JP6351095B2 - 車両用内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本願発明は、車両に搭載される内燃機関の吸気装置に関するものである。

内燃機関の吸気装置は一般にエアクリーナを始端としており、スロットルバルブと吸気マニホールドとの間にサージタンクを配置しているが、特許文献１には、高回転域での十分な慣性吸気を実現しつつ低回転域での制御レスポンスを高めることを目的として、エアクリーナとスロットルバルブとの間にもサージタンクを設けることが開示されている。

また、特許文献２には、建機用内燃機関において、塵埃の除去を目的として、メインのエアクリーナの上流側にプレクリーナを配置することが開示されて、特許文献３には、エアクリーナを、フィルターが設けられた後部チャンバーとその上流側に接続した上流側チャンバーとの二重構造にすること（つまり、エアクリーナのダーティ室に上流側チャンバーを接続すること）が開示されている。

特開２００８−８２２９１号公報 特開２０１３−１７７７４８号公報 特開２００２−１４７３０２号公報

さて、サージタンクは流路よりも断面積が大きい容積室であり、これに空気を溜めておくことにより、多気筒内燃機関における各気筒に十分な量の空気を均一に供給できると共に、吸気脈動を減衰させて振動の抑制にも貢献できる。

他方、車両用内燃機関では、一般に、特許文献１のようにサージタンクをエアクリーナの下流側のみに設けているが、エアクリーナの空気取り入れ口が大気（エンジンルーム）に開口しているだけであると、エアクリーナには下流側の脈動がそのまま伝わるため、エアクリーナ自体の振動を抑制し難いのみならず、脈動の減衰性能にも限度があるという問題がある。

この点については、特許文献２のようにエアクリーナの上流に更にプレクリーナを設けたり、特許文献３のようにエアクリーナのダストサイドに上流側チャンバーを接続したりすると、エアクリーナに入る空気の量が規制されるため、エアクリーナの下流側の脈動の減衰効果を期待できると云える。しかし、エアクリーナの上流側にチャンバーのような容積室を配置しただけでは、空気がチャンバーを素通りする現象が生じて脈動の減衰効果はさほど期待できないと云える。

本願発明は、このように現状に鑑み成されたものである。

本願発明は車両用内燃機関の吸気装置に関するもので、請求項１では、
「エアクリーナの上流側に上流側チャンバーを設けて、前記上流側チャンバーに、空気取り入れ口と空気出口とを略上向きに開口するように設けている構成であって、
前記上流側チャンバーは、前記空気取り入れ口から流入した空気が拡散しつつ旋回して流れるように内部は単一の空間になっており、かつ、前記エアクリーナと上流側チャンバーとは水平方向に離れており、前記空気出口が開口している面を前記エアクリーナの側に傾斜させて、前記空気出口とエアクリーナとをホース又はパイプで接続している」
という構成になっている。

本願発明は請求項２に記載した構成も含んでおり、この発明は、
「車体フレームの近傍に、エアクリーナの上流側に位置した上流側チャンバーを設けて、前記上流側チャンバーに、空気取り入れ口と空気出口とを略同じ方向に開口するように設けており、かつ、前記上流側チャンバーの側方にバッテリー載置台を配置している構成であって、
前記上流側チャンバーは、前記バッテリー載置台に固定した下ブラケットにゴム製グロメットを介して下方から支持されていると共に、上部は、前記車体フレームに固定された上ブラケットにゴム製グロメットを介して取り付けられており、前記上ブラケットと下ブラケットとは平面視で交差する方向に向いている」
という構成になっている。
この請求項２において、上ブラケットに対する上流側チャンバーの取り付け構造としては、上ブラケットにボルト等で固定して吊支してもよいし、横ずれしない状態に保持しただけでもよい。

なお、流側チャンバーの振動がエアクリーナに伝わったり、逆にエアクリーナの振動が上流側チャンバーに伝わったりすることを防止するには、エアクリーナと上流側チャンバーとはゴムホースで接続するのが好ましい。

