JP2020084967A - 自動車用内燃機関及びこれに使用する吸気系部材支持ブラケット - Google Patents

Abstract

【課題】レゾネータを備えた吸気取り込みダクトがエアクリーナに接続されている内燃機関において、吸気取り込みダクトの支持安定性や、支持部材の耐久性向上等を図る。【解決手段】エアクリーナ１５は、ヘッドカバー３の後部上方に配置されている。吸気取り込みダクト２０は、排気側面部の上方においてクランク軸線方向に長い横長部２０ｂを有しており、横長部２０ｂは、触媒ケース６の上方において第１ブラケット２６で支持されている。横長部２０ｂの後ろには、当該横長部２０ｂに一体化されたレゾネータ２３，２４が配置されており、大型のレゾネータ２４は第２ブラケットによってヘッドカバー３に支持されている。従って、吸気取り込みダクト２０は、３点支持の状態で安定的に支持されている。第１ブラケット２６の横幅をグロメット３４の外径の２倍以上とすることにより、グロメット３４が触媒ケース６の熱害から防護されている。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用内燃機関及びこれに使用する吸気系部材支持ブラケットに関するものである。

内燃機関は、エアクリーナ等の吸気系補助装置を備えており、自動車用内燃機関では、エアクリーナに吸気取り込みダクトを接続して、吸気取り込みダクトの先端に空気取り入れ口を設けている。その一例として、特許文献１には、吸気取り込みダクトをクランク軸線方向に長い形態として、その先端に、平面視で斜め前方に開口した空気取り入れ口を設けることが開示されている。

特開平８−３２６６１４号公報

さて、吸気騒音の低減や脈動抑制のために、吸気取り込みダクトにレゾネータを接続することが行われている。この場合、レゾネータはある程度の容量が必要であり、それなりの重量がある。また、レゾネータは吸気取り込みダクトから分岐した状態になっているため、大型になると、吸気取り込みダクトとの接続部に大きなモーメントが作用する。

従って、吸気取り込みダクトにレゾネータを接続している場合、吸気取り込みダクトを安定的に支持するための手段が必要であるが、この場合、取付けの容易性や耐熱性も注意せねばならない。また、自動車のエンジンルームはスペースが限られているため、スペースの有効利用も考慮すべきである。

他方、自動車では、事故に際して人の身体がフード（ボンネット）に上から当たることがあり、この場合、人に対する衝撃を緩和するために、フードの変形ができるだけ大きくなるように配慮されている。

そして、吸気系のダクトは長さが長いため、ヘッドカバー等の機関本体にブラケットで支持されることが多いが、事故に際して、フードが吸気系ダクトに支えて変形が不十分になると、人が受ける衝撃を十分に緩和できないおそれがある。この点については、吸気系ダクトを柔軟な構造にすることが考えられるが、吸気系ダクトにはある程度の剛性を要するものもあるため、吸気系ダクトを柔軟な構造することでは対応できない場合もある。

本願発明はこのような現状を契機に成されたものであり、レゾネータ付きの吸気取り込みダクトを備えた内燃機関において、吸気取り込みダクトを安定的に支持することや部材の耐久性向上、或いは、内燃機関全体としてのコンパクト化等を一つの目的としている。また、本願発明は、吸気取り込みダクトのような吸気系ダクトを支持するブラケットに関して、吸気系ダクトを過剰に柔軟構造にすることなく事故時にフードの下向き変形を容易化するブラケットを提供することも目的としている。

本願発明は、内燃機関と吸気系ダクト支持ブラケットとを含んでいる。内燃機関は、請求項１，２で特定している。すなわち、請求項１の発明では、
「シリンダヘッドの上面にヘッドカバーが固定されている機関本体と、吸気取り込みダクトが接続されたエアクリーナとを備えており、
前記シリンダヘッドの排気側面には、排気ガスが流れる排気系部材が接続されている一方、
前記エアクリーナは、前記機関本体の上に配置されて、前記吸気取り込みダクトは、前記シリンダヘッドの排気側面の上方部においてクランク軸線方向に長く延びる横長部を有しており、前記横長部の中途部にはレゾネータを設けて、前記横長部の先端には空気取り入れ口を設けている」
という基本構成において、
「前記吸気取り込みダクトは、前記排気系部材の上方部に配置した第１ブラケットと、それよりも上流側の部位に位置した第２ブラケットとによって前記ヘッドカバーで支持されている」
という構成になっている。

