JP4187838B2 - 排気マニホールドの二重排気単管製造方法 - Google Patents

排気マニホールドの二重排気単管製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は,エンジンに接合される上部フランジに一端が結合されて曲がる曲がり部と,この曲がり部の他端に連なりこの曲がり部を排気集合管に連通する直線部とをそれぞれ有すると共に,前記曲がり部の中心線の曲率半径が互いに等しい内側単管及び外側単管を,それらに間に筒状の断熱空間を存して相互に嵌合してなる,排気マニホールドの二重排気単管を製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
エンジンに接合される上部フランジに一端が結合されて曲がる曲がり部と,この曲がり部及び排気集合管を相互に連結する直線部とをそれぞれ有する内側単管及び外側単管とを内外二重に配置してなる,排気マニホールドの二重排気単管は,例えば実公平2−40249号公報に開示されているように,公知である。
【0003】
このような二重排気単管の製造に当たり,小径鋼管及び大径鋼管から内側単管及び外側単管を個別に成形した後では,これらを嵌合して組合わせることはできないので,従来では,予め内外二重に配置した小径鋼管及び大径鋼管の間に設けられる筒状の断熱空間に砂又は氷を充填し,この状態で小径鋼管及び大径鋼管をパイプベンダにより同時に曲げて曲がり部を成形し,その後,先に充填した砂を排出するか,氷を解かして排出することが行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の上記製造方法によれば,小径鋼管及び大径鋼管を同時に曲げるため,内側及び外側単管の両曲がり部の同心精度を出し難く,特に曲がり部に充分に小さい曲率半径を与えようとすると,内側及び外側単管が曲がり部で接触を起こし,正常な断熱空間が確保されなくなる。したがって,従来方法では,二重排気単管の曲がり部の曲率半径を小さくするのに限界がある。
【0005】
しかしながら,自動車のエンジンルームの限られたスペースに排気マニホールドを容易に配置できるようにするため,二重排気単管の曲がり部の曲率半径を極力小さくすることに強い要請がある。
【0006】
本発明は,かゝる事情に鑑みてなされたもので,曲がり部の曲率半径を充分に小さくしても,内側及び外側単管の高い同心精度を確保して,内側及び外側単管間に筒状の断熱空間を確実に形成し得る,前記排気マニホールドの二重排気単管製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために,本発明は,エンジンに接合される上部フランジに一端が結合されて曲がる曲がり部と,この曲がり部の他端に連なりこの曲がり部を排気集合管に連通する直線部とをそれぞれ有すると共に,前記曲がり部の中心線の曲率半径が互いに等しい内側単管及び外側単管,それらに間に筒状の断熱空間を存して相互に嵌合してなる,排気マニホールドの二重排気単管を製造するに当たり,小径鋼管及び大径鋼管から内側単管及び外側単管を個別に成形し,その内側単管の直線部の端部には,その外周面より隆起するビード部を形成し前記外側単管を曲がり部と直線部とに分割し,該外側単管の曲がり部を長手方向に回動させながら前記内側単管の曲がり部の外周に嵌合した後,外側単管及び内側単管の曲がり部の前記一端同士を密着させて前記上部フランジに溶接し,また,前記外側単管の直線部を,前記内側単管の直線部の外周に嵌合して,前記ビード部を前記外側単管の内周面に摺動自在に接触させた後,前記外側単管の曲がり部及び直線部をその両者の当接部で相互に溶接することを第1の特徴とする。
【0008】
この第1の特徴によれば,先ず,小径鋼管及び大径鋼管から内側単管及び外側単管を個別に成形するので,内側及び外側単管にそれぞれ充分に小さい曲率半径でも所望通りの精度で与えることができる。
【0009】
