JP2021025456A - エアインテーク装置 - Google Patents

Abstract

【課題】降雨等の走行状況に応じて最適な吸気が行えるようにする。【解決手段】トラック２のキャブ４の上部には、車両に搭載されたエンジンに送給される空気を取り入れるための吸気ダクト１０が取り付けられており、吸気ダクト１０の開口部には、角度変更可能な可動ルーバー２０が設けられている。エアインテーク装置１は、上記に加えて、車両の走行状況を示す情報として、湿度を検知するセンサ４０と、センサ４０により検知された情報に基づいて、車両の走行状況として降雨の有無を判定する判定手段３０Ａとを備えている。そして、ルーバー２０の角度が降雨の有無（走行状況）に応じて可変設定される。【選択図】 図１

Description

本発明は、トラック等の車両においてエンジンに空気を送給するためのエアインテーク装置に関する。

トラック等の大型車両では、例えばキャブの背面部に吸気ダクトを備えており、吸気ダクトから大気中の空気を取り入れている。吸気ダクトから取り入れられた空気は、エアクリーナで清浄された後、エンジンに送給されている（例えば下記特許文献１を参照）。この他、キャブの上部に吸気ダクトを備えたトラックも知られている。

また、吸気ダクトの開口部にルーバーを設けることも知られている。吸気ダクトのルーバーは所定の角度で固定されており、ルーバーの隙間から空気を取り入れるとともに雨水等の侵入を抑制できるとされる。

特開２００２−３１７７２０号公報

近年、エンジンの燃費を向上させることが求められている。エアインテークシステムはエンジンに清浄な空気を十分に供給するためのシステムであり、エンジンに送給される空気の通気抵抗は、エンジンの燃費に相関する要素の一つである。このため、燃費向上のためには、通気抵抗を極力低減することが望ましい。

吸気ダクトの通気抵抗を小さくするために、ルーバーの角度や隙間を広くすることが考えられるが、その場合、例えば降雨時や降雪時に雨水等が吸気ダクトから侵入しやすくなる虞がある。吸気系に侵入した水は通気抵抗となり燃費向上を妨げる要因となる場合がある。一方、雨水等の侵入抑制を考慮してルーバーの角度や隙間を狭くすると、ルーバー自体が通気抵抗となってしまう。そのため、従来の吸気ダクトでは、走行状況に応じた空気取り入れ性能に改善の余地があった。

本発明は、このような課題に鑑み案出されたもので、降雨の有無等の走行状況に応じて最適な吸気が行えるエアインテーク装置を開示することを目的とする。なお、この目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本件の他の目的である。

（１）本発明のエアインテーク装置は、車両に搭載されたエンジンに送給される空気を取り入れるための吸気ダクトと、前記吸気ダクトの開口部に設けられた可動ルーバーと、前記車両の走行状況を示す情報として、湿度、車速及びエアフローのうち少なくとも１つを検知するセンサと、前記センサにより検知された情報に基づいて前記車両の走行状況を判定する判定手段と、前記判定された走行状況に応じて前記可動ルーバーの角度を設定する角度設定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明のエアインテーク装置では、降雨の有無などの走行状況に応じてルーバーの角度が設定される。そのため、降雨時は雨水等の侵入を抑制する最適な角度に、また、降雨時以外は通気抵抗を低減して空気を取り込める角度に、ルーバーの角度が設定される。

本発明のエアインテーク装置によれば、降雨の有無などの走行状況に応じてルーバーの角度を可変設定することで、走行状況に応じた最適な吸気が行える。したがって、燃費を向上させることができる。

実施形態に係るエアインテーク装置を適用したトラック示す側面図である。 図１の吸気ダクトを拡大して示す側面図である。 図２のルーバーの一部を抽出して示す模式的断面図（図２のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図）であり、（ａ）は雨水分離に有効なルーバーの角度を設定した状態を示しており、（ｂ）は通気抵抗を低減し、空気を取り込めるようにルーバーの角度を設定した状態を示している。

図面を参照して、実施形態としてのエアインテーク装置について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。なお、以下では、重力の作用方向を下方とし、その反対を上方とする。また、車両を基準に、車両の前進方向を前方とし、その反対を後方とする。

［１．装置構成］
図１は、本実施形態のエアインテーク装置１を搭載したトラック２の側面図であり、トラック２の一部を省略している。エアインテーク装置１は、トラック２など大型車両に搭載されたエンジン（図示せず）に空気を送給するために設けられている。トラック２では、車体の骨格を成すフレーム３に、運転台としてのキャブ４が取り付けられている。

エアインテーク装置１には、吸気ダクト１０が設けられている。吸気ダクト１０は、大気中から空気を取り入れるための取り入れ口であり、樹脂製の箱状体で形成されている。図１に示す吸気ダクト１０は、キャブ４の上部に取り付けられており、車両幅方向の外側に向いた面に開口部が形成されている。

