WO2020095965A1 - 内燃機関の吸気構造 - Google Patents

Abstract

内燃機関の吸気構造は、内燃機関から排出されるガスをインテークマニホールドに還流する排気還流通路と、排気還流通路を流れるガス流量を調整する排気還流バルブと、を有する。排気還流通路は、排気還流バルブの下流で分岐する分岐部と、分岐部とインテークマニホールドの内部とを接続する分岐通路と、を有する排気還流分配部、を備える。排気還流分配部は、インテークマニホールドの外壁に一体に形成される。

Description

内燃機関の吸気構造

　本発明は内燃機関の吸気構造に関する。

　日本国特開平１０－０３０５０４は、車両のエンジンから排出される排気の一部を排気還流ガスとしてインテークマニホールドに導入し、気筒に再度吸気させることで、排気中の窒素化合物（ＮＯｘ）の低減を図る内燃機関を開示する。

　日本国特開平１０－０３０５０４の内燃機関では、排気還流ガスをインテークマニホールドに供給する排気還流通路が単一である。このため、複数の気筒の吸気ポートに対して供給される排気還流ガスの量にばらつきが生じやすく、各気筒の燃焼を安定させる上で不利がある。

　本発明の実施の形態は、排気還流ガスを各気筒に均一に供給する上で有利な内燃機関の吸気構造に関する。

　本発明の実施の形態によれば、シリンダヘッドの吸気ポートに接続されるインテークマニホールドを有する内燃機関の吸気構造は、前記内燃機関から排出されるガスを前記インテークマニホールドに還流する排気還流通路と、前記排気還流通路を流れるガス流量を調整する排気還流バルブと、を具備する。前記排気還流通路は、記排気還流バルブの下流で分岐する分岐部と、前記分岐部と前記インテークマニホールドの内部とを接続する分岐通路と、を有する排気還流分配部を備える。前記排気還流分配部は、前記インテークマニホールドの外壁に一体に形成される。

　本発明の実施の形態によれば、排気還流ガスを、分岐通路を介してインテークマニホールドに還流させることで各気筒へ供給される排気還流ガス量のバラツキが低減する。このため、各気筒の燃焼安定性が向上する。更に、排気還流バルブ下流に配置される分岐通路がインテークマニホールドの外壁に一体に形成される。このため、ある程度重みのある排気還流バルブを分岐通路で分散してインテークマニホールドに支持することができる。

実施の形態の内燃機関の吸気構造が適用された内燃機関を車両の前方から見た正面図である。 実施の形態の内燃機関の吸気構造が適用された内燃機関を車両の斜め前方から見た斜視図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 図１のＢ－Ｂ線断面図である。 インテークマニホールドの細長通路部の開口を斜め下方から見た斜視図である。

　次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
　まず、本発明の実施の形態の吸気構造が適用されたエンジン（内燃機関）の構成について説明する。
　なお、以下の図面において、符号ＦＲは車両前方を示し、符号ＵＰは車両上方を示し、符号ＨＬは車幅方向を示す。
　図１、図２に示すように、エンジン１０は、エンジン本体１２と、インテークマニホールド１４と、エキゾーストマニホールドと、排気還流装置とを含んで構成されている。
　エンジン本体１２は、シリンダブロック１６と、シリンダヘッド１８とを含む。
　シリンダブロック１６にピストンを収容する気筒２０（シリンダ室）（図３参照）が形成される。各気筒２０の燃焼室がシリンダヘッド１８に形成される。本実施の形態では、４つの気筒２０が車幅方向に沿って１番気筒２０１、２番気筒２０２、３番気筒２０３、４番気筒２０４と直線状に配列されている。
　インテークマニホールド１４は、気筒２０が並べられた方向に対して直交する方向のシリンダヘッド１８の一側に配置される。エキゾーストマニホールドは、シリンダヘッド１８の他側に配置される。
　図３、図４に示すように、インテークマニホールド１４は、シリンダヘッド１８の吸気ポート２２と吸気管２４とを接続する。エキゾーストマニホールドは、シリンダヘッド１８の排気ポートと排気管とを接続する。

　各気筒２０に新気を供給する吸気通路は、吸気管２４の吸気通路部と、インテークマニホールド１４の吸気通路部２６と、シリンダヘッド１８の吸気ポート２２とを含む。図３、図４、図５に示すように、インテークマニホールド１４の吸気通路部２６は、縦通路部２８と湾曲通路部３０と細長通路部３２とを有している。
　縦通路部２８は、吸気通路部２６における吸気の流れの上流側に位置して上下方向に延在する。縦通路部２８の下端に、スロットルバルブ３４が設けられる。スロットルバルブ３４の弁体３４０２の開閉により吸気量の調整がなされる。
　すなわち、図４に示すように、吸気管２４の吸気通路部がインテークマニホールド１４に吸気を導入する導入通路２５を構成している。
　導入通路２５は、スロットルバルブ３４を介して縦通路部２８の下端に接続され、本実施の形態では、スロットルバルブ３４の通路部が、インテークマニホールド１４の下方から、インテークマニホールド１４に導入通路２５が接続される第一の接続孔２５０２を構成している。

