JPH0255823A - 排気マニホールド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関において用いられる排気マニホールド
に関するものである。詳しく述べると本発明は、十分な
耐熱衝撃性および強度を備え、軽量で耐熱温度が高い複
合構造を有する分割形の排気マニホールドに関するもの
である。

（従来の技術） 一般に、複数のシリンダを有する多気筒内燃機関におい
ては、それぞれのシリンダより排出される排気ガスを集
合させてマフラーに送るために、各シリンダの排気口に
直接接続するようにして排気マニホールドが設けられて
いる。

この排気マニホールドは、シリンダー内から排気バルブ
を通り流出する燃焼直後の高温高圧の排気ガスと接触し
、また始動直後においては高温までの熱履歴を受けるた
めに、耐熱性、耐熱衝撃性、耐蝕性などの性能を要求さ
れ、従来はＦｅ１２などの鋳鉄や特殊合金鋳鉄などより
構成されるものが用いられていた。

しかしながら近年、自動車分野等における高性能・高出
力化の要請から、排気マニホールドにおいても、上記し
たような耐熱性、耐熱衝撃性、耐蝕性などの性能をより
向上させると同時に、断熱性および軽量化などの性能を
付与する努力が図られている。

例えば、５ｉＡ１ＯＮなどよりなるセラミックス中空焼
結体の外側に金属を鋳ぐるんでなる２重管構造体が提案
されている（特開昭５５−５３４４４号）。セラミック
ス材を使用すれば、従来の鋳鉄材料からなるものと比較
して、大幅な重量の削減が期待できるが、このように柔
軟性のないセラミックス焼結体を直接金属で鋳ぐるんだ
場合、鋳造時における熱衝撃、機関の作動停止に伴なう
熱応力、振動等によりセラミックス焼結体が破損してし
まう虞れの大きいものであり、またこのような緻密質の
セラミックス焼結体の断熱性は充分でないことから、外
側管体を構成する金属としては鋳鉄などの耐熱性の高い
金属を用いる必要があり、アルミ合金などによる軽量化
が不可能なものであった。

また、例えば、セラミックスファイバーを成形してなる
内側管体と、この内側管体を一体的に鋳込んでなるアル
ミ製外側管体とからなる排気マニホールド（特開昭６０
−８１４２０号）、さらには、この内側管体の内表面に
ワイヤーメツシュなどの保護層を形成した排気マニホー
ルド（特開昭６１−９５９２３号）あるいはこの内側管
体の内表面においてセラミックスファイバーにセラミッ
クス粒子を結合させてなる排気マニホールド（特開昭６
１−２１５４１５号）が提案されている。

このようにセラミックスファイバーを成形してなる多孔
質の内側管体を用いれば、セラミックスファイバー製の
内側管体は、セラミックス焼結体と比較してより柔軟で
あり耐熱衝撃性が高いことから、鋳造時における熱衝撃
、機関の作動停止に伴なう熱応力等による破損の発生す
る虞れは少ないものの、セラミックファイバーからなる
内側管体は、たとえその内表面に保護層を設けたり、あ
るいはセラミックス粒子を結合させて強化しなりしても
強度的に十分なものではなく、さらにこれらの内側管体
を構成するアルミナ・シリカファイバーあるいはシリカ
ファイバーなどの力゛ラス質のファイバーは高温高圧の
排気ガスに曝されることにより結晶化し体積収縮を起し
て脆くなるためにより強度が低下し、高速で流通する排
気ガスの脈動、振動などによりファイバーが剥離脱落し
てしまうものであった。また、該内側管体はセラミック
スファイバーにより構成されるために確かに熱伝導率は
低いものであるが、このような２重管構造においては排
気ガスが直接セラミックスファイバーより構成される多
孔質の内側管体に当るため排気ガスはこのような多孔質
の内側管体を通過してしまい、該内側管体による断熱効
果はあまり期待できないものとなるものであり、さらに
このような多孔質の内側管体は流体抵抗の当然に大きい
ものであり、排気効率の面からも問題の残るものであっ
た。

さらにまた、外表面および流体流路を形成する内表面を
有し溶融シリカフオームあるいはスポジユメンークレイ
フォームなどの耐蝕性物質よりなるインナーコアと、該
インナーコアの内表面に設けられた不透過性層と、該イ
ンナーコアの外表面上に設けられたアルミナ−シリカフ
ァイバーペーパーなどの弾性緩衝材よりなる層と、該緩
衝層を囲繞する鋳造金属シェルとからなる複合構造体く
米国特許第３７０９７７２号）も提唱されている。この
ような複合構造体による排気マニホールドにおいては、
多孔質のセラミックスフオームよりなるインナーコアと
弾性ＭＷｆ材よりなる層により十分な断熱性と軽量化が
付与されており、またさらにセラミックスインナーコア
と金属シェルの間に弾性Ｍ衝打よりなる層が設けられて
いるために、金属シェル鋳造時における熱衝撃、機関の
作動停止に伴なう熱応力、振動等がセラミックインナー
コアに直接伝わることがなく、これらによるセラミック
スインナーコアの破損の虞れも少ないものであると思わ
れる。しかしながらこの複合構造体においては、インナ
ーコアとして多孔質のセラミックスフオームを用いてそ
の断熱性を高めているが、このような多孔体は強度的に
十分でなく、また好ましい例として挙げられる溶融シリ
カフオーム、スポジュメンークレイフォームなどの材質
自体の強度および耐熱性も十分でないために、高速で流
通する高温高圧の排気ガスの脈動、該マニホールド内で
のバツクファイアなどにより破損する虞れの大きいもの
であった。さらにこの複合構造体においては、このよう
な多孔質のインナーコアに流体が浸透しないように内表
面に不透過性層を設けているが、この不透過性層は、例
えば、インナーコアと同様の材質の粉体等をインナーコ
ア内表面に配し溶融することで形成されており、薄くか
つ強度も十分でないために、使用時に剥離したり破損し
なりする虞れの大きいものであった。

加えて、このような不透過性層が破損してしまうとイン
ナーコアは多孔質であるなめに排気ガスが浸透しやすく
腐蝕あるいは断熱性能が低下するという問題を引起こす
こととなってしまう。またこのような不透過性層の形成
は、製造面から見て作業性が悪くコスト的に不利なもの
となるものであつな。

