JP4249919B2

JP4249919B2 - 吸気マニホールド

Info

Publication number: JP4249919B2
Application number: JP2001264118A
Authority: JP
Inventors: 正美大島; 智博神田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2021-08-31
Also published as: JP2003074357A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒内燃機関に適する吸気マニホールドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、内燃機関において吸気行程において気筒内にスワールを発生させて、薄い混合気でも濃い着火部分を発生させるようにして、低燃費性能、低公害化などを可能にしたものがある。
【０００３】
また、例えば特開平１１−３５０９６３号公報に開示されているように、多気筒内燃機関における各気筒間のスワールの均等化を図るようにしたものがある。これは、気筒列方向に沿って長手に設けられた吸気集合部を有するサイドフロー型吸気マニホールドであって、吸気集合部の吸気導入部から最も遠い気筒内におけるスワールの吸気導入部に近い他の気筒内のスワールに対する比（スワール比）を同程度にするように、吸気マニホールドから吸気ポートに向かう吸気主流の流入角度を小さくさせる凸部を吸気ポート入り口近傍に設けたものである
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報の構造のものにあっては、吸気通路内に突出する凸部を設けていることから、吸入空気に対する吸気抵抗となるものであり、吸気効率が悪くなるというという問題がある。
【０００５】
また、吸気マニホールドのポートの断面形状を吸気分岐管の曲がりの内側を外側に対して大きくするようにして、吸入空気の流速分布を均一にするようにしたものがある（例えば特開平６−３０７３０４号・特開平７−２４７９２８号公報）。しかしながら、各気筒毎の吸気分岐通路の形状違いや、吸気マニホールドの集合部からポートに入る部分で各気筒毎に流速分布が異なることなどのため、ポートで流速分布を均一にしても気筒間にてスワール値にばらつきが生じて、排気や燃費が悪化するという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、多気筒内燃機関における各気筒間の吸気スワールを均一化するために、本発明による吸気マニホールドは、複数個の気筒（８ａ〜８ｄ）を整列配置され、かつ前記気筒毎に、シリンダヘッド（２）の気筒中央から気筒列方向にオフセットした位置に吸気流入を行うべく、かつ気筒間で互いに同一形状の入口部を有するように形成された吸気スワール生成用の吸気ポートを備えた多気筒内燃機関のための吸気マニホールドであって、気筒列に沿って長手に設けられ、その長手方向の一端部に吸気導入部を有する吸気集合部（６ａ）と、前記吸気集合部から前記各気筒に向けて吸気を分配供給する吸気分岐通路（７ａ〜７ｄ）とを有し、前記各吸気分岐通路が、対応する前記吸気スワール生成用の前記吸気ポート入口部との連結部にて、該入口部と協働して、気筒中央側に向けて突出する曲成部（１０ａ〜１０ｄ）を形成し、前記曲成部は、前記吸気マニホールドの前記吸気導入部から遠い気筒に連結された吸気分岐通路のものほど、吸気の最大流速部分を気筒中央側に指向させる度合いが強くなるように、前記気筒毎に異なる度合いをもって突出することを特徴としている。
【０００７】
これによれば、曲成部により吸気の最大流速部分を気筒の中央側に指向させることができる。一方、気筒列に沿って長手に設けられかつその長手方向一端部に吸気導入部を有する吸気集合部を設けたサイドフロー型の吸気マニホールド構造にあっては吸気導入部から遠いものほど吸気の最大流速が低下するため各気筒別に最大流速及びその気筒内への流入位置を調整する必要がある。それに対して、吸気導入部から遠い吸気分岐通路にあっては気筒列方向外側に最大流速部分が生じるため、その吸気分岐通路における曲成部の気筒中央側に向かう曲率を大きくすることにより、吸気の最大流速部分を気筒中央側に指向させることができる。それにより、比較的最大流速値が低い吸気導入部から遠いものにおけるスワールの強さを高く維持させることができ、スワールの強さを略均一にすることができる。また、吸気導入部から気筒内に至る吸気通路内に流速を調整する凸部や弁などの異なる形状となる調整手段を設けることなく、吸気分岐通路自体の形状変更により各気筒間のスワールの強さの均一化を図ることができると共に、突起などが無いことから吸気抵抗も小さいため機関出力の低下を防止することができる。
