(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の吸気ポートがクランク軸線方向に並べて形成されたシリンダヘッドと、前記複数の吸気ポートに対応した複数本の枝管及び隣り合った枝管の間に位置した谷部が並べて配置されている合成樹脂製の吸気マニホールドとを備えていて、
前記吸気マニホールドに、新気でない添加ガスの吐出口が前記各枝管の終端部又は各吸気ポートに開口するように形成されていると共に、前記添加ガスを１つの流入口から前記各吐出口に向けて分配させる分配通路が形成されている構成であって、
前記流入口が、当該流入口を挟んだ両側に前記谷部が存在している位置でかつ前記吐出口よりも上流側に配置されている一方、
前記分配通路は、前記流入口から分岐して前記枝管を横切る方向に延びる第１通路と、前記第１通路の端から曲がって前記谷部において下流方向に向かう第２通路とを有していて、全体として複数の分岐部を有するトーナメント状に形成されている、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、車両用等の内燃機関に関するもので、特に、ＥＧＲガスやブローバイガスのような添加ガスの分配供給構造に特徴を有している。
【背景技術】
【０００２】
例えば車両用の内燃機関においては、排気ガスの浄化促進等を目的として、排気ガスの一部であるＥＧＲガスを吸気系に還流させることが広く行われている。また、クランク室に吹き抜けたブローバイガスを吸気系に還流させることも、広く行われている。更に、燃料タンクで発生した揮発燃料をキャニスタで補集して吸気系に供給することも、広く行われている。
【０００３】
これらＥＧＲガス等の添加ガスは、一般に吸気マニホールドに取り込まれており、吸気マニホールドでの分配構造の例として特許文献１では、クランク軸線方向から見て枝管を下から上に大きく曲げた形態のサージタンク一体式吸気マニホールドにおいて、クランク軸線に長く延びる分配通路を吸気マニホールドの上側に設けて、各枝管の出口寄りの端部の上面に吐出口を開口させた例が開示されている。
【０００４】
他方、特許文献２には、気筒を直立させた内燃機関の吸気マニホールドにおいて、枝管の群の下側にクランク軸線方向に長い分配通路を設けて、各枝管の終端部の下面部に吐出口を開口させることが開示されている。
【０００５】
更に、特許文献３には、パージガスをサージタンクに取り込んで、サージタンクで新気と混合させて吸気マニホールドの各枝管に分配すること、及び、吸気マニホールドの終端部を構成する連結フランジとカバーフランジとの合わせ面に、気筒例の方向に長いＥＧＲ通路を形成して、ＥＧＲ通路から各枝管にＥＧＲガスを分配することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−２１９６２６号公報
【特許文献２】特開２０１２−０８７７３２号公報
【特許文献３】特開２０１０−２６５８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１は、添加ガスが枝管の終端寄りに吐出されるため、吸気通路の汚れ抑制の面では優れているが、分配通路が吸気マニホールドの上に配置されるため、内燃機関の高さが高くなって、コンパクト性に欠けるという問題が懸念される。
【０００８】
特に、気筒を鉛直線に対して傾斜させたスラント型内燃機関では、内燃機関の配置スペースの高さが限られていることが多いため、特許文献１の構成では、分配通路を設けるスペースを確保できない場合も予想される。また、添加ガスがＥＧＲガスの場合、分配通路にはＥＧＲバルブが接続されていることが多いが、特許文献１のように分配通路を吸気マニホールドの真上に配置すると、ＥＧＲバルブも吸気マニホールドの真上に位置することになるため、スペース確保の困難性は顕著に表れるといえる。
【０００９】
