JP3654885B2

JP3654885B2 - Exhaust manifold

Info

Publication number: JP3654885B2
Application number: JP2003000434A
Authority: JP
Inventors: 雅美岡本; 良文十河; 英次縄田; 直史増田; 亘小澤
Original assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Current assignee: Aisin Takaoka Co Ltd
Priority date: 1994-02-21
Filing date: 2003-01-06
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2020-06-02
Also published as: JP2003222020A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、排気マニホルドの改良に関し、より詳細には、車両等の内燃機関の排気管に接続される排気マニホルドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の排気マニホルドとして、特開平5-171932号公報（特許文献１）に提案されている排気マニホルドは、４本の枝管及びこれら枝管に接続する集合管のほぼ中心軸を通る面を境に２分割された上側部材と下側部材とからなり、外側の２本の枝管は集合管側にほぼ直角に湾曲している。上側部材及び下側部材の外周には、同一幅で接合用フランジ部が形成され、さらに各枝管の間の枝管と集合管の接続する部分には、排気ガスを整流し各枝管からの流入する排気ガス同士の干渉音を低減させるための隔壁が取付けられている。この排気マニホルドは、夫々１枚の板金からプレス又は板金加工により成形された上側部材と下側部材とをこれらの外周部に形成した接合用フランジ部で接合し、この外周全域を溶接して排気マニホルドを組立てていた。
【０００３】
実開平3-25815号公報（実願平1-84986号）（特許文献２）には、多シリンダエンジンの排気ポートに連通し、複数の枝管を有する排気マニホルドにおいて、これらの分岐管の熱変形量の大きい部分に蛇腹状の熱変形吸収部分を設けたものが提案されている。
【０００４】
さらに、上記特開平5-171932号公報に提案されている従来の排気マニホルドにおいて、集合管内に設けられた隔壁は、各枝管から流出する排気ガス同士が、互いに急激に衝突して、干渉することにより、大きな干渉音が発生したり、衝撃波が発生したり、さらに内燃機関のエンジン出力が低下するのを防ぐことを目的としている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平5-171932号公報
【特許文献２】
実開平3-25815号公報（実願平1-84986号）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開平5-171932号公報に提案されている排気マニホルドは、複数の枝管を集合管１本に集合させることにより、枝管の長さに差が生じ、枝管の内数本は湾曲する。特に、車両用内燃機関の排気マニホルドである場合は、排気マニホルドの外部構造が限定されかつ省スペース化のために、枝管の湾曲の度合いは余計に高まる。
【０００７】
また、このような排気マニホルドを内燃機関のシリンダの排気側に接続する場合、排気マニホルド中へ高温の排気ガスは間欠的に流入するために、この排気マニホルドは加熱冷却の繰り返しによる熱衝撃、熱応力を受け、形状が直線的ではない部分、特に枝管の湾曲部に亀裂が発生し易いため、排気マニホルドの耐久性が低下するという問題がある。
【０００８】
また、上記実開平3-25815号公報（実願平1-84986号）の排気マニホルドにおいては、枝管に蛇腹を設けることから、形状が複雑となり加工が難しくなる。特に、このような排気マニホルドを上下２つの部材を接合して製作する場合には、上下部材の接合面を精度良く合わせることが困難であり、加工コストが上昇するという問題がある。
【０００９】
そして、上記特開平5-171932号公報に提案されている排気マニホルドは、隔壁を設けることにより、逆に各枝管から流出する排気ガスが隔壁に衝突する現象、又は各枝管から流出する排気ガスが隔壁のなくなる部分で高圧力のまま急激に合流する現象を招くことにより、かえって大きな排気ガスの干渉音が発生し、加えて排気マニホルドに加わる衝撃も大きくなり耐久性が低くなるという問題点がある。
【００１０】
本発明は別に枝管と集合管の接続する部分の湾曲部における、亀裂の発生を防止する排気マニホルドを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を達成するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の第１の視点において、少なくとも上側部材及び下側部材からなり、入口側の複数の枝管は、出口側の集合管に接続され、かつ、該枝管の少なくとも１つは、湾曲部を有する枝管であり、前記上側部材と前記下側部材を接合する接合用フランジを備えた排気マニホルドであって、前記湾曲部近傍の前記接合用フランジの部分は、他の前記接合用フランジ部分より幅広に形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の第１の視点において、好ましくは、前記複数の枝管の内、少なくとも一対の枝管間に前記一対の枝管を互いに連通させる容積室を備え、前記容積室の前記流体の流れ方向に直交する断面積が、前記流体の流れ方向に沿って徐々に拡大するように形成され、前記上側部材と前記下側部材の形状は塑性加工により形成されたものであり、前記容積室は、それに隣接する２つの枝管と接続され、前記排気マニホルドの入口側には取付フランジが接続され、前記取付フランジは内燃機関のシリンダヘッドに取り付けられていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第１の視点において、好ましくは、前記幅広の接合用フランジの部分は、枝管の内、最長の枝管の前記湾曲部近傍に設けられていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい形態に係る排気マニホルドは、入口側にある複数の枝管が、出口側にある集合管に接続され、該枝管から該集合管へ流体が流れる排気マニホルドであって、少なくとも一対の枝管間に前記一対の枝管を互いに連通させる容積室を備え、前記容積室の前記流体の流れ方向に直交する断面積が、前記流体の流れ方向に沿って徐々に拡大するように形成されることを特徴とする。
