JP2005061231A

JP2005061231A - エンジンの吸気装置

Info

Publication number: JP2005061231A
Application number: JP2003207117A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Uchiyama; 茂樹内山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2023-08-11
Also published as: CN100434689C; CN1580537A; US7121246B2; DE602004029746D1; US20050034702A1; EP1508687A1; EP1508687B1; JP3975980B2

Abstract

【課題】成型に必要な抜き勾配が形成されても、吸気脈動の減衰や通気抵抗の増加を抑える。
【解決手段】吸気流方向の下流側内壁に成型用の抜き勾配が形成される吸気マニホールド（１１、１２）と、吸気マニホールド（１１、１２）の下流側内壁に装着されて抜き勾配が形成される部分の吸気断面積をほぼ一定にする吸気アダプター（２２、２３、２４）と、を備える。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの吸気装置、特に、吸気マニホールド、またはエンジン本体と吸気マニホールドとの間に介装される吸気通路部材に成型用の抜き勾配が形成されるエンジンの吸気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンのシリンダヘッドに取り付けられる吸気マニホールドに成型用の抜き勾配を形成することが知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−４５６４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近では、軽量化を目的として、樹脂製の吸気マニホールドが採用されるようになっている。樹脂製の吸気マニホールドは例えば射出成型法で成型することができ、複雑な形状を比較的に低コストで製造できる。
【０００５】
ここで、射出成型法は、加熱して可塑化した樹脂材料を高圧で金型内に射出し、冷却固化または加熱硬化させた後、金型を引き抜いて成型品を取り出すものであるため、成型品には金型を引き抜くための抜き勾配を設けることが必要となる。
【０００６】
図１２は、課題の説明のために、吸気マニホールドの下流側部分の要部断面図を示した一例で、下流側部分の内壁に、金型を引き抜くための抜き勾配が形成されている。この成型用の抜き勾配はシリンダヘッドに向かって拡管する向き（図１２（ａ）参照）と縮管する向き（図１２（ｂ）参照）が考えられるが、いずれの場合も、シリンダヘッドに近い部分で吸気通路の断面積が変化する。この吸気通路の断面積の変化は徐々にとはいえ、吸気脈動の減衰を誘引し、また、通気抵抗も増加する。そのため、燃焼室への吸気体積効率が低下し、エンジンの出力特性の改善に余地があった。
【０００７】
本発明は、成型に必要な抜き勾配が形成されても、吸気脈動の減衰や通気抵抗の増加を抑えることができるエンジンの吸気装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
吸気流方向の下流側内壁に成型用の抜き勾配が形成される吸気マニホールドと、吸気マニホールドの下流側内壁に装着されて抜き勾配が形成される部分の吸気断面積をほぼ一定にする吸気アダプターとを備える。
【０００９】
また、エンジン本体と吸気マニホールドとの間に介装される吸気通路部材と、該吸気通路部材に装着される吸気アダプターと、を備え、吸気通路部材の内壁には成型用の抜き勾配が形成され、吸気アダプターは抜き勾配が形成される部分の吸気断面積をほぼ一定にする。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、吸気マニホールドの吸気流方向の下流側内壁に成型に必要な抜き勾配が形成されるが、吸気マニホールドの下流側内壁に抜き勾配が形成される部分の吸気断面積をほぼ一定にするアダプターが装着されるので、成型に必要な抜き勾配が形成される部分において生じていた吸気断面積の拡縮がなくなり、吸気脈動の減衰が抑えられ、その結果、体積効率が向上し、出力特性を高めることができる。
