JP2013249732A - 吸気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】 バキュームサーボに対する安定した吸気負圧の確保やバキューム配管への異物の侵入抑制を図った吸気マニホールドを提供する。
【解決手段】 第２分割体２２には、導入管前半部４１の上部管壁を上下に貫通して接合フランジ５８に至る負圧パイプ６１と、接合フランジ５８の上端からその延在方向に沿って斜め後方に突設された負圧ジョイント６２とが形成されている。接合フランジ５８，５９の溶着面５８ａ，５９ａには、負圧パイプ６１の連通孔６５と負圧ジョイント６２の連通孔６６とを連通させる真円断面の溶着面内通路６７が設けられており、負圧パイプ６１と溶着面内通路６７とが負圧通路７９を構成している。
【選択図】 図５

Description

本発明は、振動溶着法を用いて製造される樹脂製の吸気マニホールドに係り、詳しくはバキュームサーボに対する安定した吸気負圧の確保やバキューム配管への異物の侵入抑制を図る技術に関する。

自動車用多気筒エンジンでは、シリンダヘッドにおける吸気ポート側壁面に吸気マニホールドを締結し、この吸気マニホールドを介して新気（空気や混合気）を各気筒の燃焼室に供給することが一般的である。吸気マニホールドには、エアクリーナやスロットルボディを通過した新気を導入するための吸気導入管と、吸気導入管から導入された新気を一時的に貯留する吸気チャンバと、吸気チャンバ内の新気を各気筒の吸気ポートに分配する分岐管とから構成されたものがある。吸気マニホールドの製造方法としては、アルミニウム合金を素材とするダイキャスト成型が採用されることもあるが、近年では軽量化や低コスト化等を図るべく樹脂を素材とする射出成形品が出現している。

樹脂射出成形の場合、吸気マニホールドに中空部（新気の流通路や吸気チャンバ等）を形成することが難しいため、個別に成型された熱可塑性樹脂製の分割体を振動溶着によって一体化させる方法が採られることが多い（特許文献１，２参照）。例えば、特許文献１の吸気マニホールドは第１〜第３分割体を振動溶着によって一体化させたものであり、第１分割体が吸気導入管と吸気チャンバ主部分と分岐管主部分とを構成し、第２分割体が吸気チャンバ主部分に溶着される吸気チャンバ副部分を構成し、第３分割体が分岐管主部分に溶着される分岐管副部分と吸気導入管に形成された開口部を閉鎖するリッド部とを構成している。
特開２００８−２９７９６０号公報 特開２００３−２５４１７９号公報

一般に、ガソリンエンジン搭載車等では、運転者の制動意志（すなわち、ブレーキペダルの踏込量）に応じた十分な制動を可能とすべく、負圧作動式の真空倍力装置（バキュームサーボ）がブレーキに付設されている。バキュームサーボは、吸気マニホールドや吸気管に形成された負圧ジョイントにバキューム配管（バキュームホース，バキュームパイプ）およびチェックバルブ（逆流防止弁）を介して接続されており、エンジンの運転時に吸気負圧によって真空引きされる。しかしながら、特許文献２のように負圧ジョイントを吸気チャンバに形成した場合、エンジンからの距離が近くなりやすくなることで、脈動の影響を受けて安定した吸気負圧が確保できなくなる問題があった。

一方、吸気マニホールドにはＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation system：排気ガス再循環システム）ガス等に含まれていた異物（未燃燃料やオイル、水分）が存在し、バキューム配管にこの種の異物が流入するとチェックバルブが機能不良（弁体の固着や閉塞等）を起こす虞があるため、エンジンの車載状態で負圧ジョイントの位置（開口端）をチェックバルブの設置部位よりも所定量以上（例えば、５０ｍｍ以上）下げることが望ましい。ところが、吸気チャンバを分岐管の上方に位置させるレイアウトを採用した場合、チェックバルブと負圧ジョイントとの高低差を確保することが難しいという問題があった。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、バキュームサーボに対する安定した吸気負圧の確保やバキューム配管への異物の侵入抑制を図った吸気マニホールドを提供することを目的とする。

