JP3947901B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用その他、複数のシリンダを有するエンジンに適用することができる内燃機関の吸気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等のエンジンにおいては、吸気脈動を抑制すると共に、各シリンダ間の吸気干渉を防止する目的で、サージタンクを設けている。このサージタンクは、スロットルボディとインテークマニホールドとの間に接続されており、スロットルボディからの混合気がこれに貯留された後に、インテークマニホールドによって各シリンダに分配される。
【０００３】
図１４は、本発明が対象とするサージタンク７、インテークマニホールド８及びヘッド取付フランジ１３の部分を示したものである。ヘッド取付フランジ１３はシリンダヘッド６にボルト結合されるものである。この図に示すものは３気筒エンジンであり、サージタンク７とヘッド取付フランジ１３との間を連通させるインテークマニホールド８には３本のブランチ８ａ，８ｂ及び８ｃが設けられている。そして３本のブランチ８ａ，８ｂ及び８ｃの基端はサージタンク７のブランチ開口部に結合されると共に、それらの先端はヘッド取付フランジ１３の三つのヘッド開口部１３ａ，１３ｂ及び１３ｃに結合されている。
【０００４】
従来の吸気装置に係るサージタンク７、インテークマニホールド８及びヘッド取付フランジ１３は、金属製であり、しかもそれぞれ別々に製作したものを結合していたが、最近に至って、これらの構成部品を合成樹脂により全体を一体成形で製作する技術が開発されている。本発明が対象とするのも、この樹脂一体成形型インテークマニホールドであるが、従来のアルミ鋳造品、パイプ接合品でも適用可能なのはいうまでもない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１４に示すような構造の場合、サージタンク７とインテークマニホールド８のブランチ８ａ、８ｂ及び８ｃとの連結部に応力が集中することになるため、自動車の振動に十分に耐え得る強度を確保するためには、その肉厚を大きくする必要がある。強度が十分でないと、サージタンクに取付けられるスロットルボディなどの部品が、振動で破損する虞がある。そこで、強度維持のために、各ブランチの上端をサージタンクの底面に接続することが考えられるが、ブランチをサージタンクの底面に接続した場合、当然にブランチ長さを長くすることができなくなってしまう。
【０００６】
そこで、ブランチの上端をサージタンクの側面部に接続するようにすると、吸気装置全体の強度が低下するので、図１５に示すようにサージタンク７とヘッド取付フランジ１３との間に補強用のスチフナ２１をボルト２２で固定することになる。このようにすれば、耐振動性は向上し、必要な強度は確保できることになるが、スチフナ２１およびボルト２２が必要となり、部品点数と作業工数が増加することになる。
【０００７】
サージタンクと吸気管路との構造について成された先行技術として、特開平８−３１２４７９号公報に開示された技術がある。この先行技術に係る発明は吸気装置の小型化と吸気抵抗の低減を図ることを目的として成されたものであるが、上記したような吸気装置全体の強度維持については、開示されていない。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、剛性を向上させた内燃機関の吸気装置、特に合成樹脂により一体成形した高剛性の吸気装置を提供しようとするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のうちの請求項１に記載された発明は、エンジン（１）のクランク軸（３）の軸芯方向に沿うようにサージタンク（７）を配設し、該サージタンク（７）の側面部を前記クランク軸（３）の軸芯方向の一端側に設け、前記側面部に複数のブランチ開口部を設け、各ブランチ開口部に各ブランチ（８ａ，８ｂ，８ｃ）の一端をそれぞれ接続した内燃機関の吸気装置において、前記各ブランチ（８ａ，８ｂ，８ｃ）を前記クランク軸（３）の軸芯方向の一端側に延出させた後、エンジン（１）側からみて逆くの字状に湾曲する湾曲部を介して前記クランク軸（３）の軸芯方向の他端側に延出させて、各ブランチ（８ａ，８ｂ，８ｃ）の他端をヘッド取付フランジ（１３）に形成された複数のヘッド開口部（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）にそれぞれ接続し、また、前記各ブランチ（８ａ，８ｂ，８ｃ）の内、最も内側に配設される前記ブランチ（８ａ）とサージタンク（７）底面とをスロットルボディ（１８）の取付フランジ（７ｅ）と略平行に配設されるリブ（１５）で連結するとともに、該リブ（１５）にヘッド取付フランジ（１３）に対する工具孔（１５ａ）を設けたことを特徴とする。
【００１０】
サージタンクと各ブランチとを連結するリブを設けたことにより、吸気装置の剛性を向上させることができる。また、最も内側に配設されるブランチとサージタンク底面とで形成される湾曲部にリブを設けると共に、このリブにヘッド取付フランジに対する工具孔を設けたので、組付け性を妨げることなく、吸気装置全体の剛性が強化される。
【００１１】
また、請求項２に記載された発明は、請求項１に記載した内燃機関の吸気装置において、前記サージタンク（７）の側面部は前記クランク軸（３）の軸芯方向に対して傾斜して形成され、この傾斜させた側面部（７ｄ）に、前記各ブランチ（８ａ，８ｂ，８ｃ）と連結するリブ（１４ｂ）を配設したことを特徴とする。
【００１２】
サージタンクの傾斜面にリブを設けるので、このリブと全部のブランチとを容易に連結させることが可能となり、インテークマニホールド全体の剛性をさらに向上させることになる。
【００１３】
また、請求項３に記載された発明は、請求項１または２に記載された内燃機関の吸気装置において、前記サージタンク（７）のヘッド取付フランジ（１３）側の側面にスロットルボディ開口部（７ｆ）を設け、該スロットルボディ開口部（７ｆ）にスロットルボディ（１９）を接続して前記サージタンク（７）のヘッド取付フランジ（１３）側の側面とヘッド取付フランジ（１３）との間にスロットルボディ（１９）を配設し、さらに、スロットルボディ（１９）の下方にリブ（１４ａ）を配設したことを特徴とする。
【００１４】
吸気装置に配備される部品のなかで最も重いスロットルボディの下方にリブを配設したので、スロットルボディの重量を効率良く支え、スロットルボディの取付強度を向上させることになる。
【００１５】
そして、請求項４に記載された発明は、請求項３に記載した内燃機関の吸気装置において、スロットルボディ（１９）の下方に配設した前記リブ（１４ａ）はその中心を前記スロットルボディ（１９）のボア（１９ａ）中心に対してスロットルレバー（１９ｂ）側に偏らせて配設したことを特徴とする。
【００１６】
通常、スロットルレバー側にスロットルボディの中心が位置するので、このスロットルボディの中心側に偏らせてリブを配設することにより、スロットルレバーに作動力が付加した場合でもスロットルボディを効率よく支持することができる。
【００１７】
本発明に係る内燃機関の吸気装置は、基本的には以上のように構成されるが、リブは、サージタンクと各ブランチを連結するだけでなく、さらにヘッド取付フランジとも連結させることができる。また、スロットルボディ開口部をブランチ開口部が設けられる側面部側よりも他端側に近接して設け、このスロットルボディ開口部の下方のサージタンク底面とヘッド取付フランジの略中央部とを連結するリブを設け、このリブをエンジンの長手方向の他端側に位置するブランチ及び中央に位置するブランチと連結させることもできる。
また、リブのサージタンクとの連結根元部には応力が集中するので、リブの幅が一定の場合には、リブのサージタンクとの連結根元部が破損する虞があるが、リブのサージタンクとの連結根元部を幅広にすることによって、その応力がリブの全体に分散される。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、図１２及び図１３に基づいて、本発明の実施の形態に係る吸気装置を用いる自動車用エンジン１の概要を説明する。図１２はエンジンの正面を示すもので、図１３はその平面を示すものである。エンジン１は、クランクケース２を略中央に位置させて、クランクケース２の上部にはシリンダブロック４を、下部にはオイルパン５を取付けている。シリンダブロック４の上部にはシリンダヘッド６が設けられ、このシリンダヘッド６の上方にサージタンク７が配置されている。そして、クランクケース２からはクランク軸３が突出している。
