(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアクリーナのハウジングの壁部に接続されて吸気を導出するとともに、吸気流量を検出するエアフローメータが取り付けられるアウトレットダクトを備え、
前記アウトレットダクトにおける吸気流れ方向の上流側端部には上流側ほど内径が連続的に大きくされたファンネル部が形成されており、
前記ファンネル部の内壁面には、前記アウトレットダクトの径方向または軸方向に対する迎え角を有し、吸気を案内する案内部が突設されている、
内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
複数の前記案内部が周方向に間隔をおいて突設されている、
請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気流量を検出するエアフローメータが取り付けられるダクトを備えた内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料噴射制御などにおいては、混合気中の空気質量を燃料質量で除した値である空燃比が用いられる。このため、エアクリーナのアウトレットダクトに取り付けられたエアフローメータにより吸入空気の質量流量（以下、吸気流量）が検出される（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のアウトレットダクトの上流側端部には、弓形状の堰が径方向においてエアフローメータと対向する位置に設けられている。そして、大排気量の内燃機関の場合には、堰の面積を小さくして堰により減少されるアウトレットダクトの流路断面積を小さくすることで、エアフローメータにより検出可能な吸気流量の範囲（保証流量範囲）を全体的に大きい側に移行させている。一方、小排気量の内燃機関の場合には、堰の面積を大きくして堰により減少されるアウトレットダクトの流路断面積を大きくすることで、エアフローメータにより検出可能な吸気流量の範囲を全体的に小さい側に移行させている。このように堰の面積を変更するだけで、エアクリーナのケース及びアウトレットダクトの形状を変更させることなくエアフローメータの保証流量範囲を変更することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２８８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、内燃機関においては、最大出力を高めるために吸気流量の最大値を大きくする一方、アイドリング運転時における機関回転速度を低くするために吸気流量の最小値を小さくすることが求められている。そして、このように吸気流量の範囲が拡大されることに伴って、吸気流量の範囲全体にわたって検出可能なエアフローメータが必要となる。
【０００６】
これに対して、上記特許文献１に記載の技術は、エアフローメータにより検出可能な吸気流量の最小値及び最大値が共に大きい側あるいは小さい側に移行されるものであり、エアフローメータにより検出可能な吸気流量の最小値と最大値との範囲を拡大できるものではない。
【０００７】
そのため、既存のエアフローメータで対応できない場合には、新たにエアフローメータを開発しなければならない。
本発明の目的は、エアフローメータにより検出可能な吸気流量の範囲を拡大することのできる内燃機関の吸気装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための内燃機関の吸気装置は、吸気流量を検出するエアフローメータが取り付けられるダクトを備え、前記ダクトの内壁面における前記エアフローメータよりも吸気流れ方向の上流側の部分には、前記ダクトの径方向または軸方向に対する迎え角を有し、吸気を案内する案内部が突設されている。
【０００９】
内燃機関の運転時に吸気通路の一部を構成するダクトの内部を粘性流体である吸気（空気）が流れるとき、ダクトの内壁面付近には乱流境界層が生じる。すなわち、吸気の流速はダクトの内壁面ではゼロとなり、内壁面から離間するほど速くなる。
【００１０】
