(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上部フランジ（７）と、この上部フランジ（７）に各上流側端部を結合する複数の排気単管（５1 〜５4 ）と、これら排気単管（５1 〜５4 ）の下流側端部に結合される排気集合管（６1 ，６2 ，６）と、この排気集合管（６1 ，６2 ，６）の下流側端部に結合される下部フランジ（８）とを備え、各管部を二重壁で構成した、エンジンの保温型排気マニホールドにおいて、
前記各排気単管（５1 〜５4 ）を、内外二重に配置した各々がステンレス鋼管製の内側単管（１０）及び外側単管（１１）から構成すると共に、該外側単管（１１）よりも該内側単管（１０）を薄肉に形成し、これら内側及び外側単管（１０，１１）の上流側端部を相互に固着すると共に前記上部フランジ（７）に固着し、前記内側単管（１０）の下流側端部に、拡径によりその外周面に隆起する単一且つ環状の横断面円弧状ビード部（１４）を形成すると共に、このビード部（１４）を前記外側単管（１１）の内周面に摺動自在に支承させ、
また前記排気集合管（６1 ，６2 ）を、内外二重に配置されて相互間に断熱空間（１７）が形成される内側集合管（１５）及び外側集合管（１６）から構成すると共に、該外側集合管（１６）よりも該内側集合管（１５）の板厚を薄くし、内側集合管（１５）の上流側端部には、これと対応する前記外側単管（１１）の下流側端部を嵌入させると共に、該外側単管（１１）の下流側端部の外周面に、内，外側集合管（１５，１６）の上流側端部相互の嵌合部を固着し、内側集合管（１５）の下流側端部を外側集合管（１６）の下流側端部の内周面に、該外側集合管（１６）に支持されてステンレスワイヤを編んでなる環状のメッシュ部材（２０）を介して摺動自在に支承させ、外側集合管（１６）の下流側端部に前記下部フランジ（８）を固着したことを特徴とする、エンジンの保温型排気マニホールド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、上部フランジと、この上部フランジに各上流側端部を結合する複数の排気単管と、これら排気単管の下流側端部に結合される排気集合管と、この排気集合管の下流側端部に結合される下部フランジとを備え、各管部を二重壁で構成した、エンジンの保温型排気マニホールドの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かゝる保温型排気マニホールドは、例えば特開平９−２８００４６号公報に開示されているように、公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
かゝるエンジンの保温型排気マニホールドには、特に内壁のヒートマスを小さくして、これを通る排ガスの温度低下を極力抑えること及び軽量化のために、その内壁をできるだけ薄肉にすることが要求される。排気マニホールドにおいて排ガスの温度低下を抑えることは、排ガスを排気マニホールドから下流の触媒コンバータに移行させたとき、その活性化を促進して、排ガスの浄化効率を高める上に重要である。しかしながら、内壁を薄く形成すると、その剛性が低下するので、排ガスの圧力脈動等の振動により、特に内壁端部においてビビリ音が発生し易くなるという弊害を伴う。
【０００４】
本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、内壁の薄肉化を可能にしながら、その端部の剛性を強化して振動等によるビビリ音の発生を抑えることができる、前記保温型排気マニホールドを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、上部フランジと、この上部フランジに各上流側端部を結合する複数の排気単管と、これら排気単管の下流側端部に結合される排気集合管と、この排気集合管の下流側端部に結合される下部フランジとを備え、各管部を二重壁で構成した、エンジンの保温型排気マニホールドにおいて、前記各排気単管を、内外二重に配置した各々がステンレス鋼管製の内側単管及び外側単管から構成すると共に、該外側単管よりも該内側単管を薄肉に形成し、これら内側及び外側単管の上流側端部を相互に固着すると共に前記上部フランジに固着し、前記内側単管の下流側端部に、拡径によりその外周面に隆起する単一且つ環状の横断面円弧状ビード部を形成すると共に、このビード部を前記外側単管の内周面に摺動自在に支承させ、また前記排気集合管を、内外二重に配置されて相互間に断熱空間が形成される内側集合管及び外側集合管から構成すると共に、該外側集合管よりも該内側集合管の板厚を薄くし、内側集合管の上流側端部には、これと対応する前記外側単管の下流側端部を嵌入させると共に、該外側単管の下流側端部の外周面に、内，外側集合管の上流側端部相互の嵌合部を固着し、内側集合管の下流側端部を外側集合管の下流側端部の内周面に、該外側集合管に支持されてステンレスワイヤを編んでなる環状のメッシュ部材を介して摺動自在に支承させ、外側集合管の下流側端部に前記下部フランジを固着したことを特徴とする。
