JP6683945B2 - 排気マニホールド - Google Patents

Description

本発明は、多気筒の内燃機関の排気を排出するための排気マニホールドに関する。

多気筒の内燃機関（エンジン）の複数の排気ポートには排気マニホールドがフランジを介して接続され、複数の排気ポートからの排気が排気マニホールドで集合されて排気管に送られる（例えば、特許文献１参照）。一般に、エンジンは上側が開放されて放熱が適切に行われる。また、エンジンの上側には水冷のシリンダヘッドが配され、温度が比較的低い温度に維持されている。

エンジンに接合される排気マニホールドのフランジは、高温の排気ガスに晒されて高温になりやすいが、エンジンの上側が開放されて放熱が適切に行われると共に、フランジとシリンダヘッドが接触して十分に冷却され、過熱が抑制されている。しかし、エンジンの下側は熱がこもりやすく、排気マニホールドのフランジの下側の温度が高くなる傾向にある。このため、排気マニホールドのフランジには、上側と下側の温度に差が生じて上下方向に温度分布が発生し、フランジが変形する虞があった。

実公平７−３２８９９号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、内燃機関に接合されるフランジの温度分布を抑制することができる排気マニホールドを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の排気マニホールドは、多気筒の内燃機関に接続され、複数の排気ポートにそれぞれ連通する連通穴が形成されたフランジと、前記連通穴を排気管に接続される一つの出口穴に集合させる集合管とからなる排気マニホールドにおいて、前記内燃機関と前記フランジとの間に配される空間を備え、前記フランジには、前記空間として、前記連通穴の間に配されると共に、前記気筒の並び方向で、前記内燃機関の上部に位置する幅に対して下部に位置する幅が狭くされている空間のみが形成されることを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、内燃機関とフランジの間の空間が、上方側の面積が広くなっているので、エンジンとフランジが直接接触する面積が狭くなり、温度が低いシリンダヘッドからの熱伝達が抑制され（冷却が抑制され）、フランジの上部と下部の温度差が少なくなる。

このため、本発明の排気マニホールドは、内燃機関に接合されるフランジの温度分布を抑制することが可能になる。

そして、請求項２に係る本発明の排気マニホールドは、請求項１に記載の排気マニホールドにおいて、前記フランジには、前記内燃機関の上部に位置する前記空間の端側、及び、前記内燃機関の下部に位置する前記空間の下側に、前記内燃機関に固定されるボルトが挿入されるボルト穴が形成されていることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、空間の側部、下部でフランジが内燃機関に固定されるため、フランジの取り付き剛性を確保することができる。

また、請求項３に係る本発明の排気マニホールドは、請求項１もしくは請求項２に記載の排気マニホールドにおいて、前記空間は、前記フランジの肉厚を薄くすることで、前記内燃機関との間に形成される空間であることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、フランジの肉厚を薄くすることで空間を形成することができる。空間を形成する例としては、フランジと内燃機関の間にスペーサを介在させたり、排気ポートと連通穴の接続部のシールを行うためのガスケットの厚さを調整したりすることも可能である。

また、請求項４に係る本発明の排気マニホールドは、請求項３に記載の排気マニホールドにおいて、前記空間は前記気筒の並び方向に複数備えられ、前記出口穴に近い側の、前記フランジの肉厚を薄くする方向の深さは、前記出口穴から遠い側の前記空間の前記フランジの肉厚を薄くする方向の深さよりも浅くなっていることを特徴とする。

請求項４に係る本発明では、出口穴に近い側の空間の深さが浅くなっているので、高温になりやすい出口穴に近い側のフランジに対し断熱効果が抑制され（冷却効果が高められ）、気筒の並び方向に対する温度分布を抑制することができる。

また、請求項５に係る本発明の排気マニホールドは、請求項４に記載の排気マニホールドにおいて、前記内燃機関は４気筒の内燃機関であり、端部側の前記連通穴の間に前記空間がそれぞれ形成され、前記フランジの上部には、両端部、及び、中央部の３箇所にボルト穴が形成され、前記フランジの上部には、両端部、及び、両側の二つの気筒の間のそれぞれの４箇所にボルト穴が形成され、前記空間は、両側の二つの気筒の間のそれぞれに備えられていることを特徴とする。

請求項５に係る本発明では、空間が両側の二つの気筒の間のそれぞれに空間が備えられ、端部の内側の中央の気筒の間には空間が存在していないので、気筒の並び方向で熱による変形が生じやすい部位には空間が存在せず、ボルトの締結によりフランジを内燃機関に接合した際に、十分な面圧を確保することができる。このため、４気筒の内燃機関において、フランジの温度分布を抑制することができると共に、取付けの剛性（排気ポートと連通穴の接続部のシール性）を確保することができる。

