JP2006002601A

JP2006002601A - インテークマニホールド、およびその製造方法

Info

Publication number: JP2006002601A
Application number: JP2004177706A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Kondo; 哲治近藤; Mikihiko Suzuki; 幹彦鈴木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-06-16
Filing date: 2004-06-16
Publication date: 2006-01-05
Also published as: US20050279310A1; DE102005026685A1

Abstract

【課題】部品点数や組み付け工数の削減が可能であるとともに、組み立てが容易であり、しかも、吸気制御弁の設置位置の設計上の自由度も大きいインテークマニホールドを提供する。
【解決手段】本発明のインテークマニホールド１は、中空の殻体２、および内燃エンジンの燃焼用吸気量を制御する吸気制御弁３を備えており、殻体２は管軸線方向に２分割した形状を有する一対の半割体２ａ，２ｂ同士が互いに一体的に接合されて構成され、また、吸気制御弁３は半割体２ａ，２ｂ同士が互いに接合される際に一体に組み込まれている。
【選択図】図１

Description

本発明は、インテークマニホールド、およびその製造方法に関するものである。

従来のインテークマニホールドには、４バルブエンジンのエンジンヘッドに対応するため、内燃エンジンの各気筒に対してそれぞれ２つのインテークポートが形成されてなる殻体を備え、この殻体に燃焼用吸気量を制御する吸気制御弁を設けた構成のものが提供されている（例えば、特許文献１参照）。

この場合の吸気制御弁は、インテークポートの管軸線方向を横断する方向にシャフトを配置するとともに、一対のインテークポートの内の一方側のインテークポートにバタフライバルブを配置し、このバタフライバルブをシャフトにねじで固定している。そして、アクチュエータでシャフトを駆動してバタフライバルブを開閉することで、吸気時に強いスワールを発生させて内燃エンジンの燃焼室内の燃焼特性やトルク性能特性を改善している。

この種の従来のインテークマニホールドにおいて、その殻体は、アルミニュウム合金や合成樹脂等を素材として金型を用いて一体成形されている。したがって、吸気制御弁を取り付けるためには、シャフトを殻体に挿着した後、インテークポートの開口部からバタフライバルブを差し込んでシャフトにネジ止めすることにより組み付けている。

特開平５−１３３２３４号公報

このように、従来は、インテークマニホールドの殻体を成形した後に吸気制御弁を組み込んでいる。このため、吸気制御弁のシャフトとバタフライバルブとは別体になっていないと殻体に組み付けることができない。つまり、シャフトとバタフライバルブとを予め別体で構成しておく必要があるために部品点数が多くなり、製造コストが嵩み、組立て性も悪い。

また、バタフライバルブをシャフトにネジ止めする際、ネジ止め工具が挿入できるようにねじの取り付け位置の工夫、換言すればシャフトの位置がインテークポートの開口端に近いことが必要となる。そのため、吸気制御弁の設置箇所の設計上の制約が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、部品点数や組み付け工数の削減が可能であるとともに、組み立てが容易であり、しかも、吸気制御弁の設置箇所の設計上の自由度も大きいインテークマニホールド、およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、内燃エンジンの燃焼用吸気量を制御する吸気制御弁を備え、この吸気制御弁は、燃焼用エア流路を形成する殻体の通路方向を横断する方向にシャフトが配置され、このシャフトに上記燃焼用エア流路を開閉するバタフライバルブが設けられてなるインテークマニホールドに関して、次の構成を採用している。

すなわち、本発明のインテークマニホールドは、殻体は管軸線方向に２分割した形状を有する一対の半割体同士が互いに一体的に接合されて構成されるとともに、上記半割体同士が互いに接合される際に上記吸気制御弁が一体に組み込まれていることを特徴としている。