【００１５】
【作用】
本発明の第１の視点における排気マニホルドは、少なくとも上側部材及び下側部材からなり、入口側の複数の枝管は、出口側の集合管に接続され、かつ、枝管の少なくとも１つは、湾曲部を有する枝管であり、上側部材と下側部材を接合する接合用フランジを備えた排気マニホルドであって、湾曲部近傍の接合用フランジの部分は、他の接合用フランジ部分より幅広に形成されていることにより、上側部材と下側部材を分離させようとする応力を、幅広に形成された接合用フランジの部分によって吸収することができる。即ち、枝管の湾曲部に排気マニホルドの上側部材と下側部材を分離させようとする力が働いた場合、幅広の接合用フランジの部分の排気マニホルド内側部分はこの力を吸収して上下に多少分離しても、外側（排気マニホルド外周側）は密着していることにより、幅広の接合用フランジの部分において、このような力は吸収され、排気マニホルドの他の部分への応力の伝播が抑制され、かつ、排気マニホルドの密封は維持される。また、幅広の接合用フランジの部分は、冷却能が高く、この部分からの放熱により、高温になり易い枝管の湾曲部の耐久性は向上する。
【００１６】
本発明の好ましい形態に係る排気マニホルドは、入口側にある複数の枝管が、出口側にある集合管に接続され、枝管から集合管へ流体が流れる排気マニホルドであって、少なくとも一対の枝管間に前記一対の枝管を互いに連通させる容積室を備え、前記容積室の前記流体の流れ方向に直交する断面積が、前記流体の流れ方向に沿って徐々に拡大するように形成され、枝管に流入した流体は容積室に流れ込むことによって徐々に膨張し、流速及び流体圧力が低下してから、集合管において他の枝管からの流体と合流する。このため、異なる枝管から排出される流体同士の干渉音を低減することができる。加えて、この干渉音によって生じる衝撃は低減されるから、排気マニホルドの耐久性も向上される。本発明の第１の視点における排気マニホルドは上記好ましい形態に係る構成を兼ね備えることにより、排気ガス干渉音の低減効果及び耐久性の向上効果は高まる。
【００１７】
【実施例】
図面を参照して本発明の実施例を以下に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施例に係る排気マニホルドの上部外観図である。
【００１９】
図１を参照して、本実施例の排気マニホルドにおいて、マニホルド本体１は、上側部材１ａと下側部材１ｂとからなり（図２参照）、マニホルド本体１の入口（吸入）側、と出口（排気）側には夫々取付フランジ２ａと２ｂが取り付けられている。
【００２０】
さらに、これら２つの上下側部材（１ａ、１ｂ）は各枝管（３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄ）及び集合管４の中心軸がある面を境として接合されている。
【００２１】
さらに、マニホルド本体１の入口側にある４本の枝管３ａ、３ｂ、３ｃ及び３ｄは出口側の集合管４と接続されている。ここで、枝管同士及び枝管と集合管の接続する部分の仮想的な管径は接続の都合上拡大している。
【００２２】
そしてまた、マニホルド本体１の外周に沿って、上側部材１ａには接合用フランジ部５ａが形成されており、不図示の下側部材１ｂの接合用フランジ部５ｂと溶接により接合されることにより、上下側部材（１ａ、１ｂ）は一体となっている。
【００２３】
ここで、最長の枝管３ａの湾曲部６の近傍の接合用フランジ部５ｃは、接合用フランジ部５ａ及び５ｂの一部分を指している。この湾曲部６で枝管中最長の枝管３ａは最も湾曲しており、かつ、集合管４と接続している。
【００２４】
そして、この接合用フランジ部５ｃは、接合用フランジの他の部分５ａ、５ｂ（枝管３の入口側、枝管３ｂと３ｃの間、枝管３ｃと３ｄの間、枝管３ｄと集合管４に沿った部分の接合用フランジ部）よりも幅広に形成されている。
【００２５】
また、隣接する一対の枝管３ａと３ｂとの間には、上下側部材（１ａ、１ｂ）より画成され、マニホルド本体１入口側から出口側に向かって流れ方向に直交する断面積が徐々に増加していく容積室７ａが設けられている。
【００２６】
同様に、夫々隣接する一対の、枝管３ｂと３ｃとの間及び枝管３ｃと３ｄとの間に、上下側部材（１ａ、１ｂ）により画成され、排気マニホルド本体１入口側から出口側に向かって流れ方向に直交する断面積が徐々に増加していく容積室７ｂと７ｃとが夫々設けられている。
【００２７】
図２は、図１に示す枝管３ｃと３ｄに隣接する容積室７ｃの、流れ方向に直交する断面を部分拡大して示す、マニホルド入口側から出口側へ順に、（Ａ）は図１中Ａ−Ａ線、（Ｂ）は図１中Ｂ−Ｂ線、（Ｃ）は図１中Ｃ−Ｃ線、及び（Ｄ）は図１中Ｄ−Ｄ線による断面図である。図３は、容積室７ｃの流れ方向に平行な断面を部分拡大して示す、図１のＥ−Ｅ線断面図である。
【００２８】
以下に、図２及び図３を参照して排気マニホルド１の排気ガス流入方向（入口から出口）に沿って容積室の構造を説明する。
【００２９】
図２（Ａ）を参照して、この断面図は、排気マニホルド本体１の入口側の断面を示し、上側部材１ａと下側部材１ｂは、枝管３ｃ及び枝管３ｄを画成し、上側部材１ａと下側部材１ｂは、枝管３ｃと３ｄの間の接合用フランジ部５ａ（上）と５ｂ（下）により接合している。
