(57)【要約】【課題】吸気ダクト、整流部材、吸気流量センサなどの形状や配置などに関し、さらなる工夫を凝らすことにより、より吸入空気量の測定精度が向上するように改善された内燃機関用吸気装置を提供する。【解決手段】内燃機関用吸気装置において、エアクリーナ１２に連通する吸気ダクト１８と、吸気ダクト１８に装備される整流部材２９と、吸気ダクト１８における直管部ｔに装備される吸気流量センサ２５とを有し、吸気流量センサ２５の空気流れ方向上流側に整流部材２９が配備されるとともに、整流部材２９は、吸気ダクト１８における曲管部ｋの空気流れ方向上流側におけるエアクリーナ１２の出口付近に設けられている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアクリーナに連通する吸気ダクトと、前記吸気ダクトに装備される整流部材と、前記吸気ダクトにおける直管部に装備される吸気流量センサとを有し、
前記吸気流量センサの空気流れ方向上流側に前記整流部材が配備されるとともに、前記整流部材は、前記吸気ダクトにおける曲管部の空気流れ方向上流側に設けられている内燃機関用吸気装置。
【請求項２】
前記吸気ダクトにおける前記整流部材と前記吸気流量センサとの間に、前記曲管部が複数個所に形成されている請求項１に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項３】
前記エアクリーナと前記吸気流量センサとの間に複数個所の前記曲管部が設けられ、それら複数の曲管部のうちの空気流れ方向で最も下流側の曲管部の上流側近傍に前記整流部材が装備されている請求項１に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項４】
前記整流部材は、吸気ダクトの長手方向に沿う板材が格子状に配置されてなる整流格子に形成されている請求項１〜３の何れか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項５】
前記吸気ダクトは、前記エアクリーナと過給器とを繋ぐ配管である請求項１〜４の何れか一項に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項６】
２箇所以上の曲管部を備える吸気ダクトと、前記吸気ダクトに装備される整流部材と、前記吸気ダクトにおける直管部に装備される吸気流量センサとを有し、
前記吸気流量センサの空気流れ方向上流側に前記整流部材が配備され、
２箇所以上の前記曲管部は、互いに曲げ方向が異なって隣り合う一対の曲管部を有するとともに、前記一対の曲管部の空気流れ方向下流側に前記整流部材が設けられている内燃機関用吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種ディーゼルエンジンやガソリンエンジンにおける吸気装置、即ち、内燃機関用吸気装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＥＣＵを搭載して電子制御するエンジンにおいては、吸気流量センサを備えるものが多い。吸気流量センサ（エアフローメータ）は、エアクリーナ前後における吸気ダクトを通過する吸入空気の量を検出してＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）に電気信号として情報を送る部品である。
【０００３】
従来の吸気装置では、吸気ダクトにおける吸気流量センサの上流側又は下流側に十分に長い直管部（ストレート管部）を設け、吸気流量センサ付近での空気の流れを均質にし、測定精度の向上を図る工夫がなされていた。
【０００４】
また、空気の流れを均質にする手段として、吸気ダクト内における吸気流量センサの近傍に整流部材を配備する構成もあった。これらの従来技術は、例えば、特許文献１や特許文献２において開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２０５４１６号公報
