JP5083085B2 - 吸気マニホールド - Google Patents

Description

この発明は、エンジンの吸気マニホールドに関するものであって、特にエンジンの気筒内におけるタンブル流やスワール流の形成に適した吸気マニホールドに関するものである。

従来のこの種の吸気マニホールドとしては、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されるような構成が提案されている。
特許文献１に記載の従来構成においては、吸気マニホールドのマニホールドケースが合成樹脂により一体に形成され、その内部にはエンジンの吸気側に接続される吸気路が形成されている。そして、吸気路内には、その内部が吸入空気の流動方向に沿う２つの流路となるように区画する隔壁が設けられている。隔壁の上流側において吸気路内には、一方の流路を開閉するための合成樹脂製のバルブが設けられている。そして、このバルブにより吸気路の一方の流路が閉鎖されたとき、結果的に他方の流路側が吸気路の一側に偏在して位置する狭隘部となって、その狭隘部に流れる高速の吸入空気によりエンジンの気筒内にタンブル流が発生される。

また、特許文献２に記載の従来構成においても、吸気マニホールドのマニホールドケースが合成樹脂により一体に形成され、その内部にはエンジンの吸気側に連通される吸気路が形成されている。吸気路内には、合成樹脂製のバルブがその基端部において開閉可能に支持されている。バルブの先端部には、開口部が切欠形成されている。そして、このバルブが閉鎖位置に配置されたとき、前記開口部によりバルブの先端部と吸気路の内周面との間に吸気路内に偏在する狭隘部が形成されて、その狭隘部に流れる高速吸入空気によりエンジンの気筒内にタンブル流が発生される。
特開２００７−１１３４８２号公報 特開２００８−４５４３０号公報

これらの従来構成の吸気マニホールドでは、バルブが閉鎖された状態において、そのバルブの両側端縁が吸気路の内周面に対向配置されるように構成されている。この場合、例えばマニホールドケースの吸気路やバルブに合成樹脂特有の成形歪みが発生していても、バルブの開閉動作時に、バルブの両側端縁と吸気路の内周面との間に干渉が生じないように、それらの間にある程度の隙間を設ける必要がある。このように、バルブの両側端縁と吸気路の内周面との間に隙間を設けると、その隙間から空気漏れが生じて、狭隘部に流れる吸入空気の流速が遅くなったり、各吸気路間において吸入空気の流速に差が生じたりするおそれがある。このような場合には、所要の燃焼効率を得ることができず、エンジンは所期の性能を発揮し得ない。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、バルブの閉鎖時に、バルブの両側部と吸気路の内周面との間を気密状態に保持することができて、狭隘部に流れる吸入空気の流速を安定させることができる吸気マニホールドを提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明は、マニホールドケース内の吸気路内にバルブをその基端部において開閉可能に支持し、バルブ閉鎖時にはバルブの先端部と吸気路の内周面との間に狭隘部が形成されるようにした吸気マニホールドにおいて、前記マニホールドケースと前記バルブとの間には、閉鎖状態における前記バルブの両側部と前記吸気路の内周面との間の気密を面接触により保持するようにした保持手段を設け、前記保持手段は、吸気路の内周面に形成された段差部であり、段差部とバルブの両側部との面接触領域は、前記狭隘部が形成される側ほど広くなるように構成されたことを特徴としている。

従って、この発明の吸気マニホールドにおいては、バルブの閉鎖時に保持手段により、バルブの両側部と吸気路の内周面との間が気密状態に保持される。このため、バルブの両側部と吸気路の内周面との間から空気漏れが生じることを防止できて、狭隘部に流れる吸入空気の流速にバラツキが発生するおそれを阻止することができる。よって、狭隘部に流れる吸入空気の流速を安定に保つことができて、所期のエンジン性能を得ることができる。

