JPWO2018011856A1 - 吸気装置及びダンプトラック - Google Patents

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Abstract

排気量の大きなエンジンに対しても吸入空気量を精度良く検出するため、この発明の吸気装置では、吸気口11aから吸い込んだ空気を浄化して吐出口11bから吐出するエアクリーナユニット11と、複数の入口ポート12aを有する一方、単一の出口ポート12bを有し、個々の入口ポート12aにそれぞれエアクリーナユニット11の吐出口11bが接続された合流管部12と、合流管部12の出口ポート12bに接続され、下流に向けて漸次内径が減少するテーパ管部13と、テーパ管部13の下流側に接続され、内径が一定のストレート管部14とを備え、ストレート管部14においてテーパ管部13から所定の距離離隔した位置にMAFセンサ20が設けられている。

Description

本発明は、吸気装置及びダンプトラックに関するものである。
ダンプトラック等の車両に搭載されるディーゼルエンジンには、排ガスを浄化するため、Exhaust Gas Recirculation(EGR)装置、Diesel Particulate Filter(DPF)装置、還元触媒装置等の排ガス処理装置が設けられているのが一般的である。EGR装置は、排ガスの一部を再度吸気系に取り入れて燃焼させることにより排ガスに含まれるNOx(窒素酸化物)の低減を図るものである。DPF装置は、排ガスに含まれるParticulate Matter(PM)を除去するためのフィルタである。このDPF装置では、PMの堆積量が設定値以上となった場合にPMを燃焼させて再生するようにしている。還元触媒装置は、触媒によってNOxを窒素分子と水に転換するものである。
この種の排ガス処理装置では、ディーゼルエンジンに吸入される空気量を検出し、検出した吸入空気量に基づいてそれぞれの動作が制御されている。例えば、EGR装置においては、吸入空気量に基づいて吸気系に取り入れる排ガスの流量を決定している。DPF装置においては、吸入空気量によって上流側と下流側との差圧を算出し、算出した差圧によってPMの堆積量を推定している。還元触媒装置では、吸入空気量に基づいて触媒に供給する還元剤の量を最適化している(例えば、特許文献1参照)。
国際公開第WO2014/203406号公報
上述したように、排ガスを効率良く浄化するには、ディーゼルエンジンに吸入される空気量を如何に精度良く検出できるかがきわめて重要な課題となる。特許文献1に記載のものでは、ディーゼルエンジンの吸気管に空気流量計を配設して吸入空気量を検出するようにしている。
ところで、排気量の大きなディーゼルエンジンでは、エアクリーナユニットを複数備えるものがある。複数のエアクリーナユニットから吐出された空気は、ディーゼルエンジンの吸気口に至るまでの間に合流管部において合流して燃焼に供される。こうしたディーゼルエンジンにおいても、それぞれのエアクリーナユニットから吐出された空気量を検出し、検出した値を合計することで吸入空気量を算出することは可能である。しかしながら、複数のエアクリーナユニットから吐出された空気は、合流した際の相互干渉や圧力損失等の影響を受けるおそれがある。従って、合流以前に検出した空気量の合計値がそのままディーゼルエンジンに吸入される吸気量とはならない場合もある。一方、上述したように合流管部においては、相互干渉や圧力損失等の影響を直接受けるため、吸入空気量を精度良く検出することは困難となる。
本発明は、上記実情に鑑みて、排気量の大きなエンジンに対しても吸入空気量を精度良く検出することのできる吸気装置及びこれを備えたダンプトラックを提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る吸気装置は、吸気口から吸い込んだ空気を浄化して吐出口から吐出するエアクリーナユニットと、複数の入口ポートを有する一方、単一の出口ポートを有し、個々の入口ポートにそれぞれ前記エアクリーナユニットの吐出口が接続された合流管部と、前記合流管部の出口ポートに接続され、下流に向けて漸次内径が減少するテーパ管部と、前記テーパ管部の下流側に接続され、内径が一定のストレート管部とを備え、前記ストレート管部から離隔した位置に空気流量計が設けられていることを特徴とする。
