(57)【要約】【課題】多気筒エンジンの各気筒の排気ポートにそれぞれ接続される複数の分岐管と、それらが寄せ集められる集合管とを含むエキゾーストマニホールドにおいて、冷間始動時の触媒の暖機特性とエンジンの高速・高負荷時の触媒の温度とを両立させること。【解決手段】エンジンから集合管までの分岐管３１〜３４に関し、全体として単管構造とした上で、一端部が気筒の排気ポートに接続される上流側パイプ３ａの口径を小さく且つ肉厚を薄くする一方で、他端部が集合管内に収容される下流側パイプ３ｂの口径を大きく且つ肉厚を厚くするとともに、上流側パイプ３ａの他端部および下流側パイプ３ｂの一端部の連結部におけるそれらの中心Ｃ１，Ｃ２を偏心させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒エンジンの各気筒の排気ポートにそれぞれ接続される複数の分岐管と、それらが寄せ集められる集合管とを含むエキゾーストマニホールドにおいて、
前記各分岐管は、全体として単管構造を有するものであって、一端部が前記気筒の排気ポートに接続される上流側パイプと、他端部が前記集合管内に収容されるとともに口径が前記上流側パイプより大きく且つ肉厚が前記上流側よりも厚い下流側パイプとを備え、
前記上流側パイプの他端部と前記下流側パイプの一端部との連結部におけるそれらの中心同士は、偏心していることを特徴とするエキゾーストマニホールド。
【請求項２】
請求項１に記載のエキゾーストマニホールドにおいて、
前記上流側パイプと前記下流側パイプとの連結部におけるそれらの間には、当該上流側パイプの中心と当該下流側パイプの中心とを偏心させるためのスペーサが介装されていることを特徴とするエキゾーストマニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのエキゾーストマニホールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、特許文献１には、エンジンのシリンダヘッドに開口した排気ポートに連通接続されるエキゾーストマニホールドを、上流側のフランジ板、下流側のフランジ板、および両フランジ板を一体に接続するプレス製のマニホールド本体より構成したものが提案されている。
【０００３】
ところが、上記特許文献１に記載のようなエキゾーストマニホールドのプレス製マニホールド本体は、上部半体と下部半体とに上下に分割形成され、それらの半体の周縁を相互に溶接して構成され、その溶接方向は、エキゾーストマニホールド内を流れる排気ガスの流れ方向に沿っているので、エンジンの排気ポートより排出される高温の排気ガスがマニホールド本体内を流れるとき、上記溶接部に直接当たり、当該溶接部の劣化を早める原因となる。その結果、エキゾーストマニホールド全体の熱的耐久性が損なわれる。特に、ディーゼルエンジンのように、燃焼温度が高く、排気ポートから排出される排気ガスの温度が高い場合に、この問題が一層大きくなる。
【０００４】
そこで、特許文献２では、エンジンの排気ポートに連通される上流側接続フランジ、および排気管に連通される下流側接続フランジに一体に結合されて排気導入口と排気流出口とを連通するプレス製のエキゾーストマニホールドにおいて、マニホールド本体を、上流側接続フランジに固定される上流側半体と、下流側接続フランジに固定される下流側半体とに分割成形し、それらの分割開放面同士を一体に接合して構成し、さらにその接合部を、マニホールド本体内を流れる排気ガスの流れ方向と対向しないように、排気ガスの流れ方向とほぼ直交させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平９−２８７４４５号公報
【特許文献２】特開２００５−３６７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近時、エキゾーストマニホールドとして、触媒の始動暖機を早めるため、パイプを二重に構成し、内外二重のパイプ間の空間を断熱層としているものがある。
【０００６】
このような完全二重管エキゾーストマニホールドにおいては、冷間始動時の触媒の暖機性は大きく向上するが、エンジンの高速・高負荷時には、触媒に入る排気ガスの温度が高くなりすぎる。これに伴って、触媒の温度も高くなりすぎる。これは、完全二重管エキゾーストマニホールドの保温特性が強すぎるからである。
【０００７】
そこで、冷間始動時の触媒の暖機特性とエンジンの高速・高負荷時の触媒の温度とを両立させる必要がある。
【０００８】