本出願人は、このような観点から、３点曲げ強度１．０
ｋｇ／ｍｍ２以上、２０〜１０００℃の熱膨脹率１％未
満の緻密質セラミックス焼結体よりなる内側管体と、該
内側管体の外周面を囲繞して形成される熱伝導率０．５
Ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ・℃以下の多孔質セラミックス成形
体よりなる断熱弾性層と、この断熱弾性層を鋳ぐるんで
形成された鋳造金属よりなる外側管体とから構成される
ことを特徴とする内燃機関用排気マニホールドを提唱し
ている（特願昭６２−２９１５３３号）。

この排気マニホールドにおいては、鋳鉄等の金属に比較
して熱伝導率の低いセラミックス焼結体および極めて熱
伝導率の低いセラミックス成形体により、高い断熱性が
付与され、同時に軽量化が図られ、さらに排気ガスとの
接触面は緻密質セラミックス焼結体であるために、高い
耐熱性、耐熱衝撃性および高強度が付与されることとな
り、さらに緻密質であるために排気ガスの浸透性が低く
セラミックスという素材の特性も加わって耐蝕性も高い
ものとなるものであった。また鋳造金属製の外側管体と
緻密質セラミックス焼結体製の内側管体との間には弾性
のある多孔質セラミックス成形体よりなる断熱弾性層が
存在するために、外側管体の鋳造時における熱応力、お
よび機関の作動停止による熱応力は該断熱弾性層により
緩和され、内側管体が破損する虞れは少なくなるもので
あった。しかしながら、このような構成においては、外
側管体が断熱弾性層を鋳ぐるんで形成される必要がある
といった製造上の難点があり、またこのような構造体に
おいて各管体に必要とされる条件はかなり限定的なもの
であり、例えば内側管体の３点曲げ強度が１．０ｋｇ／
ｍｍ２未溝のものであると、外側管体の鋳造あるいは機
関の作動停止に伴なう熱応力により内側管体が破損する
虞れは高くなり、さらに構造的な改善が望まれるところ
であった。

一方、このような複合構造を有する排気マニホールドに
おいて、セラミックスよりなる内側管体と金属製の外側
管体との熱膨脹率の差による内側管体の破損を防止する
ために、排気マニホールドの軸方向にほぼ直交する分割
面を形成することは従来より知られている（例えば、実
開昭５７−４７７１３号、実開昭５９−３０５１２号等
）。しかしながら、このような分割面の形成は、熱膨張
率差の吸収に対して未だ不十分なものであり、軸方向に
おける熱応力の吸収はある程度可能であるものの、円周
方向における熱応力あるいは熱膨張率差により発生する
内側管体の外側管体による把持性の問題は何ら解消し得
ないものであった。

（発明が解決しようとする課題） 従って、本発明は新規な排気マニホールドを提供するこ
とを目的とする。本発明はまた、複合構造を有する断熱
性に優れた排気マニホールドにおいて、熱膨張率差の吸
収性に優れ破損の虞れのない内燃機関用の排気マニホー
ルドを提供することを目的とするものである。本発明は
さらに、十分な耐熱衝撃性および強度を備え、軽量で耐
熱温度が高くかつ断熱性が高い複合構造を有する排気マ
ニホールドを提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記諸目的は、複数の排気ガス流入口より排気ガス流出
口へと集合する多岐管構造を軸線方向にほぼ直交する方
向において少なくとも２つに分割し、このように分割さ
れた各部材を、緻密質セラミックス焼結体よりなる内側
管体と、この内側管体の外周面を囲繞する多孔質セラミ
ックス成形体からなる断熱弾性層と、さらにこの断熱弾
性層の外周面を囲繞するほぼ軸線方向に沿って分割面を
有しこの互いに対向する分割面を整合固定して管状とな
された金属製の外側管体とよりなる三重管構造とし、さ
らに前記各部材を、少なくとも前記内側管体の互いに対
向する軸線方向にほぼ直交する分割面は整合させて、継
合したことを特徴とする内燃機関用排気マニホールドに
より達成される。

上記諸目的はまた、複数の排気ガス流入口より排気ガス
流出口へと集合する多岐管構造を一体的に形成された緻
密質セラミックス焼結体よりなる内側管体と、この内側
管体の外周面を囲繞する多孔質セラミックス成形体から
なる断熱弾性層と、さらにこの断熱弾性層の外周面を囲
繞する、ほぼ軸線方向に沿って分割面を有しこの互いに
対向する分割面を整合固定して管状となされるとともに
軸線方向にほぼ直交する方向においても少なくとも２つ
に分割されこの分割部において膨脹自在に継合された金
属製の外側管体とよりなる三重管構造を有することを特
徴とする内燃機関用排気マニホールドによっても達成さ
れる。

（作用） このように本発明の排気マニホールドにおいては、内側
管体として緻密質セラミックス焼結体よりなる管体を用
い、この内側管体を多孔質セラミックス成形体よりなる
断熱弾性層で覆い、さらにこの断熱弾性層を金属製の外
側管体で覆うものであるために、鋳鉄等の金属に比較し
て熱伝導率の低い緻密質セラミックス焼結体および極め
て熱伝導率の低い多孔雷セラミックス成形体により、高
い断熱性が付与され、同時に軽量化が図られる。

また排気ガスとの接触面は緻密留セラミックス焼結体で
あるために、高い耐熱性、耐熱衝撃性および高強度が付
与されることとなる。さらに緻密贋であるために排気ガ
スの浸透性が低くセラミックスという素材の特性も加わ
って耐蝕性も高いものとなる。

しかして、本発明の第１の排気マニホールドにおいては
、多岐管構造を軸線方向にほぼ直交する方向において少
なくとも２つに分割し、このように分割された各部材を
、少なくとも前記内側管体の互いに対向する軸線方向に
ほぼ直交する分割面は整合させて、継合した、いわゆる
分割型構造をとるものである。したがって、緻密質セラ
ミックス焼結体よりなる内側管体と金属よりなる外側管
体との熱膨脹率の差により、高温流体流通前後において
生じる熱応力は、まず軸線方向においては緩和される。

