JP2018003655A - 多気筒内燃機関用の吸気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】吸気マニホールドにおいて、導入されたパージガスを各気筒に均等に分配することを、簡単な構造で実現する。【解決手段】吸気マニホールドは２つの樹脂製部材１，２を重ねて接合した構造であり、サージタンク３とこれから分岐した複数の吸気出口通路４，５，６とを有している。パージガス及び吸気は、サージタンク３の一端部７に導入される。パージガスを導入する補助通路１５は、サージタンク３の内部に形成された溝状の吐出口１７を有している。パージガスの一部は吐出口１７の箇所で渦流２６となって立ち上り、これは吸気の分岐流２４に乗って第１吸気出口通路４に流入する。吐出口１７の内部を直進するパージガスは、外壁１９で保護されているため、吐出口１７から放出されて吸気の直進流２３に乗り、他の吸気出口通路に分かれて流入する。吐出口１７は、部材１に一体に成形されているため、構造は簡単でコストも抑制できる。【選択図】図３

Description

本願発明は、多気筒内燃機関のシリンダヘッドに固定されるサージタンク一体型吸気マニホールドに関するものであり、より詳しくは、燃料パージガスのような補助ガスがサージタンクに導入されるタイプの吸気マニホールドに関するものである。

乗用車では、エンジンルームは一般に前部に設けて、燃料タンクは後部車両の下方に設けているが、燃料タンクで燃料が気化する現象が発生するため、気化した燃料をキャニスターで補集し、これをパージガスとして吸気系に導入している。

パージガスを吸気系に導入するに当たって要請されるのは、パージガスを各気筒にできるだけ均等に分配することであり、分配が不均一になり過ぎると、空燃比が設定値から大きくずれてしまって、不完全燃焼によって排気ガスの成分が規制値を遵守できなくなったり、燃料のかぶりによってブローバイガスが増加したり、甚だしい場合はエンジンストールが発生するおそれもある。

そこで、パージガスを各気筒にできるだけ均等に分配する対策が採られており、その例として特許文献１には、サージタンクの一端に吸気入口を設けた吸気マニホールドにおいて、サージタンクの一端部に、出口をサージタンクの他端に向けて開口させたＬ形の導入部材を配置することが開示されている。

特許文献１において、各気筒に吸気を分配するための吸気出口通路は、サージタンクの長手方向と直交した方向に向いており、パージガスを吐出する導入部材は、吸気出口通路の群よりも上流側に位置している。

特開２００１−１５２９８４号公報

特許文献１では、パージガスの出口はサージタンクの他端を向いているに過ぎず、パージガスの噴出方向と吸気の流れ方向とが一致しているため、パージガスは直進性を持った吸気の流れに乗ってサージタンクの他端部に運ばれる傾向を呈すると解され、パージガスが、サージタンクの他端部に位置した最も下流側の吸気出口通路に多く流入すると推測される。このため、均等な分配という目的を十分に達成できるか否か疑問である。

他方、特許文献１を変形させた態様として、サージタンクの吸気入口をサージタンクの一端部に位置させつつ、吸気入口をサージタンクの長手方向と直交した方向に向けて開口させた形態も採用可能であり、この場合は、吸気はサージタンクの一端部で方向変換するため、吸気の直進性は低下することになり、結果として、各吸気出口通路への吸気の分散性は良くなると言える。

しかし、この場合は、パージガスの出口がサージタンクの一端部に位置していることから、パージガスが、一端部に寄った最も上流側の吸気出口通路に向かう吸気の流れに乗りやすくなっており、従って、特許文献１とは逆に、パージガスが、最も上流側に位置した吸気出口通路に多く流れる傾向を呈して、この場合も、均等な分配を達成し難いと推測される。

本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、燃料パージガスのような補助ガスを、できるだけ均等に吸気出口通路に分配できる吸気マニホールドを提供することを課題とするものである。

本願発明の吸気マニホールドは、
「一端部に吸気入口を開口させて吸気が一端部から他端部に向けて流れるサージタンクに、前記サージタンクに流入した吸気を分岐して排出する複数の吸気出口通路が一体的に設けられており、
前記各吸気出口通路は、前記サージタンクの一端と他端とを繋ぐ線と交叉した方向に向いている一方、
前記サージタンクの一端部から他端部を向いた状態で、前記サージタンクの一端部は前記吸気出口通路の群よりも手前にはみ出しており、前記サージタンクの一端部に、燃料パージガス又は他の補助ガスをサージタンク内に導入するための補助通路が形成されている、」
という基本構成である。

そして、上記基本構成において、前記補助通路は、前記サージタンクの内部に入り込んだ溝状の吐出口を有しており、前記吐出口は、当該吐出口を直進した補助ガスが前記サージタンクの他端の側に向けて噴出するように、先端が補助ガスの直進方向に向けて開放されている。

