JP4951544B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に空気を供給する吸気管内にバタフライバルブを配設してなる内燃機関の吸気装置に関する。

この種の吸気装置においては、全閉状態のバタフライバルブを急激に開くと、バタフライバルブの両端を通過した吸気流がバタフライバルブの下流側で合流し、耳障りな気流音が発生する。特に、吸気管が樹脂製であると、吸気管の反響により気流音が一層大きくなる。そこで、バタフライバルブの下流側の流路面積を拡大することで、吸気流が合流する際の圧力エネルギーを逃がし、気流音の発生を抑制している（特許文献１参照）。
特開平１０−１２１９９４号公報（段落００２９〜００３１、図２）

ところで、内燃機関の吸気管にはＥＧＲガスやブローバイガスなどの付加ガスを導入しているが、特許文献１に示すような流路面積拡大部を設けると、付加ガス導入口の設置箇所の選定が難しくなる。すなわち、流路面積拡大部が設けられていない場合、バタフライバルブの直ぐ下流側に吸気流の渦が生じるので、従来はそこに付加ガス導入口を設置して吸気管内に付加ガスを均一拡散させていた。しかし、特許文献１に示すような流路拡大部を設けると、吸気流の渦が生じにくくなるため、バタフライバルブの近くに付加ガス導入口を設けると、バタフライバルブの両端を通過した、速度の異なる吸気流のいずれか一方に付加ガスが乗って流れ、吸気管内に均一拡散しなくなる虞がある。一方、付加ガス導入口をバタフライバルブから離し過ぎると、その位置では吸気流が整流されているため、付加ガスが導入口側に偏って拡散し易くなる。要するに、特許文献１の技術を採用すると、気流音の発生は抑制できるが、吸気中への付加ガスの均一拡散が困難になる。特に、多気筒の内燃機関では、気筒毎に付加ガスの濃度が異なってしまい、燃焼のばらつきを生じるという問題を生じる。

本発明は、このような事情に鑑み、気流音の発生抑制と付加ガスの均一拡散の両立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。

前記課題を解決するための本発明は、内燃機関に空気を供給する吸気管内にバタフライバルブを配設してなる内燃機関の吸気装置において、前記バタフライバルブの弁軸を支持する第１吸気管部と、該第１吸気管部の流路面積よりも大きな流路面積を有し、前記第１吸気管部の下流に連設した第２吸気管部と、該第２吸気管部の流路面積よりも小さな流路面積を有し、前記第２吸気管部の下流に連設した第３吸気管部とで前記吸気管を構成するとともに、前記第２吸気管部には、前記バタフライバルブの一方の半体側の流路面積を他方の半体側の流路面積よりも大きくする流路面積拡大部分と、前記第２吸気管部の流路面積を前記第３吸気管部の流路面積に徐々に近づけるべく前記流路面積拡大部分の下流に連設した流路面積漸減部分とを設け、さらに、前記第２及び第３吸気管部の境界近傍には、前記吸気管内に付加ガスを導入する付加ガス導入口を設けたことを特徴とする。

かかる構成によれば、バタフライバルブの一方の半体側の通路を通過した吸気は、第２吸気管部の流路面積拡大部分に流入して流速を低下させる一方、他方の半体側の通路を通過した吸気は、第２吸気管部の内面に沿って流れるので、前者の吸気流は後者の吸気流に較べて流速が小さくなる。このため、２つの吸気流が吸気管内の軸方向にオフセットした位置で合流するので、吸気流の直接衝突が回避され、気流音の発生が抑制される。一方、第２及び第３吸気管部の境界近傍では、流速の異なる吸気流が合流して強い乱流を形成しているので、付加ガスは強い乱流に乗って吸気管内に拡散する。

前記流路面積漸減部分と同一の吸気管周上にある領域または該領域の下流で前記第２及び第３吸気管部の境界近傍にある領域に前記付加ガス導入口を配置することが好ましい。

かかる構成によれば、流路面積拡大部分を通過することで流速が小さくなった吸気流は、流路面積漸減部分に案内されるため、第２吸気管部と第３吸気管部との境界よりも上流側で第２吸気管部の軸芯に向かう流れを形成する。一方、流路面積拡大部分を通過しなかった吸気流は、該流路面積拡大部分を通過した吸気流よりも流速が大であるため、該流路面積拡大部分を通過した吸気流よりも下流側、換言すれば、第２吸気管部と第３吸気管部との境界よりも下流側で、第３吸気管部の軸芯に向かう流れを形成するようになる。このため、２つの吸気流が第２吸気管部と第３吸気管部との境界付近において合流することとなり、流路面積漸減部分と同一の吸気管周上にある領域で強い乱流が生じるので、この領域若しくはそのやや下流側に付加ガス導入口を配置することで、付加ガスをより均一に拡散させることができる。

