JP3649305B2 - 多気筒内燃機関の消音室付き排気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒内燃機関における消音室付き排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多気筒内燃機関の排気装置の放射音・排気音に対する従来の対策としては、排気マニホルドと排気マニホルドカバーとの間にセラミック製ウール等を挟む例があるが、セラミック製ウールの断熱効果により排気マニホルド自身の温度が高くなり過ぎ耐久性確保のため高価な耐熱材料を使用しなければならない。
また排気マニホルドカバーによりスペースが大きく取られる等の問題がある。
【０００３】
そこで排気管の合流位置に開口を有した空室を配置した例がある。
従来の実開平５−１４５２４号公報に記載された例では、図11に示すように排気マニホルド01は、フランジ02から４本の排気管03が延出し、各排気管03は下流端で合流部04を形成している。
そして合流部04に開口を有した空室05が最外側の排気管03に沿って長尺に形成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図11に示す例では、空室05の共鳴作用により音波のエネルギを消耗させようとするものであるが、空室05は最外側の排気管03のさらに外側に膨出するようにして形成されるので、気筒配列方向に拡大して設置スペースが大きく取られる。
また排気マニホルドが鋳鉄製であると、重量が増大する。
【０００５】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、配置スペース効率の良い消音室付き排気装置を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用】
上記目的を達成するために、本発明は、後方に傾斜して車両前部に横置き搭載された直列内燃機関において、前記内燃機関の後方に、各気筒に排気管部がそれぞれ連通した排気マニホルドが下方に向け湾曲して延出され、前記排気マニホルドは、表半体，仕切体，裏半体の３枚の板金製部材を互いに突き合わせて構成され、排気行程が互いに連続しない内外２つの気筒群に分け、前記排気管部のうち内側の排気管部は前記表半体と前記仕切体とで形成され、外側の排気管部は前記裏半体と前記仕切体とで形成され、前記各排気管部が合流する合流部が前記表半体と前記裏半体とその間に設けられる前記仕切体とで形成され、前記仕切体と前記裏半体の下面で前記排気マニホルドの湾曲部内方に消音室を配置し、前記消音室は、前記合流部における前記裏半体に形成された複数の連通孔を介して前記外側の排気管部と連通されることを特徴とする多気筒内燃機関の消音室付き排気装置とした。
【０００７】
後傾した内燃機関の後方へ延出した排気マニホルドが下方に湾曲しているので、排気マニホルドがコンパクトに配置されるとともに、その湾曲部と内燃機関との間に余剰空間が形成され、同余剰空間を利用して消音室が配置されるため、スペースを有効に利用することができる。
湾曲部に消音室を設けたので、別途専用の部材を用いることなく、十分な結合剛性を確保することができる。
【０００８】
さらに後傾した内燃機関の後方に排気マニホルドを配置することで、排気ガス浄化用触媒装置（触媒コンバータ）までの排気ガス通路長を短く形成することができるため、始動直後においても高温の排気ガスが触媒コンバータに及び、早期活性化に伴う排気ガス浄化用触媒の初期機能が向上する。
【００１０】
排気マニホルドは、表半体，仕切体，裏半体の３枚の板金製部材で形成され、かつ排気管部が表裏半体のいずれかと仕切体とで構成されるので、排気装置の軽量化を図ることができるとともに、排気マニホルドの湾曲部に消音室が設けられることで必要な剛性は確保される。
【００１２】
合流部における裏半体に消音室に通じる連通孔を形成することで、外側の排気管部の合流部に連通孔を通じて消音室が連通され、構造上管路長が内側の排気管部より長い外側の排気管部の排気脈動波における実質通路長を内側の排気管部と等しくして共鳴による排気音の増大を防止することができる。
