JP6510858B2 - 吸気マニホールド - Google Patents

Description

本願発明は、内燃機関の吸気マニホールドに関するものである。

車両用内燃機関を初めとした内燃機関において、吸気マニホールドを樹脂製とすることが広く行われている。この場合、樹脂製の吸気マニホールドは、型抜き点から複数の部材で構成されており、溶着等で一体化している。

そして、内燃機関では、排気ガス（ＥＧＲガス）を吸気系に還流させたり、クランク室に吹き抜けたブローバイガスを吸気系に戻したりしており、その例として特許文献１には、吸気マニホールドを構成する２つの部材の合わせ面にブローバイガス通路を形成し、ブローバイガス通路から個別の吸気通路にブローバイガスを分配することが開示されている。

また、特許文献２には、吸気マニホールドとシリンダヘッドとの間に複数のスペーサを介在させて、２つのスペーサの合わせ面に、吸気通路の群を横切る方向に長い姿勢のブローバイガス通路とＥＧＲ通路とを、吸気通路の群を挟んだ両側に分離して形成し、ブローバイガス通路とＥＧＲ通路とからそれぞれ吸気通路にブローバイガス及びＥＧＲガスを分配することが開示されている。

実開昭６２−５６７０５号のマイクロフィルム 特開２０１０−１５０９２７号公報

特許文献２の構成は、吸気マニホールドとは別に複数のスペーサが必要になるため、構成が複雑化してコストも嵩むという問題がある。この点、特許文献１は、いわば吸気マニホールドの内部にブローバイガス通路を形成するものであるため、構造を簡単化してコストも抑制できるといえる。

しかし、特許文献１では、吸気マニホールドを構成する２つの部材の合わせ面にはブローバイガス通路しか形成しておらず、ＥＧＲガス還流機能を有する内燃機関では、別にパイプ等によってＥＧＲガスを各吸気通路に導かねばならないため、ＥＧＲガス還流機能を有する内燃機関ではコストが嵩むという問題がある。

本願発明は、このような現状を改善することを目的とするものである。

本願発明は、複数の吸気通路が並んで形成されている吸気マニホールドに係り、請求項１の発明では、吸気マニホールドは、
「前記複数の吸気通路が少なくとも一部ずつ形成されている合成樹脂製の第１部材と、前記第１部材に前記吸気通路と反対側から重なって溶着されている合成樹脂製の第２部材とを有しており、前記第１部材と第２部材との合わせ面に、ＥＧＲ通路とブローバイガス通路とが、前記吸気通路の群を横切る方向に細長い姿勢で形成されており、
前記第１部材に、前記ＥＧＲ通路から各吸気通路に排気ガスを分配して送るＥＧＲ穴と、前記ブローバイガス通路から各吸気通路にブローバイガスを分配して送るブローバイガス穴とが形成されている」
という構成になっている。

そして、請求項１の発明は、上記基本構成において、
「前記ＥＧＲ通路とブローバイガス通路とは、当該ＥＧＲ通路及びブローバイガス通路の幅よりも細幅で両通路と同じ方向に細長く延びる仕切リブを挟んで背中合わせ状態に形成されている」
という構成になっている。

請求項２の発明では、吸気マニホールドは、
「前記複数の吸気通路が少なくとも一部ずつ形成されている第１部材と、前記第１部材に前記吸気通路と反対側から重なる第２部材とを有しており、前記第１部材と第２部材との合わせ面に、ＥＧＲ通路とブローバイガス通路とが、前記吸気通路の群を横切る方向に細長い姿勢でかつ隣り合った状態で形成されており、
前記第１部材に、前記ＥＧＲ通路から各吸気通路に排気ガスを分配して送るＥＧＲ穴と、前記ブローバイガス通路から各吸気通路にブローバイガスを分配して送るブローバイガス穴とが形成されている」
という基本構成において、
「前記ＥＧＲ通路の入口とブローバイガス通路の入口とは、前記吸気通路の群を挟んで互いに反対側に位置しており、前記ＥＧＲ通路及びブローバイガス通路のうち少なくともいずれか一方が、入口部を長手一側縁の側に突出させて幅広と成したＬ形に形成されており、他方の通路を、前記一方の通路の長手一側縁に近接させた状態で終端を一方の通路の入口部に対向させることにより、前記両通路が全体として一方の通路の入口部の幅と同じ程度の幅になっている」
という構成になっている。

