JP2022143035A - エンジンの吸気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲガスに含まれた水分の処理機能等に優れた吸気マニホールドを提供する。
【解決手段】吸気マニホールド５の吸気枝通路１８は、上向き部２４と頂点部２５と下向き傾斜部２６とを有しており、下向き傾斜部２６は、隔壁２７で区分された下流側のツイン通路部２６ａと、隔壁２７よりも上流側のシングル通路部２６ｂとで構成されている。ＥＧＲガス出口３３は、シングル通路部２６ｂのうち隔壁２７よりも頂点部２５に近い部位に向けて開口している。ＥＧＲ分配通路３２に凝縮水が発生しても、凝縮水はサージタンク１４に溜まることなく吸気に乗って霧化して下流に飛散するため、不具合は生じない。ＥＧＲガス出口３３は頂点部２５に近寄るようにオフセットされているため、ＥＧＲガスと吸気との分散性を向上して、２つの吸気ポート２８でのＥＧＲガス濃度を均等化できる。
【選択図】図４

Description

本願発明は、ＥＧＲ分配通路を備えた吸気マニホールドに関するものである。

自動車用等のエンジンでは、燃費の向上や排気ガスの浄化性能向上等のために、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させている。ＥＧＲガスの還流態様の単純なものは、吸気マニホールドのサージタンクに噴出させるものであるが、この態様では、各気筒への均一分散性に劣る問題や、サージタンクの内部に凝縮水が溜まりやすい問題、或いは、サージタンクから分岐した吸気枝通路の内面がカーボン等で汚損しやすいといった問題がある。

そこで、ＥＧＲガスの分散性向上や凝縮水対策などを課題として様々な提案が成されている。その一例として特許文献１には、ＥＧＲガス還流通路をシリンダヘッドに形成し、シリンダヘッドに形成された吸気ポートにＥＧＲガスを噴出させることが開示されている。

特許文献１は、ＥＧＲガス還流通路をシリンダヘッドに内蔵するものであるため、各吸気ポートにＥＧＲガスを均等に分配できる利点や、ＥＧＲパイプを無くすか又は短くできてエンジンのコンパクト化に貢献できる利点、凝縮水の発生を防止又は大幅に抑制できる利点、吸気マニホールドがＥＧＲガスで汚れることを防止できる利点などがある。

特開２０２０－５１３６１号公報

特許文献１は上記の利点を有するが、改良すべき課題も見受けられる。例えば、シリンダヘッドに多数の通路を形成せねばならないため、シリンダヘッドの加工に手間がかかるおそれがある問題が挙げられる。シリンダヘッドには吸気ポートの他に冷却水ジャケットや燃料噴射用インジェクタなどが配置されており、ＥＧＲガス通路はこれらと干渉しないように空けねばならないため、構造が複雑化することは否めない。

特に、１つの気筒に対応して２つの吸気ポートを独立して形成し、各吸気ポートの箇所ごとにインジェクタを設けている場合、それぞれの吸気ポートにＥＧＲガス通路を連通させる必要があるため、構造の複雑化が倍加するおそれがある。

本願発明はこのような現状を契機に成されたものであり、凝縮水の処理機能などに優れたＥＧＲ分配通路付き吸気マニホールドを提供せんとするもである。

本願発明の吸気マニホールドは、
「複数のシェル状部材を重ねて接合することによって中空構造に形成されて、サージタンクとこれから分岐してカム軸線方向に並んだ複数の吸気枝通路と、前記各吸気枝通路ごとにＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ分配通路とを有し、
前記各吸気枝通路は、吸気が下から上に向けて流れる上向き部と、吸気が方向変換する頂点部と、吸気が前記頂点部から斜め下向きに流れてシリンダヘッドに向かう下向き傾斜部とを有し、前記下向き傾斜部は、下流側に位置して隔壁で２つに仕切られたツイン通路部と、前記ツイン通路部よりも上流側に位置したシングル通路部とで構成されている一方、
前記ＥＧＲ分配通路は前記各枝通路の頂点部よりも高い位置に配置されて、カム軸線方向に長く延びる主分配路と、前記主分配路から分岐した枝分配路とを有しており、前記主分配路の終端と枝分配路の終端とがＥＧＲガス出口になって、１つのＥＧＲガス出口が１つの吸気枝通路に上方から開口している」
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ＥＧＲ分配通路のＥＧＲガス出口は、前記下向き傾斜部におけるシングル通路部のうち前記隔壁よりも頂点部に寄った部位に位置し、かつ、前記隔壁と対向して開口している」
という特徴を備えている。

