JP5776938B2 - インテークマニホールド - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの燃焼室に混合気を導入するインテークマニホールドに関する。

従来、エンジンの燃焼室の上流側にはインテークマニホールドが設けられる。燃焼室には、インテークマニホールドを介して混合気が導入される。そして、インテークマニホールドにはＥＧＲガスやブローバイガスが導入される。したがって、インテークマニホールド内にはＥＧＲガスやブローバイガス中に含まれるオイルや水が溜まってしまう。このようなオイルが大量にエンジンに導入されると、不完全燃焼によりノッキング等が発生してしまう。また、水が大量にエンジンに導入されると、失火の原因ともなり得る。このようなインテークマニホールド内に溜まったオイルや水を適切に排出する技術として、下記に出典を示す特許文献１に関するものがある。

特許文献１に記載の吸気通路内蓄積オイルの排出構造は、吸気通路と、吸気絞り弁と、連通管とを備えて構成される。吸気通路は、排気口から排気された空気に所定の処理を施し、吸気口に供給する。吸気絞り弁は、吸気通路内に設けられ、内燃機関による駆動が停止された時に吸気通路を全閉にする。連通管は、吸気通路のオイル溜まり部と吸気絞り弁との間に、吸気通路と並列に設けられ、オイル溜まり部と内燃機関側の吸気絞り弁近傍とを連通する。これにより、吸気通路内に溜まったオイルを負圧により吸い上げて、吸気通路に帰還させている。

特開２００５−２２６４７６号公報

ここで、吸気通路内の圧力は、エンジンの状態に応じて常に変化している。このため、オイルを吸上げるために必要な負圧が得られない場合には、オイル溜まり部からのオイルの吸い出しを安定して行うことができない可能性がある。したがって、オイル溜り部のオイルを適切に排出できない可能性がある。

本発明の目的は、上記問題に鑑み、液溜部のオイルや水を安定して排出することが可能なインテークマニホールドを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係るインテークマニホールドの特徴構成は、エンジンの燃焼室に設けられる複数の吸気ポートに空気を導入する導入部と、前記導入部の下側に設けられ、液媒を溜める液溜部と、第１室と第２室と前記第２室側から前記第１室側への流通を規制する差圧弁とを有する差圧タンクと、前記第２室の圧力が前記第１室の圧力よりも高い場合に、前記液溜部に溜まった液媒を当該液溜部から前記第１室に帰還させる帰還通路と、前記第２室の圧力が前記第１室の圧力よりも低い場合に、前記第１室から前記第２室に流通した液媒を前記導入部を介して前記複数の吸気ポートの夫々に分配する排出通路と、を備える点にある。

このような特徴構成とすれば、差圧タンクの第１室と第２室との差圧を利用して吸い出すので、液溜部の液媒を安定して排出することができる。また、比較的安価な差圧弁を用い、差圧弁よりも高価なポンプ等を用いる必要がないので低コストで実現できる。更には、例えば排出通路を導入部と一体的に形成できるので、製造コストも低減できると共に、省スペースで実現できる。
例えば、特定の吸気ポートに導入される燃料と空気との混合比が高くなると（燃料が濃くなると）ノッキングが生じ易くなる。一方、特定の吸気ポートに水分が多く導入されると失火し易くなる。このため、このような構成とすれば、差圧タンクに吸い出した液媒を、各吸気ポートに分配して排出することができるので、特定の吸気ポートに燃料が濃くなったり、水分が多くなったりすることを防止できる。したがって、ノッキングや失火の発生を抑制できる。

また、前記差圧タンクが、前記導入部よりも上側に配設されてあると好適である。

このような構成とすれば、差圧弁が開弁状態となった場合に、第１室に吸い出された液媒を、第２室を介して導入部にスムーズに流通させることができる。

また、前記エンジンが、過給器付きエンジンであると好適である。

このような過給器付きエンジンに適用すれば、第１室と第２室との差圧を大きくできるので、液溜部の液媒の吸い出し量を多くすることができる。したがって、効率的に液媒を吸い出すことができる。

エンジンの吸排気系を模式的に示した図である。 インテークマニホールドの構成を模式的に示す模式図である。 液媒の吸い出し原理を模式的に示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。本発明に係るインテークマニホールド２は、吸気装置１００に備えられる。吸気装置１００は、エンジンＥに空気と排ガスの一部とを適切に混合して供給する機能を備えている。

