JP2013253493A - 吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 冷却性能を向上し、組付け性を向上させる吸気装置を提供する。
【解決手段】 吸気装置２０は、吸気ポート３１１を内部に形成するシリンダヘッド３２に接続され、吸気ポート３１１に対応する複数の分岐通路２１６を有する蓋部２１、収容部２２、および、蓋部２１と収容部２２との間の収容空間２３０に収容される冷却装置２５を備える。冷却装置２５は冷媒流路および熱交換部を有し、冷媒流路の一部が分岐通路２１６を通して吸気ポート３１１内に突出する。
本発明は、熱交換部を有し、冷媒流路の一部が吸気ポート３１１内に突出するため、吸気が吸気ポート３１１内で再加熱されることを抑制するだけでなく、内部ＥＧＲガスも効率良く冷却することができる。よって、吸気装置２０の冷却性能を向上することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関（以下、「エンジン」という。）の吸気系に設けられる吸気装置に
関する。

従来、エンジンに吸入される吸気の温度上昇を抑制するための吸気装置が開示されている。例えば、特許文献１に開示されている発明では、吸気マニホールド内に、各シリンダの吸気ポートまで挿入可能な冷却チューブが設けられている。

特開２００７−１３８９０４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の冷却チューブによる冷却効果が不十分である。ここで、冷却チューブの代わりに、複数の冷却チューブおよび複数の冷却チューブ間に設けられている熱交換フィンを備える冷却装置を用いて冷却性能を高めることが考えられる。ところが、吸気ポートまで挿入可能であり、かつ熱交換フィン付の冷却装置を吸気マニホールド内に入れることは困難である。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却性能を向上し、組付け性を向上させる吸気装置を提供することにある。

本発明は、吸気ポートを内部に形成するシリンダヘッドに接続され、吸気ポートに対応する複数の分岐通路を有する蓋部、収容部、および、蓋部と収容部との間の収容空間に収容される冷却装置を備える吸気装置であって、冷却装置は冷媒流路および熱交換部を有し、冷媒流路の一部が分岐通路を通して吸気ポート内に突出することを特徴とする。
本発明は、熱交換部を有し、冷媒流路の一部が吸気ポート内に突出するため、吸気が吸気ポート内で再加熱されることを抑制するだけでなく、内部ＥＧＲガスも効率良く冷却することができる。よって、吸気装置の冷却性能を向上することができる。

また、冷却装置は、蓋部と収容部との間の収容空間に収容されている。このため、冷却装置が蓋部と収容部との間の所定位置に配置された状態で、蓋部と収容部とを一体にすることができる。よって、吸気装置の組み付け性を向上させることができる。

本発明の一実施形態による吸気装置を吸気システムに適用した状態を示す模式図。 本発明の一実施形態による吸気装置を示す模式図。 図２のＩＩＩ方向矢視図。 図２のＩＶ方向矢視図。 図２のＶ方向矢視図。 図３のＶＩ−ＶＩ線部分断面図。 本発明の一実施形態による吸気装置のインタークーラを示す平面図。 本発明の一実施形態による吸気装置のインタークーラを示す側面図。 本発明の一実施形態による吸気装置の連結手段を示す平面図。 図９のＸ−Ｘ線断面図。 本発明の一実施形態による吸気装置の組付け方法を示す模式図。 本発明の一実施形態による吸気装置の組付け方法を示す模式図。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第一実施形態）
本発明の第一実施形態による吸気装置を車両のエンジンシステムに適用した例を図１に示す。図１に示すように、エンジンシステム１００は、吸気管１０、吸気装置２０、エンジン３０、排気管４０、および、過給機５０を備える。

吸気管１０は、内側に吸気通路１１が形成されている。吸気管１０の一方の端部には、吸気口１２が形成されている。吸気管１０の吸気口１２側には、エアフィルター１３が設けられている。エアフィルター１３は、吸気中の異物を捕集する。また、吸気管１０の他方の端部は、吸気装置２０が設けられている。また、吸気通路１１の吸気管１０の吸気装置２０側には、スロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４は、吸気通路１１の開閉を調節することにより、エンジン３０に供給される吸気の量を調節可能である。

