(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本のブランチ管と１本の集合管とを有して、前記２本のブランチ管は、前記集合管と別体の又は一体化した略Ｙ型又はＴ型の三方継手に接続されており、前記２本のブランチ管の終端はそれぞれ前記三方継手と嵌合している構成であって、
前記２本のブランチ管を左右に見た状態で、前記ブランチ管の終端が前後方向にオフセットされている、
内燃機関の排気マニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関の排気マニホールドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
多気筒内燃機関では、複数のブランチ管を１つの集合管に集合させた排気マニホールドが使用されているが、例えば偶数気筒の内燃機関において、２本ずつのブランチ管をセットにして、２本のブランチ管を１本の集合管に接続して、２本のブランチ管と１本の集合管との接続部がＹ型になったものがある。
【０００３】
排気マニホールドには熱による歪みの問題があり、特に、２本のブランチ管と１本の集合管とでＹ型やＴ型の形態になっていると、左右のブランチ管が熱膨張によって互いに突っ張り合うため、連接部に亀裂が発生しやすい問題があった。この点について特許文献１には、熱歪みが発生しやすい部分を予め熱処理して強度を低下させておくことにより、熱膨張による伸縮を吸収させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−４５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１において、熱処理した部分が熱膨張をしっかりと吸収できるか否か不明であるが、いずれにしても、レーザ加熱やバーナー加熱のような工程を要するため、加工コストや設備のコストが嵩むことは避けられない。
【０００６】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、コストをかけることなく熱歪みをしっかりと抑制できる排気マニホールドを提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明の排気マニホールドは、
「２本のブランチ管と１本の集合管とを有して、前記２本のブランチ管は、前記集合管と別体の又は一体化した略Ｙ型又はＴ型の三方継手に接続されており、前記２本のブランチ管の終端はそれぞれ前記三方継手と嵌合している」
という構成において、
「前記２本のブランチ管を左右に見た状態で、前記ブランチ管の終端が前後方向にオフセットされている」
という特徴を有している。
【発明の効果】
【０００８】
本願発明では、２本のブランチ管の終端がオフセットされていることにより、２本のブランチ管が熱膨張しても、互いに強く突っ張り合うことを防止した状態で伸び変形させることができる。すなわち、２つのブランチ管の連接部である三方継手が、ブランチ管の伸びを吸収するように変形することにより、２本のブランチ管を、突っ張り合いを抑制した状態で伸び変形させることができる。また、集合管は、ブランチ管の伸びに際して軸心回りに捩じられる状態なるが、ねじりは集合管の全体で吸収されるため、集合管に強い熱歪みが発生することもない。
【０００９】
従って、ブランチ管の伸縮を吸収して熱歪みを大幅に抑制し、耐久性・信頼性を向上できる。しかも、ブランチ管と集合管との関係を変更するだけであり、従来の加工設備（製造設備）をそのまま使用して製造できるため、設備コストや加工コストが嵩むことはない。
【００１０】
更に、２本のブランチ管の終端をオフセットしたことにより、集合管内を流れる排気ガスに旋回流を付与することも可能になるため、排気ガスの排出を促進して加速応答性の向上に貢献可能であるのみならず、排気ガスの混合性を高めて浄化用触媒の劣化抑制にも貢献し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に係る内燃機関の要部をクランク軸線及びシリンダボア軸線と直交した方向から見た側面図である。