本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされたもので、冷間始動時の触媒の暖機特性とエンジンの高速・高負荷時の触媒の温度とを両立させ得るエキゾーストマニホールドの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、多気筒エンジンの各気筒の排気ポートにそれぞれ接続される複数の分岐管と、それらが寄せ集められる集合管とを含むエキゾーストマニホールドにおいて、前記各分岐管は、全体として単管構造を有するものであって、一端部が前記気筒の排気ポートに接続される上流側パイプと、他端部が前記集合管内に収容されるとともに口径が前記上流側パイプより大きく且つ肉厚が前記上流側よりも厚い下流側パイプとを備え、前記上流側パイプの他端部と前記下流側パイプの一端部との連結部におけるそれらの中心同士は、偏心しているものである。
【００１０】
エンジンから集合管までの複数の分岐管に関し、全体として単管構造とした上で、一端部が気筒の排気ポートに接続される上流側パイプの口径を小さく且つ肉厚を薄くする一方で、他端部が集合管内に収容される下流側パイプの口径を大きく且つ肉厚を厚くするとともに、上流側パイプの他端部および下流側パイプの一端部の連結部におけるそれらの中心同士を偏心させているので、始動時の触媒の暖機が促進されるとともに、エンジンの高速・高負荷時には過熱が抑制される。
【００１１】
ところで、上流側パイプと下流側パイプとの連結部では、小口径の上流側パイプの外壁面と大口径の下流側パイプの内壁面とを密閉する必要がある。
【００１２】
そこで、上記エキゾーストマニホールドにおいては、前記上流側パイプと前記下流側パイプとの連結部におけるそれらの間には、当該上流側パイプの中心と当該下流側パイプの中心とを偏心させるためのスペーサが介装されている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、冷間始動時の触媒の暖機特性とエンジンの高速・高負荷時の触媒の温度とを両立させるエキゾーストマニホールドの提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１５】
＜構成＞
図１は本発明の実施の形態にかかるエキゾーストマニホールドの構成を示す図、図２は図１の矢印Ａ方向から視た断面図である。これらの図に示す例では、本発明を４気筒エンジンに適用した例を示している。
【００１６】
図１を参照して、本実施の形態にかかるエキゾーストマニホールド１は、図示しないガスケットを介してエンジン２に締結され、ステンレス鋼などの同一の材料からなる４つの分岐管３１，３２，３３，３４を備えている。
【００１７】
各分岐管３１〜３４は、一端が共通のフランジ４によってエンジン２の各気筒の排気ポートに接続される一方で他端が共通の集合管５内に寄せ集められ、ここから内部に触媒６を収容した触媒ケース７を介して排気管８に接続される。すなわち、本エキゾーストマニホールド１は、フランジ４、分岐管３１〜３４、集合管５および触媒ケース７をそれぞれ溶接にて一体に構成される。
【００１８】
また、各分岐管３１〜３４においては、図２に示すように、全体として単管構造を有するものであって、一端部がエンジン２の気筒の排気ポートに接続されるとともに口径が小で且つ肉厚が薄い上流側パイプ３ａと、他端部が集合管５内に収容されるとともに口径が大で且つ肉厚が厚い下流側パイプ３ｂとを備え、小口径で薄肉の上流側パイプ３ａの他端部が大口径で厚肉の下流側パイプ３ｂの一端部内に嵌め込まれている。すなわち、下流側パイプ３ｂは、口径が上流側パイプ３ａよりも大きく且つ肉厚が上流側パイプ３ｂよりも薄くなっている。これら上流側パイプ３ａの他端部と下流側パイプ３ｂの一端部との連結部におけるそれらの中心Ｃ１，Ｃ２同士は、偏心している。具体的には、下流側パイプ３ｂの中心Ｃ２は、上流側パイプ３ａに対して、上流側パイプ３ａの排気ガス主流が偏流したときも下流側パイプ３ｂでの偏流が抑えられる方向に偏心している。それゆえ、上流側パイプ３ａと下流側パイプ３ｂとの連結部におけるそれらの間には、当該上流側および下流側パイプ３ａ，３ｂの中心Ｃ１，Ｃ２同士を偏心させるための環状のスペーサ９が介装されている。なお、図２においては、分岐管３１のみが示されている。
【００１９】
触媒６は、図１に示すように、触媒マット１１を介して触媒ケース７内に圧入保持されている。
【００２０】
＜動作原理＞
分岐管３１〜３４の一端がエンジン２の各気筒に接続される一方で他端が共通の集合管５内に寄せ集められ、ここから内部に触媒６を収容した触媒ケース７を介して排気管８に接続されることによって、エンジン２の各気筒からの排気ガスが集合して排出される。
【００２１】
エンジン２の始動暖機時には、エンジン２の排気ガスの熱エネルギーは小さい。そこで、エキゾーストホールド１に熱ができるだけ逃げないように、触媒６を早期に暖機させる必要がある。
【００２２】