上記構成によれば、ダクトの内部に流入した吸気のうち内壁面付近を流れるものが案内部により旋回されるように案内される。このとき、吸気は、旋回方向、すなわちダクトの周方向に沿って移動するのではなく慣性力により内壁面に近づくように移動する。このため、吸気のもつ旋回方向の運動エネルギの一部が径方向外側に向けた運動エネルギに交換される。これにより、内壁面付近における乱流境界層が薄くなる。その結果、上記案内部が設けられていない場合に比べて、内壁面付近における吸気の流速が速くなる一方、中心付近における吸気の流速が遅くなる。
【００１１】
乱流境界層は案内部よりも上流側からダクトの内壁面に沿って発達する。一般に、乱流境界層は、流速が遅いときには厚くなり、流速が速くなるほど薄くなる。このため、ダクトを通過する吸気流量（流路断面積の平均流速）が少ないときには、内壁面付近における吸気の旋回の流れが弱く、内壁面付近における吸気の流速を速くする効果、すなわち中心付近における吸気の流速を遅くする効果が小さい。一方、ダクトを通過する吸気流量が多くなるほど、内壁面付近における吸気の旋回の流れが強くなり、内壁面付近における吸気の流速を速くする効果、すなわち中心付近における吸気の流速を遅くする効果が大きくなる。
【００１２】
これらのことから、ダクトを通過する吸気流量が少ないときには、ダクトの中心付近の吸気の流速は上記案内部が設けられていない場合とほとんど変わらない。
これに対して、吸気流量が多くなるほど、ダクトの中心付近の吸気の流速は上記案内部が設けられていない場合よりも遅くなる。このことから、ダクトを流れる吸気流量が同じであっても、ダクトの中心付近に配置されるエアフローメータの検出部により検出される吸気の流速の値、換言すればエアフローメータから出力される電圧値は上記案内部が設けられていない場合に比べて小さくなる。
【００１３】
よって、エアフローメータにより検出可能な吸気流量の最大値を大きくすることができ、エアフローメータにより検出可能な吸気流量の範囲を拡大することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、エアフローメータにより検出可能な吸気流量の範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】内燃機関の吸気装置の一実施形態について、エアクリーナ全体の断面構造を模式的に示す断面図。
【図２】同実施形態のアウトレットダクトの軸線に沿ったキャップの斜視断面図。
【図３】図１の３−３線に沿ったキャップの断面図。
【図４】同実施形態のアウトレットダクトの内壁面付近の吸気の流れを示す図。
【図５】アウトレットダクトの径方向における吸気の流速分布の計算結果を示すグラフであり、（ａ）は質量流量が２．５ｇ／ｓのときの計算結果を示すグラフ、（ｂ）は質量流量が１００ｇ／ｓのときの計算結果を示すグラフ。
【図６】第２実施形態のアウトレットダクトの軸線に沿ったキャップの斜視断面図。
【図７】同実施形態のアウトレットダクトを中心としたキャップの斜視断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図１〜図６を参照して、一実施形態について説明する。
図１に示すように、エアクリーナは、内燃機関の吸気通路に設けられるものであり、上部に開口１１を有するケース１０と、下部に開口２１を有するキャップ２０と、これら開口１１，２１の間に設けられたフィルタエレメント３０とを備えている。
【００１７】
ケース１０は、開口１１を囲む周壁１２を有している。周壁１２には、内外を連通するとともにケース１０の内部に吸気を導入する円筒状のインレットダクト１３が外側に向けて突設されている。
【００１８】
キャップ２０は、開口２１を囲む周壁２２を有している。
図１及び図２に示すように、周壁２２には、内外を連通するとともに内燃機関本体に向けて吸気を導出する円筒状のアウトレットダクト２３が外側に向けて突設されている。なお、以降において、アウトレットダクト２３の軸方向において吸気流れ方向の上流側及び下流側を単に上流側及び下流側と称する。
【００１９】
図２に示すように、アウトレットダクト２３は、一定の内径を有する本体部２４と、本体部２４の上流側端部に形成されて上流側ほど内径が連続的に大きくされたファンネル部２５とを有している。ファンネル部２５の内壁面は周壁２２の内壁面に連なっている。
