JP2010144649A - エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気マニホールドに球面自在継手機構を介して排気浄化装置を連結することによりエンジンの振動に伴う排気系の振れを小さくして異音発生を抑制するとともに、軽合金製の排気マニホールドに対し、球面自在継手機構の上流側フランジ部材を、鉄系金属製で、一対の弾発手段がエンジンの振動に伴う振れが小さい気筒列方向に並ぶ配置となり、且つ、エンジンの振動による振れが大きくなる位置を避けて締結できるようにする。
【解決手段】アルミ合金製で冷却水ジャケット３を有する排気マニホールド１に球面自在継手機構１０を介して触媒コンバータ２を連結する。その際、球面自在継手機構１０の鉄系金属製の上流側フランジ部材１２を気筒列方向に長くし、その長手方向両側に弾発手段１５のロッド部材１７をねじ込むことで上流側フランジ部材１２を排気マニホールド１に締結する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気マニホールドの直下流に排気浄化装置が配置されるエンジンの排気装置に関する。

排気マニホールドの直下流に排気浄化装置として触媒コンバータを配置するエンジンの排気装置として、触媒コンバータを排気マニホールドに直接取り付けた所謂直キャタを有する排気装置が従来から知られている。このように排気マニホールドの直下流に触媒コンバータを配置することで、高温の排気ガスによって触媒の活性化を促進することができる。特に、横置きエンジンの場合、排気系の構成上、直キャタの有効性が高い。

このような直キャタを有する排気装置では、排気マニホールドと触媒コンバータとはリジッドに連結されて実質的に一体になり、その後ろに、自在継手を介して排気管が接続されているのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００２−７０５４８号公報

ところが、このように直キャタで、排気マニホールドと触媒コンバータとが実質的に一体となり、その後ろに、自在継手からなるジョイント部分がある排気装置では、エンジンのトルク変動に起因する振動、特に、クランク軸回りのローリング振動を受けることにより、触媒コンバータの下流端までが長いスパンでエンジンと一体となって振動し、そのため、特に触媒コンバータの下流端が高速で大きく振れて、異音が発生するという問題がある。

そこで、ジョイント部分が排気系のもっと上流側に位置するよう、排気マニホールドと触媒コンバータとを例えば球面自在継手機構を介して連結することが考えられる。しかし、排気マニホールドがアルミ合金等の軽合金製の鋳造物であると、球面自在継手機構を介して連結するのは容易でない。

つまり、排気マニホールドが通常の例えば板金製すなわち鉄系金属製であれば、球面自在継手の一方の継手部材である凸球面を有するリング体（以下、「凸球面リング体」という。）を、排気マニホールドの下流側フランジ部で兼用した上流側フランジ部材に突出して設けた筒状ガイド部分で位置決めして配置することができ、他方の継手部材である凹球面を有する受け座（以下、「凹球面受け座」という。）を備えた下流側フランジ部材を触媒コンバータの上流端に取り付けて球面自在継手機構を形成することができるが、排気マニホールドが鉄系でなくて、例えば壁内部に冷却水ジャケットを有する水冷排気マニホールドのようにアルミ合金等の軽合金製であると、それができず、排気マニホールドに鉄系金属製の上記筒状ガイド部材を別体の部材として溶接で取り付けるのも困難である。

球面自在継手の上流側フランジ部材は、少なくともその凸球面リング体を支持する筒状ガイド部分が鉄系金属製である必要があり、アルミ合金等の鋳造物である排気マニホールドの端部に、凸球面リング体を支持する筒状ガイド部分を削り出しで一体に設けるようなこともできない。凸球面リング体を支持する筒状ガイド部分をアルミ合金等の鋳造物から削りだして形成したのでは、高温の排気ガスに対し強度に問題がある。

このように、排気マニホールドがアルミ合金等の軽合金製であると、球面自在継手の上流側フランジ部材を排気マニホールドの下流側フランジ部でそのまま兼用することはできず、また、排気マニホールドと一体に削りだしで形成することも難しい。そのため、球面自在継手の上流側フランジ部材は、排気マニホールドとは別体としたものをボルト締結で取り付けることになる。

