JP3631643B2 - 内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、樹脂部材によって構成されると共に、内燃機関の吸気系に設けられてその内部に中空部を擁する、例えばインテークマニホールドやサージタンク、或いはレゾネータなどのような内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の吸気系には、吸気通路を流過する吸気が導入される中空部をその内部に擁する、例えばインテークマニホールドやサージタンク、レゾネータなどの中空構造体が設けられている。また従来より、こうした内燃機関吸気系の中空構造体として、中空構造体の軽量化や生産性の向上を図るべく、樹脂部材によって構成された樹脂製中空構造体が用いられている。
【０００３】
そして、例えば特開平８−４６０７号公報や特開平８−２５２８６４号公報にみられるように、インテークマニホールド及びそれと一体とされたサージタンクを構成する樹脂部材を複数のピースに分割し、それらピース周囲の分割面を接合面として振動溶着などによって貼り合わせ接合することで形成された樹脂製サージタンク一体型インテークマニホールドが知られている。
【０００４】
このように、各ピースをその周囲の分割面で貼り合わせ接合して形成するようにすれば、内部に中空部を擁する上記の樹脂製サージタンク一体型インテークマニホールドのような樹脂製中空構造体であれ、容易に製造することができるようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ただし、このように形成された樹脂製中空構造体では、以下に述べるように、必要とされるだけの十分な耐圧強度を確保することが困難であった。
【０００６】
このような内燃機関吸気系の中空構造体では、機関運転中にバックファイア等によってその中空部の内圧が一時的に高圧となり、中空部の周壁が膨張するように変形することがある。このため、内燃機関吸気系の中空構造体には、バックファイア時の内圧上昇にも耐え得るだけの十分に高い耐圧強度を確保する必要がある。
【０００７】
特に、気筒に近い部位に設けられるサージタンクにあっては、バックファイアに伴う内圧上昇が顕著であるため、必要とされる耐圧強度も自ずと高くなる。
ところが、上記のように各ピース周囲の分割面のみを接合面として貼り合わせ接合しただけでは、こうした圧力上昇によって各ピースの変形が生じると、その周囲の接合部分に応力が集中してしまい、ピース間の接合強度が不足するおそれがある。このため、上記の如く形成された樹脂製中空構造体では、バックファイア時のような大きな内圧上昇にも耐え得るだけの十分な耐圧強度を確保することが困難であった。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、耐圧強度を向上することのできる内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の吸気系に設けられてその内部に中空部を擁する中空構造体を構成する樹脂部材を、前記中空構造体の外周面を形成する複数のピースに分割し、それらピースをその周囲の分割面を接合面として貼り合わせ接合することで形成されてなる内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体において、前記ピースに、その分割面と直交する方向にオフセットされた部位に、前記中空部の内圧上昇に伴って該ピースの周囲の分割面の貼り合わせ接合部分に作用する応力を低減する更なる接合面を形成するようにしている。
【００１０】
この請求項１に記載の構成では、複数のピースを貼り合わせ接合することで、その内部に中空部を擁して内燃機関の吸気系に設けられる樹脂製中空構造体を形成する。この貼り合わせ接合に際して、ピース同士は、それらピースの分割面を接合面として貼り合わせ接合されるばかりか、その分割面からオフセットされた部位に形成された更なる接合面においても貼り合わせ接合されるようになる。
【００１１】
この結果、その更なる接合面の分だけピース間の貼り合わせ接合部分の面積は増大し、それらピースはより強固に貼り合わせ接合されるようになる。しかも、接合面とされたピース周囲の分割面と上記更なる接合面とはオフセットされた部位に設けられているため、バックファイアなどのよる中空部の内圧上昇に伴うピースの変形によって、ピース間の接合部分にかかるモーメントが分散されるようになり、接合部分にかかる応力が低減されるようになる。
【００１２】
