JP6115649B2 - 内燃機関の吸気通路構造 - Google Patents

Description

この発明は、内燃機関の吸気通路構造に関し、特に、エアフロメータの下流に過給機を備えるとともに、過給機の下流側と上流側とを連通するバイバス通路およびバイバス弁を備えてなる内燃機関の吸気通路構造に関する。

吸気通路に過給機を備えた内燃機関において、過給機の下流側と上流側とを連通するバイバス通路を設けるとともに、このバイバス通路を開閉するバイバス弁を設けた構成が知られている。特許文献１には、機関出力によって常時駆動される機械式過給機と並列にバイバス通路を設け、低負荷時に、バイバス通路中のバイバス弁を開いて過給圧をリリーフするようにした構成が開示されている。特許文献２には、機関運転条件に応じて駆動される機械式過給機と並列にバイバス通路を設け、バイバス弁の開度によって過給圧を制御することが開示されている。

上記のように過給機の下流側と上流側とを連通するバイバス通路を備えた構成においては、バイバス弁が開いて過給機下流側から過給機上流側へ吸気が還流するときに、吸気の一部が吸気通路のさらに上流側へ逆流し、エアフロメータに到達することがある。従って、エアフロメータの応答性が高い場合に、この逆流の成分がエアフロメータによって検出され、誤差となる、という問題がある。

特開平６−１０６８２号公報 特開２００９−２０９７８４号公報

この発明は、バイバス通路とエアフロメータとの間の吸気通路において上記の逆流を抑制することを目的としている。

この発明に係る内燃機関の吸気通路構造は、吸気通路におけるエアフロメータの下流に過給機を備え、かつ上記過給機の下流側と上流側とを連通するバイバス通路およびバイバス弁を備えてなる内燃機関を前提としたものであって、上記バイバス通路との合流点と上記エアフロメータとの間における吸気通路の一部に、通路断面積を部分的に拡大してなる拡大部を備え、この拡大部の内側に、下流端が拡大部出口部へ向かって開口した内筒を備え、上記内筒と上記拡大部内壁面との間に、上流側が仕切り壁で封止されるとともに下流側が拡大部内で開口した空間部が形成された構成となっている。

上記の構成においては、吸気が正しく順方向に流れているときは、吸気流は拡大部においても内筒の中を通り、下流の過給機側へと流れる。一方、バイバス通路から吸気が逆流しようとしたときは、一部は内筒下流端から内筒の中に流入するものの、一部は内筒と拡大部内壁面との間の空間部内に入り、仕切り壁によって逆流が阻止される。従って、エアフロメータへ向かう逆流が弱められる。

この発明によれば、吸気が順方向へ流れる際の吸気抵抗を増大させることなく吸気の逆流を抑制することができ、エアフロメータ出力への逆流の影響が小さくなる。

この発明に係る吸気通路構造の一実施例を備えた内燃機関全体の構成説明図。 一実施例の吸気通路構造の要部を示す斜視図。 一実施例の逆流防止器を吸気ダクトとともに示す斜視図。 逆流防止器の断面図。 逆流防止器の外観を示す斜視図。 内筒のみを示す斜視図。 同じく内筒のみを異なる方向から示す斜視図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、この発明が適用された内燃機関全体の吸気系および排気系の構成を模式的に示した説明図である。内燃機関１は、例えば火花点火式ガソリン機関であって、各気筒の吸気ポート２にブランチ通路３を介して吸気コレクタ４が接続されており、吸気コレクタ４の入口部４ａに、電子制御型のスロットルバルブ５が配置されている。吸気コレクタ４の内部には、過給された吸気を冷却するために、水冷型のインタークーラ６が設けられている。吸気ポート２には、燃料噴射弁１１およびタンブル制御弁１２が配置されている。

上記吸気コレクタ４の入口部４ａから上流端の外気導入口７に至る吸気通路８には、比較的上流側の位置にエアクリーナ９が配置されているとともに、このエアクリーナ９の直後（つまり出口部）に、例えば熱線式のエアフロメータ１０が配設されている。なお、本発明においては、エアフロメータ１０は、必ずしも熱線式のものに限定されない。

過給機１５は、吸気通路８のエアフロメータ１０とスロットルバルブ５との間に配置されている。本実施例では、過給機１５として機械式過給機、具体的には、４葉型のルーツブロアが用いられており、ベルト伝動機構１６を介して、内燃機関１のクランクシャフト１ａによって常時駆動される構成となっている。なお、本発明は、リショルム型など他の形式の機械式過給機さらにはターボチャージャを用いる場合にも適用が可能である。また、電磁クラッチなどを介して機械式過給機を過給時にのみ駆動する構成であってもよい。

