JP5978177B2 - 多気筒エンジンの吸気マニホルド - Google Patents

多気筒エンジンの吸気マニホルド Download PDF

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Description

本発明は、多気筒エンジンの吸気マニホルドに関し、詳しくは、各気筒のＥＧＲガスの分配率を平準化することができる、多気筒エンジンの吸気マニホルドに関する。
従来、多気筒エンジンの吸気マニホルドとして、枝管のない箱形の吸気分配ケースと、吸気分配ケースの長手方向中央部よりも一端寄りに偏倚された吸気入口管と、吸気入口管に連通されたＥＧＲ入口管とを備えたものがある(例えば、特許文献１参照)。
この種の吸気マニホルドによれば、ＥＧＲガスを吸気とともに各気筒に分配できる利点がある。
しかし、この従来技術では、ＥＧＲ入口管が吸気入口管のみで吸気分配ケースと連通しているため、問題がある。
特開２０１０−２２３１５２号公報(図１参照)
《問題点》 各気筒のＥＧＲガスの分配率が平準化されない。
ＥＧＲ入口管が吸気入口管のみで吸気分配ケースと連通しているため、吸気入口管から近い気筒へのＥＧＲガスの分配率は高く、遠い気筒への分配率は低くなり、各気筒のＥＧＲガスの分配率が平準化されず、排気の清浄化が困難になる。
各気筒のＥＧＲガスの分配率が平準化されない理由としては、吸気導入管内で吸気に十分に拡散しなかったＥＧＲガスが、吸気分配ケース内を通過する過程で、吸気入口管に近い気筒から順に吸入されて、序々に減少するため、近い気筒には過多のＥＧＲガスが吸入され、遠い気筒には過少のＥＧＲガスしか吸入されないためと推定される。
本発明の課題は、各気筒のＥＧＲガスの分配率を平準化することができる、多気筒エンジンの吸気マニホルドを提供することにある。
本発明の発明者らは、研究の結果、ＥＧＲ入口管から遠い気筒側に吸気バイパスケースを設け、この吸気バイパスケースで遠い気筒側へのＥＧＲガスの分配を促進することにより、各気筒のＥＧＲガスの分配率が平準化できることを見出し、この発明に至った。
請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図１に例示するように、枝管のない箱形の吸気分配ケース(１)と、吸気分配ケース(１)の長手方向中央部(１ａ)よりも一端寄りに偏倚された吸気入口管(２)と、吸気入口管(２)に連通されたＥＧＲ入口管(３)とを備えた、多気筒エンジンの吸気マニホルドにおいて、
図１に例示するように、吸気分配ケース(１)の天井から吸気入口管(２)が上向きに導出され、吸気入口管(２)と吸気分配ケース(１)とを連通する吸気入口管出口(２ａ)が吸気分配ケース(１)の天井に設けられ、吸気分配ケース(１)の長手方向両端側(１１)(１２)のうち、吸気入口管(２)から離れた側を第一端側(１１)、吸気入口管(２)に近い側を第二端側(１２)、吸気分配ケース(１)のうち、吸気入口管(２)よりも第一端側(１１)の部分を第一端側分配ケース部分(１１ａ)、吸気入口管(２)よりも第二端側(１２)の部分を第二端側分配ケース部分(１２ａ)として、
第二端側分配ケース部分(１２ａ)の上方で、吸気入口管(２)の周側の第二端側(１２)からＥＧＲ入口管(３)が第二端側(１２)に向けて導出され、第一端側分配ケース部分(１１ａ)の天井から吸気入口管(２)の周壁に沿って吸気バイパスケース(４)が上向きに導出され、
