JP2009533596A - 複合排気マニホルド - Google Patents

Abstract

本排気マニホルドは、外部殻に接続される、少なくとも１つの気体流通口を有する少なくとも１つのフランジを備える外側外囲容器であって、前記外側外囲容器は少なくとも１つの気体流通口を有する、外側外囲容器と、前記外側外囲容器内部に配置され、気体流通口を介して開口する少なくとも１つの内部導管（３１）とを備え、前記もしくは各内部導管（３１）が、少なくともその長さの主要部分について、セラミック材料で形成され、前記もしくは各流通口に係合されることと、それが環状隔壁（３４）を備え、この環状隔壁は、気体に対して不浸透であるが、径方向および軸方向に変形可能であって、前記もしくは各内部導管（３１）と前記外側外囲容器（１８）との間で、前記もしくは各内部導管（３１）の周りに配置され、前記隔壁（３４）は、その周囲において、前記外側外囲容器（１８）および前記もしくは各内部導管（２０、３１）の少なくとも１つに接続されることとを特徴とする。

Description

本発明は、内燃機関の排気系統のための
外部殻に接続される、少なくとも１つの気体循環オリフィスを有する少なくとも１つのフランジを備える外側外囲容器であって、前記外側外囲容器は少なくとも１つの気体循環オリフィスを有する外側外囲容器と、
前記外側外囲容器内部に配置され、気体循環オリフィスを介して開口する少なくとも１つの内部導管と
を備える種類の排気マニホルドに関する。

現在、熱機関を有する車両は、触媒浄化部材および／または粒子フィルタのような汚染物質制御部材を含む排気系統を装備する。このような汚染物質制御部材の充分な作動を可能にするために、排気ガスが高温でそれらに到達する必要がある。したがって、第１の汚染物質制御部材から熱機関の出口を分離する排気系統および特にマニホルド内の大き過ぎる熱損失を回避することは適切である。

様々な解決策が、その目的のために考案されてきた。具体的には、空気空間または断熱性材料によって内部導管から分離された外部殻内に維持された内部導管を備えるマニホルドは、大き過ぎる熱損失を回避するのに効果的であることが判明している。

このようなマニホルドは、エンジンのシリンダヘッドに固定するためのフランジを備え、このフランジ上に、一方で内部導管および他方で外部殻が当接する。また、出口フランジは外部殻に固定され、排気系統の残部および特にターボ圧縮機を組立可能にする。

この種類の組立のための気密は、シリンダヘッドフランジおよび出口フランジへの外部殻の耐密な溶接によって確保される。

本発明の目的は、内部導管とフランジ、特に出口フランジとの間の充分な気密をさらに達成することである。

材料が内部導管と外部殻との間で使用される場合、特にセラミック繊維を基材とする断熱性材料または保持要素の場合、材料の全部または一部がエンジンによって、または、排気系統および特にターボ圧縮機によって吸引されることを防止するために、このような気密が必要である。

内部導管とフランジとの間の接続および気密は、伸び差、特に軸方向への伸びのために達成が困難であり、それは内部導管と外部殻との間で留意されている。実際に、外部殻および内部導管をシリンダヘッドフランジおよび出口フランジに剛性的に接続することは不可能である。

本発明の目的は、内部導管と出口フランジとの間の充分な接続および充分な気密を有する排気マニホルドを提案することである。

シリンダヘッドフランジの領域内の気密が充分なものと想定される場合、フランジとの接続は剛性的であると見做される。

したがって、本発明は、内部導管と出口フランジとの間の剛性的な接続を強いることなく、出口フランジ側での充分な気密を達成することを提案する。

具体的には、本発明は、内部導管が、特に単一の出口導管において、気密な方法で一体にされる排気マニホルドに関する。しかし、例えば、接着接合によって、または、ガスケットを使って、様々な導管間に密封要素を付加することによって、フランジまで導管を分離させておくことが可能である。

