JP2004340016A

JP2004340016A - Exhaust manifold structure

Info

Publication number: JP2004340016A
Application number: JP2003137164A
Authority: JP
Inventors: Einosuke Suekuni; 栄之介末国; Ryotaro Nishida; 良太郎西田; Ryoji Kusakai; 良治草開
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-15
Also published as: JP4206816B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for surely supporting a turbocharger, preventing lowering in temperature of exhaust, and absorbing elongation of a pipe caused by heat, in exhaust manifold structure having an exhaust manifold with a part of branch pipes integrally molded with flanges by casting and the other branch pipes constituted of pipes, and having the turbocharger. <P>SOLUTION: The exhaust manifold structure 1 has the exhaust manifold 5 and the turbocharger 7. The exhaust manifold 5 comprises: an upstream flange 11; first to forth branch pipes 13, 15, 17, 19; an exhaust aggregation case part 21; a pipe connecting part 23; a downstream flange 25; and a secondary air passage part 27. The upstream flange 11, the third and forth branch pipe 17, 19, the exhaust aggregation case part 21, the pipe connecting part 23, the downstream flange 25, and the secondary air passage part 27 are integrally molded by casting. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気マニホールドと該排気マニホールドの下流側に設けられたターボ過給機とを有している排気マニホールド構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、多気筒エンジンにおける複数の排気ポートのそれぞれと連通した上流側フランジと、上流側フランジにつながった複数の分岐管と、これらの分岐管からの排気が集合する排気集合ケース部と、この排気集合ケース部の下流側に設けられた下流側フランジとを備えた排気マニホールドが知られている（例えば、特許文献１を参照）。この排気マニホールドでは、複数の分岐管のうち一部の分岐管が上流側及び下流側フランジとともに鋳造により一体成形されている一方、それ以外の分岐管が金属パイプで構成されている。そして、分岐管を上述のような構成にすることにより、上記排気マニホールドでは、十分な強度を保ちつつ軽量化を図ることができる。
【０００３】
【特許文献１】
実開平４−１２９８３４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、下流側フランジの下流側にはターボ過給機が設置されている場合がある。このターボ過給機は金属製であるがゆえにそれ相応の重さを有している。したがって、このターボ過給機を確実に支持するためには、ターボ過給機を支持する排気マニホールドがある程度の強度を持っていなければならない。
【０００５】
また、排気マニホールドの下流側には触媒コンバータが設けられているため、この触媒コンバータの触媒の活性化を図るべく、触媒コンバータに流入する排気の温度はより高温であることが好ましい。ここで、排気の温度を高温に保つためには、排気マニホールドによる排気からの熱の吸収を抑えればよい。
【０００６】
また、上記金属パイプは排気の熱により伸びるため、この伸びを吸収することができる部材を排気マニホールドに備え付ける必要がある。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の分岐管のうち一部の分岐管が上流側及び下流側フランジとともに鋳造により一体成形されている一方、上記分岐管以外の分岐管が金属パイプからなる排気マニホールドと該排気マニホールドの下流側に設けられたターボ過給機とを備えた排気マニホールド構造において、ターボ過給機を確実に支持するとともに排気の温度の低下を防ぎ、熱による金属パイプの伸びを吸収することができる技術を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、それぞれが、多気筒エンジンにおける複数の排気ポートのそれぞれと連通した複数のポート用開口部を有し且つ気筒列方向に延びている上流側フランジと、該上流側フランジにおける上記多気筒エンジンと反対側の面に上記各ポート用開口部に対応するように配設された複数の分岐管と、該各分岐管からの排気が集合する排気集合ケース部と、該排気集合ケース部の下流側に設けられた下流側フランジとを有している排気マニホールドと、タービンとコンプレッサと上記タービンに取り付けられ且つ上記下流側フランジに結合されたタービン側フランジとを有しているターボ過給機とを備えた排気マニホールド構造であって、上記排気集合ケース部、上記下流側フランジ及び上記ターボ過給機が、上記多気筒エンジンの気筒列方向一方側に位置し、上記上流側フランジと上記複数の分岐管のうち上記気筒列方向一方側に位置している分岐管により構成されている一方側分岐管部と上記排気集合ケース部と上記下流側フランジとが、鋳造により一体成形されて排気マニホールド本体を構成し、上記複数の分岐管のうち上記一方側分岐管部以外の分岐管により構成されている他方側分岐管部が、金属パイプからなり、上記排気マニホールド本体が更に、上記排気集合ケース部に鋳造により一体成形され且つ該排気集合ケース部から上記他方側分岐管部の下流端に向かって延びているパイプ接続部を有し、上記他方側分岐管部の下流端と上記パイプ接続部の上流端とが、熱による上記他方側分岐管部の歪みを吸収する熱歪み吸収機構を介して接続されていることを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、排気マニホールド本体は鋳造により一体成形されているため、排気マニホールド本体はある程度の強度を有している。したがって、下流側フランジに結合されたターボ過給機、すなわち、排気マニホールド本体に結合されたターボ過給機を確実に支持することができる。
【００１０】
ところで、鋳造により成形された分岐管は金属パイプからなる分岐管と比べて厚みがあるため、鋳造により成形された分岐管の方が排気から熱を奪いやすい。
【００１１】
ここで、本発明によれば、他方側分岐管部が金属パイプからなるため、分岐管のすべてが鋳造により成形されている場合と比較して、排気マニホールドによる排気からの熱の吸収を抑えることができる。したがって、排気の温度の低下を防ぐことができる。
【００１２】
また、金属パイプからなる他方側分岐管部とパイプ接続部とは熱歪み吸収機構を介して接続されているため、この熱歪み吸収機構により、熱による他方側分岐管部の歪み、すなわち、他方側分岐管部の伸びを吸収することができる。
【００１３】
ところで、ターボ過給機のタービンの周囲には、排気マニホールド等の排気系とともに、ターボ過給機のコンプレッサ、吸気管等の吸気系が配設されているため、ターボ過給機が多気筒エンジンの気筒列方向中央部に位置している場合には、吸気系の配置位置が制限されるとともに、吸気系が排気系の近辺に配置されることになる。
【００１４】
ここで、本発明によれば、一方側分岐管部、排気集合ケース部、下流側フランジ及びターボ過給機が多気筒エンジンの気筒列方向一方側に位置しているため、一方側分岐管部、排気集合ケース部、下流側フランジ及びターボ過給機が多気筒エンジンの気筒列方向中央部に位置している場合と比較して、コンプレッサの周囲にはスペースが生じる。したがって、吸気系の配置の自由度を高めることができ、ひいては、吸気系を排気系から離して配置することができる。
【００１５】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記多気筒エンジンが、上記気筒列方向一方側と反対側の気筒列方向他方側から上記気筒列方向一方側に向かって順に並んだ第１、第２、第３及び第４気筒を有している直列４気筒エンジンにより構成され、上記第１、第２、第３及び第４気筒がそれぞれ、上記複数の排気ポートとしての第１、第２、第３及び第４排気ポートと連通し、上記第１、第２、第３及び第４排気ポートがそれぞれ、上記複数のポート用開口部としての第１、第２、第３及び第４ポート用開口部と連通し、上記複数の分岐管が、上記第１、第２、第３及び第４ポート用開口部のそれぞれに対応するように配設された第１、第２、第３及び第４分岐管により構成され、上記一方側分岐管部が上記第３及び第４分岐管により構成され、上記他方側分岐管部が上記第１及び第２分岐管により構成されていることを特徴とするものである。
【００１６】
これにより、直列４気筒エンジンに係る排気マニホールド構造において、ターボ過給機を確実に支持するとともに排気の温度の低下を防ぎ、熱による他方側分岐管部の伸びを吸収することができる。また、直列４気筒エンジンに係る排気マニホールド構造において、吸気系の配置の自由度を高めることができるとともに、吸気系を排気系から離して配置することができる。
【００１７】
第３の発明は、上記第２の発明において、上記直列４気筒エンジンが、上記第１、第３、第４及び第２気筒の順に排気行程が行われるように構成され、上記第１分岐管が、上流端が上記第１ポート用開口部に溶接され且つ該第１ポート用開口部から上記気筒列方向一方側に湾曲しながら延びている湾曲部と該湾曲部の下流端から上記気筒列方向一方側に延び且つ下流端が上記熱歪み吸収機構を介して上記パイプ接続部の上流端に接続されている直路部とにより構成され、上記第２分岐管が、上流端が上記第２ポート用開口部に溶接されているとともに該第２ポート用開口部から気筒列方向と直交する方向に延び且つ下流端が上記直路部に接続されていることを特徴とするものである。
