JP2023128634A - 自動車用エンジンの吸気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】サージタンク及びブランチ管で囲われた内部空間を有する吸気マニホールドにおいて、騒音の発生とブローバイガスに含まれた水分の凍結とを簡単な構造で防止する。【解決手段】サージタンク１は吸気マニホールドの端部に位置しており、ブランチ管２～４は、サージタンク１から下方に向いたのち前後方向に向きを変えて接続フランジ５に向かっている。このため、ブランチ管２～４の群とサージタンク１とで囲われた内部空間１１が存在している。ＰＣＶポート１５は、内部空間１１に向いてサージタンク１から突出している。内部空間１１に、ＰＣＶポート１５を包むような断熱性遮音材２１が充填されている。ブランチ管２～４の振動を防止して騒音を防止できると共に、ブローバイガスに含まれた水分がＰＣＶポート１５において凍結することを防止できる。【選択図】図２

Description

本願発明は、自動車用エンジンの吸気マニホールドに関するものである。

多気筒エンジンは吸気マニホールドを備えており、吸気マニホールドは、サージタンクとこれから分岐した複数本のブランチ管とを備えている。そして、サージタンクに設けた吸気導入口にスロットルボデーが接続されており、スロットルバルブで流量が制御された吸気がサージタンクを介して各ブランチ管に分配されるようになっている。

自動車用エンジンの吸気マニホールドは、様々な態様があるが、サージタンクとブランチ管との配置関係で見ると、ブランチ管は、サージタンクから下向きに向いてのち、上向きに方向変換してシリンダヘッドの吸気側面に向かうように曲がっていることが多い。

更に、気筒列方向を前後方向としてサージタンクとブランチ管との関係を見ると、サージタンクが前後長手の姿勢になっていて、ブランチ管がサージタンクをぐるりと巻いていて、スロットルバルブがサージタンクの前端部又は後端部に配置されるタイプや、サージタンクがシリンダヘッドにおける吸気側面の前後方向外側に配置されていて、ブランチ管は前後方向に延びながら吸気側面に向かうように曲がっているタイプなどがある。

他方、吸気マニホールド自体又はその周辺部に関する問題として、騒音や寒冷環境下でのブローバイガスの凍結の問題がある。騒音の問題の１つとして、燃料インジェクタから発生する騒音の問題があり、この点について特許文献１では、燃料インジェクタの露出部を保護部材で覆うことが開示されている。

他方、ブローバイガスの凍結（正確にはブローバイガスに含まれている水分の凍結）の問題について、特許文献２には、吸気マニホールドにＰＣＶ通路とＥＧＲ通路とを隣り合わせに配置して、ブローバイガスに含まれている水分の凍結をＥＧＲガスの熱によって阻止することが開示されている。

特開２００７－１７７７５３号公報 特開２０１３－１５１９０６号公報

さて、吸気マニホールドでは、吸気がブランチ管の内部で共鳴して騒音を発生させることがある。特に、慣性過給効果を狙ってブランチ管を長く形成したり、サージタンクを吸気側面の前端又は後端に配置したことによってブランチ管の長さが長くなったりすると、騒音が顕著に現れやすい。しかるに、特許文献１は、燃料インジェクタの騒音は防止できても、吸気マニホールドから発生する騒音は防止できない。

他方、ブローバイガスに含まれている水分の凍結問題について見ると、特許文献２は、運転中における水分の凍結は防止できるが、エンジンの運転を停止してエンジンが冷えきってから次の始動までの間における水分の凍結は防止できないという問題がある。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、自動車用のエンジンの吸気マニホールドに関し、
「スロットルバルブの下流側に配置されたサージタンクと、前記サージタンクから分岐した複数本のブランチ管と、を有し、
前記各ブランチ管は、前記サージタンクから下向きに向いてのち上向きに方向変換してシリンダヘッドの吸気側面に向かうように曲がっており、前記ブランチ管の群と前記サージタンクとで囲われた部位が、外部に開口した空間部になっている」
という基本構成になっている。

そして、上記基本構成において、
「前記空間部に、ブローバイガスを前記サージタンクに取り込むＰＣＶポートと、前記ＰＣＶポートを覆った状態で前記空間部に充満する断熱性遮音材とが配置されている」
という特徴を有している。ＰＣＶポートにはＰＣＶホースが接続されるが、寒冷地仕様のエンジンの場合、ＰＣＶホースはウレタン樹脂等の断熱材で覆うのが好ましい。なお、断熱性遮音材は、遮音性断熱材と呼ぶことも可能である。

