JP2020176612A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒に供給される燃料の量が不均一になるのを抑制することが可能な内燃機関を提供する。【解決手段】このエンジン１００は、サージタンク５１と、サージタンク５１からの吸気を、複数の気筒１ａの各々に導入するための複数の吸気通路５２と、複数の吸気通路５２の互いに隣接する上流側端部５２ａの間に設けられ、サージタンク５１の内側に向けて延びる仕切壁部５３とを含む吸気装置５と、過給機２と、吸気ポート１ｃの内側に燃料を噴射する第１インジェクタ３、および、気筒１ａの内側に燃料を直接噴射する第２インジェクタ４とを備え、吸気流れ方向における吸気通路５２の上流側端部５２ａと気筒１ａとの間の通路長さＬは、慣性過給効果の発生を抑える所定の長さに設定されている。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関に関し、特に、サージタンクと複数の吸気通路とを含む吸気装置を備える内燃機関に関する。

従来、サージタンクと複数の吸気通路とを含む吸気装置を備える内燃機関が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、サージタンクと複数の吸気通路とを含む吸気装置を備える多気筒エンジンが開示されている。

特開２０１８−１７３０１４号公報

上記特許文献１に記載の多気筒エンジンでは、所定の吸気通路において、燃料を含むガスが燃焼室側からサージタンクに吹き返すことに起因して、燃料を含むガスが所定の吸気通路から隣接する他の吸気通路に流入することにより、各気筒に供給される燃料の量が不均一になる場合があるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、各気筒に供給される燃料の量が不均一になるのを抑制することが可能な内燃機関を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面における内燃機関は、サージタンクと、サージタンクからの吸気を、複数の気筒の各々に導入するための複数の吸気通路と、複数の吸気通路の互いに隣接する上流側端部の間に設けられ、サージタンクの内側に向けて延びる仕切壁部とを含む吸気装置と、過給機と、吸気ポートの内側に燃料を噴射する第１インジェクタ、および、気筒の内側に燃料を直接噴射する第２インジェクタとを備え、吸気流れ方向における吸気通路の上流側端部と気筒との間の通路長さは、慣性過給効果の発生を抑える所定の長さに設定されている。

この発明の一の局面における内燃機関では、サージタンクの内側に向けて延びる仕切壁部を設けることによって、所定の吸気通路において燃料を含むガスが燃焼室側から吹き返した場合に、燃料を含むガスが、隣接する他の吸気通路に流入するためには、仕切壁部の上流側端部まで遠回りする（迂回する）ことが必要になる。このため、所定の吸気通路から隣接する他の吸気通路に燃料を含むガスが流入するのを抑制することができる。また、所定の吸気通路から隣接する他の吸気通路に燃料を含むガスが流入可能となる位置の直前に、仕切壁部によって燃料を含むガスを溜める（留める）ことが可能な空間（吸気通路の並び方向において仕切壁部に隣接する空間）を確保することができる。この点からも、所定の吸気通路から隣接する他の吸気通路に燃料を含むガスが流入するのを抑制することができる。以上の結果、各気筒に供給される燃料の量が不均一になるのを抑制することができる。

上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、仕切壁部は、サージタンクの内壁面のうち、吸気流れ方向および複数の吸気通路の並び方向に直交する一方の内壁面から他方の内壁面にわたって延びるように設けられている。

このように構成すれば、仕切壁部によって、互いに隣接する吸気通路の間をより確実に仕切ることができるので、所定の吸気通路から隣接する他の吸気通路に燃料を含むガスが流入するのをより効果的に抑制することができる。

上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、仕切壁部は、サージタンクの内側に配置された板状の仕切板部を有する。

このように構成すれば、板状の仕切板部という簡易な構成により、所定の吸気通路から隣接する他の吸気通路に燃料を含むガスが流入するのを抑制することができる。

上記一の局面による内燃機関において、好ましくは、サージタンクと吸気通路とを接続するように、サージタンクと吸気通路との間の仕切壁部に隣接する位置に設けられ、吸気通路よりも大きな流路断面積を有する拡大通路部をさらに備える。

このように構成すれば、拡大通路部に、より多くの燃料を含むガスを溜める（留める）ことができるので、所定の吸気通路から隣接する他の吸気通路に燃料を含むガスが流入するのをより効果的に抑制することができる。

