JP4894796B2 - 排気マニホールド - Google Patents

Description

本発明は、液冷ジャケットを備えた多気筒エンジン用排気マニホールドに関するものである。

従来より、多気筒エンジンに連通して気筒列方向に略横並びで配置される分岐管部と、これら分岐管部の相互を束ねる集合部とを内部通路として有する排気マニホールドは知られている。この排気マニホールドにおいて、排気温度が１０００°を越えるような場合には機器の耐熱性の問題が生じるので、この排気マニホールド自体を冷やす液冷ジャケットを備えたものが知られている。

例えば、特許文献１の液冷ジャケットには、排気マニホールドの分岐管部の全体を隙間なく覆うように液冷ジャケットが形成され、この液冷ジャケットは排気マニホールドの集合部側に供給部を有し、この供給部から流入した冷却液は、温められながら排気ガスの流れる方向に逆らって水平に進んで流出部から流出し、暖房装置に供給されることが知られている。

特許文献２のウォータジャケットは、多気筒エンジンのシリンダヘッドのウォータジャケットに連通する上下に分かれたウォータジャケットを有し、これら上部及び下部ウォータジャケットは、それぞれ複数の取水口と排水口とを備えている。

このような液冷ジャケットを内部に有する排気マニホールドを成型する場合、内部通路の外側にさらに液冷ジャケットを成型する必要があると共に、液冷ジャケットの形状が複雑なことから、崩壊性の中子を用いて鋳造が行われる。また、中子自体の成型のし易さから、中子は、例えば上中子と下中子とに分けて、これらを水平な中子接合面で上下で接合されて成型される。また、この成型後に中子を取り出すための中子排除孔を有するボス部が排気マニホールドに設けられる。
特開平４−３５３２１３号公報 特開２００５−２１４１６２号公報

しかしながら、従来のような中子接合面において上下で接合された中子を用いて液冷ジャケットを鋳造成型すると、隙間が生じやすい中子接合面及びボス部（幅木）に沿って鋳バリが発生する。ボス部近辺のバリはボス部の開口から工具を挿入してバリを除去することができるが、それ以外の部分では工具を挿入してバリを除去することができない。このため、除去されずに残ったバリが冷却液に混入して冷却液循環系の部品に不具合を起こすおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内部通路を取り巻く液冷ジャケットを接合中子を用いて容易に鋳造すると共に、鋳造製の排気マニホールドの冷却液循環系へのバリ混入を極力抑制することにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、中子排除孔を有するボス部間で中子接合面を設けないようにした。

具体的には、第１の発明では、
多気筒エンジンに連通して気筒列方向に略横並びで配置される分岐管部と、該分岐管部の相互を束ねる集合部とを内部通路として有し、液冷ジャケットを備えたエンジンの排気マニホールドを対象とする。

そして、上記排気マニホールドは、
上記液冷ジャケットが内部通路の外周囲を取り巻くように配置されると共に、
略水平な中子接合面で上下で接合される崩壊性の中子を用いて鋳造成形され、
上記液冷ジャケットに接続された冷却液導入部と冷却液導出部とを備えており、
上記中子接合面に対応する部位の複数箇所に中子を排除するための中子排除孔を有するボス部が間隔を空けて形成され、
上記ボス部の間において上記中子の中子接合面がとぎれ、上記液冷ジャケットを囲む内外壁が母材にて連結されている。

上記の構成によると、排気マニホールドは、水平な中子接合面で上下で接合される崩壊性の中子を用いて鋳造成形されるので、内部通路を取り巻く複雑な形状の液冷ジャケットを有していても、接合中子を用いての鋳造が容易である。また、ボス部間のバリの除去を行えない領域を、中子側に孔を形成して接合しないようにし、液冷ジャケットを囲む内外壁を母材で連結することにより、その部分にはバリが形成されない。このため、接合面沿いに内部に発生する鋳造時のバリの発生箇所は、ボス部近辺のみとなるので、ボス部の中子排除孔からバリの除去を行えば、バリが確実に除去される。

