(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管系（１０）と、当該配管系（１０）の変形を吸収するために、当該配管系（１０）の長手方向延長内に設けられている少なくとも一つの変形補償部（２０）と、を有する内燃機関のための排気導管（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）において、
前記配管系（１０）は、前記内燃機関のシリンダの排気のために、当該配管系の壁部（１１）の側方に設けられている少なくとも一つのシリンダ接続部（４０；４０ａ）を有しており、
前記配管系（１０）と前記少なくとも一つの変形補償部（２０）とは、互いに一体的に形成されており、
前記少なくとも一つの変形補償部（２０）は、補償構造体の形で前記配管系（１０）の前記壁部（１１）内に形成されており、前記変形補償部（２０）には、前記配管系（１０）の、少なくとも一つの補償構造体を有しない部分（３０）が隣接しており、
前記少なくとも一つのシリンダ接続部（４０；４０ａ）は、前記配管系（１０）の前記壁部（１１）内に形成されている受容開口部（４１；４１ａ）を有しており、当該受容開口部内に前記内燃機関の前記シリンダの排気管（５０）が挿入可能であり、
前記排気管（５０）が、前記配管系（１０）の長手軸に対して０°よりも大きく、かつ、９０°よりも小さい角度で、前記配管系（１０）から径方向に分岐しており、
前記少なくとも一つのシリンダ接続部（４０）が、前記配管系（１０）の径方向の管状突出部として、前記配管系（１０）の前記壁部（１１）から突出するように形成されていることを特徴とする排気導管（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）。
【請求項２】
前記排気管（５０）は、当該排気管の所定の長さ寸法の分だけ、前記受容開口部（４１；４１ａ）に挿入されており、前記排気管（５０）は外周面において、前記配管系（１０）と溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の排気導管（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）。
【請求項３】
前記受容開口部（４１）が、前記管状突出部によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気導管（１，１ｂ，１ｃ，１ｄ）。
【請求項４】
前記少なくとも一つのシリンダ接続部（４０ａ）は、前記配管系（１０）の前記壁部（１１）に組み込まれた管用溶接サドル継手として形成されており、前記受容開口部（４１ａ）は前記管用溶接サドル継手によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気導管（１ａ）。
【請求項５】
前記配管系（１０）の前記少なくとも一つの変形補償部（２０）の内周面に、軸方向にガイド管（６０）が挿入されており、当該ガイド管は前記少なくとも一つの変形補償部（２０）の前記補償構造体を軸方向に橋絡していることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の排気導管（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）。
【請求項６】
前記少なくとも一つの補償構造体を有しない部分（３０）は、所定の内径（３１）を有しており、前記ガイド管（６０）は外径（６１）を有しており、当該外径は、前記ガイド管（６０）が径方向において隙間なく、前記補償構造体を有しない部分（３０）の前記内径（３１）に当接しながら支持される寸法を有していることを特徴とする請求項５に記載の排気導管（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）。
【請求項７】
前記少なくとも一つのシリンダ接続部（４０；４０ａ）は、前記配管系（１０）の前記少なくとも一つの補償構造体を有しない部分（３０）内に形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の排気導管（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）。
【請求項８】
