(57)【要約】【課題】吸気通路に水の粒（塊）が侵入しても、これを微細化して無害化する。【解決手段】吸気通路１０のうちエアクリーナ２とスロットルバルブ１２との間の中間通路１０ｂに、水の粒Ｗの破砕手段１６を設けている。破砕手段１６は、例えば中間通路１０ｂの長手方向に長い帯板１７の群からなっており、帯板１７の群を格子状に組み合わせている。水の粒Ｗは破砕手段１６に衝突してまず水滴化し、水滴は帯板１７に接触しながら飛ばされることで霧化（ミスト化）する。このため、気筒内で膨張して爆発したり、触媒ケース内で膨張して触媒が損傷したりすることはない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気導入口から吸気マニホールドまでの吸気通路に、エアクリーナとスロットルバルブとを、エアクリーナが上流側に位置するようにして位置している構成であって、
前記吸気通路のうち前記空気導入口より下流側でスロットルバルブよりは上流の中途部に、水粒が吸気流に乗って侵入したときにこれを微細化して吸気流に乗せて流す破砕手段を設けている、
内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関の吸気装置に関するものであり、特に、車両搭載用内燃機関の吸気装置を好適な対象にしている。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の吸気装置は、エアクリーナやスロットルバルブ、サージタンク、吸気マニホールドなどを備えており、エアクリーナのダーティ室には、ダクト状又はパイプ状の空気導入管が接続されており、空気導入通管の先端（始端）が空気導入口として大気に開口している。
【０００３】
車両が雨天時の走行や冠水した道路を走行する場合、吸気通路に水が侵入することがある。この水はエアクリーナでかなり吸収されるが、水がエアクリーナを通過して気筒まで至ることがあり、この場合、水が微細化・霧化して各気筒に少量ずつ流入している場合は問題は少ないが、水がある程度の大きさを持った粒状になって特定の気筒に大量に侵入すると、膨張によるウォータハンマ現象が生じて気筒やピストン、吸気弁等を損傷させるおそれがある。
【０００４】
従って、水が粒の状態で特定気筒に集中的に侵入することは極力阻止せねばならない。この点について特許文献１，２では、吸気通路の始端に設けた吸気ダクトに水滴分離手段を設けることで、吸気通路への水の侵入を防止することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６８３７４号公報
【特許文献１】特開２００２−３１７７２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１，２は吸気通路への水の侵入を入り口で阻止しようとするものであり、トラック用の内燃機関を対象にしていると推測される。そして、トラック用の内燃機関では空気導入口が車外に露出していることが多いため、特許文献１，２のような対策が有益であると云えるが、乗用車用の内燃機関の場合は、空気導入口はエンジンルームの内部に配置されているため、吸気抵抗抑制等の点からも、特許文献１，２のような水滴分離ダクトを設ける必要性は薄いと云える。また、空気導入口に水滴分離ダクトを設けると、吸気装置が大型化して他の部材との干渉の問題が発生するおそれもある。
【０００７】
しかし、乗用車用の内燃機関でも、雨天時の走行や冠水道路の走行時等において吸気通路への水の侵入が有り得ることは事実であり、その対策は必要である。本願発明は、このような要請に応えるべく成されたものであある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明の吸気装置は、空気導入口から吸気マニホールドまでの吸気通路に、エアクリーナとスロットルバルブとを、エアクリーナが上流側に位置するようにして位置している構成であって、前記吸気通路のうち前記空気導入口より下流側でスロットルバルブよりは上流の中途部に、水粒が吸気流に乗って侵入したときにこれを微細化して吸気流に乗せて流す破砕手段を設けている。
