JP2008121476A - 内燃機関の吸気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 樹脂製の吸気マニホールドが変形した場合にも、開閉弁のかじり、開閉弁を回動するシャフトの摺動抵抗、シャフトの軸受部の磨耗の増大を防ぎ、開閉弁の全閉時のシール性能が良好な内燃機関の吸気装置を提供すること。
【解決手段】
エンジンヘッド１と、エンジンヘッド１に取り付けられ複数の吸気通路４の夫々の下流側内壁に受入れ部５を形成する樹脂製の吸気マニホールド２と、受入れ部５に内装される樹脂製のカートリッジ６とカートリッジ６に内装される開閉弁７と開閉弁７を回動するシャフト８とを備える制御ユニット３とから成り、受入れ部５の内周面９とカートリッジ６の外周面１０の間に吸気マニホールド２の変形を許容する隙間１１を備え、カートリッジ６はエンジンヘッド１と吸気マニホールド２で挟持されるフランジ１２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気装置に関するものである。

近年、自動車用ガソリンエンジンの軽量化ならびに断熱性および設計の自由度向上の観点から、エンジンの吸入空気を各気筒に分配する吸気マニホールドをアルミニウム合金鋳造品などの金属に代えて樹脂製とすることが広く採用されている。しかし、樹脂を用いた場合、成形時の反りや収縮が避けられず金属と比較して形状精度が低下する傾向にある。

吸気マニホールドは、たとえば４気筒エンジンの場合、その本体に４個の吸気通路を持ち、さらに必要に応じて吸気量或いは吸入空気の流速や風向を制御可能な吸気装置を持つ。この吸気装置は、各吸気通路内に一本のシャフトにより開閉される開閉弁を配する構成となっている。開閉弁は、自動車の走行状態に応じた最適のエンジン燃焼状態を得るようアクチュエータによりその開度が制御される。

これに対して特許文献１に記載の内燃機関の吸気装置では、制御ユニットのカートリッジは受入れ部に所定の隙間をもって挿入され、弾性部材を介して保持することが開示されている。

また、特許文献２に記載の内燃機関の吸気装置では、制御ユニットの枠部材（カートリッジ）の周壁に切欠きを設けることにより枠部材を弾性的に拡縮変形可能とし、枠部材の変形を許容することが開示されている。
特開２００６−２３３９０７号公報 特開２００２−１０６３７０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、吸気マニホールドが熱膨張、又は吸水による寸法変化等の理由により変形すると、弾性部材を介して制御ユニットのカートリッジを変形させる恐れがある。カートリッジが変形すると、開閉弁のかじり、シャフトの軸受部が所望の位置に精度よく一直線に配設されず開閉弁を回動させる際に摺動抵抗や軸受部の磨耗を増大する恐れがある。また、カートリッジと開閉弁のクリアランスを増大すると、開閉弁全閉時のシール性能の悪化を招いてしまう。

また、特許文献２の従来技術では、枠部材の変形を許容するには、枠部材と開閉弁の間のクリアランスをあらかじめ大きめにとらなければならず、開閉弁全閉時のシール性能を悪化させてしまう。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、樹脂製の吸気マニホールドが変形した場合にも、開閉弁のかじり、開閉弁を回動させる際の摺動抵抗や軸受部の磨耗の増大を防ぎ、開閉弁の全閉時のシール性能が良好な内燃機関の吸気装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、エンジンヘッドと、エンジンヘッドに取り付けられ、複数の吸気通路の夫々の下流側内壁に受入れ部を形成する樹脂製の吸気マニホールドと、受入れ部に内装され、樹脂製のカートリッジと、カートリッジに内装される開閉弁と、開閉弁を回動するシャフトと、を備える制御ユニット、から成る内燃機関の吸気装置で、受入れ部の内周面とカートリッジの外周面の間に吸気マニホールドの変形を許容する隙間を備え、カートリッジは、エンジンヘッドと吸気マニホールドで挟持されるフランジを備える。

