JP2000027642A - 多気筒内燃機関の排気マニホルド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 多気筒内燃機関の排気マニホルドの熱応力の
吸収、熱歪みやクラックの発生の防止、排気ガス保温性
の向上による排気ガス浄化性能の向上等を図る。 【解決手段】 排気マニホルド１の薄肉分岐パイプの分
岐パイプ４-1〜４-4のうち、排気行程の重ならない一対
の気筒の各排気ポートにそれぞれ連なる一対の分岐パイ
プ４-1、４-4；４-2、４-3の下流端17-1、17-4；17-2、
17-3が、断面扇形もしくは半円形の板金製集合管５-1、
５-2に連なり、集合管５-1、５-2が集合されて、分岐パ
イプ４-1〜４-4の下流端17-1〜17-4の全体が断面略円形
に集束される。分岐パイプ４-1〜４-4および集合管５-
1、５-2の外周には、空間７をおいて板金製ケース６
（６-1、６-2）が装着され、分岐パイプ４-1〜４-4およ
びケース６の分岐上流端26-1〜26-4は、上流側フランジ
２に溶接され、集合管５-1、５-2およびケース６の下流
端は、下流側フランジ３に溶接される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願の発明は、自動車等に搭
載される多気筒内燃機関の排気マニホルドに関し、特に
排気ガスによる加熱に対する耐久性と信頼性に優れ、排
気ガス保温性が高くて、排気ガス浄化性能の良好な多気
筒内燃機関の排気マニホルドに関する。

【０００２】

【従来技術】鋳造排気マニホルドでは、肉厚が厚くて重
量が大きいため、内燃機関、ひいては、これを搭載して
いる車体の軽量化の阻害原因となり、また、熱容量の増
大により、始動時に排気ガスが冷却されて、排気ガス浄
化用触媒の初期機能が低下する不具合がある。

【０００３】そこで、このような鋳造排気マニホルドの
不具合を解消した多気筒内燃機関の排気マニホルドとし
て、特開平９−１７７５４９号公報、特開平８−６１０
５８号公報、特開平５−１８１９号公報等に記載された
ものがある。

【０００４】これらの公報に記載された多気筒内燃機関
の排気マニホルドは、いずれも、各気筒の排気ポートに
連なる分岐パイプがステンレス鋼等の鋼管とされ、複数
の分岐パイプの排気下流側端部が互いに収束されて、単
一の集合管に接合され、それらの隣接する端面間が溶接
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このため、各分岐パイ
プの排気下流側端部は、集合管や隣接する分岐パイプの
排気下流側端部に対して自由に伸縮できないので、熱応
力が発生し、該熱応力に起因する歪みやクラックの発生
を完全に防止し得るものではなかった。

【０００６】本願の発明は、このような問題点を解決し
て、熱応力を吸収し、熱応力に起因する歪みやクラック
の発生を防止して、排気ガスによる加熱に対する耐久性
と信頼性を向上させるとともに、排気ガス保温性が高く
て、排気ガス浄化性能の良好な多気筒内燃機関の排気マ
ニホルドを提供することを課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段および効果】本願の発明
は、前記のような課題を解決した多気筒内燃機関の排気
マニホルドに係わり、その請求項１に記載された発明
は、排気マニホルドの複数の薄肉分岐パイプの各上流端
が、内燃機関の各気筒の排気ポートにそれぞれ連なり、
これらの分岐パイプのうち、排気行程の重ならない一対
の気筒の各排気ポートにそれぞれ連なる一対の分岐パイ
プの下流端が、断面扇形もしくは半円形の集合管に連な
り、前記集合管の複数が集合されて、前記複数の分岐パ
イプの下流端の全体が断面略円形に集束され、前記分岐
パイプおよび前記集合管の外周には、空間をおいて板金
製ケースが装着され、前記分岐パイプおよび前記ケース
の分岐上流端は、上流側フランジに溶接され、前記集合
管および前記ケースの下流端は、下流側フランジに溶接
された多気筒内燃機関の排気マニホルドにおいて、前記
一対の分岐パイプの下流端が前記集合管に連なる部分の
スライド部は、前記集合管に嵌合されて、前記分岐パイ
プの長手方向に沿って相対摺動可能にされ、かつ、前記
集合管に形成された内方突出部と前記ケースに形成され
た内方突出部とにより外方より押さえられて保持された
ことを特徴とする多気筒内燃機関の排気マニホルドであ
る。

