JP7405883B2 - エンジンの吸気装置 - Google Patents

Description

本願発明は、自動車用等のエンジンにおいて、吸気がスロットルボデーの直前で方向変換する方式の吸気装置に関するものである。

自動車用等のエンジンにおいて、一般に、スロットルボデーは吸気マニホールドのサージタンクに固定されており、エアクリーナで浄化された吸気（或いは過給機を経由した吸気）は、ホース等の吸気通路を通じてスロットルボデーに送られ、スロットルボデーに設けたスロットルバルブによって流量が制御されている（例えば特許文献１，２）。従って、サージタンクには、吸気入口が開口した台座（フランジ部）が形成されており、台座にスロットルボデーがボルトで固定されている。

サージタンクとエアクリーナ（或いは過給機の出口）とは一般にホースで接続されており、特許文献１，２には、スロットルボデーに吸気用筒部を一体に設けて、吸気用筒部にホースを嵌め込むことが開示されている。

特開２００６－１６１６５０号公報 特開２０１８－０９１１９２号公報

さて、エアクリーナとスロットルボデーとのレイアウトは様々であり、吸気通路をスロットルボデーの直前で方向変換させねばならない場合がある。例えば、スロットルボデーは、内蔵したスロットルバルブの回動軸心がカム軸（及びクランク軸）と平行になるように（水平になるように）配置されている一方、エアクリーナはシリンダヘッドの上方に配置されていて、ホースがエアクリーナから下向きに延びている場合、吸気通路をスロットルバルブの直前部で下向きから横向きに方向変換させなければならない。

このような場合、特許文献１，２のような従来構造では、ホースの下流端部をＬ型に曲げるか、或いは、エルボ継手を使用するかして吸気を方向変換させている。しかし、この構造では、ホースの曲がり部又はエルボ継手の曲がり部をスロットルボデーの吸気用筒部に嵌め込んでホースバンドなどで固定しているため、ホースバンドを配置できる取付け代が必要であり、このため、ホース又はエルボ継手がスロットルバルブから大きく張り出してしまい、吸気装置が大型化してしまうという問題が生じる。

本願発明はこのような現状を改善すべく成されたものであり、コンパクトな構造で吸気を方向変換させ得る吸気装置を提供しようとするものである。

本願発明の吸気装置は、
「吸気入口が開口した台座を有する吸気マニホールドと、スロットルバルブが内蔵されていて前記台座に重ね配置されたスロットルボデーと、スペーサ状の継手部材を介して前記スロットルボデーに重ね配置された吸気中継ダクトと、を備えており、
前記継手部材と前記吸気中継ダクトとは直接に又はブラケットを介して固定され、
前記継手部材とスロットルボデーとは、ボルトによって前記吸気マニホールドの台座に共締めされている」
というエンジンの吸気装置において、
「前記吸気中継ダクトは入口と出口とを交差させた形態であり、前記スロットルボデーの軸心方向から見て、前記吸気中継ダクトの入口の全体が前記スロットルボデーの軸心から離れるようにオフセットして配置されている一方、
前記吸気中継ダクトの出口は、前記吸気中継ダクトにおける入口の開口方向と反対方向から見て、前記吸気中継ダクトの内周の内側に位置するように形成されている」
という構成になっている。

本願発明において、吸気中継ダクトはＬ形にはならず、概ね直線状の形態になる。すなわち、継手部材を吸気中継ダクトの内部に入り込ませたような状態になる。

本願発明では、吸気中継ダクトと継手部材とが一体になって吸気の方向変換機能を有するが、吸気中継ダクトと継手部材とは互いに重ねた状態に固定されるため、ホースバンドの取付け代のような部分は不要であり、継手部材が吸気中継ダクトの外周面からスロットルボデーに向けて殆ど突出しない状態に設定できる。

そして、継手部材とスロットルボデーとはボルトで吸気マニホールドの台座に共締めされるため、スロットルボデーの弁ケースには特許文献１，２のような吸気用筒部は不要であり、スロットルボデーにおける弁ケースの厚さ（吸気の流れ方向の厚さ）も大幅に抑制できる。

従って、本願発明では、吸気中継ダクトがスロットルボデーからはみ出す寸法を著しく抑制して、吸気装置をコンパクト化できる。その結果、重量を低減して燃費の向上に貢献できると共に、吸気装置の配置スペースを低減して他の部材の配置の自由性も向上できる。

また、継手部材の形状や寸法などを変えることにより、スロットルボデーと吸気中継ダクトとを共用しつつ、吸気中継ダクトとスロットルボデーとの異なる配置態様を実現できる。従って、異なる機種のエンジンでスロットルボデーと吸気中継ダクトとを共用して、機種群全体としてコストダウンすることも可能になる。

