(57)【要約】【課題】吸気制御弁を構成する回動軸に十分な強度を確保しつつ、装置自体の大形化を防ぎ、組立て工数を削減してコスト低減を図ったインテークマニホールドを得る。【解決手段】多気筒内燃エンジンの各気筒に連通する複数の吸気通路が形成された吸気通路殻体１，２内に、吸気通路の吸気の流れを制御する吸気制御弁３を備えた多気筒内燃エンジンのインテークマニホールドであって、吸気制御弁３を、各吸気通路の通路方向を横断する方向に配置されて吸気通路殻体１，２に軸支された金属製の回動軸４に、各吸気通路を開閉する合成樹脂製のバタフライバルブ部５と軸支持部６とを一体にインサート成形して構成した。【選択図】図１
2007187020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒内燃エンジンの各気筒に連通する複数の吸気通路が形成された殻体と、上記殻体内の上記吸気通路の吸気の流れを制御する吸気制御弁とを有する多気筒内燃エンジンのインテークマニホールドにおいて、
上記吸気制御弁は、上記各吸気通路の通路方向を横断する方向に配置されて上記殻体に軸支されたステンレス鋼製又は防錆処理した鉄系金属製の回動軸に、上記各吸気通路を開閉する合成樹脂製のバタフライバルブ部が一体に成形されていることを特徴とする多気筒内燃エンジンのインテークマニホールド。
【請求項２】
上記回動軸の外周に、上記殻体に軸支される合成樹脂製の軸支持部が上記バタフライバルブ部と共に一体に成形されていることを特徴とする請求項１記載の多気筒内燃エンジンのインテークマニホールド。
【請求項３】
上記回動軸は、断面形状が多角形の鋼材が用いられていることを特徴とする請求項２記載の多気筒内燃エンジンのインテークマニホールド。
【請求項４】
上記バタフライバルブ部と上記軸支持部とは別部材とし、上記軸支持部を形成する合成樹脂材料は、含有する強化用繊維の重量割合が１５％以下であることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の多気筒内燃エンジンのインテークマニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多気筒内燃エンジンのインテークマニホールドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃エンジンにおいて、吸気通路を形成するインテークマニホールドの各分岐管の吸気通路内にバタフライバルブを配置し、エンジンの回転速度、負荷等の運転状態に応じてバタフライバルブの開閉によって吸気経路の切替えを行い、吸気通路長さ等を切替えて、吸気に慣性過給又は共鳴過給の効果を与え、エンジンの出力を向上させる可変吸気装置は、従来から知られ一般的に採用されている。また、エンジンのシリンダーヘッドの吸気ポート近傍の吸気上流側に配置されたバタフライバルブの開度を変化させて吸気通路内の空気の流動を制御し、タンブル流やスワール流を与えて、燃料インジェクタから噴射される燃料と空気の混合状態を改善する気流制御装置も、従来から採用されている。
【０００３】
これら、可変吸気装置や気流制御装置の軽量化、組立工数削減、コスト低減等を目的として、例えば、多気筒内燃エンジンの可変吸気制御装置に使用される多連一体型バタフライバルブを、その回動軸と弁体とを共に強化繊維を含む樹脂材で一体成形した技術が開示されている（特許文献１参照）。
また、例えば、インテークマニホールドのシャッターバルブ軸において、シャフトを金属製とし、摺動部及びレバー部を樹脂製とし、弁体はシャフトにねじ等により締めつけて固定されたバルブ軸が提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−１６６８９８号公報（第２頁、図７及び図８）
【特許文献２】特開２００４−１９０６５１号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バタフライバルブの回動軸は、軸駆動トルクや、バルブ全閉，全開時のストッパ当接の衝撃トルク等に対して十分な強度を確保しなければならない。特許文献１に示すような、回動軸と弁体とを樹脂材で一体成形したものでは、適正な軸強度を得るために軸径を大きくすると、可変吸気装置や気流制御装置自体が大型化し、質量が増えて目的とする軽量化の効果が十分に得られない場合があるという問題点があった。
また、インテークマニホールドの吸気通路を形成する殻体と、弁体及び回動軸との樹脂材質の違いや強化繊維の配向の違い等に起因し、温度変化によって寸法変化に差が生じた場合、クリアランスの管理が十分でないと、吸気通路内面とバタフライバルブ外周が擦れて軸駆動トルクが増大する恐れがあるという問題点があった。
