JP2020109263A - 吸気マニホルド - Google Patents

Abstract

【課題】歪な形のインマニ本体部を有しながらも、複数の吸気ポートに極力均一な空気が送れるように改善して、より燃焼効率に優れる吸気マニホルドを提供する。【解決手段】複数の吸気ポートｐ１〜ｐ４を覆う１つの長尺状開口１３Ａを有する内部空間１３が形成されるインマニ本体部１１Ａと、インマニ本体部１１Ａの長手方向の中間部に形成される空気の吸入部１１Ｂとを有し、内部空間１３における長手方向に直交する方向の断面積が、インマニ本体部１１Ａの長手方向の一端部において縮小されており、インマニ本体部１１Ａに、吸入通路１４Ａから内部空間１３に進む空気を内部空間１３における一端部の側に案内する作用姿勢と、一端部の側に案内しない非作用姿勢とに切換え可能なガイド弁Ｖが設けられている吸気マニホルド。【選択図】図６

Description

本発明は、産業用エンジンなどの各種エンジンにおいて、シリンダヘッドの吸気側に装備される吸気マニホルドに関するものである。

例えば、エンジンに適用される吸気マニホルドには、特許文献１にて開示される枝分れ形の吸気マニホルドや、特許文献２にて開示される箱型の吸気マニホルドのあることが知られている。

枝分れ形の吸気マニホルドは、各吸気ポートに対応する複数の枝分かれ管と、それら枝分かれ管の根元どうしを繋ぐ横に長いインマニ本体部と、空気の吸入部とを備える構造のものである。箱形の吸気マニホルドは、複数の吸気ポートを覆う大きさの１つの開口を備えるインマニ本体部と、空気の吸入部とを備える構造のものである。

箱型の吸気マニホルドを産業用ディーゼルエンジンに適用する場合、特許文献２において開示されるように、シリンダブロックの横側方で上部の位置に装備される燃料噴射用供給ポンプ（又はそのポンプハウジング）が、吸気マニホルドの配置スペースを妨げることがある。

即ち、特許文献２の図１や図２（Ｂ）で示されるように、インマニ本体部における１気筒目の吸気ポートに対応する箇所と２気筒目の吸気ポートに対応する箇所の大部分とに相当する箇所の奥行きが、側方に配置される燃料噴射用供給ポンプとの干渉を避けるために、３，４気筒目の吸気ポートに対応する箇所の奥行きよりも格段に狭くせざるを得ない。つまり、インマニ本体の内部空間の断面積が、その長手方向の一端側が他端側よりも小さくなる不均一（非対称）で歪な形の吸気マニホルドになっている。

上記の歪な形の吸気マニホルドでは、各吸気ポートでの吸入空気量に差が出易い不利がある。そこで、吸気マニホルドを、良質で精密な仕上げが可能で大量生産にも適したダイカスト製として、インマニ本体部における断面積が減少する形状変化部を滑らかな面に形成し、空気の流れを改善することも試されているが、十分ではない。

実開昭５９−１３９５７０号公報 特開２０１５−３４５２６号公報

本発明の目的は、インマニ本体部や吸入部などの各部の形状や構造の更なる工夫により、歪な形のインマニ本体部を有しながらも、複数の吸気ポートに極力均一な空気が送れるように改善して、より燃焼効率に優れる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、
複数の吸気ポートを覆う１つの長尺状開口を有する内部空間が形成されるインマニ本体部と、前記インマニ本体部の長手方向の中間部に形成される空気の吸入部とを有し、
前記内部空間における前記長手方向に直交する方向の断面積が、前記インマニ本体部の長手方向の一端部において縮小されており、
前記インマニ本体部に、前記吸入通路から前記内部空間に進む空気を前記内部空間における前記一端部の側に案内する作用姿勢と、前記一端部の側に案内しない非作用姿勢とに切換え可能なガイド弁が設けられていることを特徴とする。

