JP6555805B2 - サージタンク付き吸気マニホールド - Google Patents

Description

本願発明は、内燃機関において、シリンダヘッドに装着されるサージタンク付き吸気マニホールドに関するものである（吸気マニホールドとサージタンクとは主従の関係ではないので、吸気マニホールド付きサージタンクと呼ぶことも可能である。）。

内燃機関においては、吸気は一般にサージタンクから吸気マニホールドを介してシリンダヘッドに送られており、サージタンクと吸気マニホールドとを一体化した構造も多く見られる。特に、近年は、サージタンク付き吸気マニホールドを合成樹脂製として、複数の部材を重ねて接合したものが多く見られる。

他方、特に自動車用の内燃機関においては、クランク室に吹き抜けたブローバイガスを気筒に還流させたり、排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気系に還流させたりすることが広く行われており、そこで、ブローバイガスやＥＧＲガスをサージタンクに導入して、サージタンクの内部においてブローバイガスやＥＧＲガスを吸気に混合させて各吸気枝通路に送出することが行われているが、単にブローバイガスやＥＧＲガスをサージタンクに導いただけでは、ブローバイガスやＥＧＲガスが均等に混合せずに、各気筒間においてガスの導入量が不均一になりやすいという問題があった。

このような分配の不均一性の問題に対して特許文献１では、ＥＧＲガスの均一分配ということを目的にして、サージタンクの内部に、吸気枝通路の並び方向に長いＥＧＲガス取り入れ空間を設けて、ＥＧＲガス取り入れ空間に、各吸気枝通路に対応したＥＧＲガス分配穴を設けることが開示されている。

実開平０３−７３６４９号のマイクロフィルム

特許文献１では、吸気枝通路の開口方向とＥＧＲガス分配穴の開口方向とは略直交しており、従って、ＥＧＲガスは、各吸気枝通路の入り口の前方に向けて噴出する。そして、吸気が各吸気枝通路に吸引されるため、サージタンクの内部にも吸気の流れが生じており、各分配穴から噴出したＥＧＲガスを対応した吸気枝通路に向かう吸気流に乗せることによって、各気筒へのＥＧＲガスの分配の均等化を図っている。

しかし、特許文献１では、サージタンクの内部に噴出したＥＧＲガスが吸気枝通路に向かう吸気流に乗ることなくサージタンクの内部で拡散してしまうことも懸念され、必ずしも各吸気枝通路への均一な分配を実現できるとは言い難い。特に、ブローバイガスに適用すると、ブローバイガスの場合は噴出の勢いが弱いため、吸気流まで届かずにサージタンクの内部に拡散してしまう現象が懸念される。

更に、各吸気枝通路に向かう吸気流には吸気弁の開閉に伴う強弱（脈動）が存在する一方、ブローバイガスは必ずしも脈動とは関係なくサージタンクに流入するため、特許文献１をブローバイガスの分配に適用しても、各吸気枝通路に向かう吸気流に乗らずにサージタンクに放散されるブローバイガスが相当割合にのぼると思われる。このため、サージタンクの内部でのブローバイガスの濃度が不均一になって、結果として、各吸気枝通路（各気筒）に対するブローバイガスの均一分配が阻害されると予想される。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明はサージタンク付き吸気マニホールドに関し、このサージタンク付き吸気マニホールドは、
「吸気導入口を有するサージタンクと、入り口を前記サージタンクの内部に開口させると共に前記サージタンクの周方向に延びるように並列状に配置された複数本の吸気枝通路とを有していて、前記各吸気枝通路の入り口は前記サージタンクの内周方向に開口しており、
前記サージタンクの内部に、前記吸気枝通路の群と一体化した中空部を設けることにより、前記吸気枝通路の入り口寄り部位の群よりも前記サージタンクの内側に位置した内段部が前記サージタンクの軸心方向に広がるように形成されていて、前記内段部の一側縁と前記各吸気枝通路の入り口とは、前記中空部を構成する端壁を介して繋がっている」
という基本構成である。

そして、上記基本構成において、
「前記サージタンクの内段部のうち前記各吸気枝通路に対応した各部位に、トンネル状の吸気還流ガス吐出口が、それぞれ各吸気枝通路の入り口の開口方向と同じ方向に開口するように形成されている一方、
前記端壁は、前記サージタンクの軸心方向から見て前記吸気還流ガス吐出口の開口方向に膨れた円弧状に形成されており、
かつ、前記端壁のうち隣り合った吸気枝通路の入り口の間に位置した部位に、吸気還流ガスを各吸気枝通路に向けて案内するガイドリブが形成されている」
という構成になっている。

