JP3006394B2 - 内燃機関の排気マニホルド - Google Patents

内燃機関の排気マニホルド

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JP3006394B2
JP3006394B2 JP6016360A JP1636094A JP3006394B2 JP 3006394 B2 JP3006394 B2 JP 3006394B2 JP 6016360 A JP6016360 A JP 6016360A JP 1636094 A JP1636094 A JP 1636094A JP 3006394 B2 JP3006394 B2 JP 3006394B2
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exhaust manifold
manifold
reinforcing member
internal combustion
combustion engine
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義正 渡辺
孝志 羽島
和彦 白谷
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2260/00Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for
    • F01N2260/20Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for heat or sound protection, e.g. using a shield or specially shaped outer surface of exhaust device

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  • Exhaust Silencers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気マニホル
ドに関する。
【0002】
【従来の技術】板材から成形した一対のマニホルド半体
を周縁部において互いに接合することにより形成した内
燃機関の排気マニホルドが公知である(実開平1−11
9824号公報参照)。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで上述した排気
マニホルドにおけるようにマニホルド半体を板材から例
えばプレス加工により成形するようにした場合マニホル
ド枝管と集合部間のマニホルド半体には曲率の大きい、
いわゆる平坦部が形成されるようになる。しかしなが
ら、マニホルド半体にこのような平坦部が形成されると
排気マニホルド内を流動する排気ガスの脈動または振動
によってこの平坦部に膜振動が生じるようになり、その
結果内燃機関の騒音が増大されるという問題がある。排
気マニホルドの重量を低減すべくマニホルド半体の肉厚
を小さくするとこの平坦部における膜振動がさらに増大
され、内燃機関の騒音がさらに増大されるという問題が
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに本発明によれば、板材から成形した一対のマニホル
ド半体を周縁部において互いに接合することにより形成
した内燃機関の排気マニホルドにおいて、排気マニホル
ド枝管および集合部にそれぞれフランジを取付け、これ
らフランジの一方から他方に向けて上記マニホルド半体
の外周面に沿い延びる補強部材を具備すると共に上記排
気マニホルドを被う断熱部材を具備し、これら補強部材
および断熱部材を上記一対のフランジと上記半体に形成
された平坦部とに結合するようにしている。さらに本発
明によれば、常温組立時における上記補強部材と上記マ
ニホルド半体との結合部におけるこれらの間隙を組立後
に上記半体に引張り応力が与えられるように設定してい
る。
【0005】
【作用】請求項1に記載の発明では、マニホルド半体の
平坦部に補強部材が結合されるので平坦部の剛性が高め
られ、平坦部における膜振動が低減される。請求項2に
記載の発明ではさらに、マニホルド温度が低いときマニ
ホルド半体には引張り応力が与えられているのでマニホ
ルド温度が高いときにマニホルド半体に作用する圧縮応
力が低減される。
【0006】
【実施例】図1は断熱部材3が排気マニホルド本体1か
ら取外されたときを示しており、図2は断熱部材3が排
気マニホルド本体1に取付けられたときの排気マニホル
ドの側面断面図を示しており、図3は図2の線III−
IIIに沿ってみた断面図を示している。なお、この実
施例において補強部材2は断熱部材3内に一体的に形成
されている(後述する)。図1から図3を参照すると、
排気マニホルド本体1は外側半体4と内側半体5とから
形成される。これら外側半体4および内側半体5は例え
ばアルミニウムなどの板材から構成され、またこれら外
側半体4および内側半体5は例えばプレス加工により所
定の形状に、例えば図2に示すように湾曲するよう成形
される。外側半体4および内側半体5はそれぞれの周縁
部6において例えば溶接により互いに接合され、斯くし
て排気マニホルド本体1が形成される。なお、図1に示
した実施例において外側半体4と内側半体5とを互いに
溶接するときの溶接方向は一方向でよく、すなわちこれ
ら半体4,5を回転させることなく溶接することができ
るので本体1を容易に形成することができる。
【0007】排気マニホルド本体1の4つの枝管7には
各枝管7に対して共通の上流側フランジ8が嵌着され、
