JP2010144523A - 内燃機関の排気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】必要な支持強度を確保しながら軽量化を図ることができ、しかも、金属ステー等の補助部材も不要な内燃機関のマニホールドを提供する。
【解決手段】内燃機関側に連結されるフランジ１と、排気系側に連結される連結フランジ２とが一体形成された外管３の内部に、当該外管３と間隔をあけて内管４が内装されてなる二重管構造の内燃機関の排気マニホールドＡであって、前記外管３の壁体には、前記内管４を内挿可能な開口部３１が開設されると共に、前記開口部３１を密閉可能な蓋部５が設けられたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気マニホールドに関し、詳しくは、内燃機関側に連結されるフランジと、排気系側に連結される連結フランジとが一体形成されてなる外管の内部に、当該外管と間隔をあけて内管が内装された二重管構造の内燃機関の排気マニホールドに関する。

一般に、内燃機関の排気マニホールドは、前記内燃機関の各排気ポートから排出される排気ガスを、集合管で１つにまとめたうえで、この集合管の下流に取り付けた触媒等に排出されるものである。

例えば、前記排気マニホールドは、内燃機関に取り付ける機関側のフランジと、前記フランジの排気穴に連結した複数の分枝管が、下流側で１つに集合された集合管と、前記集合管の端部に連結される連結フランジと、より構成されている。

ところで、ターボ過給機を備えた内燃機関においては、前記連結フランジに当該ターボ過給機を搭載している。

前記ターボ過給機は、金属製であるがゆえにそれ相応の重さを有しており、このターボ過給機を確実に支持するためには、当該ターボ過給機を搭載する前記排気マニホールドには、ある程度の支持剛性（強度）が要求される。

なお、前記支持剛性が弱ければ、前記ターボ過給機からの振動を十分に減少することができず、騒音等の要因となるため、好ましくない。

そのため、従来の内燃機関の排気マニホールドは、これらフランジ、集合管、連結フランジが、剛性を有する鋳鉄にて一体形成されたものが、一般的であった。

しかしながら、このような鋳鉄製の排気マニホールドは、前記支持剛性を有し、ターボ過給機の振動も減少できる点では好ましいが、反面、肉厚が分厚いために、高重量であるという問題があった。

又、前記肉厚が分厚くなると、熱容量も大きくなり、触媒に供給される排気ガス温度が低下して、排気系の熱損失を招き、排ガス規制にも対応し難いという問題があった。

そのため、最近では、ステレンス等の耐熱性や耐食性の高い材質にて構成された所謂、二重管構造の排気マニホールドが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

具体的には、この排気マニホールドは、外管の内部に、当該外管と間隔をあけて内管が内装されてなる二重管構造であり、これら内管及び外管は、耐熱性や耐食性を有するステンレス鋼板にて筒状に形成されてなる。

又、排気系側の外管及び内管の間には、ワイヤ状のステンレス鋼をプレス成形によってリング状に押し固めたワイヤメッシュリング等のスライド部材が介在されている。

そのため、前記内管と外管とは、所定の間隔をもって配置され、前記内管は、外管に対して軸方向に相対移動可能なフローティング構造にされている。

このような二重管構造の内燃機関の排気マニホールドによれば、前記鋳鉄製の排気マニホールドに比べて、耐熱性や耐食性が高いことから、夫々の肉厚を薄く形成できるため、全体の軽量化を図ることができる。

又、前記外管と内管とは、一定間隔をあけて保持されるために、これら外管と内管との間には空気層が形成され、前記内管から外管への熱放射が低減される。

そのため、排気マニホールドにおける熱容量を小さくでき、触媒に供給される排気ガス温度の低下を防止して、近年の排ガス規制にも対応することができる。
特開平７−２２４６４９号公報

しかしながら、この二重管構造の排気マニホールドでは、前記利点がある反面、外管及び内管の肉厚が薄く形成されるために、前記排気マニホールドの支持剛性が、前記鋳鉄製のものに比べて、低下してしまうという問題があった。

