JP2007064095A - Exhaust manifold - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、多気筒エンジンの排気マニホールドに関し、特に二重管で構成した複数の枝管を1つの集合チャンバに接続してなる排気マニホールドに関するものである。 The present invention relates to an exhaust manifold of a multi-cylinder engine, and more particularly to an exhaust manifold formed by connecting a plurality of branch pipes formed of double pipes to one collective chamber.
自動車の多気筒エンジンにおいては、図5に示したように、シリンダヘッドに開口した排気ポートのそれぞれに接続された複数の枝管103を1つの集合チャンバ104に接続することにより、触媒コンバータや消音器などが直列に連設された1本の排気管へと各燃焼室からの排出ガスを集中させることが一般的である(特許文献1を参照されたい)。
In a multi-cylinder engine of an automobile, as shown in FIG. 5, a plurality of
他方、排気熱が大気中へ放散されて降温することを抑制して触媒コンバータの活性化を図るために、口径が互いに異なる鋼管を同軸的に嵌め合わせた二重管で各枝管103を構成した排気マニホールドも知られている。このような排気マニホールドにおいては、その概念を図5に示したように、二重管を構成するアウタパイプ103aの外周面が集合チャンバ104の上流側の端壁105に固定され、アウタパイプ103a内に嵌挿されたインナパイプ103bの端部に形成された環状凸部111の外周面がアウタパイプ103aの内周面に嵌着固定され、アウタパイプ103aの内周面とインナパイプ103bの外周面との間に、閉空間の断熱層Gが形成されている(特許文献2を参照されたい)。
しかるに、特許文献2に記載されたような従来構造によると、枝管を構成するアウタパイプとインナパイプとの開口端面が略同一面上にて集合チャンバ内を臨んでおり、しかもアウタパイプの外周面とインナパイプの内周面との間の隙間をも集合チャンバ内に臨ませているため、例えば減速時の燃焼休止制御時にエンジンの排気ポートが減圧して集合チャンバ内の排出ガスがインナパイプに流入する逆流現象が発生した際に、枝管の開口端周辺に排気流の渦が発生し、これが排気マニホールドを振動させる要因となることがあった。 However, according to the conventional structure as described in Patent Document 2, the open end surfaces of the outer pipe and the inner pipe that constitute the branch pipe face the inside of the assembly chamber on substantially the same plane, and the outer peripheral surface of the outer pipe Since the gap between the inner peripheral surface of the inner pipe also faces the collecting chamber, for example, the exhaust port of the engine is depressurized and the exhaust gas in the collecting chamber flows into the inner pipe during combustion stop control during deceleration. When the reverse flow phenomenon occurs, an exhaust flow vortex is generated around the open end of the branch pipe, which may cause the exhaust manifold to vibrate.
このような振動は、騒音発生の要因となるばかりでなく、排気マニホールドを構成する部材の溶接部などに無用な応力を発生させて亀裂などを誘発させ、耐久性を損ねる要因ともなり得る。 Such vibrations not only cause noise, but can also cause unnecessary stresses in the welded parts of the members constituting the exhaust manifold to induce cracks and the like and impair durability.
このような問題に対しては、枝管の板厚を大きくすることが有効であるが、板厚の増大は、重量の増大および製造コストの増加を招くので好ましいことではない。 Although it is effective to increase the thickness of the branch pipe for such a problem, an increase in the thickness is not preferable because it causes an increase in weight and an increase in manufacturing cost.
本発明は、このような従来技術の欠点を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、集合チャンバから枝管に逆流する排気流の乱れを低減し、これによって重量の増大などを招かずに振動の発生を抑制し得る排気マニホールドを提供することにある。 The present invention has been devised to eliminate such drawbacks of the prior art, and its main purpose is to reduce the turbulence of the exhaust gas flowing back from the collecting chamber to the branch pipe, thereby increasing the weight. It is an object of the present invention to provide an exhaust manifold that can suppress the occurrence of vibrations without incurring such problems.