したがって、この請求項１に記載の発明によれば、内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体の耐圧強度を向上することができるようになる。
【００１５】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体において、前記更なる接合面を、前記ピースの内周面に形成するようにしている。
そして、請求項３に記載の発明では、この請求項２に記載の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体において、前記ピースに、凹部を形成し、該凹部のうち、前記ピース周囲の分割面と平行に設けられる面を前記更なる接合面とするようにしている。
一方、請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体において、前記ピースに、その周囲の分割面から垂直方向に突出される凸部を形成し、該凸部のうち、前記ピース周囲の分割面と平行に設けられる面を前記更なる接合面とするようにしている。
さらに、これら請求項３又は４に記載の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体について、請求項５に記載の発明では、前記更なる接合面を、他のピースに形成される別の更なる接合面とボルトによって締結されてなるものとしている。
請求項６に記載の発明では、請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体において、前記ピースが、振動溶着、スピニング溶着、熱板溶着、および接着剤を用いた接着のうち、いずれか一つを用いて貼り合わせ接合されてなるものとしている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体を具体化した一実施形態について、図を参照して詳細に説明する。
【００１９】
本実施形態は、内燃機関のサージタンクとインテークマニホールドとを樹脂部材により一体に形成した樹脂製サージタンク一体型インテークマニホールド（以下、単に「樹脂製インテークマニホールド」という）について、本発明にかかる内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体を適用したものである。
【００２０】
この樹脂製インテークマニホールドは、その内部に中空部を擁する中空構造をなしている。そしてその内部には、所定容量を有したサージタンク、同サージタンクと内燃機関の各吸気ポートとを連通すべく複数に分枝された分枝管（インテークマニホールド）、及び負圧式アクチュエータを作動させるための負圧を蓄圧すべく設けられた蓄圧室などの複数の中空部が区画形成されている。
【００２１】
ちなみに本実施形態の樹脂製インテークマニホールドは、直列４気筒型内燃機関に適用されるものであり、各気筒の２つの吸気ポートに接続すべく、８本の分枝管を備えている。
【００２２】
まず、この樹脂製インテークマニホールドを構成する樹脂部材であるマニホールド本体１０の構造を、図１〜図４に基づき説明する。
図１は、マニホールド本体１０の側面構造を示している。
【００２３】
この図１に示すように、マニホールド本体１０にはその側方に突き出る態様で、吸入管１１が設けられている。その吸入管１１の先端には、機関吸気系のスロットルボディ（図示略）と連結するためのスロットル側フランジ１１ａが設けられている。そのフランジ１１ａには、マニホールド本体１０の内部に連通する吸入口１１ｂが設けられている。また、マニホールド本体１０の上部には、内燃機関の吸気ポートと連結するためのポート側フランジ１２が形成されている。
【００２４】
一方、マニホールド本体１０の前方を覆う前面カバー１３の外周面には、同マニホールド本体１０を補強するための複数のリブ１４が形成されている。
また、図２は、このマニホールド本体１０の側部断面構造を示している。
【００２５】
この図２に示すように、マニホールド本体１０は中空構造をなしており、その内部には、サージタンク１５、分枝管１６、蓄圧室１７などの中空部が区画形成されている。
【００２６】
上記スロットル側フランジ１１ａの吸入口１１ｂは、サージタンク１５に連通している。サージタンク１５は、上記のように所定容量を有したタンクであり、上記前面カバー１３とマニホールド本体１０の内部に設けられた隔壁１８との間に区画形成されている。
【００２７】
