JP2005016349A - 吸気管 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の内燃機関の吸気装置の吸気管は、全ての用途に対応することは困難であったので、吸気管を製作するために、複数種類の仕様が発生することで生産工数が大となっていた。また、振動低減のために隣接する気筒の吸気管と一体形状にしているので、複数種類の吸気管を製作するための金型が必要であった。
【解決手段】エンジン１のシリンダヘッド２の吸気ポートに接続する吸気管１０において、吸気管１０を基部体１１と先端入口体１２とより構成し、該基部体１１と先端入口体１２との間に長さ調節機構１６を設け、前記基部体１１と先端入口体１２との間に、長さ調節位置表示部１３を設ける。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼室に吸入空気を導くための吸気装置に関し、また内燃機関の運転状態に合わせて吸気管長を変更可能とする吸気装置の技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ピストン式のエンジンでは、各気筒で吸入、圧縮、膨張、排気の行程が繰り返し行われ、これに伴ってエンジンの吸気弁が頻繁に開閉されるため、吸気管内に吸気の脈動が発生する。
【０００３】
一般的に、吸気管を介して吸入された空気は、吸気ポートに到達し、吸気バルブが開弁した際にシリンダとピストンによって区画形成された燃焼室内へ導入される。ここで、吸気管内を流れる吸入空気は、空気密度が粗の部分と密の部分とを有する粗密波（脈動流）であることが知られている。
【０００４】
従って、吸入空気速度が最大となる時期（吸気バルブが開弁する直前）に、吸入空気のうち高密度な部分を吸入ポートに到達させることができれば、吸気慣性効果が最大となり、体積効率を向上させることができる。すなわち、燃焼室における燃焼効率を向上させることが可能となり、結果としてエンジン出力特性を向上させることができる。
【０００５】
ここで、吸気管長と吸気管内における脈動流（吸入空気）との間には、吸気管長が長くなれば長い波長の脈動流と共鳴し、吸気管長が短くなれば短い波長の脈動流と共鳴することが知られている。そして、エンジン回転数と吸気管内における脈動流の周期と間には、エンジン回転数が高くなれば脈動流の周期が短くなり、エンジン回転数が低くなれば脈動流の周期が長くなる関係があることが知られている。
【０００６】
ところが、吸気管は、その管長が定まっているので、特定のエンジン回転数では吸気慣性効果を得られても、その他のエンジン回転数領域では吸気慣性効果を得られないこととなる。また、脈動効果を利用し、性能を最大限引き出しているため、更なる性能改善が困難であった。従って、一般的な車両では、主に常用域である低・中回転数領域において有効な吸気慣性効果を得ることができるように吸気管長が決定されていた。
【０００７】
その一方で、高出力特性が求められる車両では、高出力特性を得るために高回転数領域においても有効な吸気慣性効果を得る必要があった。そこで、等長な吸気管内に切換バルブを備え、このバルブを開閉切換することによって高回転数域では実質的に吸気管長を短くして、高回転数域においても有効な吸気慣性効果を得ることのできる技術は公知となっている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−２４６１１４号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の内燃機関の吸気装置の吸気管は、全ての用途に対応することは困難であったので、十分に性能を引き出すことができなかった。また、複数の仕様が発生することで、生産工数が大となっていた。
そして、上述した脈動を利用する吸気管は、前記脈動により生ずる振動により、吸気管が破損する等のトラブルが発生していた。また、振動低減のためにとなりの気筒の吸気管と一体形状にしているので、４気筒用や６気筒用等、気筒数が異なる毎に吸気管を製作するための金型が必要であった。
