JP2017530288A - 適応型空気取り込み密閉ジョイント - Google Patents

Abstract

内部燃焼エンジン用の適応型空気取り込みジョイントであって、成形エラストマダクト本体を有し、その本体は起立した突起を有し、その突起は隣接するダクト本体の接合部表面を横切って、連続した十分な接触力を提供するように構成されそして配置される。ダクトに固定されたクランプは突起に対し、密閉表面を横切って連続した十分な接触力を提供するようにさせ、それにより定張力クランプの必要性をなくし、そして空気取り込みジョイントを改良し、低温において特に普遍的に発生する漏れを防止する。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車分野に関し、特に内部燃焼エンジンのための適応型空気取り込み密閉ジョイントに関するものである。

内部燃焼エンジン向けの空気取り込みダクトの設計はエンジン室内の使用可能な空間に大きく依存している。エンジン室は一般的に使用可能な空間のほとんどすべてを使用するように設計されるが、しかしエンジンの最適な性能のために新鮮な空気をエンジン室の外部から集める必要が残る。この点に関して空気取り込みダクトは、エンジンのアクセサリを避けるためダクトが種々の角度位置を介して引き回されなければならないことから、より複雑になっている。適切なダクト配管がエンジン音を減衰させることが知られている。

従来型のダクトの問題点は、連結された管の間の結合部の密閉である。時間の経過とともに管の結合部は緩くなり、その結果漏れを生じる。漏れはそれがフィルタシステムの後で起こる場合特に問題であるが、しかし任意の結合部における漏れは燃焼プロセスの動態力学を変更する可能性があり、それはエンジンの効率とノイズ制御の両方に影響する。

空気取り込みダクトに対する改良は、エンジン室の空間が減少し、一方でエンジン寸法が同一に留まりまたは寸法が増えるため、継続する。

米国特許第８，５２８，６９２（特許文献１）はカバー部材への単純化された取り付けを有する空気取り込みダクトを開示している。
米国特許第６，５５３，９５３（特許文献２）は吸い込みダクトのダクト壁の少なくとも一部が不織布の成型体から形成されることを開示している。その不織布は熱可塑性樹脂の結合剤を含んでいる。

米国特許第６，９５９，６７８（特許文献３）は空気取り込み装置の製作方法を開示している。その方法は、支持部位形成ステップ、仮固定ステップ、および連結ステップを有する。支持部位形成ステップにおいて支持部位が形成される。仮固定ステップにおいては多孔性部材が支持部位により保持される。連結ステップでは、支持部位と多孔性部材が連結される。この製作方法により製作された空気取り込み装置では、多孔性部材の周辺部位が、開口部の外側端部である支持部位で二重に密閉される。結果的に開口部は多孔性部材で確実に覆われ、それにより取り込みノイズが確実に減少される。

米国特許第７，１９１，７５０（特許文献４）は、外側シェルに挿入される内側シェルと外側シェルの開放端を密閉するカバーとを有する取り込みマニホルド組立体を開示している。内側シェルは空気通路を形成する分割材を有する。レーザ装置が外側シェルの外側表面に沿って、内側シェルに対応する経路に沿って横断され、それによりレーザ溶接結合が形成される。この発明の取り込みマニホルド組立体は、プラスチック製の取り込みマニホルド組立体を組立てるのに使用されるレーザ溶接結合を改良する特徴と方法を含む。

米国特許第７，３２２，３８１（特許文献５）は、ダクト本体であって、中空の管状形状に形成され、その内部に、熱可塑性樹脂から形成される第１分割体と第２分割体のような複数の分割体を一体的に連結することにより、外部空気を内部燃焼エンジンに導入するための取り込み通路を有し、そして第２の分割体のダクト壁に取り込み通路の内側と外側の連通を確立する開口部を有する、ダクト本体を開示している。

米国特許第７，４７５，６６４（特許文献６）は、第１の会合表面を有する第１部材と第２の会合表面を有する第２成型プラスチック製部材とを有するエンジン取り込みマニホルド組立体を開示している。第２成型プラスチック製部材は接着剤により第１部材に接着結合する。接着結合の強度は第２成型プラスチック製部材の強度を上回る。