【０００８】請求項１に記載された発明は、前記のよう
に構成されているので、一対の薄肉分岐パイプの下流端
が板金製集合管に連なる部分のスライド部は、集合管に
嵌合されて、分岐パイプの長手方向に沿って相対摺動可
能にされる。

【０００９】この結果、複数の分岐パイプの下流端が集
合管に収束する部分の合わせ面に作用する熱応力が吸収
され、熱応力に起因する歪みやクラックの発生が防止さ
れる。また、ケースに熱応力が生ずることも防止され
る。これらにより、排気ガスによる加熱に対する排気マ
ニホルドの耐久性と信頼性が向上する。

【００１０】また、一対の分岐パイプのスライド部は、
集合管に形成された内方突出部とケースに形成された内
方突出部とにより外方より押さえられて保持されるの
で、排気ガスの熱がこれらの集合管およびケースを伝わ
って外部に輻射熱として放散される熱量が減少する。ま
た、分岐パイプおよび集合管の外周とケースとの間に形
成された空間は、断熱空間として機能する。これらによ
り、断熱性に優れた排気マニホルドを得ることができ、
機関室（エンジンルーム）内の雰囲気温度を低温に維持
することができる。

【００１１】さらに、排気マニホルドが断熱性に優れて
いることに加えて、薄肉分岐パイプと板金製集合管と
は、排気ガスの熱により急速に過熱されるので、排気ガ
スを高温に保持することができる。これにより、内燃機
関の始動直後であっても、排気ガス浄化用触媒が即活性
化され、排気ガスを十分に浄化することが可能になる。

【００１２】また、一対の分岐パイプの下流端が集合管
に連なる部分のスライド部が集合管に嵌合されて、分岐
パイプの長手方向に沿って相対摺動可能にされていて
も、この嵌合部は、ケースに形成された内方突出部によ
り外方より押えられて保持されるため、内燃機関で発生
した振動が排気マニホルドに伝達されても、この嵌合部
の振動は確実に抑制される。また、この嵌合部の振動に
より、分岐パイプや集合管に応力が発生するようなこと
もない。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし図７に図示され
る本願の請求項１に記載された発明の一実施形態につい
て説明する。図１は、本実施形態における多気筒内燃機
関の排気マニホルドの正面図、図２は、図１の側面図、
図３は、図２の部分拡大図、図４は、図１の排気マニホ
ルドの複数の分岐パイプの集合部および下流側フランジ
部分の一部破断平面図、図５は、図４のＸ方向から見た
側面図、図６は、図４のＶＩ−ＶＩ線で切断した断面
図、図７は、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した断面図
である。

【００１４】図１において、本実施形態における多気筒
内燃機関の排気マニホルド１は、図示されない乗用車に
搭載される直列４気筒４ストローク内燃機関に使用され
る排気マニホルドであって、スチール製上流側フランジ
２と、スチール製下流側フランジ３と、４本の分岐パイ
プたるステンレス製エキマニパイプ４-1〜４-4と、２本
の断面半円形の板金ステンレス製集合管５-1、５-2と、
エキマニパイプ４-1〜４-4および集合管５-1、５-2を断
熱空間７（図２、図４、図６、図７参照）をおいて気密
に覆う板金製ケースたるステンレス製エキマニケース６
とよりなっている。

【００１５】上流側フランジ２には、内燃機関の図示さ
れないシリンダヘッドの排気ポートの下流開口にそれぞ
れ連なる４個の連通孔10-1〜10-4と、該シリンダヘッド
にネジ止めされるボルトを通すための複数のボルト孔11
とが形成され、下流側フランジ３には、ガスケットを着
座させるための環状凹部12と、図示されない排気管もし
くは排気ガス浄化用触媒装置の上流端のフランジを貫通
するオネジ13がネジ止めされたネジ孔14と、図示されな
いシリンダブロックにブラケットを介して接続するため
のボルト孔15とが形成されている。

