JP3555182B2 - 排気ガス還流用インテークマニホールド - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排気ガスを含む燃焼用の空気を内燃機関の各気筒に分配供給する排気ガス還流用インテークマニホールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関では、燃焼用の空気（燃料を混合した空気も含む）を内燃機関の各気筒に分配供給するためのインテークマニホールドが用いられている。インテークマニホールドは、燃焼用の空気が供給される供給室と、供給室から分岐する適数個の分岐通路とを備えている。そして燃焼用の空気は、供給室に供給され、供給室から各分岐通路に分流し、内燃機関の各気筒に分配供給される。
【０００３】
このインテークマニホールドは、燃焼用の空気を内燃機関の各気筒に分配するものであり、その形状は内燃機関の性能に大きな影響を与える。従って従来より分岐通路の形態が種々改善されている。更なる分配性の一層の均一化を図ることが好ましい。
【０００４】
更に近年、特開平５−７１４２７号公報に開示されている様に、内燃機関で発生した排気ガスの一部を燃焼用の空気と共に内燃機関の各気筒に分配供給する排気ガス還流装置（ＥＧＲ）が開発されている。この装置によれば、燃焼温度を低下でき、内燃機関における燃焼により発生する窒素酸化物の低減に有効である。そしてその開発の一貫として、排気ガス還流装置に用いられる排気ガス還流用インテークマニホールドが近年開発されつつある。この様な排気ガス還流用インテークマニホールドにおいては、排気ガスを内燃機関の各気筒に均一に分配する分配性の向上が要請されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、課題は、内燃機関の気筒への排気ガスの分配性を向上するのに有利であり、これにより内燃機関の各気筒における燃焼温度の均一化に有利であり、窒素酸化物の低減に有利な排気ガス還流用インテークマニホールドを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の排気ガス還流用インテークマニホールドは、内燃機関で燃焼される空気が供給される空気供給口と、内燃機関から排出された排気ガスが供給される排気ガス供給口と、空気供給口及び排気ガス供給口に対面する供給室と、排気ガスが混合した供給室内の空気を内燃機関の各気筒の燃焼室に分配する分岐通路とを備えた排気ガス還流用インテークマニホールドであり、
少なくとも供給室の内壁面には、排気ガスを各分岐通路に案内する板状の案内リブが突設されており、且つ、
排気ガス供給口の近傍には、指向壁が形成されており、該指向壁は、該排気ガス供給口から該供給室に供給された排気ガスを該案内リブに向けて案内する下向きの延設壁を有することを特徴とするものである。
【０００７】
【作用及び発明の効果】
請求項１では、内燃機関で燃焼される燃焼用の空気はインテークマニホールドの空気供給口から供給室に供給され、一方、排気ガスはインテークマニホールドの排気ガス供給口から供給室に供給される。供給室の内壁面には板状の案内リブが突設されているため、案内リブに案内されて排気ガスは内燃機関の各気筒に供給される。従って内燃機関に還流する排気ガスの分配の偏りが軽減または回避され、これにより排気ガスの均一分配性は向上し、内燃機関の各気筒における窒素酸化物の低減に有利である。
【０００８】
【実施例】
本発明の参考例を図１〜図４を参照して説明する。
【０００９】
このインテークマニホールド１は４気筒の内燃機関（ディーゼル機関）に装備されるものである。このインテークマニホールド１は図１に示す様に１個の排気ガス供給口１０と、１個の供給室１１と、適数個の分岐筒部１２とを備えている。なお分岐筒部１２内燃機関の気筒と同数個設けられている。
