JP5577299B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＧＲ導入通路が吸気マニホールドの吸気チャンバに接続された内燃機関の吸気装置に係る。

内燃機関に吸気を供給する吸気装置として、排出ガス中の窒素酸化物の低減等を図るために、内燃機関から排出される排気ガスの一部を吸気に混合させて再循環させる（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）技術が公知である。ＥＧＲガスを吸気に混入させる場合には、ＥＧＲガスと吸気（新気）とを十分に混合させることが望ましく、予混合室を設けたるようにした発明（特許文献１参照）や、ＥＧＲガスの吹出口に隔壁板を設けてこの隔壁板に複数の孔を形成してＥＧＲガスを分散させるようにした発明（特許文献２参照）など、混合を促進するための様々な提案が行われている。

一方、これらの発明が有する吸気マニホールドの形状複雑化や、体格の大型化の課題を解決を解決するために、サージタンクの気筒配列方向の一端に、共通吸気導入管からの吸気の主流を偏向させる偏向部を備えたエアコネクタを連続形成し、ＥＧＲ配管をエアコネクタ内に開口させるとともに、ＥＧＲガスの流れが偏向部による主流の偏向を促すようにした吸気装置が提案されている（特許文献３参照）。

特開平１０−１９６４６６号公報 実開平３−７３６４９号公報 特開２００９−２０３９２０号公報

しかしながら、特許文献３の発明であっても、エアコネクタおよびＥＧＲガスの開口がサージタンクの気筒配列方向の一端に配置されるため、ＥＧＲガスが複数の気筒に均等に分配されない虞がある。また、ＥＧＲガスの流れが吸気の偏向を促すことはできるが、その結果、吸気に渦流が発生して混合が促される一方、渦流が吸気の流速を低下させることになり、吸気効率が低下するとともにＥＧＲガスと吸気との混合が十分に行われなくなる虞もある。

本発明は、このような背景に鑑みなされたものであり、複数の気筒へＥＧＲガスを均等に分配することができ、吸気とＥＧＲガスとを良好に混合することができる内燃機関の吸気装置を提供することをその目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、機関本体（１）に下流端が接続される複数の分岐管（１６〜１９）と、該分岐管の上流端が接続される吸気チャンバ（２０）と、該吸気チャンバの気筒配列方向における中央に接続される共通吸気導入部（２１）とを備える内燃機関（Ｅ）の吸気装置（１）であって、前記吸気チャンバは前記共通吸気導入部よりも前記機関本体側に膨出した膨出部（２２）を含み、前記膨出部の気筒配列方向における中央にＥＧＲ導入通路（３３）が接続されるとともに、該ＥＧＲ導入通路の下流端（３３ａ）が、前記共通吸気導入部側の前記膨出部の壁面（２２ａ）を指向するように構成する。

ここで、壁面を指向するとは、流出する気流を壁面に向かわせる向きとなっていることを意味する。このような構成とすることにより、吸気およびＥＧＲガスがいずれも吸気チャンバ中央に導入されるため、ＥＧＲガスを各気筒に均等に分配することができる。また、ＥＧＲガスは共通吸気導入部を直接指向するのではなく、共通吸気導入部側の膨出部の壁面を指向するため、共通吸気導入部に配置されるスロットル弁等の吸気部品にＥＧＲガスの煤が付着することを回避できる。

また、本発明の一側面によれば、前記共通吸気導入部は、前記機関本体側を弧の中心とする湾曲形状を有するように構成することができる。

このような構成とすることにより、共通吸気導入部から吸気チャンバに流れる吸気は湾曲形状に沿った渦流を形成し、ＥＧＲガスがこの渦流に巻き込まれて良好に吸気と混合されるようにすることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記複数の分岐管の上流端が前記膨出部の前記機関本体側の壁面（２２ａ）に接続され、前記ＥＧＲ導入通路が隣り合う分岐管（１７、１８）の開口（１７ｏ、１８ｏ）の間に配置されるように構成することができる。

このような構成とすることにより、ＥＧＲ導入通路が分岐管の並びと揃うため、吸気マニホールドをコンパクトに構成することができる。

また、本発明の一側面によれば、前記ＥＧＲ導入通路の下流端が指向する前記膨出部の壁面（２２ａ）は、前記吸気チャンバ側を弧の中心とする曲面形状を有するように構成することができる。

このような構成とすることにより、曲面の壁面に沿ってＥＧＲガスを吸気との混合域まで円滑に流すことができる。

また、本発明の一側面によれば、前記膨出部の前記機関本体側の壁面（２２ａ）が気筒配列方向に対して前記機関本体側を凸とする曲面形状を有するように構成することができる。

