JP2016121542A - インテークマニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】吸気センサの検出精度の向上を図る。【解決手段】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、ＥＧＲ導入管３８からＥＧＲガス供給開口３８０２を介して供給される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。ここで、ＥＧＲ導入管３８が空間部の内部に設けられ空間部で吸気が流れる方向と交差する方向に延在しているため、空間部を流れる吸気がＥＧＲ導入管３８にぶつかり、吸気の流れにおけるＥＧＲ導入管３８の下流側の箇所においてカルマン渦が生じる。このカルマン渦により、吸気とＥＧＲガスとの混合が促進され、ＥＧＲガスと吸気とが十分に混合されるので、吸気の流れる方向でＥＧＲ導入管３８の下流側に設けらた吸気センサ４０の検出精度を高める上で有利となる。【選択図】図３

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インテークマニホールドとして、ＥＧＲガスが導入されるものが提供されている（特許文献１参照）。
このインテークマニホールドでは、サージタンク内にＥＧＲ配管の先端部が挿入され、先端部の開口からサージタンク内にＥＧＲガスが供給され、サージタンク内でＥＧＲガスと吸気とが混合され、ＥＧＲガスが混合された吸気がエンジンの各吸気ポートに供給される。

特開２００９−２０３９２０号公報

このようなインテークマニホールドに吸気の性状を検出する吸気センサを設ける場合、吸気センサの検出精度を確保するためには、ＥＧＲガスが充分に混合された状態の吸気を吸気センサで検出することが重要である。
しかしながら、上記従来技術では、サージタンク内部の何れの箇所に吸気センサを設けられば、ＥＧＲガスが充分に混合された吸気を検出できるかが不明であり、吸気センサの検出精度の向上を図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、吸気センサの検出精度の向上を図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、単一の空間部と、前記単一の空間部に連通しシリンダヘッドの各吸気ポートに接続される複数の下流吸気路とを有し、ＥＧＲ導入管が設けられたインテークマニホールドであって、前記ＥＧＲ導入管は、前記空間部の内部に設けられ前記空間部で吸気が流れる方向と交差する方向に延在しその延在方向に間隔をおいた複数箇所にＥＧＲガス供給開口が形成され、前記空間部の内部に、前記吸気の流れる方向で前記ＥＧＲ導入管の下流側に吸気の性状を検出する吸気センサが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、前記インテークマニホールドは、吸気入口部と、前記吸気入口部に続き吸気を冷媒で冷却しインタークーラを構成する冷却部と、前記冷却部に続く吸気出口部とを有し、前記単一の空間部と前記複数の下流吸気路は前記吸気出口部に設けられていることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記ＥＧＲ導入管は、前記単一の空間部を形成する壁面から離れていることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記単一の空間部を構成する壁面で互いに対向する壁面のうちの一方の壁面が、前記空間部で吸気が流れる方向に沿って前記空間部の断面積を小さくする傾斜面で形成され、前記ＥＧＲ導入管は前記傾斜面に設けられていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記単一の空間部を構成する壁面のうち前記ＥＧＲ導入管が配置された側の前記壁面に前記吸気センサが設けられていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、空間部を流れる吸気がＥＧＲ導入管にぶつかり、吸気の流れにおけるＥＧＲ導入管の下流側の箇所においてカルマン渦が生じる。このカルマン渦により、吸気とＥＧＲガスとの混合が促進され、ＥＧＲガスと吸気とが十分に混合されるので、吸気センサの検出精度を高める上で有利となる。
請求項２記載の発明によれば、冷却部で発生する凝縮水がＥＧＲ導入管から供給される高温のＥＧＲガスによって加熱され蒸発されるため、吸気出口部に滞留する凝縮水の量を抑制することができ、吸気通路の断面積が凝縮水によって低下してエンジンの出力低下を招くことを防止する上で有利となる。
請求項３記載の発明によれば、カルマン渦がより多く発生することにより、吸気とＥＧＲガスとの混合が促進され、ＥＧＲガスと吸気とが十分に混合されるので、吸気センサの検出精度を高める上で有利となる。
請求項４記載の発明によれば、吸気とＥＧＲガスとの混合をより促進でき、ＥＧＲガスと吸気との混合をより充分に行えるため、吸気センサの検出精度を高める上でより一層有利となる。
請求項５記載の発明によれば、カルマン渦によって充分に混合されたＥＧＲガスと吸気とは、ＥＧＲ導入管が配置された壁面に沿って確実に吸気センサまで導かれるため、吸気センサの検出精度を高める上でより一層有利となる。

第１の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。 第１の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。 インテークマニホールドにおけるＥＧＲ導入管および吸気センサの配置を説明する斜視図である。 第２の実施の形態のインテークマニホールドの断面図であり、図２のＡＡ線断面図に対応している。