【０００６】
この特徴によれば、保温型排気マニホールドの複数の排気単管において、外側単管よりも薄肉に形成されてヒートマスの小なる内側単管は、その内部を流れる高温の排ガスにより加熱されて速やかに昇温し、これが内、外側単管間の断熱空間により保温されるので、後続の排ガスを、その温度低下を抑えながら触媒コンバータへ誘導して、その活性化を促進し、排ガスの浄化効率を高めることができる。また斯かる薄肉の内側単管の下流側端部の剛性を、その外周面に隆起させた環状のビード部により効果的に強化することができ、しかも、このビード部が外側単管の内周面に摺動自在に支承されることから、内側単管が薄肉であるにも拘らず、内側単管を通る排ガスに圧力脈動でその支承部に振動等によるビビリ音が発生するのを防ぐことができると共に、内側単管及び外側単管の軸方向の熱伸びの差を外側単管の内周面に対するビード部の摺動により吸収して、内側及び外側単管各部の熱歪みを防止することができる。こうしたことから、特に内側単管の薄肉化が可能となり、そのヒートマスを小さくして排ガスの温度低下を防ぐと共に、排気マニホールドの軽量化に寄与し得る。
【０００７】
また、保温型排気マニホールドの排気集合管において、外側集合管よりも薄肉に形成されてヒートマスの小なる内側集合管は、その内部を流れる高温の排ガスにより加熱されて速やかに昇温し、これが内、外側集合管間の断熱空間により保温されるので、後続の排ガスを、その温度低下を抑えながら触媒コンバータへ誘導して、その活性化を促進し、排ガスの浄化効率を高めることができる。また排気集合管においても、内側集合管に外側集合管側よりも大きな軸方向の熱伸びが生ずるが、その伸びに伴い内側集合管の下流側端部が、外側集合管に支持されるメッシュ部材に対して摺動し、内側及び外側集合管の軸方向の熱伸びの差が吸収される。また内側及び外側集合管の下流側端部は比較的大径であるから、これらの周方向の熱伸びの差も無視できないが、その差は上記メッシュ部材の圧縮変形により吸収される。
【０００８】
かくして、保温型排気マニホールドにおいて、内外二重壁の軸方向の熱伸びの差を吸収する摺動部を各排気単管の下流側端部と各排気集合管の下流側端部とに分けて設けることにより、各摺動部での摺動ストロークを小さく設定することが可能となり、摺動過程で、その摺動部相互に傾きが起こり難くなり、排気マニホールド各部に熱歪みが生ずることを効果的に防ぎ、その耐久性の向上を図ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、添付図面に示す本発明の実施例に基づいて以下に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の第１実施例に係る保温型排気マニホールドを備えたエンジンの側面図、図２は、その排気マニホールドの斜視図、図３は、その排気マニホールドの一部縦断正面図、図４は図３の４部拡大図、図５は図１の５−５線断面図、図６図５の６−６線断面図である。また図７は、本発明の第２実施例を示す断面図であり、図８は、本発明の第３実施例を示す排気マニホールドの縦断正面図である。
【００１１】
先ず、図１ないし図６に基づいて、本発明の第１実施例の説明から始める。
【００１２】
図１において、４気筒エンジンＥのシリンダヘッド１の前面に、その気筒に対応して４本の排気ポート２1 〜２4 が開口しており、これら排気ポート２1 〜２4 から排出される排ガスを誘導する、本発明の保温型排気マニホールドＭが複数のスタッドボルト３及びナット４によりシリンダヘッド１に取付けられる。
【００１３】
図２ないし図４に示すように、上記排気マニホールドＭは、前記４本の排気ポート２1 〜２4 に個別に連通する４本の排気単管５1 〜５4 を備えており、これらを図３で左側から第１〜第４排気単管と呼ぶことにする。
【００１４】
第１〜第４排気単管５1 〜５4 の上流側端部に上部フランジ７が接続され、第２及び第３排気単管５2 ，５3 の下流側端部に第１排気集合管６1 が接続され、第１及び第４排気単管５1 ５4 の下流側端部に第２排気集合管６2 が接続される。そして第１及び第２排気集合管６1 ，６2 の下流側端部に下部フランジ８が接続される。上部フランジ７は、前記スタッドボルト３及びナット４によりシリンダヘッド１に固着されるものであり、下部フランジ８には、車両の床下に配置される図示しない共通の触媒コンバータ（排気浄化装置）に連なる中間排気管２１が接続される。尚、下部フランジ８には、上記触媒コンバータを直接接続することもできる。
【００１５】
