JP2021509706A

JP2021509706A - 熱エンジン用の空気吸入装置

Info

Publication number: JP2021509706A
Application number: JP2020524596A
Authority: JP
Inventors: トマヴェネツィアーニ，
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2017-11-08
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2021-04-01
Also published as: KR102645153B1; CN111542692A; CN111542692B; RU2020117300A3; WO2019091785A1; EP3707365A1; FR3073257B1; US11149700B2; KR20200077587A; RU2020117300A; FR3073257A1; US20200370520A1

Abstract

熱エンジン用の空気吸入回路（１０）であって、空気圧縮要素と、該エンジンのシリンダヘッド（１１）の中空燃焼室（１４）の少なくとも１つの上側部分との間に配置されるようになされており、シリンダヘッド（１１）と、空気吸入マニホルド（１７）と、少なくとも１つの空気吸入ダクト（１２）とを備える空気吸入回路（１０）において、エンジンの外側の方に向けられ、シリンダヘッドのキャビティ（２２）内に収装され、かつ少なくとも１つの空気吸入ダクト（１２）に押し込まれる管状要素（２６）に連結された少なくとも１つの凹型レセプタクル（２５）を備えることを特徴とする、空気吸入回路（１０）を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、熱エンジンまたは内燃エンジン用の空気吸入回路に関する。

本発明は、また、そのような空気吸入回路を備える熱エンジンに関する。

最後に、本発明は、そのような空気吸入回路またはそのような熱エンジンを備える自動車両に関する。

火花点火エンジン、特にガソリンエンジンに関する国際排出基準を満足するために、自動車両製造業者は、エンジンの燃焼室内の燃料の燃焼（ガソリンまたはディーゼル）を最適化することを追求している。このために、空気吸入回路はある制約を満足しなければならない。すなわち、制御された量の外気を、空力的乱流を生じさせながら、各燃焼室に送り込まなければならない。生成される乱流は、火花点火エンジンとディーゼルエンジンとでは異なる。

エンジンの効率を向上させるために、空気圧縮要素をエンジンの空気吸入回路に組み込むことが知られており、それによって取り入れられる気体の圧力が増加し、空燃混合気によるエンジンシリンダの充填度が向上し、その結果、エンジンのパワー密度が増加し、したがってパワーが増加し、またはエンジンの消費量が減少する。この圧縮要素は、空気フィルタとエンジンの空気吸入マニホルドとの間に配置された電気圧縮機またはターボチャージャの圧縮機であり得る。したがって、空気は、車両の前面から取り込まれた後、フィルタ、圧縮要素、および吸入マニホルドを通過し、その後、シリンダヘッドに刳り貫かれた空気吸入ダクトを経由してエンジンに戻る。

しかし、吸入空気は圧縮後加熱され、それは、エンジン効率に悪影響を及ぼす。

外気をエンジンに送り込むために、熱交換器が、空気吸入回路内の圧縮要素とエンジンの吸入マニホルドとの間に配置され、それによって、燃焼室に入る圧縮空気を冷却する。

知られている態様では、空気吸入マニホルドに取り込まれた空気は、エンジンのシリンダヘッドの中を通る空気吸入ダクトを経由して各燃焼室に分配され、それが、エンジンの各シリンダに入る吸入空気流を制御することを可能にする。空気吸入マニホルドは、スロットルバルブハウジングと、プレナムとも呼ばれる緩衝空気の空間と、シリンダと少なくとも同数の空気吸入ダクトとを有する。空気吸入マニホルドは、たとえば、シリンダヘッドに取り付けられた鋳造部品またはプラスチック部品であり得る。

吸入マニホルドおよび吸入ダクトは、ガソリンを空気と理想的に混合して効率的な燃焼を達成するために、燃焼室内に空力的乱流を発生させることができる。燃焼室に対する空気吸入ダクトの形状および配向は、この空力的乱流の生成において重要な役割を果たす。

知られている態様では、空気吸入マニホルドおよび熱交換器は、エンジン、特にシリンダヘッドの壁に固定され、それによって、エンジンの大きさが著しく増加する。

さらに、エンジンの重量を軽減することは、消費量および一酸化炭素などの汚染排出物を減らす観点にとって重要である。シリンダヘッドの重さを減らすために、空気吸入マニホルドの諸要素をシリンダヘッドの壁に組み込むことが知られている。すなわち、そのシリンダヘッドの壁が、マニホルドのプレナムの壁になり得る。

