JP5064537B2 - インテークマニホールド用フランジ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のインテークマニホールドとシリンダヘッドとの接合部分に用いるインテークマニホールド用フランジに関する。

例えば、自動二輪車に搭載されている内燃機関において、エアクリーナでろ過された空気は、インテークマニホールドを経由して、シリンダヘッド及びシリンダ内部に供給される。このインテークマニホールドとシリンダヘッドとの連結部分は、通常、インテークマニホールド用フランジ（以下、単にフランジという）を用いて接合される。このフランジには、インシュレータパッキンとしての機能も要求されることから、フランジと他の部材との隙間は、弾性を有するシールパッキンを用いて密封される。

図３は、従来のフランジのシールパッキン部分の構成を説明する断面図である。図３に示すように、金属で形成されたフランジ２とゴムで形成されたシールパッキン４０とは、インテークマニホールド３とシリンダヘッド４とを連結し、密封する。

すなわち、シリンダヘッド４には吸排気ポート４ａが設けられ、この吸排気ポート４ａに筒状をしたインテークマニホールド３の先端が連結される。この場合、シリンダヘッド４の吸排気ポート４ａの内径は、シリンダヘッド４に吸入される混合気の流れを妨げないように、インテークマニホールド３の内径と同一になっている。

フランジ２は、中央部にインテークマニホールド３の先端を挿入する開口部２ａを有する円盤状もしくは楕円形状の部材である。この開口部２ａの内径は、インテークマニホールド３の外径より若干大きな径として、上記の挿入が可能なように形成されている。フランジ２は、その周縁部に２箇所のボルト挿入孔２ｂを有している。別途用意されたボルト５の先端が、挿入孔２ｂを貫通してシリンダヘッド４の壁面にねじ込まれることで、フランジ２とシリンダヘッド４とが接続される。

シールパッキン４０は、中央部にインテークマニホールド３の先端を挿入する開口部４０ａを有するリング状の部材である。開口部４０ａの内径は、インテークマニホールド３の外径と同じか、若干小さめに形成されている。シールパッキン４０は弾力を有するゴム系の素材で形成されているので、開口部４０ａの内面とインテークマニホールド３の外面とは、シールパッキン４０の弾力により密閉される。

特に、この従来技術では、シールパッキン４０は、そのシリンダヘッド４側が厚くなった断面略三角形状（くさび状）をしている。また、この断面略三角形状のシールパッキン４０を装着するために、前記フランジ２のシリンダヘッド４側の内周には、シリンダヘッド側が広がったテーパー部２ｃが形成されている。これにより、フランジ２をボルト５でシリンダヘッド４に締め付けた場合に、挟まれたシールパッキン４０がフランジ２のテーパー部２ｃに押圧され、シールパッキン４０がシリンダヘッド４の表面とインテークマニホールド３の外周面に密着する。

この種のフランジとシールパッキンを利用した従来技術は、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。

特開平１１−１３２１２１号公報 特開２００６−３４２７７３号公報 特開２００８−１８０１２９号公報

一般に、内燃機関が稼働して暖機されると、シリンダ及びシリンダヘッド４が熱膨張及び収縮する。走行状態では、この膨張と収縮の繰り返しにより、Ｖ型エンジンの場合は特に２つの気筒に挟まれた部分に位置するインテークマニホールドの接合距離に変化が生じる。そのため、ボルト締めされたシリンダヘッド４とフランジ２とは図３に示す矢印のようにシールパッキン内のマニホールドはスリップして移動する。同様な現象は、内燃機関の稼働時だけでなく、車両または内燃機の搭載機器の運転時において、シリンダヘッド４の振動がインテークマニホールド３に伝達される場合にも生じる。

しかし、図３の従来技術では、フランジ２とインテークマニホールド３との隙間を塞ぐシールパッキン４０は、フランジ２をシリンダヘッド４に固定するボルト５によって強固に締め付けられていることで、シール目的を果たしているため、インテークマニホールド３はフランジ２やシリンダヘッド４の動きに追従できない。

そのため、シールパッキン４０の内面とインテークマニホールド３の外周面とが擦れ合う、又は、シールパッキン４０が変形する。その結果、シールパッキン４０の劣化や摩耗が起こり、ついには、インテークマニホールド３とシールパッキン４０との間に隙間が生じ、シール性が損なわれて、インテークマニホールド３が２次空気を吸い込むことになる。

