JP4020059B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ブローバイガスやEGRガス等の二次添加ガスを吸気系に供給する吸気装置に関し、特に、二次添加ガスの過冷を防止する技術に関する。
特許文献1にも記載されているように、車両用の内燃機関では、排気の清浄化やアイドルコントロール等の目的で、ブローバイガス,EGRガス,二次空気等の二次添加ガスを吸気系に還流・添加する場合がある。
特開2001−123901号公報
このような二次添加ガスを吸気系に供給する吸気装置では、寒冷地での使用や冷機時等においても二次添加ガスが氷結することのないように、二次添加ガスの温度が過度に低下することを防止する必要がある。特に、吸気側を車両前側、排気側を車両後側とした横置き姿勢で車両に搭載される直列多気筒内燃機関にあっては、二次添加ガスのガス通路の少なくとも一部が吸気側、つまり車両前側に配置されることとなるため、車両前方からの走行風等により二次添加ガスの温度が下がり易く、二次添加ガスの過冷を防止することが重要な課題となる。
本発明は、吸気系へ供給される二次添加ガスが氷結することのないように、二次添加ガスの過冷を有効に防止することを主たる目的としている。
本発明に係る内燃機関の吸気装置は、吸気系へ供給される二次添加ガスが通流するガス通路の一部をなし、内燃機関の車両前側に取り付けられる吸気系部材の車両前側に取り付けられる通路形成体と、この通路形成体の車両前側の外側面を覆うように取り付けられ、遮熱材料からなる遮熱体と、上記遮熱体を挟んで上記通路形成体に固定され、上記遮熱体を通路形成体の車両前側の外側面上に保持する遮熱カバーと、を有することを特徴としている。
本発明によれば、遮熱体により通路形成体の一側面を覆っているため、通路形成体の内部ガス通路を流れる二次添加ガスの急激な温度低下を防止し、二次添加ガスの過冷を有効に防止することができる。
以下、図面を参照して本発明に係る内燃機関の吸気装置の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図8に示すように、この内燃機関10は、直列4気筒エンジンであって、吸気側を車両前側Fr(図8の右側)、排気側を車両後側とする横置き姿勢で車両のエンジンルーム内に搭載される。この内燃機関10は、互いに締結固定されるシリンダブロック11及びシリンダヘッド12を主体とし、シリンダヘッド12の上方にはカムブラケット14を挟んでロッカーカバー13が取り付けられている。シリンダヘッド12の吸気側の側面には、#1〜#4気筒の燃焼室へ連なる4つの吸気ポート15が直列に開口するマニホールド取付座面16が形成されており、このマニホールド取付座面16に吸気マニホールド20のヘッド取付フランジ部27が取り付けられている。また、排気ポート(図示省略)が開口するシリンダヘッド12の排気側の側面には排気マニホールド17が取り付けられている。
吸気マニホールド20は、機能的には、上流側の一つの吸気コレクタ21と、この吸気コレクタ21より分岐して、シリンダヘッド12の4つの吸気ポート15にそれぞれ接続する4本の、すなわち気筒数の吸気ブランチ22と、により大略構成されている。吸気コレクタ21は、ロッカーカバー13の略上方に位置し、吸気ブランチ22は、内燃機関10の車両前方・上方側を囲うように湾曲しつつ延び、吸気コレクタ21と吸気ポート15とを接続している。
また、吸気マニホールド20は、構造的には、軽量且つ安価な樹脂材料からなる3つの第1,第2,第3マニホールド分割体23,24,25により大略構成されている。上記の吸気ブランチ22は第1,第2マニホールド分割体23,24が互いに接合されるブランチ合わせ部26に沿って形成されている。第1マニホールド分割体23は第2マニホールド分割体24よりも外周側(機関10から遠い側)に配置され、第2マニホールド分割体24は第1マニホールド分割体23よりも内周側、つまり機関10寄りに配置されている。上記のヘッド取付フランジ部27は第2マニホールド分割体24の下流側の端部に形成されている。上記の吸気コレクタ21は第2マニホールド分割体24の上流側の端部と第3マニホールド分割体25とが互いに接合されるコレクタ合わせ部28に沿って形成されている。
