JP5227702B2 - インテークマニホールド - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気系に設けられるインテークマニホールドに関する。

従来より、例えば、特許文献１に開示されているように、インテークマニホールドを樹脂材で構成することにより、軽量化を図ることが行われている。また、このインテークマニホールドには、排気ガスが導入されるようになっており、導入された排気ガスは内燃機関の気筒内に送り込まれるようになっている。
特開２００６−２０７４６９号公報

ところで、特許文献１のように樹脂材で構成したインテークマニホールドに排気ガスを導入するようにした場合、排気ガスは高温であるため、インテークマニホールドが熱による損傷を受ける虞れがある。このことを回避するために、排気ガスをインテークマニホールドに導入する前にクーラーで冷却することが考えられるが、排気ガスの温度を、樹脂材の損傷を抑制できる温度まで低下させようとすると、クーラーが大型化して重量増を招くとともに、コストが高騰する。

そこで、インテークマニホールドを耐熱性がより高い特殊な樹脂材で構成することが考えられるが、こうした場合には、材料費が高くなり、ひいては、インテークマニホールドの価格が高騰する。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、樹脂製のインテークマニホールドに排気ガスを導入する場合に、大型のクーラーを設けることなく、しかも、インテークマニホールド全体を特殊な高耐熱性の樹脂材で構成することなく、熱による損傷を抑制できるようにして軽量化及び低コスト化を図ることにある。

上記目的を達成するために、第１の発明では、吸気が流通する吸気通路を有する樹脂製のマニホールド本体部と、該マニホールド本体部に設けられ、上記吸気通路に排気ガスを導入する排気ガス導入部材とを備えたインテークマニホールドであって、上記マニホールド本体部には、サージタンク部と、該サージタンク部から分岐してエンジンの各気筒に接続される複数の分岐管とが設けられるとともに、上記排気ガス導入部材が差し込まれる差し込み口が上記サージタンク部に形成され、上記サージタンク部には、上記排気ガス導入部材から導入された排気ガスを上記分岐管に分配するためのガス通路が上記差し込み口に連通して該サージタンク部の壁部に沿って延びるように一体成形され、上記排気ガス導入部材は、上記マニホールド本体部を構成する樹脂材よりも耐熱性の高い材料で構成され、上記排気ガス導入部材には、上記マニホールド本体部の差し込み口周縁部に取り付けられるフランジと、排気ガスが導入される排気ガス流通管と、該排気ガス流通管の外面に開口する排気ガス噴出口と、該排気ガス流通管の外面を囲むように上記フランジから延び、かつ、該排気ガス噴出口に対向するように配置された対向壁部とを有し、上記排気ガス流通管は、上記サージタンク部内まで延びるとともに、先端部が閉塞され、上記筒部材は、上記サージタンク部内に配置され、該筒部材の上記フランジと反対側の先端部は、上記ガス通路に連通している構成とする。

第１の発明によれば、排気ガス流通管を流通した排気ガスは、排気ガス噴出口から噴出して対向壁部に衝突し、その後、吸気通路に導入されるようになる。このとき、対向壁部は吸気通路に臨んでいるので、吸気通路を流れる吸気によって冷却されており、よって、大型のクーラーを設けることなく、排気ガスの温度を低下させることができる。これにより、大型のクーラーが不要になった分、インテークマニホールドの軽量化及び低コスト化を図ることができる。しかも、耐熱性の高い材料で構成するのはガス導入部材だけで済み、このことによっても、コストを低減できる。

また、サージタンク部は吸気の流量が多く、このサージタンク部内にガス導入部材の対向壁部を配置することで、対向壁部を多量の吸気によって確実に冷却することができ、排気ガスの温度を十分に低下させることができる。

また、対向壁部が排気ガス導入部材のフランジから延びているので、対向壁部の熱が、マニホールド本体に直接伝達されることはなく、対向壁部の熱によるマニホールド本体の損傷を抑制できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係るインテークマニホールド１を示すものである。インテークマニホールド１は、水平対向４気筒エンジン（図示せず）の吸気系の一部を構成するものであり、マニホールド本体部２と、排気ガスをマニホールド本体部２内の吸気通路Ｒに導入する排気ガス導入部材３とを備えている。マニホールド本体部２は、サージタンク部１０及びサージタンク部１０から分岐する４本の分岐管１１〜１４を有している。本実施形態の排気ガスは、いわゆるＥＧＲガスである。

