JP4603856B2 - 内燃機関のエアギャップ絶縁型排気マニホルド - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のエアギャップ絶縁型排気マニホルドであって、少なくとも、固定要素用の穴と内燃機関のシリンダ排気通路と整列している穴とを備えたフランジと、フランジと結合される気密な外側シェルと、内燃機関のシリンダ排気通路と整列している穴を備えた内側シェルとを有する前記排気マニホルドに関するものである。

排気マニホルドの課題は、内燃エンジンのシリンダ排気部から出る熱い排ガスを集めて触媒器、消音器等の次の排ガス要素へ送ることである。この場合排気マニホルドは熱い排ガスにより高い熱負荷にさらされている。これによって生じる環境への高温熱放出を低減するため、さしあたり排気マニホルドに水冷部を備えさせることができる。その一例を特許文献１が開示している。この水冷型排気マニホルドの開発にあたっては、特に、種々の金属部品の加熱態様が異なることにより生じる長さ変化を補正できるようにすることに重点が置かれた。これは滑りばめを設けることにより達成される。排ガス管接続部が冷却ジャケットを遊びを持って貫通している個所にはスタッフィングボックスエンドパッキンが設けられている。このスタッフィングボックスエンドパッキンは、漏れ水が生じた場合に漏れ水が外側へのみ流出するように構成されている。

最近では、エアギャップ絶縁型排気マニホルドも実施されている。その一例を特許文献２が開示している。この排気マニホルドは平らなフランジと、該フランジに溶接されている外側シェルおよび内側シェルとによって形成されている。内側シェルは外側シェルおよびフランジと溶接され、ワイヤーリングによりセンタリング状態で外側シェルに保持されている。内側シェルには、それぞれ２つのシリンダ排気部の間に位置するように滑りばめが設けられている。これにより内側シェルは多数の部品から成っており、製造、組み立てが困難で、高コストである。

他のエアギャップ絶縁型排気マニホルドは特許文献３から知られている。この排気マニホルドはフランジと外側シェルと内側シェルとから成り、外側シェルの縦縁はフランジに溶接されている。内側シェルの縦縁は外側シェルのエッジに対し弾性を持ってゆるく当接している。滑りばめ、或いは、加熱態様の相違により生じる内側シェルと外側シェルとの長さ変化の差を補正する他の手段は設けられていない。

他のエアギャップ絶縁型排気マニホルドは特許文献４から知られている。この排気マニホルドは各シリンダ排気部のために設けられる個々の個別フランジと、外側シェルおよび内側シェルとを有している。内側シェルは多数の部材から成り、隣接する２つのシリンダ排気部の間にそれぞれ滑りばめが設けられている。さらに、内側シェルと外側シェルとの間に位置決めされている支持ケージが設けられている。これはこの排気マニホルドの構成を極めて複雑な構成にしている。また、支持ケージはエアギャップの絶縁作用を阻害している。

特許文献５からは、内側シェルを２つの部分から構成し、すなわち排ガス穴を備えた底部とその上にゆるく取り付けられているフードとから構成したエアギャップ絶縁型排気マニホルドが知られている。内側シェルは、該内側シェルと外側シェルとの間のエアギャップ内に位置決めされているＵ字状の湾曲体により保持される。外側シェルの横断面はほぼオメガ状である。外側シェルと保持湾曲体と内側シェルとフランジとはパッキンを介してエンジンブロックにねじ止めされる。この構成の欠点は、保持湾曲体とエンジンブロックに設けられたかなりの数の取り付け面とによってエアギャップの絶縁作用が阻害されることである。

ドイツ連邦共和国特許第７２５０１３号公報 欧州特許第０５８２９８５号公報 欧州特許公開第０６７１５５１Ａ号公報 ドイツ連邦共和国特許第１９６２８７９７号公報 ドイツ連邦共和国特許公開第１０００１２８７Ａ号公報

本発明の課題は、冒頭で述べた種類の排気マニホルドにおいて、少数の部品から成り、組み立てが簡単でほとんど自動的に組み立てることができるように構成することである。

この課題は、請求項１によれば、外側シェルがシリンダ排気通路と整列している穴を備えた樋状の下部部分とフード状の上部部分とを有し、下部部分と上部部分とが気密に溶接されていること、内側シェルが、シリンダ排気通路と整列している穴を備えた樋状の下部部分と、フード状の上部部分とを有し、下部部分と上部部分とが互いに結合されていること、外側シェルがフランジと気密に結合されていること、内側シェルが１個所でのみ外側シェルに固定されていることによって解決される。

他の有利な構成は従属項から明らかである。

本発明による排気マニホルドの主要な第１の利点は、わずか５つの部品から成っていることである。第２の利点は、内側シェルも外側シェルもそれ自体閉じた形成物であり、したがって高度な安定性を有していることである。さらに、内側シェルと外側シェルの下部部分と上部部分との間に溶接継ぎ目を設けることができるので、スパッターが排ガス案内部材のなかに残る恐れがない。エンジンブロックへの排気マニホルドの取り付け基面は最小である。固定ねじ用の自由通路を内側シェルおよび外側シェルに簡単に形成させることができる。総じて、本発明による排気マニホルドのエンジンブロックへの取り付け態様は最近の取り付け態様と同一である。

