JP2015155684A

JP2015155684A - 吸気ダクト

Info

Publication number: JP2015155684A
Application number: JP2014031600A
Authority: JP
Inventors: 英依子神谷; Eiko Kamiya
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-08-27
Also published as: US9657697B2; US20150240761A1; CN204572184U

Abstract

【課題】冷間始動時などの機関燃焼が不安定となりやすいときに機関燃焼を安定させることができるとともに、機関出力を高めることができる。
【解決手段】吸気マニホルドはシリンダヘッド４０の吸気ポート４１に接続されるものであり、吸気マニホルドの支管１２の内部には、タンブルコントロールバルブ３０により開閉される主流路２０と、タンブル流路２１とを区画する隔壁１６が吸気流れ方向に沿って設けられている。タンブル流路２１の吸気流れ方向の上流端２２と下流端２３との間には同タンブル流路２１の断面積が最小となる絞り部１７が形成されている。タンブル流路２１の断面積は、上流端２２から絞り部１７に向けて小さくされ、絞り部１７から下流端２３に向けて大きくされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリンダヘッドの吸気ポートに接続される吸気マニホルドなどの吸気ダクトに関する。

特許文献１に記載の吸気ダクトの内部には、バルブにより開閉される主流路と、副流路とを区画する隔壁が設けられている。そして、冷間始動時などの機関燃焼が不安定となりやすいときに、前記バルブによって主流路を閉じて副流路に吸気を流すようにすることにより、吸気の流速が増大され、シリンダ内に導入される吸気にタンブル流などの流れが生成される。その結果、燃料噴射量をそれほど増大させなくとも機関燃焼を安定させることができるとされている。

また、特許文献１に記載の吸気マニホルドにおいては、副流路の断面積が、下流側に向けて小さくされ、同副流路の下流端において最小とされている。このため、副流路を吸気が流れる際に同吸気の流速が一層高められ、シリンダ内に導入されるタンブル流などの流れが強くなる。従って、機関燃焼を一層安定させることができるとされている。

特開２０１２―１０２６２３号公報

ところで、吸気ダクトの下流端における流路断面積（主流路の断面積と副流路の断面積との和）は、同下流端が接続される吸気ポートの断面積を基準として設定される。そのため、特許文献１に記載の吸気ダクトのように副流路の断面積が下流端において最小とされ、上流側に向けて大きくされる構成においては、以下の問題が生じるおそれがある。すなわち、副流路の上流端の断面積が大きくなることで、同上流端近傍の流路断面積が、バルブが開いている機関運転状態においてシリンダ内への吸気の導入効率を最大化することができる理想的な大きさを大きく超えることがある。その結果、シリンダ内に効率よく吸気を導入することができず、機関出力を高めることが困難となるといった問題が生じる。

本発明の目的は、機関燃焼を安定させることができるとともに、機関出力を高めることができる吸気ダクトを提供することにある。

上記目的を達成するための吸気ダクトは、シリンダヘッドの吸気ポートに接続される。前記吸気ダクトの内部には、バルブにより開閉される主流路と、副流路とを区画する隔壁が吸気流れ方向に沿って設けられ、前記副流路の吸気流れ方向の上流端と下流端との間には同副流路の断面積が最小となる絞り部が形成されている。

同構成によれば、副流路に絞り部が形成されているため、副流路内を吸気が絞り部に向けて流れる際に同吸気の流速が高められる。このため、吸気が副流路を流れることにより生成される例えばタンブル流などの流れを強くすることができる。従って、冷間始動時などの機関燃焼が不安定となりやすいときに機関燃焼を安定させることができる。

また、上記構成によれば、上記絞り部が副流路の流れ方向の上流端と下流端との間に位置している。このため、副流路を流れる吸気の流速を高めながらも、副流路の断面積が吸気流れ方向の下流端から上流端に向けて大きくされる従来の構成に比べて、副流路の上流端の断面積を小さくすることが可能となる。このため、副流路の上流端近傍における主流路の断面積と副流路の断面積との和（以下、吸気ダクトの流路断面積と称する。）を小さくすることができる。よって、副流路の上流端近傍における吸気ダクトの流路断面積を、バルブが開いている状態においてシリンダ内への吸気の導入効率を最大化することができる理想的な大きさに近づけることができる。従って、シリンダにより多くの吸気を導入することができ、機関出力を高めることができる。

本発明によれば、冷間始動時などの機関燃焼が不安定となりやすいときに機関燃焼を安定させることができるとともに、機関出力を高めることができる。

一実施形態の吸気マニホルドの正面図。同実施形態の吸気マニホルドにおける支管の先端部分の断面図。（ａ）は同実施形態の吸気マニホルドにおける支管の先端部分の断面図、（ｂ）は比較例の吸気マニホルドにおける支管の先端部分の断面図、（ｃ）は吸気流れ方向における位置と流路断面積との関係を示すグラフ。

以下、図１〜図３を参照して、吸気ダクトを直列４気筒型内燃機関の吸気マニホルドとして具体化した一実施形態について説明する。なお、以降において、吸気流れ方向の上流側及び下流側を単に上流側及び下流側とそれぞれ略称する。

