(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車や自動二輪車等の内燃機関の吸入側に配置されるインテーク装置において、
両端に吸入側開口部と吐出側開口部を有する筒状のインテークチャンバーボディと、
該インテークチャンバーボディの吸入側開口部に装着され、吐出側開口部側に向かって縮径しつつ延出する円錐台形状であり、前記インテークチャンバーボディを吸入側空間と吐出側空間とに画成するエアインテークフィルタと、
前記インテークチャンバーボディの吸入側開口部に装着され、吸入方向に向けてラッパ状に拡径するエアインテークファンネルと、
前記吸入側開口部には、それぞれが、吸入側開口部の略中央を橋架するバルブシャフトと、該バルブシャフトを回転支点として回動する扉部とによって構成される一対の扉部からなるバルブと、
該バルブを開閉する開閉手段とを具備することを特徴とするインテーク装置。
【請求項２】
前記エアインテークフィルタは、所定のメッシュ隙間を有するステンレスメッシュからなるメッシュ三層構造を有すると共に、第１及び第３層が所定のメッシュ隙間を有し、且つ、第１及び第３層の間の第２層が第１及び第３層のメッシュ隙間よりも小さいメッシュ隙間を有することを特徴とする請求項１記載のインテーク装置。
【請求項３】
前記開閉手段は、内燃機関の制御に関するパラメータと対応して前記バルブのそれぞれのバルブシャフトを回転させる駆動手段を具備することを特徴とする請求項１又は２記載のインテーク装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車や自動二輪車等に用いられる内燃機関の吸気側に設けられるインテーク装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１（特開２００２−２１３３１０号公報）は、自動車用の内燃機関におけるエア用の吸入口に設けられるエアクリーナの構造に関し、フィルタの交換を可能、且つ、容易にしてコスト低減を図ることを課題とするもので、エアクリーナのメインフレームにフィルタを着脱自在に装着したものである。このエアクリーナにおいて、フィルタが不織布により形成され、このフィルタを載置する貴台であるメインフレームに、前記フィルタの内側に介装されてこのフィルタの形状を維持するプラントフレームが載置され、プラントフレームは、フィルタの形状を略円錐形状若しくは略台形状に維持して吸入エアを整流するように周方向に間隔をおいて配置される整流羽根が設けられているものである。
【０００３】
特許文献２（特開２０１３−２３１３９８号公報）は、内燃機関の充填効率を向上させる可変吸気通路を提供するために、内燃機関の吸気通路にあるスロットルバルブより上流において、吸気制御ボックスと、その入口に吸気制御用バルブを備え、吸気制御ボックスの断面積は、吸気通路の断面積より８倍から１０倍で、総排気量の１２０％から２００％の容量の円筒状、又は、直方体状であり、吸気制御用バルブは、ＥＣＵ、又は、ダンパにより開閉を制御されて吸気通路との隙間を制御し、吸気制御ボックスの入口の吸気の流速と慣性を、出口に比べて高めることにより、吸気制御ボックスにおいて逆止弁効果を発生させることにより充填効率を改善させることを特徴とするものである。
【０００４】
特許文献３（特開２０１４−２１４６９６号公報）は、フィルタエレメントの交換時においても蒸発燃料が大気中に流出することを抑制することを目的とした筒型エアクリーナを提供することを目的とするものである。この発明に係る円筒型のエアクリーナは、内燃機関の吸気通路に設けられるものであって、大気側からエアを導入する導入口及び機関側にエアを排出する排出口が設けられたハウジングを備えるもので、ハウジングを構成するケースの内部に収容され、キャップの導入口を通じて導入されたエアに含まれる異物を濾過する円筒形状のフィルタエレメントと、フィルタエレメントの内周に設けられ、排出するパイプを通じて流入する蒸発燃料を吸着する円筒形状の吸着部材を備えていることを特徴とするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１３３１０号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３１３９８号公報
【特許文献３】特開２０１４−２１４６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来、自動車や自動二輪車等に使用される内燃機関において、最適な吸気効果を達成するために、内燃機関の吸入側には、インテークチャンバー効果、サクション負圧低減効果、インテークコレクタタンク効果、エアファンネル効果及び可変吸気効果を奏する構造を有することが望まれた。