本願発明では、ＥＧＲ分配通路は吸気マニホールドに一体に形成されているため、製造上の問題はなくて現実性に優れている。そして、ＥＧＲ主通路とＥＧＲ枝通路の形状や長さなどを適宜設定することにより、各吸気枝通路への分配量を均等化してエンジンの運転の安定化に貢献できる。

そして、ＥＧＲガス出口は吸気枝通路の下向き傾斜部に向けて開口しているため、凝縮水が発生してもサージタンクに溜まることはなくて、始動時に水分が気筒に大量に流入してトラブルを起こすような問題は皆無になる。同様に、ＥＧＲガスがサージタンクに入ることはないため、ＥＧＲガスに含まれていた固形成分が水分と一体になってサージタンク内でデポジット化し、これが振動等で分離して気筒に流入してトラブルを引き起こすといった問題も皆無になる。

なお、ＥＧＲガスに凝縮水が混入していても、凝縮水は、吸気枝通路の下向き傾斜部と吸気ポートを介して気筒に向かう途次、吸気の流れで霧化し、排気ガスと一緒に排出される。従って、エンジンの運転には支障はない。

また、ＥＧＲガス出口から噴出したＥＧＲガスは、吸気に乗って隔壁によって分流してツイン通路部に向かうため、シリンダヘッドに形成された一対の吸気ポートにそれぞれインジェクタを配置している２ポート・２インジェクタタイプのエンジンについても、ＥＧＲガス出口の個数を増大させることなく対応できる。

そして、ＥＧＲガス出口が隔壁よりも頂点部の側に偏っている（オフセットされている）ことは、ＥＧＲガス出口が吸気ポートからできるだけ離れていることを意味するが、これにより、排気弁と吸気弁とが開いているオーバーラップ時に排気ガスの噴き戻しがあっても、噴き戻しの影響を抑制してＥＧＲガスの還流を確実化できると共に、ＥＧＲガスに含まれていた固形成分が噴き戻した排気ガスの熱によってデポジット化したり、下向き傾斜部の内面に付着して汚損したりすることを、防止又は大幅に抑制できる。すなわち、下向き傾斜部（及び吸気ポート）のクリーン状態を維持しつつ、ＥＧＲガスの分配性を向上できる。

また、ＥＧＲガス出口は隔壁からできるだけ離れているため、隔壁の手前の段階でＥＧＲガスを吸気にできるだけ分散させることができ、これによっても、２つの吸気ポートに対するＥＧＲガスの均等分散効果が助長される。

実施形態の吸気マニホールドが装着されたエンジンを略側方から見た図である。 吸気マニホールドを略側方から見た図である。 第１シェル状部材を略側方から見た図である。 図１の IV-IV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、自動車用３気筒エンジンの吸気マニホールドに適用している。エンジンは、クランク軸を車幅方向に向けた横置きの姿勢でエンジンルームに搭載されている。また、エンジンは、排気側面を自動車の前進方向に向けている。従って、エンジンは、横向き・前排気タイプである。そして、シリンダボア軸線を、自動車の前進方向に向けて若干の角度だけ前傾させている。

以下では方向を特定するため前後、左右、上下の文言を使用するが、前後方向はカム軸線方向（クランク軸線方向）で、左右方向はカム軸線方向と直交した略水平方向、上下方向は鉛直方向としている。前と後ろについては、エンジンにおいてタイミングチェーンが配置されている側を前、変速機が配置されている側を後ろとしている。必要に応じて各図に方向を明示している。

図１ではエンジンを吸気側面の方から見ており、エンジンは、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを備えている。シリンダヘッド２の上面にはヘッドカバー３が固定されている。シリンダブロック１とシリンダヘッド２とヘッドカバー３の前面には、チェーンカバー（フロントカバー）４が固定されている。

シリンダヘッド２の吸気側面２ａには吸気マニホールド５が固定されている。吸気マニホールド５の後端にはスロットルバルブ（スロットルボデー）６が固定されて、スロットルバルブ６に吸気ダクト７が接続されている。図１，４において符号８で示すのは、インジェクタ９（図４参照）に燃料を供給する燃料デリバリ管である。

