JP4568582B2 - 多気筒内燃機関における排気マニホールド - Google Patents

Description

本発明は，複数の気筒を備えた多気筒内燃機関において，その各気筒からの排気ガスを一つの集合排気管に集めるための排気マニホールドに関するものである。

従来，この種の排気マニホールドは，特許文献１に記載されているように，鋳物による鋳造製にするのが一般的であったが，この鋳造製の排気マニホールドは，熱容量が大きくて内燃機関の始動に際しての温度上昇が遅いことにより，この下流側での排気ガスの浄化性能が低いのであった。

そこで，最近では，この問題，つまり，始動における温度上昇を改善するために，排気マニホールドを，厚さの薄い金属板製にしている。

例えば，本発明が先行技術とする特許文献２又は３は，内燃機関におけるクランク軸線の方向に延びる金属製のメインパイプに，気筒への短い枝パイプを各気筒の箇所ごとに設け，この各枝パイプの先端に溶接にて固着した共通フランジを，前記内燃機関のうちクランク軸線と平行な長手側面に対して，前記各枝パイプが各気筒からの排気ポートに連通するように取付ける一方，前記メインパイプにおける他端を閉塞する一方，前記メインパイプにおける一端に，排気ガス浄化装置への排気管又は排気ガス浄化装置に対する接続部を設けるという構成にしている。

別の特許文献４には，前記金属板製のメインパイプにおける軸線方向への熱による膨張及び収縮を，当該メインパイプのうち各枝パイプの間の部分に設けた蛇腹管にて吸収することを提案している。
実開平５−７８９１７号公報 実開平６−６３８２０号公報 特開２０００−１５４７２１号公報 特開平９−２９６７２５号公報

ところで，前記特許文献２又は３に記載されている排気マニホールドにおいては，そのメインパイプのうち排気ガス浄化装置への接続部を有する一端の部分を，内燃機関等に対してブラケットを介して支持するという構成にしている。

しかし，このように構成した場合，前記メインパイプにおけるその軸線方向への熱による膨張及び収縮が，当該メインパイプのうち内燃機関等に対してブラケットを介して支持する一端の部分において阻止されることにより，前記各枝パイプのうち前記一端の部分に最も近い位置における第３気筒用枝パイプの部分に，前記熱による膨張及び収縮に伴う熱応力が集中して作用するから，この第３気筒用枝パイプの部分，前記共通フランジのうち前記第３気筒用枝パイプ付近の部分及び前記メインパイプのうち前記第３気筒用枝パイプ付近の部分のうちいずれかに，亀裂等の破損が発生するのであった。

前記した部分における熱応力による破損は，前記メインパイプのうち前記接続部と前記第３気筒用枝パイプとの間の部分に，前記特許文献４に記載されているように蛇腹管を設けることにより解消できるが，この構成によると，排気マニホールドの構造が複雑になり，大型化及び重量のアップを招来するばかりか，熱容量の増大，ひいては，内燃機関の始動に際しての温度上昇の遅れを招来することになる。

本発明は，前記特許文献２又は３に記載の排気マニホールドにおいて，そのメインパイプにおける一端の部分を支持するように構成した場合に，大型化及び重量のアップ，並びに熱容量の増大を招来することなく，亀裂等の破損を発生することを確実に防止できるようにすることを技術的課題とする。

この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は，
「多気筒内燃機関におけるクランク軸線の方向に延びる金属製のメインパイプに，気筒への枝パイプを各気筒の箇所ごとに設け，この各枝パイプの先端に固着した共通フランジを，前記内燃機関のうちクランク軸線と平行な長手側面に対して，前記各枝パイプが各気筒からの排気ポートに連通するように取付ける一方，前記メインパイプにおける少なくとも一端に，排気ガス浄化装置への排気管又は排気ガス浄化装置に対する接続部を設けるとともに，前記内燃機関等に対して支持用ブラケットを固着して成る排気マニホールドにおいて，
前記メインパイプを，前記各枝パイプのうち前記接続部に最も近い枝パイプと前記接続部との間の部分を境にして上流側に位置する上流パイプ片と，この上流パイプ片の下流側に位置する下流パイプ片とで構成して，この両者を互いに接合する一方，前記上流パイプ片を，前記各枝パイプのうち前記接続部に最も近い枝パイプと前記接続部との間の部分においてく字状に湾曲し，更に，前記下流パイプ片における板厚さを，前記上流パイプ片における板厚さよりも薄くする。」
ことを特徴としている。

また，本発明の請求項２は，
「前記請求項１の記載において，前記上流パイプ片を，その軸線を挟んで前記各枝パイプを備えた側のアッパー部と，このアッパー部と反対側の蓋部とに分割して，この両者を互いに接合する一方，前記蓋部における板厚さを，前記アッパー部における板厚さよりも薄くする。」
ことを特徴としている。

