JP3990649B2

JP3990649B2 - 樹脂製インテークマニホールド

Info

Publication number: JP3990649B2
Application number: JP2003104306A
Authority: JP
Inventors: 裕紀谷川; 誠藤森
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2003-04-08
Filing date: 2003-04-08
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2023-04-08
Also published as: JP2004308581A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は分割された部位を振動溶着によって接合された樹脂製インテークマニホールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のごとくインテークマニホールドは、スロットルボディとエンジンのシリンダヘッドとの間に配置され、スロットルボディ側から送給された空気をエンジンのシリンダヘッドの複数の気筒に等分に配分する機能を備えて構成されている。インテークマニホールドは、軽量化を目的とすることからアルミニウム製の材料や樹脂製の材料で形成され、スロットルボディ側から送給された空気を貯留するサージタンクと、サージタンクに貯留されている空気を各気筒に分配する複数の分岐管から構成されている。各分岐管は、一端が吸込口を有してサージタンクに連接され、他端に吐出口を有してエンジンのシリンダヘッドに連接されて、吸込口から吐出口との間で空気通路を形成している。
【０００３】
近年、コスト低減化及び複雑な形状化を求めることから樹脂製の材料で形成されることが多く、樹脂製のインテークマニホールドは、２分割あるいは３分割して形成され、一般的には分割された部位を振動溶着によって接合して一体的に形成されている。
【０００４】
振動溶着は、分割部位に形成された一対の溶着フランジ部を重ね合わせて治具で圧接した後、治具を圧接方向と直交する方向に横振動させて摩擦熱で溶着フランジ部を溶融させることによって溶着する。溶着フランジ部はサージタンクの壁部から外方に突出して形成され、突出した部位どうしを接合してインテークマニホールドを形成することとなる。
【０００５】
この際、サージタンクの内部にエンジンの失火等で急激な正圧がかかることによって、振動溶着した接合部に応力がかかり、この応力が大きくなると接合部が破損しやすくなってしまう。そのために、サージタンクの壁部の肉厚を大きくして耐圧形状とすることが考えられるが、肉厚を大きくする分、重量が増えることから好ましくない。
【０００６】
また、サージタンクの壁部の肉厚を大きくする場合、壁部の内壁部側を厚くすることは、サージタンクの容量を減少させることとなって好ましくなく、さらに、壁部の外壁部側を厚くすることは、逆に溶着フランジ部の突出部位を幅狭に形成することとなって治具の圧接面積を小さくすることになるから、溶着力を低減させることとなり、溶着効率を低下させてしまうこととなっていた。
【０００７】
従って、サージタンクの肉厚を大きくすることなく溶着フランジ部にかかる応力を低減できる樹脂製インテークマニホールドを構成することが課題として挙げられていた。
【０００８】
従来の樹脂製インテークマニホールド１は、図１に示すように、複数の分岐管３及びサージタンク５が現れる切断面において、断面形状が略矩形状に形成されている。また、インテークマニホールド１は、分岐管３を上下に２分割する第１の分割面１ａと、サージタンク５を２分割する第２の分割面１ｂとを有して３分割に形成され、それぞれの分割面１ａ、１ｂにおいて振動溶着によって接合されている。つまり、図１に示す断面において、複数の分岐管３の各中心位置を結ぶ線は、直線状に形成され、サージタンク５における第２の分割面１ｂに対して分岐管３と反対側の面となるサージタンク５の内壁部５ａの形状も略直線状に形成されていた（特許文献１）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−１７９４１９公報（２〜３頁、図３参照）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、例えば、エンジンの吸気側で爆発が発生するいわゆるバックファイヤーが起きると、インテークマニホールド１内の圧力は急激に上昇して、特にサージタンク５の内周壁面に高い内圧を付与する。