(57)【要約】【課題】エアクリーナにおいて、内部の異物が長期間に亘って排出されないことがある。【解決手段】吸気中の異物を取り除くエアクリーナ３０は、吸気通路１２におけるターボチャージャ２０のコンプレッサ２４よりも上流側に設けられている。エアバイパス通路１４は、吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも下流側から延びてエアクリーナ３０に接続されている。エアバイパス通路１４の途中には、吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも下流側の圧力がコンプレッサ２４よりも上流側の圧力よりも規定圧力以上高くなったときに開弁するエアバイパスバルブ２８が取り付けられている。エアクリーナ３０におけるフィルタ３２よりも上流側には、上流側空間Ｓ１とエアクリーナ３０の外部との連通状態を切り替える排出弁４０が設けられている。排出弁４０は、上流側空間Ｓ１の圧力がエアクリーナ３０の外部の圧力よりも高くなるのに応じて開弁する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャ付きの内燃機関に適用される吸気構造であって、
内燃機関の吸気通路における前記ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側に設けられ、吸気中の異物を取り除くエアクリーナと、
前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流側から延びて前記エアクリーナに接続されているエアバイパス通路と、
前記エアバイパス通路の途中に設けられ、前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流側の圧力が前記コンプレッサよりも上流側の圧力よりも規定圧力以上高くなったときに開弁するエアバイパスバルブとを備え、
前記エアクリーナの内部には、異物を捕集するフィルタが配置されているとともに、当該フィルタによって前記エアクリーナの内部空間が上流側空間と下流側空間とに仕切られており、
前記エアクリーナには、前記上流側空間と前記エアクリーナの外部との連通状態を切り替える排出弁が設けられており、
前記エアバイパス通路は、前記エアクリーナにおける前記フィルタよりも上流側に接続されており、
前記排出弁は、前記上流側空間の圧力が前記エアクリーナの外部の圧力よりも高くなるのに応じて開弁する
ことを特徴とする吸気構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の内燃機関は、気筒内へ吸気を導入するための吸気通路を備えている。吸気通路の途中には、吸気中の異物を取り除くエアクリーナが設けられている。エアクリーナの内部には、フィルタが取り付けられており、このフィルタによってエアクリーナの内部空間が上流側と下流側とに仕切られている。エアクリーナにおけるフィルタよりも上流側には、エアクリーナ内に溜まった異物をエアクリーナ外に排出するための排出扉が取り付けられている。
【０００３】
特許文献１の内燃機関においては、エアクリーナの内部空間のうちフィルタよりも上流側に多くの異物が貯まると、吸気がフィルタを通りにくくなり、フィルタよりも下流側の圧力が低下する。特許文献１の内燃機関において排出扉は、エアクリーナの内部空間のうちフィルタよりも下流側の圧力が相応に低くなったときに開くように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−０１４２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の内燃機関においては、エアクリーナの内部空間のうちフィルタよりも上流側に多くの異物が貯まり、それによりフィルタよりも下流側の圧力が低くならなければ、排出扉が開かれない。すなわち、特許文献１の内燃機関においては、エアクリーナの内部空間に貯まっている異物がそれほど多くない場合には、長期間に亘って異物が排出されない。