JP6729062B2 - エンジンの吸気通路構造 - Google Patents

Description

この発明は、燃焼室内での良好な燃焼を可能とするエンジンの吸気通路構造に関する。

エンジンの燃焼室内に供給される吸気は、インテークマニホールド内の吸気通路と、シリンダヘッドに設けられる吸気通路（以下、吸気ポートと称する。）を通じて燃焼室内に吸引される。

インテークマニホールドやシリンダヘッドは、燃焼室から伝わる熱によって加熱されるため、吸気は、インテークマニホールド内の吸気通路とシリンダヘッド内の吸気ポートの内面から熱を受けることで温度上昇する傾向がある。

特に、高圧縮比のエンジンでは、吸気の温度が上昇すると、低圧縮比のエンジンよりもノッキングが生じやすくなり、このような場合、例えば、点火時期をリタード（遅角）する等して、ノッキングに対応する必要がある。点火時期のリタードは、燃費の向上を阻害してしまうので、吸気の温度上昇はできる限り抑制することが望ましい。

そこで、吸気の温度上昇を抑制するため、金属製の吸気ポートの内面に、樹脂等の熱伝達率の低い材料を密着させて吸気用の断熱部材とする技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開平７−２５９６４２号公報

吸気ポートの内面の断熱部材は、シリンダヘッドの内面に射出成形等により密着させた樹脂により構成される。しかし、シリンダヘッドの熱によりこの断熱部材が加熱されると、断熱部材は、インテークマニホールド側へ熱膨張する傾向がある。熱膨張により、断熱部材の上流側端縁がインテークマニホールドの端面に当接すると、断熱部材は内径側へ浮き上がって吸気ポートの内面から剥離する可能性がある。

また、シリンダヘッドにインテークマニホールドを固定する際、シリンダヘッドの内面の断熱部材がインテークマニホールドによって燃焼室側へ押されて、断熱部材が吸気ポートの内径側へ浮き上がって吸気ポートの内面から剥離する可能性もある。

断熱部材が剥離すると、吸気抵抗の増大により吸気の円滑な流れが阻害され、所定の吸気量が燃焼室に供給されなくなるので好ましくない。

そこで、この発明の課題は、吸気ポートの内面に設けた断熱部材が吸気の流れを阻害しないようにすることである。

上記の課題を解決するために、この発明は、エンジンのシリンダヘッド内に設けられ燃焼室に接続される吸気ポートと、前記シリンダヘッドに接続されて前記吸気ポートとともに吸気通路を形成するインテークマニホールドと、を備えたエンジンの吸気通路構造において、前記吸気通路の内壁に形成されて前記吸気通路を径方向に拡大する拡大通路部と、前記拡大通路部に配置されて前記吸気通路の内壁面を形成する断熱部材と、を備え、前記拡大通路部は前記インテークマニホールドと前記シリンダヘッドの接続面の上流から下流に亘って形成され、前記拡大通路部の上流側端面と前記断熱部材の上流側端面との間に隙間部が形成されることを特徴とするエンジンの吸気通路構造を採用した。

ここで、前記断熱部材の上流側端面は、前記接続面と面一である構成を採用することができる。あるいは、前記断熱部材の上流側端面は、前記接続面の上流側に配置される構成を採用することができる。

また、上記の課題を解決するために、この発明は、エンジンのシリンダヘッド内に設けられ燃焼室に接続される吸気ポートと、前記シリンダヘッドに接続されて前記吸気ポートとともに吸気通路を形成するインテークマニホールドと、を備えたエンジンの吸気通路構造において、前記吸気ポートの内壁に形成されて前記吸気通路を径方向に拡大する拡大通路部と、前記拡大通路部に配置されて前記吸気通路の内壁面を形成する断熱部材と、を備え、前記吸気ポートの内壁に形成された拡大通路部の上流側端面と前記断熱部材の上流側端面との間に隙間部が形成されることを特徴とするエンジンの吸気通路構造を採用することができる。

