JP6639215B2 - 吸気マニホルド - Google Patents

Description

この発明は、ブランチ通路がコレクタの周囲に巻回された構造をなす内燃機関の吸気マニホルド、特に、複数の合成樹脂製の部材を振動溶着により一体化してなる吸気マニホルドに関する。

特許文献１や特許文献２に開示されているように、気筒列方向に沿って細長く延びたコレクタの外周に巻き付くように複数のブランチ通路が形成された巻き形ないし巻回形と呼ばれる吸気マニホルドが知られている。このような形式の吸気マニホルドは、限られた外形寸法の中でブランチ通路の管長を長く確保するようにしたものであり、特許文献１，２に開示されているように、コレクタやブランチ通路を部分的に構成する複数の合成樹脂製の部材を組み合わせ、互いに振動溶着することで全体を構成することが一般的である。

一方、吸気マニホルドのコレクタには、例えば、コレクタ内からの負圧の取り出し、あるいは逆にコレクタ内への何らかのガス（例えばＥＧＲガスやブローバイガス等）の導入、などのために、外部配管と接続するためのコネクタ通路が設けられることがある。

特許文献３には、コレクタから該コレクタの側方へと複数のブランチ通路が延びた構成の合成樹脂製吸気マニホルドにおいて、互いに溶着される２つの合成樹脂製部材の合わせ面に沿ってコネクタ通路を形成することが開示されている。このものでは、コネクタ通路は、ブランチ通路に覆われるコレクタの本体部分ではなく、ブランチ通路と重なっていないコレクタ端部の吸気入口部に接続されている。

特開２００８−１０６６２８号公報 特開２０１５−４８８１４号公報 特開２０１３−２４９７３２号公報

特許文献１，２のような巻き形の吸気マニホルドにおいては、コレクタの外側を覆うように複数のブランチ通路が形成されるため、コレクタ内と外部配管とを接続するためのコネクタ通路を形成することが困難である。

また特許文献３のように２つの合成樹脂製部材の合わせ面に沿ってコネクタ通路を形成する構成では、コネクタ通路の配設位置がコレクタ端部の吸気入口部に制約されてしまい、しかも、ブランチ通路と交差する方向へはコネクタ通路を引き出すことができない。

この発明は、順次に溶着された少なくとも第１，第２，第３の３つの部材を有し、第３部材によって気筒列方向に延びたコレクタの壁の一部が構成されているとともに、主に第１部材と第２部材とで、上記コレクタの外周に巻回された複数本のブランチ通路が構成されている合成樹脂製の吸気マニホルドにおいて、
隣接する２本のブランチ通路の間の位置に、互いに重なりあっている第１部材、第２部材、第３部材の各々に、互いに直線状に整列する円筒部がそれぞれ形成されており、これら円筒部は、各々の先端が僅かな間隙を介して互いに対向するようにして直列に連続しており、
これらの円筒部の周囲を囲むように、第１部材と第２部材との間の溶着部および第２部材と第３部材との間の溶着部が設けられており、
各々の円筒部による３つの通路が直線状に整列することによって、上記コレクタの内部空間に連通したコネクタ通路が実質的に１本の連続した通路として形成されている、ことを特徴としている。

すなわち、第１部材に形成された第１の円筒部と、第２部材に形成された第２の円筒部と、第３部材に形成された第３の円筒部と、が直線状に整列し、これによって、第３部材が一部を構成するコレクタの内部空間に一端が連通したコネクタ通路が構成される。第１の円筒部と第２の円筒部との境界は、第１部材と第２部材との間の溶着部によって囲まれて、外部からシールされる。同様に、第２の円筒部と第３の円筒部との境界は、第２部材と第３部材との間の溶着部によって囲まれて、外部からシールされる。

好ましい一つの態様では、上記円筒部を囲む第１部材と第２部材との間の溶着部の一部は、該円筒部の両側に位置する２本のブランチ通路の側縁に沿ったブランチ通路形成用の溶着部からなる。

すなわち、第１部材と第２部材との間では、複数のブランチ通路を個々の通路状に形成するために、ブランチ通路の側縁に沿ったブランチ通路形成用の溶着部を備えているが、このブランチ通路形成用の溶着部を利用して円筒部を囲む溶着部の一部が構成される。

また、好ましい一つの態様では、第１部材の円筒部と第２部材の円筒部との境界位置が、これら円筒部を囲む第１部材と第２部材との間の溶着部に対し、円筒部の軸方向にオフセットしており、円筒部外周面と溶着部との間には空間が存在している。従って、溶着部で発生したバリ（換言すれば溶着時に溶融した樹脂材料）は、上記の空間内に保持され、第１の円筒部と第２の円筒部との境界に侵入して通路断面積を狭めるようなことがない。

