(57)【要約】【課題】  内部への溶接スパッタの入り込みを防止することができる構造の排気マニホールドを提供する。【解決手段】  シェル部（集合管）が、所定の間隔をおいて並べて配列された枝管１１の一端側をそれらの縁部１２ｃ，１２ｄで挟み込む第１シェル半体１２ａおよび第２シェル半体１２ｂで構成されており、前記第１シェル半体１２ａの前記縁部１２ｃが、第２シェル半体１２ｂの縁部１２ｄに対して前記枝管１１の延びる方向にずれている。【選択図】      図３
2005036724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の枝管と、これら枝管に接合されて当該枝管内を流れる排気ガスを集合させる集合管とを備える排気マニホールドにおいて、前記集合管が、所定の間隔をおいて並べて配列された前記枝管の一端側をそれらの縁部で挟み込む第１半体および第２半体で構成されており、前記第１半体および前記第２半体のいずれか一方の前記縁部が、他方の前記縁部に対して前記枝管が延びる方向にずれていることを特徴とする排気マニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気ガスを外部に排出するための排気マニホールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の枝管と、これら枝管に接合されて当該枝管内を流れる排気ガスを集合させる集合管とを備える排気マニホールドであって、枝管部分の半体と集合管部分の半体とが一体になったもの同士を互いに向き合わせて溶接した排気マニホールドが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような排気マニホールドによれば、前記半体同士を溶接することによって、排気ガスを流通させる管路を容易に形成することができるので、排気マニホールドの製造工程を簡略化することができる。
【特許文献１】特開平９−６０５１９号公報（段落００１２〜００１４ならびに図１および図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、この排気マニホールドでは、エンジンの駆動時における枝管部分の半体同士に熱歪の差を生じることから、エンジンの排気ポートから集合管までを結ぶ枝管の経路を、曲線を交えた複雑な経路に設定することが困難であった。そこで、このような問題点を解決するために、例えば、図６（ａ）および図６（ｂ）（図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図である）に示すように、これら枝管２１に通常のパイプ、つまり半体同士を接合したものでないものを使用するとともに、これら枝管２１の一端側を挟み込むように集合管２２の半体２２ａ，２２ａ（以下、単に「半体２２ａ，２２ａ」という）同士を接合した排気マニホールド２０が考えられる。このような排気マニホールド２０によれば、枝管２１に通常のパイプを使用しているので、枝管２１の経路を自由に設定することができる。
【０００４】
ところで、このような構造の排気マニホールド２０を製造するにあたって、枝管２１を挟み込んだ半体２２ａ，２２ａ同士の合わせ目や、枝管２１と半体２２ａ，２２ａとの合わせ目は溶接される。この際、図６（ｃ）に示すように、溶接トーチＴは、集合管２２の上方（図６（ｃ）の紙面上方）側から前記した合わせ目に向けられる。
【０００５】
その一方で、半体２２ａ，２２ａで挟み込まれた枝管２１周りには、図６（ｂ）および図６（ｃ）に示すように、１対の半体２２ａ，２２ａと枝管２１とで画成される空隙２４が形成される。そして、この空隙２４は、枝管２１の周壁に沿って集合管２２の内部に通じている。
【０００６】
このような集合管２２の上方から合わせ目に向けて配置した溶接トーチＴで当該合わせ目に溶接を施すと、溶接スパッタや溶融成分（以下、「溶接スパッタ等」という）が前記空隙２４を通じてから集合管２２内（排気マニホールド２０内）に入り込んでしまう。
【０００７】
その一方で、昨今の排気マニホールドには、排気ガス中の窒素酸化物といった大気汚染物質を処理するための触媒担体ユニットが取り付けられている。そして、この排気マニホールドでは、前記した溶接スパッタ等のような金属酸化物が触媒担体ユニットに悪影響を及ぼすため、溶接スパッタ等の排気マニホールド内への入り込みは、確実に回避されなければならない。
【０００８】
そこで、本発明は、その内部への溶接スパッタ等の入り込みを防止することができる構造の排気マニホールド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】
【０００９】
本発明者は、集合管の半体同士の合わせ目等を溶接するにあたって、溶接スパッタ等の飛散方向が、前記空隙の延びる方向、つまり枝管の延びる方向と一致していると、排気マニホールド内に溶接スパッタ等が入り込むとの知見に基づいて、溶接トーチの向く方向を特定の方向に変更することによって溶接スパッタ等の排気マニホールド内への入り込みが回避されることを見出して本発明に到達した。
【００１０】
