JP2017014943A - 内燃機関の吸気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲガスが各吸気枝通路にスムースかつ均等に分配される吸気マニホールドを提供する。
【解決手段】吸気マニホールドは、複数の樹脂勢部材を重ねて接合してなるサージタンク一体式であり、中間部材４に、サージタンク８の外側に位置した吸気枝通路５，６，７が形成されている。吸気枝通路５，６，７の群とサージタンク８との間に、左右横長の排気ガス還流メイン通路１１と、排気ガス還流メイン通路１１から各吸気枝通路５，６，７に向かう排気ガス還流分岐通路１２〜１４とが形成されている。排気ガス還流メイン通路１１は、くびれ部２２によって複数のバッファ部２３，２４に区分されており、各バッファ部２３，２４から、排気ガス還流分岐通路１２〜１４が分岐している。ＥＧＲガスをスムースに流れつつ、各排気ガス還流分岐通路１２〜１４に均等に流入する。
【選択図】図３

Description

本願発明は、自動車用等の内燃機関において、シリンダヘッドに装着される吸気マニホールドに関するものである。

内燃機関においては、吸気は、一般にサージタンクから吸気マニホールドを介してシリンダヘッドに送られており、サージタンクと吸気マニホールドとを一体化した構造も多く見られる。特に、近年は、サージタンク付き吸気マニホールドを合成樹脂製として、複数の部材を重ねて接合することによって中空構造と成したものが多く見られる。

他方、特に自動車用の内燃機関においては、排気ガスのクリーン化促進や燃費向上等のために、排気ガスの一部を吸気系に還流させるＥＧＲ装置を設けることが広く行われている。このＥＧＲ装置において、排気ガス（ＥＧＲガス）は各吸気ポートに均等に分配すべきであり、そこで、様々な分配構造が提案されている。

例えば特許文献１には、複数部材を接合したサージタンク付き吸気マニホールドにおいて、ＥＧＲガスが流入する直線状の還流通路を、吸気枝通路（分岐管）を横切るような姿勢にして吸気枝通路の始端部の近くに配置し、還流通路と各吸気枝通路及びサージタンクとに連通した連通通路を、各吸気枝通路の個所ごとに設けることが開示されている。

この特許文献１は、吸気の一部を各連通通路に導くことにより、ＥＧＲガスを吸気によって各吸気枝通路に押し込むようにしたものである。すなわち、サージタンクの吸気が連通通路を直進することを利用し、吸気の流れに乗せてＥＧＲガスを各吸気枝通路に分配するようにしたものである。

他方、特許文献２には、ＥＧＲガスが流入するＥＧＲチャンバーを設けて、このＥＧＲチャンバーの内部に、各吸気枝通路に接続された排気ガス還流管を束ねたような状態で配置し、かつ、各排気ガス還流管の開口部をＥＧＲチャンバーへの入り口と反対側にさせることが開示されている。この特許文献２では、各排気ガス還流管にＥＧＲガスが均等な圧力で分配されるため、各吸気枝通路への均一な分配を確実化できると云える。

更に、特許文献３には、シリンダヘッドに重ね固定されたスペーサ板に吸気枝通路を貫通させた構成において、スペーサ板の合わせ面に、吸気枝通路の並び方向に長く延びるメイン分配通路と、このメイン分配通路から各吸気枝通路に向かう枝分配通路とを設けることが開示されている。

特開平０６−１６７２５１号公報 特開２００１−２０７９１８号公報 特開２０１０−２５５４８５号公報

特許文献１の構成は、還流通路から各吸気枝通路への分岐通路を設けただけに比べると、ＥＧＲガスの均等分配性は高いと予測されるが、連通通路は細くて流れ抵抗が高いため、吸気がＥＧＲガスを押し出すほどの圧力（負圧）で連通通路に流入するか甚だ疑問であるのみならず、ＥＧＲガスは正圧がかかっているため、ＥＧＲガスが連通路からサージタンクに噴出することも懸念される。