前記断熱部材の上流側端面が前記接続面の上流側に位置する態様において、前記断熱部材の上流側端面は前記吸気通路の外径側に突出する爪部を備え、前記爪部が前記吸気ポートの上流側端面に係止する構成を採用することができる。

前記断熱部材の上流側端面が前記接続面の上流側に位置する態様において、前記断熱部材の径方向外面と前記インテークマニホールドに設けられた前記拡大通路部の径方向内面との間にシール部を設けた構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記吸気ポートにおける前記断熱部材の内側に形成される吸気ポートの断面は、前記インテークマニホールドにおける前記断熱部材熱膨張用の空間よりも上流側のインテークマニホールドの断面よりも大きく設定されている構成を採用することができる。

この発明は、吸気通路の内壁に吸気通路を径方向に拡大する拡大通路部を形成し、その拡大通路部に吸気通路の内壁面を形成する断熱部材を配置し、拡大通路部の上流側端面と断熱部材の上流側端面との間に隙間部を形成したので、断熱部材の熱膨張時においてもその断熱部材が吸気の流れを阻害しない。

この発明の実施形態を示し、（ａ）は吸気ポートとインマニ内通路との接続箇所付近の断面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）はそれぞれ他の実施形態を示す要部拡大図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれさらに他の実施形態を示す要部拡大図である。

この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、この実施形態のエンジンの燃焼室３とシリンダヘッド１付近、及び、そのシリンダヘッド１に接続されるインテークマニホールド３０の一部を示す断面図である。図１（ｂ）はその要部拡大図である。

エンジンのシリンダ内にはピストンが収容されている。シリンダの上面、内周面、及び、ピストンの上面等により燃焼室３が形成されている。燃焼室３の上部のシリンダヘッド１には、燃焼室３内に吸気を送り込む吸気ポート５、燃焼室３から引き出された排気ポート、燃焼室３や吸気ポート５内へ燃料を噴射する燃料噴射装置（インジェクタ）１０等を備えている。

吸気ポート５の燃焼室３への開口部である吸気弁孔４は、吸気バルブ２によって開閉される。また、同様に、排気ポートの燃焼室３への開口部である排気弁孔も、排気バルブによって開閉される。

これらの図面では、この発明に直接関係する吸気側の部材や手段を中心に示し、他の部材等については図示省略している。また、図面では、一つのシリンダのみを示しているが、エンジンは単気筒であってもよいし、複数のシリンダを備えた多気筒であってもよい。

吸気ポート５を備えるシリンダヘッド１には、インテークマニホールド３０が接続される。インテークマニホールド３０内には、吸気ポート５とともに吸気通路Ａを形成するインマニ内通路３１が設けられている。インマニ内通路３１と吸気ポート５とで、エアクリーナ等を通じて外気から導入された吸気を、燃焼室３へ供給する吸気通路Ａの一部を構成している。

この実施形態では、シリンダヘッド１は金属製（アルミ製）、インテークマニホールド３０は樹脂製である。インテークマニホールド３０としては、他にも鋳物等の金属製のものを採用する場合もある。

吸気ポート５の断面形状は、上流寄りのインマニ内通路３１への接続面Ｊ付近において、通路の上面側と下面側とを結ぶ上下方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも小さく設定された、いわゆる横長のオーバル形状となっている。また、インマニ内通路３１の断面形状も、吸気ポート５への接続面Ｊ付近において、通路の上面側と下面側とを結ぶ上下方向への最大径が、それに直交する幅方向への最大径よりも小さく設定された、横長のオーバル形状となっている。

シリンダヘッド１へのインテークマニホールド３０の固定は、シリンダヘッド１側から立ち上がるボルトを、インテークマニホールド３０のインマニ内通路３１の端部に設けたフランジ部３２の孔に挿通し、ナット等で締め付けることにより行われる。この締め付けにより、吸気ポート５の上流側端面６と、インマニ内通路３１の下流側端面であるインマニ端面３２ａとが面接触し、吸気ポート５とインマニ内通路３１が気密に接続される。