【００１６】集合管５-1、５-2は、パイプ材を変形させ
ることにより形成されているが、プレス成形も可能であ
る。図１において上方の集合管５-1の上流開口端部21-1
には、図６および図７により良く図示されているよう
に、一対のエキマニパイプ４-2、４-3の下流端17-2、17
-3が相対摺動可能に嵌込まれている（下流端17-2は図示
されず）。これらの下流端17-2、17-3の断面形状は、１
／４円弧状にされている。

【００１７】また、図１において下方の集合管５-2の上
流開口端部21-2には、図６および図７により良く図示さ
れているように、一対のエキマニパイプ４-1、４-4の下
流端17-1、17-4が相対摺動可能に嵌込まれている（下流
端17-1は図示されず）。これらの下流端17-1、17-4の断
面形状は、１／４円弧状にされている。

【００１８】集合管５-1、５-2は、図５および図７によ
り良く図示されているように、これらが円形に集合され
ることにより、エキマニパイプ４-1〜４-4の各断面１／
４円弧状の下流端17-1〜17-4の全体を断面略円形に集束
させる。

【００１９】エキマニケース６は、２枚のプレス成型さ
れた表側ケース半体６-1と裏側ケース半体６-2とが最中
状に合わされ、その当接外周部全周にわたり溶接でもっ
て一体に結合され、その分岐上流端部26-1〜26-4は、エ
キマニパイプ４-1〜４-4の上流端16-1〜16-4の外周にそ
れぞれ密接して、上流側フランジ２の連通孔10-1〜10-4
に嵌込まれ、図２および図３の太線で図示されるよう
に、溶接でもって、上流側フランジ２の連通孔10-1〜10
-4と、エキマニパイプ４-1〜４-4の上流端16-1〜16-4
と、エキマニケース６の分岐上流端部26-1〜26-4とが、
相互に一体に結合されている。なお、図２および図３に
おいては、第１気筒に連なるこれらの溶接結合部のみが
図示されている。

【００２０】エキマニケース６の表裏側各ケース半体６
-1、６-2の集合下流端部27-1、27-2は、図４ないし図６
に図示されるように、集合管５-1、５-2の湾曲外周面に
密接して、下流側フランジ３の孔20に嵌め込まれ、溶接
でもって、下流側フランジ３の孔20と、集合管５-1、５
-2の湾曲外周面と、表裏側各ケース半体６-1、６-2の集
合下流端部27-1、27-2とが、それぞれ相互に一体に結合
されている。

【００２１】エキマニパイプ４-1〜４-4の下流端17-1〜
17-4が集合管５-1、５-2に連なる部分のスライド部25-1
〜25-4は、図６および図７により良く図示されているよ
うに、集合管５-1、５-2の上流開口端部21-1、21-2にそ
れぞれ対（25-2と25-3、25-1と25-4）をなして嵌合さ
れ、各パイプ４-1〜４-4の長手方向に沿って相対摺動可
能にされている。

【００２２】ここで、エキマニパイプ４-1〜４-4のスラ
イド部25-1〜25-4は、それらの曲面部と集合管５-1、５
-2の上流開口端部21-1、21-2に接触する側の平面部とに
おいて、集合管５-1、５-2の上流開口端部21-1、21-2に
相対摺動可能に保持されている。

【００２３】また、エキマニパイプ４-1のスライド部25
-1とエキマニパイプ４-4のスライド部25-4との対向平面
間、およびエキマニパイプ４-2のスライド部25-2とエキ
マニパイプ４-3のスライド部25-3との対向平面間も溶接
されていないので、これらの平面間も相対摺動可能に保
持されている。