このような構成とすることにより、曲面の壁面に沿ってＥＧＲガスを各分岐管まで円滑に流すことができる。

また、本発明の一側面によれば、前記共通吸気導入部が、前記吸気チャンバと前記機関本体とが対向する方向（前後方向）および気筒配列方向（左右方向）と直交する方向（上方向）から前記吸気チャンバに接続され、前記ＥＧＲ導入通路は、前記分岐管と略並行に延びる並行部（３４）と、該並行部から前記共通吸気導入部側に湾曲する湾曲部（３５）とを有するように構成することができる。

このような構成とすることにより、ＥＧＲ導入通路を分岐管の並びと揃えることによる吸気マニホールドのコンパクト化と、吸気およびＥＧＲガスの良好な混合とを達成することができる。

また、本発明の一側面によれば、前記湾曲部は鉛直上方に向けて湾曲し、該湾曲部と前記並行部の接続部位に、前記吸気チャンバのチャンバ室（３０）と連通する凝縮水排出用の連通路（３６）を有するように構成することができる。

このような構成とすることにより、ＥＧＲ導入通路内に凝縮水が溜まってしまうことを回避できる。

このように本発明に係る内燃機関の吸気装置によれば、複数の気筒へＥＧＲガスを均等に分配することができ、吸気とＥＧＲガスとを良好に混合することができる。

本発明に係る吸気装置を備えたエンジンの概略斜視図 図１に示す吸気マニホールドの平面図 図１に示す吸気マニホールドを一部破断して示す斜視図 図２中のIV−IV断面図

以下、本発明に係る内燃機関（以下、エンジンＥと記す。）の吸気装置１０の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、位置や方向を示す場合には、図１中の矢印で示す方向に従うものとする。

図１に示すように、エンジンＥは、直列４気筒のＯＨＣ型４サイクルエンジンであって、シリンダブロック２やオイルパン３、シリンダヘッド４、シリンダヘッドカバー５などからなるエンジン本体１と、エンジン本体１の側部上方を通ってエンジン本体１の後方へ延在する吸気管１１や、エンジン本体１の上部後方に配置されて吸気管１１の下流端が接続するエアクリーナー１２、エアクリーナー１２の上部に上流端が接続され、略上下方向に延在する吸気接続管１３、吸気接続管１３の下流端（下端）に設けられたスロットルバルブ１４に接続する吸気マニホールド１５などからなるダウンフロー型の吸気装置１０とを主要構成要素として備えている。

図２および図３に示すように、吸気マニホールド１５は、エンジン本体１の後側側部に下流端が接続される４本の分岐管１６〜１９と、エンジン本体１の後方に対向配置され、分岐管１６〜１９の上流端が接続される吸気チャンバ２０と、吸気接続管１３の下流端（スロットルバルブ１４）に接続され、吸気チャンバ２０の気筒配列方向における中央に接続される共通吸気導入部２１とを備えている。

吸気チャンバ２０は、ラグビーボール状の略長球形を呈しており、その内部に同形状のチャンバ室３０を形成するとともに、長手方向に沿う軸線が気筒配列方向と平行となるように配置されている。

共通吸気導入部２１は、前方斜め上方から後方斜め下方へ向けてエンジン本体１側を弧の中心とするように湾曲して延在し、吸気チャンバ２０に対して吸気チャンバ２０の後部において略鉛直に接続されている。つまり、共通吸気導入部２１は、吸気チャンバ２０とエンジン本体１側とが対向する方向（前後方向）および気筒配列方向（左右方向）と直交する方向（上方向）から吸気チャンバ２０に接続されている。

共通吸気導入部２１は円形断面を呈しており、図４に示すように、その内部に共通吸気導入通路３１を形成している。共通吸気導入部２１の直径は吸気チャンバ２０の軸方向中央における直径よりも小さくなっている。そのため、吸気チャンバ２０には、共通吸気導入部２１よりも前方（エンジン本体１側）に膨出する膨出部２２が形成される。

そして、上記したように吸気チャンバ２０がラグビーボール状の略長球形を呈することにより、膨出部２２のエンジン本体１側の壁面２２ａは、気筒配列方向に対してエンジン本体１側を凸とする曲面形状となっている。

４本の分岐管１６〜１９は、それぞれ吸気分岐通路を形成するとともに、平面視において各上流部が膨出部２２の湾曲したエンジン本体１側の壁面２２ａに接続され、この壁面２２ａに対して略直交して放射状に略水平に延びた後、それぞれ上方へ湾曲してエンジン本体１の後側部に下流端が接続される。

