JP2020002889A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】十分な容積の確保が困難な箱型の吸気マニホルドを採用しながらも、さらなる構造工夫により、容積を増やすことなく各気筒の吸入効率を向上させ、排ガス規制の強化にも対応可能となるエンジンの吸気装置を提供する。【解決手段】エンジンの吸気装置において、複数の吸気ポートｐを全て覆う大きさに形成された１つの開口５を備えるマニホルド本体部４Ａと、空気の吸入部４Ｂとを備える吸気マニホルド４が設けられ、マニホルド本体部４Ａにおける開口５近くの側壁８，９の内側に、開口５に向かう空気を開口５の幅方向で中央部に導くガイドｇが設けられている。ガイドｇの空気流れ方向で下流側の端２５ａが、マニホルド本体部４Ａの開口端面４ａよりも空気流れ方向で上流側に寄せられている。【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において、改良された吸気マニホルドを備える吸気装置に関するものである。

エンジンの吸気マニホルドは、例えば特許文献１において開示されているように、空気供給側の１つの通路から各気筒（各吸気ポート）に枝分かれしている構造のものが一般的である。

産業用エンジン、例えば、発展途上国用や廉価機種用の小型ディーゼルエンジンなどにおいては、コスト及び省スペース化のために、各気筒毎に分離せずに各吸気ポートを覆う１つの大きな吸気出口（開口）を備えた箱型（箱型形状）の吸気マニホルドも多用されている（特許文献２を参照）。

特開２００７−３２１６４１号公報 特開２００１−３２９９２３号公報

箱型の吸気マニホルドでは、吸気ポート毎に吸気管が枝分かれしていないため、他の吸気ポートから逆流してくる脈動派の影響を受けて吸入量が所期する量よりも減ってしまい、燃焼状態が悪化し、ディーゼルエンジンでは黒煙やＰＭが増加する不都合がある。

そこで、箱型の吸気マニホルドの容積を十分に取って、吸気マニホルド自体が各気筒共通のサージタンクにもなるようにして、吸気干渉を減らして吸入量を増やすことが考えられた。吸入量が増えると、出力向上のみならず、ＰＭなどの排ガス低減も行え、排ガス規制の強化に対応可能となる利点が得られる。

しかしながら、小型ディーゼルエンジンでは、複数気筒のうちの端にある吸気ポートの近傍にインジェクションポンプがあり、燃料噴射管の取り回しの関係上、吸気ポート周辺空間には制約がある。故に、箱型の吸気マニホルドの形状は制約のある空間に合せたものにならざるを得ず、従って十分な容積を取ることが難しい問題がある。

本発明の目的は、十分な容積の確保が困難な箱型の吸気マニホルドを採用しながらも、さらなる構造工夫により、容積を増やすことなく各気筒の吸入効率を向上させ、排ガス規制の強化にも対応可能となる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、
複数の吸気ポートを全て覆う大きさに形成された１つの開口を備えるマニホルド本体部と、空気の吸入部とを備える吸気マニホルドが設けられ、
前記マニホルド本体部における前記開口近くの側壁の内側に、前記開口に向かう空気を前記開口の幅方向で中央部に導くガイドが設けられていることを特徴とする。

例えば、ガイドは、１つの開口を形成すべく吸気ポート並び方向に沿った一対の幅広な出口壁のそれぞれに設けられており、ガイドの空気流れ方向で下流側の端が、マニホルド本体部の開口端面よりも空気流れ方向で上流側に寄せられている。

本発明によれば、ガイドの案内作用により、空気が円滑に吸気ポートに入って行くようになるとともに、空気がガイドを越える際に「慣性小領域」で減衰しない乱流エネルギーが発生され、燃料と空気との混合を促進して燃焼が活性化されるようになる。
また、吸気ポートの内周面に沿って吸気マニホルドへ向かって逆流してくる脈動派が、ガイドの吸気ポート側の端面で受止められ、吸気マニホルドへの逆流が抑制される作用も期待できる。

その結果、十分な容積の確保が困難な箱型の吸気マニホルドを採用しながらも、さらなる構造工夫により、容積を増やすことなく各気筒の吸入効率を向上させ、排ガス規制の強化にも対応可能となるエンジンの吸気装置を提供することができる。

本発明によるエンジンの吸気装置を示す要部の縦断面図 ２気筒用の吸気マニホルドを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は開口側から見た側面図 図１，２に示された吸気マニホルドを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 別実施形態による吸気装置を示し、（Ａ）は３気筒用の箱型吸気マニホルドの開口側の側面図、（Ｂ）は３気筒用の分岐型吸気マニホルドの開口側の側面図

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、本発明によるエンジンの吸気装置（以下、単に吸気装置と略称する）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３，４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が配置されている。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３及び図４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３及び図４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、図２に示されるように、エンジンの吸気装置Ａ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て右方に突出される吸入部４Ｂとを備える吸気マニホルド４を有している。マニホルド本体部４Ａは、シリンダヘッド１２の２つの吸気ポートｐを覆う大きさの開口５を備えており、吸入部４Ｂは、管状で１つの吸入口４ｂを有している。つまり、吸気マニホルド４はいわゆる箱型に構成されている。

