JP7049986B2 - 吸気マニホルド - Google Patents

Description

本発明は、産業用エンジンなどの各種エンジンにおいて、シリンダヘッドの吸気側に装備される吸気マニホルドに関するものである。

例えば、エンジンに適用される吸気マニホルドには、特許文献１にて開示される枝分れ形の吸気マニホルドや、特許文献２にて開示される箱型の吸気マニホルドのあることが知られている。

枝分れ形の吸気マニホルドは、各吸気ポートに対応する複数の枝分かれ管と、それら枝分かれ管の根元どうしを繋ぐ横に長いインマニ本体部と、空気の吸入部とを備える構造のものである。箱形の吸気マニホルドは、複数の吸気ポートを覆う大きさの１つの開口を備えるインマニ本体部と、空気の吸入部とを備える構造のものである。

箱型の吸気マニホルドを産業用ディーゼルエンジンに適用する場合、特許文献２において開示されるように、シリンダブロックの横側方で上部の位置に装備される燃料噴射用供給ポンプ（又はそのポンプハウジング）が、吸気マニホルドの配置スペースを妨げることがある。

即ち、特許文献２の図１や図２（Ｂ）で示されるように、インマニ本体部における１気筒目の吸気ポートに対応する箇所と２気筒目の吸気ポートに対応する箇所の大部分とに相当する箇所の奥行きが、側方に配置される燃料噴射用供給ポンプとの干渉を避けるために、３，４気筒目の吸気ポートに対応する箇所の奥行きよりも格段に狭くせざるを得ない。つまり、インマニ本体の内部空間の断面積が、その長手方向の一端側が他端側よりも小さくなる不均一（非対称）で歪な形の吸気マニホルドになっている。

上記の歪な形の吸気マニホルドでは、各吸気ポートでの吸入空気量に差が出易い不利がある。そこで、吸気マニホルドを、良質で精密な仕上げが可能で大量生産にも適したダイカスト製として、インマニ本体部における断面積が減少する形状変化部を滑らかな面に形成し、空気の流れを改善することも試されているが、十分ではない。

実開昭５９－１３９５７０号公報 特開２０１５－３４５２６号公報

本発明の目的は、インマニ本体部や吸入部などの各部の形状や構造の更なる工夫により、歪な形のインマニ本体部を有しながらも、複数の吸気ポートに極力均一な空気が送れるように改善して、より燃焼効率に優れる吸気マニホルドを提供する点にある。

本発明は、吸気マニホルドにおいて、
複数の吸気ポートを覆う１つの長尺状開口を有する内部空間が形成されるインマニ本体部と、前記インマニ本体部の長手方向の中間部に形成される空気の吸入部とを有し、
前記内部空間における前記長手方向に直交する方向の断面積が、前記インマニ本体部の長手方向の一端部において縮小されており、
前記吸入部の吸入通路に、前記吸入通路から前記内部空間に進む空気を前記内部空間における前記一端部の側に案内するガイドが設けられ、
前記ガイドは、前記吸入通路における前記一端部の側と反対側の壁面を、前記内部空間に近付くに連れてより膨出させた傾斜壁面とすることにより形成されていることを特徴とする。

前記一端部における前記内部空間の断面積の縮小は、前記長尺状開口に対する内部空間の奥行きを狭めることによるものとすれば好都合である。

前記ガイドは、前記吸入通路の空気の流れ方向でのほぼ全域に亘る状態で設けられているとよく、前記吸入部は、前記吸入通路が前記内部空間における前記一端部ではない箇所に連通されるように、前記インマニ本体部に対する長手方向の位置が設定されていると好都合である。

前記吸入部は、前記内部空間の長手方向及び奥行き方向の双方に交差する幅方向に沿って延びる前記吸入通路を有しているとよく、前記吸入部が、２気筒目の吸気ポートと３気筒目の吸気ポートとの間に相当する位置で前記インマニ本体部に形成された直列４気筒エンジン用のものであるとよい。