【００２０】
同図に二点鎖線にて示すように、本体部２４の取付孔２７には、吸気流量を検出するエアフローメータ４０がアウトレットダクト２３の外側から挿通されて取り付けられる。エアフローメータ４０は熱式流量センサであり、加熱されている発熱抵抗体から吸気の流れによって持ち去られる熱量を検出し、持ち去られる熱量が大きいときほど吸気流量が大きいとして高い電圧を出力する。
【００２１】
図３に示すように、エアフローメータ４０の検出部４１は、本体部２４における径方向の中心Ｃ付近に配置される。
図２及び図３に示すように、ファンネル部２５の内壁面には、アウトレットダクト２３の径方向に対する迎え角を有し、吸気を案内する湾曲板状の複数の案内突起２６が周方向に間隔をおいて形成されている。本実施形態では、８つの案内突起２６が周方向に等間隔にて形成されている。上記迎え角は０度よりも大きく、３０度よりも小さいことが好ましい。迎え角が３０度以上の場合には吸気が案内突起２６から剥離しやすいためである。また、迎え角は１０度以上であることがより好ましい。
【００２２】
次に、本実施形態の作用について説明する。
内燃機関の運転時に吸気通路の一部を構成するアウトレットダクト２３の内部を粘性流体である吸気（空気）が流れるとき、アウトレットダクト２３の内壁面付近には乱流境界層が生じる。すなわち、吸気の流速はアウトレットダクト２３の内壁面ではゼロとなり、内壁面から離間するほど速くなる。
【００２３】
本実施形態によれば、アウトレットダクト２３の内部に流入した吸気のうち内壁面付近を流れるものが複数の案内突起２６によりそれぞれ旋回されるように案内される。このとき、図４に示すように、吸気は、同図に二点鎖線にて示すように旋回方向、すなわちアウトレットダクト２３の周方向に沿って移動するのではなく慣性力により内壁面に近づくように移動する。このため、吸気のもつ旋回方向の運動エネルギの一部が径方向外側に向けた運動エネルギに交換される。これにより、内壁面付近における乱流境界層が薄くなる。その結果、上記案内突起２６が設けられていない場合に比べて、内壁面付近における吸気の流速が速くなる一方、中心Ｃ付近における吸気の流速が遅くなる。
【００２４】
乱流境界層は案内突起２６よりも上流側からアウトレットダクト２３の内壁面に沿って発達する。一般に、乱流境界層は、流速が遅いときには厚くなり、流速が速くなるほど薄くなる。このため、アウトレットダクト２３を通過する吸気流量（流路断面積の平均流速）が少ないときには、内壁面付近における吸気の旋回の流れが弱く、内壁面付近における吸気の流速を速くする効果、すなわち中心Ｃ付近における吸気の流速を遅くする効果が小さい。一方、アウトレットダクト２３を通過する吸気流量が多くなるほど、内壁面付近における吸気の旋回の流れが強くなり、内壁面付近における吸気の流速を速くする効果、すなわち中心Ｃ付近における吸気の流速を遅くする効果が大きくなる。
【００２５】
これらのことから、アウトレットダクト２３を通過する吸気流量が少ないときには、アウトレットダクト２３の中心Ｃ付近の吸気の流速は上記案内突起２６が設けられていない場合とほとんど変わらない。
【００２６】
これに対して、吸気流量が多くなるほど、アウトレットダクト２３の中心Ｃ付近の吸気の流速は上記案内突起２６が設けられていない場合よりも遅くなる。このことから、アウトレットダクト２３を流れる吸気流量が同じであっても、アウトレットダクト２３の中心Ｃ付近に配置されるエアフローメータ４０の検出部４１により検出される吸気の流速の値、換言すればエアフローメータ４０から出力される電圧値は上記案内突起２６が設けられていない場合に比べて小さくなる。
【００２７】
よって、エアフローメータ４０により検出可能な吸気流量の最大値を大きくすることができ、エアフローメータ４０により検出可能な吸気流量の範囲を拡大することができる。
図５（ａ）及び図５（ｂ）に、アウトレットダクト２３の径方向における吸気の流速分布の計算結果を示す。図５（ａ）は、吸気の質量流量が２．５ｇ／ｓのときの計算結果であり、図５（ｂ）は、吸気の質量流量が１００ｇ／ｓのときの計算結果である。なお、これらの計算は以下の条件にて行なわれたものであり、アウトレットダクト２３の上流端から３０ｍｍ下流側での吸気の流速が示されている。
【００２８】
