JP7148461B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

本発明は、農機や建機に用いられるディーゼルエンジンなどに好適となるエンジンの吸気装置に関するものである。

２つの吸気バルブを持つ構造など、吸気ポートを２系統設けたエンジンの場合、吸気ポート内に調整リブを設けるとともに、そのリブ高さによりスワール流の調整を行うようにした吸気装置が知られている。例えば、特許文献１において開示された吸気装置がある。

２つの吸気弁と２つの排気弁による４弁構造を採るエンジンにおいて、吸気ポートは、スワールを作るスワールポートと、空気をより多く投入するためのタンジェンシャルポートとの２つのポートにより構成されている。タンジェンシャル吸入路に配置されたリブにより、タンジェンシャルポートから投入される空気量が調整されるので、スワールポートから投入されるスワール流と干渉させてスワール比が調整される構成である。

リブはポート中子により鋳物で形成されるので、作製時にはリブの高さ調整は可能であり、リブ高さによってスワール比が調整される。従って、エンジンの仕様に合わせてリブ高さを調節設定することが肝要である。

特開２０１５－６３９５８号公報

近年の高出力化により、過給機を用いて出力アップされた過給機仕様のエンジンが多くなってきているため、前述のリブ高さは過給機仕様に合わせてセッティングされている。ところが、その過給機仕様のエンジンを、供給地の状況を鑑みて過給機無しのＮＡ（自然吸気）仕様として用いることも必要になってきている。この場合、過給機仕様に合わせたセッティングのシリンダヘッドをそのままＮＡ仕様に適用すると、スワールが不足して所期の性能が出ない問題があった。

そこで、ＮＡ仕様に合わせたリブ高さのシリンダヘッドとすると、今度はそれを過給機仕様に用いると問題が出る。つまり、何れかの仕様に合わせると他の仕様に不具合がでるため、過給機仕様とＮＡ仕様との双方に好適となるスワールが得られるようにするには、改善の余地が残されていた。

本発明の目的は、構造工夫により、過給機仕様とＮＡ仕様との何れの仕様においてもシリンダヘッドの吸入路において好適なスワール流が得ることができるように、より改善されたエンジンの吸気装置を提供する点にある。

本発明は、エンジンの吸気装置において、
複数の吸入ポートを含む吸気ポートを備えたシリンダヘッドと、吸気マニホルドと、前記シリンダヘッドと前記吸気マニホルドとの間で挟持されるガスケットとを有し、
前記ガスケットとして、前記吸気ポートを全開する大きさの開口が形成されている第１ガスケットと、前記吸気ポートにおける前記複数の吸入ポートのうちの特定の吸入ポートに相当する箇所に張り出す突片を備えた開口が形成されている第２ガスケットとからの選択設定が可能に構成され、
前記突片は、前記特定の吸入ポートであるタンジェンシャルポートに相当する大きさのものに設定されていることを特徴とする。

前記複数の吸入ポートは、前記タンジェンシャルポートとスワールポートとを備えていると好都合である。

前記タンジェンシャルポートと前記吸気ポートとは、空気の流れ方向で所定の間隔が設けられているとより好都合である。

本発明によれば、第１ガスケットと第２ガスケットとの付け換えが可能な構成とされているので、ガスケットの変更により、主にタンジェンシャルポートへの空気の流入量を制御させることができる。

例えば、単位時間当たりの空気量が多い過給機仕様のエンジンの場合には、スワールポートやタンジェンシャルポートなどの複数の吸入ポートへ十分な空気を流せるように、大きな開口を有する第２ガスケットを用い、単位時間当たりの空気量が過給機仕様よりも少ないＮＡ仕様のエンジンの場合には、主にスワールポートへ空気を流せるように、突片を伴った部分開口を有する第１ガスケットを用いる。

つまり、シリンダヘッド及び吸気マニホルドは単一仕様に設定して、コストや管理上で有利なものとしながら、設計変更が容易で廉価なガスケットのみの付け換えにより、過給機仕様とＮＡ仕様の双方のエンジンに好適な空気供給が行えるようになる。

その結果、構造工夫により、過給機仕様とＮＡ仕様との何れの仕様においてもシリンダヘッドの吸入路において好適なスワール流が得ることができるように、より改善されたエンジンの吸気装置を提供することができる。

ＮＡ仕様エンジンの吸気装置を吸気マニホルド側から見た側面図 過給機仕様エンジンの吸気装置を吸気マニホルド側から見た側面図 エンジンの吸気装置を示す一部切欠きの平面図 （Ａ）スワール吸入路を示す断面図、（Ｂ）タンジェンシャル吸入路を示す断面図