図7に示すように、吸気ブランチ22には、吸気のガス流動を強化する目的で、吸気制御弁としてのTCV(タンブルコントロールバルブ)29が配設されている。TCV29は、4つの吸気ブランチ22のそれぞれに配設され、共通の軸29aを介してTCVアクチュエータ29bにより駆動制御される。TCV29により例えば吸気通路の一部を閉じることにより、シリンダ内のタンブル流動成分を強化して、燃焼安定性の向上等を図ることができる。なお、図示していないが、好ましくはTCV29よりも下流側に位置する吸気ポート15に、この吸気ポート15内をTCV29により遮蔽される部分と遮蔽されない部分とに仕切る隔壁が設けられる。
この内燃機関10には、主として排気清浄化の目的で、ピストンリングの隙間からクランクケースに漏れた二次添加ガスとしてのブローバイガスを、周知の流量制御弁(いわゆるブローバイ・コントロール・バルブ)を介して吸気系へ導入するブローバイガス還元装置が設けられている。ブローバイガスは、吸気マニホールド20に取り付けられた通路形成体30(図1〜6参照)の内部に形成される内部ガス通路31や、吸気マニホールド20内に形成される3本のマニホールド通路41〜43等を経由して、4本の吸気ブランチ22内の吸気通路にそれぞれ分配して供給される。
図6及び図7を参照して、マニホールド通路41〜43は、各#1〜#4気筒の吸気ブランチ22内の吸気通路(又は吸気ポート15)に開口部41a,42a,43aでそれぞれ開口している。これらの開口部41a,42a,43aは、ブローバイガスによってTCV29の汚損や固着を招くことのないように、TCV29よりも下流側(燃焼室側)の位置に設定されている。この実施形態では、開口部41a,42a,43aがヘッド取付フランジ部27の取付面に凹設されていて、容易に型成形できるようになっている。なお、両側の第1,第3マニホールド通路41,43はそれぞれ#1気筒と#4気筒の吸気通路に接続しており、中央の第2マニホールド通路42は、開口部42aで分岐して#2,#3気筒の吸気通路に接続している。
マニホールド通路41〜43は、フランジ状をなすブランチ合わせ部26に予め溝状に凹設されていて、両分割体23,24をブランチ合わせ部26で溶着して密着させることにより閉断面の通路としてブランチ合わせ部26に沿って形成される。従って、型成形される吸気マニホールド20に容易にマニホールド通路41〜43を一体的に形成することができる。なお、この実施形態では、図6に示すように、隣り合う吸気ブランチ22の間であって、かつ、マニホールド通路41〜43のない部分、すなわち#1,#2気筒間及び#3,#4気筒間に、軽量化や排気側へ走行風を送り込む目的で、開放部26aを形成している。
通路形成体30は、全周にわたって形成されたフランジ状をなす周縁合わせ部32に沿って互いに溶着より密着状態で接合される一対の第1,第2分割薄板部33,34により構成されている。分割薄板部33,34は、軽量且つ安価な樹脂材料により薄板状に型成形される。内部ガス通路31は、容易に型成形できるように、上側(吸気マニホールド20から遠い側)の第2分割薄板部34の内面に予め溝状に凹設されていて、分割薄板部33,34を互いに接合することにより閉断面の通路として形成される。つまり、一対の分割薄板部33,34は内部ガス通路31を形成する半割型の構成となっている。
この内部ガス通路31は、上流側の一本の主通路35と、この主通路35から二股状に分岐する分岐通路36(36a,36b)と、により大略構成されている。主通路35は、通路形成体30の#1気筒側の端部付近に形成されたパイプ状の導入管部37に導入口37aを介して連通しており、かつ、通路形成体30の長手方向に沿って延びている。導入管部37には、ブローバイガス通路の一部をなすガス配管(図示省略)が取り付けられる。2つの分岐通路36a,36bは、主通路35との接続位置39から両側へ延びており、つまり通路形成体30の長手方向に沿って主通路35と平行に一直線上に延びており、3つの出口孔38a〜38cを通して、3本のマニホールド通路41〜43にそれぞれ連通している。