この発明によれば、単に３つの部材を溶着することによってコレクタの内部空間から外部へと延びるコネクタ通路を構成することができる。特に、２本のブランチ通路の間を通して、コレクタからブランチ通路と交差するようにブランチ通路外周側へと延びるコネクタ通路を得ることができる。、

この発明の一実施例である吸気マニホルドの分解斜視図。 図７のＡ−Ａ線に沿った吸気マニホルド全体の断面図。 図７のＢ−Ｂ線に沿った吸気マニホルド全体の断面図。 各部材に分解して示した図３と同様の断面に沿った断面図。 図３の要部を拡大して示す断面図。 第１部材の第２部材側の面を示した平面図。 第２部材の第１部材側の面を示した平面図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

この実施例は、直列４気筒内燃機関の吸気マニホルドとして本発明を適用したものであって、図１および図２に示すように、第１部材１、第２部材２、第３部材３、第４部材４の４つの部材によって概ね構成されている。これらの部材は、いずれも熱可塑性合成樹脂、例えばガラス繊維を配合したナイロン（登録商標）樹脂によって所定形状に射出成形されており、かつ互いに振動溶着により接合されて一体化されることで、吸気マニホルドを構成するようになっている。具体的には、第１部材１は第２部材２の一方の側（換言すれば一方の面）に接合され、第２部材２の他方の側（換言すれば他方の面）は第３部材３の一方の側（一方の面）に接合され、第３部材３の他方の側（他方の面）は第４部材４に接合されている。つまり、４つの部材１，２，３，４が順次に溶着されている。なお、この「順次に」との語は、溶着工程の順序を意味するものではなく、本発明において、どの部材をどのような順序で溶着するかは任意である。

図２は、吸気マニホルドの組立状態（つまり完成品状態）において気筒列方向と直交する面に沿った断面を示す断面図である。なお、この図２は、吸気マニホルドが内燃機関のシリンダヘッド６側面に取り付けられた車載状態での姿勢に概ね対応している。図２に示すように、この吸気マニホルドは、気筒列方向に沿って細長く延びた中空のコレクタ１１と、このコレクタ１１の内燃機関寄りの面を除くほぼ全周に亘ってコレクタ１１の外周に巻回された４本のブランチ通路１２と、を備えている。ブランチ通路１２は、基端がコレクタ１１の上方においてシリンダヘッド６に取り付けられる入口部１２ａとして開口し、先端がコレクタ１１の底壁１１ａの内燃機関寄り部分に接続された連通口１２ｂとなっている。

なお、図２のブランチ通路１２は、直列４気筒内燃機関の４本のブランチ通路１２の中の♯２気筒用のブランチ通路１２を示しているが、他の気筒のブランチ通路１２も気筒列方向と直交する断面においては概ね同様の断面形状をなしている。図６，図７等に示すように、内燃機関の側面視においては、♯２気筒のブランチ通路１２が概ね直線状に延びるのに対し、残りの♯１，♯３，♯４気筒のブランチ通路１２は、シリンダヘッド６寄りの部分が気筒列方向に拡がっていく形に延びている。

図１，図２に示すように、コレクタ１１は、ブランチ通路１２の先端側の一部とともに、第３部材３と第４部材４とを接合することにより構成されている。また、湾曲形状をなすブランチ通路１２の大部分は、第１部材１と第２部材２とを接合することにより構成されている。そして、ブランチ通路１２の先端側部分とブランチ通路１２の主要部とが連続するように第２部材２と第３部材３とが接合されている。図２において、符号１４は第１部材１と第２部材２との分割面（換言すれば接合面）を示し、符号１５は第２部材２と第３部材３との分割面（接合面）を示し、符号１６は第３部材３と第４部材４との分割面（接合面）を示している。これらの分割面１４，１５，１６は、当業者には自明なように、振動溶着の際の所定の振動方向に平行な面として構成されている。なお、図示例では、ブランチ通路１２の入口部１２ａは、第３部材３によって矩形の枠状ないし筒状に構成されており、シリンダヘッド６に吸気マニホルド全体を取り付けるための取付フランジ１３がこの入口部１２ａとともに第３部材３に一体に形成されている（図１、図４参照）。

