JP2020002915A - 吸気マニホルド - Google Patents

Abstract

【課題】さらなる構造工夫により、前述した空間に制約のあることを受け入れながらも、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ように、容積を増やせることが可能な吸気マニホルドを提供する。【解決手段】吸気ポートｐに対応した開口４を備えるマニホルド本体部２と空気の吸入部３とを備え、前記マニホルド本体部２の開口端面２ａをシリンダヘッド１２に当接してボルト止めするためのボルト止め部６が前記マニホルド本体部２に形成され、前記マニホルド本体２の内部空間７が、前記ボルト止め部６のボルト挿通用空間部Ｓに連通するように張出して形成されている【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ディーゼルエンジンや建機用エンジンなどの各種エンジンに用いられる吸気マニホルドの改良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、発展途上国向け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つの大きな開口（吸気出口）を備えた吸気マニホルド、いわゆる箱型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、吸気ポート毎に枝分かれせず１つの内部空間による吸入路を有しているので、他の吸気ポートから逆流してくる脈動派の影響を受け易い面がある。この影響が大きいと、吸気ポートへの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が増加する不都合を招く。

そこで、箱型の吸気マニホルドでは、そ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、枝分かれ型、箱形を問わず、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、十分な容積を取ることが難しい問題がある。この問題は、吸気マニホルドが箱型の場合はより顕著である。

本発明の目的は、さらなる構造工夫により、前述した空間に制約のあることを受け入れながらも、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ように、容積を増やせることが可能な吸気マニホルドを提供する点にある。

本発明は、吸気マニホルドにおいて、
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、前記マニホルド本体部の開口側端面をシリンダヘッドに当接してボルト止めするためのボルト止め部が前記マニホルド本体部に形成され、
前記マニホルド本体の内部空間が、前記ボルト止め部のボルト挿通用空間部に連通するように張出して形成されていることを特徴とする。

例えば、ボルト止め部のボルト挿通用空間部は、前記マニホルド本体部における前記開口側端面とは反対側の背壁に形成された通し孔を有し、前記ボルト止め部における前記内部空間に連通されているボルト挿通用空間部を形成する部分は、前記内部空間に向かって開口するＣ字状の断面形状を有するボルト挿通壁に形成されている。

本発明によれば、ボルト止め部のボルト挿通用空間部を内部空間の一部として利用できるようになったので、ボルト止め部の配置やマニホルド本体部の大きさを変えることなく、吸気マニホルドとしての内部空間、即ち容積を無理なく拡大させることができる。

マニホルド本体部の容積が拡大されているので、シリンダヘッドの各気筒吸気時の吸気干渉を減らすことができ、各吸気ポートからの吸入空気量を増やすことが可能となる。故に、出力向上が図れるとともに、排ガス、特にＰＭを低減させることが可能になる。

その結果、さらなる構造工夫により、配置場所の空間に制約のあることを受け入れながらも、各気筒の吸入効率を向上させて、排ガス規制の強化にも対応可能となるように、容積を増やせることが可能な吸気マニホルドを提供することができる。

本発明による吸気マニホルドを示し、（Ａ）は図２の吸気マニホルドをＺ−Ｚ線で切ったものに相当する断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）の矢視Ｙの図 従来の吸気マニホルドを示す開口の反対側から見た側面図 （Ａ）は図２のＺ−Ｚ線で切った断面図、（Ｂ）は吸気マニホルドを図２のＺ−Ｚ線で切った場合の内部空間を示し、実線は本発明品、仮想線は従来品

以下に、本発明による吸気マニホルドの実施の形態を、立型３気筒の産業用ディーゼルエンジンに適用されている場合について、図面を参照しながら説明する。なお、２気筒用や４気筒用など、気筒数に対応した吸気マニホルドへの本発明の適用は可能である。

まず、従来の吸気マニホルドについて説明する。
図２及び図３（Ａ）に示されるように、吸気マニホルド１は、シリンダヘッド１２の吸気ポートｐに対応した開口４を備えるマニホルド本体部２と、吸入口５を備える空気の吸入部３とを備えている。マニホルド本体部２の開口端面２ａをシリンダヘッド１２の吸気側側面１２ａに当接してボルト止めするためのボルト止め部６がマニホルド本体部２に複数個所（５箇所）形成されている。

マニホルド本体部２は、シリンダヘッド１２に形成されている直列配置された３つの吸気ポートｐ，ｐ，ｐを覆う大きさを有する横長形状の１つの開口４と、開口４を囲繞する外周フランジ壁２Ａを備えている。この箱型の吸気マニホルド１は、外周フランジ壁２Ａの開口端面２ａをシリンダヘッド１２の吸気側側面１２ａに当接させた状態で、ボルト止め部６に通されるボルト１１により、シリンダヘッド１２に取付け可能である。

吸入部３はマニホルド本体部２に対して、その長手方向（開口４の長手方向）に大きく偏った位置に設けられ、吸入口５と開口４とは互いに反対向きに開口している。マニホルド本体部２の内部は、円筒状の１つの吸入口５と横長形状の開口４とを連通させる１つの内部空間である吸入路７に形成されている。
マニホルド本体部２は、上壁８、下壁９、及び背壁１０を備えており、上壁８及び下壁９の開口側端が外周フランジ壁２Ａに形成されている。

