JP2009517597A - 内燃機関用の改良された供給空気分配装置 - Google Patents

Abstract

本願発明に係る空気分配装置１０は、内燃機関のシリンダ１５、１６、１７、１８への供給用の連絡管路４５、４６を備えた円筒形管状本体２４を有し、それらの分岐部３７〜４４は、管状本体の母線ＧＡ上に整列して開口する。管状本体２４は、分岐部３７、３８の上流で、空気取入孔３２に開いた１８０°のエルボ管３０から延長され、エルボ管３０は、母線ＧＡを含む、管状本体２４の直径面に対して角度αで傾斜している。

分配装置はさらに、傾斜されたエルボ管をもつ分配装置の構造によって生じる、シリンダ１５上での「スワール(渦）」の低下を小さくするための、主要本体の空気の流れる領域の部分的な絞り傾斜台（ramp）４８を備える。傾斜台４８は、分配された第１のシリンダ１５の連絡管路４５、４６の分岐部３７、３８の上流および近傍、ならびにエルボ管３０の傾斜側に設置される。この傾斜台４８は、上流面５０および下流面５２が、それぞれ小さな傾斜および大きな傾斜をもつ、非対称なスロープ（wheel ramp）の形をとる。分配装置１０は、シリンダ１５ごとに２本の吸気ダクト１９、２０を有する、ディーゼルエンジンのシリンダヘッド１４の吸気面１２に取り付けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に自動車車両用の内燃機関のシリンダ内に吸い込まれる空気の分配装置に関するものであり、ここで「空気」とは、広義の意味であり、特に、あらゆる吸い込まれる気体混合物、とりわけ空気と燃料の混合物を意味するものとする。

一般に、内燃機関のシリンダ内に吸い込まれる空気の分配は、供給ダクトが複数存在するシリンダではそのシリンダにおいて、又は、複数のシリンダ間の分配において、各シリンダへの空気の供給の不均衡を取り除く、又は実質的に低減させることを目指しながら行われる。

特に、吸気の空気力学的配慮が非常に重要であるディーゼル型の内燃機関においては、いくつかのシリンダ内、とりわけ分配された第１のシリンダ内で、分配装置の幾何学的形状を原因とする「スワール」の低下が見られる（「スワール」とは、シリンダ内で発生する軸方向の渦と定義することができる）。

特に、１８０°湾曲された空気分配装置については、自動車車両のエンジン収納場所に取り付けられるエンジンの占めるスペースおよびコンパクト化の要請からエルボ管が傾斜している場合、すなわち、管状本体に対して直径方向で、シリンダ供給ダクトの連絡管路分岐部が整列する直線を含む基準面に対して、傾斜している場合に上記のような結果を招く。

本発明は、分配された第１のシリンダで、分配装置の幾何学的な形状を考慮して改良された空気供給用分配装置を目的とし、とりわけ、前述の不都合を解消することを目的とする。

公報ＪＰ２００３０７４３５７には、先端に軸方向の空気取入口が付き、シリンダごとに２つの吸気バルブを有するタイプの内燃機関用の空気分配装置であって、連絡管路の曲率が、シリンダ間の「スワール」を均一化するように適合された分配装置が開示されている。

さらに、公報ＪＰ６３２０８６１６には、第２シリンダと第３シリンダの間に側方中央取入口が付き、シリンダごとに１つの吸気バルブを有する直列四気筒型内燃機関用の空気分配装置であって、第３のシリンダの連絡管路の入口がシリンダヘッドの上流で、空気の流れの線に第２のシリンダと同一の曲率半径を与える空気ガイドを備える分配装置が開示されている。

また、公報ＪＰ１１３５０９９６３には、１つの吸気バルブを有するタイプの直列三気筒内燃機関用の連絡管路のない空気分配装置であって、分配された第１シリンダと第２シリンダの間、および分配された第２シリンダと第３シリンダの間に、一定の断面に適合された射出物が配置された分配装置が開示されている。

この３件の日本公報で、シリンダ間の「スワール」の均衡を保つために提案されている解決策は、公知の分配装置に関連し、または分配装置によって生じる内部の空気力学的擾乱が存在しない湾曲型空気分配装置とは完全に異なる、特定の構造の空気分配装置のみに関するものである。

