JP2008540898A - ダブルシェル式マニホルド - Google Patents

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Abstract

【解決手段】
排気マニホルド（１２）であって、外側シェル（２２）と、該外側シェル（２２）に溶接され、エンジンシリンダーヘッドに対して当接するための表面（２４Ｂ）及び該当接表面（２４Ａ）で開口する少なくとも１つのアパーチャ（２８）を有するフランジ（２４）と、前記外側ケーシング（１８）内に配置され、且つ、アパーチャ（２８）を介して開口する少なくとも１つの内側チャンネル（２０）と、を有する外側ケーシング（１８）を備えており、前記内側チャンネル（２０）又は該内側チャンネルの各々は、セラミック材料から形成され、前記内側チャンネル（２０）又は該内側チャンネルの各々は、前記アパーチャ（２８）又は該アパーチャの各々を通して前記フランジ（２４）の一方の側部から他方の側部へと延在し、前記当接表面（２４Ａ）を超えて外側に延在する前記外側ケーシングの外部に連続部分（３２）を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、所定型式の内燃エンジンの排気ラインのための排気マニホルドに係り、該排気マニホルドは、外側ケーシングを備え、該外側ケーシングは、外側シェルと、該外側シェルに溶接されたフランジであって、エンジンシリンダーヘッドに対して当接するための表面及び該当接表面で開口する少なくとも１つのアパーチャを有する前記フランジと、外側ケーシング内に配置され、アパーチャを介して開口する少なくとも１つの内側チャンネルと、を備える型式のものである。
現在のところ、燃料エンジンを有する車両には、例えば触媒浄化要素及び／又は微粒子フィルター等の汚染除去要素を備える排気ラインが備え付けられている。これらの汚染除去要素が満足のいく態様で作動することを可能にするため、排気ガスが、高温でそれらの要素に到達しなければならない。従って、排気ライン内及び特に熱エンジンの出口を第１の汚染除去要素から分離するマニホルド内の過度の熱損失を防止することが有利となる。
様々な解決法がこの目的のために構想された。特に、空気スペース又は絶縁材料によって内側チャンネルから分離された外側シェル内に保持された内側チャンネルを備えるマニホルドが、過度の熱損失を防止する際に有効であることが見出された。
これらのマニホルドは、一端で内側チャンネル、他端で外側シェルが支持されているところのエンジンシリンダーヘッドに固定するためのフランジを備えている。
金属フランジは、排気ガスがフランジを通過するとき大きな量の熱エネルギーを排気ガスから放散させることが見出された。
本発明の目的は、熱損失を減少させ、排気ラインの下流部分に非常に高温の排気ガスを運搬することを可能にする排気マニホルドを提供することである。
上記課題を解決するため、本発明は、上述した型式の排気マニホルドに係り、
・前記内側チャンネル又は該内側チャンネルの各々は、セラミック材料から形成され、
・前記内側チャンネル又は該内側チャンネルの各々は、前記アパーチャ又は該アパーチャの各々を通して前記フランジの一方の側部から他方の側部へと延在し、前記当接表面を超えて外側に延在する前記外側ケーシングの外部に連続部分を備える、ことを特徴とする。
特定の実施例によれば、本発明のマニホルドは、次の特徴のうち１つ以上を備えている。
・前記連続部分の長さは、１０ｍｍから２０ｍｍである。
・前記アパーチャ又は該アパーチャの各々を通して、前記フランジと前記内側チャンネル又は該内側チャンネルの各々との間に形成されたクリアランスは、０．５ｍｍより小さい。
・ 前記内側チャンネル又は該内側チャンネルの各々は、前記アパーチャを通って前記アパーチャを超えた前記連続部分に沿って同じ厚さを有する。