本願発明では、吸気マニホールドの構成要素として第１部材と第２部材とを特定しているが、これは、吸気マニホールドが２つの部材のみで構成されている意味ではなく、互いに重なり合う少なくとも２つの部材を有するという意味である。従って、３つ以上の部材を重ねて構成されている吸気マニホールドも当然に含んでいる。

また、本願発明では、第１部材に吸気通路が形成されているが、これは、吸気通路が第１部材のみに形成されていることを意味してはおらず、第２部材にも吸気通路が形成されていることは可能である。つまり、少なくとも第１部材１に、吸気通路のうち少なくともＥＧＲガス及びブローバイガスが供給される部分が形成されていたらよいということである。

本願発明では、吸気マニホールドを構成する２つの部材の合わせ面にブローバイガス通路とＥＧＲ通路とが並設されているため、ＥＧＲ機能及びブローバイガス還流機能を有する内燃機関において、ブローバイガスとＥＧＲガスとの分配構造を簡素化して、内燃機関のコスト抑制に貢献できる。また、ブローバイガス通路やＥＧＲ通路も吸気マニホールドの内部に形成されているため、外部配管を設けた場合のような損傷や変形の問題も回避できる。

また、ブローバイガス通路とＥＧＲ通路とが細長い仕切リブを挟んで背中合わせに形成されているため、吸気マニホールドの大型化を防止できるのみならず、ブローバイガスとＥＧＲガスとの混合性を高めて、安定した燃焼にも貢献できる。

また、第１部材と第２部材とは超音波や高周波による溶着で接合されるが、本願発明のようにブローバイガス通路とＥＧＲ通路とが仕切リブを介して背中合わせに配置されると、ブローバイガス通路とＥＧＲ通路を隔てる仕切リブも接合されるため、部材同士の接合が強固になる利点もある。

さて、ブローバイガスにしてもＥＧＲガスにしても、流量は吸気（新気）の量に比べると遥かに少ないので、ブローバイガス通路及びＥＧＲ通路ともさほどの断面積は必要としないが、入口部は、バッファ機能を持たせてガスを均等に分配する等の関係から、ある程度の断面積があることが好ましい。

そして、請求項２構成を採用すると、いずれか一方又は両方の通路の入口部を広幅にしつつ、ブローバイガス通路とＥＧＲ通路と互いに近接させることができるため、ブローバイガス又はＥＧＲガスを均等に分配する機能を確保しつつ、ブローバイガス通路及び吸気通路の配置箇所の面積を可能な限り小さくして、吸気マニホールドのコンパクト化に貢献できる。

実施形態に係る吸気マニホールドの背面図である。 （Ａ）は吸気マニホールドの全体側面図、（Ｂ）は分離側面図である。 第１部材の背面図である。 第２部材の正面図である。 （Ａ）は図１及び図３の VA-VA視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。

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、３気筒の車両用内燃機関の吸気マニホールドに適用している。各図に方向を示しているが、念のため述べると、図２（Ａ）に示すように、シリンダヘッドＣの吸気側面を向いた方向を正面視として定義しており、上下方向は重力方向である。なお、図１及び図２に示す平行斜線は部材の境界を明瞭化するためのもの、図３，４の平行斜線は平坦面を示すものであり、いずれも断面の表示ではない。

本実施形態の吸気マニホールドは、合成樹脂製の第１〜第４部材１，２，３，４を前後方向に重ねて接合することで構成されており、サージタンクを内蔵した形態になっている。その概要を図２に基づいて説明すると、次のとおりである。

すなわち、吸気マニホールドは、シリンダヘッドＣに固定されるフランジ６を有する第１部材１と、第１部材１に前側から重なった第２部材２、第１部材１に後ろから重なった第３部材３、第２部材２に前から重なった第４部材４とで構成されており、第１部材１と第２部材２との間にサージタンク部７が形成されている。

