JPH10115220A - 多気筒内燃機関の排気マニホールド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 車載多気筒内燃機関において、始動時の排気
ガス保温性の高い排気マニホールドを提供する。 【解決手段】 排気マニホールド１は上流側フランジ２
と、下流側フランジ３と、分岐パイプたるエキマニパイ
プ４と、集合部たるエキマニチャンバー５と、エキマニ
ケース６とよりなり、エキマニチャンバーの分岐上流開
口端部21は、内方へ湾曲して、同部にエキマニパイプの
下流端17が摺動可能に嵌込まれ、分岐上流端部26はエキ
マニパイプの上流端16の外周に密接して上流側フランジ
の連通孔10に嵌込まれ、溶接で相互に一体に結合し、集
合下流端部27はエキマニチャンバーの集合下流開口端部
22の外周面に密接して下流側フランジの孔12に嵌込み、
溶接で相互に一体に結合し、エキマニパイプとエキマニ
チャンバーとの嵌込み部の外側には、エキマニケース６
の表側ケース半体24及び裏側ケース半体25の内方へ湾曲
した外方湾曲部28、内方湾曲部29で押している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に搭載さ
れる多気筒内燃機関において、内燃機関始動時の排気ガ
ス保温性の高い排気マニホールドに関するものである。

【０００２】

【従来技術】鋳造排気マニホールドでは、肉厚が厚くて
重量が大きいため、内燃機関、ひいてはこれを搭載して
いる車体の軽量化の阻害原因となり、熱容量の増大によ
り、始動時に排気ガスが冷却されて、排気ガス浄化用触
媒の初期機能が低下する不具合がある。

【０００３】この排気ガス浄化用触媒の初期機能を維持
するには、排気ガスの温度を一定温度以上に維持する必
要があり、このためには、排気ガス通路の外周を内外２
重壁で覆い、２重壁間の断熱空気層でもって、排気ガス
を保温すればよい。

【０００４】このような原理に基いたものとして、実公
平４−１２９２号公報記載の排気マニホールドがある。

【０００５】その公報記載の排気マニホールドにおいて
は、排気ポートの開口端の排気ポート側フランジの各取
付け孔に円筒状ガイドパイプの上流端がそれぞれ取付け
られ、その複数本の円筒状ガイドパイプの外周を覆うマ
ニホールドケースの上流端および下流端が排気ポート側
フランジと排気管取付けフランジとに取付けられてい
る。

【０００６】

【解決しようとする課題】前記円筒状ガイドパイプの上
流端はフランジの取付け孔に嵌込まれて固定されている
ものの、その円筒状ガイドパイプの下流端はマニホール
ドケースに対して空間を持って配置されているだけであ
るため、前記マニホールドケース内を前記円筒状ガイド
パイプの長手方向だけでなく、これと直交する方向にも
自由に移動でき、その結果、内燃機関の振動や、マニホ
ールドケース内の周期的な排気圧力変動等により、前記
円筒状ガイドパイプが振動し、また重力や加速力等の外
力により、前記円筒状ガイドパイプが前記マニホールド
ケースに接触した場合、排気ガス中の熱が前記円筒状ガ
イドパイプからマニホールドケースを経由して大気中に
放熱され、排気ガス温度が低下する難点がある。

【０００７】また排気ポート取付けフランジと排気管取
付けフランジとは、マニホールドケースだけで、連結さ
れているため、排気マニホールド本体の強度、剛性が低
く、その結果、排気管取付けフランジを内燃機関または
内燃機関を搭載している車体に支持する必要があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、この
ような難点を克服した多気筒内燃機関の排気マニホール
ドの改良に係り、内燃機関の各気筒の排気ポートに排気
マニホールドの薄肉分岐パイプ上流端が連なり、その分
岐パイプの下流端が集合して板金製集合部に連なる多気
筒内燃機関の排気マニホールドにおいて、前記分岐パイ
プおよび前記集合部の外周に空間を持って板金製ケース
が装着され、前記分岐パイプの板厚を前記集合部の板厚
よりも薄く形成されるとともに、前記集合部の板厚を前
記ケースの板厚よりも薄く形成されたことを特徴とする
ものである。

【０００９】本発明は、前記したように構成されている
ので、外力を受けるケースの板厚を厚くし、該ケースに
保護されている分岐パイプおよび集合部の板厚を薄くし
たため、排気マニホールドを高い強度、剛性状態に維持
しつつ、軽量化を図ることができる。