【００３０】
図２（Ｂ）を参照して、接合用フランジ部が分離して、枝管３ｃと枝管３ｄの間に、上側部材１ａと下側部材１ｂは、枝管３ｃ及び３ｄと連通する容積室７ｃを画成している。
【００３１】
図２（Ｃ）及び（Ｄ）を参照して、さらに、出口方向に向かって容積室７ｃの断面は徐々に拡大している。
【００３２】
このように、容積室７ｃにおいて、排気マニホルド本体１の入口側から出口側へ向かって、排気ガスの流れ方向に直交する容積室７ａの断面積は徐々に拡大されている。
【００３３】
さらに、容積室７ａ及び７ｂの構造も、容積室７ｃの構造と同様に形成されている。このような容積室（７ａ、７ｂ及び７ｃ）の構造によって、枝管（３ａ、３ｂ及び３ｃ）に流入した排気ガスは容積室（７ａ、７ｂ及び７ｃ）に流れ込むことによって徐々に膨張し、流速及びガス圧力が低下してから、集合管６で他の枝管からの排気ガスと合流する。このため、異なる枝管から排出される排気ガス同士の干渉音を低減することができる。
【００３４】
次に、図４は、図１の排気マニホルド本体１における、枝管３ａの外側の接合用フランジ部５ａの断面を拡大して示すものであり、（Ｆ）は、図１のＦ−Ｆ線による拡大断面図、（Ｇ）は、枝管３ａの湾曲部６にあたる図１のＧ−Ｇ線による拡大断面図である。
【００３５】
図４（Ｆ）を参照して、マニホルド本体１の入口側にあるＦ−Ｆ線上で、上側部材と下側部材は、夫々の接合用フランジ部５ａ、５ｂを介して溶接され、かつ、枝管３ａを画成している。
【００３６】
この本実施例のマニホルド本体１各所の接合用フランジ部（５ａ、５ｂ）の幅は、図１に示すように枝管３ａの湾曲部における接合用フランジ部５ｃの幅を除いて、略同一幅に形成されている。
【００３７】
続いて、図４（Ｇ）を参照して、枝管中最長の枝管３ａの湾曲部６における上側部材１ａと下側部材１ｂの接合用フランジ部５ｃの幅は、図４（Ｆ）に示す接合用フランジ部５ａ、５ｂの幅より広く形成されている。すなわち、この接合用フランジ部５ｃは排気マニホルド本体１の接合用フランジ部の中で最も幅広に形成されている。
【００３８】
このような排気マニホルドにおいて、高温の排気ガスが流れる場合に排気マニホルドは排気ガスの流入排出に伴う加熱冷却により伸縮される。
【００３９】
特に、多シリンダ内燃機関の排気側に接続している場合、各シリンダ毎に行程が異なり排気ガスの排出タイミングも異なっているため、各シリンダに接続する枝管には間欠的に排気ガスが流入することにより、枝管３は加熱冷却を繰り返し受け熱衝撃を受ける。さらに、排気マニホルドの入口側は高温のエンジンと連結し、出口側は低温の排気管と接続していることにより、排気マニホルドには熱応力が加わっている。
【００４０】
従って、排気マニホルドへの排気ガス流入・排出及びエンジンの作動・停止に伴い、上側部材１ａ及び下側部材１ｂは、夫々排気ガス流れ方向に伸び縮みを繰り返す。なかでも、最長の枝管３ａの湾曲部には、排気マニホルドの入口及び出口側から中心部に向けて、排気ガス流れ方向に沿って他の排気マニホルドの部分より高い圧縮応力が加わる。
【００４１】
このような上側部材１ａと１ｂを分離させようとする応力を、幅広に形成された接合用フランジ部５ｃによって吸収することができる。
【００４２】
即ち、最長の枝管３の湾曲部に排気マニホルドの上側部材１ａと下側部材１ｂを分離させようとする力が働いた場合、接合用フランジ部５ｃの内側（図４（Ｇ）中枝管３ａ側）はこの力を吸収して上下に多少分離しても、外側（排気マニホルド外周側）は密着していることにより、排気マニホルドの密封は維持される。また、幅広の接合用フランジ部５ｃによってこの力が吸収されることにより、排気マニホルドの他の部分への応力の伝播が抑制される。
【００４３】
好ましくは、図１に示すように幅広の接合用フランジ部５ｃは枝管の最も湾曲している部分（湾曲部６）、即ち曲率半径の最も小さい部分近傍の接合用フランジを幅広に形成することで、大きいこのような効果を得ることができる。
【００４４】
さらに、枝管３ａの湾曲部６近傍において幅広に形成された接合用フランジ部５ｃは、この部分の冷却面積も広くなっていることから、湾曲部６はこの接合用フランジ５ｃからの放熱によって、排気マニホルドの他の部分よりも強く冷却されることにより、この湾曲部の耐久性を向上させることができる。また、接合用フランジ部５ａ、５ｂの一部のみを幅広に形成することで、材料となる板金の大きさを削減できる。
【００４５】
ところで、上側部材１ａ及び下側部材１ｂは、夫々一枚の板金のプレス加工（塑性加工の一つ）により得られるために、低コストで歩留まり高く製造できる。なお、プレス加工によれば製品を薄厚かつ大幅に軽量化すること及び製品表面を滑らかに仕上げることができる。
【００４６】
さらにまた、上側部材１ａ及び下側部材１ｂの排気マニホルド本体１の内側となる面には、断熱コーティング及び錆び留めがなされている。これらの部材は別々に加工して半管状の形状を絞り出した後に、この両者を接合させるから、接合前に、排気マニホルド本体１内の全面に、必要に応じた内面処理を容易に施すことができる。
【００４７】
次に、本発明の一実施例の効果を確認するために、排気マニホルドを取付フランジ２ａを介して４サイクル多シリンダエンジンの排気側（シリンダヘッド）に取り付けて排気脈動試験を行ない、本発明の一実施例に係る排気マニホルドと、比較例として従来の排気マニホルドとを用いて、エンジンのクランク角（エンジン行程）に対する排気マニホルド出口における圧力変動を計測した。
【００４８】
図５に、上記実験に用いた本発明の一実施例に係る排気マニホルドのライン図、図６に、上記実験に用いた比較例に係る排気マニホルドのライン図を夫々示す。
【００４９】
この実験に用いた本発明の一実施例に係る排気マニホルドは、図１及び図５に示すような構造を有しており、枝管同士及び枝管と集合管の接続の都合上、枝管の集合する部分において、仮想的な管径は拡大している。
【００５０】
一方、図６を参照して、比較例の排気マニホルドは、本発明の実施例のような容積室はないが、やはり４本の枝管と１本の集合管を備えている。
