JP2008031886A

JP2008031886A - 流体ダクト並びに内燃機関の吸気ダクト及び同吸気ダクトを具備する内燃機関の吸気系

Info

Publication number: JP2008031886A
Application number: JP2006204483A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Seike; 剛清家; Akira Suzuki; 晃鈴木
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-02-14
Also published as: WO2008012654A1

Abstract

【課題】湾曲部分を有する流体ダクトにおいて、その同湾曲部分における流路抵抗の増大を抑制することのできる流体ダクトを提供する。
【解決手段】湾曲部２２Ｒは、その流路２３の曲率半径ｒ方向に沿った断面における図心Ｇの位置ｇが、同断面における曲率半径ｒ方向の流路２３の全幅Ｗの中間位置ｍよりも曲率半径ｒ方向の外周側に偏倚した断面形状を有する。
【選択図】図３

Description

この発明は、内燃機関の吸気ダクト等、流体が流通する流体ダクトの構造に関し、特に同流体ダクトの湾曲部分における流路抵抗の増大を抑制する上で有用な構造の具現に関する。

流体が流通する流体ダクトは、その配設スペースや流体供給先との接続位置の都合上、湾曲した状態で配設されることが多い。例えば特許文献１に記載される車両用内燃機関の吸気系にあっては、吸気慣性効果を得るために吸気管長を確保しながらもエンジンルーム内にコンパクトに配設する必要があるため、その吸気管が湾曲した形状としている。
特開平１１‐１８２３６７号公報

このように流体ダクトが湾曲していると、流体が流通する際に流体の慣性力や流体に働く遠心力等によって湾曲部の外周側部分により多く流れるようになるため、その外周側部分に大きな乱流が生じることにより流路抵抗が増大するといった問題がある。

この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、湾曲部分を有する流体ダクトにおいて、その同湾曲部分における流路抵抗の増大を抑制することのできる流体ダクトを提供することにある。

以下、上記目的を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、湾曲部分を有する流体ダクトにおいて、前記湾曲部分の曲率半径方向に沿った流路断面における図心が同流路断面における前記曲率半径方向の流路全幅の中間位置よりも同曲率半径方向の外周側に偏倚して位置することをその要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の流体ダクトにおいて、前記湾曲部分は曲率半径方向における単位幅当たりの流路断面積が外周側ほど大きく設定されてなることをその要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の流体ダクトにおいて、前記湾曲部分は曲率半径方向における単位幅当たりの流路断面積が外周側ほど徐々に大きくなる三角形状の断面を有することをその要旨とする。

上記請求項１に記載の構成によれば、湾曲部分の曲率半径方向に沿った流路断面における図心の位置を曲率半径方向の流路全幅の中間位置よりも外周側に偏倚させているため、流体が湾曲部分を流通する際に流量が多くなる外周側部分の流路断面積を他の部分に対して相対的に大きく確保することができる。そのため、流体が湾曲部分を流れる際における流路抵抗の増大を好適に抑制することができる。

なお、湾曲部分の曲率半径方向に沿った流路断面における図心の位置を曲率半径方向の流路全幅の中間位置よりも外周側に偏倚させる際の具体的な態様としては、請求項２或いは請求項３に記載の構成を採用することが望ましい。

請求項４に記載の発明は、湾曲部分を有する内燃機関の吸気ダクトにおいて、前記湾曲部分の曲率半径方向に沿った流路断面における図心が同流路断面における前記曲率半径方向の流路全幅の中間位置よりも同曲率半径方向の外周側に偏倚して位置することをその要旨とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の吸気ダクトにおいて、前記湾曲部分は曲率半径方向における単位幅当たりの流路断面積が外周側ほど大きく設定されてなることをその要旨とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の内燃機関の吸気ダクトにおいて、前記湾曲部分は曲率半径方向における単位幅当たりの流路断面積が外周側ほど徐々に大きくなる三角形状の断面を有することをその要旨とする。

