JP7087970B2 - 内燃機関の吸気マニホールド - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の吸気マニホールドに関する。

従来、多気筒内燃機関の吸気システムには、サージタンクと、サージタンクから各気筒に対応して分岐して延びる複数の分岐管とを有する吸気マニホールドが設けられている。各分岐管内の通路は、シリンダヘッドの吸気ポートに連通される。

また、気筒当たり２つの吸気ポート（吸気バルブ）が設けられた内燃機関においては、分岐管内の下流側に、２つの吸気ポートにそれぞれ対応して分岐して延びる一対の分岐通路を有しているものがある（例えば特許文献１参照）。

同文献１の一対の分岐通路は、吸気の上流側に向かって断面先細り形状の分岐壁部により区画されている。

特開２０００－７３７７４号公報

ところで、特許文献１に記載の吸気マニホールドにおいて、分岐管内の分岐壁部よりも上流側の部分の延在方向に対する分岐壁部の傾斜角度が小さいほど、分岐壁部の表面において吸気の剥離が生じにくくなり、吸気を円滑に分岐させることができる。

しかしながら、上記傾斜角度が小さいほど、分岐壁部が上流側に延びることとなり、分岐通路の流路長が長くなることで分岐壁部との摩擦に起因した吸気の圧力損失が増大する。

本発明の目的は、吸気の分岐時における圧力損失を低減できる内燃機関の吸気マニホールドを提供することにある。

上記目的を達成するための内燃機関の吸気マニホールドは、サージタンクと、サージタンクから分岐して延びる複数の分岐管とを備え、前記分岐管内の吸気流れ方向の下流側に、分岐して並んで延在する一対の分岐通路を有する内燃機関の吸気マニホールドであって、前記分岐管内の吸気流れ方向の上流側及び下流側を上流側及び下流側とするとき、前記分岐管は、前記一対の分岐通路を隔てる隔壁部を有し、前記隔壁部は、前記一対の分岐通路の並び方向における間隔が下流側ほど所定の変化率にて大きくなる一対の第１面と、前記一対の第１面の下流側にそれぞれ連なって形成され、前記並び方向における間隔が下流側ほど大きくなるように前記並び方向の内側に向かって凹となるように湾曲する一対の第２面と、前記一対の第２面の下流側にそれぞれ連なって形成され、前記並び方向における間隔が下流側ほど大きくなるように前記並び方向の外側に向かって凸となるように湾曲する一対の第３面と、を有している。

同構成によれば、分岐管内を流れる吸気は、隔壁部の上流端に衝突することにより２つの流れに分岐され、一対の第１面に沿って流れるようになる。ここで、一対の第１面の上記並び方向における間隔の所定の変化率を小さく設定すれば、吸気が隔壁部に衝突する際の衝突角度が小さくなり、吸気の剥離を抑制しながら吸気を分岐することができる。

第１面に沿って流れた吸気は、次に、第２面に沿って流れる。ここで、一対の第２面は上記並び方向の内側に向かって凹となるように湾曲しているため、一対の第２面を一対の第１面に滑らかに連ねることができるとともに、一対の第２面の上記並び方向における間隔の変化率を小さく抑えることができ、第２面における吸気の剥離を抑制することができる。

そして、第２面に沿って流れた吸気は、次に、第３面に沿って流れる。ここで、一対の第３面は上記並び方向の外側に向かって凸となるように湾曲しているため、一対の第３面を一対の第２面に滑らかに連ねることができるとともに、一対の第３面の上記並び方向における間隔の変化率を小さく抑えることができ、第３面における吸気の剥離を抑制することができる。

また、こうした構成によれば、隔壁部が一対の第２面や一対の第３面を有していない構成、すなわち一対の第３面の下流端に相当する部位までが一対の第１面によって形成される構成に比べて、隔壁部の全長が短くなる。

これらにより、隔壁部の全長を短くしながらも吸気の剥離を低減できるようになる。したがって、吸気の分岐時における吸気の圧力損失を低減できる。

本発明によれば、吸気の分岐時における圧力損失を低減できる。

吸気マニホールドの一実施形態を模式的に示す斜視図。 図１の２－２線に沿った断面図。 同実施形態の分岐管の隔壁部を中心とした拡大断面図。 同実施形態の隔壁部の第２面及び第３面の形状を示す模式図。 変更例の分岐管の隔壁部を中心とした拡大断面図。

以下、図１～図４を参照して、一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の吸気マニホールド１０は、直列３気筒の車載内燃機関のシリンダヘッド１００に取り付けられるものであり、樹脂材料により形成されている。

吸気マニホールド１０は、吸気を導入する吸気口（図示略）を有するサージタンク１１と、サージタンク１１から分岐して延びる複数（本実施形態では３つ）の分岐管１２とを備えている。各分岐管１２は、サージタンク１１から上方に向かって延びるとともに屈曲して側方に向かって延びている。各分岐管１２の先端には、フランジ部１４が設けられている。フランジ部１４は、シリンダヘッド１００の壁面に複数のボルト１１０により固定される。これにより、吸気マニホールド１０がシリンダヘッド１００に取り付けられる。