上記吸気通路８は、上記過給機１５と並列にバイバス通路１７を具備している。つまり、過給機１５の下流側と上流側とを連通するように、バイバス通路１７が設けられている。このバイバス通路１７には、例えばバタフライバルブ型のバイバス弁１８が介装されている。このバイバス弁１８は、図示せぬエンジンコントローラからの信号に基づきアクチュエータ１８ａを介して開閉動作するものであり、このバイバス弁１８が開いた状態では、過給機１５によって過給された吸気の一部がバイバス通路１７を介して過給機１５の上流側（つまり吸入側）に還流する。これにより、過給圧の上昇が制限されるとともに、過給機１５の駆動に消費されるエネルギが抑制される。なお、バイバス弁１８は、内燃機関１の非過給域と過給域とでＯＮ−ＯＦＦ的に開閉される構成であってもよく、あるいは、過給圧制御のために開度が連続的に制御される構成であってもよい。

そして、上記吸気通路８のバイバス通路１７とエアフロメータ１０との間、詳しくは、バイバス通路１７出口が吸気通路８に合流する合流点８ａとエアフロメータ１０との間に、バイバス弁１８が開状態のときにバイバス通路１７からエアフロメータ１０側へと向かう吸気の逆流を抑制する本発明の要部となる逆流防止器２０が設けられている。この逆流防止器２０は、後述するように、通路断面積を部分的に拡大してなる拡大部の内側に内筒を設け、両者間に、下流側へ向かって開口した空間部を形成した構成となっている。

内燃機関１の排気ポート２１に接続された排気通路２２は、それぞれ三元触媒などからなる上流側触媒装置２３および下流側触媒装置２４を備えている。

次に、図２〜図７を参照して、上記逆流防止器２０の具体的な構成を説明する。

図２は、エアクリーナ９のケース３１にゴム製の吸気ダクト３２を介して接続された逆流防止器２０を示しており、図３は、エアクリーナ９から取り外した吸気ダクト３２および逆流防止器２０を示している。吸気ダクト３２の上流端は、エアクリーナ９のケース３１の円筒状出口部３１ａに接続されており、前述したエアフロメータ１０は、このケース３１の出口部３１ａに取り付けられている（図２には図示されていない）。吸気ダクト３２は、図３に示すように、緩く曲がっており、上流端が金属製締付バンド３３によってケース３１の出口部３１ａに接続され、下流端が金属製締付バンド３４によって逆流防止器２０に接続されている。

逆流防止器２０は、図４および図５にも示すように、吸気通路８の通路断面積を部分的に拡大した拡大部を形成するケーシング４１を有し、その内側に内筒４２が収容されている。

ケーシング４１は、比較的硬質の合成樹脂からなり、中間部分が断面略矩形の筒状に形成されているとともに、上流端となる一端に円筒状の入口部４３を有し、下流端となる他端に円筒状の出口部４４を有している。上記入口部４３は、上記の吸気ダクト３２に接続される。また出口部４４は、比較的柔らかい合成樹脂からなる円環状のシール部材４５および金属製締付バンド４６を具備し、前述したバイバス通路１７を備えた過給機１５の入口部に接続される。従って、吸気主流は、ケーシング４１の入口部４３から出口部４４へと流れることとなるが、吸気主流が逆流防止器２０内を湾曲して流れるように、図４および図５等に明らかなように、ケーシング４１中間部分が湾曲ないし屈曲して形成されており、入口部４３の中心軸線と出口部４４の中心軸線とが鈍角をなしている。

ケーシング４１は、より詳しくは、出口部４４を含む下流側部分を構成しているボディ部４１Ａと、入口部４３を含む上流側部分を構成しているカバー部４１Ｂと、の２部品から構成されており、個々に成形されたボディ部４１Ａとカバー部４１Ｂとが、接合フランジ４８ａ，４８ｂにおいて、接着剤や振動溶着等の適宜な手段によって互いに接合されている。なお、ボディ部４１Ａとカバー部４１Ｂとは、入口部４３寄りに片寄った位置で分割されており、従って、ボディ部４１Ａの長さの方がカバー部４１Ｂの長さに比較して長くなっている。

