JP2023128914A - 吸気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトでかつ各ブランチ管への吸気の分配均一性に優れた吸気マニホールドを提供する。【解決手段】吸気マニホールドは合成樹脂製部材の接合品であり、前後長手のサージタンク６と、サージタンク６の外周を巻くように配置された複数本のブランチ管７～１０とを有している。サージタンク６の前後中間部に、スロットルバルブが固定される吸気導入ボス部１７が配置されており、吸気導入ボス部１７の下方にＰＣＶガス導入ポート２１が前向きに突設されている。サージタンク６の内部には、凸型のガイドリブ２５を設けることにより、ＰＣＶガス導入通路２８に連通したＰＣＶガス分配通路２７を形成している。ＰＣＶガスは、吸気の流れによるベンチュリ効果によって吸気に吸い込まれ、各ブランチ管７～１０に均等に分配される。【選択図】図６

Description

本願発明は、車両用等の多気筒エンジンに使用する吸気マニホールドに関するものである。

多気筒エンジンの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おり、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固定されて、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。

そして、ＰＣＶガスやＥＧＲガス、燃料パージガス等の補助ガスを吸気系に還流させることが行われており、この場合、補助ガスをサージタンクに戻すことが行われている。その例として、特許文献１には、サージタンクの前後中間部にコレクタを突設し、コレクタに、吸気導入口とＥＧＲガス導入口とを交差した姿勢に開口させることが開示されている。また、特許文献１では、コレクタの出口に、吸気を前後に分流させる導風板を設けている。

特開２０１５－１８３６２５号公報

特許文献１のようにコレクタにＥＧＲガス導入口を設けると、構造を簡単化できる利点があるが、特許文献１の場合、吸気は導風板によって分流されるため、各吸気ポートへの均等化を促進できると云えるが、吸気に対して補助ガスを均等に混入できるとは云い難い。

そして、補助ガスがＰＣＶガスである場合は、ＰＣＶガスは吸気に比べて比重が大きくて下方に溜まる傾向を呈するため、ＰＣＶガスが均等に分配されていないと、特定の気筒に偏って流入して失火を招いたり、特定の吸気ポートにカーボンが多く付着したりすることが懸念される。

本願発明はこのような現状を背景に成されたものであり、ＰＣＶガス等の補助ガスを簡単な構造で各気筒に均等に分配可能な吸気マニホールドを提供せんとするものである。

本願発明の吸気マニホールドは、
「サージタンクと、気筒列方向である前後方向に並ぶと共に入口を前記サージタンクの内部に開口させた複数のブランチ管とを有し、前記サージタンクに吸気導入通路を設けている」
という基本構成において、
「前記吸気導入通路は、前記サージタンクのうち前後中途部に配置されていて、前記吸気導入通路を通過した吸気は前記サージタンクの内部において前後方向に方向変換して前記サージタンクの内部を流れるようになっており、
かつ、吸気サージタンクの内部のうち前記吸気導入通路を通過した吸気が当たる部位の下方に、補助ガス分配通路が、前記サージタンクの内部に向けて開口するように形成されている」
という構成になっている。

本願発明は、様々に具体化できる。その例として請求項２では、
「前記補助ガス分配通路は、前記サージタンクの底から立ち上がった前後の足板とその上端に連接された上板とを有する略凸型のガイドリブによって形成されており、前記足板の先端とサージタンクの壁面との間において前記補助ガス分配通路が前記サージタンクの内部に開口している」
という構成になっている。

本願発明では、補助ガス分配通路が吸気の方向変換部の下方においてサージタンクに開口しているため、吸気導入通路に流入した吸気がサージタンクの内部で前後方向に方向変換して流れるにおいて、ベンチュリ効果によって補助ガスが補助ガス分配通路から吸い出されて、補助ガスは吸気の流れに乗って各ブランチ管に送られる。従って、ＰＣＶガス等の補助ガスを、各ブランチ管に（各気筒）に均等に分配し得る。

また、吸気は、サージタンクから方向変換して各ブランチ管に流入するが、方向変換するに際しての攪拌作用によって吸気に対する補助ガスの分散性（混合性）を向上できる。従って、ＰＣＶガス等の補助ガスの分散性にも優れている。

そして、吸気導入通路に近接した補助ガス分配通路を設ける構造であるため、専用の部材は不要で構造は簡単である。従って、コストを抑制できる。

請求項２のように、補助ガス分配通路を凸型のガイドリブによって形成すると、補助ガス分配通路はサージタンクの底面の上方に開口するため、吸気による補助ガスの吸い込みを確実化できて好適である。また、ガイドリブに吸気の整流作用を持たせることもできるため、補助ガスの均一な分配を更に向上できる。

