JP4657250B2 - 吸気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンに吸気を供給する吸気装置に関する。
従来から、吸気装置では、排出ガス中の窒素酸化物低減や部分負荷時の燃費向上を目的として、内燃機関からの排気ガスの一部を新気と混合してシリンダに吸入させる技術が広く採用されている（以下、吸気装置において、新気と混合される排気ガスをＥＧＲガスと呼ぶ）。
ところで、ＥＧＲガスは、インテークマニホールドの内部に吹き出され、インテークマニホールドの内部で新気と混合されて各シリンダに吸入される。このため、ＥＧＲガスを各シリンダに均等に吸入させるために、ＥＧＲガスの吹出し口を所定の目標位置に配置する必要がある（例えば、特許文献１参照）。
しかし、ＥＧＲガスの吹出し口（つまり、ＥＧＲインレットの先端）を目標位置に配置するには、ＥＧＲインレットの姿勢を種々に変更しながらＥＧＲインレットの先端を目標位置まで突出させる必要がある。このため、ＥＧＲインレットをインテークマニホールドに組み付ける作業は極めて煩雑であり、吸気装置のコストアップ要因の１つになっている。
また、ＥＧＲインレットの組付作業性を改善するため、インテークマニホールド内部への挿入部の開口径を拡大してＥＧＲインレットの組付作業における姿勢変更の煩雑さを低減する方法も考えられる。しかし、挿入部の開口径が大きいほどインテークマニホールドの剛性が低下するので、単に開口径を大きくする方法は好ましくない。
特開平７−１８９６４３号公報
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、ＥＧＲガスを新気と混合してシリンダに供給する吸気装置において、ＥＧＲインレットのインテークマニホールドへの組付作業性を改善することにある。
〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の吸気装置は、エンジンのシリンダヘッドに接続され、シリンダに順次に吸気を分配するインテークマニホールドと、インテークマニホールドの内部に突出し、ＥＧＲガスのインテークマニホールドの内部への吹出し配管をなすＥＧＲインレットとを備える。また、インテークマニホールドは、ＥＧＲインレットを内部に受け入れるための挿入部を有し、挿入部は、略円筒状に設けられて上側でインテークマニホールドの外部に開口するとともに、下側でインテークマニホールドの内部に開口し、挿入部の軸心は上下方向に平行である。さらに、ＥＧＲインレットの先端は、挿入部からインテークマニホールドの内部に挿入されて所定の目標位置まで突出し、インテークマニホールドの内部にＥＧＲガスを吹き出す吹出し口をなす。
そして、ＥＧＲインレットは、インテークマニホールドの内部で、挿入部の上側開口位置から所定深さ位置まで挿入部と同軸的に配される同軸部分と、所定深さ位置よりも下側で目標位置の方に傾斜する傾斜部分と、傾斜部分から先端に向かい水平方向に直線状に伸びるストレート部とを有する。また、ストレート部の先端には、ＥＧＲガスが水平方向に吹き出るように吹出し口が開口している。
ここで、挿入部の上側の開口径を挿入部開口径Ａ、挿入部の軸心を中心軸とする周方向座標を考えた場合に、挿入部の内、目標位置と略同一の周方向座標を占める部分における挿入部の軸方向長さを挿入部開口深さＢと定義する。また、ストレート部の先端の最上部から挿入部開口深さＢだけ軸方向に上方の位置で挿入部の軸心に垂直な基準平面を想定し、基準平面上のＥＧＲインレットの切断図に含まれる点と、ストレート部の先端の基準平面への垂直投影図に含まれる点との距離の最大値を挿入時最大占有径Ｃ、同軸部分の基準平面への垂直投影図に含まれる点と、ストレート部の先端の基準平面への垂直投影図に含まれる点との距離の最大値を突出方向長さＤと定義すると、挿入時最大占有径Ｃを構成する２点の内、基準平面上のＥＧＲインレットの切断図に含まれる点は傾斜部分に含まれる。また、挿入部開口径Ａは、挿入時最大占有径Ｃよりも大きく、かつ、突出方向長さＤよりも小さい。