上記の分割面１４，１５，１６に沿って、各々の部材１〜４には、溶着部１７，１８，１９を構成する溶着突起が設けられている。詳しくは、第１部材１と第２部材２との間の溶着部１７は、第１部材１側の溶着突起１７ａと第２部材２側の溶着突起１７ｂとを突き合わせ、互いに振動溶着させることで構成されている。これらの溶着突起１７ａ，１７ｂは、当業者には自明なように、分割面１４を囲む１本に連続した突条として各々形成され、かつ互いに対向した構成となっている。また、溶融した樹脂材料によるバリの流出を抑制するように薄肉のバリ溜め用リブ１７ｃが適宜に設けられている。同様に、第２部材２と第３部材３との間の溶着部１８は、第２部材２側の溶着突起１８ａと第３部材３側の溶着突起１８ｂとから構成され、かつバリ溜め用リブ１８ｃを備えている。第３部材３と第４部材４との間の溶着部１９は、第３部材３側の溶着突起１９ａと第４部材４側の溶着突起１９ｂとから構成され、かつバリ溜め用リブ１９ｃを備えている。

分割面１６を有するコレクタ１１は、基本的には、シリンダヘッド６寄りの部分が第４部材４によって構成され、これとは反対側の部分つまり４本のブランチ通路１２によって覆われる部分が第３部材３によって構成されている。この第３部材３から形成されたコレクタ１１の側壁１１ｂと、ブランチ通路１２を構成する第３部材３の外表面（コレクタ１１に対向する面）と、は互いに離れており、つまり両者間には、図２のような断面において略Ｕ字形をなすような隙間が設けられている。

図３〜図５は、本発明の要部であるコネクタ通路２１の構成を示している。この実施例のコネクタ通路２１は、コレクタ１１の内部空間から負圧を取り出すためのものであり、最外部のコネクタ部材２２におけるコネクタ管２２ａ（図１参照）に図示せぬゴムホース等の外部配管が接続されるようになっている。

コネクタ通路２１は、隣接する２本のブランチ通路１２具体的には♯１気筒のブランチ通路１２と♯２気筒のブランチ通路１２との間に配置されており（図６，図７参照）、気筒列方向と直交する面つまり図３等における断面に沿った直線状に形成されている。このコネクタ通路２１は、第１部材１に一体に形成された第１円筒部２３と、第２部材２に一体に形成された第２円筒部２４と、第３部材３に一体に形成された第３円筒部２５と、の三者が直列に連続することにより構成されている（図４，図５参照）。

詳しくは、第１部材１は、コネクタ通路２１が設けられる♯１気筒のブランチ通路１２と♯２気筒のブランチ通路１２との間の領域に、両ブランチ通路１２の側縁同士を連結するように略三角形の板状をなす第１ブランチ間ウエブ２７を備えており（図６参照）、この第１ブランチ間ウエブ２７を貫通するような形で第１円筒部２３が一体に形成されている。この第１円筒部２３の先端側部分は、第１ブランチ間ウエブ２７からコレクタ１１側へ突出している。また、第１円筒部２３の反対側の部分つまり第１ブランチ間ウエブ２７から外側へ突出した部分は、半径方向に厚肉となったボス状に形成されており、その端面となる座面２３ａに、別体に成形された上述のコネクタ部材２２が振動溶着により接合されている。コネクタ部材２２は、上記のコネクタ管２２ａが側面に形成されているため、略Ｌ字形に曲がった通路２２ｂを備えている。

第２部材２には、同様に２本のブランチ通路１２の間に、第１ブランチ間ウエブ２７に対向する第２ブランチ間ウエブ２８が形成されており（図７）、この第２ブランチ間ウエブ２８を貫通するような形で第２円筒部２４が一体に形成されている。ここで、第２ブランチ間ウエブ２８は、その大部分の領域がコレクタ１１側へ有底円筒状に凹んでおり、その底壁２８ａと直交する形で第２円筒部２４が一体に形成されている。第２円筒部２４の先端部は上記の底壁２８ａからコレクタ１１側へ僅かに突出し、また反対側となる基端部は底壁２８ａから第１円筒部２３へ向かって比較的長く突出している。第１円筒部２３の先端２３ｂと第２円筒部２４の基端２４ａとは、振動溶着が完了した段階では、極めて僅かな間隙を介して互いに対向している。つまり、第１円筒部２３内周の第１コネクタ通路２１ａと第２円筒部２４内周の第２コネクタ通路２１ｂとは、実質的に１本の通路として連続している。

