JP6535053B2 - 吸気マニホールド - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気マニホールドに関する。

内燃機関の吸気マニホールドに、ブローバイガスを導入するブローバイガス導入孔（ＰＣＶポート）と、吸気圧センサを接続する負圧導入ポートとを設けたものが公知である（例えば、特許文献１）。特許文献１の吸気マニホールドは、シリンダ列方向に延びるサージタンクと、サージタンクの長手方向における中間部に接続した吸気導入管と、サージタンクの長手方向に配列された４つの分枝管とを有する。負圧導入ポートはサージタンクの長手方向における中央に設けられ、ＰＣＶポートはサージタンクの長手方向における一端に設けられている。ブローバイガス中の水分が負圧導入ポートの開口部に付着すると、外気温が低いときに凍結して負圧導入ポートから負圧を導入できなくなる虞がある。そのため、ブローバイガスが負圧導入ポートに流れないようにすべく、負圧導入ポートの周囲に隔壁が設けられている。

特開２０１４−１０５６０４号公報

しかしながら、サージタンク内に負圧導入ポートを隔離するための隔壁を設けると、空気の流れが阻害され、各分枝管の流量が不均一になるという問題がある。また、サージタンクの端部にブローバイガス導入孔を設けると、ブローバイガスの分布が偏り、各分枝管に流れるブローバイガス量が不均一になるという問題がある。

本発明は、以上の背景を鑑み、ブローバイガス導入孔及び吸気圧センサを備えた吸気マニホールドにおいて、各分枝管に流れるブローバイガス量の差を小さくすると共に、ブローバイガスと吸気圧センサとの接触を抑制することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明の一態様は、内燃機関（１）の吸気マニホールド（２０）であって、シリンダ列方向に延び、その一端に吸気入口（２４）を備えた主管（２１）と、前記主管から互いに独立して延び、シリンダ列方向に配列された複数の分枝管（２２）と、前記主管のシリンダ列方向における中央よりも前記吸気入口側に設けられたブローバイガス導入孔（３１）と、前記主管の他端に設けられた吸気圧センサ（４０）とを有することを特徴とする。

この態様によれば、ブローバイガス導入孔が主管の吸気入口側に設けられているため、吸気入口側に設けられた分枝管にブローバイガスが流れやすくなり、各分枝管に分配されるブローバイガス量の差が小さくなる。また、吸気圧センサが主管の他端に設けられているため、ブローバイガス導入孔から主管に供給されたブローバイガスの流れは各分枝管に向き、吸気圧センサに接触しにくくなる。また、吸気入口にスロットルバルブが接続され、スロットルバルブの開度が変化する場合に、主管の他端はスロットルバルブの開度に応じた空気の流れの変化を受けにくいため、圧力の変動が小さい。そのため、吸気圧センサは主管の圧力を精度良く測定することができる。

また、上記の態様において、複数の前記分枝管は、前記主管のシリンダヘッド側の側部から上方かつシリンダヘッド側に延び、前記吸気圧センサは、前記主管のシリンダヘッド側と相反する側の上部に設けられているとよい。

この態様によれば、吸気圧センサが主管において分枝管側と相反する側に設けられているため、ブローバイガスと吸気圧センサとの接触を抑制することができる。また、吸気圧センサが主管の上部に設けられているため、主管内に凝縮水が発生しても吸気圧センサと凝縮水との接触を抑制することができる。

また、上記の態様において、前記吸気圧センサは、前記主管の中心（Ａ）に対して鉛直軸線（Ｖ）から３５度の角度範囲に設けられているとよい。

この態様によれば、吸気圧センサと凝縮水との接触を一層抑制することができる。

また、上記の態様において、前記吸気圧センサは、平面視において、複数の前記分枝管のうちで最も他端側に配置された前記分枝管（２２Ａ）の内面における両側縁を外挿した２つの直線（Ｌ２、Ｌ２）の間に設けられているとよい。