前記流路面積拡大部分は、前記バタフライバルブの上流側に傾倒する半体側の流路面積を拡大させるように配置してあることが好ましい。

かかる構成によれば、バタフライバルブによる流量調整が徐々に行え、低流量の吸気制御が可能になる。

前記バタフライバルブの一方の半体側にある流路と、他方の半体側にある流路との境界近傍に前記付加ガス導入口を配置し、該付加ガス導入口から前記バタフライバルブの弁軸と略平行な方向に前記付加ガスを吸気管内に導入することが好ましい。

かかる構成によれば、バタフライバルブの一方の半体側にある流路と、他方の半体側にある流路のいずれか一方に偏って付加ガスが拡散する虞がなくなり、拡散効果がさらに良くなる。

前記第１吸気管部をスロットルボディで構成するとともに、前記第２及び第３吸気管部を吸気マニホールドで構成し、該吸気マニホールドの前記スロットルボディに対する接合面に前記流路面積拡大部分を隣接させて形成することが好ましい。

かかる構成によれば、第２及び第３吸気管部の成形に際し、離型方向の制約が生じなくなり、成形コストの上昇抑制が可能になるばかりでなく、流路面積拡大部分の容積拡大が容易になり、気流音の低減にも役立つ。

前記流路面積拡大部分には、その内部に収まって吸気管軸芯に沿って延びるリブを設けてあることが好ましい。

かかる構成によれば、吸気管の剛性が向上するので、気流音が吸気管内で反響しにくくなり、気流音をさらに小さくできる。さらに、リブは流路面積拡大部分内に収容されるので、第１吸気管部または第３吸気管部の流路に対してリブが突出することがなく、第１吸気管部及び第３吸気管部の流路面積低下（換言すれば内燃機関の体積効率低下）を回避する。しかも、リブは吸気管軸芯に沿って延びているので、吸気抵抗の増大を抑制できる。

前記リブは、その高さと幅のうちの少なくとも１つが下流側に向かって大きくなるように形成してあることが好ましい。

かかる構成によれば、第２吸気管部の流路面積が吸気管軸芯方向に対して緩やかに変化し、第２吸気管部の流路面積が第３吸気管部の流路面積に徐々に近づくので、吸気抵抗の抑制効果がさらに高くなる。

本発明によれば、バタフライバルブの両方の半体を通過した吸気が吸気管内の軸方向にオフセットした位置で合流するので、吸気の直接衝突による気流音の発生を抑制することができる。また、第２及び第３吸気管部の境界近傍では、流速の異なる吸気流が合流し、強い乱流が形成されているので、この乱流に付加ガスを乗せて吸気管内に均一拡散させることができる。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の内燃機関の吸気装置を示す図で、図２のＡ−Ａ線断面図である。図２は図１の吸気マニホールドを開口端から見た図である。

この吸気装置１は、吸気管２の内部にバタフライバルブ３を配設し、その開度を調節して内燃機関に供給する空気量を制御するものである。吸気管２は、バタフライバルブ３を内蔵したスロットルボディで形成した第１吸気管部４と、第１吸気管部４と連通する樹脂製の吸気マニホールドで形成した第２及び第３吸気管部５,６とで構成してある。各吸気管部４,５,６は断面円形の流路を備え、その軸芯ＣＬを一致させて連設してある。第１吸気管部４の流路面積は第３吸気管部６の流路面積と略等しくしてある。ただし、第２吸気管部５の流路面積は、流路面積拡大部分５ａと流路面積漸減部分５ｂを設けた分だけ、第１及び第３吸気管部４,６の流路面積よりも大きくなっている。第１吸気管部４にはバタフライバルブ３の弁軸３ａを回動自在に支持してある。バタフライバルブ３は、その先端部が開弁時に第２吸気管部５内に進入するように配置してある。なお、閉弁状態のバタフライバルブ３は図１に２点鎖線で示してある。

