JP2009180184A

JP2009180184A - 排気マニホールド

Info

Publication number: JP2009180184A
Application number: JP2008021181A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Hamada; 康隆濱田; Tetsuya Iwasaki; 哲也岩崎
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-13

Abstract

【課題】排気ガスの衝突で発生する圧力波で異音が発生するのを効果的に抑制でき、しかもコスト高にならずかつ下流の排ガス浄化触媒を速やかに温度上昇させることができる排気マニホールドを提供する。
【解決手段】２枚の板金成形品４ａ、４ｂを一体接合して構成され、シリンダヘッドの排気ポート配置面に対する取付フランジ６と排気ガスが流出する出口フランジ７を有する排気マニホールド１において、排気ポートに対向する部分９ａ〜９ｄと出口フランジ７を含む部分をその他の部分に対して連続的若しくは断続的に区分けする線状の境界領域１０を設定し、境界領域１０を薄肉部や板ばね部にて構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気マニホールドに関し、特に２枚の板金成形品を一体接合して構成された排気マニホールドに関するものである。

近年、排気マニホールドとして、製造コストの低減を図るとともに、下流の排気管路に配設される排気浄化触媒の昇温を図るために、板厚が２〜３ｍｍ程度の２枚のステンレス薄板をプレス成形した板金成形品を組み合わせ、溶接等にて一体接合した「最中構造」の板金製排気マニホールドが広く採用されている。

上記「最中構造」の排気マニホールドの構成例を、図４、図５を参照して説明する。排気マニホールド２１は、シリンダヘッド（図示せず）の複数の排気ポートから吐出された排気ガスを集合して、排ガス浄化触媒（図示せず）及び消音器（図示せず）が配設されている下流の排気管路３０に向けて排出するものである。そのため、排気マニホールド２１は、各排気ポートに対応して設けられた分岐ガス通路２２ａ〜２２ｄとそれらを集合する集合ガス通路２３を形成するように上下２枚の板金成形品２４ａ、２４ｂを成形し、これら２枚の板金成形品２４ａ、２４ｂの接合部を図５に示すように相互に嵌合して組み合わせ、嵌合部２５を隅肉溶接２５ａ等にて接合して構成され、かつ分岐ガス通路２２ａ〜２２ｄの先端にシリンダヘッドの一側の排気ポート配置面（図示せず）に接続する取付フランジ２６を一体接合し、集合ガス通路２３の先端に排気管路３０に接続する出口フランジ２７を一体接合して構成されている。

また、内管と外管から成る二重管構造の排気マニホールドにおいて、内管における排気ポートからの圧力波が衝突する突き当たり部を別体にし、エネルギー減衰材を介して内管と外管の少なくとも一方にて支持するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−１７３１４４号公報

ところで、図４、図５に示した板金製の「最中構造」の排気マニホールド２１においては、上記のようにステンレスなどの薄鋼板にて構成されているので、各排気ポートから断続的に吐出する高圧の排気ガスの流れが排気ポートに対向する部分２８ａ〜２８ｄの内面に衝突することで共振して圧力波が発生し、排気マニホールド２１の集合ガス通路２３を形成している壁面の内、その圧力波の影響を強く受ける部分でかつ剛性の小さい部分である、図４に交差斜線で示した部分２９ａ〜２９ｄに膜振動を発生させ、排気マニホールド２１から「シャラシャラ」という異音がしばしば発生するという問題がある。

このような異音発生に対する対策としては、排気マニホールドを構成する板金成形品の板厚を厚くしたり、補強リブを追加したり、共振周波数が圧力波の周波数と異なるようにマスを追加するなどが考えられるが、コスト高になるとともに、また質量増加によって熱容量が大きくなるため、特にエンジンの起動時に排気ガスの熱量が排気マニホールドにて吸収され、下流の排ガス浄化触媒に送給される排気ガス温度が低下し、排ガス浄化触媒の温度上昇が遅れ、エンジン起動時の排気ガス浄化性能を低下させるという問題がある。

また、特許文献１記載の排気マニホールドでは、振動音の発生を抑制することはできるが、二重構造を前提とするとともにさらに複雑な構成となるため、コスト高になるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、排気ガスの衝突で発生する圧力波で異音が発生するのを効果的に抑制でき、しかもコスト高にならずかつ下流の排ガス浄化触媒を速やかに温度上昇させることができる排気マニホールドを提供することを目的とする。