この内圧は、図１に示すように、サージタンク５の上下の内壁面５ａ、５ｂを押し広げようとする力として作用することから、サージタンク５を上下方向に広げるように変形させることとなる。この変形は、第１の分割面１ａ及び第２の分割面１ｂ（主に第２の分割面１ｂ）に応力集中を掛けることとなり、例えば、図２に示すように、第２の分割面１ｂには、サージタンク５の内側から曲げモーメントがかかり、この曲げモーメントはそれぞれの溶着フランジ部５１、５２を接合している溶着部５３に、溶着部５３を支点とする曲げ応力となって現れ、第２の分割面１ｂを内側から開くように作用することから溶着部５３の耐圧強度を低下させることとなっていた。
【００１１】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、溶着部にかかる応力を小さくして耐圧強度を低下させることのない樹脂製インテークマニホールドを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る樹脂製インテークマニホールドは、上述の課題を解決するために、以下のように構成するものである。すなわち、
請求項１記載の発明では、スロットルボディとエンジンとの間に配置されて、空気を貯留するサージタンクと、エンジンの各気筒に連結される吐出口を一端に有して空気通路を形成する複数の分岐管とを備え、前記エンジンの各気筒に等分に空気を分配する樹脂製インテークマニホールドであって、
前記サージタンクを通る切断面において、前記分岐管を前記分岐管の並設方向に沿って分割する分割部位が形成されるとともに、複数の分岐管の空気通路中心位置が、前記分岐管の分割位置とともに内側の分岐管の空気通路中心位置を高くするような湾曲状に配置され、かつ並設された前記分岐管の吸入口側が並行に形成され、前記サージタンクに対して前記分岐管と反対側の面の前記サージタンクの壁部が、中央部を広げるような湾曲状に形成されていることを特徴とするものである。
【００１３】
また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明による前記樹脂製インテークマニホールドにおける複数の分岐管及びサージタンクを切断する切断面において、前記サージタンクの前記分岐管の並設方向に沿って分割する分割部位と前記分岐管を前記分岐管の並設方向に沿って分割する分割部位とによって３分割で形成され、それぞれの分割部位において振動溶着によって接合されていることを特徴としている。
【００１４】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、バックファイヤー等でサージタンク内に急激な正圧が発生してサージタンクの内壁面に圧力がかかっても、サージタンクの内壁面、つまり、一方では分岐管側の内周壁面、他方では分岐管と反対側の内周壁面が、中央部を広げるような湾曲状の断面略楕円状に形成されていることから、内圧によって変形しにくく変計量を極めて少なくすることができる。すなわち、湾曲状に形成された内壁面は、高い内圧によって従来のような直線状の内壁面の中央部を広げるように変形した状態と同様となることから、予め内壁面の中央部を広げるように形成することによって、応力の集中を少なくすることができる。これによって、新たな変形を極少とすることができることから耐圧形状の樹脂製インテークマニホールドを提供することができる。
【００１５】
さらに、複数並設された分岐管のうち内側の分岐管の空気通路中心位置を高くするように、各分岐管の空気通路中心位置を湾曲状に配置することによって、すべての分岐管の長さを等長に形成することができる。つまり、各分岐管はエンジンの各気筒に等分に空気を供給するように形成する必要があることから、サージタンクと各気筒との間の距離が同じ長さに形成されていなければならない。インテークマニホールドを樹脂成形する場合、平面視において並設された複数の分岐管が、サージタンクに連接する吸込口からそれぞれ各気筒に連接する吐出口に向かって広がるように延設する際、通常、外側に配置された分岐管はサージタンクと気筒との間で横方向に大きな湾曲状に形成されることからその距離が長くなり、内側の分岐管は横方向に小さな湾曲状あるいは直線状に形成されることからその長さを長くすることができない傾向にあるものの、内側の分岐管を縦方向に高く配置する（内側を広げるような湾曲状に配置する）ことによって外側の分岐管の長さと同一長さに設定することが可能となる。
