JP4843550B2

JP4843550B2 - 多気筒エンジン用排気管

Info

Publication number: JP4843550B2
Application number: JP2007110861A
Authority: JP
Inventors: 徹久永
Original assignee: Yutaka Giken Co Ltd
Current assignee: Yutaka Giken Co Ltd
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2027-04-19
Also published as: JP2008267264A

Description

本発明は、鋼管製の多気筒エンジン用排気管に関する。

多気筒エンジンでは、各気筒の排気ポートから排気管が延ばされるが、排気管のレイアウトや性能の向上などを目的に、２本の排気管を１本に集合させることがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００３−２２２０２０公報（図１、図４）特開２００１−２２７３３８公報（図１）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図６は従来の多気筒エンジン用排気管を説明する図であり、第１〜第４の排気管１０１、１０２、１０３、１０４が、排気集合部１０５で１本にまとめられている。その前に、第１の排気管１０１に第２の排気管１０２の先端が鋭角状態で接続されて、２本の排気管１０１、１０２が１本に合流している。

図７は図６の７−７線断面図であり、第１の排気管１０１は、いわゆる「もなか」構造で製造される。すなわち、半円筒１１１の端部にフランジ１１２を有する上半部１１３を鋼板からプレス成形することで得る。同様に、半円筒１１４の端部にフランジ１１５を有する下半部１１６を鋼板からプレス成形することで得る。そして、フランジ１１２にフランジ１１５を重ね、両者を溶接で結合する。１１７はビードである。

もなか構造であるため、排気管１０１〜１０４の形状は自由に選べる。しかし、図６において、フランジ１１２、１１２が左右に張り出し、排気管１０１〜１０４の周囲のスペースを占有するため、排気管１０１〜１０４のレイアウトに支障をきたす。

そして、フランジ１１２、１１２が張り出した形態で溶接するため、溶接加工費が嵩む。また、フランジ１１２、１１２が張り出すため、外観性が悪くなる。
さらには、もなか構造では、プレス成形が必須となるため、部品点数が増加し且つ金型を準備する必要があり、材料費並びに加工費用が嵩む。

また、図７において、排気ガスにより、排気管が高温になり、熱伸びが発生して上半部１１３に上向き力が作用し、下半部１１６に下向き力が作用する。フランジ１１２とフランジ１１５とを溶接で接合する構造では、フランジ１１２とフランジ１１５は、ビード１１７を支点にしてＶ字状に開きやすい。このため、もなか構造では、強度が安定しないという問題が残る。

もなか構造の問題点は全てフランジに起因している。そこで、フランジレス構造が特許文献２で提案されている。

特許文献２を次図に基づいて説明する。
図８は別の従来の多気筒エンジン用排気管を説明する図であり、多気筒エンジン１２０から第１〜第４の排気管１２１、１２２、１２３、１２４が延びていて、第１の排気管１２１に第４の排気管１２４が合流し、第２の排気管１２２に第３の排気管１２３が合流し、さらに、下流側において第１の排気管１２１に第２の排気管１２２の先端が鋭角状態で接続されている。

図９は図８の９部拡大図であり、第２の排気管１２２の先端は斜めに切断され、このような第２の排気管１２２の先端が、第１の排気管１２１に接続されている。１２５はビードである。
もなか構造のようなフランジがないため、外観性が良好で、レイアウトも容易になる。

図１０は排気流れを説明する図であり、第１の排気管１２１に第１の排気ガス１２６が流れ、第２の排気管１２２に第２の排気ガス１２７が流れる。第１の排気ガス１２６に第２の排気ガス１２７を合流させたところ、第２の排気管１２２が接続している部位よりも下流側において、第１の排気管１２１に、大きな渦１２８が発生する。加えて、第２の排気管１２２が接続している部位よりも上流側においても、第１の排気管１２１に、渦１２９が発生することが判明した。これらの渦１２８、１２９は流れの乱れを誘発し、排気ガスが流れにくくなる。