【特許文献２】特開２００７−３３３３８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
吸気流量センサが装備される吸気ダクトは、エンジン仕様などによって種々の取り回し構造がある。従って、吸気ダクトの形状や吸気流量センサの取付位置、エアクリーナの取付角度の諸条件によっては、たとえ直管部分に吸気流量センサを配置しても、その周辺での空気の流れが変化し易く、測定精度が芳しくないとか悪化したりする傾向があった。
【０００７】
吸気流量センサの測定精度が芳しくないと、排ガス性能に悪影響を及ぼすことがある。そこで、吸気流量センサの直前に整流部材を配置することも実施されているが、ダクト内における流量分布の変化が十分に抑えられるまでには至らず、所期した測定精度の向上効果が得られない問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、吸気ダクト、整流部材、吸気流量センサなどの形状や配置などに関し、さらなる工夫を凝らすことにより、より吸入空気量の測定精度が向上するように改善された内燃機関用吸気装置を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、内燃機関用吸気装置において、
エアクリーナ１２に連通する吸気ダクト１８と、前記吸気ダクト１８に装備される整流部材２９と、前記吸気ダクト１８における直管部ｔに装備される吸気流量センサ２５とを有し、
前記吸気流量センサ２５の空気流れ方向上流側に前記整流部材２９が配備されるとともに、前記整流部材２９は、前記吸気ダクト１８における曲管部ｋの空気流れ方向上流側に設けられていることを特徴とする。
【００１０】
第２の本発明は、本発明による内燃機関用吸気装置において、
前記吸気ダクト１８における前記整流部材２９と前記吸気流量センサ２５との間に、前記曲管部ｋが複数個所に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
第３の本発明は、本発明による内燃機関用吸気装置において、
前記エアクリーナ１２と前記吸気流量センサ２５との間に複数個所の前記曲管部ｋが設けられ、それら複数の曲管部ｋのうちの空気流れ方向で最も下流側の曲管部ｋの上流側近傍に前記整流部材２９が装備されていることを特徴とする。
【００１２】
第４の発明は、本発明〜第３の本発明の何れかの内燃機関用吸気装置において、
前記整流部材２９は、吸気ダクト１８の長手方向に沿う板材２９ａ，２９ｂが格子状に配置されてなる整流格子に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
第５の発明は、本発明〜第４の本発明の何れかの内燃機関用吸気装置において、
前記吸気ダクト１８は、前記エアクリーナ１２と過給器１１とを繋ぐ配管であることを特徴とする。
【００１４】
第６の本発明は、内燃機関用吸気装置において、
２箇所以上の曲管部ｋを備える吸気ダクト１８と、前記吸気ダクト１８に装備される整流部材２９と、前記吸気ダクト１８における直管部ｔに装備される吸気流量センサ２５とを有し、
前記吸気流量センサ２５の空気流れ方向上流側に前記整流部材２９が配備され、
２箇所以上の前記曲管部ｋは、互いに曲げ方向が異なって隣り合う一対の曲管部ｋ、ｋを有するとともに、前記一対の曲管部ｋ、ｋの空気流れ方向下流側に前記整流部材が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、次のような効果が得られる。エアクリーナが遠心分離式であるとか、吸気ダクトに互いに曲がり方向が異なって隣り合う２箇所以上の曲管部がある、といった諸原因により、吸気ダクト内に旋回流が生じることがある。旋回流が生じると、流速分布が吸気ダクト内を進むに連れて変化し、吸気流量センサでの流れが変化して安定せず、測定精度が芳しくないことが知見された。