また、保持手段の構造が簡単であるとともに、バルブの両側部と吸気路の内周面との間の気密を容易に保持することができる。

また、段差部とバルブの両側部との間における空気漏洩を適切に防止できる。

前記の構成において、前記段差部は、バルブに対して凹凸の関係で対応する形状を有するように構成するとよい。このように構成した場合には、バルブの両側部と吸気路の内周面との間の気密性能を向上させることができる。

前記の構成において、凹凸の関係は、鋭角をなす凹凸の嵌合関係とすることが好ましい。このようにすれば、バルブの両側部と吸気路の内周面との間の気密性能をさらに向上させることができる。

前記の構成において、凹凸の関係は、ラビリンスにより構成するとよい。このようにすれば、バルブの両側部と吸気路の内周面との間の気密性能をいっそう向上させることができる。

前記の構成において、バルブの両側部と前記吸気路の内周面とがシール材を介して面接触されるようにするとよい。このようにすれば、前記の気密性能を有効に達成できる。

以上のように、この発明によれば、バルブの閉鎖時に、バルブの両側部と吸気路の内周面との間を気密状態に保持することができて、狭隘部に流れる吸入空気の流速を安定させることができるという効果を発揮する。

（第１実施形態）
以下に、この発明の第１実施形態を、図１〜図６の図面に基づいて説明する。
図１及び図３に示すように、車両用エンジンにおけるシリンダヘッド１１の外面には、吸気マニホールド１０のマニホールドケース１２がガスケット１３を介して取り付けられている。このマニホールドケース１２は、ポリアミド樹脂（例えば６ナイロン）等の合成樹脂にガラス繊維を混入させた材料により一体に成形されている。マニホールドケース１２の側面には、マニホールドケース１２をシリンダヘッド１１に取り付けるためのフランジ部１４が形成されている。図１及び図２に示すように、フランジ部１４には、図示しない締め付けボルトを挿通するための複数のボルト挿通孔１５が形成されている。マニホールドケース１２は、このボルト挿通孔１５を通るボルト（図示しない）によりシリンダヘッド１１に固定される。

図１及び図３に示すように、前記マニホールドケース１２には、エンジンの各吸気ポート１１ａにそれぞれ連通される複数の断面四角形状の吸気路１６が貫通形成されている。図２，図４及び図５に示すように、隣接する吸気路１６間の下部に位置するように、マニホールドケース１２の側面には複数の中間軸受用凹部１７が形成されている。両外側の吸気路１６の外側の下部に位置するように、マニホールドケース１２の側面には一対の端部軸受用凹部１８が形成されている。各吸気路１６、各中間軸受用凹部１７及び各端部軸受用凹部１８の前縁外周に沿って延びるように、マニホールドケース１２の前面には前記ガスケット１３を収容するための収容溝１９が形成されている。

図１、図４及び図５に示すように、前記各中間軸受用凹部１７内には合成樹脂製の中間軸受２０が嵌着され、その中間軸受２０にはマニホールドケース１２の前面側に向かって開口する支持溝２０ａが形成されている。各端部軸受用凹部１８内には合成樹脂製の端部軸受２１が嵌着され、その端部軸受２１には支持孔２１ａが形成されている。なお、前記収容溝１９は、マニホールドケース１２と、中間軸受２０及び端部軸受２１の双方に跨って形成されている。各中間軸受２０の支持溝２０ａの奥部及び各端部軸受２１の支持孔２１ａには、それぞれ金属製の軸受カラー２３Ｃが嵌合され、これらの軸受カラー２３Ｃには１本の金属製の四角軸よりなるシャフト２２が金属製のスリーブ２３Ａ，２３Ｂを介して回転可能に挿通支持されている。

図１、図３及び図６に示すように、前記各吸気路１６内において開閉回動可能に配置されるように、シャフト２２には複数の合成樹脂製のバルブ２４が、その基端部に形成した挿通孔２４ａにおいてシャフト２２と一体回転可能に固定されている。マニホールドケース１２の一側部には、支持筒２５が突設されている。支持筒２５には、被動ギヤ２６がそのボス部２６ａにおいて図示しない金属製の軸受カラーを介して回転可能に支持されている。被動ギヤ２６のボス部２６ａには、前記シャフト２２の端部が一体回転可能に連結されている。