このとき、インマニ端面３２ａには環状のシール溝が形成されており、そのシール溝内に環状のパッキン３３が収納されている。パッキン３３が吸気ポート５の上流側端面６に押しつけられることにより第一のシール部が構成されている。この第一のシール部により、接続面Ｊの気密性が高められている。

吸気ポート５の内面には断熱部材２０が配置される。断熱部材２０は、吸気ポート５の内面全周に沿って所定の厚みで形成され、その形状は、インテークマニホールド３０に近い上流側の領域では、筒状を成すものとなっている。断熱部材２０におけるこの筒状を成す部分を、筒状部２３と称する。

また、燃料室３に近い下流側の領域では、吸気ポート５内の上面に、燃料噴射装置１０が取り付けられる取付孔１１が開口している。取付孔１１付近は、吸気ポート５の内面が、上流側傾斜面１２ａと下流側傾斜面１２ｂとを備えた下向き凹状の取付孔周辺部１２を構成している。取付孔１１は、吸気弁孔４側に向く上流側傾斜面１２ａに開口している。断熱部材２０は、この取付孔周辺部１２付近においても、吸気ポート５の内面全周に沿って所定の厚みで形成されている。断熱部材２０におけるこの取付孔周辺部１２付近を、取付孔周辺被覆部２２と称する。

断熱部材２０は、樹脂の射出成形によって形成される。シリンダヘッド１には、射出成形による断熱部材２０の製造方法に対応して、外部空間から吸気ポート５内の空間に臨む貫通孔であるインジェクションゲート（断熱材供給孔）２５が設けられている。インジェクションゲート２５は、吸気ポート５の内面のうち、吸気ポート５の全長に対して中央部よりも上流側においてその下面に開口している。

吸気ポート５内に所定の型枠を挿入して固定した後、インジェクションゲート２５にインジェクション（射出機）Ｂの射出口を挿入し、吸気ポート５の内面と型枠の外面との間の空間にインジェクションＢから射出した樹脂を充填する。樹脂が硬化した後、型枠を取り外せば、断熱部材２０が吸気ポート５の内面に固着した状態に仕上がるようになっている。

なお、型枠は、その外面が、インテークマニホールド３０に近い上流側の領域では、吸気ポート５の内面に対して所定の隙間を介して対向する筒状を成すものとなっている。型枠の上流側の端部は、吸気ポート５の上流側端面６に密着するフランジ状部であり、このフランジ状部で、断熱部材２０の上流側端縁の位置や形状が決定される。型枠は、吸気ポート５の上流側の開口から、その吸気ポート５内への挿入及び取り出しが可能である。

また、その型枠の上流側の端部は、断熱部材２０として、吸気ポート５の上流側端面から僅かに上流側へ突出する延長部２１を形成できる形状となっている。延長部２１は筒状を成し、インテークマニホールド３０が接続された際にはインマニ内通路３１内に入り込み、そのインマニ内通路３１の内面全周に面接触する形状となっている。

また、インジェクションゲート２５付近では、断熱部材２０は、そのインジェクションゲート２５内へ向かって突出する突出部２６を備えたものとなる。突出部２６は、その上流側面２６ａがインジェクションゲート２５の内面に密着する。また、突出部２６は、その下流側面２６ｂが、インジェクションＢを抜き取った後のインジェクションゲート２５に挿入される栓部材の上面に密着することになる。

また、型枠は、燃料室３に近い下流側の領域では、取付孔周辺部１２付近の形状に合致し、且つ、吸気ポート５の内面に対して所定の隙間を介して対向する形状となっている。型枠は、吸気ポート５の下流側の開口である燃焼室３側から、その吸気ポート５内への挿入及び取り出しが可能となるよう分割された複数の部材で構成され、吸気ポート５内に挿入された後、所定の形状に組立できるようになっている。また、樹脂の硬化後は、分割することにより、吸気弁孔４から取り出し可能となっている。

