JP4916380B2

JP4916380B2 - 内燃機関用の吸気マニホールド

Info

Publication number: JP4916380B2
Application number: JP2007130851A
Authority: JP
Inventors: 泉渡邊; 秀文粉川
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Aisin Corp
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2012-04-11
Anticipated expiration: 2027-05-16
Also published as: JP2008286069A

Description

本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関に用いる吸気マニホールドに関する。

従来より、自動車のエンジンなどでは、排気側から排気ガスの一部を抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された排ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりＮＯxの発生を低減するようにした、いわゆる排ガス再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）が行われている。
このＥＧＲシステムでは、排気マニホールドなどの排気の圧力が比較的高い箇所からスロットルバルブの下流の比較的圧力の低い箇所に排ガスを導入する、いわゆるＨＰＬ(High Pressure Loop)−ＥＧＲシステムが知られている。また、過給機を備えたディーゼルエンジンでは、排ガスの再循環量を増加させるため、タービンより下流の排気管から排ガスの一部を抜き出してコンプレッサより上流の吸気管へ再循環させる、いわゆるＬＰＬ(Low Pressure Loop)−ＥＧＲシステムが知られている。このＬＰＬ−ＥＧＲシステムによれば、ＥＧＲクーラ及びインタークーラで強制的に冷却された大量の排ガスをコンプレッサによりエンジンに過給することができると共に、エンジンに送られる空気量も減らない等のメリットがある。

特開２００２−２１６２５号公報

ところで、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムでは、排ガスは、タービンより下流の排気管とコンプレッサより上流の吸気管とを連通する配管の途中に設けられたＥＧＲクーラと、吸気管の途中に設けられたインタークーラとにより十分に冷却される。このため、インタークーラの下流の吸気管内では、排ガスから凝縮水が発生し、これが吸気マニホールドのサージタンク部に入り、分岐管を通じて各気筒に流れ込む可能性がある。このとき、吸気管の接続位置等によっては、複数の気筒のうち、特定の気筒にのみ凝縮水が流れ込みやすくなり、この特定気筒においてのみ失火が発生しやすくなるという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムにおいて発生した凝縮水が複数の気筒のうちの特定の気筒にのみ流れ込むのを抑制することができる内燃機関用の吸気マニホールドを提供することにある。

本発明に係る内燃機関用の吸気マニホールドは、エンジンの各気筒と連通する分岐管と、これら分岐管と連通すると共に吸気管を通じて排ガスが混合された空気が導入されるサージタンク部とを有する内燃機関用の吸気マニホールドであって、前記サージタンク部は、前記吸気管から供給される前記空気に含まれる凝縮水を受け止める受け止め面部と、前記分岐管を通じて各気筒に流入する前記凝縮水を分散化させるべく、前記受け止め面部に連なり、かつ、受け止めた凝縮水を気筒の配列方向に向けて案内しつつ徐々に落下させる案内面部と、を有することを特徴としている。
この構成によれば、吸気管内で発生した凝縮水は、サージタンク部の入り口で受け止め面部により受け止められる。受け止め面部に受け止められた凝縮水は、案内面部に伝わり、気筒の配列方向に向けて導かれながら、徐々に落下する。これにより、凝縮水が特定の気筒に集中せず、複数の気筒に分散化する。

本発明によれば、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムにおいて発生した凝縮水が複数の気筒のうちの特定の気筒にのみ流れ込むのを抑制し、特定気筒のみが失火するのを抑制できる。

以下、本発明の最良の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。
図１ないし図４は本発明の一実施形態を示す図であって、図１は本発明が適用されるディーゼルエンジンの概略構成図、図２は吸気マニホールドの上面図、図３は図２の矢印Ａの方向から見た吸気マニホールドの側面図、及び図４は図２の吸気マニホールドのＢ−Ｂ線方向の断面図である。

図１において、ディーゼル機関であるエンジン１は、コンプレッサ２Ａ及びタービン２Ｂを含む過給機２が接続されており、エアクリーナ３から導かれた吸気４がコンプレッサ２Ａの上流側の吸気管５を通じてコンプレッサ２Ａへと送られる。コンプレッサ２Ａで加圧された吸気４は、コンプレッサ２Ａの下流側の吸気管７を通じてインタークーラ６へ送られて冷却され、スロットルバルブ８を通じて吸気マニホールド５０に送られ、エンジン１の各気筒１０（図１では直列４気筒の場合を例示している）に分配されるようになっている。

