JP5187070B2 - エンジンのインテークマニホールド - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの各気筒に吸入空気を導入するためのインテークマニホールドに関する。

通常、車両に搭載されるディーゼルエンジンにあっては、ＮＯｘ排出量の低減を図るためにＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置が備えられている（例えば特許文献１）。このＥＧＲ装置においては、排気通路に形成されたＥＧＲガス導出口と吸気通路に形成されたＥＧＲガス取入口とをＥＧＲ通路によって接続するようにしている。したがって、各気筒の燃焼室から排気通路に排出された排気の一部、すなわちＥＧＲガスは、このＥＧＲ通路を流通してＥＧＲガス取入口から吸気通路に取り入れられた後、各気筒の燃焼室に分配供給される。ここで、ＥＧＲガスを混入させることにより、各気筒の燃焼室からのＮＯｘ排出量を適切に低減させる上では、吸気通路のＥＧＲガス取入口からインテークマニホールドに導入されたＥＧＲガスを各気筒の燃焼室に均等に分配させる必要がある。仮に、ＥＧＲガスの分配が不均等である場合には、ＥＧＲガスの量によって燃焼状態が気筒毎に異なるものとなり、ＥＧＲガスが不足する気筒ではＮＯｘ排出量が増大する一方、過剰な量のＥＧＲガスが導入された気筒で失火が発生して機関回転速度変動の要因となる。

ちなみに従来にあっては、例えば、特許文献１に記載されるように、吸気通路中のＥＧＲガス導入口近傍にＥＧＲガスの混合を促進する突起物を配設する等して、こうしたＥＧＲガスの各気筒に対する均等な分配性を確保するようにしている。
特開平９−２０９８４７号公報

ところで、車両のエンジンルームには、エンジン本体はもとより、吸気系部材や排気系部材の他、補機類等、多数の部品が収容されるが、さらに近年は、乗員用スペース（車室）をなるべく広く取りたいという要望が強く、必然的にエンジンルームのスペースがより制約される傾向にある。このため、例えば、吸気通路やＥＧＲ通路の全長を、短くすることが試みられているが、以下のような無視できない不都合も生じている。

すなわち、ＥＧＲガスの各気筒への分配性の問題である。例えば、特許文献１の図１に開示された構造では、インテークマニホールドより上流でＥＧＲガスと吸気の均一な混合気体を生成する為に、吸気通路に突起物を有するハウジングを介在させている。これに対し、吸気通路及びＥＧＲ通路の短縮化を図るならば、このようなハウジングを介在させず、さらに、ＥＧＲガス導入口はインテークマニホールドに開口することが好ましい。しかし、ＥＧＲガス導入口がインテークマニホールドの枝管に接近するほど、ＥＧＲガスを均一に分配することが困難となる。このような場合も、ＥＧＲガス導入口の前後で、吸気に、より大きな乱流を起こすことが有効ではあるが、特許文献１に記載されたような突起物を大型化し、インテークマニホールドに追加することは、インテークマニホールドの製造工程に変更を必要とし、また、吸気抵抗の増大ももたらす。

なお、こうした問題は、インテークマニホールドにおけるＥＧＲガスの分配性に限らず、例えば、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）装置によるブローバイガス等、ＥＧＲガス以外の混合ガスをインテークマニホールドに導入して各気筒に分配するようにした場合であっても概ね共通したものとなっている。

本発明の目的は、ＥＧＲガス等、吸入空気とは別の混合ガスを各気筒に対して分配する際の良好な分配性を確保することのできるエンジンのインテークマニホールドを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、吸入空気とは別の混合ガスを取り入れるための混合ガス取入口が形成された集合管と、同集合管の下流側で複数に分岐してエンジンの各気筒に接続される分岐管と、を備えたエンジンのインテークマニホールドにおいて、前記集合管には、これを貫通してエンジンルーム内の被組付部品を組み付けるための工具が挿通可能な筒状の工具挿通部が形成されるとともに、該工具挿通部は前記混合ガス取入口から前記集合管に流入する前記混合ガスの流線上にて、前記混合ガスが吸入空気との合流後に衝突する位置に配設されてなることを要旨とする。

