JP5014695B2 - エキゾーストマニホールドの集合部構造 - Google Patents

エキゾーストマニホールドの集合部構造 Download PDF

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Description

本発明はエキゾーストマニホールドの集合部構造に関する。
従来、排気ガス上流側端部がヘッドフランジに接続された複数本のブランチ管と、前記各ブランチ管の排気ガス下流側端部を集合させて収容する集合部と、排気ガス上流側端部が各ブランチ管の排気ガス下流側端部同士の間に固定され、且つ、排気ガス下流側端部が集合部内へ突出した状態で配置される仕切板と、集合部に形成された取付孔に臨んだ状態で該集合部の外周の一部に溶接で固定されるセンサ取付用ボス部と、を備えるエキゾーストマニホールドの集合部構造の技術が公知になっている（特許文献１、２参照）。
また、仕切板は、各ブランチ管同士を溶接する際の仕切板、センサの感度向上、及び排気干渉の防止等を目的として設けられる他、その一部は集合部の排気ガス上流側端部から中途部に掛けて形成されたスリットに挿通し位置決めした状態で該集合部の外周の一部と溶接で固定されている。
特開２００４−２４５１５６号公報 特開２００４−１１６３８２号公報
しかしながら、従来の発明にあっては、スリットが集合部の排気ガス上流側端部から中途部に掛けて形成されているため、センサ取付用ボス部を該集合部の外周の一部に溶接する際に、集合部の排気ガス上流側端部が溶接時の入熱により縮径してスリットの開口幅が狭くなり、この結果、仕切板を上方からスリットに挿通することが出来ず、仕切板と集合部との組み付け性が悪化するという問題点があった。
加えて、スリットに沿って仕切板を溶接する際の溶接線と、集合部の排気ガス上流側端部の全周に亘って各ブランチ管と溶接する際の溶接線が交わる付近に熱応力が集中し易いという問題点があった。
なお、センサ取付用ボス部を集合部に後工程で溶接で固定することは、溶接作業スペースの関係で実際上は困難である。
また、センサ取付用ボス部を集合部に溶接で固定した後、スリットを形成すると上記スリットの開口幅が狭くなるのを回避できるものの、溶接工程の後に切削工工程が必要になって時間と手間が掛かる上、溶接線が交わる付近に熱応力が集中し易くなるのを回避することができない。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、仕切板と集合部の組み付け性の向上を図ることができるエキゾーストマニホールドの集合部構造を提供することにある。
本発明のエキゾーストマニホールドは、排気ガス上流側端部がヘッドフランジに接続された複数本のブランチ管と、前記各ブランチ管の排気ガス下流側端部を集合させて収容し、該ブランチ管の排気ガス下流側端部の排気ガス下流側の中途部に縮径部を有する集合部と、排気ガス上流側端部が各ブランチ管の排気ガス下流側端部同士の間に固定され、且つ、排気ガス下流側端部が集合部内へ突出した状態で配置される仕切板と、前記集合部の縮径部に形成され酸素センサを挿入する取付孔に臨んだ状態で該集合部の外周の一部に溶接で固定されるセンサ取付用ボス部と、を備えるエキゾーストマニホールドの集合部構造において、前記取付孔は前記縮径部の、前記仕切板の排気ガス下流側端部より排気ガス下流側の位置に設ける一方、前記集合部の縮径部の前記取付孔より排気ガス上流側部分に排気ガス上流側端部および排気ガス下流側端部が閉じられた挿通孔を形成すると共に、この挿通孔に仕切板の一部を挿通し位置決めした状態で該集合部の外周の一部に溶接で固定したことを特徴とする。
