JP5985148B2

JP5985148B2 - 樹脂製インテークマニホールド

Info

Publication number: JP5985148B2
Application number: JP2010293736A
Authority: JP
Inventors: 寿典桧垣
Original assignee: Mikuni Corp
Current assignee: Mikuni Corp
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2016-09-06
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP2012140892A

Description

本発明は、自動車等のエンジンに燃焼用の空気を供給するための樹脂製インテークマニホールドに関する。

樹脂製インテークマニホールドは、軽量化や製造コスト削減の観点から従来のアルミニウム合金等の軽合金製に替わって採用されてきている。インテークマニホールドは、スロットルボディから流入した空気の流れの脈動を吸収するサージタンクと、空気をエンジンの複数の気筒に導くための分岐管と、これらをエンジンに取り付けて固定するためのフランジ等を有して構成されている。樹脂製インテークマニホールドは、通常、樹脂を金型成形していくつかの部品を作製し、これを振動溶着して一体化することにより製造されている。少ない部品点数にするほど、金型製作、成形および溶着作業の手間が省け、製造コストを下げることができる。

樹脂製インテークマニホールドは、狭いスペースに収容する等の事情から構造が複雑化する傾向にあり、金型成形の際の抜け性と振動溶着の際の振動方向との関係で、設計が難しくなっている。特に、吸気の際のランブリングノイズと呼ばれる異音を防止するために分岐管どうしの長さを同じにする必要があり、配置によってはサージタンクに開口する分岐管の位置を部品の接合面と平行な基準面に対して傾斜させて配置することがあり、上記のような問題が顕著になっている。

例えば、特許文献１では、その図４に先行技術として開示されているものの場合、分岐管の当該部分を構成する２つの部品の接合面が階段状になり、接合面を往復振動させることができないので振動溶着工法で溶着することができないとしている。そこで、特許文献の図２の技術では、孔部を上下２つの円弧とそれらの円弧を平行な直線部分で結んだ長孔形状にし、すべての直線部分を２つの部品の接合面で横断するようにしている。これにより、成形の際の型抜きと接合の際の往復振動が可能になったとしている。

特開２００６−１６１６４１号公報

しかしながら、上述した特許文献１の図２の従来技術では、隣接し合うすべての直線部分が振動面を含む１本の基準直線上に並ぶように配置しているため、孔部の並び方向にあまり大きな傾斜を付けることができない。したがって、樹脂製インテークマニホールドを設計する際の自由度が小さく、上述したような問題に充分対処することは困難であった。

本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、複数の分岐管を振動面に対して傾斜して配列した場合でも、樹脂部品を金型成形し、これらを振動溶着して一体化することが可能であるような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。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の樹脂製インテークマニホールドは、吸気の脈動を抑制するサージタンクと、該サージタンクからエンジンの複数気筒に吸気を導入する複数の分岐管と、これら分岐管を前記エンジンに取り付けて固定するためのフランジとを備え、複数の樹脂部品を振動溶着することにより形成される樹脂製インテークマニホールドであって、前記複数の分岐管が前記サージタンクに接続される接続部において、各分岐管のそれぞれの吸気口を画定する両側接合面は振動溶着の際の振動方向に平行なかつ両側で互いに異なる面とするように形成され、該接合面は、隣接する分岐管の接合面どうしを前記振動方向に平行な同一面とし、前記複数の分岐管のそれぞれの前記吸気口は水平面に対して上下に段差をつけて配置され、複数の前記吸気口のうち、前記フランジに近い吸気口ほど前記フランジから離れた高い位置に配置され、前記フランジから遠い吸気口ほど前記フランジから近い低い位置に配置されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明においては、複数の分岐管を振動面に対して傾斜して配置した場合においても、隣接する分岐管の接合面どうしを振動方向に平行な同一面とすることで分岐管を形成する二つの樹脂部品を振動溶着により容易に接合することができる。したがって、振動溶着により分岐管を形成する際に吸気口の位置に順次段差を付けることができるため、複数の分岐管の等長化を容易に実現することができる。また、複数の吸気口を段差をつけて配置するという容易な方法で分岐管の等長化を図れるため、設計の際の自由度が大幅に向上する。なお、個々の部品を成形する際の型抜きを考慮すると、吸気口である孔部の形状は、接合面で最も広くなるようにするのが良く、したがって、滑らかな連続線の場合は接合面に直交する直線か接線となる。

