JP5227221B2 - エンジンの排気マニホルド - Google Patents

Description

本発明はエンジンの排気マニホルド（以下、単に排気マニホルドとも称す）に関し、特に冷媒を流通させる冷却通路部を備えた排気マニホルドに関する。

従来、例えば特許文献１に開示されているように、エンジンの冷却水を流通させる排気マニホルドが知られている。特許文献１が開示する排気マニホルドの冷却構造は、排気通路集合部に上段ウォータジャケットと下段ウォータジャケットとを備えている。このほか直列４気筒のエンジンにつき、内側２つの排気通路を集合させるとともに、外側２つの排気通路を集合させた構造を開示している点で、本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２で提案されている。

特開２００５−２１４１６２号公報 特開２００８−３８８３８号公報

特許文献１が開示する排気マニホルドの冷却構造によれば、特に高温となる排気通路集合部の冷却効果を高めることができる。しかしながらこの排気マニホルドの冷却構造は、各気筒からの排気通路を１つの排気通路集合部に集合させる構造上、背圧の上昇によりエンジンの出力性能が制限される虞があると考えられる。
一方、これに対しては例えば各気筒に対応させて排気管分岐部を複数設けるとともに、排気管分岐部を段階的に集合させる複数の排気管集合部を設けることが考えられる。しかしながらこの場合には排気マニホルドが大型化する虞がある。

この点、仮に搭載スペースに余裕がある場合には、たとえ大型化した場合であっても特に問題はないとも考えられる。しかしながら、一般に排気マニホルドの搭載スペースは限られており、また重量や設計自由度等の観点からも排気マニホルドはコンパクトであることが好ましい。
これに対して、複数の排気管集合部を備えた排気マニホルドをコンパクトにしようとする場合には、複数の排気管集合部同士を近接して配置することが考えられる。しかしながらこの場合には、排気管集合部同士の間の金属部分で局所的な温度上昇が発生し、この結果、当該部分の材料強度がクライテリアを超えてしまう虞がある点で問題があった。

そこで本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の排気管集合部を備えてエンジンの出力性能を確保しつつも、限られた搭載スペースに搭載可能なコンパクト性を有し、且つ複数の排気管集合部に挟まれた部分で発生する局所的な温度上昇を抑制できるエンジンの排気マニホルドを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明のエンジンの排気マニホルドは、エンジンの排気を流通させる複数の排気管分岐部と、前記複数の排気管分岐部を上下２つに分けて集合させた上側の第１の排気管集合部と、下側の第２の排気管集合部と、前記第１の排気管集合部の周辺、且つ上方の部分に設けられた上段冷却通路部と、前記第２の排気管集合部の周辺、且つ下方の部分に設けられた下段冷却通路部と、前記第１および第２の排気管集合部それぞれの間に設けられ、冷媒を流通させる中間冷却通路部と、前記上段冷却通路部、前記下段冷却通路部、及び前記中間冷却通路部を含む冷却通路部と、該冷却通路部を流通する冷媒の出口部とを備え、前記冷却通路部内から気体を排出するための気体排出孔を前記冷却通路部のうち、位置が最も高い部分と連通するように設けるとともに、前記出口部を前記冷却通路部のうち、前記中間冷却通路部よりも位置が高い部分であり、前記上段冷却通路部よりも位置が低い部分と連通するように設けられている。

本発明によれば、複数の排気管集合部を備えてエンジンの出力性能を確保しつつも、限られた搭載スペースに搭載可能なコンパクト性を有し、且つ複数の排気管集合部に挟まれた部分で発生する局所的な温度上昇を抑制できる。更には、本発明の排気マニホルドでは、中間冷却通路部を流通した冷却水を出口部にスムースに導くことができる。これにより中間冷却通路部で発生したエアを気体排出孔から排出するとともに、出口部からもエアを冷却水とともに積極的に排出できる。以って排気マニホルド内にエアが滞留することを防止或いは抑制できる。