前記配管系（１０）は二重壁式に形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の排気導管（１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のおいて書き部の記載に応じて形成された内燃機関のための排気導管に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記の種類の排気導管は例えば特許文献１から知られている。当該排気導管において配管系は別個の構成部材として形成された変形補償部を有しており、当該変形補償部はねじ込みフランジを介して配管系内に取り付けられており、それによって、当該変形補償部は、配管系の隣接する二つの別個の管セグメントを、互いに着脱可能に連結している。
【０００３】
このような排気導管では、変形補償部の個々の取り付けに対して、例えばフランジまたはクランプ継手などの相応の連結手段が設けられている必要があり、これによって排気導管の複雑さが増大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４３５５号明細書
【特許文献２】独国特許発明第１０２００４０２１７９９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来技術に比べて複雑さの少ない、請求項１のおいて書き部に記載の排気導管を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題は請求項１に記載の排気導管によって達成される。さらなる構成は従属請求項に規定されている。
【０００７】
本発明によれば、内燃機関のための排気導管は配管系と、当該配管系の特に温度による変形を吸収するために、当該配管系の長手方向延長内に設けられている少なくとも一つの変形補償部とを有している。本発明に係る排気導管は、以下の点を特徴とする。すなわち、前記配管系は、内燃機関のシリンダの排気のために、当該配管系の壁部の側方に設けられている（もしくは径方向の）少なくとも一つのシリンダ接続部を有しており、前記配管系と前記少なくとも一つの変形補償部とは、互いに一体的に形成されており、すなわち、共通する単独の材料構造から成る単独の構成部材として製造されていることを特徴とする。
【０００８】
前記配管系と、設けられている個々の変形補償部とを一体的に形成することによって、本発明では連結手段が設けられる必要はない。これによって、構成部材が少なくなるために、配管系の複雑さが低減し、それとともに、当該配管系の重量およびコストが著しく減少する。
【０００９】
重量の減少によって、排気導管の振動質量と、当該排気導管の熱容量は減少する。振動質量が減少することによって、内燃機関のシリンダヘッドに及ぼされる振動の影響と、個々の変形補償部の横向きの励振とが減少する。熱容量が減少することによって、本発明に係る排気導管は、内燃機関のための暖機運転段階の短縮と、場合によって後置されている触媒コンバータの反応時間の短縮とを可能にする。
【００１０】
本発明の実施の形態によれば、配管系の長手方向延長に沿って、本発明に係る複数のシリンダ接続部が設けられており、それによって、当該配管系は、内燃機関の複数のシリンダの排気のための集合管として形成されている。
【００１１】
本発明のさらなる実施の形態によれば、配管系の長手方向延長に沿って、本発明に係る複数の変形補償部が、互いに軸方向に距離を有して設けられている。
【００１２】
本発明のさらなる実施の形態によれば、個々の変形補償部は、金属成形加工による補償構造体として配管系の壁部内に形成されており、当該変形補償部に対して、配管系の、補償構造体を有しない少なくとも一つの部分が隣接している。当該補償構造体は好適に波状構造体もしくは蛇腹構造体として形成されている。
【００１３】
配管系は好ましくは、例えばロール曲げ加工と、それに続いて金属薄板を溶接することによって製造され得る。このとき補償構造体はロール曲げの際に形成される。すなわち、ロール部分に組み込まれている。
【００１４】
本発明のさらなる実施の形態によれば、配管系の長手方向延長に沿って、本発明に係る補償構造体を有しない複数の部分が、互いに軸方向に距離を有して設けられている。配管系の長手方向延長に沿って、変形補償部と、補償構造体を有しない部分とが、好適に交互に設けられる。
【００１５】
従って、本発明の実施の形態によれば、補償構造体を有しない部分と交互に設けられている複数の変形補償部は、一体的に、もしくは、一体型ユニットとして、配管系内に設けられている。
【００１６】
本発明のさらなる実施の形態によれば、個々のシリンダ接続部は、配管系の壁部内に形成されている受容開口部を有しており、当該受容開口部に、内燃機関のシリンダの排気管が挿入可能となっている。
【００１７】
このように、排気管の挿入すべき端部においては、流入幾何形状に関して、比較的大きな構成上の自由度が与えられており、かつ、許容誤差を小さくすることができる。
【００１８】
