JP2005113853A - 内燃機関の吸気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 気筒間の吸気管長さの等長化を図る。
【解決手段】
吸気導入管３の軸線及びその延長線からなる吸気流の基準流線Ｓに対して、吸気導入管開口部６に近接する分岐管開口部７ほど大きくオフセットするよう複数の分岐管４が吸気コレクタ２に対して連結されている。これによって、気筒間の吸気管長さの等長化が図られ、吸気音特性が向上する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関の吸気構造に関する。

複数気筒を有する内燃機関の場合、各気筒の吸気管の通路は同じ長さに近いほど、気筒間の吸気堆積効率のバラツキが小さく、出力向上や振動低減等を図ることができると共に、各気筒からの吸気によって発せられる音の波形（高さ、位相）が均等になり澄んだ音色にすることができる。

特許文献１には、サージタンクにおける各側面のうち、吸気入口管を接続した側面（一側面）と反対側の側面（他側面）に対して各気筒毎に独立したブランチパイプを接続し、サージタンクの他側面におけるブランチパイプに対する接続部を、各接続部から吸気入口管までの距離が各々について略等しくなる部位に設けた内燃機関の吸気構造が開示されている。すなわち、吸気入口管はサージタンクの長手方向の略中央位置でサージタンクの一側面に接続され、サージタンクの他側面に設けられた各ブランチパイプとの接続部は、サージタンクの一側面から他側面に向かう方向で、中央側の接続部と外側の接続部とがオフセットするように形成されることで、各接続部から吸気入口管までの距離が各々について略等しくなっている。
特開２０００−１６１１６３号公報（第４図）

しかしながら、上述した特許文献１のような構成においては、サージタンクの他側面に設けられた各ブランチパイプとの接続部は、サージタンクの一側面から他側面に向かう方向で、中央側の接続部と外側の接続部とがオフセットするように形成されるているので、所期のサージタンク容量を確保しようとすると、サージタンクの一側面から他側面に向かう方向、すなわちサージタンクに対するブランチパイプの接続方向に沿ったサージタンクの幅が相対的に大きくなってしまい、搭載性が悪化してしまう虞がある。

そこで、本発明における内燃機関の吸気構造は、吸気導入管が連結された吸気コレクタと、吸気コレクタから各気筒の吸気導入口に吸気を導入する複数の分岐管と、を備えた吸気マニホールドを有し、吸気導入管の軸線及びその延長線からなる吸気流の基準流線に対して、吸気導入管開口部に近接する分岐管開口部ほど大きくオフセットするよう複数の分岐管が吸気コレクタに対して連結されている。これによって、吸気マニホールドの外形寸法を大きくする（変更を加える）ことなく、吸気導入管開口部に近接する分岐管開口部ほど吸気流の基準流線から遠ざけることができる。

本発明によれば、吸気導入管開口部に近接する分岐管開口部ほど吸気流の基準流線から遠ざけることによって、吸気コレクタ内における、各分岐管開口部間の吸気導入管開口部から分岐管開口部までの実質的な距離の差を相対的に小さくすることができるので、各気筒の実質的な吸気通路長さの差を小さくすることができる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、本実施形態が適用される内燃機関は、直列４気筒エンジンである。

図１〜図３に示すように、樹脂等からなる吸気マニホールド１は、エンジン８の気筒列方向に沿って細長い吸気コレクタ２と、吸気コレクタ２に連結された吸気導入管３及び吸気コレクタ２に連結された４つの分岐管４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄと、から大略構成されている。分岐管４ａは♯１気筒に、分岐管４ｂは♯２気筒に、分岐管４ｃは♯３気筒に、分岐管４ｄは♯４気筒に、それぞれ吸気を供給している。

吸気導入管３は、吸気コレクタ２内に吸気を導入するものであって、吸気コレクタ２の長手方向の一端側（図１における左側）に連結されている。

各分岐管４ａ，〜，４ｄは、それぞれ対応する各気筒の吸気導入口（図示せず）に吸気コレクタ２内の吸気を導入するものであって、それぞれその一端部が同一方向から吸気コレクタ２に連結されている。各分岐管４ａ，〜，４ｄが連結される吸気コレクタ２の一側面Ｆ（図２及び図３を参照）は、エンジン８の上下方向（図３における上下方向）に略沿って延在するよう形成されている。また、各分岐管４ａ，〜，４ｄは、エンジン８の側方に開口する吸気導入口からエンジン８上方に向かって全体が略Ｕ字形状に湾曲するよう形成され、吸気コレクタ２がエンジン８上方に位置するようになっている。尚、各分岐管４ａ，〜，４ｄの他端部は、フランジ５によって互いに連結されている。