【００５１】
そして図５及び図６を参照して、実施例と比較例においては夫々、枝管の入口付近の管径をＲ1とｒ1、２本の枝管（実施例では３ａと３ｂ）の集合する部分の仮想的な管径をＲ2とｒ2（但し、Ｒ2は枝管（３ｃ、３ｄ）と集合管４との接続前の枝管３ｃ及び３ｄの仮想的な管径に等しい）、及び集合管の管径をＲ3とｒ3とすると、Ｒ1＝ｒ1、Ｒ2＝ｒ2、Ｒ3＝ｒ3で、Ｒ2／Ｒ1＝ｒ2／ｒ1、Ｒ3／Ｒ2＝ｒ3／ｒ2の関係にあり、さらに、枝管入口から枝管の集合部分への距離をＬ1とｌ1、及び枝管入口から集合管出口までの距離をＬとｌとすると、Ｌ1＝ｌ1及びＬ＝ｌであり、そして両者の外枠寸法も実質的に同一である。
【００５２】
図７は、クランク角に対する排気マニホルドの出口の排気ガス圧力の変化を示す、排気行程中の圧力変動図である（実線は本実施例、点線は比較例）。
【００５３】
図７を参照して、本発明の一実施例の排気マニホルドを用いたことにより、排気ガス圧力のレベルが半分以下に低下し、かつ、ガス圧力のクランク角に対する変動が約1/3程度に減少したことが分かった。これによって、各枝管から出る排気ガス同士の干渉音は顕著に減少する。
【００５４】
本発明のその他の実施例を以下に説明する。
【００５５】
上記実施例においては、排気マニホルド１は板金の機械的加工により形成されているが、他の実施例においては、上記実施例の容積室を鋳造製の排気マニホルドにおいて設ける。
【００５６】
また他に、上記実施例においては、枝管の間全てに容積室を設けているが、他の実施例においては、容積室を２本の枝管のみの間に１つだけ設ける。
【００５７】
さらに他に、上記実施例では、最長の枝管の最も湾曲している部分の接合用フランジ部５ｃを幅広に形成しているが、他の実施例においては、枝管３ｂの湾曲部に沿った接合用フランジ部５ａを幅広に形成する。
【００５８】
そしてまた、上記実施例では、容積室７ｃの流れ方向に直交する断面の形状は略長方形であるが、他の実施例においては、略円又は楕円形に形成する。
【００５９】
また、上記実施例においては、プレス加工及び板金加工を用いて、一枚の板金から枝管及び集合管の管状形状を形成しているが、他の実施例においては、他の鍛造、圧延、押出し、引き抜き等の塑性加工、例えばプレス鍛造、スエージングにより板材の塑性加工をする。
【００６０】
また、上記実施例においては、排気マニホルド本体は、上側部材と下側部材との２部材を複数の枝管の略中心軸のある面で接合して組立てられているが、他の実施例においては、上記面に直交する断面で接合する。または、３以上の部材を接合して排気マニホルド本体を形成する。例えば、少なくとも２本の枝管部と一の容積室の半分を備える左側部材と、少なくとも他の２本の枝管部と一の容積室の他の半分を備える右側部材とを接合して、排気マニホルド本体を組立る。
【００６１】
以上、本発明を上記実施例に即して説明したが、本発明は上記態様にのみ限定されるものでなく、本発明の原理に準ずる各種態様を含むものである。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の視点における排気マニホルドによれば、上側部材と下側部材を分離させようとする応力は、幅広に形成された接合用フランジの部分によって吸収され、排気マニホルドの他の部分への応力の伝播が抑制され、かつ、排気マニホルドの密封は維持される。また、幅広の接合用フランジの部分は、冷却能が高く、この部分からの放熱により、高温になり易い枝管の湾曲部の耐久性は向上する。
【００６３】
上記第１の視点おいて、幅広の接合用フランジの部分は、枝管の内、最長の枝管の湾曲部近傍に設けられていることにより、上記応力の吸収能及び冷却能は向上される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る排気マニホルドの上部外観図である。
【図２】図１に示す枝管３ｃと３ｄ間の容積室７ｃの、流れ方向に直交する断面を部分拡大して示す。マニホルド入口側から出口側へ順に、（Ａ）は図１中Ａ−Ａ線、（Ｂ）は図１中Ｂ−Ｂ線、（Ｃ）は図１中Ｃ−Ｃ線、及び（Ｄ）は図１中Ｄ−Ｄ線による断面図である。
【図３】容積室７ｃの流れ方向に平行な断面を部分拡大して示す、図１のＥ−Ｅ線断面図である。
【図４】図１の排気マニホルド本体１における、枝管３ａの湾曲部６近傍の接合用フランジ部５ａの断面を拡大して示すものであり、（Ｆ）は、図１のＦ−Ｆ線による拡大断面図、（Ｇ）は、枝管３ａの湾曲部にあたる図１のＧ−Ｇ線による拡大断面図である。
【図５】排気脈動実験に用いた本発明の一実施例に係る排気マニホルドのライン図である。
【図６】同実験に用いた比較例に係る排気マニホルドのライン図である。
【図７】同実験において、クランク角に対する排気マニホルドの出口の排気ガス圧力の変化を示す、排気行程中の圧力変動図である（実線は実施例、点線は比較例）。
【符号の説明】
１排気マニホルド
１ａ上側部材
１ｂ下側部材
２ａ、２ｂ取付フランジ
３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ枝管
４集合管
５ａ、５ｂ接合用フランジ部
５ｃ接合用フランジ幅広部
６湾曲部
７ａ、７ｂ、７ｃ容積室
Ｒ1 管径（枝管の入口部分）
Ｒ2 管径（２本の枝管（実施例においては３ａと３ｂ）の仮想的な管径、但しＲ2は枝管（３ｃ、３ｄ）と集合管４との接続前の枝管３ｃ及び３ｄの仮想的な管径に等しい）
Ｒ3 管径（集合管）[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an improvement of an exhaust manifold, and more particularly to an exhaust manifold connected to an exhaust pipe of an internal combustion engine such as a vehicle.