このサージタンク１５の下部には、各分枝管１６と連通する開口部１９が形成されている。各分枝管１６は、このサージタンク１５下部の開口部１９よりマニホールド本体１０の後部を周り込み、上方に向かって延びて、上記ポート側フランジ１２に接続されている。
【００２８】
こうして、スロットル側フランジ１１ａの吸入口１１ｂからサージタンク１５へと流入した吸気は、同タンク１５下部に設けられた各開口部１９を通じて各分枝管１６に分配供給されるようになる。
【００２９】
また、サージタンク１５の後方側周壁をなす隔壁１８と分枝管１６との間には、蓄圧室１７が区画形成されている。この蓄圧室１７は、上記のように負圧を蓄圧するために設けられている。
【００３０】
図３は、マニホールド本体１０前部の分解構造を示している。同図３に示すように、マニホールド本体１０は、主に４つのピース２０〜２３に分割形成されている。これら各ピース２０〜２３は各々、射出成形などによって形成された合成樹脂材からなっている。
【００３１】
まず、第１ピース２０は主に、上記吸入管１１及び前面カバー１３を構成する。また、第１ピース２０にあって上記各分枝管１６の開口部１９及びその上流部をなす下部２４は、断面波形状に形成されている。
【００３２】
一方、第２ピース２１は、主に上記隔壁１８を構成する。また、第２ピース２１の下部２５は断面波形状に形成されており、同じく断面波形状に形成された上記第１ピース２０の下部２４と組み合わせることで、上記分枝管１６の開口部１９及びその上流部が形成される。
【００３３】
更に、第３ピース２２は主に、上記吸気ポート側フランジ１２及び各分枝管１６の外壁の一部を構成する。この第３ピース２２にあって上記各分枝管１６の外壁の一部をなす部分は、断面波形状に形成されている。
【００３４】
そして第４ピース２３は、主に上記分枝管１６の外壁の残りの一部を構成する。この第４ピース２３は断面波形状に形成されており、上記第３ピース２２と組み合わせて上記各分枝管１６の中流部から下流部を構成する複数の管路が形成される。
【００３５】
そして、これら４つのピース２０〜２３を振動溶着によってそれぞれ貼り合わせ接合し、一体とすることで、マニホールド本体１０が形成される。ちなみに本実施形態では、次のようにしてマニホールド本体１０が組み付けられている。
【００３６】
すなわち、まず、（Ｉａ）主にマニホールド本体１０のサージタンク１５をなす部分を形成すべく、上記第１及び第２ピース２０，２１を貼り合わせ接合する。また、それと共に、（Ｉｂ）主にマニホールド本体の分枝管１６をなす部分を形成すべく、上記第３及び第４ピース２２，２３を貼り合わせ接合する。そしてその後、（ＩＩ）それら接合された第１及び第２ピース２０，２１と第３及び第４ピース２２，２３とを更に貼り合わせ接合する。こうして、樹脂製インテークマニホールドの樹脂部材を構成するマニホールド本体１０が、一体に組み付けられる。
【００３７】
続いて、本実施形態の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体について、その各ピース２０〜２３の貼り合わせ接合態様の詳細について、図３〜図６に基づき、詳細に説明する。
【００３８】
図３に示すように、各ピース２０〜２３は、それらの周囲の分割面２６〜３１を接合面として振動溶着によって貼り合わせ接合されている。例えば、第３ピース２２と第４ピース２３との貼り合わせ接合は、それらの周囲の分割面３０と分割面３１とを接合面とし、両面３０，３１を突き合わせて振動溶着することで行われる。
【００３９】
ただし、第１ピース２０と第２ピース２１との貼り合わせ接合、及び第２ピース２１と第３ピース２２との貼り合わせ接合については、以下に説明するように、上記のような各ピース２０〜２２の周囲の分割面２６〜２９に加え、「更なる接合面」を設けることで、マニホールド本体１０の耐圧強度を向上するようにしている。
【００４０】
まず、第１ピース２０と第２ピース２１との貼り合わせ接合については、それらピース２０，２１の周囲の分割面２６，２７からオフセットされた位置に更なる接合面が設けられている。
【００４１】
図４は、これら第１及び第２ピース２０，２１の側部部分断面構造を模式的に示しており、同図（ａ）は貼り合わせ接合前の態様を、同図（ｂ）は貼り合わせ接合後の態様をそれぞれ模式的に示している。また、図５は、それら両ピース２０，２１の平面部分断面構造を模式的に示している。
【００４２】
これら図４及び図５に示すように、第１ピース２０の前面カバー１３の上面には、一部下方に向けて窪んだ凹部３２が形成されている。この第１ピース２０においては、その凹部３２のマニホールド本体１０後方側に、上記「更なる接合面」３３が設けられている。