既述のとおり、近年、軽量化等のために吸気マニホールドを複数の樹脂部材が重ねて接合された構造にすることが多く行われているが、本願発明も、複数樹脂部材方式に適用すると好適である。

本願発明では、吸気還流ガス吐出口をサージタンクの内部に開口させただけの簡単な構造でありながら、端壁のガイド作用により、各吸気還流ガス吐出口から噴出した吸気還流ガスを、特定の吸気還流ガス吐出口に対応した特定の吸気枝通路にスムースに導くことができる。

吸気還流ガスがブローバイガスである場合、噴出速度は低いため、ブローバイガスは内段部に沿って流れる傾向を呈することが多いが、本願発明では、内段部と吸気枝通路とに繋がった端壁が円弧状に形成されているため、ブローバイガスは、端壁のガイド面を舐めるような状態で吸気枝通路に導かれる。このような作用により、各気筒に還流するブローバイガスの均等化に大きく貢献できる。従って、ブローバイガスを還流させるマニホールドにも好適であるといえる。また、端壁（ガイド面）を各吸気枝通路ごとに仕切るガイドリブを設けているため、整流機能がより一層向上する。

さて、特許文献１では、ＥＧＲガス取り入れ空間はサージタンクの内周部に設けており、このため、ＥＧＲガス取り入れ空間から噴出したＥＧＲガスはサージタンクを横切る傾向を呈する。このため、ＥＧＲガスの拡散性は高くなっている。

これに対して本願発明では、吸気還流ガス吐出口はサージタンクの内部に位置していて、サージタンクの内周面を向いているため、仮に、吸気還流ガス吐出口から噴出した吸気還流ガスの勢いが強いと、吸気枝通路の開口方向の前方を横切ってサージタンクの内周面に向かう傾向を呈するが、サージタンクの内周面のうち吸気枝通路の前方の部位は、吸気を吸気枝通路に導くガイド作用を有するため、吸気還流ガス吐出口から噴出した吸気還流ガスがサージタンクの内周面に到達しても、その吸気還流ガスは、各吸気枝通路に向かうようにサージタンクの内面によってガイドされる。この面においても、吸気還流ガスの均一分配機能に優れている。

実施形態に係る吸気マニホールドの側面図である。 吸気マニホールドを図１の矢印IIの方向（背面視方向）から見た斜視図である。 吸気マニホールドの一部部材を省略した状態での図２と同じ方向からの斜視図である。 吸気マニホールドの背面図である。 吸気マニホールドの平面図である。 吸気マニホールドの正面図である。 中間メンバーの背面図である。 吸気マニホールドの各部材を表示した状態での図７の VIII-VIII視断面図である。

(1).概要
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１でシリンダヘッド１に取付けた状態を表示しているが、この図１に表示するように、本実施形態では、方向を特定するために、便宜的に、シリンダヘッド１の吸気側面１ａを向いた方向を正面視として前後方向を定義している。図１において符号２で示すのはシリンダブロックである。本実施形態は、ブローバイガスを還流させるタイプの吸気マニホールドに適用している。

図１に示すように、吸気マニホールドは、主として前後方向に重なった３つの部材から成っている。すなわち、手前から後ろに向かって、フロントメンバー３、中間メンバー４、リアメンバー５の３つの部材が配置されている。これら各メンバー３〜５は合成樹脂製であり、前後に隣り合ったメンバーの相互間は、高周波や超音波によって溶着されている。

敢えて述べる必要はないが、吸気マニホールドを３つのメンバー３〜５で構成しているのは、各メンバー３〜５を射出成形法によって製造可能としつつ（型抜き可能としつつ）、吸気マニホールドを全体として中空構造にするためである。図１では中間メンバー４に平行斜線を施しているが、これは各メンバー３，４，５の位置関係を明確にするための措置であり、断面の表示ではない。図２の平行斜線も同様である。

吸気マニホールドは、サージタンク７を有していて全体として円筒に近い形態であり、気筒列の方向に長い形態になっており、並列状に並んだ第１〜第４の４本の吸気枝通路８を有している。吸気枝通路８は筒状になっており、例えば図８に示すように、その大部分はサージタンク７の手前側において半周程度の範囲で湾曲していて、入り口８ｂがサージタンク７の内部において当該サージタンク７の内周方向に開口している。吸気枝通路８の上部には、後ろ向きに延びるストレート状部（出口部）８ａが形成されている。従って、吸気は、円周方向に流れてから接線方向に流れを変えて、シリンダヘッド１の吸気ポートに流入する。吸気枝通路８のストレート状部８ａは、フロントメンバー３と中間メンバー４とリアメンバー５との三者で構成されている。