本発明は、少なくとも直列の複数のシリンダを備える内燃機関用の空気分配装置であって、シリンダへの空気の供給のための側方連絡管路を備えた、実質的に円筒形の管状の主要本体を備える。その管状主要本体とシリンダとの分岐部が、管状主要本体の母線上に実質的に整列して開口し、管状主要本体が、分岐部の上流で空気の取入孔に開いた、実質的に１８０°のエルボ管から延長されている。当該エルボ管が、分岐部の整列母線を含む主要本体の直径面に対して、角度αだけ傾斜している空気分配装置において、分配された第１のシリンダの、１つまたは複数の連絡管路の分岐部の上流および近傍、ならびにエルボ管の傾斜側の管状主要本体の空気の流れる領域に、部分的な絞り傾斜台（ramp）を備えることを特徴とする空気分配装置を提案するものである。

以下の明細書の記載から分かるように、このような配置により、一方では、分配装置の内部の空気力学に影響を与え、分配された第１のシリンダ内での「スワール」が再上昇することにより、分配された第１のシリンダ内で、分配装置がない場合の「スワール」と実質的に等しい「スワール」を回復させ、また、シリンダごとに２つの吸気バルブを有する内燃機関とともに使用され、シリンダごとに２本の連絡管路を有する本発明による分配装置の場合には、分配された第１のシリンダの２本の連絡用管路の間での流量の均衡を図ることが可能となる。

好ましい一実施形態によれば、この分配装置は、エンジンのシリンダヘッドに対応する吸気面と平行に取り付けられるのに適している。このエンジンが、シリンダに対応するシリンダヘッドの吸気ダクトに向かい合ってシリンダの列と平行に設けられた連絡管路を有し、前記直径面がシリンダヘッドの吸気面に対し垂直となる。このような配置により、この分配装置を備えたエンジンのコンパクト性を改善することができる。

本発明の第１の変形形態によれば、前記部分的な絞り率は、空気の流れの断面積の２〜１０％である。

本発明の別の変形形態によれば、傾斜台（ramp）は、上流面および下流面が、それぞれ小さな傾斜および大きな傾斜を有する、非対称なスロープ（wheel ramp）の形をとる。好ましくは、傾斜台は前記直径面に対して側方に傾斜している。好ましくは、傾斜台の頂点の突起は、管状本体に対する法平面で、直径面に対して、傾斜角αの１〜５倍の傾斜角βを有する。

本発明のさらに別の変形形態によれば、分配装置は、エルボ管の実質的に出口であって、傾斜台の対面および上流部に、管状本体内の空気の流れ方向に実質的に垂直な延長部を有する凹部を備える。好ましくは、その凹部は管状本体内の空気の流れ方向に、収束／拡散する断面を構成する。

このような凹部または凸部によって、分配装置の全体的透過性、とりわけ第１分配部での透過性を改善することができる。なお、管の透過性は、所定のエネルギー損失である流量の空気を通過させる管の能力に対応し、またそのような凹部の存在により、透過性の低下を引き起こすおそれのある非対称型スロープの高さを小さくすることが可能になる。

本発明による、さらに別の変形形態によれば、円筒形の管状主要本体は、角が丸められた、実質的に長方形の断面を有し、その短辺は、管状本体のエルボ管に対向する側面に対応し、連絡管路の整列した分岐部に達する。

本発明はまた、特に自動車車両用の内燃機関であって、上述した本発明のあらゆる変形形態における、内燃機関のシリンダヘッドの吸気面上に取り付けられ、分配されたシリンダごとに、１または２本の吸気連絡管路を備え、少なくとも１つの空気分配装置を備える内燃機関に関するものである。特に自動車車両用のディーゼル型の内燃機関であって、上述した本発明のあらゆる変形形態における、内燃機関のシリンダヘッドの吸気面上に取り付けられ、分配されたシリンダごとに、１または２本の連絡管路を備え、少なくとも１つの空気分配装置を備える内燃機関に関するものである。