ＥＧＲ入口管(３)と吸気入口管(２)とを連通するＥＧＲ入口(２ｂ)が吸気入口管(２)の周側の第二端側(１２)に設けられ、吸気入口管(２)と吸気バイパスケース(４)とを連通するバイパスケース入口(４ａ)が、ＥＧＲ入口(２ｂ)と対向して、吸気入口管(２)の周側の第一端側(１１)に設けられ、吸気バイパスケース(４)と第一端側分配ケース部分(１１ａ)とを連通するバイパスケース出口(４ｂ)が吸気バイパスケース(４)の底に設けられている、ことを特徴とする多気筒エンジンの吸気マニホルド。
(請求項１に係る発明)
請求項１に係る発明は、次の効果を奏する。
《効果》 各気筒のＥＧＲガスの分配率を平準化することができる。
図１に例示するように、ＥＧＲ入口管(３)と吸気入口管(２)とを連通するＥＧＲ入口(２ｂ)が吸気入口管(２)の周側の第二端側(１２)に設けられ、吸気入口管(２)と吸気バイパスケース(４)とを連通するバイパスケース入口(４ａ)が、ＥＧＲ入口(２ｂ)と対向して、吸気入口管(２)の周側の第一端側(１１)に設けられ、吸気バイパスケース(４)と第一端側分配ケース部分(１１ａ)とを連通するバイパスケース出口(４ｂ)が吸気バイパスケース(４)の底に設けられているので、各気筒のＥＧＲガス(８)の分配率を平準化して、適正化することができる。
その理由は、次のように想定される。
吸気入口管(２)内に導入されたＥＧＲガス(８)の一部(８ａ)は、吸気入口管(２)を下降する吸気(９)の一部(９ａ)とともに吸気分配ケース(１)内に流入し、吸気入口管(２)に近い気筒から順に吸入されて、序々に減少し、遠い第一端側(１１)の気筒の吸気ポート入口(３２)には過少なＥＧＲガスしか到達しないが、吸気入口管(２)内に導入されたＥＧＲガス(８)の残部(８ｂ)は、吸気(９)の残部(９ｂ)とともに吸気入口管(２)内から吸気バイパスケース(４)内を経て、遠い第一端側(１１)の気筒の吸気ポート入口(３２)に到達するため、第一端側(１１)の気筒には二経路でＥＧＲガス(８)が供給され、各気筒のＥＧＲガス(８)の分配率が平準化され、適正化される。
《効果》 吸気マニホルドの幅を小さく維持することができる。
図１に例示するように、第二端側分配ケース部分(１２ａ)の上方で、吸気入口管(２)の周側の第二端側(１２)からＥＧＲ入口管(３)が第二端側(１２)に向けて導出され、第一端側分配ケース部分(１１ａ)の天井から吸気入口管(２)の周壁に沿って吸気バイパスケース(４)が上向きに導出されるので、ＥＧＲ入口管(３)や吸気バイパスケース(４)が吸気マニホルド(５)の幅方向に大きく張り出さず、吸気マニホルド(５)の幅を小さく維持することができる。
(請求項２に係る発明)
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 第一端側の気筒の排気ガス性能が高まる。
図１に例示するように、吸気バイパスケース(４)が幅方向で相互に対向する一対の幅方向対向壁(４ｃ)(４ｄ)を備え、この幅方向対向壁(４ｃ)(４ｄ)間のケース内幅(４ｅ)が、第二端側分配ケース部分(１２ａ)のケース内幅(１２ｂ)よりも狭く形成されているので、第一端側(１１)の気筒の排気ガス性能が高まる。
その理由は、次のように推定される。
相互に接近した一対の幅方向対向壁(４ｃ)(４ｄ)で吸気がガイドされ、整流化されるので、乱流による第一端側(１１)の気筒での吸気の疎密が発生しにくく、吸気分布の不均一による排気ガスの悪化が抑制され、第一端側(１１)の気筒の排気ガス性能が高まる。
(請求項３に係る発明)
請求項３に係る発明は、請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 第１端側の気筒の排気ガス性能が高まる。
図１に例示するように、第一端側分配ケース部分(１１ａ)のケース内幅(１１ｂ)が、第二端側分配ケース部分(１２ａ)のケース内幅(１２ｂ)よりも狭く形成されているので、第一端側(１１)の気筒の排気ガス性能が高まる。