尚、このインテークマニホールド１は、エンジンの搭載状態に対応して、車両の左右方向に長い形状となっており、この実施形態の説明では、説明の便宜を図るために、車両左側を単に「左」といい、車両右側を単に「右」とい、車両前側を単に「前」といい、車両後側を単に「後」というものとする。

サージタンク部１０は、図２にも示すように、左右方向に長い形状とされている。図１に示すように、サージタンク部１０の左端部から２本の左側分岐管１１、１２が延びており、右端部から２本の右側分岐管１３、１４が延びている。図２及び図３に示すように、左側分岐管１１、１２はサージタンク部１０から左方向へ延びた後、下方へ略９０゜湾曲して延びている。右側分岐管１３、１４は、サージタンク部１０から右方向へ延びた後、下方へ略９０゜湾曲して延びている。図４及び図５に示すように、左側分岐管１１、１２及び右側分岐管１３、１４の下端部には、それぞれ、取付板部１５、１６が形成されている。取付板部１５、１６には、シリンダヘッドに螺合するボルト（図示せず）が挿通するようになっている。サージタンク部１０、左側分岐管１１、１２及び右側分岐管１３、１４の内部が吸気通路Ｒとなっている。

図２に示すように、サージタンク部１０の上壁部は略平坦に形成される一方、下壁部は、左右方向の中央部が最も下に位置するように下方へ湾曲形成されている。また、サージタンク部１０の前壁部及び後壁部は、上下方向に延びている。

マニホールド本体部２は、上側部材２０、下側部材２１及び前側部材２２の３つの部材を組み合わせて構成されている。上側部材２０は、サージタンク部１０の上壁部、左側分岐管１１、１２の上壁部及び右側分岐管１３、１４の上壁部が一体化してなるものである。下側部材２１は、サージタンク部１０の後壁部、下壁部、左側分岐管１１、１２の残りの部分及び右側分岐管１３、１４の残りの部分が一体化してなるものである。前側部材２２は、サージタンク部１０の前壁部で構成されている。

上記上側部材２０、下側部材２１及び前側部材２２は、樹脂材を射出成形してなるものである。上側部材２０には下側部材２１に接合される接合部２０ａが設けられている。また、下側部材２１には、上側部材２０の接合部２０ａが接合される接合部２１ａが設けられるとともに、前側部材２２が接合される接合部２１ｂ（図３に示す）が設けられている。前側部材２２には、下側部材２１の接合部２１ｂに接合される接合部２２ａ（図６及び図７に示す）が設けられている。上側部材２０及び下側部材２１の接合部２０ａ、２１ａは、振動溶着法により溶着されており、また、下側部材２１及び前側部材２２の接合部２１ｂ、２２ａも同様に溶着されている。尚、上側部材２０、下側部材２１及び前側部材２２は、振動溶着法以外の溶着法で溶着するようにしてもよい。

図１に示すように、サージタンク部１０の後壁部の左右方向中央部近傍には、吸気口２５が形成されている。吸気口２５の周縁部には、図示しないが、スロットル弁を内蔵したスロットルボディが締結されるようになっている。また、サージタンク部１０の後壁部の左下側には、排気ガス導入部材３が差し込まれる差し込み口２６（図６及び図７に示す）が形成されている。差し込み口２６の周縁部には、排気ガス導入部材３が締結固定される取付部２７が形成されている。取付部２７には、前後方向に延びるネジ孔（図示せず）が形成されている。また、取付部２７には、差し込み口２６を囲むように環状に延びるシール部材２８が嵌る溝２９が形成されている。

サージタンク部１０の前壁部の内面には、差し込み口２６に対向するように排気ガスの導入孔３２が形成されている。導入孔３２の周囲には、導入孔３２を囲むように段部３３が形成されている。図２に示すように、サージタンク部１０の前側下部には、排気ガスを４本の分岐管１１〜１４に分配するためのガス通路Ｓが形成されている。ガス通路Ｓは、上流側通路部Ｓ１と、上流側通路部Ｓ１の下流端から左右方向に分岐して延びる左側通路部Ｓ２及び右側通路部Ｓ３とを有している。

