JP6086042B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンの吸気装置に係わり、特に、エンジンの複数のシリンダ内に吸気を導入する吸気装置に関する。
従来より、エンジンのシリンダ内に吸気を導入する吸気流路の途中に、複数のシリンダへの吸気の供給量や供給圧を均等化するためのチャンバを設けた吸気装置が知られている。
このチャンバに流入する吸気には、ブローバイガスやEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)ガスが還流されているので、これらのガスに含まれる水分や油分がチャンバ内において凝縮し、チャンバの下部に溜まることがある。このようにチャンバの下部に溜まった水分や油分を放置すると、氷結や吸気流路の閉塞等の問題が生じる。従って、これらの水分や油分をチャンバから吸い出し、吸気と共にエンジンのシリンダ内に導入する必要がある。
そこで、チャンバの下部に溜まった水分や油分をエンジンのシリンダ内に吸引させるようにした吸気装置が用いられている。
例えば、特許文献1には、サージタンク(チャンバ)の下部の水やオイルをエンジンに吸わせるようにしたインテークマニホールドが開示されている。この特許文献1のインテークマニホールドは、サージタンクと、このサージタンクに連結されエンジンの複数のシリンダの各々に吸気を導く複数の吸気ブランチと、サージタンクと各吸気ブランチとを連通する複数の連通管とを有している。サージタンクの下部の水やオイルは、サージタンクと各吸気ブランチとの間の差圧により、この連通管を介して各吸気ブランチに吸い上げられ、エンジンに吸引される。
また、特許文献2には、特許文献1と同様のインテークマニホールドにおいて、スロットルバルブの吸気流れ上流側と吸気ブランチとを連通する連通管と、サージタンクの下部と連通管とを連通する排出管とを設けたインテークマニホールドが開示されている。この特許文献2のインテークマニホールドにおいては、サージタンクの下部の水やオイルは、排出管を介して連通管の内部に押し込まれ、スロットルバルブの吸気流れ上流側と吸気流れ下流側との間に生じる差圧により、連通管内部の水やオイルが吸気ブランチに圧送されるようになっている。
特開2011−185147号公報 特開2012−87773号公報
しかしながら、上述した特許文献1のインテークマニホールドでは、サージタンクと各吸気ブランチとの間の差圧が十分ではないことにより、水分や油分をサージタンクから確実に吸い上げることができないという問題が生じる。また、水分や油分をサージタンクから吸い上げるための連通管が、各吸気ブランチ毎に設けられているので、インテークマニホールドの構造が複雑になっている。
また、上述した特許文献2のインテークマニホールドにおいて、スロットルバルブの吸気流れ上流側と吸気流れ下流側との間に生じる差圧が十分ではないことにより、連通管内部の水やオイルを確実に吸気ブランチに圧送できないという問題が生じる。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成により、チャンバの下部に溜まった水分や油分を確実に吸い出してエンジンのシリンダ内に導入することができる、エンジンの吸気装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明のエンジンの吸気装置は、エンジンの複数のシリンダ内に吸気を導入する吸気装置であって、吸気が流入する流入口が形成され、この流入口からその流路断面積が拡大するように形成されたチャンバと、チャンバの流入口の上流側に設けられたスロットルバルブと、チャンバから上方に延びるように設けられ、チャンバからその流路断面積が減少するように形成された絞り吸気通路と、絞り吸気通路の出口とエンジンの複数のシリンダとを連通させ、絞り吸気通路からその流路断面積が拡大するように形成された拡大吸気通路と、チャンバの下部と絞り吸気通路の下流部とを連通させる吸出し通路と、を有し、吸出し通路は、スロットルバルブの上流側と絞り吸気通路の下流部とを連通させるスロットル連通通路と、チャンバの下部とスロットル連通通路の中間部とを連通させるチャンバ連通通路とを備え、スロットル連通通路は、このスロットル連通通路とチャンバ連通通路との接続部よりもスロットルバルブ側において、接続部に向かってその流路断面積が減少する絞り部を備えていることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、エンジンの運転中、吸気がチャンバから絞り吸気通路に流入すると、流路断面積の減少に応じて吸気の流速が上昇すると共に圧力が低下し、チャンバの下部と絞り吸気通路の下流部との間に差圧が生じるが、吸出し通路が、この差圧が生じるチャンバの下部と絞り吸気通路の下流部とを連通させているので、チャンバの下部と絞り吸気通路の下流部との間に生じた差圧により、チャンバの下部に溜まった水分や油分を、この吸出し通路を介してチャンバから確実に吸い上げることができる。
