JP2009541656A - 熱分離式一体化排気マニフォルドをもつシリンダーヘッドを備える排気装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、自動車のマルチシリンダー内部燃焼エンジン用の排気装置であって、前記エンジンのシリンダーヘッド（１０）を備え、シリンダーヘッドには排気ダクト（１２）が設けられており、各排気ダクトの第１端部（１４）は前記エンジンの燃焼室（１６）に接続され、第２端部（１８）は、出口ダクト（２４）が車両の排気ラインの排気ガスの汚染物を除去する装置に外部で接続されている、シリンダーヘッド（１０）に組み込まれた排気マニフォルド（２２）のキャビティ又はプレナム（２０）に向けて開いており、このタイプでは、マニフォルド（２０）のキャビティ（２０）又はプレナムが、シリンダーヘッド（１０）の内側に取り付けたエレメント（２６）に形成され、かつ、前記エレメント（２６）が、熱式分離手段（２８）によってシリンダーヘッド（１０）から熱的に分離されることを特徴とする、排気装置を提案するものである。

Description

本発明は、自動車のマルチシリンダー内部燃焼エンジン用の排気装置であって、前記エンジンのシリンダーヘッドを備え、シリンダーヘッドには排気ダクトが設けられており、各排気ダクトの第１端部が前記エンジンの燃焼室に接続され、第２端部が、出口ダクトが車両の排気ラインの排気ガスの汚染物を除去する装置に外部で接続されている、シリンダーヘッドに組み込まれた排気マニフォルドのキャビティ又はプレナムに向けて開いている、排気装置に関するものである。

この種の装置の多くの事例は、周知のことである。

従来、排気装置は、排気ダクトに面して設けられたマニフォルドのダクトに合うエンジンのシリンダーヘッドに形成された排気ダクトを備えている。マニフォルドは、自動車の排気ラインに接続している、少なくとも一つの出口ダクトを備えている。

燃焼ガスに含まれている汚染生成物の含有物を減らすために、燃焼ガスに存在する汚染生成物、特に、未燃炭化水素ＨＣや窒素酸化物ＮＯｘを変換できる、排気ライン汚染物除去装置、すなわち、触媒器に埋め込むことが実際に知られている。

しかし、エンジンを冷状態から立ち上げる時に問題が生じる。

特に、汚染物除去装置の効果は、それらの動作温度に大きく依存する。これらの装置をエンジンの燃焼室から或る距離に設置すると、エンジン動作の最初の数分間中における温度の上昇を緩やかにすると共に、これが大量の汚染物が放出されるエンジン動作の最初の数分間であったとしても、それらの効果が減少する。

この欠点を改善するために、エンジンシリンダーヘッドに部分的又は全体的に組み込まれる排気マニフォルドを作製することが提案されており、これは、マニフォルド出口のシリンダーヘッドのすぐ隣に設置される、汚染物除去装置と燃焼室との間の距離を大幅に減少させることができる。

特許文献、仏国特許第２７３８２８９号明細書では、特にこのタイプのマニフォルドが記載されており、シリンダーヘッドの排気ダクトは、マニフォルドに半分且つシリンダーヘッドに半分形成されたキャビティ又はプレナムに向けて開いている。

特許文献、独国特許出願公開第３８１５４０８号明細書では、全体がシリンダーヘッド内に形成され、シリンダーヘッドと一体型に鋳造されたマニフォルドを、その一部に記載している。

これらの周知の従来技術のマニフォルドは、しかし、多くの問題点をかかえている。

特に、このタイプのマニフォルドがシリンダーヘッドに部分的のみ形成される場合、燃焼室と汚染物除去装置との間の距離は最小値まで減少しないので、汚染物除去装置は完全な効果を発揮しない。

更に、マニフォルドをシリンダーヘッドに組み込む時は高温のストレスに晒されるため、シリンダーヘッドの材料のように、温度の上昇につれてかなり膨張する。従って、シリンダーヘッドを冷却する液体循環キャビティに接続した冷却キャビティを装着していないと、排気ラインの他の部分に上記マニフォルドを実際に結合することはできない。