この上流側フランジ8によって排気マニホルド本体1が
例えばエンジンのシリンダヘッド(図示しない)に結合
される。一方集合部9には下流側フランジ10が嵌着さ
れ、この下流側フランジ10によって排気マニホルド本
体1が例えば図示しない排気管に結合される。また本実
施例において、外側半体4側に位置する上流側フランジ
8には一対の取付けボス11が取付けられ、外側半体4
側に位置する下流側フランジ10にも一対の取付けボス
12が取付けられる。
【0008】また図1から図3に示すように、枝管7と
集合部9間の外側半体2には曲率が大きくなっている平
坦部13が形成されている。本実施例におけるように板
材からマニホルド半体4,5を成形して排気マニホルド
本体1を形成するようにした場合このような平坦部13
が比較的広い領域にわたって、またその曲率が大きく形
成されるようになる。本実施例においてこの平坦部13
には一対の取付けボス14が取付けられる。
【0009】さらに本実施例では、図1および図3に示
すように外側半体4の外周面を被う断熱部材3が設けら
れる。この断熱部材3は排気マニホルド1内を高温の排
気ガスが流通したときに排気マニホルド1から放出され
る熱を遮断し、それによって例えばエンジンルーム内の
温度が極度に上昇しないようにしている。図3のA部の
拡大図である図4を参照すると、断熱部材3は基本的に
は一対の外殻板15間に挟持された断熱材16から構成
される。しかしながら、本実施例において断熱部材3内
には図1に示すように一対の補強部材2が一体的に形成
され、すなわち図4に示すように補強部材2も一対の外
殻板15間に挟持されている。これら補強部材2のそれ
ぞれは図1および図2に示すように対応する上流側フラ
ンジ8の取付けボス11から平坦部13の取付けボス1
4を介して下流側フランジ10の取付けボス12まで、
外側半体4の外周面に沿い延びるように形成される。ま
た、補強部材2および断熱部材3の取付けボス11,1
2,14に対応する位置にはそれぞれ取付け穴17が形
成され、これら取付けボス11,12,14において例
えばボルト締めにより断熱部材3が補強部材2と一体的
に排気マニホルド本体1に結合される。なお、補強部材
2を断熱部材3と別個に形成してそれぞれを排気マニホ
ルド本体1に結合するようにしてもよいが、本実施例に
おけるように補強部材2と断熱部材3とを一体的に形成
することによって排気マニホルド1の組立てを容易にす
ることができる。
【0010】ところで、エンジンが駆動されて排気マニ
ホルド1内に排気ガスが流通するようになると排気脈動
が生じるようになる。このときマニホルド半体に平坦部
が形成されていると排気脈動により平坦部13において
膜振動を生じるようになり、その結果エンジンの騒音が
増大されてしまう。また排気マニホルド本体1の重量を
小さくすべく半体4,5を薄板から成形した場合には特
に平坦部13における膜振動が増大されて騒音が増大さ
れる。しかしながら、本実施例において平坦部13は取
付けボス14を介し補強部材2に結合されており、この
補強部材2は取付けボス11,12を介し一対のフラン
ジ8,10に結合されており、したがって平坦部13の
剛性を高めることができるので平坦部13における膜振
動を阻止することができる。その結果エンジンの騒音を
低減することができる。
【0011】また本実施例によれば、従来の排気マニホ
ルドにおけるような固定具を必要とすることなく排気マ
ニホルド1自体の振動を低減することができる。すなわ
ち従来では、図5(A)に示すように排気マニホルド本
体1′を固定具18′によりシリンダブロック(図示し
ない)に結合し、それによって排気マニホルド本体1′
自体の振動を低減するようにしていた。ところが、この
場合排気マニホルド本体1′がその内部を流通する排気
ガスにより加熱されて半体4′,5′が上流側フランジ
(図示しない)から下流側フランジ10′に向かう方向
に熱膨張すると内側半体5′は固定具18′によって固
定されているのでその熱膨張が制限され、一方外側半体
4′は熱膨張し、その結果図5(A)に示すように固定
具18′と下流側フランジ10′との結合部19′を回
転中心とした回転モーメントC′が生じるようになる。
このため、シリンダブロック側に位置する下流側フラン
ジ10′と集合部9′との内側結合部20′に過度の応
力が集中するようになり、したがって内側結合部20′
において亀裂が生じる恐れがある。しかも外側半体4′
の熱膨張量は内側半体5′の熱膨張量よりも大きいので
内側結合部20′に作用する応力がさらに増大される。
さらに、固定具18′が内側半体5′の熱膨張方向に対
しほぼ反対方向に熱膨張するので内側結合部20′に作
用する応力がさらに増大される。したがって内側結合部
20′において亀裂がさらに生じやすくなっている。な
お図5(A)において21′はエンジン停止時、すなわ
ち排気マニホルド温度が低いときにおける下流側フラン
ジ10′の上端面の位置を示している。
【0012】これに対し本実施例では、排気マニホルド
本体1を補強部材2によってシリンダヘッドに固定する
ようにしており、このため従来におけるような固定具1
8′を設けることなく排気マニホルド1自体の振動を低
減することができる。その結果、内側半体5の熱膨張が
固定具により制限されないので図5(B)に示す内側結
合部20に過度の応力が集中するのを阻止することがで
きる。この場合、マニホルド温度が高くなって外側半体
4が熱膨張するときにこの熱膨張が補強部材2により制
限されると取付けボス12と下流側フランジ10との結
合部19を回転中心とする回転モーメントCが生じ、そ
の結果外側結合部22に応力が集中する恐れがある。し
