JP4323878B2 - 吸気管 - Google Patents

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の吸気管の技術に関する。
【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。例えば、以下に示す公開公報（特開平１０−２４６１１４号公報）に記載されている。
【特許文献１】
特開平１０−２４６１１４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のエンジンの吸気装置として、一つの吸気管から二系統のマニホールドに吸気する場合、吸気ポートに取り付けられている仕切りでは、吸入された空気が吸気ポートの仕切り部に直角に当たり流れがスムーズにならず、仕切り部で乱流等が発生して、吸気効率が悪くなっていた。また、吸気管の剛性が不足して、振動が発生したり、また、吸気管の入口を所望の方向に固定することができなかったりしていた。
【０００９】
【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。
【００１０】
エンジン（１）のシリンダヘッド（２）の吸気ポート（４）に仕切り（１４）を設けて、該吸気ポート（４）に接続される吸気管（１０）から分岐して吸入する構成において、前記吸気管（１０）の外周の少なくとも基部側に、一つまたは複数のリブ（１１ｃ）を長手方向に一体的に形成し、前記シリンダヘッド（２）に固定する吸気管（１０）の基部側の外周に、接合面と直角方向に延設するボス（２２ｂ）を吸気管（１０）と一体的に形成し、前記吸気管（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、前記吸気管（１０）を気筒毎に独立して配置し、前記長さ調節機構（１６）を構成する基部体（１１）の伸縮部（１１ａ）の部分に、該吸気管（１０）に隣接する吸気管（１０）を連結するための結合部（１１ｂ）を形成し、前記吸気管（１０）をエンジン（１）に取り付けた吸気管支持部（５０）により支持し、該吸気管支持部（５０）は、該エンジン（１）に固定する基台（５１）と、連結リンク（５２）と、管取付体（５３）とにより構成し、該基台（５１）の一端と、連結リンク（５２）の一端とを回転可能に連結支持し、該連結リンク（５２）の他端と、該管取付体（５３）の一端をも回転可能に連結支持し、該管取付体（５３）の他端には、二つの挟持体（５３ｂ・５３ｃ）を対向させ、該挟持体（５３ｂ・５３ｃ）により吸気管（１０）を挟持し、前記吸気管（１０）をエンジン（１）に対して角度調吸気管である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
図１は本発明に係るエンジンの全体図、図２は吸気管の斜視図である。
【００１３】
図３は吸気管と吸気ポートとの接続部における断面図である。
【００１４】
図４はパッキンの正面図と側面図と平面断面図である。
【００１５】
図５は吸気管の基部体の斜視図、図６は吸気管の側面図である。
【００１６】
図７（ａ）は支持体の斜視図、図７（ｂ）は同じく側面図である。
【００１７】
図８は吸気管の基部体側から見た一部断面図である。
【００１８】
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を用いて以下に説明する。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、本実施例では４気筒エンジンに本発明の吸気管１０が２本並列に配設している。
【００１９】
図２に示すように、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８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、後述するように、強度を増すために、外周面の長手方向にリブ１１ｃ・１１ｃが形成されている。
【００２０】
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１５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、適宜間隔を開けて取付部２２と一体的に設けられ、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、換言すれば、吸気ポート４と基部体１１との接合面と直角方向に延設し、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、支持剛性が大き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８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り、また、図３に示すように、挿入孔の途中部は中空として軽量化を図ることもできる。
【００２１】
次に、図３を用いて、上記吸気管１０の基部体１１とシリンダヘッド２の吸気ポート４との接続部について以下に説明する。シリンダヘッド２に設けられている吸気ポート４に仕切り１４が設けられ、該仕切り１４により２系統に吸気管１０から吸入した空気を分岐し、二つの吸気マニホールドを介して更に一つまたは複数の気筒に空気を吸入できるようにしている。そして、前記吸気ポート４に設けられている仕切り１４の位置に合うように、吸気管１０の取付部２２の開口部２２ｃにもガイド体２２ｄが一体的に形成されている。該ガイド体２２ｄは板状に構成され、開口部２２ｃを等分割（二分割）するものであり、開口端側を前記仕切り１４の厚さ及び長さに合わせて丁度重なるように配置し、他端（内部側、反基部側）は徐々に細くなるように、断面視楔状に構成している。このように前記吸気ポート４と吸気管１０の基部側端とを接続することで、先端入口体１２から吸入した空気が、ガイド体２２ｄの反基部側の細い部分で二方向に分けられて、面で空気がぶつかることがなく、抵抗が小さく、従来仕切り１４で発生していた乱流を減少し、空気流の流れをスムースにすることができるのである。