上記一の局面による内燃機関において、上記所定の長さをＬ［ｍ］とし、所定の吸気温度における音速をａ［ｍ／ｓ］とし、インテークバルブの作動角をθ［ＣＡｄｅｇ］とし、内燃機関の最高回転数をＮ［ｒｐｍ］とし、吸気通路の断面積をＳ［ｍ＾２］とし、１気筒当たりの内燃機関の燃焼室の容積をＶ［ｍ＾３］とした場合に、所定の長さＬは、以下の式を満たす。
Ｌ＜（Ｓ／Ｖ）×（ａθ／１２πＮ）＾２

このように構成すれば、慣性過給効果によって、過給機による過給が妨げられることを効果的に抑制することができる。

上記一の局面による内燃機関において、以下のような構成も考えられる。

（付記項１）
上記拡大通路部を備える内燃機関において、拡大通路部の流路断面積は、吸気通路の流路断面積の１．５倍以上である。

このように構成すれば、拡大通路部の所定以上の体積を確保することができるので、拡大通路部に一層多くの燃料を含むガスを溜める（留める）ことができる。所定の吸気通路から隣接する他の吸気通路に燃料を含むガスが流入するのを一層抑制することができる。

（付記項２）
上記拡大通路部を備える内燃機関において、拡大通路部は、吸気通路に対して、複数の吸気通路の並び方向の両側に拡大するように構成されている。

このように構成すれば、拡大通路部が、吸気通路に対して、複数の吸気通路の並び方向の片側のみに拡大するように構成されている場合と比較して、拡大通路部の流路断面積の拡大度合いをより大きくすることができる。

（付記項３）
上記拡大通路部を備える内燃機関において、仕切壁部は、断面がＵ字形状となるように形成されている。

このように構成すれば、複数の吸気通路の並び方向において、仕切壁部の肉厚を維持しながら仕切壁部の幅を容易に調整することができる。

第１実施形態によるエンジンの概略的な構成を示した斜視図である。 第１実施形態によるエンジンの吸気装置を示した断面図である。 第１実施形態によるエンジンの吸気装置を示した斜視図である。 第２実施形態によるエンジンの吸気装置を示した断面図である。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１〜図３を参照して、第１実施形態によるエンジン１００（特許請求の範囲の「内燃機関」の一例）の構成について説明する。

（エンジンの構成）
図１に示すように、エンジン１００は、エンジン本体１と、過給機２と、第１インジェクタ３と、第２インジェクタ４と、吸気装置５（吸気マニホールド）とを備えている。

エンジン本体１は、直列多気筒（３気筒）型の構造を有している。エンジン本体１は、各々が上下方向に延びるとともに、所定方向（後述するＢ方向）に並ぶ複数の気筒１ａ（図１ではＢ方向の一端にある１つの気筒１ａのみを図示）を有している。エンジン本体１は、複数の気筒１ａ内でピストン１ｂがそれぞれ往復動されることにより、吸入・圧縮・膨張（燃焼）・排気の１サイクルを連続的に繰り返してクランク軸（図示せず）を回転させるように構成されている。

吸気装置５は、サージタンク５１と、複数（３つ）の気筒１ａの各々に吸気を供給する複数（３つ）の吸気通路５２とを含んでいる。複数の吸気通路５２は、複数の気筒１ａの並び方向と同じ方向に並んで配置されている。ここで、複数の吸気装置５の並び方向を、Ｂ方向とする。また、吸気装置５の吸気通路５２の吸気流れ方向をＡ方向とする。詳細には、サージタンク５１から吸気通路５２に吸気が導入される際の吸気の流れ方向をＡ方向とする。また、Ａ方向およびＢ方向に直交する方向をＣ方向とする。

過給機２は、吸気通路５２の上流に配置されるコンプレッサホイール２１と、排気マニホールドの下流に配置されるタービンホイール２２と、コンプレッサホイール２１およびタービンホイール２２を接続するシャフト２３とを有している。過給機２は、コンプレッサホイール２１により吸い込んだ吸気を圧縮空気として気筒１ａに供給するように構成されている。したがって、過給機２は、同一排気量の無過給エンジンに比べて気筒１ａに多量の空気が供給されて充填効率が高められる分、エンジン出力が増加することが可能である。

過給機２と吸気装置５との間には、インタークーラ６ａおよびスロットル６ｂが上流側から順に設けられており、吸気を送る単一の通路６ｃが吸気装置５に上流側から接続されている。