米国特許出願広報第２００４／０２２６５３１（特許文献７）は空気取り込み装置であって、流入口を備え、その流入口を通って取り込み空気が導入される空気取り込みダクトと、取り込み空気をフィルタリングするための、空気取り込みダクトの下流側に配置される空気清浄器と、そして空気清浄器の下流側に配置され、フィルタリングされた空気をエンジンの燃焼室に供給するための空気清浄器ホースとを有し、取り込み空気通路が流入口と燃焼室の間に配置される、空気取り込み装置を開示している。

米国特許出願広報第２００４／０２２６７７２（特許文献８）は、開口と開口をカバーするための多孔性部材から構成される透過性ポートであって、空気取り込み装置の取り込み空気通路部位の一部に配置される、透過性ポートを開示している。透過性ポートは、空気取り込みダクトの全長の中間点と、取り込み空気通路部位の全長の中間点との間の少なくとも一部の領域に配置される。

米国特許出願広報第２００４／０２３１６２８（特許文献９）は、エンジン取り込みマニホルド組立体であって、第１の会合表面を有する第１部材と第２の会合表面を有する第２成型プラスチック製部材とを有するエンジン取り込みマニホルド組立体を開示している。第２成型プラスチック製部材は接着剤により第１部材に接着結合する。接着結合の強度は第２成型プラスチック製部材の強度を上回る。
提供されるのは、自動車空気取り込みシステムジョイントのための適応型密閉技術である。

米国特許第８，５２８，６９２ 米国特許第６，５５３，９５３ 米国特許第６，９５９，６７８ 米国特許第７，１９１，７５０ 米国特許第７，３２２，３８１ 米国特許第７，４７５，６６４ 米国特許出願広報第２００４／０２２６５３１ 米国特許出願広報第２００４／０２２６７７２ 米国特許出願広報第２００４／０２３１６２８

適応型空気取り込みジョイントの密閉フィーチャであって、エラストマチューブのクランプ表面に成形される１つまたは複数の周囲の突起からなり、適切な密閉を維持するため、連続したそして十分な接触力を結合部において提供するように配置される。

本発明の１つの目的は、空気取り込み結合部において密閉を維持する適応型手段を提供することである。
本発明のもう１つの目的は、密閉表面を横切って連続かつ十分な接触力を提供し、定張力クランプの必要性をなくすことである。

さらにまた１つの本発明の目的は、特に寒冷環境で多発する漏れを防止するため、空気取り込み排出結合部を改良することである。
またさらなる本発明の目的は、受け入れ可能なほど低い組立力を維持することであり、その低い組立力はそうでなければ、過大寸法の漏れ止めビーズまたは密閉表面を構成する表面間の増大した干渉により、悪影響を与えられる。

さらなる本発明の目的は、密閉力を維持するために使用されるクランプを過剰に締め付ける必要性をなくすことであり、過剰な締め付けはクランプされた材料をさらに歪ませ、そして漏れの傾向を悪化させる可能性がある。
本発明のさらなる目的と利点および本発明に付随する優位点は、以下の記述、実施例および請求項から当業者には明白であろう。

成形された起立した突起を有するダクトの断面図である。 クランプを有する、図１に示されるダクトの断面図である。 ゴム、ＴＰＥまたはＴＰＶ製のダクトの鳥瞰図である。 角形頂部の突起を有する固くない領域の側面図である。 丸い突起を有する固くない領域の側面図である。 基部に隣接する圧縮性材料を有する代替実施形態の側面図である。 高温における改良設計と未改良設計の両方に対する密閉接触力のＦＥＡ（有限要素分析法）実行に基づく比較グラフである。 低温における改良設計と未改良設計の両方に対する密閉接触力のＦＥＡ（有限要素分析法）実行に基づく比較グラフである。

本発明の詳細な実施形態は本明細書に開示されるが、しかし、開示された実施形態は種々の形態で実施されうる本発明の単なる事例であることが理解されるべきである。従って、本明細書で開示される特定の機能的および構造的詳細は、本発明の範囲を制限すると解釈されるべきではなく、請求項のための単なる基礎として、そして当業者が、実質的に任意の適切な詳細構造において本発明を種々に使用することを教授するための代表的基礎として解釈されるべきである。本明細書に記載される実施形態は実際に、高価な定張力クランプを必要としたであろう厳しい漏れ事象を、外周突起を組み込まないダクト設計と比較して、解決することが証明されている。