この態様によれば、吸気圧センサが主管のうちで比較的圧力変動が小さい部分に配置されるため、吸気圧センサは主管の圧力を精度良く測定することができる。

また、上記の態様において、前記吸気圧センサの圧力導入部（４６）は、前記主管に形成されたセンサ取付孔（３２）の内部に配置されているとよい。

この態様によれば、センサ取付孔内の空気は流動が抑制され、圧力の急激な変動が抑制されるため、吸気圧センサは主管の圧力を精度良く測定することができる。

また、上記の態様において、前記センサ取付孔は、前記主管の内面に形成された凹部（４３）に開口しているとよい。

この態様によれば、凹部内の空気は流動が抑制され、圧力の急激な変動が抑制される。そのため、センサ取付孔の圧力変動が一層抑制され、吸気圧センサは主管の圧力を精度良く測定することができる。

また、上記の態様において、前記吸気圧センサの圧力導入部（４６）は、前記主管の内面に形成された凹部（４３）に配置されているとよい。

この態様によれば、凹部内の空気は流動が抑制され、圧力の急激な変動が抑制されるため、吸気圧センサは主管の圧力を精度良く測定することができる。

また、上記の態様において、複数の前記分枝管は、前記主管のシリンダヘッド側の側部から上方かつシリンダヘッド側に延び、前記ブローバイガス導入孔は、前記主管のシリンダヘッド側と相反する側の上部に設けられ、前記主管の内部に下方に向けて開口しているとよい。

この態様によれば、ブローバイガス導入孔から主管内に流入したブローバイガスは屈曲して各分枝管に流れる。そのため、ブローバイガスの主管内における流路長が長くなり、ブローバイガス導入孔から各分枝管までの流路長の差の比率が小さくなる。これにより、各分枝管に分配されるブローバイガス量の差が小さくなる。

また、上記の態様において、複数の前記分枝管は、前記吸気入口側と相反する側から第１〜第４の４つの前記分枝管（２２Ａ〜２２Ｄ）を含み、前記ブローバイガス導入孔は、平面視において、第３分枝管（２２Ｃ）の内面における両側縁を外挿した２つの直線（Ｌ１、Ｌ１）の間に設けられているとよい。

この態様によれば、各分枝管に分配されるブローバイガス量の差を小さくすることができると共に、ブローバイガスが吸気入口に流れることを抑制することができる。吸気入口には、スロットルバルブや過給機等の装置が設けられるため、これらへの凝縮水の付着を抑制することができる。

また、上記の態様において、前記吸気入口は、通路を介して過給機（１４）に接続され、複数の前記分枝管のそれぞれは、前記主管よりも短く形成されているとよい。

この態様によれば、吸気マニホールドを小型化することができる。

以上の構成によれば、ブローバイガス導入孔及び吸気圧センサを備えた吸気マニホールドにおいて、各分枝管に流れるブローバイガス量の差を小さくすると共に、ブローバイガスと吸気圧センサとの接触を抑制することができる。

実施形態に係る内燃機関の側面図 実施形態に係る吸気マニホールドの斜視図 実施形態に係る吸気マニホールドの側面図 実施形態に係る吸気マニホールドの断面図（図２のIV−IV断面図） 各分枝管を流れるブローバイガス量の配分を示すグラフ 平面視において第１分岐管に流れるブローバイガスの流線を示す説明図

以下、図面を参照して、本発明を適用した自動車用の内燃機関の実施形態について説明する。

図１に示すように、内燃機関１は、シリンダブロック２と、シリンダブロック２の上部に設けられたシリンダヘッド３と、シリンダヘッド３の上部に設けられたヘッドカバー４と、シリンダブロック２の下部に設けられたオイルパン５とを有する。シリンダブロック２には、４つのシリンダが互いに平行に直列に形成されている。４つのシリンダが配列された方向をシリンダ列方向という。本実施形態では、シリンダブロック２は車体に対して横置きに配置され、シリンダ列方向が車幅方向と一致している。また、シリンダブロック２は、後傾した姿勢で車体に搭載されている。

シリンダヘッド３の下面には、各シリンダと協働して燃料室を画定する複数の燃焼室凹部が形成されている。シリンダヘッド３には、各燃焼室凹部から後方に延び、シリンダヘッド３の後側面に開口した複数の吸気ポート７と、各燃焼室凹部から前方に延び、シリンダヘッド３の前側面に開口した複数の排気ポートとが形成されている。

