JP2012097675A

JP2012097675A - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JP2012097675A
Application number: JP2010246772A
Authority: JP
Inventors: Hidefumi Konakawa; 秀文粉川; Hideaki Teramoto; 秀章寺本
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2010-11-02
Filing date: 2010-11-02
Publication date: 2012-05-24
Also published as: US20120103296A1; CN203230508U; WO2012060176A1

Abstract

【課題】ガスの導入量及びガスの熱を、夫々のシリンダに均一に導入することができ、吸気マニホールドの気密性が損なわれるおそれも少ない内燃機関の吸気装置を提供する。
【解決手段】吸気マニホールド１と、吸気マニホールドに設けられ、内燃機関の夫々のシリンダに空気を供給する複数の吸気通路４及び夫々のシリンダに吸入される空気の吸気量を調節する弁体９を有するカートリッジ２とを備え、内燃機関から出されたガスをシリンダに導入させるガス供給部３を、カートリッジのうちの、複数の吸気通路の並び方向における中央位置に設けると共に、カートリッジに、ガス供給部から複数の吸気通路の夫々に至るガス分配路１３を設けてある。
【選択図】図５

Description

本発明は、吸気マニホールドと、前記吸気マニホールドに設けられ、内燃機関の夫々のシリンダに空気を供給する複数の吸気通路及び前記夫々のシリンダに吸入される空気の吸気量を調節する弁体を有するカートリッジとを備え、前記内燃機関から出されたガスを前記シリンダに導入させるガス供給部を、前記カートリッジに設けると共に、前記カートリッジに、前記ガス供給部から前記複数の吸気通路の夫々に至るガス分配路を設けてある内燃機関の吸気装置に関する。

上記内燃機関の吸気装置では、従来、ガス供給部を、カートリッジのうちの、複数の吸気通路の並び方向（以下、通路並び方向という）における一端側の部分に設けてある。
そして、ガス供給部から供給されたガス（排ガス）を、カートリッジのうちの通路並び方向における中央位置に導入するガス導入路をカートリッジに設け、このガス導入路の終端に、ガス導入路の終端位置を挟んで左右に配設された吸気通路の夫々に至るガス分配路を接続してある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３０７９６０号公報

このため、ガス供給部から供給されたガスは、カートリッジに対して放熱しながらガス導入路とガス分配路とを順に通過する。
ところが、ガス導入路は、カートリッジのうちのガス供給部の側と通路並び方向における中央位置とに亘る部分（以下、供給部側部分という）にのみ設けられているので、この供給部側部分の温度が、ガス導入路が設けられていない側の部分、つまり、カートリッジのうちの通路並び方向における他端側と中央位置とに亘る部分（以下、非供給部側部分という）に比べて上昇し易い。
その結果、供給部側部分における温度分布と非供給部側部分における温度分布との差が大きくなってカートリッジに熱歪みが生じ易く、吸気マニホールドの気密性が損なわれるおそれがある。
また、供給部側部分に設けられた吸気通路を通過する空気の温度が、非供給部側部分に設けられた吸気通路を通過する空気よりも上昇し易く、内燃機関におけるシリンダ毎の燃焼特性に差が生じるおそれがある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、ガスの導入量及びガスの熱を、夫々のシリンダに均一に導入することができ、吸気マニホールドの気密性が損なわれるおそれも少ない内燃機関の吸気装置を提供することを目的とする。

本発明による内燃機関の吸気装置の第１特徴構成は、吸気マニホールドと、前記吸気マニホールドに設けられ、内燃機関の夫々のシリンダに空気を供給する複数の吸気通路及び前記夫々のシリンダに吸入される空気の吸気量を調節する弁体を有するカートリッジとを備え、前記内燃機関から出されたガスを前記シリンダに導入させるガス供給部を、前記カートリッジのうちの、前記複数の吸気通路の並び方向における中央位置に設けると共に、前記カートリッジに、前記ガス供給部から前記複数の吸気通路の夫々に至るガス分配路を設けてある点にある。

本構成の内燃機関の吸気装置は、ガス供給部を、カートリッジのうちの、複数の吸気通路の並び方向における中央位置に設けてある。
このため、ガス供給部から供給されたガスを、カートリッジの中央位置から夫々のシリンダに導入できるため、夫々のシリンダに対して均一にガスを導入できる。従って、ガスの導入量及びガスの熱を、夫々のシリンダに均一に導入できる。
また、ガスの熱がカートリッジに作用しても、カートリッジの中央位置から左右の吸気通路に向けて均等に作用するため、万一カートリッジが熱歪みを生じようとしても吸気マニホールドの気密性を損なうおそれを軽減できる。

