(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のエンジンシリンダに対して連通可能なプレナムチャンバ(20)と、該プレナムチャンバ(20)に開口して該プレナムチャンバ(20)に周囲空気を供給する取入れダクト(22)とを画成する吸気マニホールド(18)を備える多気筒式内燃エンジン(10)に用いられる内燃機関用吸気装置であって、
上記取入れダクト(22)から上記プレナムチャンバ(20)に進入する空気が実質的に流れる下流側の経路内で上記プレナムチャンバ(20)内に位置せしめられた加熱要素手段(40,42)を有するヒータ(26)を備えており、上記取入れダクト(22)は、空気流を受入れる取入れ部分(31)を有し、上記プレナムチャンバ(20)は、上記吸気マニホールド(18)の長辺方向に略平行な方向において空気流を受入れる矩形の開口部(24)を有し、上記取入れダクト(22)と上記矩形の開口部(24)とは、上記取入れダクトの断面を円形断面から矩形断面へ変化させる箱状の遷移部(33)によって接続されており、上記箱状の遷移部(33)は、上記取入れダクト(22)が取付けられた側面の反対側の側面に曲線部を有しており、上記箱状の遷移部(33)は、上記空気流を上記曲線部において約９０度回転させるようになっており、上記取入れダクト(22)の取入れ部分(31)から最遠位置側で且つ上記曲線部の終端部分に位置する上記開口部(24)の一部に上記加熱要素手段(40,42)が取付けられ、実質的に全ての空気が慣性により上記加熱要素手段(40,42)上に導かれることを特徴とする内燃機関用吸気装置。
【請求項２】
上記エンジン(10)は、複数のシリンダを直列配置したものであり、上記吸気マニホールド(18)は、上記シリンダのすべてに実質的に重なるように長寸化され、該吸気マニホールド(18)の一端に上記取入れダクト(22)が位置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項３】
上記吸気マニホールド(18)は、上記エンジン(10)への取付面から所定幅をもって延在する長寸の側壁(21)と、該側壁(21)に接続する一側縁と上記取付面に向けて延伸する他側縁とを有する長寸の頂壁(23)と、上記側壁(21)及び上記頂壁(23)の間で上記取付面から延在する略三角形状の一対の端壁(25,27)とを備えてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項４】
上記取入れダクト(22)は、上記側壁(21)の一端側に接続されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項５】
上記吸気マニホールド(18)は、実質的に上記取付面内に位置せしめられた外辺フランジ(19)を更に備えてなることを特徴とする請求項３又は４に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項６】
上記取入れダクト(22)は、上記吸気マニホールド(18)の側壁(21)において上記プレナムチャンバ(20)の取入れ口を形成する略矩形の開口部(24)を有し、該開口部(24)の長さは、上記プレナムチャンバ(20)の長さの約半分であり、かつ、上記ヒータ(26)は、上記開口部(24)から吐出される空気の流路内に位置せしめられることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項７】
上記エンジン(10)は６気筒であるとともに、上記ヒータ(26)は、上記開口部(24)の長さの一部にわたって延在し、これにより６気筒より少ないシリンダを有するエンジンにも使用可能であることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項８】
上記頂壁(23)に上記ヒータ(26)を取付ける手段(28,32)を更に備えてなることを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項９】
上記取付け手段は、上記ヒータ(26)に接続されるとともに上記頂壁(23)を貫通延伸する少なくとも２個の螺条付き要素(28,32)を備えることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項１０】
上記螺条付き要素(28,32)は、上記ヒータ(26)に対して電気接続されるとともに上記頂壁(23)とは電気絶縁されることを特徴とする請求項９に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項１１】