・ 前記連続部分又は該連続部分の各々は、前記当接表面に対して突出する前記内側チャンネル又は該内側チャンネルの各々の長さに沿った過度の外径厚さの一部分を備え、前記フランジの前記アパーチャ又は該アパーチャの断面は、前記過度の厚さの一部分を有する前記連続部分の前記外側断面よりも大きい。
・前記過度の厚さの一部分は、前記当接表面を超えたところにのみ延在する。
・前記当接表面を超えて突出する前記内側チャンネル又は該内側チャンネルの各々の前記連続部分を取り囲んだ外側カラーを備えると共に、該カラーの外側断面は前記アパーチャの断面よりも大きい。
・前記カラーは、膨張性材料でできたリングを備える。
・前記マニホルドは、前記外側シェルと前記チャンネル又は該チャンネルの各々との間に密封ジョイントを備え、該ジョイントは前記フランジと当接している。
本発明は、排気出口を画定するシリンダーヘッドと、該シリンダーヘッドに適合された、上記で画定されたマニホルドとを備え、前記当接表面が前記シリンダーヘッドに対面し、前記アパーチャが前記排気出口に面している、エンジンに係り、前記排気出口は、前記マニホルドに面して開口する覆いボアを有し、前記マニホルドの前記内側チャンネル又は該内側チャンネルの各々の前記連続部分は、前記覆いボア又は該覆いボアの各々によって画定された前記空間又は該空間の各々内に収容されている。
本発明は、あくまでも例として与えられた次の説明を図面を参照して読むとき、より良く理解されるようになる。
図１は、排気マニホルドに連結された熱エンジン１０を示している。熱エンジンは、例えば、４つのシリンダーを備え、該シリンダーの各々にはバルブチャンネル１４が接続され、エンジンのシリンダーヘッド１５を通って提供される排気出口を形成している。
４つの出口１４は、シリンダーヘッドの同じ平面１６で開口しており、該シリンダーヘッドには、排気マニホルド１２の入口が固定されている。
マニホルド１２は、密封された外側ケーシング１８を実質的に備えており、該ケーシング内には、４つの管２０が収容され、排気ガスのための吐出チャンネルを形成する。各管は、熱エンジン１０のシリンダーの排気出口と連係されている。
ケーシング１８は、全ての管２０を取り囲む外側シェル２２と、マニホルドをエンジンのシリンダーヘッド１５に接続するためのフランジ２４と、を備えている。
外側シェル２２は、例えば、中央周辺溶接合わせ目を用いて互いに組み付けられた、２つの金属製の半シェルによって、形成される。このシェルは、フランジ２４から出口端部２６に向かって収束するプロフィールを形成する。
フランジ２４はエンジンの吐出アパーチャ１４とは反対側に配置された４つの入口アパーチャ２８を有する個体プレートによって形成される。それは、マニホルドをシリンダーヘッドに固定するため、ねじの通過のためのアパーチャを更に備えている。
フランジは、シリンダーヘッドの平面１６における当接表面２４Ａと、外側シェル２２が外側溶接合わせ目２９を用いて固定されるところの反対側内側面２４Ｂと、を形成する主要外側面を有する。
内側管２０は、例えば、米国特許番号６，１３４，８８１号、米国特許番号６，１６１，３７９号、米国特許番号６，７２５，６５６号及びＷＯ２００４／１０６７０５号に記載されたようなセラミック材料から形成されている。これらの材料は、繊維、好ましくはセラミック繊維で補強された無機ポリマーに基づく複合マトリックスを含んでいる。これらの材料は、高いレベルの熱慣性、並びに、排気物内に存在する高温ガスの流れや自動車に特有の振動力に耐えることを可能とするそれらの機械的特性に起因して、更に最終的には、内燃エンジンから吐出される高温ガスに対する温度耐性に起因して、特に有利となる。
管の標準部分の厚さは、０．４ｍｍから０．８ｍｍである。それらは、管の束を形成するため、シリンダーに各々対応するマニホルドの入口アパーチャ２８から互いに向かって収束する。これらの管は、ケーシングの出口２６を形成する実質的に管状の部分３０を通ってマニホルドの出口２６で開口する。
管２０は、それらの全長に沿って互いから独立しているのが好ましい。この態様では、それらの管は、出口部分３０において連続的態様で配列されている。当該管は、それらの下流側端部の領域で当該部分３０に対して横断する同じ平面内で全て開口している。この目的のため、各管は、１／４ディスクの形態の断面を有する。