【図２】図１の右側面図である。
【図３】分離側面図である。
【図４】分離平面図である。
【図５】（Ａ）は要部の側面図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
(1).内燃機関の概略
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、クランク軸線方向から見た状態を正面視と定義している。従って、図１は、クランク軸線方向（カム軸線方向）及びシリンダボア軸線と直交した方向から見た側面図になっている。念のため、図４に方向を表示している。まず、内燃機関の概略を説明する。
【００１３】
本実施形態の内燃機関は車両用（自動車用）のものであり、従来と同様に、シリンダボア（図示せず）を設けたシンリダブロック１と、その上面に固定したシリンダヘッド２とを有しており、シリンダヘッド２の排気側面２ａには、鋳造製の水冷式排気アダプタ３を介して排気マニホールド４が固定されている。内燃機関は４気筒であり、そこで、図３のとおり、シリンダヘッド２の排気側面２ａには、端から順に、第１〜第４の４つの排気ポート５〜８が一列に並んで開口している。各排気ポート５〜８は、前後長手の小判形になっている。
【００１４】
排気マニホールド４は、４つの排気ポート５〜８に対応して第１〜第４の４つのブランチ管９〜１２を有しており、各ブランチ管９〜１２の始端はフランジ板４ａに固定されている。そして、第１ブランチ管９と第４ブランチ管９，１２とは第１集合管１３に集合し、第２ブランチ管１０と第３ブランチ管１１とは第２集合管１４に集合しており、これら２本の集合管１３，１４は、触媒ケース１５の上端に接続されている。
【００１５】
第１ブランチ管９と第４ブランチ管１２とは、三方継手１６を介して第１集合管１３に接続されており、第２ブランチ管１０は、第３ブランチ管１１の中途部に溶接されている。従って、第２集合管１４は、第３ブランチ管１１の終端部で構成されている。三方継手１６と第１及び第４のブランチ管９，１２との態様が実施形態の中核であるが、この点は後述する。
【００１６】
触媒ケース１５は、三元触媒が格納されたストレート部を有しており、上部は上窄まり（下広がり）のアッパーコーン部１７になっていて、下部は下窄まりのロアコーン部１８になっている。ロアコーン部１８の下端にストレート状の排気接続管１９が接続されており、排気接続管１９に、固定用のブラケット２０を一体に固着している。また、ロアコーン部１８には、排気ガスの一部を吸気系に還流させるためのＥＧＲパイプ２１を接続している。
【００１７】
２本の集合管１３，１４は、シリンダヘッド２の排気側面２ａと直交した左右方向に並んでいる。そこで、触媒ケース１５のアッパーコーン部１５ｂの上端部は左右方向に長い形態になっていて、この上端部に２本の集合管１３，１４が接続されている。
【００１８】
排気アダプタ３には、各排気ポート５〜８及びブランチ管９〜１２に対応して、第１〜第４の排気ガス通路２２〜２５が形成されている。また、排気アダプタ３は、図３に黒丸で示す取り付け穴２６の個所において、シリンダヘッド２にボルト及びナットで固定されており、排気マニホールド４のフランジ板４ａは、図３にハッチングで表示した取り付け穴２７の個所において、排気アダプタ３にボルトで固定されている。
【００１９】
(2).三方継手
図５に示すように、三方継手１６は、第１ブランチ管９の終端部が内部に嵌まる第１入り口筒１６ａと、第４ブランチ管１２の終端部が内部に嵌まる第２入り口筒１６ｂと、第１集合管１３が内部に嵌まる出口筒１６ｃとを有しており、おおまかには、側面視でＹ型になっている。なお、出口筒１６ｃも集合管の一部といえるが、本実施形態では、出口筒１６ｃと第１集合管１３とは別の要素としている。
【００２０】
三方継手１６とは別体の第１集合管１３を使用せずに、三方継手１６の出口筒１６ｃを触媒ケース１５に接続してもよいのであり、この場合は、出口筒１６ｃが第１集合管になる。ブランチ管９，１２及び第１集合管１３は、三方継手１６に外側から嵌まっていてもよい。
【００２１】
