JP2004052715A

JP2004052715A - エキゾーストマニホルド

Info

Publication number: JP2004052715A
Application number: JP2002214130A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhisa Sugita; 杉田　充寿
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2002-07-23
Filing date: 2002-07-23
Publication date: 2004-02-19

Abstract

【課題】中空２重管構造のエキゾーストマニホルドにおいて、ポート内管と集合内管の接続部の亀裂発生を防止する。
【解決手段】排気穴３に連通させてポート内管２０ａ、２０ｂ、２０ｃの各一端がヘッドフランジ２に結合され、外管１０の枝管部１８ａ、１８ｂ、１８ｃがポート内管をカバーしている。外管１０の枝管部に続く集合部１６内には、モナカ構造でポート内管の各他端が挿入される開口３６を備える集合内管３０がサポートメッシュ３８で保持されている。ポート内管の熱膨張による伸縮方向と開口の向きのずれが最も大きいポート内管２０ｃは、その開口３６ｃへの挿入部分で集合内管に溶接結合され、他のポート内管は挿入された開口に対してスライド可能となっている。開口３６ｃ部分が溶接でポート内管２０ｃと一体となっているので、そのモナカ構造を引き剥がす力が作用しない。
【選択図】　　　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンから排出される排気ガスを排気管へ導出するエキゾーストマニホルドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキゾーストマニホルドの下流側の排気管には排気浄化触媒装置が取り付けられているが、この触媒は所定温度に達したときに初めて反応するものであるため、エンジン始動直後においては、冷えているエキゾーストマニホルドに排気熱が奪われ、すばやく触媒装置を加熱することができない。
この改善策として、エキゾーストマニホルドの熱容量を小さくすれば、排気熱の多くがエキゾーストマニホルドに奪われることがなくなり、触媒装置が所定温度に達するまでの時間が短くなる。
【０００３】
このような観点から、中空２重管構造としたエキゾーストマニホルドが提案されている。
図４はこの中空２重管構造とした従来のエキゾーストマニホルドの例を示す。これは、外管１０の内側にポート内管２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）と集合内管３０とを備えている。
外管１０は分岐した枝管部１８の各先端がヘッドフランジ２に溶接され、集合した他端がパイプ取付用フランジ６に溶接されている。また、ポート内管２０は一端をヘッドフランジの排気穴３に溶接されている。
そして、集合内管３０はモナカ構造とされ、ポート内管２０の各他端をスライド可能に受け入れる開口３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）を有し、サポートメッシュ３８で外管１０に支持されている。この集合内管３０とポート内管２０のスライド可能な接続構造により、図５に矢Ａ、Ｂ、Ｃで示すようなポート内管２０の熱膨張を吸収しようとするものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の中空２重管エキゾーストマニホルドにあっては、集合内管３０とポート内管２０のスライドにより、ポート内管２０の熱膨張を吸収しようしながら、実際には、集合内管３０のポート内管２０を受ける開口のうちパイプ取付用フランジ６に最も近い開口３６ｃのＨ部（図５参照）に亀裂が発生するおそれがあった。
【０００５】
これは、ポート内管２０ａ、２０ｂを受ける開口３６ａ、３６ｂはポート内管の延び方向と略合致した向きとなっていてポート内管２０ａ、２０ｂの熱膨張があっても比較的滑らかにスライドするに対して、ポート内管２０ｃについては、図６の側面図に示すように、当該ポート内管２０ｃの熱膨張方向Ｃに対して開口３６ｃの向きが大きな角度をもっているため、集合内管３０のモナカ構造の合わせ部を引き剥がそうとする力が作用することに起因すると考えられる。
対策として集合内管３０の剛性を上げるためその板厚を増せば、重量およびコストの増大、そして熱容量の増大を招くことになる。
【０００６】
したがって本発明は上記の問題点に鑑み、板厚の増大などを要することなく、ポート内管と集合内管の接続部の亀裂発生を防止するようにしたエキゾーストマニホルドを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明は、シリンダヘッドの排気ポートと対応する位置に複数の排気穴を有するヘッドフランジと、排気穴に連通させて各一端がヘッドフランジに結合されたポート内管と、該ポート内管をカバーしてヘッドフランジに結合された枝管部と該枝管部に続く集合部を有する外管と、上ケースと下ケースを重ね合わせて形成されて外管の集合部内に保持され、ポート内管の各他端が挿入される開口を備える集合内管とを有し、ポート内管の熱膨張による伸縮方向と開口の向きのずれが最も大きいポート内管について、その開口への挿入部分で集合内管に溶接結合し、他のポート内管は挿入された開口に対してスライド可能とした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に発明の実施の形態を実施例により説明する。
図１はＶ型６気筒エンジンの片側第１、第３および第５シリンダ用エキゾーストマニホルドに適用した実施の形態を示す断面図である。
ヘッドフランジ２は厚板の鉄鋼材（ＳＳ４００）からなり、図示しないエンジンのシリンダヘッドの排気ポート＃１、＃３、＃５と対応する位置に排気穴３（３ａ、３ｂ、３ｃ）を有している。またヘッドフランジ２は外周にそって適宜間隔で、シリンダヘッドに取り付けるためのボルト挿通孔４を備える。