図２に示すように、吸気マニホールド１０の各分岐管１２の下流側には、分岐して並んで延在する一対の分岐通路１３が設けられている。分岐管１２は、一対の分岐通路１３を隔てる隔壁部２０を有している。

シリンダヘッド１００には、各気筒に対応して設けられた都合三対の吸気ポート１０１が設けられている。各気筒に対応する一対の吸気ポート１０１は、各気筒毎に設けられた一対の吸気バルブ（図示略）により開閉される。吸気マニホールド１０がシリンダヘッド１００に取り付けられることによって、吸気マニホールド１０の各分岐管１２の一対の分岐通路１３が各気筒に対応する一対の吸気ポート１０１に連通する。なお、以降において、分岐管１２内の吸気の流れ方向の上流側及び下流側を単に上流側及び下流側と称する。また、一対の分岐通路１３の並び方向（図２の左右方向）を単に並び方向と称する。

図３に示すように、隔壁部２０は、上流端に位置し、並び方向における間隔が下流側ほど所定の変化率Δにて大きくなる一対の第１面２１を有している。第１面２１は、分岐管１２の延在方向に対して傾斜して延在している。第１面２１に沿って吸気が円滑に流れるためには、上記所定の変化率Δが小さいこと、すなわち、各第１面２１の上記延在方向に対する傾斜角度が小さいことが望ましい。本実施形態における各第１面２１の上記傾斜角度は略３度である。なお、第１面２１の上流側には、断面半円状をなす湾曲面２０ａが連なって形成されている。

一対の第１面２１の下流側には、並び方向における間隔が下流側ほど大きくなるように並び方向の内側に向かって凹となるように湾曲する一対の第２面２２がそれぞれ滑らかに連なって形成されている。図４に二点鎖線にて示すように、各第２面２２は、単一の曲率半径Ｒ１にて湾曲している。

図３に示すように、一対の第２面２２の下流側には、並び方向における間隔が下流側ほど大きくなるように並び方向の外側に向かって凸となるように湾曲する一対の第３面２３がそれぞれ滑らかに連なって形成されている。図４に二点鎖線にて示すように、各第３面２３は、第２面２２の曲率半径Ｒ１よりも大きい単一の曲率半径Ｒ２にて湾曲している。また、一対の第３面２３の変化率Δは、一対の第１面２１の変化率Δよりも大きい。

なお、第１面２１及び第３面２３の上記延在方向における長さは略同一である。
図３に示すように、一対の第３面２３の下流側には、上記延在方向に沿って一対の分岐通路１３の下流側開口１３ａまでそれぞれ延在する一対の第４面２４がそれぞれ滑らかに連なって形成されている。

本実施形態の作用について説明する。
各分岐管１２の一対の分岐通路１３を隔てる隔壁部２０は、上流側から順に湾曲面２０ａ、一対の第１面２１、一対の第２面２２、一対の第３面２３、一対の第４面２４を有している。

このため、分岐管１２内を流れる吸気は、まず隔壁部２０の湾曲面２０ａに衝突することにより２つの流れに分岐され、一対の第１面２１に沿って流れるようになる。ここで、一対の第１面２１の並び方向における間隔の変化率Δを小さく設定すれば、吸気が隔壁部２０に衝突する際の衝突角度が小さくなり、吸気の剥離を抑制しながら吸気を分岐することができる。

第１面２１に沿って流れた吸気は、次に、第２面２２に沿って流れる。ここで、一対の第２面２２は並び方向の内側に向かって凹となるように湾曲しているため、一対の第２面２２を一対の第１面２１に滑らかに連ねることができるとともに、一対の第２面２２の並び方向における間隔の変化率Δを小さく抑えることができ、第２面２２における吸気の剥離を抑制することができる。

そして、第２面２２に沿って流れた吸気は、次に、第３面２３に沿って流れる。ここで、一対の第３面２３は並び方向の外側に向かって凸となるように湾曲しているため、一対の第３面２３を一対の第２面２２に滑らかに連ねることができるとともに、一対の第３面２３の並び方向における間隔の変化率Δを小さく抑えることができ、第３面２３における吸気の剥離を抑制することができる。

また、こうした構成によれば、隔壁部２０が一対の第２面２２や一対の第３面２３を有していない構成、すなわち一対の第３面２３の下流端に相当する部位までが一対の第１面２１によって形成される構成に比べて、隔壁部２０の全長が短くなる（以上、作用１）。

そして、第３面２３に沿って流れた吸気は、次に、第４面２４に沿って流れる。ここで、一対の第３面２３と一対の第４面２４とが滑らかに連なっているため、これらの境界において吸気が円滑に流れるようになり、吸気の剥離を抑制することができる（以上、作用２）。