かしながら、本実施例では補強部材2が外側半体4の熱
膨張方向と同様な方向に熱膨張するので回転モーメント
Cを低減することができ、したがって集合部9と下流側
フランジ12との結合部20において過度の応力が生じ
るのを阻止することができる。このため外側結合部22
に亀裂が生じるのを阻止できる。さらに、本実施例では
固定具を設ける必要がないので排気マニホルド1をエン
ジンに容易に取付けることができるようになる。なお図
5(B)において21はエンジン停止時における下流側
フランジ10の上端面の位置を示している。
【0013】さらに、本実施例では常温組立時において
補強部材2と平坦部13の取付けボス14間に間隙aを
設けている。すなわち、本実施例において補強部材2お
よび断熱部材3を排気マニホルド本体1に取付けるとき
には、先ず上流側フランジ8の取付けボス11と下流側
フランジ10の取付けボス12とにおいてボルト締めす
る。このとき図6(A)に示すように補強部材2と平坦
部13の取付けボス14間には間隙aが設けられる。次
いで補強部材2をこの取付けボス14にボルト締めする
と取付けボス14が外側半体4と共に補強部材2に向け
て移動せしめられ、その結果エンジン停止時、すなわち
マニホルド温度が低いときに外側半体4には図6(B)
において矢印Fで示すような引張り応力が作用するよう
になる。
【0014】上述したようにエンジンが駆動されると排
気マニホルド本体1の温度が上昇し、その結果外側半体
4および内側半体5が熱膨張してこれら半体4,5に圧
縮応力が作用するようになる。この圧縮応力は熱膨張量
が大きい外側半体4において特に問題であり、この圧縮
応力が一部に集中すると外側半体4が塑性変形して外側
半体4に亀裂が生じる恐れがある。ところが本実施例に
おいて、エンジン停止時外側半体4には引張り応力が作
用しており、このため図7において実線で示すようにマ
ニホルド温度が上昇したときに外側半体4に作用する圧
縮応力を低減することができる。なお図7において、破
線は従来の排気マニホルドにおける場合を示している。
その結果外側半体4に亀裂が生じるのを阻止できる。ま
た、排気ガス温度が従来よりも高い場合であっても排気
マニホルド1を使用することができるのでエンジンの出
力を従来よりも向上させることができる。
【0015】これまで述べてきた実施例では、補強部材
2を外側半体4の外周面に沿い延びるように形成し、断
熱部材3を外側半体4を被うように形成している。しか
しながら、補強部材2を内側半体5の外周面に沿い延び
るように形成し、断熱部材3を内側半体5を被うように
形成してもよい。
【0016】
【発明の効果】請求項1に記載の発明では、マニホルド
半体の平坦部に補強部材が結合されるので平坦部におけ
る膜振動を低減でき、したがって排気マニホルドによる
エンジンの騒音を低減することができる。請求項2に記
載の発明ではさらに、マニホルド温度が高いときにマニ
ホルド半体に作用する圧縮応力を低減できるのでマニホ
ルド半体に亀裂が生じるのを阻止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施例を示す排気マニホルドの分
解斜視図である。
【図2】排気マニホルドの側面断面図である。
【図3】図2の線III−IIIに沿ってみた排気マニ
ホルドの断面図である。
【図4】図3のA部の部分拡大断面図である。
【図5】排気マニホルド集合部と下流側フランジとの結
合部に作用する応力集中を説明するための排気マニホル
ドの部分拡大断面図である。
【図6】常温組立時における補強部材と取付けボス間の
間隙を説明する排気マニホルドの部分拡大断面図であ
る。
【図7】排気マニホルドに作用する応力と排気マニホル
ド温度との関係を示す線図である。
【符号の説明】
1…排気マニホルド本体 2…補強部材 3…断熱部材 4…外側半体 5…内側半体 7…枝管 8…上流側フランジ 9…集合部 10…下流側フランジ 11,12,14…取付けボス 13…平坦部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平3−35219(JP,U) 実開 昭56−17313(JP,U) 実開 平1−158513(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F01N 7/10 F01N 7/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 板材から成形した一対のマニホルド半体
    を周縁部において互いに接合することにより形成した内
    燃機関の排気マニホルドにおいて、マニホルド枝管およ
    び集合部にそれぞれフランジを取付け、これらフランジ
    の一方から他方に向けて上記マニホルド半体の外周面に
    沿い延びる補強部材を具備すると共に上記排気マニホル
    ドを被う断熱部材を具備し、これら補強部材および断熱
    部材を上記一対のフランジと上記半体に形成された平坦
    部とに結合するようにした内燃機関の排気マニホルド。
  2. 【請求項2】 常温組立時における上記補強部材と上記
    マニホルド半体との結合部におけるこれらの間隙を組立
    後に上記半体に引張り応力が与えられるように設定した
    請求項1に記載の内燃機関の排気マニホルド。
JP6016360A 1994-02-10 1994-02-10 内燃機関の排気マニホルド Expired - Lifetime JP3006394B2 (ja)

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