例えば、前記吸入部には、前記内部空間に連通される吸入通路が形成されており、前記ガイド弁は、前記内部空間における前記吸入通路との合流部に対して前記長手方向の一端部とは反対側となる箇所に配置されている。前記ガイド弁は、前記内部空間における前記長尺状開口に対する奥行きの方向に沿う軸心の回りで往復揺動可能に設けられているとよく、また、前記一端部における前記内部空間の断面積の縮小は、前記長尺状開口に対する内部空間の奥行きを狭めることによるものであることが挙げられる。

前記吸入部は、前記吸入通路が前記内部空間における前記一端部ではない箇所に連通されるように、前記インマニ本体部に対する長手方向の位置が設定されていると好都合である。前記吸入部は、前記内部空間の長手方向及び奥行きの方向の双方に交差する幅方向に沿って延びる前記吸入通路を有しているとより好都合である。さらに、前記吸入部が、２気筒目の吸気ポートと３気筒目の吸気ポートとの間に相当する位置で前記インマニ本体部に形成された直列４気筒エンジン用のものでもよい。

なお、前述のガイド弁に代えて、インマニ本体部に、前記吸入通路から前記内部空間に進む空気を前記内部空間における前記一端部の側に案内するメッシュ状のガイド体が設けられる構成を採択してもよい。

本発明によれば、空気をだ断面積が縮小されている側に案内する作用姿勢と案内しない非作用姿勢とに切換え可能なガイド弁を設けたので、内部空間における断面積が縮小された箇所へ空気が送られるときには、ガイド弁を作用姿勢に切換えれば、空気がより円滑で効率よく断面積が縮小された箇所に流れるようになる。

従って、内部空間おける断面積が縮小された箇所への空気の流入が促進され、吸込み空気量を従来よりも増やすことができる。また、断面積が縮小されない箇所に空気が送られるときには、ガイド弁を非作用姿勢に切換えることで、断面積が縮小されない箇所への空気の流れを阻害することがない。

その結果、インマニ本体部や吸入部などの各部の形状や構造の更なる工夫によるガイド弁により、歪な形のインマニ本体部を有しながらも、複数の吸気ポートに極力均一な空気が送れるように改善して、より燃焼効率に優れる吸気マニホルドを提供することができる。

産業用ディーゼルエンジンの右側面図 図１に示すエンジンの平面図 図１に示すエンジンの正面図 吸気マニホルド及び吸込みダクトを示す右側面図 吸気マニホルドの平面図 一部切欠きの吸気マニホルド及び吸込みダクトを示す左側面図 （Ａ）ガイド弁の構造を示す要部の左側面図、（Ｂ）切換機構の構造を示す要部の断面図 （Ａ）ガイド体付近を示す要部の左側面図、（Ｂ）ガイド体の正面図

以下に、本発明による吸気マニホルド（エンジンの吸気マニホルド）の実施の形態を、直列４気筒の産業用ディーゼルエンジンに適用された場合について、図面を参照しながら説明する。

図１〜図３に示されるように、産業用ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと略称する）Ｅは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上にシリンダヘッドカバー（以下、「ヘッドカバー」と略称する）３が組付けられ、シリンダブロック１の下部にオイルパン４が組付けられている。シリンダブロック１の上半部はシリンダ１Ａに、そして、下半部はクランクケース１Ｂにそれぞれ構成されている。

シリンダブロック１の前側に伝動ケース５が組み付けられ、伝動ケース５の下部にはクランク軸（図示省略）で駆動される駆動プーリ６が設けられている。伝動ケース５の上部には、エンジン冷却ファン７（図１を参照）を駆動するためのファンプーリ（図示省略）の支持ハブ７Ａが、前後向きの軸心Ｐを有する状態で設けられている。図示は省略するが、駆動プーリ６、ファンプーリ、及びその他の補機（オルタネータなど）の従動プーリ（図示省略）に亘って張架されるベルト（図示省略）が設けられている。