図１に示すように、前記マニホールドケース１２の近傍にはモータ２７が配置され、そのモータ軸２７ａには前記被動ギヤ２６に噛合する駆動ギヤ２８が設けられている。そして、モータ２７の回転により、駆動ギヤ２８及び被動ギヤ２６を介してシャフト２２が回転され、バルブ２４が図２に実線で示す閉鎖位置と、鎖線で示す開放位置とに切換え回動される。また、バルブ２４が閉鎖位置に切換えられたときには、バルブ２４の先端部と吸気路１６の上部内周面との間に狭隘部２９が形成される。この狭隘部２９は、吸気路１６内において上側に偏在しており、このため、吸気路１６の上側において高速の吸気流が形成されて、エンジンの気筒内においてタンブル流が形成される。

図３及び図６に示すように、前記各吸気路１６の内周面の両側部には、保持手段としての断面ほぼ直角状の段差部３０が形成されている。各バルブ２４の両側部には、段差部３０に対して面接触により接合可能で、かつ段差部３０に凹凸の関係で嵌合可能な断面ほぼ直角段差状の接合部３１が形成されている。そして、バルブ２４が前記閉鎖位置に切換え回動された状態で、各バルブ２４側の接合部３１が吸気路１６側の段差部３０に面接触で接合されることにより、バルブ２４の両側部と吸気路１６の内周面との間が気密状態に保持される。

次に、前記のように構成されたマニホールドケース１２において、前記バルブ２４は以下のようにして組み付けられる。
まず、１本のシャフト２２上に複数のバルブ２４を挿通孔２４ａにおいて所定間隔おきに固定する。また、これと同時に、各バルブ２４間の位置においてシャフト２２にはスリーブ２３Ａを取付けるとともに、シャフト２２の両端部にはスリーブ２３Ｂを取付ける。前記スリーブ２３Ａ，２３Ｂの外周には軸受カラー２３Ｃがあらかじめ取り付けておく。そして、各軸受カラー２３Ｃの外周に中間のスリーブ２３Ａ及び端部スリーブ２３Ｂをそれらの支持溝２０ａあるいは支持孔２１ａにおいて取り付ける。

続いて、各バルブ２４をシャフト２２等とともに、マニホールドケース１２の各吸気路１６内に組み付ける。このとき、各中間軸受２０をマニホールドケース１２の前面の中間軸受用凹部１７内に嵌入させるとともに、各端部軸受２１を端部軸受用凹部１８内に嵌入させる。さらに、マニホールドケース１２の一側部の支持筒２５に被動ギヤ２６のボス部２６ａを挿入支持して、そのボス部２６ａをシャフト２２の端部に嵌合させる。その後、マニホールドケース１２の側面の収容溝１９にガスケット１３を嵌着する。

この状態で、図２に示すように、マニホールドケース１２のフランジ部１４をシリンダヘッド１１の外面に接合させてボルト締めすることにより、ガスケット１３及び各軸受２０，２１が収容溝１９及び各軸受用凹部１７，１８内に抜け止め保持される。そして、各吸気路１６内において、各バルブ２４がシャフトと一体的に開閉回動可能に支持される。

次に、前記のように構成されたマニホールドケース１２の作用を説明する。
さて、エンジンの高速回転時には、モータ２７の回転により、駆動ギヤ２８及び被動ギヤ２６を介してシャフト２２が図２の反時計方向に回動され、各バルブ２４が同図に鎖線で示す開放位置に切換え配置される。この切換え配置により、吸気路１６が開放されて、その吸気路１６を通してエンジンの気筒内に多量の空気が吸入される。

一方、エンジンの低速回転時等においては、モータ２７の前記とは反対方向への回転により、駆動ギヤ２８及び被動ギヤ２６を介してシャフト２２が図３の時計方向に回動され、各バルブ２４が同図に実線で示す閉鎖位置に切換え配置される。この切換え配置により、各バルブ２４の先端部と吸気路１６の内周面との間において狭隘部２９が形成されて、この狭隘部２９を通して流入する高速吸入空気により、エンジンの気筒内にタンブル流が発生される。

