JP5282408B2 - インテークマニホールド - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関に空気または空気と燃料の混合気を供給するのに用いられるインテークマニホールドに関し、特に、内燃機関の上方に設置されるインテークマニホールドに関する。

従来、自動車のフロント部における、衝突時の衝撃緩和構造としては、内燃機関であるエンジンがフロント部に搭載されている自動車が殆どであることから、エンジンルームをクラッシャブルゾーンとした構造が多い。この場合、エンジン自体は変形あるいは破壊させることができないので、エンジンルームのスペースを大きくしたり、エンジンルーム内の他の部品を、ある一定以上の衝撃が加わることで変形させたり破壊させるように構成するのが一般的である。

このように、自動車の衝突時に変形または破壊させる部品として代表的なものに、エンジンに空気または空気と燃料の混合気を供給するインテークマニホールドが挙げられる。インテークマニホールドは、近年、自動車の軽量化を目的として樹脂で作られることが多いからである。例えば、特許文献１および２には、インテークマニホールドの各分岐吸気管に脆弱な部分を設けることが記載されている。また、特許文献３には、インテークマニホールドのサージタンクを、塑性を有する材料で形成し、衝突時の衝撃でサージタンクが押し潰されるようにすることで、衝撃を吸収することが記載されている。

ところで、走行中の自動車と歩行者との衝突事故での歩行者の死亡原因の過半数は、自動車と衝突した歩行者が上方に跳ね上げられ、ボンネット上に落下することによって受ける頭部損傷によるものである。そこで国土交通省は、乗用車と一部の貨物車を対象に、「歩行者頭部保護基準」を平成１７年９月より導入した。この基準は、頭部を模した測定機器（頭部インパクタ）を自動車のボンネット上の複数箇所に衝突させ、頭部インパクタが受ける衝撃の測定結果から、ボンネットの衝撃緩和性能を評価するものである。

ボンネットの衝撃緩和性能を評価する指標にＨＩＣ（頭部傷害基準：Ｈｅａｄ Ｉｎｊｕｒｙ Ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ）値が用いられる。ＨＩＣ値は、以下の式で表される。

ただし、式（１）において、ａは、頭部インパクタの重心の加速度を表す。また、ｔは時間を表し、特に、ｔ１、ｔ２は、０＜ｔ１＜ｔ２、かつ、ｔ２−ｔ１≦１５ｍｓｅｃで、ＨＩＣ値が最大になる時間である。

上記の歩行者頭部保護基準では、ボンネット上の所定の試験エリアにおいて、２／３以上の部分でＨＩＣ値が１０００以下であり、それ以外の部分でＨＩＣ値が２０００以下であることが求められている。
実開昭６３−２４３５９号公報 特許第２６９９９１５号公報 特開平１−３０１９５０号公報

上述のように、近年は歩行者への安全性に対する認識が高まっている。しかし、特許文献１〜３に記載された技術はいずれも、インテークマニホールドがエンジンの前方に配置されることが前提となっており、自動車の前後方向に加わる衝撃を吸収することによって搭乗者へのダメージを軽減するための技術を開示する。

インテークマニホールドの中には、エンジンの上方に配置されるものもある。エンジンの前方に配置されるインテークマニホールドとエンジンの上方に配置されるインテークマニホールドとでは、衝突事故の際に想定される衝撃の加わり方が異なる。従って、特許文献１〜３に開示された技術を、エンジンの上方に配置されるインテークマニホールドに適用しても所望の効果が得られるとは限らない。しかも、エンジンの上方に配置されるインテークマニホールドは、ボンネットの直下に配置されることになるので、歩行者に対する安全性の観点から、ＨＩＣ値を考慮する必要がある。

そこで本発明は、エンジンの上方に配置されるインテークマニホールドに対して、歩行者への安全性が十分に考慮されるように衝撃吸収性能を持たせた構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明のインテークマニホールドは、内燃機関に空気または空気と燃料との混合気を供給するのに用いられる、サージタンク部と、サージタンク部に接続されたポート部と、を有する。本発明のインテークマニホールドにおいて、ポート部は、サージタンク部から延びた複数の分岐吸気管と、複数の分記吸気管の先端部に一体に設けられたフランジと、を有しており、複数の分岐吸気管とフランジとの境界部に、分岐吸気管の外周面に横断面形状が矩形の溝を形成することによって構成された、分岐吸気管の平均肉厚よりも肉厚の薄い薄肉部が、分岐吸気管の周方向に沿って、かつ周方向の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする。

上記のように構成された本発明のインテークマニホールドでは、インテークマニホールドにその上方から衝撃力が加わったとき、ポート部に作用するモーメントを利用して、インテークマニホールドを薄肉部で破壊が生じやすいようにする。これにより、インテークマニホールド全体としての強度の低下を抑制しつつ、インテークマニホールドに加わる衝撃力が、ＨＩＣ値が低くなるように吸収される。

薄肉部による効果をより効果的に発揮させるためには、分岐吸気管は、インテークマニホールドが内燃機関に取り付けられた状態において内燃機関の上部からサージタンク部の側部に向かって湾曲しながら延びており、薄肉部は、分岐吸気管とフランジとの境界部近傍の、分岐吸気管の湾曲している方向と反対側の部分に設けられていることが好ましい。

