JP4709682B2 - エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば自動車用ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等のエンジンの排気装置、特に複数の気筒から排出される排気を排気マニホールドで集合させて下流側の排気管等に導く多気筒エンジンの排気装置に関する。

従来、複数の気筒を有する多気筒エンジンにおいては、各気筒から排出される排気を排気マニホールドで集合させて、その下流側に接続した排気管を介して消音器等に導くのが一般的であり、上記のような排気マニホールドとしては下記特許文献１のように従来より鋳物製のものが多く用いられている。

しかし最近、特に自動車用のエンジンにおいては、最近排ガス規制がますます厳しくなる傾向にあり、より優れた排ガスの浄化対策や後処理等が要求されている。例えば選択還元型ＮＯｘ触媒や酸化触媒等を用いた触媒コンバータ等による効率的な浄化対策や、ディーゼルエンジンにあっては、ＤＰＦ（ディーゼル微粒子除去装置）による炭素を主成分とした粒子状物質（ＰＭ）のより効果的な除去が求められている。

上記のような浄化対策や後処理等を効率よく行うためには、多くの熱エネルギーが必要で、特にエンジンから出た排気は上記の触媒コンバータやＤＰＦに至るまでの間に極力温度が低下しないようにするのが望ましい。ところが、前記のような鋳物製の排気マニホールドは重量が重く、ヒートマスも高い。そのため、排気マニホールド内を排気が通過する過程で多量の熱が奪われて排気温度が低下しやすい。

そこで下記特許文献２のように排気マニホールドを内外二重に形成することによって、上記マニホールド内を流れる排気温度の低下を極力防止することが提案されているが、上記排気マニホールドのエンジン側の端部は、一般にそれと一体的に設けた肉厚の金属製フランジ継手を介してボルト等でエンジンに取付けるのが一般的であり、上記エンジンからマニホールドに流入する際の排気の一部が上記フランジ継手の内周面に直接もしくは殆ど直接的に接触して排気温度が低下する不具合があった。

特開平７−８３０４８号公報 特開平８−３３８２４０号公報

本発明は上記の問題点に鑑みて提案したもので、排気マニホールドのエンジン側の端部での排気温度の低下を極力防止して排気浄化性能や排気浄化効率の優れたエンジンの排気装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明によるエンジンの排気装置は以下の構成としたものである。すなわち、排気マニホールドのエンジン側の端部をフランジ継手を介してシリンダヘッドに取付けることによって該シリンダヘッド内の排気ポートに上記排気マニホールドを連通接続したエンジンの排気装置において、上記排気ポートから上記排気マニホールド内に至る排気通路内に、上記フランジ継手の内周面を覆う排気案内筒体を上記フランジ継手内周面から離間させて設け、上記排気案内筒体の上流側の端部は、上記フランジ継手の内方を通って上記排気ポート内に突出していると共に、該排気案内筒体の半径方向外方に湾曲するラッパ状に拡開しており、上記排気ポート内に突出している上記排気案内筒体は、該排気ポートの内面と互いに離間した非接触状態になっていることを特徴とする。

上記のように排気ポートから排気マニホールド内に至る排気通路内にフランジ継手の内周面を覆う排気案内筒体をフランジ継手内周面から離間させて設けたことによって、上記エンジンからマニホールドに流入する際の排気の一部が前記従来のようにフランジ継手の内周面に直接もしくはほぼ直接接触して上記端部で排気温度が低下するのを極力防止することができる。その結果、排気マニホールドの下流側に配置される触媒コンバータやＤＰＦ等に比較的高い温度状態で排気が導入されて効率よく且つ良好に排気浄化を行うことが可能となるもので、排気浄化性能や排気浄化効率の優れたエンジンの排気装置を提供することができる。

以下、本発明を図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図１は本発明によるエンジンの排気装置の一実施形態を示す斜視図、図２は図１におけるＡ−Ａ拡大断面図、図３はその一部の拡大図である。

本実施形態は自動車用多気筒エンジン、特に直列６気筒のディーゼルエンジン１の排気装置に適用したもので、各気筒の燃焼室２からそれぞれ２つの排気バルブ３・３を介して排気ポート４に排出された排気を、排気マニホールド５で集合させた後、その排気マニホールド５の下流側に接続した排気管６を介して図に省略した消音器等に導く構成である。上記排気管６の下流側には触媒コンバータやＤＰＦも設けられているが図には省略した。図中、８は吸気バルブ、９は吸気ポート、１０はシリンダヘッド、１１はシリンダ、１２はピストンである。