本願発明では、上流側チャンバーの空気取り入れ口と空気出口とが略同じ方向に開口しているため、空気取り入れ口から上流側チャンバーに入った空気は当該上流側チャンバーの内部をぐるりと回って（旋回して）空気出口から排出される。このため、エアクリーナの脈動のままに空気が上流側チャンバーに入ることを防止して、高いバッファ効果を確保できる。その結果として、脈動等に起因したエアクリーナ（或いは吸気系全体）の振動や騒音を大幅に抑制できる。

つまり、エアクリーナが脈動しようとしても、上流側チャンバーが脈動を吸収することにより、吸気系の全体の脈動を大きく抑制できるのである。この場合は、上流側チャンバーに十分な容量を確保しておくことにより、必要な量の空気をエアクリーナに供給できることはいうまでもない。

また、上流側チャンバーが脈動消去機能を持つことで、スロットルバルブの下流側に配置するサージタンクの容量を小さくすることが可能になり、このため、設計の自由性を向上できる。

また、本願発明では、上流側チャンバーの内部で空気が大きく旋回することにより、空気に含まれていた塵埃を上流側チャンバーの内面に付着させることができるため、エアクリーナにおけるフィルターの負担を軽減することも可能になる。また、空気が上流側チャンバーの内部で均等に混ざり合うことで、塵埃（異物）が分散するため、エアクリーナにおけるフィルターの特定部分が汚れる現象を防止して、フィルターの寿命の長期化にも貢献できる。
更に、上流側チャンバーの空気出口を傾斜部（傾斜面）に設けているため、ホース等を大きく寝かした姿勢にすることができる。このため、ホース等の曲がりをできるだけ緩やかにして、空気の流れ抵抗を無くすことができる。

さて、上流側チャンバーを設けた場合、エアクリーナの空気取り入れ口を直接エンジンルームに開口した場合と同様に低い吸入抵抗が確保されねばならず、すると、上流側チャンバーはかなり大型化して、ある程度の重量になることは否めない。他方、車両用のバッテリーはかなりの重さがあることから、バッテリーが載っているバッテリー載置台は安定性が高くて振動し難い構造になっている。

そこで、請求項２の構成を採用すると、上流側チャンバーが重たくても、安定性が高いバッテリー載置台で下ブラケット及びゴム製グロメットを介して下から安定的に支持されていると共に、上部は上ブラケット及びゴム製グロメットを介して車体フレームに取り付けられているため、上下左右の振動を著しく抑制できる。また、上流側チャンバーの振動が車体フレームに伝播することも遮断できるため、上流側チャンバーの振動に起因した車体の振動も防止又は著しく抑制できる。

実施形態の全体的な概略平面図である。 図１の大まかな右側面図である。 要部の平面図である。 図３の IV-IV視右側面図である。 図３の V-V視断面図である。 （Ａ）は図３のVI-VI 視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。 （Ａ）は変形例の要部右側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。

(1).概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１，２に基づいて概要を説明する。以下の説明では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、これは、運転席に着座した運転者が向いた方向を前として定義しており、具体的には図１に明示している。

車両は、エンジンルーム１の前端部の開口縁を規定するフロントフレーム２とこれに連続した左右の傾斜フレーム３とを備えており、フロントフレーム２の下方にラジェータ４を配置している。従って、フロントフレーム２はラジェータ支持フレームと言い換えることも可能である。

エンジンルーム１には、機関本体５がクランク軸線６を前後方向に向く姿勢の縦置きで配置されている。機関本体５は従来公知の構造であり、シリンダブロック７とその上面に固定されたシリンダヘッド８とを主要要素としており、シリンダヘッド８の上面にはヘッドカバー９が固定されている。