吸気マニホールドの吸気通路８は、側面視では楽器のホルンに似た形態を成しており、大まかには、後ろ向きに凹状に曲がった前湾曲部９と、側面視で前向きに凹状に曲がった後ろ湾曲部１０と、後ろ湾曲部１０の下端から前向きに突出したストレート部１１とで構成されており、前湾曲部９の上端と後ろ湾曲部１０の上端とが互いに連通し、前湾曲部９の下端はサージタンク部７に開口している。

更に述べると、第２部材２の前面と第３部材３の前面とは前向き凸状に湾曲しており、両者の曲がりの程度を変えることにより、両者の間に前湾曲部９が形成されている一方、第１部材１及び第４部材４の後面は側面視で後ろ向き凸状に湾曲しており、両者の曲がりの程度を変えることにより、両者の間に吸気通路８の後ろ湾曲部１０が形成されている。隣り合ったストレート部１１は互いに連続しており、先端に設けたフランジ６がシリンダヘッドＣに固定される。ストレート部１１の大部分は第１部材１に形成されている。

吸気通路８の前湾曲部９は、第２部材２と第３部材３との合わせ面に形成されている。従って、前湾曲部９の始端はサージタンク部７の下端部に開口している。図３，４のとおり、第１部材１と第２部材２とは、左右片方に突出したはみ出し部１３，１４を有しており、第２部材２のはみ出し部１４に、前向きに開口した吸気入口１５を設けている。図１のとおり、吸気入口１５の箇所には、スロットルボデー（図示せず）を固定するボス部１６が形成されている。

第１部材１のはみ出し部１３と第２部材２のはみ出し部１４とで挟まれた部分は、サージタンク部７の一部になっている。従って、吸気入口１５からサージタンク部７に流入した吸気は、前湾曲部９に下方から流入して上向きに流れ、前湾曲部９及び後ろ湾曲部１０で後ろ向きから下向きに旋回し、下端において前向きに方向を変えてシリンダヘッドＣの吸気ポートに流入する。

第１部材１と第２部材２とは、サージタンク部７の下側でかつ後ろ湾曲部１０の上方において互いに重合している。図３，４，５等で、両部材２，３の重合部を符号２０，２１で示している。そして、図３，４に示すように、両者の重合部２０，２１の合せ面に、ブローバイガス通路１８とＥＧＲ通路１９とが形成されている。両通路１８，１９は、吸気通路８を横切るように左右方向に細長い形態になっており、ブローバイガス通路１８が上に位置してＥＧＲ通路１９が下に位置するように、囲いリブ２２及び仕切リブ２３により、上下背中合わせ状に形成されている。

つまり、ブローバイガス通路１８とＥＧＲ通路１９とは、全体として左右横長の囲いリブ２２の内側に位置しており、囲いリブ２２の内部を、細長い左右長手の仕切リブ２３によって上下に仕切ることにより、ブローバイガス通路１８とＥＧＲ通路１９とが背中合わせ状態に形成されている。図３〜５（Ａ）に明示するように、仕切リブ２３の幅はブローバイガス通路１８及びＥＧＲ通路１９の幅よりも遥かに小さくなっている。
実施形態では、囲いリブ２２と仕切リブ２３とを第１部材１と第２部材２との両方に形成しているが、これらリブ２２，２３は、第１部材１と第２部材２とのうちいずれか片方のみに形成してもよい。

第１部材１の重合部２０には、ブローバイガスを各吸気通路８の後ろ湾曲部１０に分配するためのブローバイガス穴２４と、ＥＧＲガスを各吸気通路８の後ろ湾曲部１０に分配するためのＥＧＲ穴２５とが空いている。