上記の排気マニホールド５は、本実施形態においては、その略全長にわたって内外二重に形成したもので、特に図の場合は枝状の内管５１と、それを覆う外管５２とで内外二重に形成し、その内管５１と外管５２との間に所定間隔の断熱空間（空気断熱層）Ｓを形成したものである。なお、上記内管５１および外管５２は必ずしも厳密に管状である必要はなく、例えば断面半円形の一対の半割状のものを互いに向かい合わせて管状をなすようにしたものでもよい。図中、１５は上記排気マニホールド５の熱による膨張収縮や振動を吸収するためのベローズ管等よりなる可撓管で、その可撓管１５も内外二重に形成されているが図には省略した。

上記の内外管５１・５２よりなる排気マニホールド５の上流側の端部、すなわちエンジン１側の端部は、図２および図３に示すように内管５１を拡径加工もしくは外管５２を縮径加工して内外管５１・５２の端部５１ａ・５２ａが互いに重なるようにすると共に、その重なり部の外側にリング状の厚手の金属板よりなるフランジ継手１６を嵌合して溶接等で一体的に固着した構成であり、そのフランジ継手１６を上記エンジン１のシリンダヘッド１０にスタットボルト１７やナット１８等で連結固定することによって、前記各気筒の排気ポート４が上記排気マニホールド５に連通接続されている。

そして本発明は図２および図３に示すように上記排気ポート４から排気マニホールド５内に至る排気通路内に、上記フランジ継手１６の内周面を覆う排気案内筒体２０を上記フランジ継手１６の内周面から離間させて設けたもので、その排気案内筒体２０の長さは適宜であるが、本実施形態においては上記フランジ継手１６の内周面と、その両側の内管５１の上流側端部５１ａおよび排気ポート４の下流側端部の一部を覆う長さに形成されている。

上記排気案内筒体２０の取付手段は適宜であるが、例えば該筒体２０の下流側の端部を排気マニホールド５に溶接等で固着するとよく、図の場合は内外二重に形成した排気マニホールド５の内管５１のエンジン側の端部内周面に排気案内筒体２０の下流側の端部２０ａをスポット溶接等で固着した構成である。その排気案内筒体２０の上流側の端部２０ｂは、図の場合はフランジ継手１６の内方を通って排気ポート４内に突出させた構成であり、その排気案内筒体２０とフランジ継手１６および排気ポート４とは互いに所定の間隔をおいて離間させることによって非接触の状態にある。

なお、上記排気案内筒体２０の排気ポート１１側の端部２０ｂは、必要に応じてなだらかなラッパ状に拡開させるとよく、図の場合は排気案内筒体２０の排気ポート４側の端部を半径方向外方になだらかに湾曲する曲面に形成すると共に、その先端部を上記排気案内筒体２０と同心状の略円筒面で切断した構成である。その場合にも排気案内筒体２０の排気ポート４側の端部２０ｂは排気ポート４の内面に接触しないようにするのが望ましい。

図中、２１・２２は排気マニホールド５と排気管６とを接続するフランジ継手で、その各フランジ継手２１・２２はそれぞれ排気マニホールド５および排気管６の端部に溶接等で一体的に固着され、その両継手２１・２２はボルト・ナットで連結されるが図には省略した。また上記排気管６も本実施形態においては内外管で内外二重に形成されている。

上記の構成において、エンジン１の運転時に各気筒の燃焼室２から排気バルブ３を介して排気ポート４に流入した排気は、排気案内筒体２０内に導かれる。その際、上記排気案内筒体２０の上流側の端部、すなわち排気ポート１１側の端部２０ａを、前記のようになだらかなラッパ状に拡開させると、上記排気案内筒体２０内に排気を円滑に流入させることができる。そして、上記排気案内筒体２０内に流入した排気は、該筒体２０内を通って排気マニホールド５内に導かれ、そのとき、排気はフランジ継手１６には直接はもとより間接的にも殆ど接触することがないので排気温度の低下が抑制される。

特に、図の実施形態においては、内外管５１・５２で内外二重に形成された排気マニホールド５の上記内管５１の極く一部に上記排気案内筒体２０の一端が接触するだけで、それ以外は上記排気案内筒体２０はフランジ継手１６はもとより上記外管５２と排気ポート４とも非接触であるので、排気温度の低下を大幅に抑制できるものである。