第２の発明では、第１の発明において、
上記冷却液導入部と冷却液導出部とが、それぞれ上部中子と下部中子とのいずれかに対応して形成され、
上記液冷ジャケットに導入された冷却液が上記母材の連結部を避けて上記各ボス部の近辺を通って分散流動するように構成されている。

上記の構成によると、冷却液は、冷却液導入部から導入されて液冷ジャケット内を上下方向に流れる際に、連結された母材部分を避けてボス部の近辺で分散するので、連結部があっても偏りなく内部通路の冷却が行われる。

第３の発明では、第２の発明において、
上記冷却液導入部と上記液冷ジャケットとの間は、水平方向に分岐する分配路を介して繋がっている。

上記の構成によると、冷却液導入部から流入した冷却液は、分配路を通って液冷ジャケットに分岐して流れ込み、冷却液導入部と上下反対側の冷却液導出部から排出されるので、内部通路がまんべんなく冷やされる。

第４の発明では、第２又は第３の発明において、
上記多気筒エンジンに対して上下の位置に複数の締結孔を有するフランジ部を備え、該複数の締結孔の延長線上周辺の外壁部に凹部が形成され、これら凹部に対応して液冷ジャケットの一部が欠如されている。

上記の構成によると、排気マニホールドを多気筒エンジンに締結する際の干渉を防止する凹部を設けることで、凹部が液冷ジャケットのない領域となり、凹部の周辺で冷却液が分散されると共に、冷えすぎが防止される。

以上説明したように、上記第１の発明によれば、水平な中子接合面で上下で接合される崩壊性の中子を用いて内部通路を取り巻く液冷ジャケットを鋳造しているので、その成型を容易に行うことができる。また、中子接合面に中子排除孔を有するボス部を間隔を空けて形成し、これらボス部間で内外壁を母材にて連結したことにより、接合面沿いに内部に発生する鋳造時のバリの発生箇所をボス部近辺のみとし、中子排除孔からバリの除去を可能にし、鋳造製の排気マニホールドの冷却液循環系へのバリ混入を極力抑制することができる。

上記第２の発明によれば、冷却液を冷却液導入部から導入して液冷ジャケット内を上下方向に流し、連結された母材部分を避けてボス部の近辺で分散するようにしたことにより、冷却液が効果的に分散して液冷ジャケット内を流れるので、連結部があっても偏りなく内部通路の冷却を行うことができる。

上記第３の発明によれば、冷却液導入部から流入した冷却液を分配路を通って液冷ジャケットに分岐して流し込んで冷却液導出部から排出するようにしたことにより、液冷ジャケット内への冷却液の分散性を一層向上させることができる。

上記第４の発明によれば、排気マニホールドを多気筒エンジンに締結する際の干渉を防止する領域に凹部を設け、この凹部を液冷ジャケットを設けずに積極的に冷却液を流さない領域としたことにより、ジャケット寸法をむやみに小さくすることなく、複数の凹部（で冷却液の分散性を一層向上させることができると共に、内部通路の冷えすぎを防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図４は本発明の実施形態の排気マニホールド１を示し、図５〜図９に排気マニホールド１の断面図を示し、図１０〜図１４に内部通路４の概略的な形状を示す。図１５〜図２１に液冷ジャケット１０を成型するための中子５０の具体的な形状を示す。

排気マニホールド１は、多気筒エンジン（図示せず）に連通して気筒列方向に略横並びで配置される分岐管部２ａ〜２ｄと、この分岐管部２ａ〜２ｄの相互を束ねる集合部３ａ，３ｂとを内部通路４として有している。

排気マニホールド１は、背面側に多気筒エンジン（本実施形態では、４気筒エンジン）に締結されるエンジン側フランジ部５を有している。例えば、このエンジン側フランジ部５には、多気筒エンジンに排気マニホールド１を締結するための締結ボルト（図示せず）を挿通する締結孔としてのボルト挿通孔６が１０個配置されている。