図２のとおり、シリンダヘッド８の長手一側面（右側面）には吸気マニホールド１０が固定されており、吸気マニホールド１０の集合部にはサージタンク１１が接続され、更に、サージタンク１１にはスロットルバルブ１２の出口が接続されて、スロットルバルブ１２の入口には、吸気管１３を介してエアクリーナ１４におけるクリーン室１４ａの出口穴が接続されている。本実施形態の内燃機関は４気筒であり、従って、吸気マニホールド１０は４本の枝管を有している。

エアクリーナ１４は吸気マニホールド１０の真上に配置されており、上面は機関本体５の上面よりも上に位置しており、エアクリーナ１４の上には若干の空間を介してボンネット（図示せず）が配置される。

機関本体５の手前でフロントフレーム４の後ろ近傍には上流側チャンバー１５が配置されており、上流側チャンバー１５の空気出口１６とエアクリーナ１４におけるダーティ室１４ｂの入口とがゴムホース１７で接続されている。上流側チャンバー１５の空気取り入れ口１８には空気取り入れダクト１９が接続されており、空気取り入れダクト１９は横向き（右向き）に開口している。図１に示すように、エアクリーナ１４のダーティ室１４ｂにはヘッドカバー９に上から重なる前後２つのアーム１４ｃを突設しており、アーム１４ｃがボルトでヘッドカバー９に締結されている。

上流側チャンバー１５の上端部は、フロントフレーム２に左右２個の上ブラケット２０′，２０を介して取り付けられている。他方、上流側チャンバー１５の右横には、バッテリー２１が載るバッテリー載置台２２を設けているが、図２に簡単に示すように、上流側チャンバー１５は、下ブラケット２３を介してバッテリー載置台２２で下方から支持されている。

(2).エアクリーナ及び上流側チャンバーの構造
次に、吸気装置のうちスロットルバルブよりも上流側の部分の詳細を、図３以下の図面も参照して説明する。まず、エアクリーナ１４について説明する。エアクリーナ１４は、上側にクリーン室１４ａを設けて下側にダーティ室１４ｂを設けた構造であり、当然ながら、内部にはフィルター（図示せず）が配置されている。

エアクリーナ１４におけるクリーン室１４ａのうち手前側の部位には、斜め右前に向いた傾斜部２５を設けて、傾斜部２５に筒状の出口穴２５ａを設けている。そして、スロットルバルブ１２は吸気マニホールド１０のうち手前側の部位に配置しているが、図２に示すように、スロットルバルブ１２が傾斜部２５の下方に位置しているため、吸気管１３を略Ｌ型に曲げるだけで、エアクリーナ１４とスロットルバルブ１２とを接続できる。このため、吸気をエアクリーナ１４からスロットルバルブ１２に流れ抵抗なくスムースに送ることができる。

また、エアクリーナ１４では、クリーン室１４ａがダーティ室１４ｂの上に配置されているため、エアクリーナ１４の高さをできるだけ低くしつつ、吸気管１３の曲がりを緩くして流れ抵抗を無くすことができる。

次に、上流側チャンバー１５を説明する。上流側チャンバー１５は、基本的には左右横長の直方体状になっており、空気取り入れ口１８は上流側チャンバー１５の上面のうち左寄りの部位（右寄りでもよい）に開口しており、空気取り入れダクト１９は、空気取り入れ口１８から僅かに立ち上がって右側に向いており、空気取り入れダクト１９の先端（開口縁）は上流側チャンバー１５の右端近くに位置させている。

従って、空気取り入れダクト１９は上流側チャンバー１５の上のエリアに位置しているが、このような配置にすることで、デッドスペースを有効利用できると共に、空気取り入れダクト１９が他の部材の邪魔になることを防止できる。

例えば図４に示すように、空気取り入れダクト１９は上下から潰したような形状になっている。このため、容積を低下させることなく高さをできるだけ低くして、ボンネットとの間の間隔をできるだけ大きく保持できる。また、空気取り入れダクト１９は、前端から後端に向けて上下幅が大きくなっているが、このような形状を選択することで、走行風の抵抗を抑制できる。更に、例えば図５に示すように、空気取り入れダクト１９の先端近くには、振動の低減と吸入空気の整流のための絞り部１９ａを設けている。