その目的のために、本発明は上記種類のマニホルドに関し、このマニホルドは、
前記もしくは各内部導管が、少なくともその長さの主要部分にわたって、セラミック材料で形成され、前記もしくは各オリフィスに係合されることと、
それが環状隔壁を備え、この環状隔壁は、気体に対して不浸透で、弾性的に径方向および軸方向に変形可能であって、前記もしくは各内部導管と前記外側外囲容器との間で、前記もしくは各内部導管の周りに配置され、前記隔壁は、その周囲において、前記外側外囲容器および前記もしくは各内部導管の少なくとも１つに接続されることと
を特徴とする。

特定の実施形態によると、マニホルドは、
前記外側外囲容器は、外部殻および前記外部殻に接続され、前記もしくは各気体循環オリフィスの境界を定めるフランジを備えること、
前記隔壁は、その周囲において、前記一方のフランジおよび前記もしくは各内部導管と接続されること、
前記隔壁は、その周囲において、前記一方のフランジおよび前記もしくは各内部導管に対して弾性的に押圧されること、
前記隔壁は、一方において、前記一方のフランジおよび前記もしくは各内部導管への接続のための環状領域、および、前記一方のフランジおよび前記もしくは各内部導管上への当接のための環状輪郭を有する裾部と、他方において、径方向の応力のもとで、前記一方のフランジおよび前記もしくは各内部導管に押し付けて、径方向に作用する弾性部材を保持するために、前記環状輪郭に対して押圧される前記径方向に作用する弾性部材とを備えること、
前記弾性部材は、前記環状輪郭を取り囲み、それを中央方向に向けられる作用によって、内部導管に対して押圧する弾性環から成ること、
前記環状輪郭を取り囲む前記弾性部材は、前記内部導管に対して前記環状輪郭上に中央方向に向けられる作用を及ぼし、この作用の強度は前記内部導管と前記外部殻との間の空間の排出圧の強度よりも小さいこと、
前記輪郭は、外側に開口している環状チャネルを画定し、前記弾性部材を収容すること、
前記チャネルは、前記チャネルの最大幅より小さい幅の開口部の境界を定める２つの集束する端部を有すること、
前記隔壁は蛇腹の形状であること、
前記隔壁は全体として先細りであること、
前記隔壁は１つまたは複数の排気口を備えること、
前記隔壁は溶接によって接続されること、
前記外部殻と前記もしくは各内部導管の間で境界を定められた空間の少なくとも一部は、充填材料を収容すること、および、
前記隔壁は、その周囲において、前記外側外囲容器に接続されること、
のうち１つまたは複数を特徴とする。

本発明は、もっぱら実施例のために、図面への参照を伴って提供される以下の説明を読めば、より良く理解されよう。

図１は排気マニホルド１２と連結された熱機関１０を示す。熱機関は、例えば、４つのシリンダを備え、各シリンダはエンジンのシリンダヘッド１５を貫通して設けられる排気出口を形成する連結された弁導管１４を有する。

４つの出口１４は、シリンダヘッドの同一平面１６で開口し、この平面に排気マニホルド１２の入口が固定して接合される。

マニホルド１２は、気密な外側外囲容器１８を実質的に備え、この外側外囲容器内に、排気ガスを排出するための内部導管を形成する４つの管２０が収容される。各管は熱機関１０のシリンダの排気出口に連結される。

保持材料および／または断熱性材料は、特にセラミック繊維の層によって形成され、少なくとも外囲容器１８と管２０との間の境界を定める空間２１を充填する。

外囲容器１８は、管２０の全体を包囲する外部殻２２、エンジンのシリンダヘッド１５にマニホルドを接続するためのフランジ２４、および、排気系統の残部および特にターボ圧縮機にマニホルドを接続するように機能する出口フランジ２５を備える。

外部殻２２は、例えば、二等分面外周溶接によって一体に接合される２つの金属製の半分の殻によって形成される。殻は、フランジ２４から、出口フランジ２５を装備した端部に向かって集束する外形を画定する。

フランジ２４は、エンジンの排出出口１４に対向して配置される４つの入口オリフィス２４Ａを有する固体板によって形成される。それは、マニホルドをシリンダヘッドに固定するためのねじの通過のための孔をさらに備える。