吸気ダクト１０の開口部にはルーバー２０が設けられている。ルーバー２０は、吸気ダクト１０の開口部を部分的に遮蔽する遮蔽部材であり、ルーバー２０の隙間から空気を取り入れるとともに雨水等の侵入を抑制するものである。詳しくは後述するように、本実施形態のルーバー２０は、角度変更（隙間の開閉度の調整）が可能な可動ルーバーとして構成されている。

吸気ダクト１０は下面部には連結パイプ１２が連結されている。連結パイプ１２は、吸気ダクト１０から吸入した空気を下流側に送る吸気通路であり、吸気ダクト１０の下面部にも受けられた連通孔（図示せず）を介して吸気ダクト１０と連通されている。連結パイプ１２は、中空のパイプ部材で形成されており、キャブ４の後背面に沿って鉛直方向に延びて配置されている。

連結パイプ１２の下端には蛇腹部１４が連結されている。蛇腹部１４は、エンジン（図示せず）の動きに起因する変位に対する柔軟性を確保するために設けられている。蛇腹部１４は図示しないエアクリーナに連結されている。吸気ダクト１０から吸入した空気は、連結パイプ１２および蛇腹部１４を通って図示しないエアクリーナに送給され、図示しないエアクリーナで清浄された空気が図示しないターボチャージャーなどを介してエンジンに供給されるようになっている。

蛇腹部１４の下方には、水分離ボックス１６が設けられている。水分離ボックス１６は、吸気ダクト１０から侵入した雨水等をエンジン側に供給しないように吸入空気と分離するために設けられている。

図２は、図１の吸気ダクト１０を拡大して示す側面図である。吸気ダクト１０の開口部２１は、車両の前後方向及び上下方向に延在している。ルーバー２０は開口部２１に配置されており、開口部２１に適合された形状を有する。ルーバー２０には、複数の羽板２２が所定の間隔を開けて互い平行に配列されている。そして、隣接する羽板２２同士の隙間２４を通じて、空気が吸気ダクト１０の内部に取り込まれるようになっている。なお、本明細書で「ルーバー２０の隙間」とは、ルーバー２０を車幅方向の外側から内側へ向かって視たときの隣接する羽板２２同士の隙間である。

複数の羽板２２は、細長い板状部材で形成されており、車両の前後方向に対して板状部材の長手方向が交差する向き（縦向き）に配置されている。本実施形態では、各羽板２２の上端が下端よりも車両の後方側に位置するように傾斜して、各羽板２２が配置されている。

各羽板２２は、それぞれの上下端部において開口部２１の周縁部に対して軸Ｃ（一点鎖線で示す）を中心に回転可能に取り付けられている。そのため、羽板２２は軸Ｃを中心とした回転角度が調整可能である。本明細書で「ルーバー２０の角度」とは、各羽板２２の軸Ｃを中心とした回転角度であり、羽板２２の回転角度を調整することでルーバー２０の角度が可変設定される。なお、図２では、複数の羽板２２のうち一つの羽板２２′についてのみ軸Ｃを示し、他を代表するものとする。

図３（ａ），（ｂ）は、図２のＡ−Ａ線に沿う模式的断面図であり、一部の羽板２２（ルーバー２０の一部）を羽板２２（ルーバー２０）の角度設定手段とともに模式的に示している。本実施形態では、角度設定手段として、モータ５０と、モータ５０の回転軸５１と、回転軸５１に接続された連結棒５２とが設けられている。

モータ５０は、トラック２の車体内の任意の箇所に配置されており、図示しない電力供給源の電力で駆動されて、回転運動を出力する回転モータである。
連結棒５２は、複数の羽板２２の配列方向（車両の前後方向）に沿って延在した棒状部材である。連結棒５２は、複数の羽板２２のそれぞれに対して、軸Ｃと平行な軸を中心に回転自在に連結されているとともに、車両の前後方向に移動可能にルーバー２０に支持されている。

本実施形態では、連結棒５２とモータ５０の回転軸５１とはラックピニオン機構として構成されており、モータ５０による回転軸５１の回転運動が連結棒５２の前後方向への直線運動に変換される。そのため、モータ５０の駆動に応じて連結棒５２が車両の前後方向に動くと、複数の羽板２２はそれぞれの軸Ｃを中心に一体的に回転して、ルーバー２０の角度が変更される。なお、図３では、軸Ｃは紙面に対して垂直方向である。