他方、特許文献２では、分配通路は枝管の群の下に配置されているため、内燃機関の高さが高くなることは防止できるが、分配通路の流入口は吸気マニホールドの横に露出するため、ＥＧＲバルブは吸気マニホールドの横に配置することになり、すると、ＥＧＲ装置が全体としてクランク軸線方向に長くなる傾向を呈することになり、従って、コンパクト性が必ずしも十分でないというおそれがある。
【００１０】
更に、ＥＧＲガスの通路については、機関停止後における残留ガスの温度低下やＥＧＲクーラによるガス温度低下によって配管途中に発生する凝縮水の問題がある。すなわち、凝縮水の発生は、まず、管路の腐食防止という点から極力避けるべきであり、また、機関の始動時や運転中に凝縮水が気筒に流入することによるトラブル防止という点からも極力避けるべきであるが、特許文献２では、吐出口は分配通路よりも少し高くなっているため凝縮水が溜まりやすい構造になっており、凝縮水による悪影響を排除し難いという問題も懸念される。
【００１１】
特許文献３について、まず、パージガスについて見ると、特許文献３のようにサージタンクにパージガスを導入すると、パージガスの導入口の位置が適正でないと、パージガストと吸気（新気）との混合が不十分になって、各気筒にパージガスを均等に分配できなくなるおそれがある。
【００１２】
他方、ＥＧＲガスについて見ると、特許文献３は、吸気マニホールドの厚さ内にＥＧＲ通路が形成されるため、厚さ方向のコンパクト化という点では優れているが、ＥＧＲガス流入口は枝管の並方向を向いて外側に位置しているため、ＥＧＲバルブは枝管の並びの外側に配置せねばならず、すると、吸気マニホールドはＥＧＲ装置との全体が枝管の並び方向に広がる傾向を呈して、この面でコンパクト性に劣るといえる。また、吸気マニホールドを構成する部材の合わせ面にＥＧＲ通路を設けた場合は、ＥＧＲ通路の断面積を大きくし難いため、ＥＧＲガスの還流量を増大し難いという問題もある。
【００１３】
本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明は、                                                                  「複数の吸気ポートがクランク軸線方向に並べて形成されたシリンダヘッドと、前記複数の吸気ポートに対応した複数本の枝管と及び隣り合った枝管の間に位置した谷部が並べて配置されている合成樹脂製の吸気マニホールドとを備えていて、
前記吸気マニホールドに、新気でない添加ガスの吐出口が前記各枝管の終端部又は各吸気ポートに開口するように形成されていると共に、前記添加ガスを１つの流入口から前記各吐出口に向けて分配させる分配通路が形成されている」
という基本構成である。
【００１５】
そして、上記基本構成において、
「前記流入口が、当該流入口を挟んだ両側に前記谷部が存在している位置でかつ前記吐出口よりも上流側に配置されている一方、
前記分配通路は、前記流入口から分岐して前記枝管を横切る方向に延びる第１通路と、前記第１通路の端から曲がって前記谷部において下流方向に向かう第２通路とを有していて、全体として複数の分岐部を有するトーナメント状に形成されている」
という構成を付加している。
【００１６】
本願発明において、吸気マニホールドを構成する枝管の終端部は、クランク軸線方向から見て、横向きの姿勢から下向きに湾曲した形態として、湾曲の内側から枝管の内部に向けて吐出口を開口させるのが好ましい。また、分配通路は、流入口から吐出口に向けて下向きとするのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本願発明では、吐出口は枝管の終端部か又は吸気ポートに位置しているため、添加ガスの均等な分配性能に優れている。また、添加ガスがＥＧＲガスやブローバイガスの場合であっても、吸気マニホールドの内面の汚れを大幅に抑制することができる。また、分配通路はトーナメント形状になっているため、添加ガスを各吐出口に均等に分配することができる。
【００１８】