[0002]
[Prior art]
As a conventional exhaust manifold, an exhaust manifold proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-171932 (Patent Document 1) has a boundary passing through a plane passing through the central axis of four branch pipes and a collecting pipe connected to these branch pipes. The outer two branch pipes are bent substantially at right angles to the collecting pipe side. On the outer circumference of the upper member and the lower member, a joining flange portion is formed with the same width, and further, the exhaust gas is rectified from each branch pipe to the portion where the branch pipe and the collecting pipe are connected between the branch pipes. A partition wall is attached to reduce interference noise between exhaust gases flowing in. In this exhaust manifold, an upper member and a lower member formed by pressing or sheet metal processing from one sheet metal are joined by a joining flange portion formed on the outer peripheral portion, and the entire outer periphery is welded to exhaust the exhaust manifold. I was assembling a manifold.
[0003]
Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-25815 (Japanese Utility Model Application No. 1-84986) (Patent Document 2) describes the heat of these branch pipes in an exhaust manifold that communicates with an exhaust port of a multi-cylinder engine and has a plurality of branch pipes. A structure in which a bellows-like thermal deformation absorbing portion is provided in a portion having a large deformation amount has been proposed.
[0004]
Further, in the conventional exhaust manifold proposed in the above Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-171932, the partition wall provided in the collecting pipe causes the exhaust gases flowing out from the branch pipes to rapidly collide with each other and interfere with each other. Accordingly, an object is to prevent a large interference sound, a shock wave, and a decrease in the engine output of the internal combustion engine.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 5-171932 [Patent Document 2]
Japanese Utility Model Publication No. 3-25815 (No. 1-84986)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, the exhaust manifold proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-171932 has a difference in the length of the branch pipes by assembling a plurality of branch pipes into one collecting pipe. Is curved. In particular, in the case of an exhaust manifold for an internal combustion engine for a vehicle, the external structure of the exhaust manifold is limited, and the degree of curve of the branch pipe is further increased due to space saving.
[0007]
In addition, when such an exhaust manifold is connected to the exhaust side of a cylinder of an internal combustion engine, high-temperature exhaust gas intermittently flows into the exhaust manifold, so that this exhaust manifold is subjected to thermal shock and heat caused by repeated heating and cooling. There is a problem that the durability of the exhaust manifold is reduced because cracks are likely to occur in the portions that are stressed and the shape is not linear, particularly the curved portion of the branch pipe.
[0008]
Further, in the exhaust manifold disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 3-25815 (Japanese Utility Model Application No. 1-84986), the bellows is provided in the branch pipe, so that the shape becomes complicated and the processing becomes difficult. In particular, when such an exhaust manifold is manufactured by joining two upper and lower members, it is difficult to accurately match the joining surfaces of the upper and lower members, which increases the processing cost.
[0009]
The exhaust manifold proposed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-171932 is provided with a partition, so that the exhaust gas flowing out from each branch pipe collides with the partition wall, or the exhaust gas flowing out from each branch pipe. The phenomenon that the gas suddenly merges at a high pressure at the part where the partition wall disappears causes interference sound of a large exhaust gas, and in addition, the impact applied to the exhaust manifold increases and the durability decreases. There is.
[0010]
Another object of the present invention is to provide an exhaust manifold that prevents the occurrence of cracks in the curved portion of the portion where the branch pipe and the collecting pipe are connected.
[0011]
[Means for achieving the object]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, at least an upper member and a lower member are included, and a plurality of inlet side branch pipes are connected to an outlet side collecting pipe, and the branch pipes At least one of the branch pipes having a curved portion, and an exhaust manifold having a joining flange for joining the upper member and the lower member, wherein the portion of the joining flange in the vicinity of the curved portion is It is characterized by being formed wider than the other flange portion for joining.
[0012]
In the first aspect of the present invention, it is preferable that a volume chamber that communicates the pair of branch pipes with each other between at least the pair of branch pipes among the plurality of branch pipes is provided, and the flow direction of the fluid in the volume chamber Is formed such that the cross-sectional area gradually expands along the fluid flow direction, the shapes of the upper member and the lower member are formed by plastic working, and the volume chamber is It is connected to two branch pipes adjacent thereto, a mounting flange is connected to the inlet side of the exhaust manifold, and the mounting flange is mounted to a cylinder head of an internal combustion engine.
[0013]
In the first aspect of the present invention, preferably, the wide joining flange portion is provided in the vicinity of the curved portion of the longest branch pipe among the branch pipes.
[0014]
An exhaust manifold according to a preferred embodiment of the present invention is an exhaust manifold in which a plurality of branch pipes on the inlet side are connected to a collecting pipe on the outlet side, and fluid flows from the branch pipe to the collecting pipe. A volume chamber that communicates the pair of branch pipes with each other, and a cross-sectional area perpendicular to the fluid flow direction of the volume chamber is formed so as to gradually expand along the fluid flow direction. It is characterized by being.
[0015]
[Action]
The exhaust manifold according to the first aspect of the present invention includes at least an upper member and a lower member, a plurality of branch pipes on the inlet side are connected to a collecting pipe on the outlet side, and at least one of the branch pipes is It is a branch pipe having a curved portion, and is an exhaust manifold provided with a joining flange for joining the upper member and the lower member, and a portion of the joining flange near the curved portion is wider than other joining flange portions. By being formed, the stress that causes the upper member and the lower member to be separated can be absorbed by the wide portion of the joining flange. That is, when a force is applied to the curved portion of the branch pipe to separate the upper member and the lower member of the exhaust manifold, the inner portion of the exhaust manifold at the wide flange portion absorbs this force and moves up and down. Even if it is somewhat separated, the outer side (exhaust manifold outer peripheral side) is in close contact, so that such a force is absorbed in the wide joint flange portion, and the stress is propagated to other parts of the exhaust manifold. It is constrained and the exhaust manifold seal is maintained. Moreover, the portion of the wide joint flange has a high cooling ability, and the durability of the curved portion of the branch pipe that is likely to become high temperature is improved by heat radiation from this portion.