【０００６】
また、特許文献２に示す技術では、インテークマニホールドに軸を組付けた後に、各気筒分の弁体をネジ等により軸に組付ける必要があり、その分、組立工数を要し、コスト低減を阻害する要因となっていた。
【０００７】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、バタフライバルブの回動軸に十分な強度を確保しながら装置自体が大形化するのを防ぎ、組立て工数を削減してコスト低減を図ると共に、バルブ作動時の信頼性を向上させたインテークマニホールドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる多気筒内燃エンジンのインテークマニホールドは、多気筒内燃エンジンの各気筒に連通する複数の吸気通路が形成された殻体と、殻体内の吸気通路の吸気の流れを制御する吸気制御弁とを有する多気筒内燃エンジンのインテークマニホールドにおいて、吸気制御弁は、各吸気通路の通路方向を横断する方向に配置されて殻体に軸支されたステンレス鋼製又は防錆処理した鉄系金属製の回動軸に、各吸気通路を開閉する合成樹脂製のバタフライバルブ部を一体に成形したものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の多気筒内燃エンジンのインテークマニホールドによれば、吸気通路内の吸気の流れを制御する吸気制御弁を、吸気通路の通路方向を横断する方向に配置して殻体に軸支したステンレス鋼製又は鉄系金属製の回動軸に、各吸気通路を開閉する合成樹脂製のバタフライバルブ部を一体に成形して構成したので、バタフライバルブ部と回動軸を全て樹脂材で一体成形したものに比べ、回動軸の強度が向上するため、軸外径寸法を小さくすることが可能となり、従って、インテークマニホールド自体を小形化することができる。また、樹脂成形部分が少ない分、加工時や加工後の寸法変化が少なくなり、吸気制御弁の寸法精度が改善される。
更に、吸気制御弁全体を一体成形しているので、組立て工数を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は実施の形態１による多気筒内燃エンジンのインテークマニホールドの外観を示す斜視図である。図は、気流制御装置の機能を備えた４気筒エンジン用のインテークマニホールドで、内部が見えるように、２分割構成された吸気通路殻体が一体的に接合される前の状態を示したものである。
【００１１】
図のように、管軸方向に２分割した形状を有する一対の半割体で構成した第１の吸気通路殻体１と第２の吸気通路殻体２との間に、多連一体型の吸気制御弁３（詳細は後述する）が組み込まれ、矢印Ｙの方向に両吸気通路殻体１，２が組み合わされ、接合されて構成される。この接合は、外周部及び各吸気通路間の仕切り部等の突き合せ部分を、加振振動させることにより溶融接合させる、いわゆる振動溶着や、突き合せ部分の周縁に沿って形成された接合溝内に溶融樹脂を充填することにより接合する、いわゆるダイ・スライド・インジェクション（ＤＳＩ）、又はダイ・ロータリー・インジェクション（ＤＲＩ）等の方法によって行われる。
両吸気通路殻体１，２の接合により内部に細長く形成された４条の空間が吸気通路となる。吸気制御弁３は、各吸気通路の通路方向を横断する方向に配置されて両吸気通路殻体１，２に軸支される金属製の回動軸４に、合成樹脂製のバタフライバルブ部５と軸支持部６とが一体に成形されている。
【００１２】
吸気通路殻体２の吸気制御弁３側の末端部にはエンジンヘッドへの取付用フランジ２ａが一体に成形されている。また、吸気通路殻体２の反対側には、サージタンク２ｂが一体に成形されている。そして、吸気通路殻体の軸受部から外部に導出される回動軸４の端部には駆動レバー７が設けられている。
【００１３】
なお、図の吸気通路殻体１，２の形状は一例を示すものであり、この形状に限定するものではない。図では、各吸気通路間の仕切り部は全て第１の吸気通路殻体１及び第２の吸気通路殻体２に一体で構成されているが、例えば、仕切り部の一部を別部材とし、第１の吸気通路殻体１と第２の吸気通路殻体２との間に挟み込む構成としてもよい。また、吸気通路の曲げ方向や曲率、サージタンクの配置等も一例を示すものである。
更に、図では、吸気通路殻体は管軸方向に２分割した形状のものを示したが、例えば、先に例示した特許文献１に示されているような、管軸に垂直方向に多分割された殻体であっても良い。
【００１４】
次に、本発明の特徴とする吸気制御弁３について更に詳しく説明する。図２は、吸気制御弁３の外観を示す斜視図である。図のように、吸気制御弁３は、断面が４角形のステンレス鋼製または防錆処理した鉄系金属製の棒材からなる回動軸４と、合成樹脂製のバタフライバルブ部５と、同じく合成樹脂製の軸支持部６とで構成されており、これらがインサート成形によって一体に成形されている。
