JP4539465B2 - エキゾーストマニホールド - Google Patents

Description

本発明は、多気筒エンジンの複数の排気ポートから延びる複数の排気単管の下流端を扇状断面に形成し、それら複数の排気単管の下流端を円形に組み合わせて溶接により一体化したエキゾーストマニホールドに関する。

一般に、自動車用の多気筒エンジンに使用されるエキゾーストマニホールドは、複数の排気ポートから延びる複数の排気単管を一体に集合させるものであり、その集合部に排気管あるいは直下型の排気ガス浄化装置が接続されている。そして、円形断面を有する排気管あるいは排気ガス浄化装置に対し複数の排気単管を滑らかに接続する上で、例えば４気筒エンジン用のエキゾーストマニホールドでは、各々の排気単管の下流端が９０°の中心角を有する扇状断面に加工され、その４本の排気単管の下流端が円形断面になるように束ねられて溶接により一体化されている。

ところで、複数の排気単管の下流端を円形断面になるように束ねて溶接により一体化した部分は、エンジンの運転時に排出される排気ガスの熱で各々の排気単管に熱歪みが発生し、特に扇状断面に加工された排気単管の要に相当する部分がヒートスポットになってクラックや座屈が発生し易いものであった。

そこで、従来より、各排気単管の下流端におけるそれぞれの扇状断面同士の間に、相欠きにより十字形に取り合った第１および第２仕切プレートを嵌合し、この各仕切プレートを介して各排気単管の下流端を接合するとともに、各排気単管の扇状断面の要に相当する部分の内面を溶接ビードにより肉盛りして剛性を高めることによって、排気ガスの熱による各排気単管のクラックや座屈の発生を防止するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−８３０６２号公報

ところが、上記従来のものでは、各排気単管の下流端が各仕切プレートを介して接合されているため、排気ガスの熱負荷によって各排気単管下流端が膨張しようとする際に各仕切プレートに過大な応力が作用し、第１および第２仕切プレートの欠き取りがなされた欠き取り側端とは反対側に位置する反欠き取り側端の欠き取り対応位置（各仕切プレートが互いに交叉する長手方向中央位置）付近において熱疲労亀裂が発生するおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気ガスの熱負荷により各排気単管下流端が膨張しようとする際の過大な応力の作用による各仕切プレートの反欠き取り側端の欠き取り対応位置付近での熱疲労亀裂を確実に防止することができるエキゾーストマニホールドを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明では、多気筒エンジンの複数の排気ポートから延びる複数の排気単管の下流端をそれぞれ溶接により一体化したエキゾーストマニホールドを前提とし、上記各排気単管の下流端同士の間に、相欠きにより十字形に取り合った第１および第２仕切プレートを嵌合し、この各仕切プレートを介して各排気単管の下流端を接合している。そして、上記第１および第２仕切プレートの欠き取りがなされた欠き取り側端とは反対側に位置する反欠き取り側端の欠き取り対応位置に、反欠き取り側に突出する凸部
をそれぞれ一体的に設けている。

この特定事項により、各仕切プレートの反欠き取り側端の欠き取り対応位置（各仕切プレートが互いに交叉する長手方向中央位置）より反欠き取り側に突出する凸部が各仕切プレートにそれぞれ一体的に設けられているので、排気ガスの熱負荷によって各排気単管下流端が膨張しようとする際に各仕切プレートに作用する過大な応力は、反欠き取り側端の欠き取り対応位置より反欠き取り側に突出する凸部のボリュームによって分散され、各仕切プレートの反欠き取り側端の欠き取り対応位置付近での熱疲労亀裂の発生を効果的に防止することが可能となる。

しかも、仕切プレートの反欠き取り側端の凸部がそれぞれ一体的に設けられていることにより、溶接ビードにより肉盛りするもののようにコストが嵩むことはなく、コストの低廉化を図ることも可能となる。

特に、凸部を特定するものとして、以下の構成が掲げられる。

つまり、凸部を、各仕切プレートの肉厚のまま反欠き取り側に突出させている。

この特定事項により、排気ガスの熱負荷によって各排気単管下流端が膨張しようとする際に各仕切プレートに作用する過大な応力は、反欠き取り側端の欠き取り対応位置より各仕切プレートの肉厚のまま反欠き取り側に突出する凸部の十分なボリュームによって効果的に分散され、各仕切プレートの反欠き取り側端の欠き取り対応位置付近での熱疲労亀裂の発生をより効果的に防止することが可能となる。