【００１６】
この新たな認識に基づくことにより、旋回流の発生箇所の下流側に整流部材を設ける工夫により、空気の流れが整流されて安定化され、均質な流速分布状態の空気の流れを吸気流量センサに作用させることが可能になることが分かった。従って、たとえ吸気ダクト内に旋回流が生じることがあっても、吸気流量センサによる単位時間当たりの空気流量の測定精度を向上させることができる。
【００１７】
その結果、吸気ダクト、整流部材、吸気流量センサなどの形状や配置などに関し、さらなる工夫を凝らすことにより、より吸入空気量の測定精度が向上するように改善された内燃機関用吸気装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ディーゼルエンジンの正面図
【図２】図１のエンジンの左側面図
【図３】図１のエンジンの平面図
【図４】吸気ダクト及びエアクリーナを示す右側面図
【図５】吸気ダクト及びエアクリーナを示す底面図
【図６】吸気ダクト及びエアクリーナを簡略化して示す斜視図
【図７】整流部材を示し、（ａ）は吸気ダクト要部の断面図、（ｂ）は正面図
【図８】吸気流量センサを示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図
【図９】吸気ダクト内の流れ状況を示し、（ａ）は従来例、（ｂ）は本発明
【図１０】吸気ダクト及びエアクリーナの別実施形態を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は平面図
【図１１】各種別構造の整流部材の正面図を示し、（ａ）は縦横格子状の整流部材、（ｂ）はハニカム状の整流部材、（ｃ）は多孔状の整流部材
【図１２】互に曲がり方向が異なる２箇所の曲管部を有する吸気装置の原理図
【図１３】吸気流量センサを傾斜させる場合の角度範囲を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明による内燃機関用吸気装置の実施の形態を、産業用ディーゼルエンジンの場合について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において「上流側」や「空気流れ方向上流側」とは、「吸気ダクト１８内における空気流れ方向の上流側」の意であり、「下流側」や「空気流れ方向下流側」とは、「吸気ダクト１８内における空気流れ方向の下流側」の意である。
【００２０】
図１〜図３に示されるように、直列多気筒のディーゼルエンジンＥは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組み付けられ、シリンダブロック１の下にオイルパン４が組み付けられている。シリンダブロック１の下部はクランクケース１ｂに形成され、上部はシリンダ１ａにそれぞれ形成されている。シリンダヘッド２の上にシリンダヘッドカバー３が組み付けられている。シリンダブロック１の前には伝動ケース５が組み付けられている。
【００２１】
図１〜図３に示されるように、エンジンＥの前部に、駆動プーリ６、冷却ファン（図示省略）駆動用のファンプーリ７、及びダイナモ（オルタネータ）８の受動プーリ８ａに跨る伝動ベルト９が配備されている。エンジンＥの左側には、排気マニホルド１０、過給器（ターボ装置）１１などが配備され、左上方にはエアクリーナ１２が配備されている。エンジンＥの右側にはオイルフィルタ１３、吸気マニホルド（符記省略）などが配備され、右上方には排気管１５が配備されている。２０は過給器１１を通過後の排気ガスをＤＰＦ装置１７に送るための排気路である。
【００２２】
図１〜図３に示されるように、エンジンＥの後部には、フライホイールハウジング１６、ＤＰＦ装置１７などが配備されている。３０はブローバイガスからオイル成分を分離するセパレータ、３１はセパレータ３０からのブローバイガスを吸気系にもどす還元路、３２はシリンダヘッドカバー３からのブローバイガスをセパレータ３０に送る送流路である。なお、このエンジンＥにおいては、伝動ベルト９のある方を前、フライホイールハウジング１６のある方を後、排気マニホルド１０のある方を左、セパレータ３０のある方を右として定義する。