内側シェルは所定のポジションを持ち、熱膨張差の補償が全面的に保証されている。

次に、本発明の実施形態を添付の図面を用いて詳細に説明する。
図１ないし図３は内燃機関のエアギャップ絶縁型排気マニホルドの一部をそれぞれ線Ｉ−Ｉ、ＩＩ−ＩＩ、ＩＩＩ−ＩＩＩに沿って直交断面で示したものである。

排気マニホルド１０のベースは、固定ねじ用の穴１２と内燃機関１のシリンダ排気部２に対し整列している排ガス通過穴１３とを備えた安定なフランジ１１である。

フランジ１１上には、外側シェル２０の樋状の下部部分２１が気密に固定されている。下部部分２１は排ガス通過穴２３を有し、排ガス通過穴２３はフランジ１１またはエンジンブロックの前記排ガス通過穴１３と整列している。気密性を得るため、排ガス通過穴１３，２３のまわりを周回する溶接継ぎ目２５が設けられている。特に適しているのは、スパッターが発生しないレーザースポット継ぎ目である。

外側シェル２０の樋状の下部部分２１には内側シェル３０が固定されている。内側シェル３０は樋状の下部部分３１と該下部部分３１上に固定されたフード状の上部部分３２とから構成されている。下部部分３１は排ガス通過穴３３，３３’を有し、該排ガス通過穴３３，３３’はフランジ１１に設けた排ガス通過穴１３および外側シェル２０に設けた排ガス通過穴２３と整列している。内側シェル３０は排ガス通過穴３３’を取り囲んでいるただ１つの溶接継ぎ目３５だけで外側シェル２０およびフランジ１１に固定されている。溶接継ぎ目３５は外側シェル２０をフランジ１１に気密に固定させた溶接継ぎ目２５の１つと一致しているのが有利である。内側シェル３０の残りの部分は、熱による膨張差に応じて外側シェル２０に対し可動自在である。

内側シェル３０を、熱平衡を阻害することなく外側シェル２０に固定する補助手段が必要な場合は、図７に図示したようなシートパネル２６ａを設けることができる。シートパネル２６ａは外側シェル２０の下部部分２１の排ガス通過穴２３の領域に設けられ、内側シェル３０の下部部分３１を取り付けた後に上方へ折り曲げられる。

外側シェル２０の下部部分２１と内側シェル３０の下部部分３１とをフランジ１１に固定させた後、まず内側シェル３０の下部部分３１に上部部分３２を載置して固定させる。この結合は気密である必要はない。次に、外側シェル２０の下部部分２１にフード状の上部部分２２を載置して、周回する溶接継ぎ目２４により気密に溶接する。この溶接継ぎ目２４は外側シェル２０の外面上にあるので、スパッターが生じても、ガスを案内する空間内に達することはない。

外側シェル２０および／または内側シェル３０の上部部分２２，３２にノズル２８を一体成形して、これらノズル２８に排ガス管（図示せず）を固定してもよい。

さらに図３からわかるように、薄板部材を適当に成形することにより、内側シェル３０の下部部分３１と外側シェル２０の下部部分２１との間、或いはフランジ１１との間に、絶縁性エアギャップ３７を少なくとも部分的に形成させることができる。

内側シェル３０を外側シェル２０に固定させるための他の実施態様を図４に示す。この実施形態では外側シェル２０の下部部分２１に穴が設けられ、内側シェル３０の下部部分３１には長穴が設けられる。この長穴に軸部材２６ｂを貫通させて外側シェル２０の下部部分２１の穴に差し込み、外側から気密に溶接する。その結果内側シェル３０は長穴内でスライドでき、他方軸部材２６ｂにより外側シェル２０の下部部分２１で保持される。

外側シェル２０への外側シェル３０の固定は、図５に示すような連結板２６ｃによっても行なうことができる。この場合連結板２６ｃは、２つの排ガス通過穴２３においてフランジ１１と外側シェル２０の下部部分２１とのなかへ突出してそこで外側シェル２０の下部部分２１と溶接できるように挿入される。この溶接継ぎ目２５ｂは、外側シェル２０をフランジ１１に気密に溶接させている溶接継ぎ目２５の１つと一致しているのが有利である。連結板２６ｃは内側シェル３０を外側シェル２０の下部部分２１で固持させ、他方内側シェル３０の下部部分３１の排ガス通過穴３３がフランジ１１の排ガス通過穴１３および外側シェル２０の排ガス通過穴２３よりも大きく形成されていることにより、内側シェル３０のスライド機能が保証されている。

内側シェル３０を、図６に図示したように外側シェル２０に固定してもよい。この場合、内側シェル３０の上部部分３２には突起２６ｄが形成されている。外側シェル２０の上部部分２２を排気マニホルド１０とともに載置して溶接継ぎ目２４により溶接する場合、外側シェル２０の上部部分２２は突起２６ｄが上部部分２２に隙間なしにプレストレスをもって当接するようにプレストレスを与えられる。このような圧接により内側シェル３０はスライド機能を阻害されることなく外側シェル２０で案内される。突起２６ｄは付加コストを要することなく、内側シェル２０の上部部分３２を深絞りする際に形成させることができる。