ここで、図４を用いて、本実施形態の要部となる吸気コレクタ２と吸気導入管３との連結部分となる吸気導入管開口部６と、各分岐管４ａ，〜，４ｄと吸気コレクタ２との連結部分となる各分岐管開口部７ａ，〜，７ｄとの関係を説明する。

図４は、吸気導入管３、吸気コレクタ２及び各分岐管４ａ，〜，４ｄからなる構成を模式的に示したものであって、図４（Ａ）は、模式的に示した平面図に相当するものであり、図４（Ｂ）は、上述した図２を正面とした場合の右側面図に相当するものである。

図４（Ａ）に示すように、各分岐管４ａ，〜，４ｄと吸気コレクタ２との連結部分となる各分岐管開口部７ａ，〜，７ｄは吸気コレクタ２の長手方向に沿って互いに重ならないよう一列に配置されている。

そして、図４（Ｂ）に示すように、各分岐管開口部７ａ，〜，７ｄは、吸気コレクタ２と吸気導入管３との連結部分となる吸気導入管開口部６の中心における吸気の流線及びその延長線からなる吸気流の基準流線Ｓ、或いは、吸気導入管３の軸線及びその延長線からなる吸気流の基準流線Ｓに対して、吸気コレクタ２の長手方向に沿った位置で吸気導入管開口部６に近接する分岐管開口部７ほどオフセットするように設定されている。

換言すれば、吸気導入管開口部６が、吸気コレクタ２の一端側（吸気コレクタ長手方向の）で図１〜図４における上下方向の下方側に設けられた吸気マニホールド１において、各分岐管開口部７ａ，〜，７ｄは、図１〜図４における上下方向で互いにオフセットしていると共に、吸気導入管開口部３に近接する分岐管開口部７ほど図１〜図４における上方側に位置するよう設定されている。

このような本実施形態においては、各分岐管開口部７ａ，〜，７ｄのうち、吸気コレクタ２の長手方向に沿った位置で吸気導入管開口部６に近接する分岐管開口部７ほど吸気流の基準流線Ｓからオフセットしているので、吸気コレクタ長手方向に沿った位置で吸気導入管開口部６に近接する分岐管開口部７に吸気導入管開口部６から流れ込む吸気ほど、大きく曲がり込むことなり、吸気抵抗が相対的に大きくなる。つまり、吸気コレクタ長手方向の一端側に近い分岐管開口部７ほど吸気導入管開口部６との距離は短いが吸気抵抗が相対的に大きく、吸気コレクタ長手方向の他端側に近い分岐管開口部７ほど吸気導入管開口部６との距離は長いが吸気抵抗は相対的に小さくなる。

これによって、図５に示すように、気筒間の実質的な吸気通路長さの不揃いによって生じる吸気音（音圧）を効果的に低減することができる。また、エンジン回転数の上昇にしたがって、音圧が大きくなっているので、エンジン回転数の増減に伴う吸気音のハンチングを防止することができ、運転者に違和感を与えることもない。尚、図５において、実線は本実施形態の吸気マニホールド１における吸気音測定結果であり、点線は図６に示す比較例の吸気マニホールドＡ（後述）における吸気音測定結果である。

ここで、吸気マニホールドＡは、上述した本実施形態における吸気マニホールド１において、吸気コレクタ２に対する各分岐管４ａ，〜，４ｄ及び吸気導入管３の連結位置のみが異なるものであって、図６に示すように、各分岐管１０ａ，〜１０ｄが吸気コレクタ１１の一側面に、吸気コレクタ１１の長手方向と平行となるよう直線的に連結されている一般的な構造、換言すれば各分岐管１０の分岐管開口部１２ａ，〜１２ｄが図６（Ｂ）の上下方向で互いにオフセットしないように連結されている構造である。尚、図６における１３は、吸気コレクタに連結された吸気導入管である。

そのため、この吸気マニホールドＡにおいては、上述した本実施形態の吸気マニホールド１に比べ、吸気コレクタ１１の一端側（図６（Ａ）におけるの右側）に接続されている分岐管１０ａの分岐管開口部１２ａから吸気導入管開口部１４までの距離と、吸気コレクタ１１の他端側（図６（Ａ）におけるの左側）に接続されている分岐管１０ｄの分岐管開口部１２ｄから吸気導入管開口部１４までの距離との差が大きくなっている。すなわち、上述した本実施形態の吸気マニホールド１に比べて、吸気導入管１３に近い分岐管１０ほど、分岐管開口部１２から吸気導入管開口部１４までの実質的な距離が短くなり、各気筒の実質的な吸気通路長さの差も大きくなっている。さらに、図５からも明らかなように、吸気マニホールドＡでは、エンジン回転数の対して音圧が変動しているのに対して、本実施形態における吸気マニホールド１では、エンジン回転数の上昇にしたがって、音圧が大きくなっているので、運転者に違和感を与えることもない。