この発明によれば、工具挿通部に工具を挿通することにより、インテークマニホールドとの干渉を避けつつ、被組付部品の組み付け作業を行うことができる。また、混合ガス取入口を通じて集合管の内部に取り込まれた混合ガスは、この工具挿通部に衝突すると共に、その下流側の吸気の乱流によって分散するようになるため、同混合ガスを各気筒に対して均等に導入することができ、混合ガスの各気筒に対する良好な分配性を確保することができるようになる。さらに、工具挿通部を利用して混合ガスの分配を行う為、混合ガスの混合促進を図る為だけの構造の追加を必要とせず、吸気抵抗の増加も抑制できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記工具挿通部の前記集合管内部における外周には全気筒のうち特定の気筒に傾斜方向が指向する斜状壁が形成されてなることを要旨とする。

この発明によれば、例えば混合ガス取入口の形成位置や吸入空気の流動特性等々の関係から全気筒のうち特定の気筒に対する混合ガスの導入量が少なくなる傾向がある場合であっても、工具挿通部に形成された斜状壁によってその特定の気筒に対して混合ガスを指向させることができる。したがって、その特定の気筒に対する混合ガスの導入量を好適に確保することができ、混合ガスの各気筒に対する良好な分配性を確保することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記斜状壁は、前記混合ガス取入口に最も近接する上流位置で接続されるとともに下流側で離間する楔形状を呈して異なる気筒にそれらの傾斜方向が指向する一対の斜状壁により構成されることを要旨とする。

この発明によれば、混合ガス取入口から集合管に取り入れられた混合ガスが工具挿通部に衝突する部分が楔形状となっているため、混合ガスはその先端部分において淀みなく分流した後、一対の斜状壁に沿って円滑に流れるようになり、それら斜状壁に沿って流れる混合ガスをそれぞれ特定の気筒に確実に指向させることができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記一対の斜状壁は、全気筒のうちそれらの配列方向において両端に位置する各気筒にそれらの傾斜方向が指向してなることを要旨とする。

一般に、エンジンの気筒のうちそれらの配列方向における両端に位置する各気筒は、混合ガス取入口からの距離が長いために混合ガスの導入量が少なくなる傾向がある。この点、この発明によれば、それら気筒の配列方向における両端に位置する気筒に対して、一対の斜状壁に沿って流れる混合ガスが導入され易くなるため、それら両端に位置する気筒に対しても適切な量の混合ガスを導入することができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の発明において、前記工具挿通部は前記工具が挿通される挿通部が前記工具の挿通方向と直交する方向に拡張されて同直交方向における前記工具の遊動を可能とする遊動空間を有してなることを要旨とする。

この発明によれば、エンジンルーム内の被組付部品を組み付ける際に、その被組付部品の組付位置が正規の位置からずれているような場合であっても、工具と工具挿通部の挿通部内周面との間には遊動空間が存在しているため、工具の位置を適宜変更しながら被組付部品の組付作業を行うことができ、同組付作業を容易なものとすることができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記混合ガスはＥＧＲガスであることを要旨とする。
近年、インテークマニホールドを介して気筒の燃焼室に導入されるＥＧＲガスの量は増加する傾向にあり、これを適切に各気筒に分配する必要性が一層高まりつつある。この発明によれば、こうしたＥＧＲガスを各気筒に対してより均等に導入することができ、ＥＧＲガスの各気筒に対する良好な分配性を確保することができるようになるため、ＮＯｘ排出量を好適に低減することができるようになる。
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のエンジンのインテークマニホールドにおいて、前記被組付部品は前記エンジンの一部を構成するヘッドカバーであり、該ヘッドカバーの上部に取り付けられることを要旨とする。

この発明によれば、ＥＧＲガス等、吸入空気とは別の混合ガスを各気筒に対して分配する際の良好な分配性を確保することができる。

以下、本発明を直列３気筒ディーゼルエンジンのインテークマニホールドとして具体化した一実施形態を図１〜図３を参照して説明する。なお、図１は、エンジンルーム内に配設されるエンジン１０並びにそのＥＧＲ装置１１の全体構成を示す断面図であり、図２は、図１における吸気通路１２の吸気ポート１９近傍を拡大して示す断面図である。