特に、前記ターボ過給機が取り付けられる排気マニホールドでは、前記支持剛性が不足する恐れがある。

そのため、実際には、従来の二重管構造の排気マニホールドでは、前記支持剛性を確保するために、前記ターボ過給機に複数の金属製ステー等の補助部材を取り付けて、当該ターボ過給機を支持することによって、必要な支持剛性を確保している。

本発明は、かかる課題を解決することを目的とし、必要な支持強度を確保しながら軽量化を図ることができ、しかも、金属ステー等の補助部材も不要な内燃機関のマニホールドを提供するものである。

上記課題を解決するために、
本発明の内燃機関のマニホールドは、内燃機関側に連結されるフランジと、排気系側に連結される連結フランジとが一体形成されてなる外管の内部に、当該外管と間隔をあけて内管が内装されたものであって、前記外管の壁体には、前記内管を内挿可能な開口部が開設されると共に、前記開口部を密閉可能な蓋部が設けられたことを特徴とする。

すなわち、本発明は、前記フランジ、連結フランジ、開口部を設けた外管が一体形成されてなり、具体的には、前記外管は、剛性を有する鋳鉄等の硬質材にて一体形成されてなる。

そのため、従来の鋳鉄製の排気マニホールドと同程度の支持剛性を確保することができ、特に、ターボ過給機を備えた内燃機関では、金属ステー等の補助部材を用いなくても、前記ターボ過給機を確実に支持することができる。

又、本発明では、前記外管に開口部が開設されているので、この開口部を通じて内管を簡単に内挿することができ、組立て、製造も容易にできる。

前記開口部は、前記内管の形状、大きさ等に応じて適宜開設されるが、少なくとも、前記内管を内挿可能な程度に開設されていれば良い。

但し、前記開口部の大きさは、外管の支持剛性を確保する観点からすれば、できる限り小さい方が好ましく、一方、軽量化を図る観点からすれば、できる限り大きい方が好ましいと思えるが、その大きさは、前記連結フランジに搭載される前記ターボ過給機の重量等に応じて適宜決定される。

又、本発明は、前記外管に開口部が開設されているので、当該開口部の面積分だけ前記外管全体の軽量化を図ることができる。

もっとも、最終的には、前記外管内には、前記内管が内装され、前記開口部には、前記蓋部が固着されるため、本発明の全体重量は、前記外管、内管、蓋部の総重量となる。

そのため、本発明では、前記内管及び蓋部は、耐酸化性・耐熱性の高い金属薄板、例えば、ステンレス鋼板やスチール鋼板を、板金や溶接等により形成してなる。

このような金属薄板によって、前記内管及び蓋部を形成すれば、薄肉であるために、極めて軽量に形成することができ、従来の鋳鉄製の排気マニホールドに比べても全体重量の軽量化を図ることができる。

又、前記金属薄板にて形成される内管及び蓋部は、その肉厚を薄く形成できるので、排気マニホールドにおける熱容量を小さくでき、触媒に供給される排気ガス温度の低下を防止して、排ガス規制にも十分対応できる。

更に、本発明では、排気系側の外管及び内管の間隙に、スライド部材を介在し、前記内管と外管とは、所定の間隔をもって配置されると共に、内管は、外管に対して軸方向に相対移動可能なフローティング構造にされている。

そのため、前記外管と内管とは、一定間隔をあけて保持されるために、これら外管と内管との間には空気層が形成され、前記内管から外管への熱放射が低減される。

従って、排気マニホールドにおける熱容量を小さくでき、触媒に供給される排気ガス温度の低下を防止して、近年の排ガス規制にも十分対応することができる。

本発明の内燃機関のマニホールドによれば、必要な支持強度を確保しながら軽量化を図ることができ、金属ステー等の補助部材も不要にできる。

以下、本発明の内燃機関のマニホールドを図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態を示す全体正面図である。