図１に示すように、本実施形態の吸気マニホルドのマニホルド本体１０は、全体が例えばポリアミド樹脂などの耐熱性の合成樹脂材料により形成されている。マニホルド本体１０にはサージタンクと、同サージタンクから分岐して延びる支管１２とが設けられている。なお、同図においては４本のうちの１本の支管１２のみが図示されている。前記支管１２は、同支管１２の先端に設けられたフランジ１３を介して内燃機関のシリンダヘッド４０の吸気ポート４１にそれぞれ接続される。

前記サージタンクの上流側には、図示しないエアクリーナによって濾過された吸気をサージタンク内に送るための図示しないダクトが接続される。そして、サージタンク内の吸気が、各支管１２を介して内燃機関のシリンダ内、すなわち燃焼室内に導入される。

図２に示すように、支管１２の下流側端部の内部には、吸気流れ方向に沿って延びる隔壁１６が形成されている。この隔壁１６により、支管１２の内部が主流路２０とタンブル流路２１とに区画されている。タンブル流路２１の断面積は主流路２０の断面積よりも小さく設定されている。

支管１２の内壁１４におけるタンブル流路２１を構成する面（以下、流路面１５）は、支管１２の下流側端面に対して直交して延びている。
また、前記隔壁１６におけるタンブル流路２１を構成する面には、同タンブル流路２１の下流側ほど同タンブル流路２１に向けて突出する上流側傾斜面１８と、同上流側傾斜面１８の下流側に隣接し、上流側ほど同タンブル流路２１に向けて突出する下流側傾斜面１９とが形成されている。従って、タンブル流路２１の上流端２２と下流端２３との間には吸気流れ方向において同タンブル流路２１の断面積が最小となる絞り部１７が形成されている。すなわち、タンブル流路２１の断面積は、前記上流端２２から前記絞り部１７に向けて小さくされるとともに、絞り部１７から前記下流端２３に向けて大きくされており、絞り部１７の断面積Ｔ１は前記上流端２２の断面積Ｔ２及び下流端２３の断面積Ｔ３よりも小さい（Ｔ１＜Ｔ２，Ｔ３）。この絞り部１７はタンブル流路２１の上流端２２と下流端２３との間の中間位置に形成されている。なお、タンブル流路２１の断面積の徐変度合はタンブル流路２１を流れる吸気の圧力損失が問題とならない大きさであり、且つ吸気の剥離が発生しない大きさに設定されている。

また、支管１２の下流側端部の内部には、主流路２０を開閉するためのタンブルコントロールバルブ３０が設けられている。支管１２にはタンブルコントロールバルブ３０のバルブシャフト３１が回転可能に支持されている。このバルブシャフト３１にはバルブ本体３２が固定されている。バルブシャフト３１の端部は、支管１２の外側に設けられた図示しないアクチュエータに連結されている。そして、このアクチュエータによってバルブシャフト３１が回転駆動されることにより、バルブ本体３２が主流路２０を開放する位置（同図に実線にて示される位置）とバルブ本体３２が主流路２０を閉鎖する位置（同図に二点鎖線にて示される位置）とに切り換えられる。

次に、本実施形態の作用について説明する。
本実施形態の吸気マニホルドにおいては、タンブル流路２１の断面積が、同タンブル流路２１の上流端２２から絞り部１７に向けて下流側ほど小さくされ、同絞り部１７から下流端２３に向けて下流側ほど大きくされている。このため、吸気がタンブル流路２１内を絞り部１７に向けて流れる際に同吸気の流速が高められる。このため、タンブル流を強くすることができる。従って、冷間始動時などの機関燃焼が不安定となりやすいときに燃料噴射量の増大を抑制しつつ機関燃焼を安定させることができる。

ところで、図３（ｂ）に示すように、比較例の吸気マニホルドにおいては、タンブル流路１２１の断面積が下流端１２３において最小とされ、上流側に向けて大きくされている。

ここで、主流路２０，１２０の断面積とタンブル流路２１，１２１の断面積との和を流路断面積Ｓと定義すると、図３（ａ），（ｂ）に示すように、支管１２，１１２の下流端の流路断面積Ｓはシリンダヘッド４０の吸気ポート４１の断面積を基準として設定される。そのため、本実施形態の吸気マニホルドと比較例の吸気マニホルドとが同一の吸気ポート４１に接続されるものとすると、図３（ｃ）に示すように、これらの下流端の流路断面積Ｓとは同一となる。

ところが、比較例の吸気マニホルドにおいては、タンブル流路１２１の断面積が下流端１２３から上流側に向けて大きくされる。そのため、図３（ｃ）に一点鎖線にて示すように、同上流端１２２近傍の位置Ｐ２における流路断面積Ｓが、タンブルコントロールバルブ３０が開いている機関運転状態においてシリンダ内への吸気の導入効率を最大化することができる理想的な大きさＳ１を大きく超えることとなる。なお、この理想的な大きさＳ１は内燃機関の排気量などの仕様によって異なる。