その理由は、次のように推定される。
第一端側分配ケース部分(１１ａ)の壁(１１ｃ)と、シリンダヘッド(６)の吸気マニホルド取付壁(６ａ)とが、相互に接近し、これらの壁(１１ｃ)(６ａ)で吸気がガイドされ、整流化されるので、乱流による第一端側(１１)の気筒での吸気の疎密が発生しにくく、吸気分布の不均一による排気ガスの悪化が抑制され、第一端側(１１)の気筒の排気ガス性能が高まる。
(請求項４に係る発明)
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 第１端側の気筒の排気ガス性能が高まる。
図１に例示するように、バイパスケース出口(４ｂ)に吸気分配ケース(１)の長手方向に沿う向きの整流板(４ｆ)が形成されているので、第一端側(１１)の気筒の排気ガス性能が高まる。
その理由は、次のように推定される。
整流板(４ｆ)で吸気がガイドされ、整流化されるので、乱流による第一端側(１１)の気筒での吸気の疎密が発生しにくく、吸気分布の不均一による排気ガスの悪化が抑制され、第一端側(１１)の気筒の排気ガス性能が高まる。
(請求項５に係る発明)
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 整流板が取付ボルトのボス孔として有効利用され、ボス孔による吸気の乱れもない。
図１に例示するように、整流板(４ｆ)にボルト挿通孔(４ｇ)が形成され、吸気マニホルド(５)をシリンダヘッド(６)に取り付ける取付ボルトがボルト挿通孔(４ｇ)に挿通されているので、整流板(４ｆ)が取付ボルトのボス孔として有効利用され、ボス孔による吸気の乱れもなくなる。
(請求項６に係る発明)
請求項６に係る発明は、請求項４または請求項５に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》 整流板が排水通路の通路壁として有効利用され、吸気マニホルドの腐食を抑制することができる。
図１に例示するように、整流板(４ｆ)に排水通路(４ｈ)が形成され、吸気バイパスケース(４)とシリンダヘッドカバー(７)との間に進入した水が排水通路(４ｈ)から排出されるように構成されているので、整流板(４ｆ)が排水通路(４ｈ)の通路壁として有効利用され、溜まり水による吸気マニホルド(５)の腐食を抑制することができる。
本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの吸気マニホルドの一部縦断斜視図である。 図１の吸気マニホルドを説明する図で、図２(Ａ)は側面図、図２(Ｂ)は平面図、図２(Ｃ)は図１(Ａ)のＣ方向矢視図、図２(Ｄ)は図１(Ａ)のＤ方向矢視図、図２(Ｅ)は吸気バイパスケースの天井蓋の平面図、図２(Ｆ)は図２(Ａ)のＦ−Ｆ線断面図、図２(Ｇ)は図２(Ａ)のＧ−Ｇ線断面図である。 図１の吸気マニホルドを組み付けた多気筒エンジンを後方から左下向きに見下ろした斜視図である。 図３のエンジンの側面図である。 図３のエンジンの背面図である。
図１〜図５は本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの吸気マニホルドを説明する図であり、この実施形態では、立形の直列４気筒ディーゼルエンジンの吸気マニホルドについて説明する。
このエンジンの概要は、次の通りである。