シリンダブロック１の後端部にはフライホイールハウジング８が組付けられ、シリンダブロック１の左側には排気マニホルド（図示省略）やウォータフランジ９などが設けられている。シリンダブロック１の右側には、オイルフィルタ１０、吸気マニホルド１１、燃料噴射用供給ポンプ１２などが設けられている。このエンジンＥは、４つのピストン（図示省略）が前後直列に並んだ直列４気筒エンジンに構成されている。吸気マニホルド１１には、図示しないエアクリーナなどの吸気系に連通するために、略Ｊ字管状の吸込みダクト１６がボルト連結されている。

図１、図４〜図６に示されるように、シリンダヘッド２の右側に取付けられている吸気マニホルド１１は、前後方向に長い１つの長尺状開口１３Ａを有する内部空間１３が形成されているインマニ本体部１１Ａと、インマニ本体部１１Ａの長手方向（前後方向）の中間部に形成される空気の吸入部１１Ｂと、を有する箱型のものに構成されている。長尺状開口１３Ａは、シリンダヘッド２において前後直列に並ぶ４箇所（複数の一例）の吸気ポートｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を覆う大きさを有する前後に長く上下に短い細長い形状の開口に形成されている。

インマニ本体部１１Ａは、複数のボルト挿通用孔（符記省略）を有する外周フランジ１１ａを備えており、長尺状開口１３Ａを有する内部空間１３は、その奥行きｄがインマニ本体部１１Ａの長手方向（前後方向）の後端部（一端部の一例）において狭められるという、歪な形に設定されている。即ち、図５に示されるように、内部空間１３は、その奥行きｄが、ある程度長い（深い）通常奥行きｄ１を持つ通常空間部１３Ｔを基本としているが、前端部における奥行きｄは通常奥行きｄ１より格段に狭い狭小奥行きｄ２（ｄ２＜ｄ１）を持つ狭小空間部１３Ｃに設定されている。つまり、内部空間１３は、前後方向に直交する方向である前後方向又は左右方向の断面積が、通常空間部１３Ｔよりも狭小空間部１３Ｃにおいて縮小されている。

狭小奥行きｄ２の部分（狭小空間部１３Ｃ）は、全長（長さ）Ｌを有する内部空間１３の後端から狭小部長さＬ２の範囲であり、傾斜側壁１１ｂを備える断面変化部１７及び狭小部長さＬ２を全長Ｌから減じた長さの部分が通常奥行きｄ１の箇所である。なお、断面変化部１７も通常奥行きｄ１の箇所と考えれば、内部空間１３における通常奥行きｄ１の部分（通常空間部１３Ｔ）は前端から（Ｌ−Ｌ２）の長さ部分である。つまり、インマニ本体部１１Ａは、左右幅が不均一な上壁１１ｃ及び下壁１１ｄと、通常側壁１１ｅと、傾斜側壁１１ｂと、狭小側壁１１ｆとを備え、奥行きｄが部位によって異なる段付形状の内部空間１３を有している。

また、内部空間１３の幅（長尺状開口１３Ａの幅）ｗと通常奥行きｄ１及び狭小奥行きｄ２との寸法関係はｄ１＞ｗ＞ｄ２（ｄ１＝１．２ｗ、ｄ２＝０．４ｗ）に設定されているが、この限りではない。一例として、１．０ｗ≦ｄ１≦１．４ｗ、０．３ｗ≦ｄ２≦０．５ｗという寸法関係が施されている。また、内部空間１３の長手方向長さに関しては、狭小部長さＬ２と全長Ｌとに、０．２５Ｌ≦Ｌ２≦０．３５Ｌという関係が成り立つように設定されていることが多いが、それには限らない。

図４〜図６に示されるように、吸入部１１Ｂは、吸入ケース部１４及び吸入フランジ１５を有し、吸入ケース部１４には吸入通路１４Ａが内部形成され、吸入フランジ１５には上向きに開口する空気入口１４ａ、及び２箇所のボルト孔（符記省略）が形成されている。吸入フランジ１５の上側に、前述の吸込みダクト１６のフランジ部１６Ａがボルト連結可能である。吸入部１１Ｂは、インマニ本体部１１Ａの長手方向の中間において幅ｗの方向（上下方向）に開口する状態で内部空間１３に連通する吸入通路１４Ａを有している。