更に、スロットル連通通路は、エンジンの運転中に差圧が生じるスロットルバルブの上流側と絞り吸気通路の下流部とを連通させているので、スロットルバルブに流入する吸気の一部は、スロットル連通通路に流れ込み、このスロットル連通通路の絞り部を通過することにより圧力が低下する。これにより、チャンバの下部とスロットル連通通路の中間部との間に差圧が生じるが、チャンバ連通通路は、この差圧が生じるチャンバの下部とスロットル連通通路の中間部とを連通させているので、チャンバの下部と絞り吸気通路の下流部との間の差圧に加えて、スロットル連通通路の中間部とチャンバの下部との間に生じた差圧により、チャンバの下部に溜まった水分や油分を、チャンバ連通通路及びスロットル連通通路を介してチャンバから確実に吸い上げることができる。
また、本発明において、好ましくは、スロットル連通通路の一部及びチャンバ連通通路は、チャンバの外面に密着した管状の部材である。
このように構成された本発明においては、スロットル連通通路の一部及びチャンバ連通通路は、チャンバの外面に密着しているので、チャンバの内部に流入した吸気から効率的に熱を吸収することができ、これにより、冷間始動時においてスロットル連通通路やチャンバ連通通路の内部の水分が凍結している場合においても、その氷を用意に融解させることができる。また、管状の部材をチャンバの外面に密着させるという簡易な構成によりスロットル連通通路の一部及びチャンバ連通通路を形成することができる。
また、本発明において、好ましくは、スロットル連通通路は、チャンバの外面に密着した管状の部材とスロットルバルブの上流側とを接続するホースを備える。
このように構成された本発明においては、スロットルバルブの上流側とチャンバの外面に密着したスロットル連通通路の一部とは、ホースにより接続されるので、スロットルバルブの上流側とチャンバとが離れている場合においても、スロットルバルブの上流側とスロットル連通通路の一部とを容易に接続することができる。
また、本発明において、好ましくは、吸気装置は、還流された排気を含む吸気を過給する過給機を備えたエンジンの複数のシリンダ内に、過給機により過給された吸気を導入するものであって、チャンバは、過給機の下流側に設けられている。
このように構成された本発明においては、チャンバには、水分を多く含む排気が導入された後に過給機により圧縮された吸気が流入するが、この吸気に含まれる水分がチャンバ内において凝縮した場合、その凝縮水を吸出し通路を介して確実にチャンバから吸い上げてエンジンの各シリンダ内に導入することができる。
また、本発明において、好ましくは、吸気装置は、吸気を冷却するインタークーラを備えたエンジンの複数のシリンダ内に、インタークーラにより冷却された吸気を導入するものであって、チャンバは、インタークーラを収容する。
このように構成された本発明においては、チャンバは、吸気を冷却するインタークーラを収容しているので、チャンバに流入した吸気がインタークーラにより冷却され、この吸気に含まれる水分がチャンバ内において凝縮するが、その凝縮水を吸出し通路を介して確実にチャンバから吸い上げてエンジンの各シリンダ内に導入することができる。
本発明によれば、簡単な構成により、チャンバの下部に溜まった水分や油分を確実に吸い出してエンジンのシリンダ内に導入することができる。
本発明の実施形態による吸気装置が適用されたエンジンの吸排気系の構成を示す概略構成図である。 本発明の実施形態による吸気装置を吸気ポートの反対側斜め上方から見た斜視図である。 本発明の実施形態による吸気装置を吸気ポート側から見た正面図である。 図3に示した吸気装置のIV−IV矢視図ある。 図3に示した吸気装置のV−V矢視図である。 本発明の実施形態による吸出し通路のアスピレータの断面図である。 本発明の実施形態による吸出し通路の導入管の断面図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態によるエンジンの吸気装置を説明する。
