JP5437845B2

JP5437845B2 - エギゾーストマニホルド

Info

Publication number: JP5437845B2
Application number: JP2010032608A
Authority: JP
Inventors: 裕久大上; 雅俊加藤
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-02-17
Filing date: 2010-02-17
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-02-17
Also published as: JP2011169201A

Description

本発明は、内燃機関の各排気ポートからの排気を集合させて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、特許文献１にあるように、内燃機関の各排気ポートにそれぞれ接続される枝管を集合管に集合させてから、集合管に集合させた排気を下流側の排気管に導くエギゾーストマニホルドが知られている。

特開２００５−３５１２１３号公報

しかしながら、こうした従来のものでは、下流側の排気管に触媒が介装されており、触媒は内燃機関の始動時に早期活性化を図る必要があり、また、高速運転時には高温による触媒劣化を防止する必要がある。そのため、内燃機関始動時等の低速運転時に触媒に導入される排気温度の低下を抑制して触媒の活性化を図り、高速運転時等の排気の高流量運転時には排気温度の低下を図って触媒劣化の防止する必要があるという問題があった。

そこで、低速運転時と高速運転時とで排気流路を流路切替バルブを用いて機械的に切り替えて触媒の活性化と触媒劣化の防止との両立を図る制御をする構造とすると、高価で構造が複雑になるという問題があった。

本発明の課題は、ガス流体の性質を利用し、安価で簡単な構造であるにもかかわらず、始動時の排気の温度低下を抑制すると共に、高速運転時の排気温度の低下を図ることができる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接続された枝管を集合させた集合管からの排気を排気管に導き、各排気ポートからの排気を前記排気管に送るエギゾーストマニホルドにおいて、
前記各枝管と前記集合管との外側を覆い前記枝管と前記集合管との間に隙間を形成するアウタシェルを備え、前記枝管又は前記集合管の少なくとも一方に前記枝管又は前記集合管の管壁の一部を径方向内側に窪ませて円弧状突部を形成すると共に、前記円弧状突部に連接して前記円弧状突部の下流側の前記管壁を下流側に向かって径方向外側に傾斜させて突き出した傾斜部を形成し、かつ、前記傾斜部の先端側に前記枝管又は前記集合管内と前記隙間とを連通する連通孔を形成し、前記排気を前記枝管又は前記集合管から前記連通孔を介して前記隙間を通り前記排気管に導くバイパス通路を形成し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。

前記連通孔を前記枝管又は前記集合管に複数形成するとよい。また、前記円弧状突部と前記傾斜部と前記連通孔とをプレス成形するとよい。更に、前記集合管の前記排気管側近傍に接続孔を設けて前記バイパス通路からの排気を前記集合管内に導く構成としてもよい。その際、前記接続孔は前記集合管の管壁を径方向内側に窪ませて形成してもよい。

本発明のエギゾーストマニホルドは、ガス流体の性質を利用することで、流路切替バルブを用いることなく排気の流れを切り替えることができる構造を実現でき、内燃機関の始動時に、各枝管がアウタシェルに覆われているので、外部への熱の放出が抑制され、触媒の早期活性化を図ることができ、また、内燃機関の高速運転時に、一部の排気がバイパス通路に流入し、排気の熱がアウタシェルを介して外部に放出され、排気の温度が低下するので、触媒劣化を防止できるという効果を奏する。

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斜視図である。本実施形態の大フランジの正面図である。本実施形態の連通孔近傍の拡大断面図である。本実施形態の高速運転時の排気の流れを説明する説明図である。本実施形態の接続孔近傍の拡大断面図である。

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気筒に連通した第１〜第４排気ポートを備えている。本実施形態では、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順に点火される。尚、内燃機関１００は４気筒に限らず、３気筒、あるいは５気筒以上であってもよい。