【００２４】結局、エキマニパイプ４-1〜４-4のスライ
ド部25-1〜25-4の各々は、３面で相対摺動可能に保持さ
れるので、エキマニパイプ４-1〜４-4は、相互に独立し
て熱伸縮が可能である。

【００２５】また、エキマニパイプ４-1〜４-4のスライ
ド部25-1〜25-4は、集合管５-1、５-2の曲面部にそれぞ
れ形成された内方突出部28-1、28-2と、表裏側各ケース
半体６-1、６-2の周面にそれぞれ形成された内方突出部
29-1、29-2とにより、外方より押さえられて保持されて
いる。

【００２６】集合管５-1の内方突出部28-1と表側ケース
半体６-1の内方突出部29-1、集合管５-2の内方突出部28
-2と裏側ケース半体６-2の内方突出部29-2は、それぞれ
当接し合うようにして、同じ周方向位置に形成されてい
る。エキマニパイプ４-1〜４-4は、上下流側フランジ
２、３間においては、この個所においてのみ、表裏側各
ケース半体６-1、６-2により外方より押さえられて保持
されている。

【００２７】なお、エキマニパイプ４-1〜４-4のスライ
ド部25-1〜25-4と集合管５-1、５-2との摺接部、および
集合管５-1、５-2の内方突出部28-1、28-2と表裏側各ケ
ース半体６-1、６-2の内方突出部29-1、29-2との各当接
部は、メタルタッチとせずに、図８に図示されるよう
に、半円形帯状のスチール製メッシュ30-1、30-2および
円形帯状のスチール製メッシュ31をそれぞれ介装するよ
うにしてもよい。このようにすると、断熱性を保持させ
つつ、エキマニパイプ４-1〜４-4のスライド部25-1〜25
-4と集合管５-1、５-2との摺動部の摺動をより一層円滑
に行わせることができる。

【００２８】スチール製メッシュ30-1、30-2、31を介装
するに際しては、スポット溶接を行なうか、図８に図示
されるように、集合管５-1、５-2の周壁の少なくとも一
部および表裏側各ケース半体６-1、６-2の半周壁の少な
くとも一部に外方に膨出した凹部を形成して、これらの
凹部にスチール製メッシュ30-1、30-2、31をそれぞれ抱
持させるようにすれば、これらのメッシュを確実に固定
して脱落を防止することができる。

【００２９】集合管５-1、５-2の下流開口端部22-1、22
-2は、下流側フランジ３より図４において下方、図６に
おいて左方に突出して、図示されない排気管もしくは排
気ガス浄化用触媒装置との接続部をなしている。排気管
は、単管内に仕切板を備えており、これにより、排気ガ
ス通路が２分されている。このように排気管内が２分さ
れて形成された各排気ガス通路部分は、集合管５-1、５
-2の下流開口端部22-1、22-2のいずれかと連通接続され
る。

【００３０】エキマニケース６の外周面は、図示されて
はいないが、グラスウールのような耐熱性に富んだ吸音
材が当てがわれて、その外面がエキマニカバーで覆われ
てもよい。このようにすると、吸音性能と断熱性能とを
さらに向上させることができる。

【００３１】本実施形態は、前記のように構成されてい
るので、さらに、次のような作用、効果を奏することが
できる。図示されない内燃機関が運転を開始すると、各
気筒の燃焼室で発生した高温排気ガスが、図示されない
排気ポートから上流側フランジ２の連通孔10-1〜10-4、
エキマニパイプ（薄肉分岐パイプ）４-1〜４-4および板
金製集合管５-1、５-2を介して図示されない排気管もし
くは排気ガス浄化用触媒装置に排出される。

【００３２】ここで、エキマニパイプ４-1〜４-4の下流
端17-1〜17-4が集合管５-1、５-2に連なる部分のスライ
ド部25-1〜25-4は、集合管５-1、５-2の上流開口端部21
-1、21-2に対をなして嵌合され、各パイプの長手方向に
沿って相対摺動可能に保持されている。また、エキマニ
パイプ４-1のスライド部25-1とエキマニパイプ４-4のス
ライド部25-4との対向平面間、およびエキマニパイプ４
-2のスライド部25-2とエキマニパイプ４-3のスライド部
25-3との対向平面間も溶接されておらず、相対摺動可能
に保持されている。