また、上記本発明のインテークマニホールドにおいて、ポート部上に配された、リブを備えた衝撃吸収部をさらに有することもできる。衝撃吸収部は、プレート部材とこの片面に設けられたリブとを有する構成とすることができる。この場合、プレート部材は、ポート部の上方に配置されていればよい。また、リブは、分岐吸気管の配列方向に延びていることが、リブの変形等を効果的に生じさせる上で好ましい。さらにリブは、分岐吸気管とフランジとの境界部からの距離が遠い方が、近い方に比べて高さが低くなるように形成されていることが好ましい。

衝撃吸収部は、前記ポート部と同じ材料で構成することができる。

また、上記本発明のインテークマニホールドにおいて、サージタンク部に接続されたスロットル部をさらに有し、スロットル部の上面部にリブが設けられていてもよい。

本発明のインテークマニホールドによれば、内燃機関の上方に配置されるインテークマニホールドにおいて、歩行者への安全性が十分に考慮されるように、ＨＩＣ値を低減したインテークマニホールドを提供することができる。しかも、従来のインテークマニホールドに対して付加される構造は最小限で済むので、エンジンフード下の空間が十分に確保され、ひいては自動車の外観を損なうことがない。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるインテークマニホールドの斜視図であり、図２はその平面図である。

本形態のインテークマニホールド１００は、複数のシリンダ（不図示）を有するエンジン（内燃機関）１０の各シリンダに空気または空気と燃料の混合気（以下、説明を簡単にするため、これら空気および混合気を単に「空気」と総称する）を供給する装置であり、エンジン１０の上方においてエンジン１０のシリンダヘッドに取り付けられる。

インテークマニホールド１００は、サージタンク部１１０と、ポート部１２０と、スロットル部１３０とを有している。

これらサージタンク部１１０、ポート部１２０およびスロットル部１３０は、インテークマニホールド１００内での空気の流れ方向上流側から、スロットル部１３０、サージタンク部１１０およびポート部１２０の順に配置されるように接続され、ポート部１２０がエンジン１０の上部に取り付けられている。スロットル部１３０からサージタンク部１１０に供給された空気は、ポート部１２０を通ってエンジン１０へ送られる。

スロットル部１３０の内部にはスロットルバルブ（不図示）が設けられている。スロットルバルブの開度が調整されることで、エンジン１０に供給される空気の量が調整される。

ポート部１２０は、サージタンク部１１０に供給された空気をエンジン１０の各シリンダに分配するための部分であり、それぞれ根元がサージタンク部１１０に接続された複数の分岐吸気管１２１と、分岐吸気管１２１の先端部に一体に設けられたフランジ１２２とを有する。分岐吸気管１２１の数はシリンダの数と等しい。各分岐吸気管１２１は、インテークマニホールド１００がエンジン１０に取り付けられた状態においてエンジン１０の上部からサージタンク部１１０の側部に向かって湾曲しながら延びている。ポート部１２０に必要な強度を確保するため、複数の分岐吸気管１２１は、個々に分離しているのではなく相互に一体化されて形成されている。

フランジ１２２は、このインテークマニホールド１００の、エンジン１０への取り付け部として機能する部分である。フランジ１２２には複数のボルト穴１２２ａが適宜箇所に配置されており、これらボルト穴１２２ａを通してボルト（不図示）を締め付けることによって、インテークマニホールド１００がエンジン１０に取り付けられる。

なお、ポート部１２０は、インテークマニホールド１００がエンジン１０に取り付けられた状態ではサージタンク部１１０およびスロットル部１３０がギャップを介してエンジン１０の上方に位置するように設計されている。したがって、インテークマニホールド１００がエンジン１０と接している部分は、ポート部１２０のフランジ１２２のみである。インテークマニホールド１００がエンジン１０に取り付けられた状態での、サージタンク部１１０およびスロットル部１３０の、エンジン１０との間でのギャップの大きさは、１５ｍｍ以上であることが好ましい。

各分岐吸気管１２１とフランジ１２２との境界部近傍には、肉厚を分岐吸気管１２１の他の部分での平均肉厚よりも薄くした薄肉部１２１ａが形成されている。薄肉部１２１ａは、分岐吸気管１２１の外周面の少なくとも分岐吸気管１２１の湾曲している方向と反対側の部分に、分岐吸気管１２１の周方向に沿って溝を形成することによって構成することができる。また、図３に示すように、薄肉部１２１ａを形成するための溝は、分岐吸気管１２１の長手方向に沿った断面での形状が矩形となっている。溝は、分岐吸気管１２１の周方向に沿って形成されているので、分岐吸気管１２１の長手方向に沿った断面は、溝の横断面に相当する。