また適当な大きさの連通孔を適当な数設けることで、消音を要求される特定周波数域の排気音・放射音を低減することが可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図10に図示し説明する。
本実施の形態に係る自動車１は、ＦＦ（フロントエンジンフロントドライブ）車であり、図１はその車体前部における内燃機関10の配置状態を示す概略側面図である。
【００１４】
ボンネット２の下方の機関室３内において、前方のラジエータ４と後方のダッシュボード５との間に直列４気筒の内燃機関10が横置きに搭載されており、直列に気筒が配列されたシリンダブロック11は後方に傾斜している。
後傾したシリンダブロック11の上部のシリンダヘッド12からは前方へ吸気マニホルド15が延出し、後方へ排気マニホルド20が延出している。
【００１５】
車体に対して横置きに搭載された直列４気筒の内燃機関10の４つの気筒を右側（車両進行方向に向いて右側）から順に第１，第２，第３，第４気筒とすると、第１気筒と第４気筒が排気行程の連続しない気筒群を構成し、同様に第２気筒と第３気筒が排気行程の連続しない別の気筒群を構成する。
【００１６】
かかる直列４気筒の内燃機関10のシリンダヘッド12から第１，第２，第３，第４気筒毎に第１，第２，第３，第４排気管21，22，23，24が後方へ延出している。
４本の第１，第２，第３，第４排気管21，22，23，24は、その基端部が共通の横長板状のヘッドフランジ25に嵌着支持されてシリンダヘッド12に接続される。
【００１７】
第１，第２，第３，第４排気管21，22，23，24は、ヘッドフランジ25から後方へ延出し、下方に湾曲して中央の合流部26に合流しており、かかる排気マニホルド20の合流部26には接続フランジ27を介して１本の集合排気管28に接続され、集合排気管28の下流には触媒コンバータ29が連接されている。
【００１８】
排気マニホルド20は、図４に図示するように表半体31，仕切体32，裏半体33の３枚の板金製のプレートを突き合わせて形成されている。
図５および図６を参照して表半体31は、内側２本の第２，第３排気管22，23の表側（上側）第２，第３半割壁31ａ，31ｂおよび合流部26の表側合流半割壁31ｅを構成するものであり、表側第２，第３半割壁31ａ，31ｂは隣り合って連接して平行で同じように湾曲している。
【００１９】
図７および図８を参照して仕切体32は、内側２本の第２，第３排気管22，23の裏側（下側）第２，第３半割壁32ａ，32ｂが連接して構成され、外側２本の第１，第４排気管21，24の表側第１，第４半割壁32ｃ，32ｄが前記裏側第２，第３半割壁32ａ，32ｂの外側に離れて構成され、合流部26の合流仕切壁32ｅが各半割壁32ａ，32ｂ，32ｃ，32ｄを集合して構成され、全体的に湾曲している。
なお合流仕切壁32ｅには酸素センサー固定用の取付孔32ｆが形成されている。
【００２０】
図９および図10を参照して裏半体33は、外側２本の第１，第４排気管21，24の裏側第１，第４半割壁33ｃ，33ｄが、合流部26の裏側合流半割壁33ｅから左右に分岐して構成されている。
裏側合流半割壁33ｅの中央には酸素センサーの取付孔33ｆが形成され、各裏側第１，第４半割壁33ｃ，33ｄの合流部近傍にそれぞれ連通孔33ｇ，33ｈが形成されている。
【００２１】
以上の表半体31，仕切体32，裏半体33を、図４に示すように所定の位置関係で上から順に重ねるようにして突き合わせ互いに溶接すると、表半体31の表側第２，第３半割壁31ａ，31ｂと仕切体32の裏側第２，第３半割壁32ａ，32ｂが合体して内側２本の第２，第３排気管22，23が形成され、裏半体33の裏側第１，第４半割壁33ｃ，33ｄと仕切体32の表側第１，第４半割壁32ｃ，32ｄが合体して外側２本の第１，第４排気管21，24が形成される。
【００２２】
