JP4906549B2 - 多気筒内燃機関の吸気マニホルド - Google Patents

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Description

本発明は、多気筒内燃機関に備えられる吸気マニホルドであって、吸気集合室を形成する集合部と該吸気集合室から分岐して各燃焼室に吸気を導く複数の吸気分岐路を形成する分岐部とを備える吸気マニホルドに関する。
多気筒内燃機関の吸気マニホルドに、吸気マニホルドと燃焼室との間の吸気の流れを円滑にするためのガイドが設けられたものは知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００３−７４４３１号公報
吸気入口を有する吸気集合室を形成する集合部と、該吸気集合室から分岐する複数の吸気分岐路を形成する分岐部とを備える多気筒内燃機関の吸気マニホルドにおいて、吸気負圧が作用する集合部の剛性を確保するために、集合部の隅部を特定の形状、例えば角張った形状にすることがある。また、集合部に分岐部が一体成形される場合には、吸気分岐路を形成する孔用成形型の型抜きを容易にして、成形型の複雑化による吸気マニホルドのコスト高を回避するために、集合部の成形が容易になるように集合部の形状が設定される。
このとき、該孔用成形型が集合部の隅部と干渉しないように、隅部を特定の形状、例えば角張った形状とすることが必要になることがある。
しかしながら、前述のような集合部の剛性上または成形上の要請に基づく集合部の形状は、吸気集合室での吸気の円滑な流れを妨げて体積効率の低下を招来することがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、吸気マニホルドの集合部を分割構造とすることにより、集合部の隅部の形状に無関係に吸気集合室での吸気の流れを円滑にして、体積効率の向上を図ると共に、整流部により形成される背後空間を利用して吸気集合室での圧力変動の抑制を図ることを目的とし、さらに、吸気分岐路を形成する分岐部が集合部に一体成形されるときの成形型の複雑化を防ぐことを目的とする。
請求項１記載の発明は、吸気入口を有する吸気集合室を形成する集合部と、前記吸気集合室から分岐して各燃焼室に吸気を導く複数の吸気分岐路を形成する分岐部とを備える、多気筒内燃機関の吸気マニホルドにおいて、前記集合部は、前記吸気集合室を構成する第１空間および第２空間をそれぞれ形成する第１分割体および第２分割体が結合されて構成され、前記第１分割体および前記第２分割体の少なくとも前記第１分割体には、前記吸気分岐路の配列方向で前記吸気入口の他端側に隅部が一体成形され、前記第２分割体には、前記第１分割体内および前記第２分割体内に渡って延びて前記隅部の内面を覆って配置される整流部が突設され、前記整流部は、前記内面に比べて、吸気を前記吸気分岐路に向かって円滑に案内する案内面を有し、前記整流部と前記隅部との間に背後空間が形成され、前記整流部の先端部と前記第１分割体との間に空隙が形成されて、該空隙を介して前記背後空間が前記吸気集合室に連通することを特徴とする多気筒内燃機関の吸気マニホルドである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の多気筒内燃機関の吸気マニホルドにおいて、前記第１分割体には前記分岐部が一体成形され、前記整流部は前記吸気分岐路の仮想延長通路上に配置され、前記第１分割体の前記隅部は前記仮想延長通路の外側に配置されることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の多気筒内燃機関の吸気マニホルドにおいて、前記空隙(46)は、前記仮想延長通路(22p)の外側に配置されることを特徴とする。