あるいはまた本発明の第２の排気マニホールドにおいて
は、内側管体および断熱弾性層は一体的に多岐管構造状
に形成されるが、外側管体は軸線方向にほぼ直交する方
向において少なくとも２つに分割されこの分割部におい
て膨脹自在に継合されるものであるため、緻密質セラミ
ックス焼結体よりなる内側管体と金属よりなる外側管体
との熱膨張率の差により、高温流体流通前後において生
じる熱応力は、上記第１の排気マニホールドと同様に軸
線方向においては緩和される さらにまた、本発明の排気マニホールドにおいては、金
属製の外側管体がほぼ軸線方向に沿って分割面を有しこ
の互いに対向する分割面を整合固定して管状となされて
いる。このため、外側管体の熱膨張ないし収縮は、゛分
割面方向に逃がされることとなり、内側管体と外側管体
との熱膨張率の差による熱応力は円周方向においても緩
和される。

あるいはまた、高温流体流通時に熱膨張率の大きい金属
製の外側管体のみが膨張するかたちとなり、外側管体に
よる内側管体の把持性が低下するという問題も解消され
る。

さらに、金属製の外側管体をこのように軸線方向に分割
されたものとすることにより、内側管体および断熱弾性
層を外側管体により囲繞するにおいて、外側管体が内側
管体および断熱弾性層を鋳ぐるんで形成される場合にお
けるような鋳造時の熱衝撃、あるいはあらかじめ管状と
された外側管体に内側管体および断熱弾性層を挿入する
場合におけるような把持力の不十分さなどの問題を生じ
ることなく、三重管構造を形成し得るものとなる。

また金属製外側管体と緻密質セラミックス焼結体製の内
側管体との間には弾性のある多孔質セラミックス成形体
よりなる断熱弾性層が存在するために、このことによっ
ても高温流体流通前後における熱応力は緩和され、内側
管体が破損する虞れはより低くなる。さらに排気マニホ
ールド外部からの衝撃ないし振動は該断熱弾性層により
緩和吸収されるなめに、内側管体が高強度の緻密質セラ
ミックス焼結体であることと相俟って、このような外部
応力による破損の虞れもないものである。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づきより詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の排気マニホールドの一実施例の
構造を示す横断面図、第２図は同実施例の拡大縦断面図
、第３図は同実施例における接合部構造を示す拡大断面
図である。

第１図に示すように本発明の第１の排気マニホールド１
は、複数のシリンダの排気口にそれぞれ接続される複数
の排気ガス流入口２からの流路が集合し排気管に接続さ
れる排気ガス流出口３へとつながる多岐管形状を有する
ものである。なお、第１図に示す実施例においては、排
気マニホールド１は４気筒ガソリンエンジン用のもので
あるが、本発明の排気マニホールド１の形状は、第１図
に示す実施例におけるものに何ら限定されるものではな
く、内燃機関のシリンダーの配置、数に応じであるいは
排気緩衝などの面を考慮して任意のものとされ得る。ま
た、本明細書において用いられる「排気マニホールド」
なる用語は、例えば■型エンジンにおいて見られるよう
な、独立した複数の排気マニホールドを装着した場合に
おいて該複数の排気マニホールドの排気ガス流出口と１
つの排気管とを接続するために設けられるクロスオーバ
ーパイプ（連結管）などを含む広い意味のものとして解
釈されるべきである。

また本発明の第１の排気マニホールドの管構造は、例え
ば第１図〜第３図に示す実施例におけるように、緻密質
セラミックス焼結体よりなる内側管体４と、該内側管体
４の外周面を囲繞して形成される多孔質セラミックス成
形体よりなる断熱弾性層５と、この断熱弾性層５さらに
囲繞する金属製の外側管体６とから構成される三重管構
造である。

本発明の第１の排気マニホールド１において、内側管体
４を構成するセラミックス焼結体は、前記したように緻
密質、例えば気孔率０〜３５％程度、より好ましくは０
〜２０％程度のものとされる。これは緻密質であること
が構造的に高い強度を有し安定しており、かつ実質的に
ガス不透過性であり排気ガスの浸透による腐蝕あるいは
断熱性能の低下の問題が生じに（いためである。さらに
このセラミックス焼結体は、３点曲げ強度１．０ｋｇ／
ｍｍ２以上、好ましくは３ｋｇ／ｍｍ２以上、最も好ま
しくは５〜２５ｋｇ／ｍｍ２であり、かつ、２０〜１０
００’Ｃの熱膨張率１％未満、より好ましくは０，５％
未満、最も好ましくは０゜３％未満であることが望まれ
る。すなわち、３点曲げ強度が１．０ｋｇ／ｍｍ２未満
のものであると、長期使用における熱履歴の繰返し、排
気ガスの脈動、あるいは外部からの衝撃、振動等による
破損に対する危惧が高まる虞れがあり、また熱膨張率が
１％を越えるものであると高温高圧の排気ガスによる熱
衝撃による破損に対する危惧が高まる虞れがあるためで
ある。

また内側管体４を構成するセラミックス焼結体において
、その熱伝導率は、０．２〜１５Ｋｃａ１／ｍ・ｈｒ・
°Ｃ１より好ましくは０．２〜１０Ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ
　＝’Ｃ５最も好ましくは０．２〜５Ｋｃａｌ／ｍ　−
ｈｒ−°Ｃ程度であることが断熱性の面から望まれる。

このような条件を満たす高強度でかつ低熱膨張性のセラ
ミックス焼結体としては、例えば、チタン酸アルミニウ
ム（Ａ１２　ＴｉＯ５＞、コージェライト（２Ｍｇｏ・
２　Ａ　ｌ　２０３　・５ＳｉＯ２）および反応焼結窒
化ケイ素（反応焼結５ｉ３Ｎ４）、溶融シリカ（Ｆ−３
ｉＯ２）などが好ましく挙げられる。なおこのようなセ
ラミックス焼結体を用いた場合、該内側管体４の内部に
従来のガソリンエンジンにおける排気ガス温度（７５０
〜８００℃）を越える１０００℃の高温ガスを流通して
も破損を生じることなく十分に耐えうるちのとなり、内
燃機関の高圧縮高回転による出力向上が可能となる。