Ｒｒ側（図示しない触媒側）から見た排気マニホルド１Ａを模式的に示す斜視図である。 Ｆｒ側（図示しないシリンダヘッド側）から見た排気マニホルド１Ａを模式的に示す斜視図である。 排気管分岐部１０および排気管集合部２０が形成する排気通路を模式的に示す図である。したがって、図３では排気管分岐部１０および排気管集合部２０そのものではなく、実際にはこれらが形成する排気通路に対してかっこ書きで符号を付すことで、間接的に排気管分岐部１０および排気管集合部２０を示している。 排気マニホルド１Ａを断面で模式的に示す図である。 排気マニホルド１Ａの冷却水流通経路を模式的に示す図である。 排気マニホルド１Ａの第１の変形例である排気マニホルド１Ｂの冷却水流通経路を模式的に示す図である。 排気マニホルド１Ａの第２の変形例である排気マニホルド１Ｃの冷却水流通経路を模式的に示す図である。

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。

本実施例に係る排気マニホルド１Ａについて図１から図５までを用いて説明する。排気マニホルド１Ａは例えばアルミ合金製であり、＃１気筒から＃４気筒までの４つの気筒を有する図示しない直列４気筒のエンジンに設けられる。排気マニホルド１Ａは一体ボディ状の部材として形成されており、中央の部分は両側の部分よりも上端位置が高くなっている。排気マニホルド１Ａは排気管分岐部１０と、排気管集合部２０と、冷却通路部３０Ａと、入口部４０と、出口部５０と、気体排出孔６０とを備えている。排気管分岐部１０は、第１、第２、第３および第４の排気管分岐部１１、１２、１３および１４を備えている。排気管集合部２０は、第１および第２の排気管集合部２１、２２を備えている。冷却通路部３０Ａは上段冷却通路部３１と、中間冷却通路部である中段冷却通路部３２Ａと、下段冷却通路部３３とを備えている。

第１から第４までの排気管分岐部１１から１４までそれぞれは、エンジンが備える１つの気筒群を構成する＃１気筒から＃４気筒までの各気筒それぞれに対応させて設けられている。第１および第２の排気管集合部２１、２２は互いに近接して配置されており、具体的には上下に層をなすように近接して配置されている。第１から第４までの排気管分岐部１１から１４までそれぞれと、第１および第２の排気管集合部２１、２２それぞれとは排気が流通する排気通路を形成している。
第１から第４までの排気管分岐部１１から１４までは、上下２つに分かれて第１および第２の排気管集合部２１、２２に集合している。この点、本実施例では具体的には内側に位置する第２および第３の排気管分岐部１２、１３が、上側に位置する第１の排気管集合部２１に集合している。そして、外側に位置する第１および第４の排気管分岐部１１、１４が、下側に位置する第２の排気管集合部２２に集合している。

上段冷却通路部３１は、第１の排気管集合部２１の周辺、且つ上方の部分に設けられている。中段冷却通路部３２Ａは、第１および第２の排気管集合部２１、２２の間に設けられている。下段冷却通路部３３は第２の排気集合部２２の周辺、且つ下方の部分に設けられている。そして、これら冷却通路部３１、３２Ａ、３３を含む冷却通路部３０Ａは冷媒を流通させる冷却通路を形成している。
冷却通路部３０Ａは排気管分岐部１０および排気管集合部２０の周辺に設けられている。この点、本実施例では具体的には冷却通路部３０Ａは第１から第４までの排気管分岐部１１から１４までそれぞれと、第１および第２の排気管集合部２１、２２それぞれとを一周に亘って取り囲むようように設けられている。このため上段から下段までの冷却通路部３１、３２Ａ、３３それぞれは、Ｆｒ側で互いに連通するとともに、気筒配列方向の一端側および他端側で互いに連通している。

