JPS632567Y2 - - Google Patents

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JPS632567Y2
JPS632567Y2 JP14714182U JP14714182U JPS632567Y2 JP S632567 Y2 JPS632567 Y2 JP S632567Y2 JP 14714182 U JP14714182 U JP 14714182U JP 14714182 U JP14714182 U JP 14714182U JP S632567 Y2 JPS632567 Y2 JP S632567Y2
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exhaust
wall
separators
port
separator
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Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、内燃機関の排気浄化装置に関するも
のであり、とくに排気マニホルド部の熱負荷に対
する耐久性を向上させた排気浄化装置に関するも
のである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an exhaust gas purification device for an internal combustion engine, and particularly to an exhaust gas purification device that has improved durability against heat loads on the exhaust manifold portion.

排気マニホルドは、各シリンダからの排出ガス
を一本にまとめてエキゾストパイプあるいは排気
マニホルド直下に設置される触媒コンバータに送
る役割を果たすが、カウンタフローの内燃機関で
は吸気マニホルドとの干渉を避けるために、上
下、または左右方向に湾曲する湾曲部を有する構
造となつている。排気マニホルドの通路が湾曲し
ている部分では、排出ガスの主流が通路内壁に衝
突する部分で排出ガスが湾曲の外周側の通路内壁
に強くあたり、この部分では排出ガスからの受熱
量が大きく、したがつて通路壁の伸縮量が他の部
位よりも増大する。とくに、排気マニホルドの排
気ポート部すなわち内部に隔壁としてのセパレー
タが設けられた双管部においては、セパレータと
管壁との熱歪差により管壁に大きな内部応力が発
生するが、とくにセパレータ終端部においては、
管壁には内部応力の集中度が高く、管壁に亀裂が
生じるおそれもある。この亀裂発生を防止するた
めにはセパレータの肉厚を大きくしてポトーの熱
変形を抑制することが考えられるが、セパレータ
の肉厚を大きくするとその分通路断面積が減少し
て排気抵抗が増加するとともに、セパレータの体
積増加により排気マニホルドが増加するという別
の問題が生じてしまい、これら別の問題を生じさ
せない熱歪の抑制方法の開発が望まれていた。
The exhaust manifold plays the role of collecting exhaust gas from each cylinder and sending it to the exhaust pipe or catalytic converter installed directly below the exhaust manifold, but in counterflow internal combustion engines, it is necessary to avoid interference with the intake manifold. The structure has a curved portion that curves vertically or horizontally. In the part where the passage of the exhaust manifold is curved, the exhaust gas strongly hits the inner wall of the passage on the outer circumferential side of the curve at the part where the mainstream of the exhaust gas collides with the inner wall of the passage, and the amount of heat received from the exhaust gas is large in this part. Therefore, the amount of expansion and contraction of the passage wall is greater than that of other parts. In particular, in the exhaust port section of the exhaust manifold, that is, in the twin pipe section in which a separator as a partition wall is provided inside, a large internal stress is generated in the tube wall due to the difference in thermal strain between the separator and the tube wall. In,
There is a high concentration of internal stress in the pipe wall, and there is a risk that cracks will occur in the pipe wall. In order to prevent this crack from occurring, it may be possible to increase the wall thickness of the separator to suppress thermal deformation of the poteau, but increasing the wall thickness of the separator reduces the cross-sectional area of the branch passage and increases exhaust resistance. At the same time, another problem arises in that the volume of the exhaust manifold increases due to the increase in the volume of the separator, and it has been desired to develop a method for suppressing thermal distortion that does not cause these other problems.

本考案は、このような要望を満足する、すなわ
ち、排気マニホルドの排気抵抗および重量を増大
させることなく排気マニホルドの局部的な熱歪を
抑制し、繰り返しかかる熱負荷に対する排気浄化
装置の耐久性を向上させることを目的とする。
The present invention satisfies these demands, that is, suppresses local thermal distortion of the exhaust manifold without increasing the exhaust resistance and weight of the exhaust manifold, and improves the durability of the exhaust purification device against repeated thermal loads. The purpose is to improve.