本願発明において、吸気の分散性を高めるには、サージタンク内での直進性をできるだけ抑制するのが好ましく、そのためには、吸気入口をサージタンクの長手方向と直交した方向に向けて、吸気をサージタンクの一端部で方向変換させるのが好ましい。この場合、補助通路の吐出口は、吸気が方向変換してから当たるように配置するのがよい。

本願発明は、燃料のパージガスの導入手段として好適であるが、ブローバイガス（ＰＣＶガス）やＥＧＲガスの導入にも適用できる。

補助ガスは、補助通路の吐出口からサージタンクに放散されるが、吐出口は、２つの壁を有する溝状でしかも先端は補助ガスの直進方向に向けて開放されているため、補助通路を流れてきた補助ガス、吐出口を直進してサージタンクの他端の側に向かう直進流と、溝の箇所において方向変換して２つの壁の間からサージタンク内に放散される方向変換流とに分流する。実際に、本願発明者が解析したところ、これら２つの流れに分流することが確認されており、方向変換流は渦流になって流速も低下していた。

他方、吸気入口はサージタンクの一端部に位置しているため、吸気入口から流入した吸気は、最も上流部に位置した吸気出口通路に向かうように分岐した流れと、サージタンクの他端部に向けて直進する流れとに分かれて、直進した流れは、途中で分岐して、順次他の吸気出口通路に流入していく。

そして、補助ガスのうち、吐出口の先端に至ることなく立ち上った方向変換流は、吸気の流れのうち最も上流側の吸気出口通路に向かう分岐流に晒されて、最も上流側の吸気出口通路に流入する一方、補助通路の吐出口を直進していく補助ガスは、吸気のうち最も上流側の吸気出口通路に向かう分岐流に対しては壁によって保護されているため、吸気の分岐流に乗ることなく、直進流としてサージタンクの内部に放出されるが、この補助ガスの直進流は吸気の直進流に乗って、吸気と混合しつつ、順次、他の吸気出口通路に分岐して流入していく。従って、補助ガスを、各吸気出口通路にできるだけ均等に分散して流すことができる。

さて、近年の自動車用吸気マニホールドは合成樹脂の成形品を採用していることが多いが、補助通路の吐出口は、射出成形に際しての型抜き方向に溝が開口する形態となすことにより、手間を要することなく簡単に形成することができる。従って、樹脂製の吸気マニホールドに適用すると、簡単な構造でコストを抑制しつつ、補助ガスの分散性を向上させることができる。

吸気マニホールドを樹脂製とする場合、成形用の金型は、いわゆるキャビティとコアとを基本構成として、補助通路の箇所は、例えばキャビに設けたスライドピンによって穴が形成されるが、補助通路の先端が単に丸穴として開口しているに過ぎない場合は、スライドピンの先端の当たり具合等により、縁にバリ状の膜ができるなどして先端の開口面積が不揃いになることがあり、すると、補助ガスの放散性にバラツキが生じる。

これに対して、本願発明のように補助通路の先端部を溝状の吐出口に形成すると、スライドピンの移動誤差に関係なく吐出口の開口面積を一定にできるため、製品ごとのバラツキを無くして、品質を安定させることができる利点もある。

なお、ターボ過給機を搭載した内燃機関の場合は、過給状態ではサージタンクの内部は正圧になっているため、パージガスやＰＣＶガスを導入する場合は、例えば減速領域やアイドリング領域のように過給がされていない領域で行わねばならず、このため、大量のパージガスやＰＣＶガスが一気に導入される傾向を呈して、分配が不均一である場合の不具合が顕著に表れるが、本願発明では、パージガスやＰＣＶガスのような補助ガスの量が多くても、各吸気出口通路（各気筒）に均等に分配できるため、ターボ過給機を備えた内燃機関では特に価値が高いと言える。

実施形態に係る吸気マニホールドの下部材の斜視図である。 実施形態に係る吸気マニホールドの上部材の斜視図である。 （Ａ）は吸気の流入方向から見た吸気マニホールドの部分平面図、（Ｂ）は吸気マニホールドの側面図である。 （Ａ）は要部斜視図、（Ｂ）は吸気の流入方向から見た要部の平面図、（Ｃ）は（Ｂ）の要部拡大図である。

(1).実施形態の構造
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、パージガスの導入手段が具体化された吸気マニホールドに適用している。吸気マニホールドは合成樹脂製であり、図１に示す下部材１と、図２に示す上部材２とを重ね合わせて当接面を溶着することにより、中空構造に構成されている。従って、上下の部材１，２は、対向した方向に凹んだシェル構造になっている。