請求項１記載の発明によれば、吸気マニホルドの集合部は第１，第２分割体から構成される分割構造とされている。このため、集合部の剛性を高めるためなどの理由で、第１，第２分割体の少なくとも第１分割体に隅部が一体成形される場合にも、第２分割体に設けられた整流部により、隅部の形状に無関係に吸気集合室での吸気の流れを円滑にすることができ、しかも該整流部は第１，第２分割体内に渡って延びているので、吸気集合室において広範囲に渡って吸気の流れを円滑にすることができるので、体積効率が向上する。また、整流部の先端部に隣接する空隙は整流部の主要部による吸気流の案内を円滑にする。
さらに、整流部と隅部とにより形成される背後空間は吸気集合室に連通しているので、吸気集合室の容積が背後空間の分だけ増加することになり、この背後空間を利用して吸気集合室での圧力変動が抑制され、体積効率の向上に寄与する。
請求項２記載の事項によれば、吸気分岐路を形成する分岐部が第１分割体に一体成形される場合にも、吸気分岐路を形成する成形型の型抜きが、整流部および第１分割体の隅部により妨げられることがないので、集合部に分岐部が一体成形されるときの成形型の複雑化を防ぐことができて、吸気マニホルドのコスト増加を回避できる。
請求項３記載の事項によれば、整流部に案内される吸気流の主要部分の流れが空隙により妨げられることがない。
以下、本発明の実施形態を図１，図２を参照して説明する。
図１，図２を参照すると、本発明が適用された吸気マニホルドＭは、車両に搭載される多気筒内燃機関としての直列４気筒内燃機関に備えられる。該内燃機関は、複数である所定数のシリンダ、ここでは４つのシリンダが直列に配列されて一体成形されたシリンダブロックと、該シリンダブロックに結合されるシリンダヘッドと、該シリンダヘッドに結合されるヘッドカバーとから構成される機関本体を備える。
さらに、前記内燃機関は、前記各シリンダに往復動可能に嵌合されると共に燃焼室で発生する燃焼ガスの圧力により駆動されて前記シリンダブロックに回転可能に支持されたクランク軸を回転駆動するピストンと、燃焼室に吸気を導く吸気装置と、燃焼ガスを排気ガスとして該燃焼室から内燃機関の外部に導く排気装置とを備える。ここで、燃焼室は、前記各シリンダと該シリンダに嵌合する前記ピストンと前記シリンダヘッドとにより形成される空間である。
前記吸気装置は、吸入された空気を清浄にするエアクリーナ１と、エアクリーナ１からの空気を含む吸気の吸気量を制御するスロットル弁を備えるスロットル装置２と、スロットル装置２を流通した吸気を各燃焼室に導く吸気マニホルドＭとを備える。
前記吸気装置により形成される吸気通路を流通した吸気は、前記シリンダヘッドに設けられた各吸気ポートを経て各燃焼室に吸入される。なお、吸気には、燃料が吸気装置内で供給される場合における燃料と空気との混合気、または燃料が燃焼室内に直接供給される場合における空気が含まれる。
なお、上流および下流との用語は、吸気の流れに関してのものである。
吸気マニホルドＭは、スロットル装置２からの吸気が流入する吸気集合室11を形成する集合部10と、吸気集合室11から分岐して各燃焼室に吸気をそれぞれ導く吸気分岐路22を形成する分岐部20と、下流側接続部としての下流側フランジ28とを備える。
下流側フランジ28には、各吸気分岐路22に連通する下流側分岐路を形成する下流側吸気管（図示されず）が接続され、該下流側吸気管が前記シリンダヘッドに接続される。なお、内燃機関の種類によっては、前記下流側吸気管を介することなく、下流側フランジ28が前記シリンダヘッドに接続されてもよい。
集合部10は、４つの前記シリンダの配列方向である気筒配列方向での両端に位置する両端室壁12，13と、各吸気分岐路22の入口22ｉが開口する下流室壁14と、第１室壁15および第２室壁16とを有し、これら室壁12〜16が一体に連続することで吸気集合室11が形成される。吸気集合室11は、後述する吸気入口11ｉを有する導入路11ｄと拡大室11ｅとから構成される。
気筒配列方向での集合部10の一端側10ｃには、スロットル装置２において前記スロットル弁が配置される吸気道を形成するボディであるスロットルボディが接続される上流側接続部18が設けられる。この接続部18は、吸気集合室11に流入する吸気の入口である吸気入口11ｉを有する導入路11ｄを形成しており、集合部10の入口部である。
