JPH0612166Y2 - 水冷式排気マニホールド組立体 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は多気筒ディーゼルエンジン等に使用される排気
マニホールド組立体に関し、より具体的には、直列に配
置された複数のシリンダーヘッドに沿って排気管が延び
ており、その排気管を冷却水により冷却するようにした
形式の排気マニホールド組立体に関する。

［従来の技術］ 一般に上記形式の排気マニホールド組立体では、排気管
をその長手方向に延びる外壁で覆い、外壁と排気管との
間に冷却水ジャケットを形成する構造が広く採用されて
いる。すなわち、従来構造では、排気管を冷却水により
直接冷却する構造が広く採用されている。

［考案が解決しようとする課題］ ところが、上述の構造では排気管内の排気が冷却水によ
り所望の温度よりも低い温度まで冷却されることがあ
り、その結果、排気ガスタービン過給機を使用したエン
ジンでは、過給機のタービン入口圧力が充分な値まで上
昇せず、従って、ブロアー回転数が上がらず、機関性能
が低下する場合がある。

［課題を解決するための手段］ 本考案は上記不具合を解決するために、排気管を冷却水
により間接的に冷却するようにしたもので、より具体的
には、排気管を、その周囲に空胴を形成した状態で、排
気管ケースにより覆い、その排気管ケースの内部に冷却
水ジャケットを形成した構造を提供するものである。

又、本考案でも、従来構造と同様に排気管や、その他の
排気通路を形成する部分は、耐熱性を考慮して鋳鉄製品
で形成されているが、排気に直接さらされない排気管ケ
ースは、軽量化を図るために、アルミニウム合金の鋳造
品で形成されている。このように本考案による排気マニ
ホールド組立体は、鋳鉄製品とアルミニウム合金製品と
の組合せにより構成されるので、両者の熱膨張係数の差
による問題が生じる可能性があるが、本考案はそのよう
な問題をも解決した構造を提供するものである。

上述の不具合及び課題等を考慮して、本考案は、直列に
配置された複数のシリンダーヘッドに沿って延びる鋳鉄
製排気管を設け、排気管の複数箇所に入口管部を設け、
各入口管部を鋳鉄製の排気連絡管を介してシリンダーヘ
ッドに固定し、各シリンダーヘッド内の排気ポートを排
気連絡管及び入口管部の内部の連絡通路を介して排気管
の内部の排気通路に接続し、排気管の外周を、概ねその
全長にわたって、アルミニウム合金の鋳造品からなる排
気管ケースにより空胴を介して覆い、排気管ケースの内
部に冷却水ジャケットを形成し、上記連絡通路の一部を
形成する孔を有する鉄板を排気連絡管と入口管部との間
に両者が該鉄板に固定される状態で設け、該鉄板の外縁
側部分に排気管ケースの縁部を固定したことを特徴とし
ている。

［作用］ この構造によると、冷却水ジャケット内の冷却水は空胴
内の空気を介して排気管を冷却するので、排気管内の排
気温度が異常に低下することはなく、従って、過給機の
タービンに適当な温度の排気を供給することができ、過
給機の性能、すなわちエンジンの性能を充分に高く維持
できる。

又上記構造では、排気により直接的に加熱される排気連
絡管は冷却水の冷却作用をほとんど（又はまったく）受
けないので、その温度が比較的高くなるが、冷却水ケー
スは、その内部を冷却水が流れ、しかも鉄板を介して排
気連絡管に固定されているので排気連絡管から離れてい
る。従って、冷却水ケースの温度は比較的低く維持され
る。その結果、熱膨張係数の大きいアルミニウム合金製
の排気管ケースが大きく膨張することはなく、熱膨張に
基因する無理な歪みが排気管ケースに生じることはな
い。

更に鉄板自体はその素材の特性により、熱膨張係数が小
さいと共に、変形に対する強度が大きいので、その外縁
側部分と内部側部分との間で膨張量に差が生じても鉄板
自体に無理な歪みが生じることはない。

しかも鉄板は、例えば、排気管ケースに固定される部分
の温度が排気管ケースの温度の約２倍程度上昇するが、
鉄の膨張係数はアルミニウム合金の膨張係数の約半分で
あるので、両者の相互固定部における熱膨張量は概ね等
しい（又は近い）値となり、その結果、相互固定部に無
理な歪みが生じることもない。