【００１８】
これにより、第１及び第２分岐管が排気行程の順番が連続する第１及び第２気筒のそれぞれに対応するため、第１及び第２分岐管が排気行程の順番が連続しない第１及び第２気筒のそれぞれに対応する場合と比較して、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【００１９】
第４の発明は、上記第３の発明において、上記熱歪み吸収機構が、上記パイプ接続部の上流端部と該上流端部に摺動自在に嵌挿された上記第１分岐管の下流端部とからなる摺動部と、該摺動部の外周面を覆うように設けられたベローズ管とにより構成されていることを特徴とするものである。
【００２０】
これにより、摺動部とベローズ管とからなる簡単な構造により本発明に係る熱歪み吸収機構を具現化することができる。
【００２１】
第５の発明は、上記第１〜第４の発明のいずれか１つにおいて、上記コンプレッサが、上記タービンの上記気筒列方向一方側の側方に位置し、上記ターボ過給機が、上記コンプレッサにおける上記気筒列方向一方側の面に取り付けられたコンプレッサ側フランジを有していることを特徴とするものである。
【００２２】
これにより、コンプレッサがタービンの気筒列方向一方側の側方に位置し、また、コンプレッサにおける気筒列方向一方側の面にはコンプレッサ側フランジが取り付けられているため、コンプレッサがタービンの気筒列方向他方側の側方に位置している場合と比較して、コンプレッサの周囲にはスペースがさらに生じる。したがって、吸気系の配置の自由度をさらに高めることができる。
【００２３】
第６の発明は、上記第１〜第５の発明のいずれか１つにおいて、上記排気マニホールド本体が更に、該排気マニホールド本体に鋳造により一体成形されているとともに上記上流側フランジにおける上記各分岐管の配設側の面に沿って延び且つ内部に、２次エアが流通する２次エア流路が形成された２次エア流路部を有していることを特徴とするものである。
【００２４】
これにより、排気マニホールド本体には更に２次エア流路部が鋳造により一体成形されているため、この２次エア流路部をターボ過給機の支持に寄与させることができる。したがって、ターボ過給機をさらに確実に支持することができる。
【００２５】
第７の発明は、上記第６の発明において、上記上流側フランジにおける上記各ポート用開口部の近傍には、上記各排気ポートと連通した複数の分配用開口部が配設され、上記２次エア流路には、気筒列方向に延び且つ２次エアの入口と連通した２次エア流路本体と、該２次エア流路本体と上記各分配用開口部とを連通させている複数の２次エア分配流路とが含まれていることを特徴とするものである。
【００２６】
ところで、排気系における２次エアの供給位置が上流であればあるほど、２次エアと排気とが早期に混合しやすくなる。
【００２７】
ここで、本発明によれば、２次エアを、２次エア流路本体、各２次エア分配流路及び各分配用開口部を介して排気系の最上流に位置している各排気ポートに供給することができる。そのため、２次エアと各排気ポートを流通する排気とを早期に混合させることができ、排気中の炭化水素、一酸化炭素等を十分に酸化させることができる。したがって、排気の温度の高温化を図ることができ、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【００２８】
【発明の効果】
上記第１の発明によれば、排気マニホールド本体は鋳造により一体成形されているため、排気マニホールド本体はある程度の強度を有している。したがって、排気マニホールド本体に結合されたターボ過給機を確実に支持することができる。
【００２９】
また、他方側分岐管部が金属パイプからなるため、分岐管のすべてが鋳造により成形されている場合と比較して、排気マニホールドによる排気からの熱の吸収を抑えることができる。したがって、排気の温度の低下を防ぐことができる。
【００３０】
また、金属パイプからなる他方側分岐管部とパイプ接続部とは熱歪み吸収機構を介して接続されているため、この熱歪み吸収機構により、熱による他方側分岐管部の歪みを吸収することができる。
【００３１】
また、一方側分岐管部、排気集合ケース部、下流側フランジ及びターボ過給機が多気筒エンジンの気筒列方向一方側に位置しているため、一方側分岐管部、排気集合ケース部、下流側フランジ及びターボ過給機が多気筒エンジンの気筒列方向中央部に位置している場合と比較して、コンプレッサの周囲にはスペースが生じる。したがって、吸気系の配置の自由度を高めることができ、ひいては、吸気系を排気系から離して配置することができる。
【００３２】
上記第２の発明によれば、直列４気筒エンジンに係る排気マニホールド構造において、ターボ過給機を確実に支持するとともに排気の温度の低下を防ぎ、熱による他方側分岐管部の伸びを吸収することができる。また、直列４気筒エンジンに係る排気マニホールド構造において、吸気系の配置の自由度を高めることができるとともに、吸気系を排気系から離して配置することができる。
【００３３】
上記第３の発明によれば、第１及び第２分岐管が排気行程の順番が連続する第１及び第２気筒のそれぞれに対応するため、第１及び第２分岐管が排気行程の順番が連続しない第１及び第２気筒のそれぞれに対応する場合と比較して、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【００３４】
上記第４の発明によれば、摺動部とベローズ管とからなる簡単な構造により本発明に係る熱歪み吸収機構を具現化することができる。
【００３５】
上記第５の発明によれば、コンプレッサがタービンの気筒列方向一方側の側方に位置し、また、コンプレッサにおける気筒列方向一方側の面にはコンプレッサ側フランジが取り付けられているため、コンプレッサがタービンの気筒列方向他方側の側方に位置している場合と比較して、コンプレッサの周囲にはスペースがさらに生じる。したがって、吸気系の配置の自由度をさらに高めることができる。
【００３６】
上記第６の発明によれば、排気マニホールド本体には更に２次エア流路部が鋳造により一体成形されているため、この２次エア流路部をターボ過給機の支持に寄与させることができる。したがって、ターボ過給機をさらに確実に支持することができる。
【００３７】
上記第７の発明によれば、２次エアを、２次エア流路本体、各２次エア分配流路及び各分配用開口部を介して排気系の最上流に位置している各排気ポートに供給することができるため、２次エアと各排気ポートを流通する排気とを早期に混合させることができ、排気中の炭化水素、一酸化炭素等を十分に酸化させることができる。したがって、排気の温度の高温化を図ることができ、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３９】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る排気マニホールド構造１は、直列４気筒エンジン３と、このエンジン３の下流側に設けられた排気マニホールド５と、この排気マニホールド５の下流側に設けられたターボ過給機７とを備えている。
【００４０】
エンジン３は、車両に対して横置きに搭載されている。言い換えれば、エンジン３は、クランク軸（図示せず）が車幅方向に延びるように、車両に対して据えられている。このエンジン３は、車幅方向右側から車幅方向左側に向かって順に並んだ第１〜第４気筒（図示せず）を有している。このエンジン３では、第１、第３、第４及び第２気筒の順で排気行程が行われる。第１〜第４気筒はそれぞれ、エンジン３の一部を構成しているシリンダヘッド（図示せず）に形成された第１〜第４排気ポート（図示せず）と連通している。エンジン３の上方には、後述するコンプレッサ７ｃにより圧縮された高温吸気を冷却するインタークーラー９が設置されている。
【００４１】
図１〜図４に示すように、排気マニホールド５はステンレス鋼からなり、ガスケット（図示せず）を介してシリンダヘッドの後方側の面に取り付けられている。排気マニホールド５は、気筒列方向に延びている板状の上流側フランジ１１と、この上流側フランジ１１につながっている管状の第１〜第４分岐管１３，１５，１７，１９と、これらの分岐管１３，１５，１７，１９からの排気が集合する排気集合ケース部２１と、この排気集合ケース部２１と連通した管状のパイプ接続部２３と、排気集合ケース部２１の下流側につながっている板状の下流側フランジ２５と、内部に２次エアが流通する２次エア通路２７ａ，２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅが形成された２次エア通路部２７とを備えている。
【００４２】
第３及び第４分岐管１７，１９と排気集合ケース部２１とパイプ接続部２３と下流側フランジ２５とは、エンジン３の車幅方向左側、すなわち、エンジン３の気筒列方向左側に位置している。詳細には、第３及び第４分岐管１７，１９と排気集合ケース部２１とパイプ接続部２３と下流側フランジ２５とは、エンジン３における気筒列方向と直交する方向に関する排気側（本実施形態ではエンジン３の後方側）であってエンジン３の気筒列方向左側寄りに配置されている。言い換えれば、第３及び第４分岐管１７，１９と排気集合ケース部２１とパイプ接続部２３と下流側フランジ２５とは、エンジン３の後方側におけるエンジン３の気筒列方向中央部よりも気筒列方向左側に位置している。上流側フランジ１１と第３及び第４分岐管１７，１９と排気集合ケース部２１とパイプ接続部２３と下流側フランジ２５と２次エア通路部２７とは、ステンレス鋼を用いて鋳造により一体成形されてステンレス鋳鋼製の排気マニホールド本体を構成している。なお、本発明に係る気筒列方向一方側は気筒列方向左側に対応する。
【００４３】
上流側フランジ１１は、気筒列方向右側から気筒列方向左側に向かって順に並んだ第１〜第４ポート用開口部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを有している。第１及び第２ポート用開口部１１ａ，１１ｂはそれぞれ、上流側フランジ１１の背面、すなわち、上流側フランジ１１におけるエンジン３と反対側の面から後方に且つ上方に突出している。第１及び第２ポート用開口部１１ａ，１１ｂにはそれぞれ、該第１及び第２ポート用開口部１１ａ，１１ｂを貫通した断面円状の貫通孔が形成されている。第３及び第４ポート用開口部１１ｃ，１１ｄにはそれぞれ、上流側フランジ１１を貫通した円状の開口が形成されている。第１〜第４ポート用開口部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄはそれぞれ、第１〜第４排気ポートと連通している。なお、本発明に係る気筒列方向他方側は気筒列方向右側に対応する。
【００４４】