このガス通路Ｓは、下側部材２１の接合部２１ａに形成された溝２１ｃ（図３、図６及び図７に示す）と、前側部材２２の接合部２２ａに形成された溝２２ｂ（図６、図７及び図８に示す）とを合わせることによって構成されている。

図６に示すように、上流側通路部Ｓ１の上流端は、サージタンク部１０の前壁部の左側下部に位置しており、導入孔３２と連通している。上流側通路部Ｓ１は、導入孔３２からサージタンク部１０の下壁部に沿って右側へ向けて左右方向の略中央部まで延びている。

左側通路部Ｓ２は、上流側通路部Ｓ１の下方を、該上流側通路部Ｓ１に沿って左側へ延びている。左側通路部Ｓ２は、導入孔３２よりも左側まで延びた後、上方へ屈曲している。図５に示すように、左側分岐管１１、１２の下壁部には、下方へ膨出する左側膨出部４０が形成されている。左側膨出部４０は、前方の左側分岐管１１に沿って左側へ延びた後、後方の左側分岐管１２まで延びるＬ字状をなすように形成されており、この左側膨出部４０内には、図９にも示すように、左側膨出部４０の形状に対応して左側通路部Ｓ２の下流端部がＬ字状に延びるように形成されている。図４及び図９に示すように、前方の左側分岐管１１の下壁部には、左側膨出部４０内に臨む部位に前側吐出孔１１ａが形成され、後方の左側分岐管１２の下壁部にも同様に後側吐出孔１２ａが形成されている。前側吐出孔１１ａは、後側吐出孔１２ａよりも左に位置している。

左側膨出部４０内には、左側通路部Ｓ２の上流側から流れてきた排気ガスが前側吐出孔１１ａに直接流れて行かないようにするための板４１が設けられている。図８にも示すように、この板４１は、前側部材２２の溝２２ｂの底面に一体成形され、前側吐出孔１１ａの右側を通って後方へ真っ直ぐに延びている。板４１の長さ及び位置は、左側通路部Ｓ２の上流側から流れてきた排気ガスが前側吐出孔１１ａ及び後側吐出孔１２ａに略均等に流れるように設定されている。

図２にも示すように、右側通路部Ｓ３は、サージタンク部１０の下壁部に沿って右側へ延びている。図５に示すように、右側分岐管１３、１４の下壁部には、下方へ膨出する右側膨出部４２が形成されている。右側膨出部４２は左側膨出部４０と同様にＬ字状をなすように形成されており、右側膨出部４２内には、右側膨出部４２の形状に対応して右側通路部Ｓ３の下流端部がＬ字状に延びるように形成されている。図４に示すように、前方の右側分岐管１３の下壁部には、右側膨出部４２内に臨む部位に前側吐出孔１３ａが形成され、後方の右側分岐管１４の下壁部にも同様に後側吐出孔１４ａが形成されている。

右側膨出部４２内には、上記板４１と同様に、右側通路部Ｓ３の上流側から流れてきた排気ガスが前方の吐出孔１３ａに直接流れて行かないようにするための板４３（図８に示す）が設けられている。この板４３も、前側部材２２の溝２２ｂの底面に一体成形されている。

図１０に示すように、ガス導入部材３は、排気ガスが導入される排気ガス流通管５０と、排気ガス流通管５０に設けられた取付用のフランジ５１と、フランジ５１に、排気ガス流通管５０の外面に対向するように設けられた筒部材５２とが一体化されてなるものである。排気ガス流通管５０、フランジ５１及び筒部材５２は、マニホールド本体２を構成する樹脂材よりも耐熱性の高い材料で構成されており、例えば、鋼材等のように３００℃前後の雰囲気下で損傷しない材料からなるものである。

フランジ５１は、排気ガス流通管５０の長手方向中間部から外方へ延びるように形成され、図６及び図７に示すように、マニホールド本体部２の取付部２７に沿うようになっている。フランジ５１には、取付部２７のネジ孔と一致するようにネジ挿通孔５１ａ、５１ａが形成されている。各ネジ挿通孔５１ａに挿通したネジ（図示せず）をネジ孔に螺合させることで、ガス導入部材３がマニホールド本体部２に固定されるようになっている。