また外側単管を曲がり部と直線部とに分割し,その曲がり部及び直線部を,内側単管の曲がり部及び直線部の各外周にそれぞれ嵌合し,その外側単管の曲がり部及び直線部をその両者の当接部で相互に溶接して結合したので,内側及び外側単管を相互干渉させることなく高い同心精度で組立てることができ,それらの間に筒状の断熱空間を確実に形成することができる。
【0010】
また本発明は,上記特徴に加えて,分割された外側単管の曲がり部及び直線部を相互に結合するに当たり,該曲がり部及び直線部の分割端部に互いに印籠嵌合し得る嵌合雌部及び嵌合雄部を形成し,これら嵌合雌部及び嵌合雄部を相互に嵌合して溶接することを第2の特徴とする。
【0011】
この第2の特徴によれば,分割された外側単管の曲がり部及び直線部を結合する際,嵌合雌部及び嵌合雄部の印籠嵌合により,曲がり部及び直線部の同軸精度を容易に高めることができ,延いては内側及び外側単管の同心精度をより高めることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を,添付図面に示す本発明の実施例に基づいて以下に説明する。
【0013】
図1は保温型排気マニホールドと,これを接合したエンジンの側面図,図2は上記排気マニホールドの正面図,図3は図2の3−3線断面図,図4は図1の4−4線断面図,図5は図4の5−5線断面図,図6は上記排気マニホールドの二重排気単管の製造工程図である。
【0014】
先ず,図1〜図5に基づいて,本発明方法により製造する二重排気単管を備える保温型排気マニホールドの構造について説明する。
【0015】
図1及び図2において,4気筒エンジンEのシリンダヘッド1の前面に,その気筒に対応して4本の排気ポート21 〜24 が開口しており,これら排気ポート21 〜24 から排出される排ガスを誘導する保温型排気マニホールドMが複数のスタッドボルト3及びナット4によりシリンダヘッド1に取付けられる。
【0016】
上記排気マニホールドMは,前記4本の排気ポート21 〜24 に個別に連通する4本の二重排気単管51 〜54 を備えており,これらを図2で左側から第1〜第4二重排気単管と呼ぶことにする。
【0017】
第1〜第4二重排気単管51 〜54 は,それぞれ,上流端から略90°の角度範囲で曲がる曲がり部Cと,この曲がり部Cの終端から直線状に延び直線部Sとからなっている。
【0018】
第1〜第4二重排気単管51 〜54 の上流側端部には上部フランジ7が接続され,第2及び第3二重排気単管52 ,53 の下流側端部には第1排気集合管61が接続され,第1及び第4二重排気単管514 の下流側端部には第2排気集合管62 が接続される。そして第1及び第2排気集合管61 ,62 の下流側端部には下部フランジ8が接続される。上部フランジ7は,前記スタッドボルト3及びナット4によりシリンダヘッド1に固着されるものであり,下部フランジ8には,車両の床下に配置される図示しない共通の触媒コンバータ(排気浄化装置)に連なる中間排気管21が接続される。尚,下部フランジ8には,上記触媒コンバータを直接接続することもできる。
【0019】
図3に示すように,各二重排気単管51 〜54 は,内外2重に配置した内側単管10及び外側単管11からなるもので,内側及び外側単管10,11間には筒状の断熱空間12が形成される。内側単管10は薄肉のステンレス鋼管製であり,外側単管11もステンレス鋼管製であるが,内側単管10よりは厚肉である。
【0020】
外側単管11の上流側端部は,内側単管10の上流側端部外周面に嵌合するように縮径され,それらの上流側端部が上部フランジ7の,対応する排気ポート21 〜24 に連なる通孔131 〜134 に嵌合されると共に,その通孔131 〜134 の内周面に溶接により固着される。
【0021】
内側単管10の下流側端部には,その内周側からの拡径により外周面に環状に隆起する横断面円弧状のビード部14が形成され,このビード部14が外側単管11の内周面に摺動自在に嵌合される。こうして内側単管10の下流側端部は,外側単管11に摺動自在に支承される。
【0022】
