JP5866011B2 - 吸気マニホールド - Google Patents

Description

本発明は、内部にインタークーラが配置された吸気マニホールドに関する。

例えば、特許文献１には、水冷式のインタークーラが樹脂製の吸気マニホールドのサージタンク内に配置された構成が開示されている。このように、インタークーラを吸気マニホールドに組み付けると、吸気システム全体の容積を相対的に小さくして、過給機の反応を向上させることが可能となる。

ここで、水冷式のインタークーラは、例えば、金属製の複数の部材をろう付け等で結合させることで、吸気が流れる吸気流路部に対して冷却水が流れる冷却水流路部が水密となるように構成される。そのため、上記インタークーラのろう付けされた部分の結合強度は低くなる。また、インタークーラに対する振動入力は、インタークーラの結合強度が低い部分に悪影響を及ぼす可能性があり、コレクタ部内にインタークーラを配置する場合、吸気マニホールドに固定される部位以外で、インタークーラが吸気マニホールドに対して極力接触しないようにすることが望ましい。

また、樹脂製の吸気マニホールドでは、樹脂の熱収縮等による変化量が季節、天候、形状、肉厚等の要件により変化する。特に、剛性が低い部分では、変形量のばらつきが大きくなるため、吸気マニホールドの最終的な形状を正確に予測するのは困難である。

そこで、吸気マニホールド内にインタークーラを組み付けるような場合には、熱収縮等による変形後であってもインタークーラと吸気マニホールドとが極力干渉しないようにするためには、吸気マニホールドとインタークーラとの間に予め大きめの隙間が生じるように設定する必要がある。

しかしながら、吸気マニホールドとインタークーラとの間に生じる隙間を大きく設定するほど、この隙間に流れ込む吸気量が相対的に増加し、インタークーラ内の吸気流路部を流れる吸気量が相対的に減少することになるため、上記隙間を必要以上に大きく設定してしまうとインタークーラでの吸気の冷却性能が低下してしまうという問題がある。

特開２０１２−８２７７０号公報

そこで、本発明の吸気マニホールドは、インタークーラが収容されるインタークーラ収容部の内壁面に、上記インタークーラと干渉しないように上記インタークーラ収容部の内側に向かって突出するリブが形成されていることを特徴としている。

本発明によれば、インタークーラ収容部の内壁面にリブを形成することで、リブ根本の壁部の剛性が相対的に高くなり、リブ及びリブ根本の壁部の変形量のばらつきを相対的に小さくすることができる。そのため、インタークーラとインタークーラ収容部との間隙を、インタークーラとリブ先端との間隙を最小値として両者が干渉（接触）することがない範囲で相対的に小さく設定することが可能となり、間隙の通気抵抗を相対的に大きくすることができるので、インタークーラ収容部内で、インタークーラを迂回して下流側に流れる吸気の量を低減し、インタークーラによる吸気の冷却効率が低下してしまうことを抑制することができる。

本発明に係る吸気マニホールドの全体構成を模式的に示した説明図。 本発明に係る吸気マニホールドの側面図。 本発明に係る吸気マニホールドの単体を模式的に示した説明図。 図３中の一点鎖線で囲んだ領域Ｂの拡大図。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図。 リブと吸気の流れる方向とを模式的に示した説明図。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１及び図２は、本発明に係る吸気マニホールド１の全体構成を模式的に示した説明図であって、図１は正面図、図２は右側面図である。図３は、吸気マニホールド１単体を模式的に示した説明図であって、インタークーラ５が組み付けられる前の正面図である。図４は、図３において一点鎖線で囲んだ領域Ｂを拡大して示した説明図である。また、図５は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

吸気マニホールド１は、過給機（図示せず）を備えた直列４気筒の内燃機関（図示せず）に適用されるものであって、樹脂材料からなり、図１及び図２に示すように、吸気が導入されるコレクタ部２と、コレクタ部２内の空気を各気筒へ分配する４つの分岐通路３ａ〜３ｄが形成された分岐通路部３と、を有し、分岐通路部３の下流側端に形成されたフランジ部４でシリンダヘッド（図示せず）に固定される。

コレクタ部２は、気筒列方向（図１、図３、図５における左右方向であり、図２にあっては紙面垂直方向）に沿って細長い略直方体形状を呈し、図１、図３及び図５に示すように、吸気が導入される吸気導入口２ａと、吸気導入口２ａの下流側に位置し、気筒列方向に沿って延びる細長い吸気導入路２ｂと、吸気導入路２ｂの下流側に位置し、水冷式のインタークーラ５が収容されるインタークーラ収容部６と、を有している。インタークーラ収容部６は、略直方体形状の空間であり、その開口７がコレクタ部２の外壁面に形成される。例えば、図示せぬスロットル弁等が配置される上流側から吸気マニホールド１に供給された吸気は、図５中に矢示するように、吸気導入口２ａから吸気導入路２ｂを経てインタークーラ収容部６へ導入され、インタークーラ５内を流れる冷却水との熱交換により冷却され、分岐通路３ａ〜３ｄを経て各気筒に分配される。なお、図５中の１５は、コレクタ部２と一体形成された整流板であり、吸気導入路２ｂ内の吸気が気筒列方向に沿って広がりながらインタークーラ収容部６に流入するように、気筒列方向に対して傾いて設定されている。

