JP4424661B2 - 内燃機関における合成樹脂製吸気マニホールド - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関において、エアクリーナからの吸気を、前記内燃機関における各気筒に分配するための吸気マニホールドのうち、合成樹脂製の吸気マニホールドに関するものである。

最近の内燃機関においては、軽量化等を図ることのために、当該内燃機関における吸気マニホールドを合成樹脂製にすることが行われている。

先行技術としての特許文献１は、吸気マニホールドを合成樹脂製にする場合において、この吸気マニホールドのうち各気筒に至る吸気管路を、その軸線方向に延びる分割面を境にして二つの分割吸気管片に分割して、この両分割吸気管片の各々を、その外周に外向きに突出するフランジ部を一体的に設けた形態にして合成樹脂にて射出成形し、次いで、前記両分割吸気管片を合わせたのちその外周におけるフランジ部を、振動治具にて互いに密着するように挟み付け状態で振動を付与することにより、前記両フランジ部のうち一方のフランジ部に一体に設けた凸部を、他方のフランジ部に対し、前記振動にて発生する摩擦熱にて熱溶着（所謂・振動溶着）して、前記両分割吸気管片を一つの吸気管路に結合することを提案している。
特開平５−１７７７１２号公報

この先行技術において、その確実な振動溶着を確保するためには、前記両分割吸気管片における分割面、つまり、フランジ部の合わせ面は、この両フランジ部を振動治具にて互いに密着するように挟み付ける方向に対しての傾き角度を、前記挟み付け方向に対して直角に近づけるように、可及的に大きく構成することが好ましい。

なぜならば、前記分割面、つまり、フランジ部の合わせ面が、前記挟み付け方向に対して傾いているときには、前記両フランジ部を挟み付けたときにおける面圧が、前記挟み付け方向に対しての傾き角度の分だけ減少することになり、しかも、この面圧の減少は、前記挟み付け方向に対しての傾き角度に比例して増大し、その結果、両フランジ部の挟み付けたときにおける面圧が減少することで、振動溶着による接合強度が低下するからである。

しかし、前記先行技術は、前記吸気管路を、その全長にわたって同じ円形断面の形状にする一方、その両分割吸気管片への分割面を、常に、長手中心軸線上の部位に位置していることにより、換言すると、前記吸気管路を、その長手中心軸線を含む面を分割面として、この分割面を境として、二つの分割吸気管片に分割するという構成にしている。

このために、前記吸気管路の途中が湾曲している場合、両分割吸気管片における分割面、つまり、フランジ部の合わせ面は、前記振動治具による挟み付け方向に対しての傾き角度が、前記吸気管路の曲がりにて直角からより遠ざかるように小さくなり、しかも、この挟み付け方向に対しての傾斜角度は、前記吸気管路における曲がり角度に反比例して、前記挟み付け方向と平行に近づくように小さくなるから、前記吸気管路における曲がり角度が大きい場合に、両分割吸気管片を的確に振動溶着することができず、振動溶着の接合強度が低くなるという問題があった。

本発明は、この問題を、両分割吸気管片の合成樹脂による射出成形を可能にした状態のもとで、解消することを技術的課題とするものである。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「内燃機関における気筒への吸気管路の途中には湾曲部を備えており、この吸気管路を、その軸線方向に延びる分割面を境として、第１分割吸気管片と第２分割吸気管片とに分割し、この両分割吸気管片を、前記分割面に一体的に設けたフランジ部において互いに振動溶着して成る合成樹脂製の吸気マニホールドにおいて、
前記吸気管路のうちその湾曲部における前記分割面を、前記湾曲部のうちその入口端と出口端との間において、当該分割面が前記湾曲部の入口端又は出口端において位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置するように構成する一方、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち湾曲内周側の部分を、前記分割面と平行に延びる平坦面に構成し、更に、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち左右両側の部分を、平坦面に構成する。」
ことを特徴としている。

また、本発明における請求項２は、
「前記請求項１の記載において、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち湾曲内周側の部分の平坦面の部分を、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち左右両側の平坦面の部分に対して円弧面で連続する一方、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち湾曲外周側の部分を、前記左右両側の平坦面の部分に連続する円弧面に構成する。」
ことを特徴としている。

