JP6854153B2

JP6854153B2 - エンジン吸気装置

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Publication number: JP6854153B2
Application number: JP2017037913A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　洋介; 洋介鈴木
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2037-03-01
Also published as: JP2018145800A

Description

本発明は、複数の吸気ポートに空気を分配するエンジン吸気装置に関する。

エンジンの各吸気ポートに対して空気を分配するため、シリンダヘッドには吸気マニホールドが取り付けられている（特許文献１参照）。特許文献１に記載された吸気マニホールドは、シリンダヘッドに取り付けられる下流側ユニットと、この下流側ユニットに取り付けられる上流側ユニットと、によって構成されている。

特開２０１４−１７７９０４号公報

ところで、車両衝突によって車両に大きなエネルギーが入力された場合には、エンジンと吸気マニホールドとの接合箇所が分離し、エンジンから吸気マニホールドが脱落してしまう虞がある。吸気マニホールドの近傍には様々な部品が配置されるため、吸気マニホールドがエンジンから脱落して移動することは、吸気マニホールドが他の部品を破損させてしまう要因となり得る。このため、車両衝突によって車両に大きなエネルギーが入力された場合であっても、吸気マニホールドの脱落を抑制することが求められている。

本発明の目的は、吸気マニホールドの脱落を抑制することにある。

本発明のエンジン吸気装置は、エンジンの複数の吸気ポートに空気を分配するエンジン吸気装置であって、前記エンジンに設けられ、前記吸気ポートに連通する第１吸気流路を備える複数のアダプタ管部と、隣り合う前記アダプタ管部を互いに連結する第１連結部と、を備えるアダプタユニットと、前記アダプタユニットに設けられ、前記第１吸気流路に連通する第２吸気流路を備える複数の吸気管部と、隣り合う前記吸気管部を互いに連結する第２連結部と、を備える吸気マニホールドと、を有し、前記アダプタ管部と前記吸気管部とは、互いに接合され、前記第１連結部と前記第２連結部とは、互いに接合され、前記第１連結部は、前記アダプタ管部の端面よりも前記エンジン側に設けられ、前記第２連結部は、前記吸気管部の端面よりも前記エンジン側に設けられる。

本発明によれば、アダプタ管部と吸気管部とは互いに接合され、第１連結部と第２連結部とは互いに接合される。これにより、アダプタユニットと吸気マニホールドとの接合強度を高めることができ、吸気マニホールドの脱落を抑制することができる。

本発明の一実施の形態であるエンジン吸気装置を備えたエンジンを示す概略図である。図１に示したエンジンの一部を拡大する平面図である。ＴＧＶユニットおよび吸気マニホールドの一部を示す斜視図である。図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。吸気マニホールドとバルブハウジングとの接合過程を示す断面図である。吸気マニホールドとバルブハウジングとの接合過程を示す断面図である。車両衝突時におけるエンジンの移動状況を示す説明図である。エンジンが移動する際に吸気マニホールドが受ける力を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態であるエンジン吸気装置１０を備えたエンジン１１を示す概略図である。図１に示すように、車体前部のエンジンルーム１２には、エンジン吸気装置１０を備えたエンジン１１が搭載されている。なお、図示するエンジン１１は、水平対向エンジンであるが、これに限られることはなく、直列エンジンやＶ型エンジン等のエンジンであっても良い。

図１に示すように、エンジン１１は、一方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック１３と、他方のシリンダバンクを構成するシリンダブロック１４と、を有している。一方のシリンダブロック１３にはシリンダヘッド１５が取り付けられており、他方のシリンダブロック１４にはシリンダヘッド１６が取り付けられている。各シリンダヘッド１５，１６には、吸入空気が分配（案内）される複数の吸気ポート１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ、排出ガスが案内される図示しない複数の排気ポート、図示しないカムシャフト等からなる動弁機構が設けられている。

