JP2009228532A - 排気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】多気筒エンジンの排気マニホールドにおいて、冷却液の分散性を向上させ、気筒間で偏った冷却をなくし、しかも、冷却過多を抑制する
【解決手段】内部通路４として、多気筒エンジンに連通して気筒列方向に略横並びで配置される分岐管部２ａ〜２ｄと、これら分岐管部２ａ〜２ｄの相互を束ねる集合部３ａ，３ｂと設ける。この内部通路４の外周囲における非ジャケット部８（非干渉凹部８ａ）を除く部位を取り巻くように液冷ジャケット１０を配置する。この液冷ジャケット１０の上下方向の一方に冷却液導入部１１を設け、他方に冷却液導出部１２を接続する。冷却液導入部１１と液冷ジャケット１０との間を水平方向に分岐する分配路１３を介して繋ぐ。
【選択図】図６

Description

本発明は、液冷ジャケットを備えた多気筒エンジン用排気マニホールドに関するものである。

従来より、多気筒エンジンに連通して気筒列方向に略横並びで配置される分岐管部と、これら分岐管部の相互を束ねる集合部とを内部通路として有する排気マニホールドは知られている。この排気マニホールドにおいて、排気温度が１０００°を越えるような場合には機器の耐熱性の問題が生じるので、この排気マニホールド自体を冷やす液冷ジャケットを備えたものが知られている。

例えば、特許文献１の液冷ジャケットには、排気マニホールドの分岐管部の全体を隙間なく覆うように液冷ジャケットが形成され、この液冷ジャケットは排気マニホールドの集合部側に供給部を有し、この供給部から流入した冷却液は、温められながら排気ガスの流れる方向に逆らって水平に進んで流出部から流出し、暖房装置に供給されることが知られている。

特許文献２のウォータジャケットは、多気筒エンジンのシリンダヘッドのウォータジャケットに連通する上下に分かれたウォータジャケットを有し、これら上部及び下部ウォータジャケットは、それぞれ複数の取水口と排水口とを備えている。
特開平４−３５３２１３号公報 特開２００５−２１４１６２号公報

しかしながら、上記特許文献１の排気マニホールドでは、効果的に排気マニホールドの排気熱を吸収するために排気マニホールドの分岐管部の全体を隙間なく覆っているので、流出部に到るまでに排気熱を吸収しやすいものの、特に供給部側の分岐管部が冷えすぎて不完全燃焼が生じるおそれがあるという問題があった。

また、上記特許文献２に排気マニホールドでは、シリンダヘッド内のウォータジャケットから冷却液を供給しているので、流路が複雑となり、排気マニホールド側に流れ込まない冷却液と、排気マニホールド側に流れ込んで再び戻ってくる冷却液との間で流量や流速に偏りが生じやすく、冷却液の流れの制御が困難であるという問題がある。なお、特許文献２では、排気マニホールドの形状が明確ではないが、上下に分かれたウォータジャケットを設けることは、その構造が複雑となり、生産コストがかかる。

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、冷却液の分散性を向上させ、気筒間で偏った冷却をなくし、しかも、冷却過多を抑制することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、液冷ジャケットの上下に冷却液の導入部と導出部とを設け、冷却液を導入部から分岐させて流入させ、分岐管部の全体ではなく一部を冷やすようにした。

具体的には、第１の発明では、
多気筒エンジンに連通して気筒列方向に略横並びで配置される分岐管部と、該分岐管部の相互を束ねる集合部とを内部通路として有し、液冷ジャケットを備えたエンジンの排気マニホールドを対象とする。

そして、上記液冷ジャケットが上記内部通路の外周囲における非ジャケット部を除く部位を取り巻くように配置され、
上記液冷ジャケットの上下方向の一方に冷却液導入部が、他方に冷却液導出部がそれぞれ接続され、少なくとも上記冷却液導入部と上記液冷ジャケットとの間は、水平方向に分岐する分配路を介して繋がっている。

上記の構成によると、冷却液導入部から流入した冷却液は、分配路を通って液冷ジャケットに分岐して流れ込み、非ジャケット部の周辺で冷却液が分散されると共に、冷却導入部と上下反対側の冷却導出部から排出されるので、内部通路がまんべんなく冷やされると共に、分散して配置した非ジャケット部では積極的に内部通路を冷やさないことで、冷えすぎが防止される。

第２の発明では、第１の発明において、
上記多気筒エンジンに締結されるエンジン側のフランジ部を有し、
上記分配路は、上記フランジ部の締結部位の締結作業における干渉空間を跨いで複数に分岐している。