吸気装置２０は、蓋部２１および収容部２２からなる吸気マニホールド２３、冷却装置としてのインタークーラ２５、および、連結手段２６を備えている。吸気マニホールド２３は、一方が吸気管１０と接続され、他方がエンジン３０に接続されている。吸気マニホールド２３、インタークーラ２５、および、連結手段２６については後で詳細に説明する。

エンジン３０は、内部に燃焼室３１３が形成されている三つの気筒３１を有する。エンジン３０は、気筒３１の一方の端部を塞ぐシリンダヘッド３２を有している。シリンダヘッド３２には、気筒３１に対応し、三つの吸気ポート３１１が設けられている。吸気ポート３１１の内側には、通路３１２が形成されている。通路３１２は、気筒３１の内側の燃焼室３１３に連通し、吸気弁３１７を収容する。また、気筒３１の吸気ポート３１１とは反対側には、排気ポート３１４が設けられている。排気ポート３１４の内側には、通路３１５が形成されている。通路３１５は、燃焼室３１３に連通している。

図１に示すように、排気管４０は、エンジン３０の排気ポート３１４に接続している。排気管４０の排気ポート３１４側の端部は三つに分岐し、それぞれが排気ポート３１４に接続している。排気管４０の排気ポート３１４とは反対側の端部には、排気口４２が形成されている。排気管４０は、内側に排気通路４１を形成している。各燃焼室３１３でガソリンが燃焼することにより生じる燃焼ガスは、燃焼室３１３から排出されて排気ポート３１４内および排気通路４１を流通し、排気口４２を通じて車両の外部へ放出される。ここで、各燃焼室３１３でガソリンが燃焼することにより生じる燃焼ガスを「排気」という。

排気管４０の排気口４２側には、排気浄化部４３が設けられている。排気浄化部４３は、例えばモノリス三元触媒を有している。これにより、排気浄化部４３を通過する排気は浄化される。

過給機５０は、吸気管１０と排気管４０との間に設けられている。過給機５０は、タービン５２、コンプレッサ５１およびシャフト５３を有している。タービン５２は、排気通路４１のエンジン３０と排気浄化部４３との間に回転可能に設けられている。一方、コンプレッサ５１は、吸気通路１１のエアフィルター１３とスロットルバルブ１４との間に回転可能に設けられている。シャフト５３は、タービン５２とコンプレッサ５１とを連結している。排気通路４１を排気が流れると、タービン５２が回転する。これにより、コンプレッサ５１が回転する。コンプレッサ５１が回転すると、吸気は、コンプレッサ５１により圧縮されてエンジン３０に供給される。つまり、過給機５０は、吸気をエンジン３０に過給するターボチャージャである。なお、コンプレッサ５１により圧縮された吸気は、コンプレッサ５１のエンジン３０側において、コンプレッサ５１のエアフィルター１３側の吸気と比べ、温度が上昇した状態となる。

ここで、本実施形態の吸気マニホールド２３、インタークーラ２５、および、連結手段２６について、図２〜図１０に基づいて詳細に説明する。
吸気マニホールド２３は、長い容器状に形成され、蓋部２１、収容部２２、および、蓋部２１と収容部２２との間に形成される収容空間２３０を有する。

蓋部２１は、樹脂により形成され、皿状に形成される皿部２１１、および、三つの通路部２１２を有する。
皿部２１１は、平板状の平板部２１３、平板部２１３の外縁に沿って設けられる周縁部２１４、および、周縁部２１４の平板部２１３と反対側に形成される収容部接続フランジ部２１５を有する。収容部接続フランジ部２１５は、平板部２１３と平行となる方向に拡がるように形成される。蓋部側突出リブ２１５の平板部２１３とは反対側には蓋部側溶着リブ２１９が形成されている（図１２参照）。

