JP2020097905A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】「エンジン周りの配置構造上により吸気系を所期する大きさや形状に設計できない」という制約がありながらも、吸気マニホルドや吸気路の容積を無理なく増やせて、出力向上や排ガス低減が期待できる改善されたエンジンの吸気装置を提供する。【解決手段】エア供給源７から吸気マニホルド４にエア供給可能な吸気路８が設けられ、吸気路８は、シリンダヘッドカバー２上に装備されるエアチャンバ１２を有し、エアチャンバ１２は、無底箱状のチャンバ本体１３を、シリンダヘッドカバー２の天井壁２Ａがチャンバ底壁１３ｇとなる状態でシリンダヘッドカバー２に取付けることにより構成されているエンジンの吸気装置。吸気路８は、シリンダヘッド１の排気側に配置されている過給機７からシリンダヘッドカバー２の上方を横切って吸気マニホルド４に接続されている。【選択図】図１

Description

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

直列配置された複数気筒を有するエンジンにおいては、一般に、特許文献１や特許文献２において開示されるように、シリンダヘッドの一側方に配置されている複数の吸気ポートに対応した形状の吸気マニホルドを設ける構成が採られる。

例えば、特許文献２などにおいて開示されるに直列３〜４気筒の産業用ディールエンジンでは、１気筒目の吸気ポートの直下にインジェクションポンプが配置され、また燃料噴射管の取り回しと干渉しないことなどの種々の構造上の制約がある。

それ故、吸気マニホルドや吸気路はそれら制約のある空間に合せた形状や大きさのものとなり、良好な形状や十分な容積を確保できないことが殆どである。このように、吸気マニホルドや吸気路を有する吸気系を、それらの機能上で必要とされる大きさや形状には設計できないものであり、出力や良好な燃費などの所期する性能をエンジンに発揮させることが難しい面があった。

特開２００１−９０６２１号公報 特開２０１１−７４７７０号公報

本発明の目的は、構造工夫により、前述した種々の制約がありながらも吸気マニホルドや吸気路の容積を無理なく増やせるようにすることにより、出力向上や排ガス低減などの性能向上が期待できるように、より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、
エア供給源から吸気マニホルドにエア供給可能な吸気路が設けられ、前記吸気路は、シリンダヘッドカバー上に装備されるエアチャンバを有し、
前記エアチャンバは、無底箱状のチャンバ本体を、前記シリンダヘッドカバーの天井壁がチャンバ底壁となる状態で前記シリンダヘッドカバーに取付けることにより構成されていることを特徴とする。

例えば、前記吸気路は、シリンダヘッドの排気側に配置されている前記エア供給源から前記シリンダヘッドカバーの上方を横切って前記吸気マニホルドに接続され、前記エア供給源が過給機であってもよい。
前記吸気路は、前記エア供給源と前記エアチャンバのエア入口とを接続する吸気前路と、前記エアチャンバのエア出口と前記吸気マニホルドとを接続する吸気後路とを有して構成されていてもよい。

前記シリンダヘッドカバーは、前記天井壁の長手方向一端部にオイル出口部が、かつ、他端部にブローバイガス出口部がそれぞれ配置され、前記チャンバ本体は前記オイル出口部と前記ブローバイガス出口部との間に配置されていれば好都合である。
また、前記シリンダヘッドと前記シリンダヘッドカバーのそれぞれが直列３気筒エンジン用のものでもよい。

本発明によれば、シリンダヘッドカバーの上方に余剰空間があることに着目し、その余剰空間を吸気路のエアチャンバに利用したものであり、吸気路に設けられたエアチャンバがサージタンクとなり、吸気マニホルドの容積を補償することができる。
サージタンクが設けられたことにより、各気筒における吸気時の吸気干渉が減って吸入空気量を増やすこと（エアチャンバが無い場合に比べて）ができ、出力の向上や排ガス低減に寄与できるようになる。

エアチャンバは、その底壁がシリンダヘッドカバーの天井壁を兼ねた構成とされているから、限られたスペースの有効利用を図りながら、極力チャンバ容積を大きく取ることができる。また、シリンダヘッドカバー内部で発生するメカ音の拡散が、シリンダヘッドカバー上に配置されたエアチャンバにより遮られ、騒音が低減されるようにもなる。

その結果、「エンジン周りの配置構造上により吸気系を所期する大きさや形状に設計できない」という制約がありながらも、吸気マニホルドや吸気路の容積を無理なく増やせるようにすることができ、出力向上や排ガス低減などの性能向上が期待できるように、より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。

産業用ディーゼルエンジンの吸気装置を示すエンジン上部要部の斜視図 エアチャンバ付きシリンダヘッドカバーを示す底面図 図２の矢視Ｚ方向から見たエアチャンバ付きシリンダヘッドカバーの側面図 図２のＹ−Ｙ線で切ったエアチャンバ付きシリンダヘッドカバーの断面図 図４のＸ−Ｘ線で切ったエアチャンバ付きシリンダヘッドカバーの断面図 産業用ディーゼルエンジンの平面図 産業用ディーゼルエンジンの背面図 産業用ディーゼルエンジンの右側面図

