JP2020002919A - エンジンの吸気構造 - Google Patents

Abstract

【課題】さらなる構造工夫により、前述した空間に制約のあることを受け入れながらも、各気筒の吸入効率を向上させ、排ガス規制の強化にも対応可能となるように、実質的に箱型の吸気マニホルドにおける容積が増やせることが可能なエンジンの吸気構造を提供する。【解決手段】エンジンの吸気構造において、複数の吸気ポートｐを覆う大きさの１つの開口４を備えるマニホルド本体部２と、空気の吸入部３とを有する吸気マニホルド１が設けられ、マニホルド本体部２の内部空間７を隣り合う吸気ポートｐ，ｐどうしの間で仕切る仕切り壁１３を設けるとともに、仕切り壁１３の吸気ポート側端部に連通口１４が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ディーゼルエンジンや建機用エンジンなどの各種エンジンに用いられ吸気構造、即ち、エンジンの吸気構造に関するものである。

エンジンの吸気構造を形成する主な部品である吸気マニホルドは、例えば特許文献１において開示されているように、空気供給側の１つの通路から各気筒（各吸気ポート）に枝分かれしている構造のものが一般的である。

産業用エンジン、例えば、発展途上国向けや廉価機種用の小型ディーゼルエンジンなどにおいては、コスト及び省スペース化のために、各気筒毎に分離せずに各吸気ポートを覆う１つの大きな開口（吸気出口）を備えた吸気マニホルド、いわゆる箱型の吸気マニホルドも多用されている（特許文献２を参照）。

特開２００７−３２１６４１号公報 特開２００１−３２９９２３号公報

箱型の吸気マニホルドでは、吸気ポート毎に枝分かれせず１つの内部空間による吸入路を有しているので、他の吸気ポートから逆流してくる脈動派の影響を受け易い面がある。この影響が大きいと、吸気ポートへの吸入量が所期する量よりも減ってしまい、燃焼状態が悪化し、ディーゼルエンジンでは黒煙やＰＭが増加する不都合を招く。

そこで、箱型の吸気マニホルドでは、その容積を十分に取って、吸気マニホルド自体が各気筒共通のサージタンクにもなるようにして、吸気干渉を減らして吸入量を増やすことが考えられた。吸入量が増えると、出力向上のみならず、ＰＭなどの排ガス低減も行え、排ガス規制の強化に対応可能となる利点が得られる。

しかしながら、小型ディーゼルエンジンでは、複数気筒のうちの端にある吸気ポートの近傍にインジェクションポンプがあり、燃料噴射管の取り回しの関係上、吸気ポート周辺空間には制約がある。故に、吸気マニホルドの形状は制約のある空間に合せたものにならざるを得ず、十分な容積を取ることが難しい問題がある。

本発明の目的は、さらなる構造工夫により、前述した空間に制約のあることを受け入れながらも、各気筒の吸入効率を向上させ、排ガス規制の強化にも対応可能となるように、実質的に箱型の吸気マニホルドにおける容積が増やせることが可能なエンジンの吸気構造を提供する点にある。

本発明は、エンジンの吸気構造において、
複数の吸気ポートが形成されているシリンダヘッドと、複数の前記吸気ポートを覆う大きさの１つの開口を備えるマニホルド本体部及び空気の吸入部を有する吸気マニホルドが設けられ、
前記マニホルド本体部の内部空間を隣り合う前記吸気ポートどうしの間で仕切る仕切り壁を設けるとともに、前記仕切り壁の吸気ポート側端部に連通口が形成されていることを特徴とする。
加えて、吸気ポートに対して作用するファンネルが設けられていると好都合である。

本発明によれば、仕切り壁で吸入路の断面積を絞ることによってベンチュリー効果が発揮され、吸い戻しによる吸気脈動が減衰され、脈動音を低減させることができる。そのための手段としては、マニホルド本体部の内部空間を区切る仕切り壁を設けるだけでよいから、コスト上昇や配置スペースの増大が殆どないようにしながら、合理的、経済的に吸気ポートへの吸入量増大を図ることが可能になる。