ところが、球面自在継手というのは、例えば、上流側フランジ部材と下流側フランジ部材とが対向し、それら両フランジ部材が、球面中心を挟む両側でコイルスプリングを嵌挿した一対のロッド部材を有する弾発手段により互に接近する方向に弾発付勢されるもので、その場合、エンジンのクランク軸回りの振動によって上流側フランジ部材が振れると、フランジ径が大きい場合、両フランジ部材のフランジ面同士が干渉する恐れがあることから、エンジンのクランク軸回りの振動による振れが大きくなる方向を避けて、気筒列方向の両側に長いひし形のフランジとし、そのフランジ長手方向の両側に弾発手段を配置するようにしたい。その場合、上流側フランジ部材を排気マニホールドに締結するボルトの位置は、弾発手段のロッド部材と干渉する位置を避けなければならず、そうすると、どうしてもエンジンの振動による振れが大きくなる位置でボルト締結することになってしまい、強度上問題が生ずる。

本発明は、排気マニホールドの直下流に排気浄化装置が配置されるエンジンの排気装置において、排気マニホールドに球面自在継手機構を介して排気浄化装置を連結することによりエンジンのクランク軸回りのローリング振動に伴う排気系の振れを小さくして異音発生を抑制するとともに、軽合金製の排気マニホールドに対し、球面自在継手機構の上流側フランジ部材を、鉄系金属製で、一対の弾発手段がエンジンの振動に伴う振れが小さい気筒列方向に並ぶ配置となり、且つ、エンジンの振動による振れが大きくなる位置を避けて締結できるようにすることを目的とする。

本発明のエンジンの排気装置は、複数の気筒を列状に有するエンジンの排気マニホールドの直下流に排気浄化装置が配置されるエンジンの排気装置であって、排気マニホールドが軽合金製であり、排気マニホールドと排気浄化装置とが球面自在継手機構を介して連結され、球面自在継手機構が、凸球面を有するリング体を備え排気マニホールドに取り付けられる気筒列方向に長い鉄系金属製の上流側フランジ部材と、凸球面に対応する凹球面を有する受け座を備え排気浄化装置に取り付けられる気筒列方向に長い下流側フランジ部材と、それら両フランジ部材を接近方向に弾発付勢する弾発手段とを有し、弾発手段が、上流側フランジ部材の長手方向両側に配置され、上流側フランジ部材を貫通し排気マニホールドの螺子穴に先端が螺合されて上流側フランジ部材を排気マニホールドに締結するとともに、下流側フランジ部材を貫通し両フランジ部材を接近方向に弾発付勢するようコイルスプリングを嵌挿する一対のロッド部材を有することを特徴とする。

これによれば、排気マニホールドに球面自在継手機構を介して排気浄化装置を連結することによりエンジンのクランク軸回りのローリング振動に伴う排気系の振れを小さくして異音発生を抑制することができ、また、軽合金製の排気マニホールドに対し、球面自在継手機構の上流側フランジ部材を鉄系金属製として、弾発手段がエンジンの振動に伴う振れが小さい気筒列方向に並ぶ配置となるようにしつつ、エンジンの振動による振れが大きくなる位置を避けて上流側フランジ部材を排気マニホールドに締結することができる。

排気マニホールドと上流側フランジ部材との間には、それら排気マニホールドと上流側フランジ部材との連結部内部の排気路をガスシールするガスケットが設けられているのがよい。

排気マニホールドと上流側フランジ部材との間にガスケットが設けられていることで、上流側フランジ部材と排気マニホールド部材との締結部位での気密性が確保される。

また、ロッド部材は、中間部位に上流側フランジ部材の下流側端面に当接する頭部を有するものであるのがよい。

ロッド部材が中間部位に頭部を有することで、ロッド部材により上流側フランジ部材を排気マニホールドに確実に締結できる。

そして、排気マニホールドは、壁内部に冷却水ジャケットを有するアルミ合金製の鋳造物であってよい。

排気マニホールドが壁内部に冷却水ジャケットを有するアルミ合金製の鋳造物であることで、排気温度の上昇を抑制でき、軽量化を図りながら排気マニホールドの信頼性を向上させることができる。

