JP2009243335A - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構成で、インマニ本体部材に対して、カバー部材を締結する際のカバー部材に生じる応力を低減し得るエンジンの吸気装置を提供する。
【解決手段】金属製のインマニ本体部材１０、２０及びインマニ本体部材に締結部材で締結された金属製のカバー部材３０を備え、カバー部材は、締結部材５０用の座面３０ａ及び座面から立設された壁面３０ｂを有するエンジンの吸気装置において、カバー部材は、座面と壁面との間において、座面と壁面とを連絡しながら座面から陥設された凹状部３４を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの吸気装置に関し、特に金属製のインマニ本体部材及びインマニ本体部材に締結部材で締結された金属製のカバー部材を備えたエンジンの吸気装置に関するものである。

近年、エンジンの吸気装置において、吸気をエンジンの各シリンダに分配して供給するのみならず、吸気の固有振動数をエンジンの回転数に対応して調節すべく、吸気の慣性容量を可変にした構成が提案されている。

このように吸気の慣性容量を可変にするには、吸気経路をバルブ装置で切り替える必要があるが、吸気装置は、エンジンやトランスミッション、その他補機類と共に、限られた容積のエンジンルームに配置されるものであるため、バルブ装置を設けても吸気装置のサイズを増大させない構造を採用する必要がある。

かかる状況を鑑み、特許文献１には、Ｖ型エンジンのＶバンクの間の空間を利用して、吸気装置のインマニ本体部材を収容し、インマニ本体部材の各吸気管の間の空間を利用して、各吸気管の吸気経路を切り替えるバルブ装置を収容した構成が開示されている。更に、かかる構成では、吸気経路を画成すべく、バルブ装置の周囲空間をインマニ本体部材に対して閉じる必要があるため、カバー部材が、インマニ本体部材に対して、締結部材で締結されて固定されている。
特開２００２−３３９７５５号公報

しかしながら、特許文献１で提案されるものは、単純に、カバー部材において壁面で囲われた締結部材用の座面を設け、かかる座面に対して締結部材の当接面を押圧しながら、インマニ本体部材に対して、カバー部材を締結する構成のものであり、締結部材の締結時に、座面や壁面の周辺に生じる応力状態に関しては、何等開示はされていない。特に、吸気経路の気密性や吸気装置全体の剛性を向上するためには、締結部材の締結軸力を増大する必要があるが、かかる場合、座面や壁面の周辺に生じる応力状態についても検討する余地がある。

本発明者の検討によれば、カバー部材において壁面で囲われた締結部材用の座面を設け、かかる座面に対して締結部材の当接面を押圧しながら締結する際に、その締結性を向上すべく、締結部材の締結軸力を増大させていくと、特に、座面と壁面との間の境界部に高い応力が生じることが見い出され、改善の余地が見いだされた。具体的には、カバー部材やインマニ本体部材を金属製とする場合には、締結部材の締結軸力を大きく設定できるが、かかる場合には、座面と壁面との間の境界部に生じる応力も増大するため、かかる応力を低減する構成を採用する必要性が高くなる。また、カバー部材等を金属鋳造成形部材とする際には、コスト面等の要請から、締結部材用の座面を機械加工しないで鋳肌のまま用いることも多いが、かかる場合、座面が粗いために締結トルクをより大きく設定することがあって、かかる応力を低減する構成を採用する必要性がより高くなる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、より簡便な構成で、インマニ本体部材に対して、カバー部材を締結する際のカバー部材に生じる応力を低減し得るエンジンの吸気装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成すべく、本発明は、金属製のインマニ本体部材及び前記インマニ本体部材に締結部材で締結された金属製のカバー部材を備え、前記カバー部材は、前記締結部材用の座面及び前記座面から立設された壁面を有するエンジンの吸気装置において、前記カバー部材は、前記座面と前記壁面との間において、前記座面と前記壁面とを連絡しながら前記座面から陥設された凹状部を有することを第１の特徴とする。

また本発明は、第１の特徴に加えて、前記凹状部は、断面円弧形状を有し、前記断面円弧形状の一端は、前記座面と交差し、前記断面円弧形状の他端は、前記壁面に接することを第２の特徴とする。

また本発明は、第２の特徴に加えて、前記締結部材の前記座面に対する端部は、前記断面円弧形状の前記一端の近傍に位置することを第３の特徴とする。

また本発明は、第１から３のいずれかの特徴に加えて、前記カバー部材は、鋳造にて成形された部材であり、前記座面は、前記鋳造成にて成形された鋳肌面であることを第４の特徴とする。