本発明のエキゾーストマニホールドにあっては、排気ガス上流側端部がヘッドフランジに接続された複数本のブランチ管と、前記各ブランチ管の排気ガス下流側端部を集合させて収容し、該ブランチ管の排気ガス下流側端部の排気ガス下流側の中途部に縮径部を有する集合部と、排気ガス上流側端部が各ブランチ管の排気ガス下流側端部同士の間に固定され、且つ、排気ガス下流側端部が集合部内へ突出した状態で配置される仕切板と、前記集合部の縮径部に形成され酸素センサを挿入する取付孔に臨んだ状態で該集合部の外周の一部に溶接で固定されるセンサ取付用ボス部と、を備えるエキゾーストマニホールドの集合部構造において、前記取付孔は前記縮径部の、前記仕切板の排気ガス下流側端部より排気ガス下流側の位置に設ける一方、前記集合部の縮径部の前記取付孔より排気ガス上流側部分に挿通孔を形成すると共に、この挿通孔に仕切板の一部を挿通し位置決めした状態で該集合部の外周の一部に溶接で固定したため、仕切板と集合部の組み付け性の向上を図ることができる。また、溶接線が交わらないので、熱応力の集中を緩和することが可能となる。
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
以下、実施例１を説明する。
図１は本発明の実施例１のエキゾーストマニホールドを示す正面図、図２は同右側面図、図３は図１のＳ３−Ｓ３線における断面図、図４は本実施例１の仕切板を説明する斜視図である。
図５は本実施例１の集合部の正面図、図６は同背面図、図７は同右側面図、図８は同左側面図、図９は図８のＳ９−Ｓ９線における断面図、図１０は本実施例１の集合部の内部を説明する側断面図、図１１は仕切板と集合部の固定を説明する図である。
先ず、全体構成について説明する。
図１、２に示すように、本実施例１のエキゾーストマニホールドＡでは、ヘッドフランジ１と、４本のブランチ管２〜５と、集合部６と、触媒コンバータ７と、酸素センサ８が備えられている。
ブランチ管２〜５は、図外のエンジンのシリンダヘッドに締結される板状のヘッドフランジ１から下方へ略Ｌ字状に曲がる形状に形成されている。
ブランチ管２〜５の排気ガス上流側端部は、ヘッドフランジ１のそれぞれ対応する取付孔１ａに接続される一方、排気ガス下流側端部２ａ〜５ａは後述する集合部６の排気ガス上流側端部６ａに接続されている。
また、集合部６の排気ガス下流側端部６ｂは、触媒担体７ａを収容した触媒コンバータ７の排気ガス上流側端部に接続されている。
さらに、触媒コンバータ７の排気ガス下流側端部には、図外の後方側排気管に接続するためのフランジ部７ｂが設けられている。
酸素センサ８は、集合部６を通過する排気ガスに含まれる酸素濃度を検出してエンジンの空燃比をフィードバック制御するのに用いられるものであって、その一端側には、図外の制御装置に電気的に接続される配線８ａが設けられる他、その中途部には後述する集合部６の取付孔６ｆに臨んで設けられたセンサ取付用ボス部９に当接するホルダ部８ｂが設けられ、その他端側は該ホルダ部８ｂ及び取付孔６ｆを介して集合部６（排気ガスの流れ）の中心に配置されるセンシング部８ｃが設けられている。
以下、各ブランチ管２〜５の排気ガス下流側端部２ａ〜５ａと集合部６の構造について詳述する。
図３、４に示すように、各ブランチ管２〜５の排気ガス下流側端部２ａ〜５ａは、１／４円形断面状に加工されて円形状に重ねられた状態で集合部６の排気ガス上流側端部６ａに収容されている。
また、ブランチ管2,3の排気ガス下流側端部2a,3aの間、及びブランチ管4,5の排気ガス下流側端部4a,5aの間には、排気ガス下流側へ突出した平板状の仕切板１０が介装されると共に、この仕切板１０はブランチ管２〜５の壁部２ｂ〜５ｂと溶接Ｘ１で固定され、さらに、隣り合う壁部２ｃ〜５ｃは溶接Ｘ２でそれぞれ固定されている。
また、図４に示すように、仕切板１０は、その最大幅Ｗ１が集合部６の排気ガス上流側端部６ａの内側に挿入可能な寸法に形成される他、その排気ガス下流側端部１０ａは集合部６の軸直方向と並行に形成され、その両端部の一方側には係止段部１０ｂが形成されている。
図５〜９に示すように、集合部６は、略半円筒状の分割体6c,6dを最中状に重ね合わせてその両縁部同士を溶接X3,X4にて接合することにより略円筒状に一体的に形成される他、その排気ガス上流側端部６ａは、ブランチ管２〜５の排気ガス下流側端部２ａ〜５ａを挿入可能な大きさに開口され、その中途部には略Ｌ字状に曲がるブランチ管２〜５の曲がり面に対して略直交する側に縮径させた縮径部６ｅが形成されている。
