JP3405857B2

JP3405857B2 - 排気管の排気干渉防止構造

Info

Publication number: JP3405857B2
Application number: JP15344795A
Authority: JP
Inventors: 誠横田; 仁橋岡; 壽三輪; 英一樋口
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-06-20
Filing date: 1995-06-20
Publication date: 2003-05-12
Anticipated expiration: 2018-05-12
Also published as: JPH094451A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気管の排気干渉防止
構造に係り、特に、多気筒内燃機関の排気管内で生ずる
排気干渉の防止を図る排気干渉防止構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用内燃機関として一般に用いられ
る多気筒内燃機関は、内燃機関の運転に伴う振動を抑制
する等の観点から、各気筒が異なるタイミングで一連の
行程を実行するように構成されている。例えば、４気筒
式内燃機関においては、各気筒が９０°ＣＡの位相差で
動作するように、かつ、第１気筒（♯１）と第４気筒
（♯４）とが１８０°ＣＡの位相差で、また、第２気筒
（♯２）と第３気筒（♯３）とが１８０°ＣＡの位相差
で、それぞれ動作するように構成されている。

【０００３】かかる構成によれば、内燃機関からは９０
°ＣＡ毎に異なる気筒から排気ガスが排出される。この
ようにして各気筒から排出される排気ガスは、排気管内
で互いに干渉し合う場合がある。そして、かかる排気干
渉が生ずると、内燃機関の排気効率が悪化し、出力特性
に悪影響が生ずる。

【０００４】このような排気干渉を防止する構造として
は、例えば実開昭６３−１９６４２５号公報に開示され
る構造が知られている。図１２は、上記公報に開示され
る排気管の断面図を示す。すなわち、上記公報には、図
１２に示す如く、排気管１０の内部に仕切り板１２を設
けて、排気管内部を♯１と♯４とに連通する領域１４
と、♯２と♯３とに連通する領域１６とに区分する構造
が開示されている。

【０００５】上記の構造によれば、♯１および♯４から
排出される排気ガスは領域１４に、また、♯２および♯
３から排出される排気ガスは領域１６にそれぞれ導かれ
る。この場合、９０°ＣＡの位相差で排出される排気ガ
ス同士が同一の領域１４，１６に排出されることがない
ため、排気管１０内での排気干渉が良好に防止されるこ
とになる。

【０００６】ところで、排気管１０の内部には、内燃機
関の運転中に高温の排気ガスが流通する。このため、内
燃機関の運転・停止が繰り返されると、仕切り板１２に
は熱膨張・熱収縮が生ずる。上記公報に開示される構造
において仕切り板１２が幅方向に熱膨張した場合、排気
管１０と仕切り板１２とにその熱変形に起因する応力が
作用する。かかる状況下では、仕切り板１２に座屈が生
ずる可能性がある。

【０００７】図１３は、かかる応力による仕切り板１２
の座屈を防止するために、従来用いられていた排気管１
０の内部構造を示す。同図に示す如く、仕切り板１２の
下端部には弓状の切欠き１２ａが設けられている。かか
る構成によれば、仕切り板１２の中央部近傍に作用する
応力が分散され易くなり、仕切り板１２の座屈に対して
有利な状況を形成することができる。従って、図１３に
示す構造によれば、仕切り板１２の熱変形に起因する弊
害を抑制することができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図１３に
示す構造の如く、仕切り板１２に切欠き１２ａを設けた
場合、排気管１０内部の領域１４と１６との仕切りが不
完全となる。領域１４と１６との仕切りが不完全となれ
ば、排気干渉を防止する能力が低下する。この意味で、
上記図１３に示す構造は、熱変形に対する信頼性を向上
するうえでは有効であるものの、排気干渉を防止する構
造としては必ずしも最適な構造ではなかった。

【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、排気管の内部で仕切り板が熱変形した場合に不
必要な応力が発生しない構造を採ることにより、仕切り
板の熱変形に対する信頼性と、排気干渉防止に関する性
能とを高い水準で両立した排気管の排気干渉防止構造を
提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、請求項１
に記載する如く、排気管内部に仕切り板を設けて排気干
渉の防止を図る排気管の排気干渉防止構造において、前
記仕切り板の接触部と、前記排気管の内部を径方向に延
在する仕切り部との間には、曲率を有する案内部が形成
されている排気管の排気干渉防止構造により達成され
る。