【０００７】
内燃機関の吸気側にインテークチャンバーを設けることによって生じるインテークチャンバー効果は、吸気量が常に変動する内燃機関にとって重要なポイントである。例えば、エアフィルタを通過してからターボコンプレッサまでのサクションパイプ内に容積の余裕を持たせることによって、急激なアクセルのＯＮ／ＯＦＦの操作に対してターボラグの低減及び慣性過給効果により、頻繁なストップ＆ゴーには効果的で、低速からの立ち上がりやトルク感の向上に効果がある。
【０００８】
また、サクション負圧低減効果について、サクション負圧は吸入抵抗と比例するため、特にターボにとって吸入抵抗の低減はかなり重要な要件である。また、サクション負圧の減少は、高回転時の詰まりも軽減することができるものである。
【０００９】
インテークコレクタタンクは、ターボの場合において自然吸気（ＮＡ）エンジンのインテークチャンバーと同様の効果を奏するもので、具体的には、ターボエンジンの場合、エアクリーナからスロットルバルブまでの間にターボコンプレッサ、インタークーラー、そしてそれらを連結するパイピング等の吸気抵抗の要素が存在するため、負圧状態からアクセルを開け始めたときなど、ターボからの過給が十分に立ち上がっていないＮＡ領域では、ただでさえ大きくなるスロットバルブ直前の吸入負圧がそれらの抵抗によってさらに大きくなることで、一時的にスロットルバルブ直前での酸素密度が低下するという不具合が生じる。このため、タービン若しくはスーパーチャージャー手前にコレクタタンクを設けることによって、スロットルを開けた瞬間にそこに溜めてあった大量のエアがすぐにポートに入ってくるので、空気密度の低下を抑制でき、スロットルの開閉に対してトルクの立ち上がりを速くすることができるという効果を奏するものである。
【００１０】
さらに、エアファンネル効果は、大径の吸入口から漸次縮径する構造とすることで、パイプ内径が無限大に広がったのと等しい形となり、そこに負圧による流速が加わることで、実際の口径の何倍もの面積分の空気を吸い込むことができるものである。このため、高回転時での最大吸気を確保することができるものである。
【００１１】
以上のことから、本発明は、インテークチャンバー効果、サクション負圧低減効果、インテークコレクタタンク効果、エアファンネル効果及び可変吸気効果を達成する構造を具備するインテーク装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るインテーク装置は、自動車や自動二輪車等の内燃機関の吸入側に配置されるインテーク装置において、両端に吸入側開口部と吐出側開口部を有する筒状のインテークチャンバーボディと、該インテークチャンバーボディの吸入側開口部に装着され、吐出側開口部側に向かって縮径しつつ延出する円錐台形状であり、前記インテークチャンバーボディを吸入側空間と吐出側空間とに画成するエアインテークフィルタと、前記インテークチャンバーボディの吸入側開口部に装着され、吸入方向に向けてラッパ状に拡径するエアインテークファンネルと、前記吸入側開口部には、それぞれが、吸入側開口部の略中央を橋架するバルブシャフトと、該バルブシャフトを回転支点として回動する扉部とによって構成される一対の扉部からなるバルブと、該バルブを開閉する開閉手段とを具備することにある。
【００１３】
これによって、エアインテークフィルタを吸入側開口部から吐出側開口部側に向かって縮径しつつ延出する円錐台形状としたことによって、インテークチャンバーボディの吸入開口部から吐出開口部へ移動する空気に対して、フィルタ部分が傾斜することから、空気の通過面積を、垂直に配置される場合よりも広くとることができるため、通気抵抗（吸入抵抗）を低下させることができると共にフィルタ面積を確保することができるものである。また、吐出側に向けて拡径しつつ延出する円錐台形状のエアフィルタの場合、下記するエアインテークファンネルによって集められた空気が、流体力学上壁面に沿って流入するため、吐出側拡径部分先端部分に衝突するため空気抵抗が増大するという恐れがあるが、本発明に係るエアインテークフィルタの構造では、流入した空気が縮径される側面に沿って容積の大きい外側に向けて通過するため、通気抵抗の増大を抑制できるという効果、集塵効率が向上するという効果を奏するものである。また、バルブのバタフライ型扉が整流板としての効果を発生させることが可能となり、吸入空気の乱流による吸入抵抗の増大を防止できるものである。
【００１４】
