JP2000145442A - エンジンの保温型排気マニホールド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気集合管の内側集合管を，対向端部を線状
に溶接される一対の内側集合管半体で構成した保温型排
気マニホールドにおいて，内側集合管の溶接部及び非溶
接部間に発生する，熱膨張係数の差による熱歪みを軽減
し得るようにして，その薄肉化を極力可能する。 【解決手段】 排気集合管６₁ ，６₂ の内側集合管１５
を，その半径方向に２分割された一対の内側集合管半体
１５ａ，１５ｂで構成し，その対向端部を，その端縁に
沿って形成される線状の溶接部２３により結合し，その
溶接部２３を分断するように透孔２４を内側集合管１５
に設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，上部フランジと，
この上部フランジに各上流側端部が結合される複数の排
気単管と，これら排気単管の下流側端部に結合される排
気集合管と，この排気集合管の下流側端部に結合される
下部フランジとを備え，各管を断熱空間を挟んで配置さ
れる内外二重壁で構成した，エンジンの保温型排気マニ
ホールドの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】かゝる保温型排気マニホールドは，例え
ば特開平９−２８００４６号公報に開示されているよう
に，公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かゝるエンジンの保温
型排気マニホールドには，特に内壁のヒートマスを小さ
くして，これを通る排ガスの温度低下を極力抑えること
及び軽量化のために，その内壁をできるだけ薄肉にする
ことが要求される。排気マニホールドにおいて排ガスの
温度低下を抑えることは，排ガスを排気マニホールドか
ら下流の触媒コンバータに移行させたとき，その活性化
を促進して，排ガスの浄化効率を高める上に重要であ
る。

【０００４】ところで，排気集合管は，その形状が比較
的複雑であるため，成形や組立の都合から，これを構成
する内側集合管及び外側集合管を二つ割り構造を採用し
て，分割された一対の半体を溶接により結合することが
一般に行われている。この場合，特に，内側集合管を，
前述のような必要性から薄肉に形成すると，熱膨張時，
内側集合管には，その溶接部及び非溶接部の熱膨張係数
の差による熱歪みが発生して，亀裂が生ずる虞があるた
め，内側集合管の薄肉化にも或る限界があった。

【０００５】本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたも
ので，内側集合管の溶接部及び非溶接部に発生する熱歪
みを軽減し得るようにして，その更なる薄肉化を可能
し，排ガスの浄化効率の向上に寄与し得る，前記保温型
排気マニホールドを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に，本発明は，上部フランジと，この上部フランジに各
上流側端部が結合される複数の排気単管と，これら排気
単管の下流側端部に結合される排気集合管と，この排気
集合管の下流側端部に結合される下部フランジとを備
え，各管を断熱空間を挟んで配置される内外二重壁で構
成した，エンジンの保温型排気マニホールドにおいて，
前記排気集合管を，半径方向に分割された一対の内側集
合管半体の対向端部を，その端縁に沿って形成される線
状の溶接部により結合してなる内側集合管と，この内側
集合管を囲繞する外側集合管とで構成し，前記内側集合
管には，前記溶接部を長手方向に分断する透孔を設けた
ことを第１の特徴とする。

【０００７】この第１の特徴によれば，線状の溶接部を
透孔により分断したことにより，内側集合管の溶接部及
び非溶接部間に生ずる熱膨張率の差による熱歪みは減少
する。しかも，内側集合管に生じた熱歪みは，内側集合
管が前記透孔周りで変形することにより緩和される。こ
うして，熱歪みによる内側集合管の破損が回避されるの
で，内側集合管の薄肉化を一層図ることができる。

【０００８】また本発明は，上記特徴に加えて，前記内
側集合管に，前記溶接部の溶接開始点及び溶接終了点を
切除する切欠きを設けたことを第２の特徴とする。

【０００９】この第２の特徴によれば，溶接の開始点及
び終了点に発生し易い溶接欠陥を前記切欠きにより除去
することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を，添付図面
に示す本発明の実施例に基づいて以下に説明する。

【００１１】図１〜図７は本発明の第１実施例を示すも
ので，図１は本発明の保温型排気マニホールドをエンジ
ンへの取付け状態で示す側面図，図２は上記排気マニホ
ールドの斜視図，図３は上記排気マニホールドの一部縦
断正面図，図４は図３の４部拡大図，図５は図４の５−
５線断面図，図６は図１の６−６線断面図，図７は上記
排気マニホールドにおける内側集合管の側面図であり，
図８は本発明の第２実施例に係る排気マニホールドの縦
断正面図である。

