JP2013213491A - 二重管式エキゾースト・マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】 熱膨張による内管の歪みの集中に起因した内管の寿命の低下を防止できる二重管式エキゾースト・マニホールドを提供する。
【解決手段】 二重管式エキゾースト・マニホールドは、一端側がエンジン1のシリンダ・ヘッド1aに取り付けるフランジ部20に固定された複数の分岐管21a〜21dおよび分岐管21a〜21dの他端側に連結された集合管22a、22bを有する内管2と、該内管2の外周を覆う外管3と、外管3および内管2の間に配置されてこれらの間に隙間を形成する複数のスペーサ23a〜23cと、を備える。集合管は、互いに摺動可能に嵌合された複数の集合管22a、22bからなり、複数の集合管のそれぞれに、複数の分岐管21a〜21dのうち異なる複数個ずつの分岐管が互いに摺動可能に嵌合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関から排出された排気ガスを流す内管の外側を外管で隙間を有して覆うようにした二重管式エキゾースト・マニホールドに関する。

従来の二重管式エキゾースト・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。
この従来の二重管式エキゾースト・マニホールドでは、内管を薄肉として上下に分割した略Ｙ状の２本の分岐管および集合管の開放側同士を重合させて合体するとともに、各分岐管と集合管の外側端にはフランジ部を溶接して形成している。一方、外管は、内管の２本の分岐管および集合部の形状に応じて、これらを外装するようなトンネル状に、上下に２分割された函体が重合、合体されて形成される。

内管の分岐管および集合管の適所に、リング状のワイヤメッシュを外装させた上で外管を外装し、このワイヤメッシュの厚さ分の隙間を内管と外管との間に確保するとともに、内管と外管とが軸方向に相対移動可能なフローティング構造として内管の軸方向に対する歪み（伸び、縮み）に対応するようにしている。
また、内管と外管との間の適所に、これらにスポット溶接で接合される厚肉の内管保持部材が設けられて、内管と外管の間に生じる熱膨張差が分散して緩和されるようにされている。

特開２０１０−２５５６１１号公報

しかしながら、上記従来の二重管式エキゾースト・マニホールドでは、内管が薄肉であり、分岐管と集合管とが溶接で接合された構造となっているので、内部を流れる高温の排気ガスで高温となる内管は全体で熱膨張する結果、他部品からの規制により歪みが生じ、この歪みが集中する部位で寿命の低下が生じる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、熱膨張による内管の歪みの集中に起因して内管の寿命が低下するのを防止できるようにした二重管式エキゾースト・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二重管式エキゾースト・マニホールドは、
一端側がエンジンのシリンダ・ヘッドに取り付けるフランジ部に固定された複数の分岐管およびこれらの分岐管の他端側に連結された集合管を有する内管と、
この内管の外周を覆う外管と、
外管および内管の間に配置されてこれらの間に隙間を形成する複数のスペーサと、
を備えた二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
集合管が、互いに摺動可能に嵌合された複数の集合管からなり、
複数の集合管のそれぞれに、複数の分岐管のうちの異なる複数個ずつの分岐管が互いに摺動可能に嵌合されている、
ことを特徴とする。

請求項２に記載の本発明による二重管式エキゾースト・マニホールドは、
請求項１に記載の二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
複数の集合管同士が、フランジ部に平行な方向に摺動可能に嵌合されている、
ことを特徴とする。

請求項３に記載の本発明による二重管式エキゾースト・マニホールドは、
請求項１又は請求項２に記載の二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
各集合管には、フランジ部に平行な方向と、フランジ部に垂直な方向と、からそれぞれの分岐管が嵌合している、
ことを特徴とする。

請求項４に記載の本発明による二重管式エキゾースト・マニホールドは、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
集合管が、流入してきた排気ガスが当たる面の反対側に、互いに対向する端部部分を有する、プレス一体成形の管である、
ことを特徴とする。