この目的に沿う本考案の排気浄化装置は、排気
マニホルドの双管部に設けられたセパレータの集
合ポート部側端部の上下部をR形状をもつて構成
し、とくに排出ガスの主流が強くあたる下部内壁
面に連なるセパレータ端部下部のR形状を上部の
R形状に比べて大にしてセパレータの下部R部を
集合ポート部側に長く延設したものから成つてい
る。
The exhaust gas purification device of the present invention, which meets this purpose, has an R-shaped upper and lower part of the collecting port side end of the separator provided in the twin pipe part of the exhaust manifold, so that the main stream of exhaust gas hits particularly strongly. The lower R shape of the separator end portion connected to the lower inner wall surface is made larger than the upper R shape, and the lower R portion of the separator is extended long toward the collecting port portion side.

このようにセパレータ端部の下部R形状部を大
きな丸味とすることにより、セパレータが角形状
で排気ポート下壁に接続する場合に比べて、セパ
レータと排気ポートの温度差の変化が緩やかにな
り、そのために熱歪が小となる他、切欠効果によ
る形状的な応力集中も減少し、局部的な熱応力の
集中が緩和され、かつ低減する。そのため熱負荷
が繰り返しかかつても亀裂等を生じるおそれはな
く、耐久性上問題になることはない。
In this way, by making the lower rounded portion of the separator end portion largely rounded, the temperature difference between the separator and the exhaust port changes more slowly than when the separator is square and connected to the lower wall of the exhaust port. Therefore, in addition to reducing thermal strain, geometrical stress concentration due to the notch effect is also reduced, and local thermal stress concentration is relaxed and reduced. Therefore, even if the heat load is repeated, there is no risk of cracking or the like, and there is no problem in terms of durability.

以下に本考案の排気浄化装置の望ましい実施例
を図面を参照しながら説明する。
Preferred embodiments of the exhaust purification device of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図ないし第4図は本考案の一実施例に係る
排気浄化装置を4気筒エンジンの場合について示
している。第1図において、1は排気マニホル
ド、2は吸気マニホルドであり、両者はそのライ
ザ部を上下に合せて配設されている。排気マニホ
ルド1の左右に延びる集合ポートは、通路断面積
の拡大されたほぼ半球状の拡張室3にて互いに集
合しており、その直下に触媒コンバータ4が接続
されている。
1 to 4 show an exhaust purification device according to an embodiment of the present invention for a four-cylinder engine. In FIG. 1, 1 is an exhaust manifold, and 2 is an intake manifold, both of which are arranged with their riser portions aligned vertically. The collecting ports extending left and right of the exhaust manifold 1 are collected together in a substantially hemispherical expansion chamber 3 with an enlarged passage cross-sectional area, and a catalytic converter 4 is connected directly below the expansion chamber 3.

排気マニホルド1は、第2図および第3図に示
すように、#1ないし#4気筒に接続する#1な
いし#4排気ポート5,6,7,8を有してお
り、#1および#2排気ポート5,6からなる双
管部9が一方の集合ポート10に、#3および
#4排気ポート7,8からなる双管部11が他方
の集合ポート12に接続している。双管部9,1
1は、第4図に示すように、下方に向けて湾曲し
た後再び水平方向に向けて湾曲して集合ポート1
0,12に接続しており、集合ポート10,12
は第2図および第3図に示すように、双管部9,
11から接続する直後の部分10a,12aで拡
張室3側に湾曲し、それに更に続く部分10b,
12bで拡張室3に向かつて直線状に延びてい
る。
As shown in FIGS. 2 and 3, the exhaust manifold 1 has #1 to #4 exhaust ports 5, 6, 7, and 8 connected to #1 to #4 cylinders, and #1 to #4 exhaust ports 5, 6, 7, and 8 are connected to #1 to #4 cylinders. A twin pipe section 9 consisting of two exhaust ports 5 and 6 is connected to one collecting port 10, and a twin pipe section 11 consisting of #3 and #4 exhaust ports 7 and 8 is connected to the other collecting port 12. Double pipe part 9,1
1, as shown in FIG. 4, curves downward and then curves horizontally again to form the collection port
0,12, and collective ports 10,12
As shown in FIGS. 2 and 3, the double pipe portion 9,
The portions 10a, 12a immediately after connecting from 11 are curved toward the expansion chamber 3, and the portions 10b, which continue therefrom,
12b, which extends linearly toward the expansion chamber 3.

