JP2019116852A - 内燃機関の合成樹脂製マニホルド - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の増加を伴うことなく、合成樹脂製の吸気マニホルドの耐圧強度を高くする。【解決手段】吸気マニホルド１は、コレクタ本体部７および４つのブランチ半割部４Ａを有した第１部材５と、コレクタカバー部１４および４つのブランチ半割部４Ｂを有した第２部材６とを振動溶着により一体化することで構成される。コレクタカバー部１４は、天井壁１５を有しており、この天井壁１５に、４つのブランチ部４の４つの連通孔１６が形成されている。各連通孔１６の周縁部１６ａは、概ね矩形に連続した開口部として成形されている。また、コレクタカバー部１４は、ブランチ半割部４Ｂに隣接した位置に、直線状に延びるブランチ部側溶着ライン２３を有しており、このブランチ部側溶着ライン２３は、溶着ライン２２，２４，２５と組み合わされることにより、長方形に連続した溶着ラインを構成する。【選択図】図９

Description

本発明は、内燃機関の合成樹脂製マニホルドに関し、特に、半割状に成形された２つの部材が振動溶着により一体化された内燃機関の合成樹脂製マニホルドに関する。

内燃機関の合成樹脂製マニホルドの一例として、特許文献１に記載のものが挙げられる。

特許文献１の合成樹脂製マニホルドは、箱状のコレクタ部と、気筒列方向に並んで設けられた複数のブランチ部と、を有している。この合成樹脂製マニホルドは、コレクタ部の一部と各ブランチ部の半割部とを含むように半割状に成形された２つの部材を、所定の溶着ラインに沿って振動溶着して一体化することで構成されている。従って、コレクタ部と連通する各ブランチ部の連通孔は、その周縁部が溶着ラインを挟んで二分割されている。

特許第３８８８０３０号公報 特開２００４−３０８５８１号公報

特許文献１の合成樹脂製マニホルドでは、内燃機関の稼動時に、このマニホルド内に空気が取り込まれたときに、コレクタ部の内外に生じる圧力差によって、コレクタ部と連通する各ブランチ部の連通孔の周縁部がその外周側に膨らむ。この周縁部の膨らみは、例えば過給により、コレクタ部に正圧が入ったときに、より顕著なものとなる。このように連通孔の周縁部が膨らむ際には、この周縁部上の溶着ラインの部分に応力が集中的に作用することで、半割状の２つの部材が、上記周縁部において互いに離間する方向に引っ張られる。これにより、合成樹脂製マニホルドの耐圧強度が低下する虞があった。

このような耐圧強度の低下を生じさせないためには、連通孔の周縁部上に溶着ラインが存在しないようにすれば良いが、これを実現しようとすると、特許文献２のように、３つの部材を振動溶着により接合して合成樹脂製マニホルドを構成せざるを得なかった。

本発明では、コレクタ部と、並んで設けられた複数のブランチ部と、を有し、半割状に成形された第１部材および第２部材を、所定の溶着ラインに沿って振動溶着することで一体化された内燃機関の合成樹脂製マニホルドにおいて、前記第１部材は、前記コレクタ部の一部と各ブランチ部の一部とを構成し、前記第２部材は、前記コレクタ部の一部と各ブランチ部の一部とを構成し、前記コレクタ部における溶着ラインが、前記コレクタ部の全周に沿って連続しており、前記コレクタ部との接続部となる各ブランチ部の連通孔の各々は、前記第１部材または前記第２部材において、周縁部が連続した開口部として成形されている。

つまり、連通孔の周縁部が溶着ラインによって分割されていない。従って、合成樹脂製マニホルド内への空気の取り込みの際に、連通孔の周縁部がその外周側に膨らんだときに、この周縁部上に応力が集中的に作用する部分が無い。

また、前記第１部材は、コレクタ本体部を有し、前記第２部材は、前記コレクタ本体部を覆うコレクタカバー部を有し、各ブランチ部の連通孔の各々は、前記コレクタカバー部に成形されていることが好ましい。