通路部２１２は、平板部２１３の周縁部２１４とは反対側に突出し、筒状に形成され、内部に収容空間２３０と連通する分岐通路２１６を有する。分岐通路２１６内には、リング状の弾性部材８２が設けられている。三つの通路部２１２は、平板部２１３の短手方向の一端において、長手方向に並ぶよう形成される（図３参照）。三つの通路部２１２の平板部２１３とは反対側の端部には、エンジン接続フランジ部２１７が形成されている。エンジン接続フランジ部２１７は、略長方形の板状に形成され、複数のねじ穴２１８を有する（図４参照）。エンジン接続フランジ部２１７は、分岐通路２１６と吸気ポート３１１とが対応するようにシリンダヘッド３２に固定される。

収容部２２は、樹脂により形成され、底壁２２１、二つの側壁２２２、蓋部接続フランジ部２２４、および、弧壁２２３を有する。
図３に示すように、底壁２２１は、直角台形であり、互いに平行な二つの底辺の間の距離がもっとも長い底辺より長くなるように形成されている。底壁２２１は、二つの底辺の間の中央に長穴２２５が形成される。長穴２２５は、底壁２２１の底辺と平行な方向の長さが、底壁２２１の底辺と直交な方向の長さより長く形成される。長穴２２５の底辺に直交する方向の両側には、底壁２２１の一方の面から窪みこみ他方の面から突出する底壁側連結部２４が形成される。ここで、「一方の面」は、収容空間２３０に対向する面を指す。

図６に示すように、底壁側連結部２４の一方の面には収容溝部２４１が形成される。収容溝部２４１の底部２４２には、二つの底壁側連結穴２４３が形成される。底壁２２１の一方の面には、長穴２２５および二つの収容溝部２４１を囲むように形成される溝部２２９を有する。溝部２２９には、シール部材８１が収容されている。

図２に示すように、側壁２２２は、底壁２２１の互いに平行な二つの底辺から底壁側連結部２４とは反対側に立設され、扇形に形成される。二つの側壁２２２のうち、一方の側壁２２２には開口部２２８が形成されている。開口部２２８は、吸気管１０と接続することで、吸気管１０の吸気通路１１と収容空間２３０とを連通する（図１参照）。

図２、３に示すように、蓋部接続フランジ部２２４は、底壁２２１の底辺に直交する一方の脚から、側壁２２２に沿って形成される。蓋部接続フランジ部２２４は、底壁２２１および側壁２２２と直交となる方向に拡がるよう形成される。蓋部接続フランジ部２２４は、収容部接続フランジ部２１５と対応する形状に形成される。本実施形態では、収容部側突出リブ２２４および蓋部側突出リブ２１５は、ＩＶ方向視「山」字状に形成される（図５参照）。収容部側突出リブ２２４の、底壁２２１、側壁２２２、および弧壁２２３とは反対側に収容部側溶着リブ２２７が形成されている（図１２参照）。蓋部側溶着リブ２１９および収容部側溶着リブ２２７は、蓋部２１と収容部２２とを溶着するためのものであり、蓋部２１と収容部２２とを溶着した後になくなる。
弧壁２２３は、底壁２２１の他方の脚から、側壁２２２の円弧に沿って、収容部側突出リブ２２４の底壁２２１とは反対側の端部まで形成される。

収容空間２３０は、収容部接続フランジ部２１５と蓋部接続フランジ部２２４とが当接することで、平板部２１３、周縁部２１４、底壁２２１、側壁２２２、および弧壁２２３により囲まれた空間を言う。

インタークーラ２５は、図７、８に示すように、複数の冷却パネル２５１、熱交換部としての複数の冷却フィン２５２、緩衝部２５３、供給部２５４、および排出部２５５を有する。
冷却パネル２５１は、Ｌ字状に形成され、本体部２５６および突出部２５７を有する。本体部２５６は収容部２２の底壁２２１に垂直な姿勢で収容空間２３０内に収容可能であり、突出部２５７は蓋部２１の平板部２１３に垂直な姿勢で分岐通路２１６内に収容可能であり分岐通路２１６より長く形成される。冷却パネル２５１の内部には、Ｌ字状の低温冷媒流路２５Ｌおよび高温冷媒流路２５Ｈが形成されている。低温冷媒流路２５Ｌおよび高温冷媒流路２５Ｈは、突出部２５７側が互いに連通し、本体部２５６側が緩衝部２５３に接続する。