本発明によれば、樹脂部品を金型成形し、これらを振動溶着して一体化することで製造される樹脂製インテークマニホールドにおいて、複数の分岐管を振動面に対して傾斜して配置することができるため、エンジンとサージタンクとの距離が近い配置の場合においても、分岐管の管長を十分に確保しつつ等長化を実現できる。また、分岐管の並び方に自由度を与えることができ、低いコストで性能の高い製品を提供することができる。

本発明の実施形態に係る樹脂製インテークマニホールドの全体を示す平面図である。図１の樹脂製インテークマニホールドをII−II線に沿って破断した図である。図１の樹脂製インテークマニホールドを部品に分解して示す斜視図である。第１の部品と溶着する前の第２の部品を示す側面図である。図１の樹脂製インテークマニホールドをエンジンに取り付けた状態を側面から示す概略図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、この発明の実施形態の樹脂製インテークマニホールドの全体を示す平面図であり、図２は、そのII−II線に沿った断面図である。この樹脂製インテークマニホールドは、図示しないスロットルボディから流入する空気の脈動を吸収するサージタンク１０と、空気をエンジン１２（図５参照）の複数の気筒に個別に導くための分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃと、これらをエンジン１２に取り付けて固定するためのフランジ１６とを有して構成されている。樹脂製インテークマニホールドは、樹脂を金型成形してこの例では後述するような３つの部品４０、４２、４４を作製し、これらを振動溶着して一体化することにより製造されている。

サージタンク１０は箱状の部材で、一つの面に流入する空気の配管を取り付けるためのフランジ取付面１７が設けられ、別の面には３つの分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの吸気通路が開口（吸入口１３）して設けられている。３つの分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの他端にはエンジン１２の３つの気筒（図示略）に接続するためのフランジ１６が設けられている。エンジンはサージタンクより下方にあり、また、３つの分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの配列方向が入口側と出口側でほぼ９０度捻れた配置になっているので、分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃは図示するようなひねられた複雑な構造になっている。すなわち、複数の分岐管の入口側の吸入口１３およびこれにつながる部分の配置は、図２に示すように、水平面に対してエンジンから遠くなるに従い下降するように傾斜しており、図１においてII−II線で示すように、進行方向を含む垂直面に対して傾斜している。さらに、フランジ１６が取り付けられるエンジン１２の面は、図５に示すように、垂直面よりやや傾斜しており、フランジ１６面も同様に傾斜している。

３本の分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃはそれぞれ吸入口１３に続くほぼ水平な部分（水平部）１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、水平部１８ａ、１８ｂ、１８ｃの先端からほぼ垂直に下降する部分（垂直部）２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、垂直部２０ａ、２０ｂ、２０ｃの下端から各気筒に接続される部分（末端部）２２ａ、２２ｂ、２２ｃとを備えているが、各部の個々の寸法や形状は異なっている。すなわち、エンジン１２から最も遠い第１の分岐管１４ａは、垂直部２０ａを短くし、その分末端部２２ａを長く直線状にしている。これに対して、エンジン１２に近い第３の分岐管１４ｃは垂直部２０ｃを長くし、末端部２２ｃを曲線状にしている。3つの分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの吸入口１３および水平部１８ａ、１８ｂ、１８ｃの位置は進行方向に直交する面に対して傾いた方向に並んでいるが、これは上記のような分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの配置を容易にするためであり、このような構成により、各分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの長さを同じにしながら、少ない数の成形部品で樹脂製インテークマニホールドを作製することができる。

