JP2004162682A - 二次空気供給構造及びその製造方法、並びにエキゾーストマニホールド及びそのフランジ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性に優れた二次空気供給構造を簡易かつ低コストで提供する。
【解決手段】本発明の二次空気供給構造は、複数の排気ポート２１の各々に連結すべき複数の枝管の各々の開口縁につば状に形成された平板状部分を含むマニホールドフランジ部２７ａを含むエキゾーストマニホールド２７と、ヒートインシュレータカバー部をエキゾーストマニホールド２７に取り付けるためにマニホールドフランジ部２７ａの平板状部分と重なり合うように形成され、断面凹状の開口部を有する溝２８ｂが形成されたヒートインシュレータフランジ部２８ａを含むヒートインシュレータ２８を備える。溝２８ｂの開口部をマニホールドフランジ部２７ａで閉塞し、溝２８ｂの内周壁とこれに内向するマニホールドフランジ部２７ａの壁面との間で二次空気供給通路３０を形成する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気ポートに二次空気を供給するための二次空気供給構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの中にはＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）の未燃焼成分が含まれているため、排気通路に外気を送り込んで排気ガス中の未燃焼成分を酸化反応で浄化することを目的とした二次空気供給構造が提案されている。二次空気供給通路はできるだけ排気ポートに近接した位置に設けるのが望ましいところ、実際にはこのような位置に二次空気供給通路を設けるのは困難が伴うため、量産エンジンの製造コストの低下、コンパクト化、製造の容易性などの観点から各種の構造が研究されている。
【０００３】
例えば、特開２０００−１４５４４７号公報（特許文献１）では、断面半円形の下半部と、軸線方向に沿って凹部が延設されている断面Ｍ字状の上半部とを溶接で接合し、さらに前記下半部とほぼ対称的な形状を有する蓋部材で前記凹部を覆うように溶接することで、排気管内部に二次空気供給通路が内設された二重管構造のエキゾーストマニホールドを提案している。特開２０００−２４０５０６号公報（特許文献２）では、シリンダヘッド側面に気筒列方向に沿って連続する溝を凹設するとともに、溝の開口部を蓋で塞ぐことにより二次空気供給通路を形成する構成を提案している。
【０００４】
特開２０００−７３７５２号公報（特許文献３）では、断面Ｕ字状の金属製通路形成部材をシリンダヘッド周壁にガスケットを介装して固着することにより二次空気供給通路を形成する構成を提案している。特開平８−２４０１１７号公報（特許文献４）では、エキゾーストマニホールドをシリンダヘッドに締結するためのフランジに二次空気を供給するための細長いチャンネルを形成し、エキゾーストマニホールドの枝管の開口部と前記細長いチャンネルを連通する短いチャンネルを前記フランジ内に形成した構成を提案している。特開平１０−２６０１８号公報（特許文献５）では、エキゾーストマニホールドのブランチと二次空気ギャラリとの交差部を連通させることで、二次空気ギャラリから各々のブランチに二次空気を供給する構成を提案している。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１４５４４７号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−２４０５０６号公報
【０００７】
【特許文献３】
特開２０００−７３７５２号公報
【０００８】
【特許文献４】
特開平８−２４０１１７号公報
【０００９】
【特許文献５】
特開平１０−２６０１８号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エキゾーストマニホールドを二重管構造とすると、二次空気供給通路の内径は極めて小さくならざるをえず、複雑かつ精密な加工精度が要求されるため、作業効率の悪化及び製造コスト増大を招くこととなる。また、シリンダヘッド側面に気筒列方向に沿って溝を凹設するには、精密な加工作業が要求され、簡易かつ低コストで二次空気供給構造を実現することができない。また、断面Ｕ字状の金属製通路形成部材をシリンダヘッド周壁にガスケットを介装して固着する場合には、部品点数が増大し、コストが増大する。また、エキゾーストマニホールドをシリンダヘッドに締結するためのフランジに二次空気を供給するための細チャンネルを形成するには、複雑かつ精密な加工精度が要求されるため、作業効率の悪化及び製造コスト増大を招くこととなる。
【００１１】
