JP2021095899A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の気筒に水を分配することが可能な内燃機関の吸気装置を提供することを課題とする。【解決手段】第１吸気通路と、前記第１吸気通路より下流側に位置し、前記第１吸気通路に接続されたサージタンクと、前記サージタンクより下流側に位置し、前記サージタンクに接続され、内燃機関の各気筒に対応して配列された複数の第２吸気通路と、前記第１吸気通路に設けられ、前記第１吸気通路内に水を噴射する第１噴射弁と、前記配列された複数の第２吸気通路のうち外側のものに比べて内側のものの近くに位置し、前記内側の第２吸気通路に向けて水を噴射する第２噴射弁と、を具備する内燃機関の吸気装置。【選択図】図１
Description
本発明は内燃機関の吸気装置に関する。
内燃機関の吸気通路に水を噴射し、水の気化熱により吸気を冷却する技術がある（特許文献１など）。温度を低下させることで、ノッキングの抑制などが可能である。
吸気通路は内燃機関の複数の気筒に対応して複数の通路に分岐する。複数の気筒に水を分配することが難しく、水噴射の効果が十分に得られない恐れがある。そこで複数の気筒に水を分配することが可能な内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。
上記目的は、第１吸気通路と、前記第１吸気通路より下流側に位置し、前記第１吸気通路に接続されたサージタンクと、前記サージタンクより下流側に位置し、前記サージタンクより下流側に位置し、前記サージタンクに接続され、内燃機関の各気筒に対応して配列された複数の第２吸気通路と、前記第１吸気通路に設けられ、前記第１吸気通路内に水を噴射する第１噴射弁と、前記配列された複数の第２吸気通路のうち外側のものに比べて内側のものの近くに位置し、前記内側の第２吸気通路に向けて水を噴射する第２噴射弁と、を具備する内燃機関の吸気装置によって達成できる。
複数の気筒に水を分配することが可能な内燃機関の吸気装置を提供できる。
（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（ａ）は第１実施形態に係る吸気装置１００を例示する模式図である。吸気装置１００は吸気通路１２（第１吸気通路）、サージタンク１４、吸気通路１６、１８、２０および２２（以上、第２吸気通路）、水噴射弁３０および３２を備え、内燃機関１０に吸気を供給する。吸気通路１２、１６、１８、２０および２２、サージタンク１４はインテークマニホールド１１を形成する。内燃機関１０は例えば四気筒エンジンであり、気筒＃１〜＃４を有する。気筒＃１〜＃４はこの順に横一列に並ぶ。
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（ａ）は第１実施形態に係る吸気装置１００を例示する模式図である。吸気装置１００は吸気通路１２（第１吸気通路）、サージタンク１４、吸気通路１６、１８、２０および２２（以上、第２吸気通路）、水噴射弁３０および３２を備え、内燃機関１０に吸気を供給する。吸気通路１２、１６、１８、２０および２２、サージタンク１４はインテークマニホールド１１を形成する。内燃機関１０は例えば四気筒エンジンであり、気筒＃１〜＃４を有する。気筒＃１〜＃４はこの順に横一列に並ぶ。
吸気通路１２はサージタンク１４より上流側に位置し、サージタンク１４に接続される。４つの吸気通路１６、１８、２０および２２はサージタンク１４より下流側に位置し、これらの一端はサージタンク１４に接続される。吸気通路１６の他端は内燃機関１０の気筒＃１に接続される。吸気通路１８の他端は内燃機関１０の気筒＃２に接続される。吸気通路２０の他端は内燃機関１０の気筒＃３に接続される。吸気通路２２の他端は内燃機関１０の気筒＃４に接続される。
吸気は吸気通路１２およびサージタンク１４を流れ、吸気通路１６、１８、２０および２２に分配され、内燃機関１０の気筒＃１〜＃４に導入される。各気筒の燃焼室において、吸気は燃料と混合気を形成し、燃焼される。内燃機関１０は例えば直噴およびポート噴射の両方を行うエンジンであり、不図示の燃料噴射弁は吸気ポートおよび気筒に設けられている。したがって後述の水噴射弁を吸気ポートに設けることは困難であり、より上流側に設ける。
図１（ｂ）は吸気装置１００を例示する正面図である。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、吸気通路１２に水噴射弁３０（第１水噴射弁）が設けられている。サージタンク１４のうち吸気通路１８と吸気通路２０の間の位置に水噴射弁３２（第２水噴射弁）が設けられている。水噴射弁３０および３２には不図示のタンクから水が供給され、水噴射弁３０は吸気通路１２内に水を噴射し、水噴射弁３２はサージタンク１４内であって、吸気通路１８および２０に向けて水を噴射する。
水噴射弁から噴射された水が気化する際、気化熱が吸気の熱を奪う。吸気の温度が低下することで、ノッキングの抑制などが可能である。内燃機関１０のような多気筒エンジンにおいてはすべての気筒に水を分配することが重要である。
外側の気筒＃１および＃４の吸気の流速と、内側の気筒＃２および＃３の吸気の流速との間に差が生じる。矢印Ａ１で示すように、気筒＃１に導入される吸気は、吸気通路１２、サージタンク１４および吸気通路１６の壁面に沿って流れる。気筒＃４に導入される吸気も同様に壁面に沿って流れる。このため気筒＃１および＃４に導入される吸気の大部分は大きな流速を有する。一方、矢印Ａ２で示すように気筒＃２および＃３に導入される吸気のうち一部は壁面に沿って流れるが、別の一部は壁面に沿って流れにくい。このため気筒＃２および＃３に導入される吸気のうち流速の大きな部分の割合は、気筒＃１および＃４に導入される吸気に比べて低い。
仮に水噴射弁３０のみから水を噴射すると、吸気の流速の違いに起因して、外側の気筒＃１および＃４への水の供給量は多くなり、内側の気筒＃２および＃３への水の供給量は気筒＃１および＃４に比べて少なくなる。水の供給量に差が生じることで、外側の気筒＃１および＃４と、内側の気筒＃２および＃３とでは、温度の低下量および筒内圧にも差が生じる。このためノッキング抑制など水噴射の効果が十分に得られない恐れがある。
