СТРУКТУРА КАНАЛА ДЛЯ ВСАСЫВАНИЯ ВОЗДУХА ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
STRUCTURE OF AIR SUCTION CHANNEL FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINE

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее изобретение относится к структуре канала для всасывания воздуха для двигателя внутреннего сгорания, а более конкретно, к структуре канала для всасывания воздуха для двигателя внутреннего сгорания, снабженного нагнетателем наддува ниже по потоку от расходомера воздуха и снабженного обходным каналом и обходным клапаном, чтобы предоставлять возможность сторонам ниже по потоку и выше по потоку нагнетателя наддува приходить в сообщение друг с другом.
Уровень техники
[0002] Касательно двигателя внутреннего сгорания, оснащенного нагнетателем наддува в канале для всасывания воздуха, известна такая конфигурация, которая должна быть оснащена обходным каналом, чтобы предоставлять возможность сторонам ниже по потоку и выше по потоку от нагнетателя наддува приходить в сообщение друг с другом, а также оснащена обходным клапаном, который может открывать или закрывать обходной канал. Патентный документ 1 раскрывает конфигурацию, где обходной канал предусматривается параллельно с механическим нагнетателем наддува, постоянно приводимым в действие посредством выходной мощности двигателя, так что обходной клапан, расположенный в обходном канале, открывается во время состояния низкой нагрузки, чтобы снижать давление наддува. Патентный документ 2 раскрывает конфигурацию, где обходной канал предусматривается параллельно с механическим нагнетателем наддува, приводимым в действие согласно рабочим режимам двигателя, и давление наддува управляется посредством степени открытия обходного клапана.
[0003] В вышеупомянутой конфигурации, включающей в себя обходной канал, который предоставляет возможность сторонам ниже по потоку и выше по потоку нагнетателя наддува приходить в сообщение друг с другом, когда обходной клапан открывается, и происходит циркуляция всасываемого воздуха со стороны ниже по потоку нагнетателя наддува в сторону выше по потоку нагнетателя наддува, часть всасываемого воздуха может иногда протекать назад в сторону дальше вверх по потоку канала для впуска воздуха так, что достигает расходомера воздуха. Следовательно, была проблема в том, что, если расходомер воздуха имеет хорошую чувствительность, компоненты обратного потока, могут быть обнаружены посредством расходомера, что вызывает некоторые погрешности.
Ссылки на предшествующий уровень техники
Патентные документы
[0004] Патентный документ 1: Публикация японской патентной заявки № H06-10682
Патентный документ 2: Публикация японской патентной заявки № 2009-209784
Сущность изобретения
[0005] Целью настоящего изобретения является пресечение обратного потока, который может возникать между обходным каналом и расходомером воздуха.
[0006] Структура канала для всасывания воздуха для двигателя внутреннего сгорания, согласно настоящему изобретению, основывается на предположении, что двигатель внутреннего сгорания оснащается нагнетателем наддува ниже по потоку от расходомера в канале для всасывания воздуха и оснащается обходным каналом и обходным клапаном, чтобы предоставлять возможность сторонам ниже по потоку и выше по потоку от нагнетателя наддува приходить в сообщение друг с другом. Структура канала для всасывания воздуха конфигурируется, чтобы включать в себя: расширенную секцию, сформированную посредством локального расширения площади поперечного сечения канала и расположенную в части канала для всасывания воздуха и между местом соединения, где канал для всасывания воздуха соединяется с обходным каналом, и расходомером воздуха; и внутреннюю трубу внутри расширенной секции, расположенный ниже по потоку конец которой формируется открытым по направлению к выходной секции расширенной секции, при этом внутренняя труба и внутренняя поверхность стенки расширенной секции определяют секцию пространства между ними, секция пространства имеет сторону выше по потоку, заблокированную посредством перегородки, и сторону ниже по потоку, открывающуюся внутрь расширенной секции.