そこで、本発明は部品点数を増大させることなく、簡易な構造により低コストで製造できる二次空気供給構造及びその製造技術を提案することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の二次空気供給構造は、内燃機関のシリンダヘッドに形成された複数の排気ポートの各々に連結すべき複数の枝管の各々の開口縁につば状に形成されて気筒列方向に延在する平板状部分からなるマニホールドフランジ部を含むエキゾーストマニホールドと、前記エキゾーストマニホールドを覆うためのヒートインシュレータカバー部を前記エキゾーストマニホールドに取り付けるために前記マニホールドフランジ部の平板状部分と重なり合うように平板状に形成され、前記気筒列方向に延在する断面凹状の開口部を有する溝が形成されたヒートインシュレータフランジ部を含むヒートインシュレータと、を備え、前記溝の開口部が前記マニホールドフランジ部の壁面で閉塞されるように前記ヒートインシュレータフランジ部と前記マニホールドフランジ部とが重ね合わされることで、前記溝の内周壁とこれに内向する前記マニホールドフランジ部の壁面との間で二次空気供給通路が形成されている。
【００１３】
かかる構成により、気筒列方向に沿って延在する溝が形成されたヒートインシュレータフランジ部とマニホールドフランジ部とを重ねるだけで、部品点数を増大させることなく、二次空気供給通路を形成でき、さらに、かつ簡易な構造で低コスト化を実現できる。
【００１４】
好ましくは、前記溝はヒートインシュレータフランジ部において、プレス成形されたものである。プレス成形により簡易な製造工程で溝を形成することができる。
【００１５】
好ましくは、前記マニホールドフランジ部と、前記ヒートインシュレータフランジ部とを締結具で締結するための機構を備える。前記マニホールドフランジ部と、前記ヒートインシュレータフランジ部とを適度な圧力で締結することで、両者の接触面における二次空気供給通路のシール性、気密性を確保することができ、二次空気の漏出を防ぐことができる。
【００１６】
好ましくは、前記マニホールドフランジ部には、前記排気ポートと前記二次空気供給通路を連通するための連通孔が穿孔されている。マニホールドフランジ部に穿孔された連通孔を通じて二次空気供給通路から二次空気供給ポートに新鮮な二次空気を供給することができる。
【００１７】
好ましくは、前記溝の断面形状は断面Ｕ字状、若しくは断面半円形状とする。かかる形状により加工の容易性を実現でき、さらに、局所的に断面変化が著しく変化する部位を低減することで、構造上の信頼性及び耐久性を確保できる。
【００１８】
本発明の二次空気供給構造は、内燃機関の気筒列方向に延在する平板状部分からなる裏側ヒートインシュレータフランジ部を含む裏側ヒートインシュレータと、前記気筒列方向に沿って断面凹状の開口部を有する溝が形成された平板状部分からなる表側ヒートインシュレータフランジ部を含む表側ヒートインシュレータと、を備え、前記溝の開口部が前記裏側ヒートインシュレータフランジ部の壁面で閉塞されるように前記裏側ヒートインシュレータと前記表側ヒートインシュレータとが重ね合わされることで、前記溝の内周壁とこれに内向する前記裏側ヒートインシュレータフランジ部の壁面との間で二次空気供給通路が形成されている。
【００１９】
かかる構成により、エキゾーストマニホールドの形状を設計変更することなく、また、二次空気供給通路専用の新たな部品を新設することなく、簡易かつ低コストで二次空気供給通路を形成できる。
【００２０】
好ましくは、前記溝は前記表側ヒートインシュレータフランジ部においてプレス成形されたものである。表側ヒートインシュレータの構成部材を薄肉金属板とすることで、プレス成形により簡易に二次空気供給通路用の溝を形成できる。
【００２１】
好ましくは、前記裏側ヒートインシュレータフランジ部と、前記表側ヒートインシュレータフランジ部とを締結具で締結するための機構を備える。裏側ヒートインシュレータフランジ部と、表側ヒートインシュレータフランジ部とを適度な圧力で締結することで、両者の接触面における二次空気供給通路のシール性、気密性を確保することができ、二次空気の漏出を防ぐことができる。
【００２２】
好ましくは、前記裏側ヒートインシュレータフランジ部には、前記内燃機関の二次空気供給ポートに連通するための連通孔が穿孔されている。裏側ヒートインシュレータフランジ部に穿孔された連通孔を通じて二次空気供給通路から二次空気供給ポートに新鮮な二次空気を供給することができる。
【００２３】
好ましくは、前記溝の断面形状は断面Ｕ字状、若しくは断面半円形状である。かかる形状により加工の容易性を実現でき、さらに、局所的に断面変化が著しく変化する部位を低減することで、構造上の信頼性及び耐久性を確保できる。
【００２４】
本発明のエキゾーストマニホールドにおけるフランジ構造は、金属筒体を径方向に押圧することにより断面凹状に成形された溝の内周壁と前記金属筒体の内壁との間で形成された管状の空隙を二次空気供給通路とする。金属筒体を押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路とすることで、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【００２５】
好ましくは、前記二次空気供給通路の外縁は、前記金属筒体が肉厚方向に圧着した二層構造を成している。かかる構成により、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【００２６】