請求項２の発明では、請求項１において、
「前記機関本体は、クランク軸線を車体の幅方向に長い横置きでかつ、排気側面を車体の前向きにした前排気姿勢に配置されており、
前記レゾネータは、前記横長部の後ろに配置されていて、前記レゾネータが前記第２ブラケットによって支持されている一方、
前記吸気取り込みダクトの横長部は、グロメットを介して前記第１ブラケットに取付けられており、前記第１ブラケットは、前記グロメットの外径の２倍以上の横幅に設定されている」
という構成になっている。

ブラケットは請求項３で特定しており、
「クランク軸線を車幅方向に長い横置き姿勢で配置されると共に排気側面を前向きに配置された機関本体のうち排気側の上部に固定されて吸気系ダクトを支持するブラケットであって、
前記機関本体に固定される下取付け部と、前記した取付け部から上向きに立ち上がった起立部と、前記起立部の上端に設けられていて前記吸気系ダクトを支持する上支持部とを有しており、
前記起立部は、上に行くに従った車体前方に向かうように前傾姿勢になっている」
という構成になっている。

本願請求項１，２では、吸気取り込みダクトは、その基端はエアクリーナに取付けられているため、第１ブラケットと第２ブラケットとを合わせて３か所で支持されている。すなわち、三点支持の状態でヘッドカバーで支持されている。従って、レゾネータを備えた吸気取り込みダクトでありながら、安定的に保持できる。

請求項２の構成を採用すると、レゾネータが第２ブラケットによって支持されているため、レゾネータを大型化しつつ、吸気取り込みダクトの支持安定性を更に向上できる。また、レゾネータは横長部の後ろに配置されているため、機関本体の上方に空いているスペースを有効利用して、内燃機関を全体としてコンパクトに纏めることができる。従って、軽自動車のようにエンジンルームのスペースが小さい自動車に適用すると、特に有益である。

さて、グロメットはゴム等の弾性体から成っていて、吸振性に優れている。また、ロッドを差し込むだけで部材を保持することも可能である。従って、請求項２のように、第１ブラケットに対する吸気取り込みダクトの連結手段としてグロメットを採用すると、エンジンの振動や車体の振動から吸気取り込みダクトを保護できると共に、取付けを作業の手間の軽減も可能になる。もとより、グロメットを吸振部材として使用して、ボルト及びナットを使用して吸気取り込みダクトをブラケットに固定することも可能である。

他方、グロメットは熱に弱いという性質があるため、排気系部材の上方に配置されていると、排気系部材から輻射熱を受けて、長期に亙って使用していると劣化する可能性がある。この点、請求項２のように、第１ブラケットの幅をグロメットの外径の２倍以上に設定しておくと、第１ブラケットがグロメットに対する遮熱板の役割を果たして、グロメットに高い耐久性を保持させることができる。従って、請求項２を採用すると、インシュレータを別途設けることなく、グロメットの耐久性を向上できる利点も有している。

請求項３のブラケットを採用すると、起立部は前傾姿勢であるため、上からの荷重が掛かると前倒れしやすくなっている。従って、衝突事故などで人の身体がフードに上から当たってフードによって吸気系ダクトが下向きに押された場合、起立部が変形することにより、吸気系ダクトが容易に沈み込むことが許容されている。その結果、フードが大きく変形することを可能にして、人の身体に対するダメージを緩和することができる。なお、請求項３のブラケットは、請求項１に使用するブラケットとして好適である。

実施形態に係る内燃機関の平面図である。 吸気取り込みダクトを分離した部分平面図である。 図１のIII-III 視正面図である。 図１の IV-IV視側面図である。 要部の正面図である。 （Ａ）（Ｂ）とも、要部の斜視図である。 図５の VII-VII視断面図である。 第２ブラケットを示す図で、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は使用状態の断面図である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、前後方向は自動車の向きを基準にしており、前進方向を前、後退方向を後ろとしている。左右方向は自動車の車幅方向である。なお、内燃機関では、クランク軸線方向を前後方向と呼ぶことが一般化しているが、本実施形態の方向は、自動車を基準にして定義している。念のため、図１に方向を明記している。

