JP2013185498A

JP2013185498A - エキゾースト・マニホールド

Info

Publication number: JP2013185498A
Application number: JP2012051413A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Uchida; 一也内田
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2012-03-08
Filing date: 2012-03-08
Publication date: 2013-09-19
Also published as: US20130232959A1; CN103306796A; EP2636865A1

Abstract

【課題】熱膨張差に起因する耐久性の低下を防止可能なエキゾースト・マニホールドを提供する。
【解決手段】
エキゾースト・マニホールド2は、エンジン1のシリンダ・ヘッド1aに取り付けられるヘッド・フランジ20と、ヘッド・フランジ20のシリンダ・ヘッド1aとは反対側の面に排気ガス上流側端部が固着された複数のブランチ管3a〜3dと、ブランチ管3a〜3dの排気ガス下流側端部に接続された集合管3eと、を有する。シリンダ・ヘッド1aとシリンダ・ヘッド1aへのヘッド・フランジ20の取り付け面との接触面積は、フランジ本体部分2aの横断面積より小さくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のシリンダ・ヘッドに取り付けられて排気ガスを流通させるエキゾースト・マニホールドに関する。

従来のエキゾースト・マニホールドとしては、特許文献１に記載のものが知られている。この従来のエキゾースト・マニホールドは、内管とこれを覆う外管とからなる中空２重管構造とされている。
内管のブランチ管の各一端側にはヘッド・フランジが固着され、内管の他端側は集合内管に接合されている。ヘッド・フランジは、隣り合うブランチ管の間に貫通孔が設けられ、ブランチ管とは反対側のフラットな面が、ブランチ管の開口部がシリンダ・ヘッドの排気ポートに合わされた状態で、内燃機関からなるエンジンのシリンダ・ヘッドに取り付けられている。

特開号２００４−５２７１５公報

しかしながら、上記従来のエキゾースト・マニホールドにあっては、シリンダ・ヘッドは循環する冷却水で常時冷却されているので、このシリンダ・ヘッドに固定されているエキゾースト・マニホールドのヘッド・フランジも熱をシリンダ・ヘッドに奪われて冷却される。
一方、ブランチ内管内は高温の排気ガスが流れるため、これら内管およびこれらを覆う外管は高温になるものの、冷却水等で冷却されることはない。
したがって、ヘッド・フランジとこれに接続された外管や内管との間では温度差が大きくなり、熱によるヘッド・フランジの長手方向の伸び量と内管や外管の長手方向の伸び量とは差が大きくなってしまい、この結果、各部品間に歪みの集中が発生し、エキゾースト・マニホールドの耐久性が低下してしまうといった問題がある。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、ヘッド・フランジと内管や外管との間の熱膨張差に起因してエキゾースト・マニホールドの耐久性が低下するのを防ぐことができるようにしたエキゾースト・マニホールドを提供することにある。

この目的のため、請求項１に記載の本発明によるエキゾースト・マニホールドは、
フランジ本体部分の一方の面がエンジンのシリンダ・ヘッドに取り付けられるヘッド・フランジと、
ヘッド・フランジのシリンダ・ヘッドとは反対側の他方の面に排気ガス上流側端部が固着された複数のブランチ管と、
ブランチ管の排気ガス下流側端部に接続された集合管と、
を有するエキゾースト・マニホールドにおいて、
シリンダ・ヘッドとこのシリンダ・ヘッドへのヘッド・フランジの取り付け面との接触面積を、フランジ本体部分の横断面積より小さくした、
ことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明によるエキゾースト・マニホールドは、
請求項１に記載のエキゾースト・マニホールドにおいて、
ヘッド・フランジの取り付け面側の部分とフランジ本体部分とが、段差を介して繋がっている、
ことを特徴とする。

請求項３に記載の本発明によるエキゾースト・マニホールドは、
請求項１または２に記載のエキゾースト・マニホールドにおいて、
フランジ本体部分が、ブランチ管を避けた部位に貫通孔を有する、
ことを特徴とする。