アウトレットダクト２３の本体部２４の内径：６５ｍｍ
案内突起２６の内壁面からの高さ：５ｍｍ
案内突起２６の吸気の流れ方向に沿った長さ：１０ｍｍ
案内突起２６の迎え角：１７度
また、図５（ａ）及び図５（ｂ）では、案内突起２６の設けられていない場合の計算結果が二点鎖線にて示されている。
【００２９】
これらの計算結果によれば、吸気の質量流量が２．５ｇ／ｓから１００ｇ／ｓまで４０倍になったときに、案内突起２６が設けられている本実施形態では、中心Ｃ付近の吸気の流速が０．６５７ｍ／ｓから２１．７３ｍ／ｓまで３３．０７倍となった。一方、案内突起２６が設けられていない場合には、中心Ｃ付近の吸気の流速が０．６５６ｍ／ｓから２４．９０ｍ／ｓまで３７．９６倍となった。これらのことから、案内突起２６を設けることにより、エアフローメータ４０により検出可能な吸気流量の範囲が１．１５倍となったといえる。
【００３０】
以上説明した本実施形態に係る内燃機関の吸気装置によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）アウトレットダクト２３の内壁面におけるエアフローメータ４０よりも吸気流れ方向の上流側の部分には、アウトレットダクト２３の径方向に対する迎え角を有し、吸気を案内する複数の案内突起２６が周方向に間隔をおいて突設されている。このため、上述した作用を奏することで、エアフローメータ４０により検出可能な吸気流量の範囲を好適に拡大することができる。
【００３１】
（２）アウトレットダクト２３の上流側端部には上流側ほど内径が連続的に大きくされたファンネル部２５が形成されており、案内突起２６はファンネル部２５に形成されている。
【００３２】
案内突起２６とエアフローメータ４０との間の距離が長くなるほど乱流境界層が発達しやすくなる。このため、上述した案内突起２６の追加により中心Ｃ付近における吸気の流速を遅くする効果がより顕著となる。
【００３３】
この点、上記構成によれば、複数の案内突起２６とエアフローメータ４０との間の距離を可及的に長くすることができる。このため、エアフローメータ４０の検出部４１の位置での吸気の流速を適切に遅くすることができ、エアフローメータ４０により検出可能な吸気流量の範囲を確実に拡大することができる。
【００３４】
＜変形例＞
なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・上記実施形態において例示した案内突起２６に代えて、図６及び図７に示すように、平板状をなす複数の案内板２８をアウトレットダクト２３の本体部２４の上流側端部に突設することもできる。複数の案内板２８は軸方向に対して迎え角を有している。この場合であっても、上記実施形態の効果（１）に準じた効果を奏することができる。
【００３５】
・案内突起２６や案内板２８（以下、案内部）の数を適宜変更することができる。また、複数の案内部を周方向に不等間隔にて設けることもできる。例えば吸気が流れやすい部位ほど案内部を密に設定すれば、吸気を効果的に案内することができる。また、案内部は１つだけであってもよい。
【００３６】
・アウトレットダクト２３の上流側端部がキャップ２０の内部に突出しているものであってもよい。すなわち、ファンネル部２５がキャップ２０の周壁２２に連なっていないものであってもよい。
【００３７】
・本発明のダクトはアウトレットダクト２３に限られない。すなわち、エアフローメータ４０が取り付けられるものであればよく、エアクリーナのアウトレットダクト２３以外の任意のダクトに対して本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１０…ケース、１１…開口、１２…周壁、１３…インレットダクト、２０…キャップ（ハウジング）、２１…開口、２２…周壁（壁部）、２３…アウトレットダクト、２４…本体部、２５…ファンネル部、２６…案内突起（案内部）、２７…取付孔、２８…案内板（案内部）、３０…フィルタエレメント、４０…エアフローメータ、４１…検出部。
【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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