また、請求項２に記載の発明は、フランジは、弾性フランジと固定フランジを備え、弾性フランジと固定フランジの間に空間を形成する。

また、請求項３に記載の発明は、弾性フランジは、エンジンヘッドと当接する少なくとも１つ以上の突起を備え、エンジンヘッドの取り付け面に対向するカートリッジの取り付け面は、吸気マニホールドの取り付け面より引っ込んだ位置にする。

また、請求項４に記載の発明は、突起は、弾性フランジのコーナー部近傍に夫々設ける。

また、請求項５に記載の発明は、突起は、前記弾性フランジのエンジンヘッドと当接する面の外周側に設ける。

また、請求項６に記載の発明は、突起は、弾性フランジと一体に成形する。

また、請求項７に記載の発明は、弾性フランジは、空間方向に弾性変形する。

また、請求項８に記載の発明は、受入れ部の内周面と弾性フランジの外周面の間、及び受入れ部の内周面と固定フランジの外周面の間には隙間を備え、弾性フランジの外周面又は固定フランジの外周面のいずれかに、少なくとも１つ以上の受入れ部の内周面と当接する位置決め突起を備える。

また、請求項９に記載の発明は、位置決め突起は、弾性フランジのコーナー部又は固定フランジのコーナー部に設ける。

また、請求項１０に記載の発明は、位置決め突起は、弾性フランジ又は固定フランジと一体に成形する。

請求項１に記載の発明では、受入れ部の内周面とカートリッジの外周面の間に吸気マニホールドの変形を許容する隙間を備え、エンジンヘッドと吸気マニホールドで挟持されるフランジを備えることで、吸気マニホールドの変形を隙間で許容でき、カートリッジと開閉弁の間のクリアランス、軸受部に影響を与えない。よって開閉弁のかじり、開閉弁を回動させる際のシャフトの摺動抵抗や軸受部の磨耗の増大を防ぎ、開閉弁の全閉時に良好なシール性能が得られる。また、フランジ部分はエンジンヘッドと吸気マニホールドで挟持されるため、カートリッジが受入れ部で動くのを防止することができる。

また、請求項２に記載の発明では、弾性フランジと固定フランジを備える二重フランジ構造とし、弾性フランジと固定フランジの間に空間を形成することで、エンジンヘッドと吸気マニホールドで弾性フランジと固定フランジを挟持する際に、弾性フランジは空間方向に弾性変形となり、吸気マニホールドを固定するボルト等による締結力は、二重フランジ構造でない場合と比較して小さくできる。

また、請求項３に記載の発明では、エンジンヘッドと当接する少なくとも１つ以上の突起を備え、エンジンヘッドの取り付け面に対向するカートリッジのフランジ面を吸気マニホールドの取り付け面より引っ込んだ位置にすることで、カートリッジのフランジ面の加工精度を高くしなくても突起がエンジンヘッドと当接するため、カートリッジをエンジンヘッドと吸気マニホールドの間に確実に挟持することができ、加工コストの低減が可能である。

また、請求項４に記載の発明では、高い加工精度が得られる弾性フランジのコーナー部近傍に突起を設けることで、突起がエンジンヘッドを押す力をコントロールでき、カートリッジを挟持する力を均一にできる。

また、請求項５に記載の発明では、突起を弾性フランジのフランジ面の外周側に設けることで、突起を内周側に設けた場合と比べて、弾性フランジの空間方向への弾性変化量を大きくすることができる。

また、請求項６に記載の発明では、突起を弾性フランジと一体に成形することで、別体で突起を設ける場合と比べて、製造コストを安くできる。

また、請求項７に記載の発明では、弾性フランジが空間方向に弾性変形して、フランジ部分を空気の流れ方向に挟持するため、カートリッジが受入れ部内で動くのを防止できる。

また、請求項８に記載の発明では、受入れ部の内周面と弾性フランジの外周面の間及び受入れ部の内周面と固定フランジの外周面の間に隙間を設け、弾性フランジの外周面又は固定フランジ外周面のいずれかに少なくとも１つ以上の受入れ部内周面と当接する位置決め突起を備えることで、受入れ部でのカートリッジの位置決めが可能になり、弾性フランジが変形しても、固定フランジとカートリッジ外周面、軸受部には影響が及ばないため、カートリッジの取り付け位置が変わることによる開閉弁のかじり、シャフトを回動させる際の摺動抵抗、軸受部の磨耗の増大を防ぐことができる。