請求項１に記載の本発明のエキゾースト・マニホールドにあっては、シリンダ・ヘッドとヘッド・フランジのシリンダ・ヘッドへの取り付け面との接触面積が、ヘッド・フランジ本体の横断面積より小さく設定されているので、ヘッド・フランジから冷却されているシリンダ・ヘッドへ熱が奪われる量を減少させて、その分、ヘッド・フランジをより高温に保つことができる。
したがって、ヘッド・フランジとブランチ管側との熱膨張量差を小さくでき、この結果、エキゾースト・マニホールドの耐久性を向上させることができる。

請求項２に記載の本発明によるエキゾースト・マニホールドにあっては、ヘッド・フランジの取り付け面側とヘッド・フランジ本体とが、段差を介して繋がる構造であるので、簡単かつ安価なやり方で、上記接触面積をヘッド・フランジ本体の横断面積より小さく設定することが可能となる。

請求項３に記載の本発明によるエキゾースト・マニホールドは、ヘッド・フランジが、ブランチ管を避けた部位に貫通孔を有するようにしたので、その分さらにシリンダ・ヘッドとの接触面積を小さくでき、ヘッド・フランジとブランチ管側との間の熱膨張差をさらに小さくすることができる。

本発明の実施例１のエキゾースト・マニホールドの斜視図である。実施例１のエキゾースト・マニホールドのヘッド・フランジの正面図である。図２におけるヘッド・フランジのS1−S1線に沿って切断した断面図である。図２におけるヘッド・フランジのS2−S2線に沿って切断した断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。

まず、実施例１のエキゾースト・マニホールドの全体構成を図１に基づいて説明する。
この実施例１のエキゾースト・マニホールド2は、内燃機関からなるエンジン1のシリンダ・ヘッド1aの側面に図示しないボルトにて取り付けられている。

エキゾースト・マニホールド2は、ヘッド・フランジ20と、ブランチ管（本実施例では４本）およびこれに続く集合管からなる、図外の薄肉の内管と、この内管の外周を、隙間を有して覆う厚肉の外管3と、図外のスペーサと、を有する。

ヘッド・フランジ20は、シリンダ・ヘッド1aに固定される面と、この面の反対側で、内管および外管の排出ガス上流側端部が溶接で固着される面と、の間で、シリンダ・ヘッド1aに形成された排気ポートに合わせて排気ガス流入孔が形成（本実施例では、いずれも４個）されたフランジ本体2aを有する。
なお、ヘッド・フランジ20の詳細構造については、後で説明する。

内管は、外管3の内側にあって図１では見えないが、その排気ガス上流側端部が、排気ポートの各位置に合わせられた状態で、ヘッド・フランジ20にそれぞれ溶接で固着された４本のブランチ内管と、このブランチ管の排気ガス下流側端部に排気ガス上流側端部が接続され、排気ガス下流側端部が下面の１箇所から下方に向かって曲げられている集合内管と、を有している。

外管3は、４本のブランチ内管をそれぞれ外周側から隙間を有して覆うブランチ外管部分3a〜3dと、集合内管をこの外周側から隙間を有して覆う集合外管部分3eと、集合内管の下方に曲げられた排気ガス下流側端部をこの外周側から隙間を有して覆う排出側外管部分3fと、を有している。
なお、外管３と内管との間には数カ所、スペーサが介在されて、それらの隙間を確保する。スペーサとしては、たとえばメタル・メッシュを用いる。

また、ブランチ内管とブランチ外管3a〜3dは、本発明のブランチ管に相当し、集合内管と集合外管3eとは、本発明の集合管に相当する。

次に、上記ヘッド・フランジ20の構造につき、図２〜図４に基づき、より詳細に説明する。
図２は、ヘッド・フランジ20を、シリンダ・ヘッド1aへの取り付け面からみた正面図である。図３は図２においてS1−S1線に沿って切断した断面図であり、同図中上側がシリンダ・ヘッド1aへの取り付け面側、下側が内管や外管3が取り付けられる面側となる。図４は、図２においてS2−S2線に沿って切断した断面図であり、同図中上側がシリンダ・ヘッド1aへの取り付け面側、下側が内管や外管3が取り付けられる面側となる。

