JP2011169201A - Exhaust manifold - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の各排気ポートからの排気を集合させて下流側の排気管に導くエギゾーストマニホルドに関する。 The present invention relates to an exhaust manifold that collects exhaust gas from each exhaust port of an internal combustion engine and guides the exhaust gas to a downstream exhaust pipe.
従来より、特許文献1にあるように、内燃機関の各排気ポートにそれぞれ接続される枝管を集合管に集合させてから、集合管に集合させた排気を下流側の排気管に導くエギゾーストマニホルドが知られている。 Conventionally, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H10-260707, exhaust manifolds that guide the exhaust collected in the collecting pipe to the downstream exhaust pipe after the branch pipes connected to the exhaust ports of the internal combustion engine are gathered in the collecting pipe. It has been known.
しかしながら、こうした従来のものでは、下流側の排気管に触媒が介装されており、触媒は内燃機関の始動時に早期活性化を図る必要があり、また、高速運転時には高温による触媒劣化を防止する必要がある。そのため、内燃機関始動時等の低速運転時に触媒に導入される排気温度の低下を抑制して触媒の活性化を図り、高速運転時等の排気の高流量運転時には排気温度の低下を図って触媒劣化の防止する必要があるという問題があった。 However, in such a conventional system, a catalyst is interposed in the exhaust pipe on the downstream side, and it is necessary to activate the catalyst early when the internal combustion engine is started, and to prevent catalyst deterioration due to high temperature during high-speed operation. There is a need. Therefore, the catalyst is activated by suppressing the decrease in the exhaust temperature introduced into the catalyst during low speed operation such as when the internal combustion engine is started, and the exhaust temperature is decreased during high flow operation such as during high speed operation. There was a problem that it was necessary to prevent deterioration.
そこで、低速運転時と高速運転時とで排気流路を流路切替バルブを用いて機械的に切り替えて触媒の活性化と触媒劣化の防止との両立を図る制御をする構造とすると、高価で構造が複雑になるという問題があった。 Therefore, it is expensive if the exhaust flow path is mechanically switched between the low speed operation and the high speed operation using a flow path switching valve so as to achieve both the activation of the catalyst and the prevention of catalyst deterioration. There was a problem that the structure became complicated.
本発明の課題は、ガス流体の性質を利用し、安価で簡単な構造であるにもかかわらず、始動時の排気の温度低下を抑制すると共に、高速運転時の排気温度の低下を図ることができるエギゾーストマニホルドを提供することにある。 The object of the present invention is to suppress the temperature drop of the exhaust gas at the start and to reduce the exhaust temperature at a high speed operation, despite the inexpensive and simple structure, utilizing the property of the gas fluid. It is to provide an exhaust manifold that can be used.
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
多気筒内燃機関の各排気ポートに接続された枝管を集合させた集合管からの排気を排気管に導き、各排気ポートからの排気を前記排気管に送るエギゾーストマニホルドにおいて、
前記各枝管と前記集合管との外側を覆い前記枝管と前記集合管との間に隙間を形成するアウタシェルを備え、前記枝管又は前記集合管の少なくとも一方に前記枝管又は前記集合管の管壁の一部を径方向内側に窪ませて円弧状突部を形成すると共に、前記円弧状突部に連接して前記円弧状突部の下流側の前記管壁を下流側に向かって径方向外側に傾斜させて突き出した傾斜部を形成し、かつ、前記傾斜部の先端側に前記枝管又は前記集合管内と前記隙間とを連通する連通孔を形成し、前記排気を前記枝管又は前記集合管から前記連通孔を介して前記隙間を通り前記排気管に導くバイパス通路を形成したことを特徴とするエギゾーストマニホルドがそれである。
In order to achieve this problem, the present invention has taken the following measures in order to solve the problem. That is,
In the exhaust manifold for sending the exhaust from the collecting pipe obtained by collecting the branch pipes connected to each exhaust port of the multi-cylinder internal combustion engine to the exhaust pipe, and sending the exhaust from each exhaust port to the exhaust pipe,
An outer shell that covers the outside of each branch pipe and the collecting pipe and forms a gap between the branch pipe and the collecting pipe; and at least one of the branch pipe and the collecting pipe, the branch pipe or the collecting pipe A portion of the tube wall is recessed radially inward to form an arc-shaped protrusion, and the tube wall downstream of the arc-shaped protrusion is connected to the arc-shaped protrusion toward the downstream side. An inclined portion that protrudes by inclining radially outward is formed, and a communicating hole that communicates the branch pipe or the collecting pipe with the gap is formed at a tip end side of the inclined section, and the exhaust is supplied to the branch pipe. Alternatively, an exhaust manifold is characterized in that a bypass passage is formed from the collecting pipe to the exhaust pipe through the gap through the communication hole.