上流側フランジ１１における第１〜第４ポート用開口部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄのそれぞれの近傍には、上流側フランジ１１を貫通した円状の開口が形成された第１〜第４分配用開口部１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈが配設されている。詳細には、第１分配用開口部１１ｅは第１ポート用開口部１１ａの右下側に形成され、第２分配用開口部１１ｆは第２ポート用開口部１１ｂの右下側に設けられ、第３分配用開口部１１ｇは第３ポート用開口部１１ｃの左下側に形成され、第４分配用開口部１１ｈは第４ポート用開口部１１ｄの左下側に設けられている。また、第１〜第４分配用開口部１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈの口径は、第１〜第４ポート用開口部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの口径よりも小さい。
【００４５】
上記第１〜第４分岐管１３，１５，１７，１９はそれぞれ、上流側フランジ１１の背面に第１〜第４ポート用開口部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに対応するように配置されている。すなわち、第１〜第４分岐管１３，１５，１７，１９はそれぞれ、第１〜第４ポート用開口部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄを介して第１〜第４排気ポートと連通している。
【００４６】
第１分岐管１３は金属パイプ、例えば、ステンレス鋼製のパイプからなる。第１分岐管１３は、第１ポート用開口部１１ａから上方に且つ気筒列方向左側の方向に湾曲しながら延びている湾曲部１３ａと、この湾曲部１３ａの下流端から気筒列方向左側の方向に延びている直線部１３ｂと、後述する嵌挿部１３ｃとにより構成されている。湾曲部１３ａの上流端部は第１ポート用開口部１１ａに内嵌されて溶接されている。直線部１３ｂの鉛直方向に関する位置は、上流側フランジ１１の上端の位置よりも高い（図２及び図４を参照）。直線部１３ｂにおける第２分岐管１５の下流端に対向する部分には、第２分岐管１５の下流端に向かって開口した開口部が形成されている。
【００４７】
第２分岐管１５は金属パイプ、例えば、ステンレス鋼製のパイプからなり、第２ポート用開口部１１ｂから上方に且つ車両前後方向に延びている。第２分岐管１５の上流端部は第２ポート用開口部１１ｂに差し込まれて溶接されている。第２分岐管１５の下流端は直線部１３ｂの開口部に溶接されている。詳細には、第２分岐管１５の下流端部はつば状に形成され、そのつば部が開口部に溶接されている。そして、第２分岐管１５と直線部１３ｂとは開口部を介して連通している。なお、本発明に係る他方側分岐管部は第１及び第２分岐管１３，１５に対応する。
【００４８】
第３及び第４分岐管１７，１９は、４本の分岐管１３，１５，１７，１９のうち気筒列方向左側に位置しているものである。第３分岐管１７は、第３ポート用開口部１１ｃから上方に且つ気筒列方向左側の方向に湾曲しながら延びている。第４分岐管１９は、第４ポート用開口部１１ｄから上方に向かって延びている。なお、本発明に係る一方側分岐管部は第３及び第４分岐管１７，１９に対応する。
【００４９】
上記排気集合ケース部２１には、第３分岐管１７の下流端と第４分岐管１９の下流端とパイプ接続部２３の下流端とがつながっている。排気集合ケース部２１の下流端は、下流側フランジ２５の開口部２５ａ（開口部２５ａについては後述する）につながっている。上記パイプ接続部２３は、排気集合ケース部２１における気筒列方向右側の部分から上方に且つ気筒列方向右側に向かって延びている。すなわち、パイプ接続部２３は、排気集合ケース部２１から直線部１３ｂの下流端に向かって延びている。パイプ接続部２３の上流端と直線部１３ｂの下流端とは、後述する熱歪み吸収機構２９を介して接続されている。
【００５０】
図５に示すように、熱歪み吸収機構２９は、第１分岐管１３を流れる排気の熱による該第１分岐管１３の歪みを吸収するものである。熱歪み吸収機構２９は、パイプ接続部２３の上流端部２３ａと該上流端部２３ａに摺動自在に差し込まれた管状の嵌挿部１３ｃとからなる摺動部と、この摺動部の外周面を覆うように設けられたベローズ管２９ａとにより構成されている。詳しくは、パイプ接続部２３の上流端部２３ａの内周面にパイプ接続部２３の外側に凹んでなる凹部が形成され、この凹部の下流端と嵌挿部１３ｃの上流端との間に隙間が形成されるように、嵌挿部１３ｃが凹部に内嵌されている。嵌挿部１３ｃは直線部１３ｂの下流端部に外嵌されている。ベローズ管２９ａの上流端は嵌挿部１３ｃの外周面に溶接されている一方、下流端はパイプ接続部２３の上流端部２３ａの外周面に溶接されている。なお、本発明に係る第１分岐管の下流端部は嵌挿部１３ｃに対応する。
【００５１】
図１〜図４に示すように、上記下流側フランジ２５は水平方向に延びている。下流側フランジ２５の上下方向に関する位置は、上流側フランジ１１における各ポート用開口部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの上端部の位置とほぼ一致している（図４を参照）。下流側フランジ２５には、円状の開口が形成された開口部２５ａが設けられている。
【００５２】
図１及び図２に示すように、上記ターボ過給機７はエンジン３の気筒列方向左側に位置し、下流側フランジ２５の下側に設置されている。ターボ過給機７は、排気のエネルギーにより回転するタービン７ａと、このタービン７ａの上端側に取り付けられたタービン側フランジ７ｂと、タービン７ａに直結した遠心式のコンプレッサ７ｃと、このコンプレッサ７ｃにおける気筒列方向左側の面に取り付けられたコンプレッサ側フランジ７ｄとを有している。
【００５３】
タービン７ａの下流側には、排気管（図示せず）を介して触媒コンバータ（図示せず）が設けられている。タービン側フランジ７ｂは下流側フランジ２５に結合され、タービン側フランジ７ｂには円状の排気入口が形成されている。コンプレッサ７ｃはタービン７ａの気筒列方向左側に位置し、吸気系の一部を構成している。ターボ過給機７の周囲には吸気系が配置されている。具体的には、コンプレッサ７ｃの気筒列方向右側には、下流端が、コンプレッサ側フランジ７ｄを介してコンプレッサ７ｃに接続された、車両前後方向に延びている第１吸気管３１が取り付けられている。また、コンプレッサ７ｃの上方には、上流端がコンプレッサ７ｃに接続されているとともに下流端がインタークーラー９に接続されている、鉛直方向に延びている第２吸気管３２が据え付けられている。
【００５４】
図２〜図４に示すように、上記２次エア通路部２７は、上流側フランジ１１の背面に沿って気筒列方向に延びている。詳細には、２次エア通路部２７は、上流側フランジ１１の背面における第１〜第４ポート用開口部１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄの下端部に沿うように、車幅方向に延びている。２次エア通路部２７の内部には、気筒列方向に延びている２次エア通路本体２７ａと、車両前後方向に延びている第１〜第４分配通路２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅとが形成されている。２次エア通路本体２７ａの両端（本実施形態では２次エア通路本体２７ａの左右端）は塞がれている。第１〜第４分配通路２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅはそれぞれ、第１〜第４分配用開口部１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈにつながっている。ガスケットにおける第１〜第４分配用開口部１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈのそれぞれに対応する部分には、第１〜第４ガスケット開口（図示せず）が形成されている。シリンダヘッドにおける第１〜第４ガスケット開口のそれぞれに対応する部分には、第１〜第４ガスケット開口と第１〜第４排気ポートとを連通させている第１〜第４シリンダ通路（図示せず）が形成されている。つまり、２次エア通路本体２７ａと各排気ポートとは、各分配通路２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ、各分配用開口部１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ、各ガスケット開口及び各シリンダ通路を介して連通している。なお、本発明に係る上流側フランジにおける各分岐管の配設側の面は、上流側フランジ１１の背面に対応する。
【００５５】
２次エア通路部２７の上面における第３分岐管１７と第４分岐管１９との間には、２次エアを２次エア通路本体２７ａに導入するための２次エア導入部３３が接続されている（図６も参照）。この２次エア導入部３３は、鋳造後の排気マニホールド本体に対して取り付けられている。２次エア導入部３３は、円状の２次エア導入口が形成された板状の導入用フランジ３３ａと、上下方向に延びているステンレス鋼製の導入用パイプ部３３ｂとにより構成されている。すなわち、２次エア通路本体２７ａと２次エア導入口とは、２次エア導入部３３を介して連通している。導入用フランジ３３ａは水平方向に延びている。導入用フランジ３３ａの鉛直方向に関する位置は、第１気筒１３の直線部１３ｂの上端の位置にほぼ一致している。なお、本発明に係る２次エアの入口は２次エア導入口に対応する。
【００５６】
−エンジンの排気−
ここで、排気マニホールド構造１を用いてエンジンの排気を行う際の動作について説明する。
【００５７】
エンジンが作動すると、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順に排気の排出が行われる。次に、エンジンから排出された排気は、第１分岐管１３、第３分岐管１７、第４分岐管１９、第２分岐管１５の順に流入する。次に、第１分岐管１３を流通した排気がパイプ接続部２３を介して排気集合ケース部２１に流れ込み、その後、第３分岐管１７を流通した排気が排気集合ケース部２１に流入する。それから、第４分岐管１９を流通した排気が排気集合ケース部２１に流れ込み、その後、第２分岐管１５を流通した排気が第１分岐管１３の直線部１３ｂ及びパイプ接続部２３を介して排気集合ケース部２１に流入する。次に、排気集合ケース部２１を流通した排気は、下流側フランジ２５の開口部２５ａ及びタービン側フランジ７ｂの排気入口を介して、タービン７ａに流れ込む。そして、タービン７ａを流通した後、排気は排気管を介して触媒コンバータに流入する。
【００５８】
