JP4572148B2 - 排気マニホールド - Google Patents

Description

本発明は、多気筒エンジンの排気マニホールドに関し、特に二重管で構成した複数の枝管を１つの集合チャンバに接続してなる排気マニホールドに関するものである。

自動車の多気筒エンジンにおいては、図５に示したように、シリンダヘッドに開口した排気ポートのそれぞれに接続された複数の枝管１０３を１つの集合チャンバ１０４に接続することにより、触媒コンバータや消音器などが直列に連設された１本の排気管へと各燃焼室からの排出ガスを集中させることが一般的である（特許文献１を参照されたい）。

他方、排気熱が大気中へ放散されて降温することを抑制して触媒コンバータの活性化を図るために、口径が互いに異なる鋼管を同軸的に嵌め合わせた二重管で各枝管１０３を構成した排気マニホールドも知られている。このような排気マニホールドにおいては、その概念を図５に示したように、二重管を構成するアウタパイプ１０３ａの外周面が集合チャンバ１０４の上流側の端壁１０５に固定され、アウタパイプ１０３ａ内に嵌挿されたインナパイプ１０３ｂの端部に形成された環状凸部１１１の外周面がアウタパイプ１０３ａの内周面に嵌着固定され、アウタパイプ１０３ａの内周面とインナパイプ１０３ｂの外周面との間に、閉空間の断熱層Ｇが形成されている（特許文献２を参照されたい）。
特開２０００−２４０４５０号公報 実公平７−１７７７５号公報

しかるに、特許文献２に記載されたような従来構造によると、枝管を構成するアウタパイプとインナパイプとの開口端面が略同一面上にて集合チャンバ内を臨んでおり、しかもアウタパイプの外周面とインナパイプの内周面との間の隙間をも集合チャンバ内に臨ませているため、例えば減速時の燃焼休止制御時にエンジンの排気ポートが減圧して集合チャンバ内の排出ガスがインナパイプに流入する逆流現象が発生した際に、枝管の開口端周辺に排気流の渦が発生し、これが排気マニホールドを振動させる要因となることがあった。

このような振動は、騒音発生の要因となるばかりでなく、排気マニホールドを構成する部材の溶接部などに無用な応力を発生させて亀裂などを誘発させ、耐久性を損ねる要因ともなり得る。

このような問題に対しては、枝管の板厚を大きくすることが有効であるが、板厚の増大は、重量の増大および製造コストの増加を招くので好ましいことではない。

本発明は、このような従来技術の欠点を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、集合チャンバから枝管に逆流する排気流の乱れを低減し、これによって重量の増大などを招かずに振動の発生を抑制し得る排気マニホールドを提供することにある。

このような課題を解決するため、本発明は、アウタパイプ３ａにインナパイプ３ｂを同軸的に嵌挿してなる二重管部分を備え且つ多気筒エンジンの排気ポートにその上流側が接続される複数の枝管３と、該複数の枝管の下流側を接続させた集合チャンバ４とを有する排気マニホールド１において、前記集合チャンバを、前記複数の枝管の下流側が接続されるキャップ５とケース体６とを一体結合して構成し、前記アウタパイプの前記キャップに対する接続部に、前記インナパイプの下流端よりさらに下流側へ延出し且つその内径寸法Ｄ２を前記インナパイプの内径寸法Ｄ１以下とした縮径部（小径部７）を設けたことを特徴とするものとした。
特に、前記インナパイプの最下流端の外周面と前記アウタパイプの内周面との間に制振部材９を介設すると良い。