このように本発明によれば、排気マニホールドに球面自在継手機構を介して排気浄化装置を連結することによりエンジンのクランク軸回りのローリング振動に伴う排気系の振れを小さくして異音発生を抑制することができ、また、軽合金製の排気マニホールドに対し、球面自在継手機構の上流側フランジ部材を鉄系金属製として、弾発手段がエンジンの振動に伴う振れが小さい気筒列方向に並ぶ配置となるようにしつつ、エンジンの振動による振れが大きくなる位置を避けて上流側フランジ部材を排気マニホールドに締結することができる。

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３は本発明の一実施形態を示している。図１はエンジンの排気装置の要部正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は排気マニホールドと球面自在継手機構の上流側フランジ部材とのを締結部分の側面図である。

この実施形態のエンジンは、自動車のエンジンルーム内にクランク軸を車幅方向に向けて搭載される直列４気筒の所謂横置きエンジンであって、該エンジンの車両後方側に取り付けられる排気マニホールド１の直下流に排気浄化装置として触媒コンバータ２が配置される。

排気マニホールド１は、アルミ合金製の鋳造物からなる所謂水冷排気マニホールドであって、下流側が斜め下方に下がり、壁内部には、排気路２１を取り巻く冷却水ジャケット３が設けられている。そして、排気マニホールド１には、エンジン本体内部の冷却水通路から出た冷却水の一部を下側から入れて上側から出し、また、冷却水に混じった空気を抜くよう、マニホールド下流側フランジ部４に冷却水入口５が設けられ、マニホールド頂部中央に冷却水出口６およびエア抜き口７が設けられている。

そして、この排気マニホールド１に球面自在継手機構１０を介して触媒コンバータ２が連結されている。

球面自在継手機構１０は、凸球面リング体１１（凸球面を有するリング体）を備えた上流側フランジ部材１２と、凹球面受け座１３（凸球面リング体１１の凸球面に対応する凹球面を有する受け座）を備えた下流側フランジ部材１４と、両フランジ部材１２，１４を接近方向に弾発付勢する弾発手段１５を有し、上流側フランジ部材１２が排気マニホールド１のマニホールド下流側フランジ部４に取り付けられ、下流側フランジ部材１４が触媒コンバータ２の上流端に取り付けられ、凸球面リング体１１が凹球面受け座１３に摺接着座し、弾発手段１５により両フランジ部材１２，１４が接近方向に弾発付勢される。

上流側フランジ部材１２および下流側フランジ部材１４は、いずれも鉄系金属製で、気筒列方向に長い略ひし形形状である。そして、上流側フランジ部材１２のひし形の長手方向両側を、スタッドボルト状で中間部位にナット状の頭部１６を有する一対のロッド部材１７が貫通し、それら一対のロッド部材１７の先端が排気マニホールド１の螺子穴１８に螺合され、頭部１６が上流側フランジ部材１２の下流側端面に当接することで、上流側フランジ部材１２を排気マニホールド１に締結している。

このように先端が排気マニホールド１に植え込まれて上流側フランジ部材１２を締結したロッド部材１７に下流側フランジ部材１４が嵌め込まれる。その際、ロッド部材１７には、下流側フランジ部材１４の下面側となる配置でコイルスプリング１９が嵌挿され、ロッド部材１７の基端側に固定されるスプリング受け部材２０と下流側フランジ部材１４のスプリング座との間でコイルスプリング１９が圧縮される。これにより、下流側フランジ部材１４が上流側フランジ部材１２に接近する方向に弾発付勢される。

こうしてコイルスプリング１９を嵌挿する一対のロッド部材１７により弾発手段１５が構成されている。

上流側フランジ部材１２には、凸球面リング体１１を保持するガイド筒部２２が設けられる。なお、上流側フランジ部材１２の凸球面リング体１１を保持するガイド筒部２２は、上流側フランジ部材１２に一体で形成されているが、別体物として溶接で固定してもよい。

そして、排気マニホールド１のマニホールド下流側フランジ部４と球面自在継ぎ手機構１０の上流側フランジ部材１２との間には、それらマニホールド下流側フランジ部４と上流側フランジ部材１２との連結部内部の排気路２３をガスシールするガスケット（メタルガスケット）２４が設けられている。

