JP7255960B2 - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Description

本願発明は、フランジ接合によって上下に締結される上部材と下部材とを有する吸気装置に関するものである。

内燃機関の吸気装置は複数の部材で構成されており、隣り合った部材が互いに接続されている。吸気装置を構成する部材の一つとして、過給された吸気を冷却するためのインタークーラがあり、このインタークーラには、吸気が流入する入り口通路と吸気が流出する出口通路とが接続されているが、特許文献１に開示されているように、インタークーラの下面に入り口接続部と出口接続部とを設けることが行われている。

特許文献１では、インタークーラの出口接続部がスロットルボデーに直付けされており、スロットルボデーに設けた下フランジに上向き筒部を形成して、この上向き筒部にＯリングを嵌め込んでいる一方、インタークーラの出口接続部には、下フランジとボルトで締結される上フランジを形成して、上フランジと下フランジとでＯリングを挟み付けている。

特開２００１－３０３９６１号公報

さて、特許文献１では、スロットルボデーに設けた上向き筒部をインタークーラの出口接続部に嵌め入れており、この場合は、Ｏリングはスロットルボデーの上向き筒部に上から嵌め入れられているため、インタークーラの取り付けに際してＯリングが脱落する不具合は生じない。

しかし、インタークーラをスロットルボデーに直付けする場合でも、インタークーラに下向き筒部を設けて、この下向き筒部をスロットルボデーの内部に挿入する場合があり得るが、この場合は、インタークーラの下向き筒部にＯリングが装着されるため、インタークーラをスロットルボデーに組み付けるに際して、Ｏリングがスロットルボデーのフランジに当たるなどして、Ｏリングが脱落してしまうことが懸念される。

また、インタークーラは高い位置に配置されるため、インタークーラとスロットルボデーとがパイプ材（吸気ダクト）を介して接続される場合があり、この場合も、インタークーラに下向き筒部を設けて、この下向き筒部をパイプ材の内部に挿入することが有り得るが、この場合も、インタークーラの組み付けに際して、Ｏリングがパイプ材の上端に当たるなどして脱落してしまうことが懸念される。

本願発明はこのような状況を契機として成されたものであり、上部材の下向き筒部にＯリング等のシールリングが装着されていても、組み付け工程において脱落することがない構造を提供しようとするものである。

本願発明は、
「フランジ接合される上部材と下部材とを備えており、
前記上部材に、前記下部材の内部に入り込む下向き筒部が形成されて、前記下向き筒部に、シールリングが外側から嵌まっている一方、前記下部材には、前記シールリングが嵌入する拡径部を形成しており、
前記上部材と前記下部材とを締結すると前記シールリングが脱落不能に保持される」
という基本構成において、請求項１では、
「前記上部材のフランジに、少なくとも前記シールリングの下面と略同じ高さまで下向き突出した保護突起を設けて、前記下部材のフランジには、前記保護突起が入り込む凹所を形成しており、
かつ、前記保護突起には下端を傾斜部と成したリブが外側に向けて突設されて、前記凹所は、前記保護突起のリブが嵌入する大きさになっている」
という構成を付加している。

この場合、上部材と下部材との接続態様としては、例えば、インタークーラとパイプとの接続や、インタークーラとスロットルボデーとの接続、エアクリーナとパイプとの接続、或いはパイプ同士の接続などがある。
本願は請求項２の発明も含んでおり、この発明は、上記基本構成において、
「前記上部材のフランジに、少なくとも前記シールリングの下面と略同じ高さまで下向き突出した一対の保護突起を設けて、前記下部材のフランジには、前記保護突起が入り込む一対の凹所を形成しており、
かつ、前記一対の保護突起と凹所とは、前記上下部材の軸心を挟んで非対称に配置されている」
という構成を付加している。
更に、本願発明は請求項３の構成も含んでおり、この発明は、請求項１と請求項２の両方の特徴を備えている。

本願発明では、保護突起がシールリングの下面と略同じ高さまで突出しているため、下向き筒部を下部材の内部に差し込むに際して上部材と下部材とが芯ずれしていても、下部材の上面に保護突起が当たることにより、シールリングが下部材の上面に当たることを防止できる。従って、Ｏリング等のシールリングが脱落することを防止できる。

また、下向き筒部にシールリングを嵌め込んでから運搬したり保管したりするにおいて、シールリングに物が当たることを保護突起によって阻止できるため、内燃機関への組み付け前の段階で上部材からシールリングが脱落することも防止できる。