また、２次エア通路本体２７ａに流れ込んだ２次エアは、各分配通路２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ、各分配用開口部１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ、各ガスケット開口及び各シリンダ通路を介して、各排気ポートに流入する。そして、各排気ポートに流れ込んだ２次エアにより、各排気ポートを流通する排気中の炭化水素、一酸化炭素等は酸化されて水、二酸化炭素等になる。
【００５９】
一方、第１吸気管３１を介してコンプレッサ７ｃに流入した空気はコンプレッサ７ｃで圧縮され、圧縮されたその空気は第２吸気管３２を介してインタークーラー９に流れ込む。
【００６０】
以上により、本実施形態によれば、上流側フランジ１１と第３及び第４分岐管１７，１９と排気集合ケース部２１とパイプ接続部２３と下流側フランジ２５とを有している排気マニホールド本体が、鋳造により一体成形されているため、排気マニホールド本体はある程度の強度を有している。したがって、下流側フランジ２５に結合されたターボ過給機７、すなわち、排気マニホールド本体に結合されたターボ過給機７を確実に支持することができる。
【００６１】
また、４本の分岐管１３，１５，１７，１９のうち第１及び第２分岐管１３，１５がステンレス鋼製のパイプからなるため、４本の分岐管１３，１５，１７，１９のすべてが鋳造により成形されている場合と比較して、排気マニホールド５による排気からの熱の吸収を抑えることができる。したがって、排気の温度の低下を防ぐことができる。
【００６２】
また、第１分岐管１３の直線部１３ｂとパイプ接続部２３とは熱歪み吸収機構２９を介して接続されているため、この熱歪み吸収機構２９により、熱による第１分岐管１３の歪み、すなわち、第１分岐管１３の伸びを吸収することができる。
【００６３】
また、本実施形態によれば、摺動部とベローズ管２９ａとからなる簡単な構造により、熱歪み吸収機構２９を具体化することができる。
【００６４】
また、第３及び第４分岐管１７，１９、排気集合ケース部２１、下流側フランジ２５及びターボ過給機７が直列４気筒エンジン３の気筒列方向左側に位置しているため、第３及び第４分岐管１７，１９、排気集合ケース部２１、下流側フランジ２５及びターボ過給機７が直列４気筒エンジン３の気筒列方向中央部に位置している場合と比較して、ターボ過給機７の周囲にはスペースが生じる。したがって、吸気系の配置の自由度を高めることができ、ひいては、吸気系を排気系から離して配置することができる。さらに、コンプレッサ７ｃがタービン７ａの気筒列方向左側の側方に位置し、また、コンプレッサ７ｃにおける気筒列方向左側の面にコンプレッサ側フランジ７ｄが取り付けられているため、コンプレッサ７ｃがタービン７ａの気筒列方向右側に位置している場合と比較して、コンプレッサ７ｃの周囲にはスペースがさらに生じる。したがって、吸気系の配置の自由度をさらに高めることができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、直列４気筒エンジンに係る排気マニホールド構造１において、ターボ過給機７を確実に支持するとともに排気の温度の低下を防ぎ、熱による第１分岐管１３の伸びを吸収することができる。また、本実施形態によれば、直列４気筒エンジンに係る排気マニホールド構造１において、吸気系の配置の自由度を高めることができるとともに、吸気系を排気系から離して配置することができる。
【００６６】
また、第１及び第２分岐管１３，１５が排気行程の順番が連続する第１及び第２気筒のそれぞれに対応するため、第１及び第２分岐管１３，１５が排気行程の順番が連続しない第１及び第２気筒のそれぞれに対応する場合と比較して、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【００６７】
また、排気マニホールド本体には２次エア通路部２７が鋳造により一体成形されているため、この２次エア通路部２７をターボ過給機７の支持に寄与させることができる。したがって、ターボ過給機７をさらに確実に支持することができる。
【００６８】
また、２次エアを、２次エア通路本体２７ａ、各分配通路２７ｂ，２７ｃ，２７ｄ，２７ｅ、各分配用開口部１１ｅ，１１ｆ，１１ｇ，１１ｈ、各ガスケット開口及び各シリンダ通路を介して排気系の最上流に位置している各排気ポートに供給することができる。そのため、２次エアと各排気ポートを流通する排気とを早期に混合させることができ、排気中の炭化水素、一酸化炭素等を十分に酸化させることができる。したがって、排気の温度の高温化を図ることができ、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【００６９】
なお、本実施形態では、エンジン３が直列４気筒エンジンからなるが、４気筒以外の複数の気筒を有しているエンジンで構成されていてもよい。このとき、気筒数と同数の排気ポート、ポート用開口部及び分岐管が設けられる。
【００７０】
また、本実施形態では、排気集合ケース部２１とパイプ接続部２３と下流側フランジ２５とが直列４気筒エンジン３の気筒列方向左側に位置しているが、排気集合ケース部２１とパイプ接続部２３と下流側フランジ２５とが直列４気筒エンジン３の気筒列方向右側に位置してもよい。このとき、第１及び第２分岐管１３，１５が上流側フランジ１１等とともに鋳造により一体成形され、第３及び第４分岐管１７，１９がステンレス鋼製のパイプからなる。
【００７１】
また、本実施形態では、第２分岐管１５の下流端が第１分岐管１３の直線部１３ｂの開口部に溶接されているが、第２分岐管１５の下流端を排気集合ケース部２１に直接つなげてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態に係る排気マニホールド構造の平面図である。
【図２】実施形態に係る排気マニホールド構造の正面図である。
【図３】実施形態に係る排気マニホールドの平面図である。
【図４】実施形態に係る排気マニホールドの正面図である。
【図５】実施形態に係る熱歪み吸収機構の縦断面図である。
【図６】実施形態に係る排気マニホールドの側面図である。
【符号の説明】
１排気マニホールド構造
３直列４気筒エンジン（多気筒エンジン）
５排気マニホールド
７ターボ過給機
１１上流側フランジ
１３第１分岐管（他方側分岐管部）
１５第２分岐管（他方側分岐管部）
１７第３分岐管（一方側分岐管部）
１９第４分岐管（一方側分岐管部）
２１排気集合ケース部
２３パイプ接続部
２５下流側フランジ
２７２次エア通路部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust manifold structure having an exhaust manifold and a turbocharger provided downstream of the exhaust manifold.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, an upstream flange communicating with each of a plurality of exhaust ports in a multi-cylinder engine, a plurality of branch pipes connected to the upstream flange, an exhaust collecting case portion in which exhaust gas from these branch pipes gathers, 2. Description of the Related Art An exhaust manifold including a downstream flange provided on a downstream side of an exhaust collecting case portion is known (for example, see Patent Document 1). In this exhaust manifold, a part of the plurality of branch pipes is integrally formed with the upstream and downstream flanges by casting, while the other branch pipes are formed of metal pipes. In addition, by making the branch pipe as described above, the exhaust manifold can be reduced in weight while maintaining sufficient strength.
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 4-129834
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a turbocharger may be installed on the downstream side of the downstream flange. This turbocharger is made of metal and therefore has a corresponding weight. Therefore, in order to reliably support the turbocharger, the exhaust manifold supporting the turbocharger must have a certain strength.
[0005]
Further, since a catalytic converter is provided downstream of the exhaust manifold, the temperature of exhaust gas flowing into the catalytic converter is preferably higher in order to activate the catalyst of the catalytic converter. Here, in order to keep the temperature of the exhaust gas at a high temperature, absorption of heat from the exhaust gas by the exhaust manifold may be suppressed.
[0006]
Further, since the metal pipe expands due to the heat of the exhaust gas, it is necessary to provide a member capable of absorbing the elongation in the exhaust manifold.