ＥＧＲ通路１９の一端部（左端部）は、ＥＧＲ通路１９の長手上端縁の側に広がる（突出する）幅広の入口部１９ａになっている。従って、ＥＧＲ通路１９は正面視で略Ｌ形の形態を成している。他方、ブローバイガス通路１８の入口部１８ａは、ＥＧＲ通路１９の入口部１９ａと反対の他端部（左端部）に形成されており、このブローバイガス通路１８の入口部１８ａは、上側（ブローバイガス通路１８と反対側）に突出して広幅になっている。

ブローバイガス通路１８の終端は、ＥＧＲ通路１９の入口部１９と対向している。従って、ブローバイガス通路１８と吸気通路８とが互いに噛み合ったような形態をなしており、このため、全体をコンパクト化できる。ブローバイガス通路１８の入口部１８ａは、ＥＧＲ通路１９と反対側に向いて広がっているが、ＥＧＲ通路１９の側に突出させて、ＥＧＲ通路１９の終端をブローバイガス通路１８の入口部１８ａに対向させてもよい。

図４に示すように、第２部材２のうちブローバイガス通路１８の入口部１８ａには、ブローバイガス導入口２６が空いている。ブローバイガス導入口２６は、図１に示すように、後ろ向きに突出したボス状の形態を成しており、これにホースが継手を介して接続される。ブローバイガス導入口２６は横向きに開口させたり、下向き或いは上向きに開口させてもよい。

例えば図２に示すように、第２部材２の重合部２１のうち左端部には、ＥＧＲガス流入口２７が左横向きに開口している。ＥＧＲガス流入口２７は、ＥＧＲパイプ（図示せず）がボルトで固定されるフランジ２８に形成されており、図５（Ｂ）に示すように、ＥＧＲガス流入口２７はＥＧＲ通路１９に連通している。

以上の構成において、ブローバイガス通路１８とＥＧＲ通路１９とは、仕切リブ２を挟んで上下背中合わせに配置されているため、狭いエリアにブローバイガス通路１８とＥＧＲ通路１９をまとめて配置することができる。このため、吸気マニホールドをコンパクト化できる。

また、本実施形態のようにサージタンク部７を有して吸気通路８が大きく曲がった形態の吸気マニホールドにおいては、サージタンク部７とストレート部１１との間の部分は一種のデッドスペースになるが、本実施形態では、このデッドスペースを有効利用してブローバイガス通路１８とＥＧＲ通路１９とを形成できる。従って、吸気マニホールドの大型化をより的確に抑制できる。

また、ブローバイガス通路１８とＥＧＲ通路１９とは吸気通路８のうち後ろ湾曲部１０の終端部に位置していて、ＥＧＲガス及びブローバイガスは吸気通路８のうち後ろ湾曲部１０の終端部に供給されており、ＥＧＲガス及びブローバイガスがシリンダヘッドＣの吸気ポートに至るまでに長い距離があるため、ガスを互いに混合させることができると共に、新気ともまんべんなく混合させることができる。また、穴２４，２５から排出されたガスはすぐに吸気通路８のストレート部１１に至るため、ガスが吸気通路８の内面に付着することを抑制できる利点もある。

また、ブローバイガス通路１８にしてもＥＧＲ通路１９にしても、入口部１８ａ，１９ａを広幅に形成すると、入口部１８ａ，１９ａがブローバイガスやＥＧＲガスのバッファ部になって、各吸気通路８にガスを均等に流入させ得るが、ブローバイガス通路１８とＥＧＲ通路１９とを上下に噛み合わせた形態にしているため、吸気マニホールドの高さを高くすることなく（吸気マニホールドを大型化することなく）、ＥＧＲ通路１９にバッファ部となる広幅の入口部１９ａを形成することができる。

本実施形態では、ブローバイガス通路１８は、その入口部１８ａを除いて全長が等しい上下幅になっている。ブローバイガスには正圧は殆どかかっておらず、吸気で吸引される状態になるため、このように全長にわたって等幅であっても差し支えない。