また、凸部を、欠き取りの幅よりも円形の集合部の直径方向に長い寸法に設定している場合には、凸部のボリュームが欠き取りの幅方向（各仕切プレートの長手方向）にも拡げられ、排気ガスの熱負荷によって各排気単管下流端が膨張しようとする際に各仕切プレートに作用する過大な応力が欠き取り幅方向にも分散され、各仕切プレートの反欠き取り側端の欠き取り対応位置付近での熱疲労亀裂の発生をより一層効果的に防止することが可能となる。

以上、要するに、各仕切プレートの反欠き取り側端の欠き取り対応位置より反欠き取り側に突出する凸部を各仕切プレートにそれぞれ一体的に設けることで、排気ガスの熱負荷により各排気単管下流端が膨張しようとする際に各仕切プレートに作用する過大な応力を凸部のボリュームによって分散させ、各仕切プレートの反欠き取り側端の欠き取り対応位置付近での熱疲労亀裂の発生を効果的に防止することができる上、コストの低廉化を図ることもできる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。

図１は直列４気筒エンジンのエキゾーストマニホールドの斜視図、図２はエキゾーストマニホールドの分解斜視図であって、このエキゾーストマニホールド１は、図示しないエンジンのシリンダヘッドに結合される板状の取付フランジ１０と、この取付フランジ１０に上流端が溶接された４本の第１ないし第４排気単管１１〜１４と、これらの排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａを集合させ、その集合させた下流端１１ａ〜１４ａの外周を上流側開口部１５ａに嵌合させて溶接により固定する集合部としての断面円環形状の排気集合管１５とを備えている。この排気集合管１５の下流側開口部１５ｂには、排気管１６が溶接により固定されている。

そして、図３に示すように、各排気単管１１〜１４は、相互に異なる長さおよび形状を呈しているものの、それらの下流端１１ａ〜１４ａは９０°の中心角を有する略４分の１円弧の扇状断面に形成されている。そして、各排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａは、扇状断面の要に相当する部分を互いに対向させて円形断面となるように組み合わされている。また、各排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａにおけるそれぞれの扇状断面同士の間隙には、相欠きにより十字形に取り合った第１および第２仕切プレート２１，２２が挟まれるように嵌合され、この各仕切プレート２１，２２を介して各排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａが接合されている。

また、図４および図５に示すように、第１および第２排気単管１１，１２と第３および第４排気単管１３，１４との間は第１仕切プレート２１によって仕切られている一方、第１および第３排気単管１１，１３と第２および第４排気単管１２，１４との間は第２仕切プレート２２によって仕切られている。この第１および第２仕切プレート２１，２２は、その排気ガスの流れ方向において同一寸法に形成され、排気ガスの流れ方向下流側（図４および図５では下側）の端縁２１ａ，２２ａは各排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａの端縁と面一に配置されている。この場合、第１および第２仕切プレート２１，２２の排気ガスの流れ方向上流側（図４および図５では上側）の端縁２１ｂ，２２ｂも、面一に配置されている。

そして、図６にも示すように、第１および第２仕切プレート２１，２２の欠き取り２１ｃ，２２ｃがなされた第１仕切プレート２１の排気ガスの流れ方向上流側の端縁２１ｂ（欠き取り側端）および第２仕切プレート２２の排気ガスの流れ方向下流側の端縁２２ａ（欠き取り側端）とは反対側に位置する第１仕切プレート２１の排気ガスの流れ方向下流側の端縁２１ａ（反欠き取り側端）および第２仕切プレート２２の排気ガスの流れ方向上流側の端縁２２ｂ（反欠き取り側端）の欠き取り２１ｃ，２２ｃと対応する排気集合管１５の直径方向中央位置つまり長手方向中央位置には、その各仕切プレート２１，２２の肉厚のまま反欠き取り側に突出する凸部２３がそれぞれ一体的に設けられている。この各凸部２３は、略円弧状に形成され、欠き取り２１ｃ，２２ｃの幅よりも各仕切プレート２１，２２の長手方向に長い寸法に設定されている。

この場合、エキゾーストマニホールド１は、直列４気筒エンジンの４つの排気ポートから延びる４本の排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａを扇状断面に形成し、それらの排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａをそれぞれ略四分の一円弧の扇状断面で円形に集合させて溶接により一体化されてなる。

次に、エキゾーストマニホールド１の組立手順を説明する。

先ず、各々の排気単管１１〜１４の上流端を取付ブラケット１０に溶接した後、扇状断面に形成された下流端１１ａ〜１４ａを円形に集合させ、その下流端１１ａ〜１４ａ同士の間隙に十字形に取り合った第１仕切プレート２１および第２仕切プレート２２を嵌合させる。続いて、円形に束ねた４本の排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａおよび第１、第２仕切プレート２１，２２を一体に溶接２１する。

