JP2021021365A - 吸気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの衝撃力によって吸気マニホールドのマニホールド本体を設計どおりに潰す。【解決手段】吸気マニホールド１００におけるマニホールド本体１０は、吸気が流通する集合管２１、及び集合管２１から分岐して延びる４つの分岐管３１を備えている。マニホールド本体１０における分岐管３１からは、固定突起５０が突出している。固定突起５０は、ボルト孔５１に締結用のボルトが挿通されることで、シリンダブロックに固定されている。固定突起５０が突出する方向に直交する方向を直交方向とし、直交方向の力に対するせん断剛性を固定突起５０のせん断剛性としたとき、固定突起５０は、ボルト孔５１が貫通した先端部よりも基端側において、ボルト孔５１が貫通した先端部のせん断剛性よりもせん断剛性が小さい領域を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、吸気マニホールドに関する。

特許文献１の吸気マニホールドの上流側は、１本の管状の集合管になっている。この集合管の下流端からは、４つの分岐管が延びている。各分岐管の下流端は、シリンダブロックの上側に固定されたシリンダヘッドの各吸気ポートに接続される。

特開２００７−２７８０８０号公報

特許文献１のような吸気マニホールドにおいて、各分岐管の下流端をシリンダヘッドに固定するだけでなく、他の固定箇所をシリンダブロック等の内燃機関の構成部材に固定することがある。このような固定構造において、例えば、車両に対して物体が衝突した場合には、吸気マニホールドにもその衝撃力の一部が作用する。ここで、特許文献１には、吸気マニホールドを、各分岐管の下流端以外の他の固定箇所で内燃機関に固定するという技術について言及がない。そのため、特許文献１には、吸気マニホールドに衝撃力が作用した場合を考慮した上記他の固定箇所の固定構造についても何ら言及がない。

上記課題を解決するための吸気マニホールドは、内燃機関の吸気が流通する筒状の集合管、及び前記集合管の下流端から分岐して延びる複数の分岐管を有するマニホールド本体と、前記マニホールド本体の外面から突出し、他の部材に固定される固定突起とを備える吸気マニホールドであって、前記固定突起が突出する方向に直交する方向を直交方向とし、前記直交方向の力に対するせん断剛性を前記固定突起のせん断剛性としたとき、前記固定突起は、前記他の部材に対する固定箇所よりも基端側において、前記固定箇所におけるせん断剛性よりもせん断剛性が小さい領域を有する。

上記構成の吸気マニホールドにおいてマニホールド本体の内部には吸気が流通するための空間が区画されている。そのため、内燃機関に外部からの衝撃力が作用した場合に、吸気マニホールドのマニホールド本体が潰れるように設計することで、吸気マニホールドを衝撃力吸収のための構造体として機能させることができる。その一方で、上記構成の吸気マニホールドは、固定突起で他の物体に固定されているため、固定突起にも衝撃力が作用する。仮に、マニホールド本体が潰れるよりも先に固定突起が折れると、マニホールド本体が他の物体に対して位置ずれして、マニホールド本体が設計どおりに潰れないことがある。

この点、上記構成では、固定突起における基端側の領域、すなわちマニホールド本体側の領域が、せん断剛性の小さな領域になっている。そのため、固定突起に折れが生じるのであれば、このマニホールド本体に近いせん断剛性の小さな領域において亀裂が生じ始める可能性が高い。そして、マニホールド本体に近い領域で亀裂が生じれば、その亀裂がマニホールド本体側へと進展してマニホールド本体の潰れへと発展する可能性が高くなる。したがって、マニホールド本体が潰れることによる衝撃力の吸収効果を得やすくなる。

吸気マニホールドの正面図。 吸気マニホールドの側面図。 吸気マニホールドの分解側面図。

以下、車両に搭載された吸気マニホールドの実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。なお、以下の説明で上下方向というときは、図１における上下方向であるものとする。

図１に示すように、吸気マニホールド１００は、内燃機関のシリンダヘッドへの吸気が流通する集合管２１を備えている。集合管２１は、吸気マニホールド１００の上下方向に直交する方向に延びており、全体として有底筒形状になっている。集合管２１の内部には空間が区画されており、この内部空間が吸気脈動を抑制するためのサージタンクとして機能する。集合管２１の外周面からは、上流側フランジ２２が張り出している。上流側フランジ２２は、集合管２１の長手方向の開口側の端部に位置している。上流側フランジ２２には、吸気マニホールド１００よりも上流側の吸気管が固定される。