このような点から、更なる性能改善が困難であり、性能のばらつきが多い等の不具合があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１１】
即ち、請求項１においては、エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートに接続する吸気管において、吸気管を基部体と先端入口体より構成し、該基部体と先端入口体との間に長さ調節機構を設けることを特徴とする吸気管として構成したものである。
【００１２】
請求項２においては、前記基部体と先端入口体との間に、長さ調節位置表示部を設けることを特徴とする請求項１に記載の吸気管として構成したものである。
【００１３】
請求項３においては、前記基部体と先端入口体との間に、封止機構を設けることを特徴とする請求項１に記載の吸気管として構成したものである。
【００１４】
請求項４においては、前記吸気管を気筒毎に独立して配置することを特徴とする請求項１に記載の吸気管として構成したものである。
【００１５】
請求項５においては、エンジン本体に前記吸気管を支持する吸気管支持部を設け、該吸気管支持部を角度調節可能に構成することを特徴とする請求項１に記載の吸気管として構成したものである。
【００１６】
請求項６においては、前記先端入口体の吸入口の内径を他の部分より小さく構成して絞る構造とすることを特徴とする請求項１に記載の吸気管として構成したものである。
【００１７】
請求項７においては、前記先端入口体の吸入部を吸入口端から徐々に内径を小さくしたテーパ状に構成することを特徴とする請求項１に記載の吸気管として構成したものである。
【００１８】
請求項８においては、前記先端入口体の吸入端を拡開するとともに、吸入端縁を断面視Ｕ字状に形成することを特徴とする請求項１に記載の吸気管として構成したものである。
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の一実施例に係る吸入装置を具備するエンジンの全体図、図２は吸気管の斜視図、図３は吸気管の基部体の側面図、図４は吸気管の吸入部から見た一部断面図、図５（ａ）は吸気管支持部の斜視図、図５（ｂ）は吸気管支持部の側面図、図６は吸気管の先端入口体を示す一部断面図である。
【００１９】
先ず、本発明の実施の形態に係るエンジンの全体構成について図１を用いて説明する。
内燃機関としてのエンジン１は、複数のシリンダを有するシリンダブロック３と、該シリンダブロック３の上部に配設されたシリンダヘッド２を備えている。該シリンダヘッド２の吸気ポート（または吸気マニホールド）に接続されている吸気装置である吸気管１０について以下に説明する。なお、本実施例の内燃機関は、一気筒当たり一つのシリンダを有しており、本実施例では４気筒エンジンに本発明の吸気管１０がそれぞれの気筒に接続されており、吸気管１０を４本並列に配設している。
つまり、該吸気管１０は、エンジンの構造に合わせて、気筒毎に独立して配置され、接続されている一つのシリンダへのみへ空気を送り込む構造となっている。このように、気筒毎に独立して配置することにより、後述する長さ調節機構により各吸気管毎に長さ調節ができ、各気筒毎に僅かに異なる吸気特性に合わせることができるのである。
【００２０】
図２に示すように、本発明の吸気管１０は、エンジン１と接続される基部体１１と、空気を吸入する先端入口体１２とから構成されている。該吸気管１０は、パイプ状として合成樹脂やゴム等により構成されている。
図２〜図４に示すように、該基部体１１の一端にはシリンダヘッド２への取付部２２が形成され、他端は長さ調節機構１６の一部を構成し、中途部は前記吸気入口の方向を略下方に向けるため、または、変更するために湾曲部が形成されている。そして、強度を増すために、図３、図４に示すように外周面の長手方向にリブ１１ｃ・１１ｃが形成されている。但し、該リブ１１ｃの形状や数は限定するものではない。
【００２１】
前記取付部２２はフランジ部２２ａとボス部２２ｂからなり、フランジ部２２ａは基部体１１の一端部の外周に縁部を形成して、シリンダヘッド２の取付面と形状を合わせて、パッキン等を介して漏れ等がないように密着できるようにしている。ボス部２２ｂは上下または左右の両側または両方または、適宜間隔を開けて設けられ、ボルトやねじ等で基部体１１をシリンダヘッドに固定できるようにしている。