【００１９】
また、サージタンク７にはインテークマニホールド８のブランチ８aの上端が結合され、その下端はシリンダヘッド６の一側に接続されている。シリンダヘッド６の上部に取付けられるシリンダヘッドカバー９とサージタンク７との間にはＰＣＶパイプ１０が接続されている。符号１１はエキゾーストマニホールド、符号１２は排気センサである。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態に係る吸気装置を図を用いて説明する。図１はサージタンク７、インテークマニホールド８及びヘッド取付フランジ１３を合成樹脂による一体成形で製作した吸気装置を示す斜視図、図２はそれを正面から見た図である。さらに図３は図２の背面を示すものであり、図４は図２のＡ―Ａ線部分の断面を示す図である。
【００２１】
この吸気装置を用いるエンジンは３気筒エンジンであり、ヘッド取付フランジ１３には三つのヘッド開口部１３ａ、１３ｂ及び１３ｃが設けられ、サージタンク７とヘッド取付フランジ１３との間は、インテークマニホールド８の各ブランチ８ａ、８ｂ及び８ｃで接続されている。各ブランチ８ａ、８ｂ及び８ｃは、エンジンの一端側（図におけるヘッド取付フランジ１３の右端）に延びた後、エンジンの他端側に湾曲するように湾曲部が形成されている。ヘッド取付フランジ１３はブランチ８ａ、８ｂ及び８ｃを介してサージタンク７と連結しており、ヘッド取付フランジ１３の上方にサージタンク７が配設され、サージタンク７とスロットルボディ１９（図６参照）はシリンダヘッドカバー９と略同じ高さに位置している。なお、吸気装置は、低温溶融材中子を使いアルミ鋳造と同様に樹脂成形し、その後中子のみを溶解するロストコアという手法によりナイロンの一種であるＰＡ６‐ＧＦ３０という材料を用いて一体成形される。
【００２２】
リブ１４ａは、サージタンク７の他端側の側面と前後に略同幅でサージタンクの底面からブランチの湾曲部の下流側に延出し、ブランチ８ａ及び８ｂと連結した後、ヘッド取付フランジ１３と略同幅でこのヘッド取付フランジ１３側に延出してヘッド取付フランジ１３と連結するように形成される。また、リブ１４ｂは、サージタンク７の一端側の側面と前後に略同幅でサージタンク７の傾斜面７ｄからブランチの湾曲部の下流側に延出し、ブランチ８ａ、８ｂ及び８ｃと連結した後、ヘッド取付フランジ１３と略同幅でこのヘッド取付フランジ１３側に延出してヘッド取付フランジ１３と連結するように形成される。リブ１５は、ブランチ８ａの湾曲部内側とサージタンク７の底面との間に形成され、サージタンク７の底面の外側（エンジンから離間する方向）とブランチ８ａの通路中心とを連結し、スロットルボディ１９の取付フランジ７ｅ面と略平行に配設される。
このようにヘッド取付フランジ１３の上方にサージタンク７が位置する場合、サージタンク７やスロットルボディ１９の荷重をインテークマニホールド８で受けるため、サージタンク７とヘッド取付フランジ１３とを結合する部材がインテークマニホールド８の各ブランチ８ａ、８ｂ及び８ｃのみである場合には、支持剛性を高めるべく、サージタンク７とヘッド取付フランジ１３の間に、ブランチ８ａ、８ｂ及び８ｃも一体に、ヘッド取付フランジ１３の長手方向に交差する方向の二対の板状のリブ１４ａ、１４ｂと、ヘッド取付フランジ１３の長手方向に沿う方向の１枚のリブ１５を設けて補強を図っている。
【００２３】