また各排気集合管61 ,62 は,内外二重に配置した内側集合管15及び外側集合管16からなるもので,内側及び外側集合管15,16の間にも断熱空間17が形成される。内側集合管15は,薄肉のステンレス鋼板製の一対の内側集合管半体15a,15bの相対向する端部を相互に重ね,その重ね部全体を溶接して構成される。その際,内側集合管15の上流側端部には,内側二股管18,18が形成され,これらに,対応する2本の前記外側単管11,11の下流側端部が嵌入される。
【0023】
また外側集合管16もステンレス鋼板製の一対の外側集合管半体16a,16bの相対向する端部を相互に重ね,その重ね部全体を溶接して構成されるが,その板厚は内側集合管15より厚い。この外側集合管16の上流側端部には,上記内側二股管18,18をそれぞれ覆う外側二股管19,19が形成される。この外側二股管19,19の先端部は内側二股管18,18の外周面に嵌合するように縮径され,それらの嵌合部が,対応する2本の前記外側単管11,11の下流側端部外周面に溶接により固着される。
【0024】
図4及び図5に示すように,外側集合管16の下流側端部には前記下部フランジ8が溶接により固着される。またこの外側集合管16の下流側端部の内周面には,ステンレスワイヤを編んでなる環状二つ割りのメッシュ部材20が溶接により付設され,このメッシュ部材20の内周面に内側集合管15の下流側端部が摺動自在に嵌合される。こうして内側集合管15の下流側端部は,メッシュ部材20を介して外側集合管16に摺動自在に支承される。
【0025】
而して,エンジンEの作動中,排ガスが4本の排気ポート21 ,22 ,24 ,23 から第1二重排気単管51 ,第2二重排気単管52 ,第4二重排気単管54,第3二重排気単管53 に順次排出される。そして第1及び第4二重排気単管51 ,54 を通過した排ガスは第1排気集合管61 で合流し,第2及び第3二重排気単管52 ,53 を通過した排ガスは第2排気合流管62 で合流し,その後,排ガスは中間排気管21で更に合流しながら図示しない共通の触媒コンバータへと誘導され,浄化される。
【0026】
ところで,各二重排気単管51 〜54 は内外二重配置の内側単管10及び外側単管11から構成され,その内側単管10は薄肉に形成されると共に,内側及び外側単管10,11の間には断熱空間12が形成され,また各排気集合管61 ,62 も内外二重配置の内側集合管15及び外側集合管16から構成され,その内側集合管15は薄肉に形成されると共に,内側及び外側集合管15,16の間にも断熱空間17が形成されるので,ヒートマスの小なる内側単管10及び内側集合管15は,その内部を流れる高温の排ガスにより加熱されて速やかに昇温し,これが断熱空間12,17により保温される。したがって,後続の排ガスを,その温度低下を抑えながら前記触媒コンバータへ誘導して,その活性化を促進し,排ガスの浄化効率を高めることができる。
【0027】
その間に,各二重排気単管51 〜54 においては,内側単管10に外側単管11側よりも大きな軸方向の熱伸びが生ずるが,その伸びに伴い内側単管10の下流側端部外周面の環状ビード部14が,それを支承する外側単管11の内周面に対して摺動し,内側及び外側単管10,11の軸方向の熱伸びの差が吸収される。
【0028】
また特に,内側単管10の下流側端部外周面に隆起させた環状のビード部14は,内側単管10の下流側端部の剛性強化に大いに寄与するものであるから,内側単管10が薄肉であるのも拘らず,このビード部14及び外側単管11との摺動部に,排ガスの圧力脈動等による振動を受けても,ビビリ音の発生を防ぐことができる。
【0029】
また各排気集合管61 ,62 においても,内側集合管15に外側集合管16側よりも大きな軸方向の熱伸びが生ずるが,その伸びに伴い内側集合管15の下流側端部が,外側集合管16に支持されるメッシュ部材20に対して摺動し,内側及び外側集合管15,16の軸方向の熱伸びの差が吸収される。また内側及び外側集合管15,16の下流側端部は比較的大径であるから,これらの周方向の熱伸びの差も無視できないが,その差は上記メッシュ部材20の圧縮変形により吸収される。