左右の集合ポート10,12が開口する拡張室
3は、排気マニホルド1の左右方向の中心部より
#1、#2排気ポート5,6側に片寄らせて配設
されている。集合ポート10,12の直線部10
b,12bの通路中心線は、平面的には拡張室3
内で交叉しており、この交叉部位に酸素センサ1
4の検知部14aが位置するように、検知部14
aを拡張室3内に突入させて拡張室3の壁13に
取付けられている。
The expansion chamber 3 in which the left and right collective ports 10 and 12 open is disposed so as to be biased toward the #1 and #2 exhaust ports 5 and 6 from the center of the exhaust manifold 1 in the left-right direction. Straight section 10 of gathering ports 10, 12
b, 12b passage center line is the expansion chamber 3 in plan view.
Oxygen sensor 1 is installed at this crossing point.
The detection unit 14 is located so that the detection unit 14a of No. 4 is located
A is inserted into the expansion chamber 3 and attached to the wall 13 of the expansion chamber 3.

排気マニホルド1の左右方向の中央部には、上
方に向かつて開口するすなわち上部に取付けられ
る吸気マニホルド2の下面に向けて開口する開口
部15を有するライザ部16が設けられている。
ライザ部16の集合ポート12が拡張室3に開口
する部分には、ヒートコントロールバルブ17が
設けられており、暖機の状態に応じて排出ガスの
流れを制御するようになつている。
A riser portion 16 is provided at the center in the left-right direction of the exhaust manifold 1. The riser portion 16 has an opening 15 that opens upward, that is, opens toward the lower surface of the intake manifold 2 attached above.
A heat control valve 17 is provided at a portion of the riser section 16 where the collection port 12 opens into the expansion chamber 3, and is adapted to control the flow of exhaust gas depending on the warm-up state.

双管部9,11には、左右の排気ポート部を、
それぞれ#1排気ポート5と#2排気ポート6お
よび#3排気ポート7と#4排気ポート8に隔て
る隔壁としてのセパレータ18,19が設けられ
ている。セパレータ18,19は、#1ないし
#4排気ポート5,6,7,8の入口部から集合
ポート部10,12との接続部まで延びており、
集合ポート部10,12と排気ポートとの接続部
におけるセパレータ18,19の終端部は、その
上下部がR形状に形成されている。したがつて、
セパレータ18,19の端部は、それぞれR形状
をもつて滑らかに集合ポート10,12の上下内
壁に接続されている。上下R部のうち下部R部の
半径R1は、上部R部の半径R0よりも曲率半径
が大きく、望ましくはその寸法関係はR1≒2×
R0となつている。さらに具体的にはR0が8mm
程度の場合R1は15mm程度に形成される。したが
つて半径R1をもつ下部のR部は、集合ポート1
0,12方向に長く延びて集合ポート10,12
下壁面に接続されている。また、セパレータ1
8,19の内厚t3は排気ポート11,12,1
4,15部の側壁の肉厚t1,t2よりも大である。
The twin pipe parts 9 and 11 have left and right exhaust ports,
Separators 18 and 19 are provided as partition walls to separate #1 exhaust port 5 and #2 exhaust port 6, and #3 exhaust port 7 and #4 exhaust port 8, respectively. The separators 18 and 19 extend from the inlet portions of the #1 to #4 exhaust ports 5, 6, 7, and 8 to the connection portions with the collecting port portions 10 and 12,
The upper and lower ends of the terminal ends of the separators 18 and 19 at the connections between the collective ports 10 and 12 and the exhaust ports are formed into an R shape. Therefore,
The ends of the separators 18 and 19 have rounded shapes and are smoothly connected to the upper and lower inner walls of the collection ports 10 and 12, respectively. Among the upper and lower R parts, the radius R1 of the lower R part has a larger radius of curvature than the radius R0 of the upper R part, and preferably the dimensional relationship is R1≒2×
It is set to R0. More specifically, R0 is 8mm
In the case of approximately 15 mm, R1 is formed to be approximately 15 mm. Therefore, the lower R section with radius R1 is the collection port 1
Collection ports 10 and 12 extend in the 0 and 12 directions.
Connected to the bottom wall. Also, separator 1
The inner thickness t 3 of 8, 19 is the exhaust port 11, 12, 1
This is larger than the wall thicknesses t 1 and t 2 of the side walls of parts 4 and 15.

上記の如く構成された本考案の排気浄化装置の
作用についてつぎに述べる。
The operation of the exhaust purification device of the present invention constructed as described above will be described below.

