JP4624459B2 - 排気マニホールド - Google Patents

Description

本発明は、排気マニホールドに関し、特に、一組の気筒の排気ポートから排気ガスを導く二重合流配管部を備えた排気マニホールドに関する。

一般的に、エンジンである内燃機関は、排気通路内に触媒を配置して排気を浄化するようにしているが、触媒温度がその活性温度よりも低いと良好な排気浄化作用を確保することができないので、例えば、機関始動時に触媒を活性温度まで速やかに加熱する必要がある。

このため、従来から空気層等の断熱層を隔てて配置された内管と外管とを備え、この内管内を排気ガスが流通するようになっている二重排気管が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような二重排気管では、外管で構造上の強度を確保し、排気ガス通路を構成する内管の肉厚を薄くすることにより、排気ガスの接触する部分の熱容量を小さくすることができる。また、内管と外管との間に断熱層が設けられることにより、外管を通しての熱の逃げを減らすことができる。

したがって、エンジンの始動時に、排気マニホールドの内壁の温度を速やかに上昇させることができ、排気ガスの保温効果を高めて触媒を活性温度まで速やかに加熱することができる。

また、従来のこの種の排気マニホールドとしては、エンジンの排気ポートに接続される上流管を内管および外管からなる二重管構造として、この二重管からなる上流管の一組を集合させる二重合流配管部を備え、上流管および二重合流配管部の形状を単純化することにより、排気マニホールドの小型化を図るようにしたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

この二重合流配管部は、合流管部および合流管部から二股に分岐された分岐管部を有する共通内管と、共通内管との間に一定の隙間を介して共通内管の外周部を覆うように設けられた共通外管とから構成されており、一組の排気ポートから排気される排気ガスを二重合流配管部で合流させるようにして、上流管および二重合流配管部の形状を単純化することにより、排気マニホールドの小型化を図ることができるようになっている。

また、この二重合流配管部は、共通内管を共通外管に直接、溶接することにより、共通内管が共通外管に取付けられている。
特開平７−２２４６４９号公報 特開平１０−２５２４５７号公報

しかしながら、特許文献２に示すような従来の排気マニホールドにあっては、共通内管が溶接によって共通外管に取付けられているため、高温の排気ガスに晒される薄肉の共通内管と外気に晒される厚肉の共通外管の熱膨張差が大きくなってしまい、共通内管が共通外管に対して変形してしまう。

すなわち、高温時に薄肉の共通内管が変形する際には、厚肉の共通外管が共通内管の変形に追従しないので、共通内管の分岐管部が近接するような歪みが発生してしまうため、共通内管の分岐部分の応力が増大して、分岐管部の分岐部分が山状になるような歪みが発生してしまう。このため、分岐管部の分岐部分に亀裂が発生する等して損傷してしまい、排気マニホールドの信頼性が低下してしまうという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、内管が高温の排気ガスに晒されるときに、内管の分岐管部の応力を低減して分岐部分が損傷してしまうのを防止することができ、信頼性を向上させることができる排気マニホールドを提供することを目的とする。

本発明に係る排気マニホールドは、上記目的を達成するため、（１）合流管部および前記合流管部から二股に分岐された分岐管部を有する内管と、前記合流管部および前記分岐管部の外周部を覆うように設けられた外管とから構成される二重合流配管部を備え、エンジンの各気筒のうちの一組の排気ポートから排気される排気ガスが前記分岐管部を通して導入される排気マニホールドにおいて、前記内管と前記外管の間に介装され、前記内管と前記外管との間に一定の隙間を画成するように前記内管と前記外管に接合される半割り形状の一対の内管保持部材を設け、前記内管保持部材が、前記分岐管部の外周部および前記外管の内周部に接合される半円部と、前記半円部と一体的に設けられ、前記半円部を連結する連結部とからなるものから構成されている。

この構成により、内管と外管の間に、内管と外管との間に一定の隙間を画成するように半割り形状の一対の内管保持部材を介装するとともに、この内管保持部材を内管および外管に接合し、この内管保持部材が、分岐管部の外周部および外管の内周部に接合される半円部と、半円部と一体的に設けられ、半円部を連結する連結部とから構成されるので、一対の分岐管部が内管保持部材によって保持された状態で内管が内管保持部材を介して外管に固定される。

このため、低温の外気に晒される外管と高温の排気ガスに晒される内管との間の温度差が大きくなった場合でも、内管と外管との間に内管保持部材が介装されるので、内管の熱が内管保持部材に伝達されて内管と内管保持部材との温度差を小さくすることができる。

