(57)【要約】【課題】集合部排気管３内に設けられている第一の仕切り板１１及び第二の仕切り板１２の振動ひいてはこれによる異音発生を防止する。【解決手段】直列４気筒内燃機関において、＃１，＃４気筒の上流側ブランチ管４，７は集合部排気管３の第一の流路１３に接続され、＃２，＃３気筒の上流側ブランチ管５，６は集合部排気管３の第二の流路１４に接続され、これらの流路は第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２によって区画されている。集合部排気管３は全体として湾曲し、仕切り板もこれに沿って湾曲している。第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２は重合して配置され、互いに異なる板厚をしており、交番圧力差等が原因の振動に対して、相互の板の間で接触摩擦が発生することで振動が減衰される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集合部排気管の入口に上流側排気管が接続されるとともに、この集合部排気管の内部に流路を区画する仕切り板を有する内燃機関の排気装置において、上記仕切り板は、第一の仕切り板と第二の仕切り板の２枚の板を重合して成り、第一の仕切り板と第二の仕切り板の板厚が異なることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
上記第一の仕切り板を集合部排気管の上流部分から下流部分にかけて配置し、第二の仕切り板を集合部排気管の下流部分に配置したことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
上記集合部排気管は、湾曲し、内部に上記第一の仕切り板と第二の仕切り板を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
上記仕切り板は、集合部排気管の湾曲形状に対応して、湾曲していることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
上記第一の仕切り板と第二の仕切り板との間に空隙を有することを特徴とする請求項１〜４に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項６】
上記第一の仕切り板と第二の仕切り板が密接していることを特徴とする請求項１〜４に記載の内燃機関の排気装置
【請求項７】
上記上流側排気管は、上記仕切り板によって２つに区画された集合部排気管内の第一の流路及び第二の流路に複数本づつ接続された、複数の上流側ブランチ管であることを特徴とする請求項１〜６に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項８】
第一の流路に接続された複数の上流側ブランチ管の熱容量は、第二の流路に接続された複数の上流側ブランチ管の熱容量より大きく、第一の流路側に設けられた仕切り板は、第二の流路側に設けられた仕切り板より薄いことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項９】
第一の流路に接続された複数の上流側ブランチ管のブランチ長は、第二の流路に接続された複数の上流側ブランチ管のブランチ長より長く、第一の流路側に設けられた仕切り板は、第二の流路側に設けられた仕切り板より薄いことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項１０】
第一の流路に接続された複数の上流側ブランチ管の肉厚は、第二の流路に接続された複数の上流側ブランチ管の肉厚より厚く、第一の流路側に設けられた仕切り板は、第二の流路側に設けられた仕切り板より薄いことを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項１１】
上記第一の仕切り板と第二の仕切り板は、スポット溶接されていることを特徴とする請求項１〜１０に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項１２】
上記第一の仕切り板と第二の仕切り板は、位置決めのための嵌め合い構造を有することを特徴とする請求項１〜１１に記載の内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は内燃機関の排気部品における仕切り板構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に開示されているように、集合部排気管の入口に気筒毎の複数の上流側ブランチ管を接続してなる排気装置において、集合部排気管内部での排気干渉を回避するために、集合部排気管内に径方向に沿った仕切り板を設けた構成が従来から知られている。例えば直列４気筒内燃機関では、集合部排気管内を仕切り板によって２つの領域に区画し、一方の領域に＃１，＃４気筒の上流側ブランチ管を接続し、他方の領域に＃２，＃３気筒の上流側ブランチ管を接続することで、いわゆる「４−２−１」の形で集合する排気系を実現するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特許第３４０５８５７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような集合部排気管内の仕切り板は、一般に、上流側端部は上流側排気管とともに固定支持されているものの、下流側端部は集合部排気管内で自由端となるため、振動しやすく異音発生の一因となる。特に、特許文献１に開示されている装置には、仕切り板の幅方向の熱膨張・熱収縮を吸収するために、幅方向中央部に仕切り板の剛性が低くなる部位があり、さらに振動しやすくなる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