【０００８】
また、シリンダヘッド（２）に前記各気筒（８ａ〜８ｄ）毎に設けられた複数のスワール生成通路（９ａ〜９ｄ）が前記複数の吸気分岐通路（７ａ〜７ｄ）と連結され、前記スワール生成通路（９ａ〜９ｄ）が、前記各気筒（９ａ〜９ｄ）同士の間で略同一形状に形成され、かつ前記吸気分岐通路（７ａ〜７ｄ）が、前記スワール生成通路（９ａ〜９ｄ）との連結部近傍にて大きく曲げられていることによれば、スワール生成通路の手前で吸気の最大流速の指向を変える（気筒中央側に指向させる）ことができることから、シリンダヘッドに形成されるスワール生成通路の形状を気筒別に設計変更することがないためシリンダヘッド側の設計及び加工が容易になると共に、吸気分岐通路のみの設計変更で対処でき、スワールの均一化を容易に図ることができる。
【０００９】
さらに、前記複数のスワール生成通路（９ａ〜９ｄ）が気筒列の中央に対して略対称に形成されていると共に、前記複数の吸気分岐通路（７ａ〜７ｄ）の各前記曲成部（１０ａ〜１０ｄ）が前記気筒列の中央に向けて曲げられていると良い。
【００１０】
これによれば、吸気導入部から遠い方のスワール生成通路では気筒列の中央に対して気筒列方向外側に最大流速が生じることから、曲成部曲がり形状を気筒列中央側に突出させるように形成することにより最大流速部分を気筒列中央側に寄せる向きに吸気の流れを指向させることができる。そして、吸気導入部に近い方のスワール生成通路では気筒列の中央側に最大流速が生じ、そのままでは遠い方のスワール生成通路における最大流速以上になるため、最大流速部分を気筒列中央側から若干離反させる向きに吸気の流れを指向させてスワールの強さを弱めるように、曲成部の曲がり形状を気筒列中央側に突出させるように形成することにより、各気筒同士の間におけるスワールの強さの略均一化を図ることができる。
【００１１】
あるいは、前記複数のスワール生成通路（９ａ〜９ｄ）が同一形状にて気筒列の同一方向に対して配設されていると共に、前記複数の吸気分岐通路（７ａ〜７ｄ）の各曲成部（１０ａ〜１０ｄ）が前記気筒列の同一方向に向けて曲げられていることによれば、シリンダヘッドにスワール生成通路を設けるものにおいてその設計及び加工が容易になると共に、吸気分岐通路側の形状変更のみでスワールの強さを均一化することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明が適用された吸気マニホールド４を示す要部破断平面図である。本吸気マニホールド４は、図示されないディーゼルエンジンに適用され、そのシリンダヘッドの一側面に接続されるものとする。吸気マニホールド４には、図２に併せて示されるように、図示されないエアクリーナ側から流入してくる吸気を取り入れるための吸気導入部５と、吸気導入部５に連通しかつ上下２室に分けて設けられた各集合部６ａ・６ｂと、各集合部６ａ・６ｂから４本ずつシリンダヘッド２に向けて延出するように設けられた各吸気分岐通路７ａ・７ｂ・７ｃ・７ｄ・７ｅ・７ｆ・７ｇ・７ｈとが設けられている。
【００１４】
図１に示されるように本図示例のエンジンは４気筒であり、シリンダブロック１には４つの気筒８ａ・８ｂ・８ｃ・８ｄが直列に配設されている。そして、上記吸気マニホールド４の各集合部６ａ・６ｂが気筒列に沿って長手に設けられており、本エンジンにおける吸気マニホールド４はサイドフロー型である。なお、ウォータジャケットは図示省略している。
【００１５】
シリンダヘッド２には、吸気分岐通路７ａ〜７ｈとそれぞれ連結される各吸気ポート９ａ・９ｂ・９ｃ・９ｄ・９ｅ・９ｆ・９ｇ・９ｈが開設されている。各吸気ポート９ａ〜９ｈは２本ずつペアになって各気筒８ａ〜８ｄと連通している。また、図１における気筒８ａ〜８ｄ内の４つの想像線の円は、吸気ポート９ａ〜９ｈに連通する２つが吸気バルブポートであり、他の２つが排気バルブポートである。なお、吸気ポート９ａ〜９ｈは、シリンダヘッド２の吸気分岐通路７ａ〜７ｈとの連結面に設けられた開口から気筒８ａ〜８ｄ内に臨む開口に至る間の通路を言うものとする。