このようにエンジンの排気装置が構成されている。この場合、排気マニホールド１の直下流に触媒コンバータ２を配置することで、高温の排気ガスによって触媒の活性化を促進することができる。そして、排気マニホールド１と触媒コンバータ２とが球面自在継手機構１０を介して連結されているため、エンジンのトルク変動に起因する振動、特に、クランク軸回りのローリング振動に伴い排気マニホールド１が振動しても、触媒コンバータ２までが一体となって振動することはなく、振動による異音発生を防止でき、また、アルミ合金製の排気マニホールド１に対し、球面自在継手機構１０の弾発手段１５がエンジンの振動に伴う振れが小さい気筒列方向に並ぶ配置となるようにしつつ、エンジンの振動による振れが大きくなる位置を避けて鉄系金属製の上流側フランジ部材１２を排気マニホールド１に締結することができる。また、排気マニホールド１が壁内部に冷却水ジャケット３を有するアルミ合金製の鋳造物であることで、排気温度の上昇を抑制でき、軽量化を図りながら排気マニホールド１の信頼性を向上させることができる。

なお、上記実施形態では、排気マニホールドはアルミ合金製であるが、本発明は、排気マニホールドがアルミ合金以外の軽合金製の場合にも適用できる。また、本発明は、横置き以外のエンジンの排気装置にも適用でき、触媒コンバータ以外の排気浄化装置を備えたエンジンの排気装置にも適用できる。
さらに、本発明を適用する排気マニホールドは、シリンダヘッドと一体のものであってもよい。

本発明の一実施形態に係るエンジンの排気装置の要部正面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１の装置における排気マニホールドと球面自在継手機構の上流側フランジ部材とのを締結部分の側面図である。

符号の説明

１ 排気マニホールド
２ 触媒コンバータ
３ 冷却水ジャケット
４ マニホールド下流側フランジ部
１０ 球面自在継手機構
１１ 凸球面リング体
１２ 上流側フランジ部材
１３ 凹球面受け座
１４ 下流側フランジ部材
１５ 弾発手段
１６ 頭部
１７ ロッド部材
１８ 螺子穴
１９ コイルスプリング
２０ スプリング受け部材
２１ 排気路
２２ ガイド筒部
２３ 排気路
２４ ガスケット

Claims (4)

1. 複数の気筒を列状に有するエンジンの排気マニホールドの直下流に排気浄化装置が配置されるエンジンの排気装置であって、
   前記排気マニホールドが軽合金製であり、
   該排気マニホールドと前記排気浄化装置とが球面自在継手機構を介して連結され、
   前記球面自在継手機構が、凸球面を有するリング体を備え前記排気マニホールドに取り付けられる気筒列方向に長い鉄系金属製の上流側フランジ部材と、前記凸球面に対応する凹球面を有する受け座を備え前記排気浄化装置に取り付けられる気筒列方向に長い下流側フランジ部材と、それら両フランジ部材を接近方向に弾発付勢する弾発手段とを有し、
   前記弾発手段が、前記上流側フランジ部材の長手方向両側に配置され、該上流側フランジ部材を貫通し前記排気マニホールドの螺子穴に先端が螺合されて該上流側フランジ部材を前記排気マニホールドに締結するとともに、前記下流側フランジ部材を貫通し前記両フランジ部材を接近方向に弾発付勢するようコイルスプリングを嵌挿する一対のロッド部材を有することを特徴とするエンジンの排気装置。
2. 前記排気マニホールドと前記上流側フランジ部材との間に、それら排気マニホールドと上流側フランジ部材との連結部内部の排気路をガスシールするガスケットが設けられていることを特徴とする請求項１記載のエンジンの排気装置。
3. 前記ロッド部材は、中間部位に前記上流側フランジ部材の下流側端面に当接する頭部を有することを特徴とする請求項１または２記載のエンジンの排気装置。
4. 前記排気マニホールドが壁内部に冷却水ジャケットを有するアルミ合金製の鋳造物であることを特徴とする請求項１、２または３記載のエンジンの排気装置。

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