実施形態の外観斜視図である。 実施形態の側面図である。 図２のIII-III 視断面図である。 要部の破断斜視図である。 図３の V-V視断面図である（切断面は、平面視においてカム軸線に対して僅かに傾いている。）。 図３のVI-VI 視方向から見て内側部材を省略した破断斜視図である。 他の実施形態を模式的に表示した図である。

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４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、吸気側面を後ろに向けている。従って、実施形態の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、請求項で定義しているように、前後方向は気筒列方向（カム軸線方向及びクランク軸線方向）であり、左右方向は、クランク軸線及びシリンダボア軸心と直交した方向（シリンダヘッドの吸気側面と略直交した方向）である。左右方向については、シリンダヘッド１に近い側を内側、シリンダヘッド１から遠い側を外側と呼んでいる。側面視は左右方向から見た状態、正面視及び背面視は前後方向から見た状態である。

前と後ろについては、タイミングチェーンが配置される側を前として、ミッションケースが配置される側を後ろとしている。エンジンは、排気側が少し前倒れするようにシリンダボア軸線を若干スラントさせることがあるが、基本的には縦型であるので、上下方向は鉛直方向と同じである。各方向は、各図に適宜表示している。

(1).基本構造
吸気マニホールドは、前後方向から見るとラグビーボール又は卵形の形態を成して、側面視では、大まかには少しいびつな四角形の形態を成している。そして、図３から理解できるように、吸気マニホールドは、シリンダヘッド１に近い側に位置した内側部材２（第１ピース）と、シリンダヘッド１から遠い側に位置した外側部材３（第２ピース）と、両者に挟まれた中間部材４（第３ピース）とによって中空構造に構成されている。

重なりあった部材２，３，４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。図３では、部材の境界を太線で表示している。例えば図１，２，６に示すように、重なり合った部材の接合部（溶着部）にはフランジ５が形成されている。

図３から理解できるように、内側部材２と中間部材４とは、対向するように開口した凹所を有しており、このため、吸気マニホールドの内部には、主として内側部材２と中間部材４とによって、前後方向に長いサージタンク６が形成されている。そして、例えば図１や図３に示すように、サージタンク６の外周を巻くように、前から順に第１～第４の４本のブランチ管７～１０が配置されている。図３や図５，６から理解できるように、サージタンク６は、左右幅よりも上下幅が少し大きい角形に近い断面形状を成している（円形や楕円形なども採用できる。）。

図６において、各ブランチ管７～１０の上部は、外側部材３と中間部材４とによって形成された状態が断面として表示されている。他方、図６のうち、筒として表示されているブランチ管７～１０よりも下方の部位においてハッチングで表示しているのは、中間部材４の内側の端面であって断面の表示ではない。

図３のとおり、各ブランチ管７～１０は、入口（上流端）１１がサージタンク６のうちシリンダヘッド１に近い側の上部に接続されて、サージタンク６を下方に巻いてから上向きに方向を変えて、出口１２はシリンダヘッド１に向いている。従って、サージタンク６をほぼ一巻している。各ブランチ管７～１０の出口は、前後長手の上部フランジ１３に接続されている。図１，２に示すように、上部フランジ１３には、シリンダヘッド１に締結するためのボルト挿通穴１４が空いている。

シリンダヘッド１の各吸気ポート（図示せず）は前後一対で構成されている。そこで、図５に示すように、各ブランチ管７～１０の出口１２は隔壁１２ａで前後に仕切られている。

図１，２に示すように、サージタンク６を構成する外側部材３のうち第２ブランチ管８と第３ブランチ管９との間の部位に、請求項に記載した吸気導入通路の例として、吸気導入口１６が開口した吸気導入ボス部１７を一体に形成している。吸気導入ボス部１７はサージタンク６の上部に接続されており、基本的に上向きであるものの、上に向けてシリンダヘッド１から遠ざかるように前後方向視（正面視又は背面視）で傾斜している。

各ブランチ管７～１０は、入口１１から下端までの部位は内側部材２に形成されている。この構造は、旋回式のコアを有する金型を使用して実現できる。下端から上部フランジ１３までの部位は、外側部材３と中間部材４とを接合して形成されている。

吸気導入ボス部１７の上端は、スロットルボデー（図示せず）を固定するための受け座（フランジ部）１７ａになっており、受け座１７ａに、スロットルボデーを締結するためのタップ穴１８が３か所形成されている。図３，４に示すように、受け座１７ａの頂面には、ガスケット１９を装着している。