前記請求項１に記載したように構成することにより，前記メインパイプのうち下流パイプ片は，熱により膨張及び収縮することが，当該下流パイプ片が上流パイプ片に対して一直線である場合よりも，前記上流パイプ片を各枝パイプのうち接続部に最も近い枝パイプと接続部との間の部分においてく字状に湾曲した分だけ容易になる一方，前記下流パイプ片にその長手方向に発生する熱応力は，当該下流パイプ片の板厚さが上流パイプ片の板厚さと同じであるか厚い場合よりも小さくなるから，これらによって，前記各枝パイプのうち前記接続部に最も近い枝パイプの部分に作用する熱応力を確実に低減できる。

従って，本発明によると，各枝パイプのうち前記接続部に最も近い枝パイプの部分，前記共通フランジのうち前記近い枝パイプ付近の部分及び前記メインパイプのうち前記近い枝パイプ付近の部分のうちいずれかに亀裂等の破損が発生することを，排気マニホールドの大型化及び重量のアップを招来することなく，しかも，熱容量の増大，ひいては，内燃機関の始動に際しての温度上昇の遅れを招来することなく，確実に低減できる。

また，上流パイプ片を，その軸線を挟んで前記各枝パイプを備えた側のアッパー部と，このアッパー部と反対側の蓋部とに分けた場合，前記蓋部にかかる熱応力は，前記アッパー部にかかる熱応力よりも遥かに低いことが明らかであるから，請求項２に記載したように，前記蓋部における板厚さを，アッパー部における板厚さより薄いすることにより，排気マニホールドをより軽量化できるとともに，熱容量を小さくできて，内燃機関の始動に際しての温度上昇をより促進できる利点がある。

以下，本発明の実施の形態を，図１〜図５の図面について説明する。

この図において，符号１は，第１気筒Ａ１，第２気筒Ａ２及び第３気筒Ａ４を備えて成る内燃機関を，符号２は，この内燃機関１に対する排気マニホールドを各々示す。

前記排気マニホールド２は，前記内燃機関１におけるクランク軸線３の方向に延びる耐熱金属製のメインパイプ４と，前記内燃機関１のうち前記クランク軸線３の平行な長手側面５に対して複数本のボルトにて締結される板厚さが３．２ｍｍの耐熱金属板製の共通フランジ６とを備えている。

前記メインパイプ４のうち前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の箇所には，枝パイプ７，８，９を一体に設けて，この各枝パイプ７，８，９を，前記共通フランジ６のうち前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３の箇所に一体に設けたバーリング部１０，１１，１２に差し込んで溶接又は蝋付け等にて接合することにより，前記各気筒Ａ１，Ａ２，Ａ３からの排気ポート１３，１４，１５に連通するように構成している。

また，前記メインパイプ４における前記第３気筒Ａ３側の一端は，前記内燃機関１におけるクランク軸線３の方向の一端面１ａから外向きに突出して，この一端には，このメインパイプ４を図示しない排気ガス浄化装置への排気管又は排気ガス浄化装置に対して接続するための接続フランジ１６が溶接又は蝋付け等にて固着されているとともに，当該一端を前記内燃機関１等に対して支持・固定するためのブラケット１７が溶接又は蝋付け等にてにて固着されている。

なお，前記メインパイプ４における他端は，塞がれている。

そして，前記メインパイプ４を，その一端における前記接続フランジ１６と，前記各枝パイプ７，８，９のうち前記接続フランジ１６に最も近い第３気筒用枝パイプ９との間の部分を境にして上流側に位置する上流パイプ片１９と，下流側に位置する下流パイプ片１８とで構成して，この両者を互いに溶接又は蝋付け等にて接合する一方，前記上流パイプ片１９を，前記接続フランジ１６と前記第３気筒用枝パイプ９との間の部分において，図２に示すように，前記接続フランジ１６に向かって斜め上向きにく字状に湾曲する。

更に，前記前記上流パイプ片１９を，その軸線を挟んで前記各枝パイプ７，８，９を備えた側のアッパー部１９ａと，このアッパー部１９ａと反対側の蓋部１９ｂとに分割して，この両者を互いに溶接又は蝋付け等にて接合する。

この場合において，前記上流パイプ片１９のうちアッパー部１９ａにおける板厚さＴ１を，例えば２．５ｍｍにすれば，前記下流パイプ片１８における板厚さＴ２を１．５ｍｍにするというように，前記上流パイプ片１９のうちアッパー部１９ａにおける板厚さＴ１よりも薄くするという構成にする一方，前記上流パイプ片１９のうち蓋部１９ｂにおける板厚さＴ３を２．５ｍｍにするというように，前記上流パイプ片１９のうちアッパー部１９ａにおける板厚さＴ１と同じにするか，或いは，前記Ｔ３を２．０ｍｍにするというように前記上流パイプ片１９のうちアッパー部１９ａにおける板厚さＴ１よりも薄くするという構成にする。