本発明の第２特徴構成は、前記ガス分配路の終端部として前記複数の吸気通路の夫々の壁面に開口が形成され、前記ガス供給部から前記開口に至るガス分配路の何れの位置においても、前記カートリッジの長手方向を基準として、前記ガス分配路が前記ガス供給部の側に後退しないように勾配を設けてある点にある。

例えば、シリンダの温度が十分に高まっていないような状態でガス分配路にガスを流通させる場合に、ガスに含まれる水分がガス分配路内で冷やされて凝縮し易い。
本構成であれば、ガス分配路の全長に亘って下り勾配を設けることができる。
したがって、凝縮した水をガス分配路の出口まで確実に流下させて、吸気通路に排出することができる。
よって、本構成の内燃機関の吸気装置であれば、ガスに含有される水分（凝縮水）を溜めない状態にすることができ、ガス分配路を常に清浄に保持することができる。

本発明の第３特徴構成は、前記カートリッジを、前記吸気マニホールドを構成する樹脂材料よりも耐熱性を備えた樹脂材料で構成してある点にある。

吸気マニホールドにはエンジンの熱が伝達されるが、内部を流通する吸気によって冷却されるためそれほど高温にはならない。よって、吸気マニホールドは、より汎用の樹脂材料で構成することができる。一方、主にガスを分配供給するガス分配路を設けてあるカートリッジは、常に高温下におかれる。ただし、吸気マニホールドとカートリッジとに高い耐熱性を備えさせるなど、機能が付加されるほど樹脂材料のコストは高まる。
よって、本構成のごとく、カートリッジだけを吸気マニホールドを構成する樹脂材料よりも耐熱性を備えた樹脂材料で構成することで、吸気装置の製作コストを低減化することができる。

内燃機関の吸気装置の分解斜視図である。内燃機関の吸気装置の斜視図である。図４のIII −III 線断面図である。インテークマニホールドをカートリッジ側から見た正面図である。図３のＶ−Ｖ線断面図である。第２実施形態を示す吸気通路の縦断面図である。第３実施形態を示す吸気通路の縦断面図である。第４実施形態を示す吸気通路の縦断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図５は、本発明による内燃機関の吸気装置、具体的には、自動車用四気筒ガソリンエンジンのインテークマニホールドを示す。
インテークマニホールドは、図示しないスロットルボディとエンジンのシリンダヘッドの吸気ポートとの間に組み付けられる。

図１，図２に示すように、インテークマニホールドは、樹脂製の吸気マニホールド１と、図示しないシリンダヘッドの吸気ポート接続面に接合されるカートリッジ２であって、吸気マニホールド１に設けられる樹脂製のカートリッジ２と、エンジンから出されたガスの一例としての排ガスをエンジンにおける夫々のシリンダに循環させる排ガス供給部３とを備えている。

カートリッジ２には、吸気マニホールド１内の空気（吸気）をエンジンにおける夫々のシリンダに供給する複数（本実施形態では４つ）の吸気通路４を略水平方向に並ぶように形成してある。
吸気マニホールド１は６ナイロンや６６ナイロンなどの耐熱性樹脂材料で構成してある。カートリッジ２は、吸気マニホールド１を構成する樹脂材料よりも耐熱性が更に高いポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）や芳香族ナイロン（ＰＰＡ）などの高耐熱性樹脂材料で構成してある。

吸気マニホールド１には、スロットルボディ取付け部５と、カートリッジ２が差し込まれて装着されるカートリッジ装着用開口６とが互いに対向するよう設けられている。
吸気マニホールド１は、スロットルボディ取付け部５の中心線Ｘに対して、カートリッジ装着用開口６の側ほど横幅が拡がる略左右対称の形状に形成されている。
カートリッジ装着用開口６は左右対称の横長形状に形成されている。

吸気マニホールド１の上壁部分１ａには、ブローバイガスの導入管が接続されるブローバイガス導入部７と、エンジンからの排ガス導入管が接続される排ガス導入部８とを設けてある。ブローバイガス導入部７と排ガス導入部８は中心線Ｘに沿って並べて配置してある。

図４，図５にも示すように、カートリッジ２は、吸気マニホールド１のカートリッジ装着用開口６に沿う内周面に接合される外周壁２ａと、外周壁２ａの内側を四つの吸気通路４に区画する三つの区画壁２ｂとを有する横長形状で左右対称に形成されている。