ここで、回動軸４の材料をステンレス又は防錆処理した鉄系金属としたのは、使用中に回動軸４が発錆するのを防止するためであり、断面形状を４角形としたのは、一体成形した後、バタフライバルブ部５が軸回動方向に回るのを防止するためである。従って、断面形状は４角形に限定するものではなく、６角形等の多角形でも良い。
【００１５】
図３に吸気制御弁３の射出成形装置の模式図を示す。図に示すように、回動軸４を成形金型（図示せず）内に配置した後、射出成形ノズル８から溶融した合成樹脂材料を射出し、成形金型内の注入通路９を通じて４箇所のバタフライバルブ部キャビティに注入し固化させて、回動軸４にバタフライバルブ部５と軸支持部６とを一体に成形する。こうして、金属製の回動軸４を有する多連一体型のバタフライバルブが形成される。
【００１６】
次に、上記吸気制御弁３を備えたインテークマニホールドの作用について説明する。
インテークマニホールドの取付用フランジ２ａ側はエンジンヘッドに接続されて使用される。インテークマニホールドの吸気通路殻体１，２内に配置されたバタフライバルブ部５は、回動軸４の一端側に設けられた駆動レバー７を図示しないアクチュエータによって駆動させることによって開閉制御される。すなわち、バタフライバルブ部５の開度を変化させることにより吸気通路内の空気の流動を制御し、タンブル流やスワール流を与えて、燃料インジェクタから噴射される燃料と空気の混合状態を改善する。
このように、バタフライバルブ部５の開度を変えることにより吸気速度及び吸気量を変化させて、エンジンの負荷の大小により最適の燃焼やトルク性能を得られるように制御する、いわゆる気流制御装置として機能させるものである。
【００１７】
なお、吸気通路殻体内に迂回吸気通路を形成し、吸気制御弁を切替えることにより吸気通路長を変化させて、吸気に慣性過給効果又は共鳴過給効果を与え、エンジンの出力を向上させる、いわゆる可変吸気装置としての機能を有するインテークマニホールドに対しても、図２と同様の吸気制御弁を適用することができる。
【００１８】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、吸気通路を開閉する吸気制御弁を、吸気通路の通路方向を横断する方向に配置して殻体に軸支したステンレス鋼製又は鉄系金属製の回動軸に、各吸気通路を開閉する合成樹脂製のバタフライバルブ部を一体に成形したので、例えば、バタフライバルブ部を黄銅板材等から製作した別部品とし、ネジ等により軸に固定したものと比較すると、部品点数を削減でき、また、加工・組立て工数を削減できる。このため、製品コストの低減を図ることができる。
【００１９】
また、例えば、吸気制御弁全体を樹脂材で一体成形したものと比較して、回動軸の強度が増すため、軸外径を小さくすることができるので、インテークマニホールド自体の小形化が図られる。併せて、成形樹脂量が少ないので、成形時のひけ、成形後の吸湿、乾燥等による寸法変化も少ないため、吸気制御弁の寸法精度が改善され、吸気通路内壁とバタフライバルブ部外形のクリアランスを小さくでき、バルブ閉時の漏れ流量を小さく抑えることが可能となる。
【００２０】
また、回動軸とバタフライバルブ部のインサート成形による固着力は比較的小さいため、吸気通路殻体と回動軸の材料の違いに起因して、温度変化による寸法変化の差により吸気通路内面とバタフライバルブ部の外周とに擦れが生じるような場合でも、バタフライバルブ部が軸スラスト方向に移動可能なため、擦れによる軸駆動トルクの増大や、バタフライバルブ部の固着が回避でき、バルブ作動の信頼性が向上する。
【００２１】
更に、回動軸の外周に、吸気通路殻体に軸支される合成樹脂製の軸支持部をバタフライバルブ部と共に一体に成形したので、十分な軸強度を確保できる範囲で回動軸の外形寸法を小さくできるため、回動軸自体の軽量化と併せて、インテークマニホールド全体の軽量化を図ることができる。
【００２２】
更にまた、回動軸に、断面形状が多角形の鋼材を使用したので、断面形状が４角形や６角形の規格鋼材を使用できるため、例えば、丸棒を使用した場合であれば必要であった、バタフライバルブ部の軸回動方向への回り止め加工が不要となり、加工工数を削減して、コスト低減を図ることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図４は、実施の形態２による多気筒内燃エンジンのインテークマニホールドに使用される吸気制御弁の外観を示す斜視図である。インテークマニホールド全体の外観は、実施の形態１で説明した図１と同等であり、気流制御装置機能を備えた４気筒エンジン用のインテークマニホールドである。実施の形態１とは吸気制御弁の構成のみが異なるので、相違点を中心に説明する。