以下に、本発明によるエンジンの吸気装置の実施の形態を、農機用の直列４気筒ディーゼルエンジンに適用した場合について、図面を参照しながら説明する。なお、図３に示されるガスケット３は、前側（紙面右側）の２つは、部分開口８を持つ第２ガスケット３Ｂを表し、後側（紙面左側）の２つは、大開口７を持つ第１ガスケット３Ａを表している。また、図１及び図２においては、ガスケット３を意図的にハッチング付で示してある。

図３に示されるように、エンジンの吸気装置（以下、単に吸気装置と略称する）Ａは、複数の吸入ポート５，６を含む吸気ポート４を備えたシリンダヘッド１と、吸気マニホルド２と、シリンダヘッド１と吸気マニホルド２との間で挟持されるガスケット３とを有して構成されている。一例として示される吸気マニホルド２は、エンジン補機（燃料供給ポンプなどであって図示省略）の配置のために、１，２気筒目に相当する箇所の内部通路が狭い凹み部２Ａと、４つの吸気ポート４を全て覆う大きな出口開口（図示省略）を有する箱型のものに構成されている。

図１～図３に示されるように、シリンダヘッド１の開口面１Ａには、４箇所の吸気ポート４が並んで設けられ、各吸気ポート４は、スワール吸入路５Ａの開口面１Ａの側の開口であるスワールポート（吸入ポートの一例）５と、タンジェンシャル吸入路６Ａの開口面１Ａの側の開口であるタンジェンシャルポート（吸入ポートの一例）６とを含む（カバーする）大きさの開口である。

図３、図４（Ａ），（Ｂ）に示されるように、シリンダヘッド１には、４つの気筒（シリンダ：図示省略）毎に２つの吸気バルブ１０，１１に対応したスワール弁ポート１０Ａ及びタンジェンシャル弁ポート１１Ａと、２つの排気バルブ（図示省略）及びそれらに対応した２つの排気用の各弁孔（図示省略）が形成されている。つまり、このディーゼルエンジンは、１気筒当り４つの弁を持つ構造の給排気システムを有している。

図３、図４に示されるように、各気筒（図示省略）の中心に配されるインジェクタ（燃料噴射装置）１２に対して開口面１Ａから遠い側（右側）にスワール吸気バルブ１０（スワール弁ポート１０Ａ）が配置され、開口面１Ａから近い側（左側に）タンジェンシャル吸気バルブ１１（タンジェンシャル弁ポート１１Ａ）が配置されている。なお、図３の１３はヘッドボルト、図４（Ａ）の１０Ｂはスワール吸気バルブ１０用の挿通孔、図４（Ｂ）の１１Ｂはタンジェンシャル吸気バルブ１１用の挿通孔である。

図３に示されるように、スワールポート５とタンジェンシャルポート６とは、それらの間に形成されているヘッドボルト１３を挿通する隔壁１４により区分されており、隔壁１４の吸気マニホルド側（左側）の端の位置は、開口面１Ａから左右方向で間隔ｄでもって離れている。なお、ガスケット３の厚みは、見易くするために実際よりも厚く描いてある。また、１５は吸気マニホルド２の吸入口である。

図１～図３に示されるように、ガスケット３として、吸気ポート４を全開する大きさの開口７が形成されている第１ガスケット３Ａ（図２参照）と、吸気ポート４におけるタンジェンシャルポート（「複数の吸入ポート５，６のうちの特定の吸入ポート」の一例）６に相当する箇所に張り出す突片９を備えた開口８が形成されている第２ガスケット３Ｂ（図１参照）とからの選択設定が可能に構成されている。

図２及び図３に示されるように、第１ガスケット３Ａは、４箇所の吸気ポート４，４，４，４を全てカバーする１つの大開口７と、８箇所のボルト用孔１６とを有する前後に長い矩形環状のガスケット３に形成されている。つまり、前後の中間においては、上下の各ガスケット長辺部３ａ，３ｂを繋ぐ箇所が無い構造のガスケットに形成されている。

従って、第１ガスケット３Ａを間に挟んでシリンダヘッド１と吸気マニホルド２とが相対固定された組付け状態では、吸気マニホルド２の出口開口（図示省略）と４つの吸気ポート４との間には邪魔ものが無く、各スワールポート５及び各タンジェンシャルポート６には自由に空気が流れ得るように構成されている。

図１及び図３に示されるように、第２ガスケット３Ｂは、４つの部分開口８，８，８，８と、８箇所のボルト用孔１６とを有する前後に長い矩形環状のガスケット３に形成されており、外殻形状は第１ガスケット３Ａのそれと同じである。後側３つの部分開口８，８，８は、対応するシリンダヘッド１の隔壁１４の前後中央に位置する後端８ａを有しており、ほぼスワールポート５の開口面積と同じ面積を有する孔に設定されている。

つまり、各突片９，９，９は、左右方向視で見た場合に、ほぼタンジェンシャルポート６を覆う状態で上下の各ガスケット長辺部３ａ，３ｂを繋いでいる。従って、組付け状態においては、吸気マニホルド２からの空気は、各スワールポート５には自由に流れて行くに対して、タンジェンシャルポート６には、突片９と隔壁１４との狭い間隔ｄの幅を持つスペースから流れる状態に設定されている。