また、図７に示す吸気マニホールドＢのように、各分岐管２０を独立させると、各分岐管開口部から吸気導入管開口部までの実質的な距離は略等しくなり、各気筒の実質的な吸気通路長さを略等しくすることが可能となるが、構造が複雑になり工法が限られ（型成形ができない）、生産性悪化、コストアップ及び重量の増加等の問題が生じると共に、吸気導入管２３、吸気コレクタ２１及び各分岐管２０により構成される吸気マニホールドＢが大きくなってしまい車両等への搭載性が悪化してしまう。

これに対して、本実施形態においては、各分岐管４ａ，〜，４ｄを吸気コレクタ２の長手方向に一列に配列することが可能であり、吸気マニホールドＢ（図７を参照）とは異なり、吸気マニホールドＡ（図６を参照）と同じ工法、すんわち型成形による生産が可能になり、生産性が犠牲になることもない。

また、図８に示す吸気マニホールドＣのように、吸気コレクタ３１の長手方向の中央付近で吸気導入管３３を吸気コレクタ３１に連結し、吸気導入管３３が連結された面に対向する反対側の面に各分岐管３０，…，３０を連結する場合には、各気筒の実質的な吸気通路長さの差を小さくすることは可能になるが、吸気導入管３３、吸気コレクタ３１及び各分岐管３０より構成される吸気マニホールドＣの幅（図８における上下方向の寸法）が相対的に大きくなってしまい車両等への搭載性が悪化してしまう。

これに対して、本実施形態においては、吸気マニホールドＣ（図８を参照）のように吸気マニホールド１の幅を大きくとる必要がないので、車両への搭載性が犠牲になることもない。

また、図９に示す吸気マニホールドＤのように、吸気コレクタ４１の長手方向（図９における左右方向）の長さを小さくすれば各気筒の実質的な吸気通路長さの差は上述した図６に示す吸気マニホールドＡに比べ相対的に小さくできるものの、各分岐管４０，〜，４０の断面積を小さくするか、縦長が形状にする必要があり、各分岐管４０での吸気の脈動効果の減少や、通路抵抗の悪化を招いてしまう。尚、図９における４３は吸気導入管である。

これに対して、本実施形態においては、吸気マニホールドＤ（図９を参照）とは異なり、分岐管４の断面積が制約を受けることがないので、狙い通りの脈動を設計することができる。

また、図１０に示す吸気マニホールドＥのように、吸気コレクタ５１に連結され分岐管５０，…，５０のうち、互いに隣接する分岐管５０，５０同士の間の距離を小さくしても各気筒の実質的な吸気通路長さの差は上述した図６に示す吸気マニホールドＡに比べ相対的に小さくできるが、分岐管開口部の形状に自由度がなくなり、例えば、いわゆるベルマウス形状をとれないことによる通気抵抗の悪化を招いてしまう。尚、図１０における５３は吸気導入管である。

これに対して、本実施形態においては、吸気マニホールドＥ（図１０を参照）とは異なり、分岐管開口部７の形状が制約を受けることがないので、通気抵抗が悪化することはない。

また、本発明の吸気構造は、上述した実施形態に限定されるものではなく、図１１〜図１３に示すように、吸気コレクタ２と吸気導入管３との連結部分となる吸気導入管開口部６の中心における吸気の流線及びその延長線からなる吸気流の基準流線Ｓに対して、吸気コレクタ２の長手方向で吸気導入管開口部６に近接する分岐管開口部７ほど大きくオフセットしていれば、吸気導入管開口部６と各分岐管開口部７の位置関係は、上述した図４に示す位置に限定されるものではない。尚、図１１〜図１３は、上述した本実施形態における図４（Ｂ）に相当する図面である。

すなわち、図１１に示すように、吸気導入管３は、図１〜図４における上下方向の上方側で吸気コレクタ２に連結するようにしてもよい。また、図１２に示すように、吸気導入管３は、図１における左側（図３における右側）から吸気コレクタ２に連結するようしてもよい。そして、図１３に示すように、吸気導入管は、吸気コレクタ２の一端部ではなく、一端部近傍で、図１３における紙面垂直方向対して傾くように吸気コレクタ２に連結するようにしてもよい。

