JP5886691B2 - 吸気マニホールド - Google Patents

Description

本発明は、多気筒エンジンに付設される吸気マニホールドに係り、詳しくはエンジンの吸気ポートやバキューム配管への凝縮水の流入を防止する技術に関する。

自動車用多気筒エンジンでは、シリンダヘッドにおける吸気ポート側壁面に吸気マニホールドを締結し、この吸気マニホールドを介して新気（空気や混合気）を各気筒の燃焼室に供給することが一般的である。吸気マニホールドには、エアクリーナやスロットルボディを通過した新気を一時的に貯留する吸気チャンバと、吸気チャンバ内の新気を各気筒の吸気ポートに分配する分岐管とから構成されたものがある。吸気マニホールドの製造方法としては、アルミニウム合金を素材とするダイキャスト成型が採用されることもあるが、近年では軽量化や低コスト化等を図るべく樹脂を素材とする射出成形品が出現している（特許文献１参照）。特許文献１の吸気マニホールドでは、吸気導入管が並設された４本の分岐管のうち２本の内側を略水平に通過した後、上方に向けてＬ字状に屈曲して上部の吸気チャンバに連通する構造となっている。

一方、吸気マニホールドには、吸気チャンバにレゾネータ（レゾナンスチャンバとも呼ぶ）を接続し、共鳴過給（共鳴効果による吸気の動的過給）を行なうものが公知となっている（特許文献２参照）。共鳴過給は、吸気行程で吸気管内に生じた圧力振動（吸気脈動）にレゾネータの固有気柱振動数を同調させることによる過給方法であり、同調点において吸気脈動が減衰する一方、同調点を挟むエンジン回転域では過給効果が生じてエンジントルクの上昇が実現される。
国際公開第ＷＯ２０１２／０１４３７７号 特開平９−２６４１４２号公報

近年の自動車用エンジンでは、有害排出ガス成分の低減や燃費の向上等を図るため、吸気マニホールドの上流側（吸気導入管等）にＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation system：排気ガス再循環システム）ガスが導入される。ＥＧＲガスは未燃燃料やオイル等とともに燃焼生成物である水分を含んでいるため、その水分が吸気チャンバ内（チャンバ室の内壁）で結露して凝縮水となる。通常、凝縮水はチャンバ室の下部に溜まることになるが、自動車が旋回走行や悪路走行を行った際には、凝縮水が吸気チャンバから分岐管に流れ込んでエンジンの吸気ポートに流入することがあった。この場合、点火プラグが濡れることで失火等が生じ、エンジンの出力低下や振動がもたらされる虞があった。

一方、ガソリンエンジン搭載車等では、運転者の制動意志（すなわち、ブレーキペダルの踏込量）に応じた十分な制動を可能とすべく、負圧作動式の真空倍力装置（バキュームサーボ）がブレーキに付設されている。バキュームサーボは、吸気マニホールドや吸気管に形成された負圧ジョイントにバキューム配管（バキュームホース，バキュームパイプ）およびチェックバルブ（逆流防止弁）を介して接続されており、エンジンの運転時に吸気負圧によって真空引きされる。しかしながら、負圧ジョイントを吸気チャンバに形成した場合、上述した凝縮水が負圧ジョイントを介してバキューム配管に流れ込み、チェックバルブの機能不良（弁体の固着や閉塞等）を引き起こす虞があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、エンジンの吸気ポートやバキューム配管への凝縮水の流入を防止した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の側面では、車載用多気筒型のエンジン（１）に付設される吸気マニホールド（１０）であって、スロットルバルブ（８）からの吸入空気を導入する吸気導入管（１１）と、前記吸気導入管から導入された吸入空気を貯留するチャンバ室（５１）が形成された吸気チャンバ（１２）と、前記エンジンの気筒列方向に沿って並設され、上流側から下流側に向けて下方に延設されるとともに、前記チャンバ室に分岐管開口（１３ａ〜１６ａ）をもってそれぞれ開口し、当該チャンバ室内の吸入空気を当該エンジンの各吸気ポート（５ａ〜５ｄ）にそれぞれ供給する複数本の分岐管（１３〜１６）と、前記チャンバ室に共鳴連通路（５３）を介して連通する共鳴室（５２）を有するレゾネータ（１７）とを備え、前記エンジンが車両に搭載された状態で、前記分岐管開口の下縁が前記チャンバ室の底面（１２ａ）より上方に位置し、前記共鳴連通路の前記チャンバ室側の開口（５３ａ）が当該分岐管開口の下縁よりも下方に位置する部分を含む。