まず、図1により、本発明の実施形態による吸気装置が適用されたエンジンの吸排気系の構成を説明する。図1は、本発明の実施形態による吸気装置が適用されたエンジンの吸排気系の構成を示す概略構成図である。本実施形態では、本発明による吸気装置が4シリンダのディーゼルエンジンに適用された場合について説明する。
図1に示すように、符号1はエンジンを示し、このエンジン1は、燃料と吸気との混合気を燃焼させて動力を取り出すシリンダ2を備えたエンジン本体4と、吸気をシリンダ2に導入する吸気路6と、シリンダ2において発生した排気を大気中に排出する排気路8とを有している。
まず、吸気路6は、外気を導入して塵や埃を除去するエアクリーナ10を備えている。このエアクリーナ10の下流側には、吸気管12を介して、吸気を過給する過給機14のコンプレッサ14aが連結されている。さらに、過給機14のコンプレッサ14aの下流側には、吸気管16を介して吸気装置18が連結されている。この吸気装置18の内部には、吸気装置18に流入した吸気を冷却するインタークーラ20が収容されている。このインタークーラ20には、冷却配管22を介してウォータポンプ24が連結されており、このウォータポンプ24からインタークーラ20に冷却水が供給される。インタークーラ20の内部には、ウォーターポンプから供給された冷却水が循環しており、この冷却水と吸気との温度差により、吸気が冷却される。吸気装置18の下流側は、エンジン本体4に設けられた吸気ポート26に連結され、この吸気ポート26を介して、吸気がシリンダ2内に導入される。
次に、排気路8は、エンジン本体4に設けられた排気ポート28に連結された排気管30を備えており、排気はシリンダ2から排気ポート28を介して排気管30に導入される。この排気管30の下流側には、排気の内部エネルギーを利用して過給機14のコンプレッサ14aを駆動するタービン14bが連結されている。さらに、過給機14のタービン14bの下流側には、排気管32を介して、排気中のCOやHCを除去する酸化触媒34及び排気中の粒子状物質を除去するDPF36(Diesel Particulate Filter)が連結されている。DPF36の下流側には排気管38を介してサイレンサ40が連結されており、このサイレンサ40の出口は、大気中に向かって開放されている。
また、エンジン1は、シリンダ2から排出された直後の高圧の排気を吸気路6に還流させる高圧EGR装置42と、酸化触媒34及びDPF36を通過した後の低圧の排気を吸気路6に還流させる低圧EGR装置44とを有している。
高圧EGR装置42は、排気ポート28と過給機14のタービン14bとを連結する排気管30の中間部と、吸気装置18の下流部とを接続する高圧EGR配管46を備えている。この高圧EGR配管46の中間部には、この高圧EGR配管46を流れる高圧EGRガスを冷却する高圧EGRクーラ48が設けられている。また、高圧EGR配管46の下流部には、高圧EGRガスの流量調整を行うための高圧EGRバルブ50が設けられている。
低圧EGR装置44は、DPF36とサイレンサ40とを連結する排気管38の中間部と、エアクリーナ10と過給機14のコンプレッサ14aとを連結する吸気管12の中間部とを接続する低圧EGR配管52を備えている。この低圧EGR配管52の中間部には、この低圧EGR配管52を流れる低圧EGRガスを冷却する低圧EGRクーラ54が設けられている。また、低圧EGR配管52の下流部には、低圧EGRガスの流量調整を行うための低圧EGRバルブ56が設けられている。
次に、図1乃至図3により、本発明の実施形態による吸気装置18の構成を説明する。図2は、本発明の実施形態による吸気装置18を吸気ポート26の反対側斜め上方から見た斜視図であり、図3は、本発明の実施形態による吸気装置18を吸気ポート26側から見た正面図である。これらの図2及び図3における上下方向は、使用状態における吸気装置18の上下方向に対応している。
まず、図1及び図2に示すように、吸気装置18は、過給機14の下流側の吸気管16に連結された箱状の樹脂製チャンバ58を備えている。このチャンバ58の側壁面には、吸気管16が接続される流入口60が形成されており、チャンバ58は、この流入口60から流路断面積が拡大するように形成されている。この流入口60を介して吸気管16からチャンバ58内に吸気が流入する。