本発明によれば、吸入通路に設けられたガイドにより、吸入通路を通過する空気は、断面積の小さい箇所に行く流れが促進されるようになり、内部空間における複数の吸気ポートに対応する箇所での吸入空気量の差を縮めて均一化を図ることが可能になる。

従って、インマニ本体部の断面積がその長手方向で不均一となる歪な形状を呈する吸気マニホルドであっても、断面積の小さな箇所に位置する吸気ポートへの吸入空気量を無理なく増やせるようになる。

その結果、インマニ本体部や吸入部などの各部の形状や構造の更なる工夫により、歪な形のインマニ本体部を有しながらも、複数の吸気ポートに極力均一な空気が送れるように改善して、より燃焼効率に優れる吸気マニホルドを提供することができる。

産業用ディーゼルエンジンの右側面図 図１に示すエンジンの平面図 図１に示すエンジンの正面図 吸気マニホルド及び吸込みダクトを示す右側面図 吸気マニホルドの平面図 一部切欠きの吸気マニホルド及び吸込みダクトを示す左側面図

以下に、本発明による吸気マニホルド（エンジンの吸気マニホルド）の実施の形態を、直列４気筒の産業用ディーゼルエンジンに適用された場合について、図面を参照しながら説明する。

図１～図３に示されるように、産業用ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと略称する）Ｅは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上にシリンダヘッドカバー（以下、「ヘッドカバー」と略称する）３が組付けられ、シリンダブロック１の下部にオイルパン４が組付けられている。シリンダブロック１の上半部はシリンダ１Ａに、そして、下半部はクランクケース１Ｂにそれぞれ構成されている。

シリンダブロック１の前側に伝動ケース５が組み付けられ、伝動ケース５の下部にはクランク軸（図示省略）で駆動される駆動プーリ６が設けられている。伝動ケース５の上部には、エンジン冷却ファン７（図１を参照）を駆動するためのファンプーリ（図示省略）の支持ハブ７Ａが、前後向きの軸心Ｐを有する状態で設けられている。図示は省略するが、駆動プーリ６、ファンプーリ、及びその他の補機（オルタネータなど）の従動プーリ（図示省略）に亘って張架されるベルト（図示省略）が設けられている。

シリンダブロック１の後端部にはフライホイールハウジング８が組付けられ、シリンダブロック１の左側には排気マニホルド（図示省略）やウォータフランジ９などが設けられている。シリンダブロック１の右側には、オイルフィルタ１０、吸気マニホルド１１、燃料噴射用供給ポンプ１２などが設けられている。このエンジンＥは、４つのピストン（図示省略）が前後直列に並んだ直列４気筒エンジンに構成されている。吸気マニホルド１１には、図示しないエアクリーナなどの吸気系に連通するために、略Ｊ字管状の吸込みダクト１６がボルト連結されている。

図１、図４～図６に示されるように、シリンダヘッド２の右側に取付けられている吸気マニホルド１１は、前後方向に長い１つの長尺状開口１３Ａを有する内部空間１３が形成されているインマニ本体部１１Ａと、インマニ本体部１１Ａの長手方向（前後方向）の中間部に形成される空気の吸入部１１Ｂと、を有する箱型のものに構成されている。長尺状開口１３Ａは、シリンダヘッド２において前後直列に並ぶ４箇所（複数の一例）の吸気ポートｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４を覆う大きさを有する前後に長く上下に短い細長い形状の開口に形成されている。