本実施形態の効果について説明する。
（１）吸気マニホールド１０は、サージタンク１１と、サージタンク１１から分岐して延びる複数の分岐管１２とを備える。分岐管１２の下流側には、隔壁部２０により隔てられ、分岐して並んで延在する一対の分岐通路１３が設けられている。隔壁部２０は、並び方向における間隔が下流側ほど所定の変化率Δにて大きくなる一対の第１面２１を有している。また、隔壁部２０は、一対の第１面２１の下流側にそれぞれ連なって形成され、並び方向における間隔が下流側ほど大きくなるように並び方向の内側に向かって凹となるように湾曲する一対の第２面２２を有している。また、隔壁部２０は、一対の第２面２２の下流側にそれぞれ連なって形成され、並び方向における間隔が下流側ほど大きくなるように並び方向の外側に向かって凸となるように湾曲する一対の第３面２３を有している。

こうした構成によれば、上記作用１を奏することから、隔壁部２０の全長を短くしながらも吸気の剥離を低減できるようになる。したがって、吸気の分岐時における吸気の圧力損失を低減できる。

また、分岐管１２内において吸気に速度差が生じる場合には、各分岐通路１３に流入する吸気の流量にばらつきが生じるおそれがある。この点、上記構成によれば、隔壁部２０の全長を短くすることができるため、吸気の速度差が小さくなった状態で吸気を分岐することができる。したがって、上記吸気の流量のばらつきを抑制することができる。

（２）隔壁部２０は、一対の第３面２３の下流側にそれぞれ滑らかに連なって形成され、一対の分岐通路１３の下流側開口１３ａまでそれぞれ延在する一対の第４面２４を有している。

こうした構成によれば、上記作用２を奏することから、吸気の分岐時における圧力損失を低減できる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

なお、以下の図５に示す変更例において、上記実施形態と同一の構成については、同一の符号を付すとともに、対応する構成については「１００」を加算した符号を付すことにより、重複した説明を省略する。

・図５に示すように、一対の第１面１２１同士の上流端により隔壁部１２０の先鋭な上流端１２０ａが形成されるようにしてもよい。
こうした構成によれば、隔壁部１２０の上流端１２０ａにおける吸気の衝突角度を小さくすることができるため、上流端１２０ａにおける吸気の剥離を抑制することができる。

・本実施形態の隔壁部２０においては、第３面２３と第４面２４とが滑らかに連なるものであったが、第３面２３と第４面２４とが、並び方向の外側に向かって凸となるように湾曲する曲面を介して連なっていてもよい。

・第２面２２及び第３面２３は、複数の曲率半径にて段階的に湾曲するものであってもよい。
・本実施形態では、直列３気筒の車載内燃機関に適用される吸気マニホールドについて例示したが、直列４気筒などの車載内燃機関に対して本実施形態の吸気マニホールドと同様な構成を有する吸気マニホールドを適用してもよい。また同様に、Ｖ型内燃機関や水平対向型内燃機関に対しても本発明を適用できる。

１０…吸気マニホールド、１１…サージタンク、１２…分岐管、１３…分岐通路、１３ａ…下流側開口、１４…フランジ部、２０…隔壁部、２０ａ…湾曲面、２１…第１面、２２…第２面、２３…第３面、２４…第４面、１００…シリンダヘッド、１０１…吸気ポート、１１０…ボルト、１２０…隔壁部、１２０ａ…上流端、１２１…第１面。

Claims (3)

1. サージタンクと、サージタンクから分岐して延びる複数の分岐管とを備え、前記分岐管内の吸気流れ方向の下流側に、分岐して並んで延在する一対の分岐通路を有する内燃機関の吸気マニホールドであって、
   前記分岐管内の吸気流れ方向の上流側及び下流側を上流側及び下流側とするとき、
   前記分岐管は、前記一対の分岐通路を隔てる隔壁部を有し、
   前記隔壁部は、
   前記一対の分岐通路の並び方向における間隔が下流側ほど所定の変化率にて大きくなる一対の第１面と、
   前記一対の第１面の下流側にそれぞれ連なって形成され、前記並び方向における間隔が下流側ほど大きくなるように前記並び方向の内側に向かって凹となるように湾曲する一対の第２面と、
   前記一対の第２面の下流側にそれぞれ連なって形成され、前記並び方向における間隔が下流側ほど大きくなるように前記並び方向の外側に向かって凸となるように湾曲する一対の第３面と、を有している、
   内燃機関の吸気マニホールド。
2. 前記一対の第１面同士の上流端により前記隔壁部の先鋭な上流端が形成されている、
   請求項１に記載の内燃機関の吸気マニホールド。
3. 前記隔壁部は、前記一対の第３面の下流側にそれぞれ滑らかに連なって形成され、前記一対の分岐通路の下流側開口までそれぞれ延在する一対の第４面を有している、
   請求項１または請求項２に記載の内燃機関の吸気マニホールド。

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