図１に示すように、エンジン１１のシリンダヘッド１５，１６には、吸気ポート１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂに空気を分配するエンジン吸気装置１０が接続されている。エンジン吸気装置１０は、吸気ダクト２０、エアクリーナボックス２１、吸気ダクト２２、スロットルボディ２３、吸気マニホールド２４およびＴＧＶユニット２５，２６等によって構成されている。

図２は図１に示したエンジン１１の一部を拡大する平面図である。図２に示すように、吸気マニホールド２４は、スロットルボディ２３に接続されるサージタンク３０と、サージタンク３０から各吸気ポート１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂに向けて分岐する複数のブランチ（吸気管部）３１〜３４と、隣り合うブランチ３１〜３４を互いに連結するブランチ連結部（第２連結部）３５と、を備えている。また、後述するように、吸気マニホールド２４のブランチ３１〜３４には、バルブハウジング４０の第１吸気流路４１，４２に連通する第２吸気流路３６，３７が形成されている。この吸気マニホールド２４は、ナイロン樹脂やポリアミド樹脂等の合成樹脂材料を用いて形成されている。

図３はＴＧＶユニット２５および吸気マニホールド２４の一部を示す斜視図であり、図４は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。なお、図３および図４には、一方のＴＧＶユニット２５が示されているが、他方のＴＧＶユニット２６についても同様の構造を有している。

図２および図３に示すように、ＴＧＶユニット２５は、ボルト部材等を用いて各シリンダヘッド１５に取り付けられるバルブハウジング（アダプタユニット）４０を有している。図３および図４に示すように、バルブハウジング４０は、各吸気ポート１５ａ，１５ｂに連通する第１吸気流路４１，４２を備えたアダプタ管部４３，４４と、隣り合うアダプタ管部４３，４４を互いに連結するアダプタ連結部（第１連結部）４５と、を備えている。このバルブハウジング４０は、ナイロン樹脂やポリアミド樹脂等の合成樹脂材料を用いて形成されている。

図４に示すように、各アダプタ管部４３，４４の第１吸気流路４１，４２には、吸入空気の気流を制御するタンブルバルブ（気流制御バルブ）４６が収容されている。このタンブルバルブ４６を閉塞側に制御することにより、吸入空気を片側に寄せて吸気ポート１５ａ，１５ｂに流すことができ、燃焼室内に流入する吸入空気のタンブル流（縦渦流）を強めることができる。なお、ＴＧＶとは、「Tumble Generation Valve」である。

図２に示すように、吸気マニホールド２４の近傍には、エンジン１１に燃料を供給する燃料系５０が設けられている。燃料系５０は、カムシャフト等によって駆動される燃料ポンプ５１と、各シリンダヘッド１５，１６に設けられる燃料ギャラリ５２，５３と、各燃料ギャラリ５２，５３に設けられるインジェクタ５４と、を有している。燃料ポンプ５１と燃料ギャラリ５２，５３とは燃料配管５５を介して接続されており、一方の燃料ギャラリ５２と他方の燃料ギャラリ５３とは燃料配管５６を介して接続されている。なお、燃料ポンプ５１には、図示しない燃料タンクから燃料配管を介して燃料が供給される。

［吸気マニホールドとバルブハウジングとの接合構造］
続いて、吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０との接合構造について説明する。図５は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。また、図６および図７は吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０との接合過程を示す断面図である。図６には吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０との分離状態が示されており、図７には吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０との接合状態が示されている。なお、図６および図７には、一方のＴＧＶユニット２５およびブランチ３１，３２が示されているが、他方のＴＧＶユニット２６およびブランチ３３，３４についても同様の構造を有している。

図６に示すように、バルブハウジング４０を構成するアダプタ管部４３，４４の端部には、第１吸気流路４１，４２を囲む環状の溶着凸部４３ａ，４４ａが形成されている。また、隣り合うアダプタ管部４３，４４を互いに連結するアダプタ連結部４５は、アダプタ管部４３，４４の端面４３ｂ，４４ｂよりもシリンダヘッド１５側つまりエンジン１１側に設けられている。また、図５および図６に示すように、アダプタ連結部４５には、直線状に伸びる溶着凸部４５ａが形成されている。