したがって、内管保持部材に対する内管の歪みを低減することができる。これに加えて、分岐管部の外周部に接合される半円部が連結部によって連結されることで一対の分岐管部が内管保持部材によって連結されるので、内管の分岐管部が近接する方向の歪みを低減して、内管の分岐管部の分岐部分の応力を低減することができる。この結果、分岐管部の分岐部分が山状に歪んでしまうのを抑制して、分岐管部の分岐部分に亀裂が発生する等して損傷してしまうのを防止することができ、排気マニホールドの信頼性を向上させることができる。
また、分岐管部と内管保持部材の接合面の応力を低減することができるため、内管の取付け強度を確保することができ、排気マニホールドの信頼性をより一層向上させることができる。

上記（１）に記載の排気マニホールドにおいて、（２）前記内管の板厚に対して前記外管の板厚を大きくし、前記内管保持部材の板厚を、前記内管の板厚よりも大きく、かつ、前記外管の板厚よりも小さくしたものから構成されている。

この構成により、内管の板厚を外管よりも薄くしたので、高温の排気ガスに晒される内管の熱容量を小さくして内管と外管の間に空気層（断熱層）を設けることができ、排気ガスを保温することができる。

また、内管保持部材の板厚を内管の板厚よりも大きくしたので、内管と内管保持部材との温度差をより一層小さくすることができ、内管保持部材に対する内管の歪みをより一層低減することができる。

上記（１）または（２）に記載の排気マニホールドにおいて、（３) 前記分岐管部の排気方向上流部にスリットが形成され、前記分岐管部の内周部が前記スリットを介して前記内管と前記外管の間に画成された隙間に連通するものから構成されている。

この構成により、分岐管部の排気方向上流部にスリットを形成し、内管の内周部をスリットを介して内管と外管の間に画成された隙間に連通させたので、分岐管部の排気方向上流側に導入される排気ガスの一部が合流管部に導入される直前に、スリットを通して内管と外管の間の隙間に排気することができ、一組の気筒の排気ポートから一対の分岐管部に排気される高温の排気ガスにより分岐管部の分岐部分に発生する歪みを低減することができる。

すなわち、内管の一対の分岐管部は、排気ガスの入口に相当し、この一対の分岐管部に連通する合流管部に一対の分岐管部に導入された排気ガスが合流されるため、排気ガス量が急激に増えることで排気ガスの圧力が高くなり、分岐管部に導入される排気ガスが非常に高温となって分岐管部の分岐部分が歪み易くなる。

本発明では、分岐管部の排気方向上流側に導入される排気ガスの一部をスリットを通して内管と外管の間の隙間に排気することで、排気ガス量を減らして排気ガスの圧力を低減することができるため、分岐管部に導入される排気ガスの温度が上昇するのを抑制することができる。このため、分岐管部の分岐部分に歪みが発生するのをより一層抑制することができる。
上記（１）ないし（３）に記載の排気マニホールドにおいて、（４）前記合流管部の排気方向下流部にスリットが形成され、前記合流管部の内周部が前記スリットを介して前記内管と前記外管の間に画成された隙間に連通するものから構成されている。

この構成により、合流管部の排気方向下流部にスリットを形成し、内管の内周部をスリットを介して内管と外管の間に画成された隙間に連通したので、分岐管部を通して合流管部に合流される排気ガスの一部をスリットを通して内管と外管の間の隙間に排気することができる。
このため、一対の分岐管部から合流される排気ガスによって合流管部内の排気ガスの圧力が上昇してしまうのを抑制して、内管が排気ガスの圧力によって歪んでしまうのを抑制することができる。

上記（１）ないし（４）に記載の排気マニホールドにおいて、（５）前記エンジンが直列４気筒エンジンで構成されるとともに、前記二重合流配管部が一対設けられ、一方の前記二重合流配管部に排気工程の重ならない一組の排気ポートから排気ガスが導入され、他方の前記二重合流配管部に排気工程の重ならない残りの一組の排気ポートから排気ガスが導入されるものから構成されている。
この構成により、爆発行程が前後する気筒間の排気干渉を確実に抑制することができ、エンジンの低回転域におけるトルク性能の低下を確実に防止することができる。

本発明によれば、内管が高温の排気ガスに晒されるときに、内管の分岐管部の応力を低減して分岐部分が損傷してしまうのを防止することができ、信頼性を向上させることができる排気マニホールドを提供することができる。