渦１２８、１２９の発生は、第１の排気管１２１と第２の排気管１２２とのなす角度θ１が９０°に近いほど、顕著となる。そこで、角度θ１を小さくする対策が有効となる。
角度θ１を小さくする程、排気ガスの流れが円滑化するが、反面、鋭角側（図左側）の溶接（図９、ビード１２５）が難しくなり、溶接工数が嵩む。加えて、溶接応力が高くなり、その部分から破損する危険性が高まる。

したがって、鋼管製の排気管の利点を生かしながら、有害な渦の発生を防止することができる排気管が求められている。

本発明は、鋼管製の排気管の利点を生かしながら、有害な渦の発生を防止することができる排気管を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、多気筒エンジンから延びている第１の排気管に第２の排気管の先端が鋭角状態で接続されて、２本の排気管が１本に合流している多気筒エンジン用排気管において、前記第１の排気管並びに第２の排気管は鋼管製排気管であり、前記第１の排気管には、前記第２の排気管の接続部に合わせ、排気ガスが流れるように卵形の穴が開けられ、この卵形の穴に合うように前記第２の排気管の先端は部分的に張出し成形されていることを特徴とする。

請求項２に係る発明では、第２の排気管の先端は、第２の排気管の中心線に１０°〜３０°の角度をなすように部分的に張出し成形されている特徴とする。

請求項１に係る発明は、第１の排気管には、第２の排気管の接続部に合わせ、排気ガスが流れるように卵形の穴が開けられ、この卵形の穴に合うように第２の排気管の先端は部分的に張出し成形されている。この張出し成形による張出し部が、合流に伴って従来発生していた有害な渦を解消する役割を果たす。この結果、有害な渦の発生を防止することができる鋼管製排気管を提供することができる。

張出し部を設けたことにより、排気ガスの円滑な流れが確保できるため、第１の排気管に対して、第２の排気管を無理に傾斜させる必要はない。第１の排気管と第２の排気管とのなす角度を、自由に選択することができ、第１の排気管に第２の排気管を接続する際の溶接作業が容易になり、溶接工数を低減することができる。

また、第２の排気管のための鋼管は斜めに切断することで、先端は楕円状になる。このような鋼管の先端はバルジング成形法（張出し成形法）で成形する。この成形の際に、鋼管には拡径にともなう引張り力だけが加わり、皺が寄ったり破断が発生する心配がないため、仕上がり形状は良好となる。

請求項２に係る発明では、第２の排気管の先端は、第２の排気管の中心線に１０°〜３０°の角度をなすようにした。１０°未満では渦の発生が顕著になる。また、３０°を超えると、第２の排気管において、減肉が顕著となり、剛性が低下する。張出しの角度を１０°〜３０°の範囲に留めることにより、渦の発生を抑えつつ、溶接部の応力を抑え、強度を維持することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る多気筒エンジン用排気管を含む排気管の斜視図であり、多気筒エンジン１０から、４本の排気管１１〜１４が延びている。便宜上、図中左から２番目の排気管１２を第１の排気管１２、最も左の排気管１４を第２の排気管１４と呼ぶことにする。

すなわち、第１の排気管１２に第２の排気管１４の先端が鋭角状態で接続されて、２本の排気管が１本に合流している。多気筒エンジン用排気管１５は、このような合流部分を含む排気管を指す。

図２は本発明に係る多気筒エンジン用排気管の断面図であり、多気筒エンジン用排気管１５は、第１の排気管１２に第２の排気管１４の先端が接続され、第１の排気管１２の中心線１６と第２の排気管１４の中心線１７とがなす角度θ１が、鋭角（９０°未満）とされている。

第１の排気管１２並びに第２の排気管１４は鋼管製排気管である。そして、第２の排気管１４の先端は、第２の排気管の中心線１７に対してθ２の角度をなすように張出し成形されている。１８は張出し部である。
角度θ２は１０°〜３０°の範囲から選ばれる。

図３は図２の３−３矢視図であり、第１の排気管１２には、楕円２１に三日月２２が付いたような卵形の穴２３が開けられている。図２において、第１の排気管１２には排気ガスが左から右へ流れる。角度θ２での張出し部１８は、排気流れの下流側に設けられている。すなわち、第２の排気管１４の先端は、卵形の穴２３に合うように部分的に張出し成形されていることを特徴とする。