入口部４０は排気マニホルド１Ａのうち、気筒配列方向の一端側に位置している。入口部４０は第４の排気管分岐部１４を備えた部分に設けられており、さらに具体的には第４の排気管分岐部１４の周辺に設けられた冷却通路部３０Ａのうち、最も位置が低い部分と連通するように設けられている。出口部５０は排気マニホルド１Ａのうち、気筒配列方向の他端側に位置している。出口部５０は第１の排気管分岐部１１を備えた部分に設けられており、さらに具体的には第１の排気管分岐部１１の周辺に設けられた冷却通路部３０Ａのうち、中段冷却通路部３２Ａよりも位置が高く、且つ上段冷却通路部３１よりも位置が低い部分と連通するように設けられている。なお、入口部４０および出口部５０は上下方向に向かって開口していても横方向に向かって開口していてもよい。

気体排出孔６０はエア抜き孔であり、排気マニホルド１Ａのうち、位置が最も高い部分に設けられている。この部分は本実施例では具体的には排気管集合部２０を備えた部分の上端部となっており、同時に冷却通路部３０Ａのうち、位置が最も高い部分に対応した部分となっている。本実施例では上段冷却通路部３１が、冷却通路部３０Ａのうち、位置が最も高い部分となっており、気体排出孔６０は上段冷却通路部３１と連通するように設けられている。

次に排気マニホルド１Ａの作用効果について説明する。排気マニホルド１Ａでは、冷媒であるエンジンの冷却水が入口部４０から供給され、出口部５０から排出される。このため冷却通路部３０Ａ内では、気筒配列方向の一端側から他端側に向かって冷却水が流通する。また排気マニホルド１Ａでは、エンジンから排出された排気が排気管分岐部１０および排気管集合部２０を流通する。また排気マニホルド１Ａでは、第１および第２の排気管集合部２１、２２に挟まれた中段冷却通路部３２Ａのほうが、上段冷却通路部３１や下段冷却通路部３３よりも受熱量が多くなる。

これに対して、排気マニホルド１Ａでは、第２および第３の排気管分岐部１２、１３を第１の排気管集合部２１に集合させるとともに、第１および第４の排気管分岐部１１、１４を第２の排気管集合部２２に集合させている。このため排気マニホルド１Ａでは、排気干渉による背圧の上昇を抑制でき、以ってエンジンの出力性能が制限されることを抑制できる。
また排気マニホルド１Ａでは、第１から第４までの排気管分岐部１１から１４までを第１および第２の排気管集合部２１、２２の２つの排気管集合部に集合させている。このため排気マニホルド１Ａでは、ある１つの気筒群である＃１気筒から＃４気筒までの排気を集合させるにあたり、例えば３つ以上の排気管集合部に集合させる場合と比較して、容易にコンパクト化を図ることができる。

また排気マニホルド１Ａでは、内側に位置する第２および第３の排気管分岐部１２、１３を第１の排気管集合部２１に集合させるとともに、外側に位置する第１および第４の排気管分岐部１１、１４を第２の排気管集合部２２に集合させ、さらに第１および第２の排気管集合部２１、２２を上下に層をなすように近接して配置している。このため排気マニホルド１Ａでは、直列４気筒エンジンの気筒配列構造に応じた合理的な形状により、限られた搭載スペースに搭載可能なコンパクト性を有することができる。

一方、このように第１および第２の排気管集合部２１、２２を設けた場合には、排気が合流する第１および第２の排気管集合部２１、２２に挟まれた部分が特に高温となることから、当該部分の材料強度がクライテリアを超えてしまう虞がある。これに対して排気マニホルド１Ａでは、第１および第２の排気管集合部２１、２２の間に設けた中段冷却通路部３２Ａ内を流通する冷却水で当該部分を冷却することができ、これにより当該部分が局所的な高温状態になることも抑制することができる。

また排気マニホルド１Ａでは、中段冷却通路部３２Ａのほうが、上段冷却通路部３１や下段冷却通路部３３よりも受熱量が多いことから、エアも発生し易くなっている。これに対して排気マニホルド１Ａでは、気体排出孔６０を冷却通路部３０Ａのうち、位置が最も高い部分と連通するように設けるとともに、出口部５０を冷却通路部３０Ａのうち、中段冷却通路部３２Ａよりも位置が高く、且つ上段冷却通路部３１よりも位置が低い部分と連通するように設けている。