【0030】
このように,保温型排気マニホールドMにおいて,内外二重壁の軸方向の熱伸びの差を吸収する摺動部を各二重排気単管51 〜54 の下流側端部と各排気集合管61 ,62 の下流側端部とに分けて設けることにより,各摺動部での摺動ストロークを小さく設定することが可能となり,摺動過程で,その摺動部相互に傾き起こり難くなり,排気マニホールドM各部に熱歪みが生ずることを効果的に防ぎ,その耐久性の向上を図ることができる。
【0031】
さて,図6を参照しながら上記各二重排気単管51 〜54 の製造方法について説明する。
【0032】
先ず図6(a)において,内側単管10及び外側単管11に対応した直径及び長さを有する小径のステンレス鋼管及び大径のステンレス鋼管を用意し,これらを個別にパイプベンダにかけて,図6(a)に示すように,それぞれ曲がり部C及び直線部Sを有する内側単管10及び外側単管11を個別に成形し,その際,内側単管10の直線部Sの端部にビード部14を形成する
【0033】
次に,図6(b)に示すように,外側単管11を,その曲がり部Cと直線部Sとで二分割すると共に,その分割端部には相互に印籠嵌合し得る嵌合雌部22及び嵌合雄部23(図3参照)を形成する。
【0034】
続いて,図6(c)に示すように,外側単管11の曲がり部Cを内側単管10の曲がり部C外周に矢印方向に回動させながら嵌合し,また,外側単管11の直線部Sをビード部14に摺動自在に接触させながら内側単管10の直線部S外周に嵌合した後,図6(d)に示すように,嵌合雌部22及び嵌合雄部23を相互に印籠嵌合して,溶接により結合する。こうして各二重排気単管51〜54 は完成される。
【0035】
このように,内側単管10及び外側単管11は,小径鋼管及び大径鋼管から個別に成形されるので,それぞれの曲がり部Cを充分に小さい曲率半径をもって高精度に成形することができる。また外側単管11を曲がり部Cと直線部Sとで二分割し,その曲がり部C及び直線部Sを,内側単管10の曲がり部C及び直線部Sの各外周にそれぞれ嵌合するので,内側単管10の曲がり部Cと外側単管11の直線部S,外側単管11の曲がり部Cと内側単管10の直線部Sをそれぞれ干渉させることなく,両単管10,11を相互に容易に嵌合させることができる。そして両単管10,11の嵌合後,外側単管11の曲がり部C及び直線部Sを,それらの嵌合雌部22及び嵌合雄部23を印籠嵌合した状態で溶接により相互に結合するので,完成した各排気単管51 〜54 は,曲がり部Cの曲率半径が充分に小さいにも拘らず,外側単管11の曲がり部C及び直線部Sの同軸精度,並びに内側及び外側単管10,11の同心精度を高く確保でき,筒状の断熱空間の形成が確実となる。
【0036】
このように曲がり部Cの曲率半径が充分に小さい二重排気単管51 〜54 を備えた排気マニホールドMをエンジンEに取付けると,エンジンE前面からの各二重排気単管51 〜54 の張出し量を小さく抑えることができ,したがって,エンジンルームの限られた狭いスペースでも排気マニホールドMの設置を容易に行うことができるようになる。
【0037】
以上,本発明の実施例を詳述したが,本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。例えば,外側単管11の成形に際しては,その曲がり部C及び直線部Sに対応して予め鋼管を二分割しておき,その二分割した鋼管により外側単管11の曲がり部C及び直線部Sを成形するようにしてもよい
【0038】
【発明の効果】