各吸気ポート７は、シリンダヘッド３の後側面において、シリンダ列方向に並んで配置されている。シリンダヘッド３の後側面には、吸気装置１１が取り付けられている。吸気装置１１は、上流側から空気取入口１２、エアクリーナ１３、過給機１４、インタークーラー１５、スロットルバルブ１６、及び吸気マニホールド２０を有し、吸気マニホールド２０において各吸気ポート７に接続している。吸気装置１１は、空気を燃焼室に供給する通路を形成する。過給機１４は、ターボチャージャやスーパーチャージャであってよい。

図２及び図３に示すように、吸気マニホールド２０は、主管２１と、主管２１から延びる複数の分枝管２２（２２Ａ〜２２Ｄ）とを有する。主管２１は、シリンダヘッド３の後側面の後方をシリンダ列方向に延びている。主管２１は、略円形の断面を有し、略直線状に延びている。主管２１は、長手方向における一端において吸気入口２４を有し、他端において閉塞されている。主管２１の吸気入口２４側の端部の外周には締結フランジ２５が設けられている。締結フランジ２５がスロットルバルブ１６に締結されることによって、吸気入口２４はスロットルバルブ１６の出口端に接続される。

複数の分枝管２２は、主管２１から互いに独立して延び、シリンダ列方向に配列されている。本実施形態では、複数の分枝管２２は、吸気ポート７の数に対応して４つ設けられ、シリンダ列方向に互いに等間隔に配置されている。複数の分枝管２２は、主管２１の他端側から順に、第１分枝管２２Ａ、第２分枝管２２Ｂ、第３分枝管２２Ｃ、第４分枝管２２Ｄを含む。各分枝管２２のそれぞれは、主管２１よりも短く形成されている。各分枝管２２は、主管２１に対してそれぞれ同じ方向に延びている。

各分枝管２２は、主管２１のシリンダヘッド３側の側部（前側部）から上方かつシリンダヘッド３側（前方）に延びている。各分枝管２２の中間部は斜め下方に略９０度屈曲し、各分枝管２２の下流端は前方かつ下方を向いている。各分枝管２２の下流端は、共通の締結フランジ２６を有している。図４に示すように、締結フランジ２６はシリンダ列方向に延び、その締結面は前方かつ下方を向いている。シリンダヘッド３の後側面の各吸気ポート７の周囲には、後方かつ上方を向く平面状の締結座２７が形成されている。締結フランジ２６は、締結座２７にボルトによって締結される。これにより、各分枝管２２は、対応する吸気ポート７に接続される。

図２及び図３に示すように、主管２１には、ブローバイガス導入孔３１と、センサ取付孔３２とが形成されている。ブローバイガス導入孔３１及びセンサ取付孔３２は、主管２１の管壁を貫通する孔である。ブローバイガス導入孔３１は、主管２１のシリンダ列方向における中央よりも吸気入口２４側に配置されている。本実施形態では、主管２１のシリンダ列方向における中央は第２分枝管２２Ｂと第３分枝管２２Ｃとの間の部分であり、ブローバイガス導入孔３１はシリンダ列方向において第３分枝管２２Ｃに整合する位置に配置されている。詳細には、ブローバイガス導入孔３１は、平面視において第３分枝管２２Ｃの内面（内壁）における両側縁を外挿した２つの直線Ｌ１、Ｌ１の間に設けられている（図３及び図６参照）。また、ブローバイガス導入孔３１は、平面視において第３分枝管２２Ｃの中心軸線上に配置されてもよい。

ブローバイガス導入孔３１は、主管２１のシリンダヘッド３側と相反する側（後側）の上部に設けられ、主管２１の内面に下方に向けて開口している。ブローバイガス導入孔３１の主管２１の外面側には、接続管３４が突設されている。接続管３４は、ブローバイガス供給管３５の一端に接続されている。図１に示すように、ブローバイガス供給管３５の他端は、クランク室に接続したオイルセパレータ３６の出口に接続されている。オイルセパレータ３６は、クランク室から供給されるブローバイガスからオイルを分離する。本実施形態では、オイルセパレータ３６はヘッドカバー４に設けられている。