図１に示すように、集合管２１の短手方向一方側の側面からは、全体として筒形状の分岐管３１が延びている。分岐管３１は、集合管２１の長手方向に４つ並設されている。各分岐管３１は、集合管２１を囲むように、集合管２１の短手方向一方側の側面から、集合管２１の下側、集合管２１の短手方向他方側の側面を経て、集合管２１の上側まで湾曲して延びている。分岐管３１の内部には空間が区画されており、この内部空間が集合管２１の内部空間に連通している。

図２に示すように、分岐管３１の外周面からは、下流側フランジ３２が張り出している。下流側フランジ３２は、分岐管３１における集合管２１とは反対側の端部に位置している。図１に示すように、下流側フランジ３２は、４つの分岐管３１に跨って延びており、４つの分岐管３１を連結している。下流側フランジ３２には、全体として四角柱形状の外観のシリンダヘッドが固定される。したがって、上流側の吸気管から吸気マニホールド１００における集合管２１の内部空間に導入された吸気は、下流側の分岐管３１の内部空間を介してシリンダヘッドの吸気ポートへと流れる。なお、図示は省略するが、このシリンダヘッドの下側には、４つの気筒が区画されたシリンダブロックが固定されている。

図２に示すように、分岐管３１の外周面からは、当該分岐管３１の内部空間に排気を再循環させるためのＥＧＲ供給部４１が張り出している。ＥＧＲ供給部４１は、４つの分岐管３１に跨って延びている。ＥＧＲ供給部４１の内部には、空間が区画されている。ＥＧＲ供給部４１の内部空間における上流側の端部は、図示しないＥＧＲ供給管に接続されている。また、ＥＧＲ供給部４１の内部空間における下流側の一部分は、４つの通路に分岐しており、分岐した各通路が各分岐管３１の内部空間に連通している。なお、本実施形態では、集合管２１、上流側フランジ２２、分岐管３１、下流側フランジ３２、及びＥＧＲ供給部４１が、マニホールド本体１０を構成している。

また、図１に示すように、４つの分岐管３１のうち、集合管２１の長手方向の開口側に位置する分岐管３１の外周面からは、固定突起５０が突出している。固定突起５０は、分岐管３１における上流側の端部に位置している。固定突起５０は、分岐管３１の外周面から集合管２１の長手方向の開口側に向かって延びており、固定突起５０の先端部は、上流側フランジ２２よりも集合管２１の長手方向の外側にまで至っている。固定突起５０は、当該固定突起５０の先端側ほど細くなっており、全体として三角形板状になっている。固定突起５０の厚みは、概ね固定突起５０の先端側ほど厚くなっており、固定突起５０の先端部の厚みが最も厚くなっている。

固定突起５０の先端部には、当該固定突起５０の厚み方向にボルト孔５１が貫通している。このボルト孔５１に締結用のボルトが挿通されることで、図示しないシリンダブロックに吸気マニホールド１００が固定される。したがって、本実施形態では、固定突起５０においてボルト孔５１が貫通した先端部が、固定突起５０の固定箇所である。

固定突起５０におけるボルト孔５１よりも基端側においては、固定突起５０の厚み方向に凹部５６が窪んでいる。凹部５６は、固定突起５０の厚み方向から視たときに、全体として台形形状になっており、固定突起５０の先端側の底辺が短く、固定突起５０の基端側の底辺が長くなっている。

凹部５６は、固定突起５０の突出方向に５つ並んでおり、上下方向に２つ並んでいる。したがって、固定突起５０には、合計１０個の凹部５６が設けられている。固定突起５０の突出方向に並んだ５つの凹部５６を対比したとき、これらの凹部５６の窪み深さは、基端側に位置する凹部５６ほど深くなっている。

また、固定突起５０の突出方向に並んだ５つの凹部５６について隣り合う２つの凹部５６を対比したとき、先端側に位置する凹部５６における基端側の底辺の長さは、基端側に位置する凹部５６における先端側の底辺の長さと略同じになっている。すなわち、これらの凹部５６の上下方向の幅は、基端側に位置する凹部５６ほど長くなっている。そして、固定突起５０の突出方向において最も基端側に位置する凹部５６における基端側の底辺の長さが最も長くなっている。