また、本発明のインテークマニホールドの製造方法は、管軸線方向に２分割された形状を有する一対の半割体を予め金型成形し、次に、上記バタフライバルブが燃焼用エア流路に介在するとともに上記シャフトが両半割体の間に挟まれた状態になるように上記吸気制御弁を組み込み、その後、これらの半割体の接合面同士を一体的に接合して１つの殻体とすることを特徴としている。

本発明によれば、シャフトとバタフライバルブとが一体化された吸気制御弁を使用できるようになるので、部品点数の削減、組付け工数の削減が図れる。しかも、ネジ止め工具の挿入作業性を考慮する必要が無いため、吸気制御弁の設置箇所の設計上の自由度が大きくなる。また、従来のようなシャフトとバタフライバルブが別体の吸気制御弁を使用する場合でも、吸気制御弁をインテークマニホールドに組み込む前にシャフトにバタフライバルブを取り付けることができるため、ネジ止め工具の挿入の制約がなく、容易に組み立てを行うことができる。さらにまた、半割体に設けたシャフトの支持部はシャフトの外形に沿った半円形状に形成できるため、吸気制御弁の組み付けを容易に行うことができる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における吸気制御弁を有するインテークマニホールドの斜視図、図２は図１の矢視Ａから見た側面図、図３は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図、図４は吸気制御弁の斜視図である。

この実施の形態１におけるインテークマニホールド１は、内燃エンジンの各気筒に対して４つのバルブが配置されたいわゆる４バルブエンジンのエンジンヘッドに設置されるものであって、中空の殻体２を備える。

この殻体２は、耐熱性、強度、価格などを考慮してナイロンなどの合成樹脂でできており、図示しないスロットルボディへの取付用フランジ２１、サージタンク２２、および内燃エンジンの各気筒に対する燃焼用エア流路が内部に形成された４つの管路部２３が一体的に形成されている。また、この殻体２には燃焼用吸気量を制御する吸気制御弁３が設けられている。そして、殻体２の各管路部２３の先端部分は２つに分岐されて内部にインテークポート２６，２７が形成されている。さらに、殻体２には、これらの各インテークポート２６，２７の形成箇所の末端部にエンジンヘッドへの取付用フランジ２４が一体形成されている。

そして、各インテークポート２６，２７はエンジンヘッドに設けられているインテークポート５１，５２を介して内燃エンジンの各気筒５に開口している。また、各インテークポート５１，５２は吸気バルブ５３，５４がそれぞれ配設されている。なお、５５，５６はエンジンヘッドに形成された２つのエキゾーストポートで、各エキゾーストポート５５，５６には排気バルブ５７，５８が個別に配設されている。

上記の吸気制御弁３はナイロン等の合成樹脂製のもので、シャフト３１の軸方向に沿って所定ピッチでバタフライバルブ３２が一体的に形成されている。なお、吸気制御弁３は合成樹脂製に限らず金属製のものであってもよい。そして、吸気制御弁３のシャフト３１は、インテークポート２６，２７の管軸線方向を横断する方向に殻体２を貫通して配置されるとともに、シャフト３１の両端は、殻体２の左右端に形成された円筒形の支持部２８，２９により回転自在に支持されている。さらに、シャフト３１の一端は殻体２の外部に突出し、その突出部分３１ａにシャフト３１を回動させるための図示しないアクチュエータが連結される。

また、各バタフライバルブ３２は一対のインテークポート２６，２７の内の一方側のインテークポート２６内に位置しており、シャフト３１の回転に応じて当該インテークポート２６を開閉するようになっている。この場合、バタフライバルブ３２が配設されるインテークポート２６は高速側インテークポートとして使用され、また、バタフライバルブ３２が配設されない他方のインテークポート２７は低速側インテークポートとして使用される。

次に、上記の吸気制御弁３を備えたインテークマニホールド１の作用について説明する。
一対のインテークポート２６，２７の内の一方側のインテークポート２６内に配置されたバタフライバルブ３２は、図示しないアクチュエータによってその開閉が制御される。すなわち、例えばアイドリング運転時などのようにエンジン負荷が小さくて吸気時に強いスワールが要求される状況下では、バタフライバルブ３２が全閉される。この状態では、インテークポート２６，２７の合計断面積が小さくなるので、その吸気流速を高く保存でき、気筒５内の燃焼やトルク性能が良好に確保される。