さらに、前記溶着ラインは、各ブランチ部の端部に隣接した位置で気筒列方向に直線状に延びるブランチ部側溶着ラインを有することが好ましい。

また、前記ブランチ部側溶着ラインは、最も外側にある２つのブランチ部の側縁部に沿った側縁溶着ラインとの間に段差を有し、これらの溶着ラインは、互いに不連続であることが好ましい。

さらに、前記側縁溶着ラインは、前記ブランチ部側溶着ラインの側方を迂回して前記コレクタ部側縁の側部側溶着ラインに接続されていることが好ましい。

また、前記ブランチ部側溶着ラインは、気筒列方向に互いに隣接する２つのブランチ部間の縁部に沿った中間溶着ラインとの間に段差を有し、これらの溶着ラインは、互いに不連続であることが好ましい。

さらに、前記溶着ラインは、各ブランチ部の端部に隣接した位置に、円弧状に膨らんだ溶着ラインを有する。

本発明によれば、部品点数の増加を伴うことなく、内燃機関の合成樹脂製マニホルドの耐圧強度を高くすることができる。

一実施例の吸気マニホルドの斜視図である。 第１部材が下側に位置する配置における一実施例の吸気マニホルドの分解斜視図である。 第２部材が下側に位置する配置における一実施例の吸気マニホルドの分解斜視図である。 コレクタ部の側面図である。 内部側から見たときの第１部材の斜視図である。 内部側から見たときのコレクタ部のコレクタ本体部の平面図である。 コレクタ部の組立分解図である。 内部側から見たときの第２部材の斜視図である。 内部側から見たときのコレクタ部のコレクタカバー部の平面図である。 図１の線Ａ−Ａに沿って切断したコレクタ部の断面図である。

以下、本発明を直列４気筒内燃機関の吸気マニホルドとして適用した一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

最終的な組立状態を示す図１のように、吸気マニホルド１は、図示せぬ吸気ダクトが接続される細長い箱状のコレクタ部２と、図示せぬシリンダヘッドに取り付けられるヘッド側フランジ部３と、を有し、かつコレクタ部２とヘッド側フランジ部３との間に、各気筒にそれぞれ対応する４本のブランチ部４を備えている。４本のブランチ部４は、内燃機関の気筒列方向に沿って並べられており、それぞれ概ね同様の湾曲形状を有している。また、コレクタ部２の長辺方向の寸法がシリンダヘッドに比べて短いことから、４本のブランチ部４は、シリンダヘッド側でそれぞれの間隔が拡がるように、図１に示すように、機関前後方向にそれぞれ異なる形で僅かに曲がっている。但し、振動溶着を可能とするために、矢印Ｘのように側方から見たときの各ブランチ部４の投影形状は基本的に同一である。

図２および図３に示す分解斜視図のように、吸気マニホルド１は、基本的には、２つの部材つまり概ねＵ字状に湾曲した吸気マニホルド１の内側部分を構成する第１部材５と、外側部分を構成する第２部材６と、から構成されている。これらの第１、第２部材５，６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）樹脂によって所定の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１を構成する。第１部材５と第２部材６との間の分割面は、図１に示すように基本的に各ブランチ部４の湾曲形状に沿って延び、さらに、図４に示すようにコレクタ部２の側方から見たときにコレクタ部２の短辺方向を概ねＵ字状に横切っている。つまり、第１部材５と第２部材６との間の分割面は、各ブランチ部４を連ねるようにブランチ部４の列に沿って延び、かつコレクタ部２の長辺方向に延びている。なお、振動溶着時の振動方向は、図１の矢印Ｘの方向であり、気筒列方向ならびにコレクタ部２の長辺方向と同じ方向となる。

第１部材５は、コレクタ部２の下側部分となるコレクタ本体部７と、このコレクタ本体部７と一体に成形され、４つのブランチ部４の下側半部となる４つのブランチ半割部４Ａと、を備えている。

