JP5274559B2 - 内燃機関の吸気マニホルド - Google Patents

Description

本発明は、自動車の内燃機関の分野に関し、特に吸気マニホルドを提案する。

知られているように、内燃機関の吸気マニホルドは、吸気流を機関のすべてのシリンダに分配する役目を有する。この吸気流は、簡単なろ過の後で外部から直接到来する、つまり空気であるか、又は外気とＥＣＲ弁によって計量された排ガスとの混合物に由来する。内燃機関の吸気マニホルドは内燃機関の性能を保証するのに十分な通気度を有しなければならない。従って、あるレベルの通気度を達成する必要がある。このレベルの通気度は、ある区域に供給するときに、エンジンのあらゆるシリンダと関連するすべての区域にわたる通気度の平均を取得することによって得られる。しかしながら、あるシリンダを他のシリンダより有利又は不利にしないように、各区域は他の区域の通気度と同等の通気度を有していなければならない。なぜなら、これは内燃機関の機能不良につながるか、又は内燃機関の格下げ設定を要しうるからである。

内燃機関の場合、自動車メーカーは、タンブルタイプの空気力学的運動（エンジのシリンダ内の吸気流のらせん状のタンブリング運動であり、その回転軸はシリンダの軸に対して垂直である）の発生を意図している。主に内燃機関の入口ダクトの形状によって生じるこの運動は、いわゆる「通常の」タンブルに相当する、吸気弁の前の流れ、又はいわゆる「逆の」タンブルに相当する、吸気弁の背後の流れを強める。従って、吸気マニホルドの形状によって、このタンブルのレベルが落ちたり、タンブルタイプの運動が分散したりすることがないようにすることが適切である。このような現象は特に、吸気マニホルドの種々のダクト又は区域から出る吸気流の分配の均一度が十分に低下して、吸気弁の周囲の吸気流に所望な速度の配分が乱れると発生する。

現行の解決策は、吸気流入口ダクトを備えた吸気マニホルドを提案している。この入口ダクトは吸気流を通過可能にするために一端が開放し、他端が閉鎖し、側面が複数の同一出口ダクトに開口している。出口ダクトの対称軸は、入口ダクトの対称軸に垂直で、互いに平行である。各出口ダクトはエンジンのシリンダに接続されている。これにより、吸気マニホルドの入口ダクトは吸気流をエンジンのあらゆるシリンダに分配することができる。しかしながら、入口ダクトの吸気流の入口から最も遠い出口ダクトは、他のダクトの方が入口に近いため、他の出口ダクトと比べて通気度の点で不利である。問題は、吸気流が流れる距離が長いことである。

更に、特許文献１と特許文献２により、エンジンの性能を改善する吸気マニホルドが既知である。この吸気マニホルドは、シリンダに関連する区域に隆起部、傾斜部又は材料を追加することによってスワール（エンジンのシリンダ内での吸気流のらせん状運動であり、その回転軸はシリンダの軸に平行である）を良好に分配する。しかしながら、このような追加は、種々のシリンダに関連する種々の区域の通気度に大きな影響を与える。

特許第１１３５０９６３号 特許第６３２０８６１６号

本発明の目的は、満足できるエンジン性能を保証することができる内燃機関吸気マニホルドを提案することによって、従来技術の欠点を軽減することである。

この目的のために、対称軸（Δ）を有する円筒形の入口ダクトを具備する内燃機関の吸気マニホルドが提供される。この入口ダクトの一端は開放し、他端は閉じ、側面は、対称軸（δｉ）を有する複数の出口ダクトに開放しており、開放端部は吸気流を通過させることができ、この吸気流は入口ダクトを対称軸（Δ）に沿って開放端部から最後の出口ダクト近傍の閉鎖端部の方へ移動し、各出口ダクトはエンジンのシリンダに接続されており、各出口ダクトの対称軸（δｉ）は入口ダクトの対称軸（Δ）に対して垂直である。本内燃機関用の吸気マニホルドは、各出口ダクトが吸気流の移動方向とは反対方向に、且つ均等な通気度で各出口ダクトに吸気流を分配するために各出口ダクトの混合半径が入口ダクトの開放端部から各出口ダクトの対称軸（δｉ）までの吸気流の経路長にしたがって増大するように、混合半径（blend radius）によって入口ダクトに接続されていることを特徴とする。