本発明の排気マニホールドは、２枚の板金成形品を一体接合して構成され、シリンダヘッドの排気ポート配置面に対する取付フランジと排気ガスが流出する出口フランジを有する排気マニホールドにおいて、排気ポートに対向する部分と出口フランジを含む部分をその他の部分に対して連続的若しくは断続的に区分けする線状の境界領域を設定し、境界領域を薄肉部にて構成したものである。

この構成によると、排気ポートに対向する部分と出口フランジを含む部分とその他の部分とを連続的若しくは断続的に区分けする線状の境界領域を薄肉部にて構成したので、排気ポートから吐出した高圧の排気ガスが排気ポートに対向する部分に断続的に衝突しても、排気ポートに対向する部分に発生した振動がシリンダヘッド側の部分に伝達されるのを薄肉部にて抑制することができるため、排気マニホールドの壁面の内、剛性が小さくて圧力波の影響を強く受け易い部分に大きな膜振動が発生するのを防止でき、簡単な構成にてコストを高くすることなく、異音の発生を確実に防止することができる。また、排気ポートに対向する部分は高温の排気ガスが衝突して速やかに高温状態に昇温するとともに、境界領域が薄肉部にて構成されて熱容量及び伝熱断面積が小さいため、排気ポートに対向する部分の熱がシリンダヘッド側の他の部分には伝達し難く、出口フランジ側から排ガス浄化触媒に効率的に伝達されるため、排ガス浄化触媒の温度上昇を早期に図ることができ、特にエンジン起動時の排気ガス浄化性能を向上することができる。また、取付フランジをエンジンのシリンダヘッドに接続固定し、出口フランジを車体側の排気管路に接続することで、それらの取付公差によって接続部に応力が発生することがあるが、薄肉部によってその応力を吸収することができて過大な応力の発生を防止することができる。

また、本発明の別の排気マニホールドは、２枚の板金成形品を一体接合して構成され、シリンダヘッドの排気ポート配置面に対する取付フランジと排気ガスが流出する出口フランジを有する排気マニホールドにおいて、排気ポートに対向する部分と出口フランジを含む部分をその他の部分に対して連続的若しくは断続的に区分けする線状の境界領域を設定し、境界領域を、その長手方向に沿って延びるとともに排気マニホールドの内外方向に屈曲する板ばね部にて構成したものである。

この構成によると、上記薄肉部と同様に、排気ポートに対向する部分に発生した振動がシリンダヘッド側の部分に伝達されるのを板ばね部にて抑制することができるため、排気マニホールドの壁面に大きな膜振動が発生するのを防止でき、簡単な構成にてコストを高くすることなく、異音の発生を確実に防止することができる。また、板ばね部の板厚を薄くすると、伝熱断面積が小さいため熱がシリンダヘッド側の他の部分に伝達せずに出口フランジ側から排ガス浄化触媒に効率的に伝達されるため、排ガス浄化触媒の温度上昇を早期に図ってエンジン起動時の排気ガス浄化性能を向上することができる。また、板ばね部にて取付公差によって発生する応力を吸収して過大な応力の発生を防止することができる。さらに、境界領域で、その板ばね部を排気マニホールドの内壁面の内側に突出させると、排気ポートに対向する部分に衝突してその内壁面に沿って排気ポート側に還流しようとする排ガス流れが突出部にて偏向されて排気ポート側へ戻る流れが低減され、高温の排ガスを速やかに排ガス浄化触媒に向けて導くことができて排気ガス浄化性能を向上することができる。

本発明の排気マニホールドによれば、排気ポートに対向する部分と出口フランジを含む部分とその他の部分とを連続的若しくは断続的に区分けする線状の境界領域を、薄肉部又は板ばね部にて構成したことで、排気ポートに対向する部分に発生した振動がシリンダヘッド側の部分に伝達されるのを薄肉部又は板ばね部にて抑制できるため、簡単な構成にてコストを高くすることなく、排気マニホールドの壁面に大きな膜振動が発生するのを防止して異音の発生を確実に防止することができる。

以下、本発明の排気マニホールドの各実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態の排気マニホールドを、図１、図２を参照して説明する。図１において、排気マニホールド１は、シリンダヘッド（図示せず）の複数（図示例は４つ）の排気ポートに対応して設けられた分岐ガス通路２ａ〜２ｄと、分岐ガス通路２ａ〜２ｄに流入した排気ガスを集合する集合ガス通路３とを備えている。集合ガス通路３は、全体として各分岐ガス通路２ａ〜２ｄに対して略直交し、シリンダヘッドの気筒配列方向と平行するように配設され、排気マニホールド１及びエンジン周りの配置構成のコンパクト化を図るように構成されている。