他方、特許文献２では、上記したとおり、ＥＧＲガスが排気ガス還流管各には均等に流入するため、ＥＧＲガスを各気筒に均一に分配することは確実化できると云える。しかしながら、構造が複雑化したり、チャンバー内に煤類が溜まる傾向があることは否めず、まだ改良の余地があると云える。

これに対して特許文献３は、いわば吸気枝通路の構成部材を利用してＥＧＲガスの還流通路を形成するため、構造は簡単である。

本願発明はこのような現状を改善すべく成されたものであり、部材の合わせ面にＥＧＲガスの還流通路を形成することは特許文献３の考え方を踏襲しつつ、ＥＧＲガスの流れのスムース性や分配の均一性を向上させんとするものである。

本願発明の吸気マニホールドは、並列状に並んだ複数本の吸気枝通路が、重ね合わせて接合された第１部材と第２部材とを貫通するように形成されており、前記第１部材と第２部材との合わせ面のうち前記吸気枝通路の群の近傍部に、前記吸気枝通路の並び方向に長く延びる１本の排気ガス還流メイン通路と、前記排気ガス還流メイン通路から分岐して各吸気枝通路に向かう複数本の排気ガス還流分岐通路とが形成されており、前記排気ガス還流メイン通路に、その一端部から他端部に向けてＥＧＲガスが流れる、という基本構成になっている。

そして、上記基本構成において、前記排気ガス還流メイン通路は、前記吸気枝通路の群と反対側の背面部分を滑らかな連続面とすることにより、ＥＧＲガスが一端部から他端部に向けてスムースに流れることを許容しており、かつ、断面積を小さくしたくびれ部を１か所又は複数個所設けることにより、ＥＧＲガスを各吸気枝通路に均等に流すための複数のバッファ部を形成し、前記バッファ部から前記排気ガス還流分岐通路が分岐している。なお、くびれ部は窄まり部と呼ぶことも可能である。

既述のとおり、近年、サージタンクを一体化した樹脂製の吸気マニホールドが一般化しているが、本願発明もこのようなタイプに適用すると好適である。

本願発明では、ＥＧＲガスの通路（排気ガス還流メイン通路及び排気ガス還流分岐通路は）は、マルホールトの構成部材の合わせ面に形成するものであるため、構造は簡単であって吸気マニホールドの大型化や重量増大を招来することはない。

そして、排気ガス還流メイン通路の背面部は滑らかに連続しているため、排気ガス還流メイン通路が曲がっている場合に比べてガスの流れはスムースであり、各吸気枝通路への分配の応答性も高い。従って、内燃機関の制御性能も向上できる。

更に、排気ガス還流メイン通路にくびれ部を設けてバッファ部を形成したことにより、ＥＧＲガスの流れの高い直進性は確保しつつ、各吸気枝通路にＥＧＲガスが均一に流入することを容易に実現できる。また、排気ガス還流メイン通路を曲げることで流速を低下させるものではなく、いわば、くびれ部によるボトルネック効果によってＥＧＲガスの流速を低減するものであるため、ＥＧＲガスが排気ガス還流メイン通路の特定部位に強く当たることを防止することができ、これにより、吸気マニホールドの一部が熱変形することを防止又は著しく抑制できる。

バッファ部の形状や排気ガス還流分岐通路の位置などは、気筒数や吸気枝通路の断面形状等の実情に応じて調整できるが、実施形態のように、各バッファ部を下流側に向けて溝幅（断面積）が小さくなるように形成すると、ＥＧＲガスのスムースな流れと圧力（流速）の調整との両立性に優れていて、好適である。

第１実施形態の吸気マニホールドをシリンダヘッドと対向した正面方向から見て斜視図である。 吸気マニホールドの正面図である。 図２のIII-III 視平面図である。 第２実施形態の要部平面図である。