また、分割体６ｃの縮径部６ｅに相当する部位には、取付孔６ｆが形成されると共に、この取付孔６ｆの上方に近接して上下方向に長い長孔形状の挿通孔６ｇが形成されている。
また、分割体６ｄの縮径部６ｅに相当する部位には、上記挿通孔６ｇと対向する位置に上下方向に長い長孔形状の挿通孔６ｈが形成されている。
そして、図１０に示すように、仕切板１０の排気ガス下流側端部１０ａの一部と係止段部１０ｂがそれぞれ対応する挿通孔6g,6hの最深部6i,6jに当接し、且つ、仕切板１０の両端部の一部10c,10dが挿通孔6g,6hから外側へ突出した状態で仕切板１０が集合部６の排気ガス上流側端部６ａの内側に収容されている。
また、仕切板１０の両端部の一部10c,10dは、それぞれ対応する各挿通孔6g,6hに沿って集合部６の外周の一部に溶接Ｘ５（図１、２参照）で固定されている。
さらに、集合部６の排気ガス上流側端部６ａは、その全周に亘って各ブランチ管２〜５の外周と溶接Ｘ６で固定される一方、排気ガス上流側端部６ａはその全周に亘って触媒コンバータ７の外周と溶接Ｘ７で固定されている。
そして、集合部６の取付孔６ｆに臨んだ状態で略円筒状のセンサ取付用ボス部９がその全周に亘って該集合部６の外周の一部に溶接Ｘ８で固定されている。
さらに、酸素センサ８は、センサ取付用ボス部９及び取付孔６ｆを介して集合部６の中心まで挿入された状態で、センシング部８ｃの基端側に形成された雄螺子溝（図示を省略）がセンサ取付用ボス部９の内側に形成された雌螺子溝（図示を省略）に螺合されることにより、ホルダ部８ｂとセンサ取付用ボス部９の上面とを当接させた状態で取り付けられている。
その他、前述した全ての各構成部材は全て金属製となっている。なお、触媒コンバータ７の触媒担体７ａはこの限りでなく、セラミック触媒担体が採用される場合もある。
次に、作用を説明する。
このように構成されたエキゾーストマニホールドＡの集合部６を組み付ける際には、先ず、各ブランチ管２〜５の排気ガス上流側端部をヘッドフランジ１に接続する一方、排気ガス下流側端部２ａ〜５ａを仕切板１０に溶接Ｘ１で固定すると共に、排気ガス下流側端部２ａ〜５ａ同士を溶接Ｘ２で固定する。
一方、両分割体6c,6dを最中状に重ね合わせて溶接X3,X4で固定することにより集合部６を形成した後、この集合部６の取付孔６ｆに臨んだ状態でセンサ取付用ボス部９をその全周に亘って溶接Ｘ８で固定する。
この際、従来の発明に比べて、集合部６の上流側端部６ａ及び下流側端部６ｂには上下方向に開口するスリットが無いため、熱マスの大きいセンサ取付用ボス部９に対して熱マスの小さな集合部６を溶接Ｘ８の入熱によって上流側端部６ａ及び下流側端部６ｂが縮径するように熱変形する虞がない。
なお、分割体６ｃの取付孔６ｆに溶接Ｘ８で固定した後、両分割体6c,6dを最中状に重ね合わせて溶接X3,X4で固定することにより集合部６を形成しても良い。
次に、集合部６の下流側端部をその全周に亘って溶接Ｘ７で触媒コンバータ７に固定して接続する。
最後に、図１１に示すように、仕切板１０を集合部６の排気ガス上流側端部６ａの内側に挿入し、仕切板１０の排気ガス下流側端部１０ａの一部と係止段部１０ｂをそれぞれ対応する挿通孔6g,6hの最深部6i,6jに当接させた状態で、仕切板１０の両端部の一部10c,10dをそれぞれ対応する各挿通孔6g,6hに沿って溶接Ｘ５で固定すると共に、集合部６の排気ガス上流側端部６ａをその全周に亘って各ブランチ管２〜５の外周と溶接Ｘ６で固定することにより仕切板１０を集合部６に接続することにより、所望のエキゾーストマニホールドＡを得る。
この際、仕切板１０の排気ガス下流側端部１０ａの一部と係止段部１０ｂをそれぞれ対応する挿通孔6g,6hの最深部6i,6jに当接させることにより、仕切板１０を集合部６に挿入する際の位置決めを行うことができ、これら両者を簡便な作業でもって精度良く組み付けることができる。
また、溶接X5,X6が交わらないため、溶接X5,X6の入熱による集合部６の排気ガス上流側端部６ａに掛かる熱応力を軽減できる。
