JP5345966B2 - エギゾーストマニホルド - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の各排気ポートからの排気を下流側の排気管に導くエギゾーストマニホルドに関する。
従来より、内燃機関の各排気ポートにそれぞれ接続され、各排気ポートからの排気を下流側の排気管に導く種々のエギゾーストマニホルドが知られている。
例えば、触媒の早期活性化と、内燃機関出力性能の向上との両立を図るために、特許文献１にあるように、表半体、仕切体、裏半体の３枚の板金製部材を重ね合わせて、表半体と仕切体との間に、第２排気ポートと第３排気ポートに連通した第２排気管と第３排気管を形成し、仕切体と裏半体との間に、第１排気ポートと第４排気ポートに連通した第１排気管と第４排気管とを形成したエギゾーストマニホルドが提案されている。
また、特許文献２にあるように、プレス成形した上側外殻部材と下側外殻部材とを重ね合わせて第１〜第４枝管部と集合管部とを形成し、また、第１、第２枝管部から集合管部に流入する排気、及び第３、第４枝管部から集合管部に流入する排気を仕切る仕切板を、下側外殻部材に取り付け、更に、仕切板は、第２排気ポート及び第３排気ポートに接続された一対の第２、第３枝管部を合流させて、集合管部内に開口する排気流路を形成したエギゾーストマニホルドも提案されている。
特開平１０−８９０６４号公報 特開２００７−１５４６６０号公報
しかしながら、こうした従来の前者のものでは、表半体と仕切体とを溶接した後、これを裏返して裏半体と仕切体とを溶接するので、生産性が低く、溶接箇所が多くなり、しかも、仕切体により第１〜第４排気管を仕切るので仕切体が大型化し、仕切体の平坦部が大きくなり、これにより、仕切体の剛性が低くなって振動対策上不利になると共に、触媒の早期活性化にも不利になるという問題があった。
また、後者のものでは、仕切板を下側外殻部材に取り付ける際、板厚が薄い仕切板を用いるのでレーザー溶接を必要とし、溶接設備が大型化すると共に、仕切板により部分的に二重管構造となり、しかも、各枝管部に応じた形状の上側外殻部材と下側外殻部材とを重ね合わせて溶接するので溶接線が三次元的で複雑になり生産性が低いという問題があった。
本発明の課題は、触媒の早期活性化と、内燃機関出力性能の向上との両立を図ることができると共に、生産性がよいエギゾーストマニホルドを提供することにある。
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
多気筒内燃機関の各排気ポートにそれぞれ接続され、前記各排気ポートからの排気を下流側に送るエギゾーストマニホルドにおいて、
前記多気筒内燃機関の前記各排気ポートを排気順序が連続しない２つの排気ポート群に分け、
板材からプレス成形した第１上側外殻部材を、板材からプレス成形した下側外殻部材に対し、前記下側外殻部材の表裏面のうち一方の面側から重ね合わせて、２つの前記排気ポート群の一方に接続する第１流路を前記第１上側外殻部材と前記下側外殻部材との間に形成し、
板材からプレス成形した第２上側外殻部材を、前記第１上側外殻部材及び前記下側外殻部材に対し、前記第１上側外殻部材を挟むように前記下側外殻部材の表裏面のうち前記一方の面側から重ね合わせて、２つの前記排気ポート群の他方に接続する第２流路を前記第２上側外殻部材と前記下側外殻部材との間に形成するとともに前記第１流路と前記第２流路とを仕切り、
前記下側外殻部材に前記第１上側外殻部材の外周に応じた段部を形成し、前記段部に前記第１上側外殻部材を重ね合わせたことを特徴とするエギゾーストマニホルドがそれである。
また、４気筒内燃機関の第１〜第４排気ポートにそれぞれ接続され、前記各排気ポートからの排気を下流側に送るエギゾーストマニホルドにおいて、