【００１０】
排気ガス供給口１０は排気ガス還流通路２の端部に連通している。排気ガス還流通路２は、内燃機関で発生した排気ガスの一部を再び内燃機関に還流する通路である。インテークマニホールド１の各分岐筒部１２はそれぞれ分岐通路１３を備えている。分岐通路１３は、供給室１１から分岐する第１分岐通路１３ａ、第２分岐通路１３ｂ、第３分岐通路１３ｃ、第４分岐通路１３ｄで構成されている。
【００１１】
図４に示す様に第１分岐通路１３ａは内燃機関の第１気筒Ｓ１に連通し、第２分岐通路１３ｂは内燃機関の第２気筒Ｓ２に連通し、第３分岐通路１３ｃは内燃機関の第３気筒Ｓ３に連通し、第４分岐通路１３ｃは内燃機関の第４気筒Ｓ４に連通する。
【００１２】
更にインテークマニホールド１は図３に示す様に空気供給口１５を備えている。インテークマニホールド１の空気供給口１５は、内燃機関に燃焼用の空気を供給する気流送給通路３の端部に連通している。
【００１３】
インテークマニホールド１の材質は特に限定されず、アルミ系、鉄系等の金属でも、あるいは、樹脂（例えばナイロン樹脂、ポリエステル樹脂）、樹脂と補強繊維（例えばガラス繊維やカーボン繊維）との複合材料でも良い。
【００１４】
図１に示す様にインテークマニホールド１の供給室１１には、分配部材としての分配筒体５が配置されている。分配筒体５は、直円筒形状の筒部５０と、筒部５０の端部に外径方向に延設された径大な取付フランジ部５５とを備えている。筒部５０のうち取付フランジ部５５と反対側には底壁５６が形成されている。
【００１５】
分配筒体５の筒部５０は、気流送給通路３から供給された気流を受ける受け通路５１と、周壁に貫通状態に形成された円孔形状をなす第１分配孔５２ａ、第２分配孔５２ｂ、第３分配孔５２ｃ及び第４分配孔５２ｄとを備えている。
【００１６】
図１から理解できる様に第１分配孔５２ａ、第２分配孔５２ｂ、第３分配孔５２ｃ及び第４分配孔５２ｄの各軸芯は、筒部５０の軸芯に対して略直交している。
【００１７】
前述の様に分配筒体５はインテークマニホールド１に配置されている。具体的にはインテークマニホールド１のうち、排気ガス還流通路２の端部のフランジ部２ａを固定する固定面１ｒと該フランジ部２ａとで、分配筒体５の取付フランジ部５５を挟持した状態で、取付フランジ部５５の取付孔５５ｉにボルト５５ｋを挿通し、これにより分配筒体５はインテークマニホールド１の固定面１ｒに固定されている。なお取付フランジ部５５と固定面１ｒとの境界にガスケットを介在させても良い。また取付フランジ部５５とフランジ部２ａとの境界にガスケットを介在させても良い。このガスケットは弾性材料で形成されており、シール性の向上、該境界における断熱性の向上を図り得る。
【００１８】
この様に分配筒体５が固定されている状態では、図１に示す様に、分配筒体５の筒部５０は供給室１１の略中央域に配置されており、その先端部５ｘは仮想線Ｍ（第１分岐通路１３ａの始端と第４分岐通路１３ｄの始端とを仮想的につなぐ線）よりも先方側に位置しており、第２分岐通路１３ｂ及び第３分岐通路１３ｃの始端側に接近している。
【００１９】
上記の様に分配筒体５が固定されている状態では、図１から理解できる様に、第１分配孔５２ａは第１分岐通路１３ａの始端側に臨み、第２分配孔５２ｂは第２分岐通路１３ｂの始端側に臨み、第３分配孔５２ｃは第３分岐通路１３ｃの始端側に臨み、第４分配孔５２ｄは第４分岐通路１３ｄの始端側に臨む。
【００２０】
図２から理解できる様に第１分配孔５２ａ及び第４分配孔５２ｄの孔径をＤＡとし、第２分配孔５２ｂ及び第３分配孔５２ｃの孔径をＤＢとすると、ＤＡはＤＢよりも大きく設定されている。具体的には孔径ＤＡは９〜１１ｍｍ特に１０ｍｍ、孔径ＤＢは７〜８．５ｍｍ特に８ｍｍに設定されている。均一分配性を確保するためである。但しこの値に限定されるものではなく、エンジン排気量及び排ガスの供給流量に応じて設定されるものである。
