JP2021063449A

JP2021063449A - 吸気装置

Info

Publication number: JP2021063449A
Application number: JP2019187623A
Authority: JP
Inventors: 亜子伊藤; Ako Ito; 近藤　敏之; Toshiyuki Kondo; 敏之近藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2021-04-22

Abstract

【課題】吸気の圧力損失を抑制することが可能な吸気装置を提供することを課題とする。【解決手段】長手方向から空気が導入されるサージタンクと、前記サージタンクと内燃機関との間に接続される複数の吸気ポートと、を具備し、前記内燃機関は前記吸気を過給する過給機を有し、前記サージタンクの前記内燃機関側の壁は、前記空気の上流側から下流側にかけて前記内燃機関に向けて傾斜し、前記上流側の前記吸気ポートは前記下流側の前記吸気ポートよりも長い吸気装置。【選択図】図２

Description

本発明は吸気装置に関する。

内燃機関に空気を供給するため、サージタンクおよび分岐した吸気管を有する吸気装置が知られている（特許文献１など）。

特開平５−８６８９５号公報

吸気がサージタンクに流入すると吸気の圧力損失が発生することがある。そこで、吸気の圧力損失を抑制することが可能な吸気装置を提供することを目的とする。

上記目的は、長手方向から空気が導入されるサージタンクと、前記サージタンクと内燃機関との間に接続される複数の吸気ポートと、を具備し、前記内燃機関は前記吸気を過給する過給機を有し、前記サージタンクの前記内燃機関側の壁は、前記空気の上流側から下流側にかけて前記内燃機関に向けて傾斜し、前記上流側の前記吸気ポートは前記下流側の前記吸気ポートよりも長い吸気装置によって達成できる。

吸気の圧力損失を抑制することが可能な吸気装置を提供できる。

図１はエンジンシステムの模式図である。図２（ａ）は吸気装置を例示する斜視図であり、図２（ｂ）は吸気装置を例示する側面図である。図３（ａ）は比較例１に係る吸気装置を例示する側面図である。図３（ｂ）は比較例２に係る吸気装置を例示する側面図である。図４は第２実施形態に係る吸気装置を例示する斜視図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して本実施形態の吸気装置について説明する。図１はエンジンシステム１００の模式図である。図１に示すエンジンシステム１００は内燃機関１０（エンジン）および過給機２０を含む。内燃機関１０は例えばガソリンエンジンであり、自動車に搭載される。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が接続されている。過給機２０はコンプレッサ２２およびタービン２４を含む。

吸気通路１２には、上流側からコンプレッサ２２、インタークーラ１６、スロットルバルブ１８、およびサージタンク４０が設けられている。吸気通路１２のコンプレッサ２２より上流側の部分と下流側の部分とを接続するバイパス通路２６が設けられている。バイパス通路２６にはエアバイパスバルブ（Air Bypass Valve：ＡＢＶ）２８が設けられている。吸気通路１２は後述のように、図１では不図示の吸気ポート１２ｂなどを含む。吸気通路１２、インタークーラ１６、スロットルバルブ１８およびサージタンク４０は吸気装置１１０を構成する。

排気通路１４にはタービン２４が設けられ、排気通路１４のタービン２４より上流側の部分と下流側の部分とを接続するバイパス通路３０が設けられている。バイパス通路３０にはウェイストゲートバルブ（Waste Gate Valve：ＷＧＶ）３２が設けられている。排気通路１４には排気を浄化する触媒が設けられてもよい。

図１において、空気および排気の流れを矢印で示す。吸気通路１２を通じて空気が内燃機関１０に供給される。インタークーラ１６は空気を冷却し、スロットルバルブ１８は空気の流量を調節する。

内燃機関１０は燃料と空気との混合気を燃焼し、排気を排気通路１４に排出する。排気は触媒により浄化され、車両の外部に排出される。排気通路１４に設けられたタービン２４は、排気によって回転する。コンプレッサ２２はタービン２４と連結されており、タービン２４の回転に伴いコンプレッサ２２が回転する。吸気通路１２を流れる空気は、コンプレッサ２２により圧縮され、内燃機関１０に供給される。

タービン２４の保護および安定した過給圧の供給のため、排気の一部を、バイパス通路３０を通じて、排気通路１４のタービン２４より下流側に流通させることがある。不図示のＥＣＵは、ＷＧＶ３２の開閉により、排気通路１４およびバイパス通路３０における排気の流量を調整することができる。

図２（ａ）は吸気装置１１０を例示する斜視図であり、図２（ｂ）は吸気装置１１０を例示する側面図である。Ｘ軸方向はサージタンク４０の幅方向である。吸気は図２（ａ）および図２（ｂ）の矢印のように流れる。吸気通路１２は上流側から順に湾曲部１２ａ、サージタンク４０、複数の吸気ポート１２ｂを含み、樹脂で形成される。湾曲部１２ａの上流側であってサージタンク４０の上側（＋Ｚ側）にインタークーラ１６が設けられている。サージタンク４０の下側（−Ｚ側）に内燃機関１０が位置する（図２（ａ）では不図示）。