保護突起と凹所とを利用して上部材と下部材とを位置決めすることも可能であり、この場合は、上部材のフランジと下部材のフランジとをボルト等で締結するにおいて、作業能率を向上させることができる。
そして、請求項１，３の発明のように、保護突起に傾斜部を備えたリブが形成されていると、リブによって位置決めが成されるため、上下フランジの位置合わせを更にスムースに行える。

部材をフランジ接合する場合、フランジを楕円形に形成して２か所で締結することが多いが、この場合、軸心を挟んで一対の保護突起と凹所とを形成しておくと、シールリングの保護機能と位置決め機能とを向上できて好適である。
特に請求項２，３の構成を採用すると、上部材を横移動させてから下降させて下部材に重ねるにおいて、上部材の高さが足りなくも、一方の保護突起が先に下部材のフランジに当たるように設定しておくことにより、シールリングが下方の部材のフランジに当たって脱落することを確実に防止できる。

実施形態の内燃機関を排気側面の方から見た正面図である。 インタークーラを下方から見た斜視図である。 図１の部分的なIII-III 視図である。 インタークーラとパイプとの接続状態を示す斜視図である。 要部の分離斜視図である。 図４のVI-VI 視断面図である。 （Ａ）は図６のVII-VII視断面図、（Ｂ）は分離した状態での断面図である。

次に、本願発明を自動車用内燃機関に適用した実施形態を図面に基づいて説明する。以下では、方向を特定するため前後・左右の文言を使用するが、この方向は車体の向きを基準にしている。左右方向は車幅方向である。正面図は、車体の前面と相対向する方向から見た図である。

内燃機関では、クランク軸線の方向を前後方向と呼ぶことが一般化しているが、本実施形態の内燃機関は、クランク軸を車幅方向に長い姿勢と成した横置き姿勢でエンジンルームに配置されているため、以下で使用する方向は一般的に使用されている方向とは相違している（一般的な用語とは、前後左右が逆になっている。）。

(1).基本構造
まず、内燃機関の基本構造を、主として図１を参照して説明する。内燃機関の基本構造は従来と同様であり、図１に示すように、シリンダボアが形成されたシリンダブロック１と、その上面に固定されたシリンダヘッド２と、その上面に固定されたヘッドカバー３と、シリンダブロック１の下面に固定されたオイルパン４とを備えており、シリンダブロック１及びオイルパン４の一端面１ａ，４ａに変速機５が固定されている。

シリンダブロック１及びシリンダヘッド２の他端面１ｂ，２ｂには、タイミングチェーンを覆うフロントカバー６が固定されており、シリンダブロック１とシリンダヘッド２とヘッドカバー３とオイルパン４とフロントカバー６とによって機関本体が構成されている。

本実施形態の内燃機関は、排気側面を前向きにして配置されている。従って、シリンダヘッド２の排気出口には前向きに開口した排気出口（図示せず）が形成されているが、本実施形態では排気出口は１つのみ形成しており、この排気出口に、排気ターボ過給機７が接続されている。

排気ターボ過給機７の排気ガス排出口には、触媒を内蔵した触媒ケース８がエルボ管を介して接続されており、触媒ケース８の下端に排気管９が接続されている。触媒ケース８は、インシュレータ１０によって手前側から覆われている。

排気ターボ過給機７の吸気入口とエアクリーナ１１の出口とが、吸気第１ダクト１２によって接続されている。エアクリーナ１１は、ヘッドカバー３の上方部でかつ機関本体の他端に寄った部位に配置されており、そのダストサイド室に、大気吸い込みダクト１１ａが接続されている。

排気ターボ過給機７の吸気出口には吸気第２ダクト１３の上流端が接続されており、吸気第２ダクト１３の下流端は、インタークーラ１４を構成する熱交換ユニット１５に接続されている（図３も参照）。インタークーラ１４は、機関本体の後部上方（変速機５の基部の上方）に配置されている。シリンダヘッド２の一端面２ａには、複数の継手ポートを設けた冷却水分配部１６が配置されている。

図２，３から容易に理解できるように、インタークーラ１４は、前方と後ろ下方とに開口した通風ケーシング１７を備えており、通風ケーシング１７の出口部に既述の熱交換ユニット１５が接合されている。熱交換ユニット１５は、プレート式等の熱交換エレメントを多数設けたコア部１５ａと、コア部１５ａの前端に接続した上流側タンク１５ｂと、コア部１５ａの後端に接続した下流側タンク１５ｃとで構成されており、吸気第２ダクト１３は上流側タンク１５ｂに接続されている。