このデザインは、マニフォルドを冷却する必要性のためにエンジンの熱効率を減少させることと同じことなので、一方でエンジンの効率を減少させ、他方でマニフォルドと燃焼室が互いに近接するという利点が大幅に減少する。従って、マニフォルドの冷却により、温度を急に上昇させて汚染物除去装置の効果を改善することが不可能になる。

この欠点を改善するために、本発明は、エンジンのシリンダーヘッドに組み込まれており、マニフォルドを前述のシリンダーヘッドから熱的に分離する手段が設置されたマニフォルドを備える、前述のタイプの装置を提案するものである。

このために、本発明は、マニフォルドのキャビティ又はプレナムがシリンダーヘッドの内側に取り付けられたエレメントに形成され、前述のエレメントは熱的な分離手段によってシリンダーヘッドから熱的に分離されることを特徴とする、上述したタイプのマニフォルドを提案する。

本発明の他の特徴によれば、
− 排気ダクトの第２端部は、取付エレメントを形成するためにシリンダーヘッドの内側に取り付けられていて、排気ダクトの第２端部に通じるオリフィスを備え、シリンダーヘッドの外側に向けて開いている出口ダクトを備える、管状インサートを受けるシリンダーヘッドに形成された受け穴に向けて開いており、
− 管状インサートはステンレス製であり、
− 管状インサートは、シリンダーヘッドの受け穴に隙間の無い状態で取り付けられており、
− 熱式分離手段は、シリンダーヘッドの管状インサートの周囲及び少なくとも２つの連続する排気ダクト間に設けられており、
− 熱式分離手段は、受け穴周囲のシリンダーヘッドの材料で形成され、前述の穴に向けて開いている、少なくとも一つのキャビティを備え、
− 装置は、各々一対の連続する排気ダクトの間で受け穴周囲に配置されているキャビティと、シリンダーヘッドの一端の排気ダクトと一端の外部面との間で受け穴周囲に配置されているキャビティとを備え、
− 各キャビティは、シリンダーヘッドがモールド成形される時に作製される。

本発明の他の特徴と長所は、一つの図面が本発明に基づく排気装置用のシリンダーヘッドの略図である、添付する図面で図解する引例と、次に示す詳細説明を読むことで明らかになる。

本発明に基づいて作製された排気装置用のシリンダーヘッド１０を示す図である。

周知のように、排気ダクト１２がシリンダーヘッド１０に設けられている。各ダクト１２の第１端部１４はエンジンの燃焼室１６に接続され、各ダクト１２の第２端部１８はシリンダーヘッド１０に組み込まれた排気マニフォルド２２のキャビティ２０又はプレナムに向けて開いている。マニフォルド２２の出口ダクト２４は、車両の排気ライン（図示せず）の排気ガスの汚染物を除去する装置（図示せず）に外部で接続している。シリンダーヘッド１０は、エンジンを冷却する液体を循環させるために、キャビティ３０を各燃焼室１６の間に備えている。

本発明によれば、マニフォルド２２のキャビティ２０又はプレナムは、シリンダーヘッド１０の内側に取り付けたエレメント２６に形成されていて、前述のエレメント２６は熱式分離手段２８によってシリンダーヘッド１０から熱的に分離される。

更に具体的には、排気ダクト１２の第２端部１８は、シリンダーヘッド１０に形成された受け穴３２に向けて開いている。この穴３２は、シリンダーヘッドの内側に取り付けられており、排気ダクト１２の第２端部１８に通じるオリフィス３４を備え、シリンダーヘッド１０の外側に向けて開いている出口ダクト２４を備える、取付エレメント２６を形作る管状インサート２６を受けている。

この実施形態では、管状インサート２６はステンレス製である。なぜならば、この材料は、その温度にかかわらず、汚染物除去装置に接続される時に、適度な密閉状態の保証に適した熱膨張特性を有するからである。この特徴により発明が限定されず、類似の特徴を有する任意の他の材料を発明の適正な応用のために使用できることに注目すべきである。

本発明の好ましい実施形態において、管状インサート２６は、シリンダーヘッド１０の受け穴３２に隙間の無い状態で取り付けられている。管状インサート２６は、締め付けタイプの調整により穴３２に、例えば、スリーブで取り付けられている。