[0016]
An exhaust manifold according to a preferred embodiment of the present invention is an exhaust manifold in which a plurality of branch pipes on the inlet side are connected to a collecting pipe on the outlet side, and fluid flows from the branch pipe to the collecting pipe, and includes at least a pair of branches. A volume chamber that communicates the pair of branch pipes with each other between the pipes, and a cross-sectional area perpendicular to the fluid flow direction of the volume chamber is formed so as to gradually expand along the fluid flow direction; The fluid that has flowed into the branch pipe gradually expands by flowing into the volume chamber, and after the flow velocity and fluid pressure are reduced, the fluid from the other branch pipes joins in the collecting pipe. For this reason, the interference sound of the fluids discharged from different branch pipes can be reduced. In addition, since the impact caused by the interference sound is reduced, the durability of the exhaust manifold is also improved. The exhaust manifold according to the first aspect of the present invention has the configuration according to the above preferred embodiment, so that the effect of reducing the exhaust gas interference noise and the effect of improving the durability are enhanced.
[0017]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is an upper external view of an exhaust manifold according to an embodiment of the present invention.
[0019]
Referring to FIG. 1, in the exhaust manifold of the present embodiment, the manifold body 1 includes an upper member 1 a and a lower member 1 b (see FIG. 2), an inlet (intake) side of the manifold body 1, and an outlet ( Mounting flanges 2a and 2b are mounted on the exhaust side.
[0020]
Further, these two upper and lower members (1 a, 1 b) are joined with the branch pipes (3 a, 3 b, 3 c, and 3 d) and the surface having the central axis of the collecting pipe 4 as a boundary.
[0021]
Further, the four branch pipes 3 a, 3 b, 3 c and 3 d on the inlet side of the manifold body 1 are connected to the outlet pipe 4. Here, the virtual pipe diameters of the branch pipes and portions where the branch pipes and the collecting pipe are connected are enlarged for convenience of connection.
[0022]
And, along the outer periphery of the manifold body 1, the upper member 1a is formed with a joining flange portion 5a, and by joining with a joining flange portion 5b of the lower member 1b (not shown) by welding, The upper and lower members (1a, 1b) are integrated.
[0023]
Here, the joining flange portion 5c in the vicinity of the curved portion 6 of the longest branch pipe 3a indicates a part of the joining flange portions 5a and 5b. The longest branch pipe 3 a in the branch pipe at the curved portion 6 is most curved and is connected to the collecting pipe 4.
[0024]
And this flange part 5c for joining is other parts 5a, 5b (the inlet side of the branch pipe 3, between the branch pipes 3b and 3c, between the branch pipes 3c and 3d, and between the branch pipe 3d and the collecting pipe) 4 is formed wider than the joining flange portion of the portion along 4.
[0025]
Further, between the adjacent branch pipes 3a and 3b, the upper and lower members (1a, 1b) are defined, and the cross-sectional area perpendicular to the flow direction from the inlet side of the manifold body 1 toward the outlet side gradually increases. A volume chamber 7a is provided.
[0026]
Similarly, it is defined by upper and lower members (1a, 1b) between a pair of adjacent branch pipes 3b and 3c and between the branch pipes 3c and 3d, respectively, from the inlet side to the outlet side of the exhaust manifold body 1 Volume chambers 7b and 7c, in which the cross-sectional area perpendicular to the flow direction gradually increases toward each, are provided.
[0027]
FIG. 2 is a partially enlarged view of a cross-section orthogonal to the flow direction of the volume chamber 7c adjacent to the branch pipes 3c and 3d shown in FIG. 1, in order from the manifold inlet side to the outlet side, (A) in FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 1, FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line C-C in FIG. 1, and FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG. 1, showing a partially enlarged cross section parallel to the flow direction of the volume chamber 7 c.
[0028]
The structure of the volume chamber will be described below along the exhaust gas inflow direction (inlet to outlet) of the exhaust manifold 1 with reference to FIGS.
[0029]
Referring to FIG. 2A, this cross-sectional view shows a cross section on the inlet side of the exhaust manifold body 1, and the upper member 1a and the lower member 1b define a branch pipe 3c and a branch pipe 3d, and The member 1a and the lower member 1b are joined by joining flange portions 5a (upper) and 5b (lower) between the branch pipes 3c and 3d.
[0030]
Referring to FIG. 2 (B), the connecting flange portion is separated, and the upper member 1a and the lower member 1b are connected to the branch pipes 3c and 3d between the branch pipe 3c and the branch pipe 3d. 7c is defined.
[0031]
Referring to FIGS. 2C and 2D, the cross section of the volume chamber 7c gradually expands toward the outlet direction.
[0032]
Thus, in the volume chamber 7c, the cross-sectional area of the volume chamber 7a perpendicular to the flow direction of the exhaust gas is gradually enlarged from the inlet side to the outlet side of the exhaust manifold body 1.
[0033]
Further, the structures of the volume chambers 7a and 7b are formed in the same manner as the structure of the volume chamber 7c. Due to the structure of the volume chambers (7a, 7b and 7c), the exhaust gas flowing into the branch pipes (3a, 3b and 3c) gradually expands by flowing into the volume chambers (7a, 7b and 7c), and the flow velocity After the gas pressure is reduced, the collecting pipe 6 joins the exhaust gas from the other branch pipes. For this reason, the interference sound of the exhaust gases discharged from different branch pipes can be reduced.
[0034]
Next, FIG. 4 is an enlarged view of a cross section of the joining flange portion 5a outside the branch pipe 3a in the exhaust manifold body 1 of FIG. 1, and FIG. 4 (F) is a FF line of FIG. (G) is an expanded sectional view by the GG line of FIG. 1 which hits the curved part 6 of the branch pipe 3a.