また、請求項９に記載の発明では、高い加工精度が得られる弾性フランジ又は固定フランジのコーナー部に位置決め突起を設けることで、受入れ部でのカートリッジの位置決め精度を向上することができる。

また、請求項１０に記載の発明では、位置決め突起を弾性フランジ又は固定フランジと一体で成形することで、別体で位置決め突起を設ける場合と比べて、製造コストを安くできる。

以下、本発明に係る内燃機関の吸気装置を図面に基づいて詳述する。

図１は本発明に係る内燃機関の吸気装置の断面図で、エンジンヘッド１と、エンジンヘッド１に図示しないボルト等の締結部材で取り付けられる吸気マニホールド２と、エンジンヘッド１と吸気マニホールド２の間に配設される制御ユニット３から構成される。吸気マニホールド２は樹脂製で、夫々の吸気通路４の下流側内壁に受入れ部５を形成する。

制御ユニット３は、吸気マニホールド２の受入れ部５に内装され、樹脂製のカートリッジ６と、カートリッジ６に内装される開閉弁７と、開閉弁７をカートリッジ６内で回動するシャフト８と、から構成される。受入れ部５の内周面９とカートリッジ６の外周面１０の間には、吸気マニホールド２の変形を許容する隙間１１を備える。カートリッジ６にはフランジ１２が設けられ、フランジ１２は弾性フランジ１３と固定フランジ１４から成る二重フランジ構造で、弾性フランジ１３と固定フランジ１４の間には空間１５を形成する。

図２はＡ部詳細で、フランジ１２の取り付け状態を示した図である。弾性フランジ１３のエンジンヘッド１の取り付け面１６に対向するカートリッジ６のフランジ面１７の外周側には、弾性フランジ１３と一体に形成され、弾性フランジ１３のコーナー部近傍（図５）に夫々４つの突起１８が設けられる。弾性フランジ１３は突起１８を介してエンジンヘッド１により空間１５の方向に押され、固定フランジ１４は吸気マニホールド２の受入れ部５に形成された支持面１９に空間１５の方向に押され、フランジ１２はエンジンヘッド１と吸気マニホールド２に挟持され、カートリッジ６を受入れ部５内で保持する。

吸気マニホールド２のエンジンヘッド１への取り付け面２０は、エンジンヘッドの取り付け面１６と当接するが、フランジ面１７はエンジンヘッド１の取り付け面２０より引っ込んだ位置にあるため、取り付け面２０とは当接しない。

図３は吸気マニホールド２をエンジンヘッド１から取り外した状態を示す断面図である。この状態では、フランジ１２はエンジンヘッド１と吸気マニホールド２に挟持されていない。開閉弁７を回動するシャフト８を取り外した場合は、カートリッジ６はエンジンヘッド１側への移動が可能になる。

図４はＢ部詳細で、吸気マニホールド２をエンジンヘッド１から取り外した状態でのフランジ１２を示した図である。突起１８はエンジンヘッド１と当接していない場合には、吸気マニホールド２の取り付け面２０より突起１８はエンジンヘッド１側に突出する。フランジ面１７は取り付け面２０より引っ込んだ位置のままである。受入れ部５の内周面９と弾性フランジ１３の外周面２１の間、及び受入れ部５の内周面９と固定フランジ１４の外周面２２の間には隙間２３を設ける。

図５は図４の変形例で、図４と共通の部位は、同一の符号を用いて説明する。吸気マニホールド２をエンジンヘッド１から取り外した状態において、弾性フランジ１３ａの外周側１８ａをエンジンヘッド１側へ突出させたものである。本変形例では図４の突起１８の機能を弾性フランジ１３ａの外周側１８ａにもたせている。弾性フランジ１３ａは外周側１８ａによりエンジンヘッド１により空間１５の方向に押され、固定フランジ１４は吸気マニホールド２の受入れ部５に形成された支持面１９に空間１５の方向に押され、フランジ１２はエンジンヘッド１と吸気マニホールド２に挟持され、カートリッジ６を受入れ部５内で保持する。