また、チャンバ58の流入口60に接続された吸気管16には、吸気の流量調整を行うスロットルバルブ62が設けられている。
また、吸気装置18は、チャンバ58から上方に延びるように設けられた絞り吸気通路64を備えている。この絞り吸気通路64は、チャンバ58の上部壁面に形成された流出口66に接続されており、チャンバ58から流路断面積が減少するように形成されている。この流出口66を介してチャンバ58から絞り吸気通路64に吸気が流入する。また、絞り吸気通路64の中間部には、高圧EGR配管46が接続される排気流入口68が形成されており、この排気流入口68を介して高圧EGRガスが絞り吸気通路64内に導入される。
さらに、絞り吸気通路64の出口と複数のシリンダ2の吸気ポート26とを連通させる拡大吸気通路70が、絞り吸気通路64の下流側に設けられている。この拡大吸気通路70は、絞り吸気通路64の上端(下流側端)に接続され、この絞り吸気通路64から流路断面積が拡大するように形成されている。本実施形態では、拡大吸気通路70は、絞り吸気通路64の上端(下流側端)から流路断面積が水平方向に拡大するように形成されている。本実施形態による吸気装置18が適用されたエンジン1は、4本のシリンダ2を有し、各シリンダ2に2つずつ吸気ポート26が設けられている。従って、図3に示すように、拡大吸気通路70には、各吸気ポート26に接続される8つの接続口72が形成されている。
また、図1及び図3に示すように、吸気装置18は、チャンバ58の下部と絞り吸気通路64の下流部とを連通させ、チャンバ58の下部に溜まった水分や油分を吸い上げる吸出し通路74を備えている。この吸出し通路74は、スロットルバルブ62の上流側と絞り吸気通路64の下流部とを連通させるスロットル連通通路76と、チャンバ58の下部とスロットル連通通路76の中間部とを連通させるチャンバ連通通路78とを備えている。
次に、図3乃至図7により、本発明の実施形態による吸気装置18の吸出し通路74について説明する。図4は、図3に示した吸気装置18のIV−IV矢視図であり、図5は、図3に示した吸気装置18のV−V矢視図であり、図6は、本発明の実施形態による吸出し通路74のアスピレータの断面図であり、図7は、本発明の実施形態による吸出し通路74の導入管を上方から見た断面図である。
まず、図3及び図4に示すように、チャンバ連通通路78は、チャンバ58の下部から上方に延びるように、チャンバ58の吸気ポート26側の外面に沿って設けられている。このチャンバ連通通路78は、樹脂製の管状部材80をチャンバ58の外面に溶着することにより形成される。この管状部材80の下端は密閉され、上端はスロットル連通通路76に接続されている。チャンバ連通通路78の下端部において、チャンバ58の壁面に貫通孔82が形成されており、これにより、チャンバ連通通路78の内部とチャンバ58の内部とが連通している。
スロットル連通通路76は、スロットルバルブ62の上流側から絞り吸気通路64の下流部の下面までほぼ水平方向に延びるように設けられている。このスロットル連通通路76は、スロットルバルブ62の上流側において吸気管16から吸気を導入する導入管84と、この導入管84に接続された耐酸性ゴム製のホース86と、ホース86及びチャンバ連通通路78が接続されるT字形のアスピレータ88と、このアスピレータ88と絞り吸気通路64の下流部とを連通させるようにチャンバ58の壁内に形成された壁内通路90とを備えている。
図4及び図5に示すように、壁内通路90と絞り吸気通路64の下流部との接続部92は、絞り吸気通路64の下流側端の底面から絞り吸気通路64内に***しており、この***した接続部92の側面において、拡大吸気通路70が複数の各吸気ポート26に向かって拡大する方向(図5においては左右方向)に向かって、2つの開口94が形成されている。この開口94を介して、壁内通路90と絞り吸気通路64とが連通している。
また、図4に示すように、高圧EGRガスが還流する排気流入口68が、絞り吸気通路64と吸出し通路74の壁内通路90との接続部92の上流側において、この絞り吸気通路64に形成されており、高圧EGRガスは、この排気流入口68から、絞り吸気通路64と壁内通路90との接続部92の上流位置に向かって流入するようになっている。