本発明の排気マニホールドは、内燃機関に接合されるフランジの温度分布（特に上下方向の温度分布）を抑制することが可能になる。

本発明の一実施例に係る排気マニホールドが接合された内燃機関の外観図である。 本発明の一実施例に係る排気マニホールドの接合状況を表す分解斜視図である。 本発明の一実施例に係る排気マニホールドの外観図である。 本発明の一実施例に係る排気マニホールドの要部（フランジ）の正面図である。 本発明の一実施例に係る排気マニホールドのフランジの断面図である。

図１には本発明の一実施例に係る排気マニホールドが接合された内燃機関の外観、図２には排気マニホールドの接合状況を説明する分解斜視を示してある。図３には排気マニホールドの外観視を示してあり、図３（ａ）は上面から見た状態、図３（ｂ）は接合面側から見た状態である。

図１、図２に示すように、直列の多気筒（４気筒）の内燃機関（エンジン）１のシリンダブロック２の上側にはシリンダヘッド３が備えられ、シリンダヘッド３には４つの排気ポート４が形成されている。シリンダヘッド３（エンジン１）の排気ポート４が臨む面には、ガスケット５を介して排気マニホールド１１のフランジ１２が接合されている。ガスケット５の排気ポート４の周囲に対応する部位にはビード６が形成されている。

図１から図３に示すように、排気マニホールド１１のフランジ１２には、シリンダヘッド３に接合された際に、４つの排気ポート４に対向する連通穴１３（図３中左側から１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）がそれぞれ形成されている。連通穴１３には集合管１４の４つの端部が接合され、４つの端部から延びる集合管１４には一つの出口穴１５が設けられている。

出口穴１５には、図示しない排気管の端部が接合される。出口穴１５は、図１中、右から２つ目の排気ポート４に対応する位置（連通穴１３ｂに対応する位置）に設けられている。ガスケット５の排気ポート４の周囲に対応する部位にはビード６が形成されている。

図４、図５に基づいて排気マニホールド１１（フランジ１２）の構成を具体的に説明する。

図４にはフランジ１２のシリンダヘッド３への接合面を表す正面視（図３（ｂ）中ガスケット５を除いた状態）を示してある。図５にはフランジ１２の断面を示してあり、図５（ａ）は図４中のａ-ａ線矢視、図５（ｂ）は図４中のｂ-ｂ線矢視、図５（ｃ）は図４中のｃ-ｃ線矢視である。

図４、図５（ａ）に示すように、フランジ１２の上部の両端部、及び、中央部の３箇所にはボルト穴１７（図中左側から１７ａ、１７ｂ、１７ｃ）が形成されている。図４、図５（ｃ）に示すように、フランジ１２の下部の両端部、及び、両側の二つの連通穴１３の間、即ち、連通穴１３ａと１３ｂの間、連通穴１３ｃと１３ｄの間（気筒の間）のそれぞれの４箇所にボルト穴１８（図中左側から１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ）が形成されている。

図４、図５（ａ）（ｂ）に示すように、フランジ１２のシリンダヘッド３との間には空間２１が配され、空間２１は、連通穴１３ａと１３ｂの間、及び、連通穴１３ｃと１３ｄの間に配されている（図中左側が空間２１ａ、右側が空間２１ｂ）。そして、空間２１ａ、２１ｂは、図中左右方向で（気筒の並び方向で）、シリンダヘッド３の上部に位置する幅Ｈに対して下部に位置する幅が狭くされている。

空間２１ａの上部は、ボルト穴１７ａ、１７ｂの間に端部が配されて幅Ｈとなり、空間２１ａの下部はボルト穴１８ｂに向かい、漸次幅が狭くなっている。空間２１ｂの上部は、ボルト穴１７ｂ、１７ｃの間に端部が配されて幅Ｈとなり、空間２１ｂの下部はボルト穴１８ｃに向かい漸次幅が狭くなっている。

つまり、シリンダヘッド３とフランジ１２の間の空間２１は、上方側の面積が広くなっているので、フランジ１２の上部は、シリンダヘッド３とフランジ１２が直接接触する面積が狭くなり、水冷機構が備えられて温度が低いシリンダヘッド３に対して断熱される（熱伝達が抑制されて冷却が抑制され）る。これにより、熱がこもりやすいフランジ１２の下部に対して上部との温度差が少なくなり、フランジ１２の上下方向の熱分布が抑制される。

そして、空間２１の側部、及び、下部でフランジ１２がシリンダヘッド３に固定されるため、空間２１が存在しても、フランジ１２の取り付き剛性を確保することができる。

また、両側の二つの気筒の間（連通穴１３ａと１３ｂの間、連通穴１３ｃと１３ｄの間）のそれぞれに空間２１が備えられ、中央の気筒の間（連通穴１３ｂと１３ｃの間）には空間２１が存在していないので、気筒の並び方向（左右方向）で熱による変形が生じやすい部位（湾曲した時に隙間が多くなる部位）には空間２１が存在しない。

このため、ボルトの締結によりフランジ１２をシリンダヘッド３に接合した際に、連通穴１３ｂと１３ｃの間の部位の面圧を十分に確保することができる。そして、シリンダヘッド３に対するフランジ１２の浮き上がりが生じにくいため、振動が発生しても、ボルトの頭部の内側とフランジ１２のボルト穴１７の周囲の面との間で、こすれが生じることがなく、ボルトの緩みが発生する虞がなくなる。