【００１１】また、上記の目的は、請求項２に記載する
如く、排気管内部に排気ガスの干渉を防ぐための仕切り
板を設けて排気干渉の防止を図る排気管の排気干渉防止
構造において、前記排気管内に前記仕切り板を熱膨張方
向にスライド可能に保持する保持部材を設けた排気管の
排気干渉防止構造によっても達成される。

【００１２】

【作用】請求項１記載の発明において、排気管内部に配
設される仕切り板は、熱膨張方向への弾性変形が可能と
なるように設けられている。このため、仕切り板が熱膨
張した際に仕切り板と排気管との間に作用する応力は、
仕切り板の復元力に起因する応力となり、仕切り板と排
気管との間に不必要な応力が作用するのが防止される。
また、仕切り板が熱収縮した場合は、仕切り板が元の形
状に復元し、仕切り板と排気管との間に隙間が形成され
るのが防止される。

【００１３】請求項２記載の発明において、前記排気管
内部の空間は、仕切り板によって区分されている。ここ
で、仕切り板は、排気管により、その熱膨張方向にスラ
イドすることができるように保持されている。このた
め、排気管内部で仕切り板に熱膨張、或いは熱収縮が生
じても、仕切り板に不必要な応力が作用することはな
い。

【００１４】

【実施例】図１は、本発明の一実施例である排気管の排
気干渉防止構造を用いて排気系を構成した内燃機関２０
の側面図を示す。内燃機関２０は、４気筒式内燃機関で
あり、♯１〜♯４の４つの気筒を備えている。４つの気
筒♯１〜♯４の排気ポートには、それぞれ排気マニホー
ルド２２の枝管２２_-1〜２２_-4が連通している。排気マ
ニホールド２２は、鋳造等により形成される部材であ
り、枝管２２_-1〜２２ _-4は、内燃機関２０に接続される
側の端部で分離し、かつ、他端で一体化されるように形
成されている。

【００１５】図２は、図１に示すII-II 直線に沿って排
気マニホールド２２を切断した際の断面図、すなわち、
排気枝管２２_-1〜２２_-4が一体化された部分の断面図を
示す。同図に示す如く、排気枝管２２_-1〜２２_-4は、そ
れらが外形状一体化された部分においても、その内部で
は互いに独立した管路を形成している。従って、内燃機
関２０の各気筒♯１〜♯４から排出される排気ガスは、
排気枝管２２_-1〜２２ _-4の端部に至るまで、排気マニホ
ールド２２の内部で干渉することはない。

【００１６】図１に示す如く、排気マニホールド２２
は、排気枝管２２_-1〜２２_-4が一体化された部分におい
て、本実施例の要部である排気管２４に接続されてい
る。以下、図３及び図４を参照して、排気管２４の内部
構造について説明する。図３は、排気管２４の底面図
（図１に示すIII 矢視図に相当する）を示す。また、図
４は、図３に示すIV-IV 直線に沿って排気管２４及び排
気マニホールド２２を切断した際の断面図を示す。

【００１７】排気管２４の内部には、仕切り板２６が配
設されている。仕切り板２６は、図３に示す如く、その
両端が互いに反対側に向けて湾曲されている。これらの
湾曲部分は、排気管２４の内壁に接触する接触部２６
ａ，２６ｂを構成している。また、仕切り板２６は、図
４に示す如く、その外形が排気管２４の内壁に沿うよう
に成形されている。すなわち、上述した接触部２６ａ，
２６ｂは、仕切り板２６の全長に渡って排気管２４の内
壁に接触するように構成されている。尚、本実施例にお
いては、接触部２６ａを排気管２４の内壁に溶接するこ
とにより、仕切り板２６の固定を図っている。

【００１８】上記の構成によれば、排気管２４の内部空
間は、仕切り板２６によって２つの領域２８と３０とに
区分されることになる。排気マニホールト２２と排気管
２４とは、排気枝管２２-1及び２２-4が領域２８に連通
し、かつ、排気枝管２２-2及び２２-3が領域３０に連通
するように組み付けられている。このため、排気枝管２
２-1及び２２-4に排出される排気ガスは排気管２４の領
域２８に、排気枝管２２-2及び２２-3に排出される排気
ガスは排気管２４の領域３０に、それぞれ導かれること
になる。