以下、本発明に係る排気マニホールドの実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図１１は、本発明に係る排気マニホールドの一実施の形態を示す図である。なお、図１は、排気マニホールドの正面図、図２は、二重合流配管部の外管の一方を取り外した状態の排気マニホールドの正面図、図３は、二重合流配管部の分解図、図４は、内管の正面図、図５は、内管の背面図、図６は、内管の側面図、図７は、一方の外管を取り外した状態の二重合流配管部の正面図、図８は、他方の外管を取り外した状態の二重合流配管部の背面図、図９は、図１のＡ−Ａ方向矢視断面図、図１０は、図１のＢ−Ｂ方向矢視断面図、図１１は、補強管および内管保持部材が取付けられた状態の内管の側面図である。

まず、構成を説明する。
図１、図２において、排気マニホールド１１は、図示しない直列４気筒エンジンのシリンダヘッドに取付けられるものであり、この排気マニホールド１１は、独立した複数の上流管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと、上流管１２ａ〜１２ｄの中の一組毎に接続される二重合流配管部１３Ａ、１３Ｂと、二重合流配管部１３Ａ、１３Ｂに接続される一組の下流管１４ａ、１４ｂとを含んで構成されている。

上流管１２ａ〜１２ｄは、内管１２ｎと、内管１２ｎよりも板厚が大きく形成され、内管１２ｎとの間に一定の隙間Ｓ１（図１０参照）を介して内管１２ｎの外周部に取付けられる外管１２ｍとをそれぞれ備えており、上流管１２ａ〜１２ｄの排気方向上流（以下、単に上流という）部にはフランジ部１５が取付けられている。なお、フランジ部１５には上流管１２ａ〜１２ｄの外管が溶接によって固定されている。

このフランジ部１５は、シリンダヘッドにボルト等によって固定されており、上流管１２ａ〜１２ｄにはエンジンの各気筒の排気ポートから排気ガスが排気されるようになっている。

また、本実施の形態では、上流管１２ａがエンジンの第１気筒の排気ポートに、上流管１２ｂがエンジンの第２気筒の排気ポートに、上流管１２ｃがエンジンの第３気筒の排気ポートに、上流管１２ｄがエンジンの第４気筒の排気ポートにそれぞれ連通している。

また、一方の二重合流配管部１３Ａは、第２気筒の排気ポートに連通する上流管１２ｂおよび第３気筒の排気ポートに連通する上流管１２ｃの下流側に接続されており、他方の二重合流配管部１３Ｂは、第１気筒の排気ポートに連通する上流管１２ａおよび第４気筒の排気ポートに連通する上流管１２ｄの排気方向下流（以下、単に下流という）部に接続されている。

ここで、直列４気筒エンジンは、４サイクルガソリンエンジンで、その爆発順は、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順となっており、二重合流配管部１３Ａは、排気工程の重ならない第２気筒の排気ポートおよび第３気筒の排気ポートから上流管１２ｂ、１２ｃを介して排気ガスが導入され、二重合流配管部１３Ｂは、排気工程の重ならない第１気筒の排気ポートおよび第４気筒の排気ポートから上流管１２ａ、１２ｄを介して排気ガスが導入されることになる。

次に、図３〜図１１に基づいて二重合流配管部１３Ａ、１３Ｂの構成を説明する。なお、二重合流配管部１３Ａ、１３Ｂの構成は同一であるため、図３〜図１１では、二重合流配管部１３Ｂの構成を説明するが、二重合流配管部１３Ａの構成部材も二重合流配管部１３Ｂの構成部材と同一であるため、二重合流配管部１３Ａの構成部材の説明を行う場合にも、二重合流配管部１３Ｂの構成部材を用いる。

図２に示すように、二重合流配管部１３Ａ、１３Ｂは、合流管部２２および合流管部２２から二股に分岐された分岐管部２３、２４を有する内管２５と、合流管部２２および分岐管部２３、２４の外周部を覆うように設けられた外管２６（図１参照）とを含んで構成されている。

図３に示すように、内管２５は、分岐管部２３、２４を構成する半割り分岐管部２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂおよび合流管部２２を構成する半割り合流管部２２ａ、２２ｂを有する半割り形状の半割り内管２７、２８を備えており、半割り内管２７、２８の幅方向両端部に形成されたフランジ部２７ａ、２８ａが溶接により接合されることにより、一体化されるようになっている。

また、半割り内管２７、２８の半割り分岐管部２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂの間は薄肉部２３ｃ、２４ｃを介して離隔しており、薄肉部２３ｃ、２４ｃの上流端Ｂは、半割り分岐管部２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂの上流端Ｃに対して下流側に位置している。したがって、半割り分岐管部２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂの上流部の間には隙間が形成されている。
なお、半割り内管２７、２８をフランジ部２７ａ、２８ａによって接合することによって一体的に構成された内管２５においては、薄肉部２３ｃ、２４ｃを薄肉部２１という。