第２吸気管部５は、バタフライバルブ３を構成する２つの半体３ｂ,３ｃのうち、上流側に傾倒する第１半体３ｂ側の流路２０の面積を、下流側に傾倒する第２半体３ｃ側の流路３０の面積よりも大きくする流路面積拡大部分５ａを備えている。なお、第１及び第２半体３ｂ,３ｃ側の流路２０,３０とは、バタフライバルブ３の弁軸３ａを吸気管軸芯ＣＬに沿って延長した面で区画される吸気管２の内部空間をいう。流路面積拡大部分５ａは、図１に示す断面（バタフライバルブ３の弁軸３ａと直交する吸気管軸芯ＣＬを含む断面）において、第２吸気管部５の周壁の一部を半径方向外方へ膨出させて形成してある。なお、流路面積拡大部分５ａは、第２吸気管部５の開口端から見て略半円形に形成してある（図２参照）。

流路面積拡大部分５ａの下流側には、第２吸気管部５の流路面積を第３吸気管部６の流路面積と等しくする流路面積漸減部分５ｂを連設してある。つまり、この流路面積漸減部分５ｂは、その流路面積が下流側へ向かって徐々に小さくなるように形成してある。さらに、流路面積拡大部分５ａと流路面積漸減部分５ｂには、吸気管軸芯ＣＬに沿って延びるリブ７を一対設けてある。これらのリブ７,７は、その上面を第１及び第３吸気管部４,６の内面４ａ,６ａと面一にしてある。なお、本実施形態では、リブ７,７は図２のＡ−Ａ線に関して対称に配置してある。

吸気管２には、付加ガス（ＥＧＲガスやブローバイガス、蒸発燃料など）を内部に導入するための付加ガス導入口８がバタフライバルブ３の下流側に設けてある。この付加ガス導入口８は、流路面積漸減部分５ｂと同一の吸気管周上にある領域であって、第１及び第２半体３ｂ,３ｃ側の流路２０,３０の境界に配置してある。詳しくは、付加ガス導入口８を第２及び第３吸気管部５,６の境界からやや上流側に寄せて配置してある。さらに、付加ガス導入口８からバタフライバルブ３の弁軸３ａと略平行な方向に付加ガスを吸気管２内に導入している。なお、吸気マニホールド９には、付加ガス導入口８に連なるホース接続管１０を設けてある（図２参照）。

第１及び第２吸気管部４,５の開口端にはフランジ１１,１２が設けてあり、これらフランジ１１,１２の間にシール材１３を介装して第１及び第２吸気管部４,５を互いに連結してある。これにより、第２吸気管部５の流路面積拡大部分５ａが第１吸気管部４のフランジ１１を隣接して不連続な段差を形成している。

この吸気装置１では、バタフライバルブ３の上流側に傾倒する第１半体３ｂ側の通路ａを通過した吸気は、第２吸気管部５の流路面積拡大部分５ａに流入して流速を低下させる一方、他方の半体３ｃ側の通路ｂを通過した吸気は、第２吸気管部の内面に沿って流れるので、前者の吸気流Ａは後者の吸気流Ｂに較べて流速が小さくなる。その後、２つの吸気流Ａ,Ｂは第２吸気管部５の中央に向かって湾曲するが、流速の小さい吸気流Ａは、流速の大きい吸気流Ｂに較べて湾曲度が大きくなるので、２つの吸気流Ａ,Ｂが吸気管２内の軸方向にオフセットした位置で合流する。つまり、２つの吸気流Ａ,Ｂの直接衝突が回避され、吸気Ａ,Ｂの直接衝突による気流音の発生が抑制される。この結果、全閉状態のバタフライバルブ３を急激に開いても、従来のように大きな気流音は生じなくなる。