図２〜図４に示すように、ヘッド・フランジ20は、板状のフランジ本体部分2aと、このフランジ本体部分2aの一方側の面側、すなわちシリンダ・ヘッド1aに取り付ける面側の部分21a〜21dと、フランジ本体部分2aの他方の面側、すなわちシリンダ・ヘッド1aに取り付ける面とは反対側で内管や外管3が取り付けられる面側の部分25とを、有する。

シリンダ・ヘッド1aに取り付ける面側の部分21a〜21dは、図２に斜線で示してある部分に対応し、図３、図４に示すように、フランジ本体部分2aから段差を介してシリンダ・ヘッド1a側へ突出されている。
この段差の高さは、本実施例では１mmに設定してあるが、これと異なる高さに設定してもよい。
図２から分かるように、このシリンダ・ヘッド側部分21a〜21dのシリンダ・ヘッド1aと接触する面積（図２の斜線部の面積）は、フランジ本体部分2aの横断面積や管側の面の部分25の面積よりも非常に小さくなるようにしてある。

シリンダ・ヘッド側の部分21a〜21dは、シリンダ・ヘッド1aに設けられた４個の排気ポートに対応して形成された４個の排気ガス流入孔22a〜22dの周囲を囲む部分、この部分に連続形成されて、シリンダ・ヘッド1aに取り付けるためのボルトが挿入・貫通される６個のボルト孔23a〜23dの周囲を囲む部分と、からなる。各排気ポートに対応した１対のボルト孔23a、23b、24c、24dは、それぞれ排気ポートの中心を結ぶ線に対し傾斜した位置に設けてある。
なお、シリンダ・ヘッド1aに取り付ける面側の部分21a〜21dは、独立した排気ポートごとに対応させて形成され、隣合う部分同士は直接連続しないようにしてある。

一方、フランジ本体部分2aは、他の部分21a〜21d、25より大きな横断面積を有しており、４個の排気ガス流入孔22a〜22dと、これらが隣合う間に、合計３個の貫通孔24a、24b、24cが形成されている。
なお、これらの貫通孔24a、24b、24cは、ヘッド・フランジ20のシリンダ・ヘッド1aに接触する面積をさらに少なくするために形成してある。

内管や外管3が取り付けられる面側の部分25には、内管や外管3を取り付けるための４個の窪みが排気ポートの位置に合わせて形成されている。内管や外管3は、これらの窪みにそれらの排気ガス上流側端部が挿入された状態で、溶接により固着される。
したがって、管側の部分25は、この表面面積がフランジ本体部分2aの横断面積より小さくなるものの、シリンダ・ヘッド側の部分21a〜21dの接触面積よりは遙かに大きい。

上記のように構成されたエキゾースト・マニホールド2では、エンジン１の各シリンダから排出された排気ガスは、シリンダ・ヘッド1aの排気ポートから、フランジ本体部分20の排気ガス流入孔22a〜22dを介してブランチ内管内にそれぞれ流入する。
ブランチ内管を流れた排気ガスは、集合内管へ流入しここで１本の流路にまとめられてこの排気ガス下流側端部から下方へ向けて排出される。このように排気ガスが内管を流れる際、外管3が内管内の排気ガスの温度低下を抑えるように働く。

エキゾースト・マニホールドの下流には、触媒が取り付けられており、エキゾースト・マニホールドから出た排気ガスは、エキゾースト・マニホールドで高温に保たれて触媒の浄化作用を活性化することで排気ガスの浄化作用を促進する。この後、エキゾースト・パイプやマフラーを通って車外へ放出される。