本発明のさらなる実施の形態によれば、排気管は、当該排気管の所定の長さ寸法の分だけ、受容開口部に挿入されており、それによって、当該排気管は所定の角度、好ましくは配管系の長手軸に対して０°よりも大きく、かつ、９０°よりも小さい角度で、当該配管系から径方向に分岐し、当該排気管は外周面において、前記配管系と溶接されている。
【００１９】
好適に個々のシリンダ接続部の形成は、シリンダの排気管が挿入された状態で、当該排気管の流入方向が、配管系の主流方向に対して０°よりも大きく、かつ、９０°よりも小さい角度に設けられるように行われる。
【００２０】
本発明のさらなる実施の形態によれば、個々のシリンダ接続部は、配管系の径方向の管状突出部として、金属成形加工により、当該配管系の壁部から突出するように形成されており、受容開口部は管状突出部によって形成されている。
【００２１】
シリンダ接続部を突出するように形成することによって、排気管の所望の流入方向を同時に容易な方法で設定することができ、それによって複雑な鋳造による成形は不要となる。
【００２２】
本発明の実施の形態によれば、少なくとも一つのシリンダ接続部は、配管系の壁部に組み込まれた管用溶接サドル継手として形成されており、受容開口部は管用溶接サドル継手によって形成されている。
【００２３】
このような管用溶接サドル継手は、簡単な方法で、後から配管系に乗せることができ、例えば標準部品として適用された場合、排気管の所望の流入方向を同時に設定することができ、それによって複雑な鋳造による成形は不要となる。
【００２４】
本発明のさらなる実施の形態によれば、配管系の個々の変形補償部の内周面に、軸方向にそれぞれガイド管が挿入されており、当該ガイド管は、変形補償部の補償構造体を軸方向に橋絡している。このようにして、場合によっては補償構造体によって引き起こされ得る排気の渦流を回避することができる。
【００２５】
本発明のさらなる実施の形態によれば、個々の補償構造体を有しない部分は、所定の内径を有しており、当該個々の補償構造体を有しない部分のガイド管は、外径を有している。当該外径は、前記ガイド管が径方向において隙間なく、当該補償構造体を有しない部分の内径に当接しながら支持される寸法を有している。
【００２６】
このように個々のガイド管は、簡単かつ確実に、配管系において径方向に保持され得、ずれに対しては、ポイントごとの固定のみを行えばよい。
【００２７】
本発明のさらなる実施の形態によれば、個々のシリンダ接続部は、配管系の補償構造体を有しない部分において形成されている。
【００２８】
本発明のさらなる実施の形態によれば、配管系は二重壁式に形成されている。このようにして、排気導管が過度に加熱されること、および、ターボチャージャが後置されている場合に、排気のエネルギー損失が大きくなりすぎることを回避できる。
【００２９】
本発明が、請求項の明示的な引用から生じる特徴の組み合わせによっては得られないような実施の形態にも及んでいる点を明確にしておく。これによって、開示されている発明の特徴は、技術的に有意義である限り、互いに任意に組み合わせられ得る。
【００３０】
以下に、好適な実施の形態に基づくとともに、添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】内燃機関のシリンダの排気のためのシリンダ接続部が一つの側に設けられている排気導管の側面を概略的に示す図である。
【図２】内燃機関のシリンダの排気のためのシリンダ接続部が二つの側に設けられている排気導管の側面を概略的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態による排気導管の側面を概略的に示す図である。
【図４】本発明のさらなる実施の形態による排気導管の側面を概略的に示す図である。
【図５】本発明のさらなる実施の形態による排気導管の側面を概略的に示す図である。
【図６】本発明のさらなる実施の形態による排気導管の側面を概略的に示す図である。
【図７】本発明のさらなる実施の形態による排気導管の側面を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１および図２は、出願人によって従来製造されている、内燃機関（図示略）のための排気導管１００，１００ａを示している。
【００３３】
図１に示す通り、排気導管１００は配管系１０１を有しており、当該配管系は、例えば鋳鉄から成る、複数の別個の管セグメント１０２を有している。配管系１０１の長手方向延長内では、隣接する二つの管セグメント１０２の間に、配管系１０１の変形を吸収するために、それぞれ変形補償部１０５（図１では一つのみが示されている）が設けられている。個々の管セグメント１０２と変形補償部１０５とを連結するために、これらの部材の個々の長手方向端部に、それぞれクランプ継手１０３が設けられており、当該クランプ継手はクランプ１０４によって結束されている。
【００３４】