[0007]
The present invention has been made in view of such a point, and it is an object of the present invention, while some branch pipes among a plurality of branch pipes are integrally formed by casting together with upstream and downstream flanges, In an exhaust manifold structure in which a branch pipe other than the branch pipe includes an exhaust manifold formed of a metal pipe and a turbocharger provided on the downstream side of the exhaust manifold, the turbocharger is reliably supported and exhausted. It is an object of the present invention to provide a technique capable of preventing a decrease in temperature and absorbing elongation of a metal pipe due to heat.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, an upstream flange having a plurality of port openings communicating with each of a plurality of exhaust ports in a multi-cylinder engine and extending in a cylinder row direction, A plurality of branch pipes arranged on the surface opposite to the multi-cylinder engine so as to correspond to the respective port openings; an exhaust collecting case section in which exhaust from each of the branch pipes collects; and the exhaust collecting case An exhaust manifold having a downstream flange provided on the downstream side of the section, and a turbo valve having a turbine, a compressor, and a turbine flange attached to the turbine and coupled to the downstream flange. An exhaust manifold structure including a charger, wherein the exhaust collecting case portion, the downstream flange, and the turbocharger are arranged in a cylinder row of the multi-cylinder engine. One side branch pipe portion, the exhaust collecting case portion, and the upstream flange and the branch pipe that is formed by a branch pipe positioned on one side in the cylinder row direction among the plurality of branch pipes. The downstream side flange is integrally formed by casting to form an exhaust manifold main body, and the other side branch pipe portion formed of a branch pipe other than the one side branch pipe portion among the plurality of branch pipes is a metal pipe. Wherein the exhaust manifold body further has a pipe connection part integrally formed by casting with the exhaust collecting case part and extending from the exhaust collecting case part toward the downstream end of the other branch pipe part, The downstream end of the other branch pipe portion and the upstream end of the pipe connection portion are connected to each other via a thermal strain absorption mechanism for absorbing distortion of the other branch pipe portion due to heat. It is intended.
[0009]
Thus, since the exhaust manifold body is integrally formed by casting, the exhaust manifold body has a certain strength. Therefore, the turbocharger connected to the downstream flange, that is, the turbocharger connected to the exhaust manifold body can be reliably supported.
[0010]
By the way, since a branch pipe formed by casting is thicker than a branch pipe made of a metal pipe, the branch pipe formed by casting tends to take heat from exhaust gas.
[0011]
Here, according to the present invention, since the other side branch pipe portion is made of a metal pipe, the absorption of heat from the exhaust gas by the exhaust manifold can be suppressed as compared with a case where all of the branch pipes are formed by casting. Can be. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the temperature of the exhaust gas.
[0012]
Further, since the other branch pipe portion made of a metal pipe and the pipe connection portion are connected via a thermal strain absorbing mechanism, the thermal strain absorbing mechanism causes distortion of the other branch pipe portion due to heat, that is, the other side. The extension of the side branch pipe can be absorbed.
[0013]
By the way, since the turbocharger is provided with an exhaust system such as an exhaust manifold and an intake system such as a compressor and an intake pipe of the turbocharger around the turbine of the turbocharger, the turbocharger is a multi-cylinder engine. In this case, the position of the intake system is restricted and the intake system is arranged near the exhaust system.
[0014]
Here, according to the present invention, the one-side branch pipe portion, the exhaust collecting case portion, the downstream flange, and the turbocharger are located on one side in the cylinder row direction of the multi-cylinder engine. As compared with the case where the exhaust collecting case portion, the downstream flange, and the turbocharger are located at the center in the cylinder row direction of the multi-cylinder engine, a space is created around the compressor. Therefore, the degree of freedom of the arrangement of the intake system can be increased, and the intake system can be separated from the exhaust system.
[0015]
According to a second aspect, in the first aspect, the multi-cylinder engine is arranged in order from the other side in the cylinder row direction opposite to the one side in the cylinder row direction toward one side in the cylinder row direction. An in-line four-cylinder engine having second, third, and fourth cylinders is provided, and the first, second, third, and fourth cylinders are first and second cylinders as the plurality of exhaust ports, respectively. , Third and fourth exhaust ports, and the first, second, third and fourth exhaust ports are respectively the first, second, third and fourth ports as the plurality of port openings. First, second, third, and third ports that are in communication with the port openings and are disposed so as to correspond to the first, second, third, and fourth port openings, respectively. A fourth branch pipe, wherein the one-side branch pipe section is formed by the third and fourth branch pipes; It is, the other side branch pipe portion and is characterized in that it is constituted by the first and second branch pipes.
[0016]
Thus, in the exhaust manifold structure of the in-line four-cylinder engine, the turbocharger can be reliably supported, the temperature of the exhaust gas can be prevented from lowering, and the extension of the other branch pipe portion due to heat can be absorbed. Further, in the exhaust manifold structure of the in-line four-cylinder engine, the degree of freedom of the arrangement of the intake system can be increased, and the intake system can be arranged away from the exhaust system.
[0017]
In a third aspect based on the second aspect, the in-line four-cylinder engine is configured to perform an exhaust stroke in the order of the first, third, fourth, and second cylinders, and the first branch pipe is provided. A curved portion whose upstream end is welded to the first port opening and extends from the first port opening while bending to one side in the cylinder row direction, and the cylinder row from the downstream end of the curved portion. A straight path portion extending to one side in the direction and having a downstream end connected to an upstream end of the pipe connection portion via the thermal strain absorbing mechanism, wherein the second branch pipe has an upstream end connected to the second port. And a second end extending from the second port opening in a direction orthogonal to the cylinder row direction and having a downstream end connected to the straight path.
[0018]
Accordingly, since the first and second branch pipes correspond to the first and second cylinders in which the order of the exhaust stroke is continuous, the first and second branch pipes have the first and second cylinders in which the order of the exhaust stroke is not continuous. As compared with the case corresponding to each of the two cylinders, it is possible to reliably prevent the temperature of the exhaust from lowering.
[0019]
In a fourth aspect based on the third aspect, the thermal strain absorbing mechanism is an upstream end of the pipe connection portion and a downstream end of the first branch pipe slidably fitted to the upstream end. And a bellows tube provided so as to cover the outer peripheral surface of the sliding portion.
[0020]
Thus, the thermal strain absorbing mechanism according to the present invention can be embodied with a simple structure including the sliding portion and the bellows tube.
[0021]
In a fifth aspect based on any one of the first to fourth aspects, the compressor is located on one side of the turbine in the cylinder row direction, and the turbocharger is provided with the compressor. And a compressor-side flange attached to one surface in the cylinder row direction.
[0022]
Accordingly, the compressor is located on one side of the turbine in the cylinder row direction, and the compressor is provided with a compressor-side flange on one surface of the compressor in the cylinder row direction. There is more space around the compressor than if it were located on the side. Therefore, the degree of freedom of the arrangement of the intake system can be further increased.
[0023]
In a sixth aspect based on any one of the first to fifth aspects, the exhaust manifold body is further formed integrally with the exhaust manifold body by casting, and the branch pipes in the upstream flange are further formed. And a secondary air flow path portion in which a secondary air flow path through which secondary air flows is formed.
[0024]
Accordingly, since the secondary air flow path is further formed integrally with the exhaust manifold body by casting, the secondary air flow path can contribute to the support of the turbocharger. Therefore, the turbocharger can be more reliably supported.
[0025]
In a seventh aspect based on the sixth aspect, a plurality of distribution openings communicating with the exhaust ports are provided near the port openings on the upstream flange. In the air flow path, a secondary air flow path main body extending in the cylinder row direction and communicating with the inlet of the secondary air, and a plurality of communication ports connecting the secondary air flow path main body with the respective distribution openings. And a secondary air distribution channel.
[0026]
By the way, the more upstream the supply position of the secondary air in the exhaust system is, the easier the secondary air and the exhaust are mixed earlier.
[0027]
Here, according to the present invention, the secondary air is supplied to each exhaust port located at the uppermost stream of the exhaust system via the secondary air flow path main body, each secondary air distribution flow path, and each distribution opening. Can be supplied to Therefore, the secondary air and the exhaust gas flowing through each exhaust port can be mixed at an early stage, and the hydrocarbons, carbon monoxide and the like in the exhaust gas can be sufficiently oxidized. Therefore, the temperature of the exhaust gas can be increased, and the temperature of the exhaust gas can be reliably prevented from lowering.
[0028]
【The invention's effect】
According to the first aspect, since the exhaust manifold body is integrally formed by casting, the exhaust manifold body has a certain strength. Therefore, the turbocharger coupled to the exhaust manifold body can be reliably supported.
[0029]
Further, since the other branch pipe portion is formed of a metal pipe, the absorption of heat from the exhaust gas by the exhaust manifold can be suppressed as compared with a case where all of the branch pipes are formed by casting. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the temperature of the exhaust gas.
[0030]
Also, since the other branch pipe portion made of a metal pipe and the pipe connection portion are connected via a thermal strain absorbing mechanism, the thermal strain absorbing mechanism can absorb the distortion of the other branch pipe portion due to heat. Can be.