この場合、図５に示すように、バルブ２４が閉鎖位置に配置された状態で、そのバルブ２４の両側部における段差状の接合部３１が吸気路１６の内周面の段差部３０に面接触で接合される。この接合により、バルブ２４の両側部と吸気路１６の内周面との間が気密状態に保持されて、それらの間から空気漏れを生じるおそれが抑制される。よって、各狭隘部２９に流れる吸入空気の流速を、安定に保つことができる。

従って、この第１実施形態においては、以下の効果がある。
（１） バルブ２４が閉鎖位置に配置された状態においては、バルブ２４の両側部における段差状の接合部３１が吸気路１６の内周面の段差部３０に面接触で接合される。このため、バルブ２４の両側部と吸気路１６の内周面との間を気密状態に保持でき、狭隘部２９以外のところに空気流路が形成されることを防止できる。従って、狭隘部２９において安定した高速の空気流を確保でき、燃焼効率を良好に維持することができる。

（２） バルブ２４の両側部の接合部３１と吸気路１６の内周面の段差部３０との接触が面接触であるため、マニホールドケース１２に収縮等の変形が生じても、バルブ２４の両側部と吸気路１６の内周面とが干渉したり、それらの間に隙間が生じたりすることを防止できる。

（３） バルブ２４の両側部の接合部３１が段差状に形成されているため、図６の円内の図から明らかなように、段差部３０と接合部３１とは凹凸の嵌合関係となる。従って、段差部３０と接合部３１との接触部４０と隣接して、段差部３０と接合部３１との間には、近接対向部４１が形成される。このため、段差部３０と接合部３１との気密性をさらに向上できる。

（４） バルブ２４が段差部３０に面接触状態で支持されるため、そのバルブ２４は閉鎖状態において定位置に配置され、狭隘部２９の開口面積が常に等しくなる。従って、常に良好な燃焼効率を得ることができる。

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
この第２実施形態においては、図７に示すように、吸気路１６の内周面の両側部に、保持手段としての断面鋭角状の段差部３０が形成されている。各バルブ２４の両側部には、前記段差部３０に対して凹凸の嵌合関係で接合可能な断面鋭角段差状の接合部３１が形成されている。そして、バルブ２４が閉鎖位置に切換え回動された状態で、各バルブ２４側の接合部３１が吸気路１６側の段差部３０に対して凹凸の関係で、かつ面接触状態で接合される。この接合により、バルブ２４の両側部と吸気路１６の内周面との間が気密状態に保持される。

従って、この第２実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果とほぼ同様の効果を得ることができる。特に、この第２実施形態においては、以下の効果がある。
（５） 吸気路１６側の段差部３０とバルブ２４側の接合部３１とが断面鋭角状に形成されて、凹凸の関係で接合されるように構成されている。このため、バルブ２４の両側部と吸気路１６の内周面との間の気密性能を一層向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、この発明の第３実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
この第３実施形態においては、図８に示すように、吸気路１６側の段差部３０とバルブ２４側の接合部３１との接触幅Ｗが、バルブ２４の基端部側から先端部側に向かって次第に拡大されるように構成されている。従って、吸気路１６側の段差部３０とバルブ２４側の接合部３１との面接触領域がバルブ２４の基端部側から先端部側に向かって次第に広くなっている。

さて、図２から理解されるように、バルブ２４が閉鎖位置に配置された状態では、バルブ２４の上流側において、吸気路１６内の空気が狭隘部２９に向かって集中する。このため、バルブ２４の先端側ほどバルブ２４の両側部の接合部３１と段差部３０との間から空気が漏洩しやすくなる。これに対し、段差部３０と接合部３１との接触幅Ｗをバルブ２４の先端側ほど広くすることにより、バルブ２４の基端部から先端部までの全長にわたって、充分な気密性能を得ることができる。