つまり、通路形成体30は、ブローバイガスを3つのマニホールド通路41〜43へ分配して供給する機能を有している。図6に示すように、第1出口孔38aは#1気筒の吸気ブランチ22近傍、より具体的には#1気筒の吸気ブランチ22よりも外側(#2気筒の吸気ブランチ22から遠い側)に配置されている。第2出口孔38bは、#2気筒と#3気筒の吸気ブランチ22の間に配置されている。#3出口孔38cは、#4気筒の近傍、より具体的には#4気筒の吸気ブランチ22よりも外側(#3気筒の吸気ブランチ22から遠い側)に配置されている。これら3箇所の出口孔38a〜38cの部分で、吸気マニホールド20寄りの第1分割薄板部33が、吸気マニホールド20の3つの取付ボス部44に、溶着により接合されている。なお、これら取付ボス部44には、上記のマニホールド通路41〜43の一端がそれぞれ開口している。
図2や図6にも示すように、分岐通路36の一部36aは、主通路35から逆向きに折り返され、第2分割薄板部34の内面より張り出した帯状の仕切壁部40(図3及び図4参照)を挟んで主通路35に隣接しており、かつ、この主通路35と平行に延びている。このため、比較的温度の高い主通路35の熱により分岐通路36の一部36aの温度低下を抑制することができ、この部分36aの過冷を確実に防止することができる。特に、内部ガス通路31の中でも、流量が少なく、かつ、通路長の長い#1気筒近傍の分岐通路36の部分36aの温度が低下し易く、この部分36aが主通路35に隣接するように設定されているので、分岐通路の過冷を有効に防止することができる。
温度低下の抑制化と内部ガス通路31の短縮化とを両立させるように、主通路35から分岐通路36への分岐位置39は、導入口37aから遠い第3出口孔38cと第2出口孔38bとの中間位置に設定され、言い換えると、#3気筒の近傍、あるいは#3気筒と#4気筒の間に設定されている。
通路形成体30は、4本の吸気ブランチ22を横切るように長手方向(図6の左右方向)に延びる扁平形状をなしている。この通路形成体30には、図1にも示すように、遮熱体(断熱体)51を挟んで、樹脂製の遮熱カバー52が3本のカバーボルト53(又はリベット等の固定手段)により固定されている。遮熱体51は、遮熱性・断熱性に優れた遮熱材料により成形され、通路形成体30の車両前方Fr側の外側面54をほぼ全面にわたって覆うように、この外側面54上に層状に組み付けられている。遮熱体51は、例えば遮熱性・断熱性に優れたスポンジ状の発泡材料からなり、圧縮状態でカバー52と通路形成体30とにより保持されている。すなわち、層状に重ね合わされた通路形成体30,遮熱体51及び遮熱カバー52がコンパクトな通路ユニット55を構成しており、この通路ユニット55が吸気マニホールド20に取り付けられている。なお、図1や図4にも示すように、第2分割薄板部34には、ボルト53が螺合する3つのボルトボス56が一体的に形成されており、遮熱体51には、上記のボルトボス56との干渉を回避するように、3つの凹部57が形成されている。
上述したように、吸気側を車両前側Frとして車両に横置きされる内燃機関10では、吸気マニホールド20が車両前側Frに取り付けられ、この吸気マニホールド20の車両前側Frに、通路形成体30が取り付けられる。また、通路形成体30は、車両前方へ張り出した吸気マニホールド20の下流側部位に取り付けられている。このため、仮に本実施形態のような遮熱体51や遮熱カバー52が無いとすると、通路形成体30の外側面54が車両前側Frへ表出することとなり、車両走行風等の影響を受け易く、内部ガス通路31の温度低下を招き易い。本実施形態では、このような外側面54を遮熱体51により層状に覆っているため、内部ガス通路31の温度低下を有効に抑制・低減することができる。実機実験結果では遮熱体51により5℃程度の効果が得られることが確認された。このように、吸気側を車両前側Frとして搭載される内燃機関10であって、通路形成体30の外側面54が車両前側Frを指向するものであっても、上記の遮熱体51によって、この通路形成体30の内部ガス通路31の過度な温度低下を抑制し、氷結の発生を確実に防止することができる。