これら分岐ガス通路２ａ〜２ｄと集合ガス通路３は、図２に示すように、上下２枚の板金成形品４ａ、４ｂを組み合わせて一体接合することによって構成されている。２枚の板金成形品４ａ、４ｂは、板厚が２〜３ｍｍのステンレス薄鋼板を、分岐ガス通路２ａ〜２ｄ及び集合ガス通路３の中心線が位置する仮想平面で上下に２分割された形状にプレス成形して構成されており、両板金成形品４ａ、４ｂの接合部５は、図５を参照して従来例で説明したように、接合端部を相互に嵌合させ、隅肉溶接にて一体接合した構成としても、接合端面を単純に付き合わせ、突合せ溶接にて一体接合した構成としても良く、図２では具体的な構成を省略して模式的に図示している。

各分岐ガス通路２ａ〜２ｄの先端にはシリンダヘッドの一側の排気ポート配置面（図示せず）に取り付けるための取付フランジ６が一体接合されている。また、集合ガス通路３の先端には、排気管路８に接続するための出口フランジ７が一体接合されている。排気管路８には、出口フランジ６の近傍に位置するように排ガス浄化触媒（図示せず）が配設され、この排ガス浄化触媒（図示せず）にて浄化された排ガスが、消音器（図示せず）を配設された排気管を通して大気中に排出される。排ガス浄化触媒（図示せず）は、高温状態でその機能を十分に発揮できるものであり、本実施形態では、加熱手段を設けずに排ガス自身の熱と反応熱によって高温状態を維持するように構成されている。

以上のような基本構成の排気マニホールド１において、本発明では、図１に示すように、集合ガス通路３を構成する壁面の内、各排気ポートに対向する部分（すなわち、各分岐ガス通路２ａ〜２ｄを投影した部分）９ａ〜９ｄと出口フランジ７を含む部分を、その他の部分、特に膜振動が発生し易い部分である、集合ガス通路３の略平面状で上下に対向している壁面部分を含む部分に対して区分けする線状の境界領域１０が設定され、この境界領域１０が、図２に示すように、薄肉部１１にて構成されている。この薄肉部１１は、境界領域１０の外面を溝状に凹入成形するように板金成形品４ａ、４ｂの成形型を変更することで、板金成形品４ａ、４ｂの作製時に同時に形成される。また、この境界領域１０の配置形状や幅寸法や薄肉部１１の板厚は、予め振動解析したり、聴診したりすることで、排気マニホールド１の膜振動が発生し易い部分での可聴振動が最小となるように最適に設定されている。

なお、図１では、境界領域１０が全周にわたって環状に連続して形成されているように図示しているが、板金成形品４ａ、４ｂの接合部５を横断する部分では境界領域１０を設けるのが困難でかつ設けなくても膜振動の発生に対してあまり影響を与えないので、必ずしも設けなくて良く、また振動解析や聴診の結果によっては、境界領域１０を連続的に設けずに断続的に設けても良い。

以上の構成の排気マニホールド１においては、シリンダヘッド（図示せず）の排気ポートに対向する部分９ａ〜９ｄと出口フランジ７を含む部分と、その他の取付フランジ６を含むシリンダヘッド側の部分とを区分けする線状の境界領域１０を薄肉部１１にて構成しているので、排気ポートから吐出した高圧の排気ガスが排気ポートに対向する部分９ａ〜９ｄに断続的に衝突しても、薄肉部１１の存在によって排気ポートに対向する部分９ａ〜９ｄで発生した振動がシリンダヘッド側の部分に伝達されるのを薄肉部１１にて抑制することができるため、排気マニホールド１の壁面の内、剛性が小さくて圧力波の影響を強く受け易い部分に大きな膜振動が発生するのを防止でき、簡単な構成にてコストを高くすることなく、異音の発生を確実に防止することができる。

また、排気ポートに対向する部分９ａ〜９ｄは高温の排気ガスが衝突して速やかに高温状態に昇温するとともに、境界領域１０が薄肉部１１にて構成されて熱容量及び伝熱断面積が小さいため、排気ポートに対向する部分９ａ〜９ｄの熱がシリンダヘッド側の他の部分には伝達し難く、出口フランジ７側から排気管路８の入口部近傍に配設された排ガス浄化触媒（図示せず）に効率的に伝達されるため、排ガス浄化触媒の温度上昇を早期に図ることができ、特にエンジン起動時の排気ガス浄化性能を向上することができる。