図６および図７は、ケーシング４１内に収容される内筒４２を単体でもって示している。この内筒４２は、やはり比較的硬質の合成樹脂にて一体に成形されたものであって、基本的に、ケーシング４１の入口部４３や出口部４４の口径と実質的に等しい口径の円筒状をなし、長手方向の中間部（詳しくは上流端寄りの位置）に、仕切り壁となるフランジ部５０を有している。このフランジ部５０は、内筒４２の中心軸線と略直交する方向に突出しており、ケーシング４１中間部分の断面形状に対応した略矩形の外形状を有している。図４に示すように、このフランジ部５０が、ケーシング４１のボディ部４１Ａおよびカバー部４１Ｂの接合フランジ４８ａ，４８ｂの間に挟持され、ボディ部４１Ａおよびカバー部４１Ｂとともに一体に接合されている。これにより、内筒４２は、ケーシング４１の内側に支持されている。

図６は、図５と同様の方向から内筒４２を示した斜視図であり、図示するように、内筒４２は、ケーシング４１中間部分の湾曲ないし屈曲した形状に対応して緩く湾曲した形状をなしている。そして、下流端４２ａ側の端部には、９０°毎の４箇所に、内筒４２の中心軸線の方向に沿って延びたスリット５１が切欠形成されている。なお、湾曲の外周側に位置するスリット５１および両側に位置する一対のスリット５１が一定幅で上流側へ延びているのに対し、湾曲の内周側に位置するスリット５１（特に符号５１Ａとして示す）は、ケーシング４１内壁面との干渉を回避するために、放物線状に大きく切り欠かれたものとなっている。また、内筒４２の下流端４２ａが単純に切り落とされた形状をなしているのに対し、上流端４２ｂは、順方向に流れてきた吸気が円滑に流入するように、滑らかに拡がっており、いわゆるホーン形状をなしている。

内筒４２がケーシング４１内に収容された状態では、図４に示すように、内筒４２はフランジ部５０のみでケーシング４１に支持されており、他の部位は、ケーシング４１から離れている。仕切り壁となるフランジ部５０によってケーシング４１のカバー部４１Ｂ内部に入口側空間部５３が画成されており、ホーン形状に拡がった内筒４２の上流端４２ｂは、この入口側空間部５３内で開口している。詳しくは、僅かな隙間を介してケーシング４１の入口部４３開口面に対向するように、上流端４２ｂが配置されている。なお、ホーン形状をなす上流端４２ｂは、そのホーン形状のためにケーシング４１内壁面に近付いているものの、全周に亘ってケーシング４１内壁面から僅かに離れている。

また、直線的に切り落とされた形状をなす下流端４２ａは、ケーシング４１のボディ部４１Ａ内において開口しており、僅かな隙間を介してケーシング４１の出口部４４開口面に対向している。この下流端４２ａも、全周に亘ってケーシング４１内壁面から離れている。

つまり、円筒状をなす内筒４２は、フランジ部５０から入口部４３へ向かって延びているとともに、フランジ部５０から出口部４４へ向かって延びており、入口部４３から出口部４４へと向かう吸気主流の実質的な流路を構成している。そして、内筒４２の各端部は、それぞれケーシング４１内で自由端となっている。

ここで、上記のようにフランジ部５０によって内筒４２がケーシング４１内に支持されている結果、フランジ部５０より下流のボディ部４１Ａ内では、内筒４２外周面とケーシング４１内壁面との間に、全周に亘って連続した出口側空間部５５が形成されている。この出口側空間部５５は、内筒４２の下流端４２ａとケーシング４１内壁面との間の隙間を介して下流側が全周に亘って開口している一方、上流側は、仕切り壁となるフランジ部５０によって封止されている。つまり、一端が封止された筒状の空間となっており、また、内筒４２のスリット５１を介して内筒４２の内側空間とも連通している。

図４に明らかなように、ケーシング４１の中間部分は、緩く湾曲した内筒４２に対し、その湾曲の外側（外周側）となる部分が湾曲の内側（内周側）に比較してより大きく膨らんでいる。従って、上記の出口側空間部５５としては、湾曲の外側となる部分の容積が湾曲の内側となる部分の容積よりも大きく設定されている。換言すれば、内筒４２の中心軸線と直交する断面でみたときに、湾曲の外側における出口側空間部５５の断面積が湾曲の内側における断面積よりも相対的に大きい。