エギゾーストマニホルド１は、大フランジ２、アウタシェル４、アウタシェル４内に設けられた第１〜第４枝管６〜９及び集合管１０、小フランジ１２を備えている。尚、本実施形態では、第１〜第４枝管６〜９及び集合管１０をそれぞれ別々の管から形成して溶接により接合して一体としているが、管から形成する場合等に限らず、第１〜第４枝管６〜９及び集合管１０を上半体と下半体とを重ね合わせて構成した、いわゆるモナカ構造としてもよい。

大フランジ２には、図２に示すように、第１〜第４排気ポートに対応した４個の貫通孔１４〜１７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１８〜２２が形成されている。４個の貫通孔１４〜１７の周囲には、アウタシェル４側に突出した環状突部２３〜２６が形成されている。

第１〜第４枝管６〜９の一端は、それぞれ環状突部２３〜２６に嵌着されて、第１〜第４枝管６〜９は、それぞれ第１〜第４排気ポートに連通されている。第１〜第４枝管６〜９の他端は集合管１０の一端に接続されている。尚、第１枝管６と第４枝管９とを接続した後に集合管１０に接続し、第２枝管７と第３枝管８とを接続した後に集合管１０に接続するようにしてもよい。

集合管１０の他端には小フランジ１２が取り付けられて、下流側の排気管３０にフランジ結合により接続できるように構成されている。各第１〜第４枝管６〜９及び集合管１０はその外側がアウタシェル４により覆われており、アウタシェル４の一端は大フランジ２に溶接により固定されると共に、アウタシェル４の他端は小フランジ１２に溶接により固定されて、アウタシェル４の内部は閉塞されている。アウタシェル４は本実施形態ではプレスによる成形加工により板状の素材から形成されている。

また、各第１〜第４枝管６〜９の外形に応じて、アウタシェル４は各第１〜第４枝管６〜９の間が窪まされると共に、第１〜第４枝管６〜９の外周及び集合管１０の外周と、アウタシェル４の内周との間には隙間３１が確保されてバイパス通路３２が形成されている。特に、集合管１０の外周とアウタシェル４の内周との間の隙間３１は大きく開けられて、大きな断面形状のバイパス通路３２が形成されている。

各第１〜第４枝管６〜９には、それぞれ連通孔３４が形成されて、各第１〜第４枝管６〜９内とバイパス通路３２とが連通されている。図３に示すように、第１枝管６の管壁の周方向の一部を径方向内側に窪ませて円弧状突部３６が形成されている。円弧状突部３６は第１枝管６の管壁を窪み量ａだけ径方向内側に、排気の流れを乱さないように、第１枝管６の管壁を曲線で繋いだ滑らかな円弧状に窪ませて形成している。

また、円弧状突部３６に連接して、傾斜部３８が形成されている。傾斜部３８は、円弧状突部３６の下流側の第１枝管６の管壁を下流側に向かって径方向外側に傾斜させて突き出して形成されている。

傾斜部３８の先端は、第１枝管６の外周よりも径方向外側に突き出し量ｂだけ突き出すようにして形成されている。本実施形態では、円弧状突部３６と傾斜部３８とはプレス加工により成形されており、傾斜部３８の先端は、第１枝管６の管壁から切り離されて、傾斜部３８の先端と第１枝管６の管壁との間に連通孔３４が形成されている。第１枝管６内とバイパス通路３２とが連通孔３４を介して連通されている。

連通孔３４を形成する際には、傾斜部３８の先端と第１枝管６の管壁との間は、第１枝管６の長手方向に間隔ｃが形成されるように、傾斜部３８の先端と第１枝管６の管壁とが離されて形成されている。尚、本実施形態では、図３（イ）に示すように、第１枝管６の周方向の２箇所に、軸方向に対して対称に、それぞれ円弧状突部３６、傾斜部３８、連通孔３４を形成している。

