JP5884454B2 - 吸気マニホールド - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気ポートに空気を供給する吸気通路を備えた吸気マニホールドに関する。

従来、排気還流ガス（以下、ＥＧＲガスという）を吸気マニホールドに導入して、排出ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）量を低減する技術が知られている。窒素は高温になると、酸化して有害な窒素酸化物となる。しかし、ＥＧＲガスを吸気マニホールドに導入することで、吸気（吸入空気）中の酸素濃度が低くなって燃料がゆるやかに燃えるようになると共に、酸素よりも温まり難い二酸化炭素の濃度が高くなる。このため、燃焼温度が上がり難くなり、窒素酸化物の生成を抑えることができる。

このため、従来の吸気マニホールドは、吸気通路の途中にＥＧＲガスを導入するＥＧＲ導入口を備えている。
また、ＥＧＲガスと吸気との混合効率を高めるために、ＥＧＲ導入口から導入したＥＧＲガスを吸気通路の中心側に案内する案内部材を吸気通路の内部に突出する姿勢で固定してある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１０１２５４号公報

ＥＧＲガスの吸気通路への導入量は、吸気ポートへの空気の供給量が少ないとき、つまり、エンジン出力が低・中速領域にあるときには多くする。また、吸気ポートへの空気の供給量が多いとき、つまり、エンジン出力が高速領域にあるときには、ＥＧＲガスの吸気通路への導入量は少なくてよい。
したがって、吸気ポートへの空気の供給量が多く、ＥＧＲガスの導入量が少ないエンジン出力が高速領域にあるときには、吸気通路の内部に突出している案内部材に起因する空気の圧力損失が大きくなり、エンジン出力向上の妨げになる。
このような圧力損失を小さくするために、案内部材の突出量を小さくすると、吸気ポートへの空気の供給量が少なく、ＥＧＲガスの導入量が多いエンジン出力が低・中速領域にあるときには、ＥＧＲガスと吸気との混合効率が低下するおそれがある。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、吸気ポートへの空気の供給量が少ないときにはＥＧＲガスと吸気との混合効率を高めることができ、吸気ポートへの空気の供給量が多いときには、空気の圧力損失を軽減することができる吸気マニホールドを提供することを目的とする。

本発明の第１特徴構成は、内燃機関の吸気ポートに空気を供給する吸気通路を備えた吸気マニホールドであって、前記吸気通路の途中に排気還流ガスを導入するＥＧＲ導入口と、前記吸気通路の中心側と前記中心側から離間する側とに亘って揺動自在に支持され、前記ＥＧＲ導入口から導入した排気還流ガスを前記吸気通路の前記中心側に案内可能な案内部材と、前記案内部材が前記吸気通路の前記中心側に向けて揺動するように付勢する付勢部材を有し、前記吸気ポートへの空気の供給量が少ないときには前記案内部材を前記吸気通路の前記中心側に移動させ、前記空気の供給量が多いときには前記案内部材を前記吸気通路の前記中心側から離間する側に移動させる移動機構と、を備えている点にある。

本構成の吸気マニホールドは、吸気ポートへの空気の供給量が少ないときには案内部材を吸気通路の中心側に移動させ、吸気ポートへの空気の供給量が多いときには案内部材を吸気通路の中心側から離間する側に移動させる移動機構を備えている。
したがって、吸気ポートへの空気の供給量が少ないときには、案内部材を吸気通路の中心側に移動させて、ＥＧＲガスと吸気との混合効率を高めることができる。
また、吸気ポートへの空気の供給量が多いときには、案内部材を吸気通路の中心側から離間する側に移動させて、空気の圧力損失を軽減することができる。

また、本構成であれば、空気の供給量が少ないときには、付勢部材の付勢力で案内部材を吸気通路の中心側に向けて揺動させることができ、空気の供給量が多いときには、吸気圧力で案内部材を付勢力に抗して吸気通路の中心側から離間する側に揺動させることができる。
このため、案内部材を吸気通路の中心側とその中心側から離間する側とに亘って駆動移動させるアクチュエータが不要になり、構造の簡略化を図ることができる。