また本発明の第１の排気マニホールド１において、この
ような緻密質セラミックス焼結体より構成される内側管
体４の肉厚は、１〜１０ｍｍ、より好ましくは３〜５ｍ
ｍ程度のものとされることが望ましい。すなわち、内側
管体４の肉厚が１ｍｍ未満であると耐熱衝撃性、あるい
は機械的強度が十分なものとならず、一方１０ｍｍを越
えるものであると、排気マニホールドの重量化および大
型化につながるものとなるためである。

なお上記したような緻密質セラミックス焼結体により内
側管体４を構成するには、例えば常圧泥漿鋳込み、加圧
泥漿鋳込み、射出成形などにより所定の形状に成形し、
セラミックスの材質に応じて常圧焼結、加圧焼結、反応
焼結により焼成することにより行なわれ得る。

本発明の第１の排気マニホールド１において、このよう
な内側管体４の外周面は、上記したように多孔質のセラ
ミックス成形体よりなる断熱弾性層５により囲繞される
。このように断熱弾性層５は、多孔質セラミックス成形
体により構成されるが、セラミックスであるために十分
な耐熱性と剛性を有し、また多孔質のものであるために
断熱性と共に良好な弾性を有し、内側管体４と外側管体
６との間にあって熱膨張係数の相違による熱応力の発生
あるいは外部からの振動ないしは衝撃を吸収できるもの
である。さらにこの断熱弾性層を構成する多孔質セラミ
ックス成形体は、その熱伝導率が、平均温度２０〜１０
００℃において、０゜５Ｋｃａｌ／ｍ・ｈｒ・℃以下、
より好ましくは０．３Ｋｃａｌ／ｍ＝　ｈｒ　・℃以下
、最も好ましくは０．１Ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ−’Ｃ以下
のものであることが望ましい。すなわち、熱伝導率が０
゜５Ｋｃａｌ／ｍ・ｈ、　ｒ・°Ｃを越えるものである
と十分な断熱効果が得られなくなる虞れも生じるなめで
ある。

このような断熱弾性層を構成する多孔質セラミックス成
形体としては、例えばＡｌ２Ｏ３５ｉ０２系フアイバー
、Ａｌ２Ｏ３系ファイバー、５ｉ０２系フアイバーなど
のようなセラミックスファイバーよりなる成形体やＡ　
１２０３　　Ｓ　ｉ　０２系粉末、Ａｌ２Ｏ３系扮末、
５ｉ０２系粉末などのようなセラミックス粉末よりなる
成形体、あるいはこのようなセラミックスファイバーと
セラミックス粉末との複合成形体、さらには多孔質セラ
ミックス粉末、例えば、日本エアロジル株式会社よりマ
イクロサームの商品名下で販売されている５ｉ０２　　
ＴｉＯ２系多孔質粉末よりなる成形体などが好ましく挙
げられる。Ａ　Ｉ２０３−３　ｉ　０２系フアイバーを
用いた場合、その嵩密度が０２〜１．０ｇ／ｃｍ３程度
の成形体であることが好まれ、この際の熱伝導率は、平
均温度２０〜１０００℃において、０．１〜０．５Ｋｃ
ａｌ／ｍ−ｈｒ　＝”Ｃであり、また５ｉ０２−ＴｉＯ
２系多孔質粉末を用いた場合、その嵩密度が０．３〜０
゜６ｇ／ｃｍ３程度の成形体であることが好まれ、この
際の熱伝導率は、平均温度２０〜１０００℃において、
０．０３〜０．１Ｋｃａｌ／ｍ−ｈｒ・℃である。

また本発明の第１の排気マニホールド１において、この
ような多孔質セラミックス成形体より構成される断熱弾
性層５の肉厚は、その成形体の種類によっても異なるが
、１〜１０ｍｍ、より好ましくは２〜８ｍｍ程度のもの
とされることが、望ましい。すなわち、断熱弾性層５の
肉厚が１ｍｍ未満であると断熱効果が十分なものとなら
ず、かつ内側管体４と外側管体６の間における熱応力の
分散および外部からの衝撃あるいは振動に耐する緩衝作
用が十分なものとならない虞れがあるためであり、一方
１０ｍｍを越えるものであると、排気マニホールド１の
重量化および大型化につながるものとなるためである。

なお上記したような多孔質セラミックス成形体より構成
される断熱弾性層５を、内側管体４の外周面を囲繞して
形成するには、例えば、セラミックスファイバーを用い
る場合には、ペーパー状めセラミックスファイバーを積
層することにより、また例えばセラミックス粉末を用い
る場合には、ワックス類、有機バインダーなどを用いて
保形することにより好適に行なわれ得る。

さらに本発明の第１の排気マニホールド１においては、
前記した断熱弾性層５は、金属製の外側管体６により囲
繞されるが、しかして、この外側管体６は、ほぼ軸線方
向に沿って分割面を有しこの互いに対向する分割面を整
合固定して管状となされたものである。

例えば、第１図および第２図に示す実施例においては、
外側管体６は、ほぼ軸線方向に沿って２つに分割された
フランジ部７ａ、７ｂを有する半円状部材８ａ、８ｂが
、その分割面９ａ、９ｂを整合し、フランジ部７ａ、７
ｂに設けられたボルト挿入孔を通してボルト１０ａを挿
入し、ナツト１０ｂで締結することにより固定して形成
されたものである。なお、この分割面９ａ、９ｂの間に
は、ステンレス箔、セラミックスファイバー等の耐熱性
パツキン２０を介在させて、固定部における気密性を高
めることが望ましい。さらに、分割面９ａ、９ｂ相互の
より気密な面接触がなされるように、第２図に示すよう
に分割面９ａ、９ｂの一部に互いに嵌合する段差部１１
ａ、ｌｌｂを設けることが望ましく、より好ましくは第
４図に示す別の実施例におけるように、この段差部１１
ａ、１１ｂにおいてテーパー嵌合面を形成することが望
ましい。このように外側管体６は、ほぼ軸線方向に沿っ
た分割面９ａ、９ｂを有しているために、外側管体６の
熱膨張ないし収縮は、分割面９ａ、９ｂ方向に逃がされ
ることとなり、内側管体４と外側管体６との熱膨張率の
差によって内側管体が破損するあるいは外側管体による
内側管体の把持性が低下するという問題が解消される。