吸入部１１Ｂは、前後方向において吸入通路１４Ａが第３吸気ポートｐ３の少し第２吸気ポートｐ２寄りに位置する状態で、インマニ本体部１１Ａの通常奥行きｄ１を有する箇所である通常空間部１３Ｔから上方に突出形成されている。４つの吸気ポートｐ１〜ｐ４のうち、最も前側が１気筒目の吸気ポートｐ１であり、そこから後へ順に、２気筒目の吸気ポートｐ３、３気筒目の吸気ポートｐ３、４気筒目の吸気ポートｐ４と並んでいる。

つまり、吸入部１１Ｂは、吸入通路１４Ａが内部空間１３における一端部（狭小空間部１３Ｃ）ではない箇所（通常空間部１３Ｔ）に連通されるように、インマニ本体部１１Ａに対する長手方向の位置〔例えば、内部空間１３の後端から前方へ距離Ｋの位置（図６参照）〕が設定されている。そして、吸入部１１Ｂは、内部空間１３の長手方向（前後方向）及び奥行き方向（左右方向）の双方に交差する幅方向（幅ｗの方向であって上下方向）に沿って延びる吸入通路１４Ａを有している、という構成である。

〔実施形態１〕
図４〜図７に示されるように、インマニ本体部１１Ａに、吸入通路１４Ａから内部空間１３に進む空気を内部空間１３における一端部の側（前側）に案内する作用姿勢と、一端部の側（前側）に案内しない非作用姿勢とに切換え可能なガイド弁Ｖが設けられている。ガイド弁Ｖは、内部空間１３における吸入通路１４Ａとの合流部１９に対して長手方向の一端部（前）とは反対側（後側）となる箇所に、内部空間１３における長尺状開口１３Ａに対する奥行きｄの方向（左右方向）に沿う軸心Ｑの回りで往復揺動可能に設けられている。

ガイド弁Ｖは、若干先細り状（例：層流翼状）となる略板状の弁体２０と、内部空間１３の上端部において通常側壁１１ｅの軸受壁部１１ｇに貫通支承される駆動軸２１とを備えて構成されている。弁体２０の根元部（符記省略）が、駆動軸２１の内部空間側に一体回動状態で取付けられている。図示は省略するが、軸受壁部１１ｇの両端部に、駆動軸２１との間に作用して内部空間１３と外部との気密性を保持するシール材が設けられていると好都合である。

図７（Ａ），（Ｂ）に示されるように、駆動軸２１の外端部に取付けられる従動アーム２１ａと、リンク２２と、電動モータなどの回転アクチュエータ２３と、でなる切換機構２４が設けられている。回転アクチュエータ２３を回せば、その駆動アーム２３ａ、リンク２２を介して駆動軸２１、即ち弁体２０が、作用姿勢となる作用位置Ｓと、上方に揺動移動して被作用姿勢となる退入位置Ｔとの角度範囲内で、往復揺動するように構成されている。なお、図４〜図７はガイド弁Ｖの構造及び動作の原理を示すものであり、弁体２０の揺動範囲と切換機構２４とは必ずしも整合されていない。

例えば、図示しない制御装置により、１気筒目の吸気ポートｐ１に空気が流れる状態のときは、ガイド弁Ｖは、弁体２０が作用位置Ｓに揺動した作用姿勢（図４、図６を参照）に切換わり、４気筒目の吸気ポートｐ４に空気が流れる状態のときは、ガイド弁Ｖは、弁体２０が退入位置Ｔに揺動した被作用姿勢（図７を参照）に切換わるようにガイド弁Ｖの動きが制御することが可能である。

弁体２０が作用位置Ｓにあると、吸入通路１４Ａからの空気が、図６の白抜き矢印で示されるように、ガイド弁Ｖにより円滑に前側にガイドされ、狭小空間部１３Ｃへ効率よく流れるようになる。従って、１気筒目の吸気ポートｐ１への空気の流入が促進され、吸込み空気量を従来よりも増やすことができる。
弁体２０が退入位置Ｔにあると、図７（Ａ)に示されように、ガイド弁Ｖは上壁１１ｃに沿って内部空間１３への弁体２０の突出がほぼ無くなるので、吸入通路１４Ａからの空気は矢印ｙのように円滑に流れることができ、空気の通常空間部１３Ｔの後側への流れを阻害することがなく、好都合である。