本願発明は様々に具体化できるが、その例として請求項２では、
「前記各ブランチ管は、少なくとも前記サージタンクに接続した部分から上向きに方向変換する部分までの間の範囲において、隣り合ったブランチ管が一体に繋がっている」
という構成になっている。

本吸気マニホールドのタイプでは、ブランチ管が微細に振動することを加振源になっており、前記ブランチ管の群と前記サージタンクとで囲われた部位が、外部に開口した空間部になっているため、気柱共鳴が発生するが、本願発明では、空間部に遮音材を配置していることにより、外部に開口した空間部の気柱共鳴が抑制されて、共鳴に起因した騒音の発生を防止又は著しく抑制できる。従って、乗員室の静粛性を向上できる。

また、遮音材は一般に断熱機能も有しており、ＰＣＶポートが遮音材で覆われていることにより、ＰＣＶポートが遮音材で保温されるため、ＰＣＶポートの内部でブローバイガスの水分が凍結することを防止できる。この場合、遮音材によるＰＣＶポートの保温機能はエンジンの運転を停止しても維持されるため、例えば運転を停止して翌日に始動するといった場合でも、ブローバイガスの凍結を防止してブローバイガスの還流機能を保持できる。

なお、ＰＣＶ管路のうちＰＣＶポートを除いた部位での凍結防止手段として、上記したようにＰＣＶホースを断熱材で覆ったり、ＰＣＶホースを傾斜姿勢にして凝縮水が溜まらないようにする、といった工夫を併用するのが好ましい。

さて、自動車のエンジンルームは下方に開口しているため、走行に際して小石や水、雪等の異物がエンジンルームに跳ね上げられることがある。また、冷却のための走行風がフロントグリルからエンジンルームに入り込むようになっているため、降雨時には雨がエンジンルームに入り込み、降雪時には雪がエンジンルームに入り込むことがある。

そして、エンジンルームに入り込んだ雨や雪が遮音材に触れると、断熱性の遮音材を設けていても、保温機能が低下してしまうおそれがある。また、跳ね上げられた小石によって遮音材が損傷するような事態は避けるべきである。

この点、請求項２の構成を採用すると、遮音材がブランチ管の群によって少なくとも下方から囲われるため、雨や雪、小石が遮音材に当たることを防止できる。その結果、遮音材の保温効果を維持してブローバイガス含有水分の凍結防止効果を確保できると共に、遮音材の損傷も防止できる。更に、断熱性遮音材が冷気に触れることを抑制できるため、断熱性遮音材の保温機能低下を防止できる。これにより、新たな保温材を設けることなく、ブローバイガスに含まれた水分の凍結防止効果を確保できる。

実施形態の吸気マニホールドを示す図で、遮音材が装着される前の状態をシリンダヘッドの側から見た図である。 遮音材が装着された状態をシリンダヘッドの側から見た図である。 遮音材が装着された状態をシリンダヘッドと対向した側から見た図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用３気筒エンジンの吸気マニホールドに適用している。エンジンは、クランク軸線を車幅方向に長い姿勢でエンジンルームに配置されており、自動車の前進方向に向かって排気側面を前に向けて、吸気側面を後ろに向けている。従って、エンジンは横置き前排気方式であり、吸気マニホールドは、自動車の前進方向に向いて後ろからシリンダヘッドの吸気側面に重なっている。

以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向はクランク軸線方向、左右方向はクランク軸線及び気筒軸線と直交した方向である。従って、自動車の向きを基準にした方向とは、前後・左右の関係が逆になっている。左右方向については、シリンダヘッドに向いた側を内側、シリンダヘッドから離れた側を外側としている。外向きは自動車の前進方向になり、内向きは後進方向になる。

(1).吸気マニホールドの基本構造
吸気マニホールドは前後方向に長い姿勢になっており、後部に配置されたサージタンク１と、サージタンク１に一体に繋がった第１～第３の３本のブランチ管２～４と、各ブランチ管２～４の出口部を一体に繋がった接続フランジ５とを有している。ブランチ管２～４は、特に区別して説明する必要がある場合は、前から順に、第１ブランチ管２、第２ブランチ管３、第３ブランチ管４と呼ぶこととする。