［実施例］ 第１図は本考案実施例を採用したエンジンの垂直断面部
分略図、第２図は第１図の一部切欠きII−II矢視部分図
である。これらの図において、エンジンは多気筒Ｖ型エ
ンジンであり、２組の気筒群（一方のみ図示）が互いに
傾斜した姿勢で配置されている。周知の如く、各気筒群
は多数の気筒を直列に配置した状態で備え、各気筒群に
おいて、各気筒の複数のシリンダーヘッド１はクランク
軸（図示せず）に沿って直列に配置されている。

各シリンダーヘッド１において、その内部の排気ポート
２は、シリンダーヘッド１の外側（他方の気筒群と反対
側）の側面に開口して排気連絡管３の内部の排気連絡通
路４に連通している。排気連絡管３は鋳鉄製品で、各シ
リンダーヘッド１ごとに設けられており、一端部の外向
きフランジがボルト（図示せず）によりシリンダーヘッ
ド１に固定されている。排気連絡管３の他端部にはフラ
ンジ５が設けてある。フランジ５はボルト６により鉄板
７に固定されている。

この鉄板７には排気連絡管３と反対側から排気管８及び
排気管ケース９が固定されている。鉄板７には、排気連
絡通路４を排気管８の内部に接続するために、該通路４
の一部を形成する孔が設けられている。

第２図において、排気管８は、その熱膨張を考慮して、
短い複数のパイプ１０を直列に連結して構成されてお
り、全体として、エンジンの概ね全長にわたってクラン
ク軸と平行に延びている。排気管ケース９もクランク軸
と平行に延びており、排気管８を概ねその全長にわたっ
て覆っている。更に、前記鉄板７も排気管ケース９と概
ね同一の長さ及び幅にわたって延びている。

第１図において、排気管ケース９はインナーハウジング
１５及びアウターハウジング１６を互いに別体の部品と
して備えている。両ハウジング１５、１６は、それぞれ
アルミニウム合金の鋳造品であり、排気管８の概ね全長
にわたって延びている。インナーハウジング１５は概ね
Ｕ形の断面形状を有し、排気管８の外周のほぼ３／４を
狭い空胴１７を介して覆っており、両側縁部のボス１８
が前記鉄板７の外側縁部にパッキン（図示せず）を介し
て着座して、ボルト１９により固定されている。

アウターハウジング１６もインナーハウジング１５の断
面形状と類似した断面形状を有しており、インナーハウ
ジング１５の両側縁部のボス１８の段付き外面に両側縁
部が嵌合して溶接により固定されている。ボス１８以外
の部分において、インナーハウジング１５とアウターハ
ウジング１６との間には、ほぼ全体にわたって空間、す
なわち冷却水ジャケット２０が形成されている。冷却水
ジャケット２０に冷却水を供給するための冷却水連絡管
２１は、一端部が、アウターハウジング１６の上部に設
けた環状ボス２２に固定されている。冷却水連絡管２１
の他端部はシリンダーヘッド１の上面から延びる冷却水
連絡管２３に接続している。

上述の如く両ハウジング１５、１６は両側縁部により溶
接されているが、その溶接作業時の位置決めを容易に行
うために、インナーハウジング１５の外周面の上部及び
下部には、その長手方向に間隔を隔てた複数箇所に、概
ね円錐台形のボス２５が設けてある。ボス２５の先端面
はアウターハウジング１６の内面に当接しており、アウ
ターハウジング１６には、ボス２５の先端面の中心に対
応する位置に小径孔２６が設けてある。

組立作業では、両ハウジング１５、１６を相対的に位置
決めした後に、孔２６内に溶接による肉盛りを形成して
両者を正確な位置に固定し、その後に両ハウジング１
５、１６の両側縁（ボス１８の外面）に全長にわたって
溶接を旋すことにより、両者を確実に固定する。

第１図及び第２図から明らかなように、アウターハウジ
ング１６の幅方向の中間部（両側縁から均等な距離にあ
る部分）には、その長手方向に間隔を隔てた複数箇所
に、該長手方向に延びる細長い溝２９が設けてある。イ
ンナーハウジング１５の外面には、溝２９に対応する形
状の細長いリブ３０が一体に設けてある。リブ３０を溝
２９に嵌合させてそこに溶接を施すことにより、冷却水
ジャケット２０の冷却水による水圧に対して、排気管ケ
ース９の強度を充分に高めることができる。