図６に示すように、吸気マニホールド２４を構成するブランチ３１，３２の端部には、ブランチ３１，３２の第２吸気流路３６，３７を囲む環状の溶着凸部３１ａ，３２ａが形成されている。また、隣り合うブランチ３１，３２を互いに連結するブランチ連結部３５は、ブランチ３１，３２の端面３１ｂ，３２ｂよりもシリンダヘッド１５側つまりエンジン１１側に設けられている。つまり、ブランチ連結部３５は、各ブランチ３１，３２からエンジン１１側に伸びる壁部３８ａ，３８ｂと、これらの壁部３８ａ，３８ｂを互いに連結する連結板部３９と、によって構成されている。また、図５および図６に示すように、ブランチ連結部３５には、直線状に伸びる溶着凸部３５ａが形成されている。

このような吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０とを接合する際には、図６に矢印αで示すように、吸気マニホールド２４がバルブハウジング４０に突き当てられる。このとき、図７に示すように、アダプタ管部４３側の溶着凸部４３ａの端面とブランチ３１側の溶着凸部３１ａの端面とは互いに突き当てられ、アダプタ管部４４側の溶着凸部４４ａの端面とブランチ３２側の溶着凸部３２ａの端面とは互いに突き当てられる。また、アダプタ連結部４５の溶着凸部４５ａの端面とブランチ連結部３５の溶着凸部３５ａの端面とは互いに突き当てられる。

その後、図７に矢印βで示すように、吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０とを互いに突き当てた状態のもとで、バルブハウジング４０を所定の周波数で振動させる。これにより、摩擦熱によって溶着凸部４３ａ〜４５ａ，３１ａ，３２ａ，３５ａの一部を溶かすことができ、吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０とを互いに接合することができる。つまり、図７に符号Ｘａで示すように、アダプタ管部４３とブランチ３１とが互いに溶着され、符号Ｘｂで示すように、アダプタ管部４４とブランチ３２とが互いに溶着される。さらに、符号Ｘｃで示すように、アダプタ連結部４５とブランチ連結部３５とが互いに溶着される。なお、前述の説明では、バルブハウジング４０だけを振動させているが、これに限られることはなく、吸気マニホールド２４だけを振動させても良く、吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０との双方を振動させても良い。

［吸気マニホールドの接合強度］
続いて、吸気マニホールド２４の接合強度について説明する。図８は車両衝突時におけるエンジン１１の移動状況を示す説明図である。図９はエンジン１１が移動する際に吸気マニホールド２４が受ける力を示す説明図である。

図８に矢印αで示すように、車両衝突によって前方から車両に大きなエネルギーが入力された場合には、変形する車体と共にエンジン１１が車両後方に押し込まれる。このように、エンジン１１が後方のダッシュパネル５７に向けて押し込まれると、ダッシュパネル５７に吸気ダクト２２やスロットルボディ２３等が接触するため、矢印βで示すように、吸気マニホールド２４は車両前方に向けて押し出される。すなわち、図９に矢印αで示すように、エンジン１１と共にバルブハウジング４０は車両後方に押し込まれ、矢印βで示すように、押し潰される吸気ダクト２２等によって吸気マニホールド２４は車両前方に押し出される。これにより、車両衝突時には、矢印γで示すように、車両後方側のブランチ３２がバルブハウジング４０から離れる方向に押し上げられることになる。

しかしながら、エンジン吸気装置１０は、図７に符号Ｘａ，Ｘｂで示すように、アダプタ管部４３，４４とブランチ３１，３２とが互いに溶着されるだけでなく、符号Ｘｃで示すように、アダプタ連結部４５とブランチ連結部３５とが互いに溶着されている。これにより、吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０との溶着面積を大きく確保することができるため、溶着強度を高めてバルブハウジング４０から吸気マニホールド２４が外れてしまうことを防止することができる。すなわち、エンジン１１から吸気マニホールド２４が脱落することを防止することができ、吸気マニホールド２４の近傍に設けられた燃料系５０等の部品を保護することができる。