このような課題を解決するため、本発明は、アウタパイプ3aにインナパイプ3bを同軸的に嵌挿してなる二重管部分を備え且つ多気筒エンジンの排気ポートにその上流側が接続される複数の枝管3と、該複数の枝管の下流側を接続させた集合チャンバ4とを有する排気マニホールド1において、前記アウタパイプの前記集合チャンバに対する接続部に、前記インナパイプの下流端よりさらに下流側へ延出し且つその内径寸法D2を前記インナパイプの内径寸法D1以下とした縮径部(小径部7)を設けたことを特徴とするものとした。
特に、前記インナパイプの最下流端の外周面と前記アウタパイプの内周面との間に制振部材9を介設すると良い。
In order to solve such a problem, the present invention provides a plurality of branches each having a double pipe portion formed by coaxially inserting an
In particular, a
このような本発明によれば、インナパイプよりも長く形成されたアウタパイプの端部に、インナパイプの口径と同等以下の口径の縮径部を設けることにより、インナパイプの開口端面を集合チャンバ内に直接臨ませずに済むので、アウタパイプとインナパイプとの隙間に逆流ガスが進入することを防止し、インナパイプへの逆流ガスの流れを円滑化することができる。即ち、本発明により、逆流ガス流を円滑化し得るので、減速時の燃焼休止制御時などに排気マニホールドの振動を抑制し、騒音を低減する上に多大な効果を奏することができる。
また、インナパイプの最下流端の外周面とアウタパイプの内周面との間に制振部材を介設すれば、インナパイプの開口端面とアウタパイプとの間の隙間を皆無にすることができるので、逆流ガス流の円滑化をより一層高めることができる。これにより、インナパイプの下流端がアウタパイプに非リジットに支持されるために両パイプ間の熱伸縮差や振動の吸収作用が得られることと相俟って、排気マニホールドの振動抑制作用の向上に寄与するところ大である。
According to the present invention, the opening end surface of the inner pipe is arranged in the assembly chamber by providing a reduced diameter portion having a diameter equal to or smaller than the diameter of the inner pipe at the end of the outer pipe formed longer than the inner pipe. Therefore, the backflow gas can be prevented from entering the gap between the outer pipe and the inner pipe, and the flow of the backflow gas to the inner pipe can be smoothed. That is, according to the present invention, since the backflow gas flow can be smoothed, vibrations of the exhaust manifold can be suppressed at the time of combustion stop control at the time of deceleration, and a great effect can be achieved in reducing noise.
In addition, if a damping member is interposed between the outermost peripheral surface of the innermost pipe of the inner pipe and the inner peripheral surface of the outer pipe, the gap between the open end surface of the inner pipe and the outer pipe can be eliminated. Further, smoothing of the backflow gas flow can be further enhanced. This, combined with the fact that the downstream end of the inner pipe is non-rigidly supported by the outer pipe, combined with the fact that the heat expansion / contraction difference between the two pipes and the vibration absorbing action are obtained, improve the vibration suppressing action of the exhaust manifold. It is a great place to contribute.
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明が適用される排気マニホールドを示している。この排気マニホールド1は、例えば直列4気筒エンジンに用いられるものであり、シリンダヘッド(図示せず)に結合されるフランジ2と、シリンダヘッドに開口した各排気ポートにその上流端を接続すべく、フランジ2に溶接などで一体結合された4本の枝管3と、触媒コンバータや消音器などが直列に連設された1本の排気管(図示せず)へと各燃焼室からの排出ガスを集中させるべく各枝管3の下流端を結合させた集合チャンバ4とからなっている。
FIG. 1 shows an exhaust manifold to which the present invention is applied. The exhaust manifold 1 is used, for example, in an in-line four-cylinder engine, and is connected to a flange 2 coupled to a cylinder head (not shown) and an upstream end of each exhaust port opened in the cylinder head. Exhaust gas from each combustion chamber into four
図2に示すように、集合チャンバ4に結合された4本の枝管3は、それぞれ比較的大径且つ厚肉(t=1.5mm)の例えばステンレス鋼管からなるアウタパイプ3aと、比較的小径且つ薄肉(t=0.4mm)の例えばステンレス鋼管からなるインナパイプ3bとからなり、アウタパイプ3a内にインナパイプ3bを略同軸的に嵌挿し、アウタパイプ3aの内周面とインナパイプ3bの外周面との間に、周方向及び軸方向に連続する適宜な寸法の空隙(空気層)Gが形成されるように構成されている。この空隙Gの断熱機能並びにアウタパイプ3aよりもインナパイプ3bを薄肉とすることによる熱容量の低減により、排出ガスの降温の抑制を図っている。
As shown in FIG. 2, the four
集合チャンバ4は、4本の枝管3の各下流側端部が接続されるキャップ5と、ロート状に下すぼまりとされたケース体6とを溶接などで一体結合してなり、ケース体6の部分は、枝管3と同様の要領でアウタケース6a及びインナケース6bで二重構造とされており、その下端側に1本の排気管が接続されるようになっている。
The assembly chamber 4 is formed by integrally joining a
次に各枝管3の下流側端部と集合チャンバ4のキャップ5との接続部について説明する。