固定突起５０における凹部５６よりも基端側においては、固定突起５０の厚み方向に貫通孔５７が貫通している。貫通孔５７は、固定突起５０の突出方向において、凹部５６に近い部分から固定突起５０の基端に近い位置にまで延びている。貫通孔５７は、固定突起５０の厚み方向から視たときに、全体として台形形状になっており、固定突起５０の先端側の底辺が短く、固定突起５０の基端側の底辺が長くなっている。この貫通孔５７における先端側の底辺の長さは、固定突起５０の突出方向において最も基端側に位置する凹部５６における基端側の底辺の長さと同じになっている。貫通孔５７は、上下方向に２つ並設されている。

上述したように、固定突起５０の先端部の厚みは最も厚くなっており、固定突起５０の基端側の厚みは、固定突起５０の先端部に比べて薄くなっている。また、複数の凹部５６の窪み深さは、基端側に位置する凹部５６ほど深くなっており、凹部５６よりも基端側に位置する部分には貫通孔５７が貫通している。さらに、凹部５６及び貫通孔５７の上下方向の幅は、固定突起５０の基端側ほど長くなっている。ここで、固定突起５０が突出する方向に直交する方向のうち、ボルト孔５１の貫通方向を直交方向とし、この直交方向の力に対するせん断剛性を固定突起５０のせん断剛性とする。このとき、上記の構造によって、固定突起５０は、ボルト孔５１から基端までの範囲において、概ね先端側から基端側に向かうほど、せん断剛性が小さくなっている。すなわち、固定突起５０は、ボルト孔５１が貫通した先端部よりも基端側において、ボルト孔５１が貫通した先端部のせん断剛性よりもせん断剛性が小さい領域を有している。本実施形態では、固定突起５０における分岐管３１との境界領域において、せん断剛性が最も小さくなっている。

また、固定突起５０は、当該固定突起５０の突出方向において、固定突起５０の先端部、凹部５６が設けられた中央部、及び貫通孔５７が設けられた基端部の３つの領域に大別できる。そして、固定突起５０のせん断剛性は、先端部よりも中央部の方が小さく、中央部よりも基端部の方が小さくなっている。

図３に示すように、吸気マニホールド１００は、樹脂製の複数のピースで構成されている。具体的には、吸気マニホールド１００は、第１ピース１１、第２ピース１２、第３ピース１３、及び第４ピース１４が溶着によって一体化されることで構成されている。

図１及び図３に示すように、第１ピース１１は、上流側フランジ２２の全体、集合管２１の一部、分岐管３１の一部、及び下流側フランジ３２の全体を構成している。また、図３に示すように、第２ピース１２は、集合管２１の一部、分岐管３１の一部、及び固定突起５０の全体を構成している。第３ピース１３は、分岐管３１の一部を構成している。また、第４ピース１４は、ＥＧＲ供給部４１の全体を構成している。

本実施形態の作用について説明する。
例えば、吸気マニホールド１００に対して、シリンダヘッドとは反対側、すなわち図２における右側から物体が衝突した場合、図２に示すように、その衝突に起因した衝撃力の一部である力Ｆが吸気マニホールド１００に作用する。ここで、上述したように、マニホールド本体１０における集合管２１及び分岐管３１の内部には、吸気が流通するための空間が区画されている。そのため、外部からの衝撃力の一部である力Ｆが作用した場合に、吸気マニホールド１００におけるマニホールド本体１０が潰れるように変形し、当該吸気マニホールド１００が衝撃力を吸収するための構造体として機能する。

本実施形態の効果について説明する。
（１）上述した吸気マニホールド１００に作用する力Ｆは、固定突起５０にも作用する。この固定突起５０は、ボルト孔５１に挿通されたボルトを介してシリンダブロックに固定されているため、力Ｆの一部が固定突起５０にも作用する。ここで、固定突起５０の先端部にはボルトが挿通されているため、ボルトを介して固定突起５０の先端部に大きな力が作用しやすく、固定突起５０がボルト孔５１の近傍の先端部において折れてしまうことがある。仮に固定突起５０が先端部において折れると、吸気マニホールド１００は、固定突起５０を介したシリンダブロックへの支持を失う。そのため、例えば、分岐管３１の下流端とシリンダヘッドとの固定箇所を支点として回動するように、吸気マニホールド１００が変位してしまう可能性がある。このように吸気マニホールド１００が変位すると、シリンダヘッドとの位置関係にずれが生じるため、吸気マニホールド１００が期待どおりに潰れず、十分な衝撃吸収機能を発揮できないことがある。また、吸気マニホールド１００が変位すると、吸気マニホールド１００の周囲に配置されている部品や装置に吸気マニホールド１００がぶつかって、それら部品や装置の破損に繋がることもある。