各排気単管５1 〜５4 は、内外２重に配置した内側単管１０及び外側単管１１からなるもので、内側及び外側単管１０，１１間には筒状の断熱空間１２が形成される。内側単管１０は薄肉のステンレス鋼管製であり、外側単管１１もステンレス鋼管製であるが、内側単管１０よりは厚肉である。
【００１６】
外側単管１１の上流側端部は、内側単管１０の上流側端部外周面に嵌合するように縮径され、それらの上流側端部が上部フランジ７の、対応する排気ポート２1 〜２4 に連なる通孔１３1 〜１３4 に嵌合されると共に、その通孔１３1 〜１３4 の内周面に溶接により固着される（図４参照）。
【００１７】
内側単管１０の下流側端部には、その内周側からの拡径により外周面に環状に隆起する横断面円弧状のビード部１４が形成され、このビード部１４が外側単管１１の内周面に摺動自在に嵌合される。こうして内側単管１０の下流側端部は、外側単管１１に摺動自在に支承される。
【００１８】
また各排気集合管６1 ，６2 は、内外二重に配置した内側集合管１５及び外側集合管１６からなるもので、内側及び外側集合管１５，１６の間にも断熱空間１７が形成される。内側集合管１５は、薄肉のステンレス鋼板製の一対の内側集合管半体１５ａ，１５ｂの相対向する端部を相互に重ね、その重ね部全体を溶接して構成される。その際、内側集合管１５の上流側端部には、内側二股管１８，１８が形成され、これらに、対応する２本の前記外側単管１１，１１の下流側端部が嵌入される。
【００１９】
また外側集合管１６もステンレス鋼板製の一対の外側集合管半体１６ａ，１６ｂの相対向する端部を相互に重ね、その重ね部全体を溶接して構成されるが、その板厚は内側集合管１５より厚い。この外側集合管１６の上流側端部には、上記内側二股管１８，１８をそれぞれ覆う外側二股管１９，１９が形成される。この外側二股管１９，１９の先端部は内側二股管１８，１８の外周面に嵌合するように縮径され、それらの嵌合部が、対応する２本の前記外側単管１１，１１の下流側端部外周面に溶接により固着される。
【００２０】
図５及び図６に示すように、外側集合管１６の下流側端部に前記下部フランジ８が溶接により固着される。また、この外側集合管１６の下流側端部の内周面には、ステンレスワイヤを編んでなる環状二つ割りのメッシュ部材２０が溶接により付設され、このメッシュ部材２０の内周面に内側集合管１５の下流側端部が摺動自在に嵌合される。こうして内側集合管１５の下流側端部は、メッシュ部材２０を介して外側集合管１６に摺動自在に支承される。
【００２１】
次に、この第１実施例の作用について説明する。
【００２２】
エンジンＥの作動中、排ガスが４本の排気ポート２1 ，２2 ，２4 ，２3 から第１排気単管５1 、第２排気単管５2 、第４排気単管５4 、第３排気単管５3 に順次排出される。そして第１及び第４排気単管５1 ，５4 を通過した排ガスは第１排気集合管６1 で合流し、第２及び第３排気単管５2 ，５3 を通過した排ガスは第２排気合流管６2 で合流し、その後、排ガスは中間排気管２１で更に合流しながら図示しない共通の触媒コンバータへと誘導され、浄化される。
【００２３】
ところで、各排気単管５1 〜５4 は内外二重配置の内側単管１０及び外側単管１１から構成され、その内側単管１０は薄肉に形成されると共に、内側及び外側単管１０，１１の間には断熱空間１２が形成され、また各排気集合管６1 ，６2 も内外二重配置の内側集合管１５及び外側集合管１６から構成され、その内側集合管１５は薄肉に形成されると共に、内側及び外側集合管１５，１６の間にも断熱空間１７が形成されるので、ヒートマスの小なる内側単管１０及び内側集合管１５は、その内部を流れる高温の排ガスにより加熱されて速やかに昇温し、これが断熱空間１２，１７により保温される。したがって、後続の排ガスを、その温度低下を抑えながら前記触媒コンバータへ誘導して、その活性化を促進し、排ガスの浄化効率を高めることができる。
【００２４】
その間に、各排気単管５1 〜５4 においては、内側単管１０に外側単管１１側よりも大きな軸方向の熱伸びが生ずるが、その伸びに伴い内側単管１０の下流側端部外周面の環状ビード部１４が、それを支承する外側単管１１の内周面に対して摺動し、内側及び外側単管１０，１１の軸方向の熱伸びの差が吸収される。
【００２５】
また特に、内側単管１０の下流側端部外周面に隆起させた環状のビード部１４は、内側単管１０の下流側端部の剛性強化に大いに寄与するものであるから、内側単管１０が薄肉であるにも拘らず、このビード部１４及び外側単管１１との摺動部に、排ガスの圧力脈動等による振動を受けても、ビビリ音の発生を防ぐことができる。
【００２６】
