JP2019120180A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋭意研究による吸気マニホルドの構造見直しにより、吸気マニホルド内の吸入路において互いの吸気ポートへの吸入に悪影響を及ぼすことがないようにして、黒煙やＰＭ増加といった不利益のおそれなく、各吸気ポートへ良好に空気供給できるように改善されたエンジンの吸気装置を提供する。【解決手段】吸気マニホルド４における互いに異なる吸気ポートｐ１，ｐ２の近傍箇所ｋ１，ｋ２どうしが、吸気マニホルド４とは別の連絡経路５により互いに連通され、連絡経路５の吸気マニホルド４への連通方向が、吸気マニホルド４の近傍箇所ｋ１，ｋ２における吸気ポートｐ１，ｐ２への吸入方向に交差する方向に設定されているエンジンの吸気装置。連通方向と吸入方向との交差角は９０度。【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ディーゼルエンジンや自動車用エンジンなど、エンジンの吸気装置に関するものである。

吸気マニホルドは、エンジンが吸い込む混合気または空気を複数のシリンダーに分配するように、枝分かれした管路であるのが基本である。吸入行程で燃焼室内に生ずる負圧により混合気や空気が吸気マニホルド内を流れるので、屈曲や内径変化といった吸気マニホルドの構造や形状（設計）は、エンジンの燃焼効率や体積効率、ポンピングロスといった性能に影響を及ぼすことが知られている。

吸気マニホルドは、前述のとおり、通常は枝分かれした多岐管状のものであるが、産業用で比較的小型の２気筒ディーゼルエンジンなどにおいては、省スペース化やコスト削減のため、吸入路が各吸気ポート毎に（各気筒毎に）分離しない単室からなる吸入路を有する箱型形状のものもある。このような従来例としては、特許文献１にて開示される２気筒エンジンがある。

特開２０１５−５９５４５号公報

従来の小型２気筒ディーゼルエンジンにおいては、吸気マニホルドの吸入路が分離されていないので、吸入工程にない吸気ポートから逆流してくる脈動派が、吸入工程にある吸気ポートの吸気に悪影響を及ぼすことがある。即ち、脈動派が吸入工程にある吸気ポートに邪魔をして吸入空気量が減り、それによって黒煙やＰＭが増加するおそれがあった。

本発明の目的は、鋭意研究による吸気マニホルドの構造見直しにより、吸気マニホルド内の吸入路において互いの吸気ポートへの吸入に悪影響を及ぼすことがないようにして、黒煙やＰＭ増加といった不利益のおそれなく、各吸気ポートへ良好に空気供給できるように改善されたエンジンの吸気装置を提供する点にある。

本発明は、エンジンの吸気装置において、
吸気マニホルド４における互いに異なる吸気ポートｐ１，ｐ２の近傍箇所ｋ１，ｋ２どうしが、前記吸気マニホルド４とは別の連絡経路５により互いに連通され、
前記連絡経路５の前記吸気マニホルド４への連通方向が、前記吸気マニホルド４の前記近傍箇所ｋ１，ｋ２における前記吸気ポートｐ１，ｐ２への吸入方向に交差する方向に設定されていることを特徴とする。

第２の本発明は、本発明によるエンジンの吸気装置において、
前記連通方向と前記吸入方向とが直交する状態に設定されていることを特徴とする。

第３の本発明は、本発明又は第２の本発明によるエンジンの吸気装置において、
前記連絡経路５は、前記吸気マニホルド４に連通される一対の接続端部５Ａ，５Ａと、前記接続端部５Ａと交差する方向に延びて前記接続端部５Ａ，５Ａどうしを連通する経路中間部５Ｂとを備えるコ字状の配管により形成されていることを特徴とする。

第４の本発明は、本発明〜第３の本発明のいずれかによるエンジンの吸気装置において、
前記吸気マニホルド４は、複数の吸気ポートｐ１，ｐ１に連通可能な１つの吸入路４Ｗを有するものに構成されていることを特徴とする。

第５の本発明は、第４の本発明によるエンジンの吸気装置において、
前記吸気マニホルド４は、複数の吸気ポートｐ１，ｐ２を全て覆う大きさの開口部４ｂを有していることを特徴とする。