また、本発明の第２の側面では、前記吸気チャンバには前記チャンバ室に負圧開口（３９ａ）をもって開口する負圧ジョイント（３９）が形成され、前記負圧開口は、前記共鳴連通路の上方に位置するとともに、底面が下り勾配または水平に形成された連通溝（４０）をもって当該共鳴連通路に連通する。

本発明の第１の側面に係る吸気マニホールドによれば、吸気チャンバ内に生じた凝縮水は、分岐管に流れ込むことなく共鳴連通路を介してレゾネータに落下し、エンジンの吸気ポートに流入して失火等を引き起こすこと等が防止される。また、第２の側面に係る吸気マニホールドによれば、負圧ジョイント付近の凝縮水が連通溝および共鳴連通路を介してレゾネータに落下し、バキュームラインに設けられたチェックバルブの機能不良等を引き起こすこと等が防止される。

実施形態に係る自動車用エンジンの斜視図である。 実施形態に係る吸気マニホールドの分解斜視図である。 実施形態に係る吸気マニホールドの背面図である。 実施形態に係る第１分割体の正面図である。 図４中のＶ部拡大図である。 実施形態に係る第２分割体の背面図である。 実施形態に係る吸気マニホールドの縦断面図である。 図７中のＶIII−ＶIII階段断面図である。 図８中のＩＸ部拡大図である。

以下、図面を参照して、本発明を自動車用直列４気筒エンジン（以下、単にエンジンと記す）の吸気マニホールドに適用した実施形態を詳細に説明する。なお、本実施形態のエンジンは前方吸気の前傾搭載型であるが、吸気マニホールドにおける各部位の説明にあたっては、上下方向については図１中に上下の矢印で示し、前後方向および左右方向については便宜上図１中に前後・左右を矢印で示し、位置や方向をこれらに沿って表記する。

≪実施形態の構成≫
図１，図２に示すように、本実施形態のエンジン１は、図示しないシリンダブロックの上面に締結されたシリンダヘッド２、シリンダヘッド２の上面に締結されたヘッドカバー３等を有している。シリンダヘッド２の吸気サイド（前面）に形成された吸気フランジ２ａには、４つの吸気ポート５ａ〜５ｄが左右方向に並んで開口するとともに、右端側の吸気ポート５ｄの右方にＥＧＲガス供給孔６が開口している。シリンダヘッド２には、ＥＧＲガス供給孔６を覆うかたちでＥＧＲブロック７が締結され、このＥＧＲブロック７を介してＥＧＲガス供給孔６からのＥＧＲガスが後述の吸気導入管１１内に供給される。

＜吸気マニホールド＞
図１，図２に示すように、吸気マニホールド１０は、シリンダヘッド２の吸気フランジ２ａおよびＥＧＲブロック７の前面（図２参照）に締結されており、右端に締結されたスロットルバルブ８からの新気（吸入空気）が流入する吸気導入管１１と、吸気導入管１１から新気が流入する吸気チャンバ１２と、吸気チャンバ１２内の新気をエンジン１の各吸気ポート５ａ〜５ｄにそれぞれ導く第１〜第４分岐管１３〜１６と、吸気チャンバ１２に連通するレゾネータ１７（図３参照）とを備えている。

図３にも示すように、吸気導入管１１は、右方（上流側）から吸気マニホールド１０の中央部まで延びた後に上方に向けて略Ｌ字状に屈曲し、下流端が吸気チャンバ１２の前面に接続している。吸気チャンバ１２は、吸気マニホールド１０の最上部に位置しており、内部にチャンバ室５１（図７，図８参照）を有している。図１に示すように、第１〜第４分岐管１３〜１６は、上流端が吸気チャンバ１２の前面に接続しており、前方に向けて略円弧状に屈曲した後、下流端が締結フランジ１８（図３参照）を介してシリンダヘッド２の吸気フランジ２ａに締結されている。

第３，第４分岐管１５，１６は、吸気導入管１１の外周に一部が巻き回されており、少なくともその下部が吸気導入管１１と一体となっている。一方、レゾネータ１７は、吸気導入管１１と第１，第２分岐管１３，１４と吸気チャンバ１２とによって画成される空間（すなわち、吸気導入管１１の立上り部の左側）に配設されている。これにより、レゾネータ１７を吸気マニホールド１０の外部に設置する場合等に較べ、吸気装置のコンパクト化（すなわち、省スペース化）が実現される。

図２に示すように、吸気マニホールド１０は、熱可塑性樹脂の射出成形品である第１〜第３分割体２１〜２３を構成要素としており、これら分割体２１〜２３が振動溶着によって互いに接合されることで製造される。