しかも、図６に示すように、アダプタ連結部４５は、アダプタ管部４３，４４の端面４３ｂ，４４ｂよりもエンジン１１側に設けられており、ブランチ連結部３５は、ブランチ３１，３２の端面３１ｂ，３２ｂよりもエンジン１１側に設けられている。このように、凹状に形成されるアダプタ連結部４５に対し、凸状に形成されるブランチ連結部３５が挿入されるため、吸気マニホールド２４の脱落を防止することができる。すなわち、図９に矢印γで示すように、シリンダヘッド１５に固定されるバルブハウジング４０に対し、車両後方側のブランチ３２が押し上げられた場合であっても、図９に符号Ｚで示す箇所においては、段付形状のブランチ連結部３５の壁部３８ａがアダプタ管部４３に押し付けられるため、吸気マニホールド２４の脱落を防止することができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。図示する例では、４気筒の水平対向エンジン１１に本発明の一実施の形態であるエンジン吸気装置１０を適用しているが、これに限られることはない。例えば、直列エンジンやＶ型エンジン等のエンジンに本発明を適用しても良く、４気筒以外の気筒数を備えたエンジンに本発明を適用しても良い。また、図示する例では、縦置きに搭載されたエンジン１１に本発明を適用しているが、これに限られることはなく、横置きに搭載されたエンジンに本発明を適用しても良い。

前述の説明では、アダプタユニットとして、タンブルバルブ４６を収容するバルブハウジング４０を用いているが、これに限られることはなく、吸気マニホールド２４とシリンダヘッド１５，１６との間に設けられる部材であれば、如何なる部材をアダプタユニットとして採用しても良い。また、前述の説明では、振動溶着によって吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０とを互いに接合しているが、これに限られることはなく、レーザー溶着や超音波溶着等によって吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０とを互いに接合しても良く、接着によって吸気マニホールド２４とバルブハウジング４０とを互いに接合しても良い。

１０エンジン吸気装置
１１エンジン
１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ吸気ポート
２４吸気マニホールド
３１〜３４ブランチ（吸気管部）
３１ｂ，３２ｂ端面
３５ブランチ連結部（第２連結部）
３６，３７第２流路
４０バルブハウジング（アダプタユニット）
４１，４２第１流路
４３，４４アダプタ管部
４３ｂ，４４ｂ端面
４５アダプタ連結部（第１連結部）
４６タンブルバルブ（気流制御バルブ）

Claims

エンジンの複数の吸気ポートに空気を分配するエンジン吸気装置であって、
前記エンジンに設けられ、前記吸気ポートに連通する第１吸気流路を備える複数のアダプタ管部と、隣り合う前記アダプタ管部を互いに連結する第１連結部と、を備えるアダプタユニットと、
前記アダプタユニットに設けられ、前記第１吸気流路に連通する第２吸気流路を備える複数の吸気管部と、隣り合う前記吸気管部を互いに連結する第２連結部と、を備える吸気マニホールドと、
を有し、
前記アダプタ管部と前記吸気管部とは、互いに接合され、
前記第１連結部と前記第２連結部とは、互いに接合され、
前記第１連結部は、前記アダプタ管部の端面よりも前記エンジン側に設けられ、
前記第２連結部は、前記吸気管部の端面よりも前記エンジン側に設けられる、
エンジン吸気装置。
請求項１に記載のエンジン吸気装置において、
前記吸気マニホールドは、合成樹脂材料を用いて形成され、
前記アダプタユニットは、合成樹脂材料を用いて形成され、
前記アダプタ管部と前記吸気管部とは、互いに溶着され、
前記第１連結部と前記第２連結部とは、互いに溶着される、
エンジン吸気装置。
請求項１または２に記載のエンジン吸気装置において、
前記アダプタユニットは、気流制御バルブが収容されるバルブハウジングである、
エンジン吸気装置。