本発明の第２特徴構成は、前記案内部材が、吸気圧力を受け止め可能な受圧面を空気供給方向の上流側に備えた板状に形成されている点にある。

本構成であれば、空気の供給量が多いときに吸気圧力を受圧面で確実に受け止めて、案内部材を付勢力に抗して吸気通路の中心側から離間する側に感度良く揺動させることができる。

本発明の第３特徴構成は、前記案内部材が、前記排気還流ガスの供給方向が分散するように案内するガイド面を備えている点にある。

本構成であれば、板状の案内部材に沿って流入するＥＧＲガスを案内部材の幅方向に分散するよう案内して吸気に対して均一に混合し易い。

本発明の第４特徴構成は、前記案内部材が、前記排気還流ガスを前記吸気通路の前記中心側に案内可能な案内路を形成する筒状部材で構成されている点にある。

本構成であれば、ＥＧＲ導入口から導入するＥＧＲガスを吸気通路の中心側に確実に案内することができる。

吸気マニホールドの縦断面図である。 案内部材が吸気通路の中心側に移動している状態を示す縦断面図である。 案内部材が吸気通路の中心側から離間する側に移動している状態を示す縦断面図である。 案内部材とその固定金具を示す斜視図である。 案内部材とその固定金具を示す側面図である。 第２実施形態の吸気マニホールドを示す縦断面図である。 第２実施形態における案内部材を示す斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図５は、自動車用の筒内噴射式エンジン（内燃機関の一例）に装備される本発明による樹脂製の吸気マニホールドＡを示す。

図１に示すように、吸気マニホールドＡは、サージタンク１と、その空気供給方向の上流側に配設された空気流入部２とを備えている。
空気流入部２には、エンジンの吸気ポート（図示せず）に空気を供給する吸気通路として、吸入空気（吸気）をサージタンク１に流入させる空気流入路３を設けてある。
空気流入路３の空気流入口４には、空気吸入量を調節するスロットルバルブ５を介して、エアホース６が接続され、エアホース６にはＰＣＶ配管７が接続されている。

空気流入路３は、空気流入口４が形成された第１流入路３ａと、サージタンク１に連通する第２流入路３ｂとを備えている。
第１流入路３ａは空気供給方向の下流側ほど高くなる傾斜姿勢で形成され、第２流入路３ｂは略水平方向に沿って形成され、第１流入路３ａと第２流入路３ｂとが側面視で「く」の字状に連通している。
第１流入路３ａの下流側は、第２流入路３ｂにおける空気供給方向に対して垂直な通路壁２ｂで囲まれている。

空気流入路３の途中、つまり、第１流入路３ａと第２流入路３ｂとが連通する連通部分には、エンジンから排出される排気ガスの一部を排気還流ガス（以下、ＥＧＲガスという）として空気流入路３に導入するＥＧＲ導入口８が第１流入路３ａの側に向けた下向きに開口している。

ＥＧＲ導入口８には、ＥＧＲガスの導入管９が接続されている。
導入管９の途中箇所には、ＥＧＲガスの空気流入路３への導入量を調節するＥＧＲバルブ１０が接続されている。

ＥＧＲガスの空気流入路３への導入量はエンジンの運転状態に応じて調節される。
具体的には、吸気ポートへの空気の供給量が少ないとき、つまり、エンジン出力が低・中速領域にあるときには多くなるように調節され、吸気ポートへの空気の供給量が多いとき、つまり、エンジン出力が高速領域にあるときには少なくなるように調節される。

ＥＧＲ導入口８から導入したＥＧＲガスを空気流入路３の中心側に案内可能な案内部材１１としての板状のフラップ１１ａと、吸気ポートへの空気の供給量が少ないときにはフラップ１１ａを空気流入路３の中心側に移動させ、吸気ポートへの空気の供給量が多いときにはフラップ１１ａを空気流入路３の中心側から離間させる側、つまり、ＥＧＲ導入口８の側に移動させる移動機構１２とをＥＧＲ導入口８に備えている。