【００２２】
また、前記シリンダヘッド２の吸気ポート４に設けられる仕切り１４の端面における乱流を防止するために、取付部２２の開口部２２ｃにガイド体２２ｄを設ける代わりに、吸気管１０の取付部２２と吸気ポート４の間に介装する介装部材、例えば、パッキン、または、間座にガイド体を設けることも可能である。即ち、パッキン１５にガイド体１５ａを受ける構成について説明すると、図４に示すように、パッキン１５は前記吸気管１０の取付部２２（フランジ部２２ａ）または吸気ポート４の端面形状に合わせた形状に形成され、両側のボス部２２ｂ・２２ｂに合わせてボルト孔１５ｂ・１５ｂが開口され、中央の開口部２２ｃに合わせて略同じ大きさの開口１５ｃが設けられ、中央に吸気ポート４の仕切り１４に合わせてガイド体１５ａが形成されている。該ガイド体１５ａは断面図に示すように、吸気管１０内へ挿入する側が楔状に徐々に細くなる形状とし、吸気ポート側の端面の幅は仕切り１４の幅に合わせている。なお、介装部材として、パッキン１５の代わりに図示しない間座を利用する場合には、厚さが異なるだけで、形状は略同じとなる。このように、パッキン１５にガイド体１５ａを一体的に形成し、該ガイド体の反基部側の断面が細くなるように構成することにより、吸入される空気に乱流が生じにくくなり、エンジンの作動による吸気管への振動を軽減することができるのである。そして、パッキンにより吸入された空気の漏れを防止するのである。
【００２３】
次に、前記リブ１１ｃについて図６より説明する。リブ１１ｃは吸気管１０の基部体１１の外周に長手方向に一つまたは複数平行に設けられ、本実施例においては、２本設けられてボス部２２ｂと９０度ずれた位置に設けられている。この位置は基部体１１を射出成形で作製する際に、金型の割面にリブ１１ｃ・１１ｃが位置するようにして、金型の製作及び基部体１１の成形が容易にでき、また成形後のバリ取りが容易に行えるようにしている。前記リブ１１ｃ・１１ｃを基部体１１と共に一体形成することによって、外観を良くすると共に、剛性を高めることができ、振動や騒音を低減することができるのである。
【００２４】
次に、長さ調節機構１６について説明する。図８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。複数吸気管１０を設ける場合には、それぞれ独立して伸縮可能であり、その気筒やマニホールドに合わせた長さとすることができる。
【００２５】
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６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。
【００２６】
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８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からなる封止機構１７を嵌合している。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。
【００２７】
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７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。
【００２８】
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。
【００２９】
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つ以上固定する構成であってもよい。
【００３０】
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のボルト孔または嵌入するための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。
【００３１】
また、エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートに仕切りを設けて、吸気管から分岐して吸入する構成のエンジンにおいて、前記吸気管の基部側端内部に、前記仕切りの位置に合わせてガイド体を一体的に形成し、該ガイド体の反基部側の断面が細くなるように構成したので、ガイド体により仕切りで発生する乱流を減少し、空気の流れをスムースにすることで、吸入空気流量やエンジンのトルクを向上させることができるのである。
【００３２】
また、エンジンのシリンダヘッドの吸気ポートに仕切りを設けて、吸気管から分岐して吸入する構成のエンジンにおいて、前記吸気管の基部端とシリンダヘッド間にパッキンまたは間座を介装し、該パッキンまたは間座に、前記仕切りの位置に合わせてガイド体を一体的に形成し、該ガイド体の反基部側の断面が細くなるように構成したので、ガイド体により仕切りで発生する乱流を減少することで、吸入空気流量やエンジンのトルクを向上させることができる。また、パッキンまたは間座にガイド体を形成するので、製造が容易にでき、仕様に合わせたガイド体を製作することができるのである。