緩衝部２５３は、内部に供給緩衝室２５ＢＩおよび排出緩衝室２５ＢＯを有する。供給緩衝室２５ＢＩは複数の冷却パネル２５１の低温冷媒流路２５Ｌと連通し、排出緩衝室２５ＢＯは複数の冷却パネル２５１の高温冷媒流路２５Ｈと連通する。

供給部２５４は、緩衝部２５３の冷却パネル２５１とは反対側に設けられ、供給緩衝室２５ＢＩと連通する供給口２５８を有する。
排出部２５５は、緩衝部２５３の冷却パネル２５１とは反対側に設けられ、排出緩衝室２５ＢＯと連通する排出口２５９を有する。

冷媒は、供給口２５８から供給され、供給緩衝室２５ＢＩ、低温冷媒流路２５Ｌ、高温冷媒流路２５Ｈ、および排出緩衝室２５ＢＯを経由して、排出口２５９から排出される。
冷却フィン２５２は、波状に形成され、頂点Ｐが冷却パネル２５１と当接するよう（図７参照）、冷却パネル２５１の、本体部２５６の両側、および、突出部２５７の吸気ポート３１１側の端部の両側に設けられる（図８参照）。

図９に示すように、連結手段２６は、板部材２６１、複数のナット部２６２、および複数のボルト２６３から構成される。ここで、ナット部２６２およびボルト２６３は、特許請求の範囲における「固定手段」を構成する。連結手段２６は、インタークーラ２５を吸気マニホールド２３の底壁２２１に固定する。

板部材２６１は、二つの位置決め穴２６４、および、二つの連結部２６５を有する。二つの連結部２６５は、二つの位置決め穴２６４の並び方向と直交する方向の両側に形成される。
図１０に示すように、連結部２６５は、板部材２６１の一方の面から窪みこみ他方の面から突出する。連結部２６５の窪みこまれた一方の面には、収容凹部２６６が形成される。収容凹部２６６の底部２６７には二つの連結穴２６８が形成される。二つの連結穴２６８は、二つの底壁側連結穴２４３と対応するよう形成される。板部材２６１は、インタークーラ２５の供給部２５４および排出部２５５が位置決め穴２６４に挿入された状態で、収容凹部２６６がインタークーラ２５に対向するようにインタークーラ２５に固定される（図８参照）。

ナット部２６２は、ねじ穴２６９を有し、ねじ穴２６９と連結穴２６８とが対応するように収容凹部２６６の底部２６７にロウ付けで固定される。ボルト２６３は、連結手段２６を収容部２２の底壁２２１に固定するのに用いられる。

本実施形態による吸気装置２０の組付け方法について、図１１、１２を参照して説明する。
まず、板部材２６１をインタークーラ２５に固定するステップについて説明する。収容凹部２６６がインタークーラ２５に対向する状態で、供給部２５４および排出部２５５を位置決め穴２６４に挿入する。ロウ付けすることで板部材２６１をインタークーラ２５に固定する。

次に、インタークーラ２５を収容部２２の底壁２２１に固定するステップについて説明する。インタークーラ２５の供給部２５４および排出部２５５を底壁２２１の長穴２２５に挿入し、板部材２６１の連結部２６５が底壁側連結部２４の収容溝部２４１に収容するよう、インタークーラ２５を収容部２２の底壁２２１と弧壁２２３との間に設置する。底壁側連結穴２４３からボルト２６３をナット部２６２にねじ込むことで、インタークーラ２５を収容部２２の底壁２２１に固定する。ナット部２６２およびボルト２６３は、板部材２６１とインタークーラ２５とが当接する当接面に対し、インタークーラ２５とは反対側に位置する。