第１部材１の第１ブランチ間ウエブ２７と、第２部材２の第２ブランチ間ウエブ２８と、第３部材３によるコレクタ１１の側壁１１ｂの一部と、の三者は互いに重なり合っており、第３円筒部２５は、第２円筒部２４に対応する位置において第３部材３に一体に形成されている。この第３円筒部２５は、コレクタ１１の側壁１１ｂの外表面から第２部材２側へ僅かに突出した円形のボス状に形成されている。第２円筒部２４の先端２４ｂと第３円筒部２５の基端２５ａとは、振動溶着が完了した段階では、極めて僅かな間隙を介して互いに対向している。つまり、第２円筒部２４内周の第２コネクタ通路２１ｂと第３円筒部２５内周の第３コネクタ通路２１ｃとは、実質的に１本の通路として連続している。なお、図示例では、第３円筒部２５の軸方向の長さが、側壁１１ｂの肉厚と大差のない最小限のものとなっており、従って、第３円筒部２５は、単純な孔とほぼ等価なものとなっている。勿論、第３円筒部２５を図示例よりも長く構成することも可能である。

このように、吸気マニホルドとして各部材１〜４の振動溶着が完了した状態では、第１円筒部２３による第１コネクタ通路２１ａと第２円筒部２４による第２コネクタ通路２１ｂと第３円筒部２５による第３コネクタ通路２１ｃとの三者が直線状に整列し、実質的に１本の連続したコネクタ通路２１を構成する。なお、第１コネクタ通路２１ａ，第２コネクタ通路２１ｂ，第３コネクタ通路２１ｃの各々の内径は、基本的には互いに等しい径に設定されているが、射出成形時の型抜きに必要な抜き勾配が適宜に与えられているため、図５に示すように、各々の境界において僅かな口径差が生じることがあり得る。

第１円筒部２３の先端２３ｂと第２円筒部２４の基端２４ａとの境界は、これらの円筒部２３，２４の周囲を囲むように第１部材１と第２部材２との間に設けられる溶着部１７Ａによってシールされている。溶着部１７Ａは、他の溶着部１７と同様に、第１部材１側の溶着突起１７ａと第２部材２側の溶着突起１７ｂとを突き合わせ、互いに振動溶着させたものであり、各溶着突起１７ａ，１７ｂは、第１，第２ブランチ間ウエブ２７，２８の外縁に沿って形成されている。詳しくは、第１部材１においては、図６に示すように、♯１気筒のブランチ通路１２の側縁および♯２気筒のブランチ通路１２の側縁に沿ったブランチ通路形成用の溶着突起１７ａの一部が略Ｖ字形に集合しており、これら２本の溶着突起１７ａを第１円筒部２３と同心円状に連結するように円弧形をなす溶着突起１７ａ（図６に特に符号１７ａ’でもって示す）が付加されている。第２部材２においても同様であり、図７に示すように、略Ｖ字形に集合する２本のブランチ通路形成用の溶着突起１７ｂと円弧形の溶着突起１７ｂ’とが、第１部材１側の溶着突起１７ａに対応した形状に形成されている。

これらの溶着突起１７ａ，１７ｂからなる溶着部１７Ａは、図５のような断面で見たときに、円筒部２３，２４，２５の軸方向に沿った位置としては、ブランチ通路１２側縁の溶着部１７と等しい位置にある。これに対し、第１円筒部２３の先端２３ｂと第２円筒部２４の基端２４ａとの境界は、コレクタ１１側へ突出した位置にある。つまり、第１円筒部２３の先端２３ｂと第２円筒部２４の基端２４ａとの境界の位置は、周囲を囲む溶着部１７Ａに対し円筒部２３，２４，２５の軸方向にオフセットしている。そして、第２ブランチ間ウエブ２８がコレクタ１１側へ有底円筒状に凹んでいることから、第１，第２円筒部２３，２４の外周面と溶着部１７Ａとの間に、上記境界を囲む比較的大きな容積の空間３０が存在している。第２ブランチ間ウエブ２８の凹んだ底壁２８ａに対しても、上記の境界は円筒部２３，２４，２５の軸方向にオフセットしている。従って、溶着工程において溶着部１７Ａで生じたバリ（つまり溶着時に溶融した樹脂材料）は、空間３０内に保持され、第１円筒部２３と第２円筒部２４との境界に侵入して通路断面積を狭めるようなことがない。