４つの管は、金属格子の形態のリングによって形成されたジョイント３１を用いて、チャンネル３０内の径方向位置に保持されている。
その他方の端部では、管２０は、オリフィス２８を通って延在する。各管は、図２に示されるように、一方の側からオリフィス２８を通ってフランジ２４の他方の側へと延在し、フランジの当接表面２４Ａを超えて外側ケーシング１８の外側の連続部分３２を有する。連続部分３２は、１ｃｍから２ｃｍの間の長さだけ当接表面２４Ａに対して軸方向に突出する。
連続部分３２は、連係する吐出出口１４の開放端部に提供された覆いボア３４内に受け入れられている。覆いボア３４により提供された追加の断面は、管２０の厚さよりも極く僅かに大きい。同じ態様において、各アパーチャ２８は、覆いボアの断面に対応し、該ボアと厳密に整列する断面を有する。覆いボアの長さは、連続部分３２の長さよりも極く僅かに長い。この態様では、覆いボア３４と連続部分３２との間の軸方向及び／又は径方向のクリアランスは、非常に小さく、特に０．５ｍｍよりも小さい。
有利には、周辺凹部３５が、覆いボア３４の周辺壁に設けられている。密封ジョイント３６は、この凹部内に受け入れられており、関連する管の連続部分３２の外側表面に対して押圧することができる。
同じ態様では、密封ジョイント４０が、フランジの内側表面２４Ｂに沿って、外側シェル２２と管の束との間に配列されている。
これらのジョイントは、例えば、長いセラミック繊維、又は、長いセラミック繊維と金属格子の混合物から形成されている。
この種の構成では、セラミックが断熱材料であるので、ガスの流れは、フランジを通って延在する管２０の各々毎にフランジ２４から孤立されている。更には、フランジの領域でガス流れからシリンダーヘッドを分離する連続部分３２は、ガスからシリンダーヘッドを介したフランジへの熱の輸送も防止する。
セラミック材料の使用は、管の非常に小さい膨張のおかげで、管、フランジ及びシリンダーヘッドの間の非常に正確な調整を更に可能にしている。
図３に示された実施例では、各管２０は、各排気出口１４の覆いボア３４内に受け入れられたその端部において、フランジの当接面２４Ａを超えて連続部分３２に沿ってのみ延在する過度の外径厚さ４２の一部分を有する。過度の厚さのこの一部分は、例えば、管２０の標準厚さの１倍から３倍の間にある。この構成では、フランジのアパーチャ２８の断面は、過度の厚さ４２の一部分を有する管２０の連続部分３２の外側断面よりも極く僅かに大きい。
本実施例では、断熱機能は、連続部分の過度の厚さの当該一部分のおかげで、排気ガス、及び、フランジと接触するシリンダーヘッドの領域の間で、更に増大する。
図４の実施例では、アパーチャ２８は、管２０の外側断面に実質的に対応する断面を有する。各管の連続部分３２は、当接表面２４Ａを超えて突出する管の端部を取り囲む外側カラー５０を備えている。
このカラー５０は、膨張性材料から形成され、且つ、例えばセラミック材料から形成された周辺金輪５４により取り囲まれた、リング５２を備えている。その端部では、カラー５０は、例えば、連続部分３２の端部と金輪５４の端部との間に介在されたセラミック材料でできたクラウン５６を備えている。
カラーの総厚さは、例えば３ｍｍから７ｍｍの間にある。
本実施例では、断熱の増大したレベルは、排気ガスと、フランジ２４に接触したシリンダーヘッドの一部分との間で得られる。
図１は、エンジンのシリンダーヘッドと連係された本発明に係る排気マニホルドの部分破断前面図である。 図２は、排気マニホルドとエンジンのシリンダーヘッドとの接続部分の詳細断面図である。 図３は、マニホルド及びシリンダーヘッドの構成の変形例に関する図２に相当する図である。 図４は、マニホルド及びシリンダーヘッドの構成の変形例に関する図２に相当する図である。

Claims (10)

  1. 排気マニホルド（１２）であって、