個々の管セグメント１０２は、当該管セグメントの壁部の側方に、例えば一体的に鋳造された、内燃機関のシリンダ（図示せず）の排気のためのシリンダ接続部１０６を有している。
【００３５】
同様に、図２の排気導管１００ａは配管系１０１ａを有しており、当該配管系は、例えば鋳鉄から成る、複数の別個の管セグメント１０２ａを有している。配管系１０１ａの長手方向延長内では、隣接する二つの管セグメント１０２ａの間に、配管系１０１ａの変形を吸収するために、それぞれ変形補償部１０５ａが設けられている。個々の管セグメント１０２ａと変形補償部１０５ａとを連結するために、これらの部材の個々の長手方向端部に、それぞれクランプ継手１０３ａが設けられており、当該クランプ継手はクランプ１０４ａによって結束されている。
【００３６】
個々の管セグメント１０２ａは、当該管セグメントの壁部の両側に、例えば一体的に鋳造された、内燃機関のシリンダ（図示せず）の排気のためのシリンダ接続部１０６ａを有している。
【００３７】
本発明により、特に、クランプ継手１０３，１０３ａとクランプ１０４，１０４ａおよび対応する溶接継ぎ目とを省くことができる。
【００３８】
以下に、図３から７を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
【００３９】
図３は、本発明に係る内燃機関（図示せず）のための排気導管１の第一の実施の形態を示している。
【００４０】
排気導管１は配管系１０と、当該配管系１０の長手方向延長内に、当該配管系１０の変形を吸収するための、複数の変形補償部２０とを有している。
【００４１】
変形補償部は特に、温度による軸方向の長さの変動と、径方向の位置合わせの誤差を補償するため、および、場合によっては振動を緩和するために用いられる。変形補償部の例は、例えば特許文献２に記載されている。
【００４２】
配管系１０と変形補償部２０とは、互いに一体的に、すなわち、連続する管から形成されている。
【００４３】
個々の変形補償部２０は、例えばロール成形加工によって波状もしくは蛇腹状の補償構造体として、配管系１０の壁部１１内に成形されており、個々の変形補償部２０には、補償構造体を有しない少なくとも一つの部分３０が隣接している。
【００４４】
従って、図３から明らかなように、配管系１０の長手方向延長に沿って、本発明に係る複数の変形補償部２０と、本発明に係る複数の補償構造体を有しない部分３０が、軸方向に互いに距離を有して設けられており、変形補償部２０と、補償構造体を有しない部分３０とは、交互に設けられている。
【００４５】
すなわち、配管系１０において、補償構造体を有しない部分３０と交互に設けられている複数の変形補償部２０は、一体的に、もしくは、一体型ユニットとして設けられている。
【００４６】
さらに図３から明らかなように、個々の補償構造体を有しない部分３０は、配管系１０の壁部１１の単独の長手方向側の側方に、内燃機関のシリンダ（図示せず）の排気のためのシリンダ接続部４０を有している。
【００４７】
このように、配管系１０の長手方向延長に沿って、複数のシリンダ接続部４０，４０が設けられており、それによって、当該配管系は、内燃機関の複数のシリンダの排気のための集合管として形成されている。
【００４８】
個々のシリンダ接続部４０は、配管系１０の壁部１１内に形成されている受容開口部４１を有しており、当該受容開口部に、内燃機関の個々のシリンダの排気管５０が挿入可能、もしくは、当該排気管の所定の長さ寸法の分だけ、当該受容開口部に挿入されているとともに、外周面において前記配管系１０と溶接されている。
【００４９】
図３から明らかなように、個々の排気管５０は、当該排気管が所定の角度、本図の場合、例えば配管系１０の長手軸Ｌに対しておよそ５５°の角度で、当該配管系１０から径方向に分岐するように挿入可能、もしくは、挿入されている。これにより、個々のシリンダ接続部４０は、排気管５０が挿入された状態で、当該排気管５０の流入方向ＥＲが、配管系１０の主流方向ＨＲに対しておよそ５５°の角度になるように、形成されている。
【００５０】
図３に示されている本発明の第一の実施の形態によれば、個々のシリンダ接続部４０は、配管系１０の径方向の管状突出部もしくは半球形突出部として、好適に水圧式に当該配管系の壁部１１から突出するように形成されており、受容開口部４１は当該管状突出部によって形成されている。
【００５１】
配管系１０の個々の変形補償部２０の内周面には、軸方向にガイド管６０が挿入されており、当該ガイド管は個々の変形補償部２０の補償構造体を軸方向に、もしくは長手方向延長に沿って、橋絡している。
【００５２】