これに対して、本実施形態の吸気マニホルドによれば、絞り部１７がタンブル流路２１の流れ方向の上流端２２と下流端２３との間に位置している。このため、タンブル流路２１を流れる吸気の流速を高めながらも、図３（ｃ）に実線にて示すように、比較例の構成に比べて、タンブル流路２１の上流端２２の断面積を小さくすることができる。このため、同上流端２２近傍の位置Ｐ２における流路断面積Ｓを小さくすることができる。よって、タンブル流路２１の上流端２２近傍における流路断面積Ｓを前記理想的な大きさＳ１に近づけることができる。従って、シリンダにより多くの吸気を導入することができ、機関出力を高めることができる。

以上説明した本実施形態に係る吸気ダクトによれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）吸気マニホルドはシリンダヘッド４０の吸気ポート４１に接続される支管１２を有する。支管１２の内部には、タンブルコントロールバルブ３０により開閉される主流路２０と、タンブル流路２１とを区画する隔壁１６が吸気流れ方向に沿って設けられている。タンブル流路２１の吸気流れ方向の上流端２２と下流端２３との間には同タンブル流路２１の断面積が最小となる絞り部１７が形成されている。

こうした構成によれば、前述した作用が奏されることとなるため、冷間始動時などの機関燃焼が不安定となりやすいときに燃料噴射量の増大を抑制しつつ機関燃焼を安定させることができるとともに、機関出力を高めることができる。

（２）隔壁１６におけるタンブル流路２１の吸気流れ方向の上流端２２と絞り部１７との間には、下流側ほどタンブル流路２１に向けて突出する上流側傾斜面１８が形成されている。すなわち、タンブル流路２１の断面積は上流端２２から絞り部１７に向けて小さくされている。

こうした構成によれば、タンブル流路２１の上流端２２から絞り部１７までの全体にわたって断面積が徐々に小さくされ、吸気の流速を効果的に上昇させることができる。
（３）隔壁１６におけるタンブル流路２１の下流端２３と絞り部１７との間には、上流側ほどタンブル流路２１に向けて突出する下流側傾斜面１９が形成されている。すなわち、タンブル流路２１の断面積は絞り部１７から下流端２３に向けて大きくされている。

こうした構成によれば、絞り部１７の下流側において吸気が円滑に流れるようになるため、タンブル流路２１における絞り部１７よりも下流側を吸気が流れる際の圧力損失を低減することができる。

（４）絞り部１７はタンブル流路２１の上流端２２と下流端２３との間の中間位置に形成されている。
こうした構成によれば、タンブル流路２１の断面積の徐変度合が絞り部１７よりも上流側及び下流側のいずれか一方において過度に大きくなることを回避することができる。このため、タンブル流路２１を吸気が流れる際の圧力損失の増大や剥離の発生を抑制することができる。

なお、上記実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・Ｖ型内燃機関の吸気マニホルドや、水平対向型内燃機関の吸気マニホルドなどに対して本発明を適用することもできる。

・隔壁１６の上流側傾斜面１８と下流側傾斜面１９との間に湾曲面を形成するようにしてもよい。
・隔壁１６の上流側傾斜面１８に加えて、支管１２の内壁１４の流路面１５における同上流側傾斜面１８に対向する部分に、下流側ほどタンブル流路２１に向けて突出する傾斜面を形成するようにしてもよい。また、上記流路面１５に傾斜面を形成する場合、上流側傾斜面１８を省略することもできる。

・絞り部１７をタンブル流路２１の上流端２２と下流端２３との間の中間位置よりも上流端２２側、或いは下流端２３側に形成することもできる。
・絞り部１７よりも下流側のタンブル流路２１の断面積を吸気流れ方向において同一とすることもできる。

・例えば吸気マニホルドの支管の下流端部、すなわちタンブルコントロールバルブ３０や隔壁１６が設けられる部位をマニホルド本体とは別体の吸気ダクトとすることもできる。

・単気筒の内燃機関の吸気ポートに接続される吸気ダクトに対して本発明を適用することもできる。

１０…マニホルド本体、１２…支管、１３…フランジ、１４…内壁、１５…流路面、１６…隔壁、１７…絞り部、１８…上流側傾斜面、１９…下流側傾斜面、２０…主流路、２１…タンブル流路（副流路）、２２…上流端、２３…下流端、３０…タンブルコントロールバルブ、３１…バルブシャフト、３２…バルブ本体、４０…シリンダヘッド、４１…吸気ポート。

Claims

シリンダヘッドの吸気ポートに接続される吸気ダクトにおいて、
前記吸気ダクトの内部には、バルブにより開閉される主流路と、副流路とを区画する隔壁が吸気流れ方向に沿って設けられ、
前記副流路の吸気流れ方向の上流端と下流端との間には同副流路の断面積が最小となる絞り部が形成されている、
吸気ダクト。
前記副流路の断面積は前記上流端から前記絞り部に向けて小さくされている、
請求項１に記載の吸気ダクト。
前記副流路の断面積は前記絞り部から前記下流端に向けて大きくされている、
請求項２に記載の吸気ダクト。