第１インジェクタ３は、エンジン本体１に設けられており、吸気ポート１ｃの内側に燃料を噴射するように構成されている。第２インジェクタ４は、エンジン本体１に設けられており、気筒１ａの内側に燃料を直接噴射するように構成されている。

（吸気装置の構成）
図２および図３に示すように、吸気装置５は、上記の通り、サージタンク５１と、サージタンク５１からの吸気を複数の気筒１ａの各々に導入するための複数の吸気通路５２とを含んでいる。さらに、吸気装置５は、仕切壁部５３と、サージタンク５１に吸気を導入する単一の導入通路５４とを含んでいる。なお、仕切壁部５３は、サージタンク５１の内側に配置されている。

複数の吸気通路５２および導入通路５４は、Ａ方向において、それぞれ、サージタンク５１の一方側および他方側に配置されている。すなわち、複数の吸気通路５２と導入通路５４とは、サージタンク５１をＡ方向の両側から挟み込むように配置されている。

仕切壁部５３は、Ｂ方向を厚み方向とする板状（薄肉状）の仕切板部により形成されている。仕切壁部５３は、サージタンク５１の内側に配置されている。仕切壁部５３は、複数（３つ）の吸気通路５２の互いに隣接する上流側端部５２ａの間に設けられている。すなわち、仕切壁部５３は、吸気通路５２よりも１つだけ少ない数（２つ）だけ設けられている。仕切壁部５３は、サージタンク５１の内側に向けて延びている。すなわち、仕切壁部５３は、概して、下流側から上流側に向けて延びている。なお、複数（２つ）の仕切壁部５３のＡ方向の高さは、互いに等しい。

仕切壁部５３は、サージタンク５１の内壁面のうち、吸気流れ方向（Ａ方向）および複数の吸気通路５２の並び方向（Ｂ方向）に直交する一方の内壁面５５ａから他方の内壁面５５ｂにわたって延びるように設けられている。

したがって、吸気通路５２に接続されるサージタンク５１内の最下流位置（すなわち、仕切壁部５３のＢ方向の両側に隣接する領域）には、仕切壁部５３によって、吸気通路５２の流路断面積Ｓよりも拡大された拡大通路部５６が形成されている。すなわち、拡大通路部５６の流路断面積Ｓ１（Ａ方向に直交する断面積）は、Ｓよりも大きい（Ｓ１＞Ｓ）。また、拡大通路部５６は、吸気通路５２に対して、複数の吸気通路５２の並び方向（Ｂ方向）の両側に拡大するように構成されている。

拡大通路部５６は、インテークバルブＩＶが開かれている場合などにおいて、下流側（燃焼室ＣＯ側）から燃料および吸気の混合ガスが逆流した（吹き返した）場合に、サージタンク５１の手前で逆流してきた混合ガスを一時的に溜めて（留めて）おくことが可能に構成されている。これにより、拡大通路部５６は、逆流してきた混合ガスがサージタンク５１に到達するのを抑制することができる。したがって、拡大通路部５６は、サージタンク５１を介して、所定の吸気通路５２から他の吸気通路５２に逆流してきた混合ガス流れ込むのを抑制することができる。

ここで、吸気流れ方向における吸気通路５２の上流側端部５２ａと気筒１ａとの間の通路長さＬ（吸気流れ方向における吸気ポート１ｃの長さと吸気通路５２の長さとの和）は、過給機２の効果を十分に発揮するために、慣性過給効果の発生を抑える所定の長さに設定されている。

要するに、通路長さＬは、慣性過給効果によって、過給機２による過給が妨げられることがないように、比較的短い長さに設定されている。すなわち、通路長さＬは、慣性過給適合回転数がエンジン１００の最高回転数（カタログ値）以上になるように設定されている。