好ましくは、前記二次空気供給通路はプレス成形によって形成される。プレス成形により簡易な製造工程で溝を形成することができる。
【００２７】
好ましくは、前記二次空気供給通路はプレス成形とハイドロフォームを併用して形成される。プレス成形の他にハイドロフォームを利用することで、二次空気供給通路をより高精度に形成できる。
【００２８】
好ましくは、二次空気供給通路を形成する前記金属筒体の内壁には内燃機関の二次空気供給ポートに連通する連通孔が穿孔されている。金属筒体の内壁に穿孔された連通孔を通じて二次空気供給通路から二次空気供給ポートに新鮮な二次空気を供給することができる。
【００２９】
本発明のエキゾーストマニホールドは、上述した本発明のフランジ構造に内燃機関の排気ポートに連通する枝管を接合した構成を備える。かかる構成により、フランジ部に二次空気供給通路を内包するエキゾーストマニホールドを提供できる。
【００３０】
好ましくは、前記枝管は、バーリング加工によって開口縁が立ち上がるように前記フランジ構造に形成された枝管取付け孔に溶接接合される。枝管と枝管取付け孔との接合部分を溶接することで、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【００３１】
本発明の二次空気供給構造の製造方法は、金属筒体を径方向に押圧することにより前記金属筒体の内側面に断面凹状の溝をプレス成形し、前記溝の開口部を前記金属筒体の内壁で閉塞するように圧着することで、前記溝の内周壁と前記金属筒体の内壁との間に二次空気供給通路となる管状の空隙を形成する。
【００３２】
金属筒体を押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路とすることで、シール性、気密性に優れた二次空気供給通路を形成できる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
［発明の実施形態１］
以下、各図を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
【００３４】
図１は本実施形態の二次空気供給構造を適用した内燃機関のシリンダヘッドを中心とする縦断面図である。
【００３５】
内燃機関のシリンダブロック１０には円筒状のシリンダ１２が気筒列方向に沿って内設されており、シリンダ１２に内挿されたピストン１３が上下方向に摺動可能に構成されている。ピストン１３の往復運動はコネクティングロッド１４を介して図示しないクランクシャフトの回転運動に変換される。シリンダヘッド１１には上死点に位置するピストン１３の頂面と燃焼室壁面との間に形成される燃焼室１５と、シリンダヘッド１１の側方に向けて燃焼室１５から延出する吸気ポート１６及び排気ポート２１とが各々形成されている。吸気ポート１６及び排気ポート２１のそれぞれには、バルブスプリング１８，２３によって閉弁するように付勢されたインテークバルブ１７，エキゾーストバルブ２２が設けられており、バルブリフター１９，２４に当接するカム２０，２５の回転によって、インテークバルブ１７，エキゾーストバルブ２２を所定のタイミングで開閉駆動するように構成されている。
【００３６】
シリンダヘッド１１の側面には、排気ポート２１に連通するエキゾーストマニホールド２７が締結されており、混合気の燃焼で生じた排気ガスはエキゾーストバルブ２２の開弁時にエキゾーストマニホールド２７を通じて大気に放出される。エキゾーストマニホールド２７は耐熱性、耐蝕性に優れたステンレス製で構成されており、全体的に薄肉構造とすることにより、軽量化を実現する一方、熱容量の低減による触媒暖機性の向上を図っている。シリンダヘッド１１には、さらに、排気ポート２１の上流側に連通する二次空気供給ポート２６が形成されており、排気ガス中の未燃焼成分を酸化反応で浄化させるための二次空気を高温排気ガス中に供給する構成となっている。二次空気供給ポート２６の吹き出し方向は高温排気ガスが排出されるエキゾーストバルブ２２側を向くようにポート形状を加工するのが望ましい。排気通路に設けられた三元触媒内で排気ガス中のＨＣ、ＣＯ等の未燃焼成分を二次空気の酸素と酸化反応させ、その反応熱で三元触媒を暖機することができる。
【００３７】
シリンダヘッド１１の側面に開口する排気ポート２１の孔周辺には、エキゾーストマニホールド２７をシリンダヘッド側面に締結するためにシリンダヘッド１１の高さ方向及び気筒列方向に向かってやや広めの面積で平板状に延出成形されたマニホールドフランジ部２７ａがボルト等の締結具によって、ガスケット３２を介して締結されている。マニホールドフランジ部２７ａには二次空気供給ポート２６に連通するように穿孔された連通孔２７ｂが開口している。連通孔２７ｂをフランジ２７ａに穿孔することで、排気ポート２１に近接した位置に二次空気供給通路を形成できる。
【００３８】