【００２１】
なお分配筒体５はアルミ系合金、鉄系、チタン系等の金属製である。
【００２２】
図４において排気ガスにより回転するターボチャージャ３８が気流送給通路３に装備されている。図４から理解できる様に排気ガス還流通路２は内燃機関の排気ポートと分配筒体５とをつないでいる。排気ガス還流通路２にはＥＧＲバルブ２８が装備されている。制御装置（図示せず）によりＥＧＲバルブ２８の弁体２９が矢印Ｘ１方向に作動して開放作動されると、排気ガス還流通路２が開放し、内燃機関の排気ガスの一部が排気ガス還流通路２及びＥＧＲバルブ２８を経て、つまり矢印Ｋ１方向、矢印Ｔ１方向に流れ、インテークマニホールド１の分配筒体５に供給される。
【００２３】
さて図４から理解できる様にターボチャージャ３８が回転駆動すると、そのコンプレッサ用インペラー３８ａの回転により燃焼用の空気は気流送給通路３を矢印Ｙ１方向及び矢印Ｙ２方向に通過し、インテークマニホールド１の空気供給口１５から供給室１１に供給される。供給室１１に供給された空気は第１分岐通路１３ａ〜第４分岐通路１３ｄに分配され、更に内燃機関の第１気筒Ｓ１〜第４気筒Ｓ４にそれぞれ分配供給される。
【００２４】
また、内燃機関から排出された排気ガスは排気ガス還流通路２を矢印Ｋ１方向及びＴ１方向に通過し、インテークマニホールド１の排気ガス供給口１０に供給される。そして、排気ガスは分配筒体５の受け通路５１に受けられ、分配筒体５の第１分配孔５２ａ〜第４分配孔５２ｄから第１分岐通路１３ａ〜第４分岐通路１３ｄを経て、内燃機関の各気筒Ｓ１〜Ｓ４に分配される。
【００２５】
即ち図１から理解できる様に、第１分配孔５２ａから吐出された排気ガスは、第１分岐通路１３ａを介して第１気筒Ｓ１に供給され易い。第２分配孔５２ｂから吐出された排気ガスは、第２分岐通路１３ｂを介して第２気筒Ｓ２に供給され易い。第３分配孔５２ｃから吐出された排気ガスは、第３分岐通路１３ｃを介して第３気筒Ｓ３に供給され易い。第４分配孔５２ｄから吐出された排気ガスは、第４分岐通路１３ｄを介して第４気筒Ｓ４に供給され易い。
【００２６】
本参考例では分配筒体５の筒部５０は底壁５６を備えているため、分配筒体５の受け通路５１に供給された排気ガスが筒部５０の底壁５６側から抜けることを阻止できる。従って、第１分配孔５２ａ〜第４分配孔５２ｄからの均一分配性の確保に一層有利である。
【００２７】
この様に本参考例ではＥＧＲバルブ２８が開放作動する際には、燃焼用の空気と共に排気ガスの一部が内燃機関に供給されるので、燃焼温度の低減、窒素酸化物の低減に有利となる。
【００２８】
本参考例では図１から理解できる様に第１分岐通路１３ａ、第４分岐通路１３ｄはインテークマニホールド１の両端側に位置するものであり、一方、第２分岐通路１３ｂ、第３分岐通路１３ｃはインテークマニホールド１の中央側に位置するものである。従って、第１分岐通路１３ａ、第４分岐通路１３ｄは第２分岐通路１３ｂ、第３分岐通路１３ｃよりも排気ガスの供給が若干制約されるおそれがある。この点本実施例では前述の様に第１分配孔５２ａ及び第４分配孔５２ｄの孔径ＤＡは、第２分配孔５２ｂ及び第３分配孔５２ｄの孔径ＤＢよりも大きく設定されている。従って第１分岐通路１３ａ、第４分岐通路１３ｄへの排気ガスの供給性は確保され、均一分配性の向上に有利である。
【００２９】
更に本参考例では図３から理解できる様に、排気ガスは矢印Ｔ１方向に流れてインテークマニホールド１内に還流される。この排気ガスは高温（例えば３００〜４５０°Ｃ程度）である。この排気ガスは図３から理解できる様に金属製の分配筒体５で受けられる。従って、インテークマニホールド１を構成する壁体に高温の排気ガスが直接あたる度合を軽減できる。よってインテークマニホールド１の材質を樹脂系とした場合であっても、インテークマニホールド１を構成する樹脂の耐熱性及び耐熱強度を過剰に高めずとも良い効果も期待でき、樹脂を選択する際の自由度の拡大に有利である。この意味においてコスト低減にも貢献できる。