具体的には、所定の吸気温度における音速をａ［ｍ／ｓ］とし、吸気通路５２の断面積をＳ［ｍ＾２］とし、シリンダ容積（１気筒当たりの燃焼室ＣＯの容積）をＶ［ｍ＾３］とし、エンジン１００の最高回転数をＮ［ｒｐｍ］とし、インテークバルブＩＶの作動角をθ［ＣＡｄｅｇ］とした場合に、通路長さＬは、Ｌ＜（Ｓ／Ｖ）×（ａθ／１２πＮ）＾２という式を満たすように設定されている。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、サージタンク５１の内側に向けて延びる仕切壁部５３を設けることによって、所定の吸気通路５２において燃料を含むガスが燃焼室ＣＯ側から吹き返した場合に、燃料を含むガスが、隣接する他の吸気通路５２に流入するためには、仕切壁部５３の上流側端部まで遠回りする（迂回する）ことが必要になる。このため、所定の吸気通路５２から隣接する他の吸気通路５２に燃料を含むガスが流入するのを抑制することができる。また、所定の吸気通路５２から隣接する他の吸気通路５２に燃料を含むガスが流入可能となる位置の直前に、仕切壁部５３によって燃料を含むガスを溜める（留める）ことが可能な空間（吸気通路５２の並び方向において仕切壁部５３に隣接する空間）を確保することができる。この点からも、所定の吸気通路５２から隣接する他の吸気通路５２に燃料を含むガスが流入するのを抑制することができる。以上の結果、各気筒１ａに供給される燃料の量が不均一になるのを抑制することができる。

第１実施形態では、上記のように、仕切壁部５３は、サージタンク５１の内壁面のうち、吸気流れ方向および複数の吸気通路５２の並び方向に直交する一方の内壁面５５ａから他方の内壁面５５ｂにわたって延びるように設けられている。これにより、仕切壁部５３によって、互いに隣接する吸気通路５２の間をより確実に仕切ることができるので、所定の吸気通路５２から隣接する他の吸気通路５２に燃料を含むガスが流入するのをより効果的に抑制することができる。

第１実施形態では、上記のように、仕切壁部５３は、サージタンク５１の内側に配置された板状の仕切板部を有する。これにより、板状の仕切板部という簡易な構成により、所定の吸気通路５２から隣接する他の吸気通路５２に燃料を含むガスが流入するのを抑制することができる。

第１実施形態では、上記のように、慣性過給効果の発生を抑える所定の長さをＬ［ｍ］とし、所定の吸気温度における音速をａ［ｍ／ｓ］とし、インテークバルブＩＶの作動角をθ［ＣＡｄｅｇ］とし、エンジン１００の最高回転数をＮ［ｒｐｍ］とし、吸気通路５２の断面積をＳ［ｍ＾２］とし、１気筒当たりのエンジン１００の燃焼室ＣＯの容積をＶ［ｍ＾３］とした場合に、所定の長さＬは、以下の式を満たす。
Ｌ＜（Ｓ／Ｖ）×（ａθ／１２πＮ）＾２

これにより、慣性過給効果によって、過給機２による過給が妨げられることを効果的に抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、図４を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、サージタンク５１の内側に仕切壁部５３を配置した上記第１実施形態とは異なり、サージタンク５１よりも下流側に仕切壁部２５３を配置する例について説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成は、第１実施形態と同じ符号を付して図示するとともに説明を省略する。

図４に示すように、第２実施形態のエンジン２００（特許請求の範囲の「内燃機関」の一例）は、吸気装置２０５を備えている。吸気装置２０５は、仕切壁部２５３と、拡大通路部２５６とを含んでいる。

拡大通路部２５６は、サージタンク５１と吸気通路５２とを接続するように、サージタンク５１と吸気通路５２との間の仕切壁部２５３に隣接する位置に設けられている。拡大通路部２５６は、吸気通路５２よりも大きな流路断面積Ｓ２を有している（Ｓ２＞Ｓ）。仕切壁部２５３は、互いに隣接する拡大通路部２５６同士の間に配置されている。また、仕切壁部２５３は、吸気流れ方向（Ａ方向）において、サージタンク５１と吸気通路５２との間に配置されている。仕切壁部２５３は、Ｃ方向に直交する断面がＵ字形状となるように形成されている。なお、拡大通路部２５６は、吸気通路５２に対して、複数の吸気通路５２の並び方向（Ｂ方向）の両側に拡大するように構成されている。

なお、拡大通路部２５６の流路断面積Ｓ２は、吸気通路５２の流路断面積Ｓの１．５倍以上である（Ｓ２≧１．５×Ｓ）。また、拡大通路部２５６の流路断面の形状は、円形状および矩形状など、いかなる形状であってもよい。

