(57)【特許請求の範囲】
【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、
前記分岐パイプおよび前記ケースの上流側端部は上流側フランジに溶接され、
前記集合部および前記ケースの下流側端部は下流側フランジに溶接され、
前記分岐パイプの下流部と前記集合部の上流開口端部とがスライド部により相対移動可能に保持され、
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。
【請求項２】
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。
【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、前記分岐パイプおよび前記ケースの上流側端部は上流側フランジに溶接され、前記集合部および前記ケースの下流側端部は下流側フランジに溶接され、前記分岐パイプの下流部と前記集合部の上流開口端部とがスライド部により相対移動可能に保持され、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、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】
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Ｏ2 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 、104 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１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。
【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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