以上のように本発明の第1の特徴によれば,エンジンに接合される上部フランジに一端が結合されて曲がる曲がり部と,この曲がり部の他端に連なりこの曲がり部を排気集合管に連通する直線部とをそれぞれ有すると共に,前記曲がり部の中心線の曲率半径が互いに 等しい内側単管及び外側単管,それらに間に筒状の断熱空間を存して相互に嵌合してなる,排気マニホールドの二重排気単管を製造するに当たり,小径鋼管及び大径鋼管から内側単管及び外側単管を個別に成形し,その内側単管の直線部の端部には,その外周面より隆起するビード部を形成し前記外側単管を曲がり部と直線部とに分割し,該外側単管の曲がり部を長手方向に回動させながら前記内側単管の曲がり部の外周に嵌合した後,外側単管及び内側単管の曲がり部の前記一端同士を密着させて前記上部フランジに溶接し,また,前記外側単管の直線部を,前記内側単管の直線部の外周に嵌合して,前記ビード部を前記外側単管の内周面に摺動自在に接触させた後,前記外側単管の曲がり部及び直線部をその両者の当接部で相互に溶接するので,曲がり部の曲率半径が充分に小さく,しかも内側及び外側単管の同心精度が高く,内側及び外側単管間に筒状の断熱空間を確実に形成し得る排気マニホールドの二重排気単管を容易に提供することができる。
【0039】
また本発明の第2の特徴によれば,分割された外側単管の曲がり部及び直線部を相互に結合するに当たり,該曲がり部及び直線部の分割端部に互いに印籠嵌合し得る嵌合雌部及び嵌合雄部を形成し,これら嵌合雌部及び嵌合雄部を相互に嵌合して溶接するので,分割された外側単管の曲がり部及び直線部を結合する際,嵌合雌部及び嵌合雄部の印籠嵌合により,曲がり部及び直線部の同軸精度を容易に高めることができ,延いては内側及び外側単管の同心精度をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 保温型排気マニホールドと,これを接合したエンジンの側面図。
【図2】 上記排気マニホールドの正面図。
【図3】 図2の3−3線断面図。
【図4】 図1の4−4線断面図。
【図5】 図4の5−5線断面図。
【図6】 上記排気マニホールドの二重排気単管の製造工程図。
【符号の説明】
E・・・・・エンジン
M・・・・・排気マニホールド
C・・・・・曲がり部
T・・・・・直線部
1 〜54 ・・・二重排気単管
1 ,62 ・・・排気集合管
7・・・・・上部フランジ
10・・・・内側単管
11・・・・外側単管
12・・・・断熱空間
14・・・・ビード部
22・・・・嵌合雌部
23・・・・嵌合雄部

Claims (2)

  1. エンジン(E)に接合される上部フランジ(7)に一端が結合されて曲がる曲がり部(C)と,この曲がり部(C)の他端に連なりこの曲がり部(C)を排気集合管(61 ,62 )に連通する直線部(S)とをそれぞれ有すると共に,前記曲がり部(C)の中心線の曲率半径が互いに等しい内側単管(10)及び外側単管(11)を,それらに間に筒状の断熱空間(12)を存して相互に嵌合してなる,排気マニホールドの二重排気単管を製造するに当たり,
    小径鋼管及び大径鋼管から内側単管(10)及び外側単管(11)を個別に成形し,その内側単管(10)の直線部(S)の端部には,その外周面より隆起するビード部(14)を形成し
    前記外側単管(11)を曲がり部(C)と直線部(S)とに分割し,該外側単管(11)の曲がり部(C)を長手方向に回動させながら前記内側単管(10)の曲がり部(C)の外周に嵌合した後,外側単管(11)及び内側単管(10)の曲がり部(C)の前記一端同士を密着させて前記上部フランジ(7)に溶接し,
    また,前記外側単管(11)の直線部(S)を,前記内側単管(10)の直線部(S)の外周に嵌合して,前記ビード部(14)を前記外側単管(11)の内周面に摺動自在に接触させた後,前記外側単管(11)の曲がり部(C)及び直線部(S)をその両者の当接部で相互に溶接することを特徴とする,排気マニホールドの二重排気単管製造方法。
  2. 請求項1記載の排気マニホールドの二重排気単管製造方法において,
    分割された外側単管(11)の曲がり部(C)及び直線部(S)を相互に結合するに当たり,該曲がり部(C)及び直線部(S)の分割端部に互いに印籠嵌合し得る嵌合雌部(22)及び嵌合雄部(23)を形成し,これら嵌合雌部(22)及び嵌合雄部(23)を相互に嵌合して溶接することを特徴とする,排気マニホールドの二重排気単管製造方法。
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