【００３３】
【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。
【００３４】
請求項１に示す如く、エンジン（１）のシリンダヘッド（２）の吸気ポート（４）に仕切り（１４）を設けて、該吸気ポート（４）に接続される吸気管（１０）から分岐して吸入する構成において、前記吸気管（１０）の外周の少なくとも基部側に、一つまたは複数のリブ（１１ｃ）を長手方向に一体的に形成し、前記シリンダヘッド（２）に固定する吸気管（１０）の基部側の外周に、接合面と直角方向に延設するボス（２２ｂ）を吸気管（１０）と一体的に形成し、前記吸気管（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、前記吸気管（１０）を気筒毎に独立して配置し、前記長さ調節機構（１６）を構成する基部体（１１）の伸縮部（１１ａ）の部分に、該吸気管（１０）に隣接する吸気管（１０）を連結するための結合部（１１ｂ）を形成したので、吸気管の基部の外周にボスが一体的に設けられるため、剛性を高めることができ、吸気管の角度を変更しても十分に耐えることができるのである。
【００３５】
また、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、吸気管の外周の基部側に、少なくとも一つまたは複数のリブを長手方向に一体的に形成したので、剛性を高めて振動や騒音を低減できるのである。
【００３６】
また、多気筒型の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、前記吸気管を気筒毎に独立して配置し、該吸気管に隣接する吸気管を連結するための結合部を形成したので、隣接する吸気管を結合して剛性を高めることができ、コンパクトに配置をすることができる。また、簡単な構成で結合でき、結合部材を別体で必要とせず、部品点数を減少できるのである。また、独立して配置できるので、取り付け部材等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。
【００３７】
また、前記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たので、エンジンの種類や仕様、用途や回転数に合わせて最適な長さに調節することが可能となり、エンジンの性能を向上できるのである。
【００３８】
また、前記吸気管（１０）をエンジン（１）に取り付けた吸気管支持部（５０）により支持し、該吸気管支持部（５０）は、該エンジン（１）に固定する基台（５１）と、連結リンク（５２）と、管取付体（５３）とにより構成し、該基台（５１）の一端と、連結リンク（５２）の一端とを回転可能に連結支持し、該連結リンク（５２）の他端と、該管取付体（５３）の一端をも回転可能に連結支持し、該管取付体（５３）の他端には、二つの挟持体（５３ｂ・５３ｃ）を対向させ、該挟持体（５３ｂ・５３ｃ）により吸気管（１０）を挟持し、前記吸気管（１０）をエンジン（１）に対して角度調節して固定可能としたので、吸気管の振動を抑えるのに最適の角度に調節して支持できる。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のである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例に係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】 吸気管と吸気ポートとの接続部における断面図。
【図４】 パッキンの正面図と側面図と平面断面図。
【図５】 吸気管の基部体の斜視図。
【図６】 吸気管の側面図。
【図７】 （ａ）支持体の斜視図、（ｂ）同じく側面図
【図８】 吸気管の基部体側から見た一部断面図。
【符号の説明】
１０ 吸気管
１１ 基部体
１１ｃ リブ
１２ 先端入口体
１３ 長さ調節位置表示部
１４ 仕切り
１５ パッキン
２２ｂ ボス
５０ 吸気管支持部

Claims (1)

1. エンジン（１）のシリンダヘッド（２）の吸気ポート（４）に仕切り（１４）を設けて、該吸気ポート（４）に接続される吸気管（１０）から分岐して吸入する構成において、前記吸気管（１０）の外周の少なくとも基部側に、一つまたは複数のリブ（１１ｃ）を長手方向に一体的に形成し、前記シリンダヘッド（２）に固定する吸気管（１０）の基部側の外周に、接合面と直角方向に延設するボス（２２ｂ）を吸気管（１０）と一体的に形成し、前記吸気管（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、前記吸気管（１０）を気筒毎に独立して配置し、前記長さ調節機構（１６）を構成する基部体（１１）の伸縮部（１１ａ）の部分に、該吸気管（１０）に隣接する吸気管（１０）を連結するための結合部（１１ｂ）を形成し、 前記吸気管（１０）をエンジン（１）に取り付けた吸気管支持部（５０）により支持し、該吸気管支持部（５０）は、該エンジン（１）に固定する基台（５１）と、連結リンク（５２）と、管取付体（５３）とにより構成し、該基台（５１）の一端と、連結リンク（５２）の一端とを回転可能に連結支持し、該連結リンク（５２）の他端と、該管取付体（５３）の一端をも回転可能に連結支持し、該管取付体（５３）の他端には、二つの挟持体（５３ｂ・５３ｃ）を対向させ、該挟持体（５３ｂ・５３ｃ）により吸気管（１０）を挟持し、前記吸気管（１０）をエンジン（１）に対して角度調節して固定可能としたことを特徴とする吸気管。

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