湾曲部１２ａはＵ字状に湾曲している。サージタンク４０はＹ軸方向に延伸し、吸気通路１２の他の部分よりも太い。つまりサージタンク４０の断面積は湾曲部１２ａの断面積より大きい。複数の吸気ポート１２ｂは内燃機関１０の気筒に対応し、それぞれの一端はサージタンク４０の下側の壁４０ａに接続され、他端は内燃機関１０に接続される。吸気通路１２の内部には空気の流れを分割する不図示の仕切り板が設けられる。

サージタンク４０の下側の壁４０ａおよび上側の壁４０ｂは、上流側から下流側にかけて、内燃機関１０側（−Ｚ側）に向けて傾斜する。つまり壁４０ａおよび４０ｂはＹ軸方向から下に向けて傾斜する。図２（ｂ）の線Ｌ１は壁４０ｂに沿う仮想の線分であり、下側に傾斜する。複数の吸気ポート１２ｂの長さは互いに異なり、上流側の吸気ポート１２ｂは下流側の吸気ポート１２ｂよりも長い。

吸気は吸気通路１２を流れ、図１に示す過給機２０で過給され、インタークーラ１６で冷却され、サージタンク４０に長手方向（Ｙ軸方向）から流入する。吸気はサージタンク４０から複数の吸気ポート１２ｂに分岐して流れ、内燃機関１０に供給される。

図３（ａ）は比較例１に係る吸気装置１１０Ａを例示する側面図である。図３（ａ）に示すように吸気装置１１０Ａはサージタンク４０に代えてサージタンク５０を有する。サージタンク５０の下側の壁５０ａは傾斜しておらず、Ｙ軸方向に延伸する平坦な面である。線Ｌ２は壁５０ａに沿う仮想の線分であり、Ｙ軸方向に延伸する。

図３（ｂ）は比較例２に係る吸気装置１１０Ｂを例示する側面図である。図３（ｂ）に示すように吸気装置１１０Ｂはサージタンク４０に代えてサージタンク５２を有する。サージタンク５２の下側の壁５２ａは上流側から下流側にかけて上側に傾斜する。線Ｌ３は壁５２ａに沿う仮想の線分であり、上側に傾斜する。

比較例１および２においては、湾曲部１２ａに比べ、サージタンク５０または５２において断面積が急拡大する。このため吸気の流れがサージタンク内で乱れ、圧力損失が発生し、吸気性能が低下する。

実施例１によれば、サージタンク４０の壁４０ａが上流側から下流側にかけて内燃機関１０に向けて傾斜するため、断面積の急拡大が抑制される。この結果、吸気の流速の急激な変化が抑制され、吸気の圧力損失を抑制することができる。圧力の損失を抑えつつ動圧成分が静圧成分に変換されるため、吸気性能が向上する。

複数の吸気ポート１２ｂの長さは互いに異なる。壁４０ａが傾斜するため、上流側の吸気ポート１２ｂは下流側の吸気ポート１２ｂよりも長い。エンジンシステム１００は過給機２０を有しており、過給機２０により吸気を過給する。自然吸気エンジンのように吸気を脈動させなくてよいため、吸気ポート１２ｂの長さが異なっていても、吸気の流量のばらつきが生じにくい。したがって吸気性能の低下を抑制することができる。

サージタンク４０の壁４０ｂが傾斜するため、サージタンク４０の上側に空間が生じる。このためサージタンク４０の上にインタークーラ１６を配置し、エンジンシステム１００を小型化することができる。吸気通路１２の湾曲部１２ａはＵ字型でもよいし、Ｕ字型以外でもよい。

（第２実施形態）
図４は第２実施形態に係る吸気装置１２０を例示する斜視図である。図４に示すように吸気通路１２はサージタンク４０よりも下側に延伸し、不図示のスロットルバルブおよびインタークーラはサージタンク４０の壁４０ｂより下側に位置する。他の構成は第１実施形態と同じである。第２実施形態によれば、第１実施形態と同様に、断面積の急拡大が抑制される。このため吸気の圧力損失を抑制することができる。

第１実施形態および第２実施形態に示したように、吸気通路１２の延伸方向はサージタンク４０より上側でもよいし下側でもよい。吸気通路１２は湾曲してもよいし、湾曲しなくてもよい。吸気がサージタンク４０に長手方向から流入すればよい。内燃機関１０は直列エンジンでもよいしＶ型エンジンでもよい。気筒の数はいくつでもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０内燃機関
１２吸気通路
１２ａ湾曲部
１２ｂ吸気ポート
１４排気通路
１６インタークーラ
１８スロットルバルブ
２０過給機
２２コンプレッサ
２４タービン
２６、３０バイパス通路
２８エアバイパスバルブ（ＡＢＶ）
３２ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ）
４０サージタンク
４０ａ、４０ｂ、５０ａ、５２ａ壁
１００エンジンシステム
１１０、１１０Ａ、１１０Ｂ、１２０吸気装置

Claims

長手方向から空気が導入されるサージタンクと、
前記サージタンクと内燃機関との間に接続される複数の吸気ポートと、を具備し、
前記内燃機関は前記吸気を過給する過給機を有し、
前記サージタンクの前記内燃機関側の壁は、前記空気の上流側から下流側にかけて前記内燃機関に向けて傾斜し、
前記上流側の前記吸気ポートは前記下流側の前記吸気ポートよりも長い吸気装置。