【００４３】
一方、第２ピース２１には、その隔壁１８からマニホールド本体１０の前方側に向けて分割面２７に対して垂直方向に突出した凸部３４が形成されている。この第２ピース２１においては、その凸部３４のマニホールド本体１０の前方側端面３５が上記「更なる接合面」とされている。
【００４４】
これら両「更なる接合面」３３，３５は、上記各ピース２０，２１の周囲の分割面２６，２７を突き合わせた際に、互いに当接するように形成されている。そして、上記分断面２６，２７間と共に、これら「更なる接合面」３３，３５間も振動溶着して貼り合わせ接合することで、第１及び第２のピース２０，２１はそれら周囲の分割面２６，２７に加え、その分割面２６，２７からオフセットされた部位においても、貼り合わせ接合されるようになる。
【００４５】
更に本実施形態では、これら「更なる接合面」３３，３５による貼り合わせ接合部分は、ボルト３６によって締結され、より強固に接合されている。
この結果、両ピース２０，２１の貼り合わせ接合部分の面積が増大すると共に、バックファイアなどのよるサージタンク１５の内圧上昇による両ピース２０，２１の変形時に接合面にかかるモーメントが分散されるようになり、貼り合わせ接合部にかかる応力が低減されるようになる。また、前面カバー１３が「更なる接合面」３３，３５による接合部分によって支持することで、その変形が抑制されることによっても、貼り合わせ接合部分に作用する応力を低減することができるようになる。
【００４６】
他方、第２及び第３ピース２１，２２の貼り合わせ接合については、それら両ピース２１，２２の周囲の分割面２８，２９に加え、その分割面２８，２９よりも各ピース２１，２２の内側の部分に「更なる接合面」が設けられている。
【００４７】
図６（ａ）は第２ピース２１の後面構造を、図６（ｂ）は第３ピース２２の正面構造をそれぞれ模式的に示している。
同図（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２及び第３ピース２１，２２の両側部には、それぞれ各ピース２１，２２の周囲の分割面２８，２９からそれらピース２１，２２の内側に延伸されるように「更なる接合面」３７，３８が形成されている。そして、各ピース２１，２２の周囲の分割面２８，２９を接合面として振動溶着によって貼り合わせ接合すると同時に、これら「更なる接合面」３７，３８も貼り合わせ接合することで、両ピース２１，２２はその周囲の分割面２８，２９に加え、各ピース２１，２２の内側の部分においても貼り合わせ接合されるようになる。
【００４８】
この結果、貼り合わせ接合部分の面積が増大すると共に、バックファイアなどによるサージタンク１５の内圧上昇時に圧力の作用する隔壁１８を、「更なる接合面」３７，３８が形成された部分によって、その背後より支持することができるようになり、その変形をより好適に抑制することができるようになる。
【００４９】
しかも、本実施形態では、こうした「更なる接合面」３７，３８は、各ピース２１，２２の周囲の分割面２８，２９から延伸されているため、それら分割面２８，２９と共に「更なる接合面」３７，３８間も同時に振動溶着することができるようになる。
【００５０】
以上説明した本実施形態の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体によれば、以下の効果を得られるようになる。
（１）本実施形態では、マニホールド本体１０においてサージタンク１５の周壁を構成する第１ピース２０及び第２ピース２１が、各ピース２０，２１周囲の分割面２６，２７に加え、それら分割面２６，２７からオフセットした部位に「更なる接合面」３３，３５を接合面として貼り合わせ接合されている。そのため、「更なる接合面」３３，３５の分だけ両ピース２０，２１同士の貼り合わせ接合部分の面積が増大すると共に、バックファイアなどのよるサージタンク１５の内圧上昇による各ピース２０，２１の変形に際して、それらピース２０，２１間の接合部分にかかるモーメントを分散して、接合部にかかる応力を低減することができるようになる。したがって、樹脂製インテークマニホールドにあってその樹脂部材を構成するマニホールド本体１０の耐圧強度を向上することができるようになる。
【００５１】