【００１１】
また、抜き勾配が形成される部分の吸気軸線に対して、吸気マニホールドの一方の側の内壁をほぼ平行に形成し、成型に必要な角度の抜き勾配を他方の側の内壁に偏在させれば、他方の側の内壁に大きな抜き勾配を確保でき、この大きな抜き勾配に対応してアダプターを形成できるので、微小な大きさの抜き勾配に対応してアダプターを形成するよりも、生産性が向上する。また、アダプターが吸気制御弁の枢支を兼ねれば、部品点数の増加を抑えることができる。
【００１２】
なお。エンジン本体と吸気マニホールドとの間に吸気通路部材が介装する場合に、吸気通路部材に吸気断面積をほぼ一定にする吸気アダプターを装着しても、同様の効果を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態の吸気マニホールドの全体構成を示す概略斜視図、図２は吸気マニホールドの分岐部の要部縦断面図である。なお、図１には３気筒エンジンの場合を示しているが、本発明は３気筒数エンジンに限定されるものではない。
【００１４】
また、図３〜図５は本発明の吸気マニホールドの考え方を説明するための簡略図で、吸気マニホールド１の外周形状については略して示している。図３は吸気マニホールド１の要部断面図、図４は吸気アダプター２１の縦断面図、図５は吸気アダプター２１を吸気マニホールド１に組み込んだ状態での要部断面図である。
【００１５】
吸気マニホールド１は機能的には図１のようにコレクタ部２と分岐部３とからなり、コレクタ部２のフランジ２ａには図示しない電子スロットル装置が取り付けられ、この電子スロットル装置により調量された空気がコレクタ部２に一旦蓄えられた後に、吸気マニホールド１の分岐部３に流入する。この分岐部３内に流入した空気は図２にも示したように分岐吸気通路３ａ内をまず下方に向かいつつ曲げられて水平左側に向かい、シリンダヘッド４に穿設されている吸気ポート４ｂへと流入し各気筒の燃焼室へと達する。
【００１６】
吸気マニホールド１は、第１マニホールド部品１１と第２マニホールド部品１２との２つの部品からなる。第１マニホールド部品１１は吸気マニホールド１の下流側の通路部分を円筒状に画成すると共にその上流側は半割状に形成され、半割状に形成された第２マニホールド部品１２は第１マニホールド部品１１の半割状の部分と共働して吸気マニホールド１の上流側の通路部分を画成する。第１マニホールド部品１１と第２マニホールド部品１２はいずれも樹脂からなり、それぞれが射出成型された後、振動溶着されて吸気マニホールド１を構成する。
【００１７】
２つのマニホールド部品１１、１２の分かれ目を示す型割りラインは、図２において一点鎖線で示されるように、２つのマニホールド部品１１、１２により形成される分岐吸気通路３ａの中心軸を通って下流に向かい、やがてシリンダヘッド壁４ａに直交し、シリンダヘッド壁４ａまで所定長さＬ１を残すところで鉛直下方に折れ曲がり、シリンダヘッド壁４ａと平行に走っている。
【００１８】
このように型割りラインをシリンダヘッド壁４ａまで所定長さＬ１を残すところで鉛直下方に折れ曲げることにより、第１マニホールド部品１１にシリンダヘッド４側に図２で所定長さＬ１を有する円筒状の分岐吸気通路が一体に形成される。すなわち、ほぼ平らなシリンダヘッド壁４ａに対して、図３にも示すように第１マニホールド部品１１の上側内周壁１１ａが直角に、また第１マニホールド部品１１の下側内周壁１１ｂは、第２マニホールド部品１２の内周壁１２ａよりも後述する所定厚Ｗ１だけ下方に段下げした位置から吸気軸線Ｘに対して所定の勾配αでシリンダヘッド４側に徐々に拡がるように形成されている。
【００１９】
また、第１マニホールド部品１１の左端１１ｅにガスケット２５を収納するための切欠き１１ｆが設けられている。
【００２０】
一方、第２マニホールド部品１２はその内周壁１２ａがシリンダヘッド壁４ａに対して直角に形成され、第２マニホールド部品１２の左端１２ｂには第１マニホールド部品１１の下側外周壁１１ｃとほぼ一致する段付き部１２ｃが形成されている。
【００２１】
シリンダヘッド４の側から第１マニホールド部品１１内に組み込まれる（挿入される）吸気アダプター２１は、図２にも示すように吸気制御を行うための部品であり、図２のように、円筒状通路部品２２と、それ以外の部品とからなっている。このうち円筒状通路部品２２は、分岐吸気通路の中心軸に対して直角に切り落とされた形状の左端２２ａと、上側に所定幅Ｌ２（図４参照）の通路長さを残して斜め下方に切り落としたような形状の右端２２ｂとを有し、左端２２ａと内周壁２２ｅとのなす角が直角となるようにしている。円筒状通路部品２２はまた、その最右端２２ｃに所定の通路厚さＷ１を有し、この通路厚さＷ１より上記勾配αと同じ勾配αでシリンダヘッド４側に肉厚となるようにその下側外周壁２２ｄが形成されている。