例えば、図３（ａ）では、ルーバー２０の角度は、雨水分離に有効な角度に設定されている。そのため、複数の羽板２２の角度は、車両の進行方向とは逆向きに傾斜するように（つまり羽板２２の外側縁部が内側縁部よりも進行方向の後方に位置するように）設定されており、図３（ｂ）よりも隣接する羽板２２同士の隙間２４の幅Ｇ１が狭くなっている。図３（ｂ）では、複数の羽板２２の角度が、車両の進行方向に沿って傾斜するように（つまり羽板２２の外側縁部が内側縁部よりも進行方向の前方に位置するように）設定されており、図３（ａ）よりも隣接する羽板２２同士の隙間２４の幅Ｇ２が広くなっている。幅Ｇ２を広くすることにより通気抵抗が低減され、進行方向に沿って傾斜することにより空気が取り込まれ易くなっている。なお、図３（ａ），（ｂ）では紙面の上方がルーバー２０（吸気ダクト１０）の外側，紙面の下方がルーバー２０（吸気ダクト１０）の内側とする。また、図３（ａ），（ｂ）において白抜き矢印は、空気の流通方向を示している。
このように、ルーバー２０の角度に応じて隙間２４の開閉度が調整される。

［２．制御構成］
エアインテーク装置１は、図１に示すように、上記の吸気ダクト１０や可動ルーバー２０，角度設定手段（モータ５０，回転軸５１，連結棒５２）に加えて、ＥＣＵ３０とセンサ４０とを有している。ＥＣＵ３０は、トラック２に搭載される各種装置を統合制御する電子制御装置（コンピュータ）であり、車両内の任意の箇所に設置されている。ＥＣＵ３０には、プロセッサ（中央処理装置），メモリ（メインメモリ），記憶装置（ストレージ），インタフェース装置などが内蔵され、これらが内部バスを介して接続される。

本実施形態のＥＣＵ３０の入力側には、センサ４０が接続される。センサ４０は、トラック２の走行状況に関する情報を検知するためのセンサであって、湿度、車速及びエアフローの少なくともいずれか１つを検知するセンサである。図１のセンサ４０は、例えば、外部の湿度を検知する湿度センサであり、走行状況として降雨や降雪（以下では「降雨」についてのみ言及する）の有無を検知するために利用される。センサ４０で検出された情報はＥＣＵ３０に入力され、後述する判定に用いられる。

また、ＥＣＵ３０の出力側には、モータ５０が接続されている。モータ５０は、上記のようにルーバー２０の角度を設定する角度設定手段の一部を構成している。

ＥＣＵ３０の内部には、判定手段３０Ａと制御手段３０Ｂが設けられている。判定手段３０Ａ，制御手段３０Ｂは、ＥＣＵ３０の機能を便宜的に分類して示したものであり、ＥＣＵ３０のハードウェア資源を用いて実行されるソフトウェアとして設けられる。

判定手段３０Ａは、湿度センサ４０により検知された湿度に基づいて、雨が降っているか否かを判定している。雨が降っている走行状況では、雨水等が吸気系に侵入することを抑制するためにルーバー２０の隙間２４を狭くし、雨水分離に有効な角度にする必要がある。一方、雨が降っていない走行状況では、雨水分離の必要がないので、ルーバー２０の隙間２４を広げて、通気抵抗を低減し空気を取り込むことができる。このため、降雨の有無が、ルーバー２０の角度を可変設定する際の条件とされている。

判定手段３０Ａでは、湿度センサ４０により検知された湿度が所定の閾値以上のとき雨が降っている判定し、湿度が所定の閾値以下のときは雨が降っていないと判定している。所定の閾値は、降雨の有無を判定する基準となり得る湿度値に設定されている。この湿度値は、シミュレーションや実験等により設定される。

制御手段３０Ｂは、判定手段３０Ａにより判定された走行状況（雨が降っているか否か）に応じて、モータ５０を駆動するための制御信号を生成してモータ５０の作動を制御している。これにより、ルーバー２０の角度が走行状況（雨が降っているか否か）に応じて設定される。

判定手段３０Ａによって雨が降っていない（降雨無し）と判定されているときは、制御手段３０Ｂは、ルーバー２０の角度が所定の降雨無し時用の角度に設定されるようにモータ５０を制御する。「降雨無し時用の角度」とは、図３（ｂ）であり、通気抵抗を低減し、空気を取り込むことができる角度である。「降雨無し時用の角度」は、シミュレーションや実験等により設定される。ルーバー２０の角度を「降雨無し時の角度」に設定することで、通気抵抗を低減して吸気量を増大させることができる。