吸気ポート５と、インマニ内通路３１の吸気ポート５側の端部には、その上流側よりも断面の大きい拡大通路部３５を備えている。拡大通路部３５は、その内面全周が、シリンダヘッド１とインテークマニホールド３０との接続面Ｊを挟んで、面一に接続されている。拡大通路部３５は、接続面Ｊの上流から下流に亘って吸気通路Ａの内壁に形成されている。拡大通路部３５は、その拡大通路部３５の上流側の領域よりも相対的に、吸気通路Ａの断面を径方向に拡大するものである。

拡大通路部３５とその上流側の通路との接続箇所には、内部空間の断面が変化する拡大通路部の上流側端面３４が設けられている。この実施形態において、拡大通路部の上流側端面３４は、その面方向が流れ方向に対して直交する段部形状となっているが、インマニ内通路３１内において、より断面の大きい拡大通路部３５とより断面の小さい上流側の通路とを滑らかに接続するものであれば、拡大通路部３５の上流側端面３４は、流れ方向に対して徐々に断面が変化する傾斜面を備えた形状など、他の形状であってもよい。

図１（ｂ）に示すように、吸気通路Ａ内に拡大通路部３５を設けてその拡大通路部３５に断熱部材２０を配置し、拡大通路部３５の上流側端面３４と、断熱部材２０の上流側端面２７との間に、隙間部を形成している。この実施形態では、断熱部材２０の上流側端面２７は、延長部２１の端面に相当する。この隙間部によって、断熱部材２０のインテークマニホールド３０側の端縁の上流側に、断熱部材２０の上流側端面２７の外形と同じ断面、又は、その外形よりもやや大きい拡大された断面からなる断熱部材熱膨張用の空間が設定されている。拡大通路部３５内の空間、すなわち、拡大通路部３５の上流側端面３４よりも下流側の空間が断熱部材熱膨張用の空間であり、その断熱部材熱膨張用の空間は、流れ方向全長に亘って、断熱部材２０の筒状部２３（延長部２１を含む。以下同じ。）の上流側端部の外形断面と同じ断面、又は、その外形よりもやや大きい拡大された断面となっている。

断熱部材熱膨張用の空間を備えたことにより、断熱部材２０は、仮に温度上昇によって、特に筒状部２３が上流側へ向かって熱膨張した際にも、インマニ内通路３１の内面に対する熱膨張時の摺動による摩擦抵抗を除けば、その膨張がインマニ内通路３１の部材によって拘束されることがない。このため、熱膨張によって、断熱部材２０の上流側端縁がインテークマニホールド３０の端面に当接して、内径側へ浮き上がる事態を回避できる。図中の隙間部の寸法ｗが、熱膨張に対応できる断熱部材熱膨張用の空間の長さであり、この寸法ｗは、断熱部材２０に想定される熱膨張量以上に設定されている。

また、シリンダヘッド１にインテークマニホールド３０を固定する際に、吸気ポート５の上流側端面６から突出している延長部２１をインマニ内通路３１内に確実に挿入した後、インテークマニホールド３０をシリンダヘッド１に締め付け固定する。このようにすれば、断熱部材２０がインテークマニホールド３０によって燃焼室３側へ押されて浮き上がる事態も回避できる。

また、断熱部材２０に延長部２１を設けたことによって、その延長部２１の外面とインマニ内通路３１の内面との間に、吸気の漏れを防ぐためのシール部として、第二のシール部２６を形成することができる。この実施形態では、インテークマニホールド３０は樹脂製であり、互いに面接触する延長部２１の外面とインマニ内通路３１の内面とは一部の箇所で接触しているため、エンジン振動等で第一のシール部で漏れが発生した場合でも接触面でシールが可能となり、気密性をさらに高めることができる。