前記したように、吸気管路を構成する二つの分割吸気管片における分割面を、前記湾曲部のうちその入口端と出口端との間において、当該分割面が前記湾曲部の入口端又は出口端において位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置するように構成することにより、両分割吸気管片を、その各々におけるフランジ部を挟み付け、この挟み付けの状態で振動を付与することによって摩擦溶着する場合において、前記両フランジ部の挟み付け方向に対する前記分割面、つまり、フランジ部の合わせて面の傾き角度は、前記分割面を湾曲部のうちその入口端と出口端との間において湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置した分だけ、前記挟み付け方向と直角に近づくように大きくなるから、前記振動溶着するに際しての面圧を大きくできて、振動溶着の接合強度を大幅に向上できる。

ところで、前記吸気管路における断面形状を、先行技術のように、その全長にわたって円形にした場合において、前記分割面を湾曲部において湾曲半径方向の内側に偏奇した部位するという構成した場合、前記湾曲部のうち入口端と出口端との間における分割面が中心軸線よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置することがあり、この場合には、両分割吸気管片のうち湾曲半径外側の第２分割吸気管片においては、その内部を形成する成形型の型抜きができないことになる。

これに対して、本発明は、前記したように、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち湾曲内周側の部分を、前記分割面と平行に延びる平坦面に構成し、更に、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち左右両側の部分を、平坦面に構成したものであり、前記湾曲部における内面のうち左右両側の部分を、平坦面にしたことで、前記湾曲部のうち入口端と出口端との間における分割面が中心軸線よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置する場合に、両分割吸気管片のうち湾曲半径外側の第２分割吸気管片の内部を形成する成形型の型抜きが可能になる。

従って、本発明によると、両分割吸気管片の合成樹脂による射出成形を可能にした状態のもとで、前記両分割吸気管片を振動溶着する場合における接合強度を大幅に向上できる効果を有する。

この場合において、請求項２に記載した構成にすることにより、前記した効果を維持した状態のもとで、前記湾曲部における断面形状を円形に近づけることができ、しかも、湾曲部の入口端又は出口端において円形に近似する断面形状にする場合において、この円形に近似する断面形状に対して滑らかに連続することができるから、前記湾曲部における左右両内面を平坦面にしたことで吸気の流れ抵抗が増大することを確実に回避できる利点がある。

以下、本発明の実施の形態を、図１〜図７の図面について説明する。

この図において、符号１は、合成樹脂の射出成形によって製造された吸気マニホールドを示し、この吸気マニホールド１は、図示しないエアクリーナからの吸気入り口２を有するサージタンク３と、このサージタンク３から図２に二点鎖線で示す内燃機関１３における各気筒の各々に向かって延びる複数本の吸気管路４とによって構成されている。

前記吸気管路４は、図２及び図３の側面図から明らかなように、前記サージタンク３側の部位に、下向き凸のＵ字状に角度θ１だけ曲げられた第１湾曲部５を備え、更に、前記内燃機関側の部位に、前記第１湾曲部５に連続して上向き凸の逆Ｕ字状に角度θ２だけ曲げられた第２湾曲部６を備えている。

前記吸気管路４は、図７に示すように、その中心軸線４ａの方向に延びる分割面Ａを境として、上側の第１分割吸気管片７と、下側の第２分割吸気管片８とに分割されている。

そして、前記両分割吸気管片７，８を、前記分割面Ａの箇所における周囲に外向きのフランジ部９，１０を一体的に設けて、その各々における金型を使用して合成樹脂の射出成形によって別々に製造し、この両分割吸気管片７，８を合わせたのちその外周におけるフランジ部９，１０を、図４〜図６に示すように、上下一対の振動治具Ｂ，Ｃにて互いに密着するように挟み付け、この状態で前記両振動治具Ｂ，Ｃのうちいずれか一方を振動することによって、相対的な振動を付与することにより、前記両フランジ部９，１０のうち一方のフランジ部９に一体に設けた凸部９ａを、他方のフランジ部１０に対し、前記振動にて発生する摩擦熱にて熱溶着（所謂・振動溶着）して、前記吸気管路４を構成している。