この点、固定突起５０は、シリンダブロックに対する固定箇所であるボルト孔５１よりも基端側、特に上記実施形態では、固定突起５０におけるマニホールド本体１０との境界領域において、せん断剛性が最も小さくなっている。そのため、固定突起５０が折れ始めるのであれば、当該固定突起５０の根本の境界領域において亀裂が生じる可能性が高い。このように固定突起５０の根本の境界領域において亀裂が生じると、その亀裂がマニホールド本体１０の分岐管３１側に進展しやすい。そして、分岐管３１に亀裂が生じると、その亀裂を起点として分岐管３１が破壊されやすくなるため、マニホールド本体１０全体として、潰れやすくなる。その結果、マニホールド本体１０が潰れることによる衝撃力の吸収効果を得ることができる。

（２）上記実施形態では、固定突起５０は、ボルト孔５１から基端までの範囲において、概ね先端側から基端側に向かうほど、せん断剛性が小さくなっている。このように、固定突起５０のせん断剛性を連続的に小さくすることで、固定突起５０に対して局所的に力が作用することを抑制できる。そのため、固定突起５０においては、直交方向においてある程度の柔軟性が確保され、ある程度の力が作用する前は固定突起５０が弾性変形する。これにより、吸気マニホールド１００に対して物体が衝突したときに固定突起５０が弾性変形した後、折れが生じることになり、吸気マニホールド１００に対して物体が衝突した直後に固定突起５０が折れることを抑制できる。

（３）固定突起５０は、分岐管３１における上流側の端部に位置している。すなわち、分岐管３１のうち、集合管２１との接続部分に近い部分に固定突起５０が位置している。そのため、固定突起５０で生じた亀裂を、分岐管３１だけでなく、集合管２１側へと進展させやすい。

（４）上記実施形態の吸気マニホールド１００は、第１ピース１１、第２ピース１２、第３ピース１３、及び第４ピース１４が溶着によって一体化されることで構成されている。そのため、吸気マニホールド１００に、図２に示すような力Ｆが作用した場合には、一部のピースが脱落して、周辺の部品や装置に衝突することもある。このように複数ピースを溶着して吸気マニホールド１００を構成する構造において、上記固定突起５０のせん断剛性に関する構成を採用することは、ピースの脱落を抑制して吸気マニホールド１００を期待どおりに潰れさせるという点で特に有効である。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態において、固定突起５０の突出箇所は変更できる。例えば、固定突起５０は、分岐管３１における下流側の端部の近傍から突出していてもよい。また、例えば、固定突起５０は、集合管２１から突出していてもよい。このように、固定突起５０は、マニホールド本体１０における集合管２１及び分岐管３１のうち、上流側フランジ２２よりも下流側であって下流側フランジ３２よりも上流側の部分から突出してればよい。

・上記実施形態において、固定突起５０は、少なくともボルト孔５１が貫通した先端部よりも基端側のいずれかの部分において、ボルト孔５１が貫通した先端部のせん断剛性よりもせん断剛性が小さい領域を有していれば、形状を変更できる。例えば、固定突起５０は、全体として四角板形状になっていたり、全体として四角柱形状になっていたりしてもよい。

・また、固定突起５０の厚みは変更できる。例えば、固定突起５０の厚みは、当該固定突起５０の突出方向において一定になっていてもよい。なお、固定突起５０における分岐管３１との境界領域においてせん断剛性を小さくする上では、固定突起５０の基端部の厚みが最も小さくなっていることが好ましい。

・さらに、固定突起５０の上下方向の幅は変更できる。例えば、固定突起５０の上下方向の幅は、固定突起５０の突出方向において一定になっていたり、固定突起５０の基端側ほど細くなっていたりしてもよい。