従って、４気筒の内燃機関において、フランジ１２の温度分布を抑制することができると共に、取付けの剛性、即ち、排気ポート４（図１参照）と連通穴１３の接続部のシール性）を確保することができる。

図５（ａ）（ｂ）に示すように、空間２１は、フランジ１２の肉厚をシリンダヘッド３に対向する面側から薄くすることで、シリンダヘッド３との間に形成されている。尚、フランジ１２とシリンダヘッド３の間にスペーサを介在させたり、ガスケット５の厚さを調整したりすることで、空間を形成することも可能である。

そして、出口穴１５に近い側の空間２１ａ、即ち、ボルト穴１７ａ、１７ｂの間に配される空間２１ａは、高温の排気ガスに晒される部位である。このため、図４、図５（ｂ）に示すように、出口穴１５から遠い側の空間２１ｂ、即ち、ボルト穴１７ｂ、１７ｃの間に配される空間２１ｂには深部空間２２が設けられ、出口穴１５に近い側の空間２１ａが浅くなっている。

つまり、図５（ｂ）に示すように、出口穴１５に近い側の空間２１ａの深さｄ１に対し、深部空間２２の深さｄ２が深く形成されている。これにより、出口穴１５に近く高温に晒される側の空間２１ａの容積が、出口穴１５から遠い側の空間２１ｂの容積よりも少なくなり、フランジ１２に対する断熱効果が抑制され（冷却効果が高められ）、連通穴１３の並び方向（気筒の並び方向）に対する温度分布を抑制することができる。

エンジン１に接合される排気マニホールド１１のフランジ１２は、高温の排気ガスに晒されて高温になりやすいが、エンジン１の上側が開放されて放熱が適切に行われると共に、フランジ１２とシリンダヘッド３が接触して十分に冷却され、過熱が抑制される一方、エンジン１の下側は熱がこもりやすく、排気マニホールド１１のフランジ１２の下側の温度が高くなる傾向にある。

上述した排気マニホールド１１は、シリンダヘッド３に接合されるフランジ１２の上側とシリンダヘッド３との間に、空間２１を形成してフランジ１２の上側の断熱効果を高めて冷却効果を抑制し、フランジ１２の上下方向の温度分布を抑制することが可能になっている。このため、排気マニホールド１１のフランジの上側と下側の温度差が抑制され、上下方向の温度分布を抑制して、フランジ１２の変形をなくすことができる。

本発明は、多気筒の内燃機関の排気を排出するための排気マニホールドの産業分野で利用することができる。

１ 内燃機関（エンジン）
２ シリンダブロック
３ シリンダヘッド
４ 排気ポート
５ ガスケット
１１ 排気マニホールド
１２ フランジ
１３ 連通穴
１４ 集合管
１５ 出口穴
１７ ボルト穴
２１ 空間
２２ 深部空間

Claims (5)

1. 多気筒の内燃機関に接続され、複数の排気ポートにそれぞれ連通する連通穴が形成されたフランジと、
   前記連通穴を排気管に接続される一つの出口穴に集合させる集合管とからなる排気マニホールドにおいて、
   前記内燃機関と前記フランジとの間に配される空間を備え、
   前記フランジには、前記空間として、前記連通穴の間に配されると共に、前記気筒の並び方向で、前記内燃機関の上部に位置する幅に対して下部に位置する幅が狭くされている空間のみが形成される
   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、
   前記フランジには、
   前記内燃機関の上部に位置する前記空間の端側、及び、前記内燃機関の下部に位置する前記空間の下側に、前記内燃機関に固定されるボルトが挿入されるボルト穴が形成されている
   ことを特徴とする排気マニホールド。
3. 請求項１もしくは請求項２に記載の排気マニホールドにおいて、
   前記空間は、前記フランジの肉厚を薄くすることで、前記内燃機関との間に形成される空間である
   ことを特徴とする排気マニホールド。
4. 請求項３に記載の排気マニホールドにおいて、
   前記空間は前記気筒の並び方向に複数備えられ、
   前記出口穴に近い側の、前記フランジの肉厚を薄くする方向の深さは、前記出口穴から遠い側の前記空間の前記フランジの肉厚を薄くする方向の深さよりも浅くなっている
   ことを特徴とする排気マニホールド。
5. 請求項４に記載の排気マニホールドにおいて、
   前記内燃機関は４気筒の内燃機関であり、
   端部側の前記連通穴の間に前記空間がそれぞれ形成され、
   前記フランジの上部には、両端部、及び、中央部の３箇所にボルト穴が形成され、
   前記フランジの下部には、両端部、及び、両側の二つの気筒の間のそれぞれの４箇所にボルト穴が形成され、
   前記空間は、両側の二つの気筒の間のそれぞれに備えられている
   ことを特徴とする排気マニホールド。

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