【００１９】内燃機関２０においては、♯１〜♯４がそ
れぞれ９０°ＣＡの位相差で動作するように、かつ、♯
１と♯４とが１８０°ＣＡの位相差で、また、♯２と♯
３とが１８０°ＣＡの位相差で、それぞれ動作するよう
に構成されている。従って、♯１又は♯４から排気ガス
が排出される時期と、♯２又は♯３から排気ガスが排出
される時期との間には、９０°ＣＡしか位相差が存在し
ないことになる。

【００２０】これに対して、上記の如く、♯１及び♯４
から排出される排気ガスと、♯２及び♯３から排出され
る排気ガスとがそれぞれ異なる領域２８，３０に導かれ
る構成によれば、それらが排出される時期の位相差に因
らず、常に♯１及び♯４から排出される排気ガスと、♯
２及び♯３から排出される排気ガスとの干渉を防止する
ことができる。従って、排気管２４によれば、排気干渉
に伴う排気効率の悪化を防止することができ、内燃機関
２０に優れた出力特性を付与することができる。

【００２１】図３に示す如く、仕切り板２６の接触部２
６ａ，２６ｂと、排気管２４の内部を径方向に延在する
部分（以下、仕切り部２６ｃと称す）との間には、緩や
かな曲率を有する部分（以下、案内部２６ｄ，２６ｅ）
が形成されている。かかる構成によれば、仕切り板２６
の仕切り部２６ｃに生ずる熱膨張は、仕切り板２６が案
内部２６ｄ，２６ｅの近傍で弾性変形することにより吸
収される。また、熱膨張した仕切り板２６が熱収縮する
際には、仕切り板２６の復元力により、熱膨張が生ずる
以前の状態が復元される。

【００２２】従って、本実施例の構造によれば、仕切り
板２６が熱膨張した際に、仕切り板２６と排気管２４と
の間に作用する応力が、仕切り板２６の復元力だけとな
ると共に、仕切り板２６の熱膨張が解かれて仕切り板２
６が熱収縮する際に、接触部２６ａ，２６ｂと排気管２
４の内壁との間に隙間が形成されるのを防止することが
できる。

【００２３】このため、本実施例の排気干渉防止構造に
よれば、排気管２４に高温の排気ガスが繰り返し供給・
遮断される環境下で、常に排気ガスの干渉を十分に防止
しつつ、仕切り板２６および排気管２４に不必要に大き
な応力が作用するのを防止することができる。

【００２４】ところで、上記の実施例においては、仕切
り板２６を排気管２４に固定する構造として、接触部２
６ａを全長に渡って排気管２４の内壁に溶接する構成と
しているが、仕切り板２６を固定する構造はこれに限る
ものではなく、例えば、図５に示す如く接触部２６ａ，
２６ｂを千鳥状に溶接する構造、図６に示す如く接触部
２６ａ，２６ｂを対称に部分溶接する構造、或いは仕切
り板２６を排気管２４内に圧入して溶接を省略する構造
等を採ることも可能である。

【００２５】更に、上記の実施例においては、仕切り部
２６ｃと接触部２６ａ，２６ｂとの間に形成した案内部
２６ｄ，２６ｅによって前記した弾性変形部を実現して
いるが、本発明はこれに限定されるものではなく、弾性
変形部の形状として図７又は図８に示す如き形状を採用
することも可能である。

【００２６】図７は、本発明の第２実施例である排気管
の排気干渉防止構造に係る排気管２４の底面図を示す。
尚、図７において、上記図３に示す構成部分と同一の部
分には同一の符号を付してその説明を省略する。図７に
示す仕切り板３２は、排気管２４の内壁に接触する接触
部３２ａ，３２ｂの間に、緩やかな曲率でカーブを描く
仕切り部３２ｃを備えており、その形状が全幅に渡って
Ｓ字曲面を描くように形成されている。かかる構成によ
れば、仕切り板３２に生ずる熱膨張・熱収縮は、仕切り
板３２がほぼ全体的に弾性変形することにより吸収され
る。この場合、弾性変形の生ずる部位が特定の部位に集
中しないため、仕切り板３２の局部に疲労が集中するの
を防止することができる。