インテークマニホールド１００は、全体が樹脂で形成されている。インテークマニホールド１００を樹脂で形成する場合、その形成方法としては射出成形を用いることができる。ただし、図１および図２に示したような複雑な形状を射出成形で形成するのは困難である。そこで、インテークマニホールド１００を、射出成形が可能な複数の部品に分割して形成し、これらを振動溶着等によって接合することで、サージタンク部１１０、ポート部１２０およびスロットル部１３０を有する、上述したインテークマニホールド１００が形成される。

インテークマニホールド１００を構成する樹脂としては、インテークマニホールド１００に必要な強度を満足することができる樹脂であれば特に制限されないが、例えば、ポリアミド６、ポリアミド６６等を好ましく用いることができる。また、これらの樹脂にガラス繊維を添加したガラス繊維強化ポリアミド系樹脂を用いることが、より好ましい。

上述したように、本形態のインテークマニホールド１００は、エンジン１０に取り付けられた状態では、ポート部１２０のフランジ１２２がエンジン１０の上面に支持され、サージタンク部１１０およびスロットル部１３０とエンジン１０との間にはギャップが存在している。このような構成において、インテークマニホールド１００がエンジン１０に取り付けられた状態で、インテークマニホールド１００にその上方から衝撃力が加わった場合、サージタンク部１１０をエンジン１０に接近させる向きのモーメントを伴う応力が、ポート部１２０のエンジン１０への取り付け部に作用する。

ポート部１２０は、エンジン１０に直接取り付けられるフランジ１２２が各分岐吸気管１２１の先端部に一体に形成された構成となっており、ポート部１２０に作用する応力は、各分岐吸気管１２１とフランジ１２２との境界部に集中しやすい。つまり、これら境界部は、インテークマニホールド１００の中でも最も破壊しやすい部分の一つである。

そこで本形態では、各分岐吸気管１２１とフランジ１２２との境界部に薄肉部１２１ａを設け、これら境界部での機械的強度を低下させることによって、インテークマニホールド１００に上方から衝撃力が加わったときに、薄肉部１２１ａで破壊が生じやすくなるようにしている。薄肉部１２１ａが破壊に至るまでの過程で、インテークマニホールド１００に加わった衝撃力が吸収される。このように、破壊が生じやすい部分を局所的に設けることで、インテークマニホールド全体としての強度の低下を抑制しつつ、インテークマニホールド１００に加わる衝撃力を吸収することができる。

薄肉部１２１ａは、インテークマニホールド１００に衝突体（頭部インパクタ）を衝突させたときのＨＩＣ値が２０００以下になるように形成されている。ＨＩＣ値は、式（１）から分かるように、ｔ１からｔ２までの作用時間での衝突体の平均加速度を２．５乗し、これに作用時間を乗じた値の最大値として算出される。作用時間とは、一定値以上の加速度が作用している時間、言い換えれば衝撃吸収を担っている時間を意味する。衝突体の平均加速度およびその作用時間は、ＨＩＣ値の大小を決める要因の一つであり、ＨＩＣ値を小さくするためには、平均加速度を小さくすることが特に有効である。

インテークマニホールドは、衝撃力を受けてから破壊されるまでの過程で衝撃エネルギを吸収するが、衝撃エネルギの吸収量が大きいからといって、ＨＩＣ値が小さくなるとは限らない。例えば、衝撃力に対する反力が高い状態がある一定時間維持された後、最終的に破壊に至るケースでは、平均加速度は大きくなるのでＨＩＣ値は高くなる。

本形態では、ポート部１２０において各分岐吸気管１２１とフランジ１２２との境界部に薄肉部１２１ａを設けているので、インテークマニホールド１００は、上方から衝撃力が加わったとき、サージタンク部１１０、スロットル部１３０および各分岐吸気管１２１の変形および／または変位を伴いながら、薄肉部１２１ａにおいて破壊に至る。サージタンク部１１０、スロットル部１３０および各分岐吸気管１２１が変形および／または変位することによって、衝突体の作用時間での平均加速度は小さくなる。よって、ＨＩＣ値を容易かつ効果的に小さくすることができる。

薄肉部１２１ａは、分岐吸気管１２１の周方向全周にわたって設けることもできる。しかし、この場合は薄肉部１２１ａを設けた部分の成型が難しくなり、インテークマニホールド１００の製造が困難になるおそれがある。また、全周に薄肉部１２１ａを設けた場合は、分岐吸気管１２１自身の強度が必要以上に低下し、衝撃力ではなく分岐吸気管１２１の内圧によって破壊してしまうことがある。よって、薄肉部１２１ａは、分岐吸気管１２１の周方向の一部に設けることが好ましい。

薄肉部１２１ａを分岐吸気管１２１の周方向の一部に形成する場合、その周方向での位置は、図３に示したように、分岐吸気管１２１の湾曲している方向と反対側であることが好ましい。インテークマニホールド１００に上方から衝撃力が加わったとき、フランジ１２２がエンジン１０に固定されているので、分岐吸気管１２１には、図３に白抜き矢印で示す向きの曲げモーメントが作用する。これにより、分岐吸気管１２１とフランジ１２２との境界部では、湾曲している方向と同じ側は圧縮力を受けるが、湾曲している方向と反対側は引っ張り力を受ける。

