JP2020002921A - 吸気マニホルド - Google Patents

Abstract

【課題】さらなる構造工夫により、設置場所の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、実質的に容積の拡大が図れる吸気マニホルドを提供する。【解決手段】吸気マニホルド１において、複数の吸気ポートｐを全て覆う大きさに形成された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とを備え、マニホルド本体部２の内部空間７を形成する壁面８ｓ，９ｓ，１０ｓ及び／又は吸入部３の内面５Ａが鏡面仕上げされている。【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る吸気マニホルドの改良に関するものである。

エンジンの吸気マニホルドは、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、いわゆる箱形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

箱形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波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、箱形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、枝分かれ形、箱形を問わず、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。この問題は、吸気マニホルドが箱形の場合はより顕著である。

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、実質的に容積の拡大が図れる吸気マニホルドを提供する点にある。

本発明は、吸気マニホルドにおいて、
複数の吸気ポートを全て覆う大きさに形成された１つの開口を備えるマニホルド本体部と、空気の吸入部とを備え、前記マニホルド本体部の内部空間を形成する壁面及び／又は前記吸入部の内面が鏡面仕上げされていることを特徴とする。

そして、フィン状の突起の多数が、前記マニホルド本体部の開口側端の周囲に並べられて形成されていると好都合である。

本発明によれば、吸気マニホルドの内面が鏡面仕上げされているので、空気の流れがスムーズになり、吸入効率が改善される。そして、多数のフィン状の突起により、マニホルド本体部の開口側端部の放熱性が良くなるので、吸気ポートに流れる空気の冷却性が改善され、空気密度を高めることができる。つまり、吸気マニホルドを、大きさを変えることなくその容積が実質的に拡大されたことに相当している。

その結果、設置場所の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、実質的に容積の拡大が図れる吸気マニホルドを提供することができる。

箱形の吸気マニホルドを示す開口の反対側から見た側面図 マニホルド本体部を示す図１のＺ−Ｚ線断面図 枝分かれ形の吸気マニホルドを示し、（Ａ）は一部切欠きの平面図、（Ｂ）は枝管部分の一部切欠きの正面図

以下に、本発明による吸気マニホルドの実施の形態を、立型の産業用ディーゼルエンジンに適用されている場合について、図面を参照しながら説明する。なお、２気筒〜４気筒用など種々の気筒数に対応した吸気マニホルドに本発明の適用は可能である。

図１及び図２に示されるように、吸気マニホルド１は、シリンダヘッド６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、空気の取入管部５を備える吸入部３とを備えている。マニホルド本体部２は、シリンダヘッド６に形成されている直列配置された３つの吸気ポートｐを覆う大きさを有する横長形状で１つの開口４と、開口４を囲繞する外周フランジ壁２Ａとを備えている。

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、取入管部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つの取入管部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。

吸気マニホルド１は、マニホルド本体部２の外周フランジ壁２Ａをシリンダヘッド６の吸気側の側面６ａに当接させ、５箇所のボルト１１によりシリンダヘッド６に取り付けることが可能である。吸入部３には、図示しないエアクリーナが接続される構成が一般的である。取入管部５から取り込まれた空気は、吸入路７を後から前に向かって流れながら、３箇所の吸気ポートｐに吸い込まれていく。

外周フランジ壁２Ａには、シリンダヘッド６側に開放されたシール材収容溝１３が周設されている。ボルト１１を通す挿通孔１５を備えるボルト止め部１４が、厚肉壁として外周フランジ壁２Ａに沿って形成されている。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。

〔実施形態１〕
図２に示されるように、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などにより形成されている。これら裏面（壁面）８ｓ、９ｓ、１０ｓは精密加工が施されて鏡面仕上げされている。例として、研削加工で表面粗さＲａが１５ｎｍ以下に仕上げられている。バフ掛けが追加されてもよい。また、取入管部５の内周面（壁面）５Ａが鏡面仕上げされてもよい。

図１及び図２に示されるように、マニホルド本体部２の開口側端の周囲にフィン状の突起１２が多数形成されている。具体的には、上壁８及び下壁９の外面における外周フランジ壁２Ａ付近に、厚さの薄い冷却フィン状の突起１２が多数並んで形成されている。フィン状の突起１２は、吸気マニホルド１に一体成形されているが、別部品として取り付けられる構成でもよい。