補償構造体を有しない部分３０は所定の内径３１を有しており、前記ガイド管６０は当該ガイド管の拡張されている端部において、それぞれ外径６１を有しており、当該外径は、個々のガイド管６０が径方向において隙間なく、個々の補償構造体を有しない部分３０の内径３１に当接しながら支持される寸法を有している。ガイド管６０は、位置を固定するために、さらに例えば一つまたは複数のネジ（図示せず）によって、配管系１０に固定されている。  
【００５３】
図４は、本発明に係る内燃機関（図示せず）のための排気導管１ａの第二の実施の形態を示している。図４に示す排気導管１ａは、いくつかのわずかな相違点を除いて図３に示す排気導管１と同一である。この理由から、当該相違点のみを以下に述べるが、図４において、図３と同一の部材に関しては、同一の参照番号が用いられている。
【００５４】
図３とは異なり、図４によれば個々のシリンダ接続部４０ａは、配管系１０の壁部１１に組み込まれた管用溶接サドル継手として形成されており、受容開口部４１ａは当該管用溶接サドル継手によって形成されている。
【００５５】
図５は、本発明に係る内燃機関（図示せず）のための排気導管１ｂの第三の実施の形態を示している。図５に示す排気導管１ｂは、いくつかのわずかな相違点を除いて図３に示す排気導管１または図４に示す排気導管１ａと同一である。この理由から、当該相違点のみを以下に述べるが、図５において、図３もしくは図４と同一の部材に関しては、同一の参照番号が用いられている。
【００５６】
図３および図４とは異なり、図５によれば個々の補償構造体を有しない部分３０は、配管系１０の壁部１１の、互いに直径を成すように対向する二つの長手方向側の側方に、それぞれ内燃機関のシリンダ（図示せず）の排気のためのシリンダ接続部４０（すなわち対向するとともに軸方向に互いにずれを有する二つのシリンダ接続部４０）を有している。シリンダ接続部４０をこのように配設することは、例えばＶ形機関として形成された内燃機関に適している。  
【００５７】
図６は、本発明に係る内燃機関（図示せず）のための排気導管１ｃの第四の実施の形態を示している。図６に示す排気導管１ｃは、いくつかのわずかな相違点を除いて図３に示す排気導管１または図４に示す排気導管１ａと同一である。この理由から、当該相違点のみを以下に述べるが、図６において、図３もしくは図４と同一の部材に関しては、同一の参照番号が用いられている。
【００５８】
図３および図４とは異なり、図６によれば、補償構造体を有しない部分３０のシリンダ接続部４０は、二つの対立的な方向を有している。換言すれば、連続して設けられている補償構造体を有しない部分３０の個々のシリンダ接続部４０は、配管系１０の壁部１１の、互いに直径を成すように対向する二つの長手方向側の側方に、交互に設けられている。シリンダ接続部４０をこのように配設することも、例えばＶ形機関として形成された内燃機関に適している。
【００５９】
図７は、本発明に係る内燃機関（図示せず）のための排気導管１ｄの第五の実施の形態を示している。図７に示す排気導管１ｄは、本発明の第一から第四の実施の形態（図３から６）の可能な変化形態を示している。従って、相違点のみを以下に述べるが、図７において、図３から６と同一の部材に関しては、同一の参照番号が用いられている。
【００６０】
図７から分かる通り、第一の変化形態によれば、いくつかの、または、全てのガイド管６０は省略されていてよい。付加的または代替的に、第二の変化形態によれば、高い排気圧力に対して、いくつかの、または、全ての補償構造体を有しない部分３０において、および／あるいはいくつかの、または、全ての排気管５０において、外周面に管補強部７０が取り付けられていてよい。
【００６１】
図に示されていない本発明の第六の実施の形態によれば、本発明の第一から第五の実施の形態の排気導管１から１ｄもしくは当該実施の形態の配管系１０は、二重壁式に形成されていてよい。
【符号の説明】
【００６２】
１  排気導管
１ａ  排気導管
１ｂ  排気導管
１ｃ  排気導管
１ｄ  排気導管
１０  配管系
１１  壁部
２０  変形補償部
３０  補償構造体を有しない部分
３１  内径
４０  シリンダ接続部
４０ａ  シリンダ接続部
４１  受容開口部
４１ａ  受容開口部
５０  排気管
６０  ガイド管
６１  外径
７０  管補強部
１００；１００ａ  排気導管
１０１；１０１ａ  配管系
１０２；１０２ａ  管セグメント
１０３；１０３ａ  クランプ継手
１０４；１０４ａ  クランプ
１０５；１０５ａ  変形補償部
１０６；１０６ａ  シリンダ接続部
Ｌ  長手軸
ＥＲ  流入方向
ＨＲ  主流方向
【図１】
0005524150.tif 000002
【図２】
0005524150.tif 000003
【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】
0005524150.tif 000008