上記ヒータ(26)は、上記開口部(24)の上部及び下部に配置され且つ上記開口部(24)の幅方向に延在する側壁(66,64)を有するとともに、対向する取付フランジ(61,63)を有し、かつ、略矩形の開口を両者間に形成すべく位置せしめられた上下の成形ハウジング(62,60)と、上記略矩形開口を通る空気流が当該リボン状包旋形抵抗要素(40,42)の両側面上を円滑に通過すべく、上記ハウジング(62,60)の間に位置せしめられた少なくとも一個のリボン状包旋形抵抗要素(40,42)と、該抵抗要素(40,42)を上記成形ハウジング(62,60)から電気絶縁する手段とを備えてなることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項１２】
上記抵抗要素(40,42)を電源に電気接続する手段を更に備え、該電気接続手段は、上記抵抗要素(40,42)の両端と上記取付フランジ(61,63)とを貫通延伸する螺条付き導電要素(28,32)と、該導電要素(28,32)を上記取付フランジ(61,63)から電気絶縁する手段(68,70)とを備えてなることを特徴とする請求項１１に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項１３】
上記導電要素(28,32)は、上記抵抗要素(40,42)及び上記成形ハウジング(60,62)を取付けるための上記吸気マニホールド(18)の開口を貫通延伸し、上記吸気マニホールド(18)から上記導電要素(28,32)を電気絶縁する手段(72,74)を更に備えてなる請求項１２に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項１４】
上記ヒータ(26)は、ボルト、リベット、または、該ヒータ(26)の上記加熱要素手段(40,42)に対する電気接続も提供する他の締着手段により上記吸気マニホールド(18)に取付けられることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項１５】
上記ヒータ(26)は、中央タップ(30)を有するとともに、直列の２個の半体の各々が定格抵抗／電圧の半分を有する抵抗要素であることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の内燃機関用吸気装置。
【請求項１６】
６気筒のエンジンに対し上記矩形の開口部(24)は３個のエンジンシリンダの吸気ポート上に延在するとともに、上記ヒータ(26)は２個のエンジンシリンダの吸気ポート上に延在することを特徴とする請求項７乃至１５のいずれか１項に記載の内燃機関用吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の空気取入システムとしての内燃機関用吸気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮点火式内燃機関の空気取入システムにヒータを含めることは、特に寒冷周囲条件下での冷機起動時間および作動間における白煙を減少する上で極めて有用である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空気取入システム中へのヒータの位置決めは、収納上の問題を呈する。と言うのも、それは他の構成要素と干渉し得ると共に、吸気マニホールドの上方においてエンジンアセンブリの高さを増加し易いからである。これに加え、空気取入システム中のヒータの配置によっては、ヒータが過熱個所を発生させてその信頼性を損なうこともある。米国特許第５５９５１６４号の、特に図１には、取入口１０２と直列な長寸加熱要素２６の部分を、取入口１０２から離間された要素２６の両端部よりも低温にする、という空気の不均一配分の例を示している。結果として、長寸加熱要素２６の両端の過熱により該要素２６の使用寿命は短くなる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上述の不都合を解消せずとも緩和するという観点により、本発明は、複数のエンジンシリンダに対して連通可能なプレナムチャンバと、該プレナムチャンバに開口して該プレナムチャンバに周囲空気を供給する取入れダクトと、を画成する吸気マニホールドと；上記取入れダクトから上記プレナムチャンバに進入する空気の少なくとも相当の部分の経路内となるべく上記プレナムチャンバ内に位置せしめられた加熱要素手段を有するヒータとを備えてなる多気筒式内燃エンジン用の吸気システムを提供する。
【０００５】