しかしながら、外側管体６の分割構造としては第１図お
よび第２図に示す実施例ならびに第４図に示す別の実施
例におけるようなものに限定されるものではなく、ほぼ
軸線方向に沿って分割面を有しこの互いに対向する分割
面を整合固定して管状となされたものであれば、例えば
、ほぼ軸線方向に沿って３ないしそれ以上の部材に分割
されたものであってもよく、また分割面における固定手
段としてもかしめ、溶接などによる締結を行なったもの
でもよい。

またさらに、第５図に示す別の実施例におけるごとく、
多孔質セラミックス成形体からなる断熱弾性層５の外周
面を金属細線をメリヤス編した金網筒体などのクツショ
ン材５゛により囲繞し、断熱弾性［５，と外側管体６と
の間に、さらにクツション材５′を配することで、外側
管体６による断熱弾性層５および内側管体４の保持性を
高めることも可能である。

この外側管体６は、前記したように緻密質セラミックス
焼結体よりなる内側管体４および多孔質セラミックス成
形体よりなる弾性断熱層５により、十分な断熱性が得ら
れるために、これらの内側管体４および弾性断熱層５を
保護できる十分な機械的強度、耐衝撃性、耐振動性を備
えるものであればよく、また前記したようにほぼ軸線方
向に沿って分割面を有する分割構造体であり、内側管体
４および弾性断熱層５の囲続を該外側管体６の製造時に
同時に行なうようなこともないので、例えば、鋳鉄、特
殊合金鋳鉄などの鋳鉄、鋳鋼、鋳造アルミニウム合金な
どの鋳造金属、あるいは鋼板、ステンレス鋼板などの板
金等などの各種金属体から形成され得る。

また、このような金属製の外側管体６の管部における肉
厚は、１〜１０ｍｍ、より好ましくは１〜２ｍｍ程度の
ものとされることが望ましい。すなわち、外側管体６の
肉厚が１ｍｍ未満であると耐振動性、耐雷撃性あるいは
機械的強度が十分なものとならず、一方１０ｍｍを越え
るものであると、排気マニホールド１の重量化および大
型化につながるものとなるためである。

断熱弾性層５の外周面を囲繞してこのような外側管体６
を形成するには、本発明における外側管体６がほぼ軸線
方向に沿って分割面を有する分割構造体であるために、
極めて容易であり、例えば第１図および第２図に示す実
施例の場合、上記のごとく内側管体４の外表面を囲繞し
て断熱弾性層５を形成した後、これを挾むように両方向
から半円状部材８ａおよび８ｂを近接させ、その分割面
９ａ、９ｂを整合し、フランジ部７ａ、７ｂに設けられ
たボルト挿入孔を通してボルト１０ａを挿入し、ナツト
１０ｂで締結すればよい。

本発明においては外側管体をこのような構成とするため
に、外側管体が内側管体および断熱弾性層を鋳ぐるんで
形成される場合におけるような鋳造時の熱衝撃による内
側管体の破損の問題、あるいはあらかじめ管状とされた
外側管体に内側管体および断熱弾性層を挿入する場合に
おけるような外側管体による内側管体の把持力の不十分
さなどの問題を生じることなく、三重管構造を形成し得
るものとなる。

さらに本発明の第１の排気マニホールドは、多岐管構造
を軸線方向にほぼ直交する方向において少なくとも２つ
に分割された分割構造を有するものである。例えば、第
１図〜第３図に示す実施例において、排気マニホールド
１は、多岐管構造を軸線方向にほぼ直交する方向におい
て分割した４つの管部材１２゛Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ１１
２Ｄを継合することで多岐管形状となされている。なお
、第１図および第２図に示す実施例においては、排気マ
ニホールド１は、４つの分割された管部材１２Ａ、１２
Ｂ、１２Ｃ１１２Ｄから構成されるが、本発明の排気マ
ニホールドにおいて、多岐管構造を軸線方向にほぼ直交
する方向において分割する数、ないしその位置は特に限
定されるものではなく、軸線方向における外側管体と内
側管体との間に発生する熱応力を十分に緩和できる数お
よび位置において分割されていればよい。例えば、第６
図および第７図には、本発明の第１の排気マニホールド
の別の実施例が示されているが、これらの実施例におい
ては、排気マニホールドは、軸線方向にほぼ直交する方
向において３つに分割され、３つの管部材１２Ｅ、１２
Ｆ、１２Ｇから構成されている。なお、第７図の実施例
において、中央の管部材１２Ｆには、エンジン本体取付
は用の取付はブラケット１８が形成されであるが、これ
は、該管部材１２Ｆが排気ガス流入口２を有さず、エン
ジン本体と接合されないために生じる、管部材１２Ｅな
いし１２Ｇとの接合部におけるずれを防止するためのも
のである。

第１〜３図に示す実施例において、このように分割され
た４つの管部材１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ１１２Ｄは、そ
れぞれ隣接する管部材と連結されて所望の多岐管形状と
なされる。第３図はこの実施例における管部材１２Ａと
１２Ｂとの連結部を現わす拡大断面図である。第３図に
示される管部材１２Ａと１２Ｂとの連結部を例にとり、
この実施例の排気マニホールドにおける各管部材の連結
構造を説明すると、まず、管部材１’２Ａの連結部１３
Ａは、内側管体４の分割面１４Ａ、断熱弾性層５の分割
面１５Ａ、および外側管体６の分割面１６Ａが、いずれ
も軸線に直交する同一平面上に存在している。一方、管
部材１２Ｂの連結部１３Ｂにおいても、白画管体４の分
割面１４Ｂ、断熱弾性層５の分割面１５Ｂは軸線方向に
直交する同一平面上に存在しているが、外側管体６の分
割面１６Ｂは、その周縁部が一部拡径されてさらに外方
へと突出し、表金環部１７を形成している。この表金環
部１７の内周面は、前記管部材１２Ａの外側管体６の外
周面に嵌合できる径となされている。

