、前記サージタンクから流入するガスの流れ方向において、前記ラビリンス部よりも下流側に前記圧力センサが連結される連結部が設けられている吸気装置。