第２ブランチ管８と第３ブランチ管９との間に吸気導入ボス部１７を介在させたことにより、第２ブランチ管８と第３ブランチ管９とは、出口１２の箇所を除いて左右間隔が広がっている。広がり間隔は、吸気導入ボス部１７の配置箇所で最も大きくなっている。従って、第２ブランチ管８と第３ブランチ管９とは、側面視で前後方向に少し蛇行している。

吸気マニホールドの前後幅はシリンダヘッド１における吸気ポートのピッチによって規定されるが、図２のとおり、各ブランチ管７～１０のピッチは、出口１２の箇所では一定になっている。従って、第２ブランチ管８と第３ブランチ管９との間に吸気導入ボス部１７を配置しても、吸気マニホールドの全長が長くなることはない。従って、吸気マニホールドは必要最小限度の前後長さになっている。

図１～３に示すように、吸気導入ボス部１７に、燃料タンクで発生した揮発成分を吸気系に導くパージガス導入ポート２０が形成されている。パージガス導入ポート２０は、吸気導入ボス部１７のうちやや上端寄りに配置されて、シリンダヘッド１と反対側に突出している。従って、ホースの接続（嵌め込み）を容易に行える。

図１～３に示すように、サージタンク６のうち吸気導入ボス部１７の下方の部位に、補助ガス導入ポートの一例としてＰＣＶガス導入ポート２１を設けている。ＰＣＶガス導入ポート２１も、シリンダヘッド１と反対側の外側に向けて突出している。従って、ＰＣＶガス導入ポート２１へのホースの接続も容易に行える。図１に示すように、第２ブランチ管８の下流部の上面に、スロットルボデーを位置決めするためのピン２２を上向きに突設している。

(2).吸気及びＰＣＶガスのガイド構造
図４～６から理解できるように、各ブランチ管７～１０の入口１１は、サージタンク６の内部に向けてシリンダヘッド１と反対側の外向きに開口している。そして、吸気は、吸気導入ボス部１７のガイド作用により、サージタンク６に対して、サージタンク６を横切るような方向で流入し、それから、サージタンク６の内面に当たって前後方向の流れに向きを変え、次いで、サージタンク６を横切る方向である内向きに方向変換して、各ブランチ管７～１０の入口１１に流入する。

そして、本実施形態では、サージタンク６の底部のうち前後中間部に、吸気導入ボス部１７の下端と連続した吸気ガイド部２３を設けている。図３から理解できるように、吸気ガイド部２３は中間部材４に形成しており、前後両端を高くして下向きに凹んだ凹面を有する樋状の形態を成している。図３のとおり、吸気導入ボス部１７と吸気ガイド部２３とは正面視（背面視）で鈍角を成して交差しており、交差角度θは約１２０°になっている。

また、同じく図３に示すように、サージタンク６の内面のうち吸気ガイド部２３を挟んで吸気導入ボス部１７と反対側の部位には、第２ブランチ管８と第３ブランチ管９との間に位置したセンター背板２４が存在している。この、センター背板２４の下部は、外に向けて（吸気導入口１６の下端に向けて）低くなる傾斜部２４ａになっている。

図６から理解できるように、吸気ガイド部２３の前後幅は、概ね吸気導入口１６の内径と同じ程度に設定されている。従って、吸気導入ボス部１７から流入した吸気の殆どは吸気ガイド部２３に向かい、次いで、センター背板２４に衝突して前後に分流する。吸気ガイド部２３とセンター背板２４との間にはある程度の隙間が空いている。

図６に明示するように、吸気ガイド部２３は、サージタンク６の底にＭ形（凸型の）ガイドリブ２５を上に突設することによって形成されている。すなわち、Ｍ形のガイドリブ２５の上板を吸気ガイド部２３と成している。従って、吸気ガイド部２３の前後両端に、ガイドリブ２５を構成する足板２６が連接されて、吸気ガイド部２３と足板２６とは吸気導入ボス部１７に繋がっている（当接している。）。

このため、図６に示すように、ガイドリブ２５とサージタンク６とで囲われた部位は内向きに開口した空間になっているが、この空間をＰＣＶガス分配通路２７と成している。このＰＣＶガス分配通路２７は、ＰＣＶガス導入ポート２１に連通したＰＣＶガス導入通路２８と上下に連続している。