図３に示すように、シリンダブロック(１３)の上部にシリンダヘッド(６)が組み付けられ、シリンダヘッド(６)の上部にシリンダヘッドカバー(７)が組み付けられ、図５に示すように、シリンダヘッド(６)の横一側に吸気マニホルド(５)が組み付けられ、シリンダヘッド(６)の横他側に排気マニホルド(１５)が組み付けられている。図４に示すように、シリンダブロック(１３)の前部に伝動ケース(１６)が組み付けられ、伝動ケース(１６)の前部にエンジン冷却ファン(１７)が配置され、シリンダブロック(１３)の後部にフライホイール(１８)が配置され、シリンダブロック(１３)の下部にオイルパン(１９)が組み付けられている。吸気マニホルド(５)側で、シリンダブロック(１３)にポンプケース(１０)が形成され、ポンプケース(１０)内に燃料噴射ポンプ(３１)が上方から差し込まれている。
吸気経路の概要は、次の通りである。
図５に示すように、排気マニホルド(１５)の上部に過給機(２０)が取り付けられ、図３に示すように、過給機(２０)のコンプレッサ(２１)からシリンダヘッドカバー(７)の上方まで過給空気供給パイプ(２２)が導出され、吸気マニホルド(１５)の吸気入口管(２)の上部からシリンダヘッドカバー(７)の上方まで過給空気導入パイプ(２３)が導出され、過給空気供給パイプ(２２)の導出端と過給空気供給パイプ(２３)の導出端とがシリンダヘッドカバー(７)の上方で接続されている。
ＥＧＲ経路の概要は、次の通りである。
図５に示すように、排気マニホルド(１５)の下方にはＥＧＲクーラ(２４)が配置され、ＥＧＲクーラ(２４)の後端部からＥＧＲ供給通路(２５)が導出され、図３に示すように、吸気マニホルド(５)の吸気入口管(２)から後方にＥＧＲ入口管(３)が導出され、ＥＧＲ入口管(３)の後端部にＥＧＲ弁ケース(２６)が取り付けられ、ＥＧＲ供給通路(２５)がシリンダブロック(１３)の後方を迂回し、ＥＧＲ供給通路(２５)の導出端部がＥＧＲ弁ケース(２６)に接続されている。
吸気マニホルド(５)の概要は、次の通りである。
図１に示すように、枝管のない箱形の吸気分配ケース(１)と、吸気分配ケース(１)の長手方向中央部(１ａ)よりも一端寄りに偏倚された吸気入口管(２)と、吸気入口管(２)に連通されたＥＧＲ入口管(３)とを備えている。
吸気入口管(２)は、吸気分配ケース(１)の長手方向中央部(１ａ)よりも後端寄りに配置され、前側から後側に向かって順に、第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒として、吸気入口管(２)は、第３気筒の吸気ポート入口(２７)の上方に配置されている。なお、図１中の符号(３２)は第１気筒の吸気ポート入口、(３３)は第２気筒の吸気ポート入口、(３４)は第４気筒の吸気ポート入口である。
図１に示すように、吸気分配ケース(１)の天井から吸気入口管(２)が上向きに導出され、吸気入口管(２)と吸気分配ケース(１)とを連通する吸気入口管出口(２ａ)が吸気分配ケース(１)の天井に設けられ、吸気分配ケース(１)の長手方向両端側(１１)(１２)のうち、吸気入口管(２)から離れた側を第一端側(１１)、吸気入口管(２)に近い側を第二端側(１２)、吸気分配ケース(１)のうち、吸気入口管(２)よりも第一端側(１１)の部分を第一端側分配ケース部分(１１ａ)、吸気入口管(２)よりも第二端側(１２)の部分を第二端側分配ケース部分(１２ａ)とする。第一端側(１２)は前側、第二端側は後側である。
図１に示すように、第二端側分配ケース部分(１２ａ)の上方で、吸気入口管(２)の周側の第二端側(１２)からＥＧＲ入口管(３)が第二端側(１２)に向けて導出され、第一端側分配ケース部分(１１ａ)の天井から吸気入口管(２)の周壁に沿って吸気バイパスケース(４)が上向きに導出されている。