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、限定的でない例として、以下に記される説明を読めば明らかになるだろう。

図１および２に示される吸気分配装置１０は、直列四気筒１５、１６、１７、１８を有する内燃機関の、シリンダヘッド１４の吸気面１２に固定された動作位置で示されている。限定的でない例として、シリンダヘッド１４を組み込んだ内燃機関は、特に自動車車両用のディーゼル型であるが、本発明の範囲を逸脱することなく、内燃機関は、特に自動車車両用の異なるタイプのもの、例えば４サイクルガソリンエンジンでもよい。

図１および２を参照すると、シリンダヘッドの吸気面１２は、図１および２の紙面に垂直な平面Ｐ１内を延びている。図１において、シリンダ１５〜１８は、異なる供給ダクトのそれぞれ、例えば分配された第１のシリンダであるシリンダ１５については、供給ダクト１９、２０とともに上面から見た図で示されている。それらダクトの先端は、シリンダ１５のヘッド上で点火面２２で開口しており、それぞれが、２つの供給バルブ（図示せず）のうち１つの弁座を支持している。図面を分かりやすくするために、排気バルブはここには図示していない。図２に示されているように、点火面１６は、図１および２の平面に垂直な平面Ｐ２および平面Ｐ１内を延びている。

空気の分配装置１０は、単体であれ、適切に組み立てられる別々のエレメントによるものであれ、鋳造によって得られる軽合金製のエルボ管の形をとる。分配装置１０は、主に軸ＸＸ’の円筒形の管状主要本体２４から構成され、分配装置が、シリンダヘッド１４上で動作するように取り付けられる場合には、吸気面１２および点火面２２に平行となる。本体２４は、第１の先端２６を分配された最後のシリンダであるシリンダ１８で閉じる。もう一方の先端２８において、エンジンの供給用ダクトおよび供給装置（図示せず）に適切に接続された、空気取入孔、または吸気孔３２に開いた１８０°エルボ管３０によって延長される。

図２に見ることができるように、円筒形管状本体２４は、限定的でない例として、角が丸められた実質的に長方形のまっすぐな断面３４を有し、エルボ管３２に対向する本体２４の側面に対応するその短辺３６は、分配装置１０の連絡管路の分岐部３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４に達する。これら分岐部は、四気筒の供給ダクトに接続される。例えば、分配された第１のシリンダ１５について、分岐部３７および３８は、それぞれ、シリンダヘッド１４内に作製された、供給ダクト１９および２０に適切に接続された連絡管路４５および４６と対になる。

図１および２に見ることができるように、タンデムに対になっている分岐部３７〜４４は、軸ＸＸ’に平行で、その軸と同様に、主要本体２４の直径面Ｐ３内に含まれる円筒形の管状本体２４の母線ＧＡ上に実質的に整列しており、前記直径面Ｐ３は、分配装置１０がいったんシリンダヘッド上に取り付けられると、点火面の平面Ｐ２と平行になる。

図２に示されているように、エルボ管３０は、平面Ｐ３とエルボ管３０の中央平面Ｐ４との間で規定される傾斜角αで、直径面Ｐ３に対して傾斜している。中央平面Ｐ４は限定的でない例として、流れ方向で、エルボ管３０の入口および出口それぞれの断面の中心点ＣＥおよびＣＳを通り、図２の紙面に垂直な平面として定義される。角度αは一般に、かなり小さい角度が選択され、好ましくは１０〜２５°である。この例では、Ｐ３から図２の左方に向かって、およそ２０°である。

本発明によれば、図１および２に見られるように、部分的な絞り傾斜台４８は、エルボ管３０の出口で分配された、第１シリンダ１５の連絡管路４５の分岐部の近傍に配置されている。この傾斜台は、直径面Ｐ３に対しエルボ管の傾斜側に、エルボ管に実質的に対向してその外側（すなわち、エルボ管の外側３６であって、連絡分岐部３７〜４４が配置されている側に）に配置されている。