なお、吸気中継ダクトと継手部材とスロットルボデーとを吸気マニホールドの台座に共締めすることも可能であり、この場合は、部材点数を抑制してコストを低減できると共に、組み付け作業の手間も軽減できる。

実施形態を示す図で、エンジンを吸気側面の方向から見た側面図である。 吸気装置の分離斜視図である。 図１の要部拡大図である。 分離側面図である。 スロットルバルブの軸心と吸気ホースの軸心とが現れるように異なる位置の切断面を表示した縦断側面図である。 シリンダヘッドの側から見た斜視図である。 シリンダヘッドの側から見た一部破断斜視図である。 カム軸方向に向かって後ろから見たから背面図（後面図）である。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用３気筒エンジンの吸気装置に適用している。エンジンは、クランク軸を車幅方向に向けた横置きの姿勢でエンジンルームに搭載されている。また、エンジンは、排気側面を自動車の前進方向に向けている。従って、エンジンは、横置き・前排気タイプである。

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、前後方向はカム軸線方向（クランク軸線方向）で、左右方向はカム軸線方向と直交した略水平方向、上下方向は鉛直方向としている。前と後ろについては、エンジンにおいてタイミングチェーンが配置されている側を前、変速機が配置されている側を後ろとしている。

(1).構造の説明
図１ではエンジンを吸気側面の側から見ており、エンジンは、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とを備えている。シリンダヘッド２の上面にはヘッドカバー３が固定されている。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の前面には、チェーンカバー（フロントカバー）４が固定されている。

シリンダヘッド２の吸気側面２ａには、吸気装置を構成する吸気マニホールド５が固定されている。吸気マニホールド５の後端には合成樹脂製のスロットルボデー６が固定されて、スロットルボデー６に、合成樹脂製の継手部材７を介して合成樹脂製の吸気中継ダクト８が接続されている。吸気中継ダクト８は入口を上に向けており、入口に、吸気通路を構成する吸気ホース９が接続されている。なお、図１において符号１０で示すのは、インジェクタに燃料を供給する燃料デリバリ管である。

吸気マニホールド５は、複数枚の合成樹脂製シェル状部材を接合して中空に形成されており、サージタンク１１と、サージタンク１１を外側から巻くように形成された３本の吸気枝通路（ブランチ管）１２と、吸気枝通路１２の群が接続されたフランジ１３とを有しており、フランジ１３はシリンダヘッド２の吸気側面に固定されている。

図２から容易に理解できるように、吸気マニホールド５の後端には、吸気入口１４を有する台座（フランジ部）１５が形成されており、台座１５に、周方向に離れた３つの雌ねじ穴１６が開口している。

概ね図２から理解できるように、スロットルボデー６は、バタフライ式の弁板１８が内蔵された弁ケース１９と、弁ケース１９の上面に配置したモータ２０と、弁ケース１９の外側面に設けた伝動機構部２１とを備えており、横向き姿勢（左右長手の姿勢）の弁軸２２（図５参照）が正逆回転することにより、サージタンク１１に流れる吸気の量が調節される。弁板１８、モータ２０、伝動機構部２１によってスロットルバルブが構成されている。図１，２において符号２３で示すのはコネクタ受け部である。

図２から理解できるように、弁ケース１９は伝動機構部２１の前後幅よりも遥かに小さい厚さになっており、図５から理解できるように、弁板１８は、ある程度開くと弁ケース１９の前後両側にはみ出して、吸気マニホールド５の吸気入口１４と継手部材７の内部とにも進入するようになっている。従って、吸気マニホールド５と継手部材７の内部とが吸気量調節空間として機能している。

例えば図５に示すように、スロットルボデー６の弁ケース１９が吸気マニホールド５の台座１５に重なっている。そこで、弁ケース１９は台座１５と同様の正面視形状になっており、台座１５に設けた雌ねじ穴１６と重なる３つのボルト挿通穴２４が空いている。

図２に示すように、継手部材７はスペーサ状（或いはフランジ板状）の形態であり、スロットルボデー６の弁ケース１９に重なる形態に形成されて、弁ケース１９のボルト挿通穴２４及び台座１５の雌ねじ穴１６と同心の３つのボルト挿通穴２５が空いている。そして、継手部材７とスロットルボデー６とが、３本のボルト２６で吸気マニホールド５の台座１５に共締めされている。

更に、継手部材７には、吸気中継ダクト８に嵌入する後ろ向きの筒部２７が形成されていると共に、吸気中継ダクト８を取付けるための左右一対のナット２８がインサート成形によって一体に装着されている。インサートナット２８は、下端に位置したボルト挿通穴２４よりも高い位置に配置されている。