(1).概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。先ず、図１，２を参照して吸気マニホールドの概要を説明する。以下の説明では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、この方向は図１に表示している。すなわち、左右方向は気筒の並び方向（クランク軸線方向）であり、前後はシリンダヘッドに向いた方向を基準にしている。図１，２では、紙面の後ろ側にシリンダヘッドが位置している。

本実施形態の吸気マニホールドは、樹脂製でかつサージタンク一体型であり、上下に重ねた４つの部材で構成されている。すなわち、下向きに開口したアッパー部材１と、上向きに開口したロア部材２、及び、これらの間に介在した上中間部材３と下中間部材４との４つの部材で構成されており、全体として中空構造になっている。

上下に隣り合った部材は、超音波振動や高周波振動によって溶着（接合）されている。このため、隣り合った部材の接合面が細幅である場合は、溶着面積を確保するためにフランジが形成されている。図１，２では、部材の形態と境界とを明瞭化するため、上下中間部材３，４に平行斜線を表示している。

本実施形態の吸気マニホールドは３気筒であり、そこで、吸気マニホールドは、右から順に、第１〜第３の３本の吸気枝通路５，６，７を有している。これらの吸気枝通路５〜７は、大まかには、アッパー部材１と上中間部材３との合わせ面、及び、ロア部材２と下中間部材４との合わせ面とに形成されている。従って、吸気枝通路５，６，７は吸気マニホールドの周囲に沿って曲った円形の形態を成しており、上部はシリンダヘッドに向かってストレート状になっている。

このため、吸気マニホールドの側面視で、各吸気枝通路５，６，７は、おおまかには、始端は吸気マニホールドの後端部に配置していて上向きに開口しており、手前側に向けて、上から下、下から上へと約２７０程度の範囲でぐるりと曲がり、上端の水平状部が接線状の姿勢で後ろ向きに延びている。アッパー部材１とロア部材２とには、吸気枝通路５，６，７を形成するための外向き膨出部が形成されている。

おおまかには、上下の中間部材３，４の間にサージタンク８が形成されている。また、吸気マニホールドの前部では、４つの部材１〜４は前後方向に広い範囲で重なっており、ここに吸気枝通路５，６，７が貫通している。すなわち、吸気マニホールドの前部では、上下中間部材３，４にも吸気枝通路５，６，７が形成されている。第２吸気枝通路６と第３吸気枝通路７との間の間隔は広がっているが、終端部においては、隣り合った吸気枝通路５，６，７の間隔は同じになっている。

なお、吸気マニホールドを、アッパー部材１とロア部材２と１つの中間部材との３つの部材で構成することも可能であり、この場合は、吸気枝通路の始端は吸気マニホールドの前部に位置していて、吸気枝通路は、吸気マニホールドの上半周程度の範囲に形成される。

アッパー部材１の左端部（一端部）には、スロットルボデー（図示せず）を装着する吸気入り口９が、上向きに開口している。吸気入り口９は上中間部材３にも連通しており、サージタンク８に横方向から流入する。

上中間部材３の右端部（他端部）は他の部材よりも右側にはみ出ており、このはみ出し部に、ＥＧＲガス導入部１０を上向きに突設している。ＥＧＲガス導入部１０には、ＥＧＲパイプがフランジ接合によって固定される（ＥＧＲガス導入部１０に、ＥＧＲバルブを固定することも可能である。）。

(2).ＥＧＲガスの分配構造
次に、図３に基づいて、ＥＧＲガスの分配構造を説明する。ＥＧＲガスを各吸気枝通路５，６，７に導くための通路は、下中間部材４に形成されている。すなわち、下中間部材４は上中間部材３と重なっていて溶着されているが、上中間部材３との合わせ面（上面）に凹溝を形成することにより、排気ガス還流メイン通路１１と、第１〜第３の排気ガス還流分岐通路１２〜１４を形成している。図３に平行斜線を付して示しているのは、上中間部材３と重なった溶着面である（図４においても同様である。）。なお、溶着性を高めるため、重合面に細いリブを形成することが多い。