接続フランジ５には、これをシリンダヘッドの吸気側面に固定するためのボルト挿通穴６が空いている。また、接続フランジ５の後部には、外向きに開口したＥＧＲガス導入口７を設けている。ＥＧＲガス導入口は、シリンダヘッドに設けたＥＧＲガス導入通路に接続される。

各ブランチ管２～４の入口はサージタンク１の下面に接続されており、各ブランチ管２～４は、サージタンク１から下向きに向いてのち略前向きに方向変換し、次いで上向きに方向を変えてから更に略水平方向に向きを変えて接続フランジ５に繋がっている。従って、各ブランチ管２～４は、高さが低い下向き部（入口部）２ａ，３ａ，４ａと、前後長手で長い長さの下部２ｂ，３ｂ，４ｂと、下部２ｂ，３ｂ，４ｂから立ち上がった上向き部２ｃ，３ｃ，４ｃと、上向き部２ｃ，３ｃ，４ｃの上端から方向変換した外向き部２ｄ，３ｄ，４ｄとを有している。

従って、各ブランチ管２～４は三次元の立体的に曲がっている。また、下部２ｂ，３ｂ，４ｂは、第１ブランチ管２の下部２ｂが最も外側に位置して、第３ブランチ管４の下部４ｂが最も内側に位置するように左右方向に並んでいる。そして、隣り合った下向き部２ａ～３ａと、隣り合った下部２ｂ～４ｂ、隣り合った上向き部２ｃ～４ｃの下半部は一体に繋がっている。

そして、接続フランジ５とサージタンク１とブランチ管２～４とで囲われた部位は左右に開口した内部空間１１になっているが、ブランチ管２～４は下向き部２ａ～３ａと下部２ｂ～４ｂと上向き部２ｃ，３ｃ，４ｃとが一体に繋がっているため、内部空間１１は、左右方向と上方とには開口しているものの、下方と前後方向とには開口していない。従って、内部空間１１はクローズド性が高い空間になっている。図１では、内部空間１１のうち内側に抜けている部分を網かけで表示している。

吸気マニホールドは、上下に重なり合った合成樹脂製のアッパ部材８とミドル部材９とロア部材１０とによって構成されており、これらは高周波又は超音波による振動溶着によって一体に接合されている。各図では、部材の境界を太線で表示している。

図３において最も理解しやすいと思われるが、サージタンク１は、アッパ部材８とミドル部材９とによって構成されており、サージタンク１の上端部に、吸気導入口１２が上向きに開口した台座１３を設けている。図１に示すように、台座１３には、モータ１４ａを備えたスロットルバルブ（スロットルボデー）１４が固定される。

図１に示すように、サージタンク１のうち内部空間１１に向いた側面には、ブローバイガスが流入するＰＣＶポート１５を突設している。ＰＣＶポート１５は、内部空間１１に露出して内向きに開口しており、その先端部にＰＣＶホース１６が継手１７を介して接続されている。ＰＣＶホース１６は、ウレタン樹脂等の断熱材１８で全長に亙って覆われている。ＰＣＶホース１６は、例えば、シリンダブロックの排気側面部に設けた気液分離室にＰＣＶバルブを介して接続されている（ヘッドカバーに内蔵した気液分離室に接続してもよい。）。

図３に示すように、吸気導入口１２には、燃料タンクで気化した燃料をサージタンク１に戻すパージガス導入ポート１９が接続されており、サージタンク１には、ブレーキブースターをアシストするための負圧取り出しポート２０が内向きに突設されている。

(2).遮音・断熱構造
図２，３に平行斜線で示すように、内部空間１１には、当該内部空間１１を塞ぐ断熱性遮音材２１が嵌め込まれている。断熱性遮音材２１は、例えばウレタン樹脂のような合成樹脂製の多孔質材料で構成されている。従って、弾性変形させることにより、内部空間１１に離脱しない状態に嵌め込むことができる。

３本のブランチ管２～４は前後長さが相違すると共に左右方向にずれているため、内部空間１１は、前後幅が外から内に向けて段階的に小さくなっており、第３ブランチ管４の箇所で内側に抜けている。従って、断熱性遮音材２１も内部空間１１の形状に合致した形状に形成して、弾性変形を利用して吸気マニホールドの内周面に密着させている。