【０００９】
この場合、微細化された水が流れる時間（或いは距離）はできるだけ長いのが好ましいが、そのための手段としては、通路の横断面視において、破砕手段の流れ抵抗を場所によって変えることで水滴の接触時間を異ならせたり、破砕手段の長さを長くして水の微細化が少しずつ進行するようにしたりすることができる。
【００１０】
本願発明では、破砕手段はエアクリーナの上流側と下流側とのいずれにも配置できるが、エアクリーナのフィルタエレメントが水浸し状態になって、気筒に向けて水の粒又は塊が流れ込んだときの対策がより重要と云えるので、本願発明はエアクリーナよりも下流側に配置するのが好ましいと云える。もちろん、エアクリーナの上流側と下流側とに破砕手段を設けることは可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本願発明では、水の粒や塊が吸気通路の内部を吸気流に乗って飛来しても、これを破砕手段によって微細に破砕して、ある程度の時間をかけて吸気通路に流すことができる。従って、微細化した水が含まれた吸気を分散した状態で複数の気筒に供給できるのであり、その結果、特定気筒に大粒の水が集中的に侵入することを防止して、ウォータハンマ現象による部材の損傷を防止できる。
【００１２】
そして、本願発明の破砕手段は吸気通路の途中の内蔵するものであるため、空気導入口に設ける場合のような大型化の問題は発生しない。また、空気導入口は従来のままにオープンさせておいたらよいため、吸気抵抗の増大も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（Ａ）は内燃機関の模式図、（Ｂ）は第１実施形態を示すもので（Ａ）のうちのＢの部分の縦断正面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ視断面図、（Ｄ）は第２実施形態の縦断正面図、（Ｅ）は（Ｄ）のＥ−Ｅ視断面図である。
【図２】第３実施形態を示す図で、（Ａ）は縦断正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視図である。
【図３】第４実施形態を示す図で、（Ａ）は縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
(1).内燃機関の概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいて内燃機関の概略と第１実施形態及び第２実施形態を説明する。
【００１５】
内燃機関は、機関本体１とエアクリーナ２とを有している。機関本体１は、クランク軸３を回転自在に保持したシリンダブロック４とその上面に固定されたシリンダヘッド５とを主要要素としており、シリンダヘッド５の上面にはシリンダヘッドカバー６が固定されて、シリンダブロック４の下面にはオイルパン７が固定されている。
【００１６】
シリンダヘッド５における一方の長手側面５ａには吸気マニホールド８が接続されて、これにサージタンク９を有する吸気通路１０が接続されており、吸気通路１０の途中にエアクリーナ２が介挿されている。エアクリーナ２のダーティ室２ａには、吸気通路１０の一部を構成する空気導入管１０ａが接続されており、空気導入管１０ａの先端が空気導入口１１として大気に開口している。
【００１７】
サージタンク９の出口は吸気マニホールド８の集合部に接続されており、サージタンク９の入り口にはスロットルバルブ１２が接続されている。そして、エアクリーナ２のクリーン室２ｂとスロットルバルブ１２とが吸気通路１０を構成する中間通路１０ｂで接続さている。
【００１８】
シリンダヘッド５における他方の長手側面には排気マニホールド１３が接続されており、排気マニホールド１３には、触媒ケース１４を含む排気通路１５が接続されている。
【００１９】
(2).第１，２実施形態