　細長通路部３２は、吸気通路部２６における吸気の流れの下流側に位置し、気筒２０の配列方向に沿って延在し、細長い形状を有する。本実施の形態では、細長通路部３２は、車幅方向に延在している。
　細長通路部３２は、上下方向において互いに対向する上壁３２０２および下壁３２０４と、細長通路部３２の長手方向において互いに対向する一対の端面壁３２０６と、シリンダヘッド１８と反対側でそれら上壁３２０２、下壁３２０４、一対の端面壁３２０６の端部を接続する背面壁３２０８とで形成されている。
　背面壁３２０８と反対側でそれら上壁３２０２、下壁３２０４、一対の端面壁３２０６の内側が細長通路部３２の開口３２１０となっている。この細長の開口３２１０の外側にシリンダヘッド結合用フランジ３２１２が設けられている。
　シリンダヘッド結合用フランジ３２１２がシリンダヘッド１８に結合された状態で、細長通路部３２は、開口３２１０を介して４つの気筒２０の各吸気ポート２２に接続される。
　湾曲通路部３０は、斜め上方に凸状に設けられ、縦通路部２８の上端と、細長通路部３２の長手方向の中央部とを接続する。曲通路部３０を形成する壁部３００２は、上壁３２０２と下壁３２０４と背面壁３２０８とに接続されている。

　図１、図２に示すように、排気還流装置３６は、燃焼室から排出された排気ガスを排気還流ガスとしてインテークマニホールド１４に排気還流通路３８を介して還流する。
　図３、図４に示すように、排気還流通路３８における排気還流ガスの流れの下流側に位置する箇所３８Ａは、インテークマニホールド１４の外壁に一体に設けられている。
　この下流側に位置する箇所３８Ａは、排気還流ガスの流れの上流側に位置する上流路３８０２と、上流路３８０２の下流側に設けられた排気還流分配部３８０４とを備えている。
　排気還流分配部３８０４は、上流路３８０２の下流端に設けられた分岐部３８０４Ａと、分岐部３８０４Ａとインテークマニホールド１４の内部とを接続する複数の分岐通路３８０４Ｂとを有する。このような構成からなる排気還流分配部３８０４はインテークマニホールド１４の外壁に一体に設けられている。
　本実施の形態では、分岐通路３８０４Ｂは、分岐部３８０４Ａと細長通路部３２とを接続する。分岐部３８０４Ａは、単一の通路から複数の通路に排気還流ガスの通路が分岐される箇所である。
　上流路３８０２における排気還流ガスの流れの上流端に、排気還流バルブ４０が設けられる。図４において符号３８０５は２つの分岐通路３８０４Ｂのうちの一方の上流端を示している。
　排気還流バルブ４０は、弁体４００２の開閉によりインテークマニホールド１４に導入される排気還流ガスのガス流量（還流量）を調整する。

　図３、図５に示すように、分岐通路３８０４Ｂが、インテークマニホールド１４の上方から細長通路部３２に接続する第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂに接続される。接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂから細長通路部３２に排気還流ガスが供給される。
　図３に示すように、平面視した場合、第一の接続孔２５０２は第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂの間に位置している。
　また、第一の接続孔２５０２は、第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂよりも吸気流れの上流側でインテークマニホールド１４に接続されている。
　また、第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂは、細長通路部３２の長手方向に間隔をおいた箇所に設けられ、湾曲通路部３０の外側に位置する細長通路部３２の箇所に対向している。
　詳細には、第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂは、細長通路部３２の長手方向の中央の両側に位置して上壁３２０２に設けられ、湾曲通路部３０の外側に位置する下壁３２０４の部分に対向している。
　本実施の形態では、図３に示すように、細長通路部３２に連通して、細長通路部３２の長手方向に１番気筒２０１、２番気筒２０２、３番気筒２０３、４番気筒２０４のそれぞれに対応して第１吸気ポート２２１、第２吸気ポート２２２、第３吸気ポート２２３、第４吸気ポート２２４の４つの吸気ポート２２が設けられ、第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂは、中央の２つの気筒２０の吸気ポート２２と、それら気筒２０の外側の吸気ポート２２との間で中央の２つの気筒２０の吸気ポート２２寄りに位置している。
　言い換えると、内燃機関に配列された気筒２０の配列方向と直交する直交方向の車両前方からインテークマニホールド１４を見た正面視において、分岐部３８０４Ａは２番気筒２０２と３番気筒（２番気筒吸気ポート２２２の開口と３番気筒吸気ポート２２３の開口）の中間に配置され、分岐通路３８０４Ｂは、分岐部３８０４Ａから１番気筒吸気ポート２２１の開口と４番気筒吸気ポート２２４の開口に向かってそれぞれ延び、第２吸気ポート２２２と第３吸気ポート２２３の開口の中間とを結ぶ線の両サイドに配置されている。第二の接続孔３８０６Ａは第１吸気ポート２２１と第２吸気ポート２２２の間で第２吸気ポート２２２寄りに位置している。第三の接続孔３８０６Ｂは第３吸気ポート２２３と第４吸気ポート２２４の間で第３吸気ポート２２３寄りに位置している。
　また、分岐通路３８０４Ｂは、分岐部３８０４Ａと２番気筒２０２と３番気筒（２番気筒吸気ポート２２２の開口と３番気筒吸気ポート２２３の開口）の中間とを結ぶ線を対称軸として線対称に配置されている。