これにより、ＥＧＲインレットを周方向に位置決めしておけば、ＥＧＲインレットを径方向および軸方向に直線的に移動させることで、ＥＧＲインレットの先端を目標位置まで突出させることができる（なお、軸方向、周方向および径方向は全て挿入部に対する方向である）。このため、ＥＧＲインレットの先端を目標位置まで突出させるために、ＥＧＲインレットの姿勢を種々に変更する必要がなくなるので、ＥＧＲインレットのインテークマニホールドへの組付作業性を改善することができる。
また、挿入部開口径Ａは、挿入時最大占有径Ｃよりも大きく、かつ、突出方向長さＤよりも小さい範囲で自在に設定できる。このため、インテークマニホールドの剛性が許容範囲に収まるように、挿入部開口径Ａを極小化することができる。
また、ＥＧＲインレットを、インテークマニホールドの内部で、挿入部の上側開口位置から所定深さ位置まで挿入部と同軸的に配し、所定深さ位置よりも下側で目標位置の方に傾斜させることより、ＥＧＲインレットの先端を目標位置まで突出させる作業の一部において、ＥＧＲインレットを軸方向および径方向の両方向に同時に移動させることができる。このため、ＥＧＲインレットの先端を目標位置まで突出させる作業を、さらに簡略化できる。
また、ＥＧＲインレットの先端部は、傾斜部分から先端に向かい水平方向に直線状に伸びるストレート部であり、ストレート部の先端には、ＥＧＲガスが水平方向に吹き出るように吹出し口が開口している。
これにより、ＥＧＲインレットからのＥＧＲガスの吹出し方向を安定させることができる。
〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の吸気装置によれば、インテークマニホールドは、一端から他端に向かい列状に並んで設けられ、上流端がサージタンクに開口するとともに下流端がシリンダヘッドに接続してサージタンクからシリンダに吸気を導出する複数の導出管と、サージタンクの一端側または他端側のいずれかに接続してサージタンクに吸気を導入する導入管とを有する。そして、ＥＧＲインレットの先端は、導入管のサージタンクへの接続部を目標位置とする。
これにより、ＥＧＲガスの各シリンダへの吸入が均等になる。
〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の吸気装置によれば、インテークマニホールドは、樹脂を素材として設けられ、ＥＧＲインレットは、本管の外周側に外周管を有し、外周管は、挿入部に接続されるとともに挿入部の上側で縮径して本管に接合されている。
これにより、インテークマニホールドが樹脂を素材として設けられている場合に、ＥＧＲインレットの本管を挿入部に直接的に接続することによる問題を回避できる。
すなわち、インテークマニホールドでは、近年の軽量化や吸気温低下の推進に伴い、ポリアミド６等の樹脂を素材に設けられるものが多くなっている。一方、ＥＧＲインレットの本管を通過するＥＧＲガスは２００℃強の高温であるため、本管を樹脂製インテークマニホールドの挿入部に直接的に接続すると、挿入部は、本管を経由するＥＧＲガスからの伝熱により樹脂の融点に近い温度まで加熱されてしまう。このため、インテークマニホールドに樹脂の溶融や高温劣化などの問題が発生する。
このような問題に対し、本管の外周側に外周管を設けて外周管を挿入部に接続するとともに挿入部の上側で外周管を縮径させて本管に接合することで、ＥＧＲガスから挿入部への伝熱は本管および外周管を経由する。このため、ＥＧＲガスから挿入部への伝熱は、本管を直接的に挿入部に接続する場合よりも緩和される。また、挿入部および外周管は、外周管内周側の吸気および外周管外周側の外気により両側から冷却される。このため、インテークマニホールドが樹脂を素材として設けられていても、ＥＧＲガスからの伝熱による樹脂の溶融や高温劣化などの問題を回避できる。