また本発明は、第４の特徴に加えて、前記凹状部は、前記鋳造にて成形された形状部であって、前記壁面の立設角は、前記鋳造による成形時の抜き勾配に対応することを第５の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば、カバー部材が、前面と壁面との間において、座面と壁面とを連絡しながら座面から陥設された凹状部を有することにより、インマニ本体部材に対して、カバー部材を締結する際のカバー部材における座面と壁面との間の境界部に生じる応力を確実に低減することができる。

本発明の第２の特徴によれば、凹状部が断面円弧形状であり、断面円弧形状の一端が座面と交差し、断面円弧形状の他端が壁面に接する構成とすることにより、凹状部を有するカバー部材を、締結時の応力を確実に低減しながら、機械加工を排した鋳造成形で簡便に製造することができる。

本発明の第３の特徴によれば、締結部材の座面に対する端部が、断面円弧形状の一端の近傍に位置することにより、締結部材の当接面を確実に座面に押圧しながら、インマニ本体部材に対して、カバー部材をその応力を増大することなく、確実に締結することができる。

本発明の第４の特徴によれば、カバー部材が、鋳造にて成形された部材であり、座面が、鋳造にて成形された鋳肌面であることにより、機械加工を排した鋳造成形でカバー部材を簡便に製造することができ、また、かかる構成であっても、カバー部材を、締結時の応力を確実に低減しながら、インマニ本体部材に対して確実に締結することができる。

本発明の第５の特徴によれば、凹状部が、鋳造にて成形された形状部であり、壁面の立設角が、鋳造による成形時の抜き勾配に対応することにより、凹状部や壁面まで含めたカバー部材を全体的に、機械加工を排した鋳造成形で簡便に製造することができ、かつ、カバー部材を、締結時の応力を確実に低減しながら、インマニ本体部材に対して確実に締結することができる。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態におけるエンジンの吸気装置につき詳細に説明する。なお、図中、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、３軸直交座標系をなし、便宜上ｘ軸の正方向を上方向と観念し、ｘ軸の負方向を下方向と観念する。

図１は、本実施形態におけるエンジンの吸気装置の斜視図であり、ｘ軸の負方向に向いて観察している。図２は、本実施形態におけるエンジンの吸気装置の分解斜視図であり、ｘ軸の正方向に向いて観察している。また、図３は、図１のＸ−Ｘ線による拡大断面図である。

図１及び２に示すように、本実施形態におけるエンジンの吸気装置１は、上部インマニ部材１０及び下部インマニ部材２０を備え、上部インマニ部材１０の上には、カバー部材３０が載置される。ここに、上部インマニ部材１０、下部インマニ部材２０及びカバー部材３０は、各々、アルミ合金製であり、鋳造にて成形されるが、より軽量化を図るのであれば、マグネシウム合金製としてもよく、重量を増大すること等が許容されるのであれば、低コストの鉄合金製としてもかまわない。なお、吸気装置１は、典型的には車両用のＶ型エンジンのＶバンクの間の空間を利用して搭載されるが、限定的なものではなく、搭載空間等が許容されるのであれば、他の形式の内燃機関や船舶等に搭載される内燃機関等に対しても適用可能である。

より具体的には、上部インマニ部材１０は、下方に開いた箱状部材であり、複数の締結孔１２及び複数の貫通孔１４を有し、複数の締結孔１２は、上部インマニ部材１０の内周に沿って配設され、複数の貫通孔１４は、上部インマニ部材１０の外周に沿って配設されている。また、下部インマニ部材２０は、上方に開いた箱状部材であり、吸気口２０ａ及び複数の締結孔２２を有し、複数の締結孔２２は、下部インマニ部材２０の外周に沿って配設されている。かかる上部インマニ部材１０及び下部インマニ部材２０は、各ボルト部材４０が、上部インマニ部材１０の貫通孔１４を介して、下部インマニ部材２０の締結孔２２に螺合されることにより、締結されて一体的に固定され、インマニ本体部材を構成する。かかるインマニ本体部材は、図示を省略するエンジン側に固定される。なお、ボルト部材４０は、便宜上１つのみ図示し、典型的にはフランジボルトであるが、限定的なものではなく、ワッシャ付きボルト等、他の種類のボルトも締結性等のかね合いで適宜選択可能である。

