JP2015004281A - 排気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】集合部に異音発生防止のためのパッチ部材を溶接で固定した排気マニホールドにおいて、集合部５の熱膨張に起因してパッチ部材が剥離したり破断したりすることを防止する。
【解決手段】パッチ部材９は、４つの抉り部１５を有する十字状に形成されていると共に、集合部５から離反した膨らみ部１３を有している。排気マニホールド３の集合部５が熱膨張すると、これに追従して膨らみ部１３が広がり変形する。膨らみ部１３は曲がりによって広がり変形するため、熱膨張によって作用したテンションを的確に吸収できる。その結果、溶接部１４が剥離したりパッチ部材９に亀裂が入ったりすることを防止できる。
【選択図】図３

Description

本願発明は、内燃機関の排気マニホールドに関するものであり、特に、放射音（異音）対策に特徴を有している。

内燃機関の排気マニホールドは鋳造品が多かったが、近年、軽量化等のために板金製とすることが行われている。ところが、板金製の排気マニホールドは、排気ガスの排出サイクルと金属板の固有振動数とが共振することに起因していると推測される膜振動が発生して、放射音と呼ばれる異音が発生することがあった。

そこで、本願出願人は、特許文献１において、排気マニホールドの板厚を厚くすることなく膜振動を防止する手段として、排気マニホールドの集合管に補強板（パッチ部材）を溶接で固定することを開示した。

特開２００９−１０８７５１号公報

特許文献１によると、排気マニホールドにおける集合管の共振現象を防止して、膜振動による放射音の発生を防止又は著しく抑制できるが、本願発明者たちが研究したところ、改善の余地があることが判明した。

すなわち、排気マニホールドの集合管は熱によって膨張するが、仮にパッチ部材を排気マニホールドと同じ素材で構成しても、パッチ部材は排気マニホールドの外側に配置しているため温度は排気マニホールドと相違しており、このため、排気マニホールドの熱膨張によってパッチ部材が溶接部間において引っ張られる現象が発生し、その結果、溶接部が剥離したりパッチ部材が避けたりする現象が発生する可能性があった。

この点については、パッチ部材を幾つかに分離して溶接することで排気マニホールドの熱膨張によるテンションが掛からないようにすることが考えられるが、これでは溶接部作業に手間が掛かってコストが嵩んでしまう。

本願発明は、このような現状を改善すべくなされたものである。

本願発明の排気マニホールドは、複数の枝管と１つの集合管とを有しており、前記集合管の表面に放射音対策用のパッチ部材が配置されており、前記パッチ部材の複数箇所を溶接で集合管に固定している構成において、前記パッチ部材に、前記集合管の熱膨張によって溶接部間にテンションが掛かったときに追従して変形することを容易にする変形容易化部（変形容易化手段と呼んでもよい）が略全体にわたって又は一部に設けられている。

変形容易化部は様々の態様を採用できく。例えば、溶接部間の部分に膨らみ部を設けて、膨らみ部の曲がり変形を利用してテンションを吸収することができる。或いは、パッチ部材自体を曲がった形状とすることでテンションを吸収することも可能である。

本願発明では、パッチ部材は放射音の発生を防止する大きさであっても、排気マニホールドの熱膨張によるテンションを吸収できるため、溶接部の剥がれや亀裂の発生を的確に防止できる。また、変形容易化部として膨らみ部のような形態を採用するとで表面積を大きくすることが可能になるため、放熱性を向上させることも可能になる。また、パッチ部材の形状を工夫するだけであるため、溶接の手間が増大することはなくて、コストアップも防止できる。

第１実施形態の正面図である。 第１実施形態の側面図である。 （Ａ）は図２のIIIA-IIIA 視図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図、（Ｃ）は変形の状態を示す断面図、（Ｄ）（Ｅ）は変形の状態を示す外面図である。 他の実施形態を示す図で、（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ別例図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ視図である。

(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜３に示す第１実施形態（主たる実施形態）を説明する。以下の説明では、方向を特定するため「正面視」の文言を使用するが、これは、クランク軸の軸心と直交した横方向（水平方向）から排気マニホールドを向いた方向と定義している。

内燃機関は、シリンダブロック１とその上面に固定したシリンダヘッド２とを備えており、正面視でシリンダヘッド２の手前面を構成する一側面２ａには排気マニホールド３が固定されている。本実施形態の内燃機関は３気筒タイプであり、従って、排気マニホールド３は、クランク軸の軸方向に並んだ３つの枝管４を備えており、各枝管４は１つの集合管５に纏められている。各枝管５の先端は１つのフランジ３ａに連接しており、フランジ３ａがボルト（図示せず）でシリンダヘッド２に固定されている。

集合管５は下流側に向かって広がるテーパ形状になっており、下端（先端）に、概ね上下長手の触媒ケース６が一体に設けられている。排気マニホールド３は板金製であり、正面視で手前側及び上に位置した部分と奥側及び下側に位置した部分との二つ割り状パーツを重ねて溶接することで中空構造になっている。もとより、全体を鋳造品とすることも可能である。なお、触媒ケース６の下端には、シリンダブロック１に固定するためのブラケット７と排気管接続口８とを設けている。

排気マニホールド３における集合管５の前面には、集合管５の重心をずらして排気ガスのサイクルとの共振を抑制する金属板製のパッチ部材９が固定されている。パッチ部材９は、集合管５の表面の垂線方向から見て、集合管５の軸線１０と外周線１１との両方に略４５度ずつ傾斜した４つの枝片１２を有する斜め十字形態を成しており、枝片１２は十字形の膨らみ部１３に一体に繋がっている。枝片１２の先端面は集合管５に溶接されており、溶接部を符号１４で示している。