上流側チャンバー１５の前面のうち空気取り入れ口１８よりも右側の部位は、例えば図４に示すように、側面視で下に行くほど後ろに下がった傾斜部（傾斜面）２６になっており、この傾斜部２６の左寄り部位に筒状の空気出口１６を突設している。従って、傾斜部２６の箇所では、上流側チャンバー１５の上面は細幅になっている。また、上流側チャンバー１５のうちおおよそ空気出口１６の手前側でかつ下方の部位は、後ろ向き突出部２８が形成されている。

傾斜部２６が水平に対して成す角度はおおよそ３０°程度に前提している。従って、空気取り入れ口１８と空気出口１６とは略上向きに開口してはいるが、開口方向は少し相違している。そして、空気出口１６を傾斜部２６に設けたことにより、ゴムホース１７は大きく寝かした姿勢にすることができる。このため、ゴムホース１７の曲がりをできるだけ緩やかにして、流れ抵抗を無くすことができる。

図４に示すように、エアクリーナ１４におけるダーティ室１４ｂの入口筒２９は、前上がりになるように水平に対して少し傾斜している。このため、ゴムホース１７を無理なく曲げることができる。ゴムホース１７に代えて樹脂管や金属パイプを使用することも可能であるが、ゴムホース１７を使用すると、エアクリーナ１４と上流側チャンバー１５との間に振動が伝わることを防止できると共に、エアクリーナ１４と上流側チャンバー１５との間隔が多少相違しても曲がりの程度が変わることで簡単に吸収できる利点がある。なお、ゴムホース１７には螺旋部材３０を外側から嵌め込んでいるが、ゴムホース１７を蛇腹構造にしてもよい。

(3).上流側チャンバーの支持構造
図５に示すように、上流側チャンバー１５のうちおおよそ左右中間部は、バッテリー載置台２２の上面にボルト３２で固定された下ブラケット２３で下方から支持されており、上流側チャンバー１５は、下ブラケット２３にずれ不能に支持されている。なお、下ブラケット２３は、バッテリー載置台２２に溶接で固定したり、バッテリー載置台２２に一体に設けたりしてもよい。バッテリー載置台２２は、図示しないブラケットで安定的に保持されている。

バッテリー２１はかなり重いため、バッテリー載置台２２も振動し難い状態に安定的に保持されている。そして、上流側チャンバー１５は、安定性が高いバッテリー載置台２２で下ブラケット２３を介して支持されているため、振動しにくい状態に保持される。すなわち、上流側チャンバー１５は、重量物が載っているバッテリー載置台２２に下ブラケット２３を介して支持されていることにより、振動が抑制されている。

また、上流側チャンバー１５が振動すると、その振動はブラケット類を介して車体側に伝播しようとするが、本実施形態では、バッテリー載置台２２は重量物であるバッテリー２１で押さえられていて振動し難いため、上流側チャンバー１５の振動が下ブラケット２３を介してフロントフレーム２に伝わることを遮断又は著しく抑制できる。そのため、上流側チャンバー１５の振動に起因した振動が運転者や同乗者に伝わって、不快感を与えるような不具合を防止できる。

既述のとおり、上流側チャンバー１５は左右の上ブラケット２０′，２０を介してフロントフレーム２に取り付けられているが、例えば図６に示すように、左側の上ブラケット２０′は上流側チャンバー１５の上面に取り付けられており、右側の上ブラケット２０は、上流側チャンバー１５の右側部に形成した段落ち部３４に取り付けられている。

従って、右側の上ブラケット２０は、フロントフレーム２に重なった上水平部２０ａと段落ち部３４に重なった下水平部２０ｂとを有しており、両者は傾斜部を介して一体に繋がっている。いずれにしても、左右の上ブラケット２０′，２０はフロントフレーム２にボルト３５で固定されている。なお、図５に示すように、空気取り入れダクト１９の先端の下方に段落ち部３４が位置している。