その後、各排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａに排気集合管１５を嵌合する。そして、排気集合管１５を、４本の排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａの外周に嵌合する上流側開口部１５ａにおいて溶接により固定するとともに、第１および第２仕切り板２１，２２に溶接により固定する。

このように、各仕切プレート２１，２２の肉厚のまま反欠き取り側に突出する凸部２３
が第１仕切プレート２１の排気ガスの流れ方向下流側の端縁２１ａおよび第２仕切プレート２２の排気ガスの流れ方向上流側の端縁２２ｂにおける欠き取り２１ｃ，２２ｃと対応する円形断面の排気集合管１５の直径方向中央位置つまり長手方向中央位置にそれぞれ一体的に設けられているので、排気ガスの熱負荷によって各排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａが膨張しようとする際に各仕切プレート２１，２２に作用する過大な応力は、反欠き取り側端の長手方向中央位置（欠き取り２１ｃ，２２ｃとの対応位置）より反欠き取り側に突出する凸部２３のボリュームによって分散され、各仕切プレート２１，２２の反欠き取り側端の長手方向中央位置付近での熱疲労亀裂の発生を効果的に防止することができる。

しかも、第１仕切プレート２１の排気ガスの流れ方向下流側の端縁２１ａおよび第２仕切プレート２２の排気ガスの流れ方向上流側の端縁２２ｂの凸部２３がそれぞれ一体的に設けられていることにより、溶接ビードにより肉盛りするもののようにコストが嵩むことはなく、コストの低廉化を図ることもできる。

更に、各凸部２３は、欠き取り２１ｃ，２２ｃの幅よりも各仕切プレート２１，２２の長手方向に長い寸法で略円弧状に形成されているので、凸部２３のボリュームが欠き取り２１ｃ，２２ｃの幅方向（各仕切プレート２１，２２の長手方向）にも拡げられ、排気ガスの熱負荷によって各排気単管１１〜１４の下流端１１ａ〜１４ａが膨張しようとする際に各仕切プレート２１，２２に作用する過大な応力が長手方向にも分散され、各仕切プレート２１，２２の反欠き取り側端の長手方向中央位置付近での熱疲労亀裂の発生を防止する上で非常に有利なものとなる。

なお、上記実施形態では、各々の排気単管１１〜１４の下流端を扇状断面に形成して円形に集合させたが、各々の排気単管の下流端をそれぞれ四角枠状断面に形成して互いの２面同士が接する四角形に集合させるようにしてもよい。

本発明の実施形態に係わるエキゾーストマニホールドの斜視図である。 各排気単管と排気集合管とを分離させた状態を示すエキゾーストマニホールドの分解斜視図である。 図２のＡ−Ａ線において切断した断面図である。 仕切プレートの斜視図である。 仕切プレートの分解斜視図である。 分解した状態での各仕切プレートの正面図である。

符号の説明

１ エキゾーストマニホールド
１１〜１４ 第１ないし第４排気単管
１１ａ〜１４ａ 下流端
１５ 排気集合管（集合部）
２１，２２ 第１および第２仕切プレート
２１ａ 排気ガスの流れ方向下流側の端縁（欠き取り側端）
２１ｂ 排気ガスの流れ方向上流側の端縁（反欠き取り側端）
２２ａ 排気ガスの流れ方向下流側の端縁（反欠き取り側端）
２２ｂ 排気ガスの流れ方向上流側の端縁（欠き取り側端）
２１ｃ，２２ｃ 欠き取り
２３ 凸部

Claims (3)

1. 多気筒エンジンの複数の排気ポートから延びる複数の排気単管の下流端をそれぞれ溶接により一体化したエキゾーストマニホールドにおいて、
   上記各排気単管の下流端同士の間には、相欠きにより十字形に取り合った第１および第２仕切プレートが嵌合され、この各仕切プレートを介して各排気単管の下流端が接合されており、
   上記第１および第２仕切プレートの欠き取りがなされた欠き取り側端とは反対側に位置する反欠き取り側端の欠き取り対応位置には、反欠き取り側に突出する凸部がそれぞれ一体的に設けられていることを特徴とするエキゾーストマニホールド。
2. 上記請求項１に記載のエキゾーストマニホールドにおいて、
   凸部は、各仕切プレートの肉厚のまま反欠き取り側に突出していることを特徴とするエキゾーストマニホールド。
3. 上記請求項１または請求項２に記載のエキゾーストマニホールドにおいて、
   凸部は、欠き取りの幅よりも第１および第２仕切プレートの反欠き取り側端において円形の集合部の直径方向に長い寸法に設定されていることを特徴とするエキゾーストマニホールド。

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