また表半体31の表側合流半割壁31ｅと裏半体33の裏側合流半割壁33ｅとが仕切体32の合流仕切壁32ｅを中央に挟んで合体して合流部26が形成され、したがって内側２本の第２，第３排気管22，23が合流した通路と外側２本の第１，第４排気管21，24が合流した通路とが、合流部26の下流端まで仕切壁32ｅにより仕切られており、合流部26の下流端より下流で両者は集合する。
【００２３】
第２，第３排気管22，23は、互いに排気行程が連続しない気筒と連通し、同様に第１，第４排気管21，24も互いに排気行程が連続しない気筒と連通しているので、排気の干渉は回避されている。
【００２４】
こうして排気マニホルド20が形成されるが、さらに該排気マニホルド20の湾曲した内方に消音室カバー40が突き合わされ溶接されて消音室41を構成する。
消音室カバー40は、図４に示すように箱状をなし、開口周縁40ａが仕切体32の裏側第２，第３半割壁32ａ，32ｂの下面および裏半体33の裏側合流半割壁33ｅの下面に沿った形状をして突き合わせたとき、気密に接して裏側第２，第３半割壁32ａ，32ｂと裏側合流半割壁33ｅと消音室カバー40とで内部に消音室41を形成する。
【００２５】
消音室カバー40は、裏側合流半割壁33ｅの２つの連通孔33ｇ，33ｈを覆っており、消音室41内部は、連通孔33ｇ，33ｈを介してそれぞれ外側２本の第１，第４排気管21，24と連通している。
【００２６】
なお消音室41内には繊維状の消音材であるセラミック製ウールが充填される。また裏半体33の取付孔33ｆには酸素センサーが下方より嵌装され、仕切体32の取付孔32ｆに支持されて取り付けられる。
【００２７】
こうして形成された排気マニホルド20は、第１，第２，第３，第４排気管21，22，23，24の上流端にヘッドフランジ25が溶接されて、内燃機関10のシリンダヘッド12に固着される。
【００２８】
内燃機関10は、後方に傾斜しており、そのシリンダヘッド12から後方に延出した排気マニホルド20は下方に向け湾曲しているので、排気マニホルド20がコンパクトに配置される。
また排気マニホルド20の該湾曲部と内燃機関との間に余剰空間が形成されるが、この余剰空間に消音室41が配置されるため、スペースを有効に利用することができる。
【００２９】
後傾した内燃機関10の後方に排気マニホルド20を配置することで、触媒コンバータ29までの排気ガス通路長を短く形成することができるため、始動直後においても高温の排気ガスが触媒コンバータ29に及び、早期活性化に伴う排気ガス浄化用触媒の初期機能を向上させることができる。
【００３０】
排気マニホルド20は、板金製の３枚の表半体31，仕切体32，裏半体33を突き合わせて構成されるので、製造が簡素化され、軽量化が可能で燃費の向上が期待できる。
【００３１】
特に第２，第３排気管22，23は表半体31と仕切体32とによって形成され、第１，第４排気管21，24は裏半体33と仕切体32とによって形成され、いずれも上下１枚ずつの半割壁の合体からなり、半割壁２枚が重層して使用されて重量を増すようなことはなく、必要な強度・剛性を維持しつつ全体を薄肉に形成して軽量化を図ることができる。
また全体の薄肉化は、急速昇温に伴う触媒コンバータ29の触媒作用開始時期の早期化を図ることができる。
【００３２】
さらに合流部26は、最も排気温度が高くなる部位であるが、かかる部位に消音室41を設け、また表裏半体31，33より仕切体32の板厚を厚くすることにより最も剛性の高い仕切体32に消音室41が取り付けられることで、別途専用の部材を用いることなく板金部材の結合剛性を確保することができ、振動に強く、耐久性の向上を図ることができる。
【００３３】
内側の第２，第３排気管22，23と外側の第１，第４排気管21，24とは、その合流するまでの距離を比べると、外側の第１，第４排気管21，24の方が長いが、この第１，第４排気管21，24には消音室41が連通孔33ｇ，33ｈを介して連通しており、第１，第４排気管21，24の合流部手前の連通孔33ｇ，33ｈが排気脈動波の節を形成して、内側の第２，第３排気管22，23と実質通路長を略等しくしている。
したがって共鳴による排気音の増大を防止することができる。
【００３４】