リブ１４ａはサージタンク７の底面の他端側とヘッド取付フランジ１３の中央に位置するヘッド開口部１３ｂの他端側を連結するリブ１４ａ１と、サージタンク７の底面の中央部とヘッド取付フランジ１３の中央に位置するヘッド開口部１３ｂの一端側とを連結するリブ１４ａ２とからなり、また、リブ１４ｂは、サージタンク７の傾斜面７ｄの中央部とヘッド取付フランジ１３の一端側に位置するヘッド開口部１３ｃの他端側とを連結するリブ１４ｂ１と、サージタンク７の傾斜面７ｄの一端側とヘッド取付フランジ１３の一端側に位置するヘッド開口部１３ｃの一端側を連結するリブ１４ｂ２とからなる。一対のリブ１４ａはリブ１５とリブ１４ａの外側（エンジンから離間する方向）の端面上部側をリブ１５と交差させて連結し、一対のリブ１４ｂのうちブランチ湾曲部内側に配設されるリブ１４ｂ１はリブ１５とリブ１４ｂ１の外側の端面略中央部をリブ１５に当接させて連結している。また、リブ１４ａ１とブランチ８ａとの交差部に略三角形状のリブがリブ１５に連接させて設けられている。これによって吸気装置全体の剛性を著しく高いものとしている。なお、リブ１５には工具１６を挿入するための工具孔１５ａが設けられ、二つのリブ１４ａ１と１４ａ２の間に位置するリブ１５には肉抜き用の三つの孔が前述の工具孔１５ａの側方に位置させて設けられる。工具孔１５ａはリブ１４ａ２とリブ１４ｂ１との間にあってブランチ８ａの湾曲部の側方に位置するように形成される。また、図２及び図３に符号１７で示すものはＰＣＶパイプ１０を接続するニップルであり、図１〜図３に符号１８で示すものは、バキュームホースを接続する負圧取出し用パイプである。
【００２４】
図１に示すようにサージタンク７は上面部を広く形成した台形形状の略直方体形状をしており、その長手方向はヘッド取付フランジ１３の長手方向（図示しないエンジンの長手方向）と同方向を向いている。そして下面より広く形成したサージタンク７の上面部に凹部を設けることにより、サージタンク７の容積を調整し、サージタンク７の側面部（図の右側）はサージタンク７の端面に設けられ、その部分は、図２及び図３で明らかなように、下方の端部を上方の端部よりも他端側に位置させた下方に向けた傾斜面７ｄに形成されている。そしてこの傾斜面７ｄにブランチ開口部が設けられ、三つのブランチ８ａ、８ｂ及び８ｃの上端がそれぞれ接続されている。なお、三つのブランチ開口部は、エンジンに対して前後にずらして略横向き三角形状に配置されている。
詳述すると、最もエンジン側に位置するブランチ開口部はヘッド取付フランジ１３の中央に位置するヘッド開口部１３ｂにブランチ８ｂを介して連結され、このブランチ開口部の後方（エンジンから離間する方向）に設けられるブランチ開口部のうち、上部側のブランチ開口部は一端側のヘッド開口部１３ｃとブランチ８ｃを介して連結され、下部側のブランチ開口部は他端側のヘッド開口部１３ａとブランチ８ａを介して連結され、各ブランチ開口部は、最もエンジン側に位置するブランチ開口部を頂点とし、上部側のブランチ開口部と下部側のブランチ開口部を結んだ線を底辺とする横向きの三角形状になるようにサージタンク７の傾斜面７ｄに形成され、各ブランチ８ａ、８ｂ及び８ｃは互いに交差することなく各ブランチ開口部とヘッド開口部１３ａ、１３ｂ及び１３ｃとを連結している。
【００２５】
インテークマニホールド８の三つのブランチ８ａ、８ｂ及び８ｃは、ヘッド取付フランジ１３の結合部分では直線状に並んでヘッド取付フランジ１３のヘッド開口部１３ａ、１３ｂ及び１３ｃに接続されているが、その上部はそれぞれ弓状に湾曲している。そしてサージタンク７のヘッド取付フランジ１３側の側面部にはスロットルボディ１９（図５参照）の取付フランジ７ｅが設けられ、その開口部７ｆにスロットルボディ１９が接続されるようになっている。これにより、スロットルボディ１９はサージタンク７の側面部とヘッド取付フランジ１３との間に配設されることになる。三つのブランチ８ａ、８ｂ及び８ｃのうちの１本のブランチ８ｂは、ブランチの湾曲部内側に配設され、残る２本のブランチ８ａ及び８ｃはブランチ８ｂの後側（エンジンから離間する方向）に上下に並べて接続されている。
【００２６】
図２と同じものを僅かに異なった部分で示した図５と、その図５を左方から見た図６により、さらに説明する。図２には示さなかったが、ヘッド取付フランジ１３には燃料を燃焼室に噴射するインジェクタ２０が取付けられており、前述の二対のリブ１４ａ、１４ｂは、エンジンの長手方向の一端側から最も離れた気筒に対応するヘッド開口部１３ａのインジェクタ２０を除く残りのインジェクタ２０を挟み込むように配設される。