そして、吸気ガイド部２３の外端のうち図６において黒く塗り潰した中間部２３ａは、内側部材２に設けたセンター背板２４の傾斜部２４ａに当接させて、吸気ガイド部２３ののうち前後両側のサイド部２３ｂとガイドリブ２５の足板２６とは、内側部材２のセンター背板２４に当接していない自由端部と成している。従って、ＰＣＶガス分配通路２７は、その前後両側の部位がサージタンク６の内部に向けて前後両方向に開口している。その結果、図６に点線矢印で示すように、ＰＣＶガスは、吸気の流れによるベンチュリ作用（エゼクタ作用）により、吸気の流れに吸われて各ブランチ管７～１０に均等に分配される。

図３，４に示すように、ＰＣＶガス導入通路２８には、ガイドリブ２５よりも内側に入り込んだバッファ部２８ａが形成されている。バッファ部２８ａは内側部材２に形成されており、センター背板２４と同じ程度の深さになっている。そして、ＰＣＶガス導入通路２８のうち奥側の半分程度の部位に、吸気を前後に分けるための分流用突条２９が形成されている。分流用突条２９の上面は、奥に向けて高さが高くなるように傾斜している。

本実施形態では、ＰＣＶガス導入通路２８とＰＣＶガス分配通路２７とを異なる概念として表示しているが、両者は一体に連続しているので、その全体をＰＣＶガス導入通路２８又はＰＣＶガス分配通路２７と呼ぶことも可能である。

(3).まとめ
本実施形態において、各ブランチ管７～１０はサージタンク６を巻いているため、サージタンク６は十分な長さを確保して必要な容量を確保できる。また、ブランチ管７～１０は、多少は蛇行しているとしても基本的には周方向に長い形態であるため、吸気の流れはスムースであって圧損は生じないし、高い慣性過給効果を実現できる長さが確保されている。

そして、スロットルバルブが取り付く吸気導入ボス部１７は前後中途部に配置されているため、吸気マニホールドとスロットルバルブとを含めた吸気分配ユニットは、必要最小限度の長さで足りる。従って、ハイブリッド車のようにエンジンルームにスペースが余裕ない場合でも、設計の自由性を向上できる。

また、既に述べたように、吸気導入口１６から吸気導入ボス部１７に流入した吸気は、吸気ガイド部２３を通ってセンター背板２４に当たり、センター背板２４に対する衝突によって前後方向に方向変換し、それから内向きに方向変換して各ブランチ管７～１０に流入する。

そして、吸気ガイド部２３は下向きに凹んだ凹面になっているため、吸気が前後方向に方向変換するに際して、図５に矢印で示すように斜め上向きに向かうようなジャンプ作用を受ける。このため、第１ブランチ管７と第４ブランチ管１０とに向かう吸気の強い流れを形成できる。これにより、吸気が第２ブランチ管８及び第３ブランチ管９に多く流れることを阻止して、吸気を各ブランチ管７～１０に均等に分配できる。その結果、各気筒の空燃比を均一化して安定した運転を実現できる。

実施形態のように吸気導入ボス部１７と吸気ガイド部２３との交差角度θを鈍角に設定すると、吸気導入ボス部１７から吸気ガイド部２３への吸気の流れをスムース化できて、好適である。また、センター背板２４の下部に傾斜部２４ａを形成すると、吸気は旋回しながら前後方向に向きを変える傾向を呈するため、吸気の方向変換を更にスムース化できて好適である。

実施形態では、吸気導入ボス部１７と各ブランチ管７～１０の入口１１とはサージタンク６の軸心を挟んで左右反対側に位置しているため、吸気が各ブランチ管７，８，９，１０に流入にするに際して、吸気導入ボス部１７によって付与された流れの方向性（内向きの方向性）が残っている。このため、吸気の流れを更にスムース化できると共に、高い慣性過給効果を実現できる。

実施形態のように、凸形のガイドリブ２５を利用してＰＣＶガス分配通路２７を形成すると、ＰＣＶガスを各ブランチ管７～１０に均一に分配できる。すなわち、図６に点線矢印で示すように、ＰＣＶガスは、吸気の流れによるベンチュリ作用（エゼクタ作用）によって吸気の流れに吸われていく（乗っていく）が、各ブランチ管７～１０への吸気の流入が均一化されるため、ＰＣＶガスも各ブランチ管７～１０に均等に分配できる。また、ガイドリブ２５が吸気のガイド機能とＰＣＶガスの分配機能とを併有するため、それだけ構造を簡単化できて好適である。

本実施形態では、吸気ガイド部２３の前後幅はセンター背板２４の前後幅と略同じになっているが、吸気ガイド部２３の前後幅（ガイドリブ２５の前後幅）をセンター背板２４の前後幅よりも小さくしたり、逆に大きくしたりすることも可能である。吸気ガイド部２３の前後幅をセンター背板２４の前後幅よりも大きくすると、吸気ガイド部２３は、側面視で第２ブランチ管８及び第３ブランチ管９と部分的に重複することになる。

