JP7203007B2 - 過給機付エンジン用排気マニホルド - Google Patents

Description

本発明は、農用トラクタやバックホウに搭載されるディーゼルエンジンなどに適用される排気マニホルド、つまりは、過給機付エンジン用排気マニホルドに関する。

トラクタ用のディーゼルエンジンなどの産業用エンジンにおいては、特許文献１にて開示されるように、シリンダヘッドの各排気ポートに連結される複数の排気枝管と、各枝管の終端を連通する合流管部とを有して１つの部品に形成された排気マニホルドが用いられる。排気ガスは高温であって熱的条件が厳しいので、一般的に排気マニホルドは鋳鉄により作成されているものが多い。

特に、特許文献２で開示されるような過給機（ターボチャージャー）付エンジンでは、排気マニホルドにおいては、各排気ポートから出た排気ガスを合流管部で集約させて、過給機のタービン入口側に送り込む構成が採られる。エンジンのコンパクト化のために、過給機は排気マニホルドに近接配備されるので、（１）排気マニホルドの形状が複雑化し易い、という問題があった。

また、次のような問題点や改良点もあった。
（２）小型エンジンでは、搭載レイアウト上でのスペースが小さく融通が利きにくいので、過給機への排気出口部を排気マニホルドの長手方向の中央部に配置することが、まずできない。

（３）上記（２）により、各排気枝管からの排気出口部までの距離（ポート長）が異なり過ぎてバランスが悪くなり、過給機の性能を上げ難い。例えば、直列４気筒エンジンでは、排気出口部は、３番目の排気枝管（排気ポート）が最も近くなるので、１－３－４－２の燃焼タイミングでは第１排気枝管と第３排気枝管とが排気干渉し易い不都合がある。

特開２０１３－１９９８８１号公報 特開２０１３－９６３４７号公報

本発明の目的は、排気干渉が無い又は抑制できるようにしながら、狭いスペースにも配置できるコンパクト化も可能となるように、総合的に改善された過給機付エンジン用排気マニホルドを提供する点にある。

本発明は、過給機付エンジン用排気マニホルドにおいて、
各排気ポートに連結される複数の排気枝管と、各枝管の端部どうしを連通する合流管部とを有し、前記合流管部の長手方向での中央部以外の位置に過給機への排気出口部が設けられ、
前記排気出口部は、前記合流管部からその長手方向に交差する方向に取り出され、かつ、湾曲した迂回形状を持つ状態に形成され、
前記排気出口部に、前記過給機の排気導入部をボルト止めするための雌ねじ部が形成され、前記排気出口部に形成される排気出口通路が、前記雌ねじ部を迂回する湾曲形状に形成されていることを特徴とする。

本発明に関して、上述した構成（手段）以外の特徴構成や手段ついては、請求項２～６を参照のこと。

本発明によれば、排気出口部の長さを、湾曲されない場合に比べて長く取ることができるから、排気出口部が合流管部の長手方向で中央部以外にあっても、各気筒における排気枝管から過給機に至る通路長さのばらつきを抑制することが可能になる。

その結果、排気干渉が無い又は抑制できるようにしながら、狭いスペースにも配置できるコンパクト化も可能となるように、総合的に改善された過給機付エンジン用排気マニホルドを提供することができる。

また、スペース上の制約などにより、排気出口部における迂回する部分の断面積が制限され易い場合には、排気合流部と排気出口部との通路の境目に角Ｒを付けて断面幅の拡張を図れば、合流管部から排気出口部への排気ガスの流れをより円滑化可能となる利点がある。

過給機付ディーゼルエンジンの正面図 図１のエンジンの左側面図 図１のエンジンの背面図 排気マニホルドの左側面図 排気マニホルドを合流管部で水平に切り上から見た断面平面図 排気マニホルドを排気出口部で縦に切り後方から見た断面背面図

以下に、本発明による過給機付エンジン用排気マニホルドの実施の形態を、農用トラクタなどに好適な産業用ディーゼルエンジンの排気マニホルドについて、図面を参照しながら説明する。

図１～図３に直列４気筒の過給機付ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと略称する）Ｅが示されている。このエンジンＥは、シリンダブロック１の上にシリンダヘッド２が組付けられ、シリンダヘッド２の上にヘッドカバー３が組付けられている。シリンダブロック１の下にはオイルパン４が組付けられ、ヘッドカバー３の上方には排気処理装置５が搭載されている。