図１を参照して、ダクト１０は一重の管状の１つの材料片から構成される構造を有している。本明細書の議論の目的ため、構造物の材料はゴム、ＴＰＥ（熱可塑性エラストマ），ＴＰＶ（熱可塑性加硫エラストマ）または類似のものでよい。ダクトは、オーバーモールド、混合注入、または連結された材料を含む、異なる材料との組み合わせから構成されてもよい。受け器ダクト１０はダクトの全外周に成形される一連の突起１４を持つ側壁１２を有する。好適な実施形態では突起１４は、圧縮されると変形して密閉することができるゴム材料の３つの起立した突起から構成される。起立した突起１４は、一度クランプが取り付けられた場合にクランプを定位置に維持する側壁１６と１８の間に配置される。

図２は側壁１６と１８の間に置かれた起立した突起１４と、起立した突起の上に締め付けられるクランプ２０を示し、それによりクランプは圧縮を引き起こし、そして受け器ダクト１０と、一般的に剛性の内側挿入ダクト部材３７との間に形成される結合部４１の密閉を形成する。隣接する管状パイプの間の結合部は特に車両が極端な温度差の下で使用される場合、または車両の経年劣化により漏れが生ずることがよく知られている。エンジンのサイクルは従来型のダクトに圧縮ひずみを経験させ、それが境界面において密閉力の低下をもたらし、それが結合部の緩みと漏れを引き起こす。また、熱誘導の伸長または収縮に起因する隣接する剛性ダクトの変形、軟化、および塑性クリープは、外周のまたは「鋸歯」状の突起を備えるエラストマダクトにより克服できる。

クランプ２０が適切にトルクを与えられる場合、起立した突起１４はわずかに圧縮される。ゴムに類する材料は非圧縮性の特性を示す傾向があり、そして、固い場合は、適切な密閉力の維持において、一般的に材料の弾性の優位性を制限する。突起を有する場合、突起の間の空間は、突起がクランプにより径方向に圧縮される時に、横に広がる突起により満たされ、それにより変化する条件の下で、密閉境界面に垂直な接触力を維持するために使用される、弾性力の貯蔵を可能にする。弾性力の貯蔵を、そして貯蔵された弾性力の印加を最適化する努力の中で、個々の突起の形状、突起の間のギャップの形状、突起の相対的高さ、および突起の材料特性さえも変更されうる。突起取り付けの変化は、クランプのスタイルまたはその下のダクト構造から生じる不均一なクランプ負荷に適応するため、外周方向のみでなく、横方向であってもよい。

このことは直径、厚さ、クランプ負荷、材料選定、および熱誘導の負荷および形状変化に起因する固い会合面のゆがみに対し、向上した適応性を提供する。直感的にこのような密閉表面への突起付けは自明に見えるが、組立およびクランプ中の折れ曲がり、ねじれ、またはダレやすさに起因して、うまく機能せず、それにより漏れを引き起こす。突起を会合面の外側に設けることによりこの問題が防止される。突起は、直径、厚みおよびトルク負荷によって異なる押し分け歪みに対する変位を調整するために形状、寸法および材質において調整できる。振動、温度変化およびそれらの類は典型的に結合部の漏れを引き起こす環境変化の例であるが、それらは突起が結合部の変化に順応するため防止される。

図３はダクト１０の鳥瞰図であり、ダクトの中でクランプが峰部１６と１８の間に位置決めでき、それによりダクト１０を、受け部末端２５の中に適合する適切な寸法のダクトに対して、固定する。この実施形態では、ダクト１０は波型であり、構造体の長さ方向に沿って容易に曲げることができる。受け部末端２５は不図示の挿入末端を受け入れ、挿入末端は受け部末端２５の内側表面と境界を接する。突起１４はクランプを受け入れ、挿入末端を確保するための圧縮力を受け部末端に与える。

図４Ａを参照して、ダクト１０は起立した突起１４を有し、その突起は突起１４の下方および／または周りの固くない領域４４を画定し、圧縮されたときにステップ型負荷を結合部に提供する。突起１４は好適にはエラストマ（ゴム、ＴＰＶ、ＴＰＥ他）から形成され、そしてベースダクト１０の一部として成形される。