また、添加ガスがＥＧＲガスである場合、凝縮水に関しても利点がある。すなわち、まず、添加ガスの流入口は枝管の群の個所に位置しているため、排気系からＥＧＲガスを導く管路の長さをできるだけ短くできるのであり、これにより、凝縮水の発生を抑制できる。また、吐出口は枝管の終端部か又は吸気ポートに位置していることにより、気筒で発生した熱がＥＧＲガスに伝わりやすくなっており、これにより、ＥＧＲガスに含まれている水分の蒸発が促進されて、凝縮水の発生を抑制できるといえる。
【００１９】
枝管の終端部を湾曲させると、吸気は湾曲の外側に沿って強く流れる傾向を呈するが、本願発明において、湾曲の内側に吐出口を設けると、添加ガスは吸気の強い流れに吸引される傾向を呈するため、吸気と添加ガスとの混合性に優れている利点がある。
【００２０】
更に、本願発明では、分配通路の流入口と吐出口とが枝管の群の表面側と裏面側とに分かれているため、添加ガスの分配通路を枝管の群の上に配置した場合に比べて、吸気マニホールドの高さを低くできる。また、分配通路や流入口がクランク軸線方向にはみ出ることもない。これらの点により、添加ガスの分配通路付き吸気マニホールドを、全体的にコンパクト化できる。その結果、設置スペースの高さに制約があることが多いスラント型内燃機関についても、適用することが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】第１実施形態に係る内燃機関の正面図である。
【図２】吸気マニホールドの斜視図である。
【図３】吸気マニホールドの平面図である。
【図４】吸気マニホールドの底面図である。
【図５】図３の V-V視断面図で、（Ａ）は全体を表示したもの、（Ｂ）は部分拡大図である。
【図６】第１参考例の模式図である。
【図７】第２，３参考例の模式図である。
【図８】第４参考例の要部概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
(1).実施形態の概略
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜５において実施形態を表示しており、まず、実施形態に係る内燃機関の概略を説明する。
【００２３】
図１は内燃機関をクランク軸線方向から見た全体的な正面図であり、この図のとおり、内燃機関は、機関本体の主要要素として、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とを備えており、シリンダヘッド２の頂面にはヘッドカバー３が固定されている一方、シリンダブロック１の底面には、クランクケースブロック４を介してオイルパン５が固定されている。クランク軸は、符号６で表示している。
【００２４】
本実施形態の内燃機関は、シリンダボア軸線７を水平の側に大きく倒したスラント型であり、シリンダヘッド２は、吸気側面８ａを上に向けて、排気側面８ｂを下に向けている。吸気側面８ａはほぼ水平になっており、この吸気側面８ａに吸気マニホールド９を固定している。排気側面８ｂには排気マニホールドが固定されているが、これは図示を省略している。
【００２５】
図２〜４に示すように、吸気マニホールド９は、サージタンク部１０と、これから分岐した４本の枝管１１〜１４とを有している。従って、本実施形態の内燃機関は４気筒であり、吸気マニホールド９はサージタンク一体型になっている。枝管１１〜１４はクランク軸線方向（気筒列方向）に並んでいるが、並びの一端から順に、第１枝管１１、第２枝管１２、第３枝管１３、第４枝管１４と呼ぶこととする。
【００２６】
図１，２，５（Ａ）のとおり、枝管１１〜１４は、上流側のおおよそ半分程度の長さの範囲は水平に近い姿勢であり、次いで、斜め上向きに傾斜した姿勢で立ち上がり、それから若干の長さだけ水平状の姿勢を維持し、終端は下向きになっている。従って、吸気マニホールド９は、上流側から順に、下水平状部１６、傾斜状立ち上がり部１７、上水平状部１８、下向き終端部１９の４つのパートを有している。隣り合ったパートは滑らかに連続している。このため、上水平状部１８と下向き終端部１９とによって湾曲部２０が形成されている。