該ボス部２２ｂはフランジ部２２ａの上面より基部体１１の外周面に沿って長手方向に延設され、ボルトを支持する部分ができるだけ長くするようにして、支持剛性が高くなるようにしている。該ボス部２２ｂは図２のごとくボルト挿入孔を形成しても、図３に示すボス部２２ｂ’のように、挿入孔の途中部は中空として軽量化を図ることもでき、図４のボス部２２ｂ’’のごとく外側を開放する切欠状に構成することも可能である。
【００２２】
次に、長さ調節機構１６について説明する。図２に示すように、該長さ調節機構１６は、前記基部体１１と先端入口体１２との間に配設しており、基部体１１の先端側と先端入口体１２の基部側を伸縮自在に嵌合して構成している。本実施例では、基部体１１の伸縮部１１ａの内径が先端入口体１２の伸縮部１２ａの外径と略一致するように構成している。つまり、基部体１１の伸縮部１１ａの径は先端入口体１２の伸縮部１２ａの径よりも太い構造として、基部体１１の伸縮部１１ａに先端入口体１２の伸縮部１２ａを挿入して伸縮自在として、容易に長さを調節できる構造としている。但し、先端入口体１２の伸縮部１２ａを伸縮部１１ａより太くする構成とすることもできる。
上記長さ調節機構１６を設けることによって、吸気管の長さをエンジンの種類、仕様、用途、回転数等に合わせて、最適な長さに調節することが可能となり、振動を低減したり、吸気効率を向上したりできる。よって、エンジン性能を向上できるのである。
【００２３】
そして、前述した構成により伸縮した場合に、その伸縮した長さが容易に判るように長さ調節位置表示部１３が設けられている。即ち、図３に示すように、長さ調節位置表示部１３は、先端入口体１２の伸縮部１２ａの外周に設けている。但し、エンジン本体側に先端入口体１２の伸縮方向に沿ってスケール等により構成した長さ調節位置表示部１３を設ける構成とすることもできる。
該長さ調節位置表示部１３は、先端入口体１２の伸縮部１２ａの外周面に、予め測定または実験等をして最も効率が良くなる値が、目盛または矢印または回転数等により印刷または削る等の加工により形成している。または、調整した位置が判るように目盛等が形成されている。
このように長さ調節位置表示部１３を設けることにより、作業や用途別に回転数を変更したときに、吸気管１０の長さを調整する場合の目安となり、長さ変更が容易、かつ、確実にでき、また組み立て時には、仕様毎に長さ調節が容易にできるのである。
【００２４】
そして、封止機構１７が前記長さ調節機構１６の部分に設けられている。即ち、図４に示すように、前記吸気管１０の基部体１１の伸縮部１１ａの内面にはリング状の凹部を形成して、該凹部にＯリング等のシール部材を嵌合して封止機構１７を構成している。但し、シール部材の嵌合部は、先端入口体１２の伸縮部１２ａの外周に設けることも可能である。また、本実施例ではシール材を二つ設けているがその数は限定するものではない。このように封止機構１７を設けることによって、気密性を確保し、空気が漏れることがなく、性能にばらつきがなく、容易に長さ調整できて、吸気性能が向上できる。
【００２５】
また、前記吸気管１０を支持固定するために、吸気管支持部５０が前記長さ調節機構１６の部分、または、先端入口体１２を支持固定するように構成しており、エンジン本体に取り付けられている。即ち、図５に示すように、吸気管支持部５０は、エンジン１に固定する基台５１と連結リンク５２と管取付体５３よりなり、基台５１はフランジ部５１ａより支持脚５１ｂを立設し、該支持脚先端に回転支持部５１ｃが形成されている。該フランジ部５１ａがエンジンの本体、つまり、シリンダブロックの側面にボルト等により固定される。前記回転支持部５１ｃはボス状に構成され、連結リンク５２の一端に形成した回転支持部５２ａとボルト等により回転可能に取り付けられる。
【００２６】
該回転支持部５１ｃ・５２ａは側面視で略同じ円盤状に構成され、中心にボルト挿入孔を開口して、一方のボルト挿入孔に雌ネジを形成して、任意の角度に調整した後に締付け固定できるように構成している。
