JP2016121540A - インテークマニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒のＥＧＲ率の均等化を図り、ＮＯｘの発生を抑制する。【解決手段】ＥＧＲ導入路３８は、ＥＧＲガス供給開口５８から離れた側の断面積がＥＧＲガス供給開口５８に位置する側の断面積よりも小さく形成されているため、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量が抑制される。連通部４０は、ＥＧＲガス供給開口５８から離れた側の断面積がＥＧＲガス供給開口５８に位置する側の断面積よりも大きな断面積で設けられているため、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量が抑制される。ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量と、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量との均等化を図る上で有利となる。【選択図】図４

Description

本発明は、インテークマニホールドに関する。

エンジンに吸気を導入する吸気路を有し、吸気路にＥＧＲガスが導入されるインテークマニホールドが提供されている（特許文献１参照）。
このインテークマニホールドでは、１本のＥＧＲ配管の延在方向に間隔をおいた４箇所と４つの吸気路（分岐管）とがそれぞれ接続されて、ＥＧＲ配管に供給されたＥＧＲガスが４つの吸気路にそれぞれ分配して供給されるように構成されている。

特開２００５−１２０８８８号公報

ＥＧＲガスは、ＥＧＲ配管を一方向に流れるため、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された吸気路と、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された吸気路とではＥＧＲガスの流量に差が生じる場合がある。
例えば、ＥＧＲ配管を流れるＥＧＲガスの流速が高い場合は、ＥＧＲガスがＥＧＲ配管の下流側に向かって勢い良く流れるため、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された吸気路に供給されるＥＧＲガスの流量に比較して、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された吸気路に供給されるＥＧＲガスの流量が増加する傾向となる。
一方、ＥＧＲ配管を流れるＥＧＲガスの流速が低い場合は、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された吸気路に対してより多くのＥＧＲガスが供給されるため、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された吸気路に供給されるＥＧＲガスの流量に比較して、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された吸気路に供給されるＥＧＲガスの流量が減少する傾向となる。
したがって、各気筒に供給される吸気（新気とＥＧＲガスの和）に占めるＥＧＲガスの比率をＥＧＲ率としたとき、各気筒の間でＥＧＲ率に違いが生じることになり、ＮＯｘの発生を抑制する上で改善の余地がある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、各気筒のＥＧＲ率の均等化を図り、ＮＯｘの発生を抑制する上で有利なインテークマニホールドを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、エンジンに吸気を導入する吸気路を有し、前記吸気路にＥＧＲガスが導入されるインテークマニホールドであって、前記吸気路と交差する方向に延在しその延在方向の一方の端部にＥＧＲガス供給開口が設けられたＥＧＲ導入路と、前記吸気路と前記ＥＧＲ導入路とを連通する連通部とを備え、前記ＥＧＲ導入路は、前記ＥＧＲガス供給開口から離れた側の断面積が前記ＥＧＲガス供給開口に位置する側の断面積よりも小さく形成され、前記連通部は、前記ＥＧＲガス供給開口から離れた側の断面積が前記ＥＧＲガス供給開口に位置する側の断面積よりも大きな断面積で設けられていることを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記ＥＧＲ導入路は、前記ＥＧＲガス供給開口から離れるにつれて次第に断面積が小さくなるように形成されていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記連通部は、前記ＥＧＲガス供給開口から離れるにつれて次第に断面積が大きくなるように形成されていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記吸気を冷媒により冷却する冷却部を備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された吸気路に供給されるＥＧＲガスの流量と、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された吸気路に供給されるＥＧＲガスの流量との均等化を図る上で有利となり、各気筒のＥＧＲ率の均等化を図り、ＮＯｘの発生を抑制する上で有利となる。
請求項２、３記載の発明によれば、吸気路に供給されるＥＧＲガスの流量の均等化を図る上でより有利となる。
請求項４記載の発明によれば、走行風で吸気を冷却する冷却部をインテークマニホールドとは別に設ける場合に比較して、冷却部に接続される吸気通路部分の短縮化を図る上で有利となる。そのため、アクセルを踏み込んだときのエンジンの応答性の向上を図れ、また、上記吸気通路部分が占有するスペースのコンパクト化を図る上で有利となる。

実施の形態のインテークマニホールドが適用されたエンジンの構成を示す説明図である。 実施の形態のインテークマニホールドの斜視図である。 図２のＡＡ線断面図である。 図３のＢＢ線断面図である。 ＥＧＲ導入路の内部空間の形状を示す説明図である。 ＥＧＲ導入路の内部空間の形状および連通部の形状を示す説明図である。