以上のように本発明を具体的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、二次添加ガスとしてはブローバイガスの他にEGRガスやアイドルコントロール用の二次空気等が挙げられる。吸気マニホールドは、樹脂製に限らず、アルミ合金製等であっても良い。内燃機関は、直列4気筒に限らず、直列6気筒等の他の形式であっても良い。
本発明に係る内燃機関の吸気装置の一実施形態を示し、通路ユニットを分解した状態での吸気マニホールドの斜視図。 図1の通路ユニットを吸気マニホールドに取り付けた状態での斜視図。 図2のIII−III線に沿う断面図。 図2のIV−IV線に沿う断面図。 図2のV−V線に沿う断面図。 本実施形態の吸気装置を示す内燃機関の吸気側の側面図。 上記吸気マニホールドを単体で示す背面図。 本実施形態を適用した内燃機関の断面図。
符号の説明
20…吸気マニホールド
22…吸気ブランチ
30…通路形成体
31…内部ガス通路
32…周縁合わせ部
33,34…分割薄板部
35…主通路
36…分岐通路
41〜43…マニホールド通路
41a〜43a…開口部
51…遮熱体
52…遮熱カバー

Claims (11)

  1. 吸気系へ供給される二次添加ガスが通流するガス通路の一部をなし、内燃機関の車両前側に取り付けられる吸気系部材の車両前側に取り付けられる通路形成体と、
    この通路形成体の車両前側の外側面を覆うように取り付けられ、遮熱材料からなる遮熱体と、
    上記遮熱体を挟んで上記通路形成体に固定され、上記遮熱体を通路形成体の車両前側の外側面上に保持する遮熱カバーと、
    を有する内燃機関の吸気装置。
  2. 上記内燃機関が、吸気側を車両前側とする横置き姿勢で車両に搭載されている請求項1に記載の内燃機関の吸気装置。
  3. 上記通路形成体には、ガス通路として、上流側の主通路と、この主通路から分岐する分岐通路と、が形成される請求項1又は2に記載の内燃機関の吸気装置。
  4. 上記主通路が通路形成体の長手方向に沿って延びており、
    上記分岐通路の一部が、上記主通路から折り返され、この主通路に隣接して略平行に延びている請求項3に記載の内燃機関の吸気装置。
  5. 上記主通路の上流側の導入口が、上記通路形成体の気筒列方向の一端側に形成されており、
    上記分岐通路の一部が主通路から折り返され、その下流側の出口孔が上記気筒列方向の一端側に形成されている請求項3又は4に記載の内燃機関の吸気装置。
  6. 上記遮熱体が発泡材料からなる請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
  7. 上記通路形成体は、周縁合わせ部で互いに接合される一対の分割薄板部により構成され、
    内面が予め凹設された一対の分割薄板部を接合することによりガス通路が形成される請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
  8. 上記通路形成体が吸気マニホールドに取り付けられ、
    この吸気マニホールドに、上記ガス通路の一部をなすマニホールド通路が形成され、通路形成体からの二次添加ガスがマニホールド通路に通流する請求項1〜7のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
  9. 上記吸気マニホールドが、ブランチ合わせ部で互いに接合されて、複数の吸気ブランチを形成する第1及び第2マニホールド分割体を有し、
    上記マニホールド通路が上記ブランチ合わせ部に沿って形成されている請求項8に記載の内燃機関の吸気装置。
  10. 上記吸気マニホールドの複数の吸気ブランチにそれぞれ吸気制御弁が配設され、
    上記マニホールド通路は、上記吸気制御弁よりも下流側の位置で、上記複数の吸気ブランチ内の吸気通路にそれぞれ開口している請求項8又は9に記載の内燃機関の吸気装置。
  11. 上記二次添加ガスがブローバイガスである請求項1〜10のいずれかに記載の内燃機関の吸気装置。
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