フランジ１６は、エンジン１２の各気筒の位置に対応する分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの流出口２４が長手方向に等間隔に配置された板状の部材で、エンジン１２に固定するためのボルト孔２６が所定箇所に形成されている。分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの流出口２４に対応する箇所には、それぞれ燃料噴射弁２８（図５参照）を流出口２４に対して所定角度傾斜させて取り付けるための燃料噴射弁固定ボス３０が形成されている。フランジ１６には、裏面側（エンジン１２側）に図示しないリブ部材が立設されており、また、ボルト孔２６や燃料噴射弁固定ボス３０の周囲も筒状に補強されており、軽量かつ必要な強度を備えるようになっている。

この樹脂製インテークマニホールドは、図３に示すように、3つの樹脂製の部品４０、４２、４４から作製されている。第１の部品４０は、サージタンク１０および分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの水平部１８ａ、１８ｂ、１８ｃを形成する一部部分（上側）を含み、第２の部品４２は、サージタンク１０および分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの水平部１８ａ、１８ｂ、１８ｃを形成する一部部分（下側）と、分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの垂直部２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、末端部２２ａ、２２ｂ、２２ｃを形成する一部部分（上側）およびフランジ１６を含み、第３の部品４４は分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの末端部２２ａ、２２ｂ、２２ｃを形成する一部部分（下側）を含む。したがって、サージタンク１０および分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの水平部１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、第１の部品４０と第２の部品４２とを接合することにより形成され、分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの末端部２２ａ、２２ｂ、２２ｃは、第２の部品４２と第３の部品４４を接合することにより形成される。分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの垂直部２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、第２の部品４２の１部品のみで形成されている。本実施形態では、これらの部品４０、４２、４４は、金型を用いて樹脂成形して作製され、互いの接合面を突き合わせた状態で接合面に沿って振動させ、その摩擦熱により溶着させる。このため、接合面は振動方向に平行でなければならない。

先に説明したように、分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの吸入口１３およびこれにつながる水平部１８ａ、１８ｂ、１８ｃの孔部は水平面に対して傾斜するように配列されており（図２参照）、また、各分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの水平部１８ａ、１８ｂ、１８ｃの吸気通路である孔部４６ａ、４６ｂ、４６ｃは円形ではなく扁平な断面形状を有している。この例では、孔部４６ａ、４６ｂ、４６ｃの断面形状はやや縦長の長方形であり、各辺（直線部）がほぼ水平と垂直になるように配置されている。そして、その角部１９（曲線部）は傾斜方向に沿った１対の角部１９aの曲率が小さく、他方の対の角部１９bの曲率が大きく設定されている。これにより、サージタンクに開口する複数の吸気口のうちフランジに近い吸気口ほどフランジの位置に対して高い（離れた）位置に配置でき、複数の吸気口のうちフランジに遠い吸気口ほどフランジの位置に対して低い（近い）位置に配置できる。したがって、通常、サージタンクに開口する複数の吸気口のうちフランジに近い吸気口の分岐管ほど取り回し上、分岐管の管長が短くなりがちであるが、フランジに近い吸気口ほどフランジ位置からの高さ（距離）を大きく取れ、フランジに遠い吸気口ほどフランジ位置からの高さ（距離）が小さくできるので、フランジに近い分岐管の管長を延ばし、フランジに近い分岐管の管長を縮めることができる。それにより、複数の分岐管の管長の調整が可能となるため、等長化がより容易に可能となる。分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの孔部４６ａ、４６ｂ、４６ｃの垂直な壁の少なくとも一部が垂直方向に重なり合うようになっている。したがって、ここに接合面４８ａ、４８ａ’、４８ｂ、４８ｂ’、４８ｃ、４８ｃ’を配置することにより、成形時に双方の部品４０、４２の型抜きを接合面４８ａ、４８ａ’、４８ｂ、４８ｂ’、４８ｃ、４８ｃ’に直交する方向に行なうことが可能となる。各分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの両側に形成された６つの接合面４８ａ、４８ａ’、４８ｂ、４８ｂ’、４８ｃ、４８ｃ’はすべて振動方向に沿って形成されているので、振動溶着が可能であることは言うまでもない。