最良の形態の吸気装置は、エンジンのシリンダヘッドに接続され、シリンダに順次に吸気を分配するインテークマニホールドと、インテークマニホールドの内部に突出し、ＥＧＲガスのインテークマニホールドの内部への吹出し配管をなすＥＧＲインレットとを備える。また、インテークマニホールドは、ＥＧＲインレットを内部に受け入れるための挿入部を有し、挿入部は、略円筒状に設けられて上側でインテークマニホールドの外部に開口するとともに、下側でインテークマニホールドの内部に開口し、挿入部の軸心は上下方向に平行である。さらに、ＥＧＲインレットの先端は、挿入部からインテークマニホールドの内部に挿入されて所定の目標位置まで突出し、インテークマニホールドの内部にＥＧＲガスを吹き出す吹出し口をなす。
そして、ＥＧＲインレットは、インテークマニホールドの内部で、挿入部の上側開口位置から所定深さ位置まで挿入部と同軸的に配される同軸部分と、所定深さ位置よりも下側で目標位置の方に傾斜する傾斜部分と、傾斜部分から先端に向かい水平方向に直線状に伸びるストレート部とを有する。また、ストレート部の先端には、ＥＧＲガスが水平方向に吹き出るように吹出し口が開口している。
ここで、挿入部の上側の開口径を挿入部開口径Ａ、挿入部の軸心を中心軸とする周方向座標を考えた場合に、挿入部の内、目標位置と略同一の周方向座標を占める部分における挿入部の軸方向長さを挿入部開口深さＢと定義する。また、ストレート部の先端の最上部から挿入部開口深さＢだけ軸方向に上方の位置で挿入部の軸心に垂直な基準平面を想定し、基準平面上のＥＧＲインレットの切断図に含まれる点と、ストレート部の先端の基準平面への垂直投影図に含まれる点との距離の最大値を挿入時最大占有径Ｃ、同軸部分の基準平面への垂直投影図に含まれる点と、ストレート部の先端の基準平面への垂直投影図に含まれる点との距離の最大値を突出方向長さＤと定義すると、挿入時最大占有径Ｃを構成する２点の内、基準平面上のＥＧＲインレットの切断図に含まれる点は傾斜部分に含まれる。また、挿入部開口径Ａは、挿入時最大占有径Ｃよりも大きく、かつ、突出方向長さＤよりも小さい。
また、インテークマニホールドは、一端から他端に向かい列状に並んで設けられ、上流端がサージタンクに開口するとともに下流端がシリンダヘッドに接続してサージタンクからシリンダに吸気を導出する複数の導出管と、サージタンクの一端側または他端側のいずれかに接続してサージタンクに吸気を導入する導入管とを有する。そして、ＥＧＲインレットの先端は、導入管のサージタンクへの接続部を目標位置とする。
さらに、インテークマニホールドは、樹脂を素材として設けられ、ＥＧＲインレットは、本管の外周側に外周管を有し、外周管は、挿入部に接続されるとともに挿入部の上側で縮径して本管に接合されている。
〔実施例１の構成〕
実施例１の吸気装置１の構成を、図１ないし図３を用いて説明する。
吸気装置１は、エンジン（図示せず）に吸気を供給するものであり、例えば、隣り合う８つのシリンダ（図示せず）が交互に左右に振り分けられて設けられるＶ型８気筒のエンジンに装着される。そして、吸気装置１は、エンジンからの排出ガスに含まれる窒素酸化物の低減や部分負荷時の燃費向上を目的として、インテークマニホールド２の内部に排気ガスの一部を導き新気と混合してシリンダに吸入させる（以下、インテークマニホールド２において、新気と混合される排気ガスをＥＧＲガスと呼ぶ）。
すなわち、この吸気装置１は、エンジンのシリンダヘッド（図示せず）に接続され、シリンダに順次に吸気を分配するインテークマニホールド２と、インテークマニホールド２の内部に突出し、ＥＧＲガスのインテークマニホールド２の内部への吹出し配管をなすＥＧＲインレット３とを備える。そして、ＥＧＲガスは、エンジンのエキゾーストマニホールド（図示せず）やシリンダヘッドの排気ポートから取り出されるとともに、所定のバルブ装置（ＥＧＲバルブ装置：図示せず）により流量調整されてＥＧＲインレット３に導かれ、インテークマニホールド２の内部に吹出される。
インテークマニホールド２は、サージタンク４からシリンダに吸気を導出する複数の導出管５と、サージタンク４に新気を導入する導入管６とを有する。導出管５は、一端から他端に向かい列状に並んで設けられ、上流端がサージタンク４に開口するとともに下流端がシリンダヘッドに接続する。また、導入管６は、サージタンク４の一端側に接続する。