図面から見て取れるように、外側シェル２０および内側シェル３０を成形する場合、排気マニホルドを内燃機関１に固定するための固定ねじまたは固定ボルトのための十分大きな自由通路２７を設けることが難なく可能である。したがって、総じて、部品の形状が簡潔であるために低コストで非常に省スペースで製造でき、且つ安定性があり、ほとんど任意の形状で製造できる、種々の構成の内燃機関用エアギャップ絶縁型排気マニホルドが得られる。

本発明によるエアギャップ絶縁型排気マニホルドの第１実施形態の図２の線Ｉ−Ｉによる縦断面図である。 図１の排気マニホルドの図１の線ＩＩ−ＩＩによる横断面図である。 図１および図２の排気マニホルドの図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩによる縦断面図である。 第２実施形態の横断面図である。 第３実施形態の一部分の縦断面図である。 第４実施形態の横断面図である。 第５実施形態の一部分の縦断面図である。

符号の説明

１ 内燃機関
２ シリンダ排気部
１０ 排気マニホルド
１１ フランジ
１３ 排ガス通過穴
２０ 外側シェル
２１ 外側シェルの下部部分
２２ 外側シェルの上部部分
２３ 排ガス通過穴
２６ａ シートパネル
２６ｂ 軸部材
２６ｃ 連結板
２６ｄ 突起
３０ 内側シェル
３１ 内側シェルの下部部分
３２ 内側シェルの上部部分
３３ 排ガス通過穴
３３’ 排ガス通過穴

Claims (9)

1. 内燃機関のエアギャップ絶縁型排気マニホルド（１０）であって、少なくとも、
   −固定要素用の穴（１２）と、内燃機関（１）のシリンダ排気通路（２）と整列している穴（１３）とを備えたフランジ（１１）と、
   −フランジ（１１）と結合される気密な外側シェル（２０）と、
   −内燃機関（１）のシリンダ排気通路（２）と整列している穴（３１）を備えた内側シェル（３０）と、
   を有する前記排気マニホルドにおいて、
   −外側シェル（２０）が、シリンダ排気通路（２）と整列している穴（２３）を備えた樋状の下部部分（２１）と、フード状の上部部分（２２）とを有し、下部部分（２１）と上部部分（２２）とが気密に溶接されていること、
   −内側シェル（３０）が、シリンダ排気通路（２）と整列している穴（３３，３３’）を備えた樋状の下部部分（３１）と、フード状の上部部分（３２）とを有し、下部部分（３１）と上部部分（３２）とが互いに結合されていること、
   −外側シェル（２０）がフランジ（１１）と気密に結合されていること、
   −内側シェル（３０）が排ガス穴（３３）を取り囲んでいるただ１つの溶接継ぎ目（３５）により外側シェル（２０）に固定されていること、
   を特徴とする排気マニホルド。
2. 外側シェル（２０）が排ガス穴（２３）を取り囲んでいる溶接継ぎ目（２５）によりフランジ（１１）と気密に結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の排気マニホルド。
3. 前記ただ１つの溶接継ぎ目（３５）が内側シェル（３０）と外側シェル（２０）とをフランジ（１１）に固定させていることを特徴とする、請求項１に記載の排気マニホルド。
4. 溶接継ぎ目を有していない内側シェル（３０）の排ガス穴（３３’）が拡径部を有していることを特徴とする、請求項１に記載の排気マニホルド。
5. 溶接継ぎ目を有していない内側シェル（３０）の排ガス穴（３３’）の領域に位置するように外側シェル（２０）にパネル（２６ａ）が一体成形され、パネル（２６ａ）が内側シェル（３０）の下部部分（３１）の上へ折り曲げられて滑りばめを形成していることを特徴とする、請求項１に記載の排気マニホルド。
6. 溶接継ぎ目を有していない排ガス穴（３３’）の領域に位置するように外側シェル（２０）に連結板（２６ｃ）が形成され、連結板（２６ｃ）が内側シェル（３０）の下部部分（３１）を介して隣接の排ガス穴（３３，３３’）まで案内されてそこで外側シェル（２０）と溶接されて滑りばめを形成していることを特徴とする、請求項１に記載の排気マニホルド。
7. 内側シェル（３０）の上部部分（３２）に突起（２６ｄ）が形成され、外側シェル（２０）の上部部分（２２）が突起（２６ｄ）の上に載置されて滑りばめを形成していることを特徴とする、請求項１に記載の排気マニホルド。
8. 外側シェル（２０）の下部部分（２１）と内側シェル（３０）の下部部分（３１）との間に部分的に絶縁性エアギャップ（３７）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の排気マニホルド。
9. 外側シェル（２０）および／または内側シェル（３０）の上部部分（２２，３２）に管接続部としてのノズル（２８）が形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の排気マニホルド。

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