エンジンＥの前側には、伝動ケース９、クランクプーリ（駆動プーリ）６、ウォータポンプ７などが配備され、後側にはフライホイール８が配備されている。エンジンＥの左側には、排気マニホルド（過給機付エンジン用排気マニホルド）１０、ＥＧＲクーラ１１、過給機１２、オイルフィルタ１３などが配備され、右側には吸気マニホルド１４、オイルレベルゲージ１５などが配備されている。

図２に示されるように、シリンダヘッド２の左側面に、排気マニホルド１０がボルト止めにより取り付けられており、排気マニホルド１０の排気出口部１０Ｃに、過給機１２の排気導入部１２Ｃがボルト止めにより連結されている。また、排気マニホルド１０の直下位置には、ＥＧＲクーラ１１が排気マニホルド１０で両端支持される状態の前後向き姿勢で配置されている。過給機１２は、排気導入部１２Ｃを備えるタービン１２Ｂと、コンプレッサ１２Ａとを有するターボチャージャーである。

図４～図６に示されるように、排気マニホルド１０は、シリンダヘッド２の各排気ポートｐ１，ｐ２，ｐ３，ｐ４に連結される４つ（複数の一例）の排気枝管１０Ａと、各排気枝管１０Ａの端部どうしを互いに連通する合流管部１０Ｂと、排気出口部１０Ｃと、ガス導出部１０Ｄと、ＥＧＲ通路部１０Ｅとを有して構成されている。排気マニホルド１０は鋳鉄製であって、複数のボルト用孔１０ｈが主に各排気枝管１０Ａに形成されている。

シリンダヘッド２から４つの排気枝管１０Ａに出された排気ガスは、合流管部１０Ｂで合流されるとともに、その一部が合流管部１０Ｂの前端部に形成されているガス導出部１０ＤからＥＧＲクーラ１１に流れ、残りの排気ガスは排気出口部１０Ｃから過給機１２に流れていく。なお、ガス導出部１０ＤとＥＧＲ通路部１０Ｅとには、ＥＧＲクーラ１１をボルト止め連結するための前及び後フランジ部２２，２３が形成されている。

各排気枝管１０Ａには、一対のボルト用孔１０ｈ，１０ｈを有してシリンダヘッド２に取り付けるための取付フランジ１０ｆが形成されている。最後尾の第４排気枝管１０Ａについては、ＥＧＲ通路部１０Ｅをガス通路部２Ａ（後述）にボルト連結する機能も発揮するため、３つのボルト用孔１０ｈを有する大取付フランジ２４に形成されている。図５においては、隣り合う取付フランジ１０ｆ，１０ｆ（又は２４）の間を前後に繋いで強度・合成の向上に寄与可能な連結肉部１０ｍが形成されているが、連結肉部１０ｍを省いて各取付フランジ１０ｆ、２４が互いに独立する構成でもよい。

ガス導出部１０Ｄの排気ガスは、ＥＧＲガスとしてＥＧＲクーラ１１及びＥＧＲ通路部１０Ｅを通り、シリンダヘッド２の後端部に形成されたガス通路部２Ａ（図３を参照）に流れていく。ガス通路部２Ａを経たＥＧＲガスは、吸気マニホルド１４などの吸気通路に戻される。過給機１２を経た排気ガスは、排気ダクト１６を通って排気処理装置５に送られる。

図４～図６に示されるように、過給機１２への排気出口部１０Ｃは、合流管部１０Ｂの長手方向（前後方向）での中央部以外の位置に、詳しくは前から３番目の第３排気枝管１０Ａの位置に合致させて設けられている。排気出口部１０Ｃは、合流管部１０Ｂからその長手方向に交差する方向（左方向）に取り出され、かつ、前後方向視で湾曲した迂回形状を持つ状態に形成されている。

各排気枝管１０Ａ及びその内部通路である枝管通路１０ａは左右向きに延びており、合流管部１０Ｂ及びその内部通路である合流通路１０ｂは前後方向に延びている。排気出口部１０Ｃには、合流管部１０Ｂからの取出し箇所の左右方向から、排気導入部１２Ｃに連結される出口フランジ１９の右上から左下に延びる斜め方向に向きを変えるように約湾曲した排気出口通路１０ｃが内部形成されている。