また、図４、図５に破線で示すように、フランジ部２７ａ、２８ａを接合するための溶接部Ａは、フランジ部２７ａ、２８ａの延在方向上流部と下流部を除いた部分に施されている。

また、図３、図６に示すように、フランジ部２７ａ、２８ａは、分岐管部２３、２４の上流部および合流管部２２の下流部を除いた半割り内管２７、２８の幅方向両端部に形成されており、分岐管部２３、２４には分岐管部２３、２４の上流部の合わせ面および合流管部２２の下流部の合わせ面にそれぞれスリットとしてのフロントスリット２９およびリヤスリット３０が形成されている。したがって、分岐管部２３、２４および合流管部２２の内周部と内管２５および外管２６の間に画成された隙間Ｓとはフロントスリット２９およびリヤスリット３０を介して連通している。

また、図２、図４、図５に示すように、合流管部２２の下流部には筒状の補強管３１が設けられており、この補強管３１は、リヤスリット３０の一部を閉塞するように合流管部２２の下流部に溶接によって接合されている。

また、外管２６は、合流管部２２および分岐管部２３を覆うように合流管部２２および分岐管部２３の外周部に取付けられており、この外管２６は、図３に示すように、半割り形状の半割り外管３２、３３を備えており、半割り外管３２、３３の幅方向両端部には半割り内管２７、２８のフランジ部２７ａ、２８ａを収納する収納部３２ａ、３３ａが形成されている。また、収納部３２ａ、３３ａの両端部には、互いに半割り外管３２、３３の方向に向かって突出する接合部３２ｂ、３３ｂが形成されており、この接合部３２ｂ、３３ｂが重ね合わされた状態で接合部３２ｂ、３３ｂが溶接されることにより、半割り外管３２、３３が一体化された外管２６が構成される。

また、図２、図３、図４、図５、図７〜図１１に示すように、内管２５と外管２６の間には半割り形状の内管保持部材３４、３５が介装されており、内管保持部材３４、３５は、内管２５と外管２６との間に空気層（断熱層）を構成する一定の隙間Ｓ（図１０参照）を画成するように内管２５と外管２６に溶接等によって接合されている。なお、この溶接は、スポット溶接等の部分的な溶接、または溶接アーク溶接等の全面に対する溶接等が用いられる。

なお、図１０において、上流管１２ｄの外管１２ｍの下流部が外管２６の内周部に溶接等によって接合されている。また、内管１２ｎおよび外管１２ｍの間にはワイヤメッシュ３９が介装されており、このワイヤメッシュ３９は、内管１２ｎおよび外管１２ｍの間に空気層を構成する一定の隙間Ｓ１を形成するとともに、排気マニホールド１１に振動が発生したときに、その振動を吸収するようになっている。

内管保持部材３４、３５は、分岐管部２３、２４の外周部および外管２６の内周部に接合される半円部３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂと、半円部３４ａ、３４ｂおよび半円部３５ａ、３５ｂと一体的に設けられ、半円部３４ａ、３４ｂおよび半円部３５ａ、３５ｂをそれぞれ連結する直線状の連結部３４ｃおよび連結部３５ｃとを備えている。

この内管保持部材３４、３５は、半円部３４ａ、３４ｂおよび半円部３５ａ、３５ｂの内周部が溶接等により分岐管部２３、２４の外周部に接合されているとともに、半円部３４ａ、３４ｂおよび半円部３５ａ、３５ｂの外周部が溶接等により外管２６の内周部に接合されており、内管２５は、内管保持部材３４、３５によって外管２６に固定されている。

本実施の形態では、内管２５、外管２６および内管保持部材３４、３５は、ステンレス鋼板等の金属から構成されており、外管２６の板厚が内管２５の板厚よりも大きく形成されるとともに、内管保持部材３４、３５の板厚が内管２５の板厚よりも大きく、かつ、外管２６の板厚よりも小さく形成されている。また、補強管３１の板厚は、内管２５の板厚よりも大きく形成されている。

また、内管保持部材３４、３５の連結部３４ｃ、３５ｃは、溶接によって接合されている。本実施の形態では、連結部３４ｃ、３５ｃを接合することにより、分岐管部２３、２４の上流部を挟み込むとともに、補強管３１を合流管部２２の下流部に接合することにより、排気ガスの圧力によって分岐管部２３、２４および合流管部２２が径方向に拡径するように変形する、すなわち、半割り内管２７、２８が離隔する方向に内管２５が変形するのを防止している。

また、内管２５と外管２６の間には、半割り状のワイヤメッシュ３６、３７、３８が内管２５を挟み込むようにして介装されており、このワイヤメッシュ３６、３７、３８は内管２５と外管２６との間に空気層Ｓを形成する隙間を確保するとともに、排気マニホールド１１に振動が発生したときに、その振動を吸収するようになっている。