ところで、流路面積拡大部分５ａを通過することで流速が小さくなった吸気流Ａは、流路面積漸減部分５ｂに案内されるため、第２吸気管部５と第３吸気管部６との境界よりも上流側で第２吸気管部５の軸芯ＣＬに向かう流れを形成する。一方、流路面積拡大部分５ａを通過しなかった吸気流Ｂは、流路面積拡大部分５ａを通過した吸気流Ａよりも流速が大であるため、流路面積拡大部分５ａを通過した吸気流よりも下流側、換言すれば、第２吸気管部５と第３吸気管部６との境界よりも下流側で、第３吸気管部６の軸芯ＣＬに向かう流れを形成するようになる。このため、２つの吸気流Ａ,Ｂが第２吸気管部５と第３吸気管部６との境界付近において合流することとなり、流路面積漸減部分５ｂと同一の吸気管周上にある領域で強い乱流が生じるので、この領域若しくはそのやや下流側に付加ガス導入口８を配置することで、付加ガスを均一に拡散させることができる。要するに、吸気管２内に付加ガスを均一拡散させるためには、付加ガス導入口８をこのように配置するのが最も好ましい。ただし、付加ガスは乱流に乗って吸気管２内に拡散するので、第２及び第３吸気管部５,６の境界から上下流側にある程度離れた位置に付加ガス導入口８を配置しても、十分な拡散効果は期待できる。

さらに、第１及び第２半体３ｂ,３ｃ側の流路２０,３０の境界に付加ガス導入口８を配置してあるので、第１及び第２半体３ｂ,３ｃ側の流路２０,３０のいずれか一方に偏って付加ガスが拡散する虞がなくなり、拡散効果が良くなる。また、付加ガス導入口８からバタフライバルブ３の弁軸３ａと略平行な方向に付加ガスを吸気管２内に導入しているので、つまり、付加ガス導入口８から付加ガスを吸気管２の中心に向かって流出させているので、付加ガスの偏りがなくなり、拡散効果がさらに良くなる。なお、付加ガス導入口８は流路２０,３０の境界近傍に配置してあれば、その境界から多少離れていても差し支えない。

ところで、バタフライバルブ３の上流側に傾倒する半体３ｂ側の流路２０の面積を拡大させるように流路面積拡大部分５ａを配置してあるので、バタフライバルブ３による流量調整が徐々に行え、低流量の吸気制御（アイドル制御など）が可能になる。仮に、バタフライバルブ３の下流側に傾倒する半体３ｃ側の流路３０の面積を拡大させるように流路面積拡大部分５ａを配置した場合には、バタフライバルブ３の開度を大きくした際、半体３ｃの先端部が流路面積拡大部分５ａに面する位置まで達すると、流路面積が急激に増加してしまい、低流量の吸気制御が困難になる。

この吸気装置１では、第１吸気管部４をスロットルボディで形成するとともに、第２及び第３吸気管部５,６を樹脂製の吸気マニホールドで形成し、第２吸気管部５の流路面積拡大部分５ａに第１吸気管部４のフランジ１１を隣接して不連続な段差を形成しているので、第２及び第３吸気管部５,６の成形に際し、離型方向の制約が生じなくなり、成形コストの上昇抑制が可能になる。また、流路面積拡大部分５ａの容積拡大が容易になり、気流音の低減にも役立つ。

さらに、流路面積拡大部分５ａと流路面積漸減部分５ｂにリブ７を一対設けて剛性を高めているので、気流音が吸気管２内で反響しにくくなり、気流音をさらに小さくできる。また、リブ７,７は、吸気管軸芯ＣＬに沿って延び、その先端を第１及び第３吸気管部４,６の内面４ａ,６ａと面一にして流路面積拡大部分５ａと流路面積漸減部分５ｂ内に収容してあるので、吸気抵抗の増大を抑制できる。つまり、吸気抵抗の増加を抑えつつ気流音を小さくできる。

〔変形例〕
図３は図１の第２及び第３吸気管部の変形例を示す図で、図２のＡ−Ａ線に対応する断面図である。図４は図３のＢ−Ｂ線断面図である。
流路面積拡大部分５ａと流路面積漸減部分５ｂには、吸気管軸芯ＣＬに沿って延びるリブ７０が一対設けてある。これらリブ７０,７０は下流側に向かって幅を徐々に大きくしてある（図４参照）。さらに、各リブ７０の上面には、リブ７０の高さが下流側に向かって徐々に大きくなるように形成した傾斜面７０ａと、傾斜面７０ａの下流側に連設されて第３吸気管部６の内面６ａと面一に連なる平行面７０ｂとが形成されている（図３参照）。