図２に示す断面において、第１の部品４０と第２の部品４２の接合（境界）面は、各分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃのそれぞれの吸気通路を画定するために孔部４６ａ、４６ｂ、４６ｃを二分する両側の位置にそれぞれ設けられている。第１の部品４０と第２の部品４２は、振動溶着によりそれぞれの接合面を接合することで、それぞれの吸気口１３が形成されており、図２は振動溶着により接合された状態を示した図である。したがって、溶着面（接合面）は、振動溶着により欠けた状態となっている。図４に、振動溶着前の第２の部品４２の接合面を示す。図２および図４から分かるように、孔部４６ａの接合面である４８ａ、４８ａ’、孔部４６ｂの接合面である４８ｂ、４８ｂ’、孔部４６ｃの接合面である４８ｃ、４８ｃ’がそれぞれ形成されている。第２の部品４２のこれらの６箇所の接合面に対応するように、第１の部品４０には接合面４３ａ、４３ａ’、４３ｂ、４３ｂ’、４３ｃ、４３ｃ’の６箇所の接合面が形成されている。これらの面は振動溶着の際の振動方向を含む面に平行である。この例では、図１に示すように、振動方向は車両の前後方向であり、図１および図２にそれぞれ双方向の矢印で示されている。図４に示すように、第２の部品４２の接合面４８ａ、４８ａ’、４８ｂ、４８ｂ’、４８ｃ、４８ｃ’は凸形状で形成され、凸形状の間には振動方向に隙間５４が空けられて振動を許容するようになっている。

上記のように構成されたこの発明の実施形態の樹脂製インテークマニホールドにおいては、複数の分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃがサージタンク１０に接続される接続部における部品４０、４２どうしの接合面４８ａ、４８ａ’、４８ｂ、４８ｂ’、４８ｃ、４８ｃ’（第２の部品４２における接合面）は、隣接する分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの隣接接合面（接合面４８ａ’と接合面４８ｂ、接合面４８ｂ’と接合面４８ｃ）を振動溶着の際の振動方向にそれぞれ平行な同一面とし、各分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの孔部４６ａ、４６ｂ、４６ｃの両側の部分を振動方向に平行なかつ互いに異なる面とするように形成している。本実形態では、隣接する２つの接合面である接合面４８ａ’と接合面４８ｂを同一面とし、さらに隣接する２つの接合面である接合面４８ｂ’と接合面４８ｃを同一面として構成している。さらに、接合面（４８ａ’、４８ｂ）と接合面（４８ｂ’、４８ｃ）を異なる面となるように吸気口１３を分割する接合面の位置（高さ）を吸気口を画定する両側の接合面で変えて配置している。したがって、接合面４８ａと接合面（４８ａ’、４８ｂ）も異なる面に配置され、接合面（４８ｂ’、４８ｃ）と接合面４８ｃ’も異なる面に配置されている。上記のように、接合面４８ａ、（４８ａ’と４８ｂ）、（４８ｂ’と４８ｃ）、４８ｃ’は振動方向に平行で、かつ互いに異なる面に配置されるため、図４に示すように階段上に配置される。これにより、分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの位置に段差が有っても接合面４８ａ、４８ａ’、４８ｂ、４８ｂ’、４８ｃ、４８ｃ’には振動を許容するための隙間５４以外には段差が無く、振動溶着によって容易にかつ強固に接合をすることができる。したがって、製造コストを上げることなく、性能のよい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。