請求項５に記載の本発明による二重管式エキゾースト・マニホールドは、
請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
フランジ部に平行な方向から異なる集合部にそれぞれ嵌合する分岐管は、互いに対向する方向に嵌合している、
ことを特徴とする。

請求項６に記載の本発明による二重管式エキゾースト・マニホールドは、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
前記集合管および前記分岐管の前記摺動可能な部分のうちの挿入された側の端部が、挿入される側の内周面に向けて半径方向に広げられ、先端が折り返されて排気ガスの漏れを減少させるようにした、
ことを特徴とする。

請求項１に記載の本発明の二重管式エキゾースト・マニホールドにあっては、高温の排気ガスにより内管が熱膨張しても、分岐管と集合部との間、また集合部同士の間で互いに摺動可能であるので、熱膨張分を摺動で吸収でき、熱膨張による内管の歪みの集中に起因した内管の寿命の低下を防止できるようになる。

請求項２に記載の本発明の二重管式エキゾースト・マニホールドにあっては、内管および外管のフランジ部からの垂直方向の突出量を小さく抑えながら、集合部同士における嵌合および摺動を容易に行うことができる構造を得ることが可能となる。

請求項３に記載の本発明の二重管式エキゾースト・マニホールドにあっては、内管および外管のフランジ部からの垂直方向の突出量を小さく抑えながら、内管の熱膨張に基づく集合管に対する、フランジ部に平行な方向および垂直な方向の伸びを吸収することができるようになる。

請求項４に記載の本発明の二重管式エキゾースト・マニホールドにあっては、溶接等が不要となって集合管を安価に製造でき、かつその場合でも集合管に流入してきた排気ガスが、対向する端部部分の隙間から集合管と外管との隙間にそのまま流入するといった不具合（排気ガスの流速の低下、ノイズや振動の発生など）を防ぐことができる。

請求項５に記載の本発明の二重管式エキゾースト・マニホールドにあっては、分岐管が熱膨張しても、集合管の位置の変化は抑えることができ、これらの下流の排気系部品への悪影響を小さく抑えることが可能となる。

請求項６に記載の本発明の二重管式エキゾースト・マニホールドにあっては、集合管および分岐管の摺動可能な部分からの排気ガスの漏れを減少させることが可能となる。

本発明の実施例１の二重管式エキゾースト・マニホールドを示す図で、その外管の一部を切断した斜視図である。 実施例２の二重管式エキゾースト・マニホールドの外管の一部を示す図である。 実施例２の二重管式エキゾースト・マニホールドの外管の物の一部をエンジン側から離れる方向に見た図である。 本発明の実施例２の二重管式エキゾースト・マニホールドの一部を示す断面図である。

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の二重管式エキゾースト・マニホールドの全体構成を説明する。
図１に実施例１の二重管式エキゾースト・マニホールドを示す。なお、同図において、外管３の上半部分は、この内部にある内管２の構造がよく見えるようにするため、切断した状態で描いてある。なお、本実施例の二重管式エキゾースト・マニホールドは、４気筒エンジン１に接続される。

同図に示すように、この実施例１の二重管式エキゾースト・マニホールドは、自動車に用いられ、エンジン１から排出された排気ガスが流通する内管２と、この内管２を外周側から覆う外管３と、内管２および外管３の間の隙間を確保するためのスペーサ４と、を備えている。

内管2は、耐熱性、耐食性が高い金属材料で外管３に比べて薄肉に製造され、フランジ部２０と、４本の分岐管21a〜21dと、２個の集合管22a、22bと、３個のスペーサ23a〜23cと、を備えている。

フランジ部20には、エンジン１のシリンダ・ヘッド１aに設けられた４個の排気ポートに合わせて、４個の排気ガス流入孔が長手方向に沿って設けてあり、複数のボルト孔20aをそれぞれ貫通する図示しない複数のボルトにてシリンダ・ヘッド1aに取り付けられる。このフランジ部20は、この排気ガス流入孔に合わせて分岐管21a〜21dの排気ガス上流側端部が溶接により固着されている。