【００１０】また請求項１記載の発明では、前記分岐パ
イプの板厚を前記集合部の板厚よりも薄く形成されると
ともに、前記集合部の板厚を前記ケースの板厚よりも薄
く形成されているので、高温の排気ガスが直接触れる前
記分岐パイプおよび集合部が前記ケースよりも薄く、次
いで集合部が薄く、前記ケースが最も厚く、該ケース、
集合部、分岐パイプの順に熱容量が小さく、しかも前記
ケースが前記分岐パイプおよび集合部の外周に空間を持
って包囲し、その結果、高温の排気ガスはそれ程冷却さ
れずに、排気マニホールド下流側の排気ガス浄化用触媒
に触れ、該排気ガス浄化用触媒が直ちに活性化しうる。

【００１１】さらに本発明を請求項２記載のように構成
することにより、高温に加熱されて熱膨張し易い分岐パ
イプおよび集合部の接続部を相対的に自由にスライドさ
せて、これら分岐パイプおよび集合部とケースとの熱膨
張差を吸収させることができる。

【００１２】さらにまた本発明を請求項２記載のように
構成することにより、内燃機関や車両の振動で振動し易
い分岐パイプの下流端が安定して支持される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし図７に図示され
た本発明の一実施形態について説明する。排気マニホー
ルド１は、図示されない乗用車に搭載される直列４気筒
４ストローク内燃機関に用いられる排気マニホールドで
あって、該排気マニホールド１はスチール製上流側フラ
ンジ２と、スチール製下流側フランジ３と、４本の分岐
パイプたる板厚0.6mm のステンレス製エキマニパイプ４
と、板金製集合部たる板厚0.8mm のステンレス製エキマ
ニチャンバー５と、該エキマニパイプ４およびエキマニ
チャンバー５を覆う板厚２mmのケースたるステンレス製
エキマニケース６とよりなっており、図１に図示される
ように、前記上流側フランジ２には、前記内燃機関の図
示されないシリンダヘッドの排気ポートの下流開口にそ
れぞれ連なる４個の孔10と、該シリンダヘッドにネジ止
めされるボルトを通すためのボルト孔11とが形成され、
前記下流側フランジ３には、図示されない排気管に連な
る孔12と、該排気管の上流端のフランジを貫通するオネ
ジ13がネジ止めされたネジ孔14と、図示されないシリン
ダブロックにブラケッケトを介して接続するためのボル
ト孔15とが形成されている。

【００１４】また前記エキマニチャンバー５は、２枚の
プレス成型された表側チャンバー半体18および裏側チャ
ンバー半体19を最中状に合せ、その上流端20を相互に溶
接でもって一体に結合されたもので、該エキマニチャン
バー５の各分岐上流開口端部21は、内方へ湾曲されて、
該分岐上流開口端部21にエキマニパイプ４の下流端17が
それぞれ相対的に摺動可能に嵌込まれている。

【００１５】さらにエキマニケース６も、２枚のプレス
成型された表側ケース半体24および裏側ケース半体25が
やはり最中状に合され、図１の太線で図示されるよう
に、その当接外周部全周に亘り溶接でもって一体に結合
され、その分岐上流端部26はそれぞれエキマニパイプ４
の上流端16の外周に密接して上流側フランジ２の連通孔
10に嵌込まれ、図４、図５の太線で図示されるように、
溶接でもって、上流側フランジ２の孔10と、エキマニパ
イプ４の上流端16とエキマニケース６の分岐上流端部26
とが相互に一体に結合され、集合下流端部27はエキマニ
チャンバー５の集合下流開口端部22の外周面に密接して
下流側フランジ３の孔12に嵌込まれ、溶接でもって、下
流側フランジ３の連通孔12と、エキマニチャンバー５の
集合下流開口端部22とエキマニケース６の集合下流端部
27とが相互に一体に結合され、エキマニパイプ４とエキ
マニチャンバー５との嵌込み部の外側には、エキマニケ
ース６の表側ケース半体24および裏側ケース半体25の内
方へ湾曲された外方湾曲部28、内方湾曲部29でもって押
されている。

【００１６】さらにまたエキマニチャンバー５の表側チ
ャンバー半体18には、集合下流部に位置して、センサ取
付け孔23が形成されるととに、エキマニケース６の表側
ケース半体24にも、これに対応した位置にてセンサ取付
け孔30が形成されており、これらセンサ取付け孔23、30
を貫通してエキマニチャンバー５内に図示されないＯ ₂
センサの検出部が突出されるようになっている。

【００１７】しかも、図示されない内燃機関の１、２、
３、４番気筒の排気ポートにそれぞれ連なる１、２、
３、４番の孔10₁ 、10₂ 、10₃ 、10₄ に１、２、３、４
番のエキマニパイプ４₁ 、４₂ 、４₃ 、４₄ が接続され
るが、図１から明らかなように、１、４番の孔10₁ 、10
₄ は、下流側フランジ３の孔12に対して離れた位置に配
置される結果、１、４番のエキマニパイプ４₁ 、４₄ の
下流端17₁ 、17₄ は、図１の正面図で、２、３番のエキ
マニパイプ４₂ 、４₃ の下流端17₂ 、17₃ に比べて、下
流側フランジ３の孔12より離れた位置にてエキマニチャ
ンバー５内に開口されている。