文献ＵＳ３９４９７１５−Ａは、空気吸入マニホルドのプレナムを有するシリンダヘッドを開示する。上記プレナムは、シリンダヘッドの一部であり、そのプレナムが、シリンダヘッドの体積、したがってシリンダヘッドの重量を増加させる。

本発明の目的は、前述の欠点を克服し、従来技術で知られている熱エンジン用の空気吸入回路を改良する熱エンジン（ガソリンまたはディーゼル）用の空気吸入回路を提供することである。

詳細には、本発明は、コンパクトで、組立および保守整備が容易な空気吸入回路から成る熱エンジン用の空気吸入回路を提供し、同時に、その回路の重量を最小化し、空気循環を最適化し、空気流の圧力降下の低減に役立つ。

より具体的には、本発明は、熱エンジン用の空気吸入回路であって、空気圧縮要素と、上記エンジンのシリンダヘッドを窪ませた燃焼室の少なくとも１つの上側部分との間に配置されるようになされており、シリンダヘッドと、空気吸入マニホルドと、少なくとも１つの空気吸入ダクトとを備える空気吸入回路において、エンジンの外側の方に向けられ、シリンダヘッドのキャビティ内に着装され、かつ少なくとも１つの空気吸入ダクトに押し込まれる管状要素に連結された少なくとも１つの凹型レセプタクルを備えることを特徴とする、空気吸入回路に関する。

有利には、レセプタクルおよび管状要素は、吸入空気を、シリンダヘッドに刳り貫かれた吸入ダクトへ直接導き入れる装置を形成する。これによって、空気流を取り込みシリンダヘッドの吸入ダクトの方へ導くための複雑なシリンダヘッド、および特にそのシリンダヘッドのキャビティが必要なくなる。

本発明の別の特徴によれば、
− レセプタクルは、シリンダヘッドの固定壁に当接するように設計された放射状リムに囲まれている。

有利には、放射状リムは、レセプタクルとシリンダヘッドとの固定箇所を形成する。
− レセプタクルに連結された管状要素は、円錐形である。

有利には、レセプタクルに連結される管状要素は、管状要素の入口の吸入空気流を燃焼室に向けて加速することができるように、円錐形である。
− レセプタクルが、管状要素に連結された開口の方へ空気流を導くように設計された偏向壁を有する。

有利には、レセプタクルは、管状要素に連結された開口の方に空気流を導くように設計された偏向壁を有し、したがって、偏向壁の形状は、吸入空気流を導くために最適化されている。
− 管状要素の壁は、少なくとも１つの空気吸入ダクトに対面し、かつシールガスケットを受け入れるように設計された環状チャネルを有する。

有利には、管状要素は、吸入空気がシリンダヘッドのキャビティ内に逆流することを防止するシールガスケットを有する。
− レセプタクルの放射状リムは、シリンダヘッドの固定壁に対面する封止要素を有する。
− 封止要素は、リムの縁の周りに延在するリップ、または放射状リムとシリンダヘッドの固定壁との間に着装されるシールガスケットである。

有利には、レセプタクルの放射状リムは、シリンダヘッドに対面する封止要素を有する。
− レセプタクルは、プラスチック製である。

有利には、レセプタクルはプラスチック製であり、それは、重量軽減に役立つ。
− レセプタクルは、シリンダヘッドのキャビティの壁から離隔している。

有利には、レセプタクルは、シリンダヘッドのキャビティの壁から離隔され、したがって、キャビティ内の空間は、レセプタクルの体積より大きい。その場合、キャビティを形成するためにシリンダヘッドを窪ませる空間は、実質的に重量を軽減するために最適化することができる。
− レセプタクル、放射状リム、および管状要素は、単一部品を形成する。

有利には、レセプタクル、放射状リム、および管状要素は、単一部品を形成し、それは、製造を容易にし、同時に全体の剛性を向上させるのに役立つ。
− マニホルドは、レセプタクルの放射状リムおよびシリンダヘッドの固定壁に当接するように設計された固定縁によって放射状に囲まれた下流出口を有する。