各管２０は、オリフィス２４Ａを貫くフランジ２４の実質的な全長にわたって、フランジ２４を貫通する。

出口フランジ２５は、特にターボ圧縮機上への当接面２５Ａのための表面を形成する主外側面、および、対向する内側表面２５Ｂを有し、それらの間に通しのオリフィス２７が形成される。外部殻２２は、外部溶接２８によって内側表面２５Ｂに固定される。

内部管２０はセラミック材料で形成され、例えば、これらは米国特許出願第６，１３４，８８１号、米国特許出願第６，１６１，３７９号、米国特許出願第６，７２５，６５６号および国際公開第ＷＯ２００４／１０６７０５号に説明されている。これらの材料は、無機重合体を基材とし、繊維、好ましくはセラミック繊維によって強化される複合母材から成る。このような材料は特に適しており、これは、これらの材料の低い熱慣性、金属、特にステンレス鋼と比較して低い熱膨張、排気中に存在する高温気体流、および、自動車の振動応力特性に耐えることを可能にする機械的特質によるものであり、最後に、内燃機関から排出される高温気体に関するこれらの材料の高温耐性によるものである。

機能する部分における管２０の厚さは０．４ｍｍから１．２ｍｍである。それらは、各オリフィスが１つのシリンダに対応するマニホルドの入口オリフィス２４Ａに始まって、相互に向かって集束し、外囲容器の出口を形成する実質的に管状の部分３０を貫通して、マニホルドの出口フランジ２５の領域で開口する管の束を形成する。

管２０は、その全長にわたって相互に独立していることが好ましい。それによって、それらは出口部分３０内に隣接して配置される。それらは全て、下流端部の領域内で、部分３０に対して直角な同一平面内で開口する。その末端では、各管は４分の１の円形形状の断面を有する。

しかし、管は分岐部分内であらかじめ集合でき、それによって単一の出口オリフィスまで通じる一体の束を形成する。

４つの管２０は、セラミック製の同一の集束部分内で開口し、出口導管３１を形成する。

４つの管および出口導管３１は、必ずしも、そうである必要はないが、金属格子製の環によって形成される密封材３２によって、部分３０内で径方向の位置に維持される。

導管３１はオリフィス２７を貫通して延在し、フランジ２５の厚さ内で開口する。

有利なことに、図２に示すように、気体に対して不浸透で、径方向および軸方向に弾性的に変形可能な隔壁３４が、出口導管３１と出口フランジ２５との間に介在する。それによって、隔壁３４は導管３１を包囲し、フランジ２５および出口導管３１の少なくとも１つに接続する。図２に示す実施形態において、隔壁３４は、例えば、接着接合によって、出口導管３１の外側表面に接続される。その目的のために、それは端部カラー３６を有する。同様に、隔壁は、例えば、連結されたオリフィス２７の外側で、フランジの内側平面表面２５Ｂに溶接される。その目的のために、それは裾部３８を備え、この裾部３８はフランジの内側表面に対して押圧される。

出口導管３１に接続される隔壁３４の端部は、フランジ２５およびオリフィス２７から距離を離して配置される。

有利なことに、隔壁３４は、フランジ２５から出口導管３１に向かって集束する全体として先細りの壁を有する。先細りの壁は、連続する先細りの表面を有する弾性的に変形可能な蛇腹の形状であることが好ましく、この連続する先細りの表面は傾斜して偏位し、アコーディオンの方法で相互に接続される。

例えば、０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度の減少された厚さを有するスタンピング加工された金属板によって、その蛇腹は形成される。

概ね気密を保つ一方で、有利なことに、隔壁は、壁間空間２１内の過剰な圧力を回避可能にする調整された排気口を有する。この排気口は、壁間空間の外部に、および、特にエンジンもしくはターボ圧縮機に向かって、任意の繊維が吸引されることを防止する一方で、空気を流通可能にするような寸法である。

隔壁３４は、一方で排気系統および特にターボ圧縮機と、フランジ２５との間の、ならびに、他方でフランジ２５と出口導管３１との間の気密を確保する。それによって、排気ガスは、導管２０と外側外囲容器２２との間の境界を定める壁間空間２１内で流通しない。