（実施の形態）
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
まず、本発明のインテークマニホールドが適用されたエンジンの構成について説明する。
本実施の形態では、エンジンがディーゼルエンジンである場合について説明する。なお、本発明はガソリンエンジンにも無論適用可能である。

図１に示すように、エンジン１０は、エンジン本体１２と、吸気通路１４と、排気通路１６と、過給機１８と、低圧ＥＧＲ装置２０と、高圧ＥＧＲ装置２２と、本発明に係るインテークマニホールド２４とを含んで構成されている。

エンジン本体１２は、シリンダヘッド１２０２と、シリンダブロック１２０４とを含んで構成されている。
シリンダヘッド１２０２に燃焼室が形成され、シリンダブロック１２０４にピストンを収容する複数の気筒（シリンダ室）が形成されている。

吸気通路１４は、吸気管１４０２と、インテークマニホールド２４と、エンジン本体１２の吸気ポートとを含んで構成されている。
吸気管１４０２には、吸気の上流側から下流側に向かって、エアクリーナ１４１０、低圧スロットル１４１２、コンプレッサ１８０２、高圧スロットル１４１４がこれらの順に設けられている。
排気通路１６は、エンジン本体１２の排気ポートと、エキゾーストマニホールド１６０４と、排気管１６０２とを含んで構成されている。
排気管１６０２には、排気の上流側から下流側に向かって、タービン１８０４、排気ガス浄化装置２６がこれらの順に設けられている。

過給機１８は、コンプレッサ１８０２とタービン１８０４とで構成され、排気管１６０２を通る排気ガスのエネルギーによりタービン１８０４が回転されることでコンプレッサ１８０２を回転させ吸気管１４０２の吸気を圧縮して高圧の吸気としてエンジン本体１２に供給するものである。

低圧ＥＧＲ装置２０は、排気ガス浄化装置２６から排出される排気ガスを低圧ＥＧＲガスとしてコンプレッサ１８０２の上流側の吸気管１４０２の箇所に還流するものである。
低圧ＥＧＲ装置２０は、低圧ＥＧＲガスを還流する低圧ＥＧＲ通路２００２を備え、低圧ＥＧＲ通路２００２には、低圧ＥＧＲガスに含まれる異物(排気系製造時の溶接スパッタやスラグ、触媒片、ＤＰＦ片など)を除去するＥＧＲフィルタ２００４と、低圧ＥＧＲガスを冷却する空冷式の低圧ＥＧＲクーラ２００６と、低圧ＥＧＲガスの還流量を制御する低圧ＥＧＲバルブ２００８とを含んで構成されている。

高圧ＥＧＲ装置２２は、タービン１８０４の上流側の排気管１６０４の箇所から取り出した排気ガスをＥＧＲガス（高圧ＥＧＲガス）としてコンプレッサ１８０２の下流側に位置するインテークマニホールド２４に還流するものである。
高圧ＥＧＲ装置２２は、排気管１６０２とインテークマニホールド２４とを接続してＥＧＲガスを還流する高圧ＥＧＲ通路２２０２と、高圧ＥＧＲバルブ２２０４とを含んで構成されている。

次に、インテークマニホールド２４について詳細に説明する。
図２は実施の形態のインテークマニホールドの斜視図であり、図３は図２のＡＡ線断面図であり、図４は図３のＢＢ線断面図である。また、図５はＥＧＲ導入路の内部空間の形状を示す説明図であり、図６はＥＧＲ導入路の内部空間の形状および連通部の形状を示す説明図である。

インテークマニホールド２４は、吸気路３６と、ＥＧＲ導入路３８と、連通部４０とを含んで構成されている。
吸気路３６は、エンジン１０に吸気を導入するものである。
本実施の形態では、インテークマニホールド２４は、吸気入口部４２と、吸気入口部４２に続く冷却部４４と、冷却部４４に続く吸気出口部４６とを備えている。
したがって、吸気路３６は、吸気入口部４２と、冷却部４４の吸気通路部と、吸気出口部４６とによって構成されている。