したがって、管部材１２Ａの連結部１３Ａと管部材１２
Ｂの連結部１３Ｂを対向させ、管部材１２Ａの連結部１
３Ａを管部材１２Ｂの連結部１３Ｂに挿入すると、両管
部材１２Ａおよび１３Ｂの内側管体４の分割面１４Ａと
１４Ｂならびに断熱弾性層５の分割面１５Ａと１５Ｂは
それぞれ整合された状態で、管部材１２Ａの外側管体６
に管部材１２Ｂの表金環部１７、すなわち外側管体６が
嵌合され、この嵌合により連結状態が保持されることと
なる。

このように本実施例における各管部材１２Ａ、１２Ｂ、
１２Ｃ１Ｌ２Ｄ相互の連結は、外側管体６同志の嵌合の
みによるものであり、内側管体４と外側管体５との熱膨
張率の差により軸方向に発生する熱応力はこの連結構造
によって十分に緩和されることとなる。ところで、この
ような外側管体６同志の嵌合のみによる連結では、その
気密性は十分に保たれているとはいないものであるが、
排気マニホールド１の内部に流通する高温高速の流体の
流れに対し、いずれも下流側に位置する管部材の外側管
体６に表金環部１７を設けて外側管体６同志の嵌合を行
なっており、該嵌合部における排気マニホールド内部よ
り外部への流路（すなわち嵌合部に形成される隙間）は
いずれも前記流体の流れに対し逆方向に形成されるため
、高温高圧ガスの通過により排気マニホールド内部の圧
力が低下し、該嵌合部を通して外部空気が内部に引込ま
れることは若干上じる虞れがあるが、内部を流通する高
温高圧ガスが該嵌合部を通じて外部に漏出する虞れはな
い。しかしながら、もちろん必要に応じて、外側管体６
同志の嵌合面、あるいは内側管体４同志ないし断熱弾性
層５同志の整合面に、適当な耐熱性弾性材、例えばセラ
ミックスファイバー等を挿入充填して気密性を高めるこ
とは可能である。第８図は、本発明の第１の排気マニホ
ールドの別の実施例における管部材１２Ａと１２Ｂとの
継合部を表わす拡大断面図であり、この実施例において
は、第３図に示す実施例におけると同様に両管部材１２
Ａおよび１３Ｂの内側管体４の分割面１４Ａと１４Ｂな
らびに断熱弾性層５の分割面１５Ａと１５Ｂはそれぞれ
整合された状態で、管部材１２Ａの外側管体６に管部材
１２Ｂの表金環部１７、すなわち外側管体６が嵌合され
、この嵌合により連結状態が保持されているが、管部材
１２Ａの内側管体４の分割面１４Ａおよび断熱弾性層５
の分割面１５Ａを覆って断面コ字形のシール材１９が配
してあり、内側管体４同志および断熱弾性層５同志の整
合面において該シール材１９が介在することで気密性を
高めていることとなる。

なお、本発明の第１の排気マニホールドにおいて分割さ
れた各管部材相互の連結は、少なくとも内側管体の互い
に対向する軸線方向にほぼ直交する分割面を整合させて
、排気マニホールド内部における高温高圧のガス流路を
連続的に形成できれば、上記した実施例におけるものに
何ら限定されるものではなく、公知の種々の連結構造が
取られ得る。

例えば、第９図および第１０図は本発明の第１の排気マ
ニホールドにおいて用いられ得る各管部材の連結構造の
他の例を示すものである。第９図に示す例においては、
両管部材１２Ａおよび１３Ｂの外側管体６の分割面１６
Ａと１６Ｂは円周方向に延長されてフランジ部２０Ａ、
２０Ｂを形成しており、内側管体４の分割面１４Ａと１
４Ｂ、断熱弾性層５の分割面１５Ａと１５Ｂならびに外
側管体６の分割面１６Ａと１６Ｂがそれぞれ整合された
状態で、外側管体６の分割面１６Ａと１６Ｂを溶接し、
これにより連結状態が保持されている。さらにこの例に
おいては、両管部材１２Ａおよび１２Ｂにおいて、断熱
弾性層５の分割面１５Ａ、１５Ｂは内側管体４の分割面
１４Ａ、１４Ｂならびに外側管体６の分割面１６Ａ、１
６Ｂよりいずれも後退した位置にあり、この断熱弾性層
５の分割面１５Ａと１５Ｂとの間の隙間にスリーブ２１
を配することで気密性を高めているものである。また第
１０図に示す例においては、両管部材１２Ａおよび１３
Ｂの外側管体６の分割面１６Ａと１６Ｂは円周方向に延
長されてフランジ部２０Ａ、２０Ｂを形成しており、内
側管体４の分割面１４Ａと１４Ｂ、断熱弾性層５の分割
面１５Ａと１５Ｂならびに外側管体６の分割面１６Ａと
１６Ｂがそれぞれ整合された状態で、外側管体６の分割
面１６Ａと１６Ｂがパツキン２２を介してボルトナツト
２３で締結され、これにより連結状態が保持されている
が、この例においては、両管部材１２Ａおよび１２Ｂに
おいて、外側管体６の分割面１６Ａ、１６Ｂの後方には
、いずれもベロ一部２４Ａ、２４Ｂが設けられており、
これによって外測管体の熱膨張を吸収できるものとされ
ている。

なお、本発明の第１の排気マニホールドにおいては、内
側管体４、弾性断熱層５および外側管体６がいずれも分
割されているために、第９図に示す例におけるように内
側管体４および弾性断熱層５の分割部において適当な隙
間をおいて整合すれば、外側管体６の分割部における継
合は弾性のないものであっても、外側管体６と内側管体
４の熱膨張差を十分吸収できるが、望ましくは、第３図
または第１０図に示す構造のごとく膨脹自在に継合する
ことが望ましい。