また、連結リンク５２の他端、及び、管取付体５３の基部側に、前記回転支持部５１ｃ・５２ａと略同じ構成とした回転支持部５２ｂ・５３ａがそれぞれ形成され、該回転支持部５２ｂ・５３ａをボルトにより任意の角度に調整した後に締付け固定できるようにしている。
管取付体５３は二つの挟持体５３ｂ・５３ｃを対向させて吸気管１０を挟持してボルト５４により固定する構成としており、該挟持体５３ｂ・５３ｃの合わせ面側には、吸気管１０の外形形状に合わせた凹部５３ｄ・５３ｄが形成され、前記ボルト５４を挿入するためのボルト孔が穿設されている。
【００２７】
このようにして、吸気管支持部５０は２関節を有する位置調節機構（長さや高さや角度）を介してエンジン本体に吸気管１０を支持するようにしている。このように構成することで、吸気管１０の振動を抑えることのできる最適な角度に調整して支持することができ、他の機器と干渉しないように吸気管１０の位置を調整できるのである。また、吸入口の方向も所望の方向に向けることもできるのである。更に、吸気管１０の長さを調節した後に伸縮しないように固定する作用も有している。なお、吸気管支持部５０は本実施例では多関節リンク型に構成しているが、シリンダ状の伸縮式やターンバックル式等に構成することもでき、位置調節機構の構成は限定するものではない。また、本実施例では二つの吸気管１０・１０を同時に固定する構成としているが、一つを固定する構成であっても、３つ以上同時に固定する構成であってもよい。
【００２８】
また、前記伸縮部１１ａには、隣接する吸気管１０を連結するための結合部１１ｂ・１１ｂが形成されている。該結合部１１ｂは舌片状に構成して、伸縮部の側面から隣接する吸気管１０が配設される側方に突出している。該結合部１１ｂには連結して固定するために、図２に示すように、ボルト孔または嵌入するために、図３、図４に示すように、凹部が形成されている。そして、左右の連結部１１ｂ・１１ｂは長手方向（上下方向）に位置をずらせて配置し、対角方向に配設するとともに、厚さ方向（前後方向）にもずらせて配置している。このように構成することで、複数本の吸気管１０・１０・・・を斜め下方向に傾斜させた状態で、平行に連結した場合には、隣接する連結部１１ｂ・１１ｂ同士の連結位置が合致して、容易に連結固定することができるのである。更に複数の吸気管１０・１０・・・を一体的に連結することで、剛性もアップすることができるのである。
【００２９】
次に、吸気管１０の先端入口体１２の構成について、図６を用いて説明する。該先端入口体１２は、吸気管１０がエンジン１と接続されていない側、すなわち開放側に位置しており、伸縮部１２ａと吸入部１４とから構成されている。前記吸入部１４は、テーパ部１４ａと吸入口端１４ｂと吸入口カバー１９とから構成され、該テーパ部１４ａは、管の内径を吸入口端１４ｂから徐々に小さくして円錐状のテーパ形状として絞るように構成しており、最も径が小さい部分は他の部分、つまり、伸縮部１２ａの径より小さく構成している。こうして、吸入した空気をより速く送り込むことができる。
先端入口体１２の先端部分に形成された吸入口端１４ｂは、伸縮部１２ａの管径よりも大きく構成して、先端側に広げた構造、即ち拡開するとともに、吸入口端１４ｂの縁は断面視Ｕ字状に形成している。
このように断面視Ｕ字状に構成することにより、吸入口端から入り込む空気が側方からも回り込むように吸入できるようになる。
前記吸入口カバー１９は、空気を吸入しやすく、ゴミ等を吸入しないように、メッシュ等により半球体形状に構成されている。
【００３０】
上記のように、管の内径を他の部分よりも小さく構成して絞る構造、即ち絞り部や、吸入口を徐々に細くする構造や、回り込み構造を設けることにより、吸入した空気の乱流が発生し難くなり、吸入空気量が増加する。また、エンジンのトルクアップが図れ、燃焼効率を向上させることで、黒煙等の排気ガスの排出を低減することができるのである。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
【００３２】