分岐管21a〜21dは、両端側の分岐管21a、21dはJ字状に、またこれらの間の２本の分岐管21b、21cは直線状に、それぞれ形成されている。両端側の分岐管21a、21dは、これらの排気ガス下流側端部が互いに対向するように配置される。

集合管22a、22bは、それぞれ、フランジ部20の長手方向に沿って平行に延びた軸上に、この一端側と他端側にそれぞれ設けられた軸方向開口部と、これら両軸方向開口部の中間位置でフランジ部20に向けてこれに垂直方向に開口された垂直方向開口部と、有する。

集合管22aの一端側の軸方向開口部には、上方からみて逆J字状に配置された分岐管21aの排気ガス下流側端部が、上記軸方向に互いに摺動可能に嵌合されるとともに、他端側の開口部には集合管22bの一端側の軸方向開口部が、上記軸方向に互いに摺動可能に嵌合される。また、集合管22aの垂直方向開口部には、内管21bの排気ガス下流側端部が、フランジ部20に垂直な方向に互いに摺動可能に嵌合される。

他方の集合管22bは、この他端側の開口部には、上方からみてJ字状に配置された分岐管21dの排気ガス下流側端部が、上記軸方向に互いに摺動可能に嵌合されるとともに、その軸方向開口部には、内管２１ｃの排気ガス下流側端部が、フランジ部20に垂直な方向に互いに摺動可能に嵌合される。
なお、集合管22bの他端側軸方向開口部と垂直方向開口部との間の位置で、下面には孔が空けられて下方へ向かう排出管部分が一体に設けられている。

なお、集合管22a、22bは、金属製の平板を図２、図３に示すようにプレスで型打ち成形し、両端部分（対向部分となる）が互いに向き合うようにした管状に形成する。これら対向部分同士は、溶接等で固着することなく、ここに垂直方向開口部を形成する。したがって、分岐管21b、21c内を流れてきた排気ガスは、垂直方向開口部から流入して垂直方向開口部の反対側の面に当たり、その流れ方向を軸方向に変えることになる。
なお、図２中の凹み部分22cには、流入してきた排気ガスが当たる。また、図３中の左端側開口には分岐管21dが、右端側開口には集合管22aが、また手前側開口には分岐管21cがそれぞれ挿入される。

外管3は、ステンレス鋼など、高剛性で、耐熱性、耐食性が高い金属材料で内管２に比べて厚肉に形成され、分岐管21a〜21dおよび集合管22a、22bを、これらとの管で隙間を形成した状態で、上方および下方からそれぞれ覆う上半部分と下半部分とが合体されて固着されることで形成される。

集合管22aの一端側軸方向開口部の、分岐管21aの排気ガス下流側端部との嵌合部分には、スペーサ23aが、また集合管22bの一端側開口部の、集合管22aの他端側軸方向開口部との嵌合部分には、スペーサ23bが、また集合管22bの他端側開口部の、分岐管２１ｄの排気ガス下流側端部との嵌合部分には、スペーサ23cがそれぞれ取り付けられて、外管３の内面をそれぞれ支持することで、内管２と外管３との間に隙間を形成している。
スペーサ23a〜23cは、たとえばワイヤ・メッシュ・リング等で構成する。

上記のように構成された実施例１の二重管式エキゾースト・マニホールドでは、エンジン1が稼働されて排気ガスをシリンダ・ヘッド1aの４個の排気ポートから対応する分岐管21a〜21dへ排出する。
排気ガスは、対応する分岐管21a〜21d内をそれぞれ流れ、分岐管21aからは集合管22aの一端側軸方向開口部に軸方向に沿って入り、分岐管21bからは集合管22aの垂直方向開口部に軸方向とは垂直な方向から流入し、垂直方向開口部、したがって対向部分の反対側の面に当たって軸方向へ方向を変える。これらの排気ガスは、集合管22bの一端側の軸方向開口部へ向かう。
これらのガスは、その後、排出管部分から下方へ向けて排出される。