(1).吸気マニホールドの基本構造
図４に一部だけを示しているが、吸気マニホールド５は、略左右方向に重なった（正確には、上下方向にも重なっている）第１シェル状部材１０と第２シェル状部材１１と第３シェル状部材１２との３つのシェル状部材を備えており、重なり合ったシェル状部材１０～１２を振動溶着等で接合することにより、中空構造の吸気マニホールド５が形成されている。従って、各シェル状部材１０～１２は合成樹脂の射出成形品である。

図２では吸気マニホールド５を側面方向から見た全体を表示し、図３では第１シェル状部材１０を側面方向から見た全体を表示している。図２において、左下がりのハッチングを表示した部分は第１シェル状部材１０の一部であり、従って、図１，２の大半は第３シェル状部材１２で占められている。第３シェル状部材１２と第２シェル状部材１１とは、殆ど同じ外形である。

図２，３において示す符号１０ａは、シリンダヘッド２に固定するため第１シェル状部材１０に設けたフランジ状締結部であり、これは第３シェル状部材１２から露出している。図２において符号１３で示すのは、ブレーキブースター用の負圧取り出しポートであり、この負圧取り出しポートは第２シェル状部材１１に形成されている。

図３において第１シェル状部材１０を表示しているが、図３において平行斜線（ハッチング）を施した部分は第２シェル状部材１１と重なる重合面であり、重合面において振動溶着等によって第２シェル状部材１１と接合されている。従って、第２シェル状部材１１にも、第１シェル状部材１０と同じ形状の重合面が形成されている。なお、図３では重合面を単なる平坦面に表示しているが、実際には、重合面には環状溝が形成されている。

図３から理解できるように、第１シェル状部材１０には、サージタンク１４を構成する凹所がシリンダヘッド２と反対側に向けて開口している。第１シェル状部材１０の後ろ壁１５には、スロットルバルブ６が固定される受け座１６を突設している。従って、受け座１６に吸気入口１７が開口しており、吸気は、吸気入口１７からサージタンク１４に向けて前向きに噴出する。

第１シェル状部材１０のサージタンク１４は下方に広がっており、第１シェル状部材１０の下部には、３本の吸気枝通路１８の入口部を形成するための３本の下外溝１９が形されている。他方、第１シェル状部材１０のうち凹所を挟んで下外溝１９と反対側に位置した上部には、シリンダヘッドの吸気側面２ａに重なる前後長手のフランジ２０が形成されており、フランジ２０に、３つの吸気出口穴２１がカム軸線方向に並んで開口している。

図１，４のとおり、第３シェル状部材１２には、吸気枝通路１８を形成するための３本の外向き樋状部２２が、サージタンク１４と反対側に膨れた状態でカム軸線方向に並んで形成されている。また、図４に一部だけを示すように、第２シェル状部材１１には、外向き樋状部２２と重なって吸気枝通路１８を構成する３本の内向き樋状部２３が、カム軸線方向に並んで形成されている。

図１に点線で示して図２に一点鎖線で示すように、第２シェル状部材１１の下部には、第１シェル状部材１０の下外溝１９及び第３シェル状部材１２における外向き樋状部２２の下部に重なる３つの下部連通穴１８ａが形成されている。

以上の説明から理解できるように、３本の吸気枝通路１８は、その入口部は第１シェル状部材１０と第２シェル状部材１１と第３シェル状部材１２との三者で形成されて、出口部は主として第１シェル状部材１０によって形成されて、入口部と出口部との間の部位は第２シェル状部材１１と第３シェル状部材１２とで形成されている。従って、サージタンク１４に流入した吸気は、主として後ろから前に向けて流れて前壁の部位で下方に方向変換し、次いで、各吸気枝通路１８の下部連通穴１８ａに流入して、図３に点線の矢印で示すように上向きに方向変換して吸気出口穴２１に至り、図４のとおり、シリンダヘッド２に向けて斜め下方に流れる。