また各排気集合管６1 ，６2 においても、内側集合管１５に外側集合管１６側よりも大きな軸方向の熱伸びが生ずるが、その伸びに伴い内側集合管１５の下流側端部が、外側集合管１６に支持されるメッシュ部材２０に対して摺動し、内側及び外側集合管１５，１６の軸方向の熱伸びの差が吸収される。また内側及び外側集合管１５，１６の下流側端部は比較的大径であるから、これらの周方向の熱伸びの差も無視できないが、その差は上記メッシュ部材２０の圧縮変形により吸収される。
【００２７】
このように、保温型排気マニホールドＭにおいて、内外二重壁の軸方向の熱伸びの差を吸収する摺動部を各排気単管５1 〜５4 の下流側端部と各排気集合管６1 ，６2 の下流側端部とに分けて設けることにより、各摺動部での摺動ストロークを小さく設定することが可能となり、摺動過程で、その摺動部相互に傾きが起こり難くなり、排気マニホールドＭ各部に熱歪みが生ずることを効果的に防ぎ、その耐久性の向上を図ることができる。
【００２８】
図７に示す本発明の第２実施例に係る保温型排気マニホールドＭは、４本の排気単管５1 〜５4 に共通１個の排気集合管６を接続したもので、その保温構造及び熱伸び吸収構造は前記第１実施例のものと実質的に同一であり、図中、第１実施例との対応部分には同一の参照符号を付して、その説明を省略する。
【００２９】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことができる。例えば、排気単管及び排気集合管の本数や形状は、エンジンの気筒数や形式に応じて自由に選定することができる。また断熱空間１２，１７には、適当な断熱材を充填することもできる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、保温型排気マニホールドの複数の排気単管において、外側単管よりも薄肉に形成されてヒートマスの小なる内側単管は、その内部を流れる高温の排ガスにより加熱されて速やかに昇温し、これが内、外側単管間の断熱空間により保温されるので、後続の排ガスを、その温度低下を抑えながら触媒コンバータへ誘導して、その活性化を促進し、排ガスの浄化効率を高めることができる。また斯かる薄肉の内側単管の下流側端部の剛性を環状の横断面円弧状ビード部により効果的に強化することができ、しかも、このビード部が外側単管の内周面に摺動自在に支承されることから、内側単管が薄肉であるにも拘らず、内側単管を通る排ガスに圧力脈動でその支承部に振動等によるビビリ音が発生するのを防ぐことができると共に、内側単管及び外側単管の軸方向の熱伸びの差を外側単管の内周面に対するビード部の摺動により吸収して、内側及び外側単管各部の熱歪みを防止することができる。その結果、特に内側単管の薄肉化が可能となり、そのヒートマスを小さくして排ガスの温度低下を防ぐと共に、排気マニホールドの軽量化を図ることができる。
【００３１】
また、保温型排気マニホールドの排気集合管において、外側集合管よりも薄肉に形成されてヒートマスの小なる内側集合管は、その内部を流れる高温の排ガスにより加熱されて速やかに昇温し、これが内、外側集合管間の断熱空間により保温されるので、後続の排ガスを、その温度低下を抑えながら触媒コンバータへ誘導して、その活性化を促進し、排ガスの浄化効率を高めることができる。また排気集合管においても、内側集合管に外側集合管側よりも大きな軸方向の熱伸びが生ずるが、その伸びに伴い内側集合管の下流側端部が、外側集合管に支持されるメッシュ部材に対して摺動し、内側及び外側集合管の軸方向の熱伸びの差が吸収される。また内側及び外側集合管の下流側端部は比較的大径であるから、これらの周方向の熱伸びの差も無視できないが、その差は上記メッシュ部材の圧縮変形により吸収される。
【００３２】
かくして、保温型排気マニホールドにおいて、内外二重壁の軸方向の熱伸びの差を吸収する摺動部を各排気単管の下流側端部と各排気集合管の下流側端部とに分けて設けることにより、各摺動部での摺動ストロークを小さく設定することが可能となり、摺動過程で、その摺動部相互に傾きが起こり難くなり、排気マニホールド各部に熱歪みが生ずることを効果的に防ぎ、その耐久性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る保温型排気マニホールドを備えたエンジンの側面図。
【図２】上記排気マニホールドの斜視図。
【図３】上記排気マニホールドの一部縦断正面図。
【図４】図３の４部拡大図。
【図５】図１の５−５線断面図。
【図６】図５の６−６線断面図。
【図７】本発明の第２実施例を示す排気マニホールドの縦断正面図。
【符号の説明】
Ｅ・・・・・エンジン
Ｍ・・・・・排気マニホールド
５1 〜５4 ・・・排気単管
６1 ，６2 ，６・・・排気集合管
１０・・・・内側単管
１１・・・・外側単管
１４・・・・ビード部
【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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