インタークーラ５は、例えば、複数の金属製の部材をろう付け等により互いに接合してなり、インタクーラ収容部６内にあってコレクタ部２内を流れる吸気を冷却水との間で熱交換を行う略直方体形状の熱交換部５ａと、インタークーラ収容部６の開口７を塞ぐ矩形板状の蓋部５ｂと、から大略構成されている。インタークーラ５は、熱交換部５ａ側からインタークーラ収容部６の開口７に挿入され、蓋部５ｂの外周縁が開口７の外周側で、ボルト（図示せず）によりコレクタ部２に固定される。なお、図１中の８は、上記ボルトが挿入されるボルト挿入穴である。インタークーラ５がコレクタ部２に固定された状態では、開口７の外周側に配置された環状のパッキン９により、開口７の外部に対する気密性が確保されている。

インタークーラ収容部６は、コレクタ部２を構成する壁部１０によって構成されるものであって、インタークーラ収容部６の内壁面は、これら壁部１０の内壁面となっている。

そして、インタークーラ収容部６は、コレクタ部２との固定部位以外でインタークーラ５と干渉することが無いように、吸気マニホールド１の熱収縮等による成形後の変形を考慮して、インタークーラ５の熱交換部５ａよりも予め大きくなるように設定されている。

詳述すると、インタークーラ収容部６は、開口７の周囲の４つの壁部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄと、開口７に対向する壁部１０ｅに対して、コレクタ部２に組み付けられたインタークーラ５の熱交換部５ａが干渉することがないように、これら５つの壁部１０ａ〜１０ｅとインタークーラ５の熱交換部５ａとの間にそれぞれ所定の隙間が生じるように設定されている。

吸気マニホールド１は、樹脂製であるため、樹脂の熱収縮等による変化量が季節、天候、形状、肉厚等の要件により変化するが、インタークーラ収容部６とインタークーラ５の熱交換部５ａとの間に設定する隙間は、製造時の製品ばらつきや樹脂の熱収縮等による変化量が最大となっても、両者が干渉することがないように設定されている。

そしてさらに、インタークーラ収容部６を構成する壁部１０のうち、気筒列方向の一端側及び他端側に位置する壁部１０ａ、１０ｂの内壁面には、図３〜図５に示すように、インタークーラ５の熱交換部５ａと対向する複数のリブ１１が突出形成されている。ここで、インタークーラ収容部６は、リブ１１が突出形成される壁部１０ａ、１０ｂの熱収縮等による変化量が最大となっても、リブ１１の先端がインタークーラ５の熱交換部５ａに干渉しないように、その壁面とインタークーラ５との間隔が設定されている。リブ１１は、断面矩形の突条であり、開口７へのインタークーラ５の挿入方向に沿うように形成されている。本実施例では、壁部１０ａの内壁面に３本のリブ１１が形成され、壁部１０ｂの内壁面に４本のリブ１１が形成されている。

なお、図１、図２中の１３は、インタークーラ５へ供給される冷却水の導入口であり、図１、図２中の１４は、インタークーラ５から排出される冷却水の排出口である。図１中に矢示するように、冷却水導入口１３から供給された冷却水は、インタークーラ５内を、気筒列方向の他端側（図１における左側）に向かって流れた後、Ｕターンして気筒列方向の一端側（図１における右側）に向かって流れ、冷却水排出口１４から排出される。

このように、インタークーラ収容部６を構成する壁部１０ａ、１０ｂの内壁面にリブ１１を形成することで、壁部１０ａ、１０ｂのうちリブ１１根本部の剛性は相対的に高くなり、リブ１１及びリブ１１根本の壁部１０ａ、１０ｂの熱収縮等による変形量は、リブ１１が形成されない場合に比べて抑制されることになる。すなわち、リブ１１先端の変形量のばらつきは、リブ１１が形成されない場合の壁部１０ａ、１０ｂの変形量のばらつきに比べて相対的に小さくなる。

従って、熱収縮等の変形が生じても壁部１０ａ、１０ｂとインタークーラ５の熱交換部５ａとの間に両者が干渉しないような隙間を設定する場合、壁部１０ａ、１０ｂにリブ１１を形成することで、壁部１０ａ、１０ｂにリブ１１を設定しない場合に比べて、壁部１０ａ、１０ｂの壁面とインタークーラ５の熱交換部５ａとの隙間を相対的に小さくすることが可能となる。