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、産業用の直列３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。

図６〜図８に示されるように、産業用３気筒ディーゼルエンジンＥは、シリンダブロック２２、オイルパン２３、シリンダヘッド１、シリンダヘッドカバー２、燃料噴射ポンプ３、エンジン冷却ファン６、フライホイール２４、吸気マニホルド４、排気マニホルド９、過給機７、オルタネータ２５、エンジン停止ソレノイド２６などを備えた直列３気筒エンジンである。

過給機７は、排気圧を用いて空気を圧縮して吸気マニホルド４に導くターボチャージャーであって、エア圧縮ケーシング７ａと排気側ケーシング７ｂとを有している。エアクリーナ（図示省略）からの空気は、シリンダヘッドカバー２の上に配置されたクランク状パイプ２７、エルボパイプ２８を経て用いてエア圧縮ケーシング７ａに送られる。過給機７で圧縮された加圧空気は、後述するエアチャンバ１２及び吸気路８を通して吸気マニホルド４に送られる。

図１に産業用３気筒ディーゼルエンジンＥの上部の要部を斜め後上から見た斜視図が示され、１はシリンダヘッド、２はシリンダヘッドカバー、３は燃料噴射ポンプ、４は吸気マニホルド、５は燃料噴射装置（インジェクション）、６はエンジン冷却ファン、７は過給機（ターボ）、８は吸気路である。本エンジンＥにおいては、エンジン冷却ファン６のある側を前、その反対側を後、吸気マニホルド４のある側を右、その反対側（排気マニホルド９のある側：排気側）を左とする。

吸気マニホルド４は、吸気本体部４Ａと、吸気受入れ部４Ｂとを備えており、シリンダヘッド１の右側面に形成されている複数の吸気ポート（図示省略）を覆う状態で取り付けられている。吸気本体部４Ａは、吸気ポートに位置する膨張部１０と、隣り合う膨張部１０，１０の間の絞り部１１とを備えており、前後中央の膨張部１０は吸気受入れ部４Ｂの基部を兼ねている。吸気マニホルド４は金属製であるが、その限りではない。

吸気装置Ａについて説明する。図１〜図３に示されるように、吸気装置Ａは、エアクリーナ（図示省略）からのエアを排気圧により圧縮する過給機７と、吸気路８と、吸気マニホルド４とを有して構成されている。吸気路８は、過給機（エア供給源の一例）７から吸気マニホルド４にエア供給可能な通路であって、シリンダヘッドカバー２上に装備されるエアチャンバ１２を有している。つまり、吸気路８は、シリンダヘッド１の排気側に配置されているエア供給源７からシリンダヘッドカバー２の上方を横切って吸気マニホルド４に接続されている。

吸気路８は、詳しくは、過給機７のエア圧縮ケーシング７ａとエアチャンバ１２のエア入口１２Ａとを接続する吸気前路８Ａと、エアチャンバ１２と、エアチャンバ１２のエア出口１２Ｂと吸気マニホルド４の吸気受入れ部４Ｂとを接続する吸気後路８Ｂとを有して構成されている。吸気前路８Ａは、ゴム等の可撓性を有する材料でなるパイプによりなり、吸気後路８Ｂは、金属材や合成樹脂材などによるパイプで形成されているが、これらのかぎりではない。

図１及び図３〜図５に示されるように、エアチャンバ１２は、チャンバ本体１３とエア入口１２Ａとエア出口１２Ｂとを備え、合成樹脂などの可撓性を有する材料から構成されている。そして、エアチャンバ１２は、その機能を発揮するために、無底箱状のチャンバ本体１３を、シリンダヘッドカバー２の天井壁２Ａがチャンバ底壁１３ｇとなる状態でシリンダヘッドカバー２に取付けられている。従って、エアチャンバ１２は、部品としてはチャンバ底壁１３ｇは有していないが、組付け時には天井壁２Ａが構成要素（１３ｇ）になるように設定されている。

チャンバ本体１３は、前短壁１３ａ、後短壁１３ｂ、左長壁１３ｃ、右長壁１３ｄ、及び上壁１３ｅを備え、左長壁１３ｃに筒状のエア入口１２Ａが、そして右長壁１３ｄに筒状のエア出口１２Ｂがそれぞれ形成されている。チャンバ本体１３は、その前後左右の壁１３ａ〜１３ｄで囲まれてなる底開口部１３ｆを、ガスケット１４を介して天井壁２Ａにおける平坦な取付上面２ａにボルト止めすることにより、シリンダヘッドカバー２に取付けられている。なお、底開口部１３ｆの周縁（符記省略）や取付上面２ａの面精度が良ければ、ガスケット１４の省略は可能である。