    外側シェル（２２）と、該外側シェル（２２）に溶接され、エンジンシリンダーヘッドに対して当接するための表面（２４Ｂ）及び該当接表面（２４Ａ）で開口する少なくとも１つのアパーチャ（２８）を有するフランジ（２４）と、
    前記外側ケーシング（１８）内に配置され、且つ、アパーチャ（２８）を介して開口する少なくとも１つの内側チャンネル（２０）と、
    を有する外側ケーシング（１８）を備えており、
    前記内側チャンネル（２０）又は該内側チャンネルの各々は、セラミック材料から形成され、
    前記内側チャンネル（２０）又は該内側チャンネルの各々は、前記アパーチャ（２８）又は該アパーチャの各々を通して前記フランジ（２４）の一方の側部から他方の側部へと延在し、前記当接表面（２４Ａ）を超えて外側に延在する前記外側ケーシングの外部に連続部分（３２）を備えることを特徴とする、排気マニホルド。
  2. 前記連続部分（３２）の長さは、１０ｍｍから２０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の排気マニホルド。
  3. 前記アパーチャ（２８）又は該アパーチャの各々を通して、前記フランジ（２４）と前記内側チャンネル（２０）又は該内側チャンネルの各々との間に形成されたクリアランスは、０．５ｍｍより小さいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の排気マニホルド。
  4. 前記内側チャンネル（２０）又は該内側チャンネルの各々は、前記アパーチャ（２８）を通って前記アパーチャ（２８）を超えた前記連続部分（３２）に沿って同じ厚さを有することを特徴とする、請求項３に記載のマニホルド。
  5. 前記連続部分（３２）又は該連続部分の各々は、前記当接表面（２４Ｂ）に対して突出する前記内側チャンネル（２０）又は該内側チャンネルの各々の長さに沿った過度の外径厚さの一部分（４２）を備え、前記フランジ（２４）の前記アパーチャ（２８）又は該アパーチャの断面は、前記過度の厚さの一部分（４２）を有する前記連続部分（３２）の前記外側断面よりも大きいことを特徴とする、請求項１又は２に記載の排気マニホルド。
  6. 前記過度の厚さの一部分（４２）は、前記当接表面（２４Ｂ）を超えたところにのみ延在することを特徴とする、請求項５に記載の排気マニホルド。
  7. 前記当接表面（２４Ａ）を超えて突出する前記内側チャンネル（２０）又は該内側チャンネルの各々の前記連続部分（３２）を取り囲んだ外側カラー（５０）を備えると共に、該カラー（５０）の外側断面は前記アパーチャ（２８）の断面よりも大きいことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の排気マニホルド。
  8. 前記カラー（５０）は、膨張性材料でできたリング（５２）を備えることを特徴とする、請求項７に記載の排気マニホルド。
  9. 前記外側シェル（２２）と前記チャンネル（２０）又は該チャンネルの各々との間に密封ジョイント（４０）を備え、該ジョイント（４０）は前記フランジ（２４）と当接していることを特徴とする、上記請求項のうちいずれか１項に記載の排気マニホルド。
  10. 排気出口（１４）を画定するシリンダーヘッド（１５）と、該シリンダーヘッド（１５）に適合された、上記請求項のうちいずれか１項に記載のマニホルド（１２）とを備え、前記当接表面（２４Ａ）が前記シリンダーヘッドに対面し、前記アパーチャ（２８）が前記排気出口（１４）に面している、エンジンであって、
    前記排気出口（１４）は、前記マニホルド（１２）に面して開口する覆いボア（３４）を有し、前記マニホルドの前記内側チャンネル（２０）又は該内側チャンネルの各々の前記連続部分（３２）は、前記覆いボア（３４）又は該覆いボアの各々によって画定された前記空間又は該空間の各々内に収容されている、エンジン。
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