断熱性遮音材２１は単一のブロック体であってもよいし、複数のブロック体で構成されていてもよい。断熱性遮音材２１を、インサート成形によって吸気マニホールドに一体化することも可能である。後付け方式の場合は、接着剤で吸気マニホールドに固定することも可能である。複数のブロックで構成する場合、ブロック同士を接着剤で固定することも可能である。更に、ブロック方式の断熱性遮音材２１を吸気マニホールドに装着した状態で吸気マニホールドの内面と断熱性遮音材２１との間の隙間がある場合は、その隙間を注入式の発泡性シール材で塞ぐことも可能である。

ＰＣＶポート１５は断熱性遮音材２１で覆われているが、この場合、ＰＣＶポート１５が嵌入する穴又は切り込みを断熱性遮音材２１に予め空けておいてもよいし、断熱性遮音材２１を２つのブロックで構成して、２つのブロックでＰＣＶポート１５を挟んでもよい。いずれにしても、ＰＣＶポート１５は、ＰＣＶホース１６の差し込み代を残して断熱性遮音材２１で覆われている。ＰＣＶホース１６は、その全体を断熱材１８で覆うのが好ましい。

(3).まとめ
本実施形態では、サージタンク１が接続フランジ５の後ろに配置されていてブランチ管２～４は長さが長いため、慣性過給を有効利用して充填効率を向上できる利点があり、かつ、内部空間１１に断熱性遮音材２１が充填されていて内部空間１１部の気柱共鳴による騒音の発生を防止又は著しく抑制できる。これにより、乗員室の環境を向上できる。

また、ＰＣＶポート１５は断熱性遮音材２１で覆われているため、寒冷環境下において、ブローバイガスに含まれていた水分がエンジンの運転停止後に凝縮・凍結することを防止又は著しく抑制できる。これにより、エンジンを停止した翌日に始動するといった場合でも、ＰＣＶポート１５が凍結した水分によって塞がれる現象を防止して、ブローバイガスの還流機能を確保できる。ＰＣＶホース１６の全体を断熱材１８で覆うと、凍結防止のために更に好適である。

また、走行に際して跳ね上げられた小石が左右方向から内部空間１１に入り込むことを防止できるため、跳ね上げられた小石によってＰＣＶポート１５が損傷することも防止できる。跳ね上げられた小石がブランチ管２～４の下部２ｂ，３ｂ，４ｂに乗って、走行に際してカタカタと鳴るような不具合も生じない。

更に、隣り合ったブランチ管２～４は、その下部２ｂ，３ｂ，４ｂとその上流側及び下流側において一体に繋がっているため、ブランチ管２～４が断熱性遮音材２１に対して高いガード機能を発揮する。その結果、断熱性遮音材２１に冷気が触れる度合いを低減して、断熱性遮音材２１によるＰＣＶポート１４及びブランチ管２～４の保温機能を向上できる。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、本願発明は、前後長手のサージタンクをブランチ管でぐるりと巻いたタイプの吸気マニホールドにも適用できる（この場合は、内部空間は前後方向に開口することになる。）。敢えて述べるまでもないが、３気筒以外の多気筒エンジンの吸気マニホールドにも適用できる。

本願発明は、自動車用エンジンの吸気マニホールドに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ サージタンク
２～４ ブランチ管
５ 接続フランジ
８～１０ 吸気マニホールドを構成する合成樹脂製部材
１１ 内部空間
１２ 吸気導入口
１３ スロットルバルブが固定される台座
１４ スロットルバルブ
１５ ＰＣＶポート
１６ ＰＣＶホース
１８ 断熱材
２１ 断熱性遮音材

Claims (2)

1. スロットルバルブの下流側に配置されたサージタンクと、前記サージタンクから分岐した複数本のブランチ管と、を有し、
   前記各ブランチ管は、前記サージタンクから下向きに向いてのち上向きに方向変換してシリンダヘッドの吸気側面に向かうように曲がっており、前記ブランチ管の群と前記サージタンクとで囲われた部位が、外部に開口した空間部になっている吸気マニホールドであって、
   前記空間部に、ブローバイガスを前記サージタンクに取り込むＰＣＶポートと、前記ＰＣＶポートを覆った状態で前記空間部に充満する断熱性遮音材とが配置されている、
   自動車用エンジンの吸気マニホールド。
2. 前記各ブランチ管は、少なくとも前記サージタンクに接続した部分から上向きに方向変換する部分までの間の範囲において、隣り合ったブランチ管が一体に繋がっている、
   請求項１に記載した自動車用エンジンの吸気マニホールド。
   

Images