また第１〜３図に示す排気マニホールドにおいては、排
気ガス流入口２および排気ガス流出口３に設けられるフ
ランジ部２５は、内側管体４、断熱弾性層５および外側
管体６の先端部に密着して、鋳ぐるみにより形成された
ものであるが、このような排気ガス流入口２および排気
ガス流出口３に設けられるフランジ部２５の形成方法と
しても各種の態様が収られ得、例えば第１１図に示すよ
うに外側管体６の先端部にフランジ部２５を一体的に形
成することも可能である。

さらに第１２図には、本発明の第１の排気マニホールド
の別の実施例が示されている。この実施例においては排
気マニホールド１は、６つの排気ガス流入口２からの流
路が集合し１つの排気ガス流出口３へとつながる多岐管
形状を有する６気筒デイーゼルエンジン用のものであっ
て、第１図〜第３図に示される実施例と同様に、緻密質
セラミックス焼結体よりなる内側管体４と、該内側管体
４の外周面を囲繞して形成される多孔質セラミックス成
形体よりなる断熱弾性層５と、この断熱弾性層５さらに
囲繞するほぼ軸線方向に沿って分割面を有しこの互いに
対向する分割面を整合固定して管状となされた金属製の
外側管体６とから構成される三重管構造を有しており、
さらに多岐管構造を軸線方向にほぼ直交する方向におい
て分割した３つの管部材１２Ｈ１１２１，１２Ｊを第９
図に示すような連結構造によりそれぞれを継合すること
で多岐管形状となされている。しかして第１２図に示す
実施例においては、管部材１２Ｉは、その内部に面封照
的な形状を有する２つの内側管体４Ｒ１４Ｌを有してお
り、このため排気マニホールド１の排気ガス流出口３か
らの外見上の最初の分岐２６は、実際の排気ガス流路と
なる内側管体４では分岐構造を取らず、排気ガス流出口
３から最初の分岐２６に至るまでは、２つの内側管体４
Ｒ，４ｔにより、異なる排気ガス流入口２に連通ずる２
つの独立した流路が形成されていることとなる。このよ
うに排気マニホールド１の排気ガス流出口３から最初の
分岐２６に至るまでが、外側管体６内に２つの内側管体
４Ｒ１４Ｌを並設し、異なる排気ガス流入口２に連通ず
る２つの流路が排気ガス流出口３へそれぞれ独立して連
通ずるものとされると、構造上、内側管体４と外側管体
６との間の熱膨張率の差により発生する熱応力の集中し
やすい最初の分岐２６を内側管体４に形成することがな
くなるために、より高い耐破損性が達成されるものとな
る。

第１３図は、本発明の第２の排気マニホールドの一実施
例の構造を示す横断面図であり、また第１４図は同実施
例の縦断面図である。

第１３図および第１４図に示すように、本発明の第２の
排気マニホールド５１は、上記したような第１の排気マ
ニホールドと同様に複数のシリンダの排気口にそれぞれ
接続される複数の排気ガス流入口５２からの流路が集合
し排気管に接続される排気ガス流出口５３へとつながる
多岐管形状を有するものであって、緻密質セラミックス
焼結体よりなる内側管体５４と、該内側管体５４の外周
面を囲繞して形成される多孔質セラミックス成形体より
なる断熱弾性層５５と、この断熱弾性層５５をさらに囲
繞する金属製の外側管体５６とから構成される三重管構
造を有しているが、この第２の排気マニホールド５１に
おいては、緻密質セラミックス焼結体よりなる内側管体
５４は、複数の排気ガス流入口５２より排気ガス流出口
５３へと集合する多岐管構造を一体的に形成され、これ
を囲繞する多孔質セラミックス成形体よりな′る断熱弾
性層５５も多岐管構造を通じて一体的なものとされる。

しかして断熱弾性層５５を囲繞する金属製の外側管体５
６は、ほぼ軸線方向に沿って分割面５９ａ、５９ｂを有
しこの互いに対向する分割面５９ａ、５９ｂを整合固定
して管状となされるとともに、軸線方向にほぼ直交する
方向においても少なくとも２つに分割され（第１３図お
よび第１４図に示す実施例においては４つの外側管体５
６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ１５６Ｄに分割されている）、こ
の分割部において膨脹自在に継合されるものである。換
言すれば、この第２の排気マニホールド５１は、内側管
体５４および弾性断熱層５５を一体的に形成する代りに
、外側管体５６の軸線方向にほぼ直交する方向における
分割部分での膨脹自在な継合を必然的なものとして、内
側管体５４と外側管体５６との熱膨張率差の吸収作用を
軸方向においても外側管体側に限定するものであり、こ
のような変更部分を除くと、前記第１の排気マニホール
ドにおける構成と同様の構成となるものである。

従って、この第２の排気マニホールド５１において、外
側管体６を形成するために、互いに対向する分割面５９
ａ、５９ｂを整合固定する方法としては、前記第１の排
気マニホールドにおいて述べたものと同様の方法が取ら
れ得、例えば、第１３図および第１４図に示す実施例に
おいては、前記第４図に示す態様と同様に、ほぼ軸線方
向に沿って２つに分割されたフランジ部５７ａ、５７ｂ
を有する半円状部材５８ａ、５８ｂが、その分割面５９
ａ、５９ｂを整合し、フランジ部５７ａ、５７ｂに設け
られたボルト挿入孔を通してボルト６０ａを挿入し、ナ
ツト６０ｂで締結することにより固定して形成されたも
のである。

また、このようにして管状となされる４つの外側管体５
６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ１５６Ｄの継合方法としても、前
記第１の排気マニホールドにおいて述べた膨脹自在な継
合方法、すなわち第１図および第３図、第８図、あるい
は第１０図に示されるような方法と、外側管体に関して
は同様の構成が収られ得、例えば第１３図および第１４
図に示す実施例においては、排気マニホールド５１の内
部に流通する高温高速の流体の流れに対し、いずれも下
流側に位置する管部材の外側管体５６Ｂないし５６Ｃの
分割部分に底金環部６７を設けて、隣接する外側管体同
志を嵌合し、この嵌合により膨脹自在な継合状態が保持
されている。