本発明の第１の側面は、多気筒型のエンジン（１）に付設される樹脂製の吸気マニホールド（１０）であって、スロットルバルブ（８）からの吸入空気を導入する吸気導入管（１１）と、前記吸気導入管から導入された吸入空気を貯留する吸気チャンバ（１２）と、少なくとも２つ以上の分割体（２１〜２３）を溶着してなり、前記吸気チャンバ内の吸入空気を前記エンジンの各吸気ポート（５ａ〜５ｄ）にそれぞれ供給する複数本の分岐管（１３〜１６）と、前記吸気導入管に負圧通路（７９）を介して連通する負圧ジョイント（６３）とを備え、前記負圧通路は、前記分岐管の溶着面（５８ａ，５９ａ）内に形成され、一端が前記負圧ジョイントの基端に連通する溶着面内通路（６７）を含む。

また、本発明の第２の側面は、前記吸気導入管の外壁に立設され、当該吸気導入管の管路に一端が開口する負圧パイプ（６１）を更に備え、前記溶着面内通路の他端が前記負圧パイプの他端に連通する。

第１の側面によれば、負圧ジョイントは、吸気導入管に連通しており、エンジンから遠い位置で、かつ、車載状態で低い位置に設置できるため、バキュームサーボ等に安定した吸気負圧を作用させることが可能となるとともに、水等の異物がバキューム配管に流入しにくくなる。また、負圧通路の少なくとも一部を分岐管の溶着面内に形成するため、吸気導入管と分岐管との間に余剰スペースが確保しにくい場合にも比較的大きな自由度をもって負圧ジョイントを設置できる。また、第２の側面によれば、設計自由度が高くなるとともに、負圧パイプや負圧ジョイントの支持剛性が高くなってスロットルバルブからの振動に対する抗力等も向上する。

実施形態に係る自動車用エンジンの斜視図である。 実施形態に係る吸気マニホールド等の分解斜視図である。 実施形態に係る吸気マニホールドの背面図である。 実施形態に係る吸気マニホールドの要部を示す正面図である。 図４中のＶ−Ｖ断面図である。 図５中のＶＩ部拡大断面図である。 図６中のＶII−ＶII拡大断面図である。

以下、図面を参照して、本発明を自動車用直列４気筒エンジン（以下、単にエンジンと記す）の吸気マニホールドに適用した実施形態を詳細に説明する。なお、吸気マニホールドにおける各部位の説明にあたっては、便宜上、図１中に上下・左右・前後を矢印で示し、位置や方向をこれらに沿って表記する。

≪実施形態の構成≫
図１，図２に示すように、本実施形態のエンジン１は、図示しないシリンダブロックの上面に締結されたシリンダヘッド２、シリンダヘッド２の上面に締結されたヘッドカバー３等を有している。シリンダヘッド２の吸気サイド（前面）に形成された吸気フランジ２ａには、４つの吸気ポート５ａ〜５ｄが左右方向に並んで開口するとともに、右端側の吸気ポート５ｄの右方にＥＧＲガス供給孔６が開口している。シリンダヘッド２には、ＥＧＲガス供給孔６を覆うかたちでＥＧＲブロック７が締結され、このＥＧＲブロック７を介してＥＧＲガス供給孔６からのＥＧＲガスが後述の吸気導入管１１内に供給される。

＜吸気マニホールド＞
図１，図２に示すように、吸気マニホールド１０は、シリンダヘッド２の吸気フランジ２ａおよびＥＧＲブロック７の前面（図２参照）に締結されており、右端に締結されたスロットルバルブ８からの新気（吸入空気）が流入する吸気導入管１１と、吸気導入管１１から新気が流入する吸気チャンバ１２と、吸気チャンバ１２内の新気をエンジン１の各吸気ポート５ａ〜５ｄにそれぞれ導く第１〜第４分岐管１３〜１６と、吸気チャンバ１２に連通するレゾネータ１７（図３参照）とを備えている。