冷却部４４は、吸気を冷媒で冷却するものであり、本実施の形態では、冷却部４４は、インテークマニホールド２４に一体的に設けられている。
冷却部４４は、何れも不図示の互いに並設された複数の吸気通路部と複数の冷媒路とを含んで構成されている。
図１に示すように、冷媒路には、ラジエータ２８と電動ウォータポンプ３０とが冷却水通路３２を介して接続され、電動ポンプにより冷却水がラジエータ２８と前記冷媒路との間で循環される。これにより、複数の吸気通路部を流れる吸気を冷却することで加熱された冷却水がラジエータ２８で冷却される。
また、本実施の形態では、冷却部４４は、冷媒として冷却水を用いるが、冷媒として冷却水以外の従来公知の様々な冷媒ガス、冷却液を用いてもよいことは無論である。

インテークマニホールド２４は、ボデー３４を有し、図中、符号Ｗはボデー３４の幅方向、符号Ｈはボデー３４の高さ方向、符号Ｌはボデー３４の長さ方向を示す。
図２に示すように、吸気入口部４２および吸気出口部４６は、ボデー３４の延在方向の両端に設けられ、シリンダヘッド１２０２の端面に複数の気筒の吸気ポートの開口が直線状に並べられた方向の幅と、この幅よりも小さい寸法の高さとを有して横長状を呈している。

本実施の形態では、ボデー３４はアルミ鋳物により成形されている。
ボデー３４がアルミ鋳物により成形されることにより以下の効果が奏される。
１）耐食性に優れるため、冷却部４４で生成された酸性の凝縮水による腐食を回避でき耐久性の向上を図る上で有利となる。
２）熱伝導率が高いため、冷却効率の向上を図る上で有利となる。
３）成形時、砂中子により表面がざらざらになるため、熱伝達率の向上を図れ、したがって冷却効率の向上を図る上で有利となる。
４）ボデー３４を板金を用いて構成した場合に比較して溶接やカシメ接合が不要となるため、接合部分の破損による冷却水の漏れ出しを防止でき信頼性の向上を図る上で有利となる。
５）ボデー３４を板金を用いて構成した場合に比較して接合部分のスペースを省くことで小型化を図る上で有利となる。

吸気通路部は、冷媒により吸気が冷却される部分であり、ボデー３４の内部でボデー３４の長さ方向Ｌに延在し吸気入口部４２と吸気出口部４６とを接続している。

ボデー３４の長さ方向Ｌの他端に冷媒入口部４８が設けられ、ボデー３４の長さ方向Ｌの一端に冷媒出口部５０が設けられている。
冷媒入口部４８は、冷却水が供給される部分であり、冷媒入口部４８には電動ウォータポンプ３０の吐出口が接続されている。
冷媒出口部５０は、冷媒路から冷却水を排出する部分であり、ボデー３４の長さ方向Ｌの一方の端部において、吸気入口部４２の吸気下流側に隣接して設けられ、冷媒出口部５０はラジエータ２８に接続されている。

冷媒路は、吸気通路部に沿ってボデー３４の長さ方向Ｌに延在し冷媒入口部４８と冷媒出口部５０とを接続している。
なお、冷却部４４を構成する吸気通路部および冷媒路の構造は、従来公知の様々な吸気通路部および冷媒路の構造が採用可能である。

吸気入口部４２と吸気出口部４６はボデー３４に一体に成形されている。
図２に示すように、吸気入口部４２の下部には、吸気管１４０２の上流端が接続されている。
図３、図４に示すように、吸気出口部４６は、ボデー３４の高さＨ方向の両端に位置する上壁５４０２および下壁５４０４と、ボデー３４の幅Ｗ方向の両端に位置する一対の側壁５４０６（図４参照）とを有し、それら壁部５４０２、５４０４、５４０６の端部に、シリンダヘッド１２０２の端面に取着されるフランジ５４０８が形成されている。

図３に示すように、吸気出口部４６は、冷却部４４に続く上流出口部４６Ａと、上流出口部４６Ａに続く下流出口部４６Ｂとを有している。
上流出口部４６Ａは、複数の吸気通路部の下流端が位置するボデー３４の壁面５２と、上壁５４０２、下壁５４０４、一対の側壁５４０６の内側で形成されている。上流出口部４６Ａは、ボデー３４の幅Ｗ方向の全域に延在しつつ、また、高さＨ方向の寸法を下流側出口部４６Ｂに近づくにつれて減少させつつ長さＬ方向に延在している。
下流出口部４６Ｂは、図４に示すように、ボデー３４の幅Ｗ方向に仕切られた複数の下流吸気路５６で構成されている。
複数の下流吸気路５６の上流端は、上流出口部４６Ａの下流端に連通し、複数の下流吸気路５６の下流端は、シリンダヘッド１２０２の端面に開口する各吸気ポートに接続される。
図３に示すように、上流出口部４６Ａの上壁５４０２は、下流出口部４６Ｂに近づくにつれて次第に下壁５４０４に近づく傾斜面５４０２Ａで形成されている。
下流出口部４６Ｂの上壁５４０２は、傾斜面５４０２Ａの下端に接続され下端と同じ高さで形成されている。