[0035]
Referring to FIG. 4 (F), on the FF line on the inlet side of the manifold body 1, the upper member and the lower member are welded via the respective connecting flange portions 5a and 5b, and the branch A tube 3a is defined.
[0036]
The widths of the joint flange portions (5a, 5b) at various locations in the manifold body 1 of this embodiment are substantially the same except for the width of the joint flange portion 5c in the curved portion of the branch pipe 3a as shown in FIG. Is formed.
[0037]
Subsequently, referring to FIG. 4G, the width of the flange portion 5c for joining the upper member 1a and the lower member 1b in the curved portion 6 of the longest branch pipe 3a in the branch pipe is as shown in FIG. It is formed wider than the widths of the flange portions 5a and 5b for bonding shown. That is, the joining flange portion 5c is formed to be the widest among the joining flange portions of the exhaust manifold body 1.
[0038]
In such an exhaust manifold, when high-temperature exhaust gas flows, the exhaust manifold is expanded and contracted by heating and cooling accompanying inflow and exhaust of exhaust gas.
[0039]
In particular, when connected to the exhaust side of a multi-cylinder internal combustion engine, the stroke is different for each cylinder and the exhaust gas discharge timing is also different, so the exhaust gas flows intermittently into the branch pipe connected to each cylinder. By doing so, the branch pipe 3 is repeatedly heated and cooled and receives a thermal shock. Further, the exhaust manifold is connected to a high-temperature engine, and the outlet side is connected to a low-temperature exhaust pipe, so that thermal stress is applied to the exhaust manifold.
[0040]
Therefore, the upper member 1a and the lower member 1b repeat expansion and contraction in the exhaust gas flow direction as the exhaust gas flows into and out of the exhaust manifold and the engine is operated and stopped. In particular, the bending portion of the longest branch pipe 3a is subjected to higher compressive stress along the exhaust gas flow direction from the inlet and outlet sides of the exhaust manifold toward the center than the other exhaust manifold portions.
[0041]
Such a stress that attempts to separate the upper members 1a and 1b can be absorbed by the wide flange portion 5c.
[0042]
That is, when a force for separating the upper member 1a and the lower member 1b of the exhaust manifold is applied to the curved portion of the longest branch tube 3, the inner side of the joining flange portion 5c (FIG. 4G) Even if the 3a side absorbs this force and separates it up and down somewhat, the outside (exhaust manifold outer peripheral side) is in close contact with each other, so that the exhaust manifold is kept sealed. Further, by absorbing this force by the wide joining flange portion 5c, the propagation of stress to other parts of the exhaust manifold is suppressed.
[0043]
Preferably, as shown in FIG. 1, the wide joining flange portion 5c forms a widest portion of the branch pipe (curved portion 6), that is, a joining flange near the portion having the smallest curvature radius. Thus, such a large effect can be obtained.
[0044]
Further, since the joining flange portion 5c formed wide in the vicinity of the curved portion 6 of the branch pipe 3a has a large cooling area, the curved portion 6 is radiated from the joining flange 5c by heat radiation. By cooling more strongly than the other part of the exhaust manifold, the durability of the curved portion can be improved. Moreover, the size of the sheet metal used as a material can be reduced by forming only part of the joining flange portions 5a and 5b wide.
[0045]
By the way, since the upper member 1a and the lower member 1b are each obtained by pressing one sheet metal (one of plastic working), they can be manufactured at a low cost and with a high yield. In addition, according to press work, a product can be reduced in thickness and weight significantly, and the product surface can be finished smoothly.
[0046]
Furthermore, the surface which becomes the inner side of the exhaust manifold main body 1 of the upper member 1a and the lower member 1b is heat-insulating and rusted. Since these members are separately processed to squeeze out the semi-tubular shape, the two are joined together. Therefore, before joining, the entire inner surface of the exhaust manifold body 1 can be easily subjected to inner surface treatment as necessary. it can.
[0047]
Next, in order to confirm the effect of one embodiment of the present invention, an exhaust manifold is attached to the exhaust side (cylinder head) of the four-cycle multi-cylinder engine via the mounting flange 2a, and an exhaust pulsation test is performed. Using an exhaust manifold according to one embodiment and a conventional exhaust manifold as a comparative example, pressure fluctuations at the outlet of the exhaust manifold with respect to an engine crank angle (engine stroke) were measured.
[0048]
FIG. 5 shows a line diagram of an exhaust manifold according to an embodiment of the present invention used in the experiment, and FIG. 6 shows a line diagram of an exhaust manifold according to a comparative example used in the experiment.
[0049]
The exhaust manifold according to an embodiment of the present invention used in this experiment has a structure as shown in FIGS. 1 and 5 and is provided with a branch pipe for convenience of connection between the branch pipes and between the branch pipe and the collecting pipe. In the gathering part, the virtual pipe diameter is enlarged.
[0050]
On the other hand, referring to FIG. 6, the exhaust manifold of the comparative example does not have a volume chamber as in the embodiment of the present invention, but also includes four branch pipes and one collecting pipe.
[0051]
5 and FIG. 6, in the example and the comparative example, the diameters of the branch pipes near the entrance of the branch pipes are R1 and r1, and portions where two branch pipes (3a and 3b in the embodiment) are assembled. R2 and r2 (where R2 is equal to the virtual diameter of the branch pipes 3c and 3d before connection of the branch pipes (3c, 3d) and the collecting pipe 4), and the collecting pipe Assuming that the pipe diameters are R3 and r3, R1 = r1, R2 = r2, R3 = r3, R2 / R1 = r2 / r1, R3 / R2 = r3 / r2, and a branch pipe from the branch pipe entrance. L1 and l1, and the distance from the branch pipe inlet to the collecting pipe outlet as L and l, L1 = l1 and L = 1, and the outer frame dimensions of both are substantially the same. It is.