窪み量ａ、突き出し量ｂ、間隔ｃは、下記表１に示すように、各量の大小を変更することにより、内燃機関１００の回転数に応じて、バイパス通路３２へ流出する排気量を調整することができる。円弧状突部３６の窪み量ａを大きくすると、より高い回転数（排気圧力が大きい）でバイパス通路３２へ排気が流出するようになり、窪み量ａを小さくすると、より低い回転数（排気圧力が小さい）でバイパス通路３２へ排気が流出するようになる。

また、傾斜部３８の突き出し量ｂを大きくすると、より低い回転数でバイパス通路３２へ排気が流出するようになり、突き出し量ｂを小さくすると、より高い回転数でバイパス通路３２へ排気が流出するようになる。傾斜部３８の間隔ｃを大きくすると、より低い回転数でバイパス通路３２へ排気が流出するようになり、間隔ｃを小さくすると、より高い回転数でバイパス通路３２へ排気が流出するようになる。

第２〜第４枝管７〜９についても同様に、円弧状突部３６、傾斜部３８、連通孔３４が形成されて、第２〜第４枝管７〜９内が連通孔３４を介してバイパス通路３２に連通されている。尚、円弧状突部３６、傾斜部３８、連通孔３４は第１〜第４枝管６〜９にのみ形成してもよく、あるいは、集合管１０にのみ形成してもよい。また、第１〜第４枝管６〜９と集合管１０との両方に形成してもよく、円弧状突部３６、傾斜部３８、連通孔３４は１つに限らず、複数形成してもよい。

一方、集合管１０は、小フランジ１２の近傍で、集合管１０内とバイパス通路３２とが連通されている。本実施形態では、図５に示すように、集合管１０の外壁が内側に窪まされて、窪み４０が形成され、窪み４０内の集合管１０の外壁の一部に接続孔４２が形成されている。

接続孔４２は集合管１０の下流側に向かって開口形成されており、バイパス通路３２を通る排気が窪み４０から接続孔４２を介して集合管１０内に流入しやすいように形成されている。尚、接続孔４２は、集合管１０を径方向外側に突き出して、上流側に開口させて形成してもよい。

次に、前述した本実施形態のエギゾーストマニホルド１の作動について説明する。
第１気筒での燃焼による排気は、第１排気ポートから貫通孔１４を通って第１枝管６に流入する。第３気筒での燃焼による排気は、第３排気ポートから貫通孔１６を通って第３枝管８に流入する。

続いて、第４気筒での燃焼による排気は、第４排気ポートから貫通孔１７を通って第４枝管９に流入する。その際、第３気筒と第４気筒とでは燃焼が連続し、第３排気ポートと第４排気ポートとでは排気順序が連続すると共に、第３排気ポートと第４排気ポートとは隣合っている。しかし、第３枝管８及び第４枝管９により、第３排気ポートからの排気が、第４排気ポート側に流入するのが抑制され、排気干渉が防止される。

次に、第２気筒での燃焼による排気は、第２排気ポートから貫通孔１５を通って第２枝管７に流入する。前述した動作が繰り返されて、第１気筒での燃焼により、排気は第１枝管６に流入する。

その際、第２排気ポートと第１排気ポートとでは、排気順序が連続し、第２排気ポートと第１排気ポートとは隣合っている。しかし、第１枝管６と第２枝管７とにより、第２排気ポートからの排気が、第１排気ポート側に流入するのが抑制され、排気干渉が防止され、出力、トルクの低下を招くことがない。

一方、内燃機関１００の始動時には、第１〜第４枝管６〜９の温度は低く、排気の熱が第１〜第４枝管６〜９に奪われる。しかし、第１〜第４枝管６〜９の熱容量は小さく、排気の熱により第１〜第４枝管６〜９の温度が速やかに上昇する。

また、第１〜第４枝管６〜９がアウタシェル４に覆われて二重管構造になっているので、アウタシェル４の外部への熱の放出が抑制される。従って、エギゾーストマニホルド１を通る排気の温度が短時間で上昇し、触媒の早期活性化を図ることができ、触媒浄化効率を向上させることができる。