内燃機関の吸気ダクトはエンジンルームの限られたスペースに配設する必要があるため、湾曲した形状とせざるを得ないことが多い。この点、上記請求項４に記載の構成によれば、湾曲部分の曲率半径方向に沿った流路断面における図心の位置を曲率半径方向の流路全幅の中間位置よりも外周側に偏倚させているため、吸気が湾曲部分を流通する際に流量が多くなる外周側部分の流路断面積を他の部分に対して相対的に大きく確保することができる。そのため、吸気ダクトを湾曲した形状とせざるを得ない場合であっても、吸気が湾曲部分を流れる際における流路抵抗の増大を好適に抑制することができ、ひいては流路抵抗の増大に起因する機関出力の低下を抑制することができるようになる。

なお、湾曲部分の曲率半径方向に沿った流路断面における図心の位置を曲率半径方向の流路全幅の中間位置よりも外周側に偏倚させる際の具体的な態様としては、請求項５或いは請求項６に記載の構成を採用することが望ましい。

請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ダクトにおいて、該吸気ダクトは車両前方に吸気口を有し、該吸気口が形成される部分から二股に分岐した一対の湾曲部を通じて前記吸気口から取り込んだ空気をＶ型内燃機関の各バンクに供給するものであることをその要旨とする。

また、気筒配列がＶ型とされるＶ型内燃機関にあっては、その吸気ダクトが湾曲した形状とせざる得ない場合も多い。この点、上記請求項７に記載される構成を採用することにより、エンジンルームの限られたスペースにおいて、吸気がその湾曲部分を流れる際における流路抵抗の増大を好適に抑制することができ、ひいては流路抵抗の増大に起因する機関出力の低下を抑制することができる。

請求項８に記載の発明は、内燃機関の吸気系であって、請求項４〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ダクトを具備し、該吸気ダクトは前記湾曲部分の曲率中心が前記内燃機関側に位置するように配設されることをその要旨としている。

内燃機関の吸気ダクトが同内燃機関に近接して配設される場合にあっては、内燃機関の熱によって吸気ダクト内の吸気が温度上昇することによる充填効率の低下が懸念される。この点、上記請求項８に記載の構成によれば、温度上昇しやすい湾曲部分の内周側部分を流れる吸気の量を外周側部分よりも相対的に少なくすることができ、吸気温上昇に起因する充填効率の低下についてもこれを抑制することができるようになる。

以下、この発明を、車両用Ｖ型８気筒エンジンの吸気系に具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１はこの実施形態におけるＶ型８気筒エンジン並びにその吸気系の概略構成を示している。なお、矢印Ｆで示されるように図１における下方は車両前方に対応している。

このエンジン１０は、４つの気筒（図示略）を一つのバンクとしてそれら一対のバンク１１Ｌ，１１ＲをＶ字型に配設したＶ型８気筒エンジンである。このエンジン１０の吸気系は、インレットパイプ２０、一対のエアクリーナ３０Ｌ，３０Ｒ、アウトレットホース４０、インテークマニホルド５０を備えている。

車両前方に開口した吸気口２１を有するインレットパイプ２０は、吸気口２１が形成される部分から二股に分岐した一対の湾曲部２２Ｌ，２２Ｒを備えている。一対の湾曲部２２Ｌ，２２Ｒは、吸気口２１から取り込まれた吸気に含まれる塵埃を除去するエアクリーナ３０Ｌ，３０Ｒにそれぞれ接続されている。エアクリーナ３０Ｌ，３０Ｒには、インテークマニホルド５０に吸気を導くアウトレットホース４０が接続されている。アウトレットホース４０は、インテークマニホルド５０に形成されたサージタンク５１に接続されている。また、サージタンク５１から分岐する分岐管５２ａ〜５２ｈは、エンジン１０の各バンク１１Ｌ，１１Ｒの各気筒に接続されている。