さらに、前記エアインテークフィルタは、所定のメッシュ隙間を有するステンレスメッシュからなるメッシュ三層構造を有すると共に、第１及び第３層が所定のメッシュ隙間を有し、且つ、第１及び第３層の間の第２層が第１及び第３層のメッシュ隙間よりも小さいメッシュ隙間を有することが望ましい。
【００１５】
ステンレスメッシュからなるメッシュ構造とすることによって、洗浄のみでメンテナンスを十分にすることができるので半永久的に使用可能となる。また、三層構造として、両側（第１及び第３の層）のメッシュ隙間を大きめ（例えば、３００μｍ）に、中央側（第２の層）のメッシュ隙間を外側に比べて小さめ（例えば、７０μｍ）とすることによって、エアに含まれる大きなゴミはまず外側の層（例えば第１の層）で除去され、内側での目詰まりを防止できるものである。また、内側（第３の層）に大きめのメッシュを配置したことによって、吸入エア圧によりメッシュが変形し吸入抵抗とならないように頑丈な隙間の大きなメッシュを設け、支持体としての効果を持たせることができるものである。
【００１６】
さらに、前記開閉手段は、内燃機関の制御に関するパラメータと対応して前記バルブのそれぞれのバルブシャフトを回転させる駆動手段を具備することが望ましい。前記内燃機関の制御に関するパラメータとは、スロットルの開閉、エンジン回転数、車速、ブレーキング、Ｇセンサーによる前後左右のＧなどのパラメータである。さらに、前記パラメータは、インテーク圧である。さらに、駆動手段は、アクチュエータであり、インテーク圧と連動したアクチュエータをリンケージでそれぞれのバルブシャフトと連結することによって、容易にアクセルと開閉手段との連携が可能となる。また、バルブの開閉手段が、それぞれの扉部を独立して制御可能であることから、整流及び吸気パターンをいろいろに組み合わせることができるものである。また、一対の扉部によって開閉する構造としたことから、１つの扉部に係る吸入抵抗を極力低下させることができるものである。
【００１７】
アクセルＯＦＦ時にインテーク圧の負圧によりアクチュエータ制御で前記バルブを閉じて流速を上げ、吸入効率を上げることでレスポンスを向上させ、少ないアクセル開度でも容易に車が進むこととなり燃費の改善効果を達成できる。
【００１８】
また逆に追い越し等でアクセルを開けた場合には、インテーク圧が負圧減少からターボ車の場合の制圧により、バルブは全開し、整流板の効果も果たして多くの空気を取り入れることが可能となり、結果的にエンジン出力増加により少ない時間で加速が可能となることにより燃費改善に寄与できるものである。
【００１９】
また、バルブの開度状態によって、バルブの下流側に所定の容積の空間を形成することができると共に、この空間とエアインテークフィルタの後流側に位置する空間とによって、インテークチャンバー効果若しくはインテークコレクタタンク効果を達成することができるものである。また、吸入抵抗を低減したことによって、吸入抵抗と比例するサクション負圧も低減できるためサクション負圧減少効果も達成できるものである。
【００２０】
さらに、前記インテークチャンバーボディの吸入側開口部には、吸入側開口部から吐出側開口部に向けて縮径して延出するエアインテークファンネルが設けられることが望ましい。
【００２１】
これによって、インテークチャンバーボディの吸入側にファンネル構造を設けることができるので、高回転での最大吸気を達成できるものである。
【００２２】
また、前記バルブは、手動によって設定可能であることが望ましい。これによって、例えば中低速での走行が多い場合には、予め手動により、駆動軸を回転させて、弁体部により前記開口部の開口面積を小さくするようにし、高速での走行が多い場合には、予め手動により、前記開口部の開口面積を大きくするようにすることによって、それぞれの速度域でのトルク感とレスポンスを向上させることができるものである。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明によれば、エアインテークフィルタを吸入側開口部から吐出側開口部側に向かって縮径しつつ延出する円錐台形状とすると共に、後流側に所定の容積の吐出側空間を画成したことによって、インテークチャンバー効果、サクション負圧低減効果及びインテークコレクタタンク効果を達成することができるものである。また、インテークチャンバーボディの吸入側にファンネル構造を設けたことによって、エアファンネル効果、いわゆる高回転での最大吸気を達成できるものである。
【００２４】