【００１６】
従って、複数の分岐管の配置を、複数の分岐管のうち内側の分岐管の空気通路中心位置を高くするような湾曲状に形成することによって、耐圧構造を形成するとともに、新たな構成を付加することなく複数の分岐管を等長とすることができることから、耐圧強度の向上と同時に生産性向上を図ることができる。
【００１７】
請求項２記載の発明によれば、樹脂製インテークマニホールドが、請求項１の発明の構成によって、応力集中を少なくすることができることから、複数の分岐管及びサージタンクを切断する切断面において、前記サージタンクを分割する分割部位と前記分岐管を分割する分割部位とによって３分割で形成された構成であっても、応力集中のかかりやすい分割された接合部において、曲げ応力を小さくすることができる。従って、サージタンクの肉厚を厚くして、例えば、サージタンクの容量を小さくしたり、あるいは振動溶着部の圧接部の面積を小さくして溶着効率を低下したりすることなく耐圧構造の樹脂製インテークマニホールドを安価に提供することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
実勢形態の樹脂製インテークマニホールド（以下、インテークマニホールドと言う。）１１は、図３〜６に示すように、一方に図示しないスロットルボディ側に配置されるスロットル側取り付けフランジ部１３と、他方に図示しないエンジンのシリンダヘッドに連結されるエンジン側取り付けフランジ部１５とを備え、スロットル側取り付けフランジ部１３とエンジン側取り付けフランジ部１５との間に、スロットル側取り付けフランジ部１３に連接されたサージタンク１７と、エンジン側取り付けフランジ部１５に連接された複数（図例においては４本）の分岐管１９（スロットル側取付けフランジ部１３側から順に１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ）と、を備えて構成されている。なお、以下の説明にあたっては、図５に示す断面において、分岐管１９の空気通路１９３を示す部位を上部とし、レゾネータ２１を示す部位を下部として説明する。
【００２０】
スロットル側取付けフランジ部１３には、図３に示すように、空気取り入れ口１３１が形成され、空気通路１３２がサージタンク１７内に連接されている。
【００２１】
各分岐管１９は、図６に示すように、一端がエンジン側取付けフランジ部１５に連接された吐出口１９１を有し、他端をサージタンク１７内に侵入した吸込口１９２を有してサージタンク１７と接合するように配置され、吐出口１９１と吸込口１９２との間にそれぞれ空気通路１９３を形成している。
【００２２】
サージタンク１７は、図５に示すように、分岐管１９の空気通路１９３を含む切断面において、複数の分岐管１９を上下方向に分割する第１の分割面１１１と、サージタンク１７の分岐管１９の並設する方向における中央部位で上下方向に分割する第２の分割面１１２を形成して、それぞれ上方から順にアッパピース１１３、センタピース１１４、ロアピース１１５に分割している。そしてアッパピース１１３とセンタピース１１４との第１の分割面１１１の部位、センタピース１１４とロアピース１１５との第２の分割面１１２の部位では、それぞれ振動溶着によって接合されている。
【００２３】
さらに、図５において、各分岐管１９の空気通路１９３の中心位置は、内側の分岐管１９（１９Ｂ、１９Ｃ）の空気通路１９３の中心位置を高くするような湾曲状に配置され、第２の分割面１１２に対して、サージタンク１７における分岐管１９との反対側の面となる内壁部１７ａが、中央部が広がる湾曲状に形成される。これによって分岐管１９の空気通路１９３を含むサージタンク１７の断面形状は、分岐管１９の並設方向が長円となる略楕円状に形成されることとなる。この断面略楕円形状は、できるだけ球状になることが耐圧強度を向上することに対して望ましいが、分岐管１９の外壁部が外側に突出しすぎてインテークマニホールド１１の周りのスペースを取り過ぎないように適宜設定される。