そのため、エアクリーナの内部空間に貯まっている異物が少なくても、定期的にエアクリーナ内の異物を排出できる構造が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明は、ターボチャージャ付きの内燃機関に適用される吸気構造であって、内燃機関の吸気通路における前記ターボチャージャのコンプレッサよりも上流側に設けられ、吸気中の異物を取り除くエアクリーナと、前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流側から延びて前記エアクリーナに接続されているエアバイパス通路と、前記エアバイパス通路の途中に設けられ、前記吸気通路における前記コンプレッサよりも下流側の圧力が前記コンプレッサよりも上流側の圧力よりも規定圧力以上高くなったときに開弁するエアバイパスバルブとを備え、前記エアクリーナの内部には、異物を捕集するフィルタが配置されているとともに、当該フィルタによって前記エアクリーナの内部空間が上流側空間と下流側空間とに仕切られており、前記エアクリーナには、前記上流側空間と前記エアクリーナの外部との連通状態を切り替える排出弁が設けられており、前記エアバイパス通路は、前記エアクリーナにおける前記フィルタよりも上流側に接続されており、前記排出弁は、前記上流側空間の圧力が前記エアクリーナの外部の圧力よりも高くなるのに応じて開弁する。
【０００７】
上記の構成によれば、エアバイパスバルブが開弁すると比較的に高圧の吸気がエアクリーナの上流側空間に流入する。すると、上流側空間の圧力が高くなって排出弁が開弁する。その結果、排出弁を介してエアクリーナの上流側空間に貯まった異物を排出できる。そして、エアバイパスバルブが開弁し得る状況は、気筒内に供給される吸気の量が低下するような状況であり、比較的に頻繁に生じる。したがって、長期間に亘ってエアクリーナ内の異物を排出できないといった事態は生じにくく、定期的にエアクリーナ内の異物を排出できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】吸気構造の概略図。
【図２】エアクリーナ及びその周辺構造の断面図。
【図３】エアクリーナにおける排出口近傍の平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、吸気構造の一実施形態を図面に従って説明する。なお、以下の説明で「上流側」及び「下流側」というときは、吸気や排気方向における上流側及び下流側を示すものとする。また、上下方向を示すときは、内燃機関が車両に搭載された状態における車両の上下方向を示すものとする。
【００１０】
先ず、内燃機関１０の概略構成について説明する。
図１に示すように、内燃機関１０の気筒１１には、当該気筒１１内に吸気を供給するための吸気通路１２が接続されている。また、気筒１１には、当該気筒１１内から排気を排出するための排気通路１３が接続されている。これら吸気通路１２及び排気通路１３には、ターボチャージャ２０が取り付けられている。具体的には、ターボチャージャ２０のハウジング２１は、吸気通路１２及び排気通路１３に跨るようにして取り付けられている。ハウジング２１の内部において排気通路１３側には、排気通路１３内の排気の流れを利用して回転するタービン２２が配置されている。タービン２２には、シャフト２３を介してコンプレッサ２４が連結されている。コンプレッサ２４は、ハウジング２１の内部における吸気通路１２側に位置している。コンプレッサ２４は、タービン２２と一体的に回転する。したがって、排気通路１３内の排気の流れによってタービン２２が回転するとコンプレッサ２４も一体的に回転し、コンプレッサ２４が圧縮した吸気を下流側に圧送する。
【００１１】
吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも上流側には、吸気中の異物を取り除くためのエアクリーナ３０が取り付けられている。吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも下流側には、コンプレッサ２４によって圧縮されて昇温された吸気を冷却するためのインタークーラ２６が取り付けられている。また、吸気通路１２におけるインタークーラ２６よりも下流側には、気筒１１内に供給される吸気の量を調整するためのスロットルバルブ２７が取り付けられている。
【００１２】
吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも下流側であってインタークーラ２６よりも上流側からは、エアバイパス通路１４が延びている。エアバイパス通路１４の下流端は、エアクリーナ３０に接続されている。この実施形態では、エアバイパス通路１４は、管状のホースによって構成されている。エアバイパス通路１４の途中には、エアバイパスバルブ２８が取り付けられている。エアバイパスバルブ２８は、エアバイパス通路１４におけるエアバイパスバルブ２８よりも上流側（コンプレッサ２４側）の圧力が、エアバイパスバルブ２８よりも下流側（エアクリーナ３０）の圧力よりも、規定圧力以上高くなった場合に開弁する。この規定圧力は、例えば、吸気通路１２においてコンプレッサ２４よりも下流側から、ターボチャージャ２０のハウジング２１を介して、吸気通路１２においてコンプレッサ２４よりも上流側に吸気が逆流するときの圧力よりも低い圧力に設定されている。