【００２７】図８は、本発明の第３実施例である排気管
の排気干渉防止構造に係る排気管２４の底面図を示す。
尚、図８において、上記図３に示す構成部分と同一の部
分には同一の符号を付してその説明を省略する。図８に
示す仕切り板３４は、排気管２４の内壁に接触する接触
部３４ａ，３４ｂの間に形成される仕切り部３４ｃに、
突起部３４ｄを備えている。かかる構成によれば、仕切
り板３２に生ずる熱膨張・熱収縮は、突起部３４ｄ近傍
に生ずる弾性変形により吸収される。従って、本実施例
の構造によっても、上述した他の実施例と同様の効果を
得ることができる。

【００２８】ところで、上記図３、図７、及び図８に示
す構造は、仕切り板２６，３２，３４に生ずる熱膨張
を、仕切り板２６，３２，３４が弾性変形することによ
り吸収する構造である。これに対して、仕切り板の少な
くとも一端を摺動可能に保持することとすれば、仕切り
板に弾性変形を生じさせるまでもなく、その熱膨張を吸
収することができる。

【００２９】図９は、かかる観点から構成した本発明の
第４実施例である排気管の排気干渉防止構造に係る排気
管２４の底面図を示す。尚、図９において、上記図３に
示す構成部分と同一の部分には同一の符号を付してその
説明を省略する。図９に示す構造においては、平板状の
仕切り板３６が用いられる。排気管２４の内壁には、仕
切り板３６の板厚に合わせて対向配置される保持部３８
ａ，３８ｂ、及び保持部３８ｃ，３８ｄが溶接されてい
る。仕切り板３６は、保持部３８ａと３８ｂとの間にそ
の一辺が、また、保持部３８ｃと３８ｄとの間に他の一
辺がそれぞれ摺動可能に保持されることにより、排気管
２４内部に固定されている。更に、仕切り板３６の全幅
は、排気管２４の内径に比して僅かに小さく設定されて
いる。

【００３０】かかる構造によれば、排気管２４の内部空
間は、仕切り板３６と保持部３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，
３８ｄとによって、厳密に２つの領域２８と３０とに区
分される。このため、本実施例の構造によれば、有効に
排気干渉を防止することができる。また、仕切り板３６
に生ずる熱膨張・熱収縮は、仕切り板３６の両端部と保
持部３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄとの間に生ずる摺
動により吸収される。従って、本実施例の構造によれ
ば、排気管２４に高温の排気ガスが繰り返し供給・遮断
される環境下で、仕切り板３６に弾性変形を生じさせる
ことなく、十分な排気干渉防止性能と、熱変形に対する
高い信頼性とを確保することができる。

【００３１】ところで、上記の実施例においては、仕切
り板３６を、その両端において摺動可能に保持すること
で、仕切り板３６を排気管２４内部でスライド可能に保
持する構成を採用しているが、本発明はこれに限定され
るものではなく、少なくとも一端において仕切り板３６
が摺動可能に保持される構成であれば良い。

【００３２】図１０は、本発明の第５実施例である排気
管の排気干渉防止構造に係る排気管２４の底面図を示
す。また、図１１は、図１０に示すXI-XI 直線に沿って
排気管２４を切断した際の断面図を示す。尚、図１０及
び図１１において、上記図３または図４に示す構成部分
と同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略す
る。

【００３３】図１０および図１１は、排気管２４の内部
に２枚の仕切り板４０，４２を配設して、排気管２４の
内部空間を４つの領域４４，４６，４８，５０に分割し
た構造を示す。仕切り板４０，４２には、互いに嵌合し
合うスリットが設けられており、それらを嵌め合わせる
ことで図１０に示す十字状態が実現されている。

【００３４】排気管２４と排気マニホールド２２とは、
排気管２４内部に形成される領域４４，４６，４８，５
０が、それぞれ排気枝管２２_-1〜２２_-4に連通するよう
に組み付けられる。従って、排気枝管２２_-1〜２２_-4に
導かれた排気ガスは、排気管内部で他の何れの気筒から
排出された排気ガスとも干渉することはない。このた
め、本実施例の構造によれば、上述した各実施例の構造
に比して、更に有効に排気管２４内での排気干渉を防止
することができる。

