JP2010151017A - 多気筒内燃機関の吸気マニホルド - Google Patents

Abstract

【課題】 吸気流の乱れを阻止して体積効率が高く構造の簡単な多気筒内燃機関の吸気マニホルドを提供すること。
【解決手段】 多気筒内燃機関の各気筒の吸気ポート4に吸気を導く吸気マニホルド内Ｍにサージタンク20が形成された多気筒内燃機関Ｅの吸気マニホルドＭにおいて、前記吸気マニホルドＭのサージタンク20では、前記各気筒の吸気ポート4にそれぞれ接続される分岐通路15の開口および前記吸気マニホルドＭの吸気導入通路18の開口に連通するサージタンク20内の一方の空間21と、前記サージタンク内の他方の空間22とが、相互に連通状態を維持しつつ、仕切壁14で仕切られ、該仕切壁14は、前記分岐通路15の配列方向の一端部に形成された前記吸気導入通路13の開口から、前記分岐通路15の配列方向の他端部迄延出している。
【選択図】 図２

Description

本発明は、多気筒内燃機関において、吸気の動的効果を利用した吸気マニホルドに関するものである。

多気筒内燃機関における吸気の動的効果を利用した従来の吸気装置（特許文献１参照）において、各気筒２の吸気ポート３に分岐通路５を介してサージタンク４が接続され、該サージタンク４では、前記分岐通路５の開口に連通するとともに、該サージタンク４の吸気導入通路８の開口に連通するサージタンク４内の一方の空間と、該サージタンク４内の他方の空間とを仕切る容積変更バルブ12が設けられており、低速回転域では、容積変更バルブ12を閉塞することにより、サージタンク４の実質容積を小さくして、低速回転域での慣性過給を行なうことができるようになっている。

そして、高速回転域では、容積変更バルブ12を開放することにより、サージタンク４の実質容積を大きくして、高速回転域での慣性過給を行なうことができるようになっている。

特公平５−５１０４６号公報

特許文献１記載のものにおいては、高速回転域で、容積変更バルブ12を開放した場合に、吸気導入通路８よりサージタンク４内に流入した吸気が、該吸気導入通路８の延長線上のサージタンク４の側壁に反射して該吸気導入通路８の開口に向って流れる反射流が生じ、この反射流が、前記吸気導入通路８の開口から分岐通路５に向って流れる新規流と衝突して、気流が乱れる結果、圧力損失が生じ、過給効果を高めることができなかった。

本願発明において解決しようとする課題は、吸気流の乱れを阻止して体積効率が高く構造の簡単な多気筒内燃機関の吸気マニホルドを提供することにある。

請求項１記載の発明は、多気筒内燃機関の各気筒の吸気ポートに吸気を導く吸気マニホルド内にサージタンクが形成された多気筒内燃機関の吸気マニホルドにおいて、前記吸気マニホルドのサージタンクでは、前記各気筒の吸気ポートにそれぞれ接続される分岐通路の開口および前記吸気マニホルドの吸気導入通路の開口に連通するサージタンク内の一方の空間と、前記サージタンク内の他方の空間とが、相互に連通状態を維持しつつ、仕切壁で仕切られ、該仕切壁は、前記分岐通路の配列方向の一端部に形成された前記吸気導入通路の開口から、前記分岐通路の配列方向の他端部迄延出していることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、前記仕切壁は前記各分岐通路の周壁部と一体化されたことを特徴とするものである。

請求項３記載の発明は、前記サージタンク内の他方の空間に負圧検出器を設けるための開口部が設けられたことを特徴とするものである。

請求項４記載の発明は、前記サージタンク内の他方の空間に付加ガスを導入するための開口部が設けられたことを特徴とするものである。

請求項１記載の発明では、多気筒内燃機関の吸気マニホルド内に形成されたサージタンク内において、前記多気筒内燃機関の各気筒の吸気ポートにそれぞれ接続される分岐通路の開口および前記吸気マニホルドの吸気導入通路の開口に連通する一方の空間と、他方の空間とが相互に連通状態を維持しつつ、仕切壁で前記サージタンクを仕切り、前記分岐通路の配列方向の一端部に形成された前記吸気導入通路の開口から、前記分岐通路の配列方向の他端部迄、前記仕切壁を延出することにより、吸気流速が大きくなる高速・高負荷運転域において、前記吸気導入通路の開口から前記サージタンク内の一方の空間内に流入した流速の大きい吸気は、仕切壁に案内されて、他方の空間に流れることなく前記各分岐通路の開口から該各分岐通路に均等に分散して乱れを起すことなく流入し、該各分岐通路から前記各吸気ポートを介して各気筒に円滑に流入する結果、吸気の体積効率を増大させることができる。
また、前記一方の空間と他方の空間とは相互に連通状態が維持されているので、吸気流速が小さくなる低速・低負荷運転域では、一方の空間と他方の空間の合計容積がサージタンクの容積となり、一方の空間のみより大きいサージタンク容積によって共鳴過給効果が向上し、吸気の体積効率を増大させることができる。