第２図において冷却水ジャケット２０は第２図で右側の
端部が端壁（図示せず）により閉鎖されており、その端
壁に設けた継手を介して冷却水の出口側連絡管２８に接
続している。排気管ケース９の反対側の端部は両ハウジ
ング１５、１６とは別体の端部ケース３１により形成さ
れている。端部ケース３１もアルミニウム合金の鋳造品
で、その内部に、両ハウジング１５、１６の間の冷却水
ジャケット２０に連通する空胴３２（冷却水ジャケッ
ト）を有している。端部ケース３１は、空胴３２を内側
（排気管８側）から囲む内側壁部３３と、外側から囲む
外側壁部３４と、両ハウジング１５、１６と反対側から
囲む端壁部３５とを一体に有している。外側壁部３４及
び内側壁部３３は、端壁部３５と反対側の端部が、それ
ぞれインナーハウジング１５及びアウターハウジング１
６に溶接されている。

排気管８は、端壁部３５の内側を通って外部へ突出して
おり、その突出部分が湾曲して過給機４０のタービンに
接続している。排気管８の上記突出部分の外周にはフラ
ンジ４１が一体に設けられており、フランジ４１が端壁
部３５の外側端面（取付座）に着座して複数のボルト４
２により端壁部３５に固定されている。

第１図において、排気管８はその本体から鉄板７まで延
びる入口管部４５を一体に設けてある。入口管部４５
は、その先端面がフランジ５と反対側からパッキン（図
示せず）を介して鉄板７に着座しており、ボルト４６に
より鉄板７に固定されている。第１図のIII−III断面略
図である第３図の如く、入口管部４５の外周形状は概ね
正方形であり、一方、前述の排気連絡管３のフランジ５
の外周形状は概ね正６角形である。これらの正方形及び
正６角形は角が互いにずれた位置にあり、正方形の角部
は正６角とは重なっていない。この配置構造により、ボ
ルト６をシリンダーヘッド１（第１図）側からフランジ
５及び鉄板７に取付けることができ、又、ボルト４６も
シリンダーヘッド１側から鉄板７及び入口管部４５に取
付けることが可能となっている。

上述の構造によると、第１図のシリンダーヘッド１の内
部から冷却水連絡管２３、２１の内部を経て冷却水ジャ
ケット２０へ冷却水が流入する。冷却水は冷却水ジャケ
ット２０を流れる間にインナーハウジング１５及び空胴
１７、排気管８の管壁を介して排気管８内の排気ガスを
冷却し、第２図の連絡管２８から冷却水クーラ（図示せ
ず）へ送られる。

又、排気ガスは、第１図の排気ポート２から排気連絡通
路４を通って排気管８の内部へ流入し、そこで上述の如
く冷却された後に、第２図の過給機４０へ供給される。

［考案の効果］ 以上説明した本考案の構造によると、冷却水ジャケット
２０を形成する排気管ケース９を排気管８とは別体に設
け、冷却水ジャケット２０内の冷却水により空胴１７を
介して排気管８を冷却するようにしたので、排気ガスが
過冷されることを防止し、所望温度の排気ガスを過給機
４０へ供給して所定のエンジン性能を維持することがで
きる。又、排気管ケース９が別体であるので、排気管ケ
ース９をアルミニウム合金で形成することができ、軽量
化を図ることができる。

しかも排気管ケース９を排気連絡管３に対してフランジ
状の鉄板７を介して固定したので、鋳鉄製の排気連絡管
３とアルミニウム合金製の排気管ケース９との温度差及
び膨張係数の差に基因する無理な歪みが排気管ケース９
に加わることを防止できる。

図示の構造では、排気管ケース９の主要部が内側（排気
管８側）のインナーハウジング１５と外側のアウターハ
ウジング１６との結合体で構成されているが、それらの
構造において、両ハウジング１５、１６を、それらの側
縁固定部から離れた位置において、リブ３０と溝２９と
の嵌合部においても固定したので、排気管ケース９の水
圧に対する強度を充分に高めることができる。換言すれ
ば、溝２９とリブ３０との嵌合部を設けて両ハウジング
１５、１６の固定強度を高めたので、強度上の問題を防
止した上で、排気管ケース９の主要部を互いに別体のハ
ウジング１５、１６で構成することができ、従って排気
管ケース９の鋳造を容易化できる。