【００２３】
〔実施形態１〕
次に、このエンジンＥの吸気装置Ａについて説明する。図１〜３に示されるように、吸気装置Ａは、過給器１１におけるコンプレッサーハウジング（吸入側ケーシング部）１１Ａと、略筒状のエアクリーナ１２と、コンプレッサーハウジング１１Ａとエアクリーナ１２とを連通接続させる吸気ダクト１８とを有して構成されている。１９は、コンプレッサーハウジング１１Ａと吸気マニホルド（不図示）とを連通接続する過給ダクトである。
【００２４】
図１〜図３、及び図４〜図６に示されるように、エアクリーナ１２は、空気を濾過するエアフィルタ（図示省略）を内装した筒本体１２Ａ、筒本体１２Ａの後部から左方に突設されている吸入口１２ｂ、及び、筒本体１２Ａの後面１２ａから後方突設されている排出口１２ｃなどを有して構成されている。
【００２５】
図４〜図６に示されるように、吸気ダクト１８は、エアクリーナ１２の排出口１２ｃに外嵌接続される第１エルボ２１、略Ｌ字管２２、計測管２３、Ｊ字管２４をこの順に繋いで３次元に曲がった配管に構成されている。第１エルボ２１は９０度曲がった繋ぎ管であり、略Ｌ字管２２は、９０度曲がる管前部２２ａと真っ直ぐな直管部（直線管部）２２ｂとを有している。計測管２３は、真っ直ぐなパイプ部２３Ａと、これに差し込まれる状態で装備される吸気流量センサ２５とを有している。
【００２６】
Ｊ字管２４は、前後向きの左管部２４ａと、左右向きの中管部２４ｂと、前後向きの右管部２４ｃとをこの順で滑らかに繋いで１８０度向きを変える配管に形成されている。右管部２４ｃに形成されている終端管部２６は、コンプレッサーハウジング１１Ａに嵌合連結される部分であり、かつ、ブローバイガスの還元口２７が形成されている。略Ｌ字管２２と計測管２３の始端部（前後方向では後端部）と、及び計測管２３の終端部（前後方向では前端部）とＪ字管２４とは、それぞれ接続パイプ２８を用いて連通接続されている。
【００２７】
吸気装置Ａにおいては、図４〜図６に示されるように、吸気流量センサ２５は、吸気ダクト１８における直管部ｔに装備され、吸気流量センサ２５の空気流れ方向上流側に整流部材２９が配備されている。整流部材２９は、吸気ダクト１８における曲管部ｋの空気流れ方向上流側近傍に設けられている。そして、吸気ダクト１８における整流部材２９と吸気流量センサ２５との間に、曲管部ｋが複数個所に形成されている。
【００２８】
具体的には、第１エルボ２１が第１曲管部ｋ１（ｋ）で、管前部２２ａが第２曲管部ｋ２（ｋ）であり、左管部２４ａと中管部２４ｂとの間に第３曲管部ｋ３（ｋ）が、かつ、中管部２４ｂと右管部２４ｃとの間に第４曲管部ｋ４（ｋ）がそれぞれ形成されている。整流部材２９は、第１曲管部ｋ１の空気流れ方向上流側近傍（直前）に位置する状態で第１エルボ２１に内装されている。
【００２９】
整流部材２９は、図７（ａ），（ｂ）に示されるように、第１エルボ２１の内周面２１ａに同心円状に内外に複数（５重）配備される周状板材２９ａと、中心から周囲に延びる複数（１２箇所）の放射状板材２９ｂとからなる整流格子に形成されている。これら板材２９ａ，２９ｂのダクト長手方向（空気流れ方向）の長さは比較的短いが、長くてもよい。整流部材２９は第１曲管部ｋ１の直前に配置されており、かつ、整流部材２９と吸気流量センサ２５との間に第１及び第２の二つの曲管部ｋ１，ｋ２が設けられている。
【００３０】
吸気流量センサ２５は、図８（ａ），（ｂ）に示されるように、内部に発熱用抵抗２５ａを備えた公知のものであり、その作用部２５Ａが管内中央部に位置するようにパイプ部２３Ａのフランジ部２３ａを貫通して計測管２３に装備されている。吸気流量センサ２５は、一定温度を保つように発熱用抵抗２５ａに電流が流されており、パイプ部２３Ａ内を流れる空気の一部が作用部２５Ａ内部を流れて発熱用抵抗２５ａが冷されると、前述の一定温度に保つために必要な電流量から流量が算出されるように構成されている。