図５に示す斜視図のように、コレクタ本体部７は、箱状に窪むことで上面が長方形に開口した形状を有している。コレクタ本体部７には、４つのブランチ半割部４Ａに隣接した位置でこれらのブランチ半割部４Ａを横切るようにほぼ一定の幅でＸ方向（振動方向）に直線状に延びる直線状リブ８が突出形成されている。この直線状リブ８の上面は、コレクタ部２の長辺方向に沿って直線的に連続しており、振動溶着時に帯状の接合面となる。

直線状リブ８の両端部は、Ｕ字状に連続したＵ字状リブ９に接続されている。Ｕ字状リブ９は、直線状リブ８とほぼ同じ幅を有しており、振動溶着時に上面が帯状の接合面となる。図５および図６に示すように、Ｕ字状リブ９は、直線状リブ８と平行な長辺方向リブ９ａと、直線状リブ８の一端と長辺方向リブ９ａの一端とを接続する短辺方向リブ９ｂと、直線状リブ８の他端と長辺方向リブ９ａの他端とを接続する短辺方向リブ９ｃと、を備えている。

また、コレクタ本体部７と一体に成形された各ブランチ半割部４Ａの縁部には、この縁部に沿って連続したブランチ半割部リブ１０ａ，１０ｂが突出形成されている。ここで、ブランチ半割部リブ１０ａは、最も外側にある♯１，♯４気筒用の２つのブランチ半割部４Ａの外側の側縁部に突出形成されたリブであり、一方、ブランチ半割部リブ１０ｂは、隣接した２つのブランチ半割部４Ａの間の縁部に突出形成されたリブである。ブランチ半割部リブ１０ａは、上記直線状リブ８およびＵ字状リブ９とほぼ同じ幅を有している。一方、ブランチ半割部リブ１０ｂは、基本的には、直線状リブ８およびＵ字状リブ９とほぼ同じ幅を有しているが、直線状リブ８の付近において幅が拡がっている。つまり、ブランチ半割部リブ１０ｂは、直線状リブ８の付近において、先端を環状に連続した環状部１１に形成することでＸ方向の幅が拡がっている。ブランチ半割部リブ１０ａ，１０ｂは、振動溶着時に上面が帯状の溶着面となる。

図５に示すように、コレクタ本体部７寄りのブランチ部４の端部において、ブランチ半割部リブ１０ａ，１０ｂと直線状リブ８との間には、ブランチ半割部リブ１０ａ，１０ｂよりも下方に後退した段差部１２が形成されている。この段差部１２は、コレクタ部２の長辺方向両端の間に亘って形成されている。この段差部１２を介して、図７のコレクタ部２の分解図のように、ブランチ半割部リブ１０ａの先端部１３（後述する迂回部３４を除く）が、直線状リブ８よりも上方に位置している。同様に、ブランチ半割部リブ１０ｂの先端の環状部１１も、段差部１２を介して直線状リブ８よりも上方に位置している。

図５および図６に示すように、２つのブランチ半割部リブ１０ａの先端部１３は、この先端部１３と連続する湾曲した迂回部３４を介して直線状リブ８の側方を迂回することで、短辺方向リブ９ｂ，９ｃのほぼ中間位置にそれぞれ接続されている。このようにブランチ半割部リブ１０ａを迂回させている理由は、互いに異なる上下方向位置にあるブランチ半割部リブ１０ａの先端部１３と直線状リブ８とを振動溶着することができないので、この上下方向位置のずれを補うようにブランチ半割部リブ１０ａの先端部１３と短辺方向リブ９ｂ，９ｃとを接続するためである。

次に、図８の第２部材の斜視図および図９のコレクタカバー部の平面図を主に参照することにより、第１部材５の蓋部材となる第２部材６について説明する。

第２部材６は、コレクタ本体部７に対応した外形を有するコレクタカバー部１４と、第１部材５の４つのブランチ半割部４Ａに対応した外形を有する４つのブランチ半割部４Ｂと、を備えている。