一般に、曲げモーメントによって部材が破壊するとき、引っ張り力を受けた側から破壊が進行していく。よって、本形態のように分岐吸気管１２１の湾曲している方向と反対側に薄肉部１２１ａを設けることで、分岐吸気管１２１とフランジ１２２との境界部での破壊をより効果的に生じさせることができる。以上のことから、分岐吸気管１２１の湾曲している方向と反対側の部分は、インテークマニホールド１００に上方から衝撃力が加わったときに引っ張り力が作用する部分と言い換えることができる。あるいは、分岐吸気管１２１はサージタンク部１１０に向かって湾曲しているので、分岐吸気管１２１の湾曲している方向と反対側の部分は、サージタンク部１１０と反対側の部分と言い換えることもできる。

分岐吸気管１２１に薄肉部１２１ａを形成するために分岐吸気管１２１に設けられる溝の横断面形状は特に制限はない。ただし、溝の横断面形状をＶ字型とすると、その先端部で極めて応力が集中しやすく、分岐吸気管１２１の機械的強度が必要以上に低下するおそれがある。したがって、薄肉部１２１ａを形成する溝の横断面形状は、Ｖ字型を除く形状であることが好ましく、矩形状であることがより好ましい。

以上説明したように、分岐吸気管１２１に設けられる薄肉部１２１ａは、インテークマニホールド１００の上方から衝撃力が加わったときに分岐吸気管１２１とフランジ１２２との境界部に作用する曲げモーメントを利用して分岐吸気管１２１を境界部で破壊を生じさせるように作用することによって、衝撃力を吸収する。境界部に作用する曲げモーメントの大きさは、衝撃力の大きさが同じであれば、衝撃力が加わる作用点と境界部との距離が長いほど大きい。サージタンク部１１０は、境界部とは反対側の端部で分岐吸気管１２１に接続されており、スロットル部１３０は、分岐吸気管１２１とは別の部位でサージタンク部１１０に接続されている。したがって、薄肉部１２１ａは、サージタンク部１１０やスロットル部１３０に衝撃力が加わった場合に、より大きな効果を発揮する。

ただし、スロットル部１３０は、内部にスロットルバルブを有することなどから高い機械的強度が必要とされ、一般的にサージタンク部１１０と比べて外部からの応力に対して変形しにくい構造となっている。サージタンク部１１０は、衝撃力が加わった際にサージタンク部１１０自身が変形し、このことがＨＩＣ値の低下に寄与するが、スロットル部１３０に衝撃力が加わった場合はそのことがあまり期待できない。よって、スロットル部１３０自身の剛性や、サージタンク部１１０、ポート部１２０およびスロットル部１３０の配置等も含めたインテークマニホールド１００全体の構成によっては、スロットル部１３０に衝撃力が加わったときに、ポート部１２０が破壊に至る前にＨＩＣ値が高くなってしまい、ＨＩＣ値が２０００以下にならない場合もある。

そこで、このような場合には、図４に示すように、スロットル部１３０の上面部にリブ１３１を設け、リブ１３１で衝撃力を受けることによって衝撃を吸収させることができる。衝突体がスロットル部１３０の上方から衝突すると、衝突体はスロットル部１３０に衝突する前にリブ１３１を変形させ、場合によっては破壊する。この際に、衝突体の作用時間での平均加速度が小さくなり、結果的に、スロットル部１３０自身に変形を生じさせなくてもＨＩＣ値を低くすることができる。

もちろん、リブ１３１は、スロットル部１３０の上方から衝撃力が加わったときのＨＩＣ値が２０００以下になるように、その数、配列ピッチ、高さ、厚さ等が設定される。

一方、ポート部１２０は、薄肉部１２１ａが設けられている部分自身でもあり、ポート部１２０の上方から衝撃力が加わった場合は、サージタンク部１１０やスロットル部１３０の上方から衝撃力が加わった場合と比べて、分岐吸気管１２１とフランジ１２２との境界部に作用する曲げモーメントの大きさは小さい。そのため、ポート部１２０全体の構成や分岐吸気管１２１の長さなどによっては、薄肉部１２１ａでポート部１２０が破壊する前にＨＩＣ値が高くなってしまうことがある。

そのような場合、上述したスロットル部１３０に衝撃力が加わった場合に対する考え方をポート部１２０に適用することができる。すなわち、ポート部１２０の上面部にリブを配し、ポート部１２０の上方から衝撃力が加わったときにリブで衝撃力を受け、リブを変形あるいは破壊させるようにすることによって、ＨＩＣ値を小さくすることができる。その結果、サージタンク部１１０、スロットル部１３０およびポート部１２０のどの部分に衝撃力が加わった場合でも低いＨＩＣ値が得られるインテークマニホールド１００が達成される。

しかし、ポート部１２０は一般に複数の分岐吸気管１２１が湾曲して延びた構造を有しているので、スロットル部１３０に比べてポート部１２０にリブを形成するのは困難である。そこで、リブをポート部１２０上に一体に形成するのではなく、ポート部１２０とは別体で設けることもできる。