【００３３】この結果、エキマニパイプ４-1〜４-4の下
流端17-1〜17-4が集合管５-1、５-2に収束する部分の合
わせ面（摺動面）に作用する熱応力およびエキマニパイ
プ４-1〜４-4のスライド部25-1〜25-4の各対向平面間に
作用する熱応力が吸収されて、熱応力に起因する歪みや
クラックの発生が防止される。さらに、エキマニケース
６に熱応力が生ずることも防止される。これらにより、
排気ガスによる加熱に対する排気マニホルド１の耐久性
と信頼性が向上する。

【００３４】また、エキマニパイプ４-1〜４-4のスライ
ド部25-1〜25-4は、集合管５-1、５-2に形成された内方
突出部28-1、28-2とエキマニケース６の表裏側各ケース
半体６-1、６-2に形成された内方突出部29-1、29-2とに
より外方より押さえられて保持されるので、排気ガスの
熱がこれら集合管５-1、５-2およびエキマニケース６を
伝わって外部に輻射熱として放散される熱量が減少す
る。さらに、エキマニパイプ４-1〜４-4および集合管５
-1、５-2の外周とエキマニケース６との間に形成される
空間７は、断熱空間として機能する。これらにより、断
熱性に優れた排気マニホルド１を得ることができ、機関
室（エンジンルーム）内の雰囲気温度を低温に維持する
ことができる。

【００３５】また、排気マニホルド１が断熱性に優れて
いることに加えて、薄肉エキマニパイプ４-1〜４-4と板
金製集合管５-1、５-2とは、排気ガスの熱により急速に
過熱されるので、排気ガスを高温に保持することができ
る。この結果、内燃機関の始動直後であっても、排気ガ
ス浄化用触媒が即活性化され、排気ガスを十分に浄化す
ることが可能になる。

【００３６】さらに、エキマニパイプ４-1〜４-4のスラ
イド部25-1〜25-4が集合管５-1、５-2の上流開口端部21
-1、21-2に嵌合されて、各エキマニパイプ４-1〜４-4の
長手方向に沿って相対摺動可能にされていても、この嵌
合部は、エキマニケース６の表裏側各ケース半体６-1、
６-2に形成された内方突出部29-1、29-2でもって内方へ
押えられて保持されるため、図示されない内燃機関で発
生した振動が排気マニホールド１に伝達されても、この
嵌合部の振動は確実に抑制される。

【００３７】また、図示されない内燃機関の４個の気筒
では、１、３、４、２番気筒の順序で等間隔に燃焼を起
し、かつ、燃焼間隔が遠く排気行程の重ならない１、４
番気筒の各排気ポートに連なるエキマニパイプ４-1、４
-4の下流端17-1、17-4と、燃焼間隔が遠く排気行程の重
ならない２、３番気筒の各排気ポートに連なるエキマニ
パイプ４-2、４-3の下流端17-2、17-3とが、それぞれ対
をなして集合管５-1、５-2の上流開口端部21-1、21-2に
それぞれ嵌合されるので、排気干渉を起こすことがな
く、排気の動的効果が充分に発揮されて、吸入効率が間
接的に増大し、機関出力および効率を高水準に維持する
ことができる。加えて、排気干渉に伴う放射音を低減す
ることができる。

【００３８】また、エキマニパイプ４-1〜４-4のスライ
ド部25-1〜25-4が集合管５-1、５-2の上流開口端部21-
1、21-2に相対摺動可能に嵌合される部分の気密が完全
に保持されなくても、エキマニパイプ４-1〜４-4および
集合管５-1、５-2の外周がエキマニケース６でもって気
密に密閉されているので、排気の漏れを未然に阻止する
ことができる。