（第１の実施の形態）
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１は第１の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り、図２は第１の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線断面図である。また、図４はインテークマニホールドにおけるＥＧＲ導入管および吸気センサの配置を説明する斜視図である。

インテークマニホールド２４は、吸気路３６と、ＥＧＲ導入管３８と、吸気センサ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の不図示の吸気通路部と、吸気出口部４６とによって構成されている。
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。

冷却部４４は、吸気を冷媒で冷却するものであり、インタークーラを構成している。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、互いに並設された複数の吸気通路部と不図示の複数の冷媒路とを含んで構成されている。

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。
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。

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。

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、冷媒入口部４８に供給された冷却水は冷媒路に導入される。
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、限定されるものではなく、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。
したがって、上流側出口部４６は単一の空間部で形成されている。

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、すなわち、単一の空間部に連通し、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。
したがって、単一の空間部を構成する壁面で互いに対向する壁面のうちの一方の壁面が、空間部で吸気が流れる方向に沿って空間部の断面積を小さくする傾斜面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、図４に示すように、ＥＧＲ導入管３８は、空間部の内部に設けられ空間部で吸気が流れる方向と交差する方向に延在し、本実施の形態では、ＥＧＲ導入管３８は、傾斜面５４０２Ａに設けられている。
ＥＧＲ導入管３８は、その一端がＥＧＲガス導入口６２に接続され、他端が閉塞されている。
ＥＧＲガス導入口５８は、ボデー３４の延在方向の他端でボデー３４の幅Ｗ方向の一端である右側面に形成され、ＥＧＲガス導入口５８には高圧ＥＧＲ通路２２０２（図１参照）が接続されている。
ＥＧＲ導入管３８は、その延在方向に間隔をおいた複数箇所にＥＧＲガス供給開口３８０２が形成されており、本実施の形態では、各ＥＧＲガス供給開口３８０２は、空間部を流れる吸気の流れの下流側に向かって開口している。

吸気センサ４０は、吸気の性状を検出するものである。吸気センサ４０として、吸気に含まれる酸素濃度を検出する酸素濃度センサ、あるいは、吸気の温度を検出する温度センサなど従来公知の様々なセンサが使用可能である。
吸気センサ４０は、空間部の内部に、吸気の流れる方向でＥＧＲ導入管３８の下流側に設けられている。
本実施の形態では、吸気センサ４０は、単一の空間部を構成する壁面のうちＥＧＲ導入管３８が配置された傾斜面５４０２Ａ側である上壁５４０２の上面に設けられている。

また、複数の気筒を有するエンジンでは、各気筒への吸気は所定の順序で行なわれる。したがって、複数の下流吸気路５６にはシリンダヘッドの各吸気ポートへの吸気がなされる順に負圧が作用する。
ここで、例えば、図４の開口を左から順にＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とし、開口Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４が第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒に対応するものとすると、吸気は、開口Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ２の順に行なわれる。したがって、開口Ｐ１、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ２に対応した下流吸気路５６に順に負圧が生じる。
そのため、開口Ｐ２とＰ３の間に吸気センサ４０を配置すると、順に発生する負圧の影響を受けにくくなり、吸気の性状を正確に検出する上で有利となる。そこで、本実施の形態では、中間の２つの下流吸気路５６の間に対応する上壁５４０２の箇所に吸気センサ４０が配置されている。

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ガス導入口５８から導入されたＥＧＲガスがＥＧＲ導入管３８からＥＧＲガス供給開口３８０２を介して空間部の内部で吸気に供給される。
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、ＥＧＲ導入管３８からＥＧＲガス供給開口３８０２を介して供給される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。
ここで、ＥＧＲ導入管３８が空間部の内部に設けられ空間部で吸気が流れる方向と交差する方向に延在しているため、空間部を流れる吸気がＥＧＲ導入管３８にぶつかり、吸気の流れにおけるＥＧＲ導入管３８の下流側の箇所においてカルマン渦が生じる。
このカルマン渦により、吸気とＥＧＲガスとの混合が促進され、ＥＧＲガスと吸気とが十分に混合されるので、吸気の流れる方向でＥＧＲ導入管３８の下流側に設けらた吸気センサ４０の検出精度を高める上で有利となる。

また、本実施の形態では、インテークマニホールド２４は、吸気入口部４２と、吸気入口部４２に続き吸気を冷媒で冷却しインタークーラを構成する冷却部４４と、冷却部４４に続く吸気出口部４６とを有し、単一の空間部と複数の下流側吸気路５６が吸気出口部４６に設けられている。
したがって、冷却部４４で吸気が冷却される際に発生する凝縮水が冷却部４４から吸気出口部４６に排出された場合に、この凝縮水がＥＧＲ導入管３８から供給される高温のＥＧＲガスによって加熱され蒸発される。そのため、吸気出口部４０に滞留する凝縮水の量を抑制することができ、吸気通路の断面積が凝縮水によって低下してエンジン１０の出力低下を招くことを防止する上で有利となる。
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２４とは別に設ける場合に比較して、冷却部４４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。