また、従来の発明に比べて溶接Ｘ５の長さを短くでき、溶接時間を短縮して集合部６への入熱量を軽減できる。
次に、効果を説明する。
以上、説明したように、本発明のエキゾーストマニホールドＡの集合部構造においては、排気ガス上流側端部がヘッドフランジ１に接続された複数本のブランチ管２〜５と、各ブランチ管２〜５の排気ガス下流側端部２ａ〜５ａを集合させて収容する集合部６と、排気ガス上流側端部が各ブランチ管２〜５の排気ガス下流側端部２ａ〜５ａ同士の間に固定され、且つ、排気ガス下流側端部１０ａが集合部６内へ突出した状態で配置される仕切板１０と、集合部６に形成された取付孔６ｆに臨んだ状態で該集合部６の外周の一部に溶接Ｘ７で固定されるセンサ取付用ボス部９と、を備えるエキゾーストマニホールドＡの集合部構造において、集合部６の縮径部６ｅに挿通孔6g,6hを形成すると共に、この挿通孔6g,6hに仕切板１０の両端部の一部10c,10dを挿通し位置決めした状態で該集合部６の外周の一部に溶接Ｘ５で固定したため、仕切板１０と集合部６の組み付け性の向上を図ることができる。
以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、ブランチ管の数はエンジンの気筒数に合わせて適宜設定できる。
また、集合部は必ずしも複数の分割体を接合して構成する必要はなく、金属製管状部材をスピニング加工して一体的に形成する場合もあり得る。
さらに、本実施例１では仕切板を排気ガス下流側へ平板状に突出させたが、十字形状に突出させても良い。
本発明の実施例１のエキゾーストマニホールドを示す正面図である。 本発明の実施例１のエキゾーストマニホールドを示す右側面図である。 図１のＳ３−Ｓ３線における断面図である。 実施例１の仕切板を説明する斜視図である。 本実施例１の集合部の正面図である。 本実施例１の集合部の背面図である。 本実施例１の集合部の右側面図である。 本実施例１の集合部の左側面図である。 図８のＳ９−Ｓ９線における断面図である。 本実施例１の集合部の内部を説明する側断面図である。 仕切板と集合部の固定を説明する図である。
符号の説明
Ａ エキゾーストマニホールド
１ ヘッドフランジ
１ａ 取付孔
２、３、４、５ ブランチ管
２ａ、３ａ、４ａ、５ａ 排気ガス下流側端部
２ｂ、３ｂ、４ｂ、５ｂ （仕切板と当接する）壁部
２ｃ、３ｃ、４ｃ、５ｃ （隣り合う）壁部
６ 集合部
６ａ 排気ガス上流側端部
６ｂ 排気ガス下流側端部
６ｃ、６ｄ 分割体
６ｅ 縮径部
６ｆ 取付孔
６ｇ、６ｈ 挿通孔
６ｉ、６ｊ 最深部
７ 触媒コンバータ
７ａ 触媒担体
７ｂ フランジ部
８ 酸素センサ
８ａ 配線
８ｂ ホルダ部
８ｃ センシング部
９ センサ取付用ボス部
１０ 仕切板
１０ａ 排気ガス下流側端部
１０ｂ 係止段部
１０ｃ、１０ｄ 仕切板の両端部の一部


Claims (1)

  1. 排気ガス上流側端部がヘッドフランジに接続された複数本のブランチ管と、
    前記各ブランチ管の排気ガス下流側端部を集合させて収容し、該ブランチ管の排気ガス下流側端部の排気ガス下流側の中途部に縮径部を有する集合部と、
    排気ガス上流側端部が各ブランチ管の排気ガス下流側端部同士の間に固定され、且つ、排気ガス下流側端部が前記集合部内へ突出した状態で配置される仕切板と、
    前記集合部の縮径部に形成され酸素センサを挿入する取付孔に臨んだ状態で該集合部の外周の一部に溶接で固定されるセンサ取付用ボス部と、を備えるエキゾーストマニホールドの集合部構造において、
    前記取付孔は前記縮径部の、前記仕切板の排気ガス下流側端部より排気ガス下流側の位置に設ける一方、
    前記集合部の縮径部の前記取付孔より排気ガス上流側部分に挿通孔を形成すると共に、この挿通孔に仕切板の一部を挿通し位置決めした状態で該集合部の外周の一部に溶接で固定したことを特徴とするエキゾーストマニホールドの集合部構造。
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