前記連通孔を前記枝管又は前記集合管に複数形成するとよい。また、前記円弧状突部と前記傾斜部と前記連通孔とをプレス成形するとよい。更に、前記集合管の前記排気管側近傍に接続孔を設けて前記バイパス通路からの排気を前記集合管内に導く構成としてもよい。その際、前記接続孔は前記集合管の管壁を径方向内側に窪ませて形成してもよい。 A plurality of the communication holes may be formed in the branch pipe or the collecting pipe. The arcuate protrusion, the inclined portion, and the communication hole may be press-molded. Further, a connection hole may be provided in the vicinity of the exhaust pipe side of the collecting pipe to guide the exhaust from the bypass passage into the collecting pipe. In this case, the connection hole may be formed by denting the pipe wall of the collecting pipe inward in the radial direction.
本発明のエギゾーストマニホルドは、ガス流体の性質を利用することで、流路切替バルブを用いることなく排気の流れを切り替えることができる構造を実現でき、内燃機関の始動時に、各枝管がアウタシェルに覆われているので、外部への熱の放出が抑制され、触媒の早期活性化を図ることができ、また、内燃機関の高速運転時に、一部の排気がバイパス通路に流入し、排気の熱がアウタシェルを介して外部に放出され、排気の温度が低下するので、触媒劣化を防止できるという効果を奏する。 The exhaust manifold of the present invention can realize a structure in which the flow of exhaust gas can be switched without using a flow path switching valve by utilizing the property of the gas fluid, and each branch pipe becomes an outer shell at the start of the internal combustion engine. Since it is covered, the release of heat to the outside is suppressed, the catalyst can be activated early, and some exhaust gas flows into the bypass passage during high-speed operation of the internal combustion engine. Is discharged to the outside through the outer shell, and the temperature of the exhaust gas is lowered, so that it is possible to prevent catalyst deterioration.
以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示すように、1はエギゾーストマニホルドで、本実施形態では4気筒の内燃機関100に用いられるものである。内燃機関100は、第1〜第4気筒に連通した第1〜第4排気ポートを備えている。本実施形態では、第1気筒、第3気筒、第4気筒、第2気筒の順に点火される。尚、内燃機関100は4気筒に限らず、3気筒、あるいは5気筒以上であってもよい。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1,
エギゾーストマニホルド1は、大フランジ2、アウタシェル4、アウタシェル4内に設けられた第1〜第4枝管6〜9及び集合管10、小フランジ12を備えている。尚、本実施形態では、第1〜第4枝管6〜9及び集合管10をそれぞれ別々の管から形成して溶接により接合して一体としているが、管から形成する場合等に限らず、第1〜第4枝管6〜9及び集合管10を上半体と下半体とを重ね合わせて構成した、いわゆるモナカ構造としてもよい。
The
大フランジ2には、図2に示すように、第1〜第4排気ポートに対応した4個の貫通孔14〜17が穿設されており、また、大フランジ2を内燃機関100に図示しないボルトにより取り付けるための複数の取付穴18〜22が形成されている。4個の貫通孔14〜17の周囲には、アウタシェル4側に突出した環状突部23〜26が形成されている。
As shown in FIG. 2, four through holes 14 to 17 corresponding to the first to fourth exhaust ports are formed in the