また本発明は、上述した吸気装置において、前記テーパ管部と前記ストレート管部の少なくとも一部がヘラ絞り加工によって一体に成形されており、前記空気流量計は、前記ストレート管部においてヘラ絞り加工によって成形された部分に設けられていることを特徴とする。
また本発明は、上述した吸気装置において、前記エアクリーナユニットの吐出口と前記合流管部の入口ポートとの間が弾性管路によって接続されていることを特徴とする。
また本発明は、上述した吸気装置において、前記合流管部と前記テーパ管部との間に整流格子が設けられていることを特徴とする。
また本発明に係るダンプトラックは、前記ストレート管部の下流端部をエンジンの吸気系に接続した状態で上述した吸気装置を搭載したことを特徴とする。
また本発明は、上述したダンプトラックにおいて、前記ストレート管部の下流端部から前記エンジンの吸気系に至るまでの間に弾性管路を介在させたことを特徴とする。
本発明によれば、複数のエアクリーナユニットから吐出され、合流管部において合流された空気は、テーパ管部を通過することによって流速が高くなり、バラ付きが無くなった状態でストレート管部を通過する。従って、ストレート管部から離隔した位置に設けられた空気流量計によって吸入空気量を精度良く検出することが可能となる。
図1は、本発明の実施の形態である吸気装置を搭載したダンプトラックの側面図である。 図2は、図1に示したダンプトラックにおいて吸気装置を搭載した部分を拡大して示す斜視図である。 図3は、図1に示したダンプトラックにおいて吸気装置を搭載した部分を拡大して示す斜視図である。 図4は、図1に示したダンプトラックに搭載する吸気装置の要部を一部破断して示す斜視図である。 図5は、図1に示したダンプトラックに搭載する吸気装置の要部を一部破断して示す斜視図である。 図6は、図1に示したダンプトラックに搭載する吸気装置の要部分解斜視図である。 図7は、図1に示したダンプトラックに搭載する吸気装置のテーパ管部及びストレート管部を示す断面側面図である。
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る吸気装置及びダンプトラックの好適な実施の形態について詳細に説明する。
図1〜図3は、本発明の実施の形態である吸気装置を搭載したダンプトラックを示したものである。ここで例示するダンプトラックは、車両本体1の四隅部にそれぞれタイヤ2を備えるとともに、車両本体1の前端部分にディーゼルエンジン3を備え、ディーゼルエンジン3によってタイヤ2を駆動することにより走行するものである。ディーゼルエンジン3は、ターボ過給機4の付いた比較的排気量が大きなものである。図3からも明らかなように、ディーゼルエンジン3の吸気系となるターボ過給機4のインテークポート4aには、吸気管5を介して吸気装置10が接続してある。吸気装置10は、浄化した後の空気をディーゼルエンジン3に供給するためのもので、2つのエアクリーナユニット11、合流管部12、テーパ管部13、ストレート管部14及び曲げ管部15を有している。以下、エアクリーナユニット11が上流側でターボ過給機4が下流側として、吸気装置10の構成要素について説明を行う。
エアクリーナユニット11は、それぞれ吸気口11a及び吐出口11bを有したエアクリーナボックス11cの内部にフィルタエレメント(図示せず)を収容したものである。このエアクリーナユニット11では、吸気口11aから吸い込んだ空気がフィルタエレメント(図示せず)によって浄化され、吐出口11bから吐出される。本実施の形態では、円筒状を成すエアクリーナボックス11cの一端面に吐出口11bを有する一方、周面に吸気口11aを有したエアクリーナユニット11を適用している。図2及び図3からも明らかなように、2つのエアクリーナユニット11は、エアクリーナボックス11cの円筒軸芯がほぼ水平となり、吐出口11bが車両本体1の中心側に向いた状態で車両本体1を構成するパネル1aの上面に前後に並設してある。なお、図中の符号11dは、吸気口11aの上方域を覆う吸気カバーである。