管２０がセラミック材料製であるため、それらは非常に小さい膨張を起こしやすく、この小さい膨張が管と出口フランジとの間の非常に精密な調整を可能にする。

さらに、管２０を構成するセラミックが良好な断熱材であるため、排気ガスの非常に僅かな熱は固体のフランジ２５に伝達され、熱の大部分はマニホルドを貫通して確実に案内され、それによって、マニホルドの下流に位置する、触媒浄化部材または粒子フィルタのような汚染物質制御部材の充分な作動を可能にする。

図３はフランジ２５と出口導管３１との間の連結の変形を示す。この実施形態において、参照番号４４で示す隔壁は、内部表面２５Ｂに沿ってフランジ２５に接続され、出口導管３１の外側表面と接触して弾性的に押圧されるだけである。その目的のために、隔壁４４は、フランジ２５の内部表面に対して押圧される環状接続領域４８、および、出口導管３１の外部表面上に当接するための環状輪郭５０を有する金属製の裾部４６を備える。裾部４６の断面は概ね十字または疑問符の形状である。

環状輪郭５０は、連結された出口導管３１に対向する外側に開口するチャネル５２の境界を定める。チャネル５２は、チャネルの開口の幅がチャネル５２の最大幅よりも小さくなるように、集束する端部５４を有する。

弾性環によって形成される環状弾性部材５６が、チャネル５２内部に収容され、維持される。弾性部材５６は、中央方向に向けられる力を環状当接輪郭上に付勢することによって、出口導管３１の外側表面に対してチャネル５２の底部を押圧することができる。

弾性環５６は、例えば、金属格子によって形成され、静止している（ａｔ ｒｅｓｔ）場合、出口導管３１の外径より小さい直径を有する。

内側表面の近傍において、フランジは、局所的にオリフィス２７を広げる座ぐり５８を有する。環状当接輪郭５０および弾性環５６は、出口導管３１の外側表面に対して押圧されることによって、座ぐり内に部分的に収容される。

隔壁４４を所定の位置に保持するために、環状領域４８は、その外周部において、溶接線６０に沿ってフランジの内側表面２５Ｂに溶接される。

上記の実施形態におけるように、ここに説明される配置は、当接輪郭５０が出口導管３１の外側表面に対して押圧された状態に保持されるという事実から、マニホルドの外囲容器の内側と外側との間の気密を確保する。しかし、マニホルド内に過剰な圧力が存在する場合、隔壁４４は遠心分離機の方法で弾性的に変形され、過剰な圧力を生じさせた気体を出口導管３１と隔壁との間で漏出可能にする。

その目的のために、弾性環５６は、中央方向に向けられる作用を内部導管に対して及ぼすようなものであって、その作用の強度は内部導管と外部殻との間の空間の排出圧の強度よりも小さい。

異なる実施形態において、特にフランジのない実施形態の場合、隔壁３４はフランジ２５ではなく外部殻２２に固定される。

他の実施形態において、外側外囲容器２２の組立体は気密である必要はない。半分の殻は、例えば、不連続な二等分面外周溶接によって組み立てられ、機械的保持のみを確保する。同じことが、シリンダヘッドフランジ２４および出口フランジ２５の外側外囲容器２２上への組付けについて言える。

これらの異なる取付けの解決策は、マニホルドの気密に関して、特に好都合な解決策を提示する。

特に、壁間空間に配置された保持材料または断熱性材料が保護される。

出口フランジに連結された、本発明による排気マニホルドの、特に切断面の平面図である。 排気マニホルドおよび出口フランジの接続の詳細な断面図である。 マニホルドおよび出口フランジの変形の図２と同一の図である。

Claims (15)