[0007] В вышеупомянутой конфигурации поток всасываемого воздуха протекает во внутренней трубе даже в расширенной секции, когда всасываемый воздух протекает должным образом в прямом направлении, и затем протекает вниз по потоку по направлению к нагнетателю наддува. Между тем, когда всасываемый воздух имеет тенденцию протекать назад через обходной канал, часть всасываемого воздуха неизбежно попадает вовнутрь внутренней трубы через расположенный ниже по потоку конец внутренней трубы, а другая часть всасываемого воздуха попадает в секцию пространства, определенную между внутренней трубой и внутренней поверхностью стенки расширенной секции, таким образом блокируясь от обратного потока посредством перегородки. Следовательно, обратный поток, направленный по направлению к расходомеру воздуха, ослабляется.
[0008] Согласно настоящему изобретению, становится возможным пресекать обратный поток всасываемого воздуха без увеличения сопротивления всасыванию, когда всасываемый воздух протекает в прямом направлении. При этом влияние обратного потока на выходной сигнал расходомера воздуха снижается.
Краткое описание чертежей
[0009] [Фиг. 1] Иллюстрация для пояснения общей структуры двигателя внутреннего сгорания, предусматривающего наличие варианта осуществления структуры канала для всасывания воздуха согласно настоящему изобретению.
[Фиг. 2] Перспективный вид неотъемлемой части варианта осуществления структуры канала для всасывания воздуха.
[Фиг. 3] Перспективный вид, показывающий вариант осуществления устройства предотвращения обратного потока вместе с впускным воздуховодом.
[Фиг. 4] Вид в поперечном разрезе устройства предотвращения обратного потока.
[Фиг. 5] Перспективный вид, показывающий внешний вид устройства предотвращения обратного потока.
[Фиг. 6] Перспективный вид, показывающий только внутреннюю трубу.
[Фиг. 7] Перспективный вид, аналогично показывающий только внутреннюю трубу с другого направления.
Оптимальный режим(ы) осуществления изобретения
[0010] Далее в данном документе вариант осуществления настоящего изобретения будет конкретно пояснен со ссылкой на сопровождающие чертежи.
[0011] Фиг. 1 является иллюстрацией для схематичного пояснения структуры впускной и выпускной системы всего двигателя внутреннего сгорания, к которому настоящее изобретение применяется. Двигатель 1 внутреннего сгорания является бензиновым двигателем с искровым зажиганием, например, в котором впускной коллектор 4 соединяется с отверстием 2 для впуска воздуха каждого цилиндра через ответвительный канал 3, и дроссельный клапан 5 с управлением электрического типа располагается во входном участке 4a впускного коллектора 4. Внутри впускного коллектора 4 предусматривается промежуточный охладитель 6 с водяным охлаждением для охлаждения нагнетаемого всасываемого воздуха. Клапан 11 для впрыска топлива и опрокидываемый клапан 12 управления располагаются в отверстии 2 для впуска воздуха.
[0012] В канале 8 для всасывания воздуха, протягивающемся в диапазоне от входного участка 4a впускного коллектора 4 до расположенного выше по потоку конца (или отверстия 7 для впуска наружного воздуха), предусматривается воздушный фильтр 9, расположенный на стороне, относительно выше по потоку, в то время как расходомер 10 воздуха (типа нагреваемого провода, например) располагается непосредственно за воздушным фильтром 9 (или в выпускном отверстии воздушного фильтра 9). В настоящем изобретении воздушный фильтр 9 необязательно ограничивается фильтрами типа нагреваемого провода.
[0013] Нагнетатель наддува 15 располагается между расходомером 10 воздуха и дроссельным клапаном 5 в канале 8 для всасывания воздуха. В настоящем варианте осуществления механический нагнетатель наддува, а более конкретно, четырехлопастной насос Рутса, применяется в качестве нагнетателя 15 наддува, который приспособлен постоянно приводиться в действие посредством коленчатого вала 1a двигателя 1 внутреннего сгорания через механизм 16 ременной трансмиссии. Впрочем, настоящее изобретение может быть применено к случаю использования любых других типов механических нагнетателей наддува, таких как нагнетатель наддува типа Лисхольма, и дополнительно к случаю использования турбонагнетателя. Кроме того, также является приемлемой конфигурация относительно привода механического нагнетателя через электромагнитное сцепление только во время наддува.