[0031]
Further, since the one-side branch pipe portion, the exhaust collecting case portion, the downstream flange, and the turbocharger are located on one side in the cylinder row direction of the multi-cylinder engine, the one-side branch pipe portion, the exhaust collecting case portion, and the downstream portion. As compared with the case where the side flanges and the turbocharger are located at the center in the cylinder row direction of the multi-cylinder engine, a space is created around the compressor. Therefore, the degree of freedom of the arrangement of the intake system can be increased, and the intake system can be separated from the exhaust system.
[0032]
According to the second aspect, in the exhaust manifold structure for the in-line four-cylinder engine, the turbocharger is reliably supported, the temperature of the exhaust gas is prevented from lowering, and the expansion of the other branch pipe portion due to heat is absorbed. be able to. Further, in the exhaust manifold structure of the in-line four-cylinder engine, the degree of freedom of the arrangement of the intake system can be increased, and the intake system can be arranged away from the exhaust system.
[0033]
According to the third aspect, since the first and second branch pipes correspond to the first and second cylinders in which the order of the exhaust stroke is continuous, the order of the first and second branch pipes is set to the order of the exhaust stroke. As compared with the case where the first and second cylinders are not continuous, the temperature of the exhaust gas can be reliably prevented from lowering.
[0034]
According to the fourth aspect, the thermal strain absorbing mechanism according to the present invention can be embodied with a simple structure including the sliding portion and the bellows tube.
[0035]
According to the fifth aspect, the compressor is located on one side of the turbine in the cylinder row direction, and the compressor is provided with a compressor-side flange on one surface of the compressor in the cylinder row direction. As compared with the case where the turbine is located on the other side in the cylinder row direction of the turbine, more space is created around the compressor. Therefore, the degree of freedom of the arrangement of the intake system can be further increased.
[0036]
According to the sixth aspect of the invention, since the secondary air flow path is further formed integrally with the exhaust manifold body by casting, the secondary air flow path can contribute to the support of the turbocharger. it can. Therefore, the turbocharger can be more reliably supported.
[0037]
According to the seventh aspect, each exhaust port located at the most upstream of the exhaust system through the secondary air flow path main body, each secondary air distribution flow path, and each distribution opening, according to the seventh invention. Therefore, the secondary air and the exhaust gas flowing through each exhaust port can be mixed at an early stage, and the hydrocarbons, carbon monoxide and the like in the exhaust gas can be sufficiently oxidized. Therefore, the temperature of the exhaust gas can be increased, and the temperature of the exhaust gas can be reliably prevented from lowering.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0039]
As shown in FIG. 1, an exhaust manifold structure 1 according to an embodiment of the present invention includes an in-line four-cylinder engine 3, an exhaust manifold 5 provided on the downstream side of the engine 3, and an exhaust manifold 5 provided on the downstream side of the exhaust manifold 5. And a turbocharger 7 provided.
[0040]
The engine 3 is mounted horizontally on the vehicle. In other words, the engine 3 is mounted on the vehicle such that the crankshaft (not shown) extends in the vehicle width direction. The engine 3 has first to fourth cylinders (not shown) arranged in order from the right side in the vehicle width direction to the left side in the vehicle width direction. In the engine 3, the exhaust stroke is performed in the order of the first, third, fourth, and second cylinders. Each of the first to fourth cylinders communicates with first to fourth exhaust ports (not shown) formed in a cylinder head (not shown) constituting a part of the engine 3. Above the engine 3, an intercooler 9 for cooling high-temperature intake air compressed by a compressor 7c described later is provided.
[0041]
As shown in FIGS. 1 to 4, the exhaust manifold 5 is made of stainless steel, and is attached to a rear surface of the cylinder head via a gasket (not shown). The exhaust manifold 5 has a plate-like upstream flange 11 extending in the cylinder row direction, tubular first to fourth branch pipes 13, 15, 17, 19 connected to the upstream flange 11. An exhaust collecting case 21 where exhaust from the branch pipes 13, 15, 17, and 19 collects, a tubular pipe connection 23 communicating with the exhaust collecting case 21, and a downstream side of the exhaust collecting case 21. And a secondary air passage portion 27 in which secondary air passages 27a, 27b, 27c, 27d, 27e through which secondary air flows are formed.
[0042]
The third and fourth branch pipes 17, 19, the exhaust collecting case part 21, the pipe connection part 23, and the downstream flange 25 are located on the left side in the vehicle width direction of the engine 3, that is, on the left side in the cylinder row direction of the engine 3. I have. Specifically, the third and fourth branch pipes 17 and 19, the exhaust collecting case part 21, the pipe connection part 23, and the downstream flange 25 are connected to the exhaust side in the direction orthogonal to the cylinder row direction of the engine 3 (this embodiment). In the figure, the rear side of the engine 3) and the left side of the engine 3 in the cylinder row direction. In other words, the third and fourth branch pipes 17 and 19, the exhaust collecting case part 21, the pipe connection part 23, and the downstream flange 25 are located closer to the rear of the engine 3 than the center of the engine 3 in the cylinder row direction. It is located on the left side in the direction. The upstream flange 11, the third and fourth branch pipes 17, 19, the exhaust collecting case part 21, the pipe connection part 23, the downstream flange 25, and the secondary air passage part 27 are integrally formed by casting using stainless steel. Thus, an exhaust manifold body made of cast stainless steel is formed. Note that one side in the cylinder row direction according to the present invention corresponds to the left side in the cylinder row direction.
[0043]
The upstream flange 11 has first to fourth port openings 11a, 11b, 11c, 11d arranged in order from the right side in the cylinder row direction to the left side in the cylinder row direction. The first and second port openings 11a and 11b respectively project rearward and upward from the rear surface of the upstream flange 11, that is, the surface of the upstream flange 11 opposite to the engine 3. Each of the first and second port openings 11a and 11b is formed with a through-hole having a circular cross section penetrating the first and second port openings 11a and 11b. Each of the third and fourth port openings 11c and 11d has a circular opening penetrating the upstream flange 11. The first to fourth port openings 11a, 11b, 11c, 11d communicate with the first to fourth exhaust ports, respectively. The other side in the cylinder row direction according to the present invention corresponds to the right side in the cylinder row direction.
[0044]
In the vicinity of each of the first to fourth port openings 11a, 11b, 11c, 11d in the upstream flange 11, a circular opening penetrating the upstream flange 11 is formed. Openings 11e, 11f, 11g, 11h are provided. Specifically, the first distribution opening 11e is formed on the lower right side of the first port opening 11a, and the second distribution opening 11f is provided on the lower right side of the second port opening 11b. The third distribution opening 11g is formed on the lower left side of the third port opening 11c, and the fourth distribution opening 11h is provided on the lower left side of the fourth port opening 11d. The diameters of the first to fourth distribution openings 11e, 11f, 11g, 11h are smaller than the diameters of the first to fourth port openings 11a, 11b, 11c, 11d.
[0045]
The first to fourth branch pipes 13, 15, 17, and 19 are arranged on the back surface of the upstream flange 11 so as to correspond to the first to fourth port openings 11a, 11b, 11c, and 11d, respectively. . That is, the first to fourth branch pipes 13, 15, 17, and 19 are in communication with the first to fourth exhaust ports via the first to fourth port openings 11a, 11b, 11c, and 11d, respectively. .
[0046]
The first branch pipe 13 is formed of a metal pipe, for example, a stainless steel pipe. The first branch pipe 13 has a curved portion 13a extending upward from the first port opening 11a and curving leftward in the cylinder row direction, and a leftward direction from the downstream end of the curved portion 13a in the cylinder row direction. And a fitting portion 13c described later. The upstream end of the curved portion 13a is fitted inside the first port opening 11a and welded. The position of the straight portion 13b in the vertical direction is higher than the position of the upper end of the upstream flange 11 (see FIGS. 2 and 4). An opening that opens toward the downstream end of the second branch pipe 15 is formed in a portion of the straight portion 13b that faces the downstream end of the second branch pipe 15.
[0047]
The second branch pipe 15 is formed of a metal pipe, for example, a stainless steel pipe, and extends upward from the second port opening 11b and in the vehicle front-rear direction. The upstream end of the second branch pipe 15 is inserted into the second port opening 11b and welded. The downstream end of the second branch pipe 15 is welded to the opening of the straight section 13b. Specifically, the downstream end of the second branch pipe 15 is formed in a brim shape, and the brim portion is welded to the opening. The second branch pipe 15 and the straight section 13b communicate with each other via the opening. Note that the other side branch pipe portion according to the present invention corresponds to the first and second branch pipes 13 and 15.
[0048]
The third and fourth branch pipes 17, 19 are located on the left side of the four branch pipes 13, 15, 17, 19 in the cylinder row direction. The third branch pipe 17 extends upward from the third port opening 11c while bending in the left direction in the cylinder row direction. The fourth branch pipe 19 extends upward from the fourth port opening 11d. The one-side branch pipe according to the present invention corresponds to the third and fourth branch pipes 17 and 19.