なお、上記実施形態は、フランジ継手１６の内周面を覆う排気案内筒体２０を排気マニホールド５とは別体に形成したが、図示例のように排気マニホールド５を内管５１と外管５２とで内外二重に形成したものにあっては、その内管５１のエンジン側の端部を、例えば図４に示すように排気ポート４内に延長突出５１ｂさせることによって、その延長突出部５１ｂが上記排気案内筒体２０を兼ねるようにしてもよい。すなわち、上記延長突出５１ｂが上記フランジ継手１６の内周面から離間した状態で該フランジ継手１６の内周面を覆うようにしてもよい。

上記のように構成することによって、前記実施形態のように排気案内筒体２０を別途設けることなく、上記延長突出部５１ｂが前記排気案内筒体２０と同様の機能を発揮して排気温度の低下を防止することができるものである。なお、この場合にも排気案内筒体２０を兼ねる内管５１の延長突出部５１ｂの上流側の端部５１ｃを前記排気案内筒体２０の上流側の端部２０ｂと同様になだらかなラッパ状に拡開させると、上記排気ポート４から内管５１内に排気を円滑に流入させることができる。図中、５３は上記内管５１と外管５２とを所定の間隔に保持するリング状の間隔保持スペーサである。

上記のようにして排気案内筒体２０もしくは排気案内筒体２０を兼ねる内管５１の延長突出部５１ｂを介して排気マニホールド５内に導入された排気は、引き続き排気管６を経て図に省略した触媒コンバータやＤＰＦに導かれて触媒による浄化や粒子状物質の除去等がなされるもので、その際、上記のように排気温度の低下が抑制されて比較的高い温度で触媒コンバータやＤＰＦに導かれるので効率よく浄化処理等を行うことができる。特に、選択還元型ＮＯｘ触媒や酸化触媒等は従来の比較的低い排気温度では必ずしも充分な浄化処理ができなかったが、本発明においては上記のような構成とすることによって排気温度を極力高温に維持することができるので上記のような触媒を有効に使用できると共に、ＤＰＦを用いるものにあっては、極力高い排気温度で効率よく粒子状物質等を除去できるものである。

なお、上記各実施形態は、排気マニホールド５から排気管６を介して触媒コンバータやＤＰＦに排気を導く場合を例にして説明したが、上記排気管６を介することなく上記排気マニホールド５から触媒コンバータやＤＰＦに直接あるいは消音器等を介して導く構成のものにも適用できる。

以上のように、本発明によるエンジンの排気装置によれば、エンジンから出る排気の温度が極力低下することなく触媒コンバータやＤＰＦ等に導くことが可能となり、排気の浄化処理や粒子状物質の除去等を効率よく行うことができる。その結果、排気温度を高めるために別途加熱手段や熱エネルギーを用いることなく比較的高い排気温度が得られ、最近ますます厳しくなる傾向にある排ガス規制にも容易・安価に対応することが可能となる。

本発明によるエンジンの排気装置の一実施形態を示す平面図。 図１におけるＡ−Ａ拡大断面図。 図２の一部の拡大図。 本発明によるエンジンの排気装置の他の実施形態を示す断面図。

符号の説明

１ エンジン
２ 燃焼室
３ 排気バルブ
４ 排気ポート
５ 排気マニホールド
５１ 内管
５２ 外管
６ 排気管
８ 吸気バルブ
９ 吸気ポート
１０ シリンダヘッド
１１ シリンダ
１２ ピストン
１５ 可撓管
１６ フランジ継手
１７ スタットボルト
１８ ナット
２０ 排気案内筒体

Claims (3)

1. 排気マニホールドのエンジン側の端部をフランジ継手を介してシリンダヘッドに取付けることによって該シリンダヘッド内の排気ポートに上記排気マニホールドを連通接続したエンジンの排気装置において、上記排気ポートから上記排気マニホールド内に至る排気通路内に、上記フランジ継手の内周面を覆う排気案内筒体を上記フランジ継手内周面から離間させて設け、
   上記排気案内筒体の上流側の端部は、上記フランジ継手の内方を通って上記排気ポート内に突出していると共に、該排気案内筒体の半径方向外方に湾曲するラッパ状に拡開しており、
   上記排気ポート内に突出している上記排気案内筒体は、該排気ポートの内面と互いに離間した非接触状態になっていることを特徴とするエンジンの排気装置。
2. 上記排気マニホールドを内管と外管とで内外二重に形成し、その内管内から排気ポート内に至る排気通路内に上記排気案内筒体を設けてなる請求項１に記載のエンジン排気装置。
3. 上記排気マニホールドを内管と外管とで内外二重に形成し、その内管のエンジン側の端部を排気ポート内に延長突出させることによって、その延長突出部が上記排気案内筒体を兼ねるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。

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