また、カバー部材３０は、複数の貫通孔３２を有し、各ボルト部材５０が、カバー部材３０の貫通孔３２を介して、上部インマニ部材１０の締結孔１２に螺合されることにより、締結されて一体的に固定される。また、この際、カバー部材３０は、上部インマニ部材１０における部分的に上方に開いた開口部を閉じて、インマニ本体部材の吸気口となる下部インマニ部材２０の吸気口２０ａと図示を省略するエンジン側の各シリンダとの間の吸気経路を画成することになる。なお、ボルト部材５０も、典型的にはフランジボルトであるが、限定的なものではなく、ワッシャ付きボルト等、他の種類のボルトも締結性等のかね合いで適宜選択可能である。

より具体的には、図３に示すように、カバー部材３０の複数の貫通孔３２の各々の周囲には、ボルト部材５０のフランジ部５０ａが当接して押圧される平面状の座面３０ａが形成されている。かかる座面３０ａは、ｚ軸の負方向に沿った平面視において円状面であり、その周囲には、座面３０ａから陥設された凹状部３４を経て立設する壁面３０ｂが形成され、かかる壁面３０ｂは、カバー部材３０の上面３０ｃへと連なる。かかる構成は、ボルト部材５０、カバー部材３０の複数の貫通孔３２及び上部インマニ部材１０の締結孔１２の中心軸Ｚについて、原則として軸対象の構成であるが、カバー部材３０の凹状部３４は、壁面３０ｂが存在する部位に対応して形成されていれば足りるものであるが、製造上等の観点から、壁面３０ｂが存在しない座面３０ａの周囲にも形成してもかまわない。

ここに、カバー部材３０が、鋳造で成形される製造上の観点や、形状的に不要な応力集中を避ける観点から、凹状部３４は、断面円弧形状であり、かかる座面３０ａ側における断面円弧形状の一端は、座面３０ａと交点Ｐで交差し、壁面３０ｂ側の断面円弧形状の他端は、壁面３０ｂに接している。また、ボルト部材５０の座面３０ａに対する端部、つまりフランジ部５０ａの端部は、締結時にフランジ部５０ａの下面の全体を当接面として座面３０ａに当接させる観点から、座面３０ａ上であって交点Ｐの近傍に位置する。ここで、フランジ部５０ａの端部が座面３０ａ上であって交点Ｐの近傍に位置するとは、便宜上フランジ部５０ａの端部が交点Ｐ上に位置することをも含み、また交点Ｐから設計公差上許容される範囲内で、フランジ部５０ａの端部が断面円弧形状の上に張り出すことを含む。かかる構成によれば、例えば、ボルト部材５０のフランジ部５０ａの端部の配置とカバー部材３０の壁面３０ｂの配置とが決まれば、凹状部３４の断面円弧形状における半径Ｒが実質決まり、その深さＧも実質決まることになる。

また、カバー部材３０が、鋳造で成形された部材であるため、座面３０ａ、凹状部３４及び壁面３０ｂは、鋳造による成形で得られた鋳肌をそのまま有する形状部であってり、壁面３０ｃの立設角θは、鋳造による成形時の抜き勾配と等しい角度を有する。

一方で、カバー部材３０は、座面３０ａと反対側の部位において脚部３０ｄを有し、かかる脚部３０ｄは、各ボルト部材５０が、カバー部材３０の貫通孔３２を介して、上部インマニ部材１０の締結孔１２に螺合されて、カバー部材３０が上部インマニ部材１０に締結され固定される際に、上部インマニ部材１０の上面１０ａに当接して押圧される当接部となる。

以上のように上部インマニ部材１０、下部インマニ部材２０及びカバー部材３０から構成されたエンジンの吸気装置１においては、吸気口２０ａから導入された空気は、上部インマニ部材１０とカバー部材３０とで画成される空間を経た後、上部インマニ部材１０及び下部インマニ部材２０からなるインマニ本体部材内に画成される空間を経て、図示を省略するエンジンの各シリンダーに供給される。なお、上部インマニ部材１０とカバー部材３０とで画成される空間には、吸気経路をエンジンの回転数に対応等して切り替えるバルブ装置が収容されるが、便宜上図示は省略する。

ここに、本実施形態のエンジンの吸気装置１において、カバー部材３０が上部インマニ部材１０に締結される際に生じる応力状態につき、図４から６を参照して、詳細に検討する。

図４は、本実施形態におけるカバー部材の締結時の応力分布を示した概念図であり、位置関係は図３に対応する。図５は、比較例として示すカバー部材の締結時の応力分布を示した概念図であり、位置関係は図３に対応する。また、図６は、別の比較例として示すカバー部材の応力分布を示した概念図であり、位置関係は図３に対応する。