(1).内燃機関の基本構成
図３に示すように、内燃機関は、機関本体として、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２、シリンダヘッド２の上面に固定されたヘッドカバー３、シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の側面に固定されたフロントカバー４を備えている。そして、機関本体は、クランク軸線を左右方向（車幅方向）に長い姿勢とした横置きで自動車のエンジンルームに配置されている。

また、機関本体は、排気側面を前向きにして配置している。更に、気筒軸線は、鉛直線に対して若干の角度（１０°程度）前倒れしているが、基本的には縦型になっている。従って、本実施形態の内燃機関は、前排気で横置きの縦型内燃機関である。なお、実施形態の内燃機関は３気筒である。

図３や図４に示すように、シリンダヘッド２の前面（排気側面）には、インシュレータ５で覆われた触媒ケース６が接続されている。正確に述べると、シリンダヘッド２の内部にはマニホールド部が内蔵されていて、排気出口は１つのみとなっており、この１つの排気出口に、触媒ケース６がエルボ状の継手部を介して接続されている。

触媒ケース６の上部には、Ａ／Ｆセンサー７が取付けられている。図３において符号８で示すのはＥＧＲパイプであり、その始端は触媒ケース６の下流部に接続されている。また、符号９で示すのはＥＧＲクーラであり、これには冷却水パイプ１０が接続されている。また、シリンダヘッド２の後部には、多数本の冷却水パイプが接続された冷却水分配部１１を設けている。図１や図４に示すように、ヘッドカバー３の前部には、オイル注入口を塞ぐオイルキャップ１２を設けている。

例えば図４に示すように、ヘッドカバー３の後部上方には、エアクリーナ１５が配置されている。エアクリーナ１５は、ダストサイドになる下ケース１５ａと、クリーンサイドになる上ケース１５ｂとを有しており、両者でフィルタエレメントが挟まれている。エアクリーナ１５はヘッドカバー３の後ろに部分的にずれた状態に配置しており、下ケース１５ａの下面は、ヘッドカバー３の後部に当たらないように抉られた形状になっている。

図１，４に示すように、シリンダヘッド２の後ろには、吸気マニホールド１６が配置されている。吸気マニホールド１６にはサージタンク１７を設けており、サージタンク１７に固定したスロットルユニット１８とエアクリーナ１５の上ケース１５ｂとが、蛇腹部を有する吸気送りダクト１９で接続されている。

(2).吸気取り込みダクト
図４に示すように、エアクリーナ１５を構成する下ケース１５ａの前面には、吸気取り込みダクト２０が接続されている。図１，２に示すように、吸気取り込みダクト２０は、エアクリーナ１５の下ケース１５ａに向けて後ろ向きに開口した基部２０ａと、基部と連続して左右方向に長い姿勢に延びる横長部２０ｂとを有しており、横長部２０ｂの先端に、手前に向けて延びる空気取り入れ口２０ｃが接続されている。従って、吸気取り込みダクト２０は、大まかには、平面視でクランク状に曲がった形態になっている。

吸気取り込みダクト２０の先端は下向きに開口している。また、吸気取り込みダクト２０の先端部には左右のフランジ２１を設けており、フランジ２１は、車体の前部を構成するラジエータサポート（フロントフレーム、図示せず）に固定されている。

吸気取り込みダクト２０の横長部２０ｂとエアクリーナ１５との間には、ある程度の間隔が空いている。そこで、横長部２０ｂとエアクリーナ１５との間に、左右に並べて第１及び第２のレゾネータ２３，２４を配置しており、両レゾネータ２３，２４は、エルボ部２３ａ，２４ａを介して横長部２０ｂに接続されている。なお、レゾネータ２３，２４を有する吸気取り込みダクト２０は、２枚のパリソン板を材料にしたブロー成型によって製造されており、吸気取り込みダクト２０は、レゾネータ２３，２４を備えた状態に成型されている。

２つのレゾネータ２３，２４は、吸気取り込みダクト２０の基部２０ａに近い第１レゾネータ２３は容量が小さくて、基部２０ａから遠くに位置した第２レゾネータ２４は左右長さを長くして容量が大きくなっており、第２レゾネータ２４は、冷却水分配部１１の上方まで延びている。