前記第１〜第４排気ポートの排気順序が第１、第３、第４、第２で、排気順序が連続しない前記第１排気ポートと前記第４排気ポートとの排気ポート群及び前記第２排気ポートと前記第３排気ポートとの排気ポート群に分け、
板材からプレス成形した第１上側外殻部材を、板材からプレス成形した下側外殻部材に対し、前記下側外殻部材の表裏面のうち一方の面側から重ね合わせて、前記第２排気ポートと前記第３排気ポートとの排気ポート群に接続する第１流路を前記第１上側外殻部材と前記下側外殻部材との間に形成し、
板材からプレス成形した第２上側外殻部材を、前記第１上側外殻部材及び前記下側外殻部材に対し、前記第１上側外殻部材を挟むように前記下側外殻部材の表裏面のうち前記一方の面側から重ね合わせて、前記第１排気ポートと前記第４排気ポートとの排気ポート群に接続する第２流路を前記第２上側外殻部材と前記下側外殻部材との間に形成するとともに前記第１流路と前記第２流路とを仕切り、
前記下側外殻部材に前記第１上側外殻部材の外周に応じた段部を形成し、前記段部に前記第１上側外殻部材を重ね合わせたことを特徴とするエギゾーストマニホルドがそれである。
前記第１上側外殻部材を挟んで前記第２上側外殻部材と前記下側外殻部材とを重ね合わせて、前記第１流路と前記第２流路とを仕切った構成としてもよい。また、前記下側外殻部材に前記第１上側外殻部材の外周に応じた段部を形成し、前記段部に前記第１上側外殻部材を重ね合わせた構成としてもよい。更に、前記第１上側外殻部材は前記第２上側外殻部材と前記下側外殻部材との下流側端まで形成した構成としてもよい。
本発明のエギゾーストマニホルドは、第１上側外殻部材と下側外殻部材とを重ね合わせ、その上に第２上側外殻部材を重ね合わせるので、溶接を同じ方向からできるので生産性がよく、第１上側外殻部材は排気ポート群の一方に接続する第１流路を形成すればよく、コンパクトにでき、また、触媒の早期活性化に有利であるという効果を奏する。
第１上側外殻部材を挟んで第２上側外殻部材と下側外殻部材とを重ね合わせて、第１流路と第２流路とを仕切った構成とし、排気順序が連続した排気ポートを仕切ることで、内燃機関出力性能を向上させることに有利である。また、第１上側外殻部材の平坦部を小さくでき、剛性が高く、振動に有利となり薄肉化が可能で、この点からも触媒の早期活性化に有利となる。下側外殻部材に第１上側外殻部材の外周に応じた段部を形成し、段部に第１上側外殻部材を重ね合わせることにより、組立が容易になり、生産性が向上すると共に、排気抵抗が減少し、圧力損失を抑制できる。更に、第１上側外殻部材を第２上側外殻部材と下側外殻部材との下流側端まで形成すると、より確実に排気干渉を抑制できる。
本発明の一実施形態としてのエギゾーストマニホルドの平面図である。 本実施形態のエギゾーストマニホルドの側面図である。 本実施形態の大フランジの正面図である。 本実施形態のエギゾーストマニホルドの分解平面図である。 本実施形態のエギゾーストマニホルドの分解側面図である。 図１のＡ−Ａ拡大断面図である。 図１のＢ−Ｂ拡大断面図である。
以下本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１はエギゾーストマニホルドで、本実施形態では４気筒の内燃機関１００に用いられるものである。内燃機関１００は、第１〜第４気筒＃１〜＃４に連通した第１〜第４排気ポートＰ１〜Ｐ４を備えている。本実施形態では、第１気筒＃１、第３気筒＃３、第４気筒＃４、第２気筒＃２の順に点火され、この順序で排気される。
エギゾーストマニホルド１は、大フランジ２、外殻部材４を備え、エギゾーストマニホルド１の排出側には、コンバータ６が外殻部材４に接続されている。コンバータ６内には図示しない触媒が収納されており、流入する排気を浄化して下流側に排出する。
大フランジ２には、図３に示すように、第１〜第４排気ポートＰ１〜Ｐ４に対応した４個の貫通孔１０〜１３が穿設されており、また、大フランジ２を内燃機関１００に図示しないボルトにより取り付けるための複数の取付穴１４〜１８が形成されている。４個の貫通孔１０〜１３の周囲には、外殻部材４側に突出した環状突部２０〜２３が形成されている。