（２）本実施形態では、第２ピース２１及び第３ピース２２が、それらピース２１，２２周囲の分割面２８，２９に加え、その分割面２８，２９よりも各ピース２１，２２の内側に設けられた「更なる接合面」３７，３８を接合面として貼り合わせ接合されている。そのため、両ピース２１，２２間の貼り合わせ接合部分の面積が増大すると共に、サージタンク１５の内圧上昇時に隔壁１８に作用する圧力を、その「更なる接合面」３７，３８による接合部分においても支持することができるようになりピース２１，２２の変形をより好適に抑制することができるようになる。したがって、樹脂製インテークマニホールドにあってその樹脂部材を構成するマニホールド本体１０の耐圧強度を向上することができるようになる。
【００５２】
（３）また、本実施形態では、第２及び第３ピース２１，２２の内側に設けられる上記「更なる接合面」３７，３８を、それらピース２１，２２周囲の分割面２８，２９からその内側に向けて延伸するようにしている。このため、両ピース２１，２２の振動溶着にあたり必要とされる接合面間の面圧や接合面間の微小相対変位などを、ピース２１，２２周囲の分割面２８，２９の接合面間に付与すると同時に、「更なる接合面」３７，３８にも付与することができるようになる。このため、直接には「更なる接合面」３７，３８間に面圧や微小相対変位を付与することが困難な場合であれ、容易に振動溶着によって貼り合わせ接合することができるようになる。したがって、耐圧強度を向上することのできる樹脂製インテークマニホールドをより容易に製造することができるようになる。
【００５３】
以上説明した本実施形態の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体は、次のように変更することもできる。
・上記実施形態では、第１ピース２０及び第２ピース２１においてそれら周囲の分割面２６，２７からオフセットされた部位に形成された「更なる接合面」３３，３５による接合部分を、ボルト３６によって更に締結するようにしているが、単にそれら「更なる接合面」３３，３５間を貼り合わせ接合しただけでも、耐圧強度の向上を図ることはできる。
【００５４】
・上記実施形態では、樹脂製インテークマニホールドを構成する樹脂部材であるマニホールド本体１０を４つのピース２０〜２３に分割形成するようにしているが、マニホールド本体１０の分割形成の態様は任意であり、少なくとも２つ以上のピースに分割され、それらピース周囲の分割面を接合面として貼り合わせ接合さていれば、上記各「更なる接合面」３３，３５，３６，３７と同様の接合面を更に設けることで、同様に耐圧強度の強化を図ることはできる。
【００５６】
・上記実施形態では、第１ピース２０及び第２ピース２１にそれら周囲の分割面２６，２７からオフセットされた部位に「更なる接合面」３３，３５を設け、第２ピース２１及び第３ピース２２にそれら周囲の分割面２８，２９よりも各ピース２１，２２の内側の部分に「更なる接合面」３７，３８を設けるようにしている。こうした「更なる接合面」３３，３５，３７，３８は、これらサージタンク１５内の圧力を直接受ける各ピース２０〜２２の貼り合わせ接合のために設けることでより効果的に耐圧強度の向上を図ることができるものの、他のピース間の貼り合わせ接合のために設けても、耐圧強度の向上を図ることはできる。
【００５７】
・上記実施形態では、樹脂製インテークマニホールドに、ピース周囲の分割面からオフセットされた部位に形成された「更なる接合面」３３，３５と、ピース周囲の分割面からそのピース内側に形成された「更なる接合面」３６，３７との両方を設ける構成としているが、いずれか一方のみを設ける構成としてもよい。
【００５８】
・上記実施形態では、各ピース２０〜２３を振動溶着によって貼り合わせ接合するようにしているが、スピニング溶着、熱板溶着、或いは接着剤を用いた接着などの他の手段によって貼り合わせ接合するようにしても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５９】
・上記実施形態では、上記各「更なる接合面」を用いた耐圧強度の強化構造をサージタンクとインテークマニホールド（分枝管）とが一体に形成されたサージタンク一体型樹脂製インテークマニホールドに適用した場合を説明した。こうした耐圧強度の強化構造は、バックファイアによる内圧上昇が顕著な樹脂製サージタンク或いはそのサージタンク一体型樹脂製インテークマニホールドへの適用がより効果的であるものの、例えば単体の樹脂製サージタンクや樹脂製レゾネータなどの他の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体にも適用することができる。要は、内燃機関の吸気系に設けられてその内部に中空部を擁する樹脂製中空構造体を構成する樹脂部材を複数のピースに分割し、それらピースをその周囲の分割面を接合面として貼り合わせ接合することで形成されてなる内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体であれば、各ピースの貼り合わせ接合のために上記各「更なる接合面」を設けるようにすることで、その耐圧強度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体を具体化した一実施形態についてそのマニホールド本体の側面構造を示す側面図。