フラップ１１ａは、図２〜図５に示すように、揺動軸１３の周りで空気流入路３の中心側とその中心側から離間する側とに亘って揺動自在に支持されている。
揺動軸１３は、導入管９と空気流入部２との間に挟んで固定される固定金具１４に支持されている。
フラップ１１ａと移動機構１２と固定金具１４は、予め組み付けられている。

固定金具１４は、空気流入部２の外面側のＥＧＲ導入口８の周りに形成した座面１５に固定されるフランジ部１６と、フランジ部１６から突設された支持部１７とを備え、支持部１７の先端側に揺動軸１３を支持してある。
フランジ部１６はフェノール樹脂などの樹脂製断熱ガスケット１８にインサート成形されている。

固定金具１４は、フランジ部１６を導入管９の側に装着したメタルガスケット１９と共に導入管９の端部と座面１５との間に挟み込んで、揺動軸１３がＥＧＲ導入口８を通して空気流入路３の側に突出するように固定される。

移動機構１２は、フラップ１１ａが空気流入路３の中心側に向けて揺動するように付勢する付勢部材としての左右一対の捩りコイルバネ２０と、フラップ１１ａの空気供給方向の上流側の面で形成される受圧面２１とを備えている。

受圧面２１は、第１流入路３ａを通って流入する吸気の圧力（吸気圧力）を受け止め可能である。
捩りコイルバネ２０は、揺動軸１３の端部に同芯状に装着され、一端側がフランジ部１６に係止固定され、他端側がフラップ１１ａに係止固定されている。

したがって、吸気ポートへの空気の供給量が少なく、かつ、ＥＧＲガスの導入量が多いときには、図２に示すように、フラップ１１ａが捩りコイルバネ２０の付勢力で空気流入路３の中心側に向けて揺動する。
また、吸気ポートへの空気の供給量が多く、かつ、ＥＧＲガスの導入量が少ないときには、図３に示すように、受圧面２１に受け止めた捩りコイルバネ２０の付勢力に抗する吸気圧力でフラップ１１ａが空気流入路３の中心側から離間する側に移動する。

フラップ１１ａの揺動軸１３に沿う幅方向の両側には、ＥＧＲ導入口８の側に向けて立ち上がる側壁２２が一体に設けられている。
このため、フラップ１１ａに沿って導入されるＥＧＲガスを、フラップ１１ａの先端側から空気流入路３の中心側に効率良く流入させることができる。

フラップ１１ａのＥＧＲ導入口８の側に対向する面には、ＥＧＲガスの供給方向がフラップ１１ａの幅方向に分散するように案内するガイド面２３を板金成形してある。
フラップ１１ａ、固定金具１４、揺動軸１３及び捩りコイルバネ２０は、いずれもステンレス鋼で形成してある。

〔第２実施形態〕
図６，図７は、本発明の別実施形態を示す。
本実施形態では、図７に示すように、ＥＧＲガスを空気流入路３の中心側に案内可能な案内路を内側に形成してある案内部材１１としての筒状部材１１ｂと、筒状部材１１ｂの基端側が径方向から接続される円筒缶状の基部２４と、筒状部材１１ｂを空気流入路３の中心側と空気流入路３の中心側から離れる側とに移動させる移動機構１２とを備えている。
筒状部材１１ｂの先端側が、空気流入路３の途中にＥＧＲガスを導入するＥＧＲ導入口８を構成する。

筒状部材１１ｂは、基部２４の内側空間に連通するように当該基部２４に一体に接続されている。
筒状部材１１ｂは、図６に示すように、基部２４を空気流入部２の外面側に回動自在に支持することにより、ＥＧＲ導入口８が空気流入路３の中心側と空気流入路３の中心側から離れる側とに亘って揺動自在に支持される。
したがって、基部２４が揺動軸１３として機能する。