膨らみ部１３は、排気マニホールド３の表面から略直立した足片１３ａとこれに連続した天板１３ｂとを有しており、天板１３ｂも十字形状になっている。天板１３ｂは十字形状であることから４つの内角部１３ｃを有するが、内角部１３ｃは外向き凹状に丸みを持たせている。なお、膨らみ部１３は、十字形としつつ全体的に丸みを帯びたドーム形状にすることも可能である。

本実施形態では、集合管５が熱膨張すると、図３（Ｃ）に示すように、膨らみ部１３の足片１３ａが天板１３ｂに対して広がり変形することで、集合管５の熱膨張によってパッチ部材９に作用したテンションが吸収される。つまり、足片１３ａと天板１３ｂとの連結部が曲がり変形して、足片１３ａと天板１３ｂとの成す角度が変わることで、集合部５の熱膨張によって作用したテンションが吸収される。

更に述べると、金属板の特性として、引っ張りで変形させるためには非常に大きな力を要するが、曲がり変形に要する力は引っ張りに比べて遥かに小さいという性質があり、本実施形態では、膨らみ部１３が曲がり代として機能して、集合管５の熱膨張に追従して膨らみ部１３が軽い力で広がり変形するため、パッチ部材９や溶接部１４に大きな引っ張り応力が発生することを防止できるのであり、その結果、溶接部１４が剥離したりパッチ部材９が破断したりすることを防止できるのである。

図３（Ｄ）では集合管５が外周線１１の方向に熱膨張したときのパッチ部材９の変形を表示し、図３（Ｅ）では、集合管５が軸線１０の方向に熱膨張したときのパッチ部材９の変形を表示しているが、実際には、集合管５は全方位に亙って広がるように熱膨張するのが多いと云える。その場合は、パッチ部材９は全体的に広がるように変形する。いずれにしても、本実施形態のパッチ部材９は、集合部５がどのように熱膨張しても、これに追従して変形するため、剥離等の問題は生じない。

本実施形態では、膨らみ部１３が請求項に記載した変形容易化部として機能しているが、４つの枝片１２が互いに独立していることも変形容易化に貢献している。そして、パッチ部材９は、隣り合った枝片１２の間に外向き開口の抉り部１５を形成することで十字状の形態になっているので、隣り合った枝片１２を隔てる抉り部１５も請求項に記載した変形容易化部を構成している。

本実施形態のように、膨らみ部１３における天板１３ｂの内角部１３ｃに丸みを持たせると、集合管５の熱膨張によって作用したテンションによって内角部１３ｃに応力が集中することを防止できる利点がある。

(2).他の実施形態
次に、図４に示す他の実施形態を説明する。図４のうち（Ａ）に示す第２実施形態ではパッチ部材９は菱形のリング形態を成しており、４つのコーナー部９ａを集合管５に溶接している。そして、隣り合ったコーナー部４ａの間の４つの帯状の部分にドーム状の膨らみ部１３を設けている。この第２実施形態でも、第１実施形態と同様に膨らみ部１３が変形することで、集合管５の熱膨張に追従してパッチ部材９が変形することが許容されている。

従って、本実施形態も膨らみ部１３が変形容易化部になっているが、内部に角形の窓穴１６を設けてパッチ部材９をリング状の形態にしたことも変形容易化に大きく貢献している。従って、窓穴１６も変形容易化部として機能している。窓穴１６は円形でもよい。

図４（Ｂ）に示す第３実施形態では、パッチ部材９は全体として平板状の菱形形状であり、十字状の抜き穴１７を形成することでパッチ部材９をリング状に成すと共に、隣り合ったコーナー部の中間部に外向きに開口した半円状の凹み溝１８を形成している。抜き穴１７の先端は応力集中を防止するため丸みを持たせている。

この実施形態では、パッチ部材９はいわば周方向にジグザグの形状になっており、このため、パッチ部材９は、抜き穴１７と切り込み１８とが広がることで、集合管５の熱膨張に追従して容易に変形する。従って、本実施形態では、抜き穴１７と切り込み１８とが変形容易化部になっている。

図４（Ｃ）（Ｄ）に示す第４実施形態は基本的には第２実施形態と同じであり、ドーナツ形状である点と、集合管５の軸線１０及び外周線１１と交差した位置に溶接部１４を設けている点で相違しているだけである。膨らみ部１３はＵ形になっている。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明の具体例は上記の実施形態に限定されるものではなく、様々に具体化できる。例えば、パッチ部材は三角形や六角形や星形などの様々の形態を採用できる。溶接箇所は少なくとも２カ所あったらよい。

本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

２ シンリダヘッド
３ 排気マニホールド
４ 排気マニホールドの枝管
５ 集合管
６ 合部５
９ パッチ部材
１２ 枝片
１３ 膨らみ部（変形容易化部）
１３ａ 足片
１３ｂ 天板
１４ 溶接部
１５ 抉り部（変形容易化部）

Claims (1)

1. 複数の枝管と１つの集合管とを有しており、前記集合管の表面に放射音対策用のパッチ部材が配置されており、前記パッチ部材の複数箇所を溶接で集合管に固定している構成であって、
   前記パッチ部材に、前記集合管の熱膨張によって溶接部間にテンションが掛かったときに追従して変形することを容易にする変形容易化部が略全体にわたって又は一部に設けられている、
   排気マニホールド。

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