即ち、請求項１に示す如く、エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートに接続する吸気管において、吸気管を基部体と先端入口体より構成し、該基部体と先端入口体との間に長さ調節機構を設けたので、吸気管の長さをエンジンの種類、仕様、用途、回転数等に合わせて、最適な長さに調節することが可能となり、振動を低減したり、吸気効率を向上したりできる。よって、エンジン性能を向上できる。
【００３３】
請求項２に示す如く、前記基部体と先端入口体との間に、長さ調節位置表示部を設けたので、用途別に回転数を変更する場合に、目安となり、長さ変更が容易確実にできる。また、組み立て時に仕様毎に長さ調節が容易にできる。
【００３４】
請求項３に示す如く、前記基部体と先端入口体との間に、封止機構を設けたので、基部体と先端入口体との間の気密性を確保して空気が漏れることがなく、性能にばらつきがなく、容易に長さ調整ができて、吸気性能を向上できる。
【００３５】
請求項４に示す如く、前記吸気管を気筒毎に独立して配置したので、各吸気管ごとに長さ調節ができて、気筒毎に僅かに異なる吸気特性に合わせることができる。また、取り付け部材等との組み合わせにより、異なる気筒数のエンジンに容易に対応できる。
【００３６】
請求項５に示す如く、エンジン本体に前記吸気管を支持する吸気管支持部を設け、該吸気管支持部を角度調節可能に構成したので、吸気管の振動を抑える最適の角度に調整して支持できる。また、他の機器と干渉しないように、吸気管の位置を調整できる。
【００３７】
請求項６に示す如く、前記先端入口体の吸入口の内径を他の部分より小さく構成して絞る構造としたので、絞り部における吸入空気流量がアップすることにより、エンジンのトルクをアップでき、燃焼を向上させて黒煙等の排ガスの排出を低減できる。
【００３８】
請求項７に示す如く、前記先端入口体の吸入部を吸入口端から徐々に内径を小さくしたテーパ状に構成したので、吸入口が徐々に細くなるので、乱流が発生し難く、吸入空気量がアップして、エンジンのトルクをアップすることができる。
【００３９】
請求項８に示す如く、前記先端入口体の吸入端を拡開するとともに、吸入端縁を断面視Ｕ字状に形成したので、吸入端から入り込む空気が側方からも回り込んで吸入できるようになり、吸入空気流量がアップして、エンジンのトルクをアップすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る吸入装置を具備するエンジンの全体的な構成を示した全体図。
【図２】吸気管の斜視図。
【図３】吸気管の基部体の側面図。
【図４】吸気管の吸入部から見た一部断面図。
【図５】（ａ）吸気管支持部の斜視図、（ｂ）吸気管支持部の側面図。
【図６】吸気管の先端入口体を示す一部断面図。
【符号の説明】
１０ 吸気管
１１ 基部体
１２ 先端入口体
１３ 長さ調節位置表示部
１４ 吸入部
１４ｂ 吸入口端
１６ 長さ調節機構
１７ 封止機構
１８ 吸入口
２０ 吸入縁端
５０ 吸気管支持部

Claims (8)

1. エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートに接続する吸気管において、吸気管を基部体と先端入口体とより構成し、該基部体と先端入口体との間に長さ調節機構を設けることを特徴とする吸気管。
2. 前記基部体と先端入口体との間に、長さ調節位置表示部を設けることを特徴とする請求項１に記載の吸気管。
3. 前記基部体と先端入口体との間に、封止機構を設けることを特徴とする請求項１に記載の吸気管。
4. 前記吸気管を気筒毎に独立して配置することを特徴とする請求項１に記載の吸気管。
5. 前記エンジン本体に前記吸気管を支持する吸気管支持部を設け、該吸気管支持部を角度調節可能に構成することを特徴とする請求項１に記載の吸気管。
6. 前記先端入口体の吸入口の内径を他の部分より小さく構成して絞る構造とすることを特徴とする請求項１に記載の吸気管。
7. 前記先端入口体の吸入部を吸入口端から徐々に内径を小さくしたテーパ状に構成することを特徴とする請求項１に記載の吸気管。
8. 前記先端入口体の吸入端を拡開するとともに、吸入端縁を断面視Ｕ字状に形成することを特徴とする請求項１に記載の吸気管。

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