【００３１】
吸気ダクト１８を流れる空気の状態に関して、種々の計算や実験並びに実験データにより、次の（一）〜（六）のことが知見されるに至った。
（一）吸気ダクト１８においては、曲管部ｋで生じる流れの剥離により、曲管外側の流速が高くなるため、断面で見た場合の流速分布は均等にはならない。
（二）吸気ダクト１８に遠心分離式などのエアクリーナ１２が取付けられている場合は、エアクリーナ１２を経て吸気ダクト１８を進む空気に旋回流が生じるため、ダクト長手方向に行くに従って前述の流速分布は回転しながら変化するようになる。
（三）吸気流量センサ２５に流速の高い空気が作用（衝突）し、乱流が大きくなると出力が変化する。
【００３２】
（四）流速分布が変化すると、吸気流量センサ２５へ空気が作用したときの空気の乱れ強さが変化し、吸気流量センサ２５の出力が変化する。
（五）整流部材２９により旋回流が抑制され、流速分布が配管形状に対応したものに定められ、作用部２５Ａへの空気の当り方が一意に決められることで吸気流量センサ２５の出力変化が抑えられ、測定精度を向上させることが可能になる。
（六）流速分布の均等化の必要がないため、吸気流量センサ２５の空気の流れ方向で上流側の直管部２２ｂ（ｔ）の長さを短縮させることが可能である。
【００３３】
本発明による改善効果を、例をあげて説明する。従来では、図９（ａ）に示されるように、吸気流量センサ２５は直管部２２ｂの終端側に配置され、整流部材２９は吸気流量センサ２５の空気流れ方向上流側の間近（直前）に配置されていた。この構造による吸気装置Ａでは、直管部２２ｂを流れる空気の流速分布が明確に不均質であり、ほぼそのままの状況で整流部材２９を通過して吸気流量センサ２５に及ぶため、測定精度がばらつき易く精度も芳しくなかった。
【００３４】
本発明では、図９（ｂ）に示されるように、吸気流量センサ２５の位置は従来と同じであるが、整流部材２９をエアクリーナ１２と第１曲管部ｋ１との間に設けた点で構成が異なる。つまり、旋回流を生じさせる原因であるエアクリーナ１２の直後に整流部材２９を配置したものであり、旋回流の影響が以後に出ない又は規制（抑制）されるようになる利点がある。従って、直管部２２ｂを流れる空気の流速分布は、管中心側が速く、外周側ほど遅くなるという従来に比べて均質なものとなり、吸気流量センサ２５での測定精度が安定し、かつ、向上するようになる。
【００３５】
本発明の要点は、流速分布に悪影響を及ぼす旋回流の発生箇所（実施形態１ではエアクリーナ１２）の空気流れ方向下流側に、できればすぐ近くに整流部材２９を配置するとともに、その下流側における直管部ｔ（２２ｂ）に吸気流量センサ２５を配置する構成である。実施形態１では、直管部２２ｂ、各接続パイプ２８、パイプ部２３Ａ、左管部２４ａのそれぞれが直管部ｔに、エアクリーナ１２が旋回流の発生箇所（発生手段Ｓ）にそれぞれ相当する。本発明による構成を採れば、次の（ａ）〜（ｆ）の作用効果が得られる。
【００３６】
（ａ）吸気ダクト１８の形状について設計自由度が向上する。
（ｂ）吸気ダクト１８の小型や軽量化が可能になる。
（ｃ）吸気流量センサ２５の取付位置の設計自由度が向上する。
（ｄ）吸気流量センサ２５の測定精度が向上する。
（ｅ）上記（ａ）〜（ｃ）により、エンジンへの搭載性が向上する。
（ｆ）上記（ｄ）により、排気ガスの浄化が促進される。
【００３７】
〔別実施形態〕
（１）図１０（ａ），（ｂ）に示されるように、実施形態１とは異なるエアクリーナ１２及び吸気ダクト１８を有する吸気装置Ａにおいて、吸気ダクト１８の始端直管部３３（ｔ）に吸気流量センサ２５を設け、エアクリーナ１２に内装されている取出しパイプ１２ｐに整流部材２９が設けられた構成でもよい。取出しパイプ１２ｐの終端部である排出口１２ｃが始端直管部３３に連通接続されている。