図５に示す例では、リブ付き部材である衝撃吸収部材１４０が、ポート部１２０の上方に配置されている。衝撃吸収部材１４０は、天板１４１と、天板１４１の下面に突設されたリブ１４２とを有する。天板１４１は、ポート部１２０の全ての分岐吸気管１２１を覆うことのできるサイズを有し、かつ、分岐吸気管１２１の全体的な湾曲にほぼ倣った形状に形成されている。

衝撃吸収部材１４０は、リブ１４２の先端面を分岐吸気管１２１に接触させて、ポート部１２０の上に配置されている。リブ１４２は分岐吸気管１２１の上に単に置かれているだけであり、接着はされていなくてもよい。ポート部１２０上への衝撃吸収部材１４０の固定は、リブ１４２と分岐吸気管１２１との間ではなく、例えば、インテークマニホールド１００の分岐吸気管１２１以外の他の部分、例えばサージタンク部１１０およびスロットル部１３０の少なくとも１つと、天板１４１と、の間で行われるのが好ましい。

上述したような構成において、ポート部１２０の上方から衝突体が落下すると、衝突体は衝撃吸収部材１４０に衝突し、これによって、天板１４１の変形あるいは破壊が発生し、さらにはリブ１４２の変形、分岐吸気管１２１上での滑り、あるいは破壊が発生し、衝撃力が吸収される。この天板１４１およびリブ１４２の変形等が生じることによって、ＨＩＣ値を小さくすることができる。

衝撃吸収部材１４０は、ポート部１２０の上方からインテークマニホールド１００に衝突体を衝突させたときのＨＩＣ値が２０００以下となるように、天板１４１の厚さや、リブ１４２の高さ、厚さ、数、配列ピッチおよび方向等が設計されている。その結果、サージタンク部１１０、スロットル部１３０およびポート部１２０のいずれの部分に衝突体が衝突した場合であっても、ＨＩＣ値を２０００以下とすることができる。

例えば、リブ１４２の延びる方向は、分岐吸気管１２１の配列方向と平行な方向であることが好ましい。もちろん、リブ１４２の延びる方向を分岐吸気管１２１の配列と直交する方向、すなわち分岐吸気管１２１の延びる方向と平行とすることもできる。ただしこの場合は、リブ１４２が隣り合う２つの分岐吸気管１２１の間に位置すると、リブ１４２がこれらの分岐吸気管１２１に拘束されるなどしてリブ１４２の変形等が規制されてしまう場合があるので、リブ１４２の位置の設計に注意が必要である。したがって、上記のようにリブ１４２を設けることが好ましい。

リブ１４２を分岐吸気管１２１の配列方向と平行な方向に形成することによって、リブ１４２は各分岐吸気管１２１を跨ぐように延びることになる。分岐吸気管１２１は一般に周面が曲面であるため、リブ１４２は分岐吸気管１２１の曲面上に載せられることになる。この場合、リブ１４２の先端面に、リブ１４２が接触する分岐吸気管１２１の上面側の曲面と噛み合わせ関係にあるように凹部１４２ａを形成することが好ましい。リブ１４２にこのような凹部１４２ａを形成することによって、リブ１４２と分岐吸気管１２１との接触面積が増える。その結果、衝撃吸収部材１４０を、リブ１４２を分岐吸気管１２１に接触させた状態で安定して支持することができる。

リブ１４２の高さは、全て同じである必要はなく、場所によって異なっていてもよい。前述したように本形態では、インテークマニホールド１００に上方から衝撃力が加わった際に、分岐吸気管１２１をフランジ１２２との境界部に作用するモーメントを利用して、その境界部に設けられた薄肉部１２１ａで変形または破壊させることによって衝撃力を吸収することを意図している。分岐吸気管１２１の上方から衝撃力が加わった場合、衝撃力が加わる位置が薄肉部１２１ａに近いほど、薄肉部１２１ａでの変形等が生じにくいためＨＩＣ値が高くなりやすい傾向がある。

よって、リブ１４２によるＨＩＣ値低減の効果が要求される度合いは、薄肉部１２１ａからの距離が近いほど高く、薄肉部１２１ａからの距離が遠いほど低い。そこで、分岐吸気管１２１上に配されるリブ１４２の高さを、薄肉部１２１ａから遠い側が、薄肉部１２１ａから近い側と比べて低くなるように、薄肉部１２１ａからの距離に応じて変えることができる。さらには、薄肉部１２１ａから遠い側にはリブ１４２を配さないようにすることもできる。

その結果、ポート部１２０上に付加される部材を最小限にとどめ、軽量化および構造の簡略化を図ることができる。ポート部１２０上でリブ１４２が不要な部分がある場合には、衝撃吸収部材１４０は、ポート部１２０全体を覆うサイズである必要はなく、リブ１４２が配される領域に合わせたサイズとすることができる。

ポート部１２０の上方から衝突体が落下したときのＨＩＣ値をより効果的に低減するために、衝撃吸収部材１４０は樹脂材料で構成することが好ましい。衝撃吸収部材１４０を構成する樹脂には任意の材料を用いることができるが、ポート部１２０は比較的高温に曝される部分であること、およびＨＩＣ値を効果的に低減させるためにはある程度高い機械的強度も必要であることから、これらを考慮すると、衝撃吸収部材１４０は、ポート部１２０を構成する樹脂と同じ樹脂で構成されることが好ましい。