第２レゾネータ２４はある程度の自重があるため、図８に示す第２ブラケット２５により、ヘッドカバー３の端部に支持されている。第２ブラケット２５は金属板製であり、ヘッドカバー３に固定される下水平状部状部２５ａと、第２レゾネータ２４を支持する上水平状部２５ｂと、これらを繋ぐ連結部２５ｃとでクランク状の形態を成しており、上水平状部２５ｂの先端に、リング状のグロメット２５ｄを装着している。

第２レゾネータ２４には、グロメット２５ｄに挿入されるボス２４ｂを設けている。ボス２４ｂは、グロメット２５ｄによって弾性的に掴持されているため、グロメット２５ｄに差し込んだだけでも、安定的に保持されている。

吸気取り込みダクト２０の横長部２０ｂは、概ね触媒ケース６の上方の部位において、図２〜７に示す第１ブラケット２６を介してヘッドカバー３に支持されている。第１ブラケット２６は金属板で製造されており、例えば図６に示すように、ヘッドカバー３の上面に突設されたボス２７にボルト２８で固定された下取付け部２９と、吸気取り込みダクト２０に設けた前向きアーム部３０が載る上支持部３１と、上支持部３１と下取付け部２９を繋ぐ起立部３２とを有しており、起立部３２は、上に行くに従って前にずれるように前傾している。第１ブラケット２６の左右側部には、補強のために下向きリブ３３を形成している。

図６（Ａ）に示すように、ヘッドカバー３に設けたボス２７から上向きの位置決めピン２７ａを突設して、これに第１ブラケット２６の下取付け部２９を嵌め込んでいる。従って、第１ブラケット２６は、１本のボルト２８での締結でありながら、所定の姿勢に保持されている。

例えば図７に示すように、第１ブラケット２６の上支持部３１にはゴム製のグロメット３４が嵌め込まれており、前向きアーム部３０は、グロメット３４をパッキンとして、ボルト３５及びナット３６で締結されている。なお、ボルト３５及びナット３６を使用せずに、第２ブラケット２５の場合と同様に、前向きアーム部３０からピン状のボスを下向きに突設して、このボスをグロメット３４に上から弾性に抗して差し込む構造も採用可能である。

図５から理解できるように、本実施形態の特徴として、第１ブラケット２６の左右幅Ｗは、グロメット３４の外径Ｄの２倍以上になっている。すなわち、第２レゾネータ２４は第２ブラケットで支持されているため、第１ブラケット２６に作用する負担は小さく、従って、第１ブラケット２６は、グロメット３４の外径と同じ程度か僅かに大きい程度の横幅であれば吸気取り込みダクト２０を支持する強度を有するが、実施形態では、第１ブラケット２６は、吸気取り込みダクト２０を支持するための強度を大きく超えた広幅になっている。

さて、第１ブラケット２６は触媒ケース６の上方の部位において第１ブラケット２６で支持されているが、第１ブラケット２６をこの位置に設けると、吸気取り込みダクト２０は最も安定良く支持される。

すなわち、図１，２に模式的に示すように、エアクリーナ１５への連結部３７と、第１ブラケット２６の上支持部３１と、第２ブラケット２５のグロメット２５ｄとを結ぶ線は三角形を成しており、吸気取り込みダクト２０が三点支持されているため、吸気取り込みダクト２０は、振動に対して強い支持形態になっている。従って、第１ブラケット２６を触媒ケース６の上方部に配置することは、吸気取り込みダクト２０を安定的に支持するために好適である。

他方、図５に点線で模式的に示すように、触媒ケース６から輻射熱３８が向かって照射されるため、第１ブラケット２６は輻射熱３８に晒される。この場合、第１ブラケット２６は金属製であるので耐熱性の問題はないが、グロメット３４はゴム質であって金属に比べると耐熱性に劣るため、輻射熱３８が強く当たると耐久性が低下するおそれがある。