インマニ本体部１１Ａは、複数のボルト挿通用孔（符記省略）を有する外周フランジ１１ａを備えており、長尺状開口１３Ａを有する内部空間１３は、その奥行きｄがインマニ本体部１１Ａの長手方向（前後方向）の後端部（一端部の一例）において狭められるという、歪な形に設定されている。即ち、図５に示されるように、内部空間１３は、その奥行きｄが、ある程度長い（深い）通常奥行きｄ１を持つ通常空間部１３Ｔを基本としているが、前端部における奥行きｄは通常奥行きｄ１より格段に狭い狭小奥行きｄ２（ｄ２＜ｄ１）を持つ狭小空間部１３Ｃに設定されている。つまり、内部空間１３は、前後方向に直交する方向である前後方向又は左右方向の断面積が、通常空間部１３Ｔよりも狭小空間部１３Ｃにおいて縮小されている。

狭小奥行きｄ２の部分（狭小空間部１３Ｃ）は、全長（長さ）Ｌを有する内部空間１３の後端から狭小部長さＬ２の範囲であり、傾斜側壁１１ｂを備える断面変化部１７及び狭小部長さＬ２を全長Ｌから減じた長さの部分が通常奥行きｄ１の箇所である。なお、断面変化部１７も通常奥行きｄ１の箇所と考えれば、内部空間１３における通常奥行きｄ１の部分（通常空間部１３Ｔ）は前端から（Ｌ－Ｌ２）の長さ部分である。つまり、インマニ本体部１１Ａは、左右幅が不均一な上壁１１ｃ及び下壁１１ｄと、通常側壁１１ｅと、傾斜側壁１１ｂと、狭小側壁１１ｆとを備え、奥行きｄが部位によって異なる段付形状の内部空間１３を有している。

また、内部空間１３の幅（長尺状開口１３Ａの幅）ｗと通常奥行きｄ１及び狭小奥行きｄ２との寸法関係はｄ１＞ｗ＞ｄ２（ｄ１＝１．２ｗ、ｄ２＝０．４ｗ）に設定されているが、この限りではない。一例として、１．０ｗ≦ｄ１≦１．４ｗ、０．３ｗ≦ｄ２≦０．５ｗという寸法関係が施されている。また、内部空間１３の長手方向長さに関しては、狭小部長さＬ２と全長Ｌとに、０．２５Ｌ≦Ｌ２≦０．３５Ｌという関係が成り立つように設定されていることが多いが、それには限らない。

図４～図６に示されるように、吸入部１１Ｂは、吸入ケース部１４及び吸入フランジ１５を有し、吸入ケース部１４には吸入通路１４Ａが内部形成され、吸入フランジ１５には上向きに開口する空気入口１４ａ、及び２箇所のボルト孔（符記省略）が形成されている。吸入フランジ１５の上側に、前述の吸込みダクト１６のフランジ部１６Ａがボルト連結可能である。吸入部１１Ｂは、インマニ本体部１１Ａの長手方向の中間において幅ｗの方向（上下方向）に開口する状態で内部空間１３に連通する吸入通路１４Ａを有している。

吸入部１１Ｂは、前後方向において吸入通路１４Ａが第３吸気ポートｐ３の少し第２吸気ポートｐ２寄りに位置する状態で、インマニ本体部１１Ａの通常奥行きｄ１を有する箇所である通常空間部１３Ｔから上方に突出形成されている。４つの吸気ポートｐ１～ｐ４のうち、最も前側が１気筒目の吸気ポートｐ１であり、そこから後へ順に、２気筒目の吸気ポートｐ３、３気筒目の吸気ポートｐ３、４気筒目の吸気ポートｐ４と並んでいる。

つまり、吸入部１１Ｂは、吸入通路１４Ａが内部空間１３における一端部（狭小空間部１３Ｃ）ではない箇所（通常空間部１３Ｔ）に連通されるように、インマニ本体部１１Ａに対する長手方向の位置〔例えば、内部空間１３の後端から前方へ距離Ｋの位置（図６参照）〕が設定されている。そして、吸入部１１Ｂは、内部空間１３の長手方向（前後方向）及び奥行き方向（左右方向）の双方に交差する幅方向（幅ｗの方向であって上下方向）に沿って延びる吸入通路１４Ａを有している、という構成である。