さらに、シリンダヘッド側面には、エキゾーストマニホールド２７が発する輻射熱を遮蔽するための金属性のヒートインシュレータ（遮熱板）２８がエキゾーストマニホールド２７を覆うように締結されている。ヒートインシュレータ２８には、内燃機関の気筒列方向に沿って空気通路が形成し得る面積をもち、気筒列方向に沿って延在する断面凹状の開口部を有する溝２８ｂがプレス成形された平板状のヒートインシュレータフランジ部２８ａが設けられている。溝２８ｂは連結孔２７ｂの穿通位置に合わせて、プレス成形等の手段で一体成形された断面半円形状若しくは断面Ｕ字状の溝であり、溝２８ｂの開口部とフランジ２７ａとを重ね合わせ、適度な圧力で圧接することで、前記開口部を閉塞し、溝２８ｂの内周壁とこれに内向するフランジ２７ａの壁面との間で二次空気供給通路３０を形成している。溝２８ｂの断面形状は断面凹状であれば特に限定されるものではないが、加工の容易性、及び二次空気供給構造の信頼性、耐久性を考慮して、断面半円形状若しくは断面Ｕ字状とするのが望ましい。図示しない供給孔を介してエアポンプから圧送された二次空気は二次空気供給通路３０、連通孔２７ｂ及び二次空気供給ポート２６を介して排気ポート２１に供給される。
【００３９】
図３はエキゾーストマニホールド２７とヒートインシュレータ２８の外観斜視図である。エキゾーストマニホールド２７は、各々の排気ポートから排出される排気ガスの排気通路となる４本の枝管２７ｄと、各々の枝管２７ｄに連結し、排気ガスを集合して排気管に排出するための集合部２７ｅと、枝管２７ｄの開口縁からつば状に延出されたシリンダヘッド取付け用のマニホールドフランジ部２７ａとを含んで構成されており、４本の枝管２７ｄ、集合部２７ｅ、及びマニホールドフランジ部２７ａの各構成部は溶接により一体的に形成されている。マニホールドフランジ部２７ａは気筒列方向に空気通路を形成し得る面積を有しており、二次空気供給構造の一部を構成している。マニホールドフランジ部２７ａには、二次空気供給ポート２６に連通する複数の連通孔２７ｂと、ボルト２９を螺挿することでヒートインシュレータ２８を締結するための４つの取り付け用孔２７ｃとが穿孔されている。取り付け用孔２７ｃの穿孔位置はヒートインシュレータ２８を均等な圧力で締結するためにほぼ対称的な配置となるようにフランジ２７ａの外周近辺に選定されている。ヒートインシュレータを締結するための取り付け用孔２７ｃは集合部２７ｅの下流側にも設けられている。
【００４０】
一方、ヒートインシュレータ２８には、４本の枝管２７ｄを覆うヒートインシュレータカバー部２８ｄと、ヒートインシュレータフランジ部２８ａとが一体成形された構造を備えている。溝２８ｂの開口部は連通孔２７ｂの開口位置と平面的に重なるよう精密なアライメント調整の下でプレス成形されている。ヒートインシュレータフランジ部２８ａには、さらに、ヒートインシュレータフランジ部２８ａをマニホールドフランジ部２７ａにボルト２９などの締結具で締結するための取り付け用孔２８ｃが穿孔されている。溝２８ｂの開口部はマニホールドフランジ部２７ａに圧接したときに十分なシール性、気密性が確保されるよう平坦に加工されている。また、ヒートインシュレータカバー部２８ｄの下端部には、集合部２７ｅにボルト等の締結具で締結するための取り付け用孔２８ｃが穿孔されている。
【００４１】
図２はエキゾーストマニホールド２７とヒートインシュレータ２８の締結部における断面図である。ヒートインシュレータフランジ部２８ａとマニホールドフランジ部２７ａの各々の表面を平坦化することで、両者の接触面３１のシール性、気密性を確保するとともに、取り付け用孔２７ｃ及び２８ｃにボルト２９を螺挿することによって、両者を適度な圧力で締結し、二次空気供給通路３０に導入された二次空気の接触面３１からの漏出を防いでいる。また、マニホールドフランジ部２７ａに穿孔されている複数の取り付け用孔２７ｃの穿孔位置はヒートインシュレータ２８を均等な圧力で締結するためにほぼ対称的な配置となっているため、締結力のアンバランスによる二次空気の漏出を防ぐことができる。
【００４２】
このように、エキゾーストマニホールド２７のマニホールドフランジ部２７ａの壁面と、ヒートインシュレータ２８のヒートインシュレータフランジ部２８ａに凹設された溝２８ｂの内周壁との間で二次空気供給通路３０を形成することにより、部品点数を増大させることなく、かつ簡易な構成で低コスト化を実現できる。また、新たな部品を追加することなく、排気ポート付近に二次空気供給通路３０を形成できるため、内燃機関のコンパクト化を実現できる。また、シリンダヘッド側面に二次空気供給通路３０を形成することで、エキゾーストマニホールド内に二次空気供給通路３０を形成した場合と比較して、温度変化が少なく、かつ低温の部位を使用して二次空気供給通路３０を構成できるため、熱サイクルの影響で亀裂等が生じることもなく、耐久性及び信頼性の高い二次空気供給構造を提供することができる。
［発明の実施形態２］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４３】