排気ガス還流メイン通路１１の始端部１１ａはＥＧＲガス導入部１０と連通しており、ＥＧＲガスは、紙面と直交した方向から始端１１ａに流入する。便宜的に、ＥＧＲガス導入部１０の穴を符号１５で表示している。

排気ガス還流メイン通路１１は、サージタンク８と吸気枝通路５，６，７との間に配置 しており、吸気枝通路５，６，７の群の後ろに位置した背面１６は、緩くカーブしてはいるものの、吸気枝通路５，６，７の並び方向に向いて滑らかに延びている。従って、ＥＧＲガスは、終端に向けて（下流側に向けて）スムースに流れる。

また、排気ガス還流メイン通路１１のうち、吸気枝通路５，６，７の並び列に近い前面１７は、吸気枝通路５，６，７の並び線と平行になっているのに対して、背面１６は、終端から始端部に向けて後ろにずれるように、緩く湾曲しつつ傾斜している。このため、排気ガス還流メイン通路１１は、始端部から終端に向けて溝幅（断面積）が小さくなるように、緩く窄まった形状になっている。

排気ガス還流メイン通路１１の始端１１ａは、吸気枝通路５，６，７の列の外端にはみ出ており、かつ、始端１１ａは、吸気枝通路５，６，７の並び列の側に手前に寄っている。そこで、排気ガス還流メイン通路１１のうち、始端から第１吸気枝通路５の後ろに至る始端側部分１８は緩く、第１吸気枝通路５に向けて凹状に滑らかに湾曲している。従って、ＥＧＲガスは、始端側部分１８から終端に向けてスムースにガイドされる。

上記のように、排気ガス還流メイン通路１１の溝幅は、ＥＧＲガスの流れ方向に向かって徐々に狭くなっているが、第１吸気枝通路５の後ろには、排気ガス還流メイン通路１１に入り込む略Ｌ形の第１半島部１９を設けており、この第１半島部１９の外側を滑らかに曲がって始端側部分１８と成すと共に、第１半島部１９の内側を、始端の方に入り込んだ湾部２０と成している。第１排気ガス還流分岐通路１２は、湾部２０の入り口部から第１吸気枝通路５に向かっている。従って、第１排気ガス還流分岐通路１２は前後方向に延びている。

また、排気ガス還流メイン通路１１のうち第２吸気枝通路６よりも少し下流側の部位に、背面１６に向いて突出した第２半島部２１を突設しており、これによってくびれ部２２を形成しており、くびれ部２２を挟んで上流側の部位を第１バッファ部２３と成して、くびれ部２２を挟んで下流側の部位を第２バッファ部２４と成している。従って、第１バッファ部２３は下流に向けて溝幅が徐々に狭まる形状になっており、湾部２０は第１バッファ部２３の始端部に形成されている。

第２吸気枝通路６と第２吸気枝通路７との間に間隔が空いていることから、第２バッファ部２４は、前面１７よりも手前に入り込んだポケット部２４ａを有しており、ポケット部２４ａから、左右に振り分けた状態で、第２排気ガス還流分岐通路１３と第３排気ガス還流分岐通路１４とを分岐させている。従って、第２排気ガス還流分岐通路１３と第３排気ガス還流分岐通路１４とは、左右方向に延びている。ポケット部２４ａのうち第２半島部２１の側に位置した部位の内面は、第３排気ガス還流分岐通路１４に向けて前後溝幅が狭まるような傾斜面２５になっている。

また、ポケット部２４ａは、排気ガス還流メイン通路１１の最奥部１１ｂよりも少し上流側に位置している。このため、排気ガス還流メイン通路１１の最奥部１１ｂは袋小路状になっている。

(3).まとめ
排気ガス還流メイン通路１１に流入したＥＧＲガスは、上流から下流に向けて流れるが、排気ガス還流メイン通路１１が下流に向けて溝幅が狭くなっていることと、くびれ部２２が存在することにより、第１バッファ部２３に流入するものと第２バッファ部２４に残るものとに分けられる。