図４～図６に示されるように、吸入部１１Ｂの吸入通路１４Ａに、吸入通路１４Ａから内部空間１３に進む空気を内部空間１３における一端部の側、即ち、前側（１気筒目の吸気ポートｐ１の側）に案内するガイドＧが設けられている。ガイドＧは、吸入通路１４Ａにおける一端部の側と反対側、即ち後側の壁面を、内部空間１３に近付く（下に行く）に連れてより一端部（前）の側に膨出させた傾斜壁面１８とすることにより形成されている。

傾斜壁面１８は、吸入通路１４Ａの空気の流れ方向でのほぼ全域、即ち上下長さの全域に亘る状態で設けられているが、この限りではない。また、傾斜壁面１８の垂線（吸入通路１４Ａの軸線）に対する傾き角度θは、例えば、５～２５度（５度≦θ２５度）に設定されているが、この限りでもない。

傾斜壁面１８の傾き角度θを、内部空間１３全体に対する狭小空間部１３Ｃのだいたいの比率Ｌ２／Ｌにより変化させる構成であってもよい。例えば、Ｌ２／Ｌの大小に比例して傾き角度θも大小させることが考えられ、吸気マニホルド１１の形に応じて最適な吸入空気量のバランスが取れる利点をもつガイドＧが実現できる。
さらに、吸入部１１Ｂのインマニ本体部１１Ａの長手方向の位置（Ｋ／Ｌ）に応じて、傾き角度θを可変させる構成を採用してもよい。例えば、内部空間１３の他端（後端）から吸入部１１Ｂの中心（軸線）までの長さＫの内部空間１３の全長Ｌに対する比率、即ちＫ／Ｌの大小に反比例して傾き角度を大小させることが考えられる。

図４～図６に示されるように、吸入通路１４Ａに設けられたガイドＧにより、吸入通路１４Ａを通過する空気は、図６に白抜き矢印で示されるように、１気筒目の吸気ポートｐ１に対応する箇所、即ち、狭小空間部１３Ｃに行く流れが促進されるようになる。インマニ本体部１１Ａにおける断面積の小さい箇所である狭小空間部１３Ｃへ、積極的に空気の流れを作ることにより、複数の吸気ポートｐ１～ｐ４での吸入空気量の差を縮めて均一化を図ることが可能になる。

従って、通常空間部１３Ｔと狭小空間部１３Ｃとを持つなど、インマニ本体部１１Ａの断面積がその長手方向で不均一となる歪な形状を呈する吸気マニホルド１１であっても、断面積の小さな箇所（狭小空間部１３Ｃ）に位置する吸気ポートへの吸入空気量を無理なく増やせるようになる。その結果、複数の吸気ポートへの吸入空気量の均一化が極力図れるようになり、燃焼効率に優れる吸気マニホルドを提供することができる。また、それによってダイカスト製の吸気マニホルドとしても、気筒間の吸入空気量のバラつきを低減することができる。

〔別実施形態〕
（１）本実施形態においては、吸入部１１Ｂは、２気筒目の吸気ポートｐ２と３気筒目の吸気ポートｐ３との間に相当する位置でインマニ本体部１１Ａに形成された直列４気筒エンジン用のものであるが、１気筒目の吸気ポートｐ１と２気筒目の吸気ポートｐ２との間や、３気筒目の吸気ポートｐ３と４気筒目の吸気ポートｐ４との間に吸入部１１Ｂが設けられた吸気マニホルド１１でもよい。

（２）ガイドＧは、案内板や上窄まり三角形を呈する部材など、吸入部１１Ｂと別個の部材１８を吸入通路１４Ａに取付けることでなる、という構成でもよい。既存の吸気マニホルドにガイドを後付け装備することが可能となる利点がある。