以下、図２及び図３を参照して、右バンク１１Ｒに対応する湾曲部２２Ｒの断面形状について詳しく説明する。なお、左バンク１１Ｌに対応する湾曲部２２Ｌの断面形状については上記湾曲部２２Ｒと左右対称であるため、説明を割愛する。

図２は、湾曲部２２Ｒの図１における点線で囲まれたＣ部分を拡大して示している。湾曲部２２Ｒは、流路２３を流通する吸気をエアクリーナ３０Ｒに導くべく、一点鎖線Ｌで示される延伸方向が、エンジン１０側に曲率中心を有するように湾曲している。図３は、図２に矢印Ｒで示されるこの湾曲部２２Ｒにおける曲率半径ｒ方向に沿ったＡ‐Ａ線断面図である。

この図３に示されるように、湾曲部２２Ｒの断面形状は、湾曲部２２Ｒの外周側部分を一つの辺とし、湾曲部２２Ｒの内周側部分をこの辺に対向する角の頂点とするとともに、鉛直方向における上面が略平面となる略三角形状をなしている。そして、湾曲部２２Ｒの流路２３は、曲率半径ｒ方向における単位幅ｗ当たりの流路断面積について、内周側の同断面積Ｓ１よりも外周側の同断面積Ｓ２が大きくなっている。

そのため、この流路２３の断面における図心Ｇの曲率半径ｒ方向における位置ｇは、曲率半径ｒ方向における同流路２３の全幅Ｗの中間位置ｍよりも曲率半径ｒ方向において外周側に偏倚している。

また、前述のように湾曲部２２Ｒの曲率中心はエンジン１０側に位置しているため、エンジン１０は、湾曲部２２Ｒ内周側に位置することとなる。そのため、この流路２３の断面における図心Ｇは、エンジン１０に近い内周側よりもエンジン１０から遠い外周側に偏倚している。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
・湾曲部２２Ｒの曲率半径ｒ方向に沿った流路２３の断面における図心Ｇの位置ｇを曲率半径ｒ方向の流路２３の全幅Ｗの中間位置ｍよりも外周側に偏倚させているため、吸気が湾曲部２２Ｒを流通する際に流量が多くなる外周側部分の流路断面積を他の部分に対して相対的に大きく確保することができる。そのため、吸気が湾曲部２２Ｒを流れる際における流路抵抗の増大を好適に抑制することができ、ひいては流路抵抗の増大に起因する機関出力の低下を抑制することができる。

・インレットパイプ２０内の吸気は、エンジン１０の熱によって暖められやすいため、温度上昇による充填効率の低下が懸念される。この点、上記実施形態の構成によれば、流路２３の断面における図心Ｇは、エンジン１０に近い内周側よりもエンジン１０から遠い外周側に偏倚しているため、温度上昇しやすい湾曲部２２Ｒの内周側部分を流れる吸気の量を外周側部分よりも相対的に少なくすることができ、吸気温上昇に起因する充填効率の低下についてもこれを抑制することができるようになる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、流路２３の曲率半径ｒ方向の単位幅ｗ当たりの流路断面積が外周側ほど大きくなるような断面略三角形状を有する湾曲部２２Ｒの構成を示した。こうした構成以外にも湾曲部の曲率半径ｒ方向に沿った流路断面における図心が同流路断面における曲率半径ｒ方向の流路全幅の中間位置よりも曲率半径ｒ方向の外周側に偏倚して位置する構成であればよい。例えば、図４に示されるように、外周側の辺がエンジン側に傾斜した三角形状や、図５に示されるように、内周側が円形状をなすとともに外周側が略矩形状をなす形状、あるいは図６に示されるように、内周側が三角形状をなすとともに外周側が略矩形状をなす形状、図７に示されるような扇形状等々、他の断面形状であってもよい。