さらにこの第２の排気マニホールド５１における内側管
体５４、断熱弾性層５５および外側管体５６の材質、肉
厚等のその他の基本的構成に関しては、前記した第１の
排気マニホールドにおけるものと同様のものとされ、ま
た第５図に示すように断熱弾性層と外側管体との間に金
網筒体を介在させる態様、および第１２図に示すように
排気マニホールドの排気ガス流出口から最初の分岐に至
るまでは、外側管体内に２つの内側管体を並設し、異な
る排気ガス流入口に連通する２つの流路を排気ガス流出
口へそれぞれ独立して連通させる態様もこの第２の排気
マニホールドにおいても、好まし〈実施され得る。

（発明“の効果） 以上述べたように本発明の排気マニホールドは、多岐管
構造を軸線方向にほぼ直交する方向において少なくとも
２つに分割し、このように分割された各部材を、緻密質
セラミックス焼結体よりなる内側管体と、この内側管体
の外周面を囲繞する多孔質セラミックス成形体からなる
。断熱弾性層と、さらにこの断熱弾性層の外周面を囲繞
するほぼ軸線方向に沿って分割面を有しこの互いに対向
する分割面を整合固定して管状となされた金属製の外側
管体とよりなる三重管構造とし、さらに前記各部材を、
少なくとも前記内側管体の互いに対向する軸線方向にほ
ぼ直交する分割面は整合させて、継合したことを特徴と
するもの、あるいは複数の排気ガス流入口より排気ガス
流出口へと集合する多岐管構造を一体的に形成された緻
密質セラミックス焼結体よりなる内側管体と、この内側
管体の外周面を囲続する多孔質セラミックス成形体から
なる断熱弾性層と、さらにこの断熱弾性層の外周面を囲
繞する、ほぼ軸線方向に沿って分割面を有しこの互いに
対向する分割面を整合固定して管状となされるとともに
軸線方向にほぼ直交する方向においても少なくとも２つ
に分割されこの分割部において膨脂自在に継合された金
属製の外側管体とよりなる三重管構造を有することを特
徴とするものであるので、その構造上、熱膨張率差の吸
収性に優れ破損の虞れがなく、複合構造化による高い断
熱性、耐熱衝撃性および軽量化等の特性を生かして各種
内燃機関における燃焼効率の向上、燃費向上、エンジン
周りの設計の容易化を可能とする耐久性の高い排気マニ
ホールドである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の排気マニホールドの一実施例の
構造を示す横断面図、第２図は同実施例の拡大縦断面図
、第３図は同実施例における接合部構造を示す拡大断面
図、第４図および第５図は本発明の第１の排気マニホー
ルドのそれぞれ別の実施例の拡大縦断面図、第６図およ
び第７図はそれぞれ本発明のさらに別の実施例を示す正
面図、第８図〜第１０図はそれぞれ本発明の第１の排気
マニホールドの接合部構造の他の例を示す拡大断面図、
第１１図は本発明の排気マニホールドの外側管体の排気
ガス流入口近傍構造の一例を示す一部断面斜視図、第１
２図は本発明の第１の排気マニホールドのさらに他の実
施例の構造を示す横断面図、第１３図は本発明の第２の
排気マニホールドの一実施例の構造を示す横断面図であ
り、まな第１４図は同実施例の拡大縦断面図である。 １．５１・・・排気マニホールド、 ２．５２・・・排気ガス流入口、 ３．５３・・・排気ガス流出口、 ４．４Ｒ，４Ｌ　、５４・・・内側管体、５．５５・・
・断熱弾性層、　５゛・・・クツション材、６．５６．
５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ，５６Ｄ・・・外側管体、 ７ａ、７ｂ、５７ａ、　５７ｂ−フランジ部、８ａ、８
ｂ、５８ａ、５８ｂ・・・半円状部材、９ａ、９ｂ、５
９ａ、５９ｂ・−・分割面、１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ，
１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｇ、１２Ｈ，１２Ｉ、１
２Ｊ・・・管部材、１３Ａ、１３Ｂ・・・連結部、 １７．６７・・・底金環部。 特許出願人　　　　　　　新日本製鐵株式會社代理人　
　　弁理士　　　　八　１）　幹　雄（他１名） ４Ａ １５Ｂ （４Ａ イ５Ｂ 第１１図 第１２図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の排気ガス流入口より排気ガス流出口へと集
   合する多岐管構造を軸線方向にほぼ直交する方向におい
   て少なくとも２つに分割し、このように分割された各部
   材を、緻密質セラミックス焼結体よりなる内側管体と、
   この内側管体の外周面を囲繞する多孔質セラミックス成
   形体からなる断熱弾性層と、さらにこの断熱弾性層の外
   周面を囲繞するほぼ軸線方向に沿って分割面を有しこの
   互いに対向する分割面を整合固定して管状となされた金
   属製の外側管体とよりなる三重管構造とし、さらに前記
   各部材を、少なくとも前記内側管体の互いに対向する軸
   線方向にほぼ直交する分割面は整合させて、継合したこ
   とを特徴とする内燃機関用排気マニホールド。
2. （２）複数の排気ガス流入口より排気ガス流出口へと集
   合する多岐管構造を一体的に形成された緻密質セラミッ
   クス焼結体よりなる内側管体と、この内側管体の外周面
   を囲繞する多孔質セラミックス成形体からなる断熱弾性
   層と、さらにこの断熱弾性層の外周面を囲繞する、ほぼ
   軸線方向に沿って分割面を有しこの互いに対向する分割
   面を整合固定して管状となされるとともに軸線方向にほ
   ぼ直交する方向においても少なくとも２つに分割されこ
   の分割部において膨脹自在に継合された金属製の外側管
   体とよりなる三重管構造を有することを特徴とする内燃
   機関用排気マニホールド。
3. （３）排気マニホールドの排気ガス流出口から最初の分
   岐に至るまでは、外側管体内に２つの内側管体が並設さ
   れ、異なる排気ガス流入口に連通する２つの流路が排気
   ガス流出口へそれぞれ独立して連通されているものであ
   る請求項１または２に記載の内燃機関用排気マニホール
   ド。
4. （４）多孔質セラミックス成形体からなる断熱弾性層と
   金属製の外側管体との間には、さらに金網筒体が配され
   ているものである請求項１〜３のいずれかに記載の内燃
   機関用排気マニホールド。