図６はエンジンヘッド１を取り外した状態（図３）で、エンジンヘッド１側から制御ユニット３を矢視した図である。弾性フランジ１３の外周面２１のコーナー部には夫々位置決め突起２４を備える。

図７はＣ部詳細で、４つの位置決め突起２４は夫々吸気マニホールド２の内周面９と当接する。また開閉弁７とカートリッジ６の内周面２６の間には、開閉弁７がシャフト８により回動するときに開閉弁７がカートリッジ６の内周面２６と接触してかじり等が発生しないように、クリアランス２７が設けられる。

図８は、I−I断面図で、位置決め突起２４が吸気マニホールド２の内周面９と当接した状態である。図８はエンジンヘッド１を取り外した状態を示しているが、エンジンヘッド１に取り付けた状態でも位置決め突起２４は吸気マニホールド２の内周面９と当接し、受入れ部５内でカートリッジの位置決めをする。また位置決め突起２４は弾性フランジ１３と一体に成形される。

本発明の吸気装置では、受入れ部５の内周面９とカートリッジ６の外周面１０の間に吸気マニホールド２の変形を許容する隙間１１を備え、エンジンヘッド１と吸気マニホールド２で挟持されるフランジ１２でカートリッジ６を備えることで、吸気マニホールド２の変形を隙間１１で吸収でき、カートリッジ６の内周面２６と開閉弁７のクリアランス２７、シャフト８を支持するカートリッジ６に設けた軸受部２８に影響を与えない。よって開閉弁７のかじり、開閉弁７を回動させる際のシャフト７と軸受部２８の摺動抵抗や軸受部２８の磨耗の増大を防ぎ、開閉弁７の全閉時に良好なシール性能が得られる。また、フランジ１２はエンジンヘッド１と吸気マニホールド２で挟持されるため、カートリッジ６が受入れ部５内で動くのを防止できる。

また、フランジ１２は、弾性フランジ１３と固定フランジ１４を備える二重フランジ構造とし、弾性フランジ１３と固定フランジ１４の間に空間１５を形成することで、エンジンヘッド１と吸気マニホールド２で弾性フランジ１３と固定フランジ１４を挟持する際に、弾性フランジ１３は空間１５に弾性変形可能となり、吸気マニホールド２を図示しないボルト等で固定する力は、二重フランジ構造でない場合と比較して小さくすることができる。

また、エンジンヘッド１と当接する突起１８を備え、エンジンヘッド１の取り付け面１６に対向するカートリッジ６のフランジ面１７を吸気マニホールド２の取り付け面２０より引っ込んだ位置にすることで、カートリッジ６のフランジ面１７の加工精度を高くしなくても突起１８がエンジンヘッド１と当接するため、カートリッジ６をエンジンヘッド１と吸気マニホールド２の間で確実に挟持することができ、加工コストの低減が可能である。

また、高い加工精度が得られる弾性フランジ１３のコーナー部近傍に突起１８を設けたことで、突起１８がエンジンヘッド１を押す力をコントロールでき、カートリッジ６を挟持する力を均一にできる。

また、突起１８を弾性フランジ１３のフランジ面１７の外周側に設けることで、突起１８を内周側に設けた場合と比べて、弾性フランジ１３の空間１５方向への弾性変化量を大きくすることができる。

また、突起１８を弾性フランジ１３と一体に成形することで、別体で突起を設ける場合と比べて、製造コストを安くできる。

また、弾性フランジ１３が空間１５方向に弾性変形して、フランジ１２部分を空気の流れ方向に挟持するため、カートリッジ６が受入れ部５内で動くのを防止できる。

また、受入れ部５の内周面６と弾性フランジ１３の外周面２１の間及び受入れ部５の内周面６と固定フランジ１４の外周面２２の間に隙間２３を設け、弾性フランジ１３の外周面２１に４つの位置決め突起２４を備えることで、受入れ部５でのカートリッジ６の位置決めが可能になり、弾性フランジ１３が変形しても、固定フランジ１４とカートリッジ６の外周面１０、軸受部２８には影響が及ばないため、カートリッジ６の取り付け位置が変わることによる開閉弁７のかじり、シャフト８を回動させる際の摺動抵抗、軸受部２８の磨耗の増大を防ぐことができる。