　次に作用効果について説明する。
　エンジン１０の運転中、スロットルバルブ３４から縦通路部２８に導入された新気は湾曲通路部３０を介して細長通路部３２に至り、細長通路部３２の中央から長手方向に沿って両側に拡がりながら各吸気ポート２２に導入される。
　ここで、排気還流ガスの還流を行なうための条件が成立すると、不図示の排気還流ガス制御部により排気還流バルブ４０が開かれる。
　すると、上流路３８０２から各分岐通路３８０４Ｂに導入された排気還流ガスは、第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂから細長通路部３２の長手方向に沿って拡がる新気に合流することで新気と混合され各吸気ポート２２へ分配される。
　この際、排気還流ガスは、細長通路部３２の長手方向に間隔をおいた箇所から、細長通路部３２の長手方向に沿って流れる新気に対して供給される。
　すなわち、排気還流ガスは、各分岐通路３８０４Ｂを介してインテークマニホールド１４に還流されるため、各気筒２０へ供給される排気還流ガス量のバラツキが低減し、各気筒２０の燃焼安定性が向上する。
　また、排気還流ガスがインテークマニホールド１４に還流される排気還流通路が単一の場合に比較して、排気還流ガスと新気とが効率よく混合され、各気筒２０へ供給される排気還流ガス量のバラツキが低減し、各気筒２０の燃焼安定性が向上する。
　詳細には、細長通路部３２の長手方向の中央部から両側に流れる２方向への吸気流れに対してそれぞれ排気還流ガスが供給される。言い換えると、流れる方向が異なる複数の吸気の流れを有する吸気通路部２６（細長通路部３２）において流れる方向が異なる吸気の流れ毎に第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂから排気還流ガスが供給される。このため、排気還流ガスと新気とが効率よく混合され、各気筒２０へ供給される排気還流ガス量のバラツキが低減し、各気筒２０の燃焼安定性が向上する。
　また、排気還流バルブ４０の下流に配置される各分岐通路３８０４Ｂがインテークマニホールド１４の外壁に一体に形成される。このため、ある程度重みのある排気還流バルブ４０が、分岐部３８０４Ａおよび各分岐通路３８０４Ｂを構成する壁部を介して分散してインテークマニホールド１４に支持される。この結果、排気還流バルブ４０が安定して支持される。

　また、第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂからインテークマニホールド１４に導入される排気還流ガスは、水分を含むとともに高温であるのに対して、第一の接続孔２５０２からインテークマニホールド１４に導入される新気は排気還流ガスよりも低温である。
　そのため、一般に、排気還流ガスが新気と混合することによって冷却され、排気還流ガスの水分が凝縮されインテークマニホールド１４の内部で凝縮水が生じると、インテークマニホールド１４の下部に接続されるスロットルバルブ３４に凝縮水が流入するおそれがある。
　冬季に凝縮水がスロットルバルブ３４に流入すると、スロットルバルブ３４が凍結し、スロットルバルブ３４の動作が妨げられる。
　一方、本実施の形態では、第一の接続孔２５０２が、第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂよりも吸気流れの上流側でインテークマニホールド１４に接続されているので、インテークマニホールド１４の内部で生じた凝縮水は吸気側に流れない。このため、冬季において、スロットルバルブ３４の凍結が防止され、エンジン１０を安定して運転できる。
　詳細に説明すると、細長通路部３２が、斜め上方に凸状の湾曲通路部３０を介して縦通路部２８の上端に接続され、分岐通路３８０４Ｂの第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂは、湾曲通路部３０の外側に位置する細長通路部３２の箇所に対向している。
　そのため、第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂから供給される排気還流ガスは、湾曲通路部３０の外側の箇所で新気に混合されるため、凝縮水も湾曲通路部３０の外側の箇所で生じる。
　このような凝縮水は、湾曲通路部３０の外側に位置する下壁３２０４の部分に付着し、付着した凝縮水は新気の流れによって湾曲通路部３０から吸気ポート２２へ向かう方向に流され、各気筒２０において蒸発する。
　そのため、凝縮水は湾曲通路部３０の内側には流れず、したがって、凝縮水がスロットルバルブ３４に流入することが抑制される。