まず、エンジン本体Ｅについて図１及び図２を併せ参照して説明する。図１及び図２に示すように、シリンダヘッド１８には、３つの吸気ポート１９がそれぞれ間隔を隔てて形成されている。また、シリンダヘッド１８には、３つの排気ポート２４がそれぞれ間隔を隔てて形成されている。なお、図１及び図２では、吸気ポート１９、排気ポート２４ともそれらの一つのみを図示している。またこのシリンダヘッド１８の下部には、シリンダブロック２０が取り付けられている。シリンダブロック２０内には、３つ（図１及び図２では１つのみ図示）の気筒２１が形成されている。各気筒２１内にはピストン２２がそれぞれ往復動可能に収容されるとともに、それらピストン２２の頂面、気筒２１の内壁面等によって燃焼室１３がそれぞれ区画形成されている。各吸気ポート１９と各燃焼室１３とは、吸気孔１９ａを介して連通されるとともに、同吸気孔１９ａは吸気バルブ２３によって開閉される。一方、各排気ポート２４と各燃焼室１３とは、排気孔２４ａを介して連通されるとともに、排気孔２４ａは排気バルブ２８によって開閉される。また、シリンダヘッド１８にはその先端部が各燃焼室１３内に露呈した状態で燃料噴射ノズル２９がそれぞれ取り付けられている。

ここで、シリンダヘッド１８の吸気ポート１９について補足すると、排気ポート２４の下流側開口がシリンダヘッド１８の側面に設けられているのに対し、吸気ポート１９の上流側開口はシリンダヘッド１８の上面に設けられている。本実施形態では、後述する如く、インテークマニホールド１７をヘッドカバー３２の上部に固定している為、前記の吸気ポート構造を採用している。この構造は、エンジン本体Ｅの側面に図示しない補機類（例えば燃料ポンプ）を配置する為のものであり、このようにエンジン本体の側面に十分なスペースが確保できない場合に、吸気ポート又は排気ポートの開口をシリンダヘッドの上方に設け、マニホールドの配置を変更すること自体は公知である。

シリンダヘッド１８の上部には、被組付部品としてのヘッドカバー３２がシリンダヘッド１８の上面を覆うようにして複数（図１及び図２では１本のみ図示）のボルトＢにより締め付け固定されている。

次に、エンジン１０の吸気通路１２について説明する。吸気通路１２においてその上流側には、ディーゼル・スロットル・バルブ（以下、スロットルバルブと称す）１５が配設された吸気管１６が設けられている。また、この吸気管１６の下流側には樹脂材料製のインテークマニホールド１７が接続されている。

図３は、図１のＡ−Ａ線断面図であり、このインテークマニホールド１７の断面構造を示している。同図３に示すように、インテークマニホールド１７は、吸気管１６の下流側に接続される集合管１７ａと、その下流側が分岐して各気筒２１にそれぞれ連通される３本の分岐管１７ｂとを備えてヘッドカバー３２の上部に取り付けられている。また、図２及び図３に示すように、ヘッドカバー３２内には、同ヘッドカバー３２を上下方向に貫通する３つの貫通孔３２ａが形成されている。そして、これら貫通孔３２ａによってインテークマニホールド１７の各分岐管１７ｂと各吸気ポート１９とが連通されている。吸気管１６から吸入された吸入空気は、インテークマニホールド１７、貫通孔３２ａ及び吸気ポート１９を経由して燃焼室１３へ供給される。すなわち、吸気管１６、インテークマニホールド１７、貫通孔３２ａ及び吸気ポート１９によって、吸気通路１２が構成されている。

また、インテークマニホールド１７の集合管１７ａには、吸入空気に混合され燃焼室１３に供給される混合ガス、具体的にはＥＧＲガスを取り入れるためのガス取入口４１が形成されている。図１に示すように、ガス取入口４１には、ＥＧＲ通路３０が接続されており、ＥＧＲ通路３０を通過するＥＧＲガスは、ガス取入口４１を介して集合管１７ａ内に流入する。ちなみに、このＥＧＲガスの流入量はＥＧＲ通路３０に設けられたＥＧＲバルブ３１により機関運転状態に基づいて調節される。

また、図３に示すように、集合管１７ａには、ガス取入口４１の下流側、より詳細にはガス取入口４１から集合管１７ａに流入するＥＧＲガスの流線Ｓ１上に位置して筒状の工具挿通部４２が形成されている。この工具挿通部４２は、図２及び図３に示すように、断面円環状をなし集合管１７ａを上下方向に貫通している。また、この工具挿通部４２の形成位置は、インテークマニホールド１７がヘッドカバー３２の上部に取付けられた状態において、各ボルトＢのうちの一つの締付位置と重合している。工具挿通部４２には、ヘッドカバー３２をボルトＢによって締め付けてシリンダヘッド１８に組み付ける際に用いる工具が挿通可能となっている。