排気ガス流通管５０は、円管部材で構成されている。排気ガス流通管５０の基端部はサージタンク部１０から外方へ突出しており、この基端部には、図示しないが排気系から延びる配管が接続されるようになっている。排気ガス流通管５０の先端部は、サージタンク部１０内に位置しており、径方向に潰されて閉塞されている。排気ガス流通管５０のフランジ５１よりも先端側には、外面に開口して軸方向に延びる複数のスリット（ガス噴出口）５０ａ、５０ａが周方向に間隔をあけて形成されている。

筒部材５２は、本発明の対向壁部を構成するものであり、排気ガス流通管５０を囲む円筒形状とされ、サージタンク部１０内の吸気通路Ｒに臨むように配置されている。筒部材５２の基端部は全周がフランジ５１に気密に接合されている。また、筒部材５２の長さは、フランジ５１を取付部２７に固定した状態で、該筒部材５２の先端部がサージタンク部１０の導入孔３２の周囲の段部３３に嵌るように設定されている。段部３３に嵌った状態では、筒部材５２の先端部が段部３３の内面によってシールされて気密性が確保されるようになっている。

筒部材５２の内径は、排気ガス流通管５０の外径よりも所定寸法だけ大きく設定されている。これにより、排気ガス流通管５０と筒部材５２との間には、排気ガスがスリット５０ａから噴出可能な空間が形成されることになる。また、筒部材５２の外径は、差し込み口２６よりも小さく設定されており、筒部材５２が差し込み口２６の周縁部に接触しないようになっている。

次に、上記のように構成されたインテークマニホールド１がエンジンに組み付けられて該エンジンが運転状態にある場合について説明する。スロットルボディを介して吸気口２５からサージタンク部１０に吸入された吸気は、左右両方向に流れて左側分岐管１１、１２及び右側分岐管１３、１４に流入してエンジンの各気筒に供給される。一方、エンジンの排気系を流れる排気ガスは、配管を介して排気ガス導入部材３の排気ガス流通管５０に流入する。尚、配管を流れる排気ガスの温度が５００℃以上の極めて高温である場合には、配管の途中に小型の熱交換器（クーラー）を取り付けて３００℃程度まで冷却するようにしてもよい。

排気ガス流通管５０に流入した排気ガスは、スリット５０ａから筒部材５２と排気ガス流通管５０との間に噴出する。このとき、筒部材５２はスリット５０ａに対向しているので、スリット５０ａから吹き出した排気ガスは、筒部材５２の内面に衝突する。この筒部材５２は、上述の如く吸気が流れているサージタンク部１０に臨んでいるので、吸気によって冷却されている。よって、大型のクーラーを設けることなく、排気ガスの温度を低下させることが可能になる。筒部材５２内で冷却された後の排気ガスの温度は、筒部材５２の大きさや長さ等で容易に変更することが可能であり、この実施形態では、樹脂材が損傷しない程度の温度（例えば約１５０℃）以下となるように設定されている。

筒部材５２内の排気ガスは、導入孔３２を通ってガス通路Ｓの上流側通路部Ｓ１に導入される。この上流側通路部Ｓ１に導入された排気ガスは、樹脂材が損傷しない温度以下となっているので、マニホールド本体部２の損傷が抑制される。上流側通路Ｓ１を下流側へ流れた排気ガスは、左側通路部Ｓ２及び右側通路部Ｓ３に分流し、各通路部Ｓ２、Ｓ３を下流側へ流れる。左側通路部Ｓ２を流れる排気ガスは、左側膨出部４０内を流れる際に板４１に当たって勢いが弱められ、図９に矢印で示すように、前側吐出孔１１ａ及び後側吐出孔１２ａに略均一に流入して左側分岐管１１、１２内に流れ込む。左側分岐管１１、１２内に流れ込んだ排気ガスは、吸気と一緒に気筒に吸入される。また、右側通路部Ｓ３を流れる排気ガスも同様に右側分岐管１３、１４に流れ込んで気筒に吸入される。