他の実施形態を図２（ａ）に示す。この図２（ａ）の実施形態は、図１の実施形態における断熱部材２０の延長部２１を省略したものである。断熱部材２０の上流側端面２７は、エンジンからの加熱がない常温下において、吸気ポート５の上流側端面６と面一、すなわち、通路の流れ方向に沿って同じ位置となっている。ただし、ここで、同常温下において、断熱部材２０の上流側端面２７を、吸気ポート５の上流側端面６よりも下流側となるように設定してもよい。

この図２（ａ）の実施形態においても、吸気通路Ａ内に拡大通路部３５を設け、拡大通路部３５の上流側端面３４と、断熱部材２０の上流側端面２７との間に隙間部を形成したことによって、断熱部材２０のインテークマニホールド３０側の端縁の上流側に、断熱部材２０の端縁の外形と同じ断面、又は、その外形よりもやや大きい拡大された断面からなる断熱部材熱膨張用の空間が設定されている。断熱部材２０の上流側端縁から先、拡大通路部３５の上流側端面３４よりも下流側の空間が断熱部材熱膨張用の空間である。

この断熱部材熱膨張用の空間を備えたことによる断熱部材２０の剥離防止等の効果は、前述の実施形態と同様である。

さらに他の実施形態を、図２（ｂ）に示す。この図２（ｂ）の実施形態は、インマニ内通路３１内の拡大通路部３５として、吸気ポート５の上流側の端部の断面よりも拡大された断面を採用したものである。

インマニ内通路３１内に設けられる拡大通路部３５は、前述の各実施形態のように、吸気ポート５の上流側の端部と同じ断面としてもよいが、これを、吸気ポート５の上流側の端部よりも拡大された断面としても、断熱部材熱膨張用の空間を確保することができる。

さらに、この実施形態では、延長部２１は、外径側に突出する爪部２４を備えている。爪部２４は、吸気ポート５の上流側端面６に係止することにより、断熱部材２０が下流側、すなわち、燃焼室３側へ移動することを防止している。拡大通路部３５の断面を、吸気ポート５の断面よりも大きくしたことによって、このような爪部２４を設けることが可能となっている。

さらに他の実施形態を、図２（ｃ）に示す。この図２（ｃ）の実施形態は、吸気ポート５の内壁のうち、吸気ポート５の上流側端面６付近を除く領域に、吸気通路Ａの断面を径方向に拡大する拡大通路部３５を形成し、その拡大通路部３５に断熱部材２０を配置したものである。

拡大通路部３５の上流側端面３４は、シリンダヘッド１の吸気ポート５内に位置して、接続面Ｊよりも下流側である。拡大通路部３５の上流側端面３４と、断熱部材２０の上流側端面２７との間に隙間部が、断熱部材熱膨張用の空間となっている点は同様である。

さらに他の実施形態を、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す。これらの実施形態は、吸気ポート５とインマニ内通路３１との接続面Ｊ付近において、断熱部材２０の内側に形成される吸気ポート５内の通路断面を、インマニ内通路３１における断熱部材熱膨張用の空間よりも上流側のインマニ内通路３１の通路断面よりも大きく設定したものである。インマニ内通路３１の内面（拡大通路部３５の部分を除く）を、その全周に亘って吸気の流れ方向に沿って吸気ポート５側に延長した場合、その延長線は、吸気ポート５の断熱部材２０の上流側端面に交わらないように設定されている。

図３（ａ）の例は、延長部２１の設置を省略することにより、常温下で断熱部材２０がインマニ内通路３１内に入り込まないように設定された態様、図３（ｂ）の例は、延長部２１を設定した態様である。それぞれの例において、符号ｗ１で示される吸気ポート５内面間距離は、符号ｗ２で示されるインマニ内通路３１内の内面間距離（拡大通路部３５の部分を除く）よりも大きく設定されている。この吸気ポート５の内面間距離ｗ１＞インマニ内通路３１の内面間距離ｗ２の関係は、吸気通路Ａの中心線を通るどの縦断面においても成立するように設定されている。