排気出口部１０Ｃにおける合流管部１０Ｂからの取出し箇所である合流始端部２０での排気出口通路１０ｃの軸心２０ｐと、出口フランジ１９での排気出口通路１０ｃの軸心１９ｐとは、約１２０～１３０度（例：１２４度）の交差角θでもって交わる状態に排気出口通路１０ｃが湾曲形成されている。合流始端部での軸心２０ｐは、第３枝管通路１０ａの軸心でもある。

出口フランジ１９には、左前と左後と右中との３箇所に雌ねじ部１８が形成され、右中の雌ねじ部１８をその下方及び前方に避けるように排気出口通路１０ｃが形成されている。つまり、排気出口部１０Ｃに、過給機１２の排気導入部１２Ｃをボルト止めするための雌ねじ部１８が形成され、排気出口部１０Ｃに形成される排気出口通路１０ｃが、雌ねじ部１８を迂回する湾曲形状に形成されている。

そして、排気出口通路１０ｃにおける雌ねじ部１８を迂回する部分２１は、迂回方向に交差する方向（前後方向）の幅が拡張されている。ここで、「迂回方向」とは、合流始端部での軸心２０ｐ及び出口フランジでの軸心１９ｐを含んで左右上下に延びる仮想の縦面に沿う方向（上下方向や左右方向など）であり、その仮想の縦面に交差する方向の一例が、直交する方向としての前後方向である。

図５に示されるように、迂回する部分２１の幅の拡張は、具体的には、合流管部１０Ｂに形成される合流通路１０ｂと排気出口通路１０ｃとの境目に大きな角Ｒが施されることにより構成されている。迂回する部分２１は、その上下方向長さが雌ねじ部１８の存在により圧縮されているので、左右幅を他の部分よりも拡げることで断面積の縮小を解消（又は抑制）させる手段である。

合流通路１０ｂと排気出口通路１０ｃとを大きな角Ｒで繋ぐことにより、排気出口部１０Ｃにおける迂回する部分２１の前後幅が実質的に拡張されており、断面積の確保が可能になっている。なお、幅の拡張手段としては、迂回する部分２１の前後幅の寸法自体をその他の部分よりも大きく設定する、という構成を採ってもよい。

図５に示されるように、基本前後に延びる合流管部１０Ｂ及び合流通路１０ｂのうち、前から３番目の第３排気枝管１０Ａと、最後部の第４排気枝管１０Ａとの間の部分は、後に行くほど右による斜め通路１０ｎとされている。配置スペースの制約などから、第４排気枝管１０Ａを短くし、ＥＧＲ通路部１０Ｅと干渉無くコンパクトに構成することができている。

〔作用効果について〕
排気出口部１０Ｃは、合流管部１０Ｂからその長手方向（前後方向）に交差する方向（左右方向）に取り出され、かつ、排気出口通路１０ｃが左向きから右斜め上方に向けて約１２０度方向転換するように湾曲した迂回形状を持つ状態に形成されている。

この構成によれば、排気出口通路１０ｃの長さを、湾曲されない場合に比べて長く取ることができるから、排気出口部１０Ｃが合流管部１０Ｂの長手方向で中央部以外にあっても、各気筒における排気枝管から過給機に至る通路長さのばらつきを抑制することが可能になる。その結果、排気干渉が無い又は抑制できるようにしながら、狭いスペースにも配置できるコンパクト化も可能となるように、総合的に改善された過給機付エンジン用排気マニホルドの実現が可能である。

排気出口部１０Ｃに形成される排気出口通路１０ｃが、右中の雌ねじ部１８を迂回する湾曲形状に形成されている。従って、湾曲内側のスペースを、過給機１２の取付手段の配置スぺースに有効活用しながら、排気出口部１０Ｃの始端部と終端部とを雌ねじ部１８で連結して強度や剛性の強化が可能になる、という合理的な構造物となる利点がある。