従って、各吸気枝通路１８は、吸気が下から上に向けて流れる上向き部２４と、吸気が方向変換する頂点部２５と、吸気が斜め下方に流れる下向き傾斜部２６とで構成されており、下向き傾斜部２６は、下流側に位置して隔壁２７で前後２つに仕切られたツイン通路部２６ａと、ツイン通路部２６ａよりも上流側に位置したシングル通路部２６ｂとで構成されている。

図４に示すように、シリンダヘッド２には、各気筒に対応して前後一対ずつの吸気ポート２８が形成されており、一対の吸気ポート２８に対応してそれぞれインジェクタ９が配置されている。一対の吸気ポート２８は隔壁２９で区画されており、シリンダヘッド２の隔壁２９と吸気マニホールド５の隔壁２７とは、一直線状に並んでいる。図４において符号３０で示すのはガスケットである。

吸気マニホールド５の隔壁２７のうちシングル通路部２６ｂに向いた始端部は、平断面視でＶ形の形態になっている。従って、吸気は抵抗なく（渦流を発生させることなく）２つのツイン通路部２６ａに分流する。既述の吸気出口穴２１は、吸気枝通路１８の下向き傾斜部２６と殆ど重なっている。

なお、図３に示す符号３１は、ブローバイガスを還流させるためのＰＣＶ還流通路３１である。ＰＣＶ通路３１の出口３１ａは、概ねサージタンク１４の前後中間部に向けて下向き開口している。他方、ＰＣＶ還流通路３１の入口３１ｂは、第１シェル状部材１０におけるフランジ２０のうち、前端の下向き傾斜部２６と中間の下向き傾斜部２６との間の部位に開口している。従って、ＰＣＶ還流通路３１には、シリンダヘッド２に形成されたＰＣＶ中間通路からブローバイガスが供給される。

(2).ＥＧＲガス分配構造
図１，２に示すように（図４も参照）、第２シェル状部材１１と第３シェル状部材１２との上部が重なった部位に、ＥＧＲ分配通路３２が形成されている。この場合、ＥＧＲ分配通路３２は、第３シェル状部材１２に溝を膨出形成することによって形成しているが、第２シェル状部材１１に溝を形成してもよいし、第２シェル状部材１１ と第３シェル状部材１２との両方に溝を形成してもよい。

ＥＧＲ分配通路３２は、後ろから前に向けて延びるＥＧＲ主通路３２ａと、ＥＧＲ主通路３２ａから下方に分岐した２本のＥＧＲ枝通路３２ｂ，３２ｃとで構成されている。ＥＧＲ主通路３２ａは後ろ向きに開口しており、これにＥＧＲバルブ又はＥＧＲパイプ（いずれも図示せず）が接続されている。

ＥＧＲ主通路３２ａの終端とＥＧＲ枝通路３２ｂ，３２ｃの終端とはＥＧＲガス出口３３になっており、前端のＥＧＲガス出口３３は前端の下向き傾斜部２６に開口し、後端のＥＧＲガス出口３３は後端の下向き傾斜部２６に開口し、前後中間部のＥＧＲガス出口３３は中間部の下向き傾斜部２６に開口している。

ＥＧＲガス出口３３と吸気枝通路１８（下向き傾斜部２６）との関係は、図４に明示している。すなわち、ＥＧＲガス出口３３は、吸気枝通路１８の頂点部２５よりも下流側において下向き傾斜部２６に上方から開口しているが、まず、ＥＧＲガス出口３３は、隔壁２７よりも頂点部２５の側に大きくずれた状態に配置されている。また、図３に模式的に示すように、ＥＧＲガス出口３３は隔壁２７と対向して配置されている。

なお、図４はシリンダボアを鉛直姿勢にした状態で表示しており、この場合、頂点部２５を通る鉛直線は符号３４の点線のとおりになるが、既述のとおり、本実施形態を適用しているエンジンは排気側面を少し前傾させたスラント型になっているので、頂点部２５を通る鉛直線は、実際には符号３５で示す一点鎖線の状態になる。

また、ＥＧＲガス出口３３から凝縮水が滴下することがあり、この場合、シリンダボアを鉛直姿勢にした状態では、凝縮水は点線の矢印３６で示すように落ちるが、実際のスラント型エンジンでは、凝縮水は一点鎖線の矢印３７で示すように落ちる（もっとも、運転中には、凝縮水は吸気の流れに乗って下流側に飛ばされる。）。