【００２４】
また、各分岐管の吸込口１９２から吐出口１９１までの長さは、すべて等長に形成される。つまり、外側に配置された分岐管１９Ａと１９Ｄは、平面視における分岐管の並設方向、図３中、左右方向に対して大きく湾曲していることからその平面視における長さが内側の分岐管１９Ｂと１９Ｃより長く形成されるものの、内側に配置された分岐管１９Ｂと１９Ｃは、図５に示すように、高さ方向に対して外側の分岐管１９Ａ、１９Ｄより高く形成していることから正面視において長さが長く形成される。従って、各分岐管１９の空気通路１９３の中心位置の高さを湾曲状に配置する際、各分岐管１９は、すべての分岐管１９の全長が等長となるように、正面視における分岐管１９の高さ寸法を設定して形成することとなる。
【００２５】
アッパピース１１３とセンタピース１１４との接合面にはそれぞれ溶着フランジ部１１３ａ、１１４ａがそれぞれアッパピース１１３、センタピース１１４の端部から全周にわたって突出するように形成されている。また、センタピース１１４とロアピース１１５との接合面にはそれぞれ溶着フランジ部１１４ｂ、１１５ａがそれぞれセンタピース１１４、ロアピース１１５の端部から全周にわたって突出するように形成されている。
【００２６】
第１の分割面１１１における溶着フランジ部１１３ａと溶着フランジ部１１４ａ、第２の分割面１１２における溶着フランジ部１１４ｂと溶着フランジ部１１５ａには所定の幅を有する溶着部１１１ａ、１１２ａがそれぞれ形成され、振動溶着によって接合されている。
【００２７】
溶着部１１１ａ、１１２ａは、溶着フランジ部１１３ａと溶着フランジ部１１４ａの対向面、溶着フランジ部１１４ｂと溶着フランジ部１１５ａの対向面を合わせた後、横振動を付与して摩擦熱を発生させることによって溶融させて接合する。この横振動は振動溶着治具によって行われ、振動溶着治具を、重ね合わせた溶着フランジ部１１３ａと溶着フランジ部１１４ａ、溶着フランジ部１１４ｂと溶着フランジ部１１５ａの両側から挟み込むように圧接して、横振動を付与することとなる。
【００２８】
なお、実施形態のインテークマニホールドは、サージタンクの下部に、エンジン側取り付けフランジ１５との間でデッドスペースとなる位置において、防音対策用のレゾネータ２１が配置されている。レゾネータ２１は、サージタンク１７の下部に形成される内壁部１７ａから下方に突出するカバー２２を、それぞれの溶着フランジ部１１５ｂ、２２ａを振動溶着で接合することによって形成され、サージタンク１７の内壁部１７ａとカバー２２との間に空間部２３を設けて構成されている。サージタンク１７とレゾネータ２１とはサージタンク１７の内壁部１７ａに形成された連通孔１７ｂで連通されている。
【００２９】
次に、上記のように構成されたインテークマニホールド１１を通る空気の流れの作用について説明する。
【００３０】
インテークマニホールド１１は、図示しないスロットルボディにスロットル側取付けフランジ１３を装着し、図示しないエンジンのシリンダヘッドにエンジン側取り付けフランジ１５を装着して、スロットルボディとエンジンとの間に配置する。
【００３１】
スロットル側から送給された空気は、空気通路を通ってサージタンク１７内に送給され、サージタンク１７から各分岐管１９の吸込口１９２・空気通路１９３・吐出口１９１を通って、エンジンの各気筒に送られる。
【００３２】
この際、エンジンの吸気側で爆発が生じると、つまりバックファイヤーが発生するとサージタンク１７内や分岐管１９内の空気通路１９３内に正圧がかかり圧力が急激に上昇する。この圧力は、図５の矢印で示すように、サージタンク１７の内周壁面、分岐管１９の内周壁面を押圧する。この高い圧力は、主に、サージタンク１７の内壁部１７ａ及び分岐管１９側の内壁部１７ｃを広げるように圧力をかけることから、サージタンク１７を分割する第２の分割面１１２に内側から曲げモーメントを付与することとなって応力集中がかかることとなる。
【００３３】
しかし、サージタンク１７の内壁部１７ａ、１７ｃにかかる内圧は、サージタンク１７の内壁部１７ａ、１７ｃを、予め、内圧によって変形した場合の断面略楕円状に形成していることから、変形することによって第２の分割面１１２に付与する曲げモーメント分を削除することができ、第２の分割面１１２にかかる応力集中を少なくしている。
【００３４】