図４はヒートインシュレータフランジ部に二次空気供給通路を形成したヒートインシュレータの外観斜視図である。同図に示すように、ヒートインシュレータ４０は、表側ヒートインシュレータ４１と、裏側ヒートインシュレータ４２とをスポット溶接で接合した二枚重ねの積層構造を成している。表側ヒートインシュレータ４１と裏側ヒートインシュレータ４２は、二枚の薄肉金属板を金型にはめて同時にプレス成形することにより、エキゾーストマニホールドを覆う形に湾曲形成されたものである。表側ヒートインシュレータ４１と裏側ヒートインシュレータ４２の材質は、適度な強度を有し、耐熱性、遮熱性に優れており、プレス成形が容易な薄肉金属板であれば、特に限定されるものではない。
【００４４】
表側ヒートインシュレータ４１は、二次空気供給通路を形成するために平板状に成形された表側ヒートインシュレータフランジ部４１ａと、エキゾーストマニホールドの枝管を覆うように湾曲成形されたヒートインシュレータカバー部４１ｄとが一体成形された構成を具備している。表側ヒートインシュレータフランジ部４１ａには、内燃機関の気筒列方向に沿って空気通路が形成し得る面積をもち、気筒列方向に沿って延在する断面凹状の開口部を有する溝４１ｂがプレス成形されている。溝４１ｂの断面形状は、断面凹状であれば特に限定されるものではないが、加工の容易性、及び二次空気供給構造の信頼性、耐久性を考慮して、断面半円形状若しくは断面Ｕ字状とするのが望ましい。
【００４５】
表側ヒートインシュレータフランジ部４１ａには、ヒートインシュレータ４０をボルトなどの締結具でシリンダヘッド１１に締結するための複数の取り付け用孔４１ｃが穿孔されている。同様に、ヒートインシュレータカバー部４１ｄの下端部には、後述するエキゾーストマニホールド５０の集合部５０ｅ（図５参照）にボルト等の締結具で締結するための複数の取り付け用孔４１ｃが穿孔されている。
【００４６】
一方、裏側ヒートインシュレータ４２は、二次空気供給通路を形成するために平板状に成形された裏側ヒートインシュレータフランジ部４２ａと、エキゾーストマニホールドの枝管を覆うように湾曲成形されたヒートインシュレータカバー部４２ｄとが一体成形された構成を具備している。シリンダヘッド１１に当接する裏側ヒートインシュレータフランジ部４２ａの裏面と、二次空気供給通路６０（図６参照）が形成されるべき裏側ヒートインシュレータフランジ部４２ａの表面は、ガス漏れが生じないよう十分な精度で平坦にプレスされており、シリンダヘッド１１又は表側ヒートインシュレータフランジ部４１ａとの接触面におけるシール性、気密性を確保している。
【００４７】
裏側ヒートインシュレータフランジ部４２ａには、後述する二次空気供給ポート２６（図５、図６参照）に連通する連通孔４２ｂが二次空気供給ポート２６の気筒列方向における配列ピッチと同間隔で穿孔されている。また、裏側ヒートインシュレータフランジ部４２ａには、ヒートインシュレータ４０をシリンダヘッド１１に締結するための複数の取り付け用孔４１ｃが穿孔されている。同様に、ヒートインシュレータカバー部４２ｄの下端部には、後述するエキゾーストマニホールド５０の集合部５０ｅ（図５参照）にボルト等の締結具で締結するための複数の取り付け用孔４２ｃが穿孔されている。
【００４８】
図５はヒートインシュレータ４０をシリンダヘッド１１の側面に締結する様子を説明するための説明図である。同図において、１０はシリンダブロック、１１はシリンダヘッド、４０はヒートインシュレータ、５０はエキゾーストマニホールドである。エキゾーストマニホールド５０は、各々の排気ポートから排出される排気ガスの排気通路となる複数の枝管５０ｄと、各々の枝管５０ｄに連結し、排気ガスを集合して排気管に排出するための集合部５０ｅと、枝管５０ｄの開口縁からつば状に延出されたシリンダヘッド取付け用のマニホールドフランジ部５０ａとを含んで構成されている。これらの枝管５０ｄ、集合部５０ｅ、及びマニホールドフランジ部５０ａの各構成部は溶接により一体的に形成されている。マニホールドフランジ部５０ａは、同フランジ部５０ａの複数箇所に穿孔されている取付け用孔５０ｂに螺挿されたボルト２９を介してシリンダヘッド１１に締結されている。取付け用孔５０ｂの穿孔位置はマニホールドフランジ部５０ａの締め付け荷重が均等となるように枝管５０ｄを千鳥状に跨ぐような配置となっている。
【００４９】
一方、ヒートインシュレータ４０は、表側ヒートインシュレータフランジ部４１ａ及び裏側ヒートインシュレータフランジ部４２ａに穿孔された取り付け用孔４１ｃ及び４２ｃと、シリンダヘッド１１の側面に形成された取り付け用孔１１ａの開口位置が一致するように位置合わせして、同フランジ部４１ａ及び４２ａを介して取り付け用孔１１ａにボルト２９を螺挿することで、ヒートインシュレータ４０の上端部をシリンダヘッド１１に締結することができる。取り付け用孔４１ｃ及び４２ｃの穿孔位置は、シリンダヘッド１１への同フランジ部４１ａ及び４２ａの締め付け荷重が均等となるよう二次空気供給通路６０に対して対称的な位置に選定されている。同様に、ヒートインシュレータカバー部４１ｄ及び４２ｄの下端部に穿孔された取り付け用孔４１ｃ及び４２ｃと、集合部５０ｅの下流側に形成された取り付け用孔５０ｃの開口位置が一致するように位置合わせして、同カバー部４１ｄ及び４２ｄを介して取り付け用孔５０ｃにボルト２９を螺挿することで、ヒートインシュレータ４０の下端部をエキゾーストマニホールド５０に締結することができる。