【００２７】
図７及び図８は、二種類のスロットルボディ１９を示している。これらの詳細な説明は省略するが、両者ともにサージタンク７に接続されるボア１９ａの中心（中心線Ｂ）と左右端面との距離ｂ、ｃのうち、距離ｂが距離ｃより僅かに大きくなっており、このためにスロットルボディ１９の重心位置１９Ｇとの間にずれが生じている。図８に示すようにスロットルボディ１９の左側にはスロットルレバー１９ｂがあり、スロットルレバー１９ｂを操作すると、重心位置がさらに左方に移動することがある。そこで図９に示すように、対向する一対のリブ１４ａの位置を、重心点１９Ｇ上の線Ｃに対して同一の距離ａを持たせるようにして中心線Ｂに対してずらして配置している。本発明はスロットルボディ１９の下方に一対のリブ１４ａを設けているので、リブ中心はリブ１４ａ１と１４ａ２との中間位置となり、このリブ中心線Ｃをスロットルボディ１９のボア中心線Ｂに対して他端側即ちスロットルレバー側にずらして配置することにより、スロットルレバーへの荷重に対処している。
【００２８】
板状のリブ１４ａ、１４ｂをこのように設けるとき、リブ１４ａ、１４ｂの厚さが均一であると、リブ１４ａの連結根元部（図１０に符号Ｄで示す部分）などに応力が集中する。このように応力が集中したまま放置すると、やがてはその部分が破損する虞があるため、図１１に示すように、リブ１４ａの連結根元部を他の部分に対して幅広部１４ｃに形成し、応力を分散するようにしてある。
【００２９】
この実施の形態では、前述のように二対のリブ１４ａ、１４ｂが設けられているが、そのうちの他方の一対のリブ１４ｂは、サージタンク７の下方に向けた傾斜面７ｄに結合されている。このリブ１４ｂの上端にも当然に応力が集中するので、リブ１４ｂの連結根元部も他の部分に対して幅広部１４ｄに形成されるている（図１１参照）。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成された内燃機関の吸気装置であるから、請求項１に記載した発明によれば、エンジンの長手方向に沿うようにサージタンクを配設し、このサージタンクの側面部に複数のブランチ開口部を設け、各ブランチ開口部に各ブランチの一端をそれぞれ接続し、また、各ブランチの他端をヘッド取付フランジに形成されたヘッド開口部にそれぞれ接続するとともに、サージタンクと各ブランチをリブにより連結したので、別途スチフナ等を使わずに、吸気装置全体の剛性を著しく向上させることができる。また、吸気装置を合成樹脂により一体成形した場合でも、サージタンクと各部ランチをリブで連結することにより、吸気装置の剛性を高く維持することが可能となる。
また、リブを、ブランチとサージタンク底面とをスロットルボディの取付面方向に連結するように配設し、このリブにヘッド取付フランジに対する工具孔を設けたことにより、吸気装置の組付性を妨げることなく、吸気装置全体の剛性を向上させることができる。
【００３１】
また、請求項２に記載した発明によれば、サージタンクの側面部をエンジンに対して傾斜して形成し、この傾斜させた側面部に各ブランチと連結するリブを配設したので、このリブと全部のブランチとを容易に連結させることができ、吸気装置全体の剛性をさらに向上させることができる。
【００３２】
さらに、請求項３に記載した発明によれば、サージタンクはヘッド取付フランジ側の側面部にスロットルボディ開口部を設け、このスロットルボディ開口部にスロットルボディを接続して、サージタンクの側面部とヘッド取付フランジとの間にスロットルボディを配設し、リブをスロットルボディの下方に配設したことにより、吸気装置に取付けられる部品のなかで最も重いスロットルボディの下方にリブを配設することになるので、スロットルボディの重量を効率よく支持することができると共に、スロットルボディの取付強度を向上させることができる。
【００３３】
そして、請求項４に記載した発明によれば、リブの中心をスロットルボディのボア中心に対してスロットルレバー側に偏らせて配設したことにより、スロットルレバー側にスロットルボディの中心が位置するスロットルボディを吸気装置に配置してスロットルレバーを作動させた場合でもスロットルボディを確実に支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係る吸気装置全体を示す斜視図である。