１．エンジンの構成
図１は、吸気装置１００を備えるエンジンＥが示される。このようなエンジンＥは、吸気のタイミングと吸気時間とが吸気制御装置Ａにより制御される。また、本実施形態に係るエンジンＥは、排気経路と吸気経路との間に排ガスの一部を吸気経路に再循環するＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排ガス再循環）装置Ｂを備えている。

シリンダヘッド１の一方の側面には、吸気バルブ（図示せず）を介して燃焼室に空気を供給するインテークマニホールド２が連結され、シリンダヘッド１の他方の側面には、排気バルブ（図示せず）を介して燃焼室からの排ガスを送り出すエキゾーストマニホールド３が連結されている。インテークマニホールド２は単一の導入部１０からの空気を燃焼室の数に対応する複数のブランチ部２Ａを有しており、これと同様に、エキゾーストマニホールド３も複数の燃焼室に対応した複数のブランチ部３Ａを有している。

ＥＧＲ装置Ｂは、エキゾーストマニホールド３から排ガスの一部をインテークマニホールド２に戻す還流通路４を備えて構成される。図示はしないが、還流通路４の中間において排ガスを冷却するＥＧＲクーラや、排ガスの還流量を設定するＥＧＲバルブを備えても良い。また、排ガスに含まれる不要物を濾過するフィルタを備えても良い。

このようなＥＧＲ装置Ｂは、排ガスの一部を燃焼室に供給することにより、排ガスの主成分としての水蒸気、窒素、二酸化炭素を含み酸素濃度が低い排ガスを吸気に混入させる構造を有している。この構造から、ＥＧＲ装置Ｂは、燃焼温度を低下させ、燃焼速度を低下させる結果、ＮＯｘの生成量を減少させる。

インテークマニホールド２の上流側には、燃焼室に供給する空気が送られる供給管５が備えられる。また、この供給管５の下流部には、吸気制御装置Ａを構成するスロットルＡｒが備えられる。スロットルＡｒは、弁体６が電動モータ７により開閉作動され、エンジンＥの燃焼室への吸気量を調整する。電動モータ７は、電圧に対応したバルブ開度を得ることが可能なＤＣモータが用いられる。電動モータ７は、出力軸の回転位相を検出するためにロータリエンコーダ等で成る回転角センサが備えられる。この回転角センサの検出結果に応じて、電動モータ７はバルブ開度が制御される。

エキゾーストマニホールド３には、上述の還流通路４が備えられると共に、図示しない排気浄化装置が備えられる。エンジンＥの排ガスのうち、還流通路４に還流されなかった排ガスは、排気浄化装置で浄化された後に大気中に放出される。

２．インテークマニホールド
図２は、本発明に係るインテークマニホールド２を模式的に示した斜視図である。インテークマニホールド２は吸気装置１００を構成し、上述のように、下流側がシリンダヘッド１の側面に連結固定される。一方、上流側には供給管５及び還流通路４がフンランジ部１９で連結固定される。

インテークマニホールド２は、図２（ａ）に示されるように、導入部１０、吸気通路１１、液溜部１２、差圧タンク１３、帰還通路１４、排出通路１５を備えて構成される。導入部１０は、エンジンＥの燃焼室に空気を導入する。導入部１０は、ブランチ部２Ａの上流側に位置し、インテークマニホールド２の内壁で囲まれた所定の容積を有する空間が相当する。

吸気通路１１は、導入部１０へ空気を供給する。吸気通路１１は、所定の内径を有する筒状に形成される。吸気通路１１の上流側には供給管５が連結固定され、吸気通路１１の下流側には導入部１０が設けられる。したがって、供給管５を流通してきた空気は、吸気通路１１を介して導入部１０に供給される。

液溜部１２は、導入部１０の下側に設けられ、液媒を溜める。ここで、インテークマニホールド２には、空気と共に燃料も導入される。この燃料は、エンジンＥの構造上、全てが燃焼室に導入されず、インテークマニホールド２内に液体状で残留する。このような液体状の燃料が、上述の液媒に相当する。また、空気に含まれる水分も液媒として液溜部１２に溜められる。このような液溜部１２は、燃料や水分を重力によって溜めるので、導入部１０の下側に設けられる。