集合部排気管の入口に複数の上流側排気管が接続されるとともに、この集合部排気管の内部に流路を区画する仕切り板を設けた内燃機関の排気装置において、上記仕切り板は、第一の仕切り板と第二の仕切り板の２枚の板を重合して成り、第一の仕切り板と第二の仕切り板の板厚が異なることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によれば、板厚の異なる仕切り板を重合することで、異音発生部位である仕切り板下流端部が、相互に異なる次数で振動することによって振動を打ち消し合い、効果的に振動を減衰し異音発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】
図１に、この発明を直列４気筒内燃機関用の排気装置として構成した一実施例を示す。図示せぬ内燃機関のシリンダーヘッドの側面には、上流側排気管２が接続されている。実施例の上流排気管２は、金属管から成るエキゾーストマニホールドであり、内燃機関の各気筒から排出されたガスを集合部排気管３に導く。上流排気管（エキゾーストマニホールド）２は、シリンダーヘッド取り付けフランジ１、＃１気筒の上流側ブランチ管４、＃２気筒の上流側ブランチ管５、＃３気筒の上流側ブランチ管６、そして＃４気筒の上流側ブランチ管７から成る。これら４本の上流側ブランチ管は、各々の気筒の位置から気筒列略中央部へ向かって延び、下流側端部２ｂが、互いに平行に、かつ正方形の頂点の位置にそれぞれ位置するよう組み合わされて、１本の集合部排気管３の入口に接続されている。より詳しくは、図示していないが、上流側排気管２の下流側端部２ｂがそれぞれ四分円の断面形状をなし、全体として１つの円をなすように組み合わされた上で、集合部排気管３の上流側端部３ａに挿入され、かつ溶接されている。
【０００９】
ここで、図２に示すように、内燃機関の前方もしくは後方から見たときに、上流側排気管２は、シリンダーヘッド取り付けフランジ１から略水平方向に延び、かつ下向きに略９０度湾曲して、集合部排気管３に接続されている。そして、図１における＃２気筒の上流側ブランチ管５及び＃３気筒の上流側ブランチ管６が下側（換言すれば湾曲の内側）に、＃１気筒の上流側ブランチ管４及び＃４気筒の上流側ブランチ管７が上側（換言すれば湾曲の外側）に、重なるようにして、それぞれ配置されている。また、集合部排気管３は、４本の上流側排気管２が挿入される入口となる上流側端部３ａが、略上方を向いて開口しており、かつ、ここから下流側に向かうに従って機関側方へと湾曲し、下流側端部３ｂは、側方へ向かって斜め下向きに開口している。つまり、機関の前方もしくは後方から見たときに、集合部排気管３は、上流側排気管２とは逆向きに湾曲し、排気系全体としては、図２のように略Ｓ字形に湾曲した形となっている。集合部排気管３の下流側端部３ｂには、図示せぬ触媒コンバータを取り付けるためのフランジ８が取り付けられている。詳しくは、このフランジ８は、集合部排気管３に連続する筒状部９を一体に有し、この筒状部９が集合部排気管３の下流側端部３ｂ外周に嵌合するようにして溶接されている。
【００１０】
なお、上記集合部排気管３のシリンダーヘッド側の側面に、排気還流通路の一部となる排気還流管１０の一端が接続されており、この排気還流管１０の他端は、シリンダーヘッド取り付けフランジ１に接続されている。また、集合部排気管３の機関前方側の側面には、図示せぬ空燃比センサーが装着されるようになっている。
【００１１】
上記集合部排気管３の内部には、鋼板をプレス成型してなる第一の切り板１１及び第二の仕切り板１２が設けられている。この第一の仕切り板１１及び第二の仕切り板１２は、図２に示すように、集合部排気管３全体の湾曲に対応した湾曲形状をなし、集合部排気管３内部を、＃１，＃４気筒の排気ガスが流れる第一の流路１３と、＃２，＃３気筒の排気ガスが流れる第二の流路１４とに区画している。この第一の仕切り板１１の上流端部１１ａ及び第二の仕切り板１２の上流端部１２ａは、＃１，＃４気筒の上流側ブランチ管４及び７と、＃２，＃３気筒の上流側ブランチ管５及び６との間に挟まれて、これらと一体に溶接されている。また、第一の仕切り板１１の下流端部１１ｂ及び第二の仕切り板１２の下流端部１２ｂは、集合部排気管３の下流端部３ｂつまり出口端に近い位置まで延びている。
【００１２】
図３に、仕切り板上流部における溶接部位の詳細を示す。第一の仕切り板１１及び第二の仕切り板１２は、上流側排気管２と一体に溶接された後、集合部排気管３に挿入して固定する。挿入は、重合した仕切り板の仕切り板ガイド耳部１６を集合部排気管３の集合部排気管挿入ガイド凹部１５に嵌め合わせることにより行う。そして、嵌合部に溶接を施す。さらに、図４に示すように、仕切り板の下流端部１１ｂ及び１２ｂは仕切り板の両側面に沿って集合部排気管３に溶接を施す。以上のように形成された仕切り板の存在により、４つの気筒の排気が、いわゆる「４−２−１」の形で集合することになり、点火順序が連続する気筒の排気干渉が回避されることとなる。本実施例においては、第一の仕切り板の下流端部１１ｂ及び第二の仕切り板の下流端部１２ｂは互いに拘束されない。