[0014] Вышеупомянутый канал 8 для всасывания воздуха снабжается нагнетателем 15 наддува и обходным каналом 17, расположенным параллельно ему. Более конкретно, обходной канал 17 предусматривается для того, чтобы приводить стороны ниже по потоку и выше по потоку от нагнетателя 15 наддува в сообщение друг с другом. Обходной клапан 18 типа двустворчатого клапана, например, вставляется в обходной канал 17. Этот обходной клапан 18 приспосабливается, чтобы выполнять открывающее/закрывающее действие на основе сигналов от контроллера двигателя (не показан) посредством актуатора 18a. В состоянии открытия обходного клапана 18 всасываемый воздух, нагнетаемый посредством нагнетателя 15 наддува, частично возвращается через обходной канал 17 к стороне выше по потоку (или впускной стороне) нагнетателя 15 наддува. При этом увеличение давления наддува ограничивается, в то время как энергия, которая должна затрачиваться для приведения в действие нагнетателя 15 наддува, экономится. Обходной клапан 18 может быть выполнен с возможностью переключаться между областью без наддува и областью наддува в двигателе 1 внутреннего сгорания аналогично переключателю включения-выключения, или он может быть выполнен с возможностью постоянно управлять степенью своего открытия для того, чтобы управлять давлением наддува.
[0015] Между обходным каналом 17 и расходомером 10 воздуха в канале 8 для всасывания воздуха, а более конкретно, между местом 8a соединения, в котором выход обходного канала 17 соединяется с каналом 8 для всасывания воздуха, и расходомером 10 воздуха, предусматривается устройство 20 предотвращения обратного потока, которое является неотъемлемой частью настоящего изобретения для предотвращения обратного потока всасываемого воздуха, пытающегося протекать из обходного канала 17 по направлению к расходомеру 10 воздуха, когда обходной клапан 18 находится в состоянии открытия. Это устройство 20 предотвращения обратного потока предусматривается, как имеющее внутреннюю трубу внутри расширенной секции, сформированной посредством локального расширения площади поперечного сечения канала, и сконфигурированное так, чтобы определять секцию пространства, которая открывается в сторону ниже по потоку между ними, как обсуждается ниже.
[0016] Выпускной канал 22, соединенный с выпускным отверстием 21 двигателя 1 внутреннего сгорания, снабжается каталитическим нейтрализатором 23 стороны выше по потоку и каталитическим нейтрализатором 24 стороны ниже по потоку, каждый из которых формируется, как имеющий трехкомпонентный нейтрализатор и т.п.
[0017] Далее, конфигурация вышеупомянутого устройства 20 предотвращения обратного потока будет конкретно пояснена посредством ссылки на фиг. 2-7.
[0018] Фиг. 2 показывает устройство 20 предотвращения обратного потока, соединенное с корпусом 31 воздушного фильтра 9 через впускной воздуховод 32, сформированный из резины, в то время как фиг. 3 показывает устройство 20 предотвращения обратного потока и впускной воздуховод 32, отсоединенные от воздушного фильтра 9. Впускной воздуховод 32 соединяется на своем расположенном выше по потоку конце с имеющей цилиндрическую форму выходной частью 31a корпуса 31 воздушного фильтра 9, а вышеупомянутый расходомер 10 воздуха присоединяется к выходной части 31a корпуса 31 (хотя не показано на фиг. 2). Впускной воздуховод 32 имеет слегка изогнутую форму, как показано на фиг. 3, расположенный выше по потоку конец которого соединяется с выходной частью 31a корпуса 31 посредством металлической зажимной ленты 33, в то время как расположенный ниже по потоку конец соединяется с устройством 20 предотвращения обратного потока посредством металлической зажимной ленты 34.
[0019] Как также показано на фиг. 4 и 5, устройство 20 предотвращения обратного потока предусматривается как имеющее оболочку 41, составляющую расширенную секцию, сформированную так, чтобы локально расширять площадь поперечного сечения канала для канала 8 для всасывания воздуха, и внутренняя труба 42 размещается внутри оболочки 41.