【００３５】また、仕切り板４０，４２は、上記図３に
示す仕切り板２６と同様に、それぞれ排気管２４の内壁
に接触する接触部４０ａ，４０ｂ；４２ａ，４２ｂ、排
気管２４内部を径方向に延在する仕切り部４０ｃ；４２
ｃ、及びそれらの間に形成される案内部４０ｄ，４０
ｅ；４２ｄ，４２ｅを備えている。従って、仕切り板４
０又は４２に生ずる熱膨張は、それぞれ案内部４０ｄ，
４０ｅ；４２ｄ，４２ｅ近傍に生ずる弾性変形により吸
収される。このため、本実施例の構造によっても、上述
した各実施例の場合と同様に、排気管２４に高温の排気
ガスが繰り返し供給・遮断される環境下で、十分に排気
干渉を防止しつつ、仕切り板４０，４２の熱変形に対し
て高い信頼性を確保することができる。

【００３６】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、仕切り板の熱膨張時に仕切り板と排気管との間に不
必要な応力が作用するのを防止すると共に、仕切り板の
熱収縮時に仕切り板と排気管との間に隙間が形成される
のを防止することができる。従って、本発明に係る排気
管の排気干渉防止構造によれば、仕切り板の熱変形に対
する信頼性と、排気干渉防止に関する性能とを高い水準
で両立することができる。

【００３７】また、請求項２記載の発明によれば、仕切
り板に熱膨張、或いは熱収縮が生じた際に仕切り板に不
必要な応力を作用させることなく、排気管の内部空間を
区分することができる。従って、本発明に係る排気管の
排気干渉防止構造によっても、上記請求項１に記載する
発明の場合と同様に、仕切り板の熱変形に対する信頼性
と、排気干渉防止に関する性能とを高い水準で両立する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である排気管の排気干渉防
止構造を用いて排気系を構成した内燃機関の側面図であ
る。

【図２】図１に示すII-II 直線に沿って排気マニホール
ドを切断した際の断面図である。

【図３】本発明の第１実施例である排気管の排気干渉防
止構造に係る排気管の底面図である。

【図４】図３に示すIV-IV 直線に沿って排気管及び排気
マニホールドを切断した際の断面図である。

【図５】排気管と仕切り板との溶接構造の他の例を示す
排気管の断面図である。

【図６】排気管と仕切り板との溶接構造の別の例を示す
排気管の断面図である。

【図７】本発明の第２実施例である排気管の排気干渉防
止構造に係る排気管の底面図である。

【図８】本発明の第３実施例である排気管の排気干渉防
止構造に係る排気管の底面図である。

【図９】本発明の第４実施例である排気管の排気干渉防
止構造に係る排気管の底面図である。

【図１０】本発明の第５実施例である排気管の排気干渉
防止構造に係る排気管の底面図である。

【図１１】図１０に示すXI-XI 直線に沿って排気管及び
排気マニホールドを切断した際の断面図である。

【図１２】従来の排気管の排気干渉防止構造に係る排気
管の平面断面図である。

【図１３】従来の排気管の排気干渉防止構造に係る排気
管の側面断面図である。

【符号の説明】

２０内燃機関２２排気マニホールド２２_-1〜２２_-4 排気枝管２４排気管２６，３２，３４，３６，４０，４２仕切り板２６ｄ，２６ｅ，４０ｄ，４０ｅ，４２ｄ，４２ｅ案
内部３２ｃ仕切り部３４ｄ突起部３８ａ，３８ｂ，３８ｃ，３８ｄ保持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者橋岡仁愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者三輪壽愛知県豊田市高丘新町天王１番地アイシン高丘株式会社内 (72)発明者樋口英一愛知県豊田市高丘新町天王１番地アイシン高丘株式会社内 (56)参考文献特開平７−47435（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−196425（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−125625（ＪＰ，Ｕ) 実開昭56−113116（ＪＰ，Ｕ) 「ＪＩＳにもとづく機械設計製図便覧」第７版（1992−４−25、理工学社発行）第６章12、13頁

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】排気管内部に仕切り板を設けて排気干渉
の防止を図る排気管の排気干渉防止構造において、前記仕切り板の接触部と、前記排気管の内部を径方向に
延在する仕切り部との間には、曲率を有する案内部が形
成されていることを特徴とする排気管の排気干渉防止構
造。
【請求項２】排気管内部に排気ガスの干渉を防ぐため
の仕切り板を設けて排気干渉の防止を図る排気管の排気
干渉防止構造において、前記排気管内に前記仕切り板を熱膨張方向にスライド可
能に保持する保持部材を設けたことを特徴とする排気管
の排気干渉防止構造。