また、図４〜図８に示すように、内管２５の分岐管部２３、２４の上流部の管径は、分岐管部２３、２４の管径よりも大きくなっており（以下、分岐管部２３、２４の上流部を大径部４０という）、この大径部４０に内管保持部材３４、３５の半円部３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂが接合されている。

また、合流管部２２の下流部の管径は、合流管部２２の管径よりも小径となっており（以下、合流管部２２の下流部を小径部４１という）、この小径部４１に補強管３１が取付けられている。

また、ワイヤメッシュ３８は、合流管部２２と小径部４１の段差部を覆うように合流管部２２に取付けられている。

また、図１、図２に示すように、下流管１４ａ、１４ｂは、内管および内管との間で一定の隙間を画成するように外管の外周部を覆う外管から構成されており、この下流管１４ａ、１４ｂの上流部は、外管２６の下流部に溶接等によって接合されている。

また、下流管１４ａ、１４ｂの下流部は、合流管１６によって合流されており、この合流管１６にはフランジ部１７が設けられている。このフランジ部１７は、図示しない触媒装置に接続されている。

この触媒装置は、公知の３元触媒を備えており、排気ガス中の窒素酸化物等の有害物質を還元または酸化させて水、二酸化炭素、窒素といった無害な物質とする装置であり、エンジンの空燃比を所定範囲に制御し、排気ガス中の酸素濃度を一定範囲内に維持することで、高効率の排気ガス浄化作用が得られるという性質がある。

また、触媒装置は、通常、常温では三元触媒の還元能力が低く、過度の高熱や振動に曝され続けると損傷し易くなるため、三元触媒の還元能力がエンジン始動後早期に活性化されるように排気ガスの熱による暖機が必要である。

次に、作用について説明する。
エンジンの運転時には、第１気筒から第４気筒までの各気筒について、吸気、圧縮、爆発膨張および排気の各行程が所定の爆発順に繰り返される。そして、例えば第１気筒が爆発膨張行程であるときには、第２気筒から第４気筒はそれぞれほぼ排気行程、圧縮行程、吸気行程となり、第１気筒が排気行程であるときには、第２気筒から第４気筒はそれぞれほぼ吸気行程、爆発膨張行程、圧縮行程となり、第１気筒が吸気行程であるときには、第２気筒から第４気筒はそれぞれほぼ圧縮行程、排気行程、爆発膨張行程となり、第１気筒が圧縮行程であるときには、第２気筒から第４気筒はそれぞれほぼ爆発膨張行程、吸気行程、排気行程となる。

このようなエンジンに装着される本実施の形態の排気マニホールド１１にあっては、第１気筒に連通する上流管１２ａと第４気筒に連通する上流管１２ｄが二重合流配管部１３Ｂに接続されるため、第１の気筒の排気ポートおよび第４の気筒の排気ポートから排出される排気ガスが上流管１２ａ、１２ｄを通して二重合流配管部１３Ｂに導入される。

また、第２気筒に連通する上流管１２ｂと第３気筒に連通する上流管１２ｃが二重合流配管部１３Ａに接続されるため、第２の気筒の排気ポートおよび第３の気筒の排気ポートから排出される排気ガスが上流管１２ｂ、１２ｃを通して二重合流配管部１３Ａに導入される。

本実施の形態の上流管１２ａ〜１２ｄは、二重管構造であるため、内管１２ｎの熱容量が小さく、内管１２ｎが早期に上昇し、しかも内管１２ｎは隙間Ｓ１によって画成される空気層に覆われているので、内管１２ｎから外管１２ｍへの熱放射が低減され、排気ガスが保温される。

また、二重合流配管部１３Ａ、１３Ｂに導入された排気ガスは、分岐管部２３、２４を通して合流管部２２に合流した後、二重管構造の下流管１４ａ、１４ｂに導入され、下流管１４ａ、１４ｂによって保温されたまま触媒装置に向かって排出される。

本実施の形態の二重合流配管部１３Ａ、１３Ｂは、薄肉の内管２５および内管２５との間に空気層を画成する隙間Ｓを介して内管２５の外周部を覆う厚肉の外管２６を備えた二重管構造であるため、内管２５の熱容量が小さく、内管２５が早期に上昇し、しかも内管２５は空気層に覆われているので、内管２５から外管２６への熱放射が低減され、排気ガスが保温される。したがって、エンジンの冷間時に二重合流配管部１３Ａ、１３Ｂの下流側に設けられた触媒装置の活性化が促進され、排気ガスの浄化性能が向上する。