図３及び図４に示すように、センサ取付孔３２には吸気圧センサ４０が取り付けられる。図２〜図４に示すように、センサ取付孔３２は、主管２１の他端（下流端）に設けられている。具体的には、センサ取付孔３２は、シリンダ列方向において、主管２１において最も他端側に配置された分枝管２２である第１分枝管２２Ａと整合する位置に設けられている。詳細には、センサ取付孔３２は、平面視において、第１分枝管２２Ａの内面（内壁）における両側縁を外挿した２つの直線Ｌ２、Ｌ２の間に設けられている（図３及び図６参照）。また、センサ取付孔３２は、平面視において第１分枝管２２Ａの中心軸線上に配置されている。センサ取付孔３２は、主管２１のシリンダヘッド３側と相反する側（後側）の上部に設けられている。センサ取付孔３２は、主管２１の中心Ａに対して鉛直軸線Ｖから３５度の角度範囲に設けられているとよい。また、センサ取付孔３２は、第１分枝管２２Ａと主管２１との境界部に設けられているとよい。

図４に示すように、センサ取付孔３２は、直線状に延びる断面円形の孔である。センサ取付孔３２の軸線は、主管２１の中心Ａを通っている。主管２１の外面側には、センサ取付孔３２を延長する円筒形のボス４２が突設されている。主管２１の内面には凹部４３が形成され、センサ取付孔３２の内端は凹部４３の底面に開口している。凹部４３は、センサ取付孔３２と同軸に設けられた断面円形の有底孔であり、センサ取付孔３２よりも大きい直径を有する。

吸気圧センサ４０は、圧力検知部を内部に備えた本体部４５と、本体部４５に突設され、圧力検知部に気体を導入する圧力導入管４６（圧力導入部）とを有する。圧力検知部は、例えばダイヤフラムと、ダイヤフラムの変形を検出する圧電素子とを有する。圧力導入管４６がセンサ取付孔３２に挿入され、本体部４５が主管２１の外面にねじによって締結されることによって、吸気圧センサ４０が主管２１に装着される。圧力導入管４６の外面とセンサ取付孔３２の内面との間にはシールが設けられている。圧力導入管４６の先端は、センサ取付孔３２の内部に配置されている。他の実施形態では、圧力導入管４６の先端は、凹部４３の内部に配置されてもよい。

吸気圧センサ４０は、センサ取付孔３２に装着されることによって、平面視において第１分枝管２２Ａの内面における両側縁を外挿した２つの直線Ｌ２、Ｌ２の間の位置であって、主管２１のシリンダヘッド３側と相反する側（後側）の上部に設けられる。また、吸気圧センサ４０は、主管２１の中心Ａに対して鉛直軸線Ｖから３５度の角度範囲に設けられてよく、第１分枝管２２Ａと主管２１との境界部に設けられてもよい。

以上のように構成した吸気マニホールド２０の効果について説明する。吸気マニホールド２０は、過給機１４を備えた内燃機関１に設けられているため、吸気慣性効果を得るために分枝管２２を長く形成する必要がない。そのため、各分枝管２２を主管２１に対して短く形成することができ、吸気マニホールド２０を小型化することができる。

吸気入口２４から流入した空気は、主管２１内を吸気入口２４から第１分枝管２２Ａ側に流れる。ブローバイガス導入孔３１が主管２１の長手方向における中央よりも吸気入口２４側に設けられているため、ブローバイガスが吸気入口２４側に設けられた第４分枝管２２Ｄ及び第３分枝管２２Ｃにブローバイガスが流れやすくなり、各分枝管２２に分配されるブローバイガス量の差が小さくなる。