また、本発明に係る吸気構造は、４気筒直列エンジンにのみ適用されるものではなく、少なくとも１つ以上の気筒群から構成されたもの内燃機関で、各気筒群毎に吸気マニホールドを有しているものに適用可能である。具体的には、４気筒毎に吸気マニホールドを備えた４の倍数気筒エンジン（８気筒、１２気筒、…）や、３筒毎に吸気マニホールドを備えた３の倍数気筒エンジン（３気筒、６気筒、９気筒、…）、５筒毎に吸気マニホールドを備えた５の倍数気筒エンジン（５気筒、１０気筒、…）に対しても適用可能である。

この場合、３の倍数気筒エンジン及び５の倍数気筒エンジンは、４の倍数気筒エンジンに比べて、吸気音低減の効果が少ないものの、上述した吸気マニホールドＡに比べれば吸気音低減の効果を得ることができる。

上記実施形態から把握し得る本発明の技術的思想について、その効果とともに列記する。

（１） 内燃機関の吸気構造は、吸気導入管が連結された吸気コレクタと、吸気コレクタから各気筒の吸気導入口に吸気を導入する複数の分岐管と、を備えた吸気マニホールドを有し、各分岐管は同一方向から吸気コレクタに連結され、各分岐管と吸気コレクタとの連結部分となる各分岐管開口部は吸気コレクタの長手方向に沿って配置されているものであって、吸気導入管の軸線及びその延長線からなる吸気流の基準流線に対して、吸気導入管開口部に近接する分岐管開口部ほど大きくオフセットするよう複数の分岐管が吸気コレクタに対して連結されている。これによって、吸気マニホールドの外形寸法を大きくする（変更を加える）ことなく、吸気導入管開口部に近接する分岐管開口部ほど吸気流の基準流線から遠ざけることができ、吸気コレクタ内における、各分岐管開口部間の吸気導入管開口部から分岐管開口部までの実質的な距離の差を相対的に小さくすることができるので、各気筒の実質的な吸気通路長さの差を小さくすることができる。

（２） 上記（１）に記載の内燃機関の吸気構造は、より具体的には、吸気導入管開口部が、吸気コレクタの長手方向の一端側もしくは一端側近傍に形成されている。

（３） 上記（１）または（２）に記載の内燃機関の吸気構造において、内燃機関は複数気筒かならなる少なくとも１つ以上の気筒群から構成されたものであって、各気筒群毎に吸気コレクタ、気筒群内の気筒数に等しい複数の分岐管及び吸気導入管を備えた吸気マニホールドを有している。

（４） 上記（３）に記載の内燃機関の吸気構造は、より具体的には、気筒群が、４つの気筒より構成されている。

（５） 上記（３）に記載の内燃機関の吸気構造は、より具体的には、気筒群は、３つの気筒より構成されている。

本発明に係る内燃機関の吸気構造の正面図。 本発明に係る内燃機関の吸気構造の背面図。 本発明に係る内燃機関の吸気構造の左側面図。 本発明に係る内燃機関の吸気構造を模式的に示した説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気構造における吸気音特性と、従来の吸気構造の吸気音特性を比較した説明図。 比較例としての吸気マニホールドＡを示す説明図。 比較例としての吸気マニホールドＢを示す説明図。 比較例としての吸気マニホールドＣを示す説明図。 比較例としての吸気マニホールドＤを示す説明図。 比較例としての吸気マニホールドＥを示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気構造の他の実施形態を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気構造の他の実施形態を示す説明図。 本発明に係る内燃機関の吸気構造の他の実施形態を示す説明図。

符号の説明

１…吸気マニホールド
２…吸気コレクタ
３…吸気導入管
４…分岐管

Claims (5)

1. 吸気導入管が連結された吸気コレクタと、吸気コレクタから各気筒の吸気導入口に吸気を導入する複数の分岐管と、を備えた吸気マニホールドを有し、各分岐管は同一方向から吸気コレクタに連結され、各分岐管と吸気コレクタとの連結部分となる各分岐管開口部は吸気コレクタの長手方向に沿って配置されている内燃機関の吸気構造において、
   吸気導入管の軸線及びその延長線からなる吸気流の基準流線に対して、吸気導入管開口部に近接する分岐管開口部ほど大きくオフセットするよう複数の分岐管が吸気コレクタに対して連結されていることを特徴とする内燃機関の吸気構造。
2. 吸気導入管開口部は、吸気コレクタの長手方向の一端側もしくは一端側近傍に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気構造。
3. 内燃機関は複数気筒かならなる少なくとも１つ以上の気筒群から構成されたものであって、各気筒群毎に吸気コレクタ、気筒群内の気筒数に等しい複数の分岐管及び吸気導入管を備えた吸気マニホールドを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気構造。
4. 気筒群は、４つの気筒より構成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気構造。
5. 気筒群は、３つの気筒より構成されていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気構造。

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