一方、エンジン負荷が大きい場合には、バタフライバルブ３２が全開される。この状態では、インテークポート２６，２７の合計断面積が大きくなり、低速、高速の両インテークポート２６，２７から同時に空気をエンジンの気筒５内に導入させることができ、吸気量が増大するので高出力を得ることができる。このように、バタフライバルブ３２を開閉制御することで、低、中速域におけるトルク性能が良好に維持され、また高速域においては高出力が確保される。

次に、上記構成を備えたインテークマニホールド１の製造方法について、図５を参照して説明する。

まず、管軸線方向に２分割された形状を有する一対の半割体２ａ，２ｂを金型を用いて射出成形する。次に、半割体２ａ，２ｂ同士を接合する前に、一方の半割体２ａに吸気制御弁３をセットする。その際、一方の半割体２ａの左右端に形成された半円筒形の支持部２８ａ，２９ａにシャフト３１の両端が支持されるように配置する。

続いて、各半割体２ａ，２ｂ同士を突き合わせた状態で、両者２ａ，２ｂの突き合わせ部分の周縁に沿って予め形成された接合溝２ａａ，２ｂｂ内に溶融樹脂を充填する。これにより、半割体２ａ，２ｂの突き合わせ部分同士が樹脂で一体的に接合されて吸気制御弁３を備えた１つの殻体２として構成される。

この製造方法によれば、半割体２ａ，２ｂの左右端に設けたシャフトの支持部２８ａ，２８ｂ、２９ａ，２９ｂはシャフト３１の外形に沿うように、シャフト３１の軸心を通る平面で２分割した半円筒形状に形成できるため、吸気制御弁３の組み付けを容易に行うことができ、組み付け工数が低減できる。また、シャフト３１とバタフライバルブ３２とを一体化した吸気制御弁３であっても容易に殻体２に組み付けることができるので、従来のようなシャフト３１とバルブ３２とを別部品にする必要が無く、部品点数の削減を図ることができる。

このような半割体２ａ，２ｂの形成、ならびに半割体２ａ，２ｂ同士の接合を一連の成形工程として行う方法の具体例として、例えばダイスライド・インジェクション方（以下、ＤＳＩ法という）が適用される。すなわち、このＤＳＩ法では、一組の半割体２ａ，２ｂを成形する雄型成形部と雌型成形部とが形成された一方の金型と、これらの成形部に対向する雌型成形部と雄型成形部とが形成された他方の金型とを備えた金型装置を使用する。

そして、かかる金型装置を用いることによって、各半割体２ａ，２ｂを同時に射出成形した後、各雌型成形部に残された半割体２ａの一方に吸気制御弁３を組み込み、次いで、一方の金型を他方の金型に対してスライドさせることにより、各雌型成形部に残された半割体２ａ，２ｂ同士を突き合わせ、この突き合わせ部の周縁の接合溝２ａａ，２ｂｂ内に溶融樹脂を射出して両者を接合する。その接合の際、上記接合溝２ａａ，２ｂｂへの溶融樹脂の充填は半割体２ａ，２ｂを成形する金型内で行う。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２における吸気制御弁を有するインテークマニホールドにおいて、半割体同士を接合する前に吸気制御弁を一方の半割体にセットした状態を示す斜視図、図７は図６のシャフトの軸心を通る平面Ｃで切断した部分拡大断面図であり、図１ないし図５に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態２におけるインテークマニホールドの特徴は、殻体２の左右端に形成された円筒形の支持部２８，２９内にそれぞれ軸受け４１を設け、各軸受け４１でシャフト３１の両端を挿通して回転自在に支持していることである。軸受け４１の材質としては、テフロン（登録商標）等の硬質樹脂や金属材料を用いることができる。なお、この場合、半割体２ａ，２ｂ同士を接合するに当たって一方の半割体２ａの支持部２８ａ，２９ａに吸気制御弁３をセットする際にシャフト３１の各端部を軸受け４１内に挿通しておく。