いずれにしても、ＥＧＲガス出口３３は吸気枝通路１８の頂点部２５よりも下流側に位置しているため、運転中と運転停止後とを問わず、凝縮水がサージタンク１４に溜まることはない。従って、サージタンク１４に溜まった凝縮水がエンジンの始動と同時に大量に気筒に流れ込む現象は発生しない。従って、寒冷環境下での凝縮水に起因した始動時のトラブルを防止できる。

そして、ＥＧＲガス出口３３は下向き傾斜部２６のシングル通路部２６ｂに位置しているが、シングル通路部２６ｂのうち隔壁２７よりも頂点部２５の側に寄っているため、吸気弁と排気弁とが開いているオーバーラップ時に、高温の排気ガスが吸気ポートに噴き戻す現象が発生しても、排気ガスがＥＧＲガス出口３３に到来することはなく、従って、ＥＧＲガスに含まれた固形部分が高熱によって下向き傾斜部２６の内面に付着してデポジット化するといった不具合を防止できる。

また、ＥＧＲガスは吸気の流れに乗って吸気ポート２８に向かうが、ＥＧＲガス出口３３から隔壁２７までの距離を大きく取れるため、吸気へのＥＧＲガスの分散性を高めて、２つの吸気ポート２８へのＥＧＲガスの均等分配性を向上できる。これにより、混合気の濃度を前後の吸気ポート２８で均一化し、燃焼の安定性を向上できる。

なお、ＥＧＲ分配通路３２はその全体が吸気枝通路１８よりも上に配置されているため、ＥＧＲ分配通路３２に凝縮水が溜まることはなくて、凝縮水は速やかに下向き傾斜部２６に落ちる。従って、運転停止後にＥＧＲ分配通路３２に凝縮水が大量に溜まって、これが始動時に気筒に一気に流入するといった現象は生じない。運転中に凝縮水が発生しても、その凝縮水は吸気に乗って霧化するため、運転に悪影響を及ぼすことはない。つまり、凝縮水は、僅かずつなら運転によって問題なく処理できる。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、吸気マニホールドは２つのシェル状部材を接合した態様でもよい。また、ＥＧＲ分配通路は、専用の部材を接合して形成することも可能である。

本願発明は、エンジンの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。

２ シリンダヘッド
５ 吸気マニホールド
６ スロットルバルブ
１０ 第１シェル状部材
１１ 第２シェル状部材
１２ 第３シェル状部材
１４ サージタンク
１８ 吸気枝通路
２０ フランジ
２１ 吸気出口穴
２４ 上向き部
２５ 頂点部
２６ 下向き傾斜部
２６ａ ツイン通路部
２６ｂ シングル通路部
２７ 隔壁
２８ 吸気ポート
３２ ＥＧＲ分配通路
３２ａ ＥＧＲ主通路
３２ｂ，３２ｃ ＥＧＲ枝通路
３３ ＥＧＲガス出口

Claims (1)

1. 複数のシェル状部材を重ねて接合することによって中空構造に形成されて、サージタンクとこれから分岐してカム軸線方向に並んだ複数の吸気枝通路と、前記各吸気枝通路ごとにＥＧＲガスを還流させるＥＧＲ分配通路とを有し、
   前記各吸気枝通路は、吸気が下から上に向けて流れる上向き部と、吸気が方向変換する頂点部と、吸気が前記頂点部から斜め下向きに流れてシリンダヘッドに向かう下向き傾斜部とを有し、前記下向き傾斜部は、下流側に位置して隔壁で２つに仕切られたツイン通路部と、前記ツイン通路部よりも上流側に位置したシングル通路部とで構成されている一方、
   前記ＥＧＲ分配通路は前記各枝通路の頂点部よりも高い位置に配置されて、カム軸線方向に長く延びる主分配路と、前記主分配路から分岐した枝分配路とを有しており、前記主分配路の終端と枝分配路の終端とがＥＧＲガス出口になって、１つのＥＧＲガス出口が１つの吸気枝通路に上方から開口している構成であって、
   前記ＥＧＲ分配通路のＥＧＲガス出口は、前記下向き傾斜部におけるシングル通路部のうち前記隔壁よりも頂点部に寄った部位に位置し、かつ、前記隔壁と対向して開口している、
   エンジンの吸気マニホールド。

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