開口５の形状は、前後に並ぶ第１、第２吸気ポートｐ１，ｐ２をカバーする前後方向（横方向）に長い略角丸長方形（略長円形）に形成されている。なお、エンジンＥとしての前側にある吸気ポートｐを第１吸気ポートｐ１とし、後側を第２吸気ポートｐ２とする。マニホルド本体部４Ａの内部は、１つの吸入部４Ｂと開口５とを連通させる１つの内部空間である吸入路４Ｗに形成されている。

図２（Ａ），（Ｂ）に示されるように、吸入口４ｂと開口５とは共に水平方向に向いた孔である。従って、吸入口４ｂ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２吸気ポートｐ２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１吸気ポートｐ１に向かうようになる、と考えられる。なお、吸入口４ｂが上を向く構造としてもよい。

図２に示されるように、吸入部４Ｂはその右端（部品としては後端）が、マニホルド本体部４Ａの開口５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が、この限りではない。なお、図２（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、吸気系路である吸気マニホルド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）。

マニホルド本体部４Ａにおける開口５近くの側壁８，９の内側に、開口５に向かう空気を開口５の幅方向で中央部に導くガイドｇが設けられている。側壁８，９は、マニホルド本体部４Ａにおける吸気ポートｐ１，ｐ２並び方向（前後方向）に沿った上下一対の上及び下対向側壁８，９である。開口５の周囲は、エンドレス状のシールゴム１０が装備されたフランジ壁４Ｆに形成されており、また、開口５の上下の開口幅Ｄは、吸気ポートｐ１，ｐ２の径ｄよりも少し大きく設定されている。

図１及び図２（Ｂ）に示されるように、上下の各ガイドｇ，ｇは、空気の流れを導くガイド面２４を有して上対向側壁８及び下対向側壁９の内側に支持されて、縦断面形状が略三角形を呈す案内壁に形成されている。案内壁であるガイドｇは、開口５の全幅に亘って形成されているとともに、各ガイドｇ，ｇの空気流れ方向で下流側の端２５ａが、マニホルド本体部４Ａの開口端面４ａよりも空気流れ方向で上流側に寄せられている（図１を参照）。

各ガイドｇは、吸気マニホルド４と一体形成されていてもよいし、別体のものとしてマニホルド本体部４Ａ（上下の対向側壁８，９）に固定支持される構成でもよい。箱型の吸気マニホルド４は、その開口端面４ａがシリンダヘッド１２の右側面１２ａにシール状態で面当接されて固定されている。なお、図１において、３１は吸気バルブ、３２はコイルばね、３３はロッカーアーム、３４はピストン、３５は燃焼室である。

上下の各ガイドｇは、最も吸気ポート側に寄った箇所である端２５ａを角に備えて傾斜した端面２５を有しており、これら端面２５とシリンダヘッド１２の右側面１２ａとの間に、小さな容積の段差空間部２６が上下のそれぞれに形成されている。上下の端２５ａ，２５ａどうしの上下間の間隔ｔは、吸気ポートｐの径（直径）ｄよりも少し小さい〔図２（Ｂ）を参照〕。

段差空間部２６は、開口５の開口幅Ｄが吸気ポートｐの径ｄより大きいことによるヘッド面段差が生じていることを利用して、ガイドｇを開口端面４ａまで延ばさず、少し内側（吸入部４Ｂ側）に寄せたことによる端面２５とにより囲まれた空間部として形成されている。なお、端面２５の傾斜は、図１に示すオーバーハング角とは逆の角度でもよいし、角度無し（垂直壁）でもよい。

次に、ガイドｇを設けたことによる作用効果などについて説明する。
図１に示されるように、吸入部４Ｂから吸気マニホルド４内に吸込まれた空気は、白抜き矢印のように吸入路４Ｗを通って吸気ポートｐ（ｐ１）に流れて行くが、上下のガイドｇのガイド面２４により、空気が円滑に吸気ポートｐに入って行く。また、空気がガイド面２４を越える際に「コルモゴロフのマイナス５／３乗測」に従う「慣性小領域」で減衰しない乱流エネルギーが発生され、燃料と空気との混合を促進して燃焼が活性化されるようになる。

開口５の上下幅（開口幅）Ｄが吸気ポートｐの径ｄより大きいことによるヘッド面段差が生じているが、ガイドｇによる案内作用により、空気がヘッド面段差で滞留することが抑制又は解消されるようになる。シリンダヘッド１２のヘッドポートからの脈動派が、吸気ポートｐの内周面に沿って吸気マニホルド４へ向かって逆流（図１の実線の矢印を参照）してくるが、その脈動派はガイドｇの端面２５で受止められ、吸気マニホルド４への逆流が抑制されるようになる。つまり、逆流してくる脈動派は端面２５に当り、段差空間部２６で滞留して自然消滅される現象が期待できる。