差圧タンク１３は、第１室２４と第２室２５と当該第２室２５側から第１室２４側への流通を規制する差圧弁２３とを有する。差圧タンク１３の内側は差圧弁２３により仕切られ、第１室２４と第２室２５とが形成される。第１室２４は差圧弁２３よりも上流側の空間であり、第２室２５は差圧弁２３よりも下流側の空間である。差圧弁２３は、第１室２４の圧力が第２室２５の圧力よりも高い場合に第１室２４と第２室２５とを連通状態にし、第１室２４の圧力が第２室２５の圧力よりも低い場合には第１室２４と第２室２５とを遮断状態にする。このような連通状態と遮断状態とを切り替える第１室２４と第２室２５との差圧は、差圧弁２３が有する付勢部材（図示せず）の弾性力に応じて設定することが可能である。

帰還通路１４は、第２室２５の圧力が第１室２４の圧力よりも高い場合に、液溜部１２に溜まった液媒を当該液溜部１２から第１室２４に帰還させる。第２室２５の圧力が第１室２４の圧力よりも高い場合には、差圧弁２３は閉弁状態となり、第１室２４と第２室２５とは遮断状態となっている。ここで、帰還通路１４は、液溜部１２の下端と第１室２４とを連通して設けられる。係る場合、液溜部１２に溜まった液媒は、液溜部１２と第１室２４との差圧に応じて、帰還通路１４を介して第１室２４に流通される。この流通は、第１室２４の圧力が第２室２５の圧力と同程度になるまで継続する。

排出通路１５は、第２室２５の圧力が第１室２４の圧力よりも低い場合に、第１室２４から第２室２５に流通した液媒を導入部１０に排出する。第２室２５の圧力が第１室２４の圧力よりも低い場合には、差圧弁２３は開弁状態となり、第１室２４と第２室２５とは連通状態となっている。これにより、第１室２４の液媒は第２室２５に流通する。ここで、排出通路１５は、第２室２５の下端と導入部１０とを連通して設けられる。係る場合、第２室２５に流通した液媒は、排出通路１５を介して導入部１０に流通される。ここで、導入部１０への流通は、エンジンＥの吸気バルブの近傍に行うと好適である。

ここで、差圧タンク１３は、導入部１０よりも上側に配設されてあると好適である。これにより、第１室２４と第２室２５とが連通状態になった場合に、重力を利用して第１室２４から導入部１０に液媒をスムーズに流通させることが可能となる。したがって、ポンプ等を用いる必要が無いので、低コストで実現できる。

また、上述のように、液溜部１２の液媒は、第１室２４と第２室２５との差圧により第１室２４に流通される。ここで、第２室２５の圧力は、導入部１０の圧力と同様である。一方、第１室２４の圧力は、液溜部１２に溜まっている液媒により圧力差が保持され、第２室２５の圧力と同程度になるまで液溜部１２の液媒を吸い出す。したがって、第１室２４と導入部１０との圧力差が大きい方が、液溜部１２から液媒を吸い出すのに効果的である。このため、エンジンＥが、過給器付きエンジンであれば好適である。これにより、導入部１０の圧力を数十Ｐａとすることができるので、効率良く液溜部１２の液媒を第１室２４に吸い出すことが可能となる。

ここで、図１及び図２に示されるように、エンジンＥは複数の吸気ポートを備えて構成される。このため、排出通路１５が、複数の吸気ポートの夫々に液媒を分配する分配通路であると好適である。このような分配通路が図２（ｂ）に示される。排出通路１５は第２室２５からは１つの流路で構成されるが、その後、２つに分離し、更に分離した後２つに分離する。これにより、排出通路１５の第２室２５端から導入部１０までの導入経路長を均等にすることが可能となる。これにより、排出通路１５を介して液媒を複数の吸気ポートに均等分配することが可能となる。このため、燃料と空気との混合比をエンジンＥのシリンダ毎に一様にすることができると共に、所定のシリンダのみに水分が多く流通することを防止できる。したがって、ノッキングや失火を防止できる。

３．液媒の吸い出し
次に、差圧タンク１３による液媒の吸い出しについて図３を用いて説明する。図３（ａ）には、差圧タンク１３内に液媒がない状態が示される。このような状態において、エンジンＥの吸気バルブが開弁されているとする。係る場合、導入部１０は負圧となると共に、差圧弁２３が開弁状態となる。これにより、第１室２４と第２室２５とが同圧となり、液溜部１２から液媒が第１室２４に吸い出されることはない。