インテークマニホールド３とシリンダヘッド４の隙間から２次空気を吸い込むと、吸気混合気のバランスが不安定になり、空燃比が薄くなり引火しやすくなった場合、例えば、バックファイヤー、回転数の上昇や不安定、またはストールなどの不具合が生じる。また、マニホールド接合内部からこの隙間を通って熱やガソリンなどが吐出されると、シールパッキン４０が焦げたり、ふやけたりという不具合が生じる。

この現象は、特許文献３に記載されるようなＶ型の自動二輪車用のエンジンで顕著に表れる。図４は、特許文献３に記載されたエンジンの概略図である。このエンジンは、クランクケース２１内のクランクシャフト２２に対してＶ型に配置された第１気筒２３ａと第２気筒２３ｂを備えている。各気筒２３ａ，２３ｂには、シリンダ本体２４、シリンダヘッド２５及び燃焼室３０が設けられ、燃焼室３０は吸排気ポート３１の部分でインテークマニホールド３１ａに接続されている。

このようなＶ型２気筒のエンジンでは、熱膨張により第１、第２の気筒２３ａ，２３ｂがその軸方向（図４のＡ方向）に伸縮すると、両気筒間の距離が変化し、インテークマニホールド３１ａには図４のＢ方向に力が加わることになる。そのため、図３の従来技術のようにフランジ２とシールパッキン４０とにより強く固定された構成では、この熱膨張の動きに追従できず、前記のような問題が生じる。

一方、前記特許文献１、特許文献２に記載の技術は、インテークマニホールドの先端にフランジを溶接、一体成形、鋳造などの方法で固定したものであり、フランジとインテークマニホールドとの隙間から２次空気がリークするおそれはない。しかし、フランジが一体成形されていない既存のインテークマニホールドをシリンダヘッドに接続する場合には、上記のタイプのマニホールドは構造上使用できない。

特に、既存の自動二輪車のエンジンでは、取付メンテナンス性のためインテークマニホールドとフランジとが別体になっているものも多く、特許文献１や特許文献２の構造は採用できない。そのような自動二輪車に図３の従来技術を採用した場合に、インテークマニホールドとシリンダヘッドの接続部からのリークを長期間にわたって確実に防止することは困難であった。

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたもので、内燃機関の運転によりシリンダ及びシリンダヘッドが熱膨張及び収縮したときでも、インテークマニホールドとシリンダヘッドとの接合面の密封を確保することができ、リークが生じないインテークマニホールド用フランジを提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドとインテークマニホールドとを連結する金属製のフランジ本体と弾性体で形成されたＯリングとからなるインテークマニホールド用フランジにおいて、次のような構成を特徴とする。

(1) 前記シリンダヘッドとインテークマニホールドとは、内燃機関の動作及び停止に伴う熱膨張及び収縮に伴い両者の位置が変動するものであって、前記フランジ本体には、インテークマニホールドの先端を挿入する開口部と、フランジ本体をシリンダヘッドに固定するためのボルト挿入孔が設けられ、前記開口部内にはインテークマニホールドがその軸方向に可動的に挿入されている

(2) 前記開口部の内周面にはインテークマニホールドの軸方向に間隔を保って設けられた複数の環状溝が設けられ、これら複数の環状溝内にはそれぞれインテークマニホールド外周面に密着するＯリングの外周が嵌め込まれ、前記インテークマニホールドの外周には溝を有することなく平坦な形状になっていて、その平坦な部分に前記各Ｏリングの内周が弾力的に密着している。

(3) 前記フランジ本体におけるシリンダヘッドとの接合面には、フランジ本体に設けられた開口部の外周を取り囲むように環状溝が形成され、このシリンダヘッドとの接合面に設けられた環状溝内にシリンダヘッド表面に密着するＯリングが嵌め込まれる。

(4) 前記フランジとインテークマニホールドは、フランジの内周とインテークマニホールドの外周の間に、Ｏリングとインテークマニホールドとの滑りを許容する潤滑グリスが設けられたものであり、前記フランジは、ボルトでシリンダヘッドに固定した状態において、前記Ｏリングの変形及び潤滑グリスによるＯリングとインテークマニホールドとの滑りにより、フランジに対するインテークマニホールドの軸方向の移動を許容するものである。

本発明は、ボルト締めなどの手段で固定されていないフランジ本体とインテークマニホールドとの隙間を、インテークマニホールドの軸方向に間隔を保って配置した複数のＯリングによって密封する。これにより、内燃機関の運転によりシリンダヘッドが熱膨張したり振動して、フランジ本体とインテークマニホールドとの間にストレスが加わった場合でも、複数のＯリングと潤滑グリスによってその部分の気密性並びに可動性が確保できる。その結果、長期にわたって内燃機関を運転した場合でも、インテークマニホールドとシリンダヘッドとの連結部分からリークが生じることがない。