【００５０】
図６はシリンダヘッド１１へのヒートインシュレータ４０の取り付け箇所を中心とする断面図である。同図に示すように、排気ポート２１と枝管５０ｄが連通するようにガスケット５１を介してマニホールドフランジ部５０ａがシリンダヘッド１１に締結されている。ガスケット５１としては、シール面の損傷に強く、接触面におけるシール性を確保できるものが好ましい。ヒートインシュレータ４０は、上述の取付け構造によって、枝管５０ｄを覆うようにシリンダヘッド１１の側面に締結されている。上述したように、ヒートインシュレータ４０は、表側ヒートインシュレータ４１と裏側ヒートインシュレータ４２の二枚重ね構造となっており、表側ヒートインシュレータ４１の裏面と裏側ヒートインシュレータ４２の表面はほぼ隙間なく密着されている。
【００５１】
表側ヒートインシュレータフランジ部４１ａに凹設された溝４１ｂの開口部と、裏側ヒートインシュレータフランジ部４２ａに穿孔された連通孔４２ｂとが互いに向き合うように位置合わせを行い、適度な圧力で締結することで溝４１ｂの開口部を閉塞し、溝４１ｂの内周壁とこれに内向する裏側ヒートインシュレータフランジ部４２ａの壁面との間で二次空気供給通路６０を形成している。図示しない二次空気供給孔から二次空気供給通路６０に導入された二次空気は連通孔４２ｂ及び二次空気供給ポート２６を介して排気ポート２１に供給される。
【００５２】
かかる構造により、第１実施形態のようにマニホールドフランジ部５０ａの形状を設計変更する必要がなく、新たな部品を新設しなくても二次空気供給通路６０を形成できる。また、ヒートインシュレータ４０は薄肉金属板から構成されているため、プレス成形しやすく、二次空気供給通路６０の形状の自由度が高い。また、薄肉金属板の裏側ヒートインシュレータフランジ部４２ａが適度な弾力性を発揮することで、表側ヒートインシュレータフランジ部４１ａとシリンダヘッド１１との間のガスケットの役割を担うため、連通孔４２ｂ近傍における表側ヒートインシュレータフランジ部４１ａと同フランジ部４２ａの接触面におけるシール性、気密性を確保でき、二次空気供給通路６０からのガス漏洩を抑制できる。
【００５３】
また、上述した第１実施形態では、マニホールドフランジ部２７ａを介してヒートインシュレータ２８をシリンダヘッド１１に締結していたが、本実施形態によれば、剛性が高いシリンダヘッド１１にヒートインシュレータ４０を直接締結する構成であるため、ヒートインシュレータ４０によるエンジン音の遮音効果を高めることができる。さらに、シリンダヘッド１１はエキゾーストマニホールド５０と比較すると温度変化が少ないため、シリンダヘッド１１からヒートインシュレータ４０に加わる熱応力が低減することにより、ヒートインシュレータ４０の信頼性を高めることができる。
【００５４】
また、上述の第１実施形態では、二次空気供給通路３０のシール性、気密性を高めるために、それぞれ別部材として構成されるヒートインシュレータフランジ部２８ａとマニホールドフランジ部２７ａの両者の接触面における平坦度を向上させる必要があったが、本実施形態によれば、薄肉金属板の二層積層構造をプレスするだけで二次空気供給通路６０を形成できるため、二次空気供給通路６０の製造工程を簡略化できる。
［発明の実施形態３］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。
【００５５】
図８は二次空気供給構造を備えたマニホールドフランジ部の製造工程断面図である。同図（Ａ）はマニホールドフランジ部の前駆体となる円筒状のパイプ８１を示している。パイプ８１としては、マニホールドフランジ部としての適度な強度、耐熱性を具備し、プレス成形に適した薄肉の金属筒体であれば特に限定されるものではないが、ステンレス製のパイプが望ましい。ステンレス製パイプによれば、プレス成形が容易になる上に鋳鉄製に比べてコスト低下を図ることができる。パイプ８１の筒長はシリンダヘッド１１の気筒列方向の長さに対応して適度な長さに調整する。
【００５６】
ここで、同図（Ｂ）に示すように、このパイプ８１を内径方向に押圧することで、平坦にプレスされた薄肉の板材８０ａ，８０ｂの二層構造からなるマニホールドフランジ部８０を形成する。このとき、板材８０ａには断面凹状の溝８０ｃがプレス成形される。溝８０ｃはパイプ８１の軸方向に対して略平行方向に延在するように形成するのが望ましい。溝８０ｃの内周壁とこれに内向する板材８０ｂとの間に形成される空隙が二次空気供給通路９０となる。
【００５７】
溝８０ｃの断面形状は、断面凹状であれば特に限定されるものではないが、プレス成形の容易性、及び二次空気供給通路９０の信頼性、耐久性を考慮して、断面半円形状若しくは断面Ｕ字状とするのが望ましい。また、上述のプレス成形で二次空気供給通路９０の主要部を形成したならば、二次空気供給通路９０内に加圧水を充填し、ハイドロフォームにて二次空気供給通路９０の形状を微調整するのが望ましい。
【００５８】