つまり、壁部１０ａ、１０ｂにリブ１１を設けることで、インタークーラ収容部６内におけるインタークーラ５の熱交換部５ａとインタークーラ収容部６との間隙を、熱交換部５ａとリブ１１先端との間隙を最小値として両者が干渉（接触）することがない範囲で最小限にすることができ、間隙の通気抵抗を相対的に大きくすることができるので、インタークーラ収容部６内でインタークーラ５の熱交換部５ａを迂回して下流側の分岐通路部３に流れる吸気の量を低減することができ、インタークーラ５による吸気の冷却効率が低下してしまうことを抑制することができる。

そして、リブ１１を設けることで壁部１０ａ、１０ｂのうちリブ１１根本部の剛性が高くなるため、リブ１１を設けない場合の壁部１０ａ、１０ｂに比べてリブ１１及びリブ１１根本の壁部１０ａ、１０ｂの熱収縮等による変形量の予測が容易となり、インタークーラ５の熱交換部５ａと壁部１０ａ、１０ｂとの間に設定される隙間の寸法管理を容易にすることができる。

また、壁部１０ａ、１０ｂと熱交換部５ａとの間の通気抵抗は、壁部１０ａ、１０ｂにリブ１１を設けることで、リブ１１を設けない場合に比べて大きくなる。ここで、例えば、図６に示すように、壁部１０ａと熱交換部５ａとの間の吸気の流れ（図６中の矢印を参照）を遮るようにリブ１１が設定されている場合には、より効果的に壁部１０ａと熱交換部５ａとの間の通気抵抗を大きくすることができる。これは、リブ１１の先端と熱交換部５ａとの間隙を通過する際の吸気流速の上昇、リブ１１の位置で吸気の流路が縮小することにより生じるエネルギー損失及びリブ１１通過後に吸気の流路が拡大することにより生じるエネルギー損失、によって通気抵抗が増加するからである。なお、図６においては、壁部１０ａと熱交換部５ａとの間の吸気の流れに対してリブ１１が直交するように設定されており、壁部１０ａと熱交換部５ａとの間の通気抵抗を大きくする上では、リブ１１が壁部１０ａと熱交換部５ａとの間の吸気の流れに対して直交していない場合よりも有利となっている。

コレクタ部２は、気筒列方向に沿って細長く、また吸気導入口２ａが気筒列方向の一端側に位置した構成となっているので、インタークーラ収容部６内を流れる吸気は、吸気導入口２ａから導入された吸気流れの慣性により、吸気導入口２ａに近い側（気筒列方向の一端側）に比べ、吸気導入口２ａから遠い側（気筒列方向の他端側）により多く流れる傾向がある。従って、インタークーラ５の熱交換部５ａと壁部１０ｂとの隙間には、インタークーラ５の熱交換部５ａと壁部１０ａとの隙間よりもより多くの吸気が流れ込み易くなる。よって、熱交換部５ａと壁部１０ｂとの隙間を小さく管理することが重要となるため、本実施例では、壁部１０ｂに相対的に多くのリブ１１を設定している。なお、壁部１０ｂよりも吸気導入口２ａに近接している壁部１０ａは、成形上肉厚が相対的に厚く設定され易く、リブ１１の本数を増やしても熱収縮時等の寸法精度管理が難しくなるため、この点からも壁部１０ａ、１０ｂにそれぞれ複数のリブ１１を設ける場合には、吸気導入口２ａから遠い側の壁部１０ｂに設けるリブ１１の本数を、吸気導入口２ａから近い側の壁部１０ａに設けるリブ１１の本数よりも多くすることが望ましい。

Claims (4)

1. インタークーラが収容されるインタークーラ収容部を有する樹脂製の吸気マニホールドにおいて、
   上記インタークーラ収容部は、気筒列方向に沿って細長い直方体形状を呈し、上記吸気マニホールドの外壁面に開口するとともに、気筒列方向の一端側が上記吸気マニホールドの吸気導入口に近接するように設定され、
   上記インタークーラ収容部を構成する壁部のうち、気筒列方向の一端側及び他端側に位置する壁部の内壁面には、上記インタークーラと干渉しないように上記インタークーラ収容部の内側に向かって突出するリブが形成され、
   上記インタークーラ収容部内における上記インタークーラと当該インタークーラ収容部との間隙は、上記インタークーラと上記リブの先端との間隙を最小値として該インタークーラ収容部と該インタークーラとが干渉することがない範囲で最小となるように設定されている吸気マニホールド。
2. 上記インタークーラ収容部の開口は、該インタークーラ収容部に収容されるインタークーラによって塞がれる請求項１に記載の吸気マニホールド。
3. 上記吸気マニホールドは、コレクタ部と、コレクタ部から各気筒に吸気を分配する複数の分岐通路が形成された分岐通路部と、を有するものであって、
   上記インタークーラ収容部は、上記コレクタ部に形成されている請求項１または２に記載の吸気マニホールド。
4. 上記インタークーラ収容部を構成する壁部のうち、気筒列方向の他端側に位置する壁部の内壁面には、気筒列方向の一端側に位置する壁部の内壁面よりも上記リブが多数形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の吸気マニホールド。

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