【００２２】
また、円筒状通路部品２２を第１マニホールド部品１１に挿入した状態で円筒状通路部品２２の内周壁２２ｅの径と、２つのマニホールド部品１１、１２により形成される分岐吸気通路の径とが等しくなるように円筒状通路部品２２の内周壁２２ｅの径が設定されている。
【００２３】
このため、円筒状通路部品２２を第１マニホールド部品１１に組み込んだ状態では、円筒状通路部品２２の内周壁２２ｅが図２に示したようにシリンダヘッド壁４ａに対して直角となり、かつ円筒状通路部品２２の内周壁２２ｅと第２マニホールド部品１２の内周壁１２ａとが滑らかにつながり、円筒状通路部品２２の内周壁２２ｅと、第１マニホールド部品１１の上側内周壁１１ａとでシリンダヘッド壁４ａ近くにストレートの円柱状分岐吸気通路３ｂが形成される。
【００２４】
上記の円筒状通路部品２２には図２において紙面と垂直な方向に貫く回転軸２３が回動可能に設けられ、この回転軸２３に舌状のタンブル制御弁２４が固定される。回転軸２３の一端は吸気マニホールド外の図示しないアクチュエータに固定され、このアクチュエータによりタンブル制御弁２４が回動される。
【００２５】
タンブル制御弁２４は、常時は分岐吸気通路３ｂの軸心位置（図２の位置）つまり全開位置にあるが、燃焼室内にタンブル流が必要なときには、図示しないエンジンコントローラからの信号を受けてアクチュエータが駆動され、これによりタンブル制御弁２４が図２で時計方向に所定開度だけ回動してタンブル制御弁２４の右端２４ａが円筒状通路部品２２の内周壁２２ｅに近づき分岐吸気通路３ｂを絞る。これにより吸気の流速が高まり燃焼室内にタンブル流が生成される。
【００２６】
ここで、円筒状通路部品２２について上側は所定幅Ｌ２の通路長さしかないのに対して、下側にはかなりの長さである所定幅Ｌ１の通路長さを有させている理由は、タンブル制御弁２４の全閉付近での隙間管理を厳格に行う必要があるためである。
【００２７】
吸気アダプター２１が吸気マニホールド１に組み込まれたとき、吸気マニホールド１の組み付けが完了し、この完成した吸気マニホールド１は、ガスケット２５と共にボルトでシリンダヘッド４に固定される。第１マニホールド部品１１の外周１１ｃの左端部には所定幅Ｌ３を有するフランジ１１ｄが形成され、このフランジ１１ｄに図２で左右方向にボルト孔が穿たれている。
【００２８】
この吸気マニホールドをシリンダヘッド４に固定した状態では、シリンダヘッド壁４ａ近くにストレートな分岐吸気通路３ｂが構成され、シリンダヘッド壁４ａに開口する吸気ポート４ｂと滑らかにつながる。なお、吸気ポート４ｂもシリンダヘッド壁４ａに対して直角に開口されていることはいうまでもない。
【００２９】
ここで、本実施形態の作用効果を説明する。
【００３０】
本実施形態では、一方のマニホールド部品１１にシリンダヘッド壁４ａより所定長さＬ１を有する通路部分を有させ、この所定長さＬ１の通路部分のうち上側通路壁１１ａをシリンダヘッド壁４ａに対して直角に、これに対して所定長さＬ１の通路部分のうち下側通路壁１１ｂをシリンダヘッド壁４ａに向かって吸気軸線Ｘに対し所定の勾配αで広がるように形成し、この所定長さＬ１の通路部分に円筒状通路部品２２とタンブル制御弁２４とからなる吸気アダプター２１を組み込んだとき、円筒状通路部品２２の内周壁２２ｅがシリンダヘッド壁４ａに対して直角になるように円筒状通路部品２２と第１マニホールド部品１１とを形成したので、第１マニホールド部品１１と通路部品２２の組み合わせで構成される分岐吸気通路３ｂの軸心がシリンダヘッド壁４ｂに対して直交して開口することになり（抜き勾配が形成される部分の吸気断面積がほぼ一定となり）、図６実線に示したように体積効率を、図１２に示した場合より向上できることになった。これは、吸入空気流量を多くするのに吸気管内の圧力脈動を有効利用する方法（動的効果）があり、この圧力脈動は分岐吸気通路の径（断面積）が変化せずかつ分岐吸気通路がストレートのときに最も強く現れるからである。
【００３１】
次に、吸気マニホールド１の製造方法について説明する。すなわち、吸気マニホールドを次の手順で製造する。