本発明によれば、ヒータは吸気マニホールドのプレナムチャンバ内に配置されることから、ヒータは吸気ポートに近接せしめられると共に加熱された空気は燃焼室に到達する前に冷却されない、という利点が得られる。これに加え、その配置は取入れダクトの口部におけるものであることから、吸入空気の全てでは無くても殆どはヒータに露出され、ヒータ温度が低くても最大限のエネルギ伝達が行われる。
【０００６】
本発明の吸気システムはまた、外部へ付加されたヒータアセンブリを必要としないので収納条件も改善する。すなわち、外部へ付加する代わりに上記ヒータは吸気マニホールドのプレナムチャンバ内に収納されることから付加的なスペースをほとんど又は全く取らない。
【０００７】
また、ヒータに対する別体的なハウジングおよびガスケットを必要としないことから、本発明の吸気システムはコストを削減すると共に、不適切にシールされたヒータブロックを介してエンジンの吸気マニホールドに未計量かつ未濾過の空気が進入するリスクを排除する。
【０００８】
上記ヒータは好適には、該ヒータの加熱要素に対する電気接続をも提供するボルトにより上記吸気マニホールドの壁部に取付けられる。
【０００９】
上記加熱要素は好適には、各半体が１２Ｖの定格を有する中央タップを有する抵抗要素である。このようにして、同一のヒータが１２Ｖまたは２４Ｖの電源を有する車両で使用され得る。上記両半体は特に、１２Ｖ電源の場合には供給電圧に対して電気的に並列に接続され、２４Ｖ電源の場合には供給電圧に対して相互に直列に接続される。１２Ｖ／２４Ｖが最も一般的ではあるが、この配置構成は任意の倍電圧用途と互換性を有する。
【００１０】
取入れダクトは複数個のエンジンシリンダの吸気ポートに亙り延在する口部を有すると共に、ヒータもまた複数個のエンジンシリンダの吸気ポートに亙り延在するのが望ましい。
【００１１】
６気筒エンジンの場合、取入れダクトの口部は３個のエンジンシリンダの吸気ポートに亙り延在すると共にヒータは２個のエンジンシリンダの吸気ポートに亙り延在するのが好適である。
【００１２】
プレナムチャンバは略矩形状に形成して全てのシリンダの吸気ポートに重なり、該チャンバの深さはそのひとつの長辺から他方の長辺に傾斜し、取入れダクトの口部はプレナムチャンバの深底側内に開口すべく配置されるのが好都合である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る内燃機関用吸気装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、多気筒式レシプロディーゼルエンジン１０は、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１４及びロッカーカバー（バルブカバー）１６を備えている。この吸気マニホールド１８は、シリンダヘッド１４上に直接にボルト締めされ、吸気ポート上に重なっている。計量された燃料をエンジン１０に対して供給するインジェクタ９を備えた燃料ライン７は、シリンダヘッド１４に沿って延在する。エンジンの他側では、排気マニホールド（図示省略）が排気ポートと連通している。上記エンジンは従来の設計態様ともされ得ることから、その説明は省略する。
【００１４】
エンジン１０は更に、共通ベルト１３によりベルト駆動される付属装置１１を含む。共通ベルト１３は、エンジンクランク軸用プーリ１５に接続されている。別の付属装置１７は、エンジンクランク軸（図示省略）からの伝動装置（図示省略）により駆動される。付属装置１１、１７は、その他のエンジン外部構成要素に含められるものであり、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１４およびロッカーカバー１６の容積以上にエンジン１０全体の容積を相当に増大させてしまう。
【００１５】
エンジン１０の始動を助けるために、従来技術に示されたごとく、吸気マニホールド１８とエンジンシリンダヘッドとの間にヒータを載置することにより吸入空気を加熱することが知られている。しかしながら、上述のように、かかるヒータは多くの短所を有している。と言うのも、それは嵩高い付属装置の残余空間に詰め込まれねばならないからである。本発明によれば、図２乃至図４を参照して以下に記述されるごとく、吸気マニホールド１８のプレナムチャンバ内にコンパクトで効率的なヒータが配備される。
【００１６】