このように、吸気制御弁のシャフト３１の両端を軸受け４１で支持することで、図外のアクチュエータによってシャフト３１が駆動される際の回転トルクをさらに小さくすることができ、アクチュエータへの負担を軽減できる。なお、この実施の形態２では、軸受け４１をシャフトの両端の２ヶ所にのみ設けているが、殻体２の他の接触部にも設けることが一層望ましい。

その他の構成は、図１ないし図５に示した実施の形態１の場合と同様である。また、製造方法についても、事前にシャフト３１の各端部を軸受け４１内に挿通しておく点を除けば、基本的に実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

実施の形態３．
図８は本発明の実施の形態３における吸気制御弁を有するインテークマニホールドにおいて、半割体同士を接合する前に吸気制御弁を一方の半割体にセットした状態を示す部分拡大斜視図、図９は図８のシャフトの軸心を通る平面Ｄで切断した部分拡大断面図であり、図１ないし図５に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。

この実施の形態３におけるインテークマニホールドは、実施の形態２の場合と同様に殻体２の左右端に形成された円筒形の支持部２８，２９内に軸受け４１を設け、各軸受け４１でシャフト３１の両端を回転自在に支持している。さらに、この実施の形態３では、吸気制御弁３のシャフト３１を回動させる図外のアクチュエータと連結するために、シャフト３１の一端を殻体２の外側に突出させているが、その突出部３１ａと殻体２との隙間をシールすべくゴム等できたシール部材４２を設けている。

吸気制御弁３のシャフト３１を回動させるアクチュエータと連結するために、シャフト３１の一端を殻体２の外側に突出させた場合、シャフト３１と殻体２の支持部２８との間に僅かな隙間が生じる。そして、この隙間を通して外気、水、ごみ等が殻体２の管路部２３内に流入する恐れがあるため、内燃エンジンにとっては好ましくない。そこで、この実施の形態３では、シャフト３１の突出部分３１ａと殻体２との隙間にシール部材４２を設けて殻体２の内外の気密を保つ。これにより、内燃エンジンにとって有害な水、ごみ等の進入を防止することができる。なお、シール部材４２の組み付け順序は、半割体２ａ，２ｂ同士を接合する際でも、半割体同士２ａ，２ｂを接合した後であってもどちらでも良い。

その他の構成は、図１ないし図５に示した実施の形態１の場合と同様である。また、この実施の形態３のインテークマニホールドの製造方法についても、基本的に実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。

なお、上記の実施の形態１〜３では、吸気制御弁３はシャフト３１とバタフライバルブ３２とが一体成形されている場合について説明したが、従来と同様に、シャフト３１とバタフライバルブ３２とが個別部品であって、両者３１，３２をねじで固定する構造を採用することもできる。この場合でも、吸気制御弁２を殻体３に組み込む前にシャフト３１にバタフライバルブ３２を簡単に取り付けることができるため、ネジ止め工具の挿入の制約がなく、組み立てが容易になる。

また、上記の実施の形態１〜３のインテークマニホールドの製作方法では、半割体２ａ，２ｂ同士を接合する方法の具体例としてＤＳＩ法を適用した場合について説明したが、本発明はこのＤＳＩ法に限るものではなく、その他の製造方法、例えば振動溶着法を適用することも可能である。

すなわち、合成樹脂製の各半割体２ａ，２ｂを射出成形した後、一方の半割体２ａに吸気制御弁３を組み込んでから振動溶着法を適用する。この振動溶着法では、半割体２ａ，２ｂ同士を突き合わせるとともに、この突き合わせ部を加圧しながら微振動させ、その摩擦熱で半割体２ａ，２ｂの突き合わせ部分同士を溶融することにより両者を接合して一体化された殻体を得る。