【００３９】さらに、エキマニパイプ４-1〜４-4の各下
流端17-1〜17-4は、平行に揃えられて、集合管５-1、５
-2の上流開口端部21-1、21-2に対をなしてそれぞれ嵌合
され、かつ、集合管５-1、５-2の下流開口端部22-1、22
-2に向けて開口されているので、排気ガスの流れが整流
されて、大きな乱れを起こさずに円滑に排気マニホルド
１内を流れることができ、排気抵抗が低下して、吸入効
率の向上も可能になる。加えて、排気ガス流の乱れに伴
う放射音を低減することができる。

【００４０】また、エキマニパイプ４-1〜４-4の各々
は、それら相互および集合管５-1、５-2に対して、それ
ぞれ自由にスライド可能であるので、前記のとおり、熱
伸縮による熱応力発生が抑制されるとともに、振動によ
る応力発生も防止され、エキマニパイプ４-1〜４-4と集
合管５-1、５-2との耐久性がさらに向上する。

【００４１】さらにまた、各気筒の排気ガスを集合させ
る大きな集合部が必要とされないので、排気マニホルド
１をコンパクトに形成することが可能であり、これによ
り、外部への放熱面積も減少して、この面からも、排気
ガスの保温能力を高く維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願の請求項１に記載された発明の一実施形態
における多気筒内燃機関の排気マニホルドの正面図であ
る。

【図２】図１の側面図である。

【図３】図２の部分拡大図である。

【図４】図１の排気マニホルドの複数の分岐パイプの集
合部および下流側フランジ部分の一部破断平面図であ
る。

【図５】図４のＸ方向から見た側面図である。

【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線で切断した断面図である。

【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線で切断した断面図であ
る。

【図８】分岐パイプが集合管に連なる部分の変形例を示
す図６に対応する図である。

【符号の説明】

１…排気マニホルド、２…上流側フランジ、３…下流側
フランジ、４-1〜４-4…エキマニパイプ（分岐パイ
プ）、５-1、５-2…集合管、６…エキマニケース、６-1
…表側ケース半体、６-2…裏側ケース半体、７…断熱空
間、10-1〜10-4…連通孔、11…ボルト孔、12…環状凹
部、13…オネジ、14…ネジ孔、15…ボルト孔、16-1〜16
-4…エキマニパイプ上流端、17-1〜17-4…エキマニパイ
プ下流端、20…孔、21-1、21-2…集合管上流開口端部、
22-1、22-2…集合管下流開口端部、25-1〜25-4…エキマ
ニパイプスライド部、26-1〜26-4…エキマニケース分岐
上流端部、27-1、27-2…エキマニケース集合下流端部、
28-1、28-2…集合管内方突出部、29-1、29-2…エキマニ
ケース内方突出部、30-1、30-2、31…メッシュ、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤森 浩一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 橋本 宏 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3G004 BA04 BA05 DA02 DA12 DA14 EA01 FA04 GA04

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気マニホルドの複数の薄肉分岐パイプ
   の各上流端が、内燃機関の各気筒の排気ポートにそれぞ
   れ連なり、 これらの分岐パイプのうち、排気行程の重ならない一対
   の気筒の各排気ポートにそれぞれ連なる一対の分岐パイ
   プの下流端が、断面扇形もしくは半円形の板金製集合管
   に連なり、 前記集合管の複数が集合されて、前記複数の分岐パイプ
   の下流端の全体が断面略円形に集束され、 前記分岐パイプおよび前記集合管の外周には、空間をお
   いて板金製ケースが装着され、 前記分岐パイプおよび前記ケースの分岐上流端は、上流
   側フランジに溶接され、 前記集合管および前記ケースの下流端は、下流側フラン
   ジに溶接された多気筒内燃機関の排気マニホルドにおい
   て、 前記一対の分岐パイプの下流端が前記集合管に連なる部
   分のスライド部は、前記集合管に嵌合されて、前記分岐
   パイプの長手方向に沿って相対摺動可能にされ、かつ、
   前記集合管に形成された内方突出部と前記ケースに形成
   された内方突出部とにより外方より押さえられて保持さ
   れたことを特徴とする多気筒内燃機関の排気マニホル
   ド。