JP2020109264A - 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おいて内部空間１３に開口する吸入通路１４Ａが形成された吸入部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、吸入通路１４Ａにおける空気の流れ方向での中間部と、内部空間１３における一端部とを連通するバイパス路２６が設けられている吸気マニホルド。【選択図】図４

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おいて前記内部空間に開口する吸入通路が形成された吸入部とを有し、
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、
前記吸入通路における空気の流れ方向での中間部と、前記内部空間における前記一端部とを連通するバイパス路が設けられていることを特徴とする。

例えば、前記吸入部は、前記長手方向に交差する方向に延びて前記内部空間に開口する縦通路部と、前記長手方向に沿う方向に延びて前記縦通路部に連なる横通路部とを有し、前記バイパス路は、前記横通路部に連通されているのがよい。また、前記バイパス路は、前記吸入通路の断面積よりも小さい断面積を有していると好都合である。

また、前記縦通路部は、前記インマニ本体部の側となる縦通路後部と、前記横通路部の側となる縦通路前部とが取外し可能に連結され、かつ、前記バイパス路は、前記インマニ本体部の側となるバイパス後部と、前記横通路部の側となるバイパス前部とが取外し可能に連結されており、前記吸入部は、前記縦通路後部と前記バイパス後部とを有する吸入後部と、前記縦通路前部と前記バイパス前部と前記横通路部とを有する吸入前部とが、取外し可能に連結されることで構成されているとよい。

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、前記吸入部の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よく、前記吸入部は、前記内部空間の長手方向と奥行きの方向との双方に交差する幅の方向に沿って延びる前記吸入通路を有する構成とすることもできる。

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あると好都合である。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ればよい。

本発明によれば、吸入通路における空気の流れ方向での中間部と、内部空間における一端部、即ち断面積が縮小された箇所とを連通するバイパス路を設けたから、内部空間の断面積が縮小された箇所に対応された吸気ポートに空気が流れる状態のときは、通常の吸入通路に加えて、近道であるバイパス路からも効率よく空気が流れ、吸入空気量を大きく増やせるようになる。

内部空間における断面積が縮小されていない箇所に対応された吸気ポートに空気が流れる状態のときは、場所の遠いバイパス路の影響は僅かになって、ほぼ通常の吸入通路からの空気の流れとなる。つまり、最も空気の入りにくい吸気ポートの近くに設けたバイパス路による空気量の増大度合いは、バイパス路から遠くなる吸気ポートほど弱くなるから、複数の吸気ポートのそれぞれおける吸入空気量（単位時間当りの吸入空気量）を、互いの差が殆どないようにすることができる。

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 インマニ本体部の平面図 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

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、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６に示されるように、吸入通路１４Ａにおける空気の流れ方向での中間部（直進部１６Ｃ）と、内部空間１３における断面積が縮小された箇所（狭小空間部１３Ｃ）とを連通するバイパス路２６が設けられている。バイパス路２６は、吸入通路１４Ａの断面積よりも小さい断面積を有している。吸入部１１Ｂは、長手方向（前後方向）に交差する方向（上下方向）に延びて内部空間１３に開口する縦通路部２８と、長手方向に沿う方向に延びて縦通路部２８に連なる横通路部２７とを有し、バイパス路２６は、横通路部２７に連通される上下向きの通路である。

縦通路部２８は、インマニ本体部１１Ａの側となる縦通路後部２８Ｂと、横通路部２７の側となる縦通路前部２８Ａとが取外し可能に連結され、かつ、バイパス路２６は、インマニ本体部１１Ａの側となるバイパス後部２６Ｂと、横通路部２７の側となるバイパス前部２６Ａとがボルト止め手段により取外し可能に連結されている。吸入部１１Ｂは、縦通路後部２８Ｂとバイパス後部２６Ｂとを有する吸入後部１１Ｄと、縦通路前部２８Ａとバイパス前部２６Ａと横通路部２７とを有する吸入前部１１Ｃと、がボルト止め手段により取外し可能に連結されることで構成されている。

図４、図６に示されるように、吸込みダクト１６は、フランジ部１６Ａに連続するエルボ部１６Ｂ、エルボ部１６Ｂに続く直進部１６Ｃ、及び入口部１６Ｄを有し、側面視の形状が略Ｊ字状を呈している。フランジ部１６Ａに形成された縦通路前部２８Ａ、横通路部２７、及び吸入後部１１Ｄの（インマニ本体部１１Ａの）の縦通路後部２８Ｂは、いずれも吸入通路１４Ａである。