エンジン１の各気筒１０から排出された排ガス９は、排気マニホールド１１を通じて過給機２のタービン２Ｂに送られ、タービン２Ｂを駆動した排ガス９が排気管１２を通じてタービン２Ｂより下流のＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）１４で排ガス９に含まれるパティキュレートが捕集されたのち、マフラ１９を通じて車外へ排出される。

ＤＰＦ１４より下流の排気管１２と、過給機２のコンプレッサ２Ａより上流の吸気管５との間が低圧ＥＧＲ管１３により接続されており、低圧ＥＧＲ管１３には、再循環される排ガス９を冷却するＥＧＲクーラ１５と、排ガス９の再循環を適宜に停止し得るように開閉自在なＥＧＲバルブ１６とが設けられている。尚、この構成により、ＬＰＬ−ＥＧＲシステムが構成されている。

排気マニホールド１１とスロットルバルブ８より下流の吸気管７との間は、高圧ＥＧＲ管１７により接続されており、高圧ＥＧＲ管１７には、排ガス９には排ガス９の再循環を適宜に停止し得るよう開閉自在なＥＧＲバルブ１８が設けられている。この構成により、ＨＰＬ−ＥＧＲシステムが構成されている。

ところで、排ガス９が冷却されて凝縮水が発生する条件は、例えば、排ガス９の温度が６５℃程度以下となることであるが、上記したエンジン１では、高圧ＥＧＲ管１７から排ガススロットルバルブ８より下流の吸気管７へ供給される排ガス９は、吸気管７へ最低でも例えば８０℃程度以上の比較的高い温度で供給されるため、凝縮水が発生せずに各気筒１０に達し得る。

一方、低圧ＥＧＲ管１３から吸気管５へ供給される排ガス９は、コンプレッサ２Ａにより吸気４と十分に混合され、吸気管７，吸気マニホールド５０を通じて各気筒１０へ達する。このとき、低圧ＥＧＲ管１３から供給される排ガス９は、ＥＧＲクーラ１５により冷却されると共にインタークーラ６により冷却されるので、吸気マニホールド５０に達するまでに、その温度が例えば、４５℃程度以下となり、インタークーラ６の下流の吸気管７では、凝縮水が発生する。この凝縮水は、吸気管７を通じて吸気マニホールド５０に導入される。

ここで、インタークーラ６の下流にある吸気管７は、エンジン１の前端側Ｆｒから後端側Ｒｒに向けて気筒１０の配列方向に沿って延在しており、吸気マニホールド５０の後端部に接続されている。このため、インタークーラ６の下流の吸気管７で発生した凝縮水は、エンジン１の最も後端側Ｒｒに位置する気筒１０（第４気筒）に集中的に導入されやすい。第４気筒１０に凝縮水が集中すると、第４気筒１０だけが失火しやすくなる。
尚、吸気管７を吸気マニホールド５０の後端部に接続するのは、高圧ＥＧＲ管１７から導入される排ガス９と吸気４との混合を促進させ、各気筒１０への排ガス９の配分量を均等化するためである。

本実施形態では、低圧ＥＧＲ管１３から供給される排ガス９に発生する凝縮水が、特定の気筒１０に集中して侵入するのを抑制するために、吸気マニホールド５０を図２ないし図４に示す構造としている。

吸気マニホールド５０は、図２ないし図４に示すように、エンジン１の各気筒１０とそれぞれ連通する複数の分岐管５５と、これら分岐管５５と連通すると共に吸気管７を通じて排ガス９が混合された空気である吸気４が導入されるサージタンク部５１とを有する。
この吸気マニホールド５０は、例えば、アルミニウム合金や樹脂により一体的に成形される。

分岐管５５は、図３に示すように、４つの気筒１０にそれぞれ２本ずつ設けられ、気筒１０の配列方向に沿って配列されている。

サージタンク５１は、その内壁面５１ａから突出する一連の突出部６０を備える。
突出部６０は、吸気管７の末端部が接続されるフランジ５２に形成された吸気口５３（図２参照）の近傍に形成された受け止め面部６１と、この受け止め面部６１に連なる案内面部６２とを有する。