有利には、放射状リムは、マニホルドとシリンダヘッドとの結合を最適化するように設計される。
− 放射状リム、レセプタクル、および管状要素は、空気吸入マニホルドの一部である。

有利には、放射状リム、レセプタクル、および管状要素は、空気吸入マニホルドの一部であり、それは、関連する部品の数、および空気吸入回路を組み立てるのに必要な作業の数を減らすのに役立つ。

本発明の他の利点および特徴が、本発明の特定の実施形態に関する以下の説明において言及され、それら実施形態は、非限定的例として提示され、添付図面に示される。

空気吸入回路の長手方向概略断面図である。本発明による空気吸入回路の上視概略断面図である。本発明による空気吸入回路の長手方向概略断面図である。

以下の説明では、同一の参照符号は、同一の部品、または同様な機能を有する部品を意味する。

図１に概略的に示すように、自動車両には、内燃エンジンまたは熱エンジン１００を備え付けることができる。熱エンジンは、通常、エンジンブロックとも呼ばれるシリンダブロック１０１に装着されたシリンダヘッドを有する。エンジンは、また、空気が外部からエンジンの燃焼室１４にそれを通って入る空気吸入回路１０を有する。

空気は、車両の前面から取り込まれ、吸入回路を通った後、燃焼室に送り込まれる。エンジン性能を向上させるために、取り入れられる気体の圧力を上げ、エンジンのシリンダの空燃混合気による充填度を向上させることが知られている。これは、パワー密度およびエンジンのパワーを増加させ、エンジンの消費量を低減させる。したがって、吸入空気圧縮段が、空気フィルタとエンジンとの間に配置される。この圧縮段は、ターボチャージャの圧縮部分または電気圧縮機のどちらかによって形成される。図１は、圧縮段（図示せず）と空気吸入回路１０との間の上流接続コーン１０２を示す。

その場合、圧縮空気は高温になり、その密度が下がり、それが、エンジン性能に悪影響を及ぼす。したがって、空気流の方向において圧縮機の下流に空気冷却段を追加することが有効である。この冷却段は、冷却器１６、より具体的には空気／水熱交換器を備え得る。適度な温度の水が、熱交換器を通り、圧縮空気からある程度の熱を取り去る。

次いで、空気は、燃焼室１４に取り入れられる空気流を制御する空気吸入マニホルド１７の方へ導かれる。マニホルドは、フランジ１０４によってエンジンのシリンダヘッドの固定壁２０に固定され、圧縮され冷却された空気をシリンダヘッドに刳り貫かれた空気吸入ダクト１２の方へ導く。シリンダヘッドの上記吸入ダクトは、たとえばディーゼルまたは火花着火などのエンジンのタイプに応じて特定の形状および輪郭を有する。

吸入回路１０は、圧縮機（図示せず）とエンジン１００との間に配置され、エンジンは、シリンダヘッド１１が装着されたシリンダブロック１０１を備える。ピストンを包含するシリンダ１０３が、シリンダブロックの内部に配置されている。上記ピストンは、シリンダの軸に沿って前後運動で摺動する。

燃焼室は、それぞれのシリンダに対して設けられ、シリンダ、ピストン、およびシリンダヘッドの底壁１３によって形成される。それぞれの燃焼室１４への開放が被制御バルブ１５によって遮断される吸入ダクト１２は、シリンダヘッドの上記底壁に通じる。

図１〜３に示されるように、冷却器１６および空気吸入マニホルド１７は、単一の部品１９を形成する。冷却器は、水冷式空気冷却器（ＷＣＡＣ）とも呼ばれる。マニホルドは、基本的に、シリンダヘッドの吸入ダクト１２への入口の前のプレナム１８または貯気室によって特徴付けられる。本実施形態では、マニホルドは、熱交換器の下流にあり、同じハウジングを共有する。上記ハウジングは、シリンダヘッドの固定壁に直接固定されている。上記固定壁２０は、一平面内にあり、たとえばシリンダヘッドとシリンダブロックとの結合面２１によって表される水平面に対して傾いている。上記傾きは、冷却器の取付けを容易にし、保守整備をより確実にする。