このように、切換機構２４を伴うガイド弁Ｖを設けたことにより、インマニ本体部１１Ａにおける断面積の小さい箇所である狭小空間部１３Ｃへ、積極的に空気の流れを作ることができるので、複数の吸気ポートｐ１〜ｐ４での吸入空気量の差を縮めて均一化を図ることが可能になる。従って、通常空間部１３Ｔと狭小空間部１３Ｃとを持つなど、インマニ本体部１１Ａの断面積がその長手方向で不均一となる歪な形状を呈する吸気マニホルド１１であっても、断面積の小さな箇所（狭小空間部１３Ｃ）に位置する吸気ポートへの吸入空気量を無理なく増やせるようになる。

その結果、複数の吸気ポートへの吸入空気量の均一化が極力図れるようになり、燃焼効率に優れる吸気マニホルドを提供することができる。また、それによってダイカスト製の吸気マニホルドとしても、気筒間の吸入空気量のバラつきを低減することができる。

また、２気筒目の吸気ポートｐ２に空気が流れるときは、弁体２０が作用位置Ｓより若干後側に揺動して垂下姿勢か或いは極僅か前側に傾いた第２姿勢となる第２位置（図示省略）にガイド弁Ｖが制御されてもよい。３気筒目の吸気ポートｐ３に空気が流れるときは、弁体が非作用姿勢か（退入位置Ｔ）或いは、第２位置と退入位置Ｔとの間の第３位置（図示省略）に向く第３姿勢となるようにガイド弁Ｖが制御されてもよい。

例えば、４つの各気筒での爆発時期に合せて、又は極僅かな時間遅れを伴って、ガイド弁Ｖの位置を前述の４位置（作用位置Ｓ、第２位置、第３位置、退入位置Ｔ）に選択的に切換えることが可能である。また、１気筒目の吸気ポートｐ１に空気を案内するときのみ作用姿勢になり、その他は全て退入姿勢となるように、ガイド弁Ｖを切換える制御も可能である。その他、制御装置の設定如何により、種々の変更設定が可能である。

〔実施形態２〕
図８示されるように、ガイド弁Ｖに代えて、インマニ本体部１１Ａに、吸入通路１４Ａから内部空間１３に進む空気を内部空間１３における一端部の側（前側）に案内するメッシュ状のガイド体Ｍを設ける構成としてもよい。メッシュ状（網目状）のガイド体Ｍとしては、図８（Ｂ）に示されるように、ステンレスメッシュや合成樹脂網、板状のメッシュ材など種々のものが可能であり、それらの目の細かさも適宜に選択することができる。

例えば、図８（Ａ）に示されるように、前述のガイド弁Ｖと同様な位置において、起立角度γでメッシュ状のガイド体Ｍをインマニ本体部１１Ａに配置する。１，２気筒目の吸気ポートｐ１，ｐ２に空気が流れるときは、実線の矢印ｆで示されるように、ガイド体Ｍがガイド面２５として機能されるようになり、ガイド面２５に沿って円滑に前側に進む空気の流れが促進される。

そして、４気筒目の吸気ポートｐ４に空気が流れるときには、仮想線の矢印ｈで示されるように、ガイド面２５に交差する方向の空気の流れはメッシュ状の隙間を容易にすり抜けることができ、ガイド体Ｍが空気の流れの妨げとなることが殆どない。つまり、ガイド体Ｍをメッシュ状としたことにより、ガイド体Ｍは位置固定でありながら、空気が内部空間１３の前側には進み易くする流れ促進機能と、空気が後側に進むことはほぼ妨げない無作用機能とが自動的に切換わる、という優れた効果が得られる。