他方、ＥＧＲガスには正圧が掛かっており、終端に向けて移動しようとする性質があるため、ＥＧＲ通路１９が全長にわたって等幅であると、終端に位置したＥＧＲ穴２５に流入するＥＧＲの割合が多くなって、気筒間での燃焼が不均一になるおそれがある。そこで本実施形態では、図３，４のとおり、ＥＧＲ通路１９は、入口部から中途部までは上下等幅で、中途部から終端に向かっては上下幅が徐々に小さくなっている。これにより、各ＥＧＲ穴２５の箇所でのＥＧＲガスの圧力を均等化して、各ＥＧＲ穴２５へのＥＧＲガスの流入量を均等化できる。

本実施形態では、ブローバイガス通路１８及びＥＧＲ通路１９を構成する囲いリブ２２の一部は、サージタンク部７との仕切にもになっている。このため、コンパクト化に一層貢献できると共に、材料の無駄も防止できる。

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、適用対象は３気筒の内燃機関には限らず、２気筒や４気筒以上の内燃機関にも適用できる。吸気マニホールドは実施形態のようなホルン状である必然性ないのであり、箱状等のサージタンク部から吸気通路がシリンダヘッドに向けて延びている単純なタイプや、サージタンク部を備えていないより簡易な吸気マニホールドにも適用できる。

本願発明は、実際に吸気マニホールドに適用できる。従って、産業上利用できる。

Ｃ シリンダヘッド
１ 第１部材
２ 第２部材
３ 第３部材
４ 第４部材
７ サージタンク部
８ 吸気通路
９ 吸気通路の前湾曲部
１０ 吸気通路の後ろ湾曲部
１１ 吸気通路のストレート部
１５ 吸気入口
１８ ブローバイガス通路
１８ａ ブローバイガス通路の入口部
１９ ＥＧＲ通路
１９ａ ＥＧＲ通路の入口部
２０ 第１部材の重合部
２１ 第２部材の重合部
２２ 囲いリブ
２３ 仕切リブ
２５ ＥＧＲ穴
２６ ブローバイガス穴

Claims (2)

1. 複数の吸気通路が並んで形成されている吸気マニホールドであって、
   前記複数の吸気通路が少なくとも一部ずつ形成されている合成樹脂製の第１部材と、前記第１部材に前記吸気通路と反対側から重なって溶着されている合成樹脂製の第２部材とを有しており、前記第１部材と第２部材との合わせ面に、ＥＧＲ通路とブローバイガス通路とが、前記吸気通路の群を横切る方向に細長い姿勢で形成されており、
   前記第１部材に、前記ＥＧＲ通路から各吸気通路に排気ガスを分配して送るＥＧＲ穴と、前記ブローバイガス通路から各吸気通路にブローバイガスを分配して送るブローバイガス穴とが形成されている構成であって、
   前記ＥＧＲ通路とブローバイガス通路とは、当該ＥＧＲ通路及びブローバイガス通路の幅よりも細幅で両通路と同じ方向に細長く延びる仕切リブを挟んで背中合わせ状態に形成されている、
   吸気マニホールド。
2. 複数の吸気通路が並んで形成されている吸気マニホールドであって、
   前記複数の吸気通路が少なくとも一部ずつ形成されている第１部材と、前記第１部材に前記吸気通路と反対側から重なる第２部材とを有しており、前記第１部材と第２部材との合わせ面に、ＥＧＲ通路とブローバイガス通路とが、前記吸気通路の群を横切る方向に細長い姿勢でかつ隣り合った状態で形成されており、
   前記第１部材に、前記ＥＧＲ通路から各吸気通路に排気ガスを分配して送るＥＧＲ穴と、前記ブローバイガス通路から各吸気通路にブローバイガスを分配して送るブローバイガス穴とが形成されている構成において、
   前記ＥＧＲ通路の入口とブローバイガス通路の入口とは、前記吸気通路の群を挟んで互いに反対側に位置しており、前記ＥＧＲ通路及びブローバイガス通路のうち少なくともいずれか一方が、入口部を長手一側縁の側に突出させて幅広と成したＬ形に形成されており、他方の通路を、前記一方の通路の長手一側縁に近接させた状態で終端を一方の通路の入口部に対向させることにより、前記両通路が全体として一方の通路の入口部の幅と同じ程度の幅になっている、
   吸気マニホールド。

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