本実施形態の吸気マニホールドは３気筒用のものであり、吸気マニホールドは、シリンダヘッド（図示せず）に直接に固定される。このため、気筒列方向に長い形態になっている。そこで、方向を示すために、図１，２，３（Ａ）に明示するように、便宜的に、吸気マニホールドの長手方向を前後方向と呼んで、シリンダヘッドの吸気側面と直交した方向を左右方向と呼ぶこととする。

吸気マニホールドは、前後方向に長いサージタンク３と、サージタンク３から分岐した第１〜第３の吸気出口通路４，５，６を有している。これらサージタンク３と各吸気出口通路４，５，６とは、当然ながら上下の部材１，２を重ね合わせて接合することで構成されており、各吸気出口通路４，５，６は、終端部近くでそれぞれ２つの出口穴に分かれている。

サージタンク３の一端部（前端部）７は、吸気出口通路４，５，６の群よりも手前に突出した張り出し部になっており、上部材２の一端部に、スロットルボデー（図示せず）が固定されるスロットル受け座８を略上向きに突設して、このスロットル受け座８に吸気入口９を開口させている。サージタンク３の一端部７は、平面視及び側面視で丸みを帯びた形状になっているが、図４（Ｂ）に示すように、吸気入口９は、サージタンク３の一端部に対して、シリンダヘッドから遠ざかる方向にずれている。

図１のとおり、下部材１には、シリンダヘッドに固定されるフランジ１０が形成されており、各吸気出口通路４，５，６の出口穴がフランジ１０に形成されている。フランジ１０には、複数のボルト挿通穴１１が形成されている。

各吸気出口通路４，５，６は、一端部７に近いものから順に第１吸気出口通路４、第２吸気出口通路５、第３吸気出口通路６と呼ぶこととするが、図１のとおり、第１吸気出口通路４と第２吸気出口通路５との間には、それらの始端よりもややサージタンク３の側に張り出した突出部１２を設けている。従って、突出部１２は平面方向から見て湾曲しており、吸気を第１吸気出口通路４に誘い込むガイド機能を有している。

既述のとおり、下部材１の一端部７は略平面視で丸みを帯びた張り出し部になっており、この一端部７を構成する周壁１４のうち、シリンダヘッドの側に寄った内側部位１４ａに、補助ガスの一例としてのパージガスを導入するための補助通路１５が形成されている。補助通路１５は、下部材１の外側に突出した継手筒１６と、サージタンク３の内部に露出した吐出口１７とを有しており、継手筒１６にホースが接続される。

他方、吐出口１７は、下部材１の内周と底とに連設されたブロック部１８の上面に形成されており、略上向きに開口した溝状になっていて、先端はサージタンク３の内部に向けて開口している。従って、吐出口１７は、左右の壁１９，２０を有している。吐出口１７の基端１７ａは、下部材１の周壁１４よりも若干の寸法だけサージタンク３の内部に入り込んでおり、基端１７ａに、ガス通路を構成する穴２１が空いている。また、吐出口１７の先端は、サージタンク３の内部に向けて開口している。

図１から容易に理解できるように、補助通路１５は、全体として前後方向に長い形態であるが、サージタンク３に対してやや斜め方向からパージガスを噴出させるように、補助通路１５の長手方向（或いは吐出口１７の方向）は、サージタンク３の長手方向に対して、平面視で若干傾斜している。

吐出口１７は２つの壁１９，２０で構成されているが、便宜的に、シリンダヘッドから遠いものを外壁１９と呼んで、シリンダヘッドに近いものを内壁２０と呼ぶこととする。内壁２０は、下部材１の周壁１４と一体化する（周壁１４と外壁１９との間に吐出口１７を形成する）ことも可能である。

ブロック部１８は、周壁１４の端面よりも少し低く段落ちしている。また、ブロック部１８のうちサージタンク３の内部に入り込んでいる先端部は、パージガスの噴出方向に向けて高さが低くなる傾斜面１８ａになっている。ブロック部１８及び吐出口１７は、下部材１を射出成形法によって製造するに際して一体に形成されている。従って、吐出口１７は、図４（Ａ）に示す型抜き方向（型開き方向）２２の方向に開口している。

(2).実施形態の作用
本実施形態では、吸気入口９はサージタンク３の長手方向と直交した方向に開口しているため、吸気入口９からサージタンク３に流入した吸気は、一端部７において略９０°方向変換して、基本的には、図４（Ｂ）に符号２３の矢印で示すように、一端部７から他端部に向けて流れる直進流となって、各吸気出口通路４，５，６に向けて分流していく。

但し、一端部７と第１吸気出口通路４とが近接しており、かつ、吸気入口９が一端部７に対してシリンダヘッドから遠い側にずれていて、吸気はシリンダヘッドの側に寄るようにして一端部７に流入することにより、図４（Ｂ）に符号２４の矢印で示すように、第１吸気出口通路４に対して流入する分岐流にもなっている。