本発明の実施形態に係るフランジの斜視図である。 本発明の実施形態に係るフランジのシール部分の構成を説明する断面図である。 従来のフランジのシール部分の構成を説明する断面図である。 Ｖ型２気筒エンジンにおける熱膨張の状態を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図１、図２を用いて説明する。なお、従来技術と同一の部分については、同一の符号を付し、説明は省略する。

［実施形態の構成］
本実施形態において、フランジ１は、アルミニウムで形成されている本体２０及び耐圧性、耐熱性などを有するゴム系材料、例えばテフロン（登録商標）ラバーで形成されているマニホールド用Ｏリング３１及び３２、シリンダヘッド用Ｏリング３３を有する。なお、本実施形態では、フランジ本体２０はアルミニウム、Ｏリングはテフロンラバー及び潤滑グリスＧで形成されているが、これらに限定されず、他の適正な材料を用いても良い。

図１に示すように、フランジ本体２０には、インテークマニホールド３の先端を挿入する開口部２０ａと、フランジ本体２０をシリンダヘッド４に固定するためのボルト挿入孔２０ｂ，２０ｃが設けられている。前記開口部２０ａの内周面にはインテークマニホールド３の軸方向に間隔を保って設けられた複数の環状溝２１，２２が設けられている。この複数の環状溝２１，２２内には、それぞれインテークマニホールド３の外周面に密着するＯリング３１，３２が嵌め込まれている。そのため、この溝２１，２２は、Ｏリング３１，３２の一部が溝２１，２２の表面からインテークマニホールド３の表面側に突出するような深さを有する半円形あるいは四角形の断面形状を有する。

一方、フランジ本体２０におけるシリンダヘッド４との接合面には、フランジ本体に設けられた開口部２０ａの外周を取り囲むように環状溝２３が形成されている。この環状溝２３内には、シリンダヘッド４の表面に密着するＯリング３３が嵌め込まれている。この環状溝２３の深さや形状は、その内部に嵌め込むＯリング３３の一部が、溝２３の縁からシリンダヘッド４側に突出するものになっている。

［実施形態の作用］
前記のような構成を有する本実施形態のフランジによって、インテークマニホールド３とシリンダヘッド４とを密閉する方法について説明する。図２に示すように、フランジ本体２０の開口部２０ａの内面に形成した２つの環状溝２１，２２内にＯリング３１，３２を装着した状態で、開口部２０ａ内にインテークマニホールド３の先端を挿入する。この場合、環状溝２１，２２の縁から突出したＯリング３１，３２の一部が、インテークマニホールド３の外周面との間で圧縮変形され、その弾力によって開口部２０ａの内面とインテークマニホールド３の外周面との隙間が密封される。

この状態で、環状溝２３にＯリング３３を装着したフランジ本体２０をシリンダヘッド４の表面にあてがいながら、インテークマニホールド３の先端とシリンダヘッド４の吸排気ポート４ａ部分の位置合わせを行う。その後、フランジ本体２０をそのボルト挿入孔２０ｂ，２０ｃに挿入したボルト５によってシリンダヘッド４の表面に固定する。この場合、ボルト５を締め付けると、環状溝２３の縁から突出しているＯリング３３の一部が、締め付け圧力により変形し、その弾力性によりシリンダヘッド４とフランジ本体２０の隙間が密閉される。

このようにして、シリンダヘッド４にインテークマニホールド３を連結した状態で、内燃機関が稼働され、シリンダヘッド４が熱膨張及び収縮すると、この変形の繰り返しにより、シリンダヘッド４とこれにボルト締めされたフランジ本体２０とは、図２に示す矢印のように移動する。一方、フランジ本体２０とボルト締めされていないインテークマニホールド３はこの動きに追従できないが、マニホールド用Ｏリング３１，３２が変形してシリンダヘッド４とインテークマニホールド３の移動量を吸収する。さらに、Ｏリングの変形だけではその動きを吸収できない場合には、Ｏリング３１，３２とインテークマニホールド３とが滑ることで、より大きな移動量を吸収することができる。

［実施形態の効果］
本実施形態では、間隔を保って配置された２つのＯリング３１，３２によって、両者の隙間は二重に封鎖されるので、優れた気密性が確保される。同時に、フランジ本体２０とインテークマニホールド３とは、弾力性のあるＯリング及び潤滑グリスＧによって可動的に支持される。その結果、シリンダの熱膨張によりシリンダヘッド４とインテークマニホールド３との間に加わるストレスを吸収することができる。