例えば図２に示すように、各吸気枝通路８のストレート状部８ａは、リアメンバー５に形成した１つのフランジ９を介して左右方向に繋がっており、フランジ９がスペーサ１０を介してシリンダヘッド１の吸気側面１ａに固定される。フランジ９には、シリンダヘッド１に固定するためのボルト挿通穴１１を設けている。

図８に示すように、吸気枝通路８の湾曲部は、概ね中間メンバー４とフロントメンバー３とによって構成されている。従って、中間メンバー４によって、サージタンク７の概ね前半部が構成されている。

また、図５や図６に示すように、リアメンバー５には、概ね前向きに開口した吸気導入口１２が形成されており、吸気導入口１２にスロットルボデー（図示せず）が固定される。図６に明瞭に示すように、吸気導入口１２は、正面視において左側の２つの隣の吸気枝通路８の間に位置している。図３から理解できるように、吸気導入口１２は中間メンバー４にも貫通している。

既述のとおり、各吸気枝通路８はその下端が入り口８ｂになっているが、隣り合った吸気枝通路８における出口（ストレート状部８ａ）の間隔は、シリンダヘッド１における吸気ポートの間隔と同じであるのに対して、隣り合った吸気枝通路８の入り口８ｂの間隔は出口の間隔より小さくなっている。そこで、図６に明示するように、各吸気枝通路８は、上に行くほど右に寄るように曲がったり傾斜したりしている。

(2).要部の詳細
既述のとおり、サージタンク７の前半部はおおむね中間メンバー４で構成されているが、図８に示すように、サージタンク７の後半部はリアメンバー５で構成されており、図２，４に示すように、リアメンバー５には、吸気を各吸気枝通路８に導くための４本のガイド溝１３を形成している。従って、各ガイド溝１３の終端と、各吸気枝通路８の入り口（始端）８ｂとは連通し、かつ、滑らかに連続している。

図８に示すように、吸気枝通路８はサージタンク７の内周に沿って延びており、かつ、吸気枝通路８の入り口８ｂはサージタンク７の下部に位置しているが、サージタンク７を構成する中間メンバー４に、吸気枝通路８の入り口寄り部位と一体化した中空部１４を形成することにより、吸気枝通路８の入り口寄り部位からサージタンク７の軸心側にずれた内段部１４ａが形成されている。

そして、中空部１４の内段部１４ａと各吸気枝通路８の入り口８ｂとは、中空部１４を構成する端壁１４ｂによって繋がっており、この端壁１４ｂを側面視で後ろ向きに膨れた側面視円弧状に形成して、端壁１４ｂの外面をガイド面と成している。

更に、中間メンバー４の内段部１４ａに補助メンバー６を重ねて溶着することにより、吸気枝通路８の並び方向（左右方向）に長いＰＣＶ分配通路１５を形成し、かつ、補助メンバー６に、ＰＣＶ分配通路１５と直交して後ろ向きに開口した部分を形成することにより、ＰＣＶ分配通路１５から分岐して各吸気枝通路８の入り口８ｂと略同じ方向に開口したトンネル状の４つのブローバイガス吐出口１６を形成している。

なお、図示の例では、ＰＣＶ分配通路１５は補助メンバー６の側に入り込んだ状態に形成されているが、内段部１４ａに溝を形成することによって形成したり、補助メンバー６と内段部１４ａとの両方に溝を設けることによって形成したりしてもよい。また、ブローバイガス吐出口１６は端壁１４ｂまで延出してもよい。

図３に示すように、ＰＣＶ分配通路１５の始端部（吸気導入口１２に近い正面視左側の端部）には、吸気枝通路８の並び方向（左右方向）に向いたブローバイガス通路１９が接続されており、ブローバイガス通路１９は、ブローバイガス導入ポート（ＰＣＶポート）２０と連通している。

ブローバイガス吐出口１６は各吸気枝通路８に対応しているが、隣り合ったブローバイガス吐出口１６の間隔は同じではなく、各ブローバイガス吐出口１６が対応した吸気枝通路８の入り口８ｂの軸心の真上に位置しているわけではない。このような点も考慮して、図３，７，８に示すように、中空部１４の端壁１４ｂには、ブローバイガス吐出口から噴出したブローバイガスを対応した吸気枝通路８に導くためガイドリブ（ガイド突起）２１を設けている。図７では、ガイドリブ２１は図３の状態よりも小さく表示している。