そして、導出管５は、図２に示すように、インテークマニホールド２の外周に沿うように設けられ、シリンダヘッドへの接続端９をなす下流端は、交互に左右に振り分けられている。また、導出管５の上流端は２箇所でサージタンク４に開口し、一方の上流端（以下、開口端１０とする）はサージタンク４の下部に開口し、他方の上流端（以下、開口端１１とする）はサージタンク４の上部に開口する。なお、開口端１０、１１も交互に左右に振り分けられている。
また、導入管６は、上流端がスロットルボディ（図示せず）に接続する。
そして、インテークマニホールド２は、エンジンの運転状態に応じた吸気を供給するため、全ての開口端１１の内部に弁体１２を有する。すなわち、弁体１２により開口端１１が閉鎖されると、サージタンク４の吸気は、開口端１０のみから導出管６に吸入されてシリンダに供給される。また、開口端１１が開放されると、サージタンク４の吸気は、主に開口端１１から導出管５に吸入されてシリンダに供給される。すなわち、開口端１１が開放されると、吸気は、導出管５を大幅にバイパスしてシリンダに供給される。なお、弁体１２は、吸気により生じる負圧を駆動源として作動する負圧アクチュエータ１３から駆動力を得て回動する。
また、インテークマニホールド２の導入管６には、ＥＧＲインレット３を内部に受け入れるための挿入部１６が設けられている。挿入部１６は、略円筒状に設けられて上側でインテークマニホールド２の外部に開口するとともに、下側でインテークマニホールド２の内部に開口し、挿入部１６の軸心は上下方向に平行である（以下の説明では、「軸方向」、「周方向」および「径方向」という場合、全て、挿入部１６に関する方向であるものとする。また、上下方向は軸方向に一致する）。
なお、インテークマニホールド２は、導出管５、導入管６および挿入部１６等を含む本体が、例えばポリアミド６のような樹脂を素材として設けられている。
ＥＧＲインレット３は、先端が挿入部１６からインテークマニホールド２の内部に挿入されて所定の目標位置まで突出し、インテークマニホールド２の内部にＥＧＲガスを吹き出す吹出し口１７をなす。すなわち、ＥＧＲインレット３は、インテークマニホールド２の内部で、挿入部１６の上側開口位置から所定深さ位置まで挿入部１６と同軸的に配される同軸部分３ａと、所定深さ位置よりも下側で目標位置の方に傾斜する傾斜部分３ｂと、傾斜部分３ｂから先端に向かい水平方向に直線状に伸び、ＥＧＲインレット３の先端部をなすストレート部１８とを有する。そして、吹出し口１７は、ストレート部１８の先端において、ＥＧＲガスが水平方向に吹き出るように開口している。なお、ＥＧＲインレット３の先端が配される目標位置は、導入管６のサージタンク４への接続部であり、吹出し口１７は、サージタンク４に臨むように開口する。また、ＥＧＲインレット３は、挿入部１６に接続される外周管１９を有する。外周管１９は、ＥＧＲガスが流れる本管２０の外周側に配され、挿入部１６の上側で縮径して本管２０に接合されている。
ここで、図３に示すように、挿入部１６の上側の開口径を挿入部開口径Ａ、挿入部１６の軸心を中心軸とする周方向座標を考えた場合に、挿入部１６の内、目標位置と略同一の周方向座標を占める部分における挿入部１６の軸方向長さを挿入部開口深さＢと定義する（なお、図３は、上記のような周方向座標および挿入部１６の軸心を含む切断面を想定し、この切断面によるインテークマニホールド２の内部断面図である）。
また、ストレート部１８の先端の最上部から挿入部開口深さＢだけ軸方向に上方の位置で挿入部１６の軸心に垂直な基準平面を想定し、基準平面上のＥＧＲインレット３の切断図に含まれる点と、ストレート部１８の先端の基準平面への垂直投影図に含まれる点との距離の最大値を挿入時最大占有径Ｃと定義すると、挿入時最大占有径Ｃを構成する２点の内、基準平面上のＥＧＲインレット３の切断図に含まれる点は傾斜部分３ｂに含まれる。
さらに、同軸部分３ａの基準平面への垂直投影図に含まれる点と、ストレート部１８の先端の基準平面への垂直投影図に含まれる点との距離の最大値を突出方向長さＤと定義すると、挿入部開口径Ａは、挿入時最大占有径Ｃよりも大きく、かつ、突出方向長さＤよりも小さい。