・また、例えば、固定突起５０における凹部５６の深さや幅は変更できる。具体例としては、凹部５６の窪み深さは全ての凹部５６で一定になっていたり、凹部５６の上下方向の幅は全ての凹部５６で一定になっていたりしてもよい。

・さらに、例えば、固定突起５０における凹部５６を省略してもよい。この場合にも、貫通孔５７が設けられていれば、固定突起５０における分岐管３１との境界領域において、せん断剛性が最も小さくなる。

・また、例えば、固定突起５０における貫通孔５７に代えて、その位置に凹部５６をさらに設けてもよい。この場合には、固定突起５０の突出方向に並んだ６つの凹部５６を対比したとき、これらの凹部５６の窪み深さは、基端側に位置する凹部５６ほど深くなっていることが好ましい。

・さらに、固定突起５０における貫通孔５７を省略してもよい。なお、このように貫通孔５７を省略することで、固定突起５０における分岐管３１との境界領域において、せん断剛性が最も小さくなっていなくてもよい。この場合にも、固定突起５０は、少なくともボルト孔５１が貫通した先端部よりも基端側のいずれかの部分において、ボルト孔５１が貫通した先端部のせん断剛性よりもせん断剛性が小さい領域を有していればよい。そして、固定突起５０におけるせん断剛性が小さい領域から亀裂が生じれば、その亀裂がマニホールド本体１０側に進展することでマニホールド本体１０を潰すことができる。

・上記実施形態では、固定突起５０が突出する方向に直交する方向のうちのボルト孔５１の貫通方向について、固定突起５０のせん断剛性が基端側ほど小さくなるように構成した。これを、固定突起５０が突出する方向に直交する方向のうちの固定突起５０の幅方向について、固定突起５０のせん断剛性が基端側ほど小さくなるように構成してもよい。このように、固定突起５０が突出する方向に直交する方向のうちのいずれかの方向において、固定突起５０のせん断剛性が基端側ほど小さくなるように構成されていれば、上記の（１）の効果を得ることができる。また、どの方向のせん断剛性について検討するべきかは、例えば、固定突起５０に対してどのような方向に力が作用しやすいかなどを勘案して、適宜決定すればよい。

なお、上記実施形態では、凹部５６及び貫通孔５７の存在により、固定突起５０が突出する方向に直交する方向のうちのいずれの方向についても、基端側ほど固定突起５０のせん断剛性が小さくなっている。

・上記実施形態において、固定突起５０は、シリンダブロックに限らず、例えば、シリンダヘッドに固定されていたり、車両のフレーム構造の一部に固定されていたりしてもよい。

・上記実施形態において、マニホールド本体１０の形状は変更できる。例えば、マニホールド本体１０における分岐管３１は、集合管２１を囲むように延びている必要はなく、集合管２１から直線状に延びていてもよい。また、例えば、マニホールド本体１０における分岐管３１は、３つ以下であったり、５つ以上であったりしてもよい。

・上記実施形態において、吸気マニホールド１００は、複数のピースで構成されている必要はなく、１つの部品だけで構成されていてもよい。
・上記実施形態において、吸気マニホールド１００は、樹脂製に限らず、例えば、アルミニウム合金等の金属製であってもよい。

Ｆ…力、１０…マニホールド本体、１１…第１ピース、１２…第２ピース、１３…第３ピース、１４…第４ピース、２１…集合管、２２…上流側フランジ、３１…分岐管、３２…下流側フランジ、４１…ＥＧＲ供給部、５０…固定突起、５１…ボルト孔、５６…凹部、５７…貫通孔、１００…吸気マニホールド。

Claims (1)

1. 内燃機関の吸気が流通する筒状の集合管、及び前記集合管の下流端から分岐して延びる複数の分岐管を有するマニホールド本体と、
   前記マニホールド本体の外面から突出し、他の部材に固定される固定突起とを備える吸気マニホールドであって、
   前記固定突起が突出する方向に直交する方向を直交方向とし、前記直交方向の力に対するせん断剛性を前記固定突起のせん断剛性としたとき、
   前記固定突起は、前記他の部材に対する固定箇所よりも基端側において、前記固定箇所におけるせん断剛性よりもせん断剛性が小さい領域を有する
   吸気マニホールド。