第１実施形態によれば、吸気装置１００は水噴射弁３０および３２を有する。水噴射弁３０は吸気通路１２に水を噴射する。水噴射弁３０から噴射される水は４つの吸気通路１６、１８、２０および２２のうち外側の吸気通路１６および２２に多く分配され、気筒＃１および＃４に多く導入される。
水噴射弁３２は吸気通路１８および２０の間に位置し、４つの吸気通路のうち内側の吸気通路１８および２０に向けて水を噴射する。水噴射弁３２から噴射される水は吸気通路１８および２０を通じて内側の気筒＃２および＃３に供給される。内側の気筒＃２および＃３の水の不足を水噴射弁３２で補うことで、各気筒に水を分配することができる。各気筒の水の供給量が同程度になり、吸気の温度および筒内圧も同程度になる。この結果、水噴射によるノッキングの抑制が可能である。水噴射によってノッキングを抑制できるため、点火時期を進角させ最適化することができる。
内燃機関１０の気筒の数は４つとしたが、３つ以上であればよく、４つ以上でもよい。１つの水噴射弁３０のみからの水噴射では、一列に並ぶ３つ以上の気筒のうち、内側の気筒への水の供給量が、両端の気筒に比べて少なくなる恐れがある。水噴射弁３２から内側の気筒に向けて水を噴射することで、均等な水の分配が可能となる。
（第２実施形態）
図１（ｃ）は第２実施形態に係る吸気装置２００を例示する模式図である。水噴射弁３２は吸気通路１２のうちサージタンク１４の直前の位置に設けられている。他の構成は第１実施形態と同じである。水噴射弁３２が吸気通路１６、１８、２０および２２のうち、内側の吸気通路１８および２０に近く、外側の吸気通路１６および２２から遠い。第２実施形態によれば第１実施形態と同様に、水噴射弁３２が内側の吸気通路１８および２０に向けて水を噴射するため、水を複数の気筒に分配することができる。
図１（ｃ）は第２実施形態に係る吸気装置２００を例示する模式図である。水噴射弁３２は吸気通路１２のうちサージタンク１４の直前の位置に設けられている。他の構成は第１実施形態と同じである。水噴射弁３２が吸気通路１６、１８、２０および２２のうち、内側の吸気通路１８および２０に近く、外側の吸気通路１６および２２から遠い。第２実施形態によれば第１実施形態と同様に、水噴射弁３２が内側の吸気通路１８および２０に向けて水を噴射するため、水を複数の気筒に分配することができる。
水噴射弁３２をサージタンク１４から大きく離すと、水が吸気とともに吸気通路１６および２２に多く流れ、吸気通路１８および２０への分配量が減少してしまう。したがって水噴射弁３２は、第１実施形態のようにサージタンク１４内、または吸気通路１２のうち水噴射弁３０よりも下流側であってサージタンク１４の直前に設ける。水噴射弁３０および３２は例えば霧状の水を噴射する。水噴射弁３２は例えば水噴射弁３２の前方の全体に水を噴射してもよいし、吸気通路１８および２０への指向性を持って水を噴射してもよい。水噴射弁３２から噴射される水のすべてが吸気通路１８および２０に流入してもよいし、水の大部分が吸気通路１８および２０に流入し、水のごく一部は吸気通路１６および２２に流入してもよい。
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
１１ インテークマニホールド
１２、１６、１８、２０、２２ 吸気通路
１４ サージタンク
３０、３２ 水噴射弁
１００、２００ 吸気装置
１１ インテークマニホールド
１２、１６、１８、２０、２２ 吸気通路
１４ サージタンク
３０、３２ 水噴射弁
１００、２００ 吸気装置
Claims (1)
- 第１吸気通路と、
前記第１吸気通路より下流側に位置し、前記第１吸気通路に接続されたサージタンクと、
前記サージタンクより下流側に位置し、前記サージタンクに接続され、内燃機関の各気筒に対応して配列された複数の第２吸気通路と、
前記第１吸気通路に設けられ、前記第１吸気通路内に水を噴射する第１噴射弁と、
前記配列された複数の第２吸気通路のうち外側のものに比べて内側のものの近くに位置し、前記内側の第２吸気通路に向けて水を噴射する第２噴射弁と、を具備する内燃機関の吸気装置。
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| JP (1) | JP7259728B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11905911B2 (en) | 2022-06-29 | 2024-02-20 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Internal combustion engine |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016118109A (ja) * | 2014-12-18 | 2016-06-30 | トヨタ自動車株式会社 | 水素エンジンシステム |
| US9874163B1 (en) * | 2016-08-02 | 2018-01-23 | Ford Global Technologies, Llc | Methods and system for adjusting engine operation based on evaporated and condensed portions of water injected at an engine |
| US20190331061A1 (en) * | 2018-04-26 | 2019-10-31 | Volvo Car Corporation | Intake manifold with integrated water injection nozzle |
-
2019
- 2019-12-19 JP JP2019228953A patent/JP7259728B2/ja active Active
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