前述の実施形態では、吸気ポート５の内面間距離ｗ１とインマニ内通路３１の内面間距離ｗ２を等しく設定していたが、このように、吸気ポート５内の断面をインマニ内通路３１内の断面よりも大きくすることにより、吸気の流れにおける抵抗を抑制できる。また、仮に、断熱部材２０が内径側に熱膨張したとしても、その断熱部材２０の内面が、インマニ内通路３１の内面（拡大通路部３５の部分を除く）の延長線上、又は、その延長線よりも外径側にある限り、吸気の流れは阻害されない。

１ シリンダヘッド
２ 吸気バルブ
３ 燃焼室
４ 吸気弁孔
５ 吸気ポート
６ 上流側端面
１０ 燃料噴射装置
１１ 取付孔
１２ 取付孔周辺部
２０ 断熱部材
２１ 延長部
２２ 取付孔周辺被覆部
２３ 筒状部
２４ 爪部
２５ インジェクションゲート
２６ 突出部
３０ インテークマニホールド
３１ インマニ内通路
３２ フランジ部
３２ａ インマニ端面
３３ パッキン
３４ 上流側端面
３５ 拡大通路部
３６ シール部（第二のシール部）
Ａ 吸気通路
Ｊ 接続面

Claims (6)

1. エンジンのシリンダヘッド内に設けられ燃焼室に接続される吸気ポートと、
   前記シリンダヘッドに接続されて前記吸気ポートとともに吸気通路を形成するインテークマニホールドと、
   を備えたエンジンの吸気通路構造において、
   前記吸気ポートの内壁に形成されて前記吸気通路を径方向に拡大する拡大通路部と、
   前記拡大通路部に配置されて前記吸気通路の内壁面を形成する断熱部材と、
   を備え、
   前記吸気ポートの内壁に形成された前記拡大通路部の上流側端面と前記断熱部材の上流側端面との間に隙間部が形成され、前記拡大通路部は、前記吸気ポートの内壁のうち、前記吸気ポートの上流側端面付近を除く領域に形成され、前記拡大通路部の上流側端面は、前記インテークマニホールドと前記シリンダヘッドの接続面よりも下流側にあることを特徴とするエンジンの吸気通路構造。
2. エンジンのシリンダヘッド内に設けられ燃焼室に接続される吸気ポートと、
   前記シリンダヘッドに接続されて前記吸気ポートとともに吸気通路を形成するインテークマニホールドと、
   を備えたエンジンの吸気通路構造において、
   前記吸気通路の内壁に形成されて前記吸気通路を径方向に拡大する拡大通路部と、
   前記拡大通路部に配置されて前記吸気通路の内壁面を形成する断熱部材と、
   を備え、
   前記拡大通路部は前記インテークマニホールドと前記シリンダヘッドの接続面の上流から下流に亘って形成され、
   前記拡大通路部の上流側端面と前記断熱部材の上流側端面との間に隙間部が形成され、
   前記吸気ポートにおける前記断熱部材の内側に形成される吸気ポートの断面は、前記インテークマニホールドにおける前記断熱部材熱膨張用の空間よりも上流側のインテークマニホールドの断面よりも大きく設定されていることを特徴とするエンジンの吸気通路構造。
3. 前記断熱部材の上流側端面は、前記接続面と面一であることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの吸気通路構造。
4. 前記断熱部材の上流側端面は、前記接続面の上流側に配置されることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの吸気通路構造。
5. 前記断熱部材の上流側端面は前記吸気通路の外径側に突出する爪部を備え、前記爪部が前記吸気ポートの上流側端面に係止する請求項４に記載のエンジンの吸気通路構造。
6. 前記断熱部材の径方向外面と前記インテークマニホールドに設けられた前記拡大通路部の径方向内面との間にシール部を設けた請求項４に記載のエンジンの吸気通路構造。

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