その結果、空間に制約のあることを受け入れながらも、各気筒の吸入効率を向上させ、排ガス規制の強化にも対応可能となるように、実質的に箱型の吸気マニホルドにおける容積が増やせることが可能なエンジンの吸気構造を提供することができる。

吸気ポートを含む吸気マニホルドを示す側面図 図１のＺ−Ｚ線断面図 吸気ポート及びエアファンネルを示す側面図 エアファンネルの形状を示し、（Ａ）は図３のＹ−Ｙ線断面図、（Ｂ）は図３のＸ−Ｘ線断面図

以下に、本発明によるエンジンの吸気構造の実施の形態を、立型３気筒の産業用ディーゼルエンジンに適用された場合について、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に吸気マニホルド１が示されている。この吸気マニホルド１は、シリンダヘッド１２の吸気ポートｐに対応した開口４を備えるマニホルド本体部２と、吸入口５を備える空気の吸入部３とを備えている。マニホルド本体部２の開口端面２ａをシリンダヘッド１２の吸気側側面１２ａに当接してボルト止めするためのボルト止め部６がマニホルド本体部２に複数個所（５箇所）形成されている。

マニホルド本体部２は、シリンダヘッド１２に形成されている直列配置された３つの吸気ポートｐ，ｐ，ｐを覆う大きさを有する横長形状の１つの開口４と、開口４を囲繞する外周フランジ壁２Ａを備えている。この箱型の吸気マニホルド１は、外周フランジ壁２Ａの開口端面２ａをシリンダヘッド１２の吸気側側面１２ａに当接させた状態で、ボルト止め部６に通されるボルト１１により、シリンダヘッド１２に取付け可能である。

吸入部３はマニホルド本体部２に対して、その長手方向（開口４の長手方向）に大きく偏った位置に設けられ、吸入口５と開口４とは互いに反対向きに開口している。マニホルド本体部２の内部は、円筒状の１つの吸入口５と横長形状の開口４とを連通させる１つの内部空間である吸入路７に形成されている。

マニホルド本体部２は、上壁８、下壁９、及び背壁１０を備えており、上壁８及び下壁９の開口側端が外周フランジ壁２Ａに形成されている。吸入路７は、上壁８の裏面８ｓ、下壁９の裏面９ｓ、及びは背壁１０の裏面１０ｓなどにより囲まれた場所として形成されている。なお、図２に示されるように、開口端面２ａに開口するシール材収容溝１７が外周フランジ壁２Ａに周設されている。

図１に示されるように、吸入口５から吸込まれた空気は、矢印ａ，ｂ，ｃのように吸入路７を流れ、開口４から３つの吸気ポートｐ（図３も参照）に流れるようになる。なお、図１などにおいては、吸入部３のある方を後、その反対側を前とする。また、図２などにおいては、開口４側を左、背壁１０側を右とする。

〔実施形態１〕
仕切り壁１３について説明する。
図１、図２に示されるように、マニホルド本体部２の吸入路７を隣り合う吸気ポートｐ，ｐどうしの間で仕切る仕切り壁１３が設けられているとともに、仕切り壁１３の吸気ポート側端部に連通口１４が形成されている。連通口１４が、仕切り壁１３における吸気ポートｐ側端部（左側端部）の幅方向（上下方向）で中央部に設けられており、従って、仕切り壁１３は、側面視（前後方向視）の形状が吸気ポートｐ側（左側）に開放されるＵ字状（又はコ字状）に形成されている。

仕切り壁１３は、３つの吸気ポートｐの間、即ち第１吸気ポートｐ１と第２吸気ポートｐ２との間と、第２吸気ポートｐ２と第３吸気ポートｐ３との間の２箇所に設けられている。これら２つの仕切り壁１３，１３により、吸入路７は、第１空間部７Ａと第２空間部７Ｂと第３空間部７Ｃとに区切られたような状態になっている。第１空間部７Ａと第２空間部７Ｂとは前側の仕切り壁１３の連通口１４で連通され、第２空間部７Ｂと第３空間部７Ｃとは後側の仕切り壁１３の連通口１４で連通されている。