また、気筒配列方向での他端側10ｄには角張った隅部31が設けられる。この隅部31と同様に角張った隅部32，33が下流室壁14側にも形成されている。これら隅部31〜33は、吸気負圧が作用する集合部10の剛性を高める。
集合部10は、結合面Ａ２，Ｂ２において互いに気密に結合されて吸気集合室11を形成する第１分割体としての第１ケースＡと、第２分割体としての第２ケースＢから構成される分割構造を有する。第１，第２ケースＡ，Ｂは、それぞれ、吸気集合室11を構成する室部分である第１，第２空間11ａ，11ｂを形成する。ここでは、第１，第２ケースＡ，Ｂは、それぞれ合成樹脂により成形型を使用して成形された単一の部材であり、結合面Ａ２，Ｂ２を有する縁部Ａ１，Ｂ１同士が結合手段としての熱溶着により結合される。
第１ケースＡには、端室壁12の部分である第１端室壁12ａと、下流室壁14と、第１室壁15と、端室壁13の部分である第１端室壁13ａと、気筒配列方向に順次並んだ４つの吸気分岐路22を形成する分岐部20と、隅部31の部分である第１隅部31ａと下流側フランジ28とが一体成形されて設けられる。そして、第１端室壁12ａと第１端室壁13ａと下流室壁14と第１室壁15とにより、第１空間11ａを形成する第１集合部10ａが構成される。
第１端室壁12ａには接続部18の部分である第１接続部18ａが一体成形される。第１隅部31ａは、下流室壁14よりも上流の位置において、第１室壁15と第１端室壁13ａとにより形成される。この第１隅部31ａにより第１集合部10ａの剛性が高められている。
分岐部20は、吸気分岐路22を形成する各吸気管21が集まって一体成形されて構成される。下流に向かって先細となるテーパ形状を有する各吸気分岐路22は、第１ケースＡを製造するために第１ケースＡが成形型により成形される際に、孔用成形型により形成される。
そして、該孔用成形型は、入口22ｉを通じて、上流側に、または第１空間11ａ側（すなわち吸気集合室11側）に、吸気分岐路22の仮想延長通路22ｐ上に沿って型抜きされる（図１（ａ），図２には、代表して、後述する吸気分岐路22ｃの仮想延長通路22ｐが二点鎖線で示されている。）。そして、この型抜きが妨げられないように、第１隅部31ａおよび第１室壁15において縁部Ａ１を構成する第１縁部Ａ1aは、それぞれこの仮想延長通路22ｐ上には配置されない、換言すれば仮想延長通路22ｐの外側に配置されることとなる。
また、図２に示されるように、各吸気分岐路22の通路長Ｌ２は、入口22ｉと隅部31ａまたは第１縁部Ａ1aとの間の、仮想延長通路22ｐに沿った間隔Ｌ１よりも大きい。
第２ケースＢには、端室壁12の部分であって第１端室壁12ａと結合されて端室壁12を構成する第２端室壁12ｂと、第２室壁16と、端室壁13の部分であって第１端室壁13ａと結合されて端室壁13を構成する第２端室壁13ｂと、隅部31の部分であって第１隅部31ａと結合されて隅部31を構成する第２隅部31ｂと、吸気集合室11での吸気の流れを円滑にする整流部40と、接続部18の部分であって第１接続部18ａと結合されて接続部18を構成する第２接続部18ｂとが一体成形されて設けられる。そして、第１端室壁12ｂと第２端室壁13ｂと第２室壁16とにより、第２空間11ｂを形成する第２集合部10ｂが形成される。
第２隅部31ｂにより第２集合部10ｂの剛性が高められている。また、集合部10の底壁を構成する第１室壁15と集合部10の天井壁を構成する第２室壁16とは、互いに結合されて、集合部10の、各吸気分岐路22に沿う方向で下流室壁14と対向する上流室壁を構成する。
板状で、かつ円弧状に湾曲している整流部40は、第２端室壁13ｂおよび第２室壁16に跨って一体成形されて設けられて、第２ケースＢにおいて第２隅部31ｂの内面31b1を覆って配置され、さらに第２端室壁13ｂおよび第２室壁16から縁部Ｂ１を越えて第１隅部31ａに向かって突出して延びている。