図５では、天板１４１と、その下面に突設されたリブ１４２とを有する衝撃吸収部材１４０を示したが、例えば図６に示すような衝撃吸収部材１５０を用いることもできる。

図６に示す衝撃吸収部材１５０は、底板１５０と、底板１５０の上面に突設されたリブ１５２とを有し、リブ１５２を上方に向けてポート部１２０上に設置される。底板１５１は、図５に示した衝撃吸収部材１４０の天板１４１と同様、分岐吸気管１２１の全体的な湾曲にほぼ倣った形状に形成されることが好ましい。また、底板１５１を、その分岐吸気管１２１との接触面に、分岐吸気管１２１の上面部の形状と対応した凹部を有する形状とすることも好ましい。リブ１５２の高さ、厚さ、数、配列ピッチおよび方向等は、図５に示した衝撃吸収部材１４０におけるリブ１４２の考え方をそのまま適用することができる。さらに、底板１５１のサイズについても、図５に示した衝撃吸収部材１４０における天板１４１の考え方をそのまま適用することができる。

以上、ポート部１２０上に配されるリブについて幾つかの例を示した。本形態では、分岐吸気管１２１に薄肉部１２１ａを設け、そのことによるＨＩＣ値の低減性能を補う構成としてリブをポート部１２０上に配した。しかし、ポート部１２０上に配されるリブは、その構成自体で、ポート部１２０上に衝撃力が加わったときのＨＩＣ値の上昇を抑制する。よって、例えば、サージタンク部１１０およびスロットル部１３０に加わった衝撃力に対してはＨＩＣ値が２０００以下であるが、ポート部１２０に加わった衝撃力に対してはＨＩＣ値が２０００を超えるような場合、分岐吸気管１２１に薄肉部１２１ａを設けることなく、ポート部１２０上にリブを配するのみで、サージタンク部１１０、スロットル部１３０およびポート部１２０のどの部分に衝撃力が加わったときでも、ＨＩＣ値を２０００以下とすることができる。この場合ももちろん、分岐吸気管１２１の薄肉部１２１ａとポート部１２０上のリブとを組み合わせてＨＩＣ値を２０００以下としてもよい。

上述した形態では、サージタンク部１１０、スロットル部１３０およびポート部１２０を有するインテークマニホールド１００を例に挙げて説明したが、インテークマニホールドの中には、サージタンク部１１０がスロットル部１３０の機能も有しており、外観上はサージタンク部とポート部のみを有しているものもある。このような場合でも、スロットル部に設けるリブを除いて、上述したＨＩＣ値低減のための構成をそのまま適用することができる。

上述したインテークマニホールド１００によれば、従来のインテークマニホールドに対して付加される構造は最小限であるので、エンジン１０の上方に設置される場合であってもエンジンフード下の空間が十分に確保され、ひいては自動車の外観を損なうことがない。

次に、インテークマニホールド１００に加わる衝撃力を吸収するための上述した種々の構成による効果を確認するために行ったシミュレーションの結果を説明する。

インテークマニホールドのモデルの基本構造として、図１および図２に示すような、サージタンク部１１０、ポート部１２０およびスロットル部１３０を有し、ポート部１２０は先端部に固定用のフランジ１２２を備え、フランジ１２２とサージタンク部１１０との間に３本の分岐吸気管１２１が延びた形状のモデルを用いた。分岐吸気管１２１の平均肉厚は３．０ｍｍとした。

インテークマニホールドの材質は、ポリアミド６（宇部興産（株）製のグレード１０１５ＧＮＫＦ）とした。その主な物性を表１に示す。また、図８に、上記ポリアミド６の応力−ひずみ応答曲線を示す。この応力−ひずみ応答曲線を求めるのに用いた試験片にはＪＩＳ Ｋ ７１１３に準じて射出成形した２号型試験片（厚さ３ｍｍ）を用いた。樹脂材料の応力ひずみ特性に与えるひずみ速度の影響を考慮するため、引張速度１ｍｍ／ｍｉｎ、１０ｍｍ／ｍｉｎ、１００ｍｍ／ｍｉｎ、１０００ｍｍ／ｍｉｎ、１００００ｍｍ／ｍｉｎで測定した。図８中の凡例は各引張速度に対応したひずみ速度（１／ｓ）を示す。

シミュレーションにおけるインテークマニホールドの拘束条件としては、固定用のボルトをモデル化し、フランジとの接触を考慮した。

インテークマニホールドに衝突させる衝突体およびその衝突条件は、国土交通省が定めた「歩行者頭部保護基準」における頭部インパクタに準拠した（直径：１６５ｍｍ、質量：４．５ｋｇ、衝突速度：３２ｋｍ／ｈ、衝突角度：９０°（鉛直下方向））。