【００３８】
吸入口１２ｂから吸われた空気は、円筒形の図示しないエアフィルタを通って取出しパイプ１２ｐに入る際に旋回流が発生する。従って、直管部ｔである取出しパイプ１２ｐに整流部材２９が設けられ、その空気流れ方向下流側近くに、即ち、始端直管部３３に吸気流量センサ２５が設けられている、という構成である。
【００３９】
（２）図１２に示されるように、吸気ダクト１８において曲げ方向が互いに９０度異なる一対以上の曲管部ｋ２，ｋ３がある場合では、その曲がり方向が互いに異なる複数個所の曲管部ｋ２（ｋ）、ｋ３（ｋ）の存在により、それら曲管部ｋ２，ｋ３を通過することで旋回流が生じることがある。
このような構成の吸気装置Ａでは、それら互いに曲げ方向が異なる複数の曲管部ｋ２，ｋ３の空気流れ方向下流側、できれば下流側のすぐ近くに整流部材２９を設ける。そして、整流部材２９より下流側に存在する直管部ｔに吸気流量センサ２５を設けるように構成する。
【００４０】
第２、第３曲管部ｋ２，３ｋにより吸気ダクト１８内において旋回流が発生しても、その後に控える整流部材２９によって空気の流れが整流されるようになる。そして、整流部材２９を通って流速分布が均質なものに是正された後に吸気流量センサ２５に空気が当るから、優れた測定精度を得ることができる。なお、図１２は一例であり、その他の種々の構成が可能である。別実施形態（２）においては、第２及び第３曲管部ｋ２、ｋ３が旋回流の発生箇所（発生手段Ｓ）に相当する。
【００４１】
（３）実施形態１による吸気装置Ａ（図４〜図６参照）において、エアクリーナ１２に装備されている取出しパイプ１２ｐの出口付近（空気流れ方向下流側端付近）に整流部材２９が設けられる構成でもよい。
【００４２】
（４）実施形態１による吸気装置Ａ（図４〜図６参照）において、略Ｌ字管２２の管前部２２ａ、即ち、第２曲管部ｋ２の空気流れ方向上流側のすぐ近くに整流部材２９を配置する構成（図示は省略）としてもよい。
【００４３】
（５）実施形態１による吸気装置Ａ（図４〜図６参照）において、上下向きに配置されている吸気流量センサ２５を、図１３に示されるように、略Ｌ字管２２の管前部２２ａの配管方向（上下向き：０度）に対して、−４５°〜４５°間の９０度の角度範囲、或いは１３５°〜２２５°間の９０度の角度範囲で左右に傾けてパイプ部２３Ａに設けた構成の吸気装置Ａでもよい。なお、°は度である。
【００４４】
（５）実施形態１による吸気装置Ａ（図４〜図６参照）において、上下向きに配置されている吸気流量センサ２５を、略Ｌ字管２２の管前部２２ａの配管方向（上下向き）と４５度又は１３５度左右に傾けてパイプ部２３Ａに設けた構成の吸気装置Ａでもよい。この場合も、図示は省略する。
【００４５】
〔別実施例〕
整流部材２９は、図１１（ａ）に示されるように、複数の縦板材２９ａと複数の横板材２９ｂとが、互いに９０度に交差して縦横に規則正しく並んだ格子状のものでもよい。
整流部材２９は、図１１（ｂ）に示されるように、六角形（例：正六角形）の孔２９ｃが規則正しく配列された、いわゆるハニカム構造のものでもよい。
整流部材２９は、図１１（ｃ）に示されるように、多数の円孔２９ｄが規則正しく又はランダムに配列された多孔形のものでもよい。
本発明は、過給器１１を持たない自然吸気のエンジンに適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１１        過給器
１２        エアクリーナ
１８        吸気ダクト
２５        吸気流量センサ
２９        整流部材
２９ａ      板材（周状）
２９ｂ      板材（放射状）
ｋ          曲管部
ｔ          直管部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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