しかるに、本実施形態では、第１ブラケット２６のグロメット３４の大きさに対して広幅になっているため、触媒ケース６の輻射熱が下方から照射されても、輻射熱を第１ブラケット２６で遮って、グロメット３４に回り込むことを防止できる。従って、特段の遮蔽板を設けることなく、簡単な構造により、グロメット３４の耐久性を向上できる。

さて、エンジンルームは図示しないフードで追われており、衝突事故などで人の身体がフードに上から当たると、フードは下向きに凹むように変形するが、図７に矢印Ｆ１で示すように、吸気取り込みダクト２０が上から押されることが有り得る。そして、本実施形態では、第１ブラケット２６の起立部３２は前傾しているため、第１ブラケット２６は矢印Ｆ２で示すように、起立部３２が更に前倒れするように容易に変形し得る。

従って、フードが下方に大きく沈み込むことを許容して、人の身体に対するダメージを少なくすることができる。従って、事故時のダメージ緩和作用に優れている。実施形態では、第１ブラケット２６は吸気取り込みダクト２０を支持しているが、第１ブラケット２６は、エアクリーナ１５の下流側に位置したダクトなどの支持にも使用できる。

例えば、シリンダヘッド２の排気側面に排気ターボ過給機が固定されている場合、排気ターボ過給機の出口とインタークーラの入り口とが加圧吸気ダクトで接続されており、この吸気ダクトが触媒ケースの上方において水平状に延びる場合があるが、この加圧吸気ダクトを第１ブラケット２６によって支持することが可能である。

以上、本願発明の一実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、シリンダヘッドには、枝管を有する排気マニホールドを接続したり、排気ターボ過給機を取付けたりすることができる。第１ブラケットも、実施形態のようなクランク形状である必要性はないのであり、Ｌ形や逆Ｌ形なども採用可能である。

本願発明は、自動車用内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

２ シリンダヘッド
３ ヘッドカバー
６ 触媒ケース
１５ エアクリーナ
１８ スロットルユニット
１９ 吸気送りダクト
２０ 吸気取り込みダクト
２０ａ 基部
２０ｂ 横長部
２０ｃ 空気取り入れ口
２３，２４ レゾネータ
２５ 第２ブラケット
２６ 第１ブラケット
２９ 下取付け部
３０ アーム部
３１ 上支持部
３２ 起立部（傾斜部）
３４ グロメット
３５ ボルト
３６ ナット
３７ エアクリーナへの連結部

Claims (3)

1. シリンダヘッドの上面にヘッドカバーが固定されている機関本体と、吸気取り込みダクトが接続されたエアクリーナとを備えており、
   前記シリンダヘッドの排気側面には、排気ガスが流れる排気系部材が接続されている一方、
   前記エアクリーナは前記機関本体の上に配置されて、前記吸気取り込みダクトは、前記シリンダヘッドの排気側面の上方部においてクランク軸線方向に長い姿勢の横長部を有しており、前記横長部の中途部にはレゾネータを設けて、前記横長部の先端には空気取り入れ口を設けている構成であって、
   前記吸気取り込みダクトは、前記排気系部材の上方部に配置した第１ブラケットと、それよりも上流側の部位に位置した第２ブラケットとによって前記ヘッドカバーで支持されている、
   自動車用内燃機関。
2. 前記機関本体は、クランク軸線を車体の幅方向に長い横置きでかつ、排気側面を車体の前向きにした前排気姿勢に配置されており、
   前記レゾネータは、前記横長部の後ろに配置されていて、前記レゾネータが前記第２ブラケットによって支持されている一方、
   前記吸気取り込みダクトの横長部は、グロメットを介して前記第１ブラケットに取付けられており、前記第１ブラケットは、前記グロメットの外径の２倍以上の横幅に設定されている、
   請求項１に記載した自動車用内燃機関。
3. クランク軸線を車幅方向に長い横置き姿勢で配置されると共に排気側面を前向きに配置された機関本体のうち排気側の上部に固定されて吸気系ダクトを支持するブラケットであって、
   前記機関本体に固定される下取付け部と、前記した取付け部から上向きに立ち上がった起立部と、前記起立部の上端に設けられていて前記吸気系ダクトを支持する上支持部とを有しており、
   前記起立部は、上に行くに従った車体前方に向かうように前傾姿勢になっている、
   自動車用内燃機関に使用する吸気系部材支持ブラケット。

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