次に、図6に示すように、T字形のアスピレータ88は、ホース86が接続されるホース接続部96と、チャンバ連通通路78の上端が接続されるチャンバ連通通路接続部98と、壁内通路90に接続される壁内通路接続部100と、これらのホース接続部96、チャンバ連通通路接続部98及び壁内通路接続部100が接続されるT字分岐部102とを備えている。このアスピレータ88は、樹脂により一体成形されている。
ホース接続部96は、ホース86の内径とほぼ同じ外径を有する管である。また、チャンバ連通通路接続部98及び壁内通路接続部100は、チャンバ連通通路78と同様に、樹脂製の管状部材104をチャンバ58の外面に溶着することにより形成される。
また、ホース接続部96とT字分岐部102との間には、ホース接続部96から分岐部に向かって流路断面積が減少する絞り部106が形成されている。
次に、図7に示すように、導入管84は、スロットルバルブ62の上流側に設けられており、一方の端部は吸気管16の内側に突出し、他方の端部は吸気管16の外側に突出するように形成されている。吸気管16の内側に突出している導入管84の先端面は、吸気管16の上流側に向かって傾斜するように形成されており、吸気管16の内部を流れる吸気の一部がこの先端面の開口94から導入管84の内部に導入されるようになっている。また、吸気管16の外側に突出している導入管84の端部は、ホース86の内径とほぼ同じ外径を有しており、ホース86が接続されるようになっている。
次に、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。
上述した実施形態は、本発明による吸気装置18が4シリンダのディーゼルエンジンに適用された場合について説明したが、これとは異なるシリンダ数のディーゼルエンジンやガソリンエンジンについても、本発明による吸気装置18を適用することができる。
また、上述した実施形態においては、壁内通路90と絞り吸気通路64の下流部との接続部92の側面において、拡大吸気通路70が複数の各吸気ポート26に向かって拡大する方向に向かって、2つの開口94が形成されていると説明したが、3つ以上の開口94が形成されるようにしてもよい。
次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例によるエンジン1の吸気装置18の作用効果を説明する。
まず、エンジン1の運転中、吸気がチャンバ58から絞り吸気通路64に流入すると、流路断面積の減少に応じて吸気の流速が上昇すると共に圧力が低下し、チャンバ58の下部と絞り吸気通路64の下流部との間に差圧が生じるが、本実施形態においては、吸気装置18の吸出し通路74が、この差圧が生じるチャンバ58の下部と絞り吸気通路64の下流部とを連通させているので、チャンバ58の下部と絞り吸気通路64の下流部との間に生じた差圧により、チャンバ58の下部に溜まった水分や油分を、この吸出し通路74を介してチャンバ58から確実に吸い上げることができる。
更に、スロットル連通通路76は、エンジン1の運転中に差圧が生じるスロットルバルブ62の上流側と絞り吸気通路64の下流部とを連通させているので、スロットルバルブ62に流入する吸気の一部は、スロットル連通通路76に流れ込み、このスロットル連通通路76の絞り部106を通過することにより圧力が低下する。これにより、チャンバ58の下部とスロットル連通通路76の中間部との間に差圧が生じるが、チャンバ連通通路78は、この差圧が生じるチャンバ58の下部とスロットル連通通路76の中間部とを連通させているので、チャンバ58の下部と絞り吸気通路64の下流部との間の差圧に加えて、スロットル連通通路76の中間部とチャンバ58の下部との間に生じた差圧により、チャンバ58の下部に溜まった水分や油分を、チャンバ連通通路78及びスロットル連通通路76を介してチャンバ58から確実に吸い上げることができる。
また、本実施形態においては、スロットル連通通路76の一部及びチャンバ連通通路78は、チャンバ58の外面に密着しているので、チャンバ58の内部に流入した吸気から効率的に熱を吸収することができ、これにより、冷間始動時においてスロットル連通通路76やチャンバ連通通路78の内部の水分が凍結している場合においても、その氷を用意に融解させることができる。また、管状部材80、104をチャンバ58の外面に密着させるという簡易な構成によりスロットル連通通路76の一部及びチャンバ連通通路78を形成することができる。