また、図２，６，７に示すように、継手部材７の上端にはブラケット部２９を突設し、その上端に後ろ向きの係合筒部２９ａを形成している一方、スロットルボデー６における弁ケース１９には、モータ２０からシリンダヘッド２の側に向いた端壁２９ｂを形成し、端壁２９ｂに、ブラケット部２９の係合筒部２９ａが嵌合する係合ピン２９ｃを後ろ向きに突設している。

従って、スロットルボデー６と継手部材７とは、ボルト挿通穴２４，２５が同心になるように位置決めされている。なお、係合筒部２９ａと係合ピン２９ｃはスロットルボデー６と継手部材７との位置決め手段の一例であるが、位置決め手段としては、両者の前後位置関係を逆にしてもよいし、他の嵌合構造を採用してもよい。

例えば図４に示すように、吸気中継ダクト８は、外コーナー部を開口させたメイン部材３０と、外コーナー部に位置した補助部材（蓋部材）３１との２つの部材から成っており、両者を振動溶着等の溶着によって接合して中空に構成している。図３，４に示すように、両者の接合部にはフランジ３０ａ，３１ａを設けている。メイン部材３０には、上向きに開口した入口筒部３２と、継手部材７の方向に向けて横向き開口した出口穴３３とが形成されている。図５に示すように、蓋部材３１の上端は吸気中継ダクト８に設けたフランジ３１ｂに下方から当接している。

例えば図５に示すように、入口筒部３２には吸気ホース９が外側から嵌め込まれており、入口筒部３２の下端に設けたフランジ３２ｂに上から当接している。吸気ホース９はホースバンド３４によって入口筒部３２に抱持されている。他方、出口穴３３には、継手部材７の筒部２７が嵌入している。出口穴３３が開口した出口端面３３ａは、吸気ホース９の外周面よりも継手部材７と反対側にオフセットされており（吸気中継ダクト８の内部に向けて入り込んでおり）、継手部材７を装着すると、吸気中継ダクト８と継手部材７とからなるユニットが側面視で直線状の形態になっている。
さて、図５に吸気中継ダクト８の出口端面３３ａの上向き延長線３３ｂを点線で表示しているが、この延長線３３ｂが入口筒部３２の内部に位置しており、従って、入口筒部３２の開口方向３２ｂと逆方向３２ｃ（吸気の流入方向）から見て、吸気中継ダクト８の出口端面３３ａが入口筒部３２の内周の内側に位置している。

図２に明示するように、吸気中継ダクト８を構成するメイン部材３０には、正面視でハ字の姿勢を成した左右一対の足部３５が一体に形成されており、足部３５と継手部材７とが、クランク状のブラケット３６を介して固定されている。図４に示すように、ブラケット３６の上端はボルト３８とナット３９によって足部３５に固定されており、ブラケット３６の下端は、ボルト４０をインサートナット２８にねじ込むことによって継手部材７に固定されている。

図８から最もよく理解できるが、入口筒部３２及び吸気ホース９の軸心Ｏ１は、スロットルボデー６の軸心Ｏ２からシリンダヘッド２と反対側にある程度の距離Ｌだけずれている。すなわち、入口筒部３２とスロットルボデー６は左右方向にオフセットされている。従って、吸気は、入口筒部３２から斜め下向きに流れてから前向きに方向変換して、スロットルボデー６に流入する。
図８において吸気ホース９の外周面の下向き延長線３２ｄを点線で表示しているが、この下向き延長線３２ｄがスロットルボデー６の軸芯Ｏ２よりも吸気ホース３２の軸心Ｏ１の側に位置していることから理解できるように、吸気中継ダクト８の入口筒部３２は、その全体がスロットルボデー６の軸心Ｏ２から離れるようにオフセットされている。

なお、図５では、入口筒部３２の軸心Ｏ１を通る平面で切った切断面と、スロットルボデー６の軸心Ｏ２を通る平面で切った切断面とを併記している。従って、スロットルボデー６と吸気中継ダクト８とで継手部材７が挟まれている状態は描かれていないが、スロットルボデー６と継手部材７と吸気中継ダクト８との前後方向の重なり関係は図７に現れている。継手部材７の筒部２７が吸気中継ダクト８に外周外側から密嵌していることは既に説明したが、この状態は図７に明示されている。

(2).まとめ
図３に示すように、スロットルボデー６の伝動機構部２１は、側面視で吸気マニホールド５の台座１５と継手部材７とに重なっているが、伝動機構部２１は図３の状態で台座１５及び継手部材７よりも紙面手前側に位置しているため、干渉はしていない。