一方、内管２５は、外管２６よりも薄肉に形成されているため、高温の排気ガスに晒されると、内管２５と外管２６の熱膨張差が大きくなってしまい、内管２５の合流管部２２、分岐管部２３、２４に歪みが発生する。特に、分岐管部２３、２４の径方向の歪みが発生すると、薄肉部２１が山状に変形して薄肉部２１に亀裂が発生する等して損傷してしまうおそれがある。

本実施の形態では、内管２５と外管２６の間に、内管２５と外管２６との間に一定の隙間Ｓを画成するように半割り形状の一対の内管保持部材３４、３５を介装するとともに、この内管保持部材３４、３５を内管２５および外管２６に溶接し、この内管保持部材３４、３５が、分岐管部２３、２４の外周部および外管２６の内周部に接合される半円部３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂと、半円部３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂと一体的に設けられ、半円部３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂを連結する連結部３４ｃ、３５ｃとを含んで構成されるので、一対の分岐管部２３、２４が内管保持部材３４、３５によって保持された状態で内管２５が内管保持部材３４、３５を介して外管２６に固定されることになる。

このため、低温の外気に晒される外管２６と高温の排気ガスに晒される内管２５との間の温度差が大きくなった場合でも、内管２５と外管２６との間に内管保持部材３４、３５が介装されることで、内管２５の熱が内管保持部材３４、３５に伝達されて内管２５と内管保持部材３４、３５との温度差を小さくすることができる。

したがって、内管保持部材３４、３５に対する内管２５の歪みを低減することができる。これに加えて、分岐管部２３、２４の外周部に接合される半円部３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂが連結部３４ｃ、３５ｃによって連結されることで一対の分岐管部２３、２４が内管保持部材３４、３５によって連結されるので、内管２５の分岐管部２３、２４が近接する方向の歪みを低減して、分岐管部２３、２４の薄肉部２１の応力を低減することができる。この結果、分岐管部２３、２４の薄肉部２１が山状に歪んでしまうのを抑制して、分岐管部２３、２４の薄肉部２１に亀裂が発生する等して損傷してしまうのを防止することができ、排気マニホールド１１の信頼性を向上させることができる。
また、分岐管部２３、２４と内管保持部材３４、３５の溶接面の応力を低減することができるため、内管２５の取付け強度を確保することができ、排気マニホールド１１の信頼性をより一層向上させることができる。

また、本実施の形態では、内管２５の板厚に対して外管２６の板厚を大きくし、内管保持部材３４、３５の板厚を、内管２５の板厚よりも大きく、かつ、外管２６の板厚よりも小さくしたので、高温の排気ガスに晒される内管２５の熱容量を小さくして内管２５と外管２６の間に充分な大きさの空気層（断熱層）を設けることができ、排気ガスを保温することができる。

また、内管保持部材３４、３５の板厚を内管２５の板厚よりも大きくしたので、内管２５と内管保持部材３４、３５との温度差をより一層小さくすることができ、内管保持部材３４、３５に対する内管の歪みをより一層低減することができる。

また、二重合流配管部１３Ａ、１３Ｂに排気ガスが導入される際には、排気ガスの圧力によって分岐管部２３、２４および合流管部２２が径方向に変形してしまうので、本実施の形態では、内管２５よりも厚肉の内管保持部材３４、３５の連結部３４ｃ、３５ｃを接合することにより、分岐管部２３、２４の上流部を挟み込むとともに、内管２５よりも厚肉の補強管３１を合流管部２２の下流部に接合することにより、内管２５の上流部および下流部を補強することで、排気ガスの圧力によって分岐管部２３、２４および合流管部２２が径方向に拡径するように変形するのを防止している。

ところが、分岐管部２３、２４および合流管部２２の開口径が一定であると、内管２５よりも厚肉の内管保持部材３４、３５の端部（図７、図８に矢印Ｒ１で示す）と内管２５よりも厚肉の補強管３１の端部（図７、図８に矢印Ｒ２で示す）の分岐管部２３、２４および合流管部２２部分に応力が集中してしまい、分岐管部２３、２４および合流管部２２の端部Ｒ１、Ｒ２を傷めてしまうおそれがある。

本実施の形態では、内管２５の分岐管部２３、２４の上流部に大径部４０を形成するとともに、合流管部２２の下流部に小径部４１を形成することにより、大径部４０と大径部４０の下流側の分岐管部２３、２４の内径を異ならせるとともに、小径部４１と小径部４１の上流側の合流管部２２の内径を異ならせた。