また、取付フランジ６をエンジンのシリンダヘッド（図示せず）に接続固定し、出口フランジ７を車体側に固定されている排気管路８に接続することで、それらの取付公差によってそれらの接続部に大きな応力が発生することがあるが、排気マニホールド１に設けた薄肉部１１によってその応力を吸収することができて過大な応力の発生を防止することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態の排気マニホールドを、図３を参照して説明する。なお、本実施形態の説明では、上記第１の実施形態と同一の構成要素については同一の参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。

第１の実施形態では境界領域１０を薄板部１１にて構成したが、本実施形態では、図３に示すように、境界領域１０を、その長手方向に沿って延びるとともに排気マニホールド１の内外方向に屈曲する板ばね部１２にて構成している。また、板ばね部１２は、少なくとも排気ポートに対向する部分９ａ〜９ｄが存在する取付フランジ６とは反対側の部分に最も近い位置の内側屈曲部１２ａが排気マニホールド１の内面よりも内部空間側に突出するように形成されている。

本実施形態によると、上記薄肉部１１と同様に板ばね部１２にて、排気ポートに対向する部分９ａ〜９ｄで発生した振動がシリンダヘッド側の部分に伝達されるのを板ばね部１２にて抑制することができるため、排気マニホールド１の壁面の内、剛性が小さくて圧力波の影響を強く受け易い部分に大きな膜振動が発生するのを防止でき、簡単な構成にてコストを高くすることなく、異音の発生を確実に防止することができる。

また、板ばね部１２の板厚を薄くすると、上記薄肉部１１と同様に伝熱断面積が小さいため、熱がシリンダヘッド側の他の部分に伝達せずに出口フランジ７側から排ガス浄化触媒に効率的に伝達されるため、排ガス浄化触媒の温度上昇を早期に図ってエンジン起動時の排気ガス浄化性能を向上することができる。また、板ばね部１２にて取付公差によって発生する応力を吸収して過大な応力の発生を防止することができる。

さらに、境界領域１０で、その板ばね部１２の内側屈曲部１２ａが排気マニホールド１の内壁面よりも内部空間側に突出しているので、排気ポートに対向する部分９ａ〜９ｄに衝突して、その内壁面に沿って排気ポート側に還流しようとする排ガス流れが図３に矢印１３で示すように内側屈曲部１２ａにて偏向され、排気ポート側へ戻る流れが低減されるため、高温の排ガスを速やかに排ガス浄化触媒に向けて導くことができ、排気ガス浄化性能を向上することができる。

本発明の排気マニホールドは、排気ポートに対向する部分と出口フランジを含む部分とその他の部分とを連続的若しくは断続的に区分けする線状の境界領域を、薄肉部又は板ばね部にて構成したことで、排気ポートに対向する部分に発生した振動がシリンダヘッド側の部分に伝達されるのを抑制できるため、簡単な構成にて排気マニホールドの壁面に大きな膜振動が発生して異音が発生するのを確実に防止でき、特に安価な構成にて異音発生防止が要求される排気マニホールドに好適に利用できる。

本発明の第１の実施形態の排気マニホールドの平面図。図１のＡ−Ａ矢視断面図。本発明の第２の実施形態の排気マニホールドの図２と同様の断面図。従来例の排気マニホールドの平面図。図１のＢ−Ｂ矢視断面図。

符号の説明

１排気マニホールド
４ａ、４ｂ板金成形品
３蓄熱燃焼装置（燃焼処理装置）
５接合部
６取付フランジ
７出口フランジ
９ａ〜９ｄ排気ポートに対向する部分
１０境界領域
１１薄肉部
１２板ばね部

Claims

２枚の板金成形品を一体接合して構成され、シリンダヘッドの排気ポート配置面に対する取付フランジと排気ガスが流出する出口フランジを有する排気マニホールドにおいて、排気ポートに対向する部分と出口フランジを含む部分をその他の部分に対して連続的若しくは断続的に区分けする線状の境界領域を設定し、境界領域を薄肉部にて構成したことを特徴とする排気マニホールド。
２枚の板金成形品を一体接合して構成され、シリンダヘッドの排気ポート配置面に対する取付フランジと排気ガスが流出する出口フランジを有する排気マニホールドにおいて、排気ポートに対向する部分と出口フランジを含む部分をその他の部分に対して連続的若しくは断続的に区分けする線状の境界領域を設定し、境界領域を、その長手方向に沿って延びるとともに排気マニホールドの内外方向に屈曲する板ばね部にて構成したことを特徴とする排気マニホールド。