また、本実施形態においては、スロットルバルブ62の上流側とチャンバ58の外面に密着したスロットル連通通路76の一部とは、ホース86により接続されるので、スロットルバルブ62の上流側とチャンバ58とが離れている場合においても、スロットルバルブ62の上流側とスロットル連通通路76の一部とを容易に接続することができる。
また、本実施形態においては、エアクリーナ10を介して吸気路6に導入された吸気には、まず、水分を多く含む低圧EGRガスが低圧EGR配管52から導入される。低圧EGRガスが導入された吸気は、過給機14のコンプレッサ14aにより圧縮された後にチャンバ58に流入する。即ち、チャンバ58には、水分を多く含む吸気が流入し、この吸気に含まれる水分がチャンバ58内において凝縮するが、その凝縮水を本実施形態の吸出し通路74を介して確実にチャンバ58から吸い上げてエンジン1の各シリンダ2内に導入することができる。
また、本実施形態において、チャンバ58は、吸気を冷却するインタークーラ20を収容しているので、チャンバ58に流入した吸気がインタークーラ20により冷却され、この吸気に含まれる水分がチャンバ58内において凝縮するが、その凝縮水を本実施形態の吸出し通路74を介して確実にチャンバ58から吸い上げてエンジン1の各シリンダ2内に導入することができる。
1 エンジン
2 シリンダ
4 エンジン本体
6 吸気路
8 排気路
14 過給機
18 吸気装置
20 インタークーラ
42 高圧EGR装置
44 低圧EGR装置
58 チャンバ
60 流入口
62 スロットルバルブ
64 絞り吸気通路
68 排気流入口
70 拡大吸気通路
72 接続口
74 吸出し通路
76 スロットル連通通路
78 チャンバ連通通路
80、104 管状部材
86 ホース
88 アスピレータ
90 壁内通路
92 接続部
94 開口
106 絞り部

Claims (5)

  1. エンジンの複数のシリンダ内に吸気を導入する吸気装置であって、
    吸気が流入する流入口が形成され、この流入口からその流路断面積が拡大するように形成されたチャンバと、
    上記チャンバの流入口の上流側に設けられたスロットルバルブと、
    上記チャンバから上方に延びるように設けられ、上記チャンバからその流路断面積が減少するように形成された絞り吸気通路と、
    上記絞り吸気通路の出口と上記エンジンの複数のシリンダとを連通させ、上記絞り吸気通路からその流路断面積が拡大するように形成された拡大吸気通路と、
    上記チャンバの下部と上記絞り吸気通路の下流部とを連通させる吸出し通路と、を有し、
    上記吸出し通路は、上記スロットルバルブの上流側と上記絞り吸気通路の下流部とを連通させるスロットル連通通路と、上記チャンバの下部と上記スロットル連通通路の中間部とを連通させるチャンバ連通通路とを備え、
    上記スロットル連通通路は、このスロットル連通通路と上記チャンバ連通通路との接続部よりも上記スロットルバルブ側において、上記接続部に向かってその流路断面積が減少する絞り部を備えていることを特徴とするエンジンの吸気装置。
  2. 上記スロットル連通通路の一部及び上記チャンバ連通通路は、上記チャンバの外面に密着した管状の部材である請求項1に記載のエンジンの吸気装置。
  3. 上記スロットル連通通路は、上記チャンバの外面に密着した管状の部材と上記スロットルバルブの上流側とを接続するホースを備える請求項2に記載のエンジンの吸気装置。
  4. 上記吸気装置は、還流された排気を含む吸気を過給する過給機を備えたエンジンの複数のシリンダ内に、上記過給機により過給された吸気を導入するものであって、
    上記チャンバは、上記過給機の下流側に設けられている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載のエンジンの吸気装置。
  5. 上記吸気装置は、吸気を冷却するインタークーラを備えたエンジンの複数のシリンダ内に、上記インタークーラにより冷却された吸気を導入するものであって、
    上記チャンバは、上記インタークーラを収容する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載のエンジンの吸気装置。
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