同様に図４Ｂの代替的実施形態は起立した突起４６を示し、突起は固くない領域４８を有し、それは圧縮されるとステップ型負荷を結合部に提供する。図４Ａの突起は平らな頂部として示され、図４Ｂでは丸い頂部として示されている。２つの実施形態における使用材料４７は同じである。図４Ｃは代替的実施形態を示し、そこでは代替圧縮性材料５５が接着、オーバーモールド、溶接、機械的固定、混合注入などの一般的製造方法を介してベースダクトに隣接されている。これらの図はダクトが定張力クランプと似た機能をするように変化される部分を強調している。不図示の定張力クランプは、圧縮の間に曲がる一体型のバネを含む圧縮クランプとして知られるクランプである。しかし、クランプは適切な取り付けに依存し、そしてバネは、一般的にクランプの特定の外周区画に配置され、適切な密閉を得るために適切なトルクを必要する。対照的に、本発明はダクトの外周全てに成形された突起を有し、圧縮を提供するクランプは結合部の外周に均一のクランピングを提供する。

適応型空気取り込みジョイントは内部燃焼エンジン用であって、そのジョイントは：内側表面と外側表面で画定され、少なくとも１つの受け部末端を有する第１の管状ダクトと；内側表面と外側表面で画定され、上記受け部末端の内部にフィットし、受け部末端との間に結合部を形成するように構成され配置される、少なくとも１つの挿入部を有する第２の管状ダクトと、上記受け部末端は少なくとも１つの突起を第１のダクトの外周に有し、；そして、突起の上に配置されるクランプとを有し、ここでクランプ周囲の締め付けが結合部を密閉し、それにより突起は密閉を維持するため結合部に一定の圧力を供給する。

適応型空気取り込みジョイントは、内側表面１５と外側表面１７を有する第１のダクト本体１２を有する。内側表面１５は第１の末端１９と受け部末端２３との間に第１の空気流路２１を提供する。少なくとも２つの突起１４が受け部末端２３の外側表面１７上に配置される。第２のダクト本体２９は内側表面３１と外側表面３３を有する。第２のダクト本体２９の内側表面３１は挿入部末端３５と第２の末端３７の間に第２の空気流路３２を提供し、挿入部末端３５は、受け部末端２３の内側表面１５に摩擦係合するように構成され配置される挿入部末端３５の外側表面３３により、第１のダクト本体１２の受け部末端２３の中に挿入でき、それにより結合部を形成する。１つのクランプ２０が突起１４の上に配置され、ここでクランプ２０は締め付けられて突起１４の圧縮をもたらし、それにより突起は一定の圧力を結合部４１に提供する。第１のダクト本体１２と第２のダクト本体２９は第１の末端１９と第２の末端３７の間に密閉された流路を形成する。

突起１４は、ゴムのような第２のフレキシブル材料を受け部末端に固定するため、ダクト材料がフレキシブルな場合ダクト内に成形され、またはオーバーモールドまたは混合注入のプロセスにより形成され、鋸歯形状の峰５１と谷５３を提供する。峰５１は丸められても、平坦４２であってもよい。突起は突起１４の両側に第１の壁１６と第２の壁１８を有する。それぞれの側壁はその高さＨ１が突起１４の高さＨ２より高く、そのことがクランプの配置を助け、そして車両の動きに拘らず、すなわちオフロードでの使用時に、クランプを結合部の上に維持する。

好適な実施形態では、第１のダクト本体１２と第２のダクト本体２９は管形状である。その形状はエンジン室内のダクトの配置により定められ、そして用途によって異なる形状と組み合わされてもよい。

適応型空気取り込みジョイントは、キャッチタブ溝６１を受け部末端２３の内側表面１５に備える。挿入部末端３５はラッチタブ６３の形状に形成され、キャッチタブ溝６１に係合するように構成されそして配置される。挿入部末端の外側には受け部末端２３をキャッチタブ溝６１と後部壁３０の間に捕獲するための後部壁３０を有する。突起１４は本質的に鋸歯でありクランプ２０の締め付けの間圧縮性を可能にする。圧縮可能領域は本質的に結合部にステップ負荷を印加する。

図５は高温における改良設計と未改良設計の両方に対する密閉接触力の比較グラフである。図の左側はクランプ面を横切る位置に関する相対的表面接触圧力である。受け部末端２３に３ｍｍ厚の平坦な密閉を有する場合と鋸歯突起を持つ３ｍｍ厚の密閉を有する場合について、１１０℃の温度に維持して分析した。