【００３２】
（１）上部マニホールド１１、下方マニホールド１２を射出成形法で成形する。ただし、本発明は射出成形法そのものに関するものではないので、射出成形法そのものについては簡単に説明する。
【００３３】
図７には、図２で前述した上部マニホールド１１を成形するための三つ割金型３１、３２、３３を組み立てた状態での断面図を示し、これら三つ割金型３１、３２、３３を用いて射出成形法により上部マニホールド１１を成形する。すなわち、第１マニホールド部品１１のうち所定長さＬ１の通路部分内の内周壁を第１割金型３１が、第１マニホールド部品１１のうち残りの内周壁及び外周壁を第２及び第３割金型３３、３２が形成する。
【００３４】
この場合、第１割金型３１を左方向に引き抜くためには例えば図１２（ａ）に示したように上側内周壁３１に抜き勾配β１が、下側内周壁３２抜き勾配β２がそれぞれ必要であるが、本実施形態では上側外周壁１１ａに抜き勾配をつけず、下側外周壁１１ｂのみに抜き勾配αをつけている。従って、本実施形態では、抜き勾配αをβ１とβ２を合計した角度としており、従って三つ割金型３１を図で真左ではなく左下方に向けて三つ割金型３１を引き抜くものである。
【００３５】
一方、下方マニホールド１２は図８に示したように通常の二つ割金型３５、３６を用いて射出成形法により成形する。
【００３６】
（２）このようにして成形した２つのマニホールド１１、１２を型割りラインに沿って合わせた後に振動溶着により接合する。
【００３７】
（３）吸気アダプター２１は、図２、図４、図５に示したように通路部品２２の内周壁２２ｅが通路部品２２の左端２２ａとのなす角が直角となるように、かつ通路部品２２の下側外周壁２２ｄの勾配が下側内周壁１１ｂの抜き勾配αと等しくなるように成形される。
【００３８】
（４）このようにして成形された吸気アダプター２１は、エンジン組み付け時にこの吸気アダプター２１を吸気マニホールド１に左端より挿入した後でガスケット２５と共に吸気マニホールド１の左端をシリンダヘッド壁４ａに接合し、ボルトにより吸気マニホールド１をシリンダヘッド４に固定する。ここでは吸気アダプター２１と吸気マニホールド１との接着はされていないが、両者を接着するようにしてもかまわない。
【００３９】
このように、吸気マニホールド１を製造することで、上面と下面を合わせた第１割金型３１の抜き勾配αは図１２に示した場合の抜き勾配と同じにできるので、第１割金型３１の寿命への影響やスライド型追加等によるコストアップは発生しない。
【００４０】
次に、図９は第２実施形態の吸気アダプター２１を組み込んだ状態での吸気マニホールドの要部断面図で、第１実施形態の図５に対応する。
【００４１】
第２実施形態は、通路部品４２の内周壁４２ｂと、通路部品４２の左端４２ｃに直交する線とのなす角をδとすれば、第１マニホールド部品１１の上側内周壁１１ｇの抜き勾配を上記の勾配δと等しくしたものである。なお、４３は回転軸、４４はタンブル制御弁４４である。
【００４２】
第２実施形態によれば、シリンダヘッド壁４ａより所定長さＬ１の分岐吸気通路部分においては、通路部品４２の内周壁４２ｂと第１マニホールド部品１１の上側内周壁１１ｇとにより形成される分岐吸気通路３ｃの中心軸（吸気軸線Ｘ）が、シリンダヘッド壁４ａに対して直交しないけれども、分岐吸気通路３ｃの通路径（吸気断面積）は変わらないので、体積効率を高めることができる。
【００４３】
本発明は実施形態に限られるものでない。例えば吸気通路長を長くするため、図１０に示したようにシリンダヘッド壁と吸気マニホールド１の分岐部先端の接合面との間に、両側にフランジ部５１ａ、５１ｂを備える吸気通路部品５１を挿入するものがある。この場合に吸気通路部品５１に対して本発明を適用すればよい。
【００４４】
実施形態ではマニホールド部品１１、１２が樹脂からなる場合で説明したが、これに限られるものでない。例えば、マニホールド部品１１、１２がアルミダイキャストからなる場合にも適用できる。
【００４５】
実施形態では吸気制御弁がタンブル制御弁２４である場合で説明したが、これに限られるものでなく、吸気制御弁がスワール制御弁である場合にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の吸気マニホールドの斜視図。
【図２】吸気マニホールドの要部縦断面図。
【図３】２つのマニホールド部品の要部縦断面図。
【図４】吸気アダプターの縦断面図。