特に図２および図３を参照すると、吸気マニホールド１８は、外辺フランジ１９と、外辺フランジ１９の一側(図２での手前側）で突出する一体的な長寸の側壁２１とを備えたアルミニウム鋳造体である。外辺フランジ１９の他側（図２での奥側）と側壁２１との間には、一体的な頂壁２３が延在して両者を連結している。一体的な三角形状の端壁２５、２７は、両端部を覆うことにより長寸プレナムチャンバ２０を画成する。吸気マニホールド１８のプレナムチャンバ２０の長辺側の長さは、実質的に全ての（例えば６個の）エンジンシリンダの吸気ポートに重なるごときサイズとされる。特に図１に示されるごとく、吸気マニホールド１８は、シリンダヘッド１４上に配置されると共に押えネジ２９により該シリンダヘッド１４に締着されていることから、頂壁２３は、エンジン１０の中心に向けて下方（図１における下側）に傾斜している。これは、燃料ライン７およびインジェクタ９に対するクリアランスを許容するものである。同時に、突出する側壁２１は適切な高さを提供することにより、取入れダクト２２から吸気マニホールド１８への空気流の円滑な遷移を許容する。
【００１７】
取入れダクト２２は吸気マニホールド１８の一体的部分として図示されているが、当業者であれば、取入れダクト２２が吸気マニホールド１８に固定された別体の構成要素として提供され得ることは明らかである。取入れダクト２２は、上流の略筒状の取入れ部分３１を有するが、該取入れ部分３１は、空気フィルタ、過給器、または後部冷却器などの適宜なものに接続された適宜な導管（図示省略）に接続されている。取入れ部分３１は遷移部分３３に至り、空気流を約９０°回転させると共に、流路断面を円形から矩形吐出口２４（特に図３参照）へと変化させるが、吐出口２４の短辺の長さは、突出する側壁２１の高さ寸法よりも僅かに短く、かつ、吐出口２４の長辺は吸気マニホールド１８の約半分の長さであることから、本実施形態においては３個のエンジンシリンダの吸気ポート上に延在している。
【００１８】
加熱要素２６は、図３に示すように、吸入空気の実質的な流路においてプレナムチャンバ２０内に固定されると共に、取入れダクト２２の吐出口２４の幅の約３分の２にわたって延在している。すなわち、加熱要素（ヒータ）２６は、取入れダクト２２の吐出口２４の幅全体にわたって延在するものではない。図３に示すように、６気筒エンジンに使用される吸気マニホールド１８の場合、加熱要素２６は、取入れ用のプレナムチャンバ２０内を通過する空気の均一配分を行うべく、諸条件効果などに十分配慮して位置が決定される。これは、取入れ部分３１から吐出口２４へと約９０°の角度の遷移を行う空気の慣性により、空気はむしろ吐出口２４の遠端に向けて流れるからである。また、従来技術の長寸要素とは異なり、加熱要素２６はコンパクトで、プレナムチャンバ２０に進入する空気の相当の部分を受け持つことができる。
【００１９】
図４に示すように、加熱要素２６は、空気流がそれらの両側面上を円滑に通過すべく取付けられた二つのリボン状抵抗要素４０、４２を有する電気ヒータである。抵抗要素４０は、複数の平行流路を形成すべく包旋形（convoluted shape）に形成されている。抵抗要素４２も同様に形成されている。抵抗要素４０、４２は、外方に突出した取付フランジ６１、６３を夫々有する一対の成形ハウジング６０、６２内に保持される。ネジ３２、２８は、これら取付フランジ６１、６３を貫通して延在することによりハウジング６０、６２を共に保持する。また、ハウジング６０、６２は、抵抗要素４０、４２を所定位置に保持する、略チャネル形状の断面を持つ対の側壁６４、６６を有している。ハウジング６０、６２内には、適切な電気絶縁要素（図示省略）が配備され、抵抗要素４０、４２がハウジング６０、６２に接触しないように保持している。この電気絶縁要素は、抵抗要素４０、４２の包旋を受止する一連の凹所を有する。ネジ３２、２８をハウジング６０の取付フランジ６１から電気絶縁すべく、取付フランジ６１の両側のネジ上には一対の絶縁ワッシャ６８、７０が配備されている。２個の絶縁ワッシャ６８、７０とは別体的に、またはその一方と一体的な絶縁スリーブ（図示省略）は、ネジ３２、２８の外径と取付フランジ６１の縁部との間を軸方向に延在する。
【００２０】
ナット７１は、ネジ３２、２８に螺着されて取付フランジ６１を挟持する。ナット７１は、抵抗要素４０、４２の端部に接して該端部に電気接触する。ハウジング６２に対する電気絶縁も同様に、ネジ３２、２８上に延在する絶縁ワッシャ７２および長寸の電気絶縁用筒状要素７４により行われる。筒状要素７４は、取付フランジ６３を貫通延伸することにより、それらをネジ３２、２８から絶縁する縮径部分（図示省略）を有している。筒状要素７４は、吸気マニホールド１８の頂部の厚さと等しい軸方向長さを有することから、図２および図３に示されたごとく、ネジ２８、３２が取入れダクト２２の吐出口２４近傍の適切な孔を貫通延伸するときにネジ２８、３２は取入れダクト２２から電気絶縁される。ネジ３２、２８上には、吸気マニホールド１８の外側に対する絶縁ワッシャ７３が位置せしめられる。ナット７５は、ネジ３２、２８上に螺着されて加熱要素２６を所定位置に保持する。ネジ３２上には導電性帯片７８が位置せしめられると共に、ナット７５により所定位置に保持される。帯片７８は電源への接続を提供すると共に、ネジ２８は電源の他極への接続を提供する。