上記条件で衝突体をインテークマニホールドのモデルに衝突させたときにモデルに作用する応力および変形等を有限要素法解析によってシミュレーションし、その結果に基づいてＨＩＣ値を計算した。

（シミュレーション１：従来モデル）
まず、分岐吸気管１２１に薄肉部１２１ａが設けられていない従来のインテークマニホールドのモデルに対し、図７に示す衝突点Ａ〜Ｃに上記条件で衝突体を衝突させたときのＨＩＣ値を求めた。衝突点Ａは、サージタンク部１１０の中央部、衝突点Ｂは、スロットル部１３０の中央部、衝突点Ｃは、上側に位置している３つの分岐吸気管１２１のうち中央の分岐吸気管１２１の、幅方向中央、かつ長手方向でフランジ１２２寄りの部分である。表２に、シミュレーションによって得られた従来モデルでのＨＩＣ値を示す。

衝突点Ａ〜Ｃのいずれも、破壊はポート部１２０のフランジ１２２との境界部で発生する。衝突点Ａでは、サージタンク部１１０が変形した後に破壊に至るるためＨＩＣ値は比較的低い値となったが、衝突点ＢおよびＣではＨＩＣ値は２０００を超えていた。

（シミュレーション２：分岐吸気管薄肉化モデル）
次に、本発明のモデルとして、各分岐吸気管１２１とフラン１２２との境界部に横断面形状が矩形の溝を設けて薄肉部１２１ａを形成したモデルについてシミュレーションを行なった。薄肉部１２１ａは、分岐吸気管１２１の湾曲形状外側の部分に分岐吸気管１２１の周方向に沿って設け、薄肉部１２１ａを形成するための溝の寸法は、分岐吸気管１２１の周方向に沿う長さが２０．０ｍｍ、深さが１．０ｍｍとした。

このモデルに対して、衝突点Ａに衝突体を衝突させた場合をシミュレーションした。シミュレーションによって得られたＨＩＣ値を表３に示す。

分岐吸気管薄肉化モデルでは、従来モデルと比較してポート部１２０の破壊タイミングが早くなり、ＨＩＣ値も低下した。これは、薄肉部１２１ａによる効果であると考えられる。

なお、本モデルにおいて、サージタンク部１１０の下方のギャップの大きさについても検討した。そのために、サージタンク部１１の下方に剛体板が存在すると仮定し、サージタンク部１１０と剛体板とのギャップの大きさを１５ｍｍ〜２５ｍｍの範囲で変更して上記と同様のシミュレーションを行なった。その結果を表４に示す。

表４より、ギャップが１５ｍｍ以上あれば、２０００以下のＨＩＣ値を確保できることが分る。

（シミュレーション３：スロットル部リブ付きモデル）
次に、スロットル部１３０におけるＨＩＣ値の低減効果を確認するため、図４に示すようなリブ１３１をスロットル部１３０に設けたモデルを用い、衝突点Ｂに衝突体を衝突させた場合をシミュレーションした。リブ１３１は、スロットル部１３０の上面に、スロットル部１３０幅方向と平行に延び、３０ｍｍピッチでスロットル部１３０の延びる方向に配列されたものとした。また、リブ１３１のスロットル部１３０の上面からの高さは１０ｍｍ、リブ１３１の厚さは２ｍｍとした。

シミュレーションによって得られた結果を表５に示す。

スロットル部１３０にリブ１３１を設けることにより、リブ１３１の変形および破壊によって衝撃が吸収され、荷重のピーク値の発生が遅延するとともに、ピーク値自身も低下した。その結果、ＨＩＣ値は大幅に低下した。このことは、表１と比較しても明らかである。

（シミュレーション４：衝撃吸収部材付加モデル）
次に、ポート部１２０でのＨＩＣ値の低減効果を確認するため、図５に示すような衝撃吸収部材１４０を、シミュレーション１で用いたモデルのポート部１２０上に配置したモデルを用いてシミュレーションを行なった。

衝撃吸収部材１４０の材質は、インテークマニホールドの本体と同じポリアミド６（宇部興産（株）製のグレード１０１５ＧＮＫＦ）とした。衝撃吸収部材１４０は、天板１４１と、その下面に一体に設けられた複数のリブ１４２とを有している。リブ１４２は、分岐吸気管１２１が配列されている方向と平行に延びている。また、リブ１３１の先端には、分岐吸気管１２１と噛み合う凹部１４２ａが形成されている。

天板１４１の厚さは３．４ｍｍとした。リブ１３１の配列ピッチは２０ｍｍとした。リブ１３１の高さは、分岐吸気管１２１の長手方向について、フランジ１２２との境界部から中間部まで２０〜２９ｍｍの範囲で徐々に高くなり、かつ、また、中間部を超えた位置からサージタンク部１１０との付け根までは１７ｍｍとした。リブ１３１には１．０°の抜きテーパを設け、リブ１３１の先端の肉厚は、分岐吸気管１２１の長手方向について、フランジ１２２との境界部から中間部までは１．５ｍｍ、中間部からサージタンク部１１０との付け根近傍までは１．６ｍｍ、サージタンク部１１０との付け根近傍では１．４ｍｍとした。