ここで、エンジンＥの吸気バルブが閉弁され、過給器により導入部１０が加圧されると、図３（ｂ）に示されるように、第２室２５の圧力が高くなるので差圧弁２３が閉弁状態となる。この場合、導入部１０の圧力で液溜部１２の液面が押圧される。これにより、帰還通路１４を介して液溜部１２の液媒が第１室２４に吸い出される。

その後、エンジンＥの吸気バルブが開弁されると、図３（ｃ）に示されるように、第１室２４の圧力が第２室２５の圧力よりも高くなるので差圧弁２３が開弁状態となる。この場合、第１室２４の液媒は差圧弁２３を介して第２室２５に流通し、更に排出通路１５を介して吸気ポートに分配される。このように、差圧タンク１３の第１室２４と第２室２５（導入部１０）との圧力差を利用して、導入部１０の液溜部１２に溜まった液媒を吸気ポートに循環させることができる。

このように本インテークマニホールド２によれば、差圧タンク１３の第１室２４と第２室２５との差圧を利用して吸い出すので、液溜部１２の液媒を安定して排出することができる。したがって、ノッキングや失火を防止しつつ、液溜部１２の液媒を低減することが可能となる。また、比較的安価な差圧弁２３を用い、差圧弁２３よりも高価なポンプ等を用いる必要がないので低コストで実現できる。更には、例えば排出通路１５を導入部１０と一体的に形成できるので、製造コストも低減できると共に、省スペースで実現できる。

４．その他の実施形態
上記実施形態では、エンジンＥは、ＥＧＲ装置Ｂを備えているとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。ＥＧＲ装置Ｂを備えていないエンジンＥのインテークマニホールド２に本発明を適用することは当然に可能である。

上記実施形態では、差圧タンク１３が、導入部１０よりも上側に配設されてあるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。差圧タンク１３が導入部１０よりも上側に無い場合であっても、第１室２４と第２室２５との差圧により、液溜部１２の液媒を第１室２４に吸い出し、導入部１０の圧力により第２室２５から当該導入部１０に液媒を導入することは当然に可能である。

上記実施形態では、エンジンＥが、過給器付きエンジンであるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。自然吸気エンジンであっても、例えばトランスミッションのギヤ変更時等において差圧タンク１３の第１室２４と第２室２５とには差圧を形成できる。したがって、過給器を有さないエンジンであっても、本発明を適用することは当然に可能である。

上記実施形態では、排出通路１５が、複数の吸気ポートの夫々に液媒を分配する分配通路であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。例えば、エンジンが単気筒で構成される場合には、排出通路１５を均等分配しないように構成することは当然であるし、また、エンジンが複数の吸気ポートを有する場合であっても、均等分配しないように排出通路１５を構成することも当然に可能である。

上記実施形態では、帰還通路１４が、液溜部１２の下端と第１室２４とを連通して設けられるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。帰還通路１４を液溜部１２の下端以外の位置に設けることも当然に可能である。

本発明は、エンジンの燃焼室に混合気を導入するインテークマニホールドに用いることが可能である。

２：インテークマニホールド
１０：導入部
１２：液溜部
１３：差圧タンク
１４：帰還通路
１５：排出通路
２３：差圧弁
２４：第１室
２５：第２室
Ｅ：エンジン

Claims (3)

1. エンジンの燃焼室に設けられる複数の吸気ポートに空気を導入する導入部と、
   前記導入部の下側に設けられ、液媒を溜める液溜部と、
   第１室と第２室と前記第２室側から前記第１室側への流通を規制する差圧弁とを有する差圧タンクと、
   前記第２室の圧力が前記第１室の圧力よりも高い場合に、前記液溜部に溜まった液媒を当該液溜部から前記第１室に帰還させる帰還通路と、
   前記第２室の圧力が前記第１室の圧力よりも低い場合に、前記第１室から前記第２室に流通した液媒を前記導入部を介して前記複数の吸気ポートの夫々に分配する排出通路と、を備えるインテークマニホールド。
2. 前記差圧タンクが、前記導入部よりも上側に配設されてある請求項１に記載のインテークマニホールド。
3. 前記エンジンが、過給器付きエンジンである請求項１又は２に記載のインテークマニホールド。

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