吸気通路１０を構成する中間通路１０ｂに、本願発明の破砕手段１６を設けている。図１の（Ｂ）（Ｃ）で示す第１実施形態の破砕手段１６は、水の粒Ｗが衝突して微細化する破砕体の一例としての薄い帯板１７を主要部材としており、帯板１７の群を、吸気の流れ方向から見て縦横に交差した格子状に接続している。
【００２０】
従って、隣り合った帯板１７で囲われて空間は四角形で細長い空洞になっており、多数の空洞が縦横に整列して並んでいる。帯板１７は鋼板やステンレス板のような薄金属板製でもよいし、樹脂製でもよい。樹脂製の場合は、全体を一体成形することができるので、コストダウンできる。
【００２１】
帯板１７の群より成る破砕手段１６は中間通路１０ｂと同心に配置されており、破砕手段１６の外側は環状の通路になっている。従って、帯板１７の群を中間通路１０ｂに保持する必要がある。この点、本実施形態では、帯板１７の群をインナーリング１９で外側から抱持し、インナーリング１９を複数のブリッジ２０によってアウターリング２１に固定し、アウターリング２１を中間通路１０ｂの内面に装着している。
【００２２】
ブリッジ２０は周方向に沿って飛び飛びに設けている。インナーリング１９は丸棒製としているが、薄板よりなる筒の構造として、筒の内部に帯板１７が格子状に配置されている構成としてもよい。アウターリング２１はごく薄い筒になっている。従って、吸気の流れ抵抗にはならない。実施形態の破砕手段１６は中間通路１０ｂに内部に装着する方式になっているが、中間通路１０ｂのうちの一部を破砕手段１６が組み込まれたユニットとして製造して、このユニットをフランジ接合やねじ込み等で中間通路１０ｂに介挿してもよい。
【００２３】
水の粒（塊）塊Ｗが吸気流に乗って中間通路１０ｂの内部を飛来してくると、水の粒Ｗは破砕手段１６に衝突して小さな多数の水滴に分散し、かつ、水滴は帯板１７に接触しつつ吸気流に乗って流れることで更に微細化して、破砕手段１６を通過した後はミストＷ′の状態になる。従って、これが気筒に入り込んでも、エンジンストールや膨張によるウォータハンマ現象等の悪影響を及ぼすことはない。
【００２４】
そして、吸気は高速で流れている一方、水の質量は空気に比べて遥かに大きいため、水Ｗがミスト化して流れ切るにはある程度の時間がかかるため、ミストＷ′はある程度の時間をかけて吸気通路１０を流れていく。従って、ミストＷ′が特定気筒に集中的に入ることはなくて、複数の気筒に別れて入ることになり、その結果、ウォータハンマ現象を防止できる。
【００２５】
さて、スロットルバルブ１２は一般にバタフライ弁方式になっており、軸心に回転軸が配置されている。そして、吸気通路１０ではその中心において最も流速が速いため、ミストＷ′がスロットルバルブ１２の回転軸に衝突すると吸気の流れ抵抗が増加して、充填効率が低下するおそれがある。
【００２６】
しかるに、（Ｂ）（Ｃ）の例では、破砕手段１６の周囲の箇所は空間になっていることから、破砕手段１６によって流速が低下した吸気は破砕手段の周囲の空間に逃げる傾向を呈するため、ミストＷ′は、破砕手段１６の周囲を通った吸気流に乗って、吸気通路１０の中心を外れた状態で流れる傾向を呈する。これにより、ミストＷ′がスロットルバルブ１２の回転軸に当たることを防止又は著しく抑制して、高い充填効率を維持できる。
【００２７】
図１の（Ｄ）（Ｅ）に示す例も、第１実施形態と同様に破砕手段１６を多数枚の帯板１７で構成している。この実施形態では、破砕手段１６は中間通路１０ｂの上端部を除いて中間通路１０ｂの内周に当接しており、かつ、中間通路１０ｂと直交した横方向（水平方向）から見た側面視で、上端から下端に向かって長さ（中間通路１０ｂの長手方向の長さ）が長くなるように台形状の外観を呈している。従って、破砕手段１６の前面と後面と野両方が側面視で傾斜しているが、前面又は後面のうち片方だけを傾斜させてもよい。
【００２８】
水の粒Ｗは重いので、飛来高さが中間通路１０ｂの中心よりも低くなることが想定される。第１実施形態はこの点に対応したものであり、まず、帯板１７の群を、中間通路１０ｂの上端部を除いて中間通路１０ｂの内面に当接させることで水の粒Ｗの補集を確実化している。
【００２９】