そして、第１，第２ケースＡ，Ｂが結合された吸気マニホルドＭにおいて、整流部40は、第２ケースＢ内または第２空間11ａ内から第１ケースＡ内または第１空間11ｂ内まで延びており、第１ケースＡにおいて第１隅部31ａの内面31a1を覆って配置される。整流部40の先端部43は、第１室壁15との間に僅かな空隙46（図２参照）が形成されるように、第１室壁15に近接した位置を占める。
整流部40は、第２端室壁13ｂおよび第２室壁16との接続部41と、隅部31の内面31a1，31b1よりも吸気集合室11のより内側に間隔をおいて配置される湾曲部42とを有する。接続部41は、第２端室壁13ｂおよび第２室壁16と気密状態で接続されている。湾曲部42が隅部31から離れていることから、整流部40と隅部31とにより、整流部40の背後に位置する背後空間47が形成される。その容積が吸気集合室11の容積に比べて小さい背後空間47は、空隙46を通じて吸気集合室11と常時連通している。このため、隅部31は整流部40よりも吸気集合室11の外側に張り出した張出部となっている。
吸気集合室11の壁面を構成する整流部40の案内面44は、その最大曲率が両隅部31ａ，31ｂの内面31a1，31b1の最大曲率よりも小さい湾曲面により構成される。したがって、案内面44は、内面31a1，31b1に比べて、吸気集合室11内の吸気をより円滑に案内する。また、吸気入口11ｉを含む導入路11ｄと案内面44とは、気筒配列方向で対向する位置にあることから、案内面44には、吸気入口11ｉから吸気集合室11に流入して、導入路11ｄで案内された後に拡大室11ｅに流入した吸気が当たりやすい。
整流部40は、４つの吸気分岐路22のうち、気筒配列方向で最も端室壁13ａおよび隅部31ａに近い吸気分岐路22ｃの仮想延長通路22ｐ上に配置される（図１（ａ），図２参照）。したがって、整流部40が第１ケースＡに一体成形されると仮定すると、吸気分岐路22を形成する孔用成形型の型抜きは整流部40により妨げられることになる。
背後空間47内において、整流部40と第２隅部31ｂとを接続するリブ45が第２ケースＢの第２隅部31ｂに一体成形されて設けられる。このリブ45により、板状の整流部40の剛性が高められて、吸気集合室11での吸気の圧力変動に起因する整流部40の振動が抑制されるので、騒音の発生が防止される。
次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
吸気マニホルドＭの集合部10は、吸気集合室11を構成する第１空間11ａおよび第２空間11ｂをそれぞれ形成する第１ケースＡおよび第２ケースＢが結合されて構成され、第１ケースＡおよび第２ケースＢには隅部31を構成する隅部31ａ，31ｂがそれぞれ一体成形され、第２ケースＢには、第１空間11ａおよび第２空間11ｂに渡って延びて両隅部31ａ，31ｂの内面31a1，31b1を覆って配置される整流部40が設けられ、整流部40は、内面31a1，31b1に比べて吸気を円滑に案内する案内面44を有することにより、吸気マニホルドＭの集合部10は第１，第２ケースＡ，Ｂから構成される分割構造とされているため、集合部10の剛性を高めるためなどの理由で、第１，第２ケースＡ，Ｂに隅部31ａ，31ｂが一体成形される場合にも、第２ケースＢに設けられた整流部40により、隅部31の形状に無関係に吸気集合室11での吸気の流れを円滑にすることができ、しかも該整流部40は第１，第２ケースＡ，Ｂ内に渡って延びているので、吸気集合室11において広範囲に渡って吸気の流れを円滑にすることができるので、体積効率が向上する。
また、整流部40は第２ケースＢのみに設けられるので、整流部40が第１，第２ケースＡ，Ｂに設けられる場合に比べて、集合部10の成形による製造が容易になる。