また、二次空気供給通路９０の外縁付近における板材８０ａ，８０ｂを適度な圧力で肉厚方向にプレスすることで、両者を強固に密着させ、二次空気供給通路９０から板材８０ａ，８０ｂの接触面へのガス漏洩を防ぐように構成するのがより望ましい。
【００５９】
次いで、同図（Ｃ）に示すように、二次空気供給通路９０に連通する位置の板材８０ｂに連通孔８０ｄを穿孔する。連通孔８０ｄの開口縁は二次空気の流路となるため、できるだけ平坦となるように加工するのが望ましい。さらに、排気ポート２１の配列ピッチに対応して気筒列方向の所定位置にバーリング加工を用いて枝管取付け孔８０ｅを穿孔する。枝管取付け孔８０ｅは、板材８０ａ，８０ｂの二層構造を貫通する小孔を穿孔した後、パンチヘッドを作動させてダイチップが前記小孔を挿通するようにパンチングして開口縁８０ｆが立ち上がるように加工することで形成できる。このように開口縁８０ｆを立ち上がり加工処理することで、枝管の取付けを容易にすることができる。以上の製造工程を経てマニホールドフランジ部８０が完成する。
【００６０】
図７はシリンダヘッド１１へのマニホールドフランジ部８０の取り付け箇所を中心とする断面図である。同図に示すように、マニホールドフランジ部８０は、図示しないボルトによってシリンダヘッド１１に締結される。二次空気供給通路９０に導入された二次空気は連通孔８０ｄ及び二次空気供給ポート２６を介して排気ポート２１に供給される。枝管取付け孔８０ｅには枝管８２が挿着され、マニホールドフランジ部８０と枝管８２とが接合されることでエキゾーストマニホールド８３が形成される。バーリング加工によって穿孔された枝管取付け孔８０ｅの開口縁８０ｆの端面は、板材８０ａ，８０ｂの切断部が露出しているため（図８（Ｃ））、図７に示すように、開口縁８０ｆの端面と枝管８２とが接触する溶接箇所８４にＭＩＧ溶接を施すことで、枝管８２を枝管取付け孔８０ｅに確実に固定するとともに、板材８０ａ，８０ｂ間の切断部からのガス漏洩を防ぎ、二次空気供給通路９０のシール性及び気密性を確保している。ＭＩＧ溶接を施す溶接箇所８４としては、開口縁８０ｆの端面における板材８０ａ，８０ｂの切断部が露出している全箇所を漏れなく溶接するのが望ましい。
【００６１】
本実施形態によれば、金属筒体であるパイプ８１を径方向に押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路９０とすることで、二次空気供給通路９０のシール性、気密性を確保できる。特に、パイプ８１は断面が略円形の閉曲線となっているため、上述の第２実施形態における二層積層構造と比較すると二次空気供給通路９０のシール性、気密性に優れている。
【００６２】
【発明の効果】
本発明によれば、気筒列方向に沿って延在する溝が形成されたヒートインシュレータフランジ部とマニホールドフランジ部とを重ね合わせて圧接するだけで、二次空気供給通路を形成でき、さらに、部品点数を増加させることなく、簡易な構造で低コスト化を実現できる。
【００６３】
また、本発明によれば、二層積層構造のヒートインシュレータ内部に二次空気供給通路を形成できるため、エキゾーストマニホールドの形状を設計変更することなく、また、二次空気供給通路専用の新たな部品を新設することなく、簡易かつ低コストで二次空気供給通路を形成できる。
【００６４】
また、本発明によれば、金属筒体を押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路とすることで、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の二次空気供給構造を形成するエキゾーストマニホールドとヒートインシュレータの外観斜視図である。
【図２】第１実施形態のエキゾーストマニホールドとヒートインシュレータの締結部における断面図である。
【図３】第１実施形態の二次空気供給構造を適用した内燃機関のシリンダヘッドを中心とする縦断面図である。
【図４】第２実施形態のヒートインシュレータフランジ部に二次空気供給通路を形成したヒートインシュレータの外観斜視図である。
【図５】第２実施形態のヒートインシュレータをシリンダヘッドの側面に締結する様子を説明するための説明図である。
【図６】第２実施形態のヒートインシュレータのシリンダヘッド取り付け箇所を中心とする断面図である。
【図７】第３実施形態のマニホールドフランジ部のシリンダヘッド取り付け箇所を中心とする断面図である。
【図８】第３実施形態のマニホールドフランジ部の製造工程断面図である。
【符号の説明】
２１…排気ポート
２６…二次空気供給ポート
２７…エキゾーストマニホールド
２７ａ…マニホールドフランジ部
２７ｂ…連通孔
２７ｃ…取り付け用孔
２７ｄ…枝管
２７ｅ…集合部
２８…ヒートインシュレータ
２８ａ…ヒートインシュレータフランジ部
２８ｂ…溝
２８ｃ…取り付け用孔
２８ｄ…ヒートインシュレータカバー部
２９…ボルト
３０…二次空気供給通路
３１…接触面
３２…ガスケット
４０…ヒートインシュレータ
４１…表側ヒートインシュレータ
４２…裏側ヒートインシュレータ