上記のように、実施形態のインテークマニホールド１１では、以下のような効果を達成することができる。
【００３５】
つまり、サージタンク１７を切断した切断面において、複数の分岐管１９うち、内側の分岐管１９Ｂ、１９Ｃの空気通路１９３中心位置を、外側の分岐管１９Ａ、１９Ｄより高い位置となるような湾曲状に配置し、さらに、第２の分割面１１２に対して、分岐管１９の反対側に形成されるサージタンク１７の内壁部１７ａを湾曲状に形成することによって、サージタンク１７の切断面を略楕円状に形成することから、サージタンク１７内に高い圧力がかかっても、第２の分割面１１１にかかる応力集中を少なくすることができ、第２の分割面１１１を、溶着部１１２ａを支点とする曲げ応力を小さくすることができて耐圧構造とすることができる。
【００３６】
従って、サージタンク１７の壁部を厚くして重量を増加させたり、溶着治具で溶着する際に溶着効率を低下させたりすることなく振動溶着を行うことができることから、コストを高くすることなく溶着強度を向上することができる。
【００３７】
また、内側の分岐管１９Ｂ、１９Ｃの空気通路１９３の中心位置を外側の分岐管１９Ａ、１９Ｄより高い位置にすることによって、外側の分岐管１９Ａ、１９Ｄが平面視に置いて横方向に大きく湾曲して形成されることによって全長が長くなる分、高さ方向で分岐管の長さを長くすることができることから、すべての分岐管１９の全長を等長とすることができる。従って、新たな構成を付加することなく耐圧構造と分岐管の等長化を図ることができことからコスト低減を図ることができる。
【００３８】
なお、本発明の樹脂製インテークマニホールドは、上記の形態に限定するものではない。例えば、３分割に分割して形成されるものではなく、ロストワックス等の手法により分割することなく一体的に形成されるものであってもよい。
【００３９】
また、インテークマニホールドはサージタンクの下方に配置されるレゾネータのない構造のものであってもよい。
【００４０】
さらに、分岐管１９の数が３以上に配置されているものであれば、分岐管１９を湾曲状に配置できることから、実施形態のように分岐管１９が４個でなくても本願発明を好適に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のインテークマニホールドを示す断面図である。
【図２】図１における第２の分割面を示す一部拡大断面図である。
【図３】本発明の一形態によるインテークマニホールドを示す平面図である。
【図４】同底面図である。
【図５】図３におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図３におけるVI−VI断面図である。
【符号の説明】
１１インテークマニホールド
１３スロットル側取付けフランジ
１５エンジン側取り付けフランジ
１７サージタンク
１９分岐管
１１１第１の分割面
１１１ａ溶着部
１１２第２の分割面
１１２ａ溶着部
１１３アッパピース
１１４ｂ溶着フランジ部
１１５ａ溶着フランジ部
１１４センタピース
１１５ロアピース
１９１吐出口
１９２吸込口
１９３空気通路

Claims

スロットルボディとエンジンとの間に配置されて、空気を貯留するサージタンクと、エンジンの各気筒に連結される吐出口を一端に有して空気通路を形成する複数の分岐管とを備え、前記エンジンの各気筒に等分に空気を分配する樹脂製インテークマニホールドであって、
前記サージタンクを通る切断面において、前記分岐管を前記分岐管の並設方向に沿って分割する分割部位が形成されるとともに、複数の分岐管の空気通路中心位置が、前記分岐管の分割位置とともに内側の分岐管の空気通路中心位置を高くするような湾曲状に配置され、かつ並設された前記分岐管の吸入口側が並行に形成され、前記サージタンクに対して前記分岐管と反対側の面の前記サージタンクの壁部が、中央部を広げるような湾曲状に形成されていることを特徴とする樹脂製インテークマニホールド。
前記樹脂製インテークマニホールドにおける複数の分岐管及びサージタンクを切断する切断面において、前記サージタンクの前記分岐管の並設方向に沿って分割する分割部位と前記分岐管を前記分岐管の並設方向に沿って分割する分割部位とによって３分割で形成され、それぞれの分割部位において振動溶着によって接合されていることを特徴とする請求項１記載の樹脂製インテークマニホールド。