さらに、運転領域の変化に対応して開閉する容積変更バルブを必要としないため、構造を簡略化して、耐久性向上と、コストダウンを図ることができる。

請求項２記載の発明では、前記仕切壁が前記各分岐通路の周壁部と一体化されるため、構造がさらに簡略化されるとともに、吸気マニホルドのサージタンクの強度・剛性が高められ、さらなる軽量化が可能となる。

請求項３記載の発明では、前記吸気マニホルドのサージタンクの内、前記分岐通路の開口および前記吸気導入通路の開口に連通する一方の空間でなく、吸気の出入のない他方の空間に負圧検出器を取付けるための開口部が設けられているため、該開口部に負圧検出器を取付け、圧力変動の少ない他方の空間内の圧力を検出することにより、負圧を正確に検出することが可能となる。

請求項４記載の発明では、前記サージタンク内の他方の空間に付加ガスを導入するための開口部が設けられているため、該他方の空間内に付加ガスが均一に分散されることが可能となる。

以下、図１ないし図６に図示された実施形態について説明する。本実施形態では自然吸気多気筒４ストロークサイクル内燃機関に本発明を適用した例について説明する。

図１において、本発明の吸気マニホルドＭを具備した多気筒内燃機関Ｅは、車両に搭載される直列４気筒内燃機関であり、この多気筒内燃機関Ｅの機関本体は、図示されない４個のシリンダが直列に配列されて一体に形成されたシリンダブロック１と、シリンダブロック１の上端部に結合されるシリンダヘッド２と、シリンダヘッド２の上端部に結合されるヘッドカバー３とから構成されている。
また、多気筒内燃機関Ｅは、前記各シリンダに往復動可能に嵌合されるとともに後述する燃焼室で発生する燃焼ガスの圧力により駆動されてクランク軸を回転駆動するピストンと、前記シリンダのシリンダ軸線に平行な方向で前記ピストンとシリンダヘッド２との間に形成される燃焼室に吸気を導く吸気装置と、燃焼ガスを排気ガスとして該燃焼室から多気筒内燃機関Ｅの外部に導く排気装置とを具備している。なお、吸気装置および排気装置はいずれもシリンダヘッド２に取り付けられる。

図１、図２および図５に図示されるように、多気筒内燃機関Ｅの車体前方に配置された吸気装置は、図示されないエアクリーナを通じて吸入された空気を含む吸気の吸気量を制御するスロットル弁を具備したスロットル装置５と、該スロットル装置５の下流端に接続される吸気マニホルドＭと、該吸気マニホルドＭの下流端に接続される下流側分岐管16とを具備している。

そして、吸気は、吸気装置により形成される吸気通路を流通した後、シリンダヘッド２に設けられる吸気ポート４を経て前記燃焼室に吸入される。ここで、吸気には、燃料が吸気装置内で供給される場合における該燃料と空気との混合気が含まれ、また、燃料が前記燃焼室内に直接供給される場合における空気が含まれる。

なお、本明細書において上流および下流の用語は、吸気の流れに関したものであり、前方および後方は、車両進行方向および車両後退方向を意味し、左方および右方は、車両進行方向に向って左側および右側の方向をそれぞれ意味している。

スロットル装置５は、スロットル装置５における前記吸気通路の通路部分である吸気道を形成するボディとしてのスロットルボディと、スロットルボディに前記吸気道を開閉可能に支持される前記スロットル弁と、スロットルボディに取り付けられて該スロットル弁を開閉駆動するアクチュエータとしての電動モータとを具備している。

吸気マニホルドＭの主要構造体はマニホルド本体10、下部ケース11、下流側分岐通路体12よりなり、マニホルド本体10の下端開放縁部10ａに下部ケース11の上端開放縁部11ａが気水密に当接されて、下部ケース11の上端開放縁部11ａを下方から上方へ貫通したボルト30がマニホルド本体10下流開放縁部10ａのネジ孔に螺着されて、マニホルド本体10と下部ケース11とが一体的に結合され、このマニホルド本体10、下部ケース11でもってサージタンク20が構成されている。

図４に図示されるように、マニホルド本体10の左側に吸気マニホルドＭの入口部分に相当する吸気導入管13が形成され、吸気導入管13の上流端フランジ13ａにスロットル装置５が一体に結合されている。