コレクタカバー部１４は、コレクタ本体部７よりも浅く箱状に窪むことで下面が長方形に開口した形状を有している。コレクタカバー部１４の天井壁１５は、コレクタ本体部７の上記段差部１２によって形成された凹部１８（図５参照）に収容される部分と、各ブランチ部４の後述する連通孔１６を形成するための部分とを確保するために、図７に示すように、コレクタカバー部１４の開口端面１４ａよりも下側に突出している。図８および図９に示すように、天井壁１５には、４つのブランチ部４の４つの連通孔１６が形成されている。４つの連通孔１６は、コレクタ部２の長辺方向に沿って並んでいる。各連通孔１６の周縁部１６ａは、概ね矩形に連続した開口部として成形されている。各連通孔１６は、各ブランチ部４内部のブランチ通路２９と、コレクタ部２内部のコレクタ部空間３２とを連通する。

コレクタカバー部１４には、コレクタ本体部７の直線状リブ８に対応した位置に、直線状リブ１７が突出形成されている。この直線状リブ１７は、直線状リブ８とほぼ同じ幅を有しており、コレクタ部２の長辺方向（Ｘ方向）に沿って直線状に延びている。直線状リブ１７の下面は、振動溶着時に帯状の接合面となり、コレクタ本体部７の段差部１２によって形成された凹部１８（図５参照）内で、コレクタ本体部７の直線状リブ８に振動溶着される。

直線状リブ１７の両端部は、コレクタ本体部７のＵ字状リブ９と対応した位置で、Ｕ字状に連続したＵ字状リブ１９に接続されている。Ｕ字状リブ１９は、Ｕ字状リブ９とほぼ同じ幅を有している。Ｕ字状リブ１９は、振動溶着時に帯状の接合面となり、Ｕ字状リブ９と振動溶着される。Ｕ字状リブ１９は、Ｕ字状リブ９と同様に、直線状リブ１７と平行な長辺方向リブ１９ａと、直線状リブ１７の一端と長辺方向リブ１９ａの一端とを接続する短辺方向リブ１９ｂと、直線状リブ１７の他端と長辺方向リブ１９ａの他端とを接続する短辺方向リブ１９ｃと、を備えている。

また、コレクタカバー部１４と一体に成形された各ブランチ半割部４Ｂの側縁部には、第１部材５の各ブランチ半割部４Ａのブランチ半割部リブ１０ａに対応した位置に、ブランチ半割部リブ２６ａが突出形成されている。ブランチ半割部リブ２６ａは、第１部材５のブランチ半割部リブ１０ａに対応した形状を有している。２つのブランチ半割部リブ２６ａは、ブランチ半割部リブ１０ａに接続された迂回部３４の形状に対応した迂回部３５を介して短辺方向リブ１９ｂ，１９ｃのほぼ中間位置にそれぞれ接続されている。

一方、コレクタ部２の長辺方向に互いに隣接する２つのブランチ半割部４Ｂの間の縁部には、ブランチ半割部リブ２６ｂが突出形成されている。ブランチ半割部リブ２６ｂは、第１部材５のブランチ半割部リブ１０ｂに対応した形状を有している。ブランチ半割部リブ２６ｂの先端には、ブランチ半割部リブ１０ｂの環状部１１と同様の形状をなす環状部２７が形成されている。環状部２７は、直線状リブ１７の溶着面よりも上方へ後退した位置において、２つのブランチ半割部４Ｂの間の縁部に突出形成されている。環状部２７と直線状リブ１７の外側面との間には、僅かに隙間２８が残存しているが、この隙間２８は、第１部材５と第２部材６とを振動溶着した状態で各ブランチ半割部４Ａ，４Ｂの間に形成される管状のブランチ通路２９内の空気の洩れが問題とならない程度に設定されている。

このように形成された第２部材６は、第１部材５に突き合わされ、これらの第１、第２部材５，６が、図１に矢印Ｘで示す振動方向に沿った振動溶着により互いに接合されて一体化することで、吸気マニホルド１が構成される。