第６の本発明は、本発明〜第５の本発明のいずれかによるエンジンの吸気装置において、
前記連絡経路５にサージタンク８が設けられていることを特徴とする。

第６の本発明は、本発明〜第６の本発明のいずれかによるエンジンの吸気装置において、
前記吸気マニホルド４は、２つの吸気ポートｐ１，ｐ２を備える二気筒エンジン用のものであることを特徴とする。

本発明によれば、吸気マニホルドにおける各吸気ポートの近傍箇所どうしが連絡経路で連通されているので、一方の吸気ポートの脈動派を他方の吸気ポートの吸気流に交差させて衝突させることができる。この衝突により、慣性小領域で減衰しない乱流エネルギーを発生させて、燃焼を活性化させることが可能になり、それによって黒煙やＰＭの排出を抑制させることができる。

その結果、吸気マニホルドの構造見直しにより、吸気マニホルド内の吸入路において互いの吸気ポートへの吸入に悪影響を及ぼすことがないようにして、黒煙やＰＭ増加といった不利益のおそれなく、各吸気ポートへ良好に空気供給できるように改善されたエンジンの吸気装置を提供することができる。

吸気マニホルドを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図 図１の吸気マニホルドが適用可能なエンジンの概略の側面図 図３に示すエンジンの要部を示す平面図 別構造の吸気マニホルドを示す平面図

以下に、本発明によるエンジンの吸気装置の実施の形態を、産業用で立形の直列２気筒ディーゼルエンジンの場合について、図面を参照しながら説明する。

まず、本発明による吸気装置を組付けることが可能な産業用で立形の直列２気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと略称する）Ｅの概要を説明する。

図２，３に示されるように、エンジンＥにおいて、シリンダブロック１１の上にシリンダヘッド１２が組み付けられ、シリンダヘッド１２の上にシリンダヘッドカバー１３が組み付けられ、シリンダブロック１１の前に調時伝動ケース１４が組み付けられ、調時伝動ケース１４の前方にエンジン冷却ファン１５が配置されてる。シリンダブロック１１の後にフライホイール１６が配置され、シリンダブロック１１の下にオイルパン１７が組み付けられている。

シリンダヘッド１２の横一側には吸気マニホルド１８が組付けられ、横他側には排気マニホルド１９が組み付けられている。シリンダブロック１１の吸気側にはポンプ収容ケース２０が配置され、ここに燃料噴射ポンプ２３が上側から差し込まれている。シリンダヘッド１２には前後一対の燃料噴射ノズル２１，２２が取り付けられている。前後一対の燃料噴射ノズル２１，２２は、燃料噴射ポンプ２３から導出された一対の管材１，２である燃料噴射管の先端に接続されている。

図２及び図３において、１ａ，２ａは、それぞれ管材１，２の平行部分であり、３は平行部分１ａ，２ａを互いに拘束するクランプである。また、図２及び図３に示すエンジンＥは、吸気マニホルド１８として従来構造によるものを組付けたものとして描いてある。その従来例の吸気マニホルド１８を改良したものが、次に説明する本発明による吸気装置Ａである。

〔実施形態１〕
図１に本発明による吸気装置Ａが示されている。この吸気装置Ａは、図２，３に示すシリンダヘッド１２にボルト取付可能な吸気マニホルド４と、この吸気マニホルド４に装着される連絡経路５とを有して構成されている。

吸気マニホルド４は、シリンダヘッド１２の右側面１２ａにボルト止めされるマニホルド本体部４Ａと、マニホルド本体部４Ａの後側に偏った位置において右方に突出する吸入管部４Ｂとを備えている。また、吸気マニホルド４は、複数の吸気ポートｐ１，ｐ１に連通可能な１つの内部空間である吸入路４Ｗを有するものに構成されている

図１（ａ），（ｂ）に示されるように、吸気マニホルド４は、円形で１つの吸入口４ａと、シリンダヘッド１２に右側面１２ａに形成されている２つの吸気ポートｐ１，ｐ２を覆う横長の大開口部４ｂとを備えている。吸入口４ａと大開口部４ｂとは共に水平方向に向いた孔である。従って、吸入口４ａから吸込まれた空気は、一部が吸入路４Ｗを矢印ａのように流れて第１吸気ポートｐ１に向かい、また一部は吸入路４Ｗを前方に進んでから矢印ｂのように流れて第２吸気ポートｐ２に向かうようになる。