〔実施例１の効果〕
実施例１の吸気装置１によれば、ＥＧＲインレット３をインテークマニホールド２の内部に受け入れるための挿入部１６は略円筒状に設けられ、ＥＧＲインレット３の先端部であるストレート部１８の先端はインテークマニホールド２の内部で所定の目標位置まで突出する。そして、ストレート部１８の先端の最上部から挿入部開口深さＢだけ軸方向に上方の位置で挿入部１６の軸心に垂直な基準平面を想定し、基準平面上のＥＧＲインレット３の切断図に含まれる点と、ストレート部１８の先端の基準平面への垂直投影図に含まれる点との距離の最大値を挿入時最大占有径Ｃと定義すると、挿入時最大占有径Ｃを構成する２点の内、基準平面上のＥＧＲインレット３の切断図に含まれる点は傾斜部分３ｂに含まれる。また、ＥＧＲインレット３の同軸部分３ａの基準平面への垂直投影図に含まれる点と、ストレート部１８の先端の基準平面への垂直投影図に含まれる点との距離の最大値を突出方向長さＤと定義すると、挿入部開口径Ａは、挿入時最大占有径Ｃよりも大きく、かつ、突出方向長さＤよりも小さい。
これにより、ＥＧＲインレット３を周方向に位置決めしておけば、ＥＧＲインレット３を径方向および軸方向に直線的に移動させることで、ＥＧＲインレット３の先端（ストレート部１８の先端）を目標位置まで突出させることができる。このため、ＥＧＲインレット３の先端を目標位置まで突出させるために、ＥＧＲインレット３の姿勢を種々に変更する必要がなくなるので、ＥＧＲインレット３のインテークマニホールド２への組付作業性を改善することができる。また、挿入部開口径Ａは、挿入時最大占有径Ｃよりも大きく、かつ、突出方向長さＤよりも小さい範囲で自在に設定できる。
このため、インテークマニホールド２の剛性が許容範囲に収まるように、挿入部開口径Ａを極小化することができる。
また、ＥＧＲインレット３の先端部は、傾斜部分３ｂから先端に向かい水平方向に直線状に伸びるストレート部１８をなす。
これにより、ＥＧＲインレット３からのＥＧＲガスの吹出し方向を安定させることができる。
また、インテークマニホールド２において、サージタンク４からシリンダへの吸気の導出管５は、一端から他端に向かいに列状に並んで設けられ、サージタンク４への新気の導入管６は、サージタンク４の一端側に接続する。そして、ＥＧＲインレット３の先端が配される目標位置は、導入管６のサージタンク４への接続部である。
これにより、ＥＧＲガスの各シリンダへの吸入が均等になる。
また、ＥＧＲインレット３は、挿入部１６の内部で、挿入部１６の上側開口位置から所定深さ位置まで挿入部１６と同軸的に配される同軸部分３ａ、所定深さ位置よりも下側で目標位置の方に傾斜してストレート部１８に接続する傾斜部分３ｂを有する。
これにより、ＥＧＲインレット３の先端（ストレート部１８の先端）を目標位置まで突出させる作業の一部において、ＥＧＲインレット３を軸方向および径方向の両方向に同時に移動させることができる。このため、ＥＧＲインレット３の先端を目標位置まで突出させる作業を、さらに簡略化できる。
また、ＥＧＲインレット３は、挿入部１６に接続される外周管１９を有し、外周管１９は、挿入部１６の上側で縮径して本管２０に接合されている。
これにより、本管２０を流れるＥＧＲガスから挿入部１６への伝熱は本管２０および外周管１９を経由する。このため、本管２０を流れるＥＧＲガスから挿入部１６への伝熱は、本管２０を直接的に挿入部１６に接続する場合よりも緩和される。また、挿入部１６および外周管１９は、外周管１９の内周側の吸気および外周管１９の外周側の外気により両側から冷却される。このため、インテークマニホールド２が樹脂を素材として設けられていても、ＥＧＲガスからの伝熱による樹脂の溶融や高温劣化などの問題を回避できる。
〔変形例〕
実施例１の吸気装置１は、Ｖ型エンジンに吸気を供給するものであったが、直列型エンジンや水平対向型エンジンに吸気装置１を採用することもできる。