【００２７】
図２や図３のとおり、各枝管１１〜１４は、下水平状部１６では互いに密接していて束ねられた状態になっており、その始端がサージタンク部１０の内部に開口している。サージタンク部１０には、スロットルボデー（図示せず）が取り付く吸気入り口１０ａを設けている。吸気入り口１０ａは、斜め上向きに開口している。各枝管１１〜１４は、上水平状部１８では平行になっており、上水平状部１８の下流側端部と下向き終端部１９とも略平行になっている。従って、傾斜状立ち上がり部１７と、上水平状部１８の手前側の相当部分とにおいて、クランク軸線方向に広がり変形している。
【００２８】
(2).ＥＧＲガス分配通路
本実施形態では、添加ガスの例としてＥＧＲガスが吸気マニホールド９に添加される。ＥＧＲガスは機関の排気系からＥＧＲパイプ２１によって送られており、傾斜状立ち上がり部１７の終端部の手前側に、ＥＧＲパイプ２１の終端が接続されるＥＧＲガス流入口２２を設けている。ＥＧＲガス流入口２２には、ＥＧＲパイプ２１を接続するための継手用フランジ２３を設けている。継手用フランジ２３はおおむね上下方向に長い形態になっており、上端と下端とにボルト挿通穴を設けている。
【００２９】
なお、ＥＧＲガス流入口２２の配置位置は、実施形態では第３枝管１３の箇所になっているが、必要に応じて任意に設定することができる。例えば、第２枝管１２と第３枝管１３との間に配置してもよい。
【００３０】
図２，３，５に示すように、各枝管１１〜１４における下向き終端部１９のうち、クランク軸線方向から見てシリンダヘッド２に向いた内側の部位には、ＥＧＲガス吐出口２４が開口している。そこで、吸気マニホールド９には、ＥＧＲガス流入口２２から４つのＥＧＲガス吐出口２４にＥＧＲガスを分配するためのＥＧＲガス分配通路２５を設けている。
【００３１】
図２や図３に示すように、ＥＧＲガス分配通路２５は、第２枝管１２と第３枝管１３との外側（上側）においてクランク軸線方向に（枝管１２，１３を横切る方向に）延びる１本の第１通路２５ａと、第１通路２５ａの前後両端から曲がって下流方向に延びる２本の第２通路２５ｂと、第２通路２５ｂの終端から略前後方向に分岐した第３通路２５ｃと、第３通路２５ｃの終端から下流側に延びる第４通路２５ｄとで構成されており、第４通路２５ｄの終端がＥＧＲガス吐出口２４になっている。
【００３２】
第２通路２５ｂは、第１枝管１１と第２枝管１２との間、及び、第３枝管１３と第４枝管１４との間の谷部でかつ外側（上側）に位置しており、各枝管１１〜１４が互いの間隔を広げていることから、２つの第２通路２５ｂも、終端に向けて（下流に向けて）互いの間隔が広がっている。
【００３３】
第１通路２５ａと第２通路２５ｂとは吸気マニホールド９の上側に露出しているが、第３通路２５ｃと第４通路２５ｄとは、吸気マニホールド９の下方に潜った状態になっている。従って、ＥＧＲガス分配通路２５は、隣り合った枝管１１〜１４の間において、吸気マニホールド９を上から下（表面側から裏側）に貫通している。
【００３４】
第３通路２５ｃは、平面視で、終端に行くに従ってＥＧＲガス吐出口２４に近づくように傾斜しており、第３通路２５ｃと第４通路２５ｄとの接続部は、容積が大きいバッファ空間２６になっている。バッファ空間２６と第４通路２５ｃとは、各上水平状部１８の中心線の真下に位置している。従って、ＥＧＲガス吐出口２４も、下向き終端部１９の中心線に向かうように開口している。図５（Ｂ）に明示するように、第４通路２５ｄは、先端に向けて断面積が広がるテーパ状になっている。このため、ＥＧＲガスは拡散しながら吸気通路に噴出する。
【００３５】
本実施形態の吸気マニホールド９は合成樹脂の成形品であり、基本的には、上下２つのメインパーツを重ね合わせてから、高周波加振したり超音波加振したりして溶着している。このため、前後両端には、溶着ためのフランジ２３がはみ出している。但し、ＥＧＲガス分配通路２５の第１通路２５ａと第２通路２５ｂとは２つのメインパーツの接合のみでは形成できないため、補助パーツをメインパーツに溶着している。