排気出口通路１０ｃにおける雌ねじ部１８を迂回する部分２１は、迂回方向に交差する方向（前後方向）の幅が拡張されているので、迂回することに起因する排気出口通路１０ｃの断面積の減少を解消又は抑制することができる。従って、配置スペース上で不利になり易い湾曲形状の排気出口部１０Ｃでありながら、断面積減少が抑制され、円滑な排気ガスの流れを確保できる利点がある。

迂回する部分２１の幅の拡張は、合流管部１０Ｂに形成される合流通路１０ｂと排気出口通路１０ｃとの境目に角Ｒが施されることで構成されていれば、合流通路１０ｂから排気出口通路１０ｃへの排気ガスの流れをより円滑化しながら、前述した「円滑な排気ガスの流れ」が実現可能となる利点がある。

直列４気筒エンジンにおいて、２番目又は３番目の排気枝管１０Ａの延長線上に取出し箇所２０があるなど、排気出口部１０Ｃの合流管部１０Ｂからの取出し箇所２０が、複数の排気枝管１０Ａのうちの何れかの延長線上に配置される構成を採ることができる。従って、複数の気筒における燃焼タイミング上において、例えば、４気筒では１番気筒と３番気筒とが排気干渉し易いなど、排気通路長さ（排気ポート長）が伸ばされた場合と同様の排気干渉の抑制効果を得ることが可能になる。

合流管部１０Ｂの両端部のうち、排気出口部１０Ｃを基準として排気マニホルド１０の長手方向での遠い側の端部（前端部）に、ＥＧＲ用のガス導出部１０Ｄが設けられているので、大部分の排気ガスを過給機へ円滑に送ることができながら、ＥＧＲ用の排気ガスも良好に取り出すことができるバランスの良い排気マニホルド１０が実現できている。

〔別実施形態〕
直列６気筒の過給機付エンジンにおいて、３番目又は４番目の排気枝管の延長線上に、過給機への湾曲した排気出口部を設ける構成や、直列３気筒で過給機付エンジンの１番目と２番目の間、又は２番目と３番目との間に屈曲した排気出口通路が配置された排気マニホルドでもよい。
本発明は、実質的に排気枝管１０Ａが無い（箱型排気マニホルド）又はほぼ無い構造の排気マニホルドにも適用可能である。

１０ 排気マニホルド
１０Ａ 排気枝管
１０Ｂ 合流管部
１０Ｃ 排気出口部
１０Ｄ ガス導出部
１０ｂ 排気合流通路
１０ｃ 排気出口通路
１２ 過給機
１２Ｃ 排気導入部
１８ 雌ねじ部
２０ 取出し箇所
２１ 迂回する部分

Claims (6)

1. 各排気ポートに連結される複数の排気枝管と、各排気枝管の端部どうしを連通する合流管部とを有し、前記合流管部の長手方向での中央部以外の位置に過給機への排気出口部が設けられ、
   前記排気出口部は、前記合流管部からその長手方向に交差する方向に取り出され、かつ、湾曲した迂回形状を持つ状態に形成され、
   前記排気出口部に、前記過給機の排気導入部をボルト止めするための雌ねじ部が形成され、前記排気出口部に形成される排気出口通路が、前記雌ねじ部を迂回する湾曲形状に形成されている過給機付エンジン用排気マニホルド。
2. 前記排気出口通路における前記雌ねじ部を迂回する部分は、迂回方向に交差する方向の幅が拡張されている請求項１に記載の過給機付エンジン用排気マニホルド。
3. 前記迂回する部分の幅の拡張は、前記合流管部に形成される排気合流通路と前記排気出口通路との境目に角Ｒが施されることにより構成されている請求項２に記載の過給機付エンジン用排気マニホルド。
4. 前記排気出口部の前記合流管部からの取出し箇所が、複数の前記排気枝管のうちの何れかの延長線上に配置されている請求項１～３の何れか一項に記載の過給機付エンジン用排気マニホルド。
5. 前記排気枝管が４つ並んでおり、２番目又は３番目の排気枝管の延長線上に前記取出し箇所が設けられている請求項４に記載の過給機付エンジン用排気マニホルド。
6. 前記合流管部の両端部のうち、前記排気出口部を基準として遠い側の端部に、ＥＧＲ用のガス導出部が設けられている請求項１～５の何れか一項に記載の過給機付エンジン用排気マニホルド。

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