本発明によるインテークマニホールドに組み込む吸気制御弁３は、エンジンの燃焼室内の燃焼やトルク性能等を改善するために吸気時に強いスワールを発生させるスワールコントロールバルブを前提としているが、これに限らず、例えば、吸気管路の途中に設置され、慣性過給効果を得るためにエンジンの回転数に応じて吸気管長を制御する可変吸気管長制御弁にも適用することが可能である。

本発明の実施の形態１における吸気制御弁を有するインテークマニホールドの斜視図である。図１の矢視Ａから見た側面図である。図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。吸気制御弁の斜視図である。インテークマニホールドの半割体同士を接合する前に吸気制御弁を一方の半割体にセットした状態を示す斜視図である。本発明の実施の形態２における吸気制御弁を有するインテークマニホールドにおいて、半割体同士を接合する前に吸気制御弁を一方の半割体にセットした状態を示す斜視図である。図６のシャフトの軸心を通る平面Ｃで切断した部分拡大断面図である。本発明の実施の形態３における吸気制御弁を有するインテークマニホールドにおいて、半割体同士を接合する前に吸気制御弁を一方の半割体にセットした状態を示す部分拡大斜視図である。図８のシャフトの軸心を通る平面Ｄで切断した部分拡大断面図である。

符号の説明

１インテークマニホールド、２殻体、２ａ，２ｂ半割体、
２ａａ，２ｂｂ接合溝、２６インテークポート、２７インテークポート、
３吸気制御弁、３１シャフト、３１ａ突出部分、３２バタフライバルブ、
４１軸受け、４２シール部材。

Claims

内燃エンジンの燃焼用吸気量を制御する吸気制御弁を備え、この吸気制御弁は、燃焼用エア流路を形成する殻体の通路方向を横断する方向にシャフトが配置され、このシャフトに上記燃焼用エア流路を開閉するバタフライバルブが設けられてなるインテークマニホールドにおいて、
上記殻体は管軸線方向に２分割した形状を有する一対の半割体同士が互いに一体的に接合されて構成されるとともに、上記半割体同士が互いに接合される際に上記吸気制御弁が一体に組み込まれていることを特徴とするインテークマニホールド。
上記吸気制御弁を構成するシャフトとバタフライバルブとは一体的に形成されていることを特徴とする請求項１記載のインテークマニホールド。
上記シャフトと殻体との間の接触部には軸受けが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインテークマニホールド。
上記シャフトの一部が殻体の外側に突出されている突出部と上記殻体との隙間がシール部材でシールされていることを特徴とする請求項１ないし３記載のいずれか１項に記載のインテークマニホールド。
内燃エンジンの燃焼用吸気量を制御する吸気制御弁を備え、この吸気制御弁は、燃焼用エア流路を形成する殻体の通路方向を横断する方向にシャフトが配置され、このシャフトに上記燃焼用エア流路を開閉するバタフライバルブが設けられてなるインテークマニホールドの製造方法であって、
管軸線方向に２分割された形状を有する一対の半割体を予め金型成形し、次に、上記バタフライバルブが燃焼用エア流路に介在するとともに上記シャフトが両半割体の間に挟まれた状態になるように上記吸気制御弁を組み込み、その後、これらの半割体の接合面同士を一体的に接合して１つの殻体とすることを特徴とするインテークマニホールドの製造方法。
上記吸気制御弁を組込んだ後の半割体の接合は、各半割体の突き合わせ部分の周縁に沿って形成された接合溝内に溶融樹脂を充填することにより行うことを特徴とする請求項５記載のインテークマニホールドの製造方法。
上記吸気制御弁を組込んだ後の半割体の接合は、各半割体の突き合わせ部分同士を加圧振動させることにより溶融接合することを特徴とする請求項５記載のインテークマニホールドの製造方法。