受け止め面部６１は、吸気管７から供給される吸気４に含まれる凝縮水を受け止めるために設けられており、図２及び図３に示すように、サージタンク部５１の後端側Ｒｒの内壁面５１aから螺旋状に湾曲しながらサージタンク５１の前端側Ｆｒに向けて延びており、案内面部６２に連なっている。また、受け止め面部６１は、図２から分かるように、案内面部６２とは反対側の端部が前端側Ｆｒまで回り込んでおり、吸気口５３から供給される排ガス９を含む吸気４が衝突しやすいように形成されている。尚、受け止め面部６１の幅（突出量）は、圧損、吸入空気量等を考慮して、最適な値に設定される。

案内面部６２は、受け止め面部６１が受け止めた凝縮水を気筒１０の配列方向に向けて案内しつつ徐々に落下させるために設けられており、図３から分かるように、サージタンク部５１の後端側Ｒｒから前端側Ｆｒに向けて直線状に延びるとともに、後端側Ｒｒから前端側Ｆｒに向けて下るように傾斜している。さらに、案内面部６２は、図４に示すように、受け止め面部６１から伝ってくる凝縮水を下方に落下させるために、所定の角度θで傾斜している。
尚、案内面部６２の幅（突出量）、長さ、角度θ、全体の傾き等は、受け止め面部６１から伝ってくる凝縮水が可能な限り各気筒１０に均等に分散するように調整される。

次に、吸気マニホールド５０の作用について説明する。
排ガス９が混合された吸気４は、図３に示すように、前端側Ｆｒから後端側Ｒｒに向けて延びる吸気管７を通じて吸気マニホールド５０のサージタンク部５１へ導入される。このとき、吸気管７の端部は、図３等に示すように、湾曲しているため、吸気４に含まれる凝縮水は、サージタンク部５１の入り口部において、後端側Ｒｒに集まる。このため、後端側Ｒｒ寄りに形成された受け止め面部６１によりその大部分が受け止められる。

そして、受け止め面部６１により受け止められた凝縮水は、案内面部６２を伝いながら、徐々に下方に落下する。このため、凝縮水は、第４気筒にのみ集中せず、各気筒１０に分散化されて流入する。この結果、各気筒１０に流入する凝縮水の量が均等化され、特定の気筒１０のみが失火しやすくなるのを防ぐことができる。

上記実施形態では、受け止め面部６１及び案内面部６２を突出部６０により構成した場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、例えば、図５に示す吸気マニホールド５０Ａのように、サージタンク部５１の内壁面５１ａの一部を湾曲形成して案内面部６２Ａを形成することも可能である。尚、受け止め面部についても同様に、サージタンク部５１の内壁面５１ａの一部を湾曲させることにより形成できる。

上記実施形態では、吸気管７が吸気マニホールド５０の後端部に接続されている場合について説明したが、これに限定されるわけではなく、例えば、中央部や前端部に接続されていても本発明を適用することができる。

本発明が適用されるディーゼルエンジンの概略構成図である。本発明の一実施形態に係る吸気マニホールドの破断図を含む上面図である。図２の矢印Ａの方向から見た吸気マニホールドの側面図である。図２の吸気マニホールドのＢ−Ｂ線方向の断面図である。本発明の他の実施形態に係る吸気マニホールドの断面図である。

符号の説明

１…エンジン
２…過給機
２Ａ…コンプレッサ
２Ｂ…タービン
３…エアクリーナ
４…吸気
５…吸気管
６…インタークーラ
７…吸気管
８…スロットルバルブ
９…排気
１０…気筒
１１…排気マニホールド
１２…排気管
１３…低圧ＥＧＲ管
１４…ＤＰＦ
１５…ＥＧＲクーラ
１６…ＥＧＲバルブ
１７…高圧ＥＧＲ管
１８…ＥＧＲバルブ
５０…吸気マニホールド
５１…サージタンク部
５２…フランジ
５３…吸気口
５５…分岐管
６０…突出部
６１…受け止め面部
６２…案内面部

Claims

エンジンの各気筒と連通する分岐管と、これら分岐管と連通すると共に吸気管を通じて排ガスが混合された空気が導入されるサージタンク部とを有する内燃機関用の吸気マニホールドであって、
前記サージタンク部は、前記吸気管から供給される前記空気に含まれる凝縮水を受け止める受け止め面部と、
前記分岐管を通じて各気筒に流入する前記凝縮水の量がそれぞれの気筒に均等に流入するように凝縮水を分散化させるべく、前記受け止め面部に連なり、かつ、受け止めた凝縮水を気筒の配列方向に向けて案内しつつ段階的に落下させる案内面部と、
を有することを特徴とする内燃機関用の吸気マニホールド。