各部材２，３，４は、図３の状態で左右方向に接近・離反する金型（キャビとコア）を使用した成形装置で製造される（吸気導入ボス部１７の成形には、別にスライド型が付加される。）。そして、ガイドリブ２５は金型の相対動方向に向いているため、単純な構造の成形装置で容易に製造できる。この点も本実施形態の利点である。

図３に示すように、パージガス導入ポート２０は吸気導入ボス部１７の上下中途部に開口しているため、パージガスは、吸気の流れによるベンチュリ効果によってパージガス導入ポート２０から吸気導入ボス部１７に吸い込まれ、吸気と混ざり合いながら各ブランチ管７～１０に分岐していく。

そして、既述のように吸気は吸気ガイド部２３によるジャンプ作用によって各ブランチ管７～１０に均等に流入するため、パージガスも、吸気と一緒に整流されて各ブランチ管７～１０に均等に分配されていく。

(4).他の実施形態
図７では、吸気ガイド部２３及びＰＣＶガス分配通路２７の別例を示している。このうち（Ａ）に示す例では、サージタンク６の底に凸型のガイドリブ２５を上向きに突設して、その上面部を吸気ガイド部２３と成すと共に、ガイドリブ２５で囲われた部位をＰＣＶガス分配通路２７と成し、かつ、ＰＣＶガス分配通路２７とＰＣＶガス導入通路２８とＰＣＶガス導入ポート２１とを同じ高さに設定している。吸気ガイド部２３は、下向きに凹みつつ前後に張り出している。

（Ｂ）に示す例では、ＰＣＶガス分配通路２７とＰＣＶガス導入通路２８とのうち片方又は両方を仕切り３０で前後に区分している。（Ｃ）に示す例では、ガイドリブ２５をＹ型に形成しつつ、１枚の足板２６の前後両側にＰＣＶガス分配通路２７を形成し、かつ、足板２６の下方にＰＣＶガス導入通路２８を配置している。

（Ｄ）に示す例では、サージタンク６の底板を曲げることによって吸気ガイド部２３を形成しつつ、吸気ガイド部２３の下方にＰＣＶガス分配通路２７を形成している。吸気ガイド部２３は、Ｖ型やＷ字型に形成することも可能である。

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、３気筒エンジン用の吸気マニホールドにも適用できる。３気筒エンジン用の吸気マニホールドの場合は、吸気導入ボス部は、第１ブランチ管と第２ブランチ管との間か、または、第２ブランチ管と第３ブランチ管との間に配置することになり、すると、前後の分配量が異なるが、分配量の相違は、補助ガス分配通路の前後の開口面積を変えるなどして実現できる。また、本願発明は、ＥＧＲガスやパージガスの分配にも適用できる。

本願発明は、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 シリンダヘッド
２ 内側部材
３ 外側部材
４ 中間部材
６ サージタンク
７～１０ ブランチ管
１６ 吸気導入口
１７ 吸気導入通路を構成する吸気導入ボス部
２１ 補助ガス導入ポートの一例としてのＰＣＶガス導入ポート
２３ 吸気ガイド部（整流部）
２４ センター背板
２５ ガイドリブ
２６ 足板
２７ 補助ガス分配通路の一例としてのＰＣＶガス分配通路
２８ 補助ガス導入通路の一例としてのＰＣＶガス導入通路

Claims (2)

1. サージタンクと、気筒列方向である前後方向に並んで入口を前記サージタンクの内部に開口させた複数のブランチ管とを有し、前記サージタンクに吸気導入通路を設けている吸気マニホールドであって、
   前記吸気導入通路は、前記サージタンクのうち前後中途部に配置されていて、前記吸気導入通路を通過した吸気は前記サージタンクの内部において前後方向に方向変換して前記サージタンクの内部を流れるようになっており、
   かつ、吸気サージタンクの内部のうち前記吸気導入通路を通過した吸気が当たる部位の下方に、補助ガス分配通路が、前記サージタンクの内部に向けて開口するように形成されている、
   吸気マニホールド。
2. 前記補助ガス分配通路は、前記サージタンクの底から立ち上がった前後の足板とその上端に連接された上板とを有する略凸型のガイドリブによって形成されており、前記足板の先端とサージタンクの壁面との間において前記補助ガス分配通路が前記サージタンクの内部に開口している、
   請求項１に記載した吸気マニホールド。

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