バイパス後部２６Ｂを有するバイパス突起２９がインマニ本体部１１Ａに形成され、バイパス突起２９の上端には取付フランジ２９ａが形成されている。バイパス前部２６Ａを有する突起フランジ３０が吸込みダクト１６（の直進部１６Ｃ）に形成されており、この突起フランジ３０と取付フランジ２９ａとがボルト止め手段により連結されている。吸入フランジ１５の上面と突起フランジ３０の上面との高さ位置を互いに同じとすれば好都合である（図４を参照））。

つまり、吸気マニホルド１１は、インマニ本体部１１Ａ、吸入後部１１Ｄ、及びバイパス後部２６Ｂを有する第１マニホルド部品（符記省略）と、縦通路前部２８Ａ、横通路部２７（吸込みダクト１６）、及びバイパス前部２６Ａを有する第２マニホルド部品（符記省略）との２部品のボルト連結により構成されている。また、縦通路部２８を基準とした場合、奥行きｄの狭い狭小奥行きｄ２を持つ狭小空間部１３Ｃと、バイパス路２６が接続される直進部１６Ｃとは同じ方向の側（前側）に配置されている。

以上のように、吸気マニホルド１１においては、吸入部１１Ｂの吸入通路１４Ａにおける空気の流れ方向で終端部である縦通路部２８に加えて、空気の流れ方向の中間部である直進部１６Ｃとインマニ本体部１１Ａの狭小空間部１３Ｃとを短絡するバイパス路２６が設けられている。従って、１気筒目の吸気ポートｐ１に空気が流れる状態のときは、縦通路部２８からだけでなく、近道であるバイパス路２６からも効率よく空気が流れ、吸入空気量を大きく増やせるようになる。

４気筒目の吸気ポートｐ４に空気が流れる状態のときは、場所の遠いバイパス路２６の影響は僅かになって、ほぼ縦通路部２８からの空気の流れとなる。つまり、１気筒目の吸気ポートｐ１の近くに設けたバイパス路２６による空気量の増大度合いは、ｐ１＞ｐ２＞ｐ３＞ｐ４となるので、複数の吸気ポートｐ１〜ｐ４における吸入空気量（単位時間当りの吸入空気量）を殆ど変わらないようにすることができる。

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の内部空間１３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。

〔別実施形態〕
（１）本実施形態においては、第１及び第２マニホルド部品（符記省略）との２分割構造であるが、インマニ本体部１１Ａと吸入部１１Ｂとが１つの部品で形成された構造の吸気マニホルドでもよい。
（２）吸入部１１Ｂは、上方に延びる直線状のものや、「く」字状のもの、或いはＳ字状に湾曲したものなど、種々の形状のものに対応可能である。

（３）インマニ本体部１１Ａの長手方向に対する縦通路部２８やバイパス路２６の位置は、吸気ポートの数や位置、インマニ本体部１１Ａの形状や内部空間１３の断面積などの諸条件により、種々の変更設定が可能である。バイパス路２６の断面積と縦通路部２８の断面積の割合も、適宜に変更設定が可能である。

１１Ａ インマニ本体部
１１Ｂ 吸入部
１１Ｃ 吸入前部
１１Ｄ 吸入後部
１３ 内部空間
１３Ａ 長尺状開口
１４Ａ 吸入通路
２６ バイパス路
２６Ａ バイパス前部
２６Ｂ バイパス後部
２７ 横通路部
２８ 縦通路部
２８Ａ 縦通路前部
２８Ｂ 縦通路後部
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おいて前記内部空間に開口する吸入通路が形成された吸入部とを有し、
   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、
   前記吸入通路における空気の流れ方向での中間部と、前記内部空間における前記一端部とを連通するバイパス路が設けられている吸気マニホルド。
2. 前記バイパス路は、前記吸入通路の断面積よりも小さい断面積を有している請求項１に記載の吸気マニホルド。
3. 前記吸入部は、前記長手方向に交差する方向に延びて前記内部空間に開口する縦通路部と、前記長手方向に沿う方向に延びて前記縦通路部に連なる横通路部とを有し、前記バイパス路は、前記横通路部に連通されている請求項１又は２に記載の吸気マニホルド。
4. 前記縦通路部は、前記インマニ本体部の側となる縦通路後部と、前記横通路部の側となる縦通路前部とが取外し可能に連結され、かつ、前記バイパス路は、前記インマニ本体部の側となるバイパス後部と、前記横通路部の側となるバイパス前部とが取外し可能に連結されており、
   前記吸入部は、前記縦通路後部と前記バイパス後部とを有する吸入後部と、前記縦通路前部と前記バイパス前部と前記横通路部とを有する吸入前部とが、取外し可能に連結されることで構成されている請求項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、前記吸入部の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と奥行きの方向との双方に交差する幅の方向に沿って延びる前記吸入通路を有する請求項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. 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１〜７のいずれか一項に記載の吸気マニホルド。

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