合流管部12は、円筒状を成す管部分であり、例えば薄板の板金を溶接することによって構成してある。この合流管部12は、軸芯が車両の前後に沿う姿勢でほぼ水平に配設してある。図4〜図6に示すように、合流管部12の上面には2つの入口ポート12aが設けてある。入口ポート12aは、互いに離隔した位置から上方に向けて突出した円筒状部分である。それぞれの入口ポート12aには、弾性管路16を介してエアクリーナユニット11の吐出口11bが接続してある。弾性管路16は、樹脂によって成形したもので、外力が加えられた場合に弾性的に変形することが可能である。すなわち、弾性管路16は、ほぼ90°に曲げられた状態で、水平に延在するエアクリーナユニット11の吐出口11bと、鉛直方向に沿って延在する合流管部12の入口ポート12aとの間を接続している。
図からも明らかなように、合流管部12は、車両後方側に位置する端部が閉塞してある一方、車両前方側に位置する端部が出口ポート12bとして開口している。出口ポート12bの開口端部には、外周部にフランジ12cが設けてある。
テーパ管部13は、下流側に向けて漸次内径が減少した断面円形の管部分である。テーパ管部13の上流端部には、フランジ13aが取り付けてあり、フランジ13a、12cを相互に接続することにより、整流格子17を介して合流管部12の出口ポート12bに接続してある。整流格子17は、空気の流れに偏りを無くして均一化するものである。ストレート管部14は、テーパ管部13の下流端部に連続して直線状に延在する円筒状の管部分であり、内径が一定となるように構成してある。曲げ管部15は、ほぼ90°に曲げた金属製の管路である。曲げ管部15の下流端部には、弾性管路16を介してターボ過給機4の吸気管5が接続してある。
上述したテーパ管部13、ストレート管部14及び曲げ管部15は、車両本体1やディーゼルエンジン3に対して支持されておらず、エアクリーナユニット11の吐出口11bに接続した弾性管路16とターボ過給機4のインテークポート4aに接続した弾性管路16との間で宙に浮いた状態にある。
本実施の形態の吸気装置10では、上述のストレート管部14とテーパ管部13とが、冷間圧延鋼板(SPC材)を適用したヘラ絞り加工によって一体に成形してある。さらに、ストレート管部14においてテーパ管部13から所定の距離離隔した位置には、空気の質量流量を計測するMass Air Flow(MAF)センサ20(空気流量計)が取り付けてある。MAFセンサ20の上方域を覆う部位には、鋼製のカバー部材18が着脱可能に設けてある。
ヘラ絞り加工によってストレート管部14及びテーパ管部13を一体成形した場合には、これらを樹脂によって成形した場合に比べて、強度、剛性及び耐熱性の点で特に好ましいものとなる。また、金型が必要になる樹脂成形に比べて少量生産に好適であり、製造コストを大幅に抑えることが可能となる。
一方、アルミ鋳造によってストレート管部14及びテーパ管部13を成形した場合に比べると、ヘラ絞り加工したストレート管部14及びテーパ管部13は、強度及び耐熱性の点でより好ましいものとなるばかりでなく、寸法精度の点でもきわめて有利となる。特に、ストレート管部14及びテーパ管部13の真円度及び同軸度については、アルミ鋳造したものに比べてきわめて高い精度を有したものを成形することが可能となる。また、ストレート管部14及びテーパ管部13の内表面はいずれも凹凸が無く、きわめて滑らかとなる。さらに、アルミ鋳造においては肉厚を薄く成形することが困難であるため、ヘラ絞り加工によって成形した場合に軽量化できる利点もある。
上記のように構成した吸気装置10では、2つのエアクリーナユニット11によって浄化された空気が合流管部12において合流した後、テーパ管部13、ストレート管部14及び曲げ管部15を通過してターボ過給機4のインテークポート4aに供給される。2つのエアクリーナユニット11を有した吸気装置10によれば、排気量の大きなディーゼルエンジン3に対しても十分量の空気を供給することができるようになる。この間、ディーゼルエンジン3に吸入される吸入空気量は、ストレート管部14に配設したMAFセンサ20によって検出される。