図１に示すように、ＥＧＲ入口管(３)と吸気入口管(２)とを連通するＥＧＲ入口(２ｂ)が吸気入口管(２)の周側の第二端側(１２)に設けられ、吸気入口管(２)と吸気バイパスケース(４)とを連通するバイパスケース入口(４ａ)が、ＥＧＲ入口(２ｂ)と対向して、吸気入口管(２)の周側の第一端側(１１)に設けられ、吸気バイパスケース(４)と第一端側分配ケース部分(１１ａ)とを連通するバイパスケース出口(４ｂ)が吸気バイパスケース(４)の底に設けられている。
図１に示すように、吸気バイパスケース(４)が幅方向で相互に対向する一対の幅方向対向壁(４ｃ)(４ｄ)を備え、この幅方向対向壁(４ｃ)(４ｄ)間のケース内幅(４ｅ)が、第二端側分配ケース部分(１２ａ)のケース内幅(１２ｂ)よりも狭く形成されている。
図１に示すように、第一端側分配ケース部分(１１ａ)のケース内幅(１１ｂ)が、第二端側分配ケース部分(１２ａ)のケース内幅(１２ｂ)よりも狭く形成されている。バイパスケース出口(４ｂ)に吸気分配ケース(１)の長手方向に沿う向きの整流板(４ｆ)が形成されている。整流板(４ｆ)にボルト挿通孔(４ｇ)が形成され、吸気マニホルド(５)をシリンダヘッド(６)に取り付ける取付ボルトがボルト挿通孔(４ｇ)に挿通されている。整流板(４ｆ)に排水通路(４ｈ)が形成され、吸気バイパスケース(４)とシリンダヘッドカバー(７)との間に進入した水が排水通路(４ｈ)から排出されるように構成されている。
図１に示すように、ＥＧＲ入口管(３)内には逆止弁(２８)が配置され、ＥＧＲ弁ケース(２６)側へのＥＧＲガス(８)の逆流が防止される。逆止弁(２８)はリード弁で、逆止弁ホルダ(２９)に取り付けられている。逆止弁ホルダ(２９)は、上下方向に沿って切断した立断面が横向きのＶ字形状の上下壁(２９ａ)(２９ｂ)を備え、上下壁(２９ａ)(２９ｂ)に弁口(２９ｃ)が開口され、弁口(２９ｃ)と対向する位置に逆止弁(２８)が取り付けられている。逆止弁(２８)はストッパプレート(３０)で覆われ、ストッパプレート(３０)による逆止弁(２８)の受け止めで、逆止弁(２８)の損傷が防止される。
吸気マニホルド(５)の各部の形状は、次の通りである。
図２(Ａ)に示すように、吸気分配ケース(１)は前後に長い長方形の箱形で、図２(Ｂ)に示すように、第一端側分配ケース部分(１１ａ)の横幅は、第二端側分配ケース部分(１２ａ)の横幅よりも狭い。吸気バイパスケース(４)は前後に長い長方形の箱形で底は第一端側分配ケース部分(１１ａ)と連通し、上は開口され、天井蓋(４ｉ)で塞がれる。吸気バイパスケース(４)の横幅は、第二端側分配ケース部分(１２ａ)の横幅よりも狭い。第二端側分配ケース部分(１２ａ)の前方で、第一端側分配ケース部分(１１ａ)と。吸気バイパスケース(４)に沿う空間(１１ｄ)には、図３、図４に示すように、ポンプケース(１０)から上方に突出した燃料噴射ポンプ(３１)の上端部や燃料噴射管(３１ａ)が配置され、燃料噴射ポンプ(３１)や燃料噴射管(３１ａ)の横側への張り出しが抑制される。
図２(Ｂ)に示すように、吸気管(２)は円筒形で上端にフランジ(２ｃ)が形成され、ここに過給空気導入パイプ(２３)が取り付けられる。ＥＧＲ入口管(３)はシリンダヘッドカバー(７)から離れる斜め後向きに導出される矩形管である。
(１) 吸気分配ケース
(１ａ) 長手方向中央部
(２) 吸気入口管
(２ａ) 吸気入口管出口
(２ｂ) ＥＧＲ入口
(３) ＥＧＲ入口管
(４) 吸気バイパスケース
(４ａ) バイパスケース入口
(４ｂ) バイパスケース出口
(４ｃ) 幅方向対向壁
(４ｄ) 幅方向対向壁
(４ｅ) ケース内幅
(４ｆ) 整流板
(４ｇ) ボルト挿通孔
(４ｈ) 排水孔
(５) 吸気マニホルド
(６) シリンダヘッド
(７) シリンダヘッドカバー
(１１) 第一端側
(１１ａ) 第一端側分配ケース部分
(１１ｂ) ケース内幅
(１２) 第二端側
(１２ａ) 第二端側分配ケース部分