#1ないし#4排気ポート5,6,7,8入口
から送られてくる排出ガスは、第4図に示すよう
に、通路の湾曲に沿つて曲げられ、拡張室3に送
られる。排気ガスの流れは、通路の湾曲部では、
湾曲部直前の流れの指向性によつて、湾曲の外周
側の通路内面にあたり、流れの向きが曲げられ
る。すなわち、#1ないし#4排気ポート5,,
7,8入口から入つた排出ガスは、まず下方に向
けて曲がる湾曲部の外周側内面Aにあたつて下方
に折れ曲がり、つぎに再び水平方向近くまで曲げ
戻す湾曲部の湾曲外周側内面Bにあたつて、ほぼ
水平方向に折れ曲がり、さらに第2図における湾
曲部内面Cにあたつて拡張室3方向に向かつて流
れる。
Exhaust gas sent from the inlets of #1 to #4 exhaust ports 5, 6, 7, and 8 is bent along the curvature of the passage and sent to the expansion chamber 3, as shown in FIG. At the curved part of the passage, the flow of exhaust gas is
Due to the directivity of the flow just before the curved part, the direction of the flow is bent when it hits the inner surface of the passage on the outer circumferential side of the curve. That is, #1 to #4 exhaust port 5,,
Exhaust gas entering from the inlets 7 and 8 first hits the outer circumferential inner surface A of the curved portion that bends downward, bends downward, and then bends back to the near horizontal direction again to the curved outer circumferential inner surface B of the curved portion. The liquid then bends in a substantially horizontal direction, and then hits the inner surface C of the curved portion in FIG. 2 and flows toward the expansion chamber 3.

上記の如き排出ガスの主流が通路内壁に強くあ
たる部位では、排出ガスからの熱伝達が良くなり
通路壁の受熱量が大きくなる。したがつてその通
路壁は他の部分に比べて高温となり熱膨脹量も大
きくなる。このうち、ポート内面B部では、ポー
ト壁Bはセパレータ18,19より排出ガスのあ
たりを強く受けセパレータ18,19より伸びよ
うとする。しかし、ポート壁Bの熱膨脹はセパレ
ータ18,19のR1部の延設部によつて滑らか
に拘束されているので、セパレータ18,19と
壁Bには互いに熱膨脹差の違いを等しくしようと
する内部応力が発生する。この内部応力は、セパ
レータ18,19の端部の通路壁との接続部の如
き形状の激しく変化する部分では切欠効果によ
り、セパレータ18,9の端部とその直後の如き
セパレータ18,19と内壁との温度差が急激に
変化する部位ではその温度変化により、その部位
に応力が集中しようとする。しかしセパレータ1
8,19のR部延設部は滑らかに集合ポート1
0,12側に延設されており、R部延設部は端側
になればなる程壁Bとの温度差が小さくなり、や
がてその差はなくなるので、壁Bの内部応力もR
部延設部の先端にいくにつれ滑らかに小さくな
り、局部的に大きな熱歪とその熱歪による応力集
中は発生しない。また、セパレータ18,19と
壁Bとは大きなR形状により接続するので切欠効
果は減少し、局部的な熱応力集中は更に減少され
る。セパレータ18,19とポート壁とのR形状
の半径は、鋳物製作上は通常8mm程度となるが、
セパレータ18,19の下端部のR形状の半径を
15mm程度に形成することにより、セパレータとポ
ート壁との接続部に亀裂発生は全く見られず、十
分な耐久性があることが判明した。
At the portion where the main flow of the exhaust gas strongly hits the inner wall of the passage as described above, heat transfer from the exhaust gas is improved and the amount of heat received by the passage wall increases. Therefore, the passage wall becomes hotter than other parts, and the amount of thermal expansion becomes larger. Among these, at the port inner surface B portion, the port wall B receives the exhaust gas more strongly than the separators 18 and 19, and tends to expand more than the separators 18 and 19. However, since the thermal expansion of the port wall B is smoothly restrained by the extended portion of the R1 portion of the separators 18 and 19, the separators 18 and 19 and the wall B have an internal structure that attempts to equalize the difference in thermal expansion. Stress occurs. This internal stress is caused by the notch effect in areas where the shape of the separators 18, 19 changes drastically, such as the connection between the ends of the separators 18, 19 and the passage walls, and the inner walls of the separators 18, 19, such as the ends of the separators 18, 9, and the inner walls immediately after the ends of the separators 18, 9. In areas where the temperature difference between But separator 1
The R section extensions of 8 and 19 smoothly connect to the gathering port 1.
0 and 12 sides, and the closer the R section extension is to the end, the smaller the temperature difference with wall B becomes, and the difference eventually disappears, so the internal stress of wall B also decreases to R.
It becomes smaller smoothly toward the tip of the extended portion, and locally large thermal strain and stress concentration due to the thermal strain do not occur. Moreover, since the separators 18, 19 and the wall B are connected by a large radius shape, the notch effect is reduced, and local thermal stress concentration is further reduced. The radius of the R shape between the separators 18 and 19 and the port wall is usually about 8 mm when manufacturing castings.
The radius of the R shape of the lower end of separators 18 and 19 is
By forming the separator to a thickness of about 15 mm, no cracks were observed at the connection between the separator and the port wall, indicating sufficient durability.