以下の説明は、理解を容易にするために１つのシリンダを対象とするが、本発明によるエンジンは、シリンダが最少で１つである。

２つの図によれば、シリンダヘッド１１は、１次空気吸入ダクト２３がその中に開口するキャビティ２２を有する。この１次ダクトは、２つの２次ダクト２４に延び、それら２次ダクトは、吸入空気を２つの異なる方向で燃焼室に送り込んで、エンジンのタイプ（ディーゼルまたはガソリン）に応じて望ましいスワールまたはタンブル効果を達成する。

キャビティ２２は、鋳造によって得られ、キャビティの壁の表面状態はさほど重要ではない。有利には、シリンダヘッドは、第１のインレットダクト２３の開口周りの、シリンダヘッドの剛性による機械的応力を考慮して、可能な限り多く窪まされる。

レセプタクル２５が、キャビティ内に配置される。レセプタクルは、ボウル形状であり、エンジンの外側に向き、マニホルドがシリンダヘッドの固定壁に対して装着されたときにマニホルドの方に向く湾曲を有する。

レセプタクル２５は、実質的に管状要素２６に連結された開口３０を有する。上記の管状要素は、吸入空気を、シリンダヘッド１１の１次吸入ダクト２３に導き入れることを可能にする。上記管状要素は、上流端部２５から下流端部２８へ流路面積が減少する実質的に円錐形であり、吸入空気を加速する。この管状要素の下流端部２８の外形断面は、組立クリアランス公差内で、１次ダクト２３の流路面積に実質的に一致する。

好ましくは、管状要素の下流端部は、空気がシリンダヘッドのキャビティ２２へ逆流するのを防ぐために、管状要素２６の下流端部２８とシリンダヘッドの１次吸入ダクト２３との間の封止部品によって囲まれている。この部品はシールリップであり得る。好ましくは、図２に示される実施形態において、この封止部品は、シリンダヘッドの１次ダクト２３の壁に面し、管状要素の下流端部２８を囲む環状チャネル（図示せず）内に着装されるリングシール２９である。リングシール２９は、エラストマーから製作され、弾性および衝撃吸収特性を有する。

レセプタクル２５は、管状要素２６に連結された開口３０の方へ吸入空気を導くように設計された偏向壁３１を有する。図３に示されるように、偏向壁３１は、たとえば、平らで、レセプタクルの、開口３０が配置されている下側部分に向けて吸入空気を導くために、レセプタクルがシリンダヘッドに装着されると、水平面２１に対して傾斜する。

レセプタクル２５は、放射状に延在し、シリンダヘッド１１の固定壁２０に当接するように設計されているリム３２または固定縁によって囲まれている。上記リム３２は、支承面３４に支えられている。

有利には、レセプタクル２５と支承面３４とによって画成される体積は、キャビティ２２とシリンダヘッドの固定壁２０の面とによって画成される体積より小さい。したがって、レセプタクル２５の壁は、レセプタクルがシリンダヘッドに装着されると、シリンダヘッドのキャビティ２２の壁から離隔する。これによって、また、管状要素を有するレセプタクルをシリンダヘッド１１に容易に組み込むことができる。

好ましくは、上記固定リムは、シリンダヘッドの固定壁２０に対面する封止要素を備える。上記封止要素は、リムの縁の周りに延在するリップ、またはリムとシリンダヘッドの固定壁２０の面との間に着装されるシールガスケットである。

好ましくは、固定リムは、吸入空気マニホルドの外周に合致するように設計されている。実際、マニホルド１７は、固定リム３２に当接し、シリンダヘッド１１の固定壁２０に当接するように設計された固定縁３３によって取り囲まれた下流空気出口を有する。その場合、上記固定リムは、空気マニホルド１７とシリンダヘッド１１の固定壁２０との間に挿入される。封止要素が、固定リム３２とマニホルドの固定縁３３との間にさらに配置される。上記封止要素は、リムの縁の周りに延在するリップ、またはリムとマニホルドの固定縁３３との間に着装されるシールガスケットであり得る。