図２に示されるように、吸入口５から吸込まれた空気は、矢印ａ，ｂのように吸入路７を流れ、開口４から３つの吸気ポートｐ〔図３（Ａ）を参照〕に流れるようになる。なお、図２においては、吸入部３のある方を後、その反対側を前とする。また、図１（Ａ）や図３（Ａ）においては、開口４側を左、背壁１０側を右とする。

図２及び図３（Ａ）に示されるように、従来のボルト止め部６は、外周フランジ壁２Ａから背壁１０側に向けて形成される肉厚の厚い部分（厚肉壁）であって、厚み方向（左右方向）を貫通するボルト挿通孔６ａが形成されている。ボルト止め部６はマニホルド本体部２の上下幅方向に食い込むように（吸入路７側に入りこむように）形成されており、その左右方向の厚みはマニホルド本体部２の左右幅の半分弱（略半分）に設定されている。

従って、ボルト止め部６の背壁１０側には、ボルト１１の頭部が当接する座面６ｂを確保すること及びボルト操作を行う空間部を設けるために、上壁８や下壁９を内側（吸入路７側）に凹ませた湾入壁１３が形成されている。つまり、マニホルド本体部２は、ボルト止め部６及び湾入壁１３の部位では、上壁８又は下壁９を内側に凹ませたような形状になっており、その凹ませた分は吸入路７の容積が減少されている。

図３（Ａ）に示されるように、開口端面２ａに開口する状態で外周フランジ壁２Ａに形成されているシール材収容溝１４は、各ボルト挿通孔６ａの内側を通っている。シール材収容溝１４は、開口４を取り囲むように、エンドレス形状でもって開口端面２ａに周設されている。なお、図３（Ａ）に描かれている一点破線は、Ｚ−Ｚ断面線で上下に区切られた不連続箇所を示す。

〔実施形態１〕
次に、本発明による吸気マニホルド１について説明する。基本的に、従来の吸気マニホルド１と異なる箇所を説明し、同じ形状や同じ機能を持つ箇所には同じ符号を付し、その説明は割愛する。本発明による吸気マニホルド１が従来の吸気マニホルド１と異なる点は、全体としての大きさは変えずに、内部空間である吸入路７の容積拡大が図られている点である。

図１（Ａ），（Ｂ）に示されるように、マニホルド本体部２の内部空間である吸入路７が、ボルト止め部６のボルト挿通用空間部Ｓに連通するように張出して形成されている。ボルト止め部６のボルト挿通用空間部Ｓは、マニホルド本体部２における開口端面２ａとは反対側の背壁１０に形成された通し孔１５を有している

ボルト止め部６は、上壁８又は下壁９を用いてその内側（吸入路７側）に形成されており、開口端面２ａから背壁１０までの全幅（全左右長さ）に及ぶ長さを有している。通し孔１５が形成されている箇所の背壁１０は、通し孔１５の周囲部分の肉厚が基本の厚みより明確に増した厚さｔの厚肉部１０Ａに設定されている。

ボルト止め部６における吸入路７に連通されているボルト挿通用空間部Ｓを形成する部分は、吸入路７に向かって開口するＣ字状の断面形状を有するボルト挿通壁１６に形成されている。ボルト挿通壁１６は、上壁８又は下壁９の一部であって、下壁９の場合は、図１（Ｂ）に示されるように、下壁９が上向きに開口されるＣ字状のボルト挿通壁１６を備えて外側（下側）に張り出るように形成されている。

ボルト挿通壁１６は、図１（Ａ）に示されるように、開口端面２ａと厚肉部１０Ａとの間の厚さｄに亘って下壁９（又は上壁８）に一体形成されている。つまり、ボルト止め部６は、通し孔１５を備えた厚みｔの厚肉部１０Ａと、断面Ｃ字状で厚さｄのボルト挿通壁１６とから構成されており、ボルト挿通壁１６の内側空間部１６ａと通し孔１５とでボルト挿通用空間部Ｓが形成されている。

吸入路７はボルト挿通用空間部Ｓを含む状態に形成されており、シール材収容溝１４は、ボルト１１の外側、即ち内側空間部１６ａの外側に設けられている。また、吸入路７は、内側空間部１６ａ及び通し孔１５に連通しているので、単にボルト止めすると気密性が損なわれ易い。そこで、厚肉部１０Ａの座面１０ａは、ボルト１１の頭部との間に、気密性を得るためのシール材（液状シール、ガスケットなど）１７を挟持できる平坦面とされている。平坦面は、精密鋳造や精密鍛造、或いは切削加工などによる仕上げ面としてもよい。