そして、ＥＧＲガスは直進性を有するため、本実施形態では、ＥＧＲガスのうち２／３は第２バッファ部２４に流入するようになっており、第２バッファ部２４に流入したＥＧＲガスは、第２排気ガス還流分岐通路１３と第３排気ガス還流分岐通路１４に分離して流入する。

この場合、ＥＧＲガスはポケット部２４ａに流入することで方向変換するため、ＥＧＲガスの直進性が削がれて、ＥＧＲガスは、第２排気ガス還流分岐通路１３と第３排気ガス還流分岐通路１４とに均等に流れる傾向を呈する。

そして、ポケット部２４ａのうち第３排気ガス還流分岐通路１４の側は傾斜面２５が形成されていて、第３排気ガス還流分岐通路１４へのＥＧＲガスの誘い込みが良好になっていることと、排気ガス還流メイン通路１１の最奥部１１ｂが袋小路状になっていて、最奥部１１ｂに衝突したＥＧＲガスが反流として第２排気ガス還流分岐通路１３に流入する傾向を呈することにより、第２排気ガス還流分岐通路１３へのＥＧＲガスの流入が促進される。その結果、第２排気ガス還流分岐通路１３と第３排気ガス還流分岐通路１４とに、ＥＧＲガスを均等に分配できる。

つまり、ＥＧＲガスは直進性があるため、特別の対策を講じないと、ＥＧＲガスが第２排気ガス還流分岐通路１３よりも第３排気ガス還流分岐通路１４に多く流れてしまうおそれがある、本実施形態では、ポケット部２４ａが存在することと、排気ガス還流メイン通路１１の最奥部１１ｂが袋小路状になっていることと、ポケット部２４ａに傾斜面２５が存在することとの相乗作用により、第２排気ガス還流分岐通路１３と第３排気ガス還流分岐通路１４とにＥＧＲガスを均等に分配できる。

第１バッファ部２３にはＥＧＲガスが強い直進性を持って流入するが、本実施形態では、第１排気ガス還流分岐通路１２は湾部２０に設けているため、ＥＧＲガスは第１バッファ部２３を逆流する状態で第１排気ガス還流分岐通路１２に流入する。このため、ＥＧＲガスの勢いを殺して、安定した状態でＥＧＲガスを第１排気ガス還流分岐通路１２に供給することができる。

更に、第１排気ガス還流分岐通路１２は湾部２０の最奥ではなく入り口部に設けているため、第１バッファ部２３から湾部２０に逆流した流入したＥＧＲガスで方向性を持って第１排気ガス還流分岐通路１２に流入することはない。この点からも、第１排気ガス還流分岐通路１２への流入割合が増えることを防止できる。

各排気ガス還流分岐通路１２〜１４へのＥＧＲガスの流入量を均等化することは、排気ガス還流メイン通路１１の窄まりの程度を調節したり、くびれ部２２の溝幅（断面積）を調節したり、ポケット部２４ａの面積又は形状を調節したり、湾部２０の奥行きを調節したりすることにより、容易に実現できる。

なお、排気ガス還流メイン通路１１及び排気ガス還流分岐通路１２〜１４は、下中間部材４の下面に凹溝を形成することによって設けたり、下中間部材４と上中間部材３との重合面の両方に凹溝を形成することによって設けたりすることができる。両方に凹溝を形成する場合、深さは同じでもよいし、互いに異ならせてもよい。

また、バッファ部の形成手段としては、平面視で排気ガス還流メイン通路１１の溝幅を変えることに代えて、又はこれに加えて、排気ガス還流メイン通路１１の深さを変えることによっても形成可能である。これらは、本願発明に共通したバリエーションである。