従って、この第３実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果とほぼ同様の効果を得ることができる。また、この第３実施形態においては、以下の効果を得ることができる。

（６） バルブ２４の全長にわたって充分な気密性能を発揮させることができるため、吸入空気の流速をさらに高めて、高いタンブル機能を得ることができる。
（第４実施形態）
次に、この発明の第４実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

この第４実施形態においては、図９に示すように、バルブ２４の両側部にその全長にわたって突条部４５が形成されている。一方、段差部３０には凹部４６が形成され、この凹部４６に前記突条部４５が嵌合される。このため、突条部４５と凹部４６との嵌合状態においては、段差部３０と接合部３１との間にはラビリンスが形成される。

従って、この第４実施形態においては、前記第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（７） 突条部４５と凹部４６との間にラビリンスが形成されるため、それらの間の気密性能を高めることができる。

（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。
・ 図１０に示すように、バルブ２４の両側部の接合部３１と吸気路１６の段差部３０との接触を凹凸の嵌合関係をともなわない単なる面接触とすること。このようにしても、前記の気密性能を得ることができる。

・ 前記各実施形態において、図４の円内における２点鎖線で示すように、吸気路１６の段差部３０またはバルブ２４の接合部３１のいずれか一方に、ゴム等よりなるシール材５０を貼着すること。このように構成した場合には、バルブ２４の接合部３１と吸気路１６の段差部３０とがシール材５０を介して面接触することになるため、それらの間の気密性能を一層高めることができる。

・ 図７に示す第２実施形態と図８に示す第３実施形態の構成とを組み合わせること。
・ 前記実施形態においては、エンジンの気筒内においてタンブル流が形成されるように狭隘部を形成したが、スワール流が形成されるように狭隘部を形成すること。このために、例えば、狭隘部を前記実施形態の位置から９０度変位させる。ただし、この場合には、１本のシャフト２２の回転軸線と、バルブ２４の回転軸線とが交差するため、シャフト２２とバルブ２４との間にシャフト２２の回転を別の軸の回転として伝達するための傘歯車等の伝達手段が必要となる。

第１実施形態の吸気マニホールドを示す正面図。 マニホールドケースを示す正面図。 図１の３−３線における拡大断面図。 図１の４−４線における拡大断面図。 図１の５−５線における拡大断面図。 図１の６−６線における一部拡大断面図。 第２実施形態の吸気マニホールドを示す部分断面図。 第３実施形態の吸気マニホールドを示す部分正面図。 第４実施形態の吸気マニホールドを示す部分正面図。 変更例の吸気マニホールドを示す部分正面図。

符号の説明

１０…吸気マニホールド、１２…マニホールドケース、１６…吸気路、２２…シャフト、２４…バルブ、２９…狭隘部、３０…保持手段を構成する段差部、３１…接合部、５０…シール材。

Claims (5)

1. マニホールドケース内の吸気路内にバルブをその基端部において開閉可能に支持し、バルブ閉鎖時にはバルブの先端部と吸気路の内周面との間に狭隘部が形成されるようにした吸気マニホールドにおいて、
   前記マニホールドケースと前記バルブとの間には、閉鎖状態における前記バルブの両側部と前記吸気路の内周面との間の気密を面接触により保持するようにした保持手段を設け、
   前記保持手段は、吸気路の内周面に形成された段差部であり、
   段差部とバルブの両側部との面接触領域は、前記狭隘部が形成される側ほど広くなるように構成されたことを特徴とする吸気マニホールド。
2. 前記段差部は、バルブに対して凹凸の関係で対応する形状を有することを特徴とする請求項１に記載の吸気マニホールド。
3. 凹凸の関係は、鋭角をなす凹凸の嵌合関係である請求項２に記載の吸気マニホールド。
4. 凹凸の関係は、ラビリンスを構成する請求項２に記載の吸気マニホールド。
5. バルブの両側部と前記吸気路の内周面とがシール材を介して面接触されたことを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の吸気マニホールド。

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