さらに、前記インテークチャンバーボディの吸入側開口部若しくは前記エアインテークファンネルの開口部を開閉するバルブを設けることによって、可変吸気効果を達成できるものである。以上のように、本発明によれば、上述したインテークチャンバー効果、サクション負圧低減効果、インテークコレクタタンク効果、エアファンネル効果及び可変吸気効果を達成できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例に係るインテーク装置の構成を示した説明図である。
【図２】本発明の実施例に係るインテーク装置のバルブの開閉状態の一例を示した説明図である。
【図３】本発明の実施例に係るインテーク装置のバルブの開閉状態の別の例を示した説明図である。
【図４】本発明の実施例に係るインテーク装置のエアインテークフィルタを示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、この発明の実施例について、図面により説明する。
【実施例】
【００２７】
本発明に係るインテーク装置１は、図示しない自動車や自動二輪車等の内燃機関の吸入側の先端部分に配置されるもので、自然吸気の場合にはスロットルバルブの手前に、強制吸気の場合には、ターボチャージャー若しくはスーパーチャージャーなどの手前に接続されるものであり、図１に示すように、両端に吸入側開口部２ａと吐出側開口部２ｂを有する筒状のインテークチャンバーボディ２を具備する。尚、本実施例では、インテークチャンバーボディ２は、本実施例では円筒状であるが、楕円筒状であっても良く、特にその形状については限定されるものではない。
【００２８】
また、エアインテークフィルタ３は、前記インテークチャンバーボディ２の吸入側開口部２ａに装着されるもので、この吸入側開口部２ａの装着部３ａから吐出側開口部２ｂ側に向かって縮径しつつ延出する円錐台形状であり、吐出側の端部は、閉塞キャップ３ｂによって閉塞される。円錐台形状のフィルタ部３０は、例えば図４で示すように、ステンレスメッシュによるメッシュ構造の三層構造によって形成されるもので、第１の層３１及び第３の層３３は、比較的粗めのメッシュ間隔、例えば３００μｍの間隔を有し、中間に位置する第２の層３２は、比較的細かいメッシュ間隔、例えば７０μｍの間隔で形成される。このようなステンレスメッシュによるメッシュの三層構造にすることにより、吸塵能力を確保できると共に通気抵抗、サクション負圧を低減できるという効果を奏するものである。また、ステンレスメッシュによるメッシュ構造であるため、洗浄が容易であり、メンテナンス性が向上するものである。
【００２９】
また、エアインテークフィルタ３の固定方法について、基本的にはシャフト固定であり、シャフト本数は３本が基本であるが、メッシュ層とメッシュ隙間と材質等によって本数の増減が可能である。同時に、シャフト固定により、フィルタ部３０のみを分解取り外しが可能となることから、交換や洗浄が容易になるものである。さらに、フィルタ部３０が交換可能であることから、使用環境や使用車種等により、フィルタ部３０のメッシュ層の構成、メッシュ隙間及び材質を変更可能である。
【００３０】
また、このフィルタ部３０によって前記インテークチャンバーボディ２を吸入側空間２ｃと吐出側空間２ｄとに区画される。この吐出側空間２ｄは、所定の容積が確保されるものであり、この所定の容積の吐出側空間２ｄが、タービン前コレクタタンクやインテーク前コレクタタンクの役目を果たすものであり、内燃機関の吸気の急減な変動に対応することができるようになるものである。前記インテークチャンバーボディ２の吐出側開口部２ｂには、ガイド壁２ｅが設けられ、さらにその外側には連結パイプ２ｆが設けられ、下流側に連結されるものである。さらに、前記ガイド壁２ｅには連結パイプ２ｆに向かって縮径するテーパ部２ｇが設けられ、この後流側でもファンネル効果が得ることができるものである。
【００３１】
また、前記インテークチャンバーボディ２の吸入側開口部２ａには、吸入側開口部２ａから吐出側開口部２ｂに向けて縮径して延出するエアインテークファンネル４が設けられる。
【００３２】
また、前記エアインテークファンネル４と前記エアインテークフィルタ３の間には、前記エアインテークファンネル４の空気通路４ａの開口割合を変化させるためのバルブ６が設けられるものである。このバルブ６は、それぞれが、吸入側開口部２ａ内の空気通路４ａの略中央を橋架するバルブシャフト６１，６２と、これらバルブシャフト６１，６２を回転支点として回動する扉部６３，６４とによって構成される一対のバタフライ型扉からなる。
【００３３】