【００３６】
(3).実施形態のまとめ
本実施形態は、ＥＧＲガス流入口２２に流入したＥＧＲガスは、２つの第１通路２５ａに分岐してから、第２通路２５ｂの終端において更に２つに分岐する。すなわち、ＥＧＲガス分配通路２５はトーナメント形状になっている。このため、ＥＧＲガス４つのＥＧＲガス吐出口２４に均等に分配することができる。
【００３７】
そして、第２通路２５ｂは隣り合った枝管１１〜１４の間の溝状部分（谷部）に入り込んでおり、かつ、第３通路２５ｃと第４通路２５ｄとは枝管１１〜１４の下方に潜った状態になっているため、ＥＧＲガス分配通路２５が吸気マニホールド９の上に露出することを抑制できる。このため、吸気マニホールド９を全体としてコンパクト化できる。
【００３８】
特に、本実施形態では、継手用フランジ２３を含むＥＧＲガス流入口２２が傾斜状立ち上がり部１７に配置していることから、継手用フランジ２３の大部分やＥＧＲガス流入口２２の前部を上水平状部１８よりも下方に位置させることができるため、コンパクト化を一層促進できる。つまり、本実施形態では、枝管１１〜１４が傾斜状立ち上がり部１７を有することから、吸気マニホールド９の上方に上向き開口の凹所２７（図５（Ａ）参照）が形成された状態になっているが、この凹所２７を継手用フランジ２３の配置個所として有効利用できることにより、吸気マニホールド９のコンパクト化を促進し、延いては、内燃機関の高さをできるだけ低くできるのである。
【００３９】
更に、継手用フランジ２３の接続面２３ａは傾斜状立ち上がり部１７と同様に傾斜しているため、ＥＧＲパイプ２１の終端に設けたフランジの高さも低くすることができる。これにより、内燃機関の高さ抑制に一層貢献できる。なお、継手用フランジ２３の全体を上水平状部１８より下方に配置することも可能である。
【００４０】
本実施形態のように、各枝管１１〜１４の終端部を湾曲部２０に構成すると、図５（Ｂ）に矢印２９で示すように、吸気は湾曲部２０の外側面２０ａに沿って強く流れる傾向を呈する。そして、ＥＧＲガス吐出口２４は湾曲部２０の内側面２０ｂの側に開口させているため、ＥＧＲガスは、吸気の強い流れの吸引作用によって引かれる傾向を呈する。これにより、ＥＧＲガスの供給がスムースに行われると共に、吸気とＥＧＲガスとの混合性も向上できる。
【００４１】
また、ＥＧＲガス吐出口２４は下向き終端部１９の開口縁の間際に設けているため、枝管１１〜１４の内面がＥＧＲガスで汚れることは殆どない。特に、上記のとおり、吸気は湾曲部２０の外側面２０ａの個所を強く流れるため、噴出したＥＧＲガスは外側面２０ａに到達することなく吸気と混合して吸気ポートに送られるのであり、この点からも、吸気マニホールド９の内面がＥＧＲガスで汚れることは皆無に近いといえる。
【００４２】
更に、ＥＧＲガス吐出口２４は各枝管１１〜１４の終端部に位置していることにより、各枝管１１〜１４は吸気のみが流れる部分を長くとることができるため、慣性過給効果を高めることができる。従って、低中速域でのトルク向上にも貢献できる。
【００４３】
実施形態のように、第３通路２５ｃと第４通路２５ｄとの接続部をバッファ空間２６に形成すると、ＥＧＲガスの流れ抵抗を抑制して、ＥＧＲガスをスムースに吐出できる利点がある。また、各気筒は順番に燃焼するため、各枝管１１〜１４の吸気の流れも変動するが、バッファ空間２６を設けると、各枝管１１〜１４の吸気の変動（負圧の変動）がＥＧＲガス分配通路２５に波及することを抑制して、ＥＧＲガスを各枝管１１〜１４に安定的に吐出できる利点もある。
【００４４】
図５のとおり、ＥＧＲガス分配通路２５は、全体としてＥＧＲガス吐出口２４に向けて高さが低くなっている。このため、ＥＧＲガス分配通路２５に凝縮水が溜まることはない。
【００４５】
(4).参考例
図６では、第１参考例を示している。すなわち、この参考例は、ＥＧＲガス分配通路２５の具体例であり、まず、ＥＧＲガス流入口２２から、１本のメイン通路２５ｅが吸気マニホールド９の上側において下流側に向けて延びている。