複数の取付ボルト１５は、シリンダヘッドカバー２の内部から天井壁２Ａを上方に貫通させ、前後左右の壁１３ａ〜１３ｄに形成されているナット部１６に螺着されている。図１において、２０は、吸気前路８Ａのエア圧縮ケーシング７ａへの嵌合部に装着されたスチールバンド（クリップ）であり、２１は、エアチャンバ１２のエア出口１２Ｂに装着されたスチールバンド（クリップ）である。

図１〜図５に示されるように、アルミ合金などでなるシリンダヘッドカバー２は、天井壁２Ａの長手方向（前後方向）の後端部（一端部の一例）にオイル出口部１７が、かつ、前端部（他端部の一例）にブローバイガス出口部１８がそれぞれ配置され、チャンバ本体１３はオイル出口部１７とブローバイガス出口部１８との間に配置されている。エンジンオイルのオイル出口部１７には給油栓１９が螺装されている。

図６に示されるように、前短壁１３ａは、ブローバイガス出口部１８の上方への突出形状に合せて、右側が左側より若干前に寄った傾斜壁に形成されている。従って、左長壁１３ｃよりも右長壁１３ｄの方が、前後長が若干長いものとなっている。なお、図１に示される吸気装置Ａと、図６〜図８に示される吸気装置Ａとは、細部において若干構成が異なる部分（エア圧縮ケーシング７ａの出口筒部８Ａとエア入口１２Ａとの直接嵌合、など）はあるが、いずれも基本構造は共通している。

構造的に上方突出する部位となるオイル出口部１７とブローバイガス出口部１８とを、シリンダヘッドカバー２の長手方向の両端部に振り分け配置してあるので、チャンバ底壁１３ｇとなる取付上面２ａの前後長さをできるだけ長くすることができている。従って、シリンダヘッドカバー２の天井壁２Ａを用いた２階建構造のエアチャンバ１２は、チャンバ本体１３の矩形状の内部空間である大きな容積のチャンバ室１２Ｓを有することができている。

以上説明したように、本発明は、容積増大が図れるエアチャンバ１２を吸気路８に設け、そのエアチャンバ１２をシリンダヘッドカバー２の上側にある余剰空間部に配置した構造の吸気系とした吸気装置Ａを設けた点にある。

吸気系にエアチャンバ（サージタンク）１２を設けたので、実質的に吸気マニホルド４の容積を増やしたのと同じ効果が得られ、各気筒吸気時の吸気干渉が減って吸入空気量を上げることができ、出力向上、排ガス（特にＰＭ）低減に繋げることができる。排ガス規制強化にも対応できるようになる。

しかもその手段は、シリンダヘッドカバー２上方の余剰空間（死空間）を用いたものであるから、新たな設置スペースを確保することなくコンパクトで合理的に吸気系の容積を増やすことができる利点がある。

〔別実施形態〕
エア供給源７は、過給機以外のもの（エアクリーナなど）でもよい。エア供給源７がシリンダヘッド１に対する吸気側（図１の右側）にあるエンジンでもよい。

チャンバ本体１３の外表面に、前後や左右や上下に延びる単数又は複数のリブ（凸条）が形成されたものでもよい。
実施形態１では、専用部品の吸気前路８Ａが設けられているが、エアチャンバ１２のエア入口１２Ａを伸ばして、エア圧縮ケーシング７ａなどのエア供給源７に直接に接続（嵌合接続など）させる構造としてもよい。

２ シリンダヘッドカバー
２Ａ 天井壁
４ 吸気マニホルド
７ エア供給源（過給機）
８ 吸気路
８Ａ 吸気前路
８Ｂ 吸気後路
１２ エアチャンバ
１２Ａ エア入口
１２Ｂ エア出口
１３ チャンバ本体
１３ｇ チャンバ底壁
１７ オイル出口部
１８ ブローバイガス出口部
Ａ 吸気装置

Claims (6)

1. エア供給源から吸気マニホルドにエア供給可能な吸気路が設けられ、前記吸気路は、シリンダヘッドカバー上に装備されるエアチャンバを有し、
   前記エアチャンバは、無底箱状のチャンバ本体を、前記シリンダヘッドカバーの天井壁がチャンバ底壁となる状態で前記シリンダヘッドカバーに取付けることにより構成されているエンジンの吸気装置。
2. 前記吸気路は、シリンダヘッドの排気側に配置されている前記エア供給源から前記シリンダヘッドカバーの上方を横切って前記吸気マニホルドに接続されている請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
3. 前記エア供給源は過給機である請求項２に記載のエンジンの吸気装置。
4. 前記吸気路は、前記エア供給源と前記エアチャンバのエア入口とを接続する吸気前路と、前記エアチャンバのエア出口と前記吸気マニホルドとを接続する吸気後路とを有して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. 前記シリンダヘッドカバーは、前記天井壁の長手方向一端部にオイル出口部が、かつ、他端部にブローバイガス出口部がそれぞれ配置され、前記チャンバ本体は前記オイル出口部と前記ブローバイガス出口部との間に配置されている請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンの吸気装置。
6. 前記シリンダヘッドと前記シリンダヘッドカバーのそれぞれが直列３気筒エンジン用のものに構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンの吸気装置。

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