他の特別な特徴によれば、各出口ダクトの混合半径（Ｒｉ）が次式
Ｒｉ＝Ａ×Ｌｉ＋Ｂ
により得られ、ここでＲｉとＬｉはミリメートルで表され、Ｌｉは入口ダクトの開放端部から各出口ダクトの対称軸（δｉ）までの吸気流の経路長に相当し、Ａは０．０１と０．０６の間で変動する係数であり、Ｂは８ｍｍと１１ｍｍの間で変動する係数である。

他の特別な特徴によれば、出口ダクトはみな同一の直径を有する。

他の特別な特徴によれば、各出口ダクトの混合半径がエンジンの各シリンダ内でタンブルタイプの空気力学的運動を強める。

他の特別な特徴によれば、吸気マニホルドがガソリンエンジン又はディーゼルエンジンに適用される。

非制限的な例示のみを目的として用意された添付図面を参照する後述の説明の過程で、本発明に対する理解が深まり、本発明の他の目的、特徴、詳細及び効果が一層明瞭になるであろう。

本発明による吸気マニホルドを示す。

本発明による吸気マニホルド（１）は、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンの性能を大きく改善することができる。更に、タンブルタイプの空気力学的運動（エンジのシリンダ内の吸気流（Ｆ）のらせん状のタンブリング運動であり、その回転軸はシリンダの軸に対して垂直である）を発生させようとする自動車メーカーが増加している。本発明による吸気マニホルド（１）は、従来の吸気マニホルドがタンブルタイプの空気力学的運動に関して有するマイナスの作用を低減することができ、且つこのタンブルタイプの空気力学的運動を強めることができる。

図１に示すように、内燃機関の吸気マニホルド（１）は対称軸（Δ）を有する円筒形の入口ダクト（１０）を備えている。この入口ダクト（１０）は、一端（１０１）が開放し、他端（１０２）が閉じ、側面が、対称軸（δｉ）を有する複数の出口ダクト（Ｃｉ）に開口している。各出口ダクト（Ｃｉ）の対称軸（δｉ）は入口ダクト（１０）の対称軸（Δ）に垂直であり、各出口ダクト（Ｃｉ）の対称軸（δｉ）は互いに平行である。図示した実施例では、入口ダクト（１０）はそれぞれ対称軸（δ１，δ２，δ３，δ４）を有する４つの出口ダクト（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）に開口しており、これらの出口ダクトの各々は、入口ダクト（１０）の開放端部（１０１）から長さ（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４）だけそれぞれ離れている。

開放端部（１０１）はエンジンの吸い込み管路から発生する吸気流（Ｆ）を通過させることができ、この吸気流（Ｆ）は、入口ダクト（１０）を対称軸（Δ）に沿って開放端部（１０１）から最後の出口ダクト、図示例では出口ダクト（Ｃ４）の近くの閉鎖端部（１０２）の方へ移動する。各出口ダクト（Ｃｉ）をエンジンのシリンダに接続することが既知である。図示の実施例では、出口ダクト（Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）は円筒形であり、みな同一の直径を有する。

各出口ダクト（Ｃｉ）は、吸気流（Ｆ）の移動方向とは反対に、混合半径によって入口ダクト（１０）に接続されている。均等な通気度で各出口ダクト（Ｃｉ）に吸気流（Ｆ）を分配するために、各出口ダクト（Ｃｉ）の混合半径（Ｒｉ）は、入口ダクト（１０）の開放端部（１０１）から各出口ダクト（Ｃｉ）の対称軸（δｉ）までの吸気流（Ｆ）の経路長（Ｌｉ）に従って増大する。吸気流（Ｆ）は対称軸（δｉ）に平行な軸に沿って各出口ダクト（Ｃｉ）を通過する。各出口ダクト（Ｃｉ）の混合半径（Ｒｉ）は次式によって得られる。
Ｒｉ＝Ａ×Ｌｉ＋Ｂ
ここで、ＲｉとＬｉはミリメートルで表される。Ｌｉは入口ダクト（１０）の開放端部（１０１）から各出口ダクト（Ｃｉ）の対称軸（δｉ）までの吸気流（Ｆ）の経路長に相当し、Ａは０．０１と０．０６の間で変動する係数であり、Ｂは８ｍｍと１１ｍｍの間で変動する係数である。