[0049]
A downstream end of the third branch pipe 17, a downstream end of the fourth branch pipe 19, and a downstream end of the pipe connection part 23 are connected to the exhaust collecting case part 21. The downstream end of the exhaust collecting case portion 21 is connected to an opening 25a of the downstream flange 25 (the opening 25a will be described later). The pipe connection portion 23 extends upward from a right portion in the cylinder row direction of the exhaust collecting case portion 21 and toward the right side in the cylinder row direction. That is, the pipe connecting portion 23 extends from the exhaust collecting case portion 21 toward the downstream end of the linear portion 13b. The upstream end of the pipe connection portion 23 and the downstream end of the straight portion 13b are connected via a thermal strain absorbing mechanism 29 described later.
[0050]
As shown in FIG. 5, the thermal strain absorbing mechanism 29 absorbs the distortion of the first branch pipe 13 due to the heat of the exhaust gas flowing through the first branch pipe 13. The thermal strain absorbing mechanism 29 includes a sliding portion including an upstream end portion 23a of the pipe connecting portion 23 and a tubular fitting portion 13c slidably inserted into the upstream end portion 23a, and an outer periphery of the sliding portion. And a bellows tube 29a provided to cover the surface. More specifically, a concave portion is formed on the inner peripheral surface of the upstream end portion 23a of the pipe connection portion 23 and is recessed outside the pipe connection portion 23. A gap is formed between the downstream end of the concave portion and the upstream end of the fitting portion 13c. Is formed, the fitting portion 13c is fitted in the recess. The insertion portion 13c is externally fitted to the downstream end of the linear portion 13b. The upstream end of the bellows pipe 29a is welded to the outer peripheral surface of the fitting portion 13c, while the downstream end is welded to the outer peripheral surface of the upstream end 23a of the pipe connecting portion 23. The downstream end of the first branch pipe according to the present invention corresponds to the fitting portion 13c.
[0051]
As shown in FIGS. 1 to 4, the downstream flange 25 extends in the horizontal direction. The position of the downstream flange 25 in the vertical direction substantially coincides with the position of the upper end of each port opening 11a, 11b, 11c, 11d in the upstream flange 11 (see FIG. 4). The downstream flange 25 is provided with an opening 25a having a circular opening.
[0052]
As shown in FIGS. 1 and 2, the turbocharger 7 is located on the left side in the cylinder row direction of the engine 3 and is installed below the downstream flange 25. The turbocharger 7 includes a turbine 7a rotating by the energy of exhaust gas, a turbine-side flange 7b attached to an upper end of the turbine 7a, a centrifugal compressor 7c directly connected to the turbine 7a, and a cylinder in the compressor 7c. And a compressor-side flange 7d attached to the left surface in the column direction.
[0053]
A catalytic converter (not shown) is provided downstream of the turbine 7a via an exhaust pipe (not shown). The turbine-side flange 7b is connected to the downstream-side flange 25, and a circular exhaust inlet is formed in the turbine-side flange 7b. The compressor 7c is located on the left side of the turbine 7a in the cylinder row direction, and forms a part of an intake system. An intake system is arranged around the turbocharger 7. Specifically, a first intake pipe 31 extending in the vehicle front-rear direction and having a downstream end connected to the compressor 7c via a compressor-side flange 7d is attached to the right side of the compressor 7c in the cylinder row direction. . Above the compressor 7c, a vertically extending second intake pipe 32, whose upstream end is connected to the compressor 7c and whose downstream end is connected to the intercooler 9, is installed.
[0054]
As shown in FIGS. 2 to 4, the secondary air passage 27 extends in the cylinder row direction along the back surface of the upstream flange 11. More specifically, the secondary air passage portion 27 extends in the vehicle width direction along the lower ends of the first to fourth port openings 11a, 11b, 11c, 11d on the back surface of the upstream flange 11. . Inside the secondary air passage portion 27, a secondary air passage main body 27a extending in the cylinder row direction and first to fourth distribution passages 27b, 27c, 27d, 27e extending in the vehicle front-rear direction are formed. Have been. Both ends of the secondary air passage main body 27a (left and right ends of the secondary air passage main body 27a in the present embodiment) are closed. The first to fourth distribution passages 27b, 27c, 27d, 27e are connected to the first to fourth distribution openings 11e, 11f, 11g, 11h, respectively. First to fourth gasket openings (not shown) are formed in portions corresponding to the first to fourth distribution openings 11e, 11f, 11g, and 11h in the gasket. In portions corresponding to the first to fourth gasket openings in the cylinder head, first to fourth cylinder passages (shown in the figure) that connect the first to fourth gasket openings to the first to fourth exhaust ports are provided. Are formed. That is, the secondary air passage main body 27a and each exhaust port communicate with each other through the distribution passages 27b, 27c, 27d, 27e, the distribution openings 11e, 11f, 11g, 11h, the gasket openings, and the cylinder passages. are doing. In addition, the surface on the arrangement side of each branch pipe in the upstream flange according to the present invention corresponds to the rear surface of the upstream flange 11.
[0055]
Between the third branch pipe 17 and the fourth branch pipe 19 on the upper surface of the secondary air passage 27, a secondary air introduction part 33 for introducing secondary air into the secondary air passage main body 27a is connected. (See also FIG. 6). The secondary air introduction part 33 is attached to the exhaust manifold body after casting. The secondary air introduction part 33 is composed of a plate-like introduction flange 33a having a circular secondary air introduction port formed therein, and a stainless steel introduction pipe part 33b extending vertically. . That is, the secondary air passage main body 27 a communicates with the secondary air introduction port via the secondary air introduction portion 33. The introduction flange 33a extends in the horizontal direction. The position of the introduction flange 33a in the vertical direction substantially coincides with the position of the upper end of the straight portion 13b of the first cylinder 13. The secondary air inlet according to the present invention corresponds to a secondary air inlet.
[0056]
-Engine exhaust-
Here, the operation when exhausting the engine using the exhaust manifold structure 1 will be described.
[0057]
When the engine operates, exhaust is discharged in the order of the first cylinder, the third cylinder, the fourth cylinder, and the second cylinder. Next, the exhaust gas discharged from the engine flows into the first branch pipe 13, the third branch pipe 17, the fourth branch pipe 19, and the second branch pipe 15 in this order. Next, the exhaust gas flowing through the first branch pipe 13 flows into the exhaust collecting case section 21 via the pipe connection portion 23, and thereafter, the exhaust gas flowing through the third branch pipe 17 flows into the exhaust collecting case section 21. Then, the exhaust gas flowing through the fourth branch pipe 19 flows into the exhaust collecting case portion 21, and then the exhaust gas flowing through the second branch pipe 15 is exhausted through the straight portion 13 b of the first branch pipe 13 and the pipe connection portion 23. It flows into the collective case part 21. Next, the exhaust gas flowing through the exhaust collecting case portion 21 flows into the turbine 7a via the opening 25a of the downstream flange 25 and the exhaust inlet of the turbine flange 7b. After flowing through the turbine 7a, the exhaust gas flows into the catalytic converter via an exhaust pipe.
[0058]
The secondary air flowing into the secondary air passage main body 27a passes through the distribution passages 27b, 27c, 27d, 27e, the distribution openings 11e, 11f, 11g, 11h, the gasket openings, and the cylinder passages. Flows into each exhaust port. The secondary air flowing into each exhaust port oxidizes hydrocarbons, carbon monoxide, and the like in the exhaust flowing through each exhaust port to water, carbon dioxide, and the like.
[0059]
On the other hand, the air that has flowed into the compressor 7c via the first intake pipe 31 is compressed by the compressor 7c, and the compressed air flows into the intercooler 9 via the second intake pipe 32.
[0060]
As described above, according to this embodiment, the exhaust manifold body including the upstream flange 11, the third and fourth branch pipes 17, 19, the exhaust collecting case part 21, the pipe connection part 23, and the downstream flange 25. However, since they are integrally formed by casting, the exhaust manifold body has a certain degree of strength. Therefore, the turbocharger 7 connected to the downstream flange 25, that is, the turbocharger 7 connected to the exhaust manifold body can be reliably supported.
[0061]
In addition, since the first and second branch pipes 13, 15 of the four branch pipes 13, 15, 17, 19 are made of stainless steel pipes, all of the four branch pipes 13, 15, 17, 19 are formed. The absorption of heat from exhaust gas by the exhaust manifold 5 can be suppressed as compared with the case where is molded by casting. Therefore, it is possible to prevent a decrease in the temperature of the exhaust gas.
[0062]
Further, since the straight portion 13b of the first branch pipe 13 and the pipe connection part 23 are connected via the thermal strain absorbing mechanism 29, the thermal strain absorbing mechanism 29 allows the first branch pipe 13 to be distorted due to heat. That is, the extension of the first branch pipe 13 can be absorbed.
[0063]
Further, according to the present embodiment, the thermal strain absorbing mechanism 29 can be embodied by a simple structure including the sliding portion and the bellows pipe 29a.