第1〜第4枝管6〜9の一端は、それぞれ環状突部23〜26に嵌着されて、第1〜第4枝管6〜9は、それぞれ第1〜第4排気ポートに連通されている。第1〜第4枝管6〜9の他端は集合管10の一端に接続されている。尚、第1枝管6と第4枝管9とを接続した後に集合管10に接続し、第2枝管7と第3枝管8とを接続した後に集合管10に接続するようにしてもよい。
One ends of the first to
集合管10の他端には小フランジ12が取り付けられて、下流側の排気管30にフランジ結合により接続できるように構成されている。各第1〜第4枝管6〜9及び集合管10はその外側がアウタシェル4により覆われており、アウタシェル4の一端は大フランジ2に溶接により固定されると共に、アウタシェル4の他端は小フランジ12に溶接により固定されて、アウタシェル4の内部は閉塞されている。アウタシェル4は本実施形態ではプレスによる成形加工により板状の素材から形成されている。
A small flange 12 is attached to the other end of the
また、各第1〜第4枝管6〜9の外形に応じて、アウタシェル4は各第1〜第4枝管6〜9の間が窪まされると共に、第1〜第4枝管6〜9の外周及び集合管10の外周と、アウタシェル4の内周との間には隙間31が確保されてバイパス通路32が形成されている。特に、集合管10の外周とアウタシェル4の内周との間の隙間31は大きく開けられて、大きな断面形状のバイパス通路32が形成されている。
Further, the
各第1〜第4枝管6〜9には、それぞれ連通孔34が形成されて、各第1〜第4枝管6〜9内とバイパス通路32とが連通されている。図3に示すように、第1枝管6の管壁の周方向の一部を径方向内側に窪ませて円弧状突部36が形成されている。円弧状突部36は第1枝管6の管壁を窪み量aだけ径方向内側に、排気の流れを乱さないように、第1枝管6の管壁を曲線で繋いだ滑らかな円弧状に窪ませて形成している。
A
また、円弧状突部36に連接して、傾斜部38が形成されている。傾斜部38は、円弧状突部36の下流側の第1枝管6の管壁を下流側に向かって径方向外側に傾斜させて突き出して形成されている。
Further, an
傾斜部38の先端は、第1枝管6の外周よりも径方向外側に突き出し量bだけ突き出すようにして形成されている。本実施形態では、円弧状突部36と傾斜部38とはプレス加工により成形されており、傾斜部38の先端は、第1枝管6の管壁から切り離されて、傾斜部38の先端と第1枝管6の管壁との間に連通孔34が形成されている。第1枝管6内とバイパス通路32とが連通孔34を介して連通されている。
The tip of the
連通孔34を形成する際には、傾斜部38の先端と第1枝管6の管壁との間は、第1枝管6の長手方向に間隔cが形成されるように、傾斜部38の先端と第1枝管6の管壁とが離されて形成されている。尚、本実施形態では、図3(イ)に示すように、第1枝管6の周方向の2箇所に、軸方向に対して対称に、それぞれ円弧状突部36、傾斜部38、連通孔34を形成している。
When forming the
窪み量a、突き出し量b、間隔cは、下記表1に示すように、各量の大小を変更することにより、内燃機関100の回転数に応じて、バイパス通路32へ流出する排気量を調整することができる。円弧状突部36の窪み量aを大きくすると、より高い回転数(排気圧力が大きい)でバイパス通路32へ排気が流出するようになり、窪み量aを小さくすると、より低い回転数(排気圧力が小さい)でバイパス通路32へ排気が流出するようになる。
As shown in Table 1 below, the amount of depression a, the amount of protrusion b, and the interval c are adjusted according to the number of revolutions of the
また、傾斜部38の突き出し量bを大きくすると、より低い回転数でバイパス通路32へ排気が流出するようになり、突き出し量bを小さくすると、より高い回転数でバイパス通路32へ排気が流出するようになる。傾斜部38の間隔cを大きくすると、より低い回転数でバイパス通路32へ排気が流出するようになり、間隔cを小さくすると、より高い回転数でバイパス通路32へ排気が流出するようになる。
Further, when the protrusion amount b of the
一方、集合管10は、小フランジ12の近傍で、集合管10内とバイパス通路32とが連通されている。本実施形態では、図5に示すように、集合管10の外壁が内側に窪まされて、窪み40が形成され、窪み40内の集合管10の外壁の一部に接続孔42が形成されている。
On the other hand, in the collecting
接続孔42は集合管10の下流側に向かって開口形成されており、バイパス通路32を通る排気が窪み40から接続孔42を介して集合管10内に流入しやすいように形成されている。尚、接続孔42は、集合管10を径方向外側に突き出して、上流側に開口させて形成してもよい。