このため、分岐管部２３、２４および合流管部２２の径方向に作用する排気ガスの応力を内径が変化する大径部４０および小径部４１によって分散させることができる。したがって、内管保持部材３４、３５の端部Ｒ１と補強管３１の端部Ｒ２の分岐管部２３、２４および合流管部２２部分に応力が集中するのを防止することができ、内管保持部材３４、３５および補強管３１の端部Ｒ１、Ｒ２に位置する分岐管部２３、２４および合流管部２２の端部Ｒ１、Ｒ２が損傷するのを防止することができる。

また、本実施の形態では、分岐管部２３、２４の排気方向上流部にフロントスリット２９を形成し、分岐管部２３、２４の内周部をフロントスリット２９を介して内管２５と外管２６の間の隙間Ｓに連通させたので、分岐管部２３、２４の排気方向上流側に導入される排気ガスの一部が合流管部２２に導入される直前に、フロントスリット２９を通して内管２５と外管２６の間の隙間Ｓに排気することができ、各気筒の排気ポートから一対の分岐管部２３、２４に排気される高温の排気ガスにより分岐管部２３、２４の薄肉部２１に発生する歪みを低減することができる。

すなわち、一対の分岐管部２３、２４は、排気ガスの入口に相当し、この一対の分岐管部２３、２４に連通する合流管部２２に一対の分岐管部２３、２４に導入された排気ガスが合流されるため、排気ガス量が急激に増えることで排気ガスの圧力が高くなり、分岐管部２３、２４に導入される排気ガスが非常に高温となって分岐管部２３、２４の薄肉部２１が歪み易くなる。

本実施の形態では、分岐管部２３、２４の排気方向上流側に導入される排気ガスの一部をフロントスリット２９を通して内管２５と外管２６の間の隙間Ｓに排気して排気ガス量を減らして排気ガスの圧力を低減することにより、分岐管部２３、２４に導入される排気ガスの温度が上昇するのを抑制することができる。このため、分岐管部２３、２４の薄肉部２１に発生する歪みをより一層低減することができる。
また、本実施の形態では、合流管部２２の排気方向下流部にリヤスリット３０を形成し、合流管部２２の内周部をリヤスリット３０を介して内管２５と外管２６の間に隙間Ｓに連通したので、分岐管部２３、２４を通して合流管部２２に合流される排気ガスの一部をリヤスリット３０を通して内管２５と外管２６の間の隙間Ｓに排気することができ、一対の分岐管部２３、２４から合流される排気ガスによって合流管部２２内の排気ガスの圧力が上昇してしまうのを抑制して、内管２５が排気ガスの圧力によって歪んでしまうのを抑制することができる。

また、本実施の形態では、図４、図５の破線で示すように、溶接部Ａを、フランジ部２７ａ、２８ａの延在方向上流部と下流部を除いた部分に施したので、排気ガスの圧力によりフランジ部２７ａ、２８ａの延在方向上流端と下流端に応力が集中してしまうのを防止することができる。

すなわち、フランジ部２７ａ、２８ａの延在方向全域に亘って溶接を施した場合には、排気ガスの圧力によってフランジ部２７ａ、２８ａの延在方向上流端と下流端と溶接の始端と終端とが重なるため、フランジ部２７ａ、２８ａの延在方向上流端と下流端とに応力が集中してフランジ部２７ａ、２８ａが離隔する方向に変形し、溶接部が剥がれてしまい、溶接の信頼性が悪化してしまうおそれがある。

本実施の形態では、溶接部Ａを、フランジ部２７ａ、２８ａの延在方向上流部と下流部を除いた部分に施したので、フランジ部２７ａ、２８ａの延在方向上流端と下流端から離れた溶接部の始端と終端とに応力を集中させることができる。

このため、フランジ部２７ａ、２８ａの延在方向上流端と下流端から離れた溶接部の始端と終端と支点として、フランジ部２７ａ、２８ａの延在方向上流端と下流端の非溶接部を離隔させる方向にフランジ部２７ａ、２８ａを変形させて溶接部Ａが剥がれてしまうのを防止することができ、溶接の信頼性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、二重合流配管部１３Ａが排気工程の重ならない第１気筒および第４気筒に連通される上流管１２ａ、１２ｄに接続されるとともに、二重合流配管部１３Ｂが排気工程の重ならない第２気筒および第３気筒に連通される上流管１２ｂ、１２ｃに接続されるようにしたので、爆発行程が前後する気筒間の排気干渉を確実に抑制することができ、エンジンの低回転域におけるトルク性能の低下を確実に防止することができる。