図１０に示すコレクタ部２の断面図のように、第１部材５と第２部材６とを振動溶着した状態では、長辺方向リブ９ａ，１９ａは一体に溶着しており、さらに、その両側で、コレクタカバー部１４に突出形成されたバリ溜めリブ２０，２１の端面が、コレクタ本体部７の上縁のフランジ部３３の上面に溶着している。振動溶着時に、長辺方向リブ９ａ，１９ａから発生したバリは、これらの長辺方向リブ９ａ，１９ａとバリ溜めリブ２０，２１との間の空間に収容され、外部には流出しないようになっている。なお、バリ溜めリブ２０，２１は、他の溶着部に設けても良い。

次に、振動溶着により接合される部分つまり溶着ラインについて説明する。

長辺方向リブ９ａ，１９ａによる直線的な溶着部分によって、反ブランチ部側溶着ライン２２が構成される。

同様に、直線状リブ８，１７による直線的な溶着部分によって、ブランチ部側溶着ライン２３が構成される。また、短辺方向リブ９ｂ，１９ｂによる溶着部分によって、側部側溶着ライン２４が構成され、さらに、短辺方向リブ９ｃ，１９ｃによる溶着部分によって、側部側溶着ライン２５が構成される。

図６および図９に示すように、溶着ライン２２，２３，２４，２５は、概ね長方形の枠状をなす溶着ラインを構成している。つまり、コレクタ部２における溶着ライン２２，２３，２４，２５が、コレクタ部２の全周に沿って概ね長方形に連続している。

また、ブランチ半割部リブ１０ａ，２６ａによる溶着部分によって、最も外側にあるブランチ半割部４Ａ，４Ｂの側縁部に沿った側縁溶着ライン３０が構成される。図５に示すように、側縁溶着ライン３０は、コレクタ本体部７寄りのブランチ半割部４Ａの端部に位置した段差部１２によって、ブランチ部側溶着ライン２３と不連続になっている。つまり、コレクタ本体部７とブランチ半割部４Ａとの境界において、側縁溶着ライン３０は、段差部１２を介してブランチ部側溶着ライン２３よりも上方に位置している。

また、ブランチ半割部リブ１０ｂ，２６ｂによる溶着部分によって、隣接するブランチ半割部４Ａ，４Ａの縁部および対応するブランチ半割部４Ｂ，４Ｂの縁部に沿った中間溶着ライン３１が構成される。図５に示すように、中間溶着ライン３１は、側縁溶着ライン３０と同様に、段差部１２によって、ブランチ部側溶着ライン２３と不連続になっている。つまり、コレクタ本体部７とブランチ半割部４Ａとの境界において、中間溶着ライン３１は、段差部１２を介してブランチ部側溶着ライン２３よりも上方に位置している。

さらに、迂回部３４，３５による溶着部分によって、コレクタ部２の両側部において、迂回部３４，３５の湾曲形状に沿った迂回部溶着ライン３６が構成される。一方の迂回部溶着ライン３６は、側部側溶着ライン２４のほぼ中間位置に接続され、他方の迂回部溶着ライン３６は、側部側溶着ライン２５のほぼ中間位置に接続される。

上記のように、本実施例では、コレクタ部２における溶着ライン、つまり溶着ライン２２，２３，２４，２５が、コレクタ部２の全周に沿って概ね長方形に連続し、さらに、各ブランチ部４の連通孔１６が第２部材６のコレクタカバー部１４に設けられている。このため、連通孔１６の周縁部１６ａが、コレクタカバー部１４において、概ね矩形に連続した開口部として成形されており、溶着ライン２２，２３，２４，２５、特に溶着ライン２３によって分割されていない。従って、内燃機関の稼動時における吸気マニホルド１内への空気の取り込みの際に、コレクタ部２の内外に生じる圧力差によって、コレクタ部２との接続部となる各ブランチ部４の連通孔１６の周縁部１６ａがその外周側に膨らんだときに、周縁部１６ａにおいて、応力が集中的に作用する部分が無い。よって、吸気マニホルド１の耐圧強度が高くなる。