【００１３】
ここで、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２は重合して配置されており、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２の板厚は異なる板厚を持つことを特徴としている。
【００１４】
図５に集合部排気管３を下流側正面（図４における矢印Ｂ方向）から見た場合の、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２の振動の様子の一時点を図示する。第一の仕切り板１１及び第二の仕切り板１２は集合部排気管３の径方向両端に溶接されているため、内部を流れる排気ガスの流れにより第一の仕切り板１１及び第二の仕切り板１２が振動した場合には、両端を固定端とする振動が発生する。また、仕切り板の下流端部は排気流れ方向における自由端になっているため振動が生じやすくなっており、例えば仕切り板の両側の流路内の排気圧力が、排気バルブの開閉で交互に高くなることによる交番圧力差が原因の振動を生じる。更に、集合部排気管３が湾曲している場合には、排気ガスが仕切り板に衝突することで振動が生じやすくなる。この振動における振幅は、仕切り板上流部が上流側排気管２と溶接・固定されているため、第一の仕切り板の下流端部１１ｂ及び第二の仕切り板の下流端部１２ｂにおいて最大であり、上流に行くに従い小さくなっていく性質のものである。ここでは、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２の板厚違いの効果により、両仕切り板で異なる数の腹を持つ、換言すれば振動モードが異なる振動が発生するが、互いの板の間で接触摩擦が発生することで、振動が減衰し、それが原因となる騒音を低減できるようになる。
【００１５】
ここで、上記重合とは、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２を２枚重ねにすることをいい、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２の間に空隙を無くし密接させた状態もしくは空隙を持たせた状態の双方を意味する。
【００１６】
上記、仕切り板相互間を密接させた状態の具体的な態様としては、単に隙間無く重ね合わせてた２枚の仕切り板を、＃１、＃４気筒の上流側ブランチ管４及び７と＃２、＃３気筒の上流側ブランチ管５及び６の間に挟んで溶接を施した物でも良い。また、後に詳説するように、図６に示すように第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２とを１点以上のスポット溶接部１７を設けた溶接を行ったものでも良い。さらに、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２の間に、嵌め合い構造部１８を持たせたものでも良い。
【００１７】
上記のように第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２を互いにスポット溶接をしておくことで、両仕切り板を上流側排気管２へ溶接する際の組立作業性の向上に寄与することができる。スポット溶接部位は、第一の仕切り板１１及び第二の仕切り板１２のより上流側若しくは下流側双方に設定しもよいが、作業工程数削減のためいずれか一方のみでも良い。特に、下流側にスポット溶接部位を設定した場合には、異音発生の起振源である第一の仕切り板下流端部１１ｂや第二の仕切り板の下流端部１２ｂに近いため、拘束部位を増加させる作用から、スポット溶接が無い場合と比較して更なる振動を低減する作用も得られる。
【００１８】
また、上記のように第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２に嵌め合い構造を持つこと、例えば図６における嵌め合い構造部１８を設置することで、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２を上流側排気管２に溶接する前段階での組立作業性を向上することができる。図７は、嵌め合い構造部のＣ−Ｃ断面図である。これは、下に凸の例であるが、上に凸でも構わない。
【００１９】
一方、仕切り板相互間に空隙を持たせた状態とは、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２を密接させずに、わずかな空気層を設けた状態をさす。図８は、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２の間に空隙を設けた際の斜視図である。また、図９は、仕切り板のＤ−Ｄ断面図である。あらかじめ、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２にエンボス加工部１９を施し、凸側を互いに突き合わせ溶接する。その上で、上流側排気管２へ溶接の後、集合部排気管３に挿入し第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２を溶接固定する。