【００２４】
本実施の形態の吸気制御弁１０は、断面が４角形のステンレス鋼製または防錆処理した鉄系金属製の棒材からなる回動軸１１と、合成樹脂製のバタフライバルブ部１２と、このバタフライバルブ部１２とは別部材の軸支持部１３とで構成されており、これらがインサート成形によって一体に成形されて、多連一体型のバタフライバルブを形成している。すなわち、回動軸１１の外周の４箇所に合成樹脂製のバタフライバルブ部１２を成形し、その後別の金型を用いて、強化用繊維の含有量が重量割合で１５％以下（含有量０％の場合も含む）の合成樹脂によって軸支持部１３を成形したものである。
【００２５】
吸気制御弁１０を構成する合成樹脂製のバタフライバルブ部１２は、機械的強度を増強させるために、強化用繊維を含有した樹脂が使用され場合がある。この場合、バタフライバルブ部１２の強化用繊維の含有量は、必要に応じ強度的な面から決定すればよい。しかし、軸支持部１３に多くの強化用繊維が含まれていると、使用時に、吸気通路殻体側の軸受部との摺動で摩耗した場合、多量の強化用繊維が軸支持部の外周表面に露出し摺動抵抗を増大させることになる。そこで、上記のように、軸支持部１３をバタフライバルブ部１２とは別部材とし、強化用繊維の含有量を重量割合で１５％以下とすることにより、強化用繊維が露出するのを抑制するようにしたものである。１５％以下であれば、摩耗による繊維の露出が少ないことを確認している。
【００２６】
図５にこの吸気制御弁１０の射出成形装置の模式図を示す。図５（ａ）はバタフライバルブ部１２を成形する工程、（ｂ）は軸支持部１３を成形する工程で、２つの工程に分かれている。先ず（ａ）に示すように、射出成形ノズル１４から溶融した合成樹脂が射出され、成形金型（図示せず）内の注入通路１５を通り、４箇所のバタフライバルブ部キャビティに注入されて、バタフライバルブ部１２が固化されて形成される。次に（ｂ）に示すように、別の金型を用いて、強化用繊維の重量割合が１５％以下の合成樹脂が、射出成形ノズル１４から射出され、成形金型内の注入通路１６を通って、８箇所の軸支持部キャビティに注入されて、軸支持部１３が固化・成形される。
【００２７】
なお、この図５では軸支持部１３を４つのバタフライバルブ部１２の両端の計８箇所としているが、軸支持部１３の位置及び数は、相手側の吸気通路殻体との関係で適宜決めれば良く、図に限定するものではない。
また、図示を省略している吸気通路殻体は、実施の形態１と同様に、管軸方向に２分割した形状のものでも、管軸に垂直方向に多分割されたものでも良い。
更に、この吸気制御弁は、気流制御装置機能を備えたインテークマニホールド以外に、エンジンの回転数に応じて吸気通路の長さを可変に制御する可変吸気装置機能を有するインテークマニホールドの場合にも同様に適用できる。
【００２８】
以上のように、本実施の形態の発明によれば、インテークマニホールドの吸気制御弁を構成するバタフライバルブ部と軸支持部とを別部材とし、更に軸支持部を形成する合成樹脂材料として、強化用繊維の含有量を重量割合で１５％以下としたので、実施に形態１の効果に加え、軸支持部が吸気通路殻体側の軸受部との摺動で摩耗した場合でも、強化用繊維が軸支持部外周表面にほとんど露出することがないため、摩耗により摺動抵抗が増大してバルブの作動不良が発生するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態１によるインテークマニホールドの吸気通路殻体を接合する前の外観を示す斜視図である。
【図２】図１の吸気制御弁の外観を示す斜視図である。
【図３】図２の吸気制御弁を製造する射出成形装置を示す模式図である。
【図４】この発明の実施の形態２によるインテークマニホールドの吸気制御弁の外観を示す斜視図である。
【図５】図４の吸気制御弁を製造する射出成形装置を示す模式図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  第１の吸気通路殻体
２  第２の吸気通路殻体
２ａ  取付フランジ
２ｂ  サージタンク
３，１０  吸気制御弁
４，１１  回動軸
５，１２  バタフライバルブ部
６，１３  軸支持部
７  駆動レバー
８，１４  射出成形ノズル
９，１５，１６  注入通路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007187020.tif 000006
【図５】
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