同様に、排気ガスは、分岐管21cからは、集合管22bの垂直方向開口部に軸方向とは垂直な方向から流入し、垂直方向開口部、したがって対向部分の反対側の面に当たって集合管22bの他端側の軸方向開口部に向けて軸方向へ方向を変えた後、排出管部分から下方へ向けて排出される。また、分岐管21dからは、集合管22bの他端側の軸方向開口部から集合管22a側に向けて軸方向に流入した後、排出管部分から下方へ向けて排出される。

高温の排気ガスに直接晒される内管2は、熱膨張により変形し、特にそれらの長手方向に大きく変形する。しかしながら、分岐管21a〜21dのフランジ部20に垂直な方向の膨張は、集合管22a、22bが分岐管21a、21dの同方向の伸びとともに移動する。このとき、分岐管21b、21cの伸びと集合管22a、22bとに差が生じたときは、集合管22a、22bの垂直方向開口部と分岐管21b、21cの排気ガス下流側端部との嵌合部分が相対的に摺動することで吸収される。

また、分岐管21a〜21dのフランジ部20に対して平行となる方向の膨張は、分岐管21aの排気ガス下流側端部と集合管22aの一端側の軸方向開口部との嵌合部分、集合管22aの他端側の軸方向開口部と集合管22bの一端側の軸方向開口部との嵌合部分、および集合管23bの他端側の軸方向開口部と分岐管21dの排気ガス下流側端部との嵌合部分での相対摺動によって吸収される。

なお、外管3は、内管2内を流れる排気ガスの温度が低下しないように内管２との間に隙間を有して覆っているので、高温に保たれた排気ガスは、マニホールドの下流に配置した触媒で浄化されやすくなる。
また、外管3は、内管2を構成する集合管22a、22b同士やこれらと分岐管21a〜21dとの嵌合部分から漏れた排気ガスが、外管3の外部へ漏れるのを防止している。

以上の説明から分かるように、実施例１の二重管式エキゾースト・マニホールドは、以下の効果を得ることができる。
内管2を構成する集合管22a、22b同士やこれらと分岐管21a〜21dとの嵌合部分を、フランジ部20に平行な方向および垂直な方向に摺動可能としたので、高温の排気ガスで内管2が熱膨張した場合でも、その伸びを吸収することができ、この結果、内管2の耐高温性の向上や高寿命化を図ることが可能となる。

また、集合管22a、22b同士が、フランジ部20に平行な方向に摺動可能に嵌合されているので、エクゾースト・マニホールドのシリンダ・ヘッド1aからの突出量を少なく抑えることができる。

また、分岐管21a、21dの排気ガス下流側端部が、フランジ部20に平行な方向から集合部22a、22bに、互いに対向する方向から嵌合しているので、分岐管21a〜21dの熱膨張時に起因して集合部22a、22bが大きく上記平行方向に移動するのを抑えることができ、この結果、他部品への悪影響を小さくすることができる。

集合管22a、22bは、流入してきた排気ガスが当たる面の反対側に、互いに対向する端部部分を有する、プレス一体成形の管としたので、溶接が不要となって制作コストが低下するだけでなく、分岐管21b、21cから流入してきた排気ガスが固着されていない対向部分に直接当たるのを避けて、軸方向に方向変換させることができる。

次に、本発明の実施例２の二重管式エキゾースト・マニホールドについて説明する。
実施例２の二重管式エキゾースト・マニホールドにあっては、分岐管21a〜21dと集合管22a、22bとの摺動部分の構成が実施例１のものと異なる。
すなわち、図４に示すように、分岐管21aの排気ガス下流側端部は、この半径方向外側へ広げられて集合管22aの排気ガス上流側端部の内周面に向けて伸ばされ、その先端部がカールするように折り曲げられる。このカール部分21a1は、集合管22aの内周面に線接触するようにされる。
また、図示は省略するが、分岐管21bの下流側端部と集合管22aの上流側端との摺動部分、分岐管21cと集合管22bの上流側端との摺動部分、分岐管21dと集合管22bの上流側端との摺動部分も。上記同様に構成する。
その他の構成は、実施例１と同様である。