(１２ｂ) ケース内幅

Claims (6)

  1. 枝管のない箱形の吸気分配ケース(１)と、吸気分配ケース(１)の長手方向中央部(１ａ)よりも一端寄りに偏倚された吸気入口管(２)と、吸気入口管(２)に連通されたＥＧＲ入口管(３)とを備えた、多気筒エンジンの吸気マニホルドにおいて、
    吸気分配ケース(１)の天井から吸気入口管(２)が上向きに導出され、吸気入口管(２)と吸気分配ケース(１)とを連通する吸気入口管出口(２ａ)が吸気分配ケース(１)の天井に設けられ、吸気分配ケース(１)の長手方向両端側(１１)(１２)のうち、吸気入口管(２)から離れた側を第一端側(１１)、吸気入口管(２)に近い側を第二端側(１２)、吸気分配ケース(１)のうち、吸気入口管(２)よりも第一端側(１１)の部分を第一端側分配ケース部分(１１ａ)、吸気入口管(２)よりも第二端側(１２)の部分を第二端側分配ケース部分(１２ａ)として、
    第二端側分配ケース部分(１２ａ)の上方で、吸気入口管(２)の周側の第二端側(１２)からＥＧＲ入口管(３)が第二端側(１２)に向けて導出され、第一端側分配ケース部分(１１ａ)の天井から吸気入口管(２)の周壁に沿って吸気バイパスケース(４)が上向きに導出され、
    ＥＧＲ入口管(３)と吸気入口管(２)とを連通するＥＧＲ入口(２ｂ)が吸気入口管(２)の周側の第二端側(１２)に設けられ、吸気入口管(２)と吸気バイパスケース(４)とを連通するバイパスケース入口(４ａ)が、ＥＧＲ入口(２ｂ)と対向して、吸気入口管(２)の周側の第一端側(１１)に設けられ、吸気バイパスケース(４)と第一端側分配ケース部分(１１ａ)とを連通するバイパスケース出口(４ｂ)が吸気バイパスケース(４)の底に設けられている、ことを特徴とする多気筒エンジンの吸気マニホルド。
  2. 請求項１に記載された多気筒エンジンの吸気マニホルドにおいて、
    吸気バイパスケース(４)が幅方向で相互に対向する一対の幅方向対向壁(４ｃ)(４ｄ)を備え、この幅方向対向壁(４ｃ)(４ｄ)間のケース内幅(４ｅ)が、第二端側分配ケース部分(１２ａ)のケース内幅(１２ｂ)よりも狭く形成されている、ことを特徴とする多気筒エンジンの吸気マニホルド。
  3. 請求項２に記載された多気筒エンジンの吸気マニホルドにおいて、
    第一端側分配ケース部分(１１ａ)のケース内幅(１１ｂ)が、第二端側分配ケース部分(１２ａ)のケース内幅(１２ｂ)よりも狭く形成されている、ことを特徴とする多気筒エンジンの吸気マニホルド。
  4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載された多気筒エンジンの吸気マニホルドにおいて、
    バイパスケース出口(４ｂ)に吸気分配ケース(１)の長手方向に沿う向きの整流板(４ｆ)が形成されている、ことを特徴とする多気筒エンジンの吸気マニホルド。
  5. 請求項４に記載された多気筒エンジンの吸気マニホルドにおいて、
    整流板(４ｆ)にボルト挿通孔(４ｇ)が形成され、吸気マニホルド(５)をシリンダヘッド(６)に取り付ける取付ボルトがボルト挿通孔(４ｇ)に挿通されている、ことを特徴とする多気筒エンジンの吸気マニホルド。
  6. 請求項４または請求項５に記載された多気筒エンジンの吸気マニホルドにおいて、
    整流板(４ｆ)に排水通路(４ｈ)が形成され、吸気バイパスケース(４)とシリンダヘッドカバー(７)との間に進入した水が排水通路(４ｈ)から排出されるように構成されている、ことを特徴とする多気筒エンジンの吸気マニホルド。
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