このような本発明によれば、インナパイプよりも長く形成されたアウタパイプの端部に、インナパイプの口径と同等以下の口径の縮径部を設けることにより、インナパイプの開口端面を集合チャンバ内に直接臨ませずに済むので、アウタパイプとインナパイプとの隙間に逆流ガスが進入することを防止し、インナパイプへの逆流ガスの流れを円滑化することができる。即ち、本発明により、逆流ガス流を円滑化し得るので、減速時の燃焼休止制御時などに排気マニホールドの振動を抑制し、騒音を低減する上に多大な効果を奏することができる。
また、インナパイプの最下流端の外周面とアウタパイプの内周面との間に制振部材を介設すれば、インナパイプの開口端面とアウタパイプとの間の隙間を皆無にすることができるので、逆流ガス流の円滑化をより一層高めることができる。これにより、インナパイプの下流端がアウタパイプに非リジットに支持されるために両パイプ間の熱伸縮差や振動の吸収作用が得られることと相俟って、排気マニホールドの振動抑制作用の向上に寄与するところ大である。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される排気マニホールドを示している。この排気マニホールド１は、例えば直列４気筒エンジンに用いられるものであり、シリンダヘッド（図示せず）に結合されるフランジ２と、シリンダヘッドに開口した各排気ポートにその上流端を接続すべく、フランジ２に溶接などで一体結合された４本の枝管３と、触媒コンバータや消音器などが直列に連設された１本の排気管（図示せず）へと各燃焼室からの排出ガスを集中させるべく各枝管３の下流端を結合させた集合チャンバ４とからなっている。

図２に示すように、集合チャンバ４に結合された４本の枝管３は、それぞれ比較的大径且つ厚肉（ｔ＝１．５mm）の例えばステンレス鋼管からなるアウタパイプ３ａと、比較的小径且つ薄肉（ｔ＝０．４mm）の例えばステンレス鋼管からなるインナパイプ３ｂとからなり、アウタパイプ３ａ内にインナパイプ３ｂを略同軸的に嵌挿し、アウタパイプ３ａの内周面とインナパイプ３ｂの外周面との間に、周方向及び軸方向に連続する適宜な寸法の空隙（空気層）Ｇが形成されるように構成されている。この空隙Ｇの断熱機能並びにアウタパイプ３ａよりもインナパイプ３ｂを薄肉とすることによる熱容量の低減により、排出ガスの降温の抑制を図っている。

集合チャンバ４は、４本の枝管３の各下流側端部が接続されるキャップ５と、ロート状に下すぼまりとされたケース体６とを溶接などで一体結合してなり、ケース体６の部分は、枝管３と同様の要領でアウタケース６ａ及びインナケース６ｂで二重構造とされており、その下端側に１本の排気管が接続されるようになっている。

次に各枝管３の下流側端部と集合チャンバ４のキャップ５との接続部について説明する。

各枝管３の下流側端部において、アウタパイプ３ａは徐々に縮径され、下流側端部の所定軸長部分は口径が略一定の小径部７とされている。そしてバーリングなどでキャップ５に形成された結合孔８に小径部７を緊密に嵌着し且つ溶接することにより、各アウタパイプ３ａがキャップ５に一体結合されている。

アウタパイプ３ａ内に嵌挿されるインナパイプ３ｂは、アウタパイプ３ａの小径部７の口径と略等しいか、或いは幾分か大きくされた（Ｄ１≧Ｄ２）均一の太さであり、その最下流側端部外周面が、アウタパイプ３ａの大径な一般部の内周面に対し、例えばステンレスメッシュなどからなる環状の制振部材９を介して支持されている。ここでインナパイプ３ｂの下流側端面とアウタパイプ３ａの小径部７との間は、軸線方向について適宜な寸法（ｇ）だけ離間している。つまりアウタパイプ３ａとインナパイプ３ｂとは、両者の間に適宜な寸法の径方向隙間をおいて実質的に非接触であり、且つインナパイプ３ｂの下流端は、アウタパイプ３ａの下流側に設けられた制振部材９のみによって非リジットに支持されていると言える。

なお、インナパイプ３ｂの内径寸法Ｄ１とアウタパイプ３ａの小径部の内径寸法Ｄ２との差（Ｄ１−Ｄ２）は、４mm以下が良く、特に２．５mm以下とすることが好ましい。

ケース体６を二重構造に構成するアウタケース６ａとインナケース６ｂとの間における各小径部７の開口端面の投影面に対応する部分（４箇所／図３参照）には、アウタパイプ３ａの内周面に対するインナパイプ３ｂの間接的支持構造と同様に、例えばステンレスメッシュなどからなる制振部材１０が介設されている。これにより、アウタケース６ａとインナケース６ｂとは、アウタパイプ３ａとインナパイプ３ｂと同様に、両者の間に適宜な寸法の隙間（空気層）Ｇをおいて実質的に非接触であり、且つインナケース６ｂは、アウタケース６ａに対して制振部材１０のみによって非リジットに支持されていると言える。