すなわち、前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、複数の枝管と、これら枝管に接合されて当該枝管内を流れる排気ガスを集合させる集合管とを備える排気マニホールドにおいて、前記集合管が、所定の間隔をおいて並べて配列された前記枝管の一端側をそれらの縁部で挟み込む第１半体および第２半体で構成されており、前記第１半体および前記第２半体のいずれか一方の前記縁部が、他方の前記縁部に対して前記枝管が延びる方向にずれていることを特徴とする。
【００１１】
このような排気マニホールドの構成によれば、第１半体と第２半体との合わせ目が溶接される際に、第１半体および第２半体のいずれか一方の縁部が、他方の縁部に対して枝管が延びる方向にずれているので、ずれて露出した第１半体および第２半体のいずれかの面に溶接トーチの先端が向くようにして第１および第２半体の合わせ目を溶接することができる。つまり、この構成によれば、枝管に沿って集合管内まで延びている前記空隙の方向と一致しない方向、例えば、第１および第２半体の縁部同士の接合面に対して交差する方向に溶接スパッタ等が飛散するように溶接トーチの姿勢を制御することができる。
【００１２】
このような排気マニホールドの製造方法は、相互に組み合わせた際にそれらの縁部が相互にずれている前記第１半体および前記第２半体、ならびに複数の前記枝管を準備する工程と、所定の間隔を置いて配置した前記枝管の一端側を前記第１および第２半体の前記縁部で挟み込むようにして当該第１および第２半体を組み合わせる工程と、前記枝管の間の前記第１および第２半体の前記縁部同士を、両縁部同士の接合面に交差する方向に溶接トーチの向きを設定して溶接する工程とを備えるように構成することができる。
【００１３】
また、この排気マニホールドの製造方法において、前記縁部同士を溶接する際に、前記溶接トーチは、第１および第２半体側に所定の角度で傾斜しているか、あるいは前記接合面に対して垂直姿勢を維持していることが好ましい。
【００１４】
また、この排気マニホールドの製造方法において、前記所定の角度が、０°を超え、１０°以下であることがさらに好ましい。
【００１５】
このような排気マニホールドの製造方法によれば、第１および第２半体の縁部同士の接合面に対して交差する方向に溶接スパッタ等が飛散するように溶接トーチの姿勢を設定するので、前記空隙を介して第１および第２半体からなる集合管の内部に溶接スパッタ等が入り込むのを防止することができる。
【００１６】
また、溶接トーチの角度を前記したように調節することによって、集合管内への溶接スパッタ等の入り込みはさらに確実に回避される。
【００１７】
また、前記した排気マニホールドの製造方法は、前記縁部同士を溶接する工程が、前記第１および第２半体ならびに枝管で画成される空隙部分を溶接する第１溶接工程と、前記第１および第２半体同士が接触する部分を溶接する第２溶接工程とを備えており、この前記縁部同士を溶接する工程後に、前記枝管および前記第１半体ならびに前記枝管および前記第２半体を溶接する第３溶接工程をさらに備えているとともに、前記第１溶接工程は、前記第２及び第３溶接工程に先立って行われるように構成されているのが好ましい。
【００１８】
このような排気マニホールドの製造方法によれば、最初に行われる第１溶接工程によって前記空隙が溶接されて塞がれるので、この第１溶接工程に続いて行われる第２および第３溶接工程では、溶接スパッタ等が前記空隙を介して集合管内に入り込むことはない。したがって、この排気マニホールドの製造方法によれば、より確実に集合管内への溶接スパッタ等の入り込みは回避される。
【００１９】
また、このような排気マニホールドの製造方法によれば、第１乃至第３溶接工程を経て第１および第２半体の縁部が全体にわたって溶接されていく。つまり、この排気マニホールドの製造方法では、前記した空隙部分、前記第１および第２半体同士が接触する部分ならびに前記枝管周りがこの順番で溶接されていく。したがって、この排気マニホールドの製造方法によれば、第１および第２半体の縁部の一方の端から他方の端に向けて連続して溶接していく場合に比較して、縁部の全体にわたってバランスよく溶接することができるので、溶接歪の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の排気マニホールドでは、枝管に沿って集合管内まで延びている空隙の方向と一致しない方向に溶接スパッタ等が飛散するように溶接トーチの姿勢を制御することができるので、溶接スパッタ等が排気マニホールドの内部に入り込むのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明に係る排気マニホールドの一実施の形態について適宜図面を参照しながら説明する。参照する図面において、図１は、本実施の形態に係る排気マニホールドの斜視図、図２は、図１の排気マニホールドの分解斜視図、図３は、図１中の円３内に示す部分の拡大図である。
【００２２】
図１に示すように、排気マニホールドＭは、直列４気筒のエンジンＥに使用されるものであって、シリンダヘッドＨの各排気ポートＰに連通して接続される４本の枝管１１と、これら枝管１１に接続されるとともに、各枝管１１から流れ込む排気ガスが集合する内部空間を有するシェル部１２とを備えている。また、このシェル部１２には、集合した排気ガスをシェル部１２外に排出させるための排出口１３が形成されている。この排出口１３には、例えば、白金系触媒やパラジウム系触媒といったＮＯX浄化触媒を担持させた触媒担体ユニット１４が取り付けられている。つまり、エンジンＥから排出