ここで、この吸気装置10によれば、2つのエアクリーナユニット11から吐出され、合流管部12において合流された空気は、テーパ管部13を通過することによって流速が高くなる。さらに、合流管部12からテーパ管部13に至る際の空気は、整流格子17を通過して整流化されるため、流れに偏りが無くなり、均一化された状態となる。加えて、上述したように、ヘラ絞り加工によってテーパ管部13及びストレート管部14を一体に成形した吸気装置10にあっては、真円度及び同軸度の精度も極めて高いものとなるばかりでなく、内表面が滑らかであるため通過する空気に乱流が生じるおそれもない。これらの結果、テーパ管部13から所定距離離隔した位置に配設したMAFセンサ20においては、相互干渉や圧力損失等の影響を受けることなく、吸入空気量をきわめて高い精度で検出することが可能となる。上述したように、本実施の形態のディーゼルエンジン3は、吸気系にターボ過給機4を備えたものである。しかしながら、ターボ過給機4が圧縮する空気は、MAFセンサ20を通過した後のものであるため、MAFセンサ20が計測する吸入空気量の値に影響を与えることはない。
従って、ディーゼルエンジン3にEGR装置、DPF装置、還元触媒装置等の排ガス処理装置を設けた場合にも、上述のMAFセンサ20によって計測される吸入空気量を基準としてそれぞれを最適に制御することが可能である。なお、EGR装置においては、ディーゼルエンジン3が排出した排ガスの一部を吸気系に取り入れるものである。しかしながら、吸気系において排ガスを取り入れる位置は、MAFセンサ20よりも下流側となるため、MAFセンサ20が計測する吸入空気量の値に影響を与えることはない。
上述の吸気装置10を搭載するダンプトラックは使用環境が過酷であり、弾性管路16間に配置されるテーパ管部13、ストレート管部14及び曲げ管部15が大きな振動が継続的に加えられた状態となる。しかしながら、上述したように、アルミ鋳造及びヘラ絞り加工によって成形したものであるため、強度上の問題が招来されることもない。
なお、上述した実施の形態では、2つのエアクリーナユニット11を備える吸気装置10を例示しているが、エアクリーナユニット11は3以上あっても良い。また、ストレート管部14のすべてをヘラ絞り加工によってテーパ管部13と一体に成形しているが、ストレート管部14の全長をテーパ管部13と一体に成形する必要はなく、空気流量計20を設ける位置までの部分がテーパ管部13と一体成形されていれば十分である。
3 ディーゼルエンジン
4 ターボ過給機
4a インテークポート
10 吸気装置
11 エアクリーナユニット
11a 吸気口
11b 吐出口
12 合流管部
12a 入口ポート
12b 出口ポート
13 テーパ管部
14 ストレート管部
16 弾性管路
17 整流格子
20 MAFセンサ

Claims (6)

  1. 吸気口から吸い込んだ空気を浄化して吐出口から吐出するエアクリーナユニットと、
    複数の入口ポートを有する一方、単一の出口ポートを有し、個々の入口ポートにそれぞれ前記エアクリーナユニットの吐出口が接続された合流管部と、
    前記合流管部の出口ポートに接続され、下流に向けて漸次内径が減少するテーパ管部と、
    前記テーパ管部の下流側に接続され、内径が一定のストレート管部と
    を備え、前記ストレート管部から離隔した位置に空気流量計が設けられていることを特徴とする吸気装置。
  2. 前記テーパ管部と前記ストレート管部の少なくとも一部がヘラ絞り加工によって一体に成形されており、
    前記空気流量計は、前記ストレート管部においてヘラ絞り加工によって成形された部分に設けられていることを特徴とする請求項1に記載の吸気装置。
  3. 前記エアクリーナユニットの吐出口と前記合流管部の入口ポートとの間が弾性管路によって接続されていることを特徴とする請求項1に記載の吸気装置。
  4. 前記合流管部と前記テーパ管部との間に整流格子が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の吸気装置。
  5. 前記ストレート管部の下流端部をエンジンの吸気系に接続した状態で請求項1〜請求項4のいずれかひとつに記載の吸気装置を搭載したことを特徴とするダンプトラック。
  6. 前記ストレート管部の下流端部から前記エンジンの吸気系に至るまでの間に弾性管路を介在させたことを特徴とする請求項5に記載のダンプトラック。
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