また、排気の流量が少ない始動時等の低速運転時には、排気の圧力は低く、図３に示すように、排気が第１〜第４枝管６〜９を流れ、各円弧状突部３６を通るとき、排気は円弧状突部３６から下流側の第１〜第４枝管６〜９の管壁に沿って流れる。排気の圧力が低いので、排気は連通孔３４から押し出されることなく、バイパス通路３２には流出しない。よって、低速運転時には、連通孔３４を介してバイパス通路３２に排気が流出しないので、アウタシェル４に覆われた二重管構造により、排気温度の低下を防止して、触媒浄化効率を向上させることができる。

また、内燃機関１００の高速運転時には、多量の排気がエギゾーストマニホルド１に流入する。図４に示すように、各第１〜第４枝管６〜９に流入した排気は、一部が各第１〜第４枝管６〜９から集合管１０に流入し、集合管１０から下流側の排気管３０に流出する。

一部の排気は、各第１〜第４枝管６〜９内から連通孔３４を介してバイパス通路３２に流入する。高速運転時には、排気の圧力が高く、排気は円弧状突部３６に沿って一旦第１〜第４枝管６〜９の中心側に流れ、その後、円弧状突部３６に沿って径方向外側に流れる。そして、傾斜部３８に沿って流れ、連通孔３４を介してバイパス通路３２に流入する。

排気がバイパス通路３２に流入すると、排気の熱がアウタシェル４を介して外部に放出され、排気の温度が低下する。バイパス通路３２を通った排気は、図５に示すように、接続孔４２から集合管１０内に流入し、各第１〜第４枝管６〜９から集合管１０に流入した排気と合流して、下流の排気管３０に流出する。

高速運転時には、アウタシェル４を介して外部に放熱され、バイパス通路３２を通る排気の温度が低下するので、下流側の触媒に供給される排気温度の上昇を抑制できる。よって、排気が触媒に供給された際の触媒温度の過度の上昇を抑制でき、触媒の劣化を招くのを防止できる。従って、触媒貴金属の使用量を低減することもでき、触媒劣化抑制による燃費の向上を図ることができる。

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…アウタシェル６…第１枝管
７…第２枝管８…第３枝管
９…第４枝管１０…集合管
１２…小フランジ３０…排気管
３１…隙間３２…バイパス通路
３４…連通孔３６…円弧状突部
３８…傾斜部４０…窪み
４２…接続孔

Claims

多気筒内燃機関の各排気ポートに接続された枝管を集合させた集合管からの排気を排気管に導き、各排気ポートからの排気を前記排気管に送るエギゾーストマニホルドにおいて、
前記各枝管と前記集合管との外側を覆い前記枝管と前記集合管との間に隙間を形成するアウタシェルを備え、前記枝管又は前記集合管の少なくとも一方に前記枝管又は前記集合管の管壁の一部を径方向内側に窪ませて円弧状突部を形成すると共に、前記円弧状突部に連接して前記円弧状突部の下流側の前記管壁を下流側に向かって径方向外側に傾斜させて突き出した傾斜部を形成し、かつ、前記傾斜部の先端側に前記枝管又は前記集合管内と前記隙間とを連通する連通孔を形成し、前記排気を前記枝管又は前記集合管から前記連通孔を介して前記隙間を通り前記排気管に導くバイパス通路を形成したことを特徴とするエギゾーストマニホルド。
前記連通孔を前記枝管又は前記集合管に複数形成したことを特徴とする請求項１に記載のエギゾーストマニホルド。
前記円弧状突部と前記傾斜部と前記連通孔とをプレス成形したことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のエギゾーストマニホルド。
前記集合管の前記排気管側近傍に接続孔を設けて前記バイパス通路からの排気を前記集合管内に導くことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のエギゾーストマニホルド。
前記接続孔は前記集合管の管壁を径方向内側に窪ませて形成したことを特徴とする請求項４に記載のエギゾーストマニホルド。