図３にも示すように、吸気導入管１１は、右方（上流側）から吸気マニホールド１０の中央部まで延びた後に上方に向けて略Ｌ字状に屈曲し、下流端が吸気チャンバ１２の前面に接続している。吸気チャンバ１２は、吸気マニホールド１０の最上部に位置しており、内部に図示しないチャンバ室を有している。図１に示すように、第１〜第４分岐管１３〜１６は、上流端が吸気チャンバ１２の前部に接続しており、前方に向けて略円弧状に屈曲した後、下流端が締結フランジ１８（図３参照）を介してシリンダヘッド２の吸気フランジ２ａに締結されている。なお、第３，第４分岐管１５，１６は、吸気導入管１１の外周に一部が巻き回されており、少なくともその下部が吸気導入管１１と一体となっている。

図２に示すように、吸気マニホールド１０は、熱可塑性樹脂の射出成形品である第１〜第３分割体２１〜２３を構成要素としており、これら分割体２１〜２３が振動溶着によって互いに接合されることで製造される。第１分割体２１は、吸気導入管１１の後方部分を構成する導入管後半部３１と吸気チャンバ１２の後方部分を構成するチャンバ後半部３２と、第１〜第４分岐管１３〜１６の下流端部分を構成する第１〜第４分岐管端部３３〜３６と、レゾネータ１７の後方部分を構成するレゾネータ後半部３７とを有している。また、第２分割体２２は、吸気導入管１１の前方部分を構成する導入管前半部４１と吸気チャンバ１２の前方部分を構成するチャンバ前半部４２と、第１〜第４分岐管１３〜１６の後方部分を構成する第１〜第４分岐管後半部４３〜４６と、レゾネータ１７の前方部分を構成するレゾネータ前半部（図示せず）とを有している。そして、第３分割体２３は、第１〜第４分岐管１３〜１６の前方部分を構成する第１〜第４分岐管前半部５３〜５６を有している。

図５に示すように、第４分岐管後半部４６と第４分岐管前半部５６とは、右端にそれぞれ接合フランジ５８，５９を有しており、振動溶着時に両接合フランジ５８，５９の合わせ面（後述の溶着面５８ａ，５９ａ）が溶融して接合される。

図４，図５に示すように、第２分割体２２には、導入管前半部４１（すなわち、吸気導入管１１）の上部管壁を上下に貫通して接合フランジ５８に至る負圧パイプ６１と、接合フランジ５８の上端からその延在方向に沿って斜め後方に突設された負圧ジョイント６２とが形成されている。なお、負圧パイプ６１および負圧ジョイント６２は、それぞれの軸心に連通孔６５，６６を有している。負圧ジョイント６２には負圧ホース７１が接続され、この負圧ホース７１やチェックバルブ等を介して、吸気導入管１１と図示しないバキュームサーボとが接続される。

図６，図７に示すように、両接合フランジ５８，５９の溶着面５８ａ，５９ａの間には、負圧パイプ６１の連通孔６５と負圧ジョイント６２の連通孔６６とを連通させる真円断面の溶着面内通路６７が設けられており、負圧パイプ６１（連通孔６５）と溶着面内通路６７とが負圧通路７９を構成している。溶着面内通路６７は、第４分岐管後半部４６側の接合フランジ５８の溶着面５８ａに形成された半円断面形状の通路凹部６７ａと、第４分岐管前半部５６側の接合フランジ５９の溶着面５９ａに形成されたこちらも半円断面形状の通路凹部６７ｂとからなっており、両接合フランジ５８，５９が振動溶着されることによって真円断面形状となる。