まず、図４を参照して、カバー部材３０の座面３０ａと壁面３０ｂとの間に、凹状部３４を設けた本実施形態の構成における応力状態につき、ミーゼス応力の計算結果として詳細に説明する。

具体的には、図４に示すように、カバー部材３０は、アルミ合金製、座面３０ａは、ｚ軸の負方向に沿った平面視において直径１４（ｍｍ）の円状面、凹状部３４は、円状面である座面３０ａの周囲を囲む断面円弧状の面でその半径Ｒは１（ｍｍ）、及び壁面３０ｂの傾斜角θは、１０（°）、と各々設定した。このとき、断面円弧状の凹状部３０ａの深さＧは、０．５（ｍｍ）である。また、図１等に示す締結部材であるボルト部材５０は、２面幅８（ｍｍ）のフランジボルトとし、そのフランジ部５０ａは、座面３０ａ全体を覆って座面３０ａと面接触するとし、かつその締結軸力は、８０００（Ｎ）に設定した。なお、図４では、便宜上、カバー部材３０の貫通孔３２の中心軸Ｚよりもｘ軸の正方向の部分のみを代表的に示すが、座面３０ａ、凹状部３４及び壁面３０ｂが、中心軸Ｚにつき軸対称に形成されていると便宜上仮定すれば、生じる応力分布は、中心軸Ｚにつき軸対称となる。

また、図４においては、領域Ａは、ミーゼス応力が２０（Ｎ／ｍ^２）以上２５未満（Ｎ／ｍ^２）の領域、領域Ｂは、ミーゼス応力が１５（Ｎ／ｍ^２）以上２０未満（Ｎ／ｍ^２）の領域、領域Ｃは、ミーゼス応力が１０（Ｎ／ｍ^２）以上１５未満（Ｎ／ｍ^２）の領域、領域Ｄは、ミーゼス応力が５（Ｎ／ｍ^２）以上１０未満（Ｎ／ｍ^２）の領域、領域Ｅは、ミーゼス応力が２．５（Ｎ／ｍ^２）以上５未満（Ｎ／ｍ^２）の領域、及び 領域Ｆは、ミーゼス応力が２．５未満（Ｎ／ｍ^２）の領域に、各々対応している。

かかる構成において、カバー部材３０の座面３０ａと壁面３０ｂとの間において、座面３０ａから陥設した凹状部３４を設けた境界部Ｓのミーゼス応力は、領域Ｄ及び領域Ｅで示される２．５（Ｎ／ｍ^２）以上１０未満（Ｎ／ｍ^２）の範囲内にあるが、特に凹状部３４の途中から壁面３０ｂにかけては、 領域Ｅで示されるように、ミーゼス応力が２．５（Ｎ／ｍ^２）以上５未満（Ｎ／ｍ^２）の範囲内の小さな応力値となっている。

次に、図５を参照して、カバー部材６０の座面３０ａと壁面３０ｂとの間に、凹状部を設けずに単なる角Ｒ部６４を設けた変形例の構成における応力状態につき、ミーゼス応力の計算結果として詳細に説明する。なお、本変形例におけるカバー部材６０おいては、凹状部の代わりに角Ｒ部６４を設けた以外は、図１から４で示す本実施形態の構成、寸法関係及び入力条件と同じである。また、図５中の領域ＡからＦは、図４中の領域ＡからＦと同じミーゼス応力の領域を示す。

かかる構成において、カバー部材６０の座面３０ａと壁面３０ｂとの間において、角Ｒ部６４を設けた境界部Ｓのミーゼス応力は、領域Ｄ及び領域Ｅで示される２．５（Ｎ／ｍ^２）以上１０未満（Ｎ／ｍ^２）の範囲内にあるが、特に角Ｒ部６４の座面３０ａから壁面３０ｂにかけての実質全領域は、 領域Ｄで示されるように、ミーゼス応力が５（Ｎ／ｍ^２）以上１０未満（Ｎ／ｍ^２）の範囲内の相対的に大きな応力値となっている。

次に、図６を参照して、カバー部材７０の座面３０ａと壁面３０ｂとの間に、凹状部や角Ｒ部を設けずに、座面３０ａから突設した段差部７４を設けた別の変形例の構成における応力状態につき、ミーゼス応力の計算結果として詳細に説明する。なお、本変形例におけるカバー部材７０においては、凹状部や角Ｒ部の代わりに段差部７４を設けた以外は、図１から４で示す本実施形態の構成、寸法関係及び入力条件と同じである。また、図６中の領域ＡからＦは、図４中の領域ＡからＦと同じミーゼス応力の領域を示す。