また連通孔33ｇ，33ｈの孔径や孔長および個数、さらに消音室41の容量および消音材の充填量や密度を適当に設定することによって特定の周波数域の排気音・放射音を低減することができる。
【００３５】
消音室41は、排気音特に高周波音の低減が可能であり、消音室41で発生する放射音は、排気マニホルド20および後傾した内燃機関10およびダッシュボード５により遮断されて車室内の静粛を保つことができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、後傾した内燃機関の後方へ延出した排気マニホルドが下方に湾曲しているので、排気マニホルドがコンパクトに配置されるとともに、その湾曲部と内燃機関との間に余剰空間が形成され、同余剰空間を利用して消音室が配置されるため、スペースを有効に利用することができる。
湾曲部に消音室を設けたので、別途専用の部材を用いることなく、十分な結合剛性を確保することができる。
【００３７】
後傾した内燃機関の後方に排気マニホルドを配置することで、排気ガス浄化用触媒装置（触媒コンバータ）までの排気ガス通路長を短く形成することができるため、始動直後においても高温の排気ガスが触媒コンバータに及び、早期活性化に伴う排気ガス浄化用触媒の初期機能が向上する。
【００３８】
また排気マニホルドは、表半体，仕切体，裏半体の３枚の板金製部材で形成され、かつ排気管部が表裏半体のいずれかと仕切体とで構成されるので、排気装置の軽量化を図ることができるとともに、排気マニホルドの湾曲部に消音室が設けられることで必要な剛性は確保される。
【００３９】
さらに合流部における裏半体に消音室に通じる連通孔を形成することで、外側の排気管部の排気脈動波における実質通路長を内側の排気管部と等しくして共鳴による排気音の増大を防止することができる。
また適当な大きさの連通孔を適当な数設けることで、消音を要求される特定の周波数域の排気音・放射音を低減することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る自動車の車体前部の内燃機関の配置状態を示す概略側面図である。
【図２】同内燃機関の排気マニホルドの後面図である。
【図３】図２におけるIII −III 線に沿って截断した断面図である。
【図４】排気マニホルドの分解斜視図である。
【図５】表半体の後面図である。
【図６】同側面図である。
【図７】仕切体の後面図である。
【図８】同側面図である。
【図９】裏半体の後面図である。
【図１０】同側面図である。
【図１１】従来の排気マニホルドの正面図である。
【符号の説明】
１…自動車、２…ボンネット、３…機関室、４…ラジエータ、５…ダッシュボード、
10…内燃機関、11…シリンダブロック、12…シリンダヘッド、15…吸気マニホルド、
20…排気マニホルド、21…第１排気管、22…第２排気管、23…第３排気管、24…第４排気管、25…ヘッドフランジ、26…合流部、27…接続フランジ、28…集合排気管、29…触媒コンバータ、
31…表半体、32…仕切体、33…裏半体、
40…消音室カバー、41…消音室。

Claims (1)

1. 後方に傾斜して車両前部に横置き搭載された直列内燃機関において、
   前記内燃機関の後方に、各気筒に排気管部がそれぞれ連通した排気マニホルドが下方に向け湾曲して延出され、
   前記排気マニホルドは、表半体，仕切体，裏半体の３枚の板金製部材を互いに突き合わせて構成され、
   排気行程が互いに連続しない内外２つの気筒群に分け、
   前記排気管部のうち内側の排気管部は前記表半体と前記仕切体とで形成され、
   外側の排気管部は前記裏半体と前記仕切体とで形成され、
   前記各排気管部が合流する合流部が前記表半体と前記裏半体とその間に設けられる前記仕切体とで形成され、
   前記仕切体と前記裏半体の下面で前記排気マニホルドの湾曲部内方に消音室を配置し、
   前記消音室は、前記合流部における前記裏半体に形成された複数の連通孔を介して前記外側の排気管部と連通されることを特徴とする多気筒内燃機関の消音室付き排気装置。

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