吸気導入管13の車体後方部（図２、３では左方）は、マニホルド本体10の左側壁10ｂを貫通して右方へ延出して、この延出部が仕切り壁14を構成し、マニホルド本体10と下部ケース11で構成されたサージタンク20が、仕切り壁14の下方の連通路19を除いて仕切り壁14より前方の吸気導入管13側のメインチャンバー21と仕切り壁14より後方でしかも複数の分岐管15の下方に位置したサブチャンバー22とに仕切られている。

図１ないし図３に図示されるように、吸気マニホルドＭの出口部分に相当する４本の分岐管15の下流端フランジ15ａに、下流側分岐管16の上流端フランジ16ａが当接され、分岐管15の下流端フランジ15ａを貫通して下流側分岐管16の上流端フランジ16ａに螺着されるボルト31により、分岐管15が下流側分岐管16に一体に結合され、該下流分岐管16の下流端フランジ16ｂの開口がシリンダヘッド２の吸気ポート４に連通する位置関係で下流側分岐管16の下流端フランジ16ｂがシリンダヘッド２の前面に当接され、該下流端フランジ16ｂを貫通してシリンダヘッド２に螺着されるボルト32（図１参照）によって、該下流分岐管16の下流端フランジ16ｂはシリンダヘッド２の前面に一体に結合されることにより、シリンダヘッド２に吸気マニホルドが一体的に結合されるようになっている。

前述したように構成された吸気装置では、スロットル装置５に吸入された吸気は吸気マニホルドＭの吸気導入管13からサージタンク20および分岐管15を介して下流側分岐管16に流れ、下流側分岐管16から多気筒内燃機関Ｅの吸気ポート４を介して図示されない燃焼室に供給されるようになっている。
本実施形態では、燃料は、下流側分岐管16に付設された燃料噴射弁（図示省略）から下流側分岐管16を介して吸気ポート４に噴射されるが、燃料噴射弁がシリンダヘッド２に付設されて、燃料噴射弁から噴射された燃料は吸気ポート４または燃料室に噴射されるようになっていてもよい。なお符号23は燃料パイプ（図示省略）が締結されるボス部である。

さらにまた、図１、図３、図４に図示されるように、４本の分岐管15は、壁部17でそれぞれ相互に一体的に結合されており、４本の相隣する分岐管15はフランジ15ａと壁部17とで相互に強固に結合されている。

そして図１に図示されるように、サブチャンバー22内に付加ガスの一種であるブローバイガスを導入するためのＰＣＶジョイント35が設けられている。

図３に図示されるように、マニホルド本体10の前側壁10ｃから車体上方へ向って滑らかに弯曲した頂壁10ｄには、車体左右方向に直列に配列されたシリンダブロック１内の図示されないシリンダと略平行して、マニホルド本体10の頂壁10ｄから上方へ４本の分岐管15が岐出され、この分岐管15の基部15ｂは、ラッパ状に広がって滑らかな曲面でマニホルド本体10の頂壁10ｄと前記仕切り壁14の頂壁14ａとに一体的に結合され、マニホルド本体10内で仕切り壁14により吸気導入通路18が仕切られ、仕切り壁14の下部から下部ケース11の内部空間に亘り連通路19が形成され、前記吸気導入通路18はその上方で開口されている４本の分岐管15に連通されている。

図１ないし図６に図示の実施形態は前述したように構成されると、スロットル装置５にて所要の吸気量に調整された吸気は、吸気マニホルドＭにおける車体左側の吸気導入管13から右方に向いサージタンク20内の仕切り壁14で仕切られたメインチャンバー21における吸気導入通路18に導かれ、該吸気導入通路18から上方へ方向を変えて各分岐管15に順次流入し、吸気ポート４および図示されない吸気弁を介して各気筒に供給される。吸気流速が小さい低速・低負荷運転域では、サージタンク20内の空間容積がメインチャンバー21とサブチャンバー22の容積の和となって拡大する結果、共鳴過給効果が大きくなって、吸気効率が向上し、出力が向上する。

そして、高速・高負荷運転域になると、スロットル装置５において、吸気量が増大するように図示されないスロットル弁の開度が増加して、吸気マニホルドＭ内に流入した吸気の流速が増大する。この流速の大きい吸気は仕切り壁14に案内されて各分岐管15に順次流入する。この結果、仕切り壁14の存在しない場合の図２および図６に図示の破線で示される流れが抑制されて、吸気に乱れが生じにくくなり、吸気効率が向上し、出力が向上する。