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、サージタンク５１と吸気通路５２とを接続するように、サージタンク５１と吸気通路５２との間の仕切壁部２５３に隣接する位置に設けられ、吸気通路５２よりも大きな流路断面積を有する拡大通路部２５６をさらに備える。これにより、拡大通路部２５６に、より多くの燃料を含むガスを溜める（留める）ことができるので、所定の吸気通路５２から隣接する他の吸気通路５２に燃料を含むガスが流入するのをより効果的に抑制することができる。

第２実施形態では、上記のように、拡大通路部２５６の流路断面積は、吸気通路５２の流路断面積の１．５倍以上である。これにより、拡大通路部２５６の所定以上の体積を確保することができるので、拡大通路部２５６に一層多くの燃料を含むガスを溜める（留める）ことができる。所定の吸気通路５２から隣接する他の吸気通路５２に燃料を含むガスが流入するのを一層抑制することができる。

第２実施形態では、上記のように、拡大通路部２５６は、吸気通路に対して、複数の吸気通路の並び方向の両側に拡大するように構成されている。これにより、拡大通路部２５６が、吸気通路に対して、複数の吸気通路の並び方向の片側のみに拡大するように構成されている場合と比較して、拡大通路部２５６の流路断面積の拡大度合いをより大きくすることができる。

第２実施形態では、上記のように、仕切壁部２５３は、断面がＵ字形状となるように形成されている。これにより、複数の吸気通路の並び方向において、仕切壁部２５３の肉厚を維持しながら仕切壁部２５３の幅を容易に調整することができる。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、複数の吸気通路と導入通路とを、サージタンクを両側から挟み込むように配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、複数の吸気通路と導入通路とを、互いに直交するように配置してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、複数の仕切壁部の高さを互いに等しくした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、複数の仕切壁部の高さを互いに異ならせてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、吸気装置が３つの吸気通路を備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、吸気装置が２つまたは４つ以上の吸気通路を備えていてもよい。

また、上記第１実施形態では、仕切壁部を板状に形成し、第２実施形態では、仕切壁部を断面形状がＵ字状になるように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、仕切壁部を断面形状が三角形状になるように形成してもよい。

１ｃ 吸気ポート
３ 第１インジェクタ
４ 第２インジェクタ
５ 吸気装置
６ 過給機
５１ サージタンク
５２ 吸気通路
５２ａ 上流側端部
５３、２５３ 仕切壁部
５５ａ （一方の）内壁面
５５ｂ （他方の）内壁面
１００、２００ エンジン（内燃機関）
２５６ 拡大通路部
ＣＯ 燃焼室
ＩＶ インテークバルブ

Claims (5)

1. サージタンクと、前記サージタンクからの吸気を、複数の気筒の各々に導入するための複数の吸気通路と、前記複数の吸気通路の互いに隣接する上流側端部の間に設けられ、前記サージタンクの内側に向けて延びる仕切壁部とを含む吸気装置と、
   過給機と、
   吸気ポートの内側に燃料を噴射する第１インジェクタ、および、前記気筒の内側に燃料を直接噴射する第２インジェクタとを備え、
   吸気流れ方向における前記吸気通路の上流側端部と前記気筒との間の通路長さは、慣性過給効果の発生を抑える所定の長さに設定されている、内燃機関。
2. 前記仕切壁部は、前記サージタンクの内壁面のうち、吸気流れ方向および前記複数の吸気通路の並び方向に直交する一方の内壁面から他方の内壁面にわたって延びるように設けられている、請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記仕切壁部は、前記サージタンクの内側に配置された板状の仕切板部を有する、請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記サージタンクと前記吸気通路とを接続するように、前記サージタンクと前記吸気通路との間の前記仕切壁部に隣接する位置に設けられ、前記吸気通路よりも大きな流路断面積を有する拡大通路部をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の内燃機関。
5. 前記所定の長さをＬ［ｍ］とし、所定の吸気温度における音速をａ［ｍ／ｓ］とし、インテークバルブの作動角をθ［ＣＡｄｅｇ］とし、前記内燃機関の最高回転数をＮ［ｒｐｍ］とし、前記吸気通路の断面積をＳ［ｍ＾２］とし、１気筒当たりの前記内燃機関の燃焼室の容積をＶ［ｍ＾３］とした場合に、前記所定の長さＬは、以下の式を満たす、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
   Ｌ＜（Ｓ／Ｖ）×（ａθ／１２πＮ）＾２

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