このため排気マニホルド１Ａでは、中段冷却通路部３２Ａを流通した冷却水を出口部５０にスムースに導くことができ、これにより中段冷却通路部３２Ａで発生したエアを気体排出孔６０から排出するとともに、出口部５０からもエアを冷却水とともに積極的に排出でき、以って排気マニホルド１Ａ内にエアが滞留することを防止或いは抑制できる。なお、この場合には例えば排気マニホルド１Ａ外の冷却水流通経路にエア抜きを行うエア抜き部を設けることが好ましい。そしてこれにより排気マニホルド１Ａでは、例えばエア溜まりの発生による冷却効果の低下や、エアの噛み込みによる冷却水の循環不良の発生などによって、冷却通路部３０Ａを含む冷却水流通経路に悪影響が及ぶことを抑制できる。
このように排気マニホルド１Ａは、第１および第２の排気管集合部２１，２２を備えてエンジンの出力性能を確保しつつも、限られた搭載スペースに搭載可能なコンパクト性を有するとともに、第１および第２の排気管集合部２１、２２間で発生する局所的な温度上昇を抑制でき、さらには内部にエアが滞留することを防止或いは抑制できる。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
例えば上述した実施例では、上段、中段および下段冷却通路部３１、３２Ａ、３３を含む冷却通路部３０Ａを備えた排気マニホルド１Ａの場合について説明した。しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、排気マニホルドには中間冷却通路部を含む適宜の冷却通路部によって適宜の冷媒流通経路が構成されてもよい。この点、以下に排気マニホルド１Ａの変形例として冷却水流通経路が異なる排気マニホルド１Ｂおよび１Ｃについて図６および図７を用いて説明する。

図６に示すように、排気マニホルド１Ｂは冷却通路部３０Ａの代わりに冷却通路部３０Ｂを備えている点と、入口部４０と出口部５０とが２つずつ設けられている点と、出口部５０が冷却通路部３０Ｂのうち、上段冷却通路部３１よりも位置が高い部分と連通するように設けられている点以外、排気マニホルド１Ａと実質的に同一のものとなっている。冷却通路部３０Ｂは、中段冷却通路部３２Ａの代わりに、上段冷却通路部３１および下段冷却通路部３３を含む第１の冷却水流通経路Ｒ１とは独立した第２の冷却水流通経路Ｒ２の一部を構成する中段冷却通路部３２Ｂを備えている点以外、冷却通路部３０Ａと実質的に同一のものとなっている。このため冷却通路部３０Ｂでは、入口部４０と出口部５０とが第１および第２の冷却水流通経路Ｒ１、Ｒ２それぞれに対応させて設けられている。

かかる排気マニホルド１Ｂによれば、受熱量の大きな中段冷却通路部３２Ｂの冷却性を高めることができる点で、排気マニホルド１Ａよりも好適である。なお、冷却通路部３０Ａを例えば入口部４０近傍で分岐するとともに出口部５０近傍で集合するようにして、内部で互いに独立した第１および第２の冷却水流通経路Ｒ１、Ｒ２を構成するように変形し、備えることもできる。この場合には、入口部４０および出口部５０は１つずつあればよい。また、中段冷却通路部３２Ａの冷却性を高めるにあたっては、例えば入口部４０から流入した冷却水がまず中段冷却通路部３２Ａを流通し、その後上段冷却通路部３１および下段冷却通路部３３を流通するように冷却通路部３０Ａを変形し、備えることもできる。

一方、図７に示すように、排気マニホルド１Ｃは冷却通路部３０Ａの代わりに冷却通路部３０Ｃを備えている点と、出口部５０が冷却通路部３０Ｃのうち、上段冷却通路部３１よりも位置が高い部分と連通するように設けられている点以外、排気マニホルド１Ａと実質的に同一のものとなっている。冷却通路部３０Ｃは中段冷却通路部３２Ａの代わりに、流入部が下段冷却通路部３３に連通するとともに、流出部が上段冷却通路部３１に連通した中段冷却通路部３２Ｃを備えている点以外、冷却通路部３０Ａと実質的に同一のものとなっている。かかる排気マニホルド１Ｃによれば、受熱量の大きな中段冷却通路部３２Ｃの冷却性を高めるとともにエア抜き性を高めることができる点で、排気マニホルド１Ａよりも好適である。