図２は、図１の一部破断した状態を示す側面図であり、図３は、図１のＢ―Ｂ線で断面した状態の拡大側面図である。

本実施形態の内燃機関の排気マニホールドＡは、内燃機関（不図示）側に連結されるフランジ１と、排気系（不図示）側に連結される連結フランジ２とが一体形成されてなる外管３の内部に、当該外管３と間隔をあけて内管４が内装されている。
以下、各部材について詳説する。

フランジ１は、周縁に複数の取付孔１１が形成され、この取付孔１１を通じてボルト止め等によって、内燃機関のシリンダヘッド（不図示）に取り付けされる。

又、フランジ１には、複数の排気導入用の排気穴１２が開設されている。

これらの排気穴１２は、前記シリンダヘッドの排気ポート（不図示）の出口に対応する位置に開設されており、この排気穴１２を介して、前記シリンダヘッドの各排気ポートが内管４の端部に連通されている。

連結フランジ２は、周縁に複数の取付孔２１が形成され、この取付孔２１を通じてボルト止め等によって、例えば、ターボ過給機や触媒等の前記排気系に取り付けされる。

本実施形態では、この連結フランジ２に前記ターボ過給機を搭載するために、連結フランジ２は、フランジ１と略直交に一体形成され、フランジ１を前記内燃機関に取り付けた際、連結フランジ２が略水平な状態となるように配置している。

この連結フランジ２には、内管４内を流通した排気ガスを、前記ターボ過給機に供給するための供給口２２を開設している。

外管３は、剛性を有する鋳鉄にて、フランジ１及び連結フランジ２と一体形成されてなる。

そして、この外管３の表面側の壁体には、内管４を内挿可能な大きさ、形状の開口部３１を開設している。

この開口部３１の大きさは、外管３の支持剛性を確保する観点からすれば、できる限り小さい方が好ましく、一方、全体の軽量化を図る観点からすれば、できる限り大きい方が好ましいが、その大きさは、連結フランジ２に搭載される前記ターボ過給機の重量等に応じて適宜決定される。

内管４は、従来のものと同様、耐熱性や耐食性の高い金属薄板、例えば、ステンレス鋼板やスチール鋼板を、板金や溶接等により筒状に形成してなる。

具体的には、内管４は、フランジ１の各排気穴１２周縁に固着される複数の筒状の分枝管４１と、これら分枝管４１が下流側で合流して１本に集合された筒状の集合管４２と、より構成している。

蓋部５は、内管４と同じ素材、すなわち、耐熱性や耐食性の高い金属薄板、例えば、ステンレス鋼板やスチール鋼板を、外管３の開口部３１を封鎖する形状に板金等により形成してなる。

又、本実施形態では、排気系側の外管３及び内管４の間隙に、スライド部材６を介在している。

このスライド部材６は、例えば、ワイヤ状のステンレス鋼をプレス成形によってリング状に押し固めたワイヤメッシュリングに形成されてなる。

このように形成された本実施形態の内燃機関の排気マニホールドＡは、例えば、以下の要領で製造される。

図４（ａ），（ｂ）及び図５（ｃ），（ｄ）は、本実施形態の製造例を概略した組立動作図である。

なお、図１〜図３と共通する部位には、同一の符号を付して、重複する説明については省略する。

すなわち、本実施形態の内燃機関のマニホールドＡは、先ず、鋳鉄等の硬質材にて一体形成されてなる外管３の開口部３１に向けて、外方から内管４を挿入する〔図４（ａ），（ｂ）参照。〕。

このとき、内管４の排気系側である集合管４２の端部には、スライド部材６を外嵌したうえで、当該内管４を挿入する。

次に、内管４の内燃機関側である分枝管４１の端部を位置決めし、フランジ１の排気穴１２周縁に溶接して、これら分枝管４１を固定する〔図５（ｃ）参照。〕。

このようにすれば、内管４と外管３とは、スライド部材６によって、所定の間隔をもって配置されると共に、内管４は、外管３に対して軸方向に相対移動可能なフローティング構造となる。