また、本実施例では、２つの側縁溶着ライン３０，３０が、段差部１２によってブランチ部側溶着ライン２３と不連続になっているが、側縁溶着ライン３０，３０と溶着ライン２４，２５とが、迂回部溶着ライン３６，３６を介して接続されている。従って、Ｘ方向に隣接した２つのブランチ部４では隙間２８を通して空気の洩れがあるものの、最も外側にある２つのブランチ部４を迂回部溶着ライン３６，３６によって確実にシールすることにより、４つのブランチ部４全体のシール性を向上させることができる。

なお、本実施例では、コレクタ部２における溶着ライン２２，２３，２４，２５をコレクタ部２の全周に沿って連続させ、第２部材６のコレクタカバー部１４に連通孔１６を設けた例を開示したが、第１部材のコレクタ本体部に連通孔を設けた構成とすることもできる。

また、本実施例では、コレクタ部２の長辺方向に沿って直線的に連続したブランチ部側溶着ライン２３を開示したが、吸気マニホルド１の内部に正圧を入れた際のコレクタ部２の膨らみに対応した方向に湾曲した円弧状の溶着ラインとしても良い。

１・・・吸気マニホルド
２・・・コレクタ部
４・・・ブランチ部
４Ａ・・・ブランチ半割部
４Ｂ・・・ブランチ半割部
５・・・第１部材
６・・・第２部材
７・・・コレクタ本体部
８・・・直線状リブ
１０ａ・・・ブランチ半割部リブ
１０ｂ・・・ブランチ半割部リブ
１２・・・段差部
１４・・・コレクタカバー部
１６・・・連通孔
１６ａ・・・周縁部
１７・・・直線状リブ
２３・・・ブランチ部側溶着ライン
３０・・・側縁溶着ライン
３６・・・迂回部溶着ライン

Claims (7)

1. コレクタ部と、並んで設けられた複数のブランチ部と、を有し、半割状に成形された第１部材および第２部材を、所定の溶着ラインに沿って振動溶着することで一体化された内燃機関の合成樹脂製マニホルドであって、
   前記第１部材は、前記コレクタ部の一部と各ブランチ部の一部とを構成し、
   前記第２部材は、前記コレクタ部の一部と各ブランチ部の一部とを構成し、
   前記コレクタ部における溶着ラインが、前記コレクタ部の全周に沿って連続しており、
   前記コレクタ部との接続部となる各ブランチ部の連通孔の各々は、前記第１部材または前記第２部材において、周縁部が連続した開口部として成形されていることを特徴とする内燃機関の合成樹脂製マニホルド。
2. 前記第１部材は、コレクタ本体部を有し、前記第２部材は、前記コレクタ本体部を覆うコレクタカバー部を有し、各ブランチ部の連通孔の各々は、前記コレクタカバー部に成形されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の合成樹脂製マニホルド。
3. 前記溶着ラインは、各ブランチ部の端部に隣接した位置で気筒列方向に直線状に延びるブランチ部側溶着ラインを有することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の合成樹脂製マニホルド。
4. 前記ブランチ部側溶着ラインは、最も外側にある２つのブランチ部の側縁部に沿った側縁溶着ラインとの間に段差を有し、これらの溶着ラインは、互いに不連続であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の合成樹脂製マニホルド。
5. 前記側縁溶着ラインは、前記ブランチ部側溶着ラインの側方を迂回して前記コレクタ部側縁の側部側溶着ラインに接続されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の合成樹脂製マニホルド。
6. 前記ブランチ部側溶着ラインは、気筒列方向に互いに隣接する２つのブランチ部間の縁部に沿った中間溶着ラインとの間に段差を有し、これらの溶着ラインは、互いに不連続であることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の合成樹脂製マニホルド。
7. 前記溶着ラインは、各ブランチ部の端部に隣接した位置に、円弧状に膨らんだ溶着ラインを有することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の合成樹脂製マニホルド。

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