排気マニホールド１の正面側（エンジンと反対側）には、ツインスクロール形のターボ過給機（図示せず）に連結するためのターボ側フランジ７も形成され、このターボ側フランジ７には、植込ボルト７ａが配置されている。このようにターボ過給機に接続されることから、図５〜図１４に示すように、内部通路４は、エンジン側フランジ部５に入口を有する４本の分岐管部２ａ〜２ｄが、２本ずつ束ねられて集合部３ａ，３ｂに連続し、ターボ側フランジ７に２つの出口を有している。具体的には、第１気筒に対応する分岐管部２ａと第４気筒に対応する分岐管部２ｄとが第１集合部３ａに連続し、第２気筒に対応する分岐管部２ｂと第３気筒に対応する分岐管部２ｃとが第２集合部３ｂに連続している。なお、図中に白抜き矢印で排気ガスの流れを示す。

排気マニホールド１は、砂や塩などの崩壊性の液冷ジャケット成型用中子５０を用いて鋳造成形される。図１５〜図２１に示すように、この中子５０は、上部中子５１と下部中子５２とが略水平な中子接合面５３で上下で接合される。排気マニホールド１における中子接合面５３に対応する複数箇所には、内面が中子５０を排除するための中子排除孔５６ａを形成するボス部５６が間隔を空けて突出して設けられている。中子５０には、このボス部５６を成型するための膨出部（巾木部）５５が間隔を空けて形成されている。図５にも示すように、排気マニホールド１においてボス部５６の開口である中子排除孔５６ａは、封止プラグ５７で閉じられている。図１５及び図１６における、前面にある３つの膨出部５５の間において、中子接合面５３がとぎれて貫通孔５４が形成され、両端側に位置する膨出部５５の外側においては、中子接合面５３がとぎれて開放スリット５９が形成されている。これら中子５０における貫通孔５４及び開放スリット５９の存在により、図５に示すように排気マニホールドにおいては、液冷ジャケット１０を囲む内外壁が母材よりなる連結部５８，６０にて連結されている。

上記中子５０により、排気マニホールド１の内部に液冷ジャケット１０が形成されている。この液冷ジャケット１０は、内部通路４の外周囲における非ジャケット部８を除く部位を取り巻くように配置されている。非ジャケット部８は、内部通路４の外周囲の一部を積極的に液冷ジャケット１０で覆わないように分散して設けられている。

下部中子５２の下端に膨出部５５が形成され、上部中子５１の上端にも膨出部５５が形成されている。このことで、液冷ジャケット１０にエンジンからの冷却水を導入する冷却液導入部１１は、排気マニホールド１の下側のボス部５６に差し込まれた管よりなる。冷却液導出部１２は、排気マニホールド１の上側で、かつ液冷ジャケット１０の最も高い位置のボス部５６に差し込まれた管よりなり、排出された冷却液は、図示しないラジエータ又はラジエータバイパス側に戻される。なお、液冷ジャケット１０内に導入される冷却液は、多気筒エンジンのシリンダヘッドを冷やす液冷ジャケットに導入される冷却液と別の配管をたどり、両者は直列には接続されていない。液冷ジャケット１０に導入された冷却液は、連結部５８を避けて各ボス部５６の近辺を通って分散流動するように構成されている。

図７に示すように、冷却液導入部１１と液冷ジャケット１０との間は、水平方向に分岐する分配路１３を介して繋がっている。この分配路１３は、エンジン側フランジ部５の締結部位の締結作業における干渉空間９（図２にのみハッチングで示す）、すなわち、締結工具との干渉を避けるための領域の１つを跨いで二手に分岐している。なお、３カ所以上に分岐していてもよい。

非ジャケット部８のうち、下側４カ所と上側２カ所は、エンジン側フランジ部５の締結部位の締結作業における干渉を避けるように、上記干渉空間９に非干渉凹部８ａが凹陥されている。つまり、排気マニホールド１における複数のボルト挿通孔６の延長線上周辺の外壁部が非干渉凹部８ａとなり、これら非干渉凹部８ａに対応して液冷ジャケット１０の一部が欠如されている。