各吸気通路４の内側の通路長手方向中央位置には、エンジンにおける夫々のシリンダに吸入される空気の吸気量を調節する弁体９が、各区画壁２ｂを貫通する状態で両端が外周壁２ａに支持された支軸９ａに支持されている。
各弁体９は、電動モータ１０の駆動で開度が調節される。

図３，図４に示すように、カートリッジ２には、図示しないシリンダヘッドの吸気ポート接続面にガスケット１１ａを挟んで接合されるポート接合面１１が形成され、このポート接合面１１を外向きにしてカートリッジ２がカートリッジ装着用開口６に差し込まれている。
ポート接合面１１は、外周壁２ａ及び区画壁２ｂの外向き端面で形成されている。
本実施形態では、カートリッジ２は吸気マニホールド１に溶着されていないが、超音波溶着などの方法で吸気マニホールド１に溶着されていてもよい。

図３，図５に示すように、排ガス導入部８は、図示しない排ガス導入管が接続される接続フランジ１２ａを備えた金属製の短管１２を設けて構成されている。
排ガス供給部３は、排ガス導入部８に導入された排ガスを夫々のシリンダに循環させるべく短管１２から供給するもので、カートリッジ２のうちの、複数の吸気通路４の並び方向における中央位置に設けてある。

カートリッジ２には、排ガス供給部３から複数の吸気通路４の夫々に至る排ガス分配路１３を設けてある。
排ガス分配路１３は、図５に示すようにカートリッジ２の外周壁２ａのうちの上部外周壁１４に左右対称に分岐するように設けてある第１分配路１３ａと、図４に示すようにカートリッジ２の長手方向端部で隣り合う吸気通路４どうしを区画する二つの区画壁１５
（２ｂ）の夫々に設けてある第２分配路１３ｂとを有している。
第２分配路１３ｂは、区画壁１５を挟む両側の吸気通路４の夫々に連通させるために、一つの区画壁１５毎に二つ設けてある。

第１分配路１３ａは、排ガス供給部３から斜め下方に向けて左右対称に分岐され、第１分配路１３ａの終端部の夫々に二つの第２分配路１３ｂを連通してある。
第１分配路１３ａは、図３，図４に示すように、上部外周壁１４の吸気マニホールド側に臨む上部端面１６に成形した第１分配路形成溝１７と、その第１分配路形成溝１７を覆うように上部端面１６に超音波溶着で接合される樹脂板１８との間に形成されている。
第２分配路１３ｂは、ポート接合面１１に上下方向に沿って成形した第２分配路形成溝１９と、そのポート接合面１１に接合される図示しないシリンダヘッドの吸気ポート接続面との間に形成される。

排ガス導入用の短管１２は、第１分配路形成溝１７の左右中央位置に連通するように、吸気マニホールド１の上壁部分１ａに形成された貫通孔に差し込まれて、当該第１分配路形成溝１７に連通している。

第１分配路形成溝１７の左右端部の夫々に対応して、第１分配路形成溝１７と二つの第２分配路形成溝１９とを連通する連通孔２０が、カートリッジ２に貫通形成されている。
したがって、カートリッジ２には、排ガス供給部３から複数の吸気通路４の夫々に至る排ガス分配路１３が設けられ、排ガス分配路１３の終端部として複数の吸気通路４の夫々の壁面に開口２１が形成されている。

第１分配路形成溝１７は、排ガス供給部３からカートリッジ長手方向に沿って左右に、かつ、下向きに傾斜する方向に沿って分岐されている。
第１分配路形成溝１７の左右端部の夫々に対応して下向き方向に沿って成形された二つの第２分配路形成溝１９は、その途中箇所から斜め下向きに成形して、一方の第２分配路形成溝１９が区画壁１５を挟む一方の吸気通路４の壁面に開口し、他方の第２分配路形成溝１９が区画壁１５を挟む他方の吸気通路４の壁面に開口するように形成されている。

したがって、排ガス供給部３から各吸気通路４に至る排ガス分配路１３の何れの位置においても、その位置におけるカートリッジ２の長手方向に沿う線分を基準として、排ガス分配路１３がその線分よりも排ガス供給部３の側、つまり、排ガス供給方向の上流側に後退しないように勾配を設けてある。
このような勾配を設けることで、排ガス分配路１３内で冷やされて凝縮した水を排ガス分配路１３の終端開口２１まで確実に流下させて、吸気通路４に排出することができる。

〔第２実施形態〕
図６は、別実施形態を示す吸気通路４の縦断面図である。
本実施形態では、カートリッジ２の上部端面１６に接合されて第１分配路形成溝１７との間に第１分配路１３ａを形成する樹脂板１８が吸気マニホールド１に一体成形されている。