また、実施例１のＥＧＲインレット３は、挿入部１６の内部で、同軸部分３ａと傾斜部分３ｂとが接続していたが、挿入部１６よりも下側で同軸部分３ａと傾斜部分３ｂとが接続するようにしてもよい。
吸気装置の斜視図である。 吸気装置の内部を示す断面図である。 吸気装置の要部を示す部分断面図である。
符号の説明
１ 吸気装置
２ インテークマニホールド
３ ＥＧＲインレット
３ａ 同軸部分
３ｂ 傾斜部分
４ サージタンク
５ 導出管
６ 導入管
１６ 挿入部
１７ 吹出し口
１８ ストレート部
１９ 外周管
２０ 本管

Claims (3)

  1. エンジンのシリンダヘッドに接続され、シリンダに順次に吸気を分配するインテークマニホールドと、
    このインテークマニホールドの内部に突出し、ＥＧＲガスの前記インテークマニホールドの内部への吹出し配管をなすＥＧＲインレットとを備える吸気装置において、
    前記インテークマニホールドは、前記ＥＧＲインレットを内部に受け入れるための挿入部を有し、
    この挿入部は、略円筒状に設けられて上側で前記インテークマニホールドの外部に開口するとともに、下側で前記インテークマニホールドの内部に開口し、前記挿入部の軸心は上下方向に平行であり、
    前記ＥＧＲインレットの先端は、前記挿入部から前記インテークマニホールドの内部に挿入されて所定の目標位置まで突出し、前記インテークマニホールドの内部にＥＧＲガスを吹き出す吹出し口をなし、
    前記ＥＧＲインレットは、前記インテークマニホールドの内部で、前記挿入部の上側開口位置から所定深さ位置まで前記挿入部と同軸的に配される同軸部分と、前記所定深さ位置よりも下側で前記目標位置の方に傾斜する傾斜部分と、この傾斜部分から先端に向かい水平方向に直線状に伸びるストレート部とを有し、
    このストレート部の先端には、ＥＧＲガスが水平方向に吹き出るように前記吹出し口が開口しており、
    前記挿入部の上側の開口径を挿入部開口径Ａ、
    前記挿入部の軸心を中心軸とする周方向座標を考えた場合に、前記挿入部の内、前記目標位置と略同一の周方向座標を占める部分における前記挿入部の軸方向長さを挿入部開口深さＢ、
    前記ストレート部の先端の最上部から前記挿入部開口深さＢだけ軸方向に上方の位置で前記挿入部の軸心に垂直な基準平面を想定し、この基準平面上の前記ＥＧＲインレットの切断図に含まれる点と、前記ストレート部の先端の前記基準平面への垂直投影図に含まれる点との距離の最大値を挿入時最大占有径Ｃ、
    前記同軸部分の前記基準平面への垂直投影図に含まれる点と、前記ストレート部の先端の前記基準平面への垂直投影図に含まれる点との距離の最大値を突出方向長さＤと定義すると、
    前記挿入時最大占有径Ｃを構成する２点の内、前記基準平面上の前記ＥＧＲインレットの切断図に含まれる点は、前記傾斜部分に含まれ、
    前記挿入部開口径Ａは、前記挿入時最大占有径Ｃよりも大きく、かつ、前記突出方向長さＤよりも小さいことを特徴とする吸気装置。
  2. 請求項１に記載の吸気装置において、
    前記インテークマニホールドは、
    一端から他端に向かい列状に並んで設けられ、上流端がサージタンクに開口するとともに下流端がシリンダヘッドに接続して前記サージタンクから前記シリンダに吸気を導出する複数の導出管と、
    前記サージタンクの一端側または他端側のいずれかに接続して前記サージタンクに吸気を導入する導入管とを有し、
    前記ＥＧＲインレットの先端は、前記導入管の前記サージタンクへの接続部を前記目標位置とすることを特徴とする吸気装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の吸気装置において、
    前記インテークマニホールドは、樹脂を素材として設けられ、
    前記ＥＧＲインレットは、本管の外周側に外周管を有し、
    この外周管は、前記挿入部に接続されるとともに前記挿入部の上側で縮径して前記本管に接合されていることを特徴とする吸気装置。
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