特に、本実施形態では、２つのＯリング３１，３２を設けたため、各Ｏリングに加わるストレスが分散されることになり、個々のＯリングの耐久性が向上する。また、シリンダヘッド４とフランジ本体２０との接合面の隙間は、別のＯリング３３によって密閉されている。このように本実施形態では、隙間毎に専用のＯリングを設けているため、従来技術のように単一のシールパッキンでシリンダヘッド４とフランジ１、フランジ１とインテークマニホールド３の２カ所の隙間を同時に密封するものに比較して、個々のＯリングに加わるストレスが小さく、長期間の使用にも耐える効果がある。

また、マニホールド用Ｏリング３１、３２を用いるこの構成は、前記図４に示したようなＶ型２気筒エンジンの場合に、特に有効である。すなわち、Ｖ型２気筒エンジンにおいて、各気筒の熱膨張により、各気筒の吸排気ポートの距離が変化しても、本実施形態のフランジは、インテークマニホールド側の２つのＯリング３１、３２と潤滑グリスＧ、さらにシリンダヘッド専用のＯリングとの組み合わせにより、この距離の変化をそれぞれ効果的に吸収し、シリンダヘッドとインテークマニホールドとの密封性を維持することができる。

［他の実施形態］
なお、図示の実施形態において、フランジ本体２０をシリンダヘッド４に固定するために複数のボルト挿入孔２０ｂ，２０ｃが設けられているが、その一方は円形の貫通孔２０ｂであり、他方は一端が開口したＵ字形の切欠孔２０ｃになっている。これは、ボルト５の挿入する際のアローワンスを得るためであるが、これに限定されず、両方のボルト挿入孔２０ｂ，２０ｃが同一形状でも良い。

また、図示の実施形態のフランジ１は、複数のマニホールド用Ｏリング３１，３２とシリンダヘッド用Ｏリング３３とを用いる構成であるが、これに限定されず、例えば、これらの数より多いＯリングを用いても良い。

さらに、本発明は、自動二輪車のＶ型２気筒エンジン以外に、内燃機関の吸排気ポートとインテークマニホールドを接続する場合に広く使用できる。

１，２…フランジ、３…インテークマニホールド、４…シリンダヘッド、５…ボルト、５ａ…ボルト挿入孔、２０…フランジ本体、２０ａ…開口部、２０ｂ，２０ｃ…ボルト挿入孔、２１，２２，２３…環状溝、３１，３２，３３…Ｏリング、４０…シールパッキン

Claims (2)

1. 内燃機関のシリンダヘッドとインテークマニホールドとを連結する金属製のフランジ本体と弾性体で形成されたＯリングとからなるインテークマニホールド用フランジにおいて、
   前記シリンダヘッドとインテークマニホールドとは、内燃機関の動作及び停止に伴う熱膨張及び収縮に伴い両者の位置が変動するものであって、
   前記フランジ本体には、インテークマニホールドの先端を挿入する開口部と、フランジ本体をシリンダヘッドに固定するためのボルト挿入孔が設けられ、前記開口部内にはインテークマニホールドがその軸方向に可動的に挿入され、
   前記開口部の内周面にはインテークマニホールドの軸方向に間隔を保って設けられた複数の環状溝が設けられ、これら複数の環状溝内にはそれぞれインテークマニホールド外周面に密着するＯリングの外周が嵌め込まれ、前記インテークマニホールドの外周には溝を有することなく平坦な形状になっていて、その平坦な部分に前記各Ｏリングの内周が弾力的に密着し、
   前記フランジ本体におけるシリンダヘッドとの接合面には、フランジ本体に設けられた開口部の外周を取り囲むように環状溝が形成され、このシリンダヘッドとの接合面に設けられた環状溝内にシリンダヘッド表面に密着するＯリングが嵌め込まれ、
   前記フランジとインテークマニホールドは、フランジの内周とインテークマニホールドの外周の間に、Ｏリングとインテークマニホールドとの滑りを許容する潤滑グリスが設けられたものであり、
   前記フランジは、ボルトでシリンダヘッドに固定した状態において、前記Ｏリングの変形及び潤滑グリスによるＯリングとインテークマニホールドとの滑りにより、フランジに対するインテークマニホールドの軸方向の移動を許容するものであることを特徴とするインテークマニホールド用フランジ。
2. 前記内燃機関がその気筒をＶ型に配置されたＶ型エンジンであり、前記フランジ本体とＯリングが該Ｖ型エンジンの各気筒のシリンダヘッドとインテークマニホールドとを連結することを特徴とする請求項１に記載のインテークマニホールド用フランジ。

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