一方、判定手段３０Ａによって雨が降っている（降雨有り）と判定されているときは、制御手段３０Ｂは、ルーバー２０の角度が所定の降雨時用の角度に設定されるようにモータ５０を制御する。「降雨時用の角度」とは、図３（ａ）であり、雨水分離に有効なルーバー２０の角度であり、降雨無し時の角度よりもルーバー２０の隙間を狭くする角度である。「降雨時用の角度」は、シミュレーションや実験等により設定される。ルーバー２０の角度を「降雨時用の角度」に設定することで、降雨無し時よりもルーバー２０の隙間を狭くして水分離性能を向上させる。これにより、雨水等の侵入が抑制される。

［３．作用および効果］
（１）上述したエアインテーク装置１によれば、センサ４０により検知した情報に基づいて、走行状況として降雨の有無を判定し、降雨の有無に応じてルーバー２０の角度が可変設定される。このため、降雨時は雨水の侵入を抑制する最適な角度にルーバー２０の角度が設定され、降雨時以外では通気抵抗を低減し、空気を取り込める角度にルーバー２０の角度が設定される。したがって、走行状況に応じて最適な吸気が行えるようになり、燃費を向上させることができる。

［４．その他］
上述したエアインテーク装置１は一例であって、上述したものに限られない。
例えば、センサ４０は、湿度センサに限らず、車速センサであってもよい。その場合、走行状況とはトラック２の車速である。判定手段３０Ａは車速センサの検知した情報に応じて車速を判定する。この場合、判定手段３０Ａの判定は、例えば、車速が所定速度以上の高速であるか否かの判定であってよい。
制御手段３０Ｂは車速に応じてルーバー２０の角度を設定している。通気抵抗の低減に有利なルーバー２０の角度は車速に応じて異なる。そのため、車速に応じてルーバー２０の角度を設定する場合、車速に応じて通気抵抗を最も低減し得る最適な角度にルーバー２０の角度が設定されるとよい。この角度はシミュレーションや実験等により設定される。この場合、走行状況としての車速に応じて最適な吸気が行えるようになり、燃費が向上する。

また、センサ４０は、エンジンへの吸気量を検知するエアフローセンサであってもよい。その場合、走行状況とはエンジンへの吸気量である。判定手段３０Ａは、エアフローセンサの検知した情報に応じて吸気量を判定し、制御手段３０Ｂは吸気量に応じてルーバー２０の角度を設定している。吸気量はエンジンの燃費に相関している。そのため、吸気量に応じてルーバー２０の角度を設定する場合、燃費に最適な吸気量となるように、ルーバー２０の角度を設定し得る。この角度はシミュレーションや実験等により設定される。この場合、走行状況としての吸気量に応じて最適な吸気が行えるようになり、燃費が向上する。

また、センサ４０として、湿度センサ、車速センサ、および、エアフローセンサのうち二つ以上が任意の組み合わせで使用されてもよい。その場合、判定手段３０Ａでは二種類以上のセンサ検知情報から走行状況が判定されるので、複数種類のセンサ検知情報の組み合わせに応じて最適な吸気が行われる。
なお、湿度センサは、降雨または／および降雪を判定できるものであればよく、湿度センサに変えて、他の降雨または／および降雪を判定するセンサ(例えば、カメラなど)を用いてもよい。

吸気ダクト１０は、上述したキャブ４の上部に取り付けられたものに限らず、キャブ４の後背面に取り付けられたものでもよい。

また、ルーバー２０は、上述したような羽板２２が縦向きに配置されるものに限らず、羽板２２が横向きに配置されるものなど、どのようなものでもよい。

また、ルーバー２０の角度設定手段は、上述したような回転モータ５０と連結棒５２を組み合わせたラックピニオン機構に限らず、ルーバー２０の角度を可変設定できれば、どのような機構であってもよい。

ルーバー２０の角度は、上述したような、降雨の有りの場合と無しの場合とで二段階で設定されることに限らず、二段階以上の多段階で設定されてもよい。

エアインテーク装置１を適用する車両はトラックに限らず、どのような種類の車両であってもよい。

１ エアインテーク装置
２ トラック
３ フレーム
４ キャブ
１０ 吸気ダクト
１２ 連結パイプ
１４ 蛇腹部
１６ 水分離ボックス
２０ ルーバー
２１ 開口部
２２ 羽板
２４ 隙間
４０ センサ
５０ モータ（角度設定手段の一部）
５１ 回転軸（角度設定手段の一部）
５２ 連結棒（角度設定手段の一部）

Claims (1)

1. 車両に搭載されたエンジンに送給される空気を取り入れるための吸気ダクトと、
   前記吸気ダクトの開口部に設けられた可動ルーバーと、
   前記車両の走行状況を示す情報として、湿度、車速及びエアフローのうち少なくとも１つを検知するセンサと、
   前記センサにより検知された情報に基づいて前記車両の走行状況を判定する判定手段と、
   前記判定された走行状況に応じて前記可動ルーバーの角度を設定する角度設定手段と、を備える
   ことを特徴とするエアインテーク装置。

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