【００２０】
このように、第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２の間にわずかな空隙を設けることで、両仕切り板が振動した際に、仕切り板間の空気が仕切り板間外の空気と呼吸運動をおこす（出入りする）ことでダンパー効果を発生し、振動を減衰することができる。
【００２１】
加えて、上記第一の仕切り板１１と第二の仕切り板１２の板厚は異なるが、例えば第二の仕切り板１２に使用される鋼材より第一の仕切り板１１に使用される鋼材の板厚が薄いということである。仕切り板を密接させた場合の好適な例として、第二の仕切り板１２の板厚を１．５ｍｍとしたならば第一の仕切り板１１の板厚を０．５ｍｍとすることができる。また、仕切り板の間に空隙を持たせた場合の好適な例として、第二の仕切り板の板厚を１．０ｍｍ、空隙を０．５ｍｍ、そして第一の仕切り板の板厚を０．５ｍｍとすることができる。
【００２２】
ところで、図１は＃１，＃４気筒からのブランチ長が長く、＃２，＃３気筒からのブランチ長が短い構成となっている。ブランチ長が長い短いとは、各気筒のブランチの中心軸長をそれぞれ、＃１気筒のブランチ軸長をＬ１、＃２気筒のブランチ軸長をＬ２、＃３気筒のブランチ軸長をＬ３、＃４気筒のブランチ軸長をＬ４、とした場合に、第一の流路１３に集まるブランチ（今回の実施例だと＃１，＃４気筒）の合計軸長Ｌ１＋Ｌ４が、第二の流路１４に集まるブランチ（今回の実施例だと＃２，＃３）の合計軸長Ｌ２＋Ｌ３に対して長いことを意味する。すなわち、（Ｌ１＋Ｌ４）＞（Ｌ２＋Ｌ３）となることをいう。
【００２３】
ここで、各ブランチにおける熱容量を考えてみると、ブランチ肉厚が同じ場合にはブランチ長が長いほど熱容量が大きいことになる。また、ブランチ長が同じである場合には、ブランチ肉厚が大きいほど熱容量が大きい。一般に熱容量が大きいほど、特に内燃機関の始動時において、上流側排気管２すなわち各上流側ブランチ管へ排気ガスの熱エネルギーが奪われやすく、集合部排気管３の下流側にある図示せぬ触媒コンバータ入口に到達する排気ガス温度が低下する傾向にある。
【００２４】
そこで、図１の実施例において、上流側の熱容量が大きいブランチ管すなわち排気ガス温度の低下が大きい側の流路である＃１，＃４気筒の排気ガスが流れる第一の流路１３に接する第一の仕切り板１１を薄くすることで、触媒コンバータへの排気ガス温度低下を抑えることができる。これにより、触媒コンバータの早期活性化にも貢献できる。
【００２５】
図１０に、第二の仕切り板１２を集合部排気管３の上流部分から下流部分にかけて配置し、第一の仕切り板１１を集合部排気管の下流部分に配置した実施例を示す。振動が発生する第二の仕切り板の下流端部１２ｂ付近にのみ及び第一の仕切り板１１を配置することで、排気ガス温度低下の抑制に加えて質量の低減も図ることができる。
【００２６】
なお、上記の様に、第一の流路１３と第二の流路１４間の圧力差によって振動が生じる場合などに効果があるため、仕切り板は直線形状でも適用可能である。また、第一の仕切り板の下流端部１１ｂ及び第二の仕切り板の下流端部１２ｂについては、互いに溶接されていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】直列４気筒機関用の排気装置を示す正面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【図３】仕切り板上流部の溶接部位。
【図４】仕切り板下流部の溶接部位。
【図５】図４の矢印Ｂからの正視図。
【図６】仕切り板に溶接加工部位や嵌め合い加工部位を設けた斜視図。
【図７】図６のＣ−Ｃ線に沿った断面図。
【図８】仕切り板に空隙を設けた際の斜視図。
【図９】図９のＤ−Ｄ線に沿った断面図。
【図１０】仕切り板を下流部分に配置した斜視図。
【符号の説明】
【００２８】
１  シリンダーヘッド取り付けフランジ
２  上流側排気管
２ａ  上流側排気管の上流側端部
２ｂ  上流側排気管の下流側端部
３  集合部排気管
３ａ  集合部排気管の上流側端部
３ｂ  集合部排気管の下流側端部
４  ＃１気筒の上流側ブランチ管
５  ＃２気筒の上流側ブランチ管
６  ＃３気筒の上流側ブランチ管
７  ＃４気筒の上流側ブランチ管
８  触媒コンバータ取り付けフランジ
９  筒状部
１０  排気還流管
１１  第一の仕切り板
１１ａ  第一の仕切り板の上流端部
１１ｂ  第一の仕切り板の下流端部
１２  第二の仕切り板
１２ａ  第二の仕切り板の上流端部
１２ｂ  第二の仕切り板の下流端部
１３  ＃１，＃４の排気ガスが流れる第一の流路
１４  ＃２，＃３の排気ガスが流れる第二の流路
１５  集合部排気管挿入ガイド凹部
１６  仕切り板ガイド耳部
１７  スポット溶接部  
１８  嵌め合い加工部
１９  エンボス加工部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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