【図２】同マニホールド本体についてその側部断面構造を示す断面図。
【図３】同マニホールド本体についてその分解構造を示す分解図。
【図４】同マニホールド本体についてそのピース間の貼り合わせ接合態様を示す略図。
【図５】同じくマニホールド本体のピース間の貼り合わせ接合態様を示す略図。
【図６】同じくマニホールド本体のピース間の貼り合わせ接合態様を示す略図。
【符号の説明】
１０…マニホールド本体（内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体を構成する樹脂部材）、１５…サージタンク（中空部）、１６…分枝管（中空部）、１７…蓄圧室（中空部）、２０〜２３…ピース、２６〜３１…ピース周囲の分割面、３３，３５…更なる接合面（ピース周囲の分割面からオフセットされた部位に設けられた更なる接合面）、３７，３８…更なる接合面（ピース周囲の分割面よりピース内側に形成された更なる接合面）。

Claims (6)

1. 内燃機関の吸気系に設けられてその内部に中空部を擁する中空構造体を構成する樹脂部材を、前記中空構造体の外周面を形成する複数のピースに分割し、それらピースをその周囲の分割面を接合面として貼り合わせ接合することで形成されてなる内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体において、
   前記ピースには、その分割面と直交する方向にオフセットされた部位に、前記中空部の内圧上昇に伴って前記周囲の分割面の貼り合わせ接合部分に作用する応力を低減する更なる接合面が形成されてなる
   ことを特徴とする内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体。
2. 請求項１に記載の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体において、
   前記更なる接合面は、前記ピースの内周面に形成されてなる
   ことを特徴とする内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体。
3. 請求項２に記載の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体において、
   前記ピースには、凹部が形成されており、該凹部のうち、前記ピース周囲の分割面と平行に設けられる面が前記更なる接合面とされる
   ことを特徴とする内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体。
4. 請求項２に記載の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体において、
   前記ピースには、その周囲の分割面から垂直方向に突出される凸部が形成されており、該凸部のうち、前記ピース周囲の分割面と平行に設けられる面が前記更なる接合面とされる
   ことを特徴とする内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体。
5. 請求項３又は４に記載の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体において、 前記更なる接合面は、他のピースに形成される別の更なる接合面とボルトによって締結されてなる
   ことを特徴とする内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体において、
   前記ピースは、振動溶着、スピニング溶着、熱板溶着、および接着剤を用いた接着のうち、いずれか一つを用いて貼り合わせ接合されてなる
   ことを特徴とする内燃機関吸気系の樹脂製中空構造体。

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