前記バルブシャフト６１，６２には、連結機構６５，６６を介してそれぞれアクチュエータ６７，６８と接続され、アクチュエータ６７，６８の駆動によってバルブシャフト６１，６２が回転し、扉部６３，６４が前記空気通路４ａを開閉するものである。また、前記アクチュエータ６７，６８は、コントロールユニット（Ｃ／Ｕ）７によって独立して又は同時に制御されるものである。このコントロールユニット７は、内燃機関の回転を制御するためのパラメータ、例えばスロットルの開閉、エンジン回転数、車速、ブレーキング、Ｇセンサーによる前後左右のＧなどのパラメータ、さらには、インテーク圧などが入力端子７１，７２，７３等を介して入力され、所定のプログラムに沿って処理された後、アクチュエータ６７，６８を駆動し、バルブ６を開閉するものである。さらに、このアクチュエータ制御に関して、インテークの圧力に対応してアナログで制御するアナログ制御と、上述したいろいろな電気信号を入力によるプログラム制御とが可能である。またアクチュエータ６７，６８を駆動するために、ステッピングモータ又は電磁バルブによる方法が望ましい。
【００３４】
また、上述したバルブ６によって、バルブ６を前後の動きを含めて多種多様なエアの流れを作り出すことができるものである。また、前記連結機構６５，６６は、手動によってアクチュエータ６７，６８との連結を解除可能な構造を有し、これによって、前記バルブ６を手動によって開閉することも可能となる。この場合、例えば中低速での走行が多い場合には、予め手動により、前記空気通路４ａの開口面積を小さくするようにし、高速での走行が多い場合には、前記空気通路４ａの開口面積を大きくするようにすることによって、それぞれの速度域でのトルク感とレスポンスを向上させることができるものである。また、手動可能としたことによって、緊急時に容易に手動制御に切り換えることが可能となるものである。
【００３５】
インテーク圧とアクチュエータ６７，６８とを連動させることによって、アクセルｏｆｆ時にインテーク圧の負圧によりアクチュエータ制御でバルブ６を閉じて流速を上げ、吸入効率を上げることでレスポンスを向上させ、少ないアクセル開度でも容易に内燃機関の回転速度を向上させることができるので、燃費改善効果を達成できるものである。また、追い越し等でアクセルを開けた場合には、インテーク圧が負圧減少からターボ車の場合の制圧により、バルブ６は全開し、整流板の効果も果たし多くの空気を取り入れることが可能となり、結果的に内燃機関の出力を増加させるので、少ない時間で加速が可能となり、燃費の改善に寄与できるものである。
【００３６】
図２は、前記バルブ６の扉部６３，６４が前方側に半分開いた状態（外開き）を示したものである。この場合、前記扉部６３，６４は整流板として働くと共に、空気通路４ａの開度を制限することから、吸入空気の速度は上昇するので、吸入空気が効率良くフィルタ部３０を通過できるものである。
【００３７】
また、図３は、前記バルブ６の扉部６３，６４が後方側に半分開いた状態（内開き）を示したものである。この場合、前記扉部６３，６４の整流板として働くと共に、前記扉部６３，６４の後流側に所定の空間（吸入側空間２ｃ）が確保されることから、吐出側空間２ｄと相まって、インテークチャンバー効果若しくはインテークコレクタタンク効果を達成することができるものである。
【００３８】
さらに、上述した外開きの場合も内開きの場合も、整流だけでなく導流効果も発揮できるものである。例えば、外開きでファンネル壁に沿って逆八の字で開かせた場合には、乱流している空気をファンネル壁に導くことができるという効果を奏するものであり、逆に内開きにした場合には、フィルタ壁に吸入空気を整流しながら導流できるという効果を奏するものである。
【００３９】
さらに、上述した実施例では、バルブ６は、扉部６３，６４を同時に制御する例が示されたが、一方の扉部６３，６４を手動により固定し、他方の扉部６４，６３を自動制御するようにしても良いものである。
【符号の説明】
【００４０】
１  インテーク装置
２  インテークチャンバーボディ
２ａ  吸入側開口部
２ｂ  吐出側開口部
２ｃ  吸入側空間
２ｄ  吐出側空間
２ｅ  ガイド壁
２ｆ  連結パイプ
２ｇ  テーパ部
３  エアインテークフィルタ
３ａ  装着部
３ｂ  キャップ部
４  エアインテークファンネル
４ａ  空気通路
６  バルブ
７  コントロールユニット
３０  フィルタ部
３１  第１の層
３２  第２の層
３３  第３の層
６１，６２  バルブシャフト
６３，６４  扉部
６５，６６  連結機構
６７，６８  アクチュエータ
【図１】
0006355603.tif 000002
【図２】
0006355603.tif 000003
【図３】
0006355603.tif 000004
【図４】
0006355603.tif 000005