そして、本実施形態では、破砕手段１６は側面視で台形になっているため、吸気や水の流れ抵抗は上に行くほど小さくなる。従って、破砕されたミストＷ′は上の部分では破砕手段１６から早く逃げて、下に行くほど遅く逃げる傾向を呈する。これにより、ミストＷ′を長い時間（或いは長い距離）にわたって流し続けることができるのであり、その結果、ミストＷ′が時間差を持って複数の気筒に分散して流入することを確実化できる。従って、ウォータハンマ現象の防止をより確実化できる。
【００３０】
また、この実施形態でも、ミストＷ′はいわば吸気通路の軸心から上に偏った状態で流れるため、ミストＷ′がスロットルバルブ１２の回転軸に衝突することをより確実に防止できる。この点も本実施形態の利点の１つである。
【００３１】
第１実施形態及び第２実施形態とも、破砕手段１６は、薄い帯板１７で構成されていると共に中間通路１０ｂの長手方向に長い姿勢で配置されているため、吸気の流れ抵抗には殆どならない。
【００３２】
両実施形態とも、帯板１７を中間通路１０ｂの軸線に対して少し傾斜させたり、長手軸心回りに少しねじったりすることも可能である。このようにすると、水の粒Ｗ又は水滴が帯板１７の外面に衝突する割合が高くなるので、微細化・霧化をより一層向上できる。
【００３３】
破砕手段１６を帯板１７の群で構成する場合、中間通路１０ｂの軸心方向から見て、中間通路１０ｂの軸心から放射方向に延びる帯板１７の群と、周方向に延びる帯板１７の群とが組み合わさった蜘蛛の巣構造とすることも可能であり、この場合は、放射方向に延びる帯板１７の先端を中間通路１０ｂの内面に突っ張らせることで、破砕手段１６を中間通路１０ｂに取り付けることができる。
【００３４】
(3).他の実施形態・その他
図２に示す第３実施形態では、破砕手段１６として金網等のメッシュ材２４を使用している。すなわち、複数枚のメッシュ材２４を側面視で傾斜姿勢で配置している。傾斜姿勢で配置しているのは、水の粒Ｗの接触機会を高めるためである。各メッシュ材２４は、吸気流れ方向から見て網目をずらして配置するのが好ましい。
【００３５】
図３に示す第４実施形態では、破砕手段１６として細い線材２５を使用している。図では省略しているが、線材２５の群はホルダーで保持されている。線材２５を中間通路１０ｂの軸心に対して曲げておくと、水の粒Ｗの接触機会が増えて好適である。
【００３６】
破砕手段１６をエアクリーナ２より上流側の空気導入管１０ａに設けることも可能であるが、既述のとおり、エアクリーナ２が水に濡れることで水の粒Ｗが発生することも有り得るので、破砕手段１６はエアクリーナ２の下流側に配置するのが好ましい。また、微細化な水滴が再結合することも想定されるので、破砕手段１６は、吸気通路１０のうちできるだけ下流側に設けるのが好ましい。従って、実施形態のように、中間通路１０ｂのうちスロットルバルブ１２に近い箇所に配置するのが好適である。
【００３７】
破砕手段の構造は様々に具体化できる。例えば、吸気通路の軸心まわりにねじれた螺旋状の構造とすることも可能である。或いは、ハニカム構造としたり、細いパイプを多数本束ねたりすることも可能である。或いは、吸気流によって回転する羽根車構造も採用可能である。更に、吸気通路を曲げて、曲がり部を破砕手段とすることも可能である（すなわち、水の粒を吸気通路の曲がり部の内面に衝突させて微細化する。）。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本願発明は、内燃機関の吸気通路に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  機関本体
２  エアクリーナ
８  吸気マニホールド
９  サージタンク
１０  吸気通路
１０ａ  空気導入管
１０ｂ  中間通路
１１  空気導入口
１２  スロットルバルブ
１６  破砕手段
１７  破砕手段を構成する帯板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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