外殻部材４は、図４、図５に示すように、板材からプレス成形した下側外殻部材２４を備え、下側外殻部材２４には大フランジ２側に第１下側枝管部２６、第２下側枝管部２７、第３下側枝管部２８、第４下側枝管部２９が形成されている。各第１〜第４下側枝管部２６〜２９は半円状や半楕円状等に下側に窪まされて形成されている。
また、下側外殻部材２４は、図２に示すように、大フランジ２側からコンバータ６側に「く」字状に、屈曲形成されており、下側外殻部材２４にはコンバータ６側に下側集合管部３０が形成されている。下側集合管部３０は半円状や半楕円状等に窪まされて形成されており、第２下側枝管部２７と第３下側枝管部２８とから下側集合管部３０に至る下側外殻部材２４が「Ｙ」字状に窪まされて、第２下側枝管部２７と第３下側枝管部２８とを下側集合管部３０に連通する第１流路３２が形成されている。
一方、第１下側枝管部２６は、下側に窪まされて形成されているが、隣の第２下側枝管部２７との間や下側外殻部材２４の外周側は窪まされていない平坦なフランジ部３４が設けられている。このフランジ部３４により、第１下側枝管部２６は大フランジ２の貫通孔１０に挿入される箇所を除き３方向が囲まれて他と連通していない状態で、単独で窪まされている。
また、第４下側枝管部２９も同様に、下側に窪まされて形成されているが、隣の第３下側枝管部２８との間には窪まされていない平坦なフランジ部３６が設けられている。このフランジ部３６により、第４下側枝管部２９は大フランジ２の貫通孔１３に挿入される箇所を除き３方向が囲まれて他と連通していない状態で、単独で窪まされている。
第２下側枝管部２７と第３下側枝管部２８とに対応して、下側外殻部材２４には板材からプレス成形した第１上側外殻部材３８が重ね合わされている。第１上側外殻部材３８は第２下側枝管部２７と第３下側枝管部２８とから下側集合管部３０にかけての第１流路３２の上側を覆うように形成されている。
第１上側外殻部材３８には、第２下側枝管部２７に対応して、半円状や半楕円状等に上側に膨らまされた第２上側枝管部４０が形成されると共に、第３下側枝管部２８に対応して、半円状や半楕円状等に上側に膨らまされた第３上側枝管部４１が形成されている。
第１上側外殻部材３８を下側外殻部材２４に重ね合わせた際に、第２下側枝管部２７と第２上側枝管部４０とが合致して内部に第１流路３２が形成されると共に、大フランジ２の貫通孔１１に嵌入可能に構成されている。また、第３下側枝管部２８と第３上側枝管部４１とが合致して内部に第１流路３２が形成されると共に、大フランジ２の貫通孔１２に嵌入可能に構成されている。
第２上側枝管部４０と第３上側枝管部４１とは、第１上側外殻部材３８の大フランジ２側近傍にのみ形成され、下側集合管部３０に至る途中で第１上側外殻部材３８はほぼ平坦になり、下側集合管部３０に至るまでの平坦部４２が形成されている。平坦部４２は下側外殻部材２４の形状に沿って湾曲しているが、窪みや膨らみがない平坦面に形成されている。
下側外殻部材２４には、第１上側外殻部材３８の外周に応じた段部４４，４６が形成されており、図６及び図７に示すように、段部４４，４６はフランジ部３４，３６から上側外殻部材３８の板厚に応じて下側に窪まされている。
一方の段部４４は、第１下側枝管部２６と第２下側枝管部２７との間に形成されると共に、他方の段部４６は、第３下側枝管部２８と第４下側枝管部２９との間に形成されている。両段部４４，４６に第１上側外殻部材３８の平坦部４２を重ね合わせると、第１上側外殻部材３８により第１流路３２の上側が覆われる。