図１（Ｂ）に示されるように、ボルト挿通壁１６における通し孔１５の中心Ｑから内部空間側（吸入路７側）への突出量ｋは、使用対象となるボルト１１の直径、即ち呼び径Ｄに対して、０．３Ｄ≦ｋ≦０．７Ｄの範囲に設定されている。この範囲であれば、ボルト挿通壁１６からのボルト１１の抜け出し（ズレ動き）を防止しながら、内側空間部１６ａを吸入路７に対して十分な幅でもって開口させることができる。内側空間部１６ａとボルト１１との間の隙間空間を、吸入路７の容積拡大に用いることが可能である。なお、内側空間部１６ａが吸入路７に連通される箇所の臨み幅ｎは、図１（Ｂ）で示される幅より大きくすることや小さくすることは任意に行える。

図３（Ｂ）に、本発明及び従来のそれぞれの吸気マニホルド１による吸入路７の容積を比較した模式図が示されている。吸入路７は、上壁８の裏面８ｓ、下壁９の裏面９ｓ、及びは背壁１０の裏面１０ｓなどにより形成されており、従来の吸気マニホルド１を仮想線で、本発明による吸気マニホルド１を実線でそれぞれ示してある。斜線ハッチングの部分は、ボルト１１の容積部分であって、ほぼボルト挿通用空間部Ｓのことである。

従来の吸気マニホルド１の吸入路７は、仮想線による各裏面８ｓ、９ｓ、１０ｓで囲まれた範囲〔図３（Ａ）を参照〕である。本発明の吸気マニホルド１の吸入路７は、実線による各裏面８ｓ、９ｓ、１０ｓで囲まれた範囲からボルト挿通用空間部Ｓを除いた範囲である。即ち、図３（Ｂ）から、吸入路７の容積は、本発明による場合の方が、従来の場合に比べて明らかに増大されていることが分かる。ボルト１１の位置は、従来と本発明とで互いに同じである。

実施形態１の箱型の吸気マニホルド１は、シール材収容溝１４をボルト挿通壁１６の外側に設けて吸入路７を内側空間部１６ａに張り出し形成し、かつ、通し孔１５の周囲である座面１０ａを背壁１０の外面と同レベルに設けて、大きなボルト挿通用空間部Ｓを有する長さの長いボルト止め部６を設けたことを特徴とする。

従って、ボルト止め部６のボルト挿通用空間部Ｓを吸入路（内部空間）７の一部として利用できるようになったので、５か所のボルト止め部６の配置やマニホルド本体部２の大きさを変えることなく、吸気マニホルド１の容積、即ち吸入路７を無理なく拡大させることができる。

吸入路７の容積が拡大されているので、シリンダヘッド１２の各気筒吸気時の吸気干渉を減らすことができ、各吸気ポートｐからの吸入空気量を増やすことが可能であり、それによって出力向上が図れるとともに、排ガス、特にＰＭの低減が可能となる利点がある。
ボルト止め部６が、従来よりも大きくなって強度や剛性に優れるので、ボルト１１によるシリンダヘッド１２への締結力によるマニホルド本体部２の変形が抑制又は解消され、性能劣化の低減や部品としての耐久性向上に寄与できるようになる。

〔別実施形態〕
（１）ボルト止め部６の高さ（厚さ）は、従来の吸気マニホルド〔図３（Ａ）を参照と同じであっても良い。
（２）通し孔１５を備えた厚肉部１０Ａの厚みｔは、図１に示される長さより長くても短くても良い。

（３）ボルト挿通壁１６の断面形状をＵ字形やＶ字形など、より容積拡大に寄与できる形状としても良い。
（４）図示は省略するが、枝分かれ型の吸気マニホルドにおいても、本発明の適用が可能である。

２ マニホルド本体部
２ａ 開口端面
３ 吸入部
４ 開口
６ ボルト止め部
７ 内部空間（吸入路）
１０ 背壁
１０ａ 平坦面（座面）
１２ シリンダヘッド
１５ 通し孔
１６ ボルト挿通壁
Ｄ ボルトの呼び径
Ｑ 通し孔の中心
Ｓ ボルト挿通用空間部
ｋ 突出量
ｐ 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、前記マニホルド本体部の開口端面をシリンダヘッドに当接してボルト止めするためのボルト止め部が前記マニホルド本体部に形成され、
   前記マニホルド本体の内部空間が、前記ボルト止め部のボルト挿通用空間部に連通するように張出して形成されている吸気マニホルド。
2. 前記ボルト止め部のボルト挿通用空間部は、前記マニホルド本体部における前記開口端面とは反対側の背壁に形成された通し孔を有している請求項１に記載の吸気マニホルド。
3. 前記ボルト止め部における前記内部空間に連通されているボルト挿通用空間部を形成する部分は、前記内部空間に向かって開口するＣ字状の断面形状を有するボルト挿通壁に形成されている請求項２に記載の吸気マニホルド。
4. 前記ボルト挿通壁における前記通し孔の中心から内部空間側への突出量ｋは、使用対象となるボルトの呼び径Ｄに対して、０．３Ｄ≦ｋ≦０．７Ｄの範囲に設定されている請求項３に記載の吸気マニホルド。
5. 前記背壁の外面における前記通し孔の周囲部分は、使用対象となるボルトのボルト頭との間にシール材の挟持を可能とする平坦面に仕上げられている請求項２〜４の何れか一項に記載の吸気マニホルド。
6. 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１〜５の何れか一項に記載の吸気マニホルド。

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