図５は、ブローバイガス導入孔３１をシリンダ列方向において第３分枝管２２Ｃに整合する位置（平面視において２つの直線Ｌ１、Ｌ１の間）に設けた本実施形態と、ブローバイガス導入孔３１を第１分枝管２２Ａにシリンダ列方向において整合する位置に設けた比較例とにおいて、各分枝管２２に流れるブローバイガス量の配分を示すグラフである。図５の縦軸は、４つの分枝管２２に流れるブローバイガス量の平均値（Ｆａｖ）から各分枝管２２に流れるブローバイガス量（Ｆｎ）を引いた値を平均値で除した値（（Ｆａｖ−Ｆｎ）／Ｆａｖ×１００）［％］である。値が正の場合のとき、対象となる分枝管２２を流れる流量が平均値に対して少ないことを表す。各分枝管２２における値が０に近いほど、各分枝管２２におけるブローバイガスの流量の差が小さいことを表す。図５に示すように、比較例では主管２１の下流側に位置する分枝管２２にブローバイガスが多く流れ、第１分枝管２２Ａにおける流量と第４分枝管２２Ｄにおける流量との差が大きい。本実施形態では、比較例に対して第１分枝管２２Ａにおける流量と第４分枝管２２Ｄにおける流量との差が小さい。これは、ブローバイガス導入孔３１と第４分枝管２２Ｄ及び第３分枝管２２Ｃとの距離が短くなり、ブローバイガスが到達しやすくなったことに起因する。

本実施形態のように吸気マニホールド２０が４つの分枝管２２を有する場合には、ブローバイガス導入孔３１はシリンダ列方向において第３分枝管２２Ｃに整合する位置、すなわち第３分枝管２２Ｃの内面における両側縁を外挿した２つの直線Ｌ１、Ｌ１の間に設けられることが好ましい。ブローバイガス導入孔３１がシリンダ列方向において第３分枝管２２Ｃに対応する位置からより吸気入口２４側（上流側）に設けられると、ブローバイガスがスロットルバルブ１６に到達しやすくなり、ブローバイガスに起因する凝縮水がスロットルバルブ１６に付着しやすくなる。

ブローバイガス導入孔３１が主管２１の後上部に設けられ、主管２１の内部に下方に向けて開口しているため、ブローバイガスは主管２１内をブローバイガス導入孔３１から各分枝管２２に流れる。そのため、ブローバイガスの主管２１内における流路長が長くなり、ブローバイガス導入孔３１と各分枝管２２との距離の差が流路長に対して相対的に小さくなる。これにより、各分枝管２２に分配されるブローバイガス量の差が小さくなる。

主管２１の下流端に設けられたセンサ取付孔３２に吸気圧センサ４０が取り付けられるため、主管２１内においてブローバイガスの流れはブローバイガス導入孔３１から各分枝管２２に向き、吸気圧センサ４０に接触しにくくなる。センサ取付孔３２が、主管２１のシリンダヘッド３側と相反する側（後側）の上部、すなわち主管２１の各分枝管２２が設けられた側と相反する側（後側）の上部に設けられているため、シリンダヘッド３側の各分枝管２２に流れるブローバイガスが吸気圧センサ４０に接触しにくくなる。そのため、吸気圧センサ４０がブローバイガスの凝縮水によって腐蝕しにくくなると共に、凝縮水の凍結に起因する測定不良が抑制される。

図６に主管２１中をブローバイガス導入孔３１から第１分枝管２２Ａに流れるブローバイガスの流線を示す。図６は、シミュレーションにより得られた結果である。図６に示す主管２１及び各分枝管２２Ａ〜２２Ｄは、各管の内壁（内面）を示している。図６に示すように、ブローバイガスはブローバイガス導入孔３１から第１分枝管２２Ａに流れるときに、ブローバイガス導入孔３１が設けられた主管２１の後部から第１分枝管２２Ａが設けられた主管２１の前部に流れる。そのため、主管２１の後部に設けられたセンサ取付孔３２及び吸気圧センサ４０には、ブローバイガスは接触しにくくなる。

吸気圧センサ４０が主管２１の上部に設けられているため、ブローバイガスに起因する凝縮水が主管２１の底部に滞留しても、吸気圧センサ４０が凝縮水に接触しにくくなる。

主管２１の吸気入口２４と相反する他端（下流端）は、スロットルバルブ１６の開度に応じた空気の流れの変化を受けにくいため、主管２１の中で最も圧力の変動が小さい。そのため、この位置に吸気圧センサ４０を設けることによって、吸気圧センサ４０は主管２１の圧力を精度良く測定することができる。吸気圧センサ４０の圧力導入管４６がセンサ取付孔３２の内部に配置されているため、吸気圧センサ４０は急激な圧力変化を受けにくく、主管２１の圧力を精度良く測定することができる。また、センサ取付孔３２が、主管２１の内壁に対して凹んだ凹部４３の底部に開口しているため、吸気圧センサ４０は急激な圧力変化を一層受けにくく、主管２１の圧力を精度良く測定することができる。