(3).他の実施形態・その他
図４では、４気筒用吸気マニホールドに適用した第２実施形態を示している。この実施形態では、排気ガス還流メイン通路１１は、第１半島部１９と第２半島部２１との間に第３半島部２７を設けており、このため、第１バッファ部２３と第２バッファ部２４との間に第３バッファ部２８が形成されている。すなわち、排気ガス還流メイン通路１１には２つのくびれ部２２，２２′が形成されており、これにより、排気ガス還流メイン通路１１は３つのバッファ部２３，２４，２８に分けられている。

第３半島部２８は下流側に向けて突出している。このため、第３半島部２８の内側に湾部２９が形成されており、この湾部２９と第２吸気枝通路６とが、第２排気ガス還流分岐通路１３で連通している。第３バッファ部２８に流入したＥＧＲガスは、逆流しながら第２排気ガス還流分岐通路１３に流入するため、ＥＧＲガスの勢いを削いで、第２排気ガス還流分岐通路１３に安定的に流入させることができる。

また、本実施形態では、第１〜第４の吸気枝通路５，６，７，３０は等間隔で並んでいる。このため、第２バッファ部２４にポケット部２４を設けてはいるものの、ポケット部２４の面積は第１実施形態の場合よりも小さくなっている。排気ガス還流メイン通路１１の最奥部１１ｂを袋小路状に形成していることは、第１実施形態と同様である。

また、第２半島部２１は、第４吸気枝通路３０に近づけた状態に形成されている。このため、ポケット部２４ａに流入するＥＧＲガスは、後ろから手前に向かう流れになっている。このため、第３排気ガス還流分岐通路１４と第４排気ガス還流分岐通路３１とを単に左右に振り向けた状態であっても、ＥＧＲガスは、第３吸気枝通路７と第４吸気枝通路３０とに均等に流入する。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、必ずしもポケット部を設ける必要はないのであり、各排気ガス還流分岐通路の個所に半島部と湾部とを形成して、各湾部から排気ガス還流分岐通路を分岐させるといったことも可能である。また、排気ガス還流メイン通路の背面は、ＥＧＲガスが流路を大きく変えることなく流れたら足りるのであり、従って、多少の凹凸があっても構わない。

本願発明は、実際に吸気マニホールドに適用できる。従って、産業上利用できる。

１ アッパー部材
２ ロア部材
３，４ 中間部材
５，６，７，３０ 吸気枝通路
８ サージタンク
９ 吸気入り口
１０ ＥＧＲガス導入部
１１ 排気ガス還流メイン通路
１１ａ 始端
１１ｂ 最奥部（終端）
１２，１３，１４，３１ 排気ガス還流分岐通路
１６ 排気ガス還流メイン通路の背面
１７ 排気ガス還流メイン通路の前面
１８ 排気ガス還流メイン通路の始端側部分
１９，２１，２７ 半島部
２０，２９ 湾部
２３，２４，２８ バッファ部
２４ａ ポケット部

Claims (1)

1. 並列状に並んだ複数本の吸気枝通路が、重ね合わせて接合された第１部材と第２部材とを貫通するように形成されており、
   前記第１部材と第２部材との合わせ面のうち前記吸気枝通路の群の近傍部に、前記吸気枝通路の並び方向に長く延びる１本の排気ガス還流メイン通路と、前記排気ガス還流メイン通路から分岐して各吸気枝通路に向かう複数本の排気ガス還流分岐通路とが形成されており、前記排気ガス還流メイン通路に、その一端部から他端部に向けて排気ガスが流れる構成であって、
   前記排気ガス還流メイン通路は、前記吸気枝通路の群と反対側の背面部分を滑らかな連続面とすることにより、排気ガスが一端部から他端部に向けてスムースに流れることを許容しており、かつ、断面積を小さくしたくびれ部を１か所又は複数個所設けることにより、排気ガスを各吸気枝通路に均等に流すための複数のバッファ部を形成し、前記バッファ部から前記排気ガス還流分岐通路が分岐している、
   内燃機関の吸気マニホールド。

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