【図２】 図１の吸気装置の正面図である。
【図３】 図２の吸気装置の背面図である。
【図４】 図２のＡ―Ａ部分から切断したところを示す断面図である。
【図５】 図２と同じものを僅かに異なった部分で示した正面図である。
【図６】 図５を左方から見た側面図である。
【図７】 スロットルボディの正面図である。
【図８】 図７とは異なるスロットルボディの正面図である。
【図９】 リブのオフセットを説明する説明図である。
【図１０】 リブの応力集中を説明する説明図である。
【図１１】 本発明により幅広に形成されたリブを示す正面図である。
【図１２】 本発明を適用するエンジンの正面図である。
【図１３】 図１２に示したエンジンの平面図である。
【図１４】 従来の吸気装置を一部断面で示した模式図である。
【図１５】 サージタンクとフランジとを補強用のスチフナで結合したところを示す従来の説明図である。
【符号の説明】
７ サージタンク
７ｄ 傾斜面
７ｅ スロットルボディの取付フランジ
７ｆ 開口部
８ インテークマニホールド
８ａ，８ｂ，８ｃ ブランチ
１３ ヘッド取付フランジ
１３ａ，１３ｂ，１３ｃ ヘッド開口部
１４ａ，１４ｂ リブ
１４ｃ，１４ｄ 幅広部
１５ リブ
１５ａ 工具孔
１６ 工具
１９ スロットルボディ

Claims (4)

1. エンジン（１）のクランク軸（３）の軸芯方向に沿うようにサージタンク（７）を配設し、該サージタンク（７）の側面部を前記クランク軸（３）の軸芯方向の一端側に設け、前記側面部に複数のブランチ開口部を設け、各ブランチ開口部に各ブランチ（８ａ，８ｂ，８ｃ）の一端をそれぞれ接続した内燃機関の吸気装置において、
   前記各ブランチ（８ａ，８ｂ，８ｃ）を前記クランク軸（３）の軸芯方向の一端側に延出させた後、エンジン（１）側からみて逆くの字状に湾曲する湾曲部を介して前記クランク軸（３）の軸芯方向の他端側に延出させて、各ブランチ（８ａ，８ｂ，８ｃ）の他端をヘッド取付フランジ（１３）に形成された複数のヘッド開口部（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）にそれぞれ接続し、また、前記各ブランチ（８ａ，８ｂ，８ｃ）の内、最も内側に配設される前記ブランチ（８ａ）とサージタンク（７）底面とをスロットルボディ（１８）の取付フランジ（７ｅ）と略平行に配設されるリブ（１５）で連結するとともに、該リブ（１５）にヘッド取付フランジ（１３）に対する工具孔（１５ａ）を設けたことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記サージタンク（７）の側面部は前記クランク軸（３）の軸芯方向に対して傾斜して形成され、この傾斜させた側面部（７ｄ）に、前記各ブランチ（８ａ，８ｂ，８ｃ）と連結するリブ（１４ｂ）を配設したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記サージタンク（７）のヘッド取付フランジ（１３）側の側面にスロットルボディ開口部（７ｆ）を設け、該スロットルボディ開口部（７ｆ）にスロットルボディ（１９）を接続して前記サージタンク（７）のヘッド取付フランジ（１３）側の側面とヘッド取付フランジ（１３）との間にスロットルボディ（１９）を配設し、さらに、スロットルボディ（１９）の下方にリブ（１４ａ）を配設したことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. スロットルボディ（１９）の下方に配設した前記リブ（１４ａ）はその中心を前記スロットルボディ（１９）のボア（１９ａ）中心に対してスロットルレバー（１９ｂ）側に偏らせて配設したことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。

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