【００２１】
図４に示されたように、抵抗要素４０、４２は、ネジ３０と電気的に結合されるが、ネジ３０もまた、吸気マニホールド１８の頂部の厚さと等しい軸方向長さを有する筒状要素８０を含む絶縁要素によりハウジング６２から電気絶縁されることから、ネジ３０は、ネジ２８、３２に対する各孔の中間の適宜な孔を貫通延伸するときに、吸気マニホールド１８から電気絶縁される。ナット８２と吸気マニホールド１８との間には、電気絶縁ワッシャ５２が配備される。
【００２２】
ネジ３０を介した中央電気タップによる加熱要素２６の配備により、１２Ｖおよび２４Ｖの電源により同一の加熱要素を使用することができる。２４Ｖ電源の場合には、供給電圧は単にネジ２８、３２にわたって印加される一方、１２Ｖ電源の場合には、ネジ３０が電源の一方の端子に接続されると共に、ネジ２８、３２が他方の端子に接続される。
【００２３】
使用に際し、冷機起動の間に加熱要素２６に対して電力が供給される。加熱要素２６により生成された熱のほとんどは、吸入空気の加熱に使用され、熱伝導による損失はほとんどない。更に、空気は加熱された後でエンジンシリンダに対して直接的に進入し、その熱の損失は無い。したがって、電気エネルギは効率的に使用される。
【００２４】
上記説明したように、加熱要素２６（ヒータ）は吸気マニホールド１８のプレナムチャンバ２０内に配置されることから、ヒータはエンジンの吸気ポートに近接せしめられると共に、加熱された空気はエンジンシリンダに到達する前にそれほど冷えない、という利点が得られる。これに加え、その配置は取入れダクト２２の吐出口２４におけるものであることから、吸入空気のすべてではなくても、ほとんどはヒータにさらされ、ヒータ温度が低くても最大限のエネルギー伝達が行われる。
【００２５】
本実施形態に係る吸気装置はまた、外部へ付加されたヒータアセンブリを必要としないので収納条件も改善する。すなわち、外部へ付加する代わりに、上記ヒータは吸気マニホールド１８のプレナムチャンバ２０内に収納されることから、付加的なスペースをほとんど又は全く必要としない。更に、ヒータに対する別体的なハウジングおよびガスケットを必要としないことから、本実施形態の吸気装置はコストを削減すると共に、不適切にシールされたヒータブロックを介してエンジンの吸気マニホールドに未計量かつ未濾過の空気が進入するというリスクを排除する。
【００２６】
吸気マニホールド１８の傾斜壁２３は、燃料ライン７およびインジェクタ９に対する適切なクリアランスを許容する一方、側壁２１は、取入れダクト２２に対する適切な高さを許容する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関用吸気装置を備えたエンジンの概略図である。
【図２】図１のエンジンに取付けた吸気マニホールドを外面側から見た斜視図である。
【図３】図１のエンジンに取付けた吸気マニホールドを内面側から見た斜視図である。
【図４】図３の吸気マニホールドに取付けたヒータの斜視図である。
【符号の説明】
７  燃料ライン
９  インジェクタ
１０  多気筒式レシプロディーゼルエンジン
１１、１７  付属装置
１２  シリンダブロック
１３  共通ベルト
１４  シリンダヘッド
１５  エンジンクランク軸用プーリ
１６  ロッカーカバー
１８  吸気マニホールド
１９  外辺フランジ
２０  長寸プレナムチャンバ
２１  長寸側壁
２２  取入れダクト
２３  頂壁
２４  矩形吐出口
２５  端壁
２６  加熱要素（ヒータ）
２７  端壁
２８、３０、３２  ネジ
２９  押えネジ
３１  取入れ部分
３３  遷移部分
４０、４２  抵抗要素
５２  電気絶縁ワッシャ
６０、６２  成形ハウジング
６１、６３  取付フランジ
６４、６６  側壁
６８、７０、７２、７３  絶縁ワッシャ
７１、７５、８２  ナット
７４  電気絶縁用筒状要素
７８  導電性帯片
８０  筒状要素
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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