かかる構成において、カバー部材７０の座面３０ａと壁面３０ｂとの間において、段差部７４を設けた境界部Ｓのミーゼス応力は、領域Ｄ及び領域Ｅで示される２．５（Ｎ／ｍ^２）以上１０未満（Ｎ／ｍ^２）の範囲内であるが、特に段差部７４の座面３０ａから壁面３０ｂにかけての実質全領域は、 領域Ｄで示されるように、ミーゼス応力が５（Ｎ／ｍ^２）以上１０未満（Ｎ／ｍ^２）の範囲内の相対的に大きな応力値となっている。

以上のミーゼス応力の計算結果につき考察すると、締結部材であるボルト部材５０の締結軸力がカバー部材３０に印加されると、対応してカバー部材３０に生じる応力は、座面３０ａから壁面３０ｂに向けて伝達されていき、壁面３０ｂが座面３０ａ側に引き込まれるような作用をするものと考えられる。とすれば、座面３０ａと壁面３０ｂとの間に単に角Ｒ部６４を設けた変形例の構成や、座面３０ａと壁面３０ｂとの間に座面３０ａから突設した段差部７４を設けた別の変形例の構成においては、壁面３０ｂを座面３０ａ側に引き込むような応力の伝達を相対的に高く生じるのに対して、座面３０ａと壁面３０ｂとの間に座面３０ａから陥設した凹状部３４を設けた本実施形態の構成については、かかる凹状部３４で応力が分散され、壁面３０ｂを座面３０ａ側に引き込むような応力の伝達を相対的に低く抑えることができているものと評価できる。

更に、以上の各変形例を含む本実施形態の構成につき、カバー部材の座面と壁面との境界部に歪みゲージを貼り付けて、ミーゼス応力の計算時と同様な構成、寸法関係及び入力条件を設定して実測を行ったところ、本実施形態における凹状部を設けた構成では、各変形例の凹状部を設けない構成に対して、４０％程度の相対的に小さな応力値を測定し、かかる計算結果を裏付けることができた。

なお、本発明は、部材の種類、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明のエンジンの吸気装置によれば、より簡便な構成で、インマニ本体部材に対して、カバー部材を締結する際のカバー部材に生じる応力を低減し得るものであり、その汎用普遍的な性格から広範にエンジンの吸気装置に適用され得るものと期待される。

本発明の実施形態におけるエンジンの吸気装置の斜視図である。 本実施形態におけるエンジンの吸気装置の分解斜視図である。 図１のＸ−Ｘ線による拡大断面図である。 本実施形態におけるカバー部材の応力分布を示した概念図であり、位置関係は図３に対応する。 本実施形態における比較例として示すカバー部材の応力分布を示した概念図であり、位置関係は図３に対応する。 本実施形態における別の比較例として示すカバー部材の応力分布を示した概念図であり、位置関係は図３に対応する。

符号の説明

１………エンジンの吸気装置
１０……上部インマニ部材
１０ａ…上面
１２……締結孔
１４……貫通孔
２０……下部インマニ部材
２０ａ…吸気口
２２……締結孔
３０……カバー部材
３０ａ…座面
３０ｂ…壁面
３０ｃ…上面
３０ｄ…脚部
３２……貫通孔
３４……凹状部
４０……ボルト部材
５０……ボルト部材
５０ａ…フランジ部

Claims (5)

1. 金属製のインマニ本体部材及び前記インマニ本体部材に締結部材で締結された金属製のカバー部材を備え、前記カバー部材は、前記締結部材用の座面及び前記座面から立設された壁面を有するエンジンの吸気装置において、
   前記カバー部材は、前記座面と前記壁面との間において、前記座面と前記壁面とを連絡しながら前記座面から陥設された凹状部を有することを特徴とするエンジンの吸気装置。
2. 前記凹状部は、断面円弧形状を有し、前記断面円弧形状の一端は、前記座面と交差し、前記断面円弧形状の他端は、前記壁面に接する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。
3. 前記締結部材の前記座面に対する端部は、前記断面円弧形状の前記一端の近傍に位置することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの吸気装置。
4. 前記カバー部材は、鋳造にて成形された部材であり、前記座面は、前記鋳造にて成形された鋳肌面であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の樹脂部品のエンジンの吸気装置。
5. 前記凹状部は、前記鋳造にて成形された形状部であり、前記壁面の立設角は、前記鋳造による成形時の抜き勾配に対応することを特徴とする請求項４に記載のエンジンの吸気装置。

Images