この構成において，前記メインパイプ４は，その軸線方向のうち，前記各枝パイプ７，８，９の箇所及び前記ブラケット１７の箇所において内燃機関１に対して固着されていることにより，これら各枝パイプ７，８，９の相互間の部分と，前記第３気筒用枝パイプ９と前記ブラケット１７との間の部分が，熱による膨張・収縮する。

そして，前記メインパイプ４のうち前記第３気筒用枝パイプ９と前記ブラケット１７との間の部分が，他の部分よりも長いから，前記第３気筒用枝パイプ９の部分に最も大きい熱応力が作用することになる。

この場合において，前記メインパイプ４を，前記接続フランジ１６と前記第３気筒用枝パイプ９との間の部分を境にして上流側に位置する上流パイプ片１９と，下流側に位置する下流パイプ片１８とで構成して，この両者を互いに溶接又は蝋付け等にて接合する一方，前記上流パイプ片１９を，前記接続フランジ１６と前記第３気筒用枝パイプ９との間の部分においてく字状に湾曲し，更に，前記下流パイプ片１８における板厚さＴ２を，前記上流パイプ片１９のうちアッパー部１９ａにおける板厚さＴ１よりも薄くするという構成にしていることにより，前記メインパイプ４のうち下流パイプ片１８は，熱により膨張及び収縮することが，当該下流パイプ片１８が上流パイプ片１９に対して一直線である場合よりも，前記上流パイプ片１９を接続フランジ１６と前記第３気筒用枝パイプ９との間の部分においてく字状に湾曲した分だけ容易になる一方，前記下流パイプ片１８にその長手方向に発生する熱応力は，当該下流パイプ片１８の板厚さＴ２が上流パイプ片１９の板厚さＴ１と同じであるか厚い場合よりも小さくなるから，これらによって，前記第３気筒用枝パイプ９の部分に作用する熱応力を確実に低減できる。

また，前記上流パイプ片１９を，前記各枝パイプ７，８，９を備えた側のアッパー部１９ａと，このアッパー部１９ａと反対側の蓋部１９ｂとに分けた場合，前記蓋部１９ｂにかかる熱応力は，前記アッパー部１９ａにかかる熱応力よりも遥かに低いから，前記蓋部１９ｂにおける板厚さＴ３を，前記アッパー部１９ａにおける板厚さＴ１より薄くすることができる。

本発明の実施の形態を示す一部切欠平面図である。 図１のII−II視側面図である。 図１のIII −III 視拡大断面図である。 図１のIV−IV視拡大断面図である。 分解した状態を示す図である。

符号の説明

１ 内燃機関
Ａ１，Ａ２，Ａ３ 気筒
２ 排気マニホールド
３ クランク軸線
４ メインパイプ
５ 内燃機関の長手側面
６ 共通フランジ
７，８，９ 枝パイプ
１０，１１，１２ バーリング部
１３，１４，１５ 内燃機関の排気ポート
１６ 接続フランジ
１７ ブラケット
１９ 上流パイプ片
１９ａ 上流パイプ片のアッパー部
１９ｂ 蓋部
１８ 下流パイプ片

Claims (2)

1. 多気筒内燃機関におけるクランク軸線の方向に延びる金属製のメインパイプに，気筒への枝パイプを各気筒の箇所ごとに設け，この各枝パイプの先端に固着した共通フランジを，前記内燃機関のうちクランク軸線と平行な長手側面に対して，前記各枝パイプが各気筒からの排気ポートに連通するように取付ける一方，前記メインパイプにおける少なくとも一端に，排気ガス浄化装置への排気管又は排気ガス浄化装置に対する接続部を設けるとともに，前記内燃機関等に対して支持用ブラケットを固着して成る排気マニホールドにおいて，
   前記メインパイプを，前記各枝パイプのうち前記接続部に最も近い枝パイプと前記接続部との間の部分を境にして上流側に位置する上流パイプ片と，この上流パイプ片の下流側に位置する下流パイプ片とで構成して，この両者を互いに接合する一方，前記上流パイプ片を，前記各枝パイプのうち前記接続部に最も近い枝パイプと前記接続部との間の部分においてく字状に湾曲し，更に，前記下流パイプ片における板厚さを，前記上流パイプ片における板厚さよりも薄くすることを特徴とする多気筒内燃機関における排気マニホールド。
2. 前記請求項１の記載において，前記上流パイプ片を，その軸線を挟んで前記各枝パイプを備えた側のアッパー部と，このアッパー部と反対側の蓋部とに分割して，この両者を互いに接合する一方，前記蓋部における板厚さを，前記アッパー部における板厚さよりも薄くすることを特徴とする多気筒内燃機関における排気マニホールド。

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