さらに車体左側に位置した吸気導入管13から車体右方に向った吸気導入通路18は、図２、図３に図示されるようにメインチャンバー21の上方に位置し、吸気導入管13からサージタンク20内に吸入された吸気は、吸気導入通路18を車体左側から右側に向って流れる内に、４本の分岐管15の直下の位置にて吸気の一部が上方へ向きを変えて４本の分岐管15内に吸入され、吸気の残部がマニホルド本体10の右側壁10ｅに衝突する場合は、車体後方の連通路19内に流れ、該連通路19内で上方へ向いサブチャンバー22に流入し、分岐管15の下面または壁部17にて車体前方へ向きを変え、仕切り壁14のサブチャンバー22側面に沿って下方へ流れ、仕切り壁14の下端縁からＵ字状に迂回して吸気導入通路18内に流入するものもある。

また仕切り壁14がサージタンク20内を横断してマニホルド本体10の左側壁10ｂ、および右側壁10ｅに一体化されて、剛性が向上する。

図４に図示されるように、メインチャンバー21の右側頂部に位置するマニホルド本体10には、図１に図示されるＰＳ位置にて図４に図示される負圧検出器33が取付けられ、この負圧検出器33に隣接したサブチャンバー22内の負圧を負圧検出器33に導入するための負圧検出器用圧力導入口34がマニホルド本体10に形成されている。

特に下部ケース11では、図４に図示されるように、吸気導入管13より離れた車体右側部（図４では左側部）が深くなっているので、仕切り壁14と連通路19の底部との距離が、吸気導入管13の直下流よりも、吸気導入管13から離れた側で大きくなる。吸気導入管13に近い側で、仕切り壁14と連通路19の底部との距離を小さくすることで、高速・高負荷運転域において吸気導入管13より流入してくる吸気を仕切り壁14により各分岐管15に案内する作用効果をより強めることができる。一方、吸気導入管13より離れた側では、仕切り壁14と連通路19の底部との距離を大きくすることで、メインチャンバー21とサブチャンバー22の双方をサージタンク20内の空間容積とするために必要な連通状態を確保でき、低速・低負荷運転域での共鳴過給効果が向上する。

また、図示されない多気筒内燃機関Ｅのクランク室内で発生するブローバイガスをサージタンク20のサブチャンバー22内に導入するためのＰＣＶジョイント35が、図３に図示されるようにメインチャンバー21の略左右中央に位置したマニホルド本体10の頂壁10ｄに貫通して取付けられている。

圧力変動の少ないサブチャンバー22内にＰＣＶジョイント35を介してブローバイガスが導入されるため、該ブローバイガスは、該サブチャンバー22内で均一に分散された状態で仕切り壁14の下端縁を図２、図３にてＵ字状に迂回して前記４本の分岐管15に略均等に分配される。

本発明に係る多気筒内燃機関Ｅに適用される吸気マニホルドの上面図である。 図１のII−II線に沿って截断した縦断側面図である。 図１のIII−III線に沿って截断した縦断側面図である。 図１のIV−IV線に沿って截断した断面図である。 図２のV−V線に沿って切断した断面図である。 図２、図３のVI−VI線に沿った断面図である。

符号の説明

Ｍ…吸気マニホルド、Ｅ…多気筒内燃機関、
１…シリンダブロック、２…シリンダヘッド、３…ヘッドカバー、４…吸気ポート、５…スロットル装置、
10…マニホルド本体、11…下部ケース、12…下流側分岐通路体、13…吸気導入管、14…仕切り壁、15…分岐管、16…下流側分岐管、17…壁部、18…吸気導入通路、19…連通路、20…サージタンク、21…メインチャンバー、22…サブチャンバー、
30…ボルト、31…ボルト、32…ボルト、33…負圧検出器、34…負圧検出器用圧力導入口、35…ＰＣＶジョイント。

Claims (4)

1. 多気筒内燃機関の各気筒の吸気ポートに吸気を導く吸気マニホルド内にサージタンクが形成された多気筒内燃機関の吸気マニホルドにおいて、
   前記吸気マニホルドのサージタンクでは、前記各気筒の吸気ポートにそれぞれ接続される分岐通路の開口および前記吸気マニホルドの吸気導入通路の開口に連通するサージタンク内の一方の空間と、前記サージタンク内の他方の空間とが、相互に連通状態を維持しつつ、仕切壁で仕切られ、
   該仕切壁は、前記分岐通路の配列方向の一端部に形成された前記吸気導入通路の開口から、前記分岐通路の配列方向の他端部迄延出していることを特徴とする多気筒内燃機関の吸気マニホルド。
2. 前記仕切壁は前記各分岐通路の周壁部と一体化されたことを特徴とする請求項１記載の多気筒内燃機関の吸気マニホルド。
3. 前記サージタンク内の他方の空間に負圧検出器を設けるための開口部が設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の多気筒内燃機関の吸気マニホルド。
4. 前記サージタンク内の他方の空間に付加ガスを導入するための開口部が設けられたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の多気筒内燃機関の吸気マニホルド。

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