図３に示すように、ＥＧＲ導入路３８は、上流出口部４６Ａ寄りの下流出口部４６Ｂの上方に配置されている。詳細には、ＥＧＲ導入路３８は、下流出口部４６Ｂの上流側の上壁５４０２上をボデー３４の幅Ｗ方向に延在している。
ＥＧＲ導入路３８は、複数の下流吸気路５６と交差する方向である直交する方向に延在しその延在方向の一方の端部に、図２、図４に示すように、ＥＧＲガス供給開口５８が設けられている。
図４、図５に示すように、ＥＧＲ導入路３８は、ＥＧＲガス供給開口５８から離れた側の断面積がＥＧＲガス供給開口５８に位置する側の断面積よりも小さく形成されている。
本実施の形態では、ＥＧＲ導入路３８は、ＥＧＲガス供給開口５８から離れるにつれて次第に断面積が小さくなるように形成されている。より詳細には、ＥＧＲ導入路３８は、ＥＧＲガス供給開口５８から離れるにつれて次第に高さが小さくなり、また、ボデー３４の長さＬ方向に沿った幅が次第に小さくなるように形成されている。
なお、図５、図６において破線は、ＥＧＲ導入路３８がその延在方向に沿って均一断面で形成されている場合のＥＧＲ導入路３８の輪郭を示している。

連通部４０は、吸気路３６とＥＧＲ導入路３８とを連通する部分である。本実施の形態では、連通部４０は、ＥＧＲ導入路３８の下方および各下流吸気路５６の上方でＥＧＲ導入路３８に沿って幅Ｗ方向に沿って延在する通路部４１Ａと、通路部４１Ａと各下流吸気路５６とを連通する複数の開口部４１Ｂとを有している。
したがって、連通部４０は、吸気出口部４６の内部で上部から下方に向けてＥＧＲガスを供給する。
図４、図６に示すように、通路部４１Ａは、ＥＧＲガス供給開口５８から離れた側の断面積がＥＧＲガス供給開口５８に位置する側の断面積よりも大きな断面積で設けられている。
本実施の形態では、通路部４１Ａは、ＥＧＲガス供給開口５８から離れるにつれて次第に断面積が大きくなるように形成されている。より詳細には、ボデー３４の長さＬ方向に沿った通路部４１Ａの幅が、ＥＧＲガス供給開口５８から離れるにつれて次第に大きくなるように形成されている。そして、これに対応してボデー３４の長さＬ方向に沿った開口部４１Ｂの幅も、ＥＧＲガス供給開口５８から離れるにつれて次第に大きくなるように形成されている。

次に作用効果について説明する。
エンジン１０の運転中、吸気は、インテークマニホールド２４の吸気入口部４２から冷却部４４に導入される。
この際、高圧ＥＧＲバルブ２２０４が開となり、ＥＧＲガス供給開口５８から導入されたＥＧＲガスがＥＧＲ導入路３８から連通部４０を介して吸気出口部４６の内部で上部から下方に向けて供給される。
冷却部４４の吸気通路部を通ることによって冷却された吸気は、連通部４０から供給されるＥＧＲガスと混合され複数の下流吸気路５６から各吸気ポートへ導入される。

ＥＧＲガス供給開口５８からＥＧＲ導入路３８に導入されるＥＧＲガスの流速が高い場合は、ＥＧＲガスがＥＧＲ導入路３８を勢い良く流れるため、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量に比較して、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量が増加する傾向となる。
本実施の形態では、ＥＧＲ導入路３８は、ＥＧＲガス供給開口５８から離れた側の断面積がＥＧＲガス供給開口５８に位置する側の断面積よりも小さく形成されているため、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量が抑制される。
そのため、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量と、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量との均等化を図る上で有利となる。

一方、ＥＧＲガス供給開口５８からＥＧＲ導入路３８に導入されるＥＧＲガスの流速が遅い場合は、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された下流吸気路５６に対してより多くのＥＧＲガスが供給されるため、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量に比較して、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続されたＥＧＲガスの流れに供給されるＥＧＲガスの流量が減少する傾向となる。
本実施の形態では、連通部４０は、ＥＧＲガス供給開口５８から離れた側の断面積がＥＧＲガス供給開口５８に位置する側の断面積よりも大きな断面積で設けられているため、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量が増加される。
そのため、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量と、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量との均等化を図る上で有利となる。