以上の通りであるから、本考案の排気浄化装置
によるときは、排気ポートのセパレータ終端上下
部にR部を設け、とくに下部R部を集合ポート側
に長く延ばして通路壁の局部加熱による熱歪を緩
和するとともに切欠効果を減少させたので、排気
マニホルドの排気抵抗および重量の増加を生じさ
せることなく、排気マニホルドの局部的な応力集
中を防止することができ、排気浄化装置の耐久性
を向上させることができる。
As described above, when using the exhaust gas purification device of the present invention, an R section is provided at the upper and lower part of the separator terminal end of the exhaust port, and the lower R section is particularly extended long toward the collecting port to prevent thermal distortion due to local heating of the passage wall. This reduces the notch effect and prevents localized stress concentration in the exhaust manifold without increasing the exhaust resistance or weight of the exhaust manifold, improving the durability of the exhaust purification device. can be done.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本考案の一実施例に係る排気浄化装置
の斜視図、第2図は第1図の排気浄化装置のうち
排気マニホルド部分の一部を断面にして示した平
面図、第3図は第1図の排気浄化装置のうち排気
マニホルド部分の一部を断面にして示した正面
図、第4図は第2図の装置の−線に沿う断面
図、である。 1……排気マニホルド、2……吸気マニホル
ド、3……拡張室、4……触媒コンバータ、5,
6,7,8……排気ポート、9,11……双管
部、10,12……集合ポート、14……酸素セ
ンサ、18,19……セパレータ、A,B……ポ
ート内壁面、R0,R1……セパレータ端部R形
状部の曲率半径。
FIG. 1 is a perspective view of an exhaust gas purification device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing a part of the exhaust manifold section of the exhaust gas purification device of FIG. 1, and FIG. 3 1 is a front view showing a part of the exhaust manifold section in the exhaust purification device of FIG. 1, and FIG. 4 is a sectional view of the device of FIG. 2 taken along the - line. 1... Exhaust manifold, 2... Intake manifold, 3... Expansion chamber, 4... Catalytic converter, 5,
6,7,8...exhaust port, 9,11...double pipe section, 10,12...collecting port, 14...oxygen sensor, 18,19...separator, A, B...port inner wall surface, R0 , R1... The radius of curvature of the R-shaped portion at the end of the separator.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 排気ポート部、該排気ポート部に連なる集合ポ
ート部、該集合ポート部が左右から開口する拡張
室からなる排気マニホルドの前記排気ポート部
を、該排気ポート部内に垂直方向に設けられた隔
壁からなるセパレータにより双管構造に構成した
排気浄化装置において、前記セパレータの集合ポ
ート部側端部の上下部をR形状にして滑らかに集
合ポートの上壁、下壁の内面に接続し、該セパレ
ータ端部の下部のR形状を上部のR形状より大に
したことを特徴とする排気浄化装置。
The exhaust port part of the exhaust manifold is composed of an exhaust port part, a collection port part connected to the exhaust port part, and an expansion chamber from which the collection port part opens from the left and right sides, and the exhaust port part is made up of a partition wall provided vertically within the exhaust port part. In an exhaust gas purification device configured with a twin-tube structure using separators, the upper and lower parts of the ends on the side of the collecting port of the separator are rounded and smoothly connected to the inner surfaces of the upper and lower walls of the collecting port, and the ends of the separators An exhaust gas purification device characterized in that a lower R-shape is larger than an upper R-shape.
JP14714182U 1982-09-30 1982-09-30 Exhaust purification device Granted JPS5952121U (en)

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