なお、本実施の形態においては、吸気管路４を、分割面Ａを境として上下二つの分割吸気管片６，７に分割することに関連して、前記サージタンク３をも、前記分割面Ａに連続して延びる分割面Ａ′を境として、前記上側の第１分割吸気管片７に一体の第１分割サージタンク片１１と、前記下側の第２分割吸気管片８に一体の第２分割サージタンク片１２との二つに分割し、この両分割サージタンク片１１，１２を、前記両分割吸気管片７，８を一つの吸気管路４に振動溶着するとき同時に、一つのサージタンク３に振動溶着するという構成にしている。

そして、前記吸気管路４のうち第１湾曲部５における分割面Ａを、当該第１湾曲部５における出口端５ｂと前記第２湾曲部６における入口端６ａとの中間の部位、及び、前記第２湾曲部６における出口端６ｂの部位においては、前記吸気管路４における中心軸線４ａ上の部位に位置している一方、前記第１湾曲部５のうち入口端５ａと出口端５ｂとの間の部分、及び、前記第１湾曲部５における入口端５ａの部位、並びに、前記第２湾曲部６のうち入口端６ａと出口端６ｂとの間の部分においては、当該分割面Ａが前記第１湾曲部５における出口端５ｂと前記第２湾曲部６における入口端６ａとの中間において位置する部位及び前記第２湾曲部６における出口端６ｂにおいて位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位で、且つ、前記吸気管路４における中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置するという構成にしている。

なお、本実施の形態においては、前記吸気管路４における分割面Ａのうち前記両湾曲部５，６の部分においては、中心軸線４ａにおける湾曲半径Ｒ１，Ｒ２に対して、半径Ｒ１′，Ｒ２′の湾曲面にすることにより、前記した構成、つまり、前記吸気管路４における分割面Ａを、前記第１湾曲部５における出口端５ｂと前記第２湾曲部６における入口端６ａとの中間の部位、及び、前記第２湾曲部６における出口端６ｂの部位においては、前記吸気管路４における中心軸線４ａ上の部位に位置している一方、前記第１湾曲部５のうち入口端５ａと出口端５ｂとの間の部分、及び、前記第１湾曲部５における入口端５ａの部位、並びに、前記第２湾曲部６のうち入口端６ａと出口端６ｂとの間の部分においては、当該分割面Ａが前記第１湾曲部５における出口端５ｂと前記第２湾曲部６における入口端６ａとの中間において位置する部位及び前記第２湾曲部６における出口端６ｂにおいて位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位で、且つ、前記吸気管路４における中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置するという構成を実現している。

更に、前記吸気管路４における断面形状は、前記第１湾曲部５における出口端５ｂと、前記第２湾曲部６における入口端６ａとの間の部分においては、図５に示すように、円形に近似する形状であり、また、前記第２湾曲部６における出口端６ｂの部位においても、円形に近似する形状である。

しかし、前記第１湾曲部５の部分、及び、前記第２湾曲部６の部分においては、当該両湾曲部５、６における内面のうち湾曲内周側の部分５ｃ、６ｃを、図４及び図６に示すように、前記分割面Ａと平行に延びる平坦面に構成する。
更に、前記第１湾曲部５の部分、及び、前記第２湾曲部６の部分においては、当該両湾曲部５、６における内面のうち左右両側の部分５ｅ、５ｆ、６ｅ、６ｆを、図４及び図６に示すように、前記分割面Ａと交差する方向に延びる平坦面に構成する。

なお、前記第１湾曲部５における入口端５ａの部分、及び、この入口端５ａと前記サージタンク３との間の部分における断面形状も、前記第１湾曲部５における断面形状と同じ又は略同じに構成されている。

また、図４及び図６に示すように、前記両湾曲部５、６における内面のうち湾曲外周側の部分５ｄ、６ｄは、前記両湾曲部５、６における内面のうち左右両側の平坦面の部分５ｅ、５ｆ、６ｅ、６ｆに対して円弧面で滑らかに連続する半円形面に構成されている。