【００１８】図１ないし図６に図示の実施形態は、前記
したように構成されているので、図示されない内燃機関
が運転を開始すると、各気筒の燃焼室で発生した高温排
気ガスが図示されない排気ポートから上流側フランジ２
の連通孔10、エキマニパイプ４、エキマニチャンバー５
および下流側フランジ３の連通孔12を介して図示されな
い排気管に排出される。

【００１９】この内燃機関始動時においては、排気マニ
ホールド１は低温状態で、排気ガスの熱を吸収して、排
気ガスが冷却される傾向にあるが、エキマニパイプ４、
エキマニチャンバー５およびエキマニケース６はいずれ
も薄板金製であって、また排気ポートから排出された最
高温の排気ガスに直接触れるエキマニパイプ４の板厚が
0.6mm と最も薄く、このエキマニパイプ４に触れて幾分
温度が低下した下流側排気ガスに直接触れるエキマニチ
ャンバー５の板厚が0.8mm と次に厚く、これらエキマニ
パイプ４およびエキマニチャンバー５の外周を覆って直
接排気ガスに触れないエキマニケース６の板厚が２mmと
最も厚くなっている結果、排気ガスに直接触れる部分の
熱容量が小さく、かつ、エキマニパイプ４、エキマニチ
ャンバー５に対してエキマニケース６が空間を有する２
重構造となって断熱性に富んでいるため、排気ガスがそ
れ程低温に冷却されず、図示されない排気管中の排気ガ
ス浄化用触媒が直ちに活性化することができ、始動時の
排気ガス浄化用触媒の初期機能が低下することが避けら
れる。

【００２０】また排気マニホールド１のエキマニケース
６内の排気通路が、その通路方向に沿って２分割された
エキマニパイプ４およびエキマニチャンバー５で構成さ
れ、かつエキマニパイプ４の下流端17がエキマニチャン
バー５の上流開口端部21にスライド可能に嵌込まれてい
るため、エキマニパイプ４およびエキマニチャンバー５
が、エキマニケース６に比べて高温に加熱された結果、
エキマニパイプ４およびエキマニチャンバー５の熱膨張
量が、エキマニケース６の熱膨張量に比べて大きくて
も、その熱膨張の差は、エキマニパイプ４とエキマニチ
ャンバー５との相対的スライドでもって吸収され、エキ
マニパイプ４、エキマニチャンバー５およびエキマニケ
ース６に大きな熱応力が発生することが未然に防止され
る。

【００２１】さらに、エキマニパイプ４の下流端17がエ
キマニチャンバー５の上流開口端部21にスライド可能に
嵌込まれていても、この嵌込み部には、エキマニケース
６の表側ケース半体24および裏側ケース半体25の外方彎
曲部28、内方彎曲部29でもって内方へ押えられているた
め、図示されない内燃機関で発生した振動が排気マニホ
ールド１に伝達されても、エキマニパイプ４の下流端17
とエキマニチャンバー５の上流端21との嵌込み部の振動
は確実に抑制される。

【００２２】さらにまた、図示されない内燃機関の４個
の気筒では、１、３、４、２番気筒の順序で等間隔に燃
焼を起し、かつ、１、４番のエキマニパイプ４₁ 、４₄
の開口端17₁ 、17₄ と２、３番のエキマニパイプ４₂ 、
４₃ の開口端17₂ 、17₃ とが位置をずらして配置されて
いるため、排気干渉を起こすことがなく、排気の動的効
果が充分に発揮されて、吸入効率が間接的に増大し、機
関出力および効率が向上しうる。

【００２３】しかもエキマニパイプ４の下流端17がエキ
マニチャンバー５の上流開口端部21にスライド可能に嵌
込まれて、この嵌込み部が気密でなくても、エキマニパ
イプ４およびエキマニチャンバー５の外周面がエキマニ
ケース６でもって気密に密閉されているため、排気の漏
洩は未然に阻止されうる。

【００２４】またエキマニパイプ４の各々下流端17は、
下流に向って空間が縮小されているエキマニチャンバー
５内の中央付近まで突出し、かつ集合下流端部に向けて
開口されているため、排気ガスが整流されて大きな乱れ
を起こさずに円滑に排気マニホールド１内を排気ガスが
流れることができ、排気抵抗の低下で吸入効率の向上も
可能となる。