さらに、整流部40と隅部31とにより、吸気集合室11に連通する背後空間47が形成されることにより、背後空間47は吸気集合室11に連通しているので、吸気集合室11の容積が背後空間47の分だけ増加することになり、この背後空間47を利用して吸気集合室11での圧力変動が抑制され、体積効率の向上に寄与する。
第１ケースＡには複数の吸気分岐路22を形成する分岐部20が一体成形され、整流部40はそれら吸気分岐路22の１つである吸気分岐路22ｃの仮想延長通路22ｐ上に配置され、第１ケースＡの隅部31ａは仮想延長通路22ｐの外側に配置されることにより、吸気分岐路22を形成する分岐部20が第１ケースＡに一体成形される場合にも、吸気分岐路22を形成する成形型の型抜きが、整流部40および第１ケースＡの隅部31ａにより妨げられることがないので、集合部10に分岐部20が一体成形されるときの成形型の複雑化を防ぐことができて、吸気マニホルドＭのコスト増加を回避できる。
以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
多気筒内燃機関は、４以外の複数の気筒を備えるものであってよく、また１つのバンクが複数の気筒から構成されるＶ型または水平対向型の内燃機関であってもよい。
前記所定数は、必ずしも内燃機関の全気筒数と同じである必要はなく、気筒数よりも小さい数であってもよい。
内燃機関は、前記実施形態では車両に使用されるものであったが、鉛直方向を指向するクランク軸を備える船外機等の船舶推進装置に使用されるものであってもよい。
本発明が適用された吸気マニホルドを示し、（ａ）は、吸気マニホルドの第１ケースを結合面から見た図であり、（ｂ）は、吸気マニホルドの第２ケースを結合面から見た図である。 図１（ａ）のＩＩ−ＩＩ線での吸気マニホルドの断面図である。
符号の説明
10…集合部、11…吸気集合室、20…分岐部、22…吸気分岐路、31…隅部、40…整流部、44…案内面、47…背後空間、
Ｍ…吸気マニホルド、Ａ…第１ケース、Ｂ…第２ケース。

Claims (3)

  1. 吸気入口(11i)を有する吸気集合室(11)を形成する集合部(10)と、前記吸気集合室(11)から分岐して各燃焼室に吸気を導く複数の吸気分岐路(22)を形成する分岐部(20)とを備える、多気筒内燃機関の吸気マニホルドにおいて、
    前記集合部(10)は、前記吸気集合室(11)を構成する第１空間(11a)および第２空間(11b)をそれぞれ形成する第１分割体(A)および第２分割体(B)が結合されて構成され、前記第１分割体(A)および前記第２分割体(B)の少なくとも前記第１分割体(A)には、前記吸気分岐路(22)の配列方向で前記吸気入口(11i)の他端側に隅部(31a)が一体成形され、前記第２分割体(B)には、前記第１分割体(A)内および前記第２分割体(B)内に渡って延びて前記隅部(31a)の内面(31a1)を覆って配置される整流部(40)が突設され、前記整流部(40)は、前記内面(31a1)に比べて、吸気を前記吸気分岐路(22)に向かって円滑に案内する案内面(44)を有し、前記整流部(40)と前記隅部(31a)との間に背後空間(47)が形成され、前記整流部(40)の先端部(43)と前記第１分割体(A)との間に空隙(46)が形成されて、該空隙(46)を介して前記背後空間(47)が前記吸気集合室(11)に連通することを特徴とする多気筒内燃機関の吸気マニホルド。
  2. 前記第１分割体(A)には前記分岐部(20)が一体成形され、前記整流部(40)は前記吸気分岐路(22)の仮想延長通路(22p)上に配置され、前記第１分割体(A)の前記隅部(31a)は前記仮想延長通路(22p)の外側に配置されることを特徴とする請求項１記載の多気筒内燃機関の吸気マニホルド。
  3. 前記空隙(46)は、前記仮想延長通路(22p)の外側に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の多気筒内燃機関の吸気マニホルド。
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