上記作動中、エキゾースト・マニホールドの内管や外管3は高温の排気ガスで高温となっている。
一方、エキゾースト・マニホールドのヘッド・フランジ20は一方の面が、エンジン1の稼働中、冷却水で常時冷却されているシリンダ・ヘッド1aに接触しているため、ヘッド・フランジ20からシリンダ・ヘッド1aに熱を奪われる。

しかしながら、実施例１のエキゾースト・マニホールドにあっては、ヘッド・フランジ20は一方の面とシリンダ・ヘッド1aとの接触面積は、フランジ本体部分2aの横断面積より遙かに小さくしてあるので、奪われる熱量は少なくなる。
この結果、ヘッド・フランジ20もより高温に保つことができ、したがって、エキゾースト・マニホールドの各部品が熱膨張差で歪みが集中して破損することが防止される。

以上のように、実施例１のエキゾースト・マニホールドにあっては、以下の効果を得ることができる。
実施例１のエキゾースト・マニホールドにあっては、ヘッド・フランジ20は一方の面とシリンダ・ヘッド1aとの接触面積は、フランジ本体部分2aの横断面積より遙かに小さくしてあるので、ヘッド・フランジ20に接触していることに起因したヘッド・フランジ20の温度低下を抑制することができる。
したがって、エキゾースト・マニホールドの各部品が熱膨張差で歪みが集中して破損することを防止することができる。

また、上記のように面積差を設けるには、ヘッド・フランジ20のシリンダ・ヘッド1a側面の部分とフランジ本体部分2aとの間を段差で連続させ、言い方を変えると、フランジ本体部分2aからヘッド1a側面の部分を残した部分を除去することで可能となり、容易かつ安価にヘッド・フランジ20を制作することが可能となる。

また、ヘッド・フランジ20のフランジ本体部分2aで、ブランチ内管およびこの外管を避けた部位に貫通孔24a〜24cを設けたので、その分、ヘッド・フランジ20とシリンダ・ヘッド1aとの接触面積がさらに減少するので、ヘッド・フランジ20の温度低下をさらに抑制することが可能となる。

以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

たとえば、エンジン1は４シリンダ・タイプのものを用いたが、これに限られずたとえば６シリンダ・タイプでもよい。
また、実施例１のエキゾースト・マニホールドは、中空２重管構造であるが、これに限られない。

また、フランジ・ヘッド20の形状や、そのシリンダ・ヘッド面側の部分の形状は、実施例のものとは異なるようにしてもよい。

1 エンジン
1a シリンダ・ヘッド
2 エキゾースト・マニホールド
20 ヘッド・フランジ
2a フランジ本体部分
21a、21b、21c、21d シリンダ・ヘッド取り付け面側の部分
22a、22b、22c、22d 排気ガス流入孔
23a、23b、23c、24d ボルト孔
24a、24b、24c 貫通孔
3 外管
3a、3b、3c、3d ブランチ外管部分
3e ブランチ集合管部分
3f 排出側外管部分

Claims

フランジ本体部分の一方の面がエンジンのシリンダ・ヘッドに取り付けられるヘッド・フランジと、
該ヘッド・フランジの前記シリンダ・ヘッドとは反対側となる他方の面に排気ガス上流側端部が固着された複数のブランチ管と、
該ブランチ管の排気ガス下流側端部に接続された集合管と、
を有するエキゾースト・マニホールドにおいて、
前記シリンダ・ヘッドと前記ヘッド・フランジの前記シリンダ・ヘッドへの取り付け面との接触面積を、前記フランジ本体部分の横断面積より小さくした、
ことを特徴とするエキゾースト・マニホールド。
請求項１に記載のエキゾースト・マニホールドにおいて、
前記ヘッド・フランジの取り付け面側の部分と前記フランジ本体部分とは、段差を介して繋がっている、
ことを特徴とするエキゾースト・マニホールド。
請求項１または２に記載のエキゾースト・マニホールドにおいて、
前記ヘッド・フランジは、前記ブランチ管を避けた部位に貫通孔を有する、
ことを特徴とするエキゾースト・マニホールド。