1. 外部殻（２２）に接続される、少なくとも１つの気体循環オリフィス（２４Ａ）を有する少なくとも１つのフランジ（２４）を備える外側外囲容器（１８）であって、前記外側外囲容器（１８）は少なくとも１つの気体循環オリフィス（２７）を有する
   外側外囲容器（１８）と、
   前記外側外囲容器（１８）内部に配置され、気体循環オリフィス（２７）を介して開口する少なくとも１つの内部導管（２０、３１）と
   を備える排気マニホルド（１２）において、
   前記もしくは各内部導管（２０、３１）が、少なくともその長さの主要部分にわたって、セラミック材料で形成され、前記もしくは各オリフィス（２７）に係合されることと、
   それが環状隔壁（３４；４４）を備え、前記環状隔壁（３４；４４）は、気体に対して不浸透で、弾性的に径方向および軸方向に変形可能であって、前記もしくは各内部導管（２０、３１）と前記外側外囲容器（１８）との間で、前記もしくは各内部導管（２０、３１）の周りに配置され、前記隔壁（３４；４４）は、その周囲において、前記外側外囲容器（１８）および前記もしくは各内部導管（２０、３１）の少なくとも１つに接続されることと
   を特徴とする排気マニホルド（１２）。
2. 前記外側外囲容器（１８）は、外部殻（２２）と、前記外部殻（２２）に接続され、かつ前記もしくは各気体循環オリフィス（２７）の境界を定めるフランジ（２５）とを備えることを特徴とする請求項１に記載のマニホルド。
3. 前記隔壁（３４；４４）は、その周囲において、前記一方のフランジ（２５）および前記もしくは各内部導管（２０、３１）と接続されることを特徴とする請求項２に記載のマニホルド。
4. 前記隔壁（３４；４４）は、その周囲において、前記一方のフランジ（２５）および前記もしくは各内部導管（２０、３１）に対して弾性的に押圧されることを特徴とする請求項２に記載のマニホルド。
5. 前記隔壁（４４）は、一方において、前記一方のフランジ（２５）および前記もしくは各内部導管（２０、３１）への接続のための環状領域（４８）、および、前記一方のフランジ（２５）および前記もしくは各内部導管（２０、３１）上への当接のための環状輪郭（５０）を有する裾部（４６）と、他方において、径方向の応力のもとで、前記一方のフランジ（２５）および前記もしくは各内部導管（２０、３１）に押し付けて、径方向に作用する弾性部材（５６）を保持するために、前記環状輪郭（５０）に対して押圧される前記径方向に作用する弾性部材（５６）とを備えることを特徴とする請求項４に記載のマニホルド。
6. 前記弾性部材は弾性環（５６）を含み、前記弾性環（５６）は前記環状輪郭（５０）を取り囲み、それを中央方向に向けられる作用によって、内部導管（２０、３１）に対して押圧することを特徴とする請求項５に記載のマニホルド。
7. 前記環状輪郭（５０）を取り囲む前記弾性部材（５６）は、前記内部導管（２０、３１）に対して前記環状輪郭（５０）上に中央方向に向けられる作用を及ぼし、この作用の強度は前記内部導管と前記外部殻との間の空間の排出圧の強度よりも小さいことを特徴とする請求項５または６に記載のマニホルド。
8. 前記輪郭（５０）は、外側に開口している環状チャネル（５２）を画定し、前記環状チャネル（５２）は前記弾性部材（５６）を収容することを特徴とする請求項５から７のいずれか一項に記載のマニホルド。
9. 前記チャネル（５０）は、前記チャネル（５２）の最大幅より小さい幅の開口部の境界を定める２つの集束する端部（５４）を有することを特徴とする請求項８に記載のマニホルド。
10. 前記隔壁（３４）は蛇腹の形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のマニホルド。
11. 前記隔壁（３４）は全体として先細りであることを特徴とする請求項１０に記載のマニホルド。
12. 前記隔壁（３４）は１つまたは複数の排気口を備えることを特徴とする請求項１１に記載のマニホルド。
13. 前記隔壁は溶接によって接続されることを特徴とする請求項１から１２までのいずれか一項に記載のマニホルド。
14. 前記外部殻（２２）と前記もしくは各内部導管（２０、３１）の間で境界を定められた空間の少なくとも一部は、充填材料を収容することを特徴とする請求項１から１３までのいずれか一項に記載のマニホルド。
15. 前記隔壁（３４；４４）は、その周囲において、前記外側外囲容器（１８）に接続されることを特徴とする請求項１に記載のマニホルド。

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