冷却液導出部１２は、液冷ジャケット１０から複数に分岐した分岐路１４が集合する集合岐路１５を介して繋がっている。

そして、排気マニホールド１を多気筒エンジンに取り付けるときには、エンジン側フランジ部５を多気筒エンジンの取付面に押し当ててボルト挿通孔６にボルトを挿通し、トルクレンチ（図示せず）で締め付ける。このとき、分配路１３を設けて空いたスペースや非ジャケット部８のスペースが干渉空間９に形成されているので、トルクレンチが排気マニホールド１と干渉せず、締め付けがし易い。

このように排気マニホールド１は、水平な中子接合面５３で上下で接合される崩壊性の中子５０を用いて鋳造成形されるので、内部通路４を取り巻く複雑な形状の液冷ジャケット１０を有していても、接合中子５０を用いての鋳造が容易である。また、ボス部５６間のバリの除去を行えない領域を中子５０の視点で見たときに孔及びスリットを形成して接合しないように液冷ジャケット１０を囲む内外壁を母材で連結することにより、その部分にはバリが形成されない。このため、接合面沿いに内部に発生する鋳造時のバリの発生箇所は、ボス部５６近辺のみとなるので、ボス部５６の中子排除孔５６ａからバリの除去を行えことにより、バリが確実に除去される。

−作動−
次に、本実施形態にかかる排気マニホールド１の作動について説明する。

多気筒エンジンを駆動すると、図示した白抜き矢印の方向へ、内部通路４内に高温の排気ガスが流れ込む。このとき、下側の冷却液導入部１１から冷却液が流入し、分配路１３を通って液冷ジャケット１０に分岐して流れ込む。そして、分岐管部２ａ〜２ｄの周囲に分岐された分岐路１４を通って再び集合岐路１５で集合して最も高い位置にある冷却液導出部１２に流れ込む。このため、内部通路４がまんべんなく冷やされる。

このとき、冷却液が複数のボス部５６の近辺に分散して流れることで液冷ジャケット１０での冷却液の分散性が高められる。さらに、分散して配置した非ジャケット部８（非干渉凹部８ａ）の周辺で冷却液が分散され、液冷ジャケット１０内での冷却液の淀みが極力抑制される。また、複数の非ジャケット部８の存在により、積極的に内部通路４の全周囲を冷やさないことで、排気ガスの冷えすぎがなくなり、不完全燃焼が防止される。

冷却液が冷却液導出部１２に向かって上昇する際に、液冷ジャケット１０内に流入したエアーや、液冷ジャケット１０内で発生したエアーは冷却液と共に冷却液導出部１２から排出されるので、液冷ジャケット１０内には、溜まらない。

−実施形態の効果−
したがって、本実施形態にかかる排気マニホールド１によると、水平な中子接合面５３で上下で接合される崩壊性の中子５０を用いて内部通路４を取り巻く液冷ジャケット１０を鋳造しているので、その成型を容易に行うことができる。また、中子接合面５３に中子排除孔５６ａを有するボス部５６を間隔を空けて形成し、これらボス部５６間で内外壁を母材にて連結したことにより、接合面沿いに内部に発生する鋳造時のバリの発生箇所をボス部５６近辺のみとし、中子排除孔５６ａからバリの除去を可能にし、鋳造製の排気マニホールド１の冷却液循環系へのバリ混入を極力抑制することができる。

また、冷却液を冷却液導入部１１から導入して液冷ジャケット１０内を上下方向に流し、連結された母材部分を避けてボス部５６の近辺で分散するようにしたことにより、冷却液が効果的に分散して液冷ジャケット１０内を流れるので、偏りなく内部通路４の冷却を行うことができる。

また、冷却液導入部１１から流入した冷却液を分配路１３を通って液冷ジャケット１０に分岐して流し込んで冷却液導出部１２から排出するようにしたことにより、液冷ジャケット１０内への冷却液の分散性を一層向上させることができる。