Next, a connection portion between the downstream end portion of each
各枝管3の下流側端部において、アウタパイプ3aは徐々に縮径され、下流側端部の所定軸長部分は口径が略一定の小径部7とされている。そしてバーリングなどでキャップ5に形成された結合孔8に小径部7を緊密に嵌着し且つ溶接することにより、各アウタパイプ3aがキャップ5に一体結合されている。
At the downstream end of each
アウタパイプ3a内に嵌挿されるインナパイプ3bは、アウタパイプ3aの小径部7の口径と略等しいか、或いは幾分か大きくされた(D1≧D2)均一の太さであり、その最下流側端部外周面が、アウタパイプ3aの大径な一般部の内周面に対し、例えばステンレスメッシュなどからなる環状の制振部材9を介して支持されている。ここでインナパイプ3bの下流側端面とアウタパイプ3aの小径部7との間は、軸線方向について適宜な寸法(g)だけ離間している。つまりアウタパイプ3aとインナパイプ3bとは、両者の間に適宜な寸法の径方向隙間をおいて実質的に非接触であり、且つインナパイプ3bの下流端は、アウタパイプ3aの下流側に設けられた制振部材9のみによって非リジットに支持されていると言える。
The
なお、インナパイプ3bの内径寸法D1とアウタパイプ3aの小径部の内径寸法D2との差(D1−D2)は、4mm以下が良く、特に2.5mm以下とすることが好ましい。
The difference (D1-D2) between the inner diameter D1 of the
ケース体6を二重構造に構成するアウタケース6aとインナケース6bとの間における各小径部7の開口端面の投影面に対応する部分(4箇所/図3参照)には、アウタパイプ3aの内周面に対するインナパイプ3bの間接的支持構造と同様に、例えばステンレスメッシュなどからなる制振部材10が介設されている。これにより、アウタケース6aとインナケース6bとは、アウタパイプ3aとインナパイプ3bと同様に、両者の間に適宜な寸法の隙間(空気層)Gをおいて実質的に非接触であり、且つインナケース6bは、アウタケース6aに対して制振部材10のみによって非リジットに支持されていると言える。
The portion corresponding to the projection surface of the opening end face of each
次に上述の排気マニホールド1の機能について説明する。多気筒エンジンの複数の排気ポートから断続的に排出される高温の排出ガスは、インナパイプ3b内を流れる。この際に、排出ガスの熱は、インナパイプ3bとアウタパイプ3aとの間の空隙Gに形成された空気層を介してアウタパイプ3aに伝達される。ここで空気の熱伝導率は、金属のそれよりも圧倒的に低いため、アウタパイプ3aの昇温が抑制され、且つ排出ガスの降温が抑制される。これにより、排気マニホールド1の下流側に配置された触媒を早期に活性化させることができる。
Next, the function of the exhaust manifold 1 will be described. Hot exhaust gas intermittently discharged from a plurality of exhaust ports of the multi-cylinder engine flows through the
また、インナパイプ3b並びにインナケース6bの下流端は、実質的に非リジッドであり、その長さ方向については伸縮容易な自由端とされているため、高温、高圧な排出ガスの脈動を伴う流入に際しても、振動や熱伸縮が吸収される。また各枝管3から集合チャンバ4に流入した排出ガスは、インナケース6bの内面に衝突するが、この衝突する部位に制振部材10が介設されているので、これが緩衝材となってインナケース6bの振動が抑制され、騒音の発生が抑制される。
Further, the downstream ends of the
上述したように本発明においては、アウタパイプ3aの下流側端部に小径部7を設けることにより、小径部7の内周面とインナパイプ3bの内周面とが、略同一面でつながるように構成している。しかも本発明においては、インナパイプ3bの最下流端に制振部材9を設けることにより、インナパイプ3bの開口端面とアウタパイプ3aとの間に窪み(隙間)ができないようにしている。
As described above, in the present invention, by providing the
これにより、インナパイプ3bの開口端面での逆流ガスの流入抵抗を減少させ、逆流ガス流の円滑化をより一層高めることができるので、減速時の燃焼休止制御時にエンジンの排気ポートが減圧して排気の逆流現象が発生した際にも、エンジン側へ逆流する排出ガスが、集合チャンバ4からインナパイプ3bへと円滑に流入することができる。
As a result, the inflow resistance of the backflow gas at the opening end face of the
このようにして本発明によれば、インナパイプ3bの下流端がアウタパイプ3aに非リジットに支持されるために両パイプ間の熱伸縮差や振動の吸収作用が得られることと相俟って、排気マニホールド1の振動抑制作用の向上に寄与するところ大であり、これらの作用により、各枝管3および集合チャンバ4の接続部に無用な応力が生ずることが回避され、耐久性も向上される。
In this way, according to the present invention, the downstream end of the
なお、図4に示すように、小径部7の境界とインナパイプ3bの下流端とをできるだけ近接させ、インナパイプ3bの下流端とアウタパイプ3aの小径部の始端との隙間cをできるだけ微小なものとすれば、インナパイプ3bの外周面に形成した環状凸部11a、或いはアウタパイプ3aの内周面に形成した環状凸部11bをもってインナパイプ3bをアウタパイプ3aに嵌着固定することもできる。
In addition, as shown in FIG. 4, the boundary of the
1 排気マニホールド
3 複数の枝管
3a アウタパイプ
3b インナパイプ
4 集合チャンバ
7 小径部
9 制振部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (2)
前記アウタパイプの前記集合チャンバに対する接続部に、前記インナパイプの下流端よりさらに下流側へ延出し且つその内径寸法を前記インナパイプの内径寸法以下とした縮径部を設けたことを特徴とする排気マニホールド。 A plurality of branch pipes having a double pipe portion formed by coaxially inserting an inner pipe into an outer pipe and connected to the exhaust port of a multi-cylinder engine, and downstream sides of the plurality of branch pipes are connected. An exhaust manifold having a collection chamber,
Exhaust gas characterized in that the outer pipe has a reduced diameter portion that extends further downstream from the downstream end of the inner pipe and has an inner diameter dimension equal to or smaller than the inner diameter dimension of the inner pipe. Manifold.
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