そして、内挿された内管４を取り付けた後、開放された状態の外管３の開口部３１には、外側から蓋部５を被覆し、当該開口部３１を封鎖する〔図５（ｃ），（ｄ）参照。〕。

なお、開口部３１の周縁に、蓋部５を嵌合する位置決め用の段部等を形成しておけば、蓋部５を開口部３１に容易に被覆できるため好ましい。

最後に、この開口部３１を封鎖した蓋部５の外周と、開口部３１との連接部分を溶接Ｙして、前記連接部分から排気ガスが漏出しないように、外管３の開口部３１を、蓋部５によって密閉するのである〔図５（ｄ）参照。〕。

以上のようにして形成された本実施形態の内燃機関のマニホールドＡによれば、外管３が、剛性を有する鋳鉄等の硬質材にて一体形成されているため、従来のような鋳鉄製の排気マニホールドと、同程度の支持剛性を確保することができる。

そのため、特に、ターボ過給機を備えた内燃機関では、金属ステー等の補助部材を用いなくても、十分な支持剛性を確保して、前記ターボ過給機を搭載して支持できるので、前記ターボ過給機の振動を十分に低減することができ、騒音等の要因も防止できる。

又、内管４と外管３とは、スライド部材６によって所定の間隔をもって配置された、二重管構造にされているので、内管４と外管３との間には空気層が形成され、内管４から外管３への熱放射が低減される。

そのため、排気マニホールドにおける熱容量を小さくでき、触媒に供給される排気ガス温度の低下を防止して、近年の排ガス規制にも対応することができる。

しかも、外管３には、開口部３１が開設されているので、当該開口部３１の面積に相当する重量分が、従来の鋳鉄製の排気マニホールドよりも軽量化されることになる。

もっとも、最終的には、外管３内には、内管４が内装され、開口部３１には、蓋部５が固着されるため、本実施形態の全体重量は、これら外管３、内管４、蓋部５の総重量となる。

従って、前記総重量が、従来の鋳鉄製の排気マニホールドに比べて軽くなるように、これら外管３の開口部３１、内管４、蓋部５を形成すれば、従来の鋳鉄製の排気マニホールドよりも軽量化を図ることができる。

更に、外管３に開設された開口部３１を通じて、内管４を簡単に内挿することができるので、製造も容易にできる。

このように、本実施形態の排気マニホールドＡによれば、必要な支持強度を確保しながら軽量化を図ることができ、金属ステー等の補助部材も不要にできるのである。

本発明の一実施形態を示す全体正面図である。 図１の一部破断した状態を示す側面図である。 図１のＢ―Ｂ線で断面した状態の拡大側面図である。 （ａ），（ｂ）は、本実施形態の製造例を概略した組立動作図である。 （ｃ），（ｄ）は、本実施形態の製造例を概略した組立動作図である。

符号の説明

Ａ 内燃機関の排気マニホールド
１ フランジ
２ 連結フランジ
３ 外管
３１ 開口部
４ 内管
５ 蓋部
６ スライド部材

Claims (3)

1. 内燃機関側に連結されるフランジと、排気系側に連結される連結フランジとが一体形成されてなる外管の内部に、当該外管と間隔をあけて内管が内装された二重管構造の内燃機関の排気マニホールドであって、
   前記外管の壁体には、前記内管を内挿可能な開口部が開設されると共に、前記開口部を密閉可能な蓋部が設けられたことを特徴とする内燃機関の排気マニホールド。
2. 請求項１に記載された内燃機関の排気マニホールドにおいて、
   外管は、剛性を有する硬質材にて一体形成されると共に、内管及び蓋部は、耐熱性や耐食性の高い金属薄板にて形成されたことを特徴とする内燃機関の排気マニホールド。
3. 請求項１又は請求項２に記載された内燃機関の排気マニホールドにおいて、
   排気系側の外管及び内管の間隙には、スライド部材を介在し、前記内管と外管とは、所定の間隔をもって配置されると共に、内管は、外管に対して軸方向に相対移動可能なフローティング構造にされていることを特徴とする内燃機関の排気マニホールド。

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