利点としては、熱式分離手段２８が、シリンダーヘッドの管状インサート２６の周囲及び少なくとも二つの連続する排気ダクト１２の間に配置されていることが挙げられる。

更に具体的には、熱式分離手段２８は、シリンダーヘッド１０の材料の受け穴３２の周囲に形成されており、前述の穴３２に向けて開いている、少なくとも一つのキャビティ２８を備えている。このキャビティは空気で満たされているので、シリンダーヘッドに対するインサート２６の熱的な分離を可能にし、シリンダーヘッド１０の熱が熱伝導でインサート２６に伝わることを防止している。

好ましいことに、図１に示すように、この装置は、各々一対の連続する排気ダクト１２の間で受け穴３２の周囲に設けられているキャビティ２８と、シリンダーヘッド１０の一端の排気ダクト１２と一端の外部面３６との間で受け穴３２の周囲に配置されているキャビティ２８を備えている。

キャビティ２８の適正な製造のために、任意の製造方法を使用できる。しかし、本発明の好ましい実施形態において、各キャビティ２８は、シリンダーヘッド１０がモールド成形される時に作製される。

本発明は、従って、出口ダクト２４に接続した汚染物除去装置の性能を最適化し、シリンダーヘッド１０に対する熱的な分離のために、従来技術では周知の併合マニフォルドの欠点を有さない、燃焼室１６に可能なかぎり近接されたシリンダーヘッド１０に取り付けられたマニフォルド２６を備える装置から利益を得ることができる。

Claims (7)

1. 自動車のマルチシリンダー内部燃焼エンジン用の排気装置であって、前記エンジンのシリンダーヘッド（１０）を備え、シリンダーヘッドには排気ダクト（１２）が設けられており、各排気ダクトの第１端部（１４）は前記エンジンの燃焼室（１６）に接続され、第２端部（１８）は、出口ダクト（２４）が車両の排気ラインの排気ガスの汚染物を除去する装置に外部で接続されている、シリンダーヘッド（１０）に組み込まれた排気マニフォルド（２２）のキャビティ又はプレナム（２０）に向けて開いており、このタイプでは、マニフォルド（２０）のキャビティ（２０）又はプレナムが、シリンダーヘッド（１０）の内側に取り付けたエレメント（２６）に形成され、かつ、前記エレメント（２６）が、熱式分離手段（２８）によってシリンダーヘッド（１０）から熱的に分離されており、
   排気ダクト（１２）の第２端部（１８）は、取付エレメント（２６）を形成するためにシリンダーヘッド（１０）の内側に取り付けられ、排気ダクト（１２）の第２端部（１８）に通じるオリフィス（３４）を備え、シリンダーヘッド（１０）の外側に向けて開いている外部出口（２４）を備える、管状インサート（２６）を受けるシリンダーヘッド（１０）に形成した受け穴（３２）に向けて開いていることを特徴とする、排気装置。
2. 管状インサート（２６）がステンレス製であることを特徴とする、請求項１に記載の排気装置。
3. 管状インサート（２６）がシリンダーヘッド（１０）の受け穴（３２）に隙間の無い状態で取り付けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の排気装置。
4. 熱式分離手段（２８）が、シリンダーヘッド（１０）の管状インサート（２６）の周囲及び少なくとも２つの連続する排気ダクト（１２）間に設けられていることを特徴とする、請求項３に記載の排気装置。
5. 熱式分離手段（２８）が、受け穴（３２）周囲のシリンダーヘッド（１０）の材料で形成され、前記受け穴（３２）に向けて開いている、少なくとも一つのキャビティ（２８）を備えることを特徴とする、請求項４に記載の排気装置。
6. 各々一対の連続する排気ダクト（１２）の間で受け穴（３２）周囲に配置されているキャビティ（２８）と、シリンダーヘッド（１０）の一端の排気ダクト（１２）と一端の外部面（３６）との間で受け穴（３２）周囲に配置されているキャビティ（２８）とを備えることを特徴とする、請求項５に記載の排気装置。
7. 各キャビティ（２８）は、シリンダーヘッド（１０）がモールド成形される時に作製されることを特徴とする、請求項５又は６に記載の排気装置。

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