４１ａ…表側ヒートインシュレータフランジ部
４１ｂ…溝
４１ｃ…取り付け用孔
４１ｄ…ヒートインシュレータカバー部
４２ａ…裏側ヒートインシュレータフランジ部
４２ｂ…連通孔
４２ｃ…取り付け用孔
４２ｄ…ヒートインシュレータカバー部
６０…二次空気供給通路
８０…マニホールドフランジ部
８１…パイプ
８０ａ，８０ｂ…板材
８０ｃ…溝
８０ｄ…連通孔
８０ｅ…枝管取付け孔
８０ｆ…開口縁
９０…二次空気供給通路

Claims (18)

1. 内燃機関の排気ポートに二次空気を供給するための二次空気供給構造であって、
   内燃機関のシリンダヘッドに形成された複数の排気ポートの各々に連結すべき複数の枝管の各々の開口縁につば状に形成されて気筒列方向に延在する平板状部分からなるマニホールドフランジ部を含むエキゾーストマニホールドと、
   前記エキゾーストマニホールドを覆うためのヒートインシュレータカバー部を前記エキゾーストマニホールドに取り付けるために前記マニホールドフランジ部の平板状部分と重なり合うように平板状に形成され、前記気筒列方向に延在する断面凹状の開口部を有する溝が形成されたヒートインシュレータフランジ部を含むヒートインシュレータと、を備え、
   前記溝の開口部が前記マニホールドフランジ部の壁面で閉塞されるように前記ヒートインシュレータフランジ部と前記マニホールドフランジ部とが重ね合わされることで、前記溝の内周壁とこれに内向する前記マニホールドフランジ部の壁面との間で二次空気供給通路が形成されている、二次空気供給構造。
2. 前記溝は前記ヒートインシュレータフランジ部において、プレス成形されたものである、請求項１に記載の二次空気供給構造。
3. 前記マニホールドフランジ部と、前記ヒートインシュレータフランジ部とを締結具で締結するための機構を備える、請求項１又は請求項２に記載の二次空気供給構造。
4. 前記マニホールドフランジ部には、前記排気ポートと前記二次空気供給通路を連通するための連通孔が穿孔されている、請求項１乃至請求項３のうち何れか１項に記載の二次空気供給構造。
5. 前記溝の断面形状は断面Ｕ字状、若しくは断面半円形状である、請求項１乃至請求項４のうち何れか１項に記載の二次空気供給構造。
6. 内燃機関の気筒列方向に延在する平板状部分からなる裏側ヒートインシュレータフランジ部を含む裏側ヒートインシュレータと、
   前記気筒列方向に沿って断面凹状の開口部を有する溝が形成された平板状部分からなる表側ヒートインシュレータフランジ部を含む表側ヒートインシュレータと、を備え、
   前記溝の開口部が前記裏側ヒートインシュレータフランジ部の壁面で閉塞されるように前記裏側ヒートインシュレータと前記表側ヒートインシュレータとが重ね合わされることで、前記溝の内周壁とこれに内向する前記裏側ヒートインシュレータフランジ部の壁面との間で二次空気供給通路が形成されている、二次空気供給構造。
7. 前記溝は前記表側ヒートインシュレータフランジ部においてプレス成形されたものである、請求項６に記載の二次空気供給構造。
8. 前記裏側ヒートインシュレータフランジ部と、前記表側ヒートインシュレータフランジ部とを締結具で締結するための機構を備える、請求項６又は請求項７に記載の二次空気供給構造。
9. 前記裏側ヒートインシュレータフランジ部には、前記内燃機関の二次空気供給ポートに連通するための連通孔が穿孔されている、請求項６乃至請求項８のうち何れか１項に記載の二次空気供給構造。
10. 前記溝の断面形状は断面Ｕ字状、若しくは断面半円形状である、請求項６乃至請求項９のうち何れか１項に記載の二次空気供給構造。
11. 金属筒体を径方向に押圧することにより断面凹状に成形された溝の内周壁と前記金属筒体の内壁との間で形成された管状の空隙を二次空気供給通路とする、エキゾーストマニホールドのフランジ構造。
12. 前記二次空気供給通路の外縁は、前記金属筒体が肉厚方向に圧着した二層構造を成している、請求項１１に記載のフランジ構造。
13. 前記二次空気供給通路はプレス成形によって形成される、請求項１１又は請求項１２に記載のフランジ構造。
14. 前記二次空気供給通路はプレス成形とハイドロフォームを併用して形成される、請求項１１又は請求項１２に記載のフランジ構造。
15. 前記二次空気供給通路を形成する前記金属筒体の内壁には内燃機関の二次空気供給ポートに連通する連通孔が穿孔されている、請求項１１乃至請求項１４のうち何れか１項に記載のフランジ構造。
16. 請求項１１乃至請求項１５のうち何れか１項に記載のフランジ構造に内燃機関の排気ポートに連通する枝管を接合した、エキゾーストマニホールド。
17. 前記枝管は、バーリング加工によって開口縁が立ち上がるように前記フランジ構造に形成された枝管取付け孔に溶接接合される、請求項１６に記載のエキゾーストマニホールド。
18. 金属筒体を径方向に押圧することにより前記金属筒体の内側面に断面凹状の溝をプレス成形し、前記溝の開口部を前記金属筒体の内壁で閉塞するように圧着することで、前記溝の内周壁と前記金属筒体の内壁との間に二次空気供給通路となる管状の空隙を形成する、二次空気供給構造の製造方法。

Images