傾斜台４８は、非対称のスロープの形をとり、その上流面５０および下流面５２が、それぞれ小さな傾斜および大きな傾斜を有し、図１に示されているように、面５２は険しく、分岐部３７の際に位置する。さらに、傾斜台４８は、図２に示されているように、直径面Ｐ３に対して側方に傾斜している。

これに限定されるものではでないが、好ましくは、管本体２８の法平面（切断面ＡＡの面または図２の面）における傾斜台４８の頂点の突起５４は、直径面Ｐ３に対して傾斜角αの１〜５倍の傾斜角β、この場合にはおよそ４０°傾いている。

一般に、管状本体の内部ダクト２５の凹部の絞り傾斜台４８は、本体を鋳造する際直接に、あるいは、内側に加えられる部品により（あるいは、機械溶接される分配装置の場合には、エルボ管と管状本体の境界ゾーンでの分配装置の壁の適切な貫通によって）作製される。部分的絞りの率は、好ましくは、流れの断面積の２〜１０％である（この場合は、図２に示されているように１０％前後である）。

当然のことながら、本発明の範囲を逸脱することなく、空気の分配装置のエルボ管を、図２の右方向、例えばＰ３に関して対称に、傾斜させることもできる。なお、対応する部分的な絞り傾斜台は、この平面Ｐ３に関して傾斜台２８とは対称に配置される。

傾斜台２８の存在は、分配された第１のシリンダ１５への空気の供給の空気力学に対して二重の機能をもつ。すなわち、一方では、分配装置のない状況に実質的に等しい「スワール」のレベルを回復させ、その結果、エルボ管３０の傾斜を原因とする、このシリンダ１５内での「スワール」の低下を補償し、他方では、同一シリンダ１５の２本の供給ダクト１９と２０の間の流量の調整をすることが可能になる。

本発明による空気の分配装置１０’は、分配装置１０と実質的に同じである。したがって、２つの分配装置の同一の要素は、ここでは再び説明せず、同一の参照番号が付されている。特に図３において分配装置１０’は、点線で示された部分的な絞り傾斜台４８とともに下面から見た図で示されている。この２つの分配装置は、分配装置１０’上では、エルボ管３０の出口で、傾斜台４８より上流の、傾斜台とは反対側に、軸ＸＸ’すなわち、管状本体２４の内部ダクト２５内の流れに対して、実質的に垂直に延びる凹部６０が存在する点が異なる。

図４および５に詳細が示されているように、凹部６０は、管状本体２４の側面６２側で、平面Ｐ３（傾斜台４８につながる側面６１とは反対の側の面）に平行に横方向に広がり、管状本体の幅（まっすぐな断面３４の長辺）が、収束／拡散する断面（上流ゾーン６１／下流ゾーン６３）を構成する。

凹部６０は一般に、空気分配装置の鋳造材料でつくられる（また、加えられる部品の形で作製し、あるいは、機械溶接される分配装置の場合には、エルボ管の出口における仕切りを変形させることによって得ることもできる）。

凹部６０は主に、傾斜台またはスロープ４８によって得られる空気分配装置の空気力学的利得を損なわずに、分配された第１のシリンダ、すなわちシリンダ１５について、分配装置１０’の透過性（所定のエネルギー損失における空気流量の増大）を改善する効果を有する。したがって、部分的な絞り傾斜台４８の存在によって、場合によっては引き起こされる、流量のわずかな低下を少なくとも補償することが可能である。凹部６０は、部分的な絞り傾斜台４８の空気力学的効果を改善する作用を有し、その結果、傾斜台の高さを小さくし、したがって透過性を改善することが可能になる。

本発明は、前述した、空気分配装置、ならびにシリンダごとに２つの吸気ダクトを有する機関に限定されるものではなく、分配されたシリンダごとに、ただ１つの連絡管路および吸気ダクトを有するそれらの変形形態も包含する。

内燃機関のシリンダヘッドの吸気面に沿って配置された、本発明による空気分配装置の第１の実施形態を示す概略平面図である。 図１の空気分配装置の断面ＡＡに沿った拡大概略図である。 内燃機関のシリンダヘッドの吸気面に沿って配置された、本発明による空気分配装置の第２の実施形態の下面から見た概略図である。 図３の空気分配装置の断面ＢＢに沿った拡大概略図である。 図３の空気分配装置の一部断面、拡大部分の概略図である。