このように構成されたインテークマニホールド１７において、吸入空気は、工具挿通部４２によって、その下流側で乱流が発生する。また、ＥＧＲ通路３０を通過し、ガス取入口４１を介して集合管１７ａ内に矢印Ｓ１に示すように流入したＥＧＲガスは、集合管１７ａ内における工具挿通部４２の外周壁４２ａと衝突する。衝突したＥＧＲガスは、集合管１７ａ内において矢印Ｓ２に示すように工具挿通部４２の外周壁４２ａを避けるようにして分散する。このように分散したＥＧＲガスは、吸入空気の乱流の影響も受けながら、矢印Ｓ３に示すように各分岐管１７ｂに向かって流入し、各分岐管１７ｂ、各貫通孔３２ａ及び各吸気ポート１９を介して各気筒２１に導入されることとなる。

以上説明した実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）工具挿通部４２は、インテークマニホールド１７がヘッドカバー３２の上部に取付けられた状態において、ボルトＢが締付けられる位置と重合するようになっており、ヘッドカバー３２をシリンダヘッド１８に組み付ける際に用いる工具が挿通可能となっている。よって、工具挿通部４２に工具を挿通することにより、インテークマニホールド１７との干渉を避けつつ、ヘッドカバー３２をシリンダヘッド１８に組み付ける作業を行うことができる。また、ＥＧＲガスは集合管１７ａにおける工具挿通部４２の外周壁４２ａと衝突し、吸入空気の乱流の影響も受けながら、外周壁４２ａを避けるようにして集合管１７ａ内において分散する。その結果、各気筒２１に対するＥＧＲガスの導入量のばらつきを低減してＥＧＲガスの良好な分配性を確保することができるようになる。さらに、本実施形態においては、工具挿通部４２を利用してＥＧＲガスの分配を行う為、ＥＧＲガスの混合促進を図る為だけの構造の追加を必要とせず、吸気抵抗の増加も抑制できる。

なお、本実施形態はこれを適宜変更した以下のような態様にて実施することもできる。
○ 図４に示す実施形態では、集合管１７ａの内部における工具挿通部４２の外周壁４２ａの一部には、各気筒２１のうち、ガス取入口４１から流入するＥＧＲガスの流入方向とは逆方向の端に位置する気筒２１（図４の紙面最上部に位置する気筒）に対して傾斜方向が指向する斜状壁４２ｂが形成されている。各気筒２１のうち、ガス取入口４１から流入するＥＧＲガスの流入方向とは逆方向の端に位置する気筒２１に対するＥＧＲガスの導入量が少なくなる傾向があるが、こうした場合であっても、斜状壁４２ｂによってその気筒２１に対してＥＧＲガスを指向させることができる。したがって、前記気筒２１に対するＥＧＲガスの導入量を好適に確保することができ、ＥＧＲガスの各気筒２１に対する良好な分配性を確保することができるようになる。

○ 図５に示す実施形態では、集合管１７ａの内部における工具挿通部４２の外周壁４２ａの一部には、ガス取入口４１に最も近接する上流位置で接続されるとともに下流側で離間する楔形状を呈する一対の斜状壁４２ｃが形成されている。この一対の斜状壁４２ｃは、該一対の斜状壁４２ｃにおける傾斜方向が全気筒２１のうちそれらの配列方向において両端に位置する各気筒２１に指向するように形成されている。これによれば、ガス取入口４１から集合管１７ａに取り入れられたＥＧＲガスが衝突する工具挿通部４２が楔形状となっているため、ＥＧＲガスは、その先端部分において淀みなく分流し、一対の斜状壁４２ｃに沿って円滑に流れるようになる。また、全気筒２１のうちそれらの配列方向において両端に位置する各気筒２１については、ガス取入口４１からの距離が長いために、ＥＧＲガスの導入量が少なくなる傾向がある。しかし、こうした場合であっても、斜状壁４２ｃに沿って流れるＥＧＲガスをそれら各気筒２１に確実に指向させることができるようになり、それら両端に位置する気筒２１に対しても適切な量のＥＧＲガスを導入することができるようになる。

○ 図６に示す実施形態では、工具挿通部４２は、工具が挿通される挿通部としての工具挿通部４２の内部が工具の挿通方向と直交する方向に拡張されて同直交方向における工具の遊動を可能とする遊動空間Ｋを有している。これによれば、ヘッドカバー３２を組み付ける際に、そのヘッドカバー３２の組付位置が正規の位置からずれているような場合であっても、工具と工具挿通部４２の内周面との間には遊動空間Ｋが存在しているため、工具の位置を適宜変更しながらヘッドカバー３２の組付作業を行うことができる。すなわち、同組付作業を容易なものとすることができるようになる。