[0020] Оболочка 41 формируется из относительно твердой синтетической пластмассы, средняя секция которой имеет цилиндрическую форму и прямоугольное поперечное сечение, и предусматривается как имеющая цилиндрическую по форме входную секцию 43 на одном конце, служащем в качестве расположенного выше по потоку конца, в то же время имеющей цилиндрическую по форме выходную секцию 44 на другом конце, служащем в качестве расположенного ниже по потоку конца. Входная секция 43 соединяется с впускным воздуховодом 32. Между тем, выходная секция 44 снабжается кольцеообразным уплотнительным элементом 45, сформированным из относительно мягкой синтетической пластмассы, и металлической зажимной лентой 46 и соединяется с впускным отверстием вышеупомянутого нагнетателя 15 наддува, оснащенного обходным каналом 17. Следовательно, основным потоком всасываемого воздуха является поток от входной секции 43 по направлению к выходной секции 44 оболочки в оболочке 41; однако оболочка 41 формируется согнутой или изогнутой в своей средней секции, как показано на фиг. 4 и 5 и т.д., для того, чтобы предоставлять возможность основному потоку всасываемого воздуха изгибающимся образом протекать внутри устройства 20 предотвращения обратного потока, так что центральная ось входной секции 43 и ось выходной секции 44 создают тупой угол между собой.
[0021] Более конкретно, оболочка 41 состоит из двух частей, т.е. основной секции 41A, составляющей расположенную ниже по потоку часть, включающую в себя выходную секцию 44, и секции 41B крышки, составляющей расположенную выше по потоку часть, включающую в себя входную секцию 43. Основная секция 41A и секция 41B крышки, которые имеют взаимно независимую форму, соединяются друг с другом подходящим средством, таким как клей и вибросварка на соединительных фланцах 48a, 48b. Впрочем, основная секция 41A и секция 41B крышки отделяются в местоположении, относительно близком к входной секции 43, и, следовательно, длина основной секции 41A больше длины секции 41B крышки.
[0022] Фиг. 6 и 7 показывают внутреннюю трубу 42, которая должна быть размещена в оболочке 41, как отдельный объект. Эта внутренняя труба 42 целиком формируется из относительно твердой синтетической пластмассы, и, в основном, формируется как имеющая цилиндрическую форму, диаметр которой практически равен диаметру входной секции 43 или выходной секции 44 оболочки 41, и формируется как имеющая фланцевый участок 50 в качестве перегородки в своем продольно-промежуточном участке (более конкретно, в местоположении, относительно близком к расположенному выше по потоку концу). Этот фланцевый участок 50 предусматривается как протягивающийся в направлении, практически перпендикулярном центральной оси внутренней трубы 42, чтобы иметь почти прямоугольную внешнюю форму, соответствующую форме поперечного сечения средней секции оболочки 41. Как показано на фиг. 4, фланцевый участок 50 вставляется между соединительными фланцами 48a, 48b основной секции 41A и секции 41B крышки и целиком соединяется с ними вместе с основной секцией 41A и секцией 41B крышки. При этом внутренняя труба 42 поддерживается внутри оболочки 41.
[0023] Фиг. 6 – это перспективный вид, показывающий внутреннюю трубу отдельно с того же направления, что и на фиг. 5, при этом иллюстрированная внутренняя труба 42 формируется слегка согнутой или искривленной, чтобы соответствовать согнутой или искривленной форме средней секции оболочки 41. В крайнем участке, расположенном на стороне расположенного ниже по потоку конца 42a, четыре щели 51, протягивающиеся вдоль центральной оси внутренней трубы 42, формируются, каждая под 90 градусов, посредством разреза. Щель 51, предусмотренная на внешней периферийной стороне изгиба, и пара щелей 51, расположенных с обеих сторон, формируются протягивающимися в сторону выше по потоку с установленными интервалами, в то время как щель 51, расположенная на внутренней периферийной стороне изгиба (в частности, указанная ссылочным номером 51A), формируется, чтобы быть в значительной степени параболически прорезанной для того, чтобы не допускать взаимного влияния с внутренней поверхностью стенки оболочки 41. Хотя расположенный ниже по потоку конец 42a внутренней трубы 42 имеет такую форму, которая должна быть получена посредством простого отрезания, расположенный выше по потоку конец 42b имеет плавно расширяющуюся форму или так называемую форму рога для того, чтобы предоставлять возможность всасываемому воздуху, протекающему с прямого направления, входить плавно.