仕切り壁１３は、マニホルド本体部２と一体成形によりなるものでもよいし、マニホルド本体部２に取り付けられる別の部品に形成されてもよい。また、各仕切り壁１３の吸気ポート並び方向（前後方向）の位置や形状などは、任意に変更設定が可能である。また、仕切り壁１３の厚さも適宜に選択設定することが可能である。

連通口１４は、図２では仕切り壁に１３に形成された切欠きであるが、大きな１つの孔や、複数又はや多数の小孔から形成されてもよい。また、連通口１４を、切欠きと孔との両方で形成してもよい。仕切り壁１３の壁面１３ａ，１３ａは互いに平行であるとか平坦面であるのが好ましいが、左右方向視で鼓形や樽形を呈するように、仕切り壁１３の厚みを変化させてもよい。

仕切り壁１３を設けたことによる作用効果などについて説明する。
仕切り壁１３によって区切られた第１〜第３空間部７Ａ，７Ｂ，７Ｃは、仕切り壁１３に比べて面積（断面積）の十分小さい連通口１４で連通されているから、連通口１４によるベンチュリー効果が発揮され、吸入気筒の吸気ポートｐ以外の吸気ポートｐの容積分の空気を吸出せるようになる。つまり、仕切り壁１３で吸入路７の断面積を絞ることにより、吸い戻しによる吸気脈動が減衰され、脈動音を低減させることができる。

仕切り壁１３によって区切られた第１〜第３空間部７Ａ，７Ｂ，７Ｃが、対応する吸気ポートｐ１，ｐ２，ｐ３に対するサージタンクのような機能を発揮し、各気筒吸入時の吸気干渉が減って吸入空気量を増やすことができる。従って、出力の向上、排ガス、特にＰＭの低減に繋がり、排ガス規制強化により高次元で対応させることが可能になる。

〔実施形態２〕
エアファンネル１５について説明する。
図３及び図４に示されるように、３つ（複数の一例）の吸気ポートｐ１，ｐ２，ｐ３が形成されているシリンダヘッド１２が設けられている。このシリンダヘッド１２には、ボルト１１の螺着が可能な雌ネジ部１８が５箇所に形成されており、５つのボルト１１を用いて吸気マニホルド１をボルト止めすることができる。

吸気マニホルド１は、３つの吸気ポートｐ１，ｐ２，ｐ３を覆う大きさの１つの開口４を備えるマニホルド本体部２及び空気の吸入部３を有する箱型の吸気マニホルド１（図１参照）である。図３の仮想線ｅは、シリンダヘッド１２に取り付けられた状態の吸気マニホルド１の外郭線を示している。シリンダヘッド１２には、各吸気ポートｐ（ｐ１，ｐ２，ｐ３）に対して作用するエアファンネル（ファンネルの一例）１５が設けられている。

図３及び図４（Ａ），（Ｂ）に示されるように、エアファンネル１５は、ラッパ上に拡がる誘導内周面１９を有するファンネル作用部１５Ａと、シリンダヘッド１２に取り付けるための嵌合基部１５Ｂとを有する左右方向視で矩形環状を呈するファンネルに構成されている。ファンネル１５は、ファンネル作用部１５Ａがシリンダヘッド１２の吸気側側面１２ａから吸気マニホルド１側（右側）に、即ち、吸気マニホルド１の吸入路７に突出する状態で設けられている。

誘導内周面１９は、先端側（右側）に行くほどより大きく開く開花曲線Ｒが施されており、円滑な空気導入作用を発揮させることが可能である。なお、図４においては、ファンネル作用部１５Ａの先端部（右端部）が角張っているように描かれているが、丸められている方が好ましい。ファンネル作用部１５Ａの外面２０は、嵌合基部１５Ｂの外面２１よりも前後上下に張出しているので、これら両者２０，２１の間には段差面１６が形成されている。