さらに、本シミュレーションでは、種々の衝突モードでのＨＩＣ値を確認するため、上記衝突点Ｃの他に、衝突点Ｃと同じ分岐吸気管１２１の、幅方向中央、かつサージタンク部１１０寄りの衝突点Ｄについてもシミュレーションを行なった。また、衝突角度についても、９０°の他に、５０°および６５°でシミュレーションを行なった。シミュレーションによって得られたＨＩＣ値を表６に示す。

表６より、上記のような衝撃吸収部材１４０を付加することで、全ての場合で２０００以下のＨＩＣ値が得られた。

上述したシミュレーション２〜４を総合すれば、分岐吸気管１２１に薄肉部１２１ａを設け、スロットル部１３０にリブ１３１を設け、かつ、ポート部１２０上に衝撃吸収部材１４０を配置することで、サージタンク部１１０、ポート部１２０およびスロットル部１３０のいずれの部分に衝突体が衝突したとしても、２０００以下のＨＩＣ値を達成することができる。もちろん、インテークマニホールドの形状や寸法によっては、分岐吸気管１２１の薄肉部１２１ａ、スロットル部１３０のリブ１３１およびポート部１２０上の衝撃吸収部材１４０のうち少なくとも１つを有してＨＩＣ値を２０００以下とすることもできる。

上述したシミュレーションでは、インテークマニホールドを自動車に搭載した状態ではなく、衝突体がインテークマニホールドに直接衝突するものとしてシミュレーションを行なっている。しかし、実際にインテークマニホールドを自動車等に搭載した場合は、インテークマニホールドはエンジンフードで覆われているので、インテークマニホールドに作用する衝撃力はエンジンフードによって多少は緩和される。よって、実際のＨＩＣ値は、上記のシミュレーションで得られた結果よりも低い値であると考えられる。

本発明の一実施形態によるインテークマニホールドの斜視図である。 図１に示すインテークマニホールドの平面図である。 図１に示すインテークマニホールドの、薄肉部が形成された部分でのポート部の要部断面図である。 スロットル部にリブを付加した例を示す斜視図である。 ポート部上に配置される衝撃吸収部材を配置した場合の、インテークマニホールドの斜視図である。 衝撃吸収部材の他の例を示す斜視図である。 シミュレーションにおける衝突点を示す、インテークマニホールドのモデルの平面図である。 シミュレーションで用いたポリアミド６の応力−ひずみ応答曲線を示すグラフである。

符号の説明

１０ エンジン
１００ インテークマニホールド
１１０ サージタンク部
１２０ ポート部
１２１ 分岐吸気管
１２１ａ 薄肉部
１２２ フランジ
１３０ スロットル部
１３１ リブ
１４０、１５０ 衝撃吸収部材
１４１ 天板
１４２、１５２ リブ
１５１ 底板

Claims (9)

1. 内燃機関に空気または空気と燃料との混合気を供給するのに用いられる、サージタンク部と、該サージタンク部に接続されたポート部と、を有するインテークマニホールドにおいて、
   前記ポート部は、前記サージタンク部から延びた複数の分岐吸気管と、該複数の分記吸気管の先端部に一体に設けられたフランジと、を有し、
   前記複数の分岐吸気管と前記フランジとの境界部に、前記分岐吸気管の外周面に横断面形状が矩形の溝を形成することによって構成された、前記分岐吸気管の平均肉厚よりも肉厚の薄い薄肉部が、前記分岐吸気管の周方向に沿って、かつ該周方向の少なくとも一部に形成されていることを特徴とするインテークマニホールド。
2. 前記インテークマニホールドが前記内燃機関に取り付けられた状態において、前記分岐吸気管は、前記内燃機関の上部から前記サージタンク部の側部に向かって湾曲しながら延びており、前記薄肉部は、前記分岐吸気管と前記フランジとの境界部近傍であって、前記分岐吸気管の湾曲している方向と反対側の部分に設けられている、請求項１に記載のインテークマニホールド。
3. 前記ポート部上に配された、リブを備えた衝撃吸収部をさらに有する、請求項１または２に記載のインテークマニホールド。
4. 前記衝撃吸収部は、プレート部材と該プレート部材の片面に設けられたリブとを有する、請求項３に記載のインテークマニホールド。
5. 前記プレート部材は、前記ポート部の上方に配置されている、請求項４に記載のインテークマニホールド。
6. 前記リブは、前記分岐吸気管の配列方向に延びている、請求項３から５のいずれか１項に記載のインテークマニホールド。
7. 前記リブは、前記分岐吸気管とフランジとの境界部からの距離が遠い方が、近い方に比べて高さが低くなるように形成されている、請求項３から６のいずれか１項に記載のインテークマニホールド。
8. 前記衝撃吸収部は、前記ポート部と同じ材料で構成されている、請求項３から７のいずれか１項に記載のインテークマニホールド。
9. 前記サージタンク部に接続されたスロットル部をさらに有し、
   前記スロットル部の上面部にリブが設けられている、請求項１から８のいずれか１項に記載のインテークマニホールド。

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