そして、右側の上ブラケット２０を取り上げて説明すると、図６（Ｂ）に示すように、下水平部２０ｂに、その上面と下面とを包むゴム製のグロメット３６を嵌着して、段落ち部３４に一体に設けたボス３７にグロメット３６を嵌め入れている。左側の上ブラケット２０′の取り付け構造も同じである。また、下ブラケット２３による上流側チャンバー１５の支持構造も同じであり、下ブラケット２３による支持については、図４に示すようにボス３７は下向きに突出している。

従って、本願発明では、上流側チャンバー１５は下から下ブラケット２３で支持されて、左右の上ブラケット２０′，２０で前後左右にずれ不能に保持されており、しかも、上ブラケット２０′，２０とボス３７との間にゴム製のグロメット３６が介在しているため、上流側チャンバー１５とフロントフレーム２との間に振動が伝わることを防止できる。

本実施形態では、左側の上ブラケット２０′は上流側チャンバー１５の前面寄りに取り
付けられており、右側の上ブラケット２０は、上流側チャンバー１５のうち前後略中間部に取り付けられている。このため、上流側チャンバー１５が前後方向に振れる動きや平面視で旋回するような動きを、しっかりと防止できる。

なお、実施形態のように、空気取り入れダクト１９の先端の下方に段落ち部３４を設けると、エンジンルーム１に進入した水（例えば雨水）が空気取り入れダクト１９に入ることを抑制できる。つまり、車両の走行や洗車時に、ボンネットの先端とフロントフレーム３との間の隙間等から雨水等がエンジンルーム１に侵入することがあり、この水は上流側チャンバー１５の上面に至るが、仮に、空気取り入れダクト１９の下方に上流側チャンバー１５の上面が存在すると、水が上流側チャンバー１５の上面から跳ね上がる等して空気取り入れダクト１９に入りやすくなるが、本実施形態のように空気取り入れダクト１９の先端の下方に段落ち部３４を設けておくと、エンジンルーム１に水が進入しても、その水は段落ち部３４の存在によって下方に落ちていくため、空気取り入れダクト１９への吸込みを防止できるのである。

(4).バッテリー外れ防止保護バーの例
図１に示すように、バッテリー２１の上には、当該バッテリー２１の外れを防止するための防護バー３８を配置することが可能である。この防護バー３８の一例を図７に基づいて説明する。

防護バー３８は丸パイプからなっており、前端部と３８ａと後端部３８ｂとを偏平に潰して、前端部３８ａは傾斜フレーム３の上面にボルトで３９で固定している。防護バー３８の後端部３８ｂはバッテリー載置台２１から立ち上げたねじ軸４０に上から嵌め込んでナット４１で固定している。

そして、上流側チャンバー１５に、防護バー３８の下方まで延びるサイドブラケット４２を横向きに（右向き）に突設し、サイドブラケット４２に嵌着したゴム製のグロメット４３に防護バー３８の中途部を上から嵌合している。このため、防護バー３８の振れ動きを防止できる。

(5).まとめ
さて、エアクリーナ１４におけるダーティ室１４ｂの入口筒２９がエンジンルーム１にダイレクトに開口していると、エアクリーナ１４に作用した脈動はそのままフィルターに伝わって、空気の圧力変化が入口筒２９からエンジンルーム１に放散される。従って、エアクリーナ１４には脈動がそのまま伝わって、振動や騒音が発生しやすくなる。

これに対して本願発明のように上流側チャンバー１５を設けると、上流側チャンバー１５やゴムホース１７のようなエアクリーナ１４の上流側の吸気通路が脈動を規制する抵抗として作用するため、脈動がエアクリーナ１４を経由して上流側に伝わることを抑制できる。その結果、エアクリーナ１４自体の振動も抑制できる。