図１に示されるように、吸入管部４Ｂはその後端が、マニホルド本体部４Ａの大開口部４ｂの後端よりも若干後に寄った偏り状態に設定されている。なお、図１（ｂ）における６は、マニホルド本体部４Ａの３箇所に形成されたボルト止め用の小孔であり、７は、吸気系路（例：吸気マニホルド４）に流体を戻すための戻しパイプである（流体の例：ブローバイガス、ＥＧＲガス）。

図１（ａ），（ｂ）に示されるように、連絡経路５は、吸気マニホルド４における互いに異なる吸気ポートである第１吸気ポートｐ１と第２吸気ポートｐ２とのそれぞれの近傍箇所ｋ１，ｋ２どうしを互いに連通させる管路であり、吸入管部４Ｂの上部とマニホルド本体部４Ａの前端上部とを連通させている。つまり、吸入路４Ｗにおける第１近傍箇所ｋ１と第２近傍箇所ｋ２とは、コ字状の内部管路５Ｗにより連通されている。

連絡経路５は、吸気マニホルド４に連通される一対の接続端部５Ａ，５Ａと、接続端部５Ａと交差する方向に延びて接続端部５Ａ，５Ａどうしを連通する経路中間部５Ｂとを備えるコ字状の配管（内部管路５Ｗ）により形成されている。連絡経路５は、複合構造の合成樹脂管により形成されているが、金属管や、他の可撓性を有する管からなるものでもよく、合成樹脂管には限定されない。

図１（ａ），（ｂ）に示されるように、吸入管部４Ｂの長手方向（左右方向）の中間部の上面に、吸入路４Ｗに連通する第１縦孔９ａを備えた第１フランジ９が一体的に形成されている。その平面視の形状が円環状に形成されている第１フランジ９に、連絡経路５の一方の接続端部５Ａが嵌め込んで装着されている。なお、一方の接続端部５Ａの第１フランジ９に外嵌される部分には、必要に応じてクランプ（図示省略）が設けられる。

図１（ａ），（ｂ）に示されるように、マニホルド本体部４Ａにおける第２吸気ポートｐ２の右側近傍における上面に、吸入路４Ｗに連通する第２縦孔１０ａを備えた第２フランジ１０が一体的に形成されている。その平面視の形状が円環状に形成されている第２フランジ１０に、連絡経路５の他方の接続端部５Ａが嵌め込んで装着されている。なお、他方の接続端部５Ａの第２フランジ１０に外嵌される部分には、必要に応じてクランプ（図示省略）が設けられる。

第１近傍箇所ｋ１は、吸気マニホルド４（詳しくは吸入管部４Ｂ）における第１フランジ９に対応した箇所であり、吸入路４Ｗにおける吸入口４ａから第１吸気ポートｐ１に向かう吸入経路（矢印ａおよびその前後）の途中箇所や終端側箇所である。第２近傍箇所ｋ２は、マニホルド本体部４Ａにおける第２フランジ１０に対応した箇所であり、吸入路４Ｗにおける吸入口４ａから第２吸気ポートｐ２に向かう吸入経路（矢印ｂはその終端側）の途中箇所や終端側箇所である。

そして、図１（ａ），（ｂ）に示されるように、連絡経路５の吸気マニホルド４への連通方向、即ち、第１及び第２フランジ部，１０の各縦孔９ａ，１０ａの軸線方向であって連通方向である矢印ｃ及び矢印ｄと、第１及び第２近傍箇所ｋ１，ｋ２における各吸気ポートｐ１，ｐ２への吸入方向である矢印ａ及び矢印ｂに交差する方向に設定されている。

つまり、図１（ａ），（ｂ）に示されるように、第１近傍箇所ｋ１における第１吸気ポートｐ１への空気の流れである矢印ａが水平方向であるに対して、一方の接続端部５Ａの吸入路４Ｗに対する向きは上下向きの矢印ｃであるから、これら矢印ａと矢印ｃは互いに直交している。第２近傍箇所ｋ２における第２吸気ポートｐ２への空気の流れである矢印ｂが水平方向であるに対して、他方の接続端部５Ａの吸入路４Ｗに対する向きは上下向きの矢印ｃであるから、これら矢印ｂと矢印ｄは互いに直交している。