また、吸気通路４を上部端面１６よりも吸気マニホールド１の側に突出するように形成して吸気マニホールド１の内側に大きく入り込ませてある。
したがって、吸気通路４を吸気マニホールド１の内側に延出することで吸気通路４の管路長を延設することができ、エンジンが低回転のときの慣性過給効果を高めることができる。

吸気通路４を囲むカートリッジ部分の吸気マニホールド１の側に対向する端面４ａの形状を、吸気通路４の径が入口側ほどに大きくなるラッパ状に形成してある。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第３実施形態〕
図７は、別実施形態を示す吸気通路４の縦断面図である。
本実施形態では、第２実施形態と同様に、カートリッジ２の上部端面１６に接合されて第１分配路形成溝１７との間に第１分配路１３ａを形成する樹脂板１８が吸気マニホールド１に一体成形されている。

また、吸気通路４を囲むカートリッジ部分に、筒状の吸気通路部材２２を吸気マニホールド１の側に出退自在に装着して、吸気通路４の長さを伸縮可能に設けてある。
吸気通路部材２２の吸気マニホールド１の側に対向する端面２２ａの形状を、吸気通路４の径が入口側ほどに大きくなるラッパ状に形成してある。

本実施形態によれば、例えばアクセルペダルの踏み込み量が小さい低回転のときは吸気通路４の長さが長くなり、踏み込み量が大きい高回転のときは吸気通路４の長さが短くなるように制御して、エンジンが低回転のときでも高回転のときでも慣性過給効果を得ることができるように構成することができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔第４実施形態〕
図８は、別実施形態を示す吸気通路４の縦断面図である。
本実施形態では、第２実施形態と同様に、カートリッジ２の上部端面１６に接合されて第１分配路形成溝１７との間に第１分配路１３ａを形成する樹脂板１８が吸気マニホールド１に一体成形されている。

また、吸気通路４を囲むカートリッジ部分の吸気マニホールド１の側に対向する端面４ａに接続することにより、吸気通路４の入口形状を入口側ほど径が大きくなるラッパ状に整形する整形部材２３が吸気マニホールド１に一体成形されている。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔その他の実施形態〕
本発明による内燃機関の吸気装置は、排ガス分配路を形成する孔をカートリッジの内部に形成してあってもよい。

第１〜第４実施形態では、カートリッジ２が吸気マニホールド１に内装される構成としている。このような構成であれば、予めカートリッジ２を吸気マニホールド１に組み付けた後に、シリンダヘッドに組み付けることができる。
従って、吸気マニホールド１とシリンダヘッドとの間にカートリッジ２が介装される場合と比較して、組み付けが容易になる。

第１〜第４実施形態では、ブローバイガス導入部７にブローバイガスを導入し、排ガス導入部８に排ガスを導入したが、ブローバイガス導入部７にブローバイガスに代えて排ガスを導入し、排ガス導入部８に排ガスに代えてブローバイガスを導入する構成でもよい。
また、排ガス導入部８にブローバイガス及び排ガスの二つのガスを導入し、ブローバイガス導入部７を設けない構成としてもよい。
更には、ブローバイガス導入部７及び排ガス導入部８に導入されるガスとして、ブローバイガス及び排ガス以外のガス（例えば、燃料タンク内のエバポガス）を導入してもよい。

１吸気マニホールド
２カートリッジ
３ガス供給部
４吸気通路
９弁体
１３ガス分配路
２１開口（ガス分配路の終端部）

Claims

吸気マニホールドと、
前記吸気マニホールドに設けられ、内燃機関の夫々のシリンダに空気を供給する複数の吸気通路及び前記夫々のシリンダに吸入される空気の吸気量を調節する弁体を有するカートリッジとを備え、
前記内燃機関から出されたガスを前記シリンダに導入させるガス供給部を、前記カートリッジのうちの、前記複数の吸気通路の並び方向における中央位置に設けると共に、前記カートリッジに、前記ガス供給部から前記複数の吸気通路の夫々に至るガス分配路を設けてある内燃機関の吸気装置。
前記ガス分配路の終端部として前記複数の吸気通路の夫々の壁面に開口が形成され、
前記ガス供給部から前記開口に至るガス分配路の何れの位置においても、前記カートリッジの長手方向を基準として、前記ガス分配路が前記ガス供給部の側に後退しないように勾配を設けてある請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
前記カートリッジを、前記吸気マニホールドを構成する樹脂材料よりも耐熱性を備えた樹脂材料で構成してある請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。