内側に配置された２本の第２および第３分岐管１７、１８は、吸気チャンバ２０の中央寄りの断面積（長手方向の軸線に直交する断面積）が比較的大きな部分において吸気チャンバ２０の前側下部に接続されており、外側に配置された２本の第１および第４分岐管１６、１９は、吸気チャンバ２０の端部寄りの断面積が比較的小さな部分において吸気チャンバ２０の前側部分に接続されている。外側の２本の第１および第４分岐管１６、１９には、湾曲した中央部位の内側に突出する態様で略鉛直に延在するリブ２５が上流端から下流端にわたって一体形成されている。

吸気チャンバ２０の軸線方向（気筒配列方向）の中央、すなわち膨出部２２の中央には、ＥＧＲ導入通路３３を形成するＥＧＲ導入管２３が接続されている。ＥＧＲ導入通路３３は、エンジンＥから排出される排気ガスの一部を吸気に混合させて再循環させるための通路であり、エンジンＥの吸気装置１０の一部を構成している。

ＥＧＲ導入通路３３は、エンジン本体１の前方に配置された図示しない排気管との接続部を上流端として、シリンダヘッド４の内部を通ってエンジン本体１の後方へ導かれ、下方へ延びて第２分岐管１７の下方を通過しつつ後方へ湾曲した後、その下流部が第２および第３分岐管１７、１８と略並行且つ略水平に延び、隣り合う第２および第３分岐管１７、１８の吸気チャンバ２０に対する開口１７ｏ、１８ｏの間で膨出部２２の壁面２２ａの下部に接続（配置）されている。

吸気チャンバ２０には、チャンバ室３０内においてＥＧＲ導入通路３３を膨出部２２の壁面２２ａから更に延長させるように、下壁から略鉛直に上方へ延出する延出壁２４が一体形成されている。図４に示すように、延出壁２４の下部は、ＥＧＲ導入通路３３を滑らかに上方へ湾曲させる曲面を有するように形成されている。したがって、ＥＧＲ導入通路３３は、第２および第３分岐管１７、１８と略並行に延びる並行部３４と、並行部３４の下流端から鉛直上方に向けて（共通吸気導入部２１側に）湾曲する湾曲部３５とを有する。

ＥＧＲ導入通路３３の湾曲部３５と並行部３４の接続部位には、延出壁２４を貫通してＥＧＲ導入通路３３とチャンバ室３０と連通する連通路３６が形成されており、ＥＧＲガスに含まれる凝縮水をＥＧＲ導入通路３３からチャンバ室３０に排出できるようになっている。

また、延出壁２４の上端は、エンジン本体１側へ湾曲するように形成されている。したがって、ＥＧＲ導入通路３３の下流端３３ａは、共通吸気導入部２１側の膨出部２２の壁面２２ａを指向している。ＥＧＲ導入通路３３がこのように構成され、上記したように吸気チャンバ２０がラグビーボール状の略長球形を呈するため、ＥＧＲ導入通路３３の下流端３３ａが指向する膨出部２２の壁面２２ａは、吸気チャンバ２０側（エンジン本体１と反対側）を弧の中心とする曲面形状となる。

このように、吸気チャンバ２０が共通吸気導入部２１よりもエンジン本体１側に膨出した膨出部２２を含み、ＥＧＲ導入通路３３が膨出部２２の気筒配列方向における中央に接続されるとともに、ＥＧＲ導入通路３３の下流端３３ａが上側（共通吸気導入部２１側）の膨出部２２の壁面２２ａを指向するように構成されたことにより、吸気およびＥＧＲガスがいずれも吸気チャンバ２０中央に導入されるため、ＥＧＲガスを各分岐管１６〜１９（気筒）に均等に分配することができる。また、ＥＧＲ導入通路３３から吸気チャンバ２０に流れるＥＧＲガスは、共通吸気導入部２１を直接指向するのではなく、共通吸気導入部２１の膨出部２２の壁面２２ａを指向するため、共通吸気導入部２１に配置されるスロットルバルブ１４にＥＧＲガスの煤が付着することを回避できる。

また、共通吸気導入部２１がエンジン本体１側を弧の中心とする湾曲形状を有するように構成されたことにより、共通吸気導入部２１から吸気チャンバ２０に流れる吸気が湾曲形状に沿った渦流を形成し、ＥＧＲガスがこの渦流に巻き込まれて良好に吸気と混合される。

一方、４本の分岐管１６〜１９の上流端が膨出部２２のエンジン本体１側の壁面２２ａに接続され、ＥＧＲ導入通路３３が隣り合う第２および第３分岐管１７、１８の開口１７ｏ、１８ｏの間に配置されるように構成されたことにより、ＥＧＲ導入通路３３が第２および第３分岐管１７、１８の並びと揃うため、吸気マニホールド１５がコンパクトになっている。