≪実施形態の作用≫
エンジン１が運転を開始すると、ピストンのレシプロ運動に伴ってエアクリーナから新気が負圧吸引され、この新気がスロットルバルブ８を介して吸気マニホールド１０に流入する。吸気マニホールド１０に流入した新気は、吸気導入管１１から吸気チャンバ１２に導入された後、第１〜第４分岐管１３〜１６を介してシリンダヘッド２の吸気ポート５ａ〜５ｄに供給され、吸気弁が開放した際に燃焼室に供給される。

一方、エンジン１の運転時には、スロットルバルブ８の下流に位置する吸気マニホールド１０内に吸気負圧が生成され、吸気マニホールド１０に接続されたバキュームサーボが真空引きされることで運転者の制動意志に応じた制動が実現される。この際、バキュームサーボは、負圧ホース７１、負圧ジョイント６２、負圧通路７９等を介して吸気導入管１１に接続されているため、吸気チャンバ１２に接続された従来装置とは異なって吸気脈動の影響を殆ど受けることがなく、バキューム配管（チェックバルブ等）への異物の侵入も抑制される。

また、負圧パイプ６１および負圧ジョイント６２は、第４分岐管後半部４６の接合フランジ５８に一体化されているため、吸気導入管１１と第４分岐管１６との間に余剰スペースが少ない場合にも比較的大きな自由度をもって設置できる。また、負圧パイプ６１および負圧ジョイント６２は、上端あるいは基端が第４分岐管後半部４６の接合フランジ５８に一体化されているため、どちらも支持剛性が高くなってスロットルバルブからの振動に対する抗力等も向上する。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態は、自動車用直列４気筒エンジンの吸気マニホールドに本発明を適用したものであるが、本発明は、自動車や産業機械等に用いられる直列６気筒エンジンやＶ型６気筒エンジン等の吸気マニホールドにも当然に適用可能である。また、上記実施形態では吸気導入管と分岐管の接合フランジとの間に負圧パイプを介在させるようにしたが、負圧パイプを廃し、負圧通路を接合フランジの溶着面内に形成された溶着面内通路だけで構成するようにしてもよい。その他、溶着面の部位や具体的構成を始め、吸気マニホールドや各分割体の具体的構造や形状等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設定可能である。

１ エンジン
５ａ〜５ｄ 吸気ポート
８ スロットルバルブ
１０ 吸気マニホールド
１１ 吸気導入管
１２ 吸気チャンバ
１３〜１６ 分岐管
２１ 第１分割体
２２ 第２分割体
２３ 第３分割体
４６ 第４分岐管後半部
５６ 第４分岐管前半部
５８ 接合フランジ
５８ａ 溶着面
５９ 接合フランジ
５９ａ 溶着面
６１ 負圧パイプ
６２ 負圧ジョイント
６５ 連通孔
６６ 連通孔
６７ 溶着面内通路
７９ 負圧通路

Claims (2)

1. 多気筒型のエンジンに付設される樹脂製の吸気マニホールドであって、
   スロットルバルブからの吸入空気を導入する吸気導入管と、
   前記吸気導入管から導入された吸入空気を貯留する吸気チャンバと、
   少なくとも２つ以上の分割体を溶着してなり、前記吸気チャンバ内の吸入空気を前記エンジンの各吸気ポートにそれぞれ供給する複数本の分岐管と、
   前記吸気導入管に負圧通路を介して連通する負圧ジョイントと
   を備え、
   前記負圧通路は、前記分岐管の溶着面内に形成され、一端が前記負圧ジョイントの基端に連通する溶着面内通路を含むことを特徴とする吸気マニホールド。
2. 前記吸気導入管の外壁に立設され、当該吸気導入管の管路に一端が開口する負圧パイプを更に備え、
   前記溶着面内通路の他端が前記負圧パイプの他端に連通することを特徴とする、請求項１に記載された吸気マニホールド。

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