更にまた、図４及び図６に示すように、前記両湾曲部５、６における内面のうち湾曲内周側の平坦面の部分５ｃ、６ｃは、前記左右両側の平坦面の部分５ｅ、５ｆ、６ｅ、６ｆ対して、比較的小さい半径の円弧面５ｃ′、５ｃ″、６ｃ′、６ｃ″にて滑らかに連続するように構成されている。

前記した構成において、前記分割面Ａは、前記吸気管路４のうち第１湾曲部５の部分では、この第１湾曲部５のうちその入口端５ａと出口端５ｂとの間において、当該分割面Ａが出口端５ｂにおいて位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置している分だけ、当該分割面Ａを湾曲半径方向の内側に偏奇しない場合よりも、水平に近づくことになる。

また、前記分割面Ａは、前記吸気管路４のうち第２湾曲部６の部分では、この第２湾曲部６の入口端６ａと出口端６ｂとの間において、当該分割面Ａが入口端６ａ及び出口端６ｂにおいて位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置している分だけ、当該分割面Ａを湾曲半径方向の内側に偏奇しない場合よりも、水平に近づくことになる。

これにより、両分割吸気管片７，８を、その各々におけるフランジ部９，１０を挟み付け、この挟み付けの状態で振動を付与することによって振動溶着する場合において、前記両フランジ部９，１０の挟み付け方向に対する前記分割面Ａの傾き角度は、前記分割面Ａを第１湾曲部５及び第２湾曲部６において湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置した分だけ、前記挟み付け方向の直角に近づくように大きくなるから、前記振動溶着するに際しての面圧を大きくできて、振動溶着の接合強度を大幅に向上できる。

この場合において、前記分割面Ａを、第１湾曲部５における入口端５ａ及び出口端５ｂにおいて中心軸線４ａに近似した部位に位置するとともに、第２湾曲部６における入口端６ａ及び出口端６ｂにおいて中心軸線４ａに近似した部位に位置することにより、より水平に近づけるという構成にすることができる。

また、場合によっては、前記分割面Ａを、第１湾曲部５における入口端５ａ及び出口端５ｂにおいて中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の外側に偏奇した部位に位置するとともに、第２湾曲部６における入口端６ａ及び出口端６ｂにおいて中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の外側に偏奇した部位に位置することにより、より更に水平に近づけるという構成にすることができる。

一方、前記吸気管路４の各湾曲部５、６における内面のうち湾曲内周側の部分５ｃ、６ｃを、前記分割面Ａと平行に延びる平坦面に構成し、更に、前記吸気管路４の各湾曲部５、６における内面のうち左右両側の平坦面の部分５ｅ、５ｆ、６ｅ、６ｆを、前記分割面Ａと直角に延びる平坦面に構成したことにより、前記分割面Ａを、前記したように、両湾曲部５、６のうちその入口端５ａ、６ａと出口端５ｂ、６ｂとの間において、中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置した場合に、両分割吸気管片７、８のうち湾曲半径外側の部分における内部を形成する成形型の型抜きを可能にすることができる。

この場合において、前記吸気管路４の各湾曲部５、６における内面のうち左右両側の平坦面の部分５ｅ、５ｆ、６ｅ、６ｆを、図４及び図６に図示したように、分割面Ａに向かって外向きに傾斜することによって、抜き勾配を設けることにより、成形型の型抜き性を更に向上できる。

なお、前記実施の形態は、前記分割面Ａのうち第１湾曲部５において入口端５ａと出口端５ｂとの間の部分を、当該分割面が第１湾曲部５の出口端５ｂにおいて位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位で、且つ、中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置する一方、前記分割面Ａのうち第２湾曲部６において入口端６ａと出口端６ｂとの間の部分を、当該分割面が第２湾曲部６の入口端６ａ及び出口端６ｂの両方において位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位で、且つ、中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置するという構成にした場合であった。