他方、ＥＧＲ導入通路３３の下流端３３ａが指向する膨出部２２の壁面２２ａが、後側（吸気チャンバ２０側）を弧の中心とする曲面形状を有するように構成されたことにより、曲面の壁面２２ａに沿ってＥＧＲガスが吸気との混合域まで円滑に流れる。さらに、膨出部２２のエンジン本体１側の壁面２２ａが気筒配列方向に対してエンジン本体１側を凸とする曲面形状を有するように構成されたことにより、曲面の壁面２２ａに沿ってＥＧＲガスが各分岐管１６〜１９まで円滑に流れる。

また、共通吸気導入部２１が上方向（吸気チャンバ２０とエンジン本体１とが対向する方向および気筒配列方向と直交する方向）から導入され、ＥＧＲ導入通路３３が、第２および第３分岐管１７、１８と略並行に延びる並行部３４と、並行部３４から共通吸気導入部２１側に湾曲する湾曲部３５とを有するように構成されたことにより、ＥＧＲ導入通路３３を第２および第３分岐管１７、１８の並びと揃えることによる吸気マニホールド１５のコンパクト化と、吸気およびＥＧＲガスの良好な混合とが達成される。

加えて、湾曲部３５は鉛直上方に向けて湾曲し、湾曲部３５と並行部３４の接続部位に、吸気チャンバ２０のチャンバ室３０と連通する凝縮水排出用の連通路３６を有するように構成されたことにより、ＥＧＲ導入通路３３内に凝縮水が溜まってしまうことが回避される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、各部材の具体的形状や配置、数量などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば上記実施形態では、本発明に係る吸気装置１０を直列４気筒のエンジンＥに適用しているが、２気筒エンジンや直列６気筒エンジン、Ｖ型エンジンなどにも適用可能である。なお、ＥＧＲ導入通路３３が吸気チャンバ２０の気筒配列方向の中央に配置されることから、吸気チャンバ２０に接続する分岐管の数は偶数が好ましい。さらに、上記実施形態に示した本発明に係る内燃機関の吸気装置１０は、必ずしも全ての構成要素を必須とするものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１ エンジン本体
１０ 吸気装置
１５ 吸気マニホールド
１６ 第１分岐管
１７ 第２分岐管
１７ｏ 開口
１８ 第３分岐管
１８ｏ 開口
１９ 第４分岐管
２０ 吸気チャンバ
２１ 共通吸気導入部
２２ 膨出部
２２ａ 壁面
２４ 延出壁
３０ チャンバ室
３１ 共通吸気導入通路
３３ ＥＧＲ導入通路
３４ 並行部
３５ 湾曲部
３６ 連通路
Ｅ エンジン

Claims (7)

1. 機関本体に下流端が接続される複数の分岐管と、該分岐管の上流端が接続される吸気チャンバと、該吸気チャンバの気筒配列方向における中央に接続される共通吸気導入部とを備える内燃機関の吸気装置であって、
   前記吸気チャンバは、前記機関本体側において前記共通吸気導入部の接続方向と直交しかつ気筒配列方向と直交する方向に前記共通吸気導入部よりも膨出した膨出部を含み、
   ＥＧＲ導入通路を形成するＥＧＲ導入管が前記膨出部の気筒配列方向における中央に接続されるとともに、前記ＥＧＲ導入通路の下流端が前記膨出部における前記共通吸気導入部側の壁面を指向することを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記共通吸気導入部は、前記機関本体側を弧の中心とする湾曲形状を有することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記複数の分岐管の上流端が前記膨出部の前記機関本体側の壁面に接続され、前記ＥＧＲ導入通路が隣り合う分岐管の開口の間に配置されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記ＥＧＲ導入通路の下流端が指向する前記膨出部の壁面は、前記吸気チャンバ側を弧の中心とする曲面形状を有することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記膨出部の前記機関本体側の壁面が気筒配列方向に対して前記機関本体側を凸とする曲面形状を有することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
6. 前記共通吸気導入部が、前記吸気チャンバと前記機関本体とが対向する方向および気筒配列方向と直交する方向から前記吸気チャンバに接続され、前記ＥＧＲ導入通路は、前記分岐管と略並行に延びる並行部と、該並行部から前記共通吸気導入部側に湾曲する湾曲部とを有することを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
7. 前記湾曲部は鉛直上方に向けて湾曲し、該湾曲部と前記並行部の接続部位に、前記吸気チャンバのチャンバ室と連通する凝縮水排出用の連通路を有することを特徴とする、請求項６に記載の内燃機関の吸気装置。

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