【００１３】
なお、エアバイパス通路１４の上流端は、吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも下流側に接続されているため、エアバイパス通路１４におけるエアバイパスバルブ２８よりも上流側の圧力は、吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも下流側の圧力に相当する。また、エアバイパス通路１４の下流端は、吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも上流側に接続されているため、エアバイパス通路１４におけるエアバイパスバルブ２８よりも下流側の圧力は、吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも上流側の圧力に相当する。
【００１４】
次に、エアクリーナ３０及びその周辺構造についてより具体的に説明する。
図２に示すように、エアクリーナ３０は、全体として四角形箱状の本体ケース３１を備えている。本体ケース３１の内部には、吸気中の異物を捕集するフィルタ３２（エレメントと呼称されることもある。）が配置されている。フィルタ３２は、例えば、不織布を複数枚重ね合わせたり折り畳んだりすることで構成されている。フィルタ３２は、本体ケース３１の上下方向略中央部に配置されていて、本体ケース３１の内部を、吸気通路１２の上流側であってフィルタ３２よりも下側に位置する上流側空間Ｓ１と、吸気通路１２の下流側であってフィルタ３２よりも上側に位置する下流側空間Ｓ２とに仕切っている。
【００１５】
本体ケース３１の下壁部には、下側に窪んだ窪み部３１Ａが設けられている。具体的には、本体ケース３１の下壁部の一部は、下側へと向かって膨らむように湾曲している。そして、この湾曲している部分が、湾曲していない部分に比べて下側に窪んだ窪み部３１Ａになっている。この実施形態では、本体ケース３１の下壁部のうちの上流側の吸気通路１２が接続されているのとは反対側（図２において右側）の略半分が窪み部３１Ａになっている。
【００１６】
本体ケース３１の側壁部のうちの上流側の吸気通路１２が接続されているのとは反対側の壁部からは、円管状の取付口３３が突出している。取付口３３は、フィルタ３２よりも下側に位置している。したがって、取付口３３は、本体ケース３１の内部空間のうちの上流側空間Ｓ１と本体ケース３１の外部とを連通している。取付口３３は、略直線的に延びている。また、取付口３３は、突出先端側ほど上側、本体ケース３１の内部空間（上流側空間Ｓ１）側ほど下側に位置するように、水平面に対して傾斜して延びている。このように取付口３３が水平面に対して傾斜しているため、取付口３３の中心軸線Ｊが、本体ケース３１の壁部のうちの窪み部３１Ａに交差している。なお、本実施形態では、取付口３３は、本体ケース３１と一体的に成形されたものである。
【００１７】
この取付口３３には、当該取付口３３の突出先端側の一部を径方向外側から囲うようにエアバイパス通路１４が接続されている。また、取付口３３とエアバイパス通路１４との接続箇所には、これらを径方向外側から囲うようにバンドクリップ３４が取り付けられている。このバンドクリップ３４によって、取付口３３からエアバイパス通路１４が外れないように固定されている。
【００１８】
本体ケース３１の窪み部３１Ａにおいては、本体ケース３１の上流側空間Ｓ１と本体ケース３１の外部とを連通する排出口３５が貫通している。排出口３５は、平面視すると略円形状になっている。排出口３５の開口中心は、取付口３３の中心軸線Ｊ上に位置している。
【００１９】
図３に示すように、排出口３５の開口縁からは、排出口３５の開口中心側に向かって突出片３６が延びている。突出片３６の突出先端部は、排出口３５の開口中心に位置している。突出片３６の突出先端部には、平面視円形状の貫通孔３６Ａが貫通している。
【００２０】
図２に示すように、突出片３６には、排出口３５を塞ぐ排出弁４０が取り付けられている。排出弁４０は、円板状の弁体４１と弁体４１から延びる軸部４２とで構成されている。弁体４１の外径は、排出口３５の内径よりも大きくなっている。なお、図３では、弁体４１の外縁を仮想的に二点鎖線で図示している。弁体４１の中心からは略円柱状の軸部４２が突出している。軸部４２における基端側（弁体４１側）の外径は、突出片３６における貫通孔３６Ａの内径と略同一になっている。また、軸部４２における突出先端側の外径は、突出片３６における貫通孔３６Ａの内径よりも大きくなっている。排出弁４０の材質は、天然ゴム、合成ゴム、エラストマー等、弾性率がある程度高い材質である。
【００２１】