シリンダヘッド１２には、吸気ポートｐの入口側端（吸気側側面１２ａ側端）の内周を一段広くした装着凹部２２が形成されている。従って、エアファンネル１５は、その嵌合基部１５Ｂを装着凹部２２に圧入などにより嵌め込むことにより支持されている。なお、冷やし嵌め、ボルト止めなど、圧入以外の手段によりシリンダヘッド１２に取り付けてもよい。図４に示されるように、嵌合基部１５Ｂにおける誘導内周面１９と、吸気ポートｐの内周面２３とは互いに同一面となっているが、そうでなくてもよい。

エアファンネル１５を設けたことによる作用効果などについて説明する。
各吸気ポートｐ１，ｐ２，ｐ３は、エアファンネル１５の採用により空気導入形状が強化されて空気の吸い込みが促進され、吸気マニホルド１の容積を増やすことなく吸気ポートｐへの吸入量を増大させることが可能になる。

従って、吸入空気量が増得るだけでなく、エアファンネル１５による空気の流れ易さが向上することで、各気筒吸入時の吸気干渉も減るから、出力の向上、排ガス、特にＰＭの低減に繋がり、排ガス規制強化により高次元で対応させることが可能になる。

なお、このエアファンネル１５と、実施形態１の仕切り壁１３とを併用すれば、両者１５，１３の相乗効果により、各気筒の吸入効率がさらに向上するようになり、排ガス規制の強化にも無理なく対応させることが可能である。

〔別実施形態〕
（１）仕切り壁１３の数は気筒数によって異なってもよいし、隣り合う吸気ポートｐ，ｐ間に２個以上設けてもよい。
（２）仕切り壁１３の壁面１３ａに凹凸や起伏、或いは波形を付けてもよい。
（３）仕切り壁１３とエアファンネル１５との両方を設けた吸気構造でもよい。

（４）エアファンネル１５は、図４（Ａ）と（Ｂ）に示されるように、横断面と縦断面とで誘導内周面１９の曲率が互いに異なっているが、同じでもよい。
（５）ファンネル作用部１５Ａの突出量は、吸気マニホルド１との関係において任意に設定することが可能である。
（６）エアファンネル１５を、ボルト止めなどによって吸気マニホルド１に取り付けたり支持させたりすることが可能である。

１ 吸気マニホルド
２ マニホルド本体部
３ 吸入部
４ 開口
７ 内部空間（吸入路）
１２ シリンダヘッド
１２ａ 端面
１３ 仕切り壁
１４ 連通口
１５ ファンネル
ｐ 吸気ポート

Claims (6)

1. 複数の吸気ポートを覆う大きさの１つの開口を備えるマニホルド本体部と、空気の吸入部とを有する吸気マニホルドが設けられ、
   前記マニホルド本体部の内部空間を隣り合う前記吸気ポートどうしの間で仕切る仕切り壁を設けるとともに、前記仕切り壁の吸気ポート側端部に連通口が形成されているエンジンの吸気構造。
2. 前記連通口が、前記仕切り壁における前記吸気ポート側端部の幅方向で中央部に設けられており、前記仕切り壁は、側面視の形状が吸気ポート側に開放されるＵ字状又はコ字状に形成されている請求項１に記載のエンジンの吸気構造。
3. 複数の吸気ポートが形成されているシリンダヘッドと、複数の前記吸気ポートを覆う大きさの１つの開口を備えるマニホルド本体部及び空気の吸入部を有する吸気マニホルドとが設けられ、
   前記吸気ポートに対して作用するファンネルが設けられているエンジンの吸気構造。
4. 前記ファンネルは、前記シリンダヘッドの吸気マニホルド側の端面から吸気マニホルド側に突出する状態で設けられている請求項３に記載のエンジンの吸気構造。
5. 前記ファンネルは、シリンダヘッドに支持されている請求項３又は４に記載のエンジンの吸気構造。
6. 前記吸気ポートが３つ並んだ直列３気筒エンジンに適用されている請求項１〜５の何れか一項に記載のエンジンの吸気構造。

Images