〔実施形態１の吸気装置Ａによる作用〕
吸気マニホルド４における各吸気ポートｐ１，ｐ２の近傍箇所ｋ１，ｋ２どうしを、下向きコ字状の連絡経路５で連通させてあるので、一方の１気筒（第１吸気ポートｐ１）の脈動派を他方の１気筒（第２吸気ポートｐ２）の吸気流に垂直に（又はある角度を持って）衝突させることができる。この衝突により、コルモゴロフのマイナス５／３乗則に従って、「慣性小領域」で減衰しない乱流エネルギーを発生させ、燃焼を活性化させることが可能になる。その結果、次の（１）〜（５）の効果を得ることができる。

（１）燃焼が活性化されるので、黒煙たＰＭの発生量を減少させることができる。
（２）燃焼が活性化されるので、燃料消費率（いわゆる燃費）を改善することができる。
（３）燃焼が活性化されるので、未燃の燃料に起因した寒冷時における青白煙の排出を抑制することができる。
（４）燃焼が活性化されるので、寒冷時の始動性を向上させることができる。
（５）燃焼が活性化されるので、着火遅れ期間が短縮され、予混合燃焼領域が減り、騒音や振動を提言することができる。

〔別実施形態〕
吸気装置Ａは、図４に示されるように、サージタンク８を備えた連絡経路５と吸気マニホルド４とからなるものでもよい。
即ち、図１に示す連絡経路５の経路中間部５Ｂを前後に分断し、その分断された一方の分断路２４と、他方の分断路２５とがサージタンク８に接続させた構造の連絡経路５である。連絡経路５のその他の構造、及び吸気マニホルド４は実施形態１と同じである。

サージタンク８は、その内部に大容量（エンジン排気量の１〜３倍の容積）の空気室８ａを備えており、「ヘルムホルツ共鳴器レゾネータ室兼吸気チャンバー」として機能させることが可能である。つまり、一対の近傍箇所ｋ１，ｋ２が、大容量空気室付の連絡経路５で連通される構成である。

このサージタンク８付連絡経路５を有する吸気マニホルド４では、吸気脈動音を減衰させることができ、騒音改善や音色の改善が可能となる利点が追加される。

〔別実施例〕
実施形態１の吸気マニホルド４は枝分かれ管を有していないが、極短い枝分かれ管やある程度の短い長さの枝分かれ管を持つが、基本は１つの吸入路（４Ｗ）を持つ構造の吸気マニホルド４でも、連絡経路５を付設することによる上記効果がある程度は得られる。

３気筒以上の多気筒エンジンの吸気装置としての適用は可能である。また、連絡経路５は、Ｕ字形状のものやＭ字形状のものなど種々の変更設定が可能である。

４ 吸気マニホルド
４Ｗ １つの吸入路
４ｂ 開口部
５ 連絡経路
５Ａ 接続端部
５Ｂ 経路中間部
８ サージタンク
Ａ
ｋ１，ｋ２ 近傍箇所
ｐ１，ｐ２ 吸気ポート

Claims (7)

1. 吸気マニホルドにおける互いに異なる吸気ポートの近傍箇所どうしが、前記吸気マニホルドとは別の連絡経路により互いに連通され、
   前記連絡経路の前記吸気マニホルドへの連通方向が、前記吸気マニホルドの前記近傍箇所における前記吸気ポートへの吸入方向に交差する方向に設定されているエンジンの吸気装置。
2. 前記連通方向と前記吸入方向とが直交する状態に設定されている請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
3. 前記連絡経路は、前記吸気マニホルドに連通される一対の接続端部と、前記接続端部と交差する方向に延びて前記接続端部どうしを連通する経路中間部とを備えるコ字状の配管により形成されている請求項１又は２に記載のエンジンの吸気装置。
4. 前記吸気マニホルドは、複数の吸気ポートに連通可能な１つの吸入路を有するものに構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンの吸気装置。
5. 前記吸気マニホルドは、複数の吸気ポートを全て覆う大きさの開口部を有している請求項４に記載のエンジンの吸気装置。
6. 前記連絡経路にサージタンクが設けられている請求項１〜５の何れか一項に記載のエンジンの吸気装置。
7. 前記吸気マニホルドは、２つの吸気ポートを備える二気筒エンジン用のものである請求項１〜６の何れか一項に記載のエンジンの吸気装置。

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