【００１６】
また、８本の吸気分岐通路７ａ〜７ｈが各集合部６ａ・６ｂをペアとする２本ずつに分けられており、その各ペア（７ａ・７ｅ、７ｂ・７ｆ、７ｃ・７ｇ、７ｄ・７ｈ）が、シリンダヘッド２の吸気ポートの気筒別の各ペア（９ａ・９ｅ、９ｂ・９ｆ、９ｃ・９ｇ、９ｄ・９ｈ）とそれぞれ連結されている。
【００１７】
なお、一方の集合部６ａから各吸気分岐管７ａ〜７ｄ及び各吸気ポート９ａ〜９ｄを介して気筒８ａ〜８ｄに入る吸気は低速（低回転速度）用として用い、高速（高回転速度）時には他方の集合部６ｂからの吸気を合わせて気筒８ａ〜８ｄに入れるように、例えば吸気導入部５の上流側に設けた図示されないスワールコントロール弁で他方の集合部６ｂに入る吸気導入路を開閉制御するようにして良い。
【００１８】
そして、本エンジンにあっては、上記一方の集合部６ａからの吸気を気筒８ａ〜８ｄに導くべくシリンダヘッド２に設けた各吸気ポート９ａ〜９ｄをスワール生成通路として形成している。すなわち、吸気ポート９ａ〜９ｄを通過する吸気が図１の想像線に示されるように気筒８ａ〜８ｄ内で渦を発生するように、吸気ポート９ａ〜９ｄの形状が設定されている。
【００１９】
上記スワールを発生させるだけなら吸気ポート９ａ〜９ｄの形状で対処できるが、１つの吸気導入部を設けた集合部から分岐されて各気筒に至る複数の吸気分岐通路を有する吸気マニホールドにあっては、集合部から各吸気分岐通路に入る吸気の速度分布が違ってしまう。本図示例のようなサイドフロー型にあっては、吸気導入部５に遠い方の吸気ポート９ａ・９ｂから気筒８ａ・８ｂに入る時の吸気の最大流速部分の位置は外側寄りになってスワールが弱くなってしまうが、近い方の吸気ポート９ｃ・９ｄから気筒８ｃ・８ｄに入る時の吸気の最大流速部分の位置が内側（気筒の中央側）寄りになり、強いスワールが発生する。
【００２０】
それに対して、本発明による図１の第１の例にあっては、吸気分岐通路７ａ〜７ｄの吸気ポート９ａ〜９ｄとの連結部近傍であって吸気分岐通路７ａ〜７ｄ側に、吸気ポート９ａ〜９ｄと共に描くカーブの曲率を大きくするための曲成部１０ａ〜１０ｄを設けている。上記曲率は、図３に代表して示される吸気分岐通路７ａにおいて、吸気ポート９ａの入口近傍と共に描かれるカーブ（図の一点鎖線）の半径をＲとすると、１／Ｒとなる。また、曲成部１０ａと吸気ポート９ａとにより形成されるカーブの突出方向（矢印Ａ）が気筒中央側になるように曲成部１０ａの形状が設定されている。
【００２１】
そして、各曲成部１０ａ〜１０ｄの曲率を変えることにより吸気ポート９ａ〜９ｄに入る吸気の流れに指向性を与えて、吸気の最大流速の流れる方向を気筒８ａ〜８ｄの中央側に向けるようにしている。
これにより、吸気集合部６ａから吸気分岐通路７ａ〜７ｄ及び吸気ポート９ａ〜９ｄを介して気筒８ａ〜８ｄに至る吸気通路の途中に凸部を形成することなく、また吸気通路内の断面形状や断面積を変えることなく、最大流速の位置を変える（気筒中央側）ことができる。
【００２２】
また、スワール生成通路として形成した吸気ポート９ａ〜９ｄが、通常のスワールを発生させる目的によって形成され、かつ図１の例にあっては気筒列方向においてその中心（第２気筒８ｂと第３気筒８ｃの中間）に対して左右対称に形成されていると共に、分岐吸気通路７ａ〜７ｄ及び吸気ポート９ａ〜９ｄ間の連通部分の軸線がシリンダヘッド２の連結面に対して直交している。このようにすることにより、シリンダヘッド２の設計及び中子などの製作が容易になる。そして、曲成部１０ａ〜１０ｄを上記したように吸気分岐通路７ａ〜７ｄ側に設けているため、吸気ポート９ａ〜９ｄ側の設計変更をすることなく、吸気マニホールド４側の設計のみで各気筒８ａ〜８ｄ間のスワールの強さを略均一にすることができ、設計・製作が容易になり、汎用性が高く、また製品コストを低減し得る。
【００２３】
これにより、混合気中の燃料状態の均一化が達成でき、排気ガスの浄化及び燃費の向上を図ることができる。また、本図示例のディーゼルエンジンの場合には黒煙を減少する効果もある。
【００２４】