第２下側枝管部２７と第３下側枝管部２８と間の下側外殻部材２４には、平坦なフランジ部４８が形成されており、下側外殻部材２４に第１上側外殻部材３８を重ね合わせた際に、フランジ部４８に第１上側外殻部材３８の平坦部４２が密着するように形成されている。下側外殻部材２４の段部４４，４６とフランジ部４８とに第１上側外殻部材３８の平坦部４２を重ね合わせて、溶接により固定する。
更に、第１下側枝管部２６と第４下側枝管部２９とに対応して、下側外殻部材２４と第１上側外殻部材３８とには板材からプレス成形した第２上側外殻部材５０が重ね合わされている。
第２上側外殻部材５０には、第１下側枝管部２６に対応して、半円状や半楕円状等に上側に膨らまされた第１上側枝管部５２が形成されると共に、第４下側枝管部２９に対応して、半円状や半楕円状等に上側に膨らまされた第４上側枝管部５４が形成されている。
第２上側外殻部材５０を下側外殻部材２４に重ね合わせた際に、第１下側枝管部２６と第１上側枝管部５２とが合致して、大フランジ２の貫通孔１０に嵌入可能に構成されている。また、第４下側枝管部２９と第４上側枝管部５４とが合致して、大フランジ２の貫通孔１３に嵌入可能に構成されている。
第１上側枝管部５２と第４上側枝管部５４とは、それぞれ第１下側枝管部２６と第４下側枝管部２９とを覆うようにして、第１下側枝管部２６と第４下側枝管部２９とに沿ってコンバータ６側に延出されている。第１上側枝管部５２と第４上側枝管部５４とは、第１上側外殻部材３８の平坦部４２上で合わさって、第２上側外殻部材５０には半円状や半楕円状等に膨らまされた上側集合管部５６が形成されている。
第２上側外殻部材５０は略「Ｙ」字状に形成され、第２上側外殻部材５０には第１上側枝管部５２と第４上側枝管部５４とから上側集合管部５６に至る第２流路５７が形成されている。
上側集合管部５６は、第１上側外殻部材３８の平坦部４２を間にして、下側外殻部材２４の下側集合管部３０に対応して形成されており、上側集合管部５６と下側集合管部３０とを合わせると、ほぼ楕円状になり、コンバータ６の入口管部６ａに嵌入可能に形成されている。
第２上側外殻部材５０の外周には、大フランジ２の貫通孔１０，１３とコンバータ６の入口管部６ａとの嵌入箇所を除いて、フランジ部５８が形成されている。第２上側外殻部材５０を下側外殻部材２４と第１上側外殻部材３８とに重ね合わせた際に、第２上側外殻部材５０のフランジ部５８が下側外殻部材２４のフランジ部３４，３６に密着すると共に、第１上側外殻部材３８の平坦部４２に密着する。
これにより、第１下側枝管部２６と第４下側枝管部２９とに、第１上側枝管部５２と第４上側枝管部５４とが重ね合わされ、第２上側外殻部材５０の下側が第１上側外殻部材３８の平坦部４２により塞がれて、第２流路５７が形成される。
本実施形態では、第１上側外殻部材３８の平坦部４２の端は、下側外殻部材２４の下側集合管部３０と第２上側外殻部材５０の上側集合管部５６との端に達するまで形成されている。尚、平坦部４２は下側集合管部３０と上側集合管部５６との端の手前まで形成して、下側集合管部３０と上側集合管部５６との内部で第１流路３２と第２流路５７とが集合するように形成してもよい。
第２上側外殻部材５０のフランジ部５８と各フランジ部３４，３６，４２とを重ね合わせて、溶接により固定する。その際、一部の箇所では、３枚重ねの状態となるが、図７（イ）に示すように、下側外殻部材２４のフランジ部３４，３６の段部４４，４６内に第１上側外殻部材３８の平坦部４２を重ね合わせ、第２上側外殻部材５０のフランジ部５８を下側外殻部材２４のフランジ部３４，３６に重ね合わせて溶接するようにしてもよい。
また、図７（ロ）に示すように、第２上側外殻部材５０にフランジ部５８を形成せずに、下側外殻部材２４に第１上側外殻部材３８の平坦部４２を重ね、平坦部４２に第２上側外殻部材５０の第１上側枝管部５２と第４上側枝管部５４とを重ねる。そして、下側外殻部材２４のフランジ部３４，３６を上側に折り曲げて、溶接するようにしてもよい。