図５から理解できるように、本実施形態では、継手部材７は、その略全体が吸気中継ダクト８における入口筒部３２の外周面よりも内側（入口筒部３２の軸心側）に位置しており、吸気中継ダクト８と継手部材７とがストレート状の形態を成している。従って、吸気中継ダクト８は、その外周面をスロットルボデー６の弁ケース１９に重ねたのと同じ状態に配置されている。従って、エルボ継手を使用した吸気装置や、吸気ホースの下端部をＬ型に曲げた吸気装置に比べて、スロットルボデー６からの突出代（ダクト・ホースの取付け代）を無くして、吸気装置が大幅にコンパクト化されている。

吸気中継ダクト８の外コーナー部は湾曲しているので、吸気中継ダクト８を流下した吸気は、継手部材７及びスロットルボデー６に向けてスムーズに方向変換する。従って、吸気の流れの乱れは発生せず、スロットルバルブによる流量調節を正確に行える。また、圧損の発生もなく、脈動を利用した慣性過給もスムーズに行える。

実施形態のように、継手部材７に設けた後ろ向きの筒部２７を吸気中継ダクト８に密嵌させると、シール性を向上できると共に、継手部材７と吸気中継ダクト８との固定強度も向上できる。従って、クリップを使用した固定手段も採用可能である。なお、重なり合った部材の合わせ面にはシール材を配置している。

また、実施形態のように、入口筒部３２及び吸気ホース９とスロットルボデー６とを左右方向にオフッセトさせると、入口筒部３２及び吸気ホース９をできるだけスロットルボデー６に重なるように配置しつつ、吸気が方向変換する距離を長くとることができるため、コンパクト化しつつ吸気をスムーズに方向変換させる機能が助長される利点がある。

同様に、吸気中継ダクト８の入口筒部３２及び吸気ホース９とスロットルボデー６とを左右方向にオフッセトさせると、吸気ホース９はシリンダヘッド２から適宜に離しつつ吸気マニホールド５をシリンダヘッド２に寄せることができるため、吸気ホース９の取り回しの容易性を損なうことなくエンジンのコンパクト化を促進できる利点もある。

更に、吸気中継ダクト８の入口筒部３２とスロットルボデー６とを左右方向にオフッセトさせると、係合筒部２９ａと係合ピン２９ｃとの嵌め合わせによる位置決めを、入口筒部３２と干渉しない状態で実現できる。

本実施形態では、吸気中継ダクト８はメイン部材３０と補助部材３１とで構成されているが、これは製造上の要請に基づくものであり、全体を一体に成形してもよい。また、本実施形態では、吸気中継ダクト８と継手部材７とはブラケット３６を介して固定されているが、吸気中継ダクト８の足部３５を下方に長く延ばして、足部３５と継手部材７とスロットルボデー６との三者をボルト２６で共締めしてもよい。

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、実施形態では吸気マニホールドの吸気入口は前後方向に開口しているが、吸気マニホールドの吸気入口がカム軸と直交した（交叉した）方向に開口した態様の吸気マニホールドにも適用できる。

本願発明は、エンジンの吸気装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。

５ 吸気マニホールド
６ スロットルボデー
７ 継手部材
８ 吸気中継ダクト
９ 吸気ホース
１１ サージタンク
１２ 枝通路
１４ 吸気入口
１５ 台座（フランジ部）
１８ スロットルバルブを構成する弁板
１９ 弁ケース
２０ スロットルバルブを構成するモータ
２１ スロットルバルブを構成する伝動機構部
２２ 弁軸
２６ 共締め用のボルト
３０ 吸気中継ダクトを構成するメイン部材
３１ 吸気中継ダクトを構成する補助部材（蓋部材）
３２ 入口筒部
３３ 吸気中継ダクトの出口穴
３３ａ 出口端面
３６ ブラケット

Claims (1)

1. 吸気入口が開口した台座を有する吸気マニホールドと、スロットルバルブが内蔵されていて前記台座に重ね配置されたスロットルボデーと、スペーサ状の継手部材を介して前記スロットルボデーに重ね配置された吸気中継ダクトと、を備えており、
   前記継手部材と前記吸気中継ダクトとは直接に又はブラケットを介して固定され、
   前記継手部材とスロットルボデーとは、ボルトによって前記吸気マニホールドの台座に共締めされている、エンジンの吸気装置であって、
   前記吸気中継ダクトは入口と出口とを交差させた形態であり、前記スロットルボデーの軸心方向から見て、前記吸気中継ダクトの入口の全体が前記スロットルボデーの軸心から離れるようにオフセットして配置されている一方、
   前記吸気中継ダクトの出口は、前記吸気中継ダクトにおける入口の開口方向と反対方向から見て、前記吸気中継ダクトの内周の内側に位置するように形成されている、
   エンジンの吸気装置。

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