最後に、蓋部２１と収容部２２とを一体にするステップについて説明する。冷却パネル２５１の突出部２５７を蓋部２１の分岐通路２１６に挿入する。冷却パネル２５１の突出部２５７と分岐通路２１６の内壁との間に弾性部材８２を設ける。蓋部２１の収容部接続フランジ部２１５と収容部２２の蓋部接続フランジ部２２４とを当接させ、例えば振動溶着により溶着を行う。すると、蓋部側溶着リブ２１９および収容部側溶着リブ２２７が溶けることにより、収容部接続フランジ部２１５と蓋部接続フランジ部２２４とが接続する。これにより、蓋部２１と収容部２２とは、インタークーラ２５を収容空間２３０に収容する状態で一体になる。

以下、本実施形態の効果について説明する。
（１）本実施形態では、インタークーラ２５の冷却パネル２５１の突出部２５７は吸気ポート３１１まで突出している。これにより、低温冷媒流路２５Ｌおよび高温冷媒流路２５Ｈの一部が吸気ポート３１１内に突出する。このため、冷却された吸気が吸気ポート３１１により再加熱されることを抑制するだけでなく、内部ＥＧＲガスも効率良く冷却することができ、冷却性能を高めることができる。
また、吸気マニホールド２３は、蓋部２１および収容部２２を有するため、Ｌ字状のインタークーラ２５を蓋部２１と収容部２２との間の収容空間２３０に入れてから、蓋部２１と収容部２２とを溶着することができる。これにより、Ｌ字状のインタークーラ２５を蓋部２１と収容部２２との間に設置する工程を容易に行うことができ、吸気装置２０の組付け性を向上させることができる。

（２）本実施形態では、供給部２５４および排出部２５５は、互いに隣り合い、底壁２２１の長穴２２５に挿入されている。ここで、長穴２２５は、供給部２５４および排出部２５５の並び方向に長く形成されているため、一つの円形に形成する場合に比べ、開口面積を小さくすることができる。よって、シール必要範囲を小さくすることができる。これは、シール効果を高めることにつながる。

（３）本実施形態では、インタークーラ２５に固定されている連結手段２６により、インタークーラ２５を吸気マニホールド２３の底壁２２１に固定する。これにより、インタークーラ２５のデッドスペースの低減を抑制することができる。

（４）本実施形態では、ナット部２６２およびボルト２６３は、インタークーラ２５と板部材２６１との当接面に対し、インタークーラ２５とは反対側に位置する。これにより、吸気マニホールド２３のデッドスペースを低減することができ、インタークーラ２５の冷却性能をさらに高めることができる。

（５）本実施形態では、板部材２６１と底壁２２１との間にはシール部材８１が設けられている。これにより、連結手段２６と底壁２２１との間のシール効果を高めることができる。

（６）本実施形態では、収容部接続フランジ部２１５の蓋部側溶着リブ２１９と蓋部接続フランジ部２２４の収容部側溶着リブ２２７とを溶着することにより、蓋部２１と収容部２２とを一体にする。これにより、蓋部２１と収容部２２との密着性を高めることができる。

（７）本実施形態では、蓋部２１の分岐通路２１６の内壁とインタークーラ２５との間に、弾性部材８２が設けられている。これにより、吸気ポート３１１と蓋部２１との間のシール性を高めるとともにインタークーラ２５の振動を低減することができる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、吸気装置を３気筒のエンジンシステムに適用する例を示した。これに対し、他の実施形態では、吸気装置を２気筒または４気筒など複数気筒のエンジンシステムに適用することとしても良い。

上記実施形態では、ナット部およびボルトを固定手段として適用する例を示した。これに対し、他の実施形態では、カシメ等を固定手段として適用することとしても良い。

上記実施形態では、蓋部と収容部とを振動溶着により溶着する例を示した。これに対し、他の実施形態では、レーザ溶着または超音波溶着等により蓋部と収容部とを溶着することとしても良い。また、蓋部と収容部とをねじ締めにより一体にすることとしても良い。