以上説明したように、この実施形態に係るインテークマニホールド１によれば、排気ガス流通管５０を流通した排気ガスを、吸気によって冷却されている筒部材５２の内面に衝突させるようにしたので、大型のクーラーを設けることなく、排気ガスの温度を低下させることができる。これにより、大型のクーラーが不要になる分、軽量化及び低コスト化を図ることができる。しかも、耐熱性の高い材料で構成するのはガス導入部材３だけで済むので、このことによってもコストを低減でき、インテークマニホールド１を安価にすることができる。

また、排気ガス導入部材３の筒部材５２を吸気の流量が多いサージタンク部１０に配置したので、筒部材５２を多量の吸気によって確実に冷却することができ、吸気通路Ｒに導入する排気ガスの温度を十分に低下させることができる。

また、排気ガス導入部材３の筒部材５２がフランジ５１から延びているので、筒部材５２の熱が、マニホールド本体部２に直接伝達されることはなく、筒部材５２の熱によるマニホールド本体部２の損傷を抑制できる。

尚、この実施形態では、インテークマニホールド１が水平対向４気筒エンジン用のものである場合について説明したが、これに限らず、分岐管１１〜１４の形状や数、サージタンク部１０の形状を変更することで、直列エンジンやＶ型エンジンにも取り付けることが可能である。

また、排気ガス導入部材３は、高耐熱性の樹脂材で構成するようにしてもよい。

また、この実施形態では、マニホールド本体部２を３つの部材で構成したが、これに限らず、２つの部材で構成してもよいし、４つ以上の部材で構成してもよい。

以上説明したように、本発明に係るインテークマニホールドは、例えば、ＥＧＲガスを各気筒に分配する場合に適している。

本発明の実施形態に係るインテークマニホールドの斜視図である。 インテークマニホールドの正面図である。 前側部材を取り外した状態のインテークマニホールドを前側から見た斜視図である。 上側部材を取り外した状態のインテークマニホールドを上側から見た斜視図である。 前側部材を取り外した状態のインテークマニホールドを前側から見た斜視図である。 図１のVI−VI線における断面図である。 図１のVII−VII線における断面図である。 前側部材を後側から見た斜視図である。 図２のIX−IX線における断面図である。 排気ガス導入部材の斜視図である。

１ インテークマニホールド
２ マニホールド本体部
３ 排気ガス導入部材
２６ 差し込み口
５０ 排気ガス流通管
５０ａ 排気ガス噴出口
５１ フランジ
５２ 筒部材（対向壁部）
Ｒ 吸気通路

Claims (1)

1. 吸気が流通する吸気通路（Ｒ）を有する樹脂製のマニホールド本体部（２）と、該マニホールド本体部（２）に設けられ、上記吸気通路（Ｒ）に排気ガスを導入する排気ガス導入部材（３）とを備えたインテークマニホールド（１）であって、
   上記マニホールド本体部（２）には、サージタンク部（１０）と、該サージタンク部（１０）から分岐してエンジンの各気筒に接続される複数の分岐管（１１〜１４）とが設けられるとともに、上記排気ガス導入部材（３）が差し込まれる差し込み口（２６）が上記サージタンク部（１０）に形成され、
   上記サージタンク部（１０）には、上記排気ガス導入部材（２６）から導入された排気ガスを上記分岐管（１１〜１４）に分配するためのガス通路（Ｓ）が上記差し込み口（２６）に連通して該サージタンク部（１０）の壁部に沿って延びるように一体成形され、
   上記排気ガス導入部材（２６）は、上記マニホールド本体部（２）を構成する樹脂材よりも耐熱性の高い材料で構成され、
   上記排気ガス導入部材（２６）には、上記マニホールド本体部（２）の差し込み口（２６）周縁部に取り付けられるフランジ（５１）と、排気ガスが導入される排気ガス流通管（５０）と、該排気ガス流通管（５０）の外面に開口する排気ガス噴出口（５０ａ）と、該排気ガス流通管（５０）の外面を囲むように上記フランジ（５１）から延び、かつ、該排気ガス噴出口（５０ａ）に対向するように配置された筒部材（５２）とを有し、
   上記排気ガス流通管（５０）は、上記サージタンク部（１０）内まで延びるとともに、先端部が閉塞され、
   上記筒部材（５２）は、上記サージタンク部（１０）内に配置され、該筒部材（５２）の上記フランジ（５１）と反対側の先端部は、上記ガス通路（Ｓ）に連通していることを特徴とするインテークマニホールド（１）。

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