また例えば上述した実施例では、コンパクト化を図るにあたり、直列４気筒のエンジンに応じた合理的な形状を実現できることなどから、第２および第３の排気管分岐部１２、１３を第１の排気管集合部２１に集合させるとともに、第１および第４の排気管分岐部１１、１４を第２の排気管集合部２２に集合させた場合について説明した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、例えば複数の排気管分岐部のうち、１つを除いた残りの排気管分岐部を第１の排気管集合部に集合させるとともに、集合させなかった１つの排気管分岐部を第２の排気管集合部とみなし、これら第１および第２の排気管集合部を互いに近接して配置したような場合も本発明における第１および第２の排気管集合部に含まれるものとする。

また例えば上述した実施例では、中段冷却通路部３２Ａで発生したエアを排気マニホルド１Ａ内から好適に排出できることから、気体排出孔６０を冷却通路部３０Ａのうち、位置が最も高い部分と連通するように設けるとともに、出口部５０を冷却通路部３０Ａのうち、中段冷却通路部３２Ａよりも位置が高い部分と連通するように設けた場合について説明した。
しかしながら、本発明においては必ずしもこれに限られず、出口部は例えば冷却通路部のうち、中段冷却通路部よりも位置が低い部分と連通するように設けられてもよい。この場合にはあくまでエアを気体排出孔から排出するようにし、出口部から流出する冷媒にエアが混入することを防止或いは抑制することができる。
また図６や図７にも示すように、出口部は例えば冷却通路部のうち、さらに上段冷却通路部よりも位置が高い部分と連通するように設けられてもよい。この場合には、上段冷却通路部で発生したエアも冷却水とともに出口部から排出できるようになる点で、エア抜き性をさらに高めることができる。

また例えば上述した実施例では、直列４気筒のエンジンについて好適な排気マニホルド１Ａの場合について詳述した。しかしながら本発明は必ずしもこれに限られず、その他の適宜のエンジンに適合する排気マニホルドで実現されてもよい。
また例えば上述した実施例では、エンジンの冷却水を冷媒とした場合について詳述した。しかしながら本発明においては必ずしもこれに限られず、例えば排気マニホルドに専用の冷却系統を別途設け、この冷却系統を流通させる冷却水を冷媒としてもよい。この場合の冷却水としてはさらに具体的には例えばエンジンの冷却水と同様にＬＬＣ（Long Life coolant）を適用することができる。

１ 排気マニホルド
１０ 排気管分岐部
２０ 排気管集合部
３０ 冷却通路部
３１ 上段冷却通路部
３２ 中段冷却通路部
３３ 下段冷却通路部
４０ 入口部
５０ 出口部
６０ 気体排出孔

Claims (1)

1. エンジンの排気を流通させる複数の排気管分岐部と、
   前記複数の排気管分岐部を上下２つに分けて集合させた上側の第１の排気管集合部と、下側の第２の排気管集合部と、
   前記第１の排気管集合部の周辺、且つ上方の部分に設けられた上段冷却通路部と、
   前記第２の排気管集合部の周辺、且つ下方の部分に設けられた下段冷却通路部と、
   前記第１および第２の排気管集合部それぞれの間に設けられ、冷媒を流通させる中間冷却通路部と、
   前記上段冷却通路部、前記下段冷却通路部、及び前記中間冷却通路部を含む冷却通路部と、該冷却通路部を流通する冷媒の出口部とを備え、
   前記冷却通路部内から気体を排出するための気体排出孔を前記冷却通路部のうち、位置が最も高い部分と連通するように設けるとともに、前記出口部を前記冷却通路部のうち、前記中間冷却通路部よりも位置が高い部分であり、前記上段冷却通路部よりも位置が低い部分と連通するように設けたエンジンの排気マニホルド。

Images