【００１２】先ず，本発明の第１実施例について説明す
る。

【００１３】図１〜図３において，４気筒エンジンＥの
シリンダヘッド１の前面に，その気筒に対応して４本の
排気ポート２₁ 〜２₄ が開口しており，これら排気ポー
ト２ ₁ 〜２₄ から排出される排ガスを誘導する，本発明
の保温型排気マニホールドＭが複数のスタッドボルト３
及びナット４によりシリンダヘッド１に取付けられる。
この排気マニホールドＭは，前記４本の排気ポート２₁
〜２₄ に個別に連通する４本の排気単管５₁ 〜５₄ を備
えており，これらを図３で上流端左側から第１〜第４排
気単管と呼ぶことにする。

【００１４】第１〜第４排気単管５₁ 〜５₄ の上流側端
部に上部フランジ７が接続され，第２及び第３排気単管
５₂ ，５₃ の下流側端部に第１排気集合管６₁ が接続さ
れ，第１及び第４排気単管５₁ ５₄ の下流側端部に第２
排気集合管６₂ が接続される。そして第１及び第２排気
集合管６₁ ，６₂ の下流側端部に下部フランジ８が接続
される。上部フランジ７は，前記スタッドボルト３及び
ナット４によりシリンダヘッド１に固着されるものであ
り，下部フランジ８には，車両の床下に配置される図示
しない共通の触媒コンバータ（排気浄化装置）に連なる
中間排気管２１が接続される。尚，下部フランジ８に
は，上記触媒コンバータを直接接続することもできる。

【００１５】各排気単管５₁ 〜５₄ は，内外２重に配置
した内側単管１０及び外側単管１１からなるもので，内
側及び外側単管１０，１１間には筒状の断熱空間１２が
形成される。内側単管１０は薄肉のステンレス鋼管製で
あり，外側単管１１もステンレス鋼管製であるが，内側
単管１０よりは厚肉である。

【００１６】図１に示すように，外側単管１１の上流側
端部は，内側単管１０の上流側端部外周面に嵌合するよ
うに縮径され，それらの上流側端部が上部フランジ７
の，対応する排気ポート２₁ 〜２₄ に連なる通孔１３₁
〜１３₄ に嵌合されると共に，その通孔１３₁ 〜１３₄
の内周面に溶接により固着される。

【００１７】図３〜図５において，内側単管１０の下流
側端部外周面には環状ビード部１４が形成され，このビ
ード部１４を介して内側単管１０の下流側端部は外側単
管１１の下流側端部内周面に摺動可能に支承される。

【００１８】図３，図６及び図７において，各排気集合
管６₁ ，６₂ は，内外二重に配置した内側集合管１５及
び外側集合管１６からなるもので，内側及び外側集合管
１５，１６の間にも断熱空間１７が形成される。内側集
合管１５の上流側端部には，内側二股管１８，１８が形
成され，これらに，対応する２本の前記外側単管１１，
１１の下流側端部が嵌入される。

【００１９】内側集合管１５は，半径方向に分割された
薄肉のステンレス鋼板製の一対の内側集合管半体１５
ａ，１５ｂの相対向する端部を相互に重ね，その重ね端
部全体を溶接して構成される。即ち，図７に示すよう
に，一対の内側集合管半体１５ａ，１５ｂの相互に重ね
た端部は，その端縁に沿って形成された線状の溶接部２
３により結合される。その溶接後，両内側集合管半体１
５ａ，１５ｂの結合された端部には，溶接部２３を長手
方向に分断する一個もしくは複数個の透孔２４と，溶接
部２３の溶接開始点及び終了点を切除する切欠き２５，
２６とが穿設される。

【００２０】また外側集合管１６もステンレス鋼板製の
一対の外側集合管半体１６ａ，１６ｂの相対向する端部
を相互に重ね，その重ね部全体を溶接して構成される
が，その板厚は内側集合管１５より厚い。この外側集合
管１６の上流側端部には，上記内側二股管１８，１８を
それぞれ覆う外側二股管１９，１９が形成される。この
外側二股管１９，１９の先端部は内側二股管１８，１８
の外周面に嵌合するように縮径され，それらの嵌合部
が，対応する２本の前記外側単管１１，１１の下流側端
部外周面に溶接により固着される。

【００２１】図５及び図６に示すように，外側集合管１
６の下流側端部に前記下部フランジ８が溶接により固着
される。この外側集合管１６の下流側端部の内周面に
は，ステンレスワイヤを編んでなる環状二つ割りのメッ
シュ部材２０が溶接により付設され，このメッシュ部材
２０の内周面に内側集合管１５の下流側端部が摺動自在
に嵌合される。こうして内側集合管１５の下流側端部
は，メッシュ部材２０を介して外側集合管１６に摺動自
在に支承される。