また、高い加工精度が得られる弾性フランジ１３のコーナー部に位置決め突起２４を設けることで、受入れ部５内でのカートリッジ６の位置決め精度を向上できる。

また、位置決め突起２４を弾性フランジ１３と一体で成形することで、別体で位置決め突起２４を設ける場合と比べて、製造コストを安くできる。

本発明の実施例では、位置決め突起２４を弾性フランジ１３に設けたが、固定フランジ１４に設けても吸気マニホールド２の受入れ部５に設けてもよい。また、フランジ１２をカートリッジ６の全周に設けたが、一部分（例えばシャフト８の両サイド）だけに形成してもよい。また、突起１８、位置決め突起２４の形状は、本発明の目的を達成できるものであればよく、特に限定されるものではない。

本発明に係る内燃機関の吸気装置の断面図である。 Ａ部詳細である。 吸気マニホールドをエンジンヘッドから取り外した状態を示す断面図である。 Ｂ部詳細である。 図４の変形例である。 エンジンヘッドを取り外した状態で、エンジンヘッド側から制御ユニットを矢視した図である。 Ｃ部詳細である。 I−I断面図である。

符号の説明

１ エンジンヘッド
２ 吸気マニホールド
３ 制御ユニット
５ 受入れ部
６ カートリッジ
１２ フランジ
１３ 弾性フランジ
１４ 固定フランジ
１５ 空間
１８ 突起
２４ 位置決め突起

Claims (10)

1. エンジンヘッドと、
   該エンジンヘッドに取り付けられ、複数の吸気通路の夫々の下流側内壁に受入れ部を形成する樹脂製の吸気マニホールドと、
   前記受入れ部に内装され、樹脂製のカートリッジ、該カートリッジに内装される開閉弁、および、該開閉弁を回動するシャフトを有する制御ユニットと、
   を備える内燃機関の吸気装置において、
   前記受入れ部の内周面と前記カートリッジの外周面の間に吸気マニホールドの変形を許容する隙間を備え、
   前記カートリッジは、前記エンジンヘッドと前記吸気マニホールドで挟持されるフランジを備えること、を特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記フランジは、弾性フランジと固定フランジを備え、前記弾性フランジと前記固定フランジの間に空間を形成すること、を特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記弾性フランジは、エンジンヘッドと当接する少なくとも１つ以上の突起を備え、前記エンジンヘッドの取り付け面に対向する前記カートリッジの取り付け面は、前記吸気マニホールドの取り付け面より引っ込んだ位置にあること、を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記突起は、前記弾性フランジのコーナー部近傍に夫々設けられること、を特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
5. 前記突起は、前記弾性フランジのエンジンヘッドと当接する面の外周側に設けられること、を特徴とする請求項３又は請求項４に記載の内燃機関の吸気装置。
6. 前記突起は、前記弾性フランジと一体に成形されること、を特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
7. 前記弾性フランジは、前記空間方向に弾性変形すること、を特徴とする請求項２乃至６のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
8. 前記受入れ部の内周面と前記弾性フランジの外周面の間、及び前記受入れ部の内周面と前記固定フランジの外周面の間には隙間を備え、
   前記弾性フランジの外周面又は前記固定フランジの外周面のいずれかに、少なくとも１つ以上の前記受入れ部の内周面と当接する位置決め突起を備えること、を特徴とする請求項２乃至７のいずれか一項に記載の内燃機関の吸気装置。
9. 前記位置決め突起は、前記弾性フランジのコーナー部又は前記固定フランジのコーナー部に設けられること、を特徴とする請求項８に記載の内燃機関の吸気装置。
10. 前記位置決め突起は、前記弾性フランジ又は固定フランジのいずれかに一体で成形されること、を特徴とする請求項８又は請求項９に記載の内燃機関の吸気装置。

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