The connection hole 42 is formed so as to open toward the downstream side of the collecting
次に、前述した本実施形態のエギゾーストマニホルド1の作動について説明する。
第1気筒での燃焼による排気は、第1排気ポートから貫通孔14を通って第1枝管6に流入する。第3気筒での燃焼による排気は、第3排気ポートから貫通孔16を通って第3枝管8に流入する。
Next, the operation of the
Exhaust due to combustion in the first cylinder flows into the
続いて、第4気筒での燃焼による排気は、第4排気ポートから貫通孔17を通って第4枝管9に流入する。その際、第3気筒と第4気筒とでは燃焼が連続し、第3排気ポートと第4排気ポートとでは排気順序が連続すると共に、第3排気ポートと第4排気ポートとは隣合っている。しかし、第3枝管8及び第4枝管9により、第3排気ポートからの排気が、第4排気ポート側に流入するのが抑制され、排気干渉が防止される。
Subsequently, the exhaust due to combustion in the fourth cylinder flows into the
次に、第2気筒での燃焼による排気は、第2排気ポートから貫通孔15を通って第2枝管7に流入する。前述した動作が繰り返されて、第1気筒での燃焼により、排気は第1枝管6に流入する。
Next, the exhaust due to combustion in the second cylinder flows into the
その際、第2排気ポートと第1排気ポートとでは、排気順序が連続し、第2排気ポートと第1排気ポートとは隣合っている。しかし、第1枝管6と第2枝管7とにより、第2排気ポートからの排気が、第1排気ポート側に流入するのが抑制され、排気干渉が防止され、出力、トルクの低下を招くことがない。
At that time, the second exhaust port and the first exhaust port have the same exhaust sequence, and the second exhaust port and the first exhaust port are adjacent to each other. However, the
一方、内燃機関100の始動時には、第1〜第4枝管6〜9の温度は低く、排気の熱が第1〜第4枝管6〜9に奪われる。しかし、第1〜第4枝管6〜9の熱容量は小さく、排気の熱により第1〜第4枝管6〜9の温度が速やかに上昇する。
On the other hand, when the
また、第1〜第4枝管6〜9がアウタシェル4に覆われて二重管構造になっているので、アウタシェル4の外部への熱の放出が抑制される。従って、エギゾーストマニホルド1を通る排気の温度が短時間で上昇し、触媒の早期活性化を図ることができ、触媒浄化効率を向上させることができる。
Further, since the first to
また、排気の流量が少ない始動時等の低速運転時には、排気の圧力は低く、図3に示すように、排気が第1〜第4枝管6〜9を流れ、各円弧状突部36を通るとき、排気は円弧状突部36から下流側の第1〜第4枝管6〜9の管壁に沿って流れる。排気の圧力が低いので、排気は連通孔34から押し出されることなく、バイパス通路32には流出しない。よって、低速運転時には、連通孔34を介してバイパス通路32に排気が流出しないので、アウタシェル4に覆われた二重管構造により、排気温度の低下を防止して、触媒浄化効率を向上させることができる。
Further, during low speed operation such as start-up where the flow rate of the exhaust gas is low, the exhaust gas pressure is low, and as shown in FIG. 3, the exhaust gas flows through the first to fourth branch pipes 6-9, When passing, the exhaust gas flows along the tube walls of the first to
また、内燃機関100の高速運転時には、多量の排気がエギゾーストマニホルド1に流入する。図4に示すように、各第1〜第4枝管6〜9に流入した排気は、一部が各第1〜第4枝管6〜9から集合管10に流入し、集合管10から下流側の排気管30に流出する。
Further, a large amount of exhaust gas flows into the
一部の排気は、各第1〜第4枝管6〜9内から連通孔34を介してバイパス通路32に流入する。高速運転時には、排気の圧力が高く、排気は円弧状突部36に沿って一旦第1〜第4枝管6〜9の中心側に流れ、その後、円弧状突部36に沿って径方向外側に流れる。そして、傾斜部38に沿って流れ、連通孔34を介してバイパス通路32に流入する。
Part of the exhaust gas flows into the