上記の構成によると、分配路を設けて空いたスペースが、排気マニホールドを多気筒エンジンに締結する際に工具の干渉を防止する空間として有効利用される。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、
上記多気筒エンジンに締結されるエンジン側のフランジ部を有し、
上記非ジャケット部の少なくとも一部には、上記フランジ部の締結部位の締結作業における干渉を避けるように凹陥された非干渉凹部が形成されている。

上記の構成によると、非ジャケット部のスペースが、排気マニホールドを多気筒エンジンに締結する際に工具の干渉を防止する空間として有効利用される。

第４の発明では、第１乃至第３のいずれか１つの発明において、
上記冷却液導入部は、上下方向の下側に配置され、
上記冷却液導出部は、上側で、かつ上記液冷ジャケットの最も高い位置に配置されている。

上記の構成によると、冷却液導入部から流入した冷却液が最も高い位置にある冷却液導出部に向かって上昇する際に、液冷ジャケット内に流入した又は液冷ジャケット内で発生したエアーを効果的に押し流す。

第５の発明では、第１乃至第４のいずれか１つの発明において、
上記冷却液導出部は、上記液冷ジャケットから複数に分岐した分岐路が集合する集合岐路を介して繋がっている。

上記の構成によると、液冷ジャケット内に分岐されて流入した冷却液が、液冷ジャケットから分岐路を通って排出され、再び集合岐路で集合してスムーズに冷却液導出部に流れ込む。

以上説明したように、上記第１の発明によれば、液冷ジャケットの上下に冷却液導入部と冷却液導出部とを設け、冷却液を冷却液導入部から分岐させて流入させ、分散配置した非ジャケット部以外の部分で内部通路を冷やすようにしたことにより、冷却液の分散性を向上させることができると共に、気筒間での偏った冷却をなくし、しかも、冷却過多を抑制することができる。

上記第２の発明によれば、分配路を設けて空いたスペースを締結作業における工具の干渉を防止する空間としたことにより、余分なスペースを取らずにコンパクトな構造とすることができる。

上記第３の発明によれば、非ジャケット部を締結作業における工具の干渉を防止する凹部としたことにより、余分なスペースを取らずにコンパクトな構造とすることができる。

上記第４の発明によれば、下方の冷却液導入部から流入した冷却液を最も高い位置にある冷却液導出部に向かって流すようにしたことにより、液冷ジャケット内のエアーを確実に排出することができる。

上記第５の発明によれば、液冷ジャケット内に分岐されて流入した冷却液を分岐路に排出し、再び集合岐路で集合させて冷却液導出部に流れ込むようにしたことにより、液冷ジャケットに分散した冷却液を偏りなく排出することができるので、冷却効率がよい。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の実施形態の排気マニホールド１を示し、図５〜図９に排気マニホールド１の断面図を示し、図１０〜図１４に内部通路４の概略的な形状を示す。図１５〜図２１に液冷ジャケット１０を成型するための中子５０の具体的な形状を示す。

排気マニホールド１は、多気筒エンジン（図示せず）に連通して気筒列方向に略横並びで配置される分岐管部２ａ〜２ｄと、この分岐管部２ａ〜２ｄの相互を束ねる集合部３ａ，３ｂとを内部通路４として有している。

排気マニホールド１は、背面側に多気筒エンジン（本実施形態では、４気筒エンジン）に締結されるエンジン側フランジ部５を有している。例えば、このエンジン側フランジ部５には、多気筒エンジンに排気マニホールド１を締結するための締結ボルト（図示せず）を挿通する締結孔としてのボルト挿通孔６が１０個配置されている。

排気マニホールド１の正面側（エンジンと反対側）には、ツインスクロール形のターボ過給機（図示せず）に連結するためのターボ側フランジ７も形成され、このターボ側フランジ７には、植込ボルト７ａが配置されている。このようにターボ過給機に接続されることから、図５〜図１４に示すように、内部通路４は、エンジン側フランジ部５に入口を有する４本の分岐管部２ａ〜２ｄが、２本ずつ束ねられて集合部３ａ，３ｂに連続し、ターボ側フランジ７に２つの出口を有している。具体的には、第１気筒に対応する分岐管部２ａと第４気筒に対応する分岐管部２ｄとが第１集合部３ａに連続し、第２気筒に対応する分岐管部２ｂと第３気筒に対応する分岐管部２ｃとが第２集合部３ｂに連続している。なお、図中に白抜き矢印で排気ガスの流れを示す。