[0024] В состоянии размещения в оболочке 41 внутренняя труба 42 поддерживается в оболочке 41 только посредством фланцевого участка 50, как показано на фиг. 4, и, следовательно, другие участки находятся на расстоянии от оболочки 41. Фланцевый участок 50, служащий в качестве перегородки, определяет секцию 53 пространства на входной стороне внутри секции 41B крышки оболочки 41. Расположенный выше по потоку конец 42b внутренней трубы 42, который формируется расширяющимся в рогообразную форму, предусматривается так, чтобы открываться внутрь секции 53 пространства на входной стороне. Более конкретно, расположенный выше по потоку конец 42b располагается так, чтобы быть обращенным к плоскости отверстия входной секции 43 оболочки 41 через небольшой зазор. Хотя рогообразный расположенный выше по потоку конец 42b находится близко к внутренней поверхности стенки оболочки 41 вследствие своей рогообразной формы, расположенный выше по потоку конец 42b находится на расстоянии от внутренней поверхности стенки оболочки 41 по всей своей окружности.
[0025] Расположенный ниже по потоку конец 42a, имеющий линейно отрезанную форму, предусматривается так, чтобы открываться вовнутрь основной секции 41A оболочки 41, и располагается так, чтобы быть обращенным по направлению к плоскости отверстия выходной секции 44 оболочки 41 через небольшой зазор. Расположенный ниже по потоку конец 42a также находится на расстоянии от внутренней поверхности стенки оболочки 41, по всей своей окружности.
[0026] А именно, цилиндрическая по форме внутренняя труба 42 предусматривается протягивающейся от фланцевого участка 50 по направлению к входной секции 43, в то же время протягиваясь от фланцевого участка 50 по направлению к выходной секции 44, чтобы практически создавать воздуховод для основного потока всасываемого воздуха, протекающего от входной секции 43 к выходной секции 44. Каждый из концов внутренней трубы 42 ведет себя как свободный конец внутри оболочки 41.
[0027] В результате, внутренняя труба 42 поддерживается внутри оболочки 41 посредством фланцевого участка 50, как упомянуто выше, секция 55 пространства на выходной стороне определяется непрерывно по всей окружности, внутри основной секции 41A, расположенной ниже по потоку от фланцевого участка 50, между внешней периферийной окружностью внутренней трубы 42 и внутренней поверхностью стенки оболочки 41. Секция 55 пространства на выходной стороне предусматривается так, что ее расположенная ниже по потоку сторона открыта по всей своей окружности через зазор между расположенным ниже по потоку концом 42a внутренней трубы 42 и внутренней поверхностью стенки оболочки 41, в то время как ее расположенная выше по потоку сторона закрывается фланцевым участком 50, ведущим себя как перегородка. Другими словами, секция 55 пространства на выходной стороне является цилиндрически определенным пространством, один край которого закрыт, и сообщается с внутренним пространством внутренней трубы 42 через щели 51 внутренней трубы 42.
[0028] Как показано на фиг. 4, средняя секция оболочки 41 имеет часть, соответствующую внешней стороне (или внешней периферийной стороне) изгиба, причем эта часть формируется значительно расширенной по сравнению с внутренней стороной (или внутренней периферийной стороной) изгиба, в то время как внутренняя труба 42 немного изгибается. Следовательно, секция 55 пространства на выходной стороне конфигурируется таким образом, что объем части, соответствующей внешней стороне изгиба, больше объема части, соответствующей внутренней стороне изгиба. Другими словами, если секция 55 пространства на выходной стороне рассматривается в поперечном сечении, перпендикулярном центральной оси внутренней трубы 42, площадь поперечного сечения внешней стороны изгиба относительно больше площади поперечного сечения внутренней стороны изгиба.