排出弁４０は、弁体４１が本体ケース３１（窪み部３１Ａ）の外側に位置するように、軸部４２が突出片３６の貫通孔３６Ａに挿通されることで、本体ケース３１に固定されている。なお、軸部４２が突出片３６の貫通孔３６Ａに挿通される際には、軸部４２の突出先端側が弾性変形しつつ挿通される。そして、軸部４２の突出先端側が貫通孔３６Ａを通ると、軸部４２の突出先端側が弾性復帰して外径が大きくなる。その結果、弁体４１が、突出片３６から脱落しにくくなっている。
【００２２】
本実施形態の作用及び効果について説明する。
内燃機関１０が駆動していて気筒１１内に吸気が供給されているときには、吸気通路１２内を吸気が流通する。外気から吸気通路１２に取り込まれた吸気に粉塵等の異物が含まれている場合には、その異物は、エアクリーナ３０のフィルタ３２によって捕集される。フィルタ３２によって捕集された異物の一部は重力に従って、エアクリーナ３０における本体ケース３１の下壁部に落下する。また、一旦は本体ケース３１の下壁部に落下した異物も、吸気の流れによって巻き上げられて、フィルタ３２に付着することがある。このように、異物がフィルタ３２に再付着すると、フィルタ３２の目詰まりを引き起こすことがある。
【００２３】
ここで、本実施形態では、本体ケース３１に窪み部３１Ａが設けられている。この窪み部３１Ａは、他の部分よりも下側に窪んでいて、本体ケース３１内を流通する吸気の流れが窪み部３１Ａの内部にまでは至りにくい。すなわち、窪み部３１Ａの内部は、吸気の流れが滞留していて、異物が吸気で巻き上げられにくい。したがって、落下してきた異物の多くは、窪み部３１Ａの底面上において貯まる。
【００２４】
また、内燃機関１０が駆動していて気筒１１に吸気が供給されているときには、吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも上流側の圧力は、大気圧に対してわずかに負圧になっている。したがって、排出弁４０における弁体４１が、大気圧によって排出口３５の開口縁に押し付けられる。そのため、内燃機関１０の通常の駆動状態では、エアクリーナ３０における本体ケース３１の排出口３５は排出弁４０によって塞がれており、当該排出口３５を介してエアクリーナ３０の内部に異物が侵入することはない。
【００２５】
ところで、内燃機関１０の駆動中において気筒１１に供給される吸気の量が急激に低下するように制御されることがある。具体的には、例えば、車両のアクセルペダルがある程度踏み込まれていれば、スロットルバルブ２７の開度が相応に大きく、気筒１１には多くの吸気が供給される。また、このとき、気筒１１へ供給する吸気の量を確保するべく、排気の流れによってターボチャージャ２０のタービン２２が回転している。また、コンプレッサ２４も、タービン２２と一体的に回転している。
【００２６】
このような状況下で、車両のアクセルペダルの踏み込み状態が解除されると、気筒１１への吸気の供給量を低下させるため、スロットルバルブ２７の開度がそれまでよりも小さくなる。その一方で、ターボチャージャ２０のコンプレッサ２４は、すぐには停止できず、しばらくは慣性で回り続ける。すると、吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも下流側においては、気筒１１に僅かな吸気しか供給しないにも拘らず、コンプレッサ２４から吸気が圧送されてくることになる。したがって、吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも下流側の圧力は、相当に高くなる。
【００２７】
吸気通路１２におけるコンプレッサ２４よりも下流側の圧力が高くなって、エアバイパス通路１４におけるエアバイパスバルブ２８よりも上流側の圧力が、エアバイパスバルブ２８よりも下流側の圧力よりも規定圧力以上高くなると、エアバイパスバルブ２８が開弁する。すると、エアバイパス通路１４内を吸気が流通し、高圧の吸気がエアクリーナ３０における上流側空間Ｓ１に流入する。
【００２８】
高圧の吸気が上流側空間Ｓ１内に流入すると、上流側空間Ｓ１内の圧力が大気圧よりも高くなる。すると、排出弁４０の弁体４１が上流側空間Ｓ１の圧力によって押されて、弁体４１や突出片３６が本体ケース３１の外部側に向かって撓むように弾性変形する。その結果、排出弁４０が開弁されて、排出口３５を介して吸気が外部へと流出する。このとき、外部へと流出する吸気の流れに乗って、窪み部３１Ａに溜まっていた異物も一緒に外部へと排出される。
【００２９】
このように本実施形態では、上述したように、車両のアクセルペダルが踏み込みこまれた状態から踏み込み解除されたときのように、気筒１１へ供給する吸気量が低下したときに、エアクリーナ３０内の異物が排出され得る。気筒１１へ供給する吸気量が低下する状況は、例えば、車両の減速時などのように、比較的に頻繁に生じる。したがって、長期間に亘ってエアクリーナ３０内の異物を排出できないといった事態は生じにくく、定期的にエアクリーナ３０内の異物を排出できる。