図６は低温における改良設計と未改良設計の両方に対する密閉接触力の比較グラフである。図の左側はクランプ面を横切る位置に関する相対的表面接触圧力である。受け部末端２３に３ｍｍ厚の平坦な密閉を有する場合と鋸歯突起を持つ３ｍｍ厚の密閉を有する場合について、−４０℃の温度に維持して分析した。

本発明の特定の形態が示されるが、本発明は本明細書に記載された特定の形態または配置に限定されるべきではないことが理解されよう。本発明の範囲から離れることなく種々の変更がなしうることは当業者には明白であり、そして本発明は本明細書および本明細書に含まれる任意の図／グラフに図示されそして記載されたものに限定されるとは見做されるべきではない。

当業者は容易に、本発明が目的を実行し、そして記載された結果と利点を、内在するものと共に、獲得するために十分適応されていることを理解しよう。本明細書に記載される実施形態、方法、処理手続きおよび技法は、好適な実施形態の現時点の代表であり、例示であることを意図し、発明の範囲を制限することを意図していない。本発明の精神のうちに含まれ、そして添付の請求項の範囲により画定されるそれらの変更および他の使用は当業者に想起されよう。

本発明は特定の好適な実施形態に関連して記載されてきたが、請求される本発明はこれら特定の実施形態に不当に限定されると理解されるべきではない。実際、当業者には明白な、本発明を実施するための記載されたモードの種々の変更は、以下の請求項の範囲の中にあることを意図されている。

Claims (13)

1. 内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイントであって：
   内側表面（１５）と外側表面（１７）を有する第１のダクト本体（１２）と、
   前記内側表面（１５）は第１の末端（１９）と受け部末端（２３）の間に第１の空気流路（２１）を提供し、少なくとも２つの突起（１４）が前記受け部末端（２３）の前記外側表面（１７）の上に配置され；
   内側表面（３１）と外側表面（３３）を有する第２のダクト本体（２９）と、
   前記第２のダクト本体（２９）の前記内側表面（３１）は挿入部末端（３５）と第２の末端（３７）の間に第２の空気流路（３２）を提供し、前記挿入部末端（３５）は前記第１のダクト本体（１２）の前記受け部末端（２３）に挿入可能であり、前記挿入部末端（３５）の前記外側表面（３３）は前記受け部末端（２３）の前記内側表面（１５）に摩擦係合し、それにより結合部（４１）を形成するように構成されそして配置され；そして
   前記突起（１４）の上に配置されるクランプ（２０）と；
   を有し、
   ここにおいて前記クランプ（２０）は、前記突起（１４）の圧縮を引き起こし、前記突起はエラストマであり、それにより環境条件の変化に順応し、そして、前記結合部（４１）に一定の圧力を提供するため、締め付けられ、前記第１のダクト本体（１２）と前記第２のダクト本体（２９）は前記第１の末端（１９）と前記第２の末端（３７）の間に密閉された流路を形成する、
   ことを特徴とする内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
2. 前記突起（１４）はオーバーモールドの工程により形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
3. 前記オーバーモールドの工程はゴムまたはエラストマを前記受け部末端に固定する、ことを特徴とする請求項２に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
4. 前記突起（１４）は混合注入の工程により配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
5. 前記突起（１４）は峰（５１）と谷（５３）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
6. 前記峰（５１）は丸められている、ことを特徴とする請求項５に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
7. 前記峰（５１）は平坦（４２）である、ことを特徴とする請求項５に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
8. 前記第１のダクト本体（１２）は前記突起（１４）の両側に位置する第１の側壁（１６）と第２の側壁（１８）を有し、それぞれの前記側壁は前記突起（１４）の高さ（Ｈ２）より高い高さ（Ｈ１）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
9. 前記第１のダクト本体（１２）と前記第２のダクト本体（２９）は管状の形状である、ことを特徴とする請求項１に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
10. 前記受け部末端（２３）の前記内側表面（１５）はキャッチタブ溝（６１）を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
11. 前記挿入部末端（３５）は前記キャッチタブ溝（６１）に係合するように構成されそして配置されるラッチタブ（６３）の形状に形成される、ことを特徴とする請求項１０に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
12. 前記挿入部末端の外側には前記キャッチタブ溝（６１）と後部壁（３０）の間に前記受け部末端（２３）を捕獲するための後部壁（３０）を有する、ことを特徴とする請求項１１に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。
13. 前記突起（１４）は鋸歯の形状である、ことを特徴とする請求項１に記載の内部燃焼エンジン用適応型空気取り込みジョイント。

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