下側外殻部材２４、第１上側外殻部材３８、第２上側外殻部材５０からなる外殻部材４を大フランジ２の各貫通孔１０〜１３に嵌入してその周囲を溶接する。また、上側集合管部５６と下側集合管部３０とにコンバータ６の入口管部６ａを嵌入してその周囲を溶接する。
次に、前述した本実施形態のエギゾーストマニホルドの作動について説明する。
第１気筒＃１での燃焼による排気は、第１排気ポートＰ１から貫通孔１０を通って第１下側枝管部２６と第１上側枝管部５２とによる第２流路５７に流入し、次に、平坦部４２と第１上側枝管部５２との間の第２流路５７から、平坦部４２と上側集合管部５６との間の第２流路５７を通り、コンバータ６に送られ、コンバータ６から下流側の図示しない排気管に送られる。
第３気筒＃３での燃焼による排気は、第３排気ポートＰ３から貫通孔１２を通って第３下側枝管部２８と第３上側枝管部４１とによる第１流路３２に流入し、次に、平坦部４２と第３下側枝管部２８との間の第１流路３２から、平坦部４２と下側集合管部３０との間の第１流路３２を通り、コンバータ６に送られ、コンバータ６から下流側の図示しない排気管に送られる。
続いて、第４気筒＃４での燃焼による排気は、第４排気ポートＰ４から貫通孔１３を通って第４下側枝管部２９と第４上側枝管部５４とによる第２流路５７に流入し、次に、平坦部４２と第４上側枝管部５４との間の第２流路５７から、平坦部４２と上側集合管部５６との間の第２流路５７を通り、コンバータ６に送られ、コンバータ６から下流側の図示しない排気管に送られる。
その際、第３気筒＃３と第４気筒＃４とでは燃焼が連続し、第３排気ポートＰ３と第４排気ポートＰ４とでは排気順序が連続すると共に、両排気ポートＰ３，Ｐ４は隣合っている。しかし、第３排気ポートＰ３からの排気は、平坦部４２と第３下側枝管部２８との間の第１流路３２、及び平坦部４２と下側集合管部３０との間の第１流路３２を通るので、第３排気ポートＰ３から第４排気ポートＰ４側への流入はなく、排気干渉が防止される。
第２気筒＃２での燃焼による排気は、第２排気ポートＰ２から貫通孔１１を通って第２下側枝管部２７と第２上側枝管部４０とによる第１流路３２に流入し、次に、平坦部４２と第２下側枝管部２７との間の第１流路３２から、平坦部４２と下側集合管部３０との間の第１流路３２を通り、コンバータ６に送られ、コンバータ６から下流側の図示しない排気管に送られる。
その際、第２排気ポートＰ２と第１排気ポートＰ１とでは、排気順序が連続し、両排気ポートＰ１，Ｐ２同士は隣合っている。しかし、第２排気ポートＰ２からの排気は、平坦部４２と第２下側枝管部２７との間の第１流路３２、及び平坦部４２と下側集合管部３０との間の第１流路３２を通るので、第２排気ポートＰ２から第１排気ポートＰ１側への流入はなく、排気干渉が防止される。
このように、第１上側外殻部材３８と下側外殻部材２４とを重ね合わせ、その上に第２上側外殻部材５０を重ね合わせるので、溶接を同じ方向からできるので生産性がよく、第１上側外殻部材３８は排気ポート群の一方に接続する第１流路３２を形成すればよく、コンパクトにできる。また、コンパクトに形成しても、排気干渉が防止されるので、エギゾーストマニホルド１の熱容量を小さくでき、エギゾーストマニホルド１を通る排気の温度は、短時間で回復し、排気の温度低下が抑制され、排気浄化効率を向上させることができる。
第１上側外殻部材３８を挟んで第２上側外殻部材５０と下側外殻部材２４とを重ね合わせて、第１流路３２と第２流路５７とを仕切った構成とすることにより、第１上側外殻部材３８の平坦部４２を小さくでき、剛性が高く、振動に有利となり薄肉化が可能で、触媒の早期活性化に有利となる。また、下側外殻部材２４に第１上側外殻部材３８の外周に応じた段部４４，４６を形成し、段部４４，４６に第１上側外殻部材３８を重ね合わせることにより、組立が容易になり、生産性が向上すると共に、排気抵抗が減少し、圧力損失を抑制できる。更に、第１上側外殻部材３８を第２上側外殻部材５０と下側外殻部材２４との下流側端まで形成すると、より確実に排気干渉を抑制できる。