つまり、吸気入口９から一端部７に流入した吸気は、一端部７の箇所で、サージタンク３の他端部に向かう直進流２３と、第１吸気出口通路４に向かう分岐流２４とに分かれる傾向を呈する。

そして、第１吸気出口通路４に向かう分岐流２４は、下部材１における周壁１４の内側部位１４ａに沿って（ガイドされて）流れる傾向を呈するが、補助通路１５は周壁１４の内側部位１４ａの箇所に設けているため、補助通路１５が単に周壁の内側部位１４ａに開口しているに過ぎない場合は、パージガスの大部分が分岐流２４に乗って第１吸気出口通路４に流入し、第１気筒で燃料が過剰なリッチ状態になってしまうおそれが高い。

これに対して本実施形態では、補助通路１５は、外壁１９を有する溝状であるため、補助通路１５の内部を直進するパージガスは、外壁１９で保護されて、分岐流２４に乗ることなくサージタンク３の内部に放出される直進流２５になって、吸気の直進流２３に乗ることになり、これにより、第２吸気出口通路５及び第３吸気出口通路６に対するパージガスの分配の均一化を向上できる。

他方、吐出口１７が溝状であるため、パージガスが穴２１から噴出するときの膨張作用により、図４（Ｂ）（Ｃ）に矢印２６で示すように、パージガスの一部が渦流になって吐出口１７から上向きに立ち上る現象が発生しており、この渦流２６として立ち上ったパージガスが、吸気の分岐流２４に乗って第１吸気出口通路４に流入していく。

このように、溝状の吐出口１７の箇所で、パージガスの一部は渦流２６として立ち上らせて、他の部分は直進させて吸気の直進流２３に乗せることができるため、パージガスを各吸気出口通路４，５，６にできるだけ均等に分配できるのであり、その結果、パージガスの量が多くても、特定の気筒で燃料がリッチになることを防止して、排気成分悪化等の悪影響を防止できる。

なお、本実施形態が適用される内燃機関では，図４（Ｂ）に一点鎖線で示すように、スロットルバルブの弁２７は前後長手の軸心回りに回動するようになっている。このため、吸気は、一端部７の周壁１４のうち内側部位１４ａに向かう傾向を呈して、丸みを帯びた一端部７で全体的にスムースに方向変換するが、吐出口１７が外壁１９を有するため、吸気が吐出口１７に向かっても、溝の内部を直進するパージガスは吸気の直進流２３に乗せることができる。従って、吸気の流れのスムース性を損なうことなく、パージガスの分配性を向上できる。

上記の実施形態はパージガスの分配に適用したが、ＰＣＶガスやＥＧＲガスなどの他の補助ガスの分配にも適用できる。また、敢えて述べるほどのことでもないが、本願発明は、２気筒又は４気筒以上の他の多気筒内燃機関にも適用できる。吸気入口は、例えば下方に開口させることも可能である。吸気マニホールドは、３つ以上の部材を重ねて接合した構造であってもよい。

本願発明は、吸気マニホールドに具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ 吸気マニホールドを構成する樹脂製の下部材
２ 吸気マニホールドを構成する樹脂製の上部材
３ サージタンク
４〜６ 吸気出口通路
７ 一端部
９ 吸気入口
１０ フランジ
１４ 周壁
１５ 補助通路
１６ 継手筒
１７ 吐出口
１７ａ 基端
１８ ブロック部
１９ 吐出口の外壁
２０ 吐出口の内壁
２３ 吸気の直進流
２４ 吸気の分岐流
２５ パージガスの直進流
２６ パージガスの方向変換流（渦流）

Claims (1)

1. 一端部に吸気入口を開口させて吸気が一端部から他端部に向けて流れるサージタンクに、前記サージタンクに流入した吸気を分岐して排出する複数の吸気出口通路が一体的に設けられており、
   前記各吸気出口通路は、前記サージタンクの一端と他端とを繋ぐ線と交叉した方向に向いている一方、
   前記サージタンクの一端部から他端部を向いた状態で、前記サージタンクの一端部は前記吸気出口通路の群よりも手前にはみ出しており、前記サージタンクの一端部に、燃料パージガス又は他の補助ガスをサージタンク内に導入するための補助通路が形成されている構成であって、
   前記補助通路は、前記サージタンクの内部に入り込んだ溝状の吐出口を有しており、前記吐出口は、当該吐出口を直進した補助ガスが前記サージタンクの他端の側に向けて噴出するように、先端が補助ガスの直進方向に向けて開放されている、
   多気筒内燃機関用の吸気マニホールド。

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