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ことなく幅広く変形実施することができる。例えば、３気筒直列エンジンやＶ型６気筒エンジンに対応して、吸気マニホールド２０は３つ分枝管２２を有してもよい。

この場合、吸気マニホールド２０は、主管２１の他端側から第１〜第３分枝管２２Ａ〜２２Ｃを等間隔に有し、第２分枝管２２Ｂは主管２１の長手方向における中央部に設けられている。ブローバイガス導入孔３１は、主管２１の長手方向における中央部よりも吸気入口２４側、すなわち第２分枝管２２Ｂの中心よりも吸気入口２４側に設けられる。例えば、ブローバイガス導入孔３１は、主管２１における第２分枝管２２Ｂと第３分枝管２２Ｃとの間の部分に設けられているとよい。センサ取付孔３２は、センサ取付孔３２は、主管２１の他端（下流端）であって、シリンダ列方向において第１分枝管２２Ａの内面における両側縁を外挿した２つの直線Ｌ２、Ｌ２の間に設けられているとよい。

１ ：内燃機関
３ ：シリンダヘッド
１４ ：過給機
１６ ：スロットルバルブ
２０ ：吸気マニホールド
２１ ：主管
２２ ：分枝管
２２Ａ ：第１分枝管
２２Ｂ ：第２分枝管
２２Ｃ ：第３分枝管
２２Ｄ ：第４分枝管
２４ ：吸気入口
３１ ：ブローバイガス導入孔
３２ ：センサ取付孔
４０ ：吸気圧センサ
４２ ：ボス
４３ ：凹部
４５ ：本体部
４６ ：圧力導入管

Claims (8)

1. 内燃機関の吸気マニホールドであって、
   シリンダ列方向に延び、その一端に吸気入口を備えた主管と、
   前記主管から互いに独立して延び、シリンダ列方向に配列された複数の分枝管と、
   前記主管のシリンダ列方向における中央よりも前記吸気入口側に設けられたブローバイガス導入孔と、
   前記主管の他端に設けられた吸気圧センサとを有し、
   複数の前記分枝管は、前記主管のシリンダヘッド側の側部から上方かつシリンダヘッド側に延び、
   前記吸気圧センサは、前記主管のシリンダヘッド側と相反する側の上部に設けられていることを特徴とする吸気マニホールド。
2. 前記吸気圧センサは、前記主管の中心に対して鉛直軸線から３５度の角度範囲に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の吸気マニホールド。
3. 前記吸気圧センサは、平面視において、複数の前記分枝管のうちで最も他端側に配置された前記分枝管の内面における両側縁を外挿した２つの直線の間に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の吸気マニホールド。
4. 前記吸気圧センサの圧力導入部は、前記主管に形成されたセンサ取付孔の内部に配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載の吸気マニホールド。
5. 前記センサ取付孔は、前記主管の内面に形成された凹部に開口していることを特徴とする請求項４に記載の吸気マニホールド。
6. 内燃機関の吸気マニホールドであって、
   シリンダ列方向に延び、その一端に吸気入口を備えた主管と、
   前記主管から互いに独立して延び、シリンダ列方向に配列された複数の分枝管と、
   前記主管のシリンダ列方向における中央よりも前記吸気入口側に設けられたブローバイガス導入孔と、
   前記主管の他端に設けられた吸気圧センサとを有し、
   複数の前記分枝管は、前記主管のシリンダヘッド側の側部から上方かつシリンダヘッド側に延び、
   前記ブローバイガス導入孔は、前記主管のシリンダヘッド側と相反する側の上部に設けられ、前記主管の内部に下方に向けて開口していることを特徴とする吸気マニホールド。
7. 前記吸気圧センサは、平面視において、複数の前記分枝管のうちで最も他端側に配置された前記分枝管の内面における両側縁を外挿した２つの直線の間に設けられていることを特徴とする請求項６に記載の吸気マニホールド。
8. 前記吸気入口は、通路を介して過給機に接続され、
   複数の前記分枝管のそれぞれは、前記主管よりも短く形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１つの項に記載の吸気マニホールド。

Images