○ また、図６に示すように、工具挿通部４２に遊動空間Ｋを有するものにおいて、更に図４や図５に示されるような斜状壁を形成するようにしてもよい。
○ 混合ガスは、ＥＧＲガスに限らず、例えば、ＰＣＶ（Positive Crankcase Ventilation）装置のブローバイガスや、燃料タンクからの燃料蒸発に由来する燃料蒸気、すなわち蒸発燃料処理装置のパージガスであってもよい。

○ 被組付部品は、ヘッドカバー３２に限らず、例えば、エンジンルーム内における吸気系、排気系の他、エンジン補機等の部品であってもよい。
○ 本発明は、直列３気筒エンジンに限られるものではなく、複数の気筒を備えるエンジンであれば、その気筒配列や気筒数が異なるエンジンに適用するようにしてもよい。また、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンのインテークマニホールドに本発明を適用することもできる。

以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）前記混合ガスはＰＣＶ装置のブローバイガスである請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のエンジンのインテークマニホールド。

（２）前記混合ガスは蒸発燃料処理装置のパージガスである請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のエンジンのインテークマニホールド。

本実施形態のエンジン並びにそのＥＧＲ装置の全体構成を示す断面図。 図１における吸気ポート近傍を拡大して示す断面図。 図１におけるＡ−Ａ線断面図。 別の実施形態のインテークマニホールドを示す断面図。 別の実施形態のインテークマニホールドを示す断面図。 別の実施形態のインテークマニホールドを示す断面図。

符号の説明

１０…エンジン、１７…インテークマニホールド、１７ａ…集合管、１７ｂ…分岐管、２１…気筒、３２…被組付部品としてのヘッドカバー、４１…ガス取入口、４２…工具挿通部、４２ｂ，４２ｃ…斜状壁、Ｋ…遊動空間、Ｓ１…流線。

Claims (7)

1. 吸入空気とは別の混合ガスを取り入れるための混合ガス取入口が形成された集合管と、同集合管の下流側で複数に分岐してエンジンの各気筒に接続される分岐管と、を備えたエンジンのインテークマニホールドにおいて、
   前記集合管には、これを貫通してエンジンルーム内の被組付部品を組み付けるための工具が挿通可能な筒状の工具挿通部が形成されるとともに、該工具挿通部は前記混合ガス取入口から前記集合管に流入する前記混合ガスの流線上にて、前記混合ガスが吸入空気との合流後に衝突する位置に配設されてなる
   ことを特徴とするエンジンのインテークマニホールド。
2. 請求項１に記載のエンジンのインテークマニホールドにおいて、
   前記工具挿通部の前記集合管内部における外周には全気筒のうち特定の気筒に傾斜方向が指向する斜状壁が形成されてなる
   ことを特徴とするエンジンのインテークマニホールド。
3. 請求項２に記載のエンジンのインテークマニホールドにおいて、
   前記斜状壁は、前記混合ガス取入口に最も近接する上流位置で接続されるとともに下流側で離間する楔形状を呈して異なる気筒にそれらの傾斜方向が指向する一対の斜状壁により構成される
   ことを特徴とするエンジンのインテークマニホールド。
4. 請求項３に記載のエンジンのインテークマニホールドにおいて、
   前記一対の斜状壁は、全気筒のうちそれらの配列方向において両端に位置する各気筒にそれらの傾斜方向が指向してなる
   ことを特徴とするエンジンのインテークマニホールド。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のエンジンのインテークマニホールドにおいて、
   前記工具挿通部は前記工具が挿通される挿通部が前記工具の挿通方向と直交する方向に拡張されて同直交方向における前記工具の遊動を可能とする遊動空間を有してなる
   ことを特徴とするエンジンのインテークマニホールド。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のエンジンのインテークマニホールドにおいて、
   前記混合ガスはＥＧＲガスである
   ことを特徴とするエンジンのインテークマニホールド。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のエンジンのインテークマニホールドにおいて、
   前記被組付部品は前記エンジンの一部を構成するヘッドカバーであり、該ヘッドカバーの上部に取り付けられることを特徴とするエンジンのインテークマニホールド。

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