【００２５】さらに外部に露出して大きな力を受け易い
エキマニケース６の板厚が２mmと厚く、かつこのエキマ
ニケース６内で保護されるエキマニパイプ４とエキマニ
チャンバー５の板厚が0.6mm,0.8mm と薄いため、排気マ
ニホールド１全体の強度、剛性はこの厚いエキマニケー
ス６で充分に得られるとともに、薄いエキマニパイプ４
とエキマニチャンバー５によって排気マニホールド１の
軽量化が推進可能となる。

【００２６】さらにまた高温の排気ガスが集中するエキ
マニチャンバー５が最も高い温度に加熱されていても、
高温の排気ガスに触れるエキマニパイプ４より厚くなっ
ているため、エキマニチャンバー５はこの高温にも充分
に耐えることができる。

【００２７】そしてエキマニパイプ４、エキマニチャン
バー５およびエキマニケース６の板厚を合理的に設定し
ているため、熱容量および重量を低水準に維持しつつ、
充分な強度、剛性の排気マニホールド１を得ることがで
きる。

【００２８】

【発明の効果】このように請求項１記載の発明では、外
力を受けるケースの板厚を厚くし、該ケースに保護され
ている分岐パイプおよび集合部の板厚を薄くしたため、
排気マニホールドを高い強度、剛性状態に維持しつつ、
軽量化を図ることができる。

【００２９】また請求項１記載の発明においては、前記
分岐パイプおよび集合部内を流れる排気ガスは、流れに
乱れを起さずに円滑に流れることができるので、機関出
力や効率が高水準に維持される。

【００３０】さらに請求項１記載の発明では、排気マニ
ホールド内の高温排気ガスは、それ程冷却されずに、該
排気マニホールド下流側の排気ガス浄化用触媒に触れ、
該排気ガス浄化用触媒が直ちに活性化されるので、排気
ガスは始動直後でも充分に浄化されうる。

【００３１】さらにまた請求項１記載の発明において
は、分岐パイプおよび集合部とケースとに空気層が介在
しているため、断熱性と遮音性が優れている。そして断
熱性が優れているため、前記ケースから放散される輻射
熱が低下し、エンジンルーム内の雰囲気温度が低下し、
内燃機関の吸入効率が向上する。

【００３２】また請求項２記載の発明では、分岐パイプ
および集合部とケースとの熱膨張差を吸収させることが
できるので、該分岐パイプ、集合部およびケースにおけ
る熱応力の発生が抑制され、排気マニホールドの耐久性
が向上する。

【００３３】さらに請求項２記載の発明においては、内
燃機関や該内燃機関を搭載している車両の振動により振
動を起し易い分岐パイプの下流端が安定して支持される
ため、該分岐パイプの振動が抑制され、排気マニホール
ドの耐久性がこの面でも向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多気筒内燃機関の排気マニホール
ドの一実施形態の正面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図１の側面図である。

【図４】図１のIV−IV線に沿って載断した縦断側面図で
ある。

【図５】図１のＶ−Ｖ線に沿って載断した縦断側面図で
ある。

【図６】図１のVI−VI線に沿って載断した縦断側面図で
ある。

【図７】図４の要部拡大縦断側面図である。

【符号の説明】

１…排気マニホールド、２…上流側フランジ、３…下流
側フランジ、４…エキマニパイプ、５…エキマニチャン
バー、６…エキマニケース、10…孔、11…ボルト孔、12
…孔、13…オネジ、14…ネジ孔、15…ボルト孔、16…上
流端、17…下流端、18…表側チャンバー半体、19…裏側
チャンバー半体、20…上流端、21…分岐上流開口端部、
22…集合下流開口端部、23…センサ取付け孔、24…表側
ケース半体、25…裏側ケース半体、26…分岐上流端部、
27…集合下流端部、28…外方彎曲部、29…内方彎曲部、
30…センサ取付け孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松田 卓 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 藤森 浩一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒の排気ポートに排気マ
   ニホールドの薄肉分岐パイプ上流端が連なり、その分岐
   パイプの下流端が集合して板金製集合部に連なる多気筒
   内燃機関の排気マニホールドにおいて、 前記分岐パイプおよび前記集合部の外周に空間を持って
   板金製ケースが装着され、 前記分岐パイプの板厚を前記集合部の板厚よりも薄く形
   成されるとともに、 前記集合部の板厚を前記ケースの板厚よりも薄く形成さ
   れたことを特徴とする多気筒内燃機関の排気マニホール
   ド。
2. 【請求項２】 前記分岐パイプと前記集合部とがスライ
   ド部により相対移動可能に保持されるとともに、前記ス
   ライド部は前記集合部と前記ケースに各々形成された内
   方突出部により保持されたことを特徴とする前記請求項
   １記載の多気筒内燃機関の排気マニホールド。