Claims (12)

1. 少なくとも、直列の複数のシリンダ（１５、１６、１７、１８）を備える、内燃機関用の空気分配装置（１０、１０’）であって、シリンダへの供給のための側方連絡管路（４５、４６）を備えた実質的に円筒形の管状の主要本体（２４）を備え、当該管状主要本体とシリンダとの分岐部（３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４）が、前記管状主要本体の母線ＧＡ上に実質的に整列して開口し、管状主要本体（２４）が、前記分岐部の上流で空気の取入孔（３２）に開いた、実質的に１８０°のエルボ管（３０）から延長され、前記エルボ管が、前記分岐部の整列母線ＧＡを含む主要本体の直径面Ｐ３に対して、角度αだけ傾斜している空気分配装置において、分配された第１のシリンダ（１５）の連絡管路（４５、４６）の１つ又は複数の分岐部（３７、３８）の上流および近傍、ならびにエルボ管の傾斜側の管状主要本体（２４）の空気の流れる領域に、部分的な絞り傾斜台（４８）を備えることを特徴とする空気分配装置（１０、１０’）。
2. 前記空気分配装置（１０、１０’）が、前記エンジンのシリンダヘッドに対応する吸気面（１２）と平行に取り付けられるように適合されており、当該エンジンが、シリンダに対応するシリンダヘッドの吸気ダクト（１９、２０）に向かい合ってシリンダの列と平行に設けられた前記連絡管路（４５、４６）を有し、前記直径面Ｐ３が、シリンダヘッドの吸気面（１２）に対し垂直となっていることを特徴とする請求項１に記載の空気分配装置（１０、１０’）。
3. 前記部分的な絞りの絞り率が、前記管状主要本体の空気の流れの断面積の２〜１０％である、請求項１または２に記載の空気分配装置（１０、１０’）。
4. 前記傾斜台（４８）が、上流面（５０）および下流面（５２）がそれぞれ小さな傾斜および大きな傾斜を有する、非対称なスロープの形をとることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の空気分配装置（１０’）。
5. 前記傾斜台（４８）が、直径面Ｐ３に対して側方に傾斜していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の空気分岐装置（１０、１０’）。
6. 前記傾斜台（４８）の頂点の突起（５４）が、前記管状本体（２４）に対する法平面内において、前記直径面に対して傾斜角αの１〜２倍の傾斜角βを有することを特徴とする請求項５に記載の空気分岐部（１０、１０’）。
7. 前記エルボ管（３０）の実質的な出口であって、前記傾斜台（４８）の対面および上流部に、前記管状本体（２４）内の空気の流れ方向に実質的に垂直な延長部を有する凹部（６０）を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の空気分配装置（１０’）。
8. 前記凹部（６０）が、前記管状本体（２４）内の空気の流れ方向に収束／拡散する断面（６１、６３）を構成することを特徴とする請求項７に記載の空気分配装置（１０’）。
9. 前記管状本体（２４）が、角が丸められた実質的に長方形の断面（３４）を有し、その短辺（３６）は、当該管状本体の前記エルボ管（３０）に対向する側面に対応し、連絡管路（４５、４６）が整列した前記分岐部（３７、３８、３９、４０、４１、４２、４３、４４）に達することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の空気分配装置（１０、１０’）。
10. 分配されたシリンダ（１５）ごとに２本の吸気連絡管路（４５、４６）が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の空気分岐部（１０、１０’）。
11. 前記エンジンのシリンダヘッドの吸気面上に取り付けられ、分配されたシリンダごとに１または２本の前記吸気連絡管路が設けられている、請求項１から９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの空気分配装置を備える、特に自動車車両用の内燃機関。
12. 前記エンジンのシリンダヘッドの吸気面上に取り付けられ、分配されたシリンダごとに１または２本の前記吸気連絡管路が設けられている、請求項１から９のいずれか一項に記載の少なくとも１つの空気分配装置を備える、特に自動車車両用のディーゼル型の内燃機関。

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