但し、最も前に位置する部分開口８は、左右方向視で隔壁１４の後端にほぼ位置する後端８ａを有しており、他の３つの部分開口８，８，８よりも開口面積が広げられている。つまり、最も前の突片９は、他の３つの突片９，９，９よりも前後幅が短く、タンジェンシャルポーと６を左右方向視で全部は覆わない面積のものに設定されている。従って、最も前のタンジェンシャルポート６には、他の３つのタンジェンシャルポート６，６，６よりも多くの（少し多くの）空気が流れうるように設定されている。

前述したように、吸気マニホルド２は、その前部に凹み部２Ａがあって、最も前の吸気ポート４には空気の流れる条件が、他の３つの吸気ポート４，４，４に比べて厳しくなっているから、最も前側の突片９を少し小さくすることにより、４つの吸気ポート４への空気の流入バランスが取られている。なお、吸気マニホルド２の形状如何によっては、また、よらなくても、全ての突片９を同じ大きさに設定してもよい。

以上のように、本発明による吸気装置Ａにおいては、第１ガスケット３Ａと第２ガスケット３Ｂとの付け換えが可能な構成とされており、ガスケット３を用いて、主にタンジェンシャルポート６への空気の流入量を制御させるものである。単位時間当たりの空気量が多い過給機仕様のエンジンの場合には、スワールポート５及びタンジェンシャルポート６の双方８へ十分な空気を流せるように、大きな大開口７を有する第２ガスケット３Ｂを用いるとよい。

そして、単位時間当たりの空気量が過給機仕様よりも少ないＮＡ仕様のエンジンの場合には、主にスワールポート５へ空気を流せるように、突片９を伴った部分開口８を有する第１ガスケット３Ａを用いる。
つまり、シリンダヘッド１及び吸気マニホルド２は単一仕様に設定して、コストや管理上で有利なものとしながら、設計変更が容易で廉価なガスケット３のみの付け換えにより、過給機仕様とＮＡ仕様の双方のエンジンに好適な空気供給が行えるようになり、従来の問題が一掃された好ましい吸気装置Ａを提供することができる。

空気と燃料との均一な混合には、スワール流の強化が有効であるが、従来のリブを設けてスワール流の調整を行う構造では、スワール流の強化には限界があった。即ち、スワールを強くするためには、スワールポート５とタンジェンシャルポート６との空気流量の比を調整できることが必要であった。

そこで、ガスケット３を仕様変更させる本発明によれば、エンジンの仕様に合わせてスワールポート５とタンジェンシャルポート６との空気流量の比を、構造簡単、廉価に、しかも容易に調整できるようになる。その結果、過給機仕様に合わせたシリンダヘッド１を用いながら、ガスケット３の変更により、スワールポート５への空気の流量を無理なく相対的に増やしてスワール流の強化が行えるので、ＮＡ仕様にエンジンにも好適な吸気装置Ａとすることができる優れものである。

〔別実施形態〕
第１ガスケット３Ａにおいて、隣り合う吸気ポート４，４の間の開口面１Ａに相当するか所に、上下の各ガスケット長辺部３ａ，３ｂを繋ぐ部分を有する構成としてもよい。
第２ガスケット３Ｂにおいて、突片９は、その前後幅は任意に可変設定できるとともに、後から或いは上下から片持ち状に張り出た形状のものとしてもよい。

１ シリンダヘッド
２ 吸気マニホルド
３ ガスケット
３Ａ 第１ガスケット
３Ｂ 第２ガスケット
４ 吸気ポート
５ スワールポート（吸入ポート）
６ タンジェンシャルポート（吸入ポート）
７ 大開口（開口）
８ 部分開口（開口）
９ 突片
ｄ 所定の間隔

Claims (3)

1. 複数の吸入ポートを含む吸気ポートを備えたシリンダヘッドと、吸気マニホルドと、前記シリンダヘッドと前記吸気マニホルドとの間で挟持されるガスケットとを有し、
   前記ガスケットとして、前記吸気ポートを全開する大きさの開口が形成されている第１ガスケットと、前記吸気ポートにおける前記複数の吸入ポートのうちの特定の吸入ポートに相当する箇所に張り出す突片を備えた開口が形成されている第２ガスケットとからの選択設定が可能に構成され、
   前記突片は、前記特定の吸入ポートであるタンジェンシャルポートに相当する大きさのものに設定されているエンジンの吸気装置。
2. 前記複数の吸入ポートは、前記タンジェンシャルポートとスワールポートとを備えている請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
3. 前記タンジェンシャルポートと前記吸気ポートとは、空気の流れ方向で所定の間隔が設けられている請求項１又は２に記載のエンジンの吸気装置。

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