熱交換ユニット１５を構成する下流側タンク１５ｃの出口は下向きに開口しており、この下向き開口した出口に、吸気第３ダクト１８の上端がフランジ接合によって接続されている。図３のとおり、熱交換ユニット１５は、後ろに向けて高くなるように傾斜している。吸気第３ダクト１８の上部には、エアクリーナと吸気第１ダクト１２と連通したバイパス通路１９が接続されている。

図２，３に示すように、吸気第３ダクト１８の下端は、スロットルボデー２０に設けた上向き筒部２０ａに接続されてバンド２１によって固定されており、図３に簡単に示すように、スロットルボデー２０は、吸気マニホールド２２のサージタンク２２ａに取付けられている。

(2).インタークーラと吸気第３ダクトとの接続構造
本実施形態では、請求項との関係では、インタークーラ１４が上部材に該当して、吸気第３ダクト１８が下部材に該当する。次に、これらの接続構造を、主として図４以下の図面を参照して説明する。

図３，４から理解できるように、インタークーラ１４を構成する下流側タンク１５ｃの後端部に、下向きに開口した吸気出口２５を後ろ向きに突設しており、この吸気出口２５の下面に上フランジ２６を一体に形成している一方、吸気第３ダクト１８の上端には、上フランジ２６と重なり合う下フランジ２７を一体に形成している。両フランジ２６，２７は、概ね左右両側に大きく張り出した菱形状になっており、左右の張り出し部２６ａ，２７ａに、ボルト挿通穴２８が開口している。

図７（Ａ）に示すように、両フランジ２６，２７はボルト２９及びナット３０で締結されているが、下フランジ２７に鬼目ナットをインサート成形又は圧入して、これにボルト２９をねじ込んでもよい。なお、下流側タンク１５ｃ及び吸気第３ダクト１８は、合成樹脂を材料にした射出成形品である。図５に示すように、吸気第３ダクト１８の上部には、バイパス通路を構成する横向きポート３１が形成されている。

例えば図５に明示するように、下流側タンク１５ｃには、吸気第３ダクト１８の上部に嵌入する下向き筒部３２が形成されており、下向き筒部３２に、シールリングの一例としてのＯリング３３が外側から嵌まっている。この場合、下向き筒部３２の基部を大径部３２ａに形成することにより、下向き筒部３２に上段部３４を形成して、この上段部３４にＯリング３３が当接している。また、下向き筒部３２には、若干の高さの膨出部３５を形成している。

更に、図５に明示するように、下流側タンク１５ｃにおける上フランジ２６の左右張り出し部２６ａのうちボルト挿通穴２８と下向き筒部３２との間の部位に、Ｏリング３３の下面の高さよりも少し下方まで突出した保護突起３６を形成している。保護突起３６は、下方に向けて縮径したテーパ状に形成されており、一方の保護突起３６に、位置決め用の前後一対のリブ３７が一体に形成されている。リブ３７の略下半部は、巾が下から上に向けて大きくなる（保護突起３６の軸心からの距離が、下方に向けて小さくなる）傾斜部３７ａになっている。

他方、吸気第３ダクト１８は、下向き筒部３２のうち小径部が嵌入する内径になっているが、下フランジ２７に、Ｏリング３３と下向き筒部３２の大径部３２ａとが嵌入する拡径部３８を形成しており、下フランジ２７における拡径部３８の内周面と上フランジ２６における下向き筒部３２の外周との間に、Ｏリング３３が弾性変形した状態で介在している。これにより、上下フランジ２６，２７の合わせ面がシールされる。

Ｏリング３３を上段部３４と拡径部３８の底面とで上下から挟むことも可能であるが、この場合は、上段部３４の高さ位置及び拡径部３８の底面の位置の成形誤差により、Ｏリング３３の弾性変形の程度が不均一になって、シール性にバラツキが発生するおそれがある。

これに対して、本実施形態のように下向き筒部３２の外周と拡径部３８の内周とでＯリングを挟むと、上段部３４の高さ位置や拡径部３８の底面の高さ位置に成形誤差があっても、高いシール性を保持できる。従って、品質の安定性に優れている。