【００４６】
そして、１つの態様としては、メイン通路２５ｅの終端から４つのＥＧＲガス吐出口２４に向けて、４本の枝通路２５ｆが分岐している。枝通路２５ｆは吸気マニホールド９の下側に位置している。従って、ＥＧＲガス分配通路２５は、メイン通路２５ｅの終端において、第２枝管１２と第３枝管２３との間の部位を上から下に貫通している。図の点線は、吸気マニホールド９の下方に位置していることを示している。
【００４７】
他の態様では、メイン通路２５ｅの終端に、各枝管１１〜１４の群を横切る姿勢の中間通路２５ｇを接続して、中間通路２５ｇから４本の枝通路２５ｆが分岐している。従って、メイン通路２５ｅと中間通路２５ｇとはＴ形に接続されている。図６では、枝通路２５ｆの終端にＥＧＲガス吐出口２４を設けた状態に表示しているが、実施形態のように、各枝管１１〜１４の終端部と変更な第４通路２５ｄを設けて、第４通路２５ｄの終端をＥＧＲガス吐出口２４に構成するのが好ましい。
【００４８】
図７（Ａ）では、シリンダボア軸線７を鉛直姿勢にした内燃機関に適用した第２参考例を示している。この参考例では、シリンダヘッド２の吸気側面は、クランク軸線方向から見て、上に行くに従ってシリンダボア軸線７に近づくように傾斜しており、吸気マニホールド９の各枝管の少なくとも終端部は、斜め下向き部３０になっている。
【００４９】
そして、吸気マニホールド９の上側にＥＧＲガス流入口２２を設けて、ＥＧＲガス分配通路２５を、吸気マニホールド９における隣り合った枝管の間から下方に貫通させて、各枝管への枝通路２５ｆを吸気マニホールド９の下面側に設けている。枝通路２５ｆは、ＥＧＲガス吐出口２４に向けて高さが低くなるように傾斜している。このため、ＥＧＲガス分配通路２５に凝縮水が溜まることはない。
【００５０】
なお、吸気マニホールド９の枝管の始端部は、実線で示すように上向きに曲げてもよいし、一点鎖線で示すように、下向きに曲げてその下端にサージタンク部１０を設けてもよい。
【００５１】
図７（Ｂ）に示す第３参考例では、シリンダボア軸線７を水平にした内燃機関に適用している。この実施形態では、吸気マニホールド９の枝管は、略水平姿勢から下向きに向かうように湾曲しており、下向き部３０にＥＧＲガス分配通路２５の枝通路２５ｆを接続している。
【００５２】
図７（Ａ）（Ｂ）のいずれにおいても、ＥＧＲガス分配通路２５は、吸気マニホールド９の枝管を上から下に貫通しており、ＥＧＲガス吐出口２４は、吸気マニホールド９を挟んでシリンダボアに近い側に位置している。
【００５３】
上記の実施形態及び参考例は、吸気マニホールド９の枝管にＥＧＲガス吐出口２４を設けた場合であったが、図８に示す第４参考例では、ＥＧＲガス吐出口２４をシリンダヘッド２に設けて吸気ポート３１に開口させている。従って、シリンダヘッド２には、各吸気ポート３１毎に、吸気側面８ａに開口した連通路３２が形成されており、吸気マニホールド９に形成したＥＧＲガス分配通路２５の枝通路２５ｆが、連通路３２に接続されている。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１  シリンタブロック
２  シリンダヘッド
６  クランク軸
７  シリンダボア軸線
８ａ  シリンダヘッドの吸気側面
９  吸気マニホールド
１０  サージタンク部
１１〜１４  枝管
１６  下水平状部
１７  傾斜状立ち上がり部
１８  上水平状部
１９  下向き終端部
２０  湾曲部
２１  ＥＧＲパイプ
２２  ＥＧＲガス流入口
２４  ＥＧＲガス吐出口
２５  ＥＧＲガス分配通路
２５ａ  第１通路
２５ｂ  第２通路
２５ｃ  第３通路
２５ｄ  第４通路
２６  バッファ空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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