したがって、分岐管21a〜21dと集合管22a、22bとの組み付けガタや、高温の排気ガスによる管の熱膨張や、エンジンからの振動等により、上記摺動部分における隙間が大きくなって排気ガスを噴出しやすくなろうとする。しかしながら、上記のように構成した実施例２の二重管式エキゾースト・マニホールドにあっては、分岐管21a〜21dの端部のカール部分を集合管22a、22bの内周面に線接触させることで、隙間を狭くして排気ガスの漏れを少なくする。
この場合、カール部分21a1がばね機能を有し、熱膨張するので、上記隙間を狭く保つ。また、カール部分21a1は、摺動にも適している。

この結果、実施例２の二重管式エキゾースト・マニホールドにあっては、上記隙間から漏れた排気ガスが内管2と外管3の間の空間に溜まって外管の温度を上昇させ、この結果、外管3の温度が上昇と下降を繰り返すことで外管3に熱歪が発生して外管3が破損するといった不具合を防止することができる。

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、内管2や外管3の形状や材質は、適宜変更できる。
また、実施例２では、分岐管21a〜21d側の摺動部分にカール部分を設けたが、集合管22a、22bの摺動部分側にカール部分を設けるようにしてもよい。
これらの場合、分岐管21a〜21dと集合管22a、22bの摺動部分のすべてにカール部分を必ずしも設ける必要はなく、漏れが厳しい分岐管21a、21dと集合管22a、22bとの摺動部分のみに設けるようにしてもよい。
また、本発明の二重管式エキゾースト・マニホールドは、４気筒エンジンに限られず、たとえば６気筒エンジン等に適用してもよい。
また、排出管部分は、他の位置に設けてもよい。

1 エンジン
1a シリンダ・ヘッド
2 内管
20 フランジ部
20a ボルト孔
21a、21b、21c、21d 分岐管
21a1 カール部分
22a、22b 集合管
23a、23b、23c スペーサ
3 外管

Claims (6)

1. 一端側がエンジンのシリンダ・ヘッドに取り付けるフランジ部に固定された複数の分岐管および該分岐管の他端側に連結された集合管を有する内管と、
   該内管の外周を覆う外管と、
   該外管および前記内管の間に配置されてこれらの間に隙間を形成する複数のスペーサと、
   を備えた二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
   前記集合管は、互いに摺動可能に嵌合された複数の集合管からなり、
   該複数の集合管のそれぞれに、前記複数の分岐管のうち異なる複数個ずつの分岐管が互いに摺動可能に嵌合されている、
   ことを特徴とする二重管式エキゾースト・マニホールド。
2. 請求項１に記載の二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
   前記複数の集合管同士は、前記フランジ部に平行な方向に摺動可能に嵌合されている、
   ことを特徴とする二重管式エキゾースト・マニホールド。
3. 請求項１又は請求項２に記載の二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
   前記各集合管には、前記フランジ部に平行な方向と、該フランジ部に垂直な方向と、からそれぞれの分岐管が嵌合している、
   ことを特徴とする二重管式エキゾースト・マニホールド。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
   前記集合管は、流入してきた排気ガスが当たる面の反対側に、互いに対向する端部部分を有する、プレス一体成形の管である、
   ことを特徴とする二重管式エキゾースト・マニホールド。
5. 請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
   前記フランジ部に平行な方向から前記異なる集合部にそれぞれ嵌合する分岐管は、互いに対向する方向に嵌合している、
   ことを特徴とする二重管式エキゾースト・マニホールド。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の二重管式エキゾースト・マニホールドにおいて、
   前記集合管および前記分岐管の前記摺動可能な部分のうちの挿入された側の端部が、挿入される側の内周面に向けて半径方向に広げられ、先端が折り返されて排気ガスの漏れを減少させるようにした、
   ことを特徴とする二重管式エキゾースト・マニホールド。

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