このとき、分岐管３１〜３４の上流側パイプ３ａの肉厚が下流側パイプ３ｂの肉厚よりも薄いので、熱容量が小さく、エンジン２の始動後、速やかに上流側パイプ３ａの壁温が上昇する。熱は、壁温とガス温の温度差で移動するので、早期の壁温上昇で上流側パイプ３ａへの熱移動は小さくなる。
【００２３】
また、分岐管３１〜３４の下流側においては、下流側パイプ３ｂの口径が上流側パイプ３ａの口径よりも大とされその口径の急拡大により、壁面近傍の排気ガスの流速は緩和される。
【００２４】
さらに、上流側パイプ３ａの中心Ｃ１および下流側パイプ３ｂの中心Ｃ２同士は偏心しているため、上流側パイプ３ａの排気ガス主流が偏流したときも下流側パイプ３ｂでの偏流が抑えられ、壁面における熱伝達係数の局所的な増大が抑制される。そのため、分岐管３１〜３４の下流側の熱伝達係数は小さくなるから、下流側パイプ３ｂへの熱移動も小さくなる。
【００２５】
このように、上流側パイプ３ａの薄肉化および下流側パイプ３ｂの壁面の熱伝達係数を小さくすることで、エンジン２の始動時の保温性を向上させ、熱エネルギーを触媒６の暖機に有効活用できることとなる。
【００２６】
一方、高速・高負荷時には、エンジン２の排気ガスの熱エネルギーは増大する。
【００２７】
このとき、分岐管３１〜３４が二重管構造であると、上述したように、パイプ間の空間に断熱層を有するため、熱抵抗が大きく保温性に富む結果、触媒６に入る排気ガス温度が高くなりすぎる。
【００２８】
これに対し、本実施の形態では、分岐管３１〜３４（上流側パイプ３ａおよび下流側パイプ３ｂ）は単管構造を有しており、熱抵抗が小さいので、エキゾーストマニホールド１への熱移動は大きく、壁温が上昇する。エキゾーストマニホールド１に移動した熱は、輻射および対流によって外部に逃げるので、エンジン２の高速・高負荷時の触媒６の温度の過熱が抑制される。
【００２９】
＜作用・効果＞
本実施の形態によると、以下の作用・効果を奏する。
【００３０】
エンジン２から集合管５までの分岐管３１〜３４に関し、全体として単管構造とした上で、一端部が気筒の排気ポートに接続される上流側パイプ３ａの口径を小さく且つ肉厚を薄くする一方で、他端部が集合管５内に収容される下流側パイプ３ｂの口径を大きく且つ肉厚を厚くするとともに、上流側パイプ３ａの他端部および下流側パイプ３ｂの一端部の連結部におけるそれらの中心Ｃ１，Ｃ２を偏心させているので、始動時の触媒６の暖機が促進されるとともに、エンジン２の高速・高負荷時には過熱が抑制される。このように、エキゾーストマニホールド１の保温性と放熱性とのバランスがとれることにより、冷間始動時の触媒６の暖機性向上とエンジン２の高速・高負荷時の触媒劣化防止を両立できる。
【００３１】
また、上流側パイプ３ａと下流側パイプ３ｂとの連結部におけるそれらの間に、当該上流側および下流側パイプ３ａ，３ｂの中心Ｃ１，Ｃ２同士を偏心させるためのスペーサ９を介装しているので、上流側および下流側パイプ３ａ，３ｂの連結部では、上記中心Ｃ１，Ｃ２同士を偏心させた状態で小口径の上流側パイプ３ａの外壁面と大口径の下流側パイプ３ｂの内壁面とを密閉することができる。
【００３２】
さらに、始動時の触媒６の暖機が早いので、炭化水素の排出を低減できるとともに、高速・高負荷領域のエンジン２の空燃比を理論空燃比で運転できるので、燃費が向上するのみならず、排気ガスをクリーンにできるという波及効果も生じる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００３４】
たとえば、上記実施の形態において、各分岐管のエンジンから集合管に至るまでの領域の全部または一部の外表面を高輻射率のコート材で覆ってもよい。この場合、さらに放熱性が上がる。なお、上記のコート材としては、二酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化銅などの酸化物と、アルミナ珪酸ガラス、ソーダ鉛ガラス、バリウムガラス、高鉛ガラスなどの低融点高膨張ガラスとの組成物からなるものなどを例示できる。
【００３５】
その他、本明細書に添付の特許請求の範囲内での種々の設計変更および修正を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は本発明の実施の形態にかかるエキゾーストマニホールドの構成を示す図である。
【図２】図２は図１の矢印Ａ方向から視た断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  エキゾーストマニホールド
２  エンジン
３１〜３４  分岐管
３ａ  上流側パイプ
３ｂ  下流側パイプ
５  集合管
９  スペーサ
Ｃ１，Ｃ２  中心
【図１】
2010112226.tif 000003
【図２】
2010112226.tif 000004