そして、上流側チャンバー１５において空気取り入れ口１８と空気出口１６とが上向き及び略上向きであって略同じ方向に開口しているため、脈動による圧力波は空気取り入れ口１８に向かわずに上流側チャンバー１５の内部で吸収されてしまう。すなわち、脈動を吸収するバッファ効果が高い。

また、空気の取り入れに関しては、上流側チャンバー１５に流入した空気は上流側チャンバー１５の内部をぐるりと回ってから空気出口１６に向かうため、上流側チャンバー１５の空気溜まりとしての機能が最大限発揮されて、安定した量の空気がエアクリーナ１４に供給される。従って、各気筒での燃焼を安定させて、制御性にも優れている。

また、上流側チャンバー１５では、図５に点線の矢印で示すように、上流側チャンバー１５の内部で空気が大きく旋回するため、空気に含まれていた塵埃を上流側チャンバー１５の内面に付着させることができて、エアクリーナにおけるフィルターの負担を軽減することが可能になると共に、空気が上流側チャンバー１５の内部で均等に混ざり合うことで塵埃（異物）が分散するため、エアクリーナ１４のフィルターをその全体に亙ってフルに使用することができて、フィルターの寿命の長期化にも貢献できる。

本実施形態のように、エアクリーナ１４の下流側のサージタンク１１に加えてエアクリーナ１４の上流側にもチャンバー１５を設けると、各気筒への安定的な吸気を的確に実現できると共に、制御の応答性を良くしてドライバビリティを向上できる利点がある。実施形態では、上流側チャンバー１５とエアクリーナ１４の容量（容積）とサージタンク１１の容量との関係は、上流側チャンバー１５＞エアクリーナ１４＞下流側サージタンク１１の関係になっているが、これらの関係は必要に応じて変更できる。

本実施形態は各所に改良が施されており、その利点は各所の説明で述べたとおりであるが、これらも独立した発明たり得る。また、上記の実施形態は本願発明の一例であり、本願発明は他にも様々に具体化できる。

本願発明は、車両用内燃機関の吸気装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ エンジンルーム
２ フロントフレーム（車体フレーム）
３ 傾斜フレーム（車体フレーム）
５ 機関本体
８ シリンダヘッド
１０ 吸気マニホールド
１１ 下流側サージタンク
１２ スロットルバルブ
１４ エアクリーナ
１４ａ クリーン室
１４ｂ ダーティ室
１５ 上流側チャンバー
１６ 空気出口
１７ ゴムホース
１８ 空気取り入れ口
２０′，２０ 上ブラケット
２１ バッテリー
２２ バッテリー載置台
２３ 下ブラケット
２６ 上流側チャンバーの傾斜部（傾斜面）
３６ グロメット

Claims (2)

1. エアクリーナの上流側に上流側チャンバーを設けて、前記上流側チャンバーに、空気取り入れ口と空気出口とを略上向きに開口するように設けている構成であって、
   前記上流側チャンバーは、前記空気取り入れ口から流入した空気が拡散しつつ旋回して流れるように内部は単一の空間になっており、かつ、前記エアクリーナと上流側チャンバーとは水平方向に離れており、前記空気出口が開口している面を前記エアクリーナの側に傾斜させて、前記空気出口とエアクリーナとをホース又はパイプで接続している、
   車両用内燃機関の吸気装置。
2. 車体フレームの近傍に、エアクリーナの上流側に位置した上流側チャンバーを設けて、前記上流側チャンバーに、空気取り入れ口と空気出口とを略同じ方向に開口するように設けており、かつ、前記上流側チャンバーの側方にバッテリー載置台を配置している構成であって、
   前記上流側チャンバーは、前記バッテリー載置台に固定した下ブラケットにゴム製グロメットを介して下方から支持されていると共に、上部は、前記車体フレームに固定された上ブラケットにゴム製グロメットを介して取り付けられており、前記上ブラケットと下ブラケットとは平面視で交差する方向に向いている、
   車両用内燃機関の吸気装置。

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