有利には、３つの要素（固定リム３２、レセプタクル２５、および管状要素２６）は、プラスチックを成型することによって得られる単一部品として形成され、マニホルド１７とシリンダヘッド１１との間のインターフェース部品３５を形成し、その結果、より軽く、製造がより簡単なシリンダヘッドを生じる。

インターフェースの組立は、以下のステップを含む。すなわち、
− 管状要素の下流端部周りのチャネル内にリングシール２９を配置するステップと、
− 場合により、インターフェースのリムにシールガスケットを配置するステップと、
− １次ダクト２３に管状要素を挿入するステップと、
− レセプタクル２５を、リム３２がシリンダヘッドの固定壁２０と当接するまで、シリンダヘッドのキャビティ２２に押し込むステップと、
− 空気吸入マニホルドを、該マニホルドの下流出口をレセプタクル２５に向けて、インターフェースの前に配置するステップと、
− マニホルドの固定縁３３がインターフェース部品３５の縁部に当接するように、マニホルドをシリンダヘッドに固定するステップと
である。

組み立てられると、インターフェース部品３５は、マニホルド１７から来る吸入空気流をシリンダヘッドの１次ダクト２３の方へ導くことができる。リングシール２９は、第１に、空気がシリンダヘッドのキャビティ２２内に逆流しないことを確実にし、第２に、空気の通過によって生じる振動を吸収する。

目的は達成される。すなわち、インターフェース部品３５は、製造が簡単で、より軽量なシリンダヘッド１１を実現する。

当然、本発明は、本明細書に記述され、例として上記で説明された実施形態のみに限定されず、全ての可能な変形形態を包含する。

Claims

熱エンジン用の空気吸入回路（１０）であって、空気圧縮要素と、前記エンジンのシリンダヘッド（１１）を窪ませた燃焼室（１４）の少なくとも１つの上側部分との間に配置されるようになされており、前記シリンダヘッド（１１）と、空気吸入マニホルド（１７）と、少なくとも１つの空気吸入ダクト（１２）とを備えており、
前記エンジンの外側の方に向けられ、前記シリンダヘッドのキャビティ（２２）内に着装され、かつ前記少なくとも１つの空気吸入ダクト（１２）に押し込まれる管状要素（２６）に連結された少なくとも１つの凹型レセプタクル（２５）を備えることを特徴とする、空気吸入回路（１０）。
前記レセプタクル（２５）が、前記シリンダヘッド（１１）の固定壁（２０）に当接するように設計された放射状リム（３２）に囲まれていることを特徴とする、請求項１に記載の空気吸入回路（１０）。
前記レセプタクル（２５）に連結された前記管状要素（２６）が、円錐形であることを特徴とする、請求項１または２に記載の空気吸入回路（１０）。
前記レセプタクル（２５）が、前記管状要素（２６）に連結された開口（３０）の方へ空気流を導くように設計された偏向壁（３１）を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の空気吸入回路（１０）。
前記管状要素（２６）の壁が、前記少なくとも１つの空気吸入ダクトに対面し、かつシールガスケット（２９）を受け入れるように設計された環状チャネルを有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の空気吸入回路（１０）。
前記レセプタクル（２５）の前記放射状リム（３２）が、前記シリンダヘッドの前記固定壁（２０）に対面する封止要素を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の空気吸入回路（１０）。
前記封止要素が、前記リムの縁の周りに延在するリップ、または前記放射状リム（３２）と前記シリンダヘッドの前記固定壁（２０）との間に着装されるシールガスケットであることを特徴とする、請求項６に記載の空気吸入回路（１０）。
前記レセプタクル（２５）がプラスチック製であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の空気吸入回路（１０）。
前記レセプタクル（２５）が、前記シリンダヘッドの前記キャビティ（２２）の壁から離隔していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の空気吸入回路（１０）。
前記レセプタクル（２５）、前記放射状リム（３２）、および前記管状要素（２６）が、単一部品を形成することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の空気吸入回路（１０）。
前記マニホルド（１７）が、前記レセプタクルの前記放射状リム（３２）および前記シリンダヘッドの前記固定壁（２０）に当接するように設計された固定縁（３３）によって放射状に囲まれた下流出口を有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の空気吸入回路（１０）。