次に上述の排気マニホールド１の機能について説明する。多気筒エンジンの複数の排気ポートから断続的に排出される高温の排出ガスは、インナパイプ３ｂ内を流れる。この際に、排出ガスの熱は、インナパイプ３ｂとアウタパイプ３ａとの間の空隙Ｇに形成された空気層を介してアウタパイプ３ａに伝達される。ここで空気の熱伝導率は、金属のそれよりも圧倒的に低いため、アウタパイプ３ａの昇温が抑制され、且つ排出ガスの降温が抑制される。これにより、排気マニホールド１の下流側に配置された触媒を早期に活性化させることができる。

また、インナパイプ３ｂ並びにインナケース６ｂの下流端は、実質的に非リジッドであり、その長さ方向については伸縮容易な自由端とされているため、高温、高圧な排出ガスの脈動を伴う流入に際しても、振動や熱伸縮が吸収される。また各枝管３から集合チャンバ４に流入した排出ガスは、インナケース６ｂの内面に衝突するが、この衝突する部位に制振部材１０が介設されているので、これが緩衝材となってインナケース６ｂの振動が抑制され、騒音の発生が抑制される。

上述したように本発明においては、アウタパイプ３ａの下流側端部に小径部７を設けることにより、小径部７の内周面とインナパイプ３ｂの内周面とが、略同一面でつながるように構成している。しかも本発明においては、インナパイプ３ｂの最下流端に制振部材９を設けることにより、インナパイプ３ｂの開口端面とアウタパイプ３ａとの間に窪み（隙間）ができないようにしている。

これにより、インナパイプ３ｂの開口端面での逆流ガスの流入抵抗を減少させ、逆流ガス流の円滑化をより一層高めることができるので、減速時の燃焼休止制御時にエンジンの排気ポートが減圧して排気の逆流現象が発生した際にも、エンジン側へ逆流する排出ガスが、集合チャンバ４からインナパイプ３ｂへと円滑に流入することができる。

このようにして本発明によれば、インナパイプ３ｂの下流端がアウタパイプ３ａに非リジットに支持されるために両パイプ間の熱伸縮差や振動の吸収作用が得られることと相俟って、排気マニホールド１の振動抑制作用の向上に寄与するところ大であり、これらの作用により、各枝管３および集合チャンバ４の接続部に無用な応力が生ずることが回避され、耐久性も向上される。

なお、図４に示すように、小径部７の境界とインナパイプ３ｂの下流端とをできるだけ近接させ、インナパイプ３ｂの下流端とアウタパイプ３ａの小径部の始端との隙間ｃをできるだけ微小なものとすれば、インナパイプ３ｂの外周面に形成した環状凸部１１ａ、或いはアウタパイプ３ａの内周面に形成した環状凸部１１ｂをもってインナパイプ３ｂをアウタパイプ３ａに嵌着固定することもできる。

本発明装置の全体斜視図である。 本発明装置の要部側断面図である。 本発明装置の下面図である。 アウタパイプに対するインナパイプの嵌着部の別の態様を示す要部断面図である。 従来技術による排気マニホールドの概念的な要部構造図である。

符号の説明

１ 排気マニホールド
３ 複数の枝管
３ａ アウタパイプ
３ｂ インナパイプ
４ 集合チャンバ
７ 小径部
９ 制振部材

Claims (2)

1. アウタパイプにインナパイプを同軸的に嵌挿してなる二重管部分を備え且つ多気筒エンジンの排気ポートにその上流側が接続される複数の枝管と、該複数の枝管の下流側を接続させた集合チャンバとを有する排気マニホールドであって、
   前記集合チャンバを、前記複数の枝管の下流側が接続されるキャップとケース体とを一体結合して構成し、
   前記アウタパイプの前記キャップに対する接続部に、前記インナパイプの下流端よりさらに下流側へ延出し且つその内径寸法を前記インナパイプの内径寸法以下とした縮径部を設けたことを特徴とする排気マニホールド。
2. 前記インナパイプの最下流端の外周面と前記アウタパイプの内周面との間に制振部材を介設したことを特徴とする請求項１に記載の排気マニホールド。

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