図７（Ｂ）に示すように、下向き筒部３２の膨出部３５は、吸気第３ダクト１８の拡径部３８よりも下方の部分まで進入している。このため、上下フランジ２６，２７は同心状に位置決めされている。この場合、膨出部３５の外周面と吸気第３ダクト１８の内周面との間に若干の隙間を空けることにより、Ｏリング３３の自由な弾性変形を許容している。また、膨出部３５の下半部は下窄まりになっている一方、拡径部３８の開口縁は上広がりのテーパ面３８ａになっている。このため、拡径部３８への下向き筒部３２の差し込みがスムースに行われる。

下フランジ２７のうち拡径部３８とボルト挿通穴２８との間の部位に、下流側タンク１５ｃの保護突起３６が嵌入し得るセンター凹所３９と一対のサイド凹所４０とを形成している。センター凹所３９は、保護突起３６のリブ３７がほぼ隙間なく嵌入する前後巾になっている一方、サイド凹所４０は、保護突起３６のみが嵌入する前後幅になっている。

そして、図５（Ａ）及び図６から理解できるように、車両前方を向いて左側に位置していてリブ３７を備えている保護突起３６は、２つのボルト挿通穴２８を結ぶ中心線Ｏ１の上に位置していて、下フランジ２７のセンター凹所３９に嵌まるようになっている一方、車両前方を向いて右に位置した保護突起３６は中心線Ｏ１よりも後ろに位置しており、後ろ側のサイド凹所４０に嵌まっている。従って、上フランジ２６では、保護突起３６は非対称に配置されている。

内燃機関の組み立てに当たっては、スロットルボデー２０が組み付けられた吸気マニホールド２２をシリンダヘッド２に固定してから、スロットルボデー２０にインタークーラ１４の下流側タンク１５ｃがボルト２９及びナット３０で締結されるが、この組み付け工程において、芯ずれした状態で上フランジ２６を下フランジ２７に重ねようとすると、Ｏリング３３が下フランジ２７の上面に当たって、Ｏリング３３が脱落してしまうおそれがある。

しかし、本実施形態では、下向き筒部３２を挟んだ両側に２本の保護突起３６が存在するため、上下フランジ２６，２７が芯ずれしていても、保護突起３６が下フランジ２７に当たることにより、Ｏリング３３が下フランジ２７に当たることはない。従って、Ｏリング３３の脱落を防止できる。

また、保護突起３６がセンター凹所３９に嵌まることにより、上フランジ２６と下フランジ２７とが大まかに位置決めされるため、下フランジ２７への下向き筒部３２の嵌め込みをスムースに行える。特に、保護突起３６に傾斜部３７ａを備えたリブ３７が形成されていると、前後方向の位置決めが成されるため、上下フランジ２６，２７の位置合わせを更にスムースに行える。

さて、インタークーラ１４は吸気第２ダクト１３の終端に固定されており、吸気第２ダクト１３の始端は、排気ターボ過給機７におけるコンプレッサハウジングの吐出口に上方から嵌合しており、従って、吸気第２ダクト１３は、図１に矢印Ｂで示すように，その始端を支点にして水平旋回させることが可能であり、吸気第２ダクト１３の水平旋回に伴ってインタークーラ１４も大きく水平旋回する。

そして、インタークーラ１４を吸気第３ダクト１８に接続するに当たっては、吸気第２ダクト１３を排気ターボ過給機７に仮接続した状態で、吸気第２ダクト１３及びインタークーラ１４を図６に矢印４３で示すように水平旋回させて、その水平旋回の終期において少し持ち上げてから、上フランジ２６の下向き筒部３２を下フランジ２７に嵌め込み，それからボルト２９及びナット３０で締結する、という手順が採られる。

この場合、吸気第２ダクト１３及びインタークーラ１４を水平旋回させるに際して、上フランジ２６の下向き筒部３２に装着しているＯリング３３は露出しているため、その旋回終期にインタークーラ１４を適正な高さに持ち上げていないと、Ｏリング３３が下フランジ２７の外周面に当たって、Ｏリング３３が脱落してしまうことがある。

これに対して本実施形態では、インタークーラ１４を適正に持ち上げずに旋回させてしまっても、一方の保護突起３６が先に下フランジ２７に当たることにより、Ｏリング３３が下フランジ２７に当たることを防止できる。これにより、Ｏリングの脱落を防止できる。特に、本実施形態のように、左右の保護突起３６を非対称に配置して、左側の保護突起３６を中心線Ｏ１の後ろにずらして設けると、図６に一点鎖線で示すように、上フランジ２６が横移動する傾向を呈しても、一方の保護突起３６を先に下フランジ２７に確実に当てることができるため、Ｏリング３３の脱落を確実に防止できる。この点、本実施形態の大きな利点である。