三方継手１６は、前後２枚の金属板を板金加工して重ねて溶接することで製造されており、図５（Ａ）には、１つの重合部２８が表れている。但し、第１入り口筒１６ａと第２入り口筒１６ｂと出口筒１６ｃとをそれぞれ異なるパイプで構成して、これらを溶接して製造することも可能である。或いは、１枚の板材を材料にして、まず、出口筒１６ｃを絞り加工によって形成し、次いで、第１入り口筒１６ａと第２入り口筒１６ｂとを曲げ加工によって形成する、といったことも可能である。
【００２２】
第１入り口筒１６ａの終端と第２入り口筒１６ｂの終端とは、殆ど同じ高さになっている。また、第１入り口筒１６ａと第２入り口筒１６ｂとは、フランジ板４ａに向けて凸となるように（膨らむように）略く字型に繋がっている。
【００２３】
そして、第１入り口筒１６ａの終端部の軸心２９と、第２入り口筒１６ｂの終端部の軸心３０とを、出口筒１６ｃの上端の中心３１に対して、前後方向に若干の寸法Ｅ１だけオフセットしている（ずらしている。）。従って、両第１入り口筒１６ａ，１６ｂの軸心２９，３０の交点３２は、出口筒１６ｃの中心３１に対して、ある程度の寸法Ｅ２だけ左右方向にずれている。
【００２４】
機関の運転によって排気マニホールド４が排気ガスに晒されると、第１入り口筒１６ａと第２入り口筒１６ｂとは、図５（Ｂ）に矢印で示すように、それぞれ軸心２９，３０の方向に伸び変形する（線膨張する。）。しかるに、本実施形態では、第１入り口筒１６ａの終端と第２入り口筒１６ｂの終端とが前後にオフセットされているため、第１入り口筒１６ａと第２入り口筒１６ｂとが強く突っ張り合うことが防止される。
【００２５】
つまり、第１入り口筒１６ａと第２入り口筒１６ｂとがオフセットされているため、両者が伸び変形すると、第１入り口筒１６ａと第２入り口筒１６ｂとの連接部３５（三方継手１６）が主として平面視で曲がり変形する傾向を呈して、第１入り口筒１６ａと第２入り口筒１６ｂとの伸びを吸収するのであり、これにより、第１入り口筒１６ａと第２入り口筒１６ｂとの接続部（連接部）である三方継手１６の特定部位に強い熱歪みが発生することを防止できる。従って、破断を抑制して耐久性を向上できるのである。
【００２６】
また、連接部３５の変形により、出口筒１６ｃには軸線回りに捩じるような力が作用するが、このねじり力は、出口筒１６ｃと第１入り口筒１６ａとの広い範囲で受け止められるため、出口筒１６ｃの付け根に熱歪みが集中するようなこともない。更に、第１入り口筒１６ａと第２入り口筒１６ｂとの軸心２９，３０が図示の状態にずれていると、排気ガスには、図５（Ｂ）の状態で半時計回りの旋回流が付与される。これにより、排気ガスの逃げ性と混合性とを向上できる。
【００２７】
上記の実施形態は、三方継手１６がフランジ板に４ａに向けて凸の形態に曲がっているが、フランジ板４ａと反対側に向けて凸の形態に曲がっていてもよい。また、第１入り口筒１６ａと第２入り口筒１６ｂとが平行な状態で前後方向にずれていてもよい。第１入り口筒の始端と第２入り口筒の始端とは、上下方向にオフセットされていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本願発明は、実際に内燃機関の排気マニホールドに具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００２９】
２  シリンダヘッド
３  排気アダプタ
４  排気マニホールド
５〜８  排気ポート
９  第１ブランチ管
１０  第２ブランチ管
１１  第３ブランチ管
１２  第４ブランチ管
１３，１４  排気マニホールドの集合管
１５  触媒ケース
１６  三方継手
１６ａ  第１入り口筒
１６ｂ  第２入り口筒
１６ｃ  出口筒
２９  第１入り口筒の終端部の軸心
３０  第２入り口筒の終端部の軸心
３１  出口筒の上端部の中心
Ｅ１  排気側面と直交した前後方向のオフセット寸法
【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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