【図５】２つのマニホールド部品及び吸気アダプターを組み合わせたときの要部縦断面図。
【図６】体積効率の特性図。
【図７】第１マニホールド部品を製作するための三つ割金型の断面図。
【図８】第２マニホールド部品を製作するための二つ割金型の断面図。
【図９】第２実施形態の２つのマニホールド部品及び吸気アダプターを組み合わせたときの要部縦断面図。
【図１０】第３実施形態の吸気マニホールドの斜視図。
【図１１】吸気アダプターの斜視図。
【図１２】吸気マニホールドの斜視図。
【符号の説明】
１吸気マニホールド
１１、１２マニホールド部品
２１吸気アダプター
２４タンブル制御弁

Claims

吸気流方向の下流側内壁に成型用の抜き勾配が形成される吸気マニホールドと、吸気マニホールドの下流側内壁に装着されて抜き勾配が形成される部分の吸気断面積をほぼ一定にする吸気アダプターと、を備えることを特徴とするエンジンの吸気装置。
抜き勾配が形成される部分の吸気軸線に対して、一方の側の抜き勾配よりも他方の側の抜き勾配を大きく設定した、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
抜き勾配が形成される部分の吸気軸線に対して、一方の側の内壁をほぼ平行に形成し、成型に必要な角度の抜き勾配を他方の側の内壁に偏在させた、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの吸気装置。
抜き勾配が形成される部分の吸気軸線は、吸気マニホールドが装着されるエンジン本体の壁面に対してほぼ直交する、ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のエンジンの吸気装置。
吸気アダプターの吸気流方向の長さは、前記一方の側に比べて前記他方の側が長く形成されている、ことを特徴とする請求項１乃至４に記載のエンジンの吸気装置。
吸気マニホールドは第１マニホールド部品と第２マニホールド部品とを含んで構成され、第１マニホールド部品は吸気マニホールドの下流側の通路部分を円筒状に画成すると共にその上流側は半割状に形成され、半割状に形成された第２マニホールド部品は第１マニホールド部品の半割状の部分と共働して吸気マニホールドの上流側の通路部分を画成する、ことを特徴とする請求項１乃至５に記載のエンジンの吸気装置。
成型用の抜き勾配は、吸気マニホールドの下流側の通路部分を円筒状に画成する第１マニホールド部品に形成される、ことを特徴とする請求項６に記載のエンジンの吸気装置。
成型用の抜き勾配の上流端は、第２マニホールド部品の下流端部に隣接すると共に、第２マニホールド部品の内壁の下流端部から吸気アダプターの厚みに対応して段下げされている、ことを特徴とする請求項７に記載のエンジンの吸気装置。
吸気マニホールドは樹脂で形成され、第１マニホールド部品と第２マニホールド部品はそれぞれ射出成型される、ことを特徴とする請求項６乃至８に記載のエンジンの吸気装置。
吸気マニホールドは第１マニホールド部品と第２マニホールド部品は互いに振動溶着されて構成される、ことを特徴とする請求項９に記載のエンジンの吸気装置。
エンジン本体と吸気マニホールドとの間に介装される吸気通路部材と、該吸気通路部材に装着される吸気アダプターと、を備え、
吸気通路部材の内壁には成型用の抜き勾配が形成され、吸気アダプターは抜き勾配が形成される部分の吸気断面積をほぼ一定にする、ことを特徴とするエンジンの吸気装置。
抜き勾配が形成される部分の吸気軸線に対して、一方の側の抜き勾配よりも他方の側の抜き勾配を大きく設定した、ことを特徴とする請求項１１に記載のエンジンの吸気装置。
抜き勾配が形成される部分の吸気軸線に対して、一方の側の内壁をほぼ平行に形成し、成型に必要な角度の抜き勾配を他方の側の内壁に偏在させた、ことを特徴とする請求項１１に記載のエンジンの吸気装置。
抜き勾配が形成された部分の吸気軸線は、吸気通路部材が装着されるエンジン本体の壁面に対してほぼ直交する、ことを特徴とする請求項１１乃至１３に記載のエンジンの吸気装置。
吸気アダプターの吸気流方向の長さは、前記一方の側に比べて前記他方の側が長く形成されている、ことを特徴とする請求項１２乃至１４に記載のエンジンの吸気装置。
吸気アダプターは吸気制御弁を枢支する、ことを特徴とする請求項１乃至１５に記載のエンジンの吸気装置。
吸気アダプターの内壁との間で吸気制御弁の全閉位置の間隙が管理される、ことを特徴とする請求項１６に記載のエンジンの吸気装置。