上記のような構成においては、エアクリーナ９から内燃機関１へ向かって順方向に吸気が流れる際には、ケーシング４１の入口部４３から内筒４２へと吸気が流入し、内筒４２の下流端４２ａから出口部４４へと流れる。つまり、内筒４２を実質的な流路として吸気が順方向に流れ、吸気抵抗の格別な増加は生じない。特に、内筒４２の上流端４２ｂがホーン形状をなすので、順方向に流れる吸気流が確実に捕捉され、入口側空間部５３での吸気抵抗の増大が抑制される。なお、このように順方向に流れる吸気流に対し、出口側空間部５５や入口側空間部５３は、脈動音を抑制する消音器としても機能し得る。

一方、バイバス弁１８が開いてバイバス通路１７を吸気が還流する状態では、吸気がエアクリーナ９側へ逆流しようとすることがあるが、この逆流は、逆流防止器２０によって抑制される。すなわち、ケーシング４１の出口部４４から逆方向へ流れようとする吸気の一部は、出口部４４から内筒４２の下流端４２ａの内側へ入りこんでしまうが、吸気の一部は、内筒４２外周の隙間を通して出口側空間部５５内に入る。特に、逆流防止器２０は吸気主流が湾曲して流れるように構成されているので、出口部４４から直進してくる吸気流の多くは、湾曲の外周側における出口側空間部５５内に入る。このように出口側空間部５５内に入った吸気流は、仕切り壁となるフランジ部５０によって流れが阻止されるため、エアクリーナ９側へ流れることができない。また、内筒４２の下流端４２ａの内側へ入りこんだ吸気の一部も、複数のスリット５１を通して出口側空間部５５内に入り、同様に、上流側への逆流が阻止される。吸気流の多くは、出口側空間部５５の中でも湾曲の外周側部分に集まるが、この部分は湾曲の内周側部分に比較して大きな容積が与えられているので、逆流成分を十分に受容でき、内筒４２内に溢れ出ることがない。

従って、内筒４２を通してエアフロメータ１０に到達する逆流成分は非常に少なくなる。そのため、エアフロメータ１０での測定誤差が低減する。しかも、内筒４２を通過したときに、吸気流は、内筒４２の上流端４２ｂが開口する入口側空間部５３内で拡張するため、逆流による脈動成分がより確実に低減する。

ここで、上記実施例では、内筒４２の下流側への長さを比較的長く確保しつつスリット５１によって吸気の逆流を出口側空間部５５内に導くようにしているので、順方向に流れる吸気主流の案内と逆流成分の捕捉とを、より高い次元で両立させることができる。例えば、スリット５１を付加せずに内筒４２の下流側への長さをそれだけ短く設定した場合に比較すると、内筒４２が長いことにより、吸気が順方向に流れる際に、湾曲形状に沿って吸気主流を円滑に案内することができ、さらに、逆流時に出口側空間部５５内に一旦入った吸気流が出口側空間部５５から溢れ出ることを抑制できる。

なお、本発明は、スロットルバルブ５を具備しないディーゼル機関にあっても適用が可能である。

Claims (6)

1. 吸気通路におけるエアフロメータの下流に過給機を備え、かつ上記過給機の下流側と上流側とを連通するバイバス通路およびバイバス弁を備えてなる内燃機関において、
   上記バイバス通路との合流点と上記エアフロメータとの間における吸気通路の一部に、通路断面積を部分的に拡大してなる拡大部を備え、
   この拡大部の内側に、下流端が拡大部出口部へ向かって開口した内筒を備え、
   上記内筒と上記拡大部内壁面との間に、上流側が仕切り壁で封止されるとともに下流側が拡大部内で開口した空間部が形成されている、内燃機関の吸気通路構造。
2. 上記拡大部は、吸気主流の方向が変化する吸気通路の湾曲部に配置されている、請求項１に記載の内燃機関の吸気通路構造。
3. 湾曲の外側における空間部の容積が湾曲の内側における空間部の容積よりも相対的に大きい、請求項２に記載の内燃機関の吸気通路構造。
4. 上記内筒の下流側の端部に、吸気主流の方向に沿って延びたスリットが形成されている、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の吸気通路構造。
5. 上記内筒は、上記仕切り壁から上流側へさらに延びており、上流端が、上記拡大部と上記仕切り壁との間の第２の空間部内に開口している、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の吸気通路構造。
6. 上記内筒の上流端がホーン形状に拡がっている、請求項５に記載の内燃機関の吸気通路構造。

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