また、この実施形態では、分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃのサージタンク１０に開口する吸気口１３の開口面において、互いに異なる曲率を有する２対の曲線部を有するように形成したので、全体として滑らかな形状を維持しつつ、前述のように隣接する接合面（４８ａ’と４８ｂ）、隣接する接合面（４８ｂ’と４８ｃ）をそれぞれ容易に同一面に確保することができた。さらに、分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃはより大きな曲率を持つ曲線部の側に曲げられ、その先端にフランジが形成されているので、各分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃとフランジ１６との距離が近く、分岐管の取り回しが制限される場合においても、分岐管の管長をできる限り長くすることができるとともに、複数の分岐管の等長化を図ることができる。本実施形態においては、分岐管１４ｃが最もフランジに近い位置に配置されているため、通常、サージタンクから分岐管を取り回した場合、他の分岐管よりも管長が短くなってしまう。逆に、最もフランジに遠い分岐管１４ａが最も管長が長くなってしまう。しかし、サージタンクに開口する吸気口の位置（高さ）を変え、分岐管１４ｃの吸気口１３ｃをフランジから最も離れた高い位置に配置し、分岐管１４ａの吸気口１３ａをフランジから最も近い低い位置に配置することで、複数の分岐管管長の調整を行い、分岐管の等長化を図っている。ランブリングノイズ等の異音発生防止をするためには複数の分岐管の管長をそろえる必要があるが、フランジとサージタンクの位置が近い場合、複数の分岐管を重ねる等の必要が出てくるため、分割数の増加や複雑な製造方法となってしまい、コストがかかってしまう。しかし、本実施形態では、サージタンクの吸気口の開口位置を変更することで等長化を図っているため、分割数の増加や複雑な製造方法をとることなく製造することができる。

なお、各分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃの孔部４６ａ、４６ｂ、４６ｃの断面形状、例えば縦横比や角部の曲率等は、断面積と空気抵抗等の流通性を同じにし、また、成形時の型抜け性を保持しつつ接合面４８ａ、４８ａ’、４８ｂ、４８ｂ’、４８ｃ、４８ｃ’を設定できる限りにおいて、各分岐管１４ａ、１４ｂ、１４ｃごとに適宜に設定できる。例えば、単純な矩形でもよいし、接合面４４８ａ、４８ａ’、４８ｂ、４８ｂ’、４８ｃ、４８ｃ’８の位置を最大幅とする多角形でも良い。接合面は振動方向に沿って形成すれば良いので、筒状面のような曲面でもよい。また、この例では振動方向は水平であるが、他の部分との兼ね合いで斜めに設定しても良い。

１０サージタンク
１２エンジン
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ分岐管
４３ａ、４３ａ’、４３ｂ、４３ｂ’、４３ｃ、４３ｃ’ 接合面
４８ａ、４８ａ’、４８ｂ、４８ｂ’、４８ｃ、４８ｃ’ 接合面

Claims

吸気の脈動を抑制するサージタンクと、該サージタンクからエンジンの複数気筒に吸気を導入する複数の分岐管と、これら分岐管を前記エンジンに取り付けて固定するためのフランジとを備え、複数の樹脂部品を振動溶着することにより形成される樹脂製インテークマニホールドであって、
前記複数の分岐管が前記サージタンクに接続される接続部において、各分岐管のそれぞれの吸気口を画定する両側接合面は振動溶着の際の振動方向に平行なかつ両側で互いに異なる面とするように形成され、該接合面は、隣接する分岐管の接合面どうしを前記振動方向に平行な同一面とし、
前記複数の分岐管のそれぞれの前記吸気口は水平面に対して上下に段差をつけて配置され、
複数の前記吸気口のうち、前記フランジに近い吸気口ほど前記フランジから離れた高い位置に配置され、前記フランジから遠い吸気口ほど前記フランジから近い低い位置に配置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。