そのため、ＥＧＲガス供給開口５８からＥＧＲ導入路３８に導入されるＥＧＲガスの流速の高低に拘わらず、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量と、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量との均等化を図ることができ、各気筒のＥＧＲ率の均等化を図り、ＮＯｘの発生を抑制する上で有利となる。

また、本実施の形態では、ＥＧＲ導入路３８は、ＥＧＲガス供給開口５８から離れるにつれて次第に断面積が小さくなるように形成されている。
そのため、ＥＧＲガス供給開口５８からＥＧＲ導入路３８に導入されるＥＧＲガスの流速が高い場合に、ＥＧＲ導入路３８の上流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量と、ＥＧＲ導入路３８の下流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量との均等化を図る上でより有利となる。

また、本実施の形態では、連通部４０は、ＥＧＲガス供給開口５８から離れるにつれて次第に断面積が大きくなるように形成されている。
そのため、ＥＧＲガス供給開口５８からＥＧＲ導入路３８に導入されるＥＧＲガスの流速が遅い場合に、ＥＧＲガスの流れの上流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量と、ＥＧＲガスの流れの下流側に接続された下流吸気路５６に供給されるＥＧＲガスの流量との均等化を図る上でより有利となる。

また、本実施の形態では、インテークマニホールド２４が吸気を冷媒により冷却する冷却部４４を備えるため、走行風で吸気を冷却する冷却部（インタークーラ）をインテークマニホールドとは別に設ける場合に比較して、冷却部に接続される吸気通路部分の短縮化を図る上で有利となる。
そのため、アクセルを踏み込んだときのエンジンの応答性の向上を図れ、また、上記吸気通路部分が占有するスペースのコンパクト化を図る上で有利となる。

なお、本実施の形態では、ＥＧＲ導入路３８が下流側出口部４６Ｂに連通している場合について説明したが、すなわち、ＥＧＲ導入路３８が、ボデー３４の幅Ｗ方向に互いに仕切られた複数の下流吸気路５６に連通している場合について説明したが、本発明は、ＥＧＲ導入路３８が、互いに仕切られていない単一空間である上流出口部４６Ａに連通している場合にも同様に適用可能である。
また、本実施の形態のように連通部４０が下流側出口部４６Ｂに連通する場合には、連通部４０を複数の開口部４１Ｂのみで構成してもよい。なお、連通部４０が上流出口部４６Ａに連通する場合には、連通部４０は通路部４１Ａのみで形成されることになる。
また、実施の形態では、インテークマニホールド２４が冷却部４４と一体的に構成されている場合について説明したが、冷却部４４は、インテークマニホールド２４と別体に構成され、インテークマニホールド２４の上流側に配置されていてもよい。

１０ エンジン
２４ インテークマニホールド
３６ 吸気路
３８ ＥＧＲ導入路
４０ 連通部
４４ 冷却部
５６ 下流吸気路（吸気路）
５８ ＥＧＲガス供給開口

Claims (4)

1. エンジンに吸気を導入する吸気路を有し、前記吸気路にＥＧＲガスが導入されるインテークマニホールドであって、
   前記吸気路と交差する方向に延在しその延在方向の一方の端部にＥＧＲガス供給開口が設けられたＥＧＲ導入路と、
   前記吸気路と前記ＥＧＲ導入路とを連通する連通部とを備え、
   前記ＥＧＲ導入路は、前記ＥＧＲガス供給開口から離れた側の断面積が前記ＥＧＲガス供給開口に位置する側の断面積よりも小さく形成され、
   前記連通部は、前記ＥＧＲガス供給開口から離れた側の断面積が前記ＥＧＲガス供給開口に位置する側の断面積よりも大きな断面積で設けられている、
   ことを特徴とするインテークマニホールド。
2. 前記ＥＧＲ導入路は、前記ＥＧＲガス供給開口から離れるにつれて次第に断面積が小さくなるように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１記載のインテークマニホールド。
3. 前記連通部は、前記ＥＧＲガス供給開口から離れるにつれて次第に断面積が大きくなるように形成されている、
   ことを特徴とする請求項１または２記載のインテークマニホールド。
4. 前記吸気を冷媒により冷却する冷却部を備える、
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のインテークマニホールド。

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