排気マニホールド１は、砂や塩などの崩壊性の液冷ジャケット成型用中子５０を用いて鋳造成形される。図１５〜図２１に示すように、この中子５０は、上部中子５１と下部中子５２とが略水平な中子接合面５３で上下で接合される。排気マニホールド１における中子接合面５３に対応する複数箇所には、内面が中子５０を排除するための中子排除孔５６ａを形成するボス部５６が間隔を空けて突出して設けられている。中子５０には、このボス部５６を成型するための膨出部（巾木部）５５が間隔を空けて形成されている。図５にも示すように、排気マニホールド１においてボス部５６の開口である中子排除孔５６ａは、封止プラグ５７で閉じられている。図１５及び図１６における、前面にある３つの膨出部５５の間において、中子接合面５３がとぎれて貫通孔５４が形成され、両端側に位置する膨出部５５の外側においては、中子接合面５３がとぎれて開放スリット５９が形成されている。これら中子５０における貫通孔５４及び開放スリット５９の存在により、図５に示すように排気マニホールドにおいては、液冷ジャケット１０を囲む内外壁が母材よりなる連結部５８，６０にて連結されている。

上記中子５０により、排気マニホールド１の内部に液冷ジャケット１０が形成されている。この液冷ジャケット１０は、内部通路４の外周囲における非ジャケット部８を除く部位を取り巻くように配置されている。非ジャケット部８は、内部通路４の外周囲の一部を積極的に液冷ジャケット１０で覆わないように分散して設けられている。

下部中子５２の下端に膨出部５５が形成され、上部中子５１の上端にも膨出部５５が形成されている。このことで、液冷ジャケット１０にエンジンからの冷却水を導入する冷却液導入部１１は、排気マニホールド１の下側のボス部５６に差し込まれた管よりなる。冷却液導出部１２は、排気マニホールド１の上側で、かつ液冷ジャケット１０の最も高い位置のボス部５６に差し込まれた管よりなり、排出された冷却液は、図示しないラジエータ又はラジエータバイパス側に戻される。なお、液冷ジャケット１０内に導入される冷却液は、多気筒エンジンのシリンダヘッドを冷やす液冷ジャケットに導入される冷却液と別の配管をたどり、両者は直列には接続されていない。液冷ジャケット１０に導入された冷却液は、連結部５８を避けて各ボス部５６の近辺を通って分散流動するように構成されている。

図７に示すように、冷却液導入部１１と液冷ジャケット１０との間は、水平方向に分岐する分配路１３を介して繋がっている。この分配路１３は、エンジン側フランジ部５の締結部位の締結作業における干渉空間９（図２にのみハッチングで示す）、すなわち、締結工具との干渉を避けるための領域の１つを跨いで二手に分岐している。なお、３カ所以上に分岐していてもよい。

非ジャケット部８のうち、下側４カ所と上側２カ所は、エンジン側フランジ部５の締結部位の締結作業における干渉を避けるように、上記干渉空間９に非干渉凹部８ａが凹陥されている。つまり、排気マニホールド１における複数のボルト挿通孔６の延長線上周辺の外壁部が非干渉凹部８ａとなり、これら非干渉凹部８ａに対応して液冷ジャケット１０の一部が欠如されている。

冷却液導出部１２は、液冷ジャケット１０から複数に分岐した分岐路１４が集合する集合岐路１５を介して繋がっている。

そして、排気マニホールド１を多気筒エンジンに取り付けるときには、エンジン側フランジ部５を多気筒エンジンの取付面に押し当ててボルト挿通孔６にボルトを挿通し、トルクレンチ（図示せず）で締め付ける。このとき、分配路１３を設けて空けいたスペースや非ジャケット部８のスペースが干渉空間９に形成されているので、トルクレンチが排気マニホールド１と干渉せず、締め付けがし易い。

−作動−
次に、本実施形態にかかる排気マニホールド１の作動について説明する。

多気筒エンジンを駆動すると、図示した白抜き矢印の方向へ、内部通路４内に高温の排気ガスが流れ込む。このとき、下側の冷却液導入部１１から冷却液が流入し、分配路１３を通って液冷ジャケット１０に分岐して流れ込む。そして、分岐管部２ａ〜２ｄの周囲に分岐された分岐路１４を通って再び集合岐路１５で集合して最も高い位置にある冷却液導出部１２に流れ込む。このため、内部通路４がまんべんなく冷やされる。

このとき、分散して配置した非ジャケット部８（非干渉凹部８ａ）の周辺で冷却液が分散され、液冷ジャケット１０内での冷却液の淀みが極力抑制される。また、複数の非ジャケット部８の存在により、積極的に内部通路４の全周囲を冷やさないことで、排気ガスの冷えすぎがなくなり、不完全燃焼が防止される。

冷却液が冷却液導出部１２に向かって上昇する際に、液冷ジャケット１０内に流入したエアーや、液冷ジャケット１０内で発生したエアーは冷却液と共に冷却液導出部１２から排出されるので、液冷ジャケット１０内には、溜まらない。