【００３０】
加えて本参考例では図３から理解できる様に矢印Ｙ２方向に流れてインテークマニホールド１内に供給された燃焼用の空気は、内燃機関の外方の外気から供給されるものであり比較的低温である。かかる比較的低温の燃焼用の空気が分配筒体５の筒部５０に当たるため、分配筒体５の冷却性も確保される。よって、分配筒体５の過熱を軽減または回避するのにも有利である。
【００３１】
さて図４に示す排気ガス還流装置では、排気ガス還流通路２を更に延長してターボチャージャ３８側の部所Ｆ１につなぐことにより、排気ガス還流通路２の排気ガスをターボチャージャ３８のハウジングに導入し、更にその排気ガスをターボチャージャ３８の駆動により内燃機関へ還流する方式を採用することも考えられる（例えば前記した特開平５−７１４２７号公報）。しかしこの場合には図４から理解できる様に上記した部所Ｆ１とＥＧＲバルブ２８との間における還流距離がＬαと長くなると共にターボチャージャ３８下流側から各分岐通路１３にかけても排気ガスが流れることになる。従って、ＥＧＲバルブ２８が閉塞作動して排気ガスの内燃機関への還流を停止した場合には、還流距離Ｌαに対応する長さ及びターボチャージャ３８下流側から各分岐通路１３までの距離に排気ガスが送給されることになるので、ＥＧＲバルブ２８をせっかく閉塞作動しても、まだ還流距離Ｌαぶんの排気ガスが還流してしまい、ＥＧＲ制御の応答性が低下する不具合がある。
【００３２】
この点本参考例では排気ガス還流通路２の排気ガスを内燃機関近傍のインテークマニホールド１に還流するため、還流距離Ｌαの短縮化に有利であり、ＥＧＲ制御の応答性の向上に貢献できる。
【００３３】
なお、上記したインテークマニホールド１を成形型で樹脂成形する場合には、金属製の分配筒体５を成形型のキャビティに配置した状態で、インテークマニホールド１を構成する樹脂を射出成形し、これによりインテークマニホールド１と分配筒体５とを一体的にインサート成形することもできる。
【００３４】
（試験例）
上記した実施例において内燃機関（ディーゼル機関）の回転数１０００〜２０００ｒｐｍ、負荷２．５〜１０ｋｇｍの範囲において、内燃機関のシリンダヘッドの直前で各気筒のＥＧＲ率（１０〜３０％）を測定し、４気筒間のバラツキを標準偏差を作成したところ、標準偏差は極めて小さくなり、均一分配性の向上が確認された。
【００３５】
比較例として同様のインテークマニホールドを用い、従来と同様に分配筒体５を装備しない場合においてもＥＧＲ率を測定したところ、標準偏差は大きかった。
【００３６】
（実施例）
図５〜図７は本発明の実施例を示す。この例では図６に示す様に、第１分岐通路１３ａと第２分岐通路１３ｂとの間には第１案内リブ７ａが板状に突設されている。第２分岐通路１３ｂと第３分岐通路１３ｃとの間には第２案内リブ７ｂが板状に突設されている。第３分岐通路１３ｃと第４分岐通路１３ｄとの間には第３案内リブ７ｃが板状に突設されている。
【００３７】
図６から理解できる様に第１案内リブ７ａの一端は排気ガス供給口１０の近傍に位置していると共に、第１案内リブ７ａの他端は第１分岐通路１３ａと第２分岐通路１３ｂとの境界１３ｍ近傍に位置している。第２案内リブ７ｂの一端は排気ガス供給口１０の近傍に位置していると共に、第２案内リブ７ｂの他端は第２分岐通路１３ｂと第３分岐通路１３ｃとの境界１３ｒ近傍に位置している。第３案内リブ７ｃの一端は排気ガス供給口１０の近傍に位置していると共に、第３案内リブ７ａの他端は第３分岐通路１３ｃと第４分岐通路１３ｄとの境界１３ｎ近傍に位置している。
図７に示す様に第２案内リブ７ｄの高さはＨ１で示されており、比較的低く設定されている。従って吸込効率の低下を防止できる。なお第１案内リブ７ａ、第３案内リブ７ｃの高さも同様にＨ１である。