[0052]
FIG. 7 is a pressure fluctuation diagram during the exhaust stroke showing a change in the exhaust gas pressure at the outlet of the exhaust manifold with respect to the crank angle (the solid line is the present embodiment, and the dotted line is the comparative example).
[0053]
Referring to FIG. 7, by using the exhaust manifold of one embodiment of the present invention, the exhaust gas pressure level is reduced to less than half and the fluctuation of the gas pressure with respect to the crank angle is reduced to about 1/3. It turned out that it decreased. As a result, the interference sound between the exhaust gases coming out of the branch pipes is significantly reduced.
[0054]
Other embodiments of the present invention will be described below.
[0055]
In the above embodiment, the exhaust manifold 1 is formed by mechanical processing of sheet metal, but in another embodiment, the volume chamber of the above embodiment is provided in a cast exhaust manifold.
[0056]
In addition, in the above embodiment, the volume chamber is provided between all the branch pipes, but in another embodiment, only one volume chamber is provided between the two branch pipes.
[0057]
In addition, in the above-described embodiment, the joining flange portion 5c of the longest curved portion of the longest branch pipe is formed to be wide, but in other embodiments, along the curved portion of the branch pipe 3b. The joining flange portion 5a is formed wide.
[0058]
In the above-described embodiment, the shape of the cross section perpendicular to the flow direction of the volume chamber 7c is substantially rectangular, but in other embodiments, it is formed in a substantially circular or elliptical shape.
[0059]
Further, in the above embodiment, the tubular shape of the branch pipe and the collecting pipe is formed from a single sheet metal using press working and sheet metal working, but in other embodiments, other forging, rolling, The plate material is plastically processed by plastic processing such as extrusion and drawing, for example, press forging and swaging.
[0060]
Further, in the above embodiment, the exhaust manifold main body is assembled by joining the two members of the upper member and the lower member on the surface having the substantially central axis of the plurality of branch pipes. Are joined in a cross section perpendicular to the plane. Alternatively, the exhaust manifold body is formed by joining three or more members. For example, a left side member including at least two branch pipe portions and a half of one volume chamber is joined to a right side member including at least another two branch pipe portions and the other half of the one volume chamber, Assemble the exhaust manifold body.
[0061]
As mentioned above, although this invention was demonstrated according to the said Example, this invention is not limited only to the said aspect, Various aspects based on the principle of this invention are included.
[0062]
【The invention's effect】
As described above, according to the exhaust manifold according to the first aspect of the present invention, the stress for separating the upper member and the lower member is absorbed by the wide portion of the joining flange, Stress propagation to other parts of the manifold is suppressed and the exhaust manifold seal is maintained. Moreover, the portion of the wide joint flange has a high cooling ability, and the durability of the curved portion of the branch pipe that is likely to become high temperature is improved by heat radiation from this portion.
[0063]
In the first aspect, the portion of the wide joining flange is provided in the vicinity of the curved portion of the longest branch pipe among the branch pipes, so that the ability to absorb and cool the stress is improved. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an upper external view of an exhaust manifold according to an embodiment of the present invention.
2 is a partially enlarged view of a cross section perpendicular to the flow direction of a volume chamber 7c between branch pipes 3c and 3d shown in FIG. In order from the manifold inlet side to the outlet side, (A) is the AA line in FIG. 1, (B) is the BB line in FIG. 1, (C) is the CC line in FIG. 1, and (D) is It is sectional drawing by the DD line in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the line EE of FIG. 1, showing a partially enlarged cross section parallel to the flow direction of the volume chamber 7c.
4 is an enlarged cross-sectional view of a joining flange portion 5a in the vicinity of the curved portion 6 of the branch pipe 3a in the exhaust manifold body 1 of FIG. 1, and FIG. 4 (F) is a FF line in FIG. (G) is an expanded sectional view by the GG line of FIG. 1 which corresponds to the curved part of the branch pipe 3a.
FIG. 5 is a line diagram of an exhaust manifold according to an embodiment of the present invention used in an exhaust pulsation experiment.
FIG. 6 is a line diagram of an exhaust manifold according to a comparative example used in the experiment.
FIG. 7 is a pressure fluctuation diagram during the exhaust stroke showing a change in the exhaust gas pressure at the outlet of the exhaust manifold with respect to the crank angle in the same experiment (the solid line is an example and the dotted line is a comparative example).
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust manifold 1a Upper member 1b Lower member 2a, 2b Mounting flange 3a, 3b, 3c, 3d Branch pipe 4 Collecting pipe 5a, 5b Joining flange part 5c Joining flange wide part 6 Curved part 7a, 7b, 7c Volume chamber R1 pipe diameter (entrance of branch pipe)
R2 pipe diameter (virtual pipe diameter of two branch pipes (3a and 3b in the embodiment), where R2 is the branch pipes 3c and 3d before connection of the branch pipes (3c, 3d) and the collecting pipe 4 (Equal to virtual pipe diameter)
R3 pipe diameter (collecting pipe)

Claims

At least an upper member and a lower member,
The plurality of branch pipes on the inlet side are connected to the collecting pipe on the outlet side, and at least one of the branch pipes is a branch pipe having a curved portion,
An exhaust manifold having a joining flange for joining the upper member and the lower member,
The exhaust manifold is characterized in that a portion of the joining flange in the vicinity of the curved portion is formed wider than the other joining flange portions.

The exhaust manifold according to claim 1, wherein the wide connecting flange portion is provided in the vicinity of the curved portion of the longest branch pipe among the branch pipes.

Of the plurality of branch pipes,
A volume chamber that communicates the pair of branch pipes with each other between at least a pair of branch pipes, and a cross-sectional area perpendicular to the fluid flow direction of the volume chamber gradually increases along the fluid flow direction. Formed into
The shape of the said upper side member and the said lower side member is formed by plastic working, The said volume chamber is connected to each two branch pipes adjacent to it, The said Claim 2 characterized by the above-mentioned. Exhaust manifold.