ヘッドフランジ２の排気穴３ａ、３ｂ、３ｃには、それぞれポート内管２０（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）の一端が連通するように溶接されている。ヘッドフランジ２の排気穴３へ向かって延びる分岐した枝管部１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）を有する外管１０が、それぞれその枝管部でポート内管２０ａ、２０ｂ、２０ｃを囲って、先端をヘッドフランジ２に溶接結合されている。
【０００９】
外管１０は、図２に示すように、略上下に分割した上ケース１１と下ケース１２を重ねたモナカ構造である。上ケース１１と下ケース１３はそれぞれ側縁をフランジ１２、１４とし、これらを重ね合わせた周縁にそって気密に連続溶接されている。
外管１０の枝管部１８ａ、１８ｂ、１８ｃに続く集合部１６の端はパイプ取付用フランジ６に溶接されている。パイプ取付用フランジ６は厚板の鉄鋼材で形成され、穴７と排気管等のパイプまたは排気浄化装置を取り付けるための取付け穴８を備える。外管１０は穴７に整合させて気密に結合されている。
【００１０】
外管１０の集合部１６の内部には、集合内管３０が設けられ、外管１０内壁にスポット溶接されたサポートメッシュ３８を介して外管１０との間に間隙をおいて支持されている。この場合、重ね合わせる前の各ケース（１１、１３）にメッシュ部材をスポット溶接などにより取り付けておくことで、簡単に集合内管３０をメッシュ部材で外管１０内にスライド可能に保持することができる。
集合内管３０も、図２に示すように、略上下に分割され、それぞれフランジ３２、３４を備える上半管３１と下半管３３を重ねたモナカ構造である。集合内管３０の先端はパイプ取付用フランジ６に結合されていない。
なお、図１には、外管１０および集合内管３０の各フランジは図示省略してある。
【００１１】
集合内管３０は、ポート内管２０ａ、２０ｂ、２０ｃの各他端を受け入れる開口３６（３６ａ、３６ｂ、３６ｃ）を有しており、ポート内管２０は開口３６内に所定長さだけ挿入されている。
ここで、ポート内管の熱膨張による伸縮方向と開口の向きとのずれが最も大きいポート内管２０ｃの先端部は開口３６ｃに挿入された状態で、当該開口３６ｃの縁にそって集合内管に全周溶接（Ｗ）されている。
これにより、集合内管３０の開口３６ｃ部における上半管３１と下半管３３は、ポート内管２０ｃの熱膨張による伸縮に対して、共にポート内管２０ｃと一体に変位しようとするから、上半管３１と下半管３３とを互いに引き剥がそうとする力の作用はなくなる。
【００１２】
本実施の形態は以上のように構成され、外管１０内に保持したモナカ構造の集合内管３０の複数の開口３６に一端をヘッドフランジ２に結合されたポート内管２０の他端をそれぞれ挿入した中空２重管構造のエキゾーストマニホルドにおいて、ポート内管の熱膨張による伸び方向と開口の向きとのずれがとくに大きい特定のポート内管２０ｃについて、当該ポート内管２０ｃとそれが挿入された開口３６ｃの縁とを溶接するものとしたので、集合内管３０のモナカ構造の上半管３１と下半管３３を引き剥がそうとする力が生じない。したがって、集合内管３０の板厚などを増大させなくても、ポート内管２０ｃが挿入された開口３６ｃ付近に亀裂の発生することが防止される。
【００１３】
なお、上記実施の形態では、特定のポート内管２０ｃとそれを挿入する開口３６ｃの縁との溶接を全周溶接するものとしたが、これに限定されず、図３の（ａ）に示すように、集合内管３０の上半管３１と下半管３３の合わせ面から最も遠い所定区間Ｓ１、あるいは（ｂ）に示すように、合わせ面をまたぐ所定区間Ｓ２のみの溶接とすることもできる。
また、ポート内管２０の熱膨張による伸び方向と開口３６の向きとのずれがとくに大きいものとして溶接対象を第５（＃５）シリンダに対応するポート内管２０ｃとしたが、これも枝管部１８のレイアウトによって亀裂発生のおそれが大きいものを選択して溶接結合を施せばよい。
【００１４】
【発明の効果】
以上のとおり本発明は、各一端がヘッドフランジに結合されたポート内管と、該ポート内管をカバーしてヘッドフランジに結合された枝管部と該枝管部に続く集合部を有する外管と、上半管と下半管を重ね合わせて形成されて外管の集合部内に保持され、ポート内管の各他端が挿入される開口を備える集合内管とを有し、熱膨張による伸縮方向と開口の向きのずれが最も大きいポート内管は開口への挿入部分で集合内管に溶接結合するものとしたので、集合内管におけるポート内管が挿入された開口付近に亀裂の発生することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す断面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ部断面図である。
【図３】集合内管の開口におけるポート内管の溶接部位例を示す図である。
【図４】従来例を示す断面図である。
【図５】ポート内管の熱膨張方向を示す説明図である。
【図６】ポート内管の熱膨張方向を示す説明図である。
【符号の説明】
２　　　　ヘッドフランジ
３、３ａ、３ｂ、３ｃ　　排気穴
７　　　　穴
１０　　　外管
１１　　　上ケース
１２、１４、３２、３４　　フランジ
１３　　　下ケース
１６　　　集合部
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ　　枝管部
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ　　ポート内管
３０　　　集合内管
３１　　　上半管
３３　　　下半管
３６、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ　　開口
３８　　　サポートメッシュ

Claims

シリンダヘッドの排気ポートと対応する位置に複数の排気穴を有するヘッドフランジと、
前記排気穴に連通させて各一端がヘッドフランジに結合されたポート内管と、
該ポート内管をカバーしてヘッドフランジに結合された枝管部と該枝管部に続く集合部を有する外管と、
上半管と下半管を重ね合わせて形成されて前記外管の集合部内に保持され、前記ポート内管の各他端が挿入される開口を備える集合内管とを有し、
前記ポート内管の熱膨張による伸縮方向と前記開口の向きのずれが最も大きいポート内管について、その開口への挿入部分で前記集合内管に溶接結合し、他のポート内管は挿入された開口に対してスライド可能としたことを特徴とするエキゾーストマニホルド。