(3).まとめ
以上の構成において、吸気導入口１２からサージタンク７に入った吸気は、リアメンバー５のガイド溝１３のガイド作用をうけながら、各吸気枝通路８に流れていく。そして、ブローバイガスは、各ブローバイガス吐出口１６から後ろ向きに噴出するが、中空部１４の端壁１４ｂは、ブローバイガス吐出口１６の前方において側面視円弧状のガイド面を成しているため、図８に矢印２２で示すように、ブローバイガスは、端壁１４ｂの外面に沿って各吸気枝通路８に流れていく。従って、ブローバイガスを各吸気枝通路８に均等に分配することができる。

特に、本実施形態のようにガイドリブ２１を設けると、ブローバイガス吐出口１６から噴出したブローバイガスの整流機能が各段に高くなるため、隣の吸気枝通路８に拡散してしまうことを防止して、ブローバイガスは、個々のブローバイガス吐出口１６と対の関係にある吸気枝通路８に的確に導かれる。

また、本実施形態では、サージタンク７が概ね円筒状でかつ吸気枝通路８が周方向に延びていることにより、吸気がサージタンク７の内部において旋回流として周方向に流れる傾向を呈しており、この旋回流は吸気弁の開閉によって流れに強弱が発生しても消えることはないため、各ブローバイガス吐出口１６から噴出したブローバイガスは、各吸気枝通路８に向かう吸気流に乗って、各ブローバイガス吐出口１６と対の関係にある吸気枝通路８に的確に吸引される。

更に、仮にブローバイガスの流速が速いと、図８に点線矢印で示すように、リアメンバー５の内面に至ることが有り得るが、リアメンバー５の内面は湾曲しているため、ブローバイガスは吸気枝通路８に向かうようにスムースに方向変換する。しかも、本実施形態では、リアメンバー５にはガイド溝１３が形成されているため、ブローバイガスは、ガイド溝１３によって個々の吸気枝通路８に向かうようにガイドされる。従って、ブローバイガスの拡散を抑制して、特定の吸気枝通路８に的確に流入させることができる。これらは、本実施形態の利点である。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、適用対象は４気筒用吸気マニホールドには限らず、３気筒等の他の多気筒内燃機関にも適用できることはいうまでもない。上記の実施形態では、各ブローバイガス吐出口を横長の１本のＰＣＶ分配通路１５から分岐させたが、各ブローバイガス吐出口をそれぞれ吸気マニホールドの外側に開口させて、複数本のブローバイガス導入管を吸気マニホールドの外側において１本に束ねることも可能である。

更に、吸気マニホールドは、図示のような３メンバー（或いは４メンバー）接合方式に限らず、他の構造であってもよい。但し、実施形態のような接合方式を採用すると、ガイド面の形成や各ブローバイガス吐出口、ＰＣＶ分配通路の形成を容易に行える利点がある。また、本願発明は、ＥＧＲガスの還流構造にも適用できる。

本願発明は、内燃機関の吸気マニホールドに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダヘッド
３ フロントメンバー
４ 中間メンバー
５ リアメンバー
６ 補助メンバー
７ サージタンク
８ 吸気枝通路
８ａ ストレート状部（出口部）
８ｂ 入り口
１２ 吸気導入口
１３ ガイド溝
１４ 中空部
１４ａ 内段部
１４ｂ 端壁
１５ ＰＣＶ分配通路（吸気還流ガス分配通路）
１６ ブローバイガス吐出口（吸気還流ガス吐出口）
２０ ブローバイガス導入ポート（吸気還流ガス導入ポート））
２１ ガイドリブ

Claims (1)

1. 吸気導入口を有するサージタンクと、入り口を前記サージタンクの内部に開口させると共に前記サージタンクの周方向に延びるように並列状に配置された複数本の吸気枝通路とを有していて、前記各吸気枝通路の入り口は前記サージタンクの内周方向に開口しており、
   前記サージタンクの内部に、前記吸気枝通路の群と一体化した中空部を設けることにより、前記吸気枝通路の入り口寄り部位の群よりも前記サージタンクの内側に位置した内段部が前記サージタンクの軸心方向に広がるように形成されていて、前記内段部の一側縁と前記各吸気枝通路の入り口とは、前記中空部を構成する端壁を介して繋がっている構成であって、
   前記サージタンクの内段部のうち前記各吸気枝通路に対応した各部位に、トンネル状の吸気還流ガス吐出口が、それぞれ各吸気枝通路の入り口の開口方向と同じ方向に開口するように形成されている一方、
   前記端壁は、前記サージタンクの軸心方向から見て前記吸気還流ガス吐出口の開口方向に膨れた円弧状に形成されており、
   かつ、前記端壁のうち隣り合った吸気枝通路の入り口の間に位置した部位に、吸気還流ガスを各吸気枝通路に向けて案内するガイドリブが形成されている、
   サージタンク付き吸気マニホールド。

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