　また、本実施の形態では、第一の接続孔２５０２が第二及び第三の接続孔３８０６Ａ、３８０６Ｂの間に配置されているので、新気と排気還流ガスとを効率よく混合でき、各気筒２０へ供給される排気還流ガス量のバラツキが低減し、各気筒２０の燃焼安定性が向上する。
　また、気筒２０の配列方向と直交する直交方向からインテークマニホールド１４を見た正面視において、分岐部３８０４Ａはシリンダヘッド１８に配列された吸気ポート２２の開口の中間に配置され、分岐通路３８０４Ｂは、分岐部３８０４Ａと吸気ポート２２の開口の中間とを結ぶ線を跨ぐように配置されている。このため、新気と排気還流ガスとがより効率よく混合され、各気筒２０へ供給される排気還流ガス量のバラツキが低減する。この結果、各気筒２０の燃焼安定性が向上する。
　また、分岐通路３８０４Ｂは、分岐部３８０４Ａと吸気ポート２２の開口の中間とを結ぶ線を対称軸として線対称に配置されている。このため、新気と排気還流ガスとが効率よく混合されると共に、排気還流ガスが均等に吸気ポート２２に分配される。この結果、各気筒２０の燃焼安定性が向上する。

　なお、上記実施形態では、分岐部３８０４Ａを２番気筒２０２と３番気筒２０３の中間に配置したが、１番気筒２０１と２番気筒２０２、または３番気筒２０３と４番気筒２０４の中間に配置してもよい。この場合、分岐通路３８０４Ｂは線対称に配置せず分岐部３８０４Ａから遠くなる吸気ポートの開口に延びる方を長くするとよい。
　更に、上記実施形態では４気筒で説明したが、その他の気筒数でも同様の効果が得られる。例えば、３気筒の場合、分岐部３８０４Ａを気筒の中間に配置せず、中央の気筒に一致させ、分岐通路３８０４Ｂを外側の吸気ポートに向かって線対称に配置するとよい。

　本出願は、２０１８年１１月６日出願の日本特許出願特願２０１８-２０８５６０に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１０　エンジン（内燃機関）
１４　インテークマニホールド
１８　シリンダヘッド
２０　気筒
２２　吸気ポート
２５　導入通路
２５０２　第一の接続孔
３８　排気還流通路
３８０４　排気還流分配部
３８０４Ａ　分岐部
３８０４Ｂ　分岐通路
３８０６Ａ　第二の接続孔
３８０６Ｂ　第三の接続孔
４０　排気還流バルブ

Claims (5)

1. 　シリンダヘッドの吸気ポートに接続されるインテークマニホールドを有する内燃機関の吸気構造であって、
   　前記内燃機関から排出されるガスを前記インテークマニホールドに還流する排気還流通路と、
   　前記排気還流通路を流れるガス流量を調整する排気還流バルブと、
   　を具備し、
   　前記排気還流通路は、前記排気還流バルブの下流で分岐する分岐部と、前記分岐部と前記インテークマニホールドの内部とを接続する分岐通路と、を有する排気還流分配部、を備え、
   　前記排気還流分配部は、前記インテークマニホールドの外壁に一体に形成される、
   　内燃機関の吸気構造。
2. 　前記インテークマニホールドに吸気を導入する導入通路と、
   　前記インテークマニホールドの下方から、前記インテークマニホールドに前記導入通路が接続される第一の接続孔と、
   　前記インテークマニホールドの上方から、前記インテークマニホールドに前記分岐通路が接続される第二及び第三の接続孔と、を備え、
   　前記第一の接続孔は、前記第二及び前記第三の接続孔の間に配置される、
   　請求項１に記載の内燃機関の吸気構造。
3. 　前記第一の接続孔は、前記第二及び第三の接続孔より吸気流れの上流側で前記インテークマニホールドに接続される、
   　請求項２に記載の内燃機関の吸気構造。
4. 　前記内燃機関に配列された気筒の配列方向と直交する直交方向から前記インテークマニホールドを見た正面視において、前記分岐部は前記シリンダヘッドに配列された前記吸気ポートの開口の中間に配置され、
   　前記分岐通路は、前記分岐部と前記中間とを結ぶ線の両サイドに配置される、
   　請求項１から３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気構造。
5. 　前記分岐通路は、前記分岐部と前記内燃機関に配列された気筒の配列方向と直交する線を対称軸として線対称に配置される、
   　請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気構造。

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