１１Ａ インマニ本体部
１１Ｂ 吸入部
１３ 内部空間
１３Ａ 長尺状開口
１８ 傾斜壁面
Ｇ ガイド
ｄ 奥行き
ｐ１～ｐ４ 吸気ポート

Claims (9)

1. 複数の吸気ポートを覆う１つの長尺状開口を有する内部空間が形成されるインマニ本体部と、前記インマニ本体部の長手方向の中間部に形成される空気の吸入部とを有し、
   前記内部空間における前記長手方向に直交する方向の断面積が、前記インマニ本体部の長手方向の一端部において縮小されており、
   前記吸入部の吸入通路に、前記吸入通路から前記内部空間に進む空気を前記内部空間における前記一端部の側に案内するガイドが設けられ、
   前記ガイドは、前記吸入通路における前記一端部の側と反対側の壁面を、前記内部空間に近付くに連れてより膨出させた傾斜壁面とすることにより形成されている吸気マニホルド。
2. 前記一端部における前記内部空間の断面積の縮小は、前記長尺状開口に対する内部空間の奥行きを狭めることによるものである請求項１に記載の吸気マニホルド。
3. 前記ガイドは、前記吸入通路の空気の流れ方向でのほぼ全域に亘る状態で設けられている請求項１又は２に記載の吸気マニホルド。
4. 前記吸入部は、前記吸入通路が前記内部空間における前記一端部ではない箇所に連通されるように、前記インマニ本体部に対する長手方向の位置が設定されている請求項１～３のいずれか一項に記載の吸気マニホルド。
5. 前記吸入部は、前記内部空間の長手方向及び奥行き方向の双方に交差する幅方向に沿って延びる前記吸入通路を有している請求項１～４のいずれか一項に記載の吸気マニホルド。
6. 前記吸入部が、２気筒目の吸気ポートと３気筒目の吸気ポートとの間に相当する位置で前記インマニ本体部に形成された直列４気筒エンジン用のものである請求項１～５のいずれか一項に記載の吸気マニホルド。
7. 複数の吸気ポートを覆う１つの長尺状開口を有する内部空間が形成されるインマニ本体部と、前記インマニ本体部の長手方向の中間部に形成される空気の吸入部とを有し、
   前記内部空間における前記長手方向に直交する方向の断面積が、前記インマニ本体部の長手方向の一端部において縮小されており、
   前記吸入部の吸入通路に、前記吸入通路から前記内部空間に進む空気を前記内部空間における前記一端部の側に案内するガイドが設けられ、
   前記ガイドは、前記吸入通路の空気の流れ方向でのほぼ全域に亘る状態で設けられている吸気マニホルド。
8. 複数の吸気ポートを覆う１つの長尺状開口を有する内部空間が形成されるインマニ本体部と、前記インマニ本体部の長手方向の中間部に形成される空気の吸入部とを有し、
   前記内部空間における前記長手方向に直交する方向の断面積が、前記インマニ本体部の長手方向の一端部において縮小されており、
   前記吸入部の吸入通路に、前記吸入通路から前記内部空間に進む空気を前記内部空間における前記一端部の側に案内するガイドが設けられ、
   前記吸入部は、前記吸入通路が前記内部空間における前記一端部ではない箇所に連通されるように、前記インマニ本体部に対する長手方向の位置が設定されている吸気マニホルド。
9. 複数の吸気ポートを覆う１つの長尺状開口を有する内部空間が形成されるインマニ本体部と、前記インマニ本体部の長手方向の中間部に形成される空気の吸入部とを有し、
   前記内部空間における前記長手方向に直交する方向の断面積が、前記インマニ本体部の長手方向の一端部において縮小されており、
   前記吸入部の吸入通路に、前記吸入通路から前記内部空間に進む空気を前記内部空間における前記一端部の側に案内するガイドが設けられ、
   前記吸入部は、前記内部空間の長手方向及び奥行き方向の双方に交差する幅方向に沿って延びる前記吸入通路を有している吸気マニホルド。

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