図２，図４に示すように、第１分割体２１は、吸気導入管１１の後方部分を構成する導入管後半部３１と吸気チャンバ１２の後方部分を構成するチャンバ後半部３２と、第１〜第４分岐管１３〜１６の下流端部分を構成する第１〜第４分岐管端部３３〜３６と、レゾネータ１７の後方部分を構成するレゾネータ後半部３７と、吸気チャンバ１２とレゾネータ１７とを連通させる共鳴連通路１８（図７，図８参照）の後方部分を構成する連通路後半部３８とを有している。なお、図５にも示すように、チャンバ後半部３２の左後面には、図示しないバキュームサーボにバキューム配管およびチェックバルブを介して接続される負圧ジョイント３９が形成されており、その負圧開口３９ａが下り勾配の凝縮水排出溝４０をもって連通路後半部３８に連続している。

また、図２，図６に示すように、第２分割体２２は、吸気導入管１１の前方部分を構成する導入管前半部４１と吸気チャンバ１２の前方部分を構成するチャンバ前半部４２と、第１〜第４分岐管１３〜１６の後方部分を構成する第１〜第４分岐管後半部４３〜４６と、レゾネータ１７の前方部分を構成するレゾネータ前半部４７（図２には図示せず）と、共鳴連通路１８の前方部分を構成する連通路前半部４８（図２には図示せず）を有している。

また、第３分割体２３は、第１〜第４分岐管１３〜１６の前方部分を構成する第１〜第４分岐管前半部５３〜５６を有している。

図７に示すように、吸気チャンバ１２内にはチャンバ室５１が設けられ、レゾネータ１７内には共鳴室５２が設けられている。チャンバ室５１と共鳴室５２とは、吸気チャンバ１２の底面に開口を有する共鳴連通路５３によって連通されており、エンジン１の運転時に共鳴連通路５３を介してチャンバ室５１と共鳴室５２との間で吸入空気が移動できるようになっている。図４，図６〜図９に示すように、チャンバ室５１には吸気導入管１１とと共鳴連通路５３との間に隔壁５５が設けられている。隔壁５５はエンジン１の気筒列方向でその左端５５ａが第２分岐管１４の開口１４ａの略中央まで延設されており、この隔壁５５に隔てられることにより、吸気導入管１１の開口１１ａの縁部と共鳴連通路５３の開口５３ａの縁部とが距離Ｌ（例えば、５０ｍｍ程度）をもって離間している。

図７，図８に示すように、共鳴連通路５３の開口５３ａは吸気チャンバ１２の底面１２ａに位置しており、吸気導入管１１は、その開口１１ａの下縁が共鳴連通路５３の開口５３ａよりも若干上方に位置している。また、第１〜第４分岐管１３〜１６の開口１３ａ〜１６ａは、それぞれの下縁が共鳴連通路５３の開口５３ａの下縁よりも上方に位置している。

≪実施形態の作用≫
エンジン１が運転を開始すると、ピストンのレシプロ運動に伴ってエアクリーナから新気が負圧吸引され、この新気がスロットルバルブ８を介して吸気マニホールド１０に流入する。吸気マニホールド１０に流入した新気は、吸気導入管１１から吸気チャンバ１２のチャンバ室５１に導入された後、第１〜第４分岐管１３〜１６を介してシリンダヘッド２の吸気ポート５ａ〜５ｄに供給され、吸気弁が開放した際に燃焼室に供給される。

吸気チャンバ１２（チャンバ室５１）に導入された吸入空気は、共鳴連通路５３を介して共鳴室５２（レゾネータ１７）にも流れ込むが、この際、吸気導入管１１の開口１１ａの縁部と共鳴連通路５３の開口５３ａの縁部とが離間しているため、図９（ａ）に示すように吸入空気の共鳴室５２への流入が抑制され、第１〜第４分岐管１３〜１６（特に、第２分岐管１４）への吸入空気の分配が阻害されにくくなり、エンジン１の出力低下やトルク変動等が効果的に防止される。なお、吸気導入管１１と共鳴連通路５３との間に隔壁が設けられていない場合、図９（ｂ）に示すように吸入空気の一部が共鳴室５２に流入し、第２分岐管１４に適正な量の吸入空気が導入されなくなる。