〔別実施形態〕
実施形態１によるガイド弁Ｖは、その内部空間１３における配置位置、形状、大きさ、揺動角度範囲などの構成要素を、吸気マニホルド１１の形、大きさ、長さ、吸入部１１Ｂのインマニ本体部１１Ａに対する位置などの種々の条件を考慮して、種々に変更設定することが可能である。

１，２気筒目の吸気ポートｐ１，ｐ２に空気が流れるときはガイド弁Ｖを閉じ（作用位置Ｓ）、３，４気筒目の吸気ポートｐ３，ｐ４に空気が流れるときはガイド弁Ｖを開く（退入位置Ｔ）ように制御してもよい。

また、図示は省略するが、インマニ本体部１１Ａの通常空間部１１Ｔを部分的にさらに奥行きｄを増した出っ張り部を設け、リード線などを除く切換機構２４の構成要素の一切を、その出っ張り部に配置してインマニ本体部１１Ａの内部に装備させる構成も可能である。

実施形態２によるガイド体Ｍは、その内部空間１３における配置位置、形状、大きさ、傾き角度γ、メッシュの粗さ（細かさ）、材質などの構成要素を、吸気マニホルド１１の形、大きさ、長さ、吸入部１１Ｂのインマニ本体部１１Ａに対する位置などの種々の条件を考慮して、種々に変更設定することが可能である。

１１Ａ インマニ本体部
１１Ｂ 吸入部
１３ 内部空間
１３Ａ 長尺状開口
１４Ａ 吸入通路
１９ 合流部
Ｍ ガイド体
Ｑ 軸心
Ｖ ガイド弁
ｄ 奥行き
ｐ１〜ｐ４ 吸気ポート

Claims (8)

1. 複数の吸気ポートを覆う１つの長尺状開口を有する内部空間が形成されるインマニ本体部と、前記インマニ本体部の長手方向の中間部に形成される空気の吸入部とを有し、
   前記内部空間における前記長手方向に直交する方向の断面積が、前記インマニ本体部の長手方向の一端部において縮小されており、
   前記インマニ本体部に、前記吸入通路から前記内部空間に進む空気を前記内部空間における前記一端部の側に案内する作用姿勢と、前記一端部の側に案内しない非作用姿勢とに切換え可能なガイド弁が設けられている吸気マニホルド。
2. 前記吸入部には、前記内部空間に連通される吸入通路が形成されており、
   前記ガイド弁は、前記内部空間における前記吸入通路との合流部に対して前記長手方向の一端部とは反対側となる箇所に配置されている請求項１に記載の吸気マニホルド。
3. 前記ガイド弁は、前記内部空間における前記長尺状開口に対する奥行きの方向に沿う軸心の回りで往復揺動可能に設けられている請求項１又は２に記載の吸気マニホルド。
4. 前記一端部における前記内部空間の断面積の縮小は、前記長尺状開口に対する内部空間の奥行きを狭めることによるものである請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸気マニホルド。
5. 前記吸入部は、前記吸入通路が前記内部空間における前記一端部ではない箇所に連通されるように、前記インマニ本体部に対する長手方向の位置が設定されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の吸気マニホルド。
6. 前記吸入部は、前記内部空間の長手方向及び奥行きの方向の双方に交差する幅方向に沿って延びる前記吸入通路を有している請求項１〜５のいずれか一項に記載の吸気マニホルド。
7. 前記吸入部が、２気筒目の吸気ポートと３気筒目の吸気ポートとの間に相当する位置で前記インマニ本体部に形成された直列４気筒エンジン用のものである請求項１〜６のいずれか一項に記載の吸気マニホルド。
8. 複数の吸気ポートを覆う１つの長尺状開口を有する内部空間が形成されるインマニ本体部と、前記インマニ本体部の長手方向の中間部に形成される空気の吸入部とを有し、
   前記内部空間における前記長手方向に直交する方向の断面積が、前記インマニ本体部の長手方向の一端部において縮小されており、
   前記インマニ本体部に、前記吸入通路から前記内部空間に進む空気を前記内部空間における前記一端部の側に案内するメッシュ状のガイド体が設けられている吸気マニホルド。

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