図示した実施例では、出口ダクト（Ｃ１）の混合半径（Ｒ１）は式Ｒ１＝Ａ×Ｌ１＋１０によって得られる。Ｌ１は入口ダクト（１０）の開放端部（１０１）から出口ダクト（Ｃ１）の対称軸（δｉ）までの吸気流（Ｆ）の経路長である。つまり、出口ダクトＣ１が入口ダクト（１０）の開放端部（１０１）に最も近い出口ダクトであるので、その混合半径（Ｒ１）は最も短い。更に、出口ダクトＣ４が入口ダクト（１０）の開放端部（１０１）から最も遠い出口ダクトであるので、その混合半径（Ｒ４）は最も長い。

入口ダクト（１０）の開放端部（１０１）から各出口ダクト（Ｃｉ）の対称軸（δｉ）までの吸気流（Ｆ）の経路長（Ｌｉ）の関数として混合半径（Ｒｉ）を増大させることにより、最も遠い出口ダクト、図示した例では出口ダクト（Ｃ４）を通る吸気流（Ｆ）の通過を強めることができる。

このようにして、本発明による吸気マニホルド（１）は、入口ダクト（１０）の開放端部（１０１）から最も遠い出口ダクトの通過度を補正することができると同時に、タンブルタイプの空気力学的運動に有害な分散が生じないように、各出口ダクト（Ｃｉ）内に良好な速度分布を維持することができる。

本発明の効果の１つは、吸気マニホルド（１）が全てのダクト（Ｃｉ）に均等な通過度を保証することができると同時に、タンブルタイプの空気力学的運動を強めることである。

特許請求の範囲に規定される本発明の適用分野から逸脱することなく、本発明に多数の他の特殊な実施形態が可能であることは、当業者には明らかである。従って、本実施の形態は例示を目的とするものであり、特許請求の範囲によって規定される範囲内で変形可能であり、本発明は上述の詳細に限定されない。

Claims (5)

1. 第１軸（Δ）を中心として点対称な断面を有する円筒形の入口ダクト（１０）を具備する内燃機関用の吸気マニホルド（１）において、
   入口ダクト（１０）が、一端（１０１）で開放し、他端（１０２）で閉じ、
   その側面が、第２軸（δｉ）を中心として点対称な断面をそれぞれがなす複数の出口ダクト部（Ｃｉ）に開口しており、
   開放端部（１０１）が吸気流（Ｆ）を通過させることができ、
   この吸気流（Ｆ）が入口ダクト（１０）を前記第１軸（Δ）に沿って開放端部（１０１）から最後の出口ダクト近傍の閉鎖端部（１０２）まで移動し、
   各出口ダクト部（Ｃｉ）がエンジンのシリンダに接続されており、
   各出口ダクト部（Ｃｉ）の前記第２軸（δｉ）が入口ダクト（１０）の前記第１軸（Δ）に垂直である吸気マニホルドであって、
   前記各出口ダクト部（Ｃｉ）の側面は、前記入口ダクト（１０）の側面の開口部において所定の半径（Ｒｉ）によって曲面部をなすように前記入口ダクト部（Ｃｉ）の側面に接続され、
   入口ダクト（１０）の開放端部（１０１）から各出口ダクト部（Ｃｉ）の前記第２軸（δｉ）までの吸気流（Ｆ）の経路長（Ｌｉ）が長いほど、対応する出口ダクト（Ｃｉ）の所定の半径（Ｒｉ）が長く、それにより均等な通気度で各出口ダクト部（Ｃｉ）に吸気流（Ｆ）を分配することを特徴とする、吸気マニホルド（１）。
2. 各出口ダクト部（Ｃｉ）の前記所定の半径（Ｒｉ）が、
   Ｒｉ＝Ａ×Ｌｉ＋Ｂ
   によって得られ、ここでＲｉとＬｉはミリメートルで表され、Ｌｉは入口ダクト（１０）の開放端部（１０１）から各出口ダクト部（Ｃｉ）の前記第２軸（δｉ）までの吸気流（Ｆ）の経路長に相当し、Ａは０．０１と０．０６の間で変動する係数であり、Ｂは８ｍｍと１１ｍｍの間で変動する係数であることを特徴とする、請求項１記載の吸気マニホルド（１）。
3. 出口ダクト部（Ｃｉ）が同一の直径を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の吸気マニホルド（１）。
4. 各出口ダクト部（Ｃｉ）の前記所定の半径（Ｒｉ）が、エンジンの各シリンダ内でタンブルタイプの空気力学的運動を強めることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の吸気マニホルド（１）。
5. 吸気マニホルド（１）が、ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンに適用されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の吸気マニホルド（１）。

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