排気がバイパス通路32に流入すると、排気の熱がアウタシェル4を介して外部に放出され、排気の温度が低下する。バイパス通路32を通った排気は、図5に示すように、接続孔42から集合管10内に流入し、各第1〜第4枝管6〜9から集合管10に流入した排気と合流して、下流の排気管30に流出する。
When the exhaust gas flows into the
高速運転時には、アウタシェル4を介して外部に放熱され、バイパス通路32を通る排気の温度が低下するので、下流側の触媒に供給される排気温度の上昇を抑制できる。よって、排気が触媒に供給された際の触媒温度の過度の上昇を抑制でき、触媒の劣化を招くのを防止できる。従って、触媒貴金属の使用量を低減することもでき、触媒劣化抑制による燃費の向上を図ることができる。
During high-speed operation, heat is radiated to the outside via the
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。 The present invention is not limited to such embodiments as described above, and can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.
1…エギゾーストマニホルド 2…大フランジ
4…アウタシェル 6…第1枝管
7…第2枝管 8…第3枝管
9…第4枝管 10…集合管
12…小フランジ 30…排気管
31…隙間 32…バイパス通路
34…連通孔 36…円弧状突部
38…傾斜部 40…窪み
42…接続孔
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記各枝管と前記集合管との外側を覆い前記枝管と前記集合管との間に隙間を形成するアウタシェルを備え、前記枝管又は前記集合管の少なくとも一方に前記枝管又は前記集合管の管壁の一部を径方向内側に窪ませて円弧状突部を形成すると共に、前記円弧状突部に連接して前記円弧状突部の下流側の前記管壁を下流側に向かって径方向外側に傾斜させて突き出した傾斜部を形成し、かつ、前記傾斜部の先端側に前記枝管又は前記集合管内と前記隙間とを連通する連通孔を形成し、前記排気を前記枝管又は前記集合管から前記連通孔を介して前記隙間を通り前記排気管に導くバイパス通路を形成したことを特徴とするエギゾーストマニホルド。 In the exhaust manifold for sending the exhaust from the collecting pipe obtained by collecting the branch pipes connected to each exhaust port of the multi-cylinder internal combustion engine to the exhaust pipe, and sending the exhaust from each exhaust port to the exhaust pipe,
An outer shell that covers the outside of each branch pipe and the collecting pipe and forms a gap between the branch pipe and the collecting pipe; and at least one of the branch pipe and the collecting pipe, the branch pipe or the collecting pipe A portion of the tube wall is recessed radially inward to form an arc-shaped protrusion, and the tube wall downstream of the arc-shaped protrusion is connected to the arc-shaped protrusion toward the downstream side. An inclined portion that protrudes by inclining radially outward is formed, and a communicating hole that communicates the branch pipe or the collecting pipe with the gap is formed at a tip end side of the inclined section, and the exhaust is supplied to the branch pipe. Alternatively, an exhaust manifold is formed, wherein a bypass passage is formed from the collecting pipe to the exhaust pipe through the communication hole.
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