同様に、第２円筒部２４の先端２４ｂと第３円筒部２５の基端２５ａとの境界は、これら円筒部２４，２５の周囲を囲むように第２部材２と第３部材３との間に設けられる溶着部１８Ａによってシールされている。この溶着部１８Ａは、他の溶着部１８と同様に、第２部材２側の溶着突起１８ａと第３部材３側の溶着突起１８ｂとを突き合わせ、互いに振動溶着させたものであり、これらの溶着突起１８ａ，１８ｂは、第２円筒部２４の外周面から径方向に僅かに離れて同心円状をなすように形成されている。なお、溶着部１８Ａの外周をさらに同心円状に囲むようにバリ溜め用リブ１８ｃが設けられている。

溶着部１８Ａは、図５のような断面で見たときに、第２円筒部２４の先端２４ｂと第３円筒部２５の基端２５ａとの境界位置に対し、やはり円筒部２３，２４，２５の軸方向に僅かにオフセットしている。そして、両者間には、比較的小容量ではあるものの溶着部１８Ａで生じたバリを保持するための空間３１が形成されている。

このように、上記実施例においては、コレクタ１１の内部空間に連通するコネクタ通路２１を形成するに際して、第１部材１、第２部材２、第３部材３の各々に円筒部２３，２４，２５を一体に成形するだけで足り、これらの部材１，２，３を単純に振動溶着すれば、コレクタ１１からブランチ通路１２の外周側へ至るコネクタ通路２１を得ることができる。従って、構成の複雑化や工程の煩雑化を伴うことがない。特に、ブランチ通路１２と交差する形でシリンダヘッド６とは反対側へコネクタ通路２１を引き出すことが可能であり、コネクタ通路２１のレイアウトの自由度が高くなる。

また、円筒部２３，２４，２５やその周囲の溶着部１７Ａ，１８Ａによって、中空のコレクタ１１の側壁１１ｂをブランチ通路１２となる第２部材２ならびに第１部材１に連結する柱状の補強部材が構成される。従って、負圧と外気との圧力差が作用する側壁１１ｂひいてはコレクタ１１の剛性ならびに強度が向上する。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例は、４つの合成樹脂製の部材によって吸気マニホルドを構成しているが、吸気マニホルドをいくつの部材に分割して構成するかは任意であり、３つの部材によって構成した吸気マニホルドであっても本発明の適用は可能であり、５つ以上の部材に分割した構成であってもよい。また、上記実施例では、シリンダヘッド側の面を除くほぼ全周に亘ってブランチ通路がコレクタの周囲に巻回されているが、より少ない角度範囲に亘ってブランチ通路が巻回された構成であっても本発明は適用が可能である。さらに、コネクタ通路としては、上記の負圧取り出し用に限らず、ＥＧＲガスの導入やブローバイガスの導入に用いるコネクタ通路であってもよい。

１…第１部材
２…第２部材
３…第３部材
４…第４部材
１１…コレクタ
１２…ブランチ通路
１７，１７Ａ，１８，１８Ａ，１９…溶着部
２１…コネクタ通路
２３…第１円筒部
２４…第２円筒部
２５…第３円筒部
３０…空間

Claims (3)

1. 順次に溶着された少なくとも第１，第２，第３の３つの部材を有し、第３部材によって気筒列方向に延びたコレクタの壁の一部が構成されているとともに、主に第１部材と第２部材とで、上記コレクタの外周に巻回された複数本のブランチ通路が構成されている合成樹脂製の吸気マニホルドにおいて、
   隣接する２本のブランチ通路の間の位置に、互いに重なりあっている第１部材、第２部材、第３部材の各々に、互いに直線状に整列する円筒部がそれぞれ形成されており、これら円筒部は、各々の先端が僅かな間隙を介して互いに対向するようにして直列に連続しており、
   これらの円筒部の周囲を囲むように、第１部材と第２部材との間の溶着部および第２部材と第３部材との間の溶着部が設けられており、
   各々の円筒部による３つの通路が直線状に整列することによって、上記コレクタの内部空間に連通したコネクタ通路が実質的に１本の連続した通路として形成されている、ことを特徴とする吸気マニホルド。
2. 上記円筒部を囲む第１部材と第２部材との間の溶着部の一部は、該円筒部の両側に位置する２本のブランチ通路の側縁に沿ったブランチ通路形成用の溶着部からなる、ことを特徴とする請求項１に記載の吸気マニホルド。
3. 第１部材の円筒部と第２部材の円筒部との境界位置が、これら円筒部を囲む第１部材と第２部材との間の溶着部に対し、円筒部の軸方向にオフセットしており、
   円筒部外周面と溶着部との間には空間が存在する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の吸気マニホルド。

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