更に、溝２９及びリブ３０は、排気管ケース９の長手方
向に長い形状であるので、それらの数は少なくてすむ。
すなわち、両ハウジング１５、１６の溶接箇所の数が少
なくなり、従って、排気管ケース９の組立作業を簡単化
できる。

図示の如く排気管ケース９の主要部を２個のハウジング
１５、１６で構成した構造において、排気管ケース９は
排気管８が突出する側の端部が、ハウジング１５、１６
とは別体の端部ケース３１で構成されており、その端部
ケース３１の内部にも冷却水ジャケット２０の一部であ
る空洞３２が形成されている。従って、ハウジング１
５、１６自体は、端部ケース３１側の端部を閉鎖構造に
する必要がなく、ハウジング１５、１６の鋳造を容易に
行うことができる。又、端部ケース３１には排気管８の
フランジ４１が固定されるが、端部ケース３１の内部に
も冷却水が供給されるので、端部ケース３１を充分に冷
却し、フランジ４１からの熱により端部ケース３１に無
理な歪みが発生することを防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例の断面部分略図、第２図は第１図
の一部切欠きII−II矢視部分図、第３図は第１図のIII
−III断面部分図である。 １……シリンダーヘッド、２……排気ポート、３……排
気連絡管、４……排気連絡通路、７……鉄板、８……排
気管、９……排気管ケース、１５……インナーハウジン
グ、１６……アウターハウジング、１７……空胴、２０
……冷却水ジャケット

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】直列に配置された複数のシリンダーヘッド
   に沿って延びる鋳鉄製排気管を設け、排気管の複数箇所
   に入口管部を設け、各入口管部を鋳鉄製の排気連絡管を
   介してシリンダーヘッドに固定し、各シリンダーヘッド
   内の排気ポートを排気連絡管及び入口管部の内部の連絡
   通路を介して排気管の内部の排気通路に接続し、排気管
   の外周を、概ねその全長にわたって、アルミニウム合金
   の鋳造品からなる排気管ケースにより空胴を介して覆
   い、排気管ケースの内部に冷却水ジャケットを形成し、
   上記連絡通路の一部を形成する孔を有する鉄板を排気連
   絡管と入口管部との間に両者が該鉄板に固定される状態
   で設け、該鉄板の外縁側部分に排気管ケースの縁部を固
   定したことを特徴とする水冷式排気マニホールド組立
   体。
2. 【請求項２】上記排気管ケースが、上記空胴を挟んで排
   気管の外周に面するインナーハウジングと、上記冷却水
   ジャケットを挟んでインナーハウジングに面するアウタ
   ーハウジングとを互いに別体の部品として備え、両ハウ
   ジングが排気管の長手方向にそれぞれ一体に延びる部材
   で、上記鉄板の近傍の縁部において互いに固定されてお
   り、上記鉄板から離れた部分において、一方のハウジン
   グの長手方向に間隔を隔てた複数箇所に、該長手方向に
   延びる細長い溝が設けてあり、他方のハウジングに、上
   記溝に嵌合して溶接により固定されるリブが設けられて
   いる請求項１に記載の水冷式排気マニホールド組立体。
3. 【請求項３】上記排気管ケースが、上記空胴を挟んで排
   気管の外周に面するインナーハウジングと、上記冷却水
   ジャケットを挟んでインナーハウジングに面するアウタ
   ーハウジングとを互いに別体の部品として備え、両ハウ
   ジングが排気管の長手方向にそれぞれ一体に延びる部材
   で、上記鉄板の近傍の縁部において互いに固定されてお
   り、排気管が排気管ケースの一端部から外部へ突出して
   おり、上記一端部を形成する排気管ケースの端部ケース
   が上記両ハウジングとは別体の部品で構成され、該端部
   ケースが上記両ハウジングの間の冷却水ジャケットに連
   通する冷却水ジャケットを有していると共に、該冷却水
   ジャケットを排気管側及びそれと反対の側から囲む内側
   壁部及び外側壁部と、上記両ハウジングと反対側から上
   記冷却水ジャケットを囲む端壁部とを一体に有してお
   り、該端壁部の冷却水ジャケットと反対側の面が排気管
   の端部の外向きフランジを固定するための取付け座を形
   成している請求項１に記載の水冷式排気マニホールド組
   立体。