移動機構１２は、図７に示すように、吸気ポートへの空気の供給量が少ないときには筒状部材１１ｂが空気流入路３の中心側に向けて揺動するように付勢する付勢部材としての
左右一対の捩りコイルバネ２０と、吸気圧力を受け止め可能な受圧面２１を空気供給方向の上流側に形成する一対の翼板２５とを備えている。

ＥＧＲガスの導入管９が、基部２４の両端に亘って同芯状に気密に貫通する状態で、基部２４に相対回転自在に装着されている。
導入管９の先端側は塞ぎ板９ａで塞いであり、基部２４の内側に入り込んでいる導入管部分に多数の貫通孔９ｂを形成して、貫通孔９ｂから基部２４の内側に流入したＥＧＲガスが筒状部材１１ｂの先端部（ＥＧＲ導入口８）から空気流入路３に導入される。

捩りコイルバネ２０は基部２４の端部に同芯状に装着され、一端側が導入管９に係止固定され、他端側が筒状部材１１ｂに係止固定されている。
したがって、吸気ポートへの空気の供給量が多いときにはその吸気圧力を受圧面２１で受け止めて、図６において仮想線で示すように、捩りコイルバネ２０の付勢力に抗して筒状部材１１ｂを空気流入路３の中心側から離れる側に移動させることができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔その他の実施形態〕
１．本発明による吸気マニホールドは、内燃機関の吸気ポート毎に接続される吸気通路にＥＧＲガスを各別に導入するものであってもよい。
２．本発明による吸気マニホールドは、移動機構が、空気の供給量が多いときには案内部材が吸気通路の中心側から離間する側に向けて揺動するように付勢する付勢部材を備えていてもよい。
３．本発明による吸気マニホールドは、案内部材が吸気通路の中心側から離間する側に移動した状態で、その案内部材が吸気通路の内壁面と面一に保持されるものであってもよい。
４．本発明による吸気マニホールドは、案内部材を吸気通路の中心側とその中心側から離間する側とに亘ってソレノイドや電動モータなどで機械的に駆動移動させる移動機構を備えていてもよい。
５．本発明による吸気マニホールドは、ディーゼルエンジンの吸気ポートに空気を供給する吸気通路を備えた吸気マニホールドであってもよい。

本発明は、各種内燃機関の吸気ポートに空気を供給する吸気通路を備えた吸気マニホールドに利用することができる。

３ 吸気通路
８ ＥＧＲ導入口
１１ 案内部材
１１ｂ 筒状部材
１２ 移動機構
１３ 揺動軸
２０ 付勢部材
２１ 受圧面
２３ ガイド面

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気ポートに空気を供給する吸気通路を備えた吸気マニホールドであって、
   前記吸気通路の途中に排気還流ガスを導入するＥＧＲ導入口と、
   前記吸気通路の中心側と前記中心側から離間する側とに亘って揺動自在に支持され、前記ＥＧＲ導入口から導入した排気還流ガスを前記吸気通路の前記中心側に案内可能な案内部材と、
   前記案内部材が前記吸気通路の前記中心側に向けて揺動するように付勢する付勢部材を有し、前記吸気ポートへの空気の供給量が少ないときには前記案内部材を前記吸気通路の前記中心側に移動させ、前記空気の供給量が多いときには前記案内部材を前記吸気通路の前記中心側から離間する側に移動させる移動機構と、を備えている吸気マニホールド。
2. 前記案内部材が、吸気圧力を受け止め可能な受圧面を空気供給方向の上流側に備えた板状に形成されている請求項１記載の吸気マニホールド。
3. 前記案内部材が、前記排気還流ガスの供給方向が分散するように案内するガイド面を備えている請求項２記載の吸気マニホールド。
4. 前記案内部材が、前記排気還流ガスを前記吸気通路の前記中心側に案内可能な案内路を形成する筒状部材を備えている請求項１記載の吸気マニホールド。

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