本発明は、この構成にすることに限らず、第１湾曲部５においては、前記分割面Ａのうち第１湾曲部５において入口端５ａと出口端５ｂとの間の部分を、当該分割面が第１湾曲部５の入口端５ａにおいて位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位で、且つ、中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置するか、又は、当該第１湾曲部５の入口端５ａ及び出口端５ｂの両方において位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位で、且つ、中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置するという構成にしたり、或いは、第２湾曲部６においては、前記分割面Ａのうち第２湾曲部６において入口端６ａと出口端６ｂとの間の部分を、当該分割面が第２湾曲部６の入口端６ａ又は出口端６ｂにおいて位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位で、且つ、中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置するという構成にしても良いことはいうまでもない。

このように構成する場合においても、前記した場合と同様に、分割面Ａを、第１湾曲部５における入口端５ａ及び出口端５ｂにおいて中心軸線４ａに近似した部位に位置するとともに、第２湾曲部６における入口端６ａ及び出口端６ｂにおいて中心軸線４ａに近似した部位に位置するという構成にしても良く、また、場合によっては、分割面Ａを、第１湾曲部５における入口端５ａ及び出口端５ｂにおいて中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の外側に偏奇した部位に位置するとともに、第２湾曲部６における入口端６ａ及び出口端６ｂにおいて中心軸線４ａよりも湾曲半径方向の外側に偏奇した部位に位置するという構成にしても良い。

また、前記した実施の形態において、振動溶着するための凸部９ａは、一方のフランジ部９に設けることに代えて、他方のフランジ部１０に設けたり、或いは、両方フランジ部９，１０の両方に設けるという構成にしても良い。

本発明の実施の形態による吸気マニホールドの平面図である。 図１の側面図である。 図１のIII −III 視拡大断面図である。 図３のIV−IV視拡大断面図である。 図３のＶ−Ｖ視拡大断面図である。 図３のVI−VI視拡大断面図である。 分解した状態を示す図である。

符号の説明

１ 吸気マニホールド
２ 吸気入り口
３ サージタンク
４ 吸気管路
４ａ 吸気管路の中心軸線
５ 第１湾曲部
５ａ 第１湾曲部における入口端
５ｂ 第１湾曲部における出口端
５ｃ 第１湾曲部における湾曲半径方向の内周側の内面
５ｄ 第１湾曲部における湾曲半径方向の外周側の内面
５ｅ，５ｆ 第１湾曲部における左右両側内面
６ 第２湾曲部
６ａ 第２湾曲部における入口端
６ｂ 第２湾曲部における出口端
６ｃ 第２湾曲部における湾曲半径方向の内周側の内面
６ｄ 第２湾曲部における湾曲半径方向の外周側の内面
６ｅ，６ｆ 第２湾曲部における左右両側内面
７ 分割吸気管片
８ 分割吸気管片
９，１０ フランジ部
１３ 内燃機関
Ａ 分割面

Claims (2)

1. 内燃機関における気筒への吸気管路の途中には湾曲部を備えており、この吸気管路を、その軸線方向に延びる分割面を境として、第１分割吸気管片と第２分割吸気管片とに分割し、この両分割吸気管片を、前記分割面に一体的に設けたフランジ部において互いに振動溶着して成る合成樹脂製の吸気マニホールドにおいて、
   前記吸気管路のうちその湾曲部における前記分割面を、前記湾曲部のうちその入口端と出口端との間において、当該分割面が前記湾曲部の入口端又は出口端において位置する部位よりも湾曲半径方向の内側に偏奇した部位に位置するように構成する一方、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち湾曲内周側の部分を、前記分割面と平行に延びる平坦面に構成し、更に、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち左右両側の部分を、平坦面に構成することを特徴とする内燃機関における合成樹脂製吸気マニホールド。
2. 前記請求項１の記載において、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち湾曲内周側の部分の平坦面の部分を、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち左右両側の平坦面の部分に対して円弧面で連続する一方、前記吸気管路の湾曲部における内面のうち湾曲外周側の部分を、前記左右両側の平坦面の部分に連続する円弧面に構成することを特徴とする内燃機関における合成樹脂製吸気マニホールド。

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