この第１の例のように各吸気ポート９ａ〜９ｄを左右対称形にすると共に気筒８ａ〜８ｄにおいて気筒列の中央から遠い側にそれぞれ開口するように配設した場合には、曲成部１０ａ〜１０ｄによる曲がり形状をそれぞれ気筒列の中央側に突出させるようにすると良い。すなわち、吸気導入部５から遠い方の吸気ポート９ａ・９ｂでは気筒列の中央に対して気筒列方向外側に最大流速が生じることから、最大流速部分を気筒列中央側に寄せる向きに吸気の流れを指向させるように、曲成部１０ａ・１０ｂの曲がり形状を気筒列中央側に突出させるように形成する。また、吸気導入部５に近い方の吸気ポート９ｃ・９ｄでは気筒列の中央側に最大流速が生じ、そのままでは遠い方の吸気ポート９ａ・９ｂにおける最大流速以上になるため、最大流速部分を気筒列中央側から若干離反させる向きに吸気の流れを指向させてスワールの強さを弱めるように、曲成部１０ｃ・１０ｄの曲がり形状を気筒列中央側に突出させるように形成する。このような単純な形状のレイアウトにより、各気筒８ａ〜８ｄ同士の間におけるスワールの強さの略均一化を図ることができる。
【００２５】
なお、上記曲成部１０ａ〜１０ｄでは吸気を吸気ポート９ａ〜９ｄに向けて押し出す作用を備えており、その押し出し作用を利用して強いスワールを発生させることもできる。また、図示例では、ディーゼルエンジンにおけるスワールコントロール弁と共に用いられる吸気マニホールド４について示したが、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、ガソリンエンジンに用いられる吸気マニホールドであっても良く、その場合にはスワールコントロール弁の代わりに副スロットル弁となるが、吸気マニホールドの構成を変える必要はない。
【００２６】
次に、図４を参照して第２の例について示す。なお、図において上記図１と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この第２の例にあっては、スワール生成通路としての吸気ポート１１ａ〜１１ｄが、図に示されるように気筒列の一方に対して同一方向にかつ同一形状に曲げられている。また、各気筒８ａ〜８ｄにおいて、気筒列の同一方向側に各吸気ポート１１ａ〜１１ｄが開口しかつ他方側に集合部６ｂからの各吸気ポート１１ｅ〜１１ｈが開口するように配設されている。このようにすることにより、シリンダヘッド２に対する各吸気ポート１１ａ〜１１ｄの設計及び加工が容易となる。
【００２７】
この場合でも、吸気導入部５からの遠近によって吸気分岐通路７ａ〜７ｄの流速が違うため、スワールの強さが略同一になるように上記と同様に吸気ポート１１ａ〜１１ｄと吸気分岐通路７ａ〜７ｄとの連結部近傍であって吸気分岐通路７ａ〜７ｄ側に設けた曲成部１２ａ〜１２ｄの曲率を気筒８ａ〜８ｄ別に適宜変えると良い。
【００２８】
図４に示されるように、吸気分岐通路７ａ〜７ｄにあっては吸気導入部５から遠い側の内面に沿って最大流速となる吸気が流れ、また気筒８ａ〜８ｄにおいて吸気導入部５に近い方に吸気ポート１１ａ〜１１ｄが開口していることから、吸気ポート１１ａ〜１１ｄにおいても吸気導入部５から遠い側の内面に沿って最大流速となる吸気を流すことにより、気筒８ａ〜８ｄに流入した際にその中央側に最大流速が位置するようになる。そのように曲成部１２ａ〜１２ｄの曲がり方向を例えば図４に示されるように設定すると共に、気筒８ａ〜８ｄ間でスワールの強さが略同一になるように吸気ポート１１ａ〜１１ｄに対する曲率を気筒８ａ〜８ｄ別に設定する。
【００２９】
また、図５に第３の例について示す。なお、図において上記図１と同様の部分については同一の符号を付してその詳しい説明を省略する。この第３の例にあっては、各吸気ポート１３ａ〜１３ｄが、上記第２の例では各吸気ポート１１ａ〜１１ｄが各気筒８ａ〜８ｄにおいて吸気導入部５側に開口していたのに対して、それぞれ遠い側に開口し、集合部６ｂからの各吸気ポート１３ｅ〜１３ｈが近い側に開口している。なお、各吸気ポート１３ａ〜１３ｄの曲がり形状は同一である。
【００３０】
したがって、吸気ポート１３ａ〜１３ｄの吸気導入部５に近い側の内面に沿って最大流速となる吸気の流れを生じさせることにより、その最大流速が気筒８ａ〜８ｄの中央側に位置するようになる。そのようになるように大曲率部１４ａ〜１４ｄの曲がり方向を例えば図５に示されるように設定すると共に、第２の例と同様に気筒８ａ〜８ｄ間でスワールの強さが略同一になるように吸気ポート１３ａ〜１３ｄに対する曲率を気筒８ａ〜８ｄ別に設定する。この第３の例にあっても作用効果は上記各例と同様である。