【００３８】
更にこの例では、図７に示す様にインテークマニホールド１の排気ガス供給口１０の近傍には指向壁８が形成されている。指向壁８は、図示横向きの第１延設壁８０と、図示下向きの第２延設壁８１とを備えている。指向壁８は、排気ガス供給口１０に矢印Ｔ１方向に供給された排気ガスを矢印Ｅ１方向つまり第１案内リブ７ａ〜第３案内リブ７ｃに向けて案内する作用を奏する。
【００３９】
この例においても前記した参考例と同様に、第１案内リブ７ａ〜第３案内リブ７ｃの作用により排気ガスの分配性を向上できる。
【００４０】
更にこの例では第１案内リブ７ａ〜第３案内リブ７ｃは板状であり、気流の流れに沿う向きに配置されている。そのため、排気ガスに含まれる未燃焼物（ディーゼル機関の場合にはパティキュレート等の未燃焼物）が第１案内リブ７ａ〜第３案内リブ７ｃに付着することを軽減できる効果も期待できる。従って、未燃焼物が第１案内リブ７ａ〜第３案内リブ７ｃに堆積することを軽減または回避できる。よって、第１案内リブ７ａ〜第３案内リブ７ｃによる排気ガス案内効果を長期にわたり維持するのに有利である。従って排気ガス還流装置によるＥＧＲ性能を長期にわたり維持するのに有利である。
【００４１】
更にこの例では、第１案内リブ７ａ〜第３案内リブ７ｃによる補強効果も期待できるので、インテークマニホールド１を樹脂系とする場合に適し、インテークマニホールド１の薄肉化、軽量化に有利である。
【００４２】
（他の例）
なお上記したインテークマニホールド１はディーゼル機関にもガソリンで駆動される内燃機関にも適用できるものである。
【００４３】
上記した実施例では分岐通路は４個設けられているが、これに限定されるものではなく、内燃機関の気筒の数に応じて適宜変更できるものである。
【００４４】
その他本発明は上記しかつ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、例えば分配筒体５の材質は金属に限らず樹脂製あるいは繊維強化樹脂でも良い等、要旨を逸脱しない範囲内で必要に応じて適宜選択できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】分配筒体を装備したインテークマニホールドの断面図である。
【図２】分配筒体の斜視図である。
【図３】空気供給口付近のインテークマニホールドの断面図である。
【図４】排気ガス還流装置の要部を模式的に示す構成図である。
【図５】実施例のインテークマニホールドの平面図である。
【図６】実施例のインテークマニホールドの断面図である。
【図７】実施例のインテークマニホールドの異なる方向における断面図である。
【符号の説明】
図中、１はインテークマニホールド、１０は排気ガス供給口、１１は供給室、１２は分岐筒部、１３ａ〜１３ｄは分岐通路、１５は空気供給口、５は分配筒体（分配部材）、５１は受け通路、５２ａ〜５２ｄは分配孔、７ａは第１案内リブ、７ｂは第２案内リブ、７ｃは第３案内リブを示す。

Claims (1)

1. 内燃機関で燃焼される空気が供給される空気供給口と、内燃機関から排出された排気ガスが供給される排気ガス供給口と、該空気供給口及び該排気ガス供給口に対面する供給室と、排気ガスが混合した供給室内の空気を内燃機関の各気筒の燃焼室に分配する適数個の分岐通路とを備えた排気ガス還流用インテークマニホールドであり、
   少なくとも供給室の内壁面には、排気ガスを各分岐通路に案内する板状の案内リブが突設されており、且つ、
   該排気ガス供給口の近傍には、指向壁が形成されており、該指向壁は、該排気ガス供給口から該供給室に供給された排気ガスを該案内リブに向けて案内する下向きの延設壁を有することを特徴とする排気ガス還流用インテークマニホールド。

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