上記実施形態では、供給部および排出部が同時に挿入可能な長穴を収容部に形成する例を示した。これに対し、供給部および排出部がそれぞれ挿入可能な穴を収容部に形成することとしても良い。

上記実施形態では、連結手段に収容凹部が形成され、ナット部が連結手段の収容凹部の底部に設けられている例を示した。これに対し、他の実施形態では、板部材に対し、インタークーラとは反対側にナット部を固定することとしても良い。

上記実施形態では、板部材にナット部を設ける例を示した。これに対し、他の実施形態では、板部材に対してバーリング加工を行い、板部材にねじ穴を形成することとしても良い。
以上、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

２０・・・吸気装置、
２１・・・蓋部、
２２・・・収容部、
２５・・・インタークーラ（冷却装置）、
２６・・・連結手段、
３０・・・エンジン（内燃機関）、
３２・・・シリンダヘッド、
２５Ｈ・・・高温冷媒流路（冷媒流路）、
２５Ｌ・・・低温冷媒流路（冷媒流路）、
２１５・・・収容部接続フランジ部、
２１６・・・分岐通路、
２２４・・・蓋部接続フランジ部、
２２５・・・長穴（貫通穴）、
２３０・・・収容空間、
２５２・・・冷却フィン（熱交換部）、
２５４・・・供給部、
２５５・・・排出部、
２６２・・・ナット部（固定手段）、
２６３・・・ボルト（固定手段）、
３１１・・・吸気ポート、
３１７・・・吸気弁。

Claims (7)

1. 内燃機関（３０）の吸気弁（３１７）を収容する複数の吸気ポート（３１１）を内部に形成するシリンダヘッド（３２）に接続される吸気装置（２０）であって、
   前記吸気ポートに対応する複数の分岐通路（２１６）を有する蓋部（２１）と、
   前記蓋部との間に収容空間（２３０）を形成し、複数の前記分岐通路が並ぶ平面に交差する方向に形成され前記収容空間と外部とを連通する貫通穴（２２５）を有する収容部（２２）と、
   前記収容空間内に収容され、冷媒が流れる複数の冷媒流路（２５Ｈ、２５Ｌ）、当該冷媒流路に冷媒を供給する供給部（２５４）、前記冷媒流路内の前記冷媒を排出する排出部（２５５）、および、複数の前記冷媒流路間に設けられる熱交換部（２５２）を有し、前記冷媒流路の一部が前記分岐通路を通して前記吸気ポート内に突出し、前記供給部および前記排出部が前記貫通穴を貫通する冷却装置（２５）と、を備えることを特徴とする吸気装置。
2. 前記供給部と前記排出部とは互いに隣り合い、
   前記貫通穴は、前記供給部および前記排出部の並び方向の長さが、前記供給部および前記排出部の並び方向に直交する方向の長さより長く形成されている長穴であることを特徴とする請求項１に記載の吸気装置。
3. 前記供給部および前記排出部に対応する位置決め穴（２６４）、および、前記収容部に固定する固定手段（２６２、２６３）を有し、前記供給部および前記排出部が前記位置決め穴に挿入された状態で前記冷却装置に固定される連結手段（２６）をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の吸気装置。
4. 前記連結手段の前記固定手段は、前記冷却装置と前記連結手段との間の当接面に対し前記冷却装置とは反対側に位置することを特徴とする請求項３に記載の吸気装置。
5. 前記連結手段と前記収容部との間にシール部材（８１）を設けることを特徴とする請求項３〜４のいずれか一項に記載の吸気装置。
6. 前記蓋部と前記収容部とは、前記収容空間に前記冷却装置を収容した状態で溶着され、一体に形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の吸気装置。
7. 前記蓋部の前記分岐通路の内壁と前記冷却装置との間に、弾性部材（８２）を設けることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸気装置。

Images