【００３０】
しかも、本実施形態では、エアバイパス通路１４が接続される取付口３３の中心軸線Ｊ上に排出弁４０が位置している。したがって、取付口３３から本体ケース３１の上流側空間Ｓ１に流入してくる吸気が、本体ケース３１の壁部によって遮られることなく排出弁４０に至る。そのため、上流側空間Ｓ１に流入してくる吸気の風圧によって、排出弁４０が開弁されやすくなる。また、排出弁４０が開弁された後は、取付口３３から排出口３５を経て本体ケース３１の外部へと勢いよく吸気が流れるため、より多くの異物を本体ケース３１の外部へ排出しやすくなる。
【００３１】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・エアクリーナ３０における本体ケース３１の形状は、内部にフィルタ３２を配置できるのであれば適宜変更できる。例えば、本体ケース３１の形状は円筒状であってもよい。
【００３２】
・エアクリーナ３０内におけるフィルタ３２の配置は、エアクリーナ３０の内部空間を上流側空間Ｓ１及び下流側空間Ｓ２に仕切ることができるのであれば問わない。また、上流側空間Ｓ１及び下流側空間Ｓ２が上下方向に並んでいなくてもよい。すなわち、上流側空間Ｓ１及び下流側空間Ｓ２が水平方向に並ぶようにフィルタ３２が配置されていてもよい。
【００３３】
・エアクリーナ３０の本体ケース３１において窪み部３１Ａを省略してもよい。この場合、本体ケース３１内の異物は、本体ケース３１の下壁部のうち、吸気の流れが滞りがちな箇所、例えば、下壁部と側壁部との境界の隅部に溜まりやすい。
【００３４】
・フィルタ３２の材質は不織布に限らず、通気性を有する紙（ろ紙）、発泡プラスチック、及びこれらを組み合わせたものであってもよい。
・取付口３３は、必ずしも直線的に延びていなくてもよく、途中で屈曲していたり湾曲していたりしていてもよい。なお、取付口３３が屈曲又は湾曲している場合であっても、取付口３３における本体ケース３１側の開口部の中心軸線上に排出弁４０が位置していれば、上記実施形態と同様に、エアバイパス通路１４から本体ケース３１内に流入する吸気を排出弁４０に直接至りやすくできる。
【００３５】
・排出口３５の開口中心は、取付口３３の中心軸線Ｊ上に位置していなくてもよい。排出口３５の開口範囲内のいずれかの箇所が取付口３３の中心軸線Ｊ上に位置していれば、エアバイパス通路１４から本体ケース３１内に流入する吸気が排出弁４０に至りやすくなる。
【００３６】
・さらに、排出口３５の位置を、取付口３３の中心軸線Ｊとは無関係に設定することもできる。例えば、排出口３５を、本体ケース３１の側壁部のうち取付口３３が設けられている側の側壁部に設けてもよい。取付口３３の中心軸線Ｊ上に排出口３５が位置していなくても、エアバイパス通路１４から本体ケース３１内に吸気が流入すれば、本体ケース３１における上流側空間Ｓ１の圧力は、大気圧より大きくなる。そのため、排出弁４０は開弁する。
【００３７】
・排出口３５の形状や排出弁４０における弁体４１の形状は、上記実施形態の例に限らない。例えば、排出口３５の平面視形状が楕円形状や多角形状であってもよい。また、排出弁４０の弁体４１の平面視形状は、排出口３５の開口全域を塞ぐことのできる形状であれば問わない。
【００３８】
・排出弁４０において、弁体４１を本体ケース３１側に向けて押し付ける付勢部材を追加してもよい。付勢部材を追加する場合には、当該付勢部材の付勢力を、エアバイパス通路１４を介して高圧の吸気が本体ケース３１の上流側空間Ｓ１に流入した場合に排出弁４０が開弁できるような付勢力に調整すればよい。この変更例のように、弁体４１を本体ケース３１側に向けて押し付けておけば、多少の振動等がエアクリーナ３０に作用しても、その振動に起因して排出弁４０がわずかに開弁することは防げる。
【符号の説明】
【００３９】
１０…内燃機関、１１…気筒、１２…吸気通路、１３…排気通路、１４…エアバイパス通路、２０…ターボチャージャ、２１…ハウジング、２２…タービン、２３…シャフト、２４…コンプレッサ、２６…インタークーラ、２７…スロットルバルブ、２８…エアバイパスバルブ、３０…エアクリーナ、３１…本体ケース、３１Ａ…窪み部、３２…フィルタ、３３…取付口、３４…バンドクリップ、３５…排出口、３６…突出片、３６Ａ…貫通孔、４０…排出弁、４１…弁体、４２…軸部、Ｓ１…上流側空間、Ｓ２…下流側空間、Ｊ…中心軸線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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