・また、湾曲部２２Ｒの曲率中心がエンジン１０側に位置するように配設されていない場合であっても、その流路断面における図心Ｇを上述したように外周側に偏倚させることにより少なくとも流路抵抗の増大についてはこれを抑制することができる。

・上記実施形態では、車両用Ｖ型８気筒エンジン１０のインレットパイプ２０に具体化した例を示したが、Ｖ６型，Ｖ１０型，Ｖ１２型等、気筒の数によらず他のＶ型エンジンの吸気ダクトにも適用することができる。また、Ｖ型エンジンのみならず、湾曲部分を有していれば、その他の気筒配列を有するエンジンの吸気ダクトに適用することもできる。

・また、インレットパイプ２０以外にも、アウトレットホース４０、インテークマニホルド５０の分岐管５２ａ〜５２ｈ等、他の吸気ダクトや、排気通路、冷却水通路等の湾曲部分を有する流体ダクトに適用することができる。また、エンジンの流体ダクトに限らず、その他湾曲部分を有する流体ダクトで有ればこの発明を適用することができる。

Ｖ型エンジンとその吸気系を示す模式図。インレットパイプの湾曲部の拡大断面図。同湾曲部の曲率半径方向に沿った断面図。湾曲部の断面形状についてその変形例を示す断面図。湾曲部の断面形状についてその変形例を示す断面図。湾曲部の断面形状についてその変形例を示す断面図。湾曲部の断面形状についてその変形例を示す断面図。

符号の説明

１０…エンジン、１１Ｌ，１１Ｒ…バンク、２０…インレットパイプ、２１…吸気口、２２Ｌ，２２Ｒ…湾曲部、２３…流路、３０Ｌ，３０Ｒ…エアクリーナ、４０…アウトレットホース、５０…インテークマニホルド、５１…サージタンク、５２ａ〜５２ｈ…分岐管。

Claims

湾曲部分を有する流体ダクトにおいて、
前記湾曲部分の曲率半径方向に沿った流路断面における図心が同流路断面における前記曲率半径方向の流路全幅の中間位置よりも同曲率半径方向の外周側に偏倚して位置する
ことを特徴とする流体ダクト。
請求項１に記載の流体ダクトにおいて、
前記湾曲部分は曲率半径方向における単位幅当たりの流路断面積が外周側ほど大きく設定されてなる
ことを特徴とする流体ダクト。
請求項２に記載の流体ダクトにおいて、
前記湾曲部分は曲率半径方向における単位幅当たりの流路断面積が外周側ほど徐々に大きくなる三角形状の断面を有する
ことを特徴する流体ダクト。
湾曲部分を有する内燃機関の吸気ダクトにおいて、
前記湾曲部分の曲率半径方向に沿った流路断面における図心が同流路断面における前記曲率半径方向の流路全幅の中間位置よりも同曲率半径方向の外周側に偏倚して位置する
ことを特徴とする内燃機関の吸気ダクト。
請求項４に記載の内燃機関の吸気ダクトにおいて、
前記湾曲部分は曲率半径方向における単位幅当たりの流路断面積が外周側ほど大きく設定されてなる
ことを特徴とする内燃機関の吸気ダクト。
請求項５に記載の内燃機関の吸気ダクトにおいて、
前記湾曲部分は曲率半径方向における単位幅当たりの流路断面積が外周側ほど徐々に大きくなる三角形状の断面を有する
ことを特徴とする内燃機関の吸気ダクト。
請求項４〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ダクトにおいて、
該吸気ダクトは車両前方に吸気口を有し、該吸気口が形成される部分から二股に分岐した一対の湾曲部を通じて前記吸気口から取り込んだ空気をＶ型内燃機関の各バンクに供給するものである
ことを特徴とする内燃機関の吸気ダクト。
請求項４〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気ダクトを具備し、
該吸気ダクトは前記湾曲部分の曲率中心が前記内燃機関側に位置するように配設される
ことを特徴とする内燃機関の吸気系。