[0029] В вышеупомянутой конфигурации, когда всасываемый воздух протекает в прямом направлении от воздушного фильтра 9 по направлению к двигателю 1 внутреннего сгорания, всасываемый воздух должен протекать от входной секции 43 оболочки 41 к внутренней трубе 42 и затем протекает от расположенного ниже по потоку конца 42a внутренней трубы 42 к выходной секции 44. А именно, внутренняя труба 42 по существу ведет себя как воздуховод, внутри которого всасываемый воздух протекает в прямом направлении, так что не существует значительного увеличения сопротивления всасыванию. Поскольку внутренняя труба 42 имеет форму рога на расположенном выше по потоку конце 42b, поток всасываемого воздуха, протекающий в прямом направлении, надежно захватывается, тем самым, пресекая увеличение сопротивления всасыванию в секции 53 пространства на входной стороне. В этом случае, когда поток всасываемого воздуха протекает в прямом направлении, секция 55 пространства на выходной стороне и секция 53 пространства на входной стороне также могут функционировать в качестве глушителя для пресечения шума пульсации.
[0030] Между тем, в состоянии, когда обходной клапан 18 открывается, чтобы предоставлять возможность всасываемому воздуху циркулировать через обходной канал 17, всасываемый воздух имеет тенденцию протекать обратно по направлению к воздушному фильтру 9; однако этот обратный поток предотвращается посредством устройства 20 предотвращения обратного потока. Более конкретно, хотя часть всасываемого воздуха, которая имеет тенденцию протекать от выходной секции 44 в обратном направлении, неизбежно поступает вовнутрь внутренней трубы 42 через расположенный ниже по потоку конец 42a в выходной секции 44, другая часть всасываемого воздуха поступает в секцию 45 пространства на выходной стороне через зазор, определенный на внешней периферии внутренней трубы 42. В частности, поскольку устройство 20 предотвращения обратного потока выполнено с возможностью позволять основному потоку всасываемого воздуха протекать извилистым образом, поток всасываемого воздуха, протекающий по прямой линии от выходной секции 44, должен поступать, главным образом, во внешнюю периферийную сторону изгиба секции 55 пространства на выходной стороне. Всасываемый воздух, включенный, таким образом, в секцию 55 пространства на выходной стороне, блокируется от протекания посредством фланцевого участка 50, ведущего себя аналогично перегородке, и, следовательно, не может подниматься в сторону воздушного фильтра 9. Дополнительно, часть всасываемого воздуха, попадающего вовнутрь внутренней трубы 42, аналогично блокируется от протекания обратно в сторону выше по потоку. Хотя большая часть потока всасываемого воздуха должна собираться на внешней периферийной стороне изгиба секции 55 пространства выходной стороны, эта область предусматривается как имеющая площадь поперечного сечения больше площади поперечного сечения внутренней периферийной стороны изгиба, и, соответственно, части обратного потока достаточно принимаются и никогда не просачиваются из внутренней трубы 42.
[0031] Следовательно, очень немного частей обратного потока могут достигать расходомера 10 воздуха через внутреннюю трубу 42. При этом погрешности измерения в расходомере 10 воздуха уменьшаются. Кроме того, всасываемый воздух, прошедший через внутреннюю трубу 42, должен расширяться в секции 53 пространства на входной стороне, при этом расположенный выше по потоку конец 42b внутренней трубы 42 открывается, так что компоненты пульсации, вызванные обратным потоком, естественным образом уменьшаются.
[0032] В вышеупомянутом примере внутренняя труба 42 предусматривается так, чтобы гарантировать относительно длинную протяженность своей расположенной ниже по потоку части, в то же время направляя обратный поток всасываемого воздуха в секцию 55 пространства на выходной стороне посредством щелей 51; следовательно, как направление для протекающего вперед основного потока всасываемого воздуха, так и захват частей обратного потока достигаются на высоком уровне. Поскольку внутренняя труба 42 является длинной по сравнению со случаем, когда щели 51 не предусматриваются, и длина расположенной ниже по потоку части внутренней трубы 42 укорачивается согласно этому, возможно направлять основной поток всасываемого воздуха плавно вдоль изогнутой формы во время, когда всасываемый воздух протекает в прямом направлении, и поток всасываемого воздуха, однажды поступивший в секцию 55 пространства на выходной стороне во время обратного потока, может сдерживаться от просачивания из секции 55 пространства на выходной стороне.
[0033] Настоящее изобретение может быть применено также к дизельному двигателю, который не оснащен дроссельным клапаном 5.