【００２２】次に，この第１実施例の作用について説明
する。

【００２３】エンジンＥの作動中，排ガスが４本の排気
ポート２₁ ，２₂ ，２₄ ，２₃ から第１排気単管５₁ ，
第２排気単管５₂ ，第４排気単管５₄ ，第３排気単管５
₃ に順次排出される。そして第１及び第４排気単管
５₁ ，５₄ を通過した排ガスは第１排気集合管６₁ で合
流し，第２及び第３排気単管５₂ ，５₃ を通過した排ガ
スは第２排気合流管６₂ で合流し，その後，排ガスは中
間排気管２１で更に合流しながら図示しない共通の触媒
コンバータへと誘導され，浄化される。

【００２４】ところで，各排気単管５₁ 〜５₄ は内外二
重配置の内側単管１０及び外側単管１１から構成され，
その内側単管１０は薄肉に形成されると共に，内側及び
外側単管１０，１１の間には断熱空間１２が形成され，
また各排気集合管６₁ ，６₂も内外二重配置の内側集合
管１５及び外側集合管１６から構成され，その内側集合
管１５は薄肉に形成されると共に，内側及び外側集合管
１５，１６の間にも断熱空間１７が形成されるので，ヒ
ートマスの小なる内側単管１０及び内側集合管１５は，
その内部を流れる高温の排ガスにより加熱されて速やか
に昇温し，これが断熱空間１２，１７により保温され
る。したがって，後続の排ガスを，その温度低下を抑え
ながら前記触媒コンバータへ誘導して，その活性化を促
進し，排ガスの浄化効率を高めることができる。

【００２５】その間に，各排気単管５₁ 〜５₄ において
は，内側単管１０に外側単管１１側よりも大きな軸方向
の熱伸びが生ずるが，その伸びに伴い内側単管１０の下
流側端部外周面の環状ビード部１４が，それらを支承す
る外側単管１１の内周面に対して図４に鎖線で示すよう
に摺動し，内側及び外側単管１０，１１の軸方向の熱伸
びの差が吸収される。

【００２６】また各排気集合管６₁ ，６₂ においても，
内側集合管１５に外側集合管１６側よりも大きな軸方向
の熱伸びが生ずるが，その伸びに伴い内側集合管１５の
下流側端部が，外側集合管１６に支持されるメッシュ部
材２０に対して摺動し，内側及び外側集合管１５，１６
の軸方向の熱伸びの差が吸収される。

【００２７】このように，保温型排気マニホールドＭに
おいて，内外二重壁の軸方向の熱伸びの差を吸収する摺
動部を各排気単管５₁ 〜５₄ の下流側端部と各排気集合
管６ ₁ ，６₂ の下流側端部とに分けて設けることによ
り，各摺動部での摺動ストロークを小さく設定すること
が可能となり，摺動過程で，その摺動部相互に傾きが起
こり難くなり，排気マニホールドＭ各部に熱歪みが生ず
ることを効果的に防ぎ，その耐久性の向上を図ることが
できる。

【００２８】ところで，前記内側集合管１５を構成する
一対の内側集合管半体１５ａ，１５ｂの対向端部は，そ
の端縁に沿って形成された線状の溶接部２３により結合
されるが，その線状の溶接部２３は，一個もしくは複数
個の透孔２４により分断されるので，分断された個々の
溶接部２３の長さが短くなったことから，個々の溶接部
２３と内側集合管半体１５の非溶接部との間に，熱膨張
率の差による熱歪みが生じても，その歪みは比較的小さ
いものとなる。しかも，内側集合管半体１５ａ，１５ｂ
の熱歪みは，該半体１５ａ，１５ｂが透孔２４周りで変
形することにより緩和される。こうして，熱歪みによる
内側集合管の破損が回避されるので，内側集合管１５の
一層の薄肉化を図り，そのヒートマスを小さくして排ガ
スの温度低下を抑え，排気浄化装置の活性化を促進する
ことができる，また同時に排気マニホールドの軽量化を
図ることができる。

【００２９】また両内側集合管半体１５ａ，１５ｂの結
合された端部には，溶接部２３の溶接開始点及び終了点
を切除する切欠き２５，２６とが穿設されるので，溶接
の開始点及び終了点に発生し易い溶接欠陥を上記切欠き
２５，２６により除去することができる。したがって，
熱歪みの発生時，内側集合管１５の溶接欠陥部からの破
壊を未然に防ぐことができる。

【００３０】図８は本発明の第２実施例を示す。この実
施例の保温型排気マニホールドＭは，４本の排気単管５
₁ 〜５₄ に共通１個の排気集合管６を接続したもので，
その保温構造及び熱伸び吸収構造は前記第１実施例のも
のと実質的に同一であり，図中，第１実施例との対応部
分には同一の参照符号を付して，その説明を省略する。