吸気マニホルド１の内面が鏡面仕上げされているので、空気の流れがスムーズになり、吸入効率が改善される。そして、多数のフィン状の突起１２により、マニホルド本体部２の開口４側端部の放熱性が良くなるので、吸気ポートｐに流れる空気の冷却性が改善され、空気密度を高めることができる。つまり、吸気マニホルド１を、大きさを変えることなくその容積が実質的に拡大されたことに相当している。

このように冷却されながら吸入効率も良くなるので、結果的に吸気ポートｐへ空気を多く送り込むことができる。また、吸入効率がよくなるので、吸入路７が各吸気ポートｐに対する共通のサージタンクとして機能することができ、その点でも各気筒吸気時の吸気干渉を減らすことができる。

従って、吸気マニホルド１の大きさ（容積）を変えることなく、吸気ポートｐへの吸入量を増大させることが可能になり、廉価な手段でありながら、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。

その結果、次の（１）〜（８）の効果を得ることができる。
（１）燃焼が活性化され、黒煙やＰＭの発生量を減少させることができる。
（２）燃焼が活性化され、燃料消費率を改善することが可能になる。
（３）燃焼が活性化され、未燃の燃料に起因した寒冷時の青白煙が抑制される。
（４）燃焼が活性化され、寒冷時の始動性が向上される。
（５）燃焼が活性化され、着火遅れ期間が短縮され、予混合燃焼領域が減り、騒音や振動の低減が可能になる。

（６）空気密度を高めることができるので、排気量を増やさずに出力アップが可能になる。
（７）空気密度を高めることができるので、高地での黒煙排出の低減が可能になる。
（８）吸気温度を低めることができるので、ＮＯｘの排出量が下がるようになる。

〔実施形態２〕
図３（Ａ），（Ｂ）に示されるように、枝分かれ形の吸気マニホルド１に本発明を適用してもよい。この吸気マニホルド１は、直列４気筒エンジン用のものであって、主管（マニホルド本体部２の一例）２１から４本の枝管２２を分岐させている。各枝管２２は、吸気ポートｐに対応した開口４を備えている。

主管２１の一端側を前、他端側を後として、主管２１の中央部から主管２１に沿って主管２１の前端部まで吸気導入管２３を設け、吸気導入管２３の後端部に吸気入口（吸入部３の一例）２７を設け、吸気導入管２３の前端部に反転口２４を設け、この反転口２４で吸気導入管２３と主管２１とを反転状に連通させている。２６は区画壁である。

各枝管２２の開口４側の端部は互いに連結一体化されており、シリンダヘッド６〔図３（Ｂ）を参照〕にボルト止めするための丸孔２５が複数形成されている。そして、各枝管２２の開口４側端の周囲には、フィン状の突起１２が多数形成されている。また、各枝管２２の内面２２Ａ及び／又は主管２１の内面２１Ａが鏡面仕上げされている。

吸入路７などの鏡面仕上げ及び開口４周囲に設けた多数のフィン状の突起１２を有する枝分かれ形の吸気マニホルド１による作用効果は、前述した実施形態１による箱形の吸気マニホルド１による作用効果と同等である。

〔別実施形態〕
２気筒ディーゼルエンジンに用いられる箱形の吸気マニホルドに本発明を適用してもよい。また、鏡面仕上げの程度は任意に選択設定することが可能である。
フィン状の突起１２は、図１や図３においては規則正しく等間隔に形成されているが、不規則や不等間隔で形成されてもよいし、大型化されてもよい。

２ マニホルド本体部
３ 吸入部
４ 開口
５Ａ 壁面
７ 内部空間（吸入路）
８ｓ 壁面
９ｓ 壁面
１０ｓ 壁面
１２ フィン状の突起
ｐ 吸気ポート

Claims (5)

1. 吸気ポートに対応した開口を備えるマニホルド本体部と、空気の吸入部とを備え、前記マニホルド本体部の内部空間を形成する壁面及び／又は前記吸入部の内面が鏡面仕上げされている吸気マニホルド。
2. 前記マニホルド本体部の開口側端の周囲にフィン状の突起が形成されている請求項１に記載の吸気マニホルド。
3. 前記フィン状の突起の多数が、前記マニホルド本体部の開口側端の周囲に並べられて形成されている請求項２に記載の吸気マニホルド。
4. 前記開口は、複数の吸気ポートを全て覆う大きさに形成された１つの開口に設定されている請求項１〜３の何れか一項に記載の吸気マニホルド。
5. 吸気ポートが直列に２つ並んだ２気筒又は３つ並んだ３気筒エンジン用のマニホルド本体部を有する請求項１〜４の何れか一項に記載の吸気マニホルド。

Images