【００３１】
なお、図示例ではディーゼルエンジンについて示したが、ディーゼルエンジンに限られるものではなく、本発明は、多気筒内燃機関であれば良く、ガソリンエンジンその他の内燃機関に適用可能である。
【００３２】
【発明の効果】
このように本発明による請求項１によれば、曲成部により吸気の最大流速部分を気筒の中央側に指向させることができ、特にサイドフロー型の吸気マニホールド構造にあっては吸気導入部から遠いものほど吸気の最大流速が低下するため、各気筒別に最大流速及びその気筒内への流入位置を調整する必要があるのに対して、吸気導入部からの遠近に応じて吸気分岐通路における曲成部の気筒中央側に向かう曲率を変えることにより、比較的最大流速値が低い吸気導入部から遠いものにおけるスワールの強さを高く維持させることができ、サイドフロー型において簡単にスワールの強さを略均一にすることができる。また、吸気分岐通路自体の形状変更により各気筒間のスワールの強さの均一化を図ることができると共に、吸気導入部から気筒内に至る吸気通路内に調整手段による突起などが無いことから吸気抵抗も小さいため機関出力の低下を防止することができる。
【００３３】
また、シリンダヘッドに設けられた複数のスワール生成通路が略同一形状に形成され、かつ吸気分岐通路がシリンダヘッドへの接続部近傍にて大きく曲げられていることによれば、スワール生成通路の手前で吸気の最大流速の指向を変える（気筒中央側に指向させる）ことができることから、シリンダヘッドに形成されるスワール生成通路の形状を気筒別に設計変更することがないためシリンダヘッド側の設計及び加工が容易になると共に、吸気分岐通路のみの設計変更で対処でき、スワールの均一化を容易に図ることができる。
【００３４】
さらに、複数のスワール生成通路を気筒列の中央に対して略対称に形成し、各曲成部を気筒列の中央に向けて曲げることにより、吸気導入部から遠い方の曲成部の曲がり形状が気筒列中央側に突出することから、最大流速部分を気筒列中央側に寄せる向きに吸気の流れを指向させることができると共に、吸気導入部に近い方では最大流速部分を気筒列中央側から若干離反させる向きにしてスワールの強さを弱めることにより、各気筒同士の間におけるスワールの強さの略均一化を図ることができる。
【００３５】
また、複数のスワール生成通路を同一形状にて気筒列の同一方向に対して配設すると共に、複数の吸気分岐通路の各曲成部を気筒列の同一方向に向けて曲げることにより、シリンダヘッドにスワール生成通路を設けるものにおいてその設計及び加工が容易になると共に、吸気分岐通路側の形状変更のみでスワールの強さを均一化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく吸気マニホールドの要部破断平面図。
【図２】吸気集合部の縦断面図。
【図３】曲成部の説明図。
【図４】第２の例を示す図１に対応する図。
【図５】第３の例を示す図１に対応する図。
【符号の説明】
２シリンダヘッド
５吸気導入部
６ａ吸気集合部
７ａ〜７ｄ吸気分岐通路
８ａ〜８ｄ気筒
９ａ〜９ｄ吸気ポート（スワール生成通路）
１０ａ〜１０ｄ曲成部

Claims

複数個の気筒を整列配置され、かつ前記気筒毎に、シリンダヘッドの気筒中央から気筒列方向にオフセットした位置に吸気流入を行うべく、かつ気筒間で互いに同一形状の入口部を有するように形成された吸気スワール生成用の吸気ポートを備えた多気筒内燃機関のための吸気マニホールドであって、
気筒列に沿って長手に設けられ、その長手方向の一端部に吸気導入部を有する吸気集合部と、前記吸気集合部から前記各気筒に向けて吸気を分配供給する吸気分岐通路とを有し、
前記各吸気分岐通路が、対応する前記吸気スワール生成用の前記吸気ポート入口部との連結部にて、該入口部と協働して、気筒中央側に向けて突出する曲成部を形成し、
前記曲成部は、前記吸気マニホールドの前記吸気導入部から遠い気筒に連結された吸気分岐通路のものほど、吸気の最大流速部分を気筒中央側に指向させる度合いが強くなるように、前記気筒毎に異なる度合いをもって突出することを特徴とする吸気マニホール。