なお、本実施の形態の二重合流配管部１３Ａ、１３Ｂと上流管１２ａ〜１２ｄの接続構造は、これに限らず、隣接する上流管１２ａ、１２ｂを二重合流配管部１３Ａに接続するとともに、隣接する上流管１２ｃ、１２ｄを二重合流配管部１３Ｂに接続するようにしてもよい。
このようにすれば、離れた位置にある上流管１２ａ、１２ｄを二重合流配管部１３Ｂに接続するような構造とならないので、排気マニホールド１１の取付けスペースを低減するとともに、排気マニホールド１１の構成をより簡素化することができる。
また、フロントスリット２９およびリヤスリット３０を、分岐管部２３、２４の上流部の合わせ面および合流管部２２の下流部の合わせ面に形成しているが、これに限らず、分岐管部２３、２４の上流部および合流管部２２の下流部の円周方向のいずれかに形成してもよい。

要は、分岐管部２３、２４の内周部と内管２５および外管２６の間の隙間Ｓとがフロントスリットを介して連通されていればよく、合流管部２２の内周部と内管２５および外管２６の間の隙間Ｓとがリヤスリットを介して連通されていればよい。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る排気マニホールドは、内管が高温の排気ガスに晒されるときに、内管の分岐管部の応力を低減して分岐部分が損傷してしまうのを防止することができ、排気マニホールドの信頼性を向上させることができるという効果を有し、二重合流配管部に一組の気筒の排気ポートから排気ガスを導く排気マニホールド等として有用である。

本発明に係る排気マニホールドの一実施の形態を示す図であり、排気マニホールドの正面図である。 本発明に係る排気マニホールドの一実施の形態を示す図であり、二重合流配管部の外管の一方を取り外した状態の排気マニホールドの正面図である。 本発明に係る排気マニホールドおよび一実施の形態を示す図であり、二重合流配管部の分解図である。 本発明に係る排気マニホールドおよび一実施の形態を示す図であり、内管の正面図である。 本発明に係る排気マニホールドおよび一実施の形態を示す図であり、内管の背面図である。 本発明に係る排気マニホールドおよび一実施の形態を示す図であり、内管の側面図である。 本発明に係る排気マニホールドおよび一実施の形態を示す図であり、一方の外管を取り外した状態の二重合流配管部の正面図である。 本発明に係る排気マニホールドおよび一実施の形態を示す図であり、他方の外管を取り外した状態の二重合流配管部の背面図である。 本発明に係る排気マニホールドおよび一実施の形態を示す図であり、図１のＡ−Ａ方向矢視断面図である。 本発明に係る排気マニホールドおよび一実施の形態を示す図であり、図１のＢ−Ｂ方向矢視断面図である。 本発明に係る排気マニホールドおよび一実施の形態を示す図であり、補強管および内管保持部材が取付けられた状態の内管の側面図である。

符号の説明

１１ 排気マニホールド
１３Ａ、１３Ｂ 二重合流配管部
２２ 合流管部
２３、２４ 分岐管部
２５ 内管
２６ 外管
２９ フロントスリット（スリット）
３０ リヤスリット（スリット）
３４、３５ 内管保持部材
３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ 半円部
３４ｃ、３５ｃ 連結部

Claims (5)

1. 合流管部および前記合流管部から二股に分岐された分岐管部を有する内管と、前記合流管部および前記分岐管部の外周部を覆うように設けられた外管とから構成される二重合流配管部を備え、エンジンの各気筒のうちの一組の排気ポートから排気される排気ガスが前記分岐管部を通して導入される排気マニホールドにおいて、
   前記内管と前記外管の間に介装され、前記内管と前記外管との間に一定の隙間を画成するように前記内管と前記外管に接合される半割り形状の一対の内管保持部材を設け、
   前記内管保持部材が、前記分岐管部の外周部および前記外管の内周部に接合される半円部と、前記半円部と一体的に設けられ、前記半円部を連結する連結部とからなることを特徴とする排気マニホールド。
2. 前記内管の板厚に対して前記外管の板厚を大きくし、前記内管保持部材の板厚を、前記内管の板厚よりも大きく、かつ、前記外管の板厚よりも小さく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。
3. 前記分岐管部の排気方向上流部にスリットが形成され、前記分岐管部の内周部が前記スリットを介して前記内管と前記外管の間に画成された隙間に連通することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気マニホールド。
4. 前記合流管部の排気方向下流部にスリットが形成され、前記合流管部の内周部が前記スリットを介して前記内管と前記外管の間に画成された隙間に連通することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の排気マニホールド。
5. 前記エンジンが直列４気筒エンジンで構成されるとともに、前記二重合流配管部が一対設けられ、
   一方の前記二重合流配管部に排気工程の重ならない一組の排気ポートから排気ガスが導入され、他方の前記二重合流配管部に排気工程の重ならない残りの一組の排気ポートから排気ガスが導入されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の排気マニホールド。

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