このことから理解できるように、インタークーラ１４を水平旋回させてから吸気第３ダクト１８に接続する場合は、少なくとも１本の保護突起３６がＯリング３３よりも先に下フランジ２７に当たるように、中心線Ｏ１に対して旋回方向前方にずらして配置したらよい。

なお、２本の保護突起３６の両方にリブ３７を形成してもよい。また、保護突起３６の外径をメイン凹所３９の巾寸法と略同じにしつつ、先窄まりのテーパ部を形成することにより、誘い込み機能と位置決め機能とを高めることも可能である。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、上下フランジは３本以上のボルトで締結することが可能である。従って、上下フランジは、平面視で三角形や円形などの各種の形状を採用可能である。シールリングとしては、Ｏリングに代えて断面角形のものも使用可能である。保護突起は、軸心を挟んだ両側に複数本ずつ設けたり、軸心を挟んだ一方の側のみに設けたりすることも可能である。

本願発明は、吸気装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。

２ シリンダヘッド
７ 排気ターボ過給機
１１ エアクリーナ
１２ 吸気第１ダクト
１３ 吸気第２ダクト
１４ 上部材の一例としてのインタークーラ
１５ インタークーラを構成する熱交換ユニット
１５ａ 熱交換ユニットのコア部
１５ｂ 熱交換ユニットの上流側タンク
１５ｃ 熱交換ユニットの下流側タンク
１７ インタークーラを構成する通風ケーシング
１８ 下部材としての吸気第３ダクト
２０ スロットルボデー
２５ インタークーラの吸気出口
２６ 上フランジ
２７ 下フランジ
２９ ボルト
３２ 下向き筒部
３２ａ 大径部
３３ シールリングの一例としてＯリング
３４ 上段部
３６ 保護突起
３７ リブ
３７ａ 傾斜部
３８ 拡径部
３９ センター凹所
４０ サイド凹所

Claims (3)

1. フランジ接合される上部材と下部材とを備えており、
   前記上部材に、前記下部材の内部に入り込む下向き筒部が形成されて、前記下向き筒部に、シールリングが外側から嵌まっている一方、前記下部材には、前記シールリングが嵌入する拡径部を形成しており、
   前記上部材と前記下部材とを締結すると前記シールリングが脱落不能に保持される構成であって、
   前記上部材のフランジに、少なくとも前記シールリングの下面と略同じ高さまで下向き突出した保護突起を設けて、前記下部材のフランジには、前記保護突起が入り込む凹所を形成しており、
   かつ、前記保護突起には下端を傾斜部と成したリブが外側に向けて突設されて、前記凹所は、前記保護突起のリブが嵌入する大きさになっている、
   内燃機関の吸気装置。
2. フランジ接合される上部材と下部材とを備えており、
   前記上部材に、前記下部材の内部に入り込む下向き筒部が形成されて、前記下向き筒部に、シールリングが外側から嵌まっている一方、前記下部材には、前記シールリングが嵌入する拡径部を形成しており、
   前記上部材と前記下部材とを締結すると前記シールリングが脱落不能に保持される構成であって、
   前記上部材のフランジに、少なくとも前記シールリングの下面と略同じ高さまで下向き突出した一対の保護突起を設けて、前記下部材のフランジには、前記保護突起が入り込む一対の凹所を形成しており、
   かつ、前記一対の保護突起と凹所とは、前記上下部材の軸心を挟んで非対称に配置されている、
   内燃機関の吸気装置。
3. フランジ接合される上部材と下部材とを備えており、
   前記上部材に、前記下部材の内部に入り込む下向き筒部が形成されて、前記下向き筒部に、シールリングが外側から嵌まっている一方、前記下部材には、前記シールリングが嵌入する拡径部を形成しており、
   前記上部材と前記下部材とを締結すると前記シールリングが脱落不能に保持される構成であって、
   前記上部材のフランジに、少なくとも前記シールリングの下面と略同じ高さまで下向き突出した一対の保護突起を設けて、前記下部材のフランジには、前記保護突起が入り込む一対の凹所を形成しており、
   かつ、前記保護突起には下端を傾斜部と成したリブが外側に向けて突設されて、前記凹所は、前記保護突起のリブが嵌入する大きさになっていると共に、前記一対の保護突起と凹所とは、前記上下部材の軸心を挟んで非対称に配置されている、
   内燃機関の吸気装置。

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