尚、下側外殻部材２４、第１上側外殻部材３８、第２上側外殻部材５０の構成を上下逆にして、溶接時にはこれを裏返して、溶接するようにしてもよい。
以上本発明はこの様な実施形態に何等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において種々なる態様で実施し得る。
１…エギゾーストマニホルド ２…大フランジ
４…外殻部材 ６…コンバータ
１０〜１３…貫通孔 ２４…下側外殻部材
２６…第１下側枝管部 ２７…第２下側枝管部
２８…第３下側枝管部 ２９…第４下側枝管部
３０…下側集合管部 ３２…第１流路
３４，３６…フランジ部 ３８…第１上側外殻部材
４０…第２上側枝管部 ４１…第３上側枝管部
４２…平坦部 ４４，４６…段部
４８…フランジ部 ５０…第２上側外殻部材
５２…第１上側枝管部 ５４…第４上側枝管部
５６…上側集合管部 ５７…第２流路
５８…フランジ部 １００…内燃機関

Claims (3)

  1. 多気筒内燃機関の各排気ポートにそれぞれ接続され、前記各排気ポートからの排気を下流側に送るエギゾーストマニホルドにおいて、
    前記多気筒内燃機関の前記各排気ポートを排気順序が連続しない２つの排気ポート群に分け、
    板材からプレス成形した第１上側外殻部材を、板材からプレス成形した下側外殻部材に対し、前記下側外殻部材の表裏面のうち一方の面側から重ね合わせて、２つの前記排気ポート群の一方に接続する第１流路を前記第１上側外殻部材と前記下側外殻部材との間に形成し、
    板材からプレス成形した第２上側外殻部材を、前記第１上側外殻部材及び前記下側外殻部材に対し、前記第１上側外殻部材を挟むように前記下側外殻部材の表裏面のうち前記一方の面側から重ね合わせて、２つの前記排気ポート群の他方に接続する第２流路を前記第２上側外殻部材と前記下側外殻部材との間に形成するとともに前記第１流路と前記第２流路とを仕切り、
    前記下側外殻部材に前記第１上側外殻部材の外周に応じた段部を形成し、前記段部に前記第１上側外殻部材を重ね合わせたことを特徴とするエギゾーストマニホルド。
  2. ４気筒内燃機関の第１〜第４排気ポートにそれぞれ接続され、前記各排気ポートからの排気を下流側に送るエギゾーストマニホルドにおいて、
    前記第１〜第４排気ポートの排気順序が第１、第３、第４、第２で、排気順序が連続しない前記第１排気ポートと前記第４排気ポートとの排気ポート群及び前記第２排気ポートと前記第３排気ポートとの排気ポート群に分け、
    板材からプレス成形した第１上側外殻部材を、板材からプレス成形した下側外殻部材に対し、前記下側外殻部材の表裏面のうち一方の面側から重ね合わせて、前記第２排気ポートと前記第３排気ポートとの排気ポート群に接続する第１流路を前記第１上側外殻部材と前記下側外殻部材との間に形成し、
    板材からプレス成形した第２上側外殻部材を、前記第１上側外殻部材及び前記下側外殻部材に対し、前記第１上側外殻部材を挟むように前記下側外殻部材の表裏面のうち前記一方の面側から重ね合わせて、前記第１排気ポートと前記第４排気ポートとの排気ポート群に接続する第２流路を前記第２上側外殻部材と前記下側外殻部材との間に形成するとともに前記第１流路と前記第２流路とを仕切り、
    前記下側外殻部材に前記第１上側外殻部材の外周に応じた段部を形成し、前記段部に前記第１上側外殻部材を重ね合わせたことを特徴とするエギゾーストマニホルド。
  3. 前記第１上側外殻部材は前記第２上側外殻部材と前記下側外殻部材との下流側端まで形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエギゾーストマニホルド。
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