【００３１】以上，本発明の実施例を詳述したが，本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことができる。例えば，一対の内側集合管半体１５ａ，
１５ｂ相互の溶接に，第１，第２実施例では，重ね継ぎ
手を採用したが，これに代えて，突き合わせ継ぎ手，拝
み合わせ継ぎ手を採用することもでき，またシーム溶接
を行うこともできる。また排気単管及び排気集合管の本
数や形状は，エンジンの気筒数や形式に応じて自由に選
定することができる。また断熱空間１２，１７には，適
当な断熱材を充填することもできる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば，上部フラ
ンジと，この上部フランジに各上流側端部が結合される
複数の排気単管と，これら排気単管の下流側端部に結合
される排気集合管と，この排気集合管の下流側端部に結
合される下部フランジとを備え，各管を断熱空間を挟ん
で配置される内外二重壁で構成した，エンジンの保温型
排気マニホールドにおいて，前記排気集合管を，半径方
向に分割された一対の内側集合管半体の対向端部を，そ
の端縁に沿って形成される線状の溶接部により結合して
なる内側集合管と，この内側集合管を囲繞する外側集合
管とで構成し，前記内側集合管には，前記溶接部を長手
方向に分断する透孔を設けたので，分断された個々の溶
接部と内側集合管の非溶接部との間に生ずる熱歪みを減
少することができると共に，内側集合管に生じた熱歪み
を，内側集合管の前記透孔周りでの変形により緩和する
ことができ，したがって，熱歪みによる内側集合管の破
損が回避され，内側集合管の薄肉化を一層図り，排気温
度の低下を抑えて，排気浄化装置の活性化促進に寄与す
ることができ，同時に排気マニホールドを軽量化にも寄
与することができる。

【００３３】また本発明の第２の特徴によれば，前記内
側集合管に，前記溶接部の溶接開始点及び溶接終了点を
切除する切欠きを設けたので，溶接の開始点及び終了点
に発生し易い溶接欠陥を除去することができ，したがっ
て，熱歪みの発生時，内側集合管の溶接欠陥部からの破
壊を未然に防ぎ，耐久性の向上に寄与し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る保温型排気マニホー
ルドをエンジンへの取付け状態で示す側面図。

【図２】上記排気マニホールドの斜視図。

【図３】上記排気マニホールドの一部縦断正面図。

【図４】図３の４部拡大図。

【図５】図４の５−５線断面図。

【図６】図１の６−６線断面図。

【図７】上記排気マニホールドにおける内側集合管の側
面図。

【図８】本発明の第２実施例に係る排気マニホールドの
縦断正面図。

【符号の説明】

Ｅ・・・・・・・・エンジン Ｍ・・・・・・・・排気マニホールド ５₁ 〜５₄ ・・・・排気単管 ６₁ ，６₂ ，６・・排気集合管 １２，１７・・・・断熱空間 １５・・・・・・・内側集合管 １５ａ，１５ｂ・・一対の内側集合管半体 １６・・・・・・・外側集合管 ２３・・・・・・・線状の溶接部 ２４・・・・・・・切欠き ２５，２６・・・・切欠き

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 達己 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 (72)発明者 石井 和夫 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 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 加藤 誠司 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 大塩 清隆 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 DA02 DA12 DA14 EA05 FA01 FA04 GA06

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上部フランジ（７）と，この上部フラン
   ジ（７）に各上流側端部が結合される複数の排気単管
   （５₁ 〜５₄ ）と，これら排気単管（５₁ 〜５ ₄ ）の下
   流側端部に結合される排気集合管（６₁ ，６₂ ，６）
   と，この排気集合管（６₁ ，６₂ ，６）の下流側端部に
   結合される下部フランジ（８）とを備え，各管を断熱空
   間（１２，１７）を挟んで配置される内外二重壁で構成
   した，エンジンの保温型排気マニホールドにおいて，前
   記排気集合管（６₁ ，６₂ ，６）を，半径方向に分割さ
   れた一対の内側集合管半体（１５ａ，１５ｂ）の対向端
   部を，その端縁に沿って形成される線状の溶接部（２
   ３）により結合してなる内側集合管（１５）と，この内
   側集合管（１５）を囲繞する外側集合管（１６）とで構
   成し，前記内側集合管（１５）には，前記溶接部（２
   ３）を長手方向に分断する透孔（２４）を設けたことを
   特徴とする，エンジンの保温型排気マニホールド。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエンジンの保温型排気マ
   ニホールドにおいて，前記内側集合管（１５）に，前記
   溶接部（２３）の溶接開始点及び溶接終了点を切除する
   切欠き（２５，２６）を設けたことを特徴とする，エン
   ジンの保温型排気マニホールド。