−実施形態の効果−
したがって、本実施形態にかかる排気マニホールド１によると、液冷ジャケット１０の上下に冷却液導入部１１と冷却液導出部１２とを設け、冷却液を冷却液導入部１１から分岐させて流入させ、分散配置した非ジャケット部８以外の部分で内部通路４を冷やすようにしたことにより、冷却液の分散性を向上させることができると共に、気筒間での偏った冷却をなくし、しかも、冷却過多を抑制することができる。

また、分配路１３を設けて空いたスペースや非ジャケット部８を締結作業における工具の干渉を防止する凹部としたことにより、余分なスペースを取らずにコンパクトな構造とすることができる。

また、下方の冷却液導入部１１から流入した冷却液を最も高い位置にある冷却液導出部１２に向かって流すようにしたことにより、液冷ジャケット１０内のエアーを確実に排出することができる。

また、液冷ジャケット１０内に分岐されて流入した冷却液を分岐路１４で分岐して排出し、再び集合岐路１５で集合させて冷却液導出部１２に流れ込むようにしたことにより、液冷ジャケット１０に分散した冷却液を偏りなく排出することができるので、冷却効率がよい。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、多気筒エンジンは４気筒エンジンとしたが、これに限定されず、２気筒や３気筒、５気筒以上でよく、複数の分岐管部と、それらを全て集合させる集合部とからなる排気マニホールドであってもよい。

また、上記実施形態では、排気マニホールド１の排気側はターボ過給機に接続するものとしたが、これに限定されない。

さらに上記実施形態では、冷却液導入部１１を下方に冷却液導出部１２を上方に配置したが、それらを上下逆に配置してもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

排気マニホールドの斜視図である。 排気マニホールドの正面図である。 排気マニホールドの背面図である。 排気マニホールドの底面図である。 図２のＶ−Ｖ線断面図である。 図４のVI−VI線断面図である。 図２のVII−VII線断面図である。 図２のVIII−VIII線断面図である。 図２のIX−IX線断面図である。 内部通路の拡大斜視図である。 内部通路の拡大正面図である。 内部通路の拡大背面図である。 内部通路の拡大底面図である。 内部通路の拡大平面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大斜視図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大正面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大背面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大底面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大平面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大右側面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大左側面図である。

符号の説明

１ 排気マニホールド
２ａ 分岐管部
２ｂ 分岐管部
２ｃ 分岐管部
２ｄ 分岐管部
３ａ 第１集合部
３ｂ 第２集合部
４ 内部通路
５ エンジン側フランジ部
６ ボルト挿通孔
８ 非ジャケット部
８ａ 非干渉凹部
９ 干渉空間
１０ 液冷ジャケット
１１ 冷却液導入部
１２ 冷却液導出部
１３ 分配路
１４ 分岐路
１５ 集合岐路

Claims (5)

1. 多気筒エンジンに連通して気筒列方向に略横並びで配置される分岐管部と、該分岐管部の相互を束ねる集合部とを内部通路として有し、液冷ジャケットを備えたエンジンの排気マニホールドであって、
   上記液冷ジャケットが上記内部通路の外周囲における非ジャケット部を除く部位を取り巻くように配置され、
   上記液冷ジャケットの上下方向の一方に冷却液導入部が、他方に冷却液導出部がそれぞれ接続され、少なくとも上記冷却液導入部と上記液冷ジャケットとの間は、水平方向に分岐する分配路を介して繋がっている
   ことを特徴とする排気マニホールド。
2. 請求項１に記載の排気マニホールドにおいて、
   上記多気筒エンジンに締結されるエンジン側のフランジ部を有し、
   上記分配路は、上記フランジ部の締結部位の締結作業における干渉空間を跨いで複数に分岐している
   ことを特徴とする排気マニホールド。
3. 請求項１又は２に記載の排気マニホールドにおいて、
   上記多気筒エンジンに締結されるエンジン側のフランジ部を有し、
   上記非ジャケット部の少なくとも一部には、上記フランジ部の締結部位の締結作業における干渉を避けるように凹陥された非干渉凹部が形成されている
   ことを特徴とする排気マニホールド。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の排気マニホールドにおいて、
   上記冷却液導入部は、上下方向の下側に配置され、
   上記冷却液導出部は、上側で、かつ上記液冷ジャケットの最も高い位置に配置されている
   ことを特徴とする排気マニホールド。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載の排気マニホールドにおいて、
   上記冷却液導出部は、上記液冷ジャケットから複数に分岐した分岐路が集合する集合岐路を介して繋がっている
   ことを特徴とする排気マニホールド。

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