その結果、次の（１）〜（８）の効果を得ることができる。
（１）燃焼が活性化され、黒煙や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、燃料消費率を改善することが可能になる。
（３）燃焼が活性化され、未燃の燃料に起因した寒冷時の青白煙が抑制される。
（４）燃焼が活性化され、寒冷時の始動性が向上される。
（５）燃焼が活性化され、着火遅れ期間が短縮され、予混合燃焼領域が減り、騒音や振動の低減が可能になる。

（６）空気密度を高めることができるので、排気量を増やさずに出力アップが可能になる。
（７）空気密度を高めることができるので、高地での黒煙排出の低減が可能になる。
（８）吸気温度を低めることができるので、ＮＯｘの排出量が下がるようになる。

〔別実施形態１〕
図５（Ａ）に示されるように、第１〜第３吸気ポートｐ１，ｐ２，ｐ３に対応した３気筒エンジン用の箱型吸気マニホルド４を有する吸気装置Ａでも良い。ガイドｇは、断面形状は図１に示されるものと同様であるが、開口５における各吸気ポートｐ１，ｐ２，ｐ３に対応した上下にそれぞれ独立して（不連続で）計６か所に設けられている。

第１及び第３吸気ポートｐ１，ｐ３に対応させて、上下のガイドｇ，ｇを繋いで連続させる円弧状ガイドｇを設けても良い。また、図示は省略するが、隣合う直線状のガイドｇ，ｇを繋ぎ、図２（Ｂ）に示されるものと同様な上下一対の連続した幅広なガイドｇ，ｇとする構成でも良い。

〔別実施形態２〕
図５（Ｂ）に示されるように、第１〜第３吸気ポートｐ１，ｐ２，ｐ３に対応した複数に（３つに）枝分かれした短い長さの分岐管部４Ｃ，４Ｃ，４Ｃがマニホルド本体部４Ａに形成された吸気マニホルド、いわゆる枝分かれ型の吸気マニホルド４を備えた吸気装置Ａでも良い。ガイドｇによる作用効果は、主に箱型の吸気マニホルドにおいて顕著に見られるが、枝分かれ型の吸気マニホルドにおいても効果が期待できるものである。

第１吸気ポートｐ１に対応した開口５では、ガイドｇは円環状のものとして形成されており、ガイドｇの径（符記省略）は第１吸気ポートｐ１の径ｄより若干小さい。この場合、「開口５の幅方向で中央部」の「幅方向」は、円形状開口５の「径方向」である。
第２吸気ポートｐ２に対応した開口５では、ガイドｇは前後のそれぞれに縦向きに一対形成されている。この場合、「開口５の幅方向で中央部」の「幅方向」は、円形状開口５の「前後方向」である。

第３吸気ポートｐ３に対応した開口５では、ガイドｇは上下のそれぞれに横向きに一対形成されている。この場合、「開口５の幅方向で中央部」の「幅方向」は、円形状開口５の「上下方向」である。
なお、上述の３通りにガイドｇは、その組み合わせや選択など、種々の変更設定が可能である。

〔別実施例〕
開口５の開口幅Ｄと吸気ポートｐの径ｄとが、Ｄ≦ｄの関係を有する吸気装置であっても、本発明の適用は可能である。

４ 吸気マニホルド
４Ａ マニホルド本体部
４Ｂ 吸入部
４ａ 開口端面
５ 開口（１つの開口）
８ 側壁（上対向側壁）
９ 側壁（下対向側壁）
２４ ガイド面
２５ａ 端
Ｄ 開口幅
ｄ 吸気ポートの径
ｇ ガイド
ｐ 吸気ポート
ｐ１ 第１吸気ポート
ｐ２ 第２吸気ポート
ｐ３ 第３吸気ポート

Claims (6)

1. 吸気ポートに対応した開口を備えるマニホルド本体部と、空気の吸入部とを備える吸気マニホルドが設けられ、
   前記マニホルド本体部における前記開口近くの側壁の内側に、前記開口に向かう空気を前記開口の幅方向で中央部に導くガイドが設けられているエンジンの吸気装置。
2. 前記開口は、複数の吸気ポートを全て覆う大きさに形成された１つの開口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. 前記側壁は、前記マニホルド本体部における吸気ポートの並び方向に沿った一対の対向側壁である請求項２に記載のエンジンの吸気装置。
4. 前記ガイドの空気流れ方向で下流側の端が、前記マニホルド本体部の開口端面よりも空気流れ方向で上流側に寄せられている請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンの吸気装置。
5. 前記開口は、吸気ポートの径よりも大きい開口幅を有している請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンの吸気装置。
6. 前記ガイドは、空気の流れを導くガイド面を有して前記側壁の内側に支持される案内壁に形成されている請求項１〜５の何れか一項に記載のエンジンの吸気装置。

Images