一方、エンジン１を制御するエンジンＥＣＵ（図示せず）は、エンジン回転速度や冷却水温、吸気温、エンジン負荷等の各種運転情報に基づいてＥＧＲガスの環流量を設定し、ＥＧＲバルブ等を駆動制御してＥＧＲガス供給孔６からＥＧＲブロック７にＥＧＲガスを供給する。ＥＧＲガスは、ＥＧＲブロック７内のＥＧＲガス通路を通過して吸気導入管１１内に放出され、吸気チャンバ１２、分岐管１３〜１６を経て吸気ポート５ａ〜５ｄに導入される。

ＥＧＲガスやブローバイガスは燃焼生成物である水分を含んでおり、この水分が吸気チャンバ１２の内壁に付着した後、冷却されることによって凝縮水６１となる。凝縮水６１は、吸気チャンバ１２の内壁を伝って流れ落ち、図７，図８に示すように、吸気チャンバ１２の底面１２ａに溜まり６２を形成する。本実施形態の場合、上述したように、吸気チャンバ１２の底面１２ａには共鳴連通路５３の開口５３ａが位置し、吸気導入管１１の開口１１ａの下縁や第１〜第４分岐管１３〜１６の開口１３ａ〜１６ａの下縁が共鳴連通路５３の開口５３ａよりも上方に位置している。そのため、吸気チャンバ１２の底面１２ａに溜まり６２を形成した凝縮水６１は、図７，図８中に矢印で示すように、吸気導入管１１や第１〜第４分岐管１３〜１６に流れ込むことなく、共鳴連通路５３を介して共鳴室５２（レゾネータ１７）に流入する。なお、共鳴室５２に流入した凝縮水６１は、エンジン１の運転に伴う吸入空気の流れによって次第に蒸発し、無害な水蒸気となって第１〜第４分岐管１３〜１６から各吸気ポート５ａ〜５ｄに流入する。

また、負圧ジョイント３９の負圧開口３９ａの付近に溜まった凝縮水６１は、図５に示すように、下り勾配の凝縮水排出溝４０を流れ下り、共鳴連通路５３を介して共鳴室５２（レゾネータ１７）に流入する。これにより、負圧ジョイント６２からバキューム配管（すなわち、バキュームサーボ側）への凝縮水６１の流入が防止され、チェックバルブの機能不良（弁体の固着や閉塞等）が効果的に抑制される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は、自動車用直列４気筒エンジンの吸気マニホールドに本発明を適用したものであるが、本発明は、自動車や産業機械等に用いられる直列６気筒エンジンやＶ型６気筒エンジン等の吸気マニホールドにも当然に適用可能である。また、上記実施形態では吸気チャンバにおける吸気導入管の開口を共鳴連通路の開口より上方に設置したが、例えば、吸気導入管を吸気チャンバの底面に開口させ、第３，第４分岐管側の凝縮水を吸気導入管に落下させるようにしてもよい。その他、吸気マニホールドや第１，第２分割体の具体的構造や形状等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設定可能である。

１ エンジン
２ シリンダヘッド
５ａ〜５ｄ 吸気ポート
８ スロットルバルブ
１０ 吸気マニホールド
１１ 吸気導入管
１２ 吸気チャンバ
１２ａ 底面
１３〜１６ 分岐管
１３ａ〜１６ａ 分岐管開口
１７ レゾネータ
１８ 締結フランジ
３９ 負圧ジョイント
３９ａ 負圧開口
４０ 凝縮水排出溝（連通溝）
５１ チャンバ室
５２ 共鳴室
５３ 共鳴連通路
５３ａ 開口

Claims (1)

1. 車載用多気筒型のエンジンに付設される吸気マニホールドであって、
   スロットルバルブからの吸入空気を導入する吸気導入管と、
   前記吸気導入管から導入された吸入空気を貯留するチャンバ室が形成された吸気チャンバと、
   前記エンジンの気筒列方向に沿って並設され、上流側から下流側に向けて下方に延設されるとともに、前記チャンバ室に分岐管開口をもってそれぞれ開口し、当該チャンバ室内の吸入空気を当該エンジンの各吸気ポートにそれぞれ供給する複数本の分岐管と、
   前記チャンバ室に共鳴連通路を介して連通する共鳴室を有するレゾネータと、
   前記吸気チャンバに形成され、前記チャンバ室に負圧開口をもって開口する負圧ジョイントとを備え、
   前記エンジンが車両に搭載された状態で、前記分岐管開口の下縁が前記チャンバ室の底面より上方に位置し、前記共鳴連通路の前記チャンバ室側の開口が当該分岐管開口の下縁よりも下方に位置する部分を含み、前記負圧開口が、前記共鳴連通路の上方に位置するとともに、底面が下り勾配又は水平に形成された連通溝をもって当該共鳴連通路に連通することを特徴とする吸気マニホールド。

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