図４は多気筒エンジン用排気管の作用説明図であり、（ａ）に示す比較例では、第２の排気管１２２より下流側及び上流側にて、第１の排気管１２１に大きな渦１２８、１２９が発生している。
これに対して、（ｂ）に示す実施例では、張出し部１８の存在により、有害な渦が発生する心配はなく、排気ガスは円滑に合流する。

本発明者らの実験によれば、角度θ２が１０°以上で、排気の流れが格別に良好になる。この傾向は、図２に示す角度θ１が４０°〜８０°の範囲であれば、角度θ１の大きさにはほとんど関係しない。

次に、第２の排気管１４の先端の加工方法を以下に説明する。
図５は第２の排気管の加工方法を説明する図であり、（ａ）において、円筒形の鋼管２５の先端を、切断線２６で切断する。
（ｂ）に示すように、鋼管２５をダイ２７に嵌め、次に、白抜き矢印で示すようにパンチ２８を鋼管２５内に圧入する。ダイ２７には角度θ２の凹部２９が設けられている。この凹部２９に対応する凸部３１がパンチ２８に設けられている。

（ｃ）に示すように、張出し部１８及びフランジ３２を備えた第２の排気管１４を得ることできる。
すなわち、第２の排気管１４（図２）のための鋼管２５は斜めに切断することで、先端は楕円状になる。このような鋼管２５の先端はバルジング成形法（張出し成形法）で成形する。この成形の際に、鋼管２５には拡径にともなう引張り力だけが加わり、皺が寄ったり破断が発生する心配がないため、仕上がり形状は良好となる。

ただし、張出し成形に伴って、薄肉の部分が発生する。薄肉化は張出し量（実施例では角度θ２）が大きいほど顕著となる。そこで、角度θ２は３０°を限度とする。

図２に戻って、張出し部１８を設けたことにより、排気ガスの円滑な流れが確保できるため、第１の排気管１２に対して、第２の排気管１４を無理に傾斜させる必要はない。第１の排気管１２と第２の排気管１４とのなす角度θ１を、自由に選択することができ、第１の排気管１２に第２の排気管１４を接続する際の溶接作業が容易になり、溶接工数を低減することができる。

尚、バルジング成形法（張出し成形法）では、パンチ２８の代わりに高圧液体で鋼管２５の先端を拡径するようにしてもよい。したがって、成形方法は実施例に限定するものではない。

本発明は、多気筒エンジンの排気系に好適である。

本発明に係る多気筒エンジン用排気管を含む排気管の斜視図である。本発明に係る多気筒エンジン用排気管の断面図である。図２の３−３矢視図である。多気筒エンジン用排気管の作用説明図である。第２の排気管の加工方法を説明する図である。従来の多気筒エンジン用排気管を説明する図である。図６の７−７線断面図である。別の従来の多気筒エンジン用排気管を説明する図である。図８の９部拡大図である。排気流れを説明する図である。

符号の説明

１０…多気筒エンジン、１２…第１の排気管、１４…第２の排気管、１５…多気筒エンジン用排気管、１７…第２の排気管の中心線、１８…張出し部、２３…卵形の穴、θ２…第２の排気管の中心線に対する角度。

Claims

多気筒エンジンから延びている第１の排気管に第２の排気管の先端が鋭角状態で接続されて、２本の排気管が１本に合流している多気筒エンジン用排気管において、
前記第１の排気管並びに第２の排気管は鋼管製排気管であり、
前記第１の排気管には、前記第２の排気管の接続部に合わせ、排気ガスが流れるように卵形の穴が開けられ、この卵形の穴に合うように前記第２の排気管の先端は部分的に張出し成形されていることを特徴とする多気筒エンジン用排気管。
前記第２の排気管の先端は、第２の排気管の中心線に１０°〜３０°の角度をなすように部分的に張出し成形されている特徴とする請求項１記載の多気筒エンジン用排気管。