[0064]
Further, since the third and fourth branch pipes 17 and 19, the exhaust collecting case part 21, the downstream flange 25 and the turbocharger 7 are located on the left side in the cylinder row direction of the in-line four-cylinder engine 3, As compared with the case where the fourth branch pipes 17, 19, the exhaust collecting case part 21, the downstream flange 25, and the turbocharger 7 are located at the center of the in-line four-cylinder engine 3 in the cylinder row direction, the turbocharging is performed. A space is created around the machine 7. Therefore, the degree of freedom of the arrangement of the intake system can be increased, and the intake system can be separated from the exhaust system. Furthermore, since the compressor 7c is located on the left side in the cylinder row direction of the turbine 7a and the compressor-side flange 7d is attached to the left side surface of the compressor 7c in the cylinder row direction, the compressor 7c is in the cylinder row of the turbine 7a. As compared with the case where the compressor 7c is located on the right side in the direction, there is more space around the compressor 7c. Therefore, the degree of freedom of the arrangement of the intake system can be further increased.
[0065]
Further, according to the present embodiment, in the exhaust manifold structure 1 according to the in-line four-cylinder engine, the turbocharger 7 is reliably supported, the temperature of the exhaust gas is prevented from lowering, and the elongation of the first branch pipe 13 due to heat is reduced. Can be absorbed. Further, according to the present embodiment, in the exhaust manifold structure 1 according to the in-line four-cylinder engine, the degree of freedom of arrangement of the intake system can be increased, and the intake system can be arranged away from the exhaust system.
[0066]
Further, since the first and second branch pipes 13 and 15 correspond to the first and second cylinders in which the order of the exhaust stroke is continuous, respectively, the first and second branch pipes 13 and 15 have the order of the exhaust stroke continuous. As compared with the case corresponding to each of the first and second cylinders that do not have the same, it is possible to reliably prevent the exhaust gas temperature from decreasing.
[0067]
In addition, since the secondary air passage 27 is formed integrally with the exhaust manifold body by casting, the secondary air passage 27 can contribute to supporting the turbocharger 7. Therefore, the turbocharger 7 can be more reliably supported.
[0068]
Further, the secondary air is exhausted through the secondary air passage main body 27a, the respective distribution passages 27b, 27c, 27d, 27e, the respective distribution openings 11e, 11f, 11g, 11h, the respective gasket openings, and the respective cylinder passages. Can be supplied to each of the exhaust ports located at the uppermost stream. Therefore, the secondary air and the exhaust gas flowing through each exhaust port can be mixed at an early stage, and the hydrocarbons, carbon monoxide and the like in the exhaust gas can be sufficiently oxidized. Therefore, the temperature of the exhaust gas can be increased, and the temperature of the exhaust gas can be reliably prevented from lowering.
[0069]
In the present embodiment, the engine 3 is an in-line four-cylinder engine, but may be an engine having a plurality of cylinders other than four cylinders. At this time, the same number of exhaust ports, port openings, and branch pipes as the number of cylinders are provided.
[0070]
In the present embodiment, the exhaust collecting case portion 21, the pipe connecting portion 23, and the downstream flange 25 are located on the left side in the cylinder row direction of the in-line four-cylinder engine 3, but the exhaust collecting case portion 21, the pipe connecting portion, and the like. The 23 and the downstream flange 25 may be located on the right side in the cylinder row direction of the in-line four-cylinder engine 3. At this time, the first and second branch pipes 13 and 15 are integrally formed together with the upstream flange 11 and the like by casting, and the third and fourth branch pipes 17 and 19 are made of stainless steel pipes.
[0071]
In the present embodiment, the downstream end of the second branch pipe 15 is welded to the opening of the straight portion 13 b of the first branch pipe 13, but the downstream end of the second branch pipe 15 is connected to the exhaust collecting case section 21. You may connect them directly.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an exhaust manifold structure according to an embodiment.
FIG. 2 is a front view of an exhaust manifold structure according to the embodiment.
FIG. 3 is a plan view of an exhaust manifold according to the embodiment.
FIG. 4 is a front view of the exhaust manifold according to the embodiment.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the thermal strain absorbing mechanism according to the embodiment.
FIG. 6 is a side view of the exhaust manifold according to the embodiment.
[Explanation of symbols]
1 Exhaust manifold structure
3. In-line 4-cylinder engine (multi-cylinder engine)
5 Exhaust manifold
7 Turbocharger
11 Upstream flange
13 1st branch pipe (other side branch pipe part)
15 2nd branch pipe (other side branch pipe part)
17 3rd branch pipe (one side branch pipe part)
19 4th branch pipe (one side branch pipe part)
21 Exhaust collecting case
23 Pipe connection
25 Downstream flange
27 Secondary air passage

Claims

An upstream flange having a plurality of port openings communicating with each of the plurality of exhaust ports in the multi-cylinder engine and extending in the cylinder row direction, and an upstream side of the upstream flange opposite to the multi-cylinder engine. A plurality of branch pipes arranged to correspond to the respective port openings, an exhaust collecting case part in which exhaust gas from each of the branch pipes collects, and a plurality of branch pipes provided on the downstream side of the exhaust collecting case part. An exhaust manifold having a defined downstream flange;
An exhaust manifold structure including a turbine, a compressor, and a turbocharger having a turbine-side flange attached to the turbine and coupled to the downstream-side flange,
The exhaust collecting case portion, the downstream flange and the turbocharger are located on one side in the cylinder row direction of the multi-cylinder engine,
The one-side branch pipe portion, the exhaust collecting case portion, and the downstream flange formed by the upstream flange and a branch pipe located on one side in the cylinder row direction among the plurality of branch pipes are formed by casting. To form the exhaust manifold body,
The other-side branch pipe portion formed of a branch pipe other than the one-side branch pipe portion of the plurality of branch pipes is made of a metal pipe,
The exhaust manifold body further has a pipe connection portion integrally formed by casting with the exhaust collecting case portion and extending from the exhaust collecting case portion toward the downstream end of the other side branch pipe portion,
An exhaust characterized in that the downstream end of the other branch pipe portion and the upstream end of the pipe connection portion are connected via a thermal strain absorbing mechanism for absorbing distortion of the other branch pipe portion due to heat. Manifold structure.

The exhaust manifold structure according to claim 1,
The multi-cylinder engine has first, second, third, and fourth cylinders arranged in order from the other side in the cylinder row direction opposite to the one side in the cylinder row direction toward one side in the cylinder row direction. It consists of an in-line four-cylinder engine,
The first, second, third, and fourth cylinders communicate with first, second, third, and fourth exhaust ports as the plurality of exhaust ports, respectively.
The first, second, third, and fourth exhaust ports communicate with first, second, third, and fourth port openings as the plurality of port openings, respectively.
The plurality of branch pipes are configured by first, second, third, and fourth branch pipes disposed so as to correspond to the first, second, third, and fourth port openings, respectively. ,
The one-side branch pipe portion is constituted by the third and fourth branch pipes,
The exhaust manifold structure, wherein the other branch pipe portion is constituted by the first and second branch pipes.

The exhaust manifold structure according to claim 2,
The in-line four-cylinder engine is configured to perform an exhaust stroke in the order of the first, third, fourth, and second cylinders,
The first branch pipe has an upstream end welded to the first port opening, and a curved portion extending from the first port opening to one side in the cylinder row direction while being curved, and a downstream portion of the curved portion. A straight path portion extending from one end to the one side in the cylinder row direction and a downstream end connected to an upstream end of the pipe connection portion via the thermal strain absorption mechanism,
The second branch pipe has an upstream end welded to the second port opening, extends from the second port opening in a direction orthogonal to the cylinder row direction, and has a downstream end connected to the straight path portion. The exhaust manifold structure is characterized in that:

The exhaust manifold structure according to claim 3,
The thermal strain absorbing mechanism includes a sliding portion including an upstream end of the pipe connection portion and a downstream end of the first branch pipe slidably fitted to the upstream end, And a bellows tube provided so as to cover the outer peripheral surface of the exhaust manifold.

The exhaust manifold structure according to any one of claims 1 to 4,
The compressor is located on one side of the turbine in the cylinder row direction,
The exhaust manifold structure, wherein the turbocharger has a compressor-side flange attached to a surface of the compressor on one side in the cylinder row direction.

The exhaust manifold structure according to any one of claims 1 to 5,
The exhaust manifold body is further formed integrally with the exhaust manifold body by casting, extends along the surface of the upstream flange on the side where the branch pipes are provided, and has secondary air flowing therein. An exhaust manifold structure comprising a secondary air flow path portion having a secondary air flow path formed therein.

The exhaust manifold structure according to claim 6,
In the vicinity of the port openings on the upstream flange, a plurality of distribution openings communicating with the exhaust ports are provided.
The secondary air flow path extends in the cylinder row direction and communicates with the secondary air inlet, and the secondary air flow path main body communicates with each of the distribution openings. And a plurality of secondary air distribution channels.