さらに、排気マニホールド１を多気筒エンジンに締結する際の干渉を防止する領域に非干渉凹部８ａを設け、この非干渉凹部８ａを液冷ジャケット１０を設けずに積極的に冷却液を流さない領域としたことにより、ジャケット寸法をむやみに小さくすることなく、複数の非干渉凹部８ａで冷却液の分散性を一層向上させることができると共に、内部通路４の冷えすぎを防止することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

すなわち、上記実施形態では、多気筒エンジンは４気筒エンジンとしたが、これに限定されず、２気筒や３気筒、５気筒以上でよく、複数の分岐管部と、それらを全て集合させる集合部とからなる排気マニホールドであってもよい。

また、上記実施形態では、排気マニホールド１の排気側はターボ過給機に接続するものとしたが、これに限定されない。

さらに上記実施形態では、冷却液導入部１１を下方に冷却液導出部１２を上方に配置したが、それらを上下逆に配置してもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

排気マニホールドの斜視図である。 排気マニホールドの正面図である。 排気マニホールドの背面図である。 排気マニホールドの底面図である。 図２のＶ−Ｖ線断面図である。 図４のVI−VI線断面図である。 図２のVII−VII線断面図である。 図２のVIII−VIII線断面図である。 図２のIX−IX線断面図である。 内部通路の拡大斜視図である。 内部通路の拡大正面図である。 内部通路の拡大背面図である。 内部通路の拡大底面図である。 内部通路の拡大平面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大斜視図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大正面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大背面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大底面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大平面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大右側面図である。 液冷ジャケット成型用中子の拡大左側面図である。

符号の説明

１ 排気マニホールド
２ａ〜２ｄ 分岐管部
３ａ，３ｂ 集合部
４ 内部通路
６ ボルト挿通孔（締結孔）
８ａ 非干渉凹部
１０ 液冷ジャケット
１１ 冷却液導入部
１２ 冷却液導出部
１３ 分配路
５０ 接合中子
５０ 中子
５１ 上部中子
５２ 下部中子
５３ 中子接合面
５６ ボス部
５６ａ 中子排除孔
５８ 連結部

Claims (4)

1. 多気筒エンジンに連通して気筒列方向に略横並びで配置される分岐管部と、該分岐管部の相互を束ねる集合部とを内部通路として有し、液冷ジャケットを備えたエンジンの排気マニホールドであって、
   上記液冷ジャケットが内部通路の外周囲を取り巻くように配置されると共に、
   略水平な中子接合面で上下で接合される崩壊性の中子を用いて鋳造成形され、
   上記液冷ジャケットに接続された冷却液導入部と冷却液導出部とを備えており、
   上記中子接合面に対応する部位の複数箇所に中子を排除するための中子排除孔を有するボス部が間隔を空けて形成され、
   上記ボス部の間において上記中子の中子接合面がとぎれ、上記液冷ジャケットを囲む内外壁が母材にて連結されている
   ことを特徴とする排気マニホールド。
2. 請求項１に記載の排気マニホールドにおいて、
   上記冷却液導入部と冷却液導出部とが、それぞれ上部中子と下部中子とのいずれかに対応して形成され、
   上記液冷ジャケットに導入された冷却液が上記母材の連結部を避けて上記各ボス部の近辺を通って分散流動するように構成されている
   ことを特徴とする排気マニホールド。
3. 請求項２に記載の排気マニホールドにおいて、
   上記冷却液導入部と上記液冷ジャケットとの間は、水平方向に分岐する分配路を介して繋がっている
   ことを特徴とする排気マニホールド。
4. 請求項２又は３に記載の排気マニホールドにおいて、
   上記多気筒エンジンに対して上下の位置に複数の締結孔を有するフランジ部を備え、該複数の締結孔の延長線上周辺の外壁部に凹部が形成され、該凹部に対応して液冷ジャケットの一部が欠如されている
   ことを特徴とする排気マニホールド。

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