また、本実施の形態では、単一の空間部を構成する壁面で互いに対向する壁面のうちの一方の壁面が、空間部で吸気が流れる方向に沿って空間部の断面積を小さくする傾斜面５４０２Ａで形成され、ＥＧＲ導入管３８は傾斜面５４０２Ａに設けられている。
したがって、傾斜面５４０２Ａに沿って流れる吸気がＥＧＲ導入管３８にぶつかりやすくなるため、ＥＧＲ導入管３８の下流側の箇所においてカルマン渦を効率よく発生させることができる。
そのため、吸気とＥＧＲガスとの混合をより促進でき、ＥＧＲガスと吸気との混合をより充分に行えるため、吸気センサ４０の検出精度を高める上でより一層有利となる。

また、本実施の形態では、単一の空間部を構成する壁面のうちＥＧＲ導入管３８が配置された側の壁面に吸気センサ４０が設けられている。
したがって、カルマン渦によって充分に混合されたＥＧＲガスと吸気とは、ＥＧＲ導入管３８が配置された側の壁面に沿って確実に吸気センサ４０まで導かれるため、吸気センサ４０の検出精度を高める上でより一層有利となる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について説明する。
図５は第２の実施の形態のインテークマニホールドの断面図であり、図２のＡＡ線断面図に対応している。
なお、以下の実施の形態において、第１の実施の形態と同様の部分、部材については同一の符号を付してその説明を省略する。
第１の実施の形態では、ＥＧＲ導入管３８が単一の空間部を構成する壁面である傾斜面５４０２Ａに設けられていたのに対して、第２の実施の形態では、ＥＧＲ導入管３８は、前記単一の空間部を形成する壁面から離れた箇所に設けられている点が第１の実施の形態と異なっている。

したがって、第２の実施の形態では、空間部を流れる吸気がＥＧＲ導入管３８にぶつかることで、吸気は、ＥＧＲ導入管３８とこのＥＧＲ導入管３８の上方に位置する壁面との間を通る上側の流れと、ＥＧＲ導入管３８の下方を通る下側の流れとの２つの流れを生じる。
したがって、吸気の流れにおけるＥＧＲ導入管３８の下流側の箇所において、ＥＧＲ導入管３８の上側の流れによるカルマン渦とＥＧＲ導入管３８の下側の流れによるカルマン渦とが発生することになる。
そのため、カルマン渦がより多く発生することにより、吸気とＥＧＲガスとの混合が促進され、ＥＧＲガスと吸気とが十分に混合されるので、吸気の流れる方向でＥＧＲ導入管３８の下流側に設けらた吸気センサ４０の検出精度を高める上で有利となる。

なお、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。

２４ インテークマニホールド
３８ ＥＧＲ導入管
４０ 吸気センサ
４２ 吸気入口部
４４ 冷却部
４６ 吸気出口部
４６Ａ 上流側出口部
４６Ｂ 下流側出口部
５４０２ 上壁
５４０２Ａ 傾斜面
５６ 下流吸気路

Claims (5)

1. 単一の空間部と、前記単一の空間部に連通しシリンダヘッドの各吸気ポートに接続される複数の下流吸気路とを有し、ＥＧＲ導入管が設けられたインテークマニホールドであって、
   前記ＥＧＲ導入管は、前記空間部の内部に設けられ前記空間部で吸気が流れる方向と交差する方向に延在しその延在方向に間隔をおいた複数箇所にＥＧＲガス供給開口が形成され、
   前記空間部の内部に、前記吸気の流れる方向で前記ＥＧＲ導入管の下流側に吸気の性状を検出する吸気センサが設けられている、
   ことを特徴とするインテークマニホールド。
2. 前記インテークマニホールドは、吸気入口部と、前記吸気入口部に続き吸気を冷媒で冷却しインタークーラを構成する冷却部と、前記冷却部に続く吸気出口部とを有し、
   前記単一の空間部と前記複数の下流吸気路は前記吸気出口部に設けられている、
   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ＥＧＲ導入管は、前記単一の空間部を形成する壁面から離れている、
   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. 前記単一の空間部を構成する壁面で互いに対向する壁面のうちの一方の壁面が、前記空間部で吸気が流れる方向に沿って前記空間部の断面積を小さくする傾斜面で形成され、
   前記ＥＧＲ導入管は前記傾斜面に設けられている、
   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。
5. 前記単一の空間部を構成する壁面のうち前記ＥＧＲ導入管が配置された側の前記壁面に前記吸気センサが設けられている、
   ことを特徴とする請求項４記載のインテークマニホールド。

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