このようにリブ７０を形成すると、第２吸気管部５の流路面積が吸気管軸芯ＣＬ方向に対して緩やかに変化し、第２吸気管部５の流路面積が第３吸気管部６の流路面積に徐々に近づくので、吸気抵抗の抑制効果がさらに高くなる。

なお、この変形例ではリブ７０の高さと幅を変化させているが、高さと幅のいずれか一方を変化させるだけでも、吸気抵抗の増加はある程度抑制できる。

ところで、２種類の付加ガスを吸気管２内に導入する場合には、２つの付加ガス導入口８をバタフライバルブ３の弁軸３ａと平行になるように配置することが最も好ましい。
さらに、多くの付加ガスを吸気管２内に導入する場合には、図３に示すように、１つの付加ガス導入口８を上述の位置に配置し、残りの付加ガス導入口８０は、付加ガス導入口８の上流側または下流側に隣接配置するか、あるいは、同一の吸気管周上に隣接配置すればよい。その際、ブローバイガス中のタールが隣接する付加ガス導入口８０に付着するのを防止するため、ブローバイガスの導入口は下流側に配置しておくことが望ましい。

本発明の内燃機関の吸気装置を示す図で、図２のＡ−Ａ線断面図である。 図１の吸気マニホールドを開口端から見た図である。 図１の第２及び第３吸気管部の変形例を示す図で、図２のＡ−Ａ線に対応する断面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。

符号の説明

１ 吸気装置
２ 吸気管
３ バタフライバルブ
３ａ 弁軸
３ｂ 第１半体
３ｃ 第２半体
４ 第１吸気管部
５ 第２吸気管部
５ａ 流路面積拡大部分
５ｂ 流路面積漸減部分
６ 第３給気管部
７ リブ
８ 付加ガス導入口
９ 吸気マニホールド
１０ ホース接続管
１１ フランジ
１２ フランジ
１３ シール材
２０ 第１半体側流路
３０ 第２半体側流路
Ａ 吸気流
Ｂ 吸気流
ａ 通路
ｂ 通路
ＣＬ 吸気管軸芯

Claims (7)

1. 内燃機関に空気を供給する吸気管内にバタフライバルブを配設してなる内燃機関の吸気装置において、前記バタフライバルブの弁軸を支持する第１吸気管部と、該第１吸気管部の流路面積よりも大きな流路面積を有し、前記第１吸気管部の下流に連設した第２吸気管部と、該第２吸気管部の流路面積よりも小さな流路面積を有し、前記第２吸気管部の下流に連設した第３吸気管部とで前記吸気管を構成するとともに、前記第２吸気管部には、前記バタフライバルブの一方の半体側の流路面積を他方の半体側の流路面積よりも大きくする流路面積拡大部分と、前記第２吸気管部の流路面積を前記第３吸気管部の流路面積に徐々に近づけるべく前記流路面積拡大部分の下流に連設した流路面積漸減部分とを設け、さらに、前記第２及び第３吸気管部の境界近傍には、前記吸気管内に付加ガスを導入する付加ガス導入口を設けたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記流路面積漸減部分と同一の吸気管周上にある領域または該領域の下流で前記第２及び第３吸気管部の境界近傍にある領域に前記付加ガス導入口を配置したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記流路面積拡大部分は、前記バタフライバルブの上流側に傾倒する半体側の流路面積を拡大させるように配置してあることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記バタフライバルブの一方の半体側にある流路と、他方の半体側にある流路との境界近傍に前記付加ガス導入口を配置し、該付加ガス導入口から前記バタフライバルブの弁軸と略平行な方向に前記付加ガスを吸気管内に導入することを特徴とする請求項１ないし請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記第１吸気管部をスロットルボディで構成するとともに、前記第２及び第３吸気管部を吸気マニホールドで構成し、該吸気マニホールドの前記スロットルボディに対する接合面に前記流路面積拡大部分を隣接させて形成したことを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載の内燃機関の吸気装置。
6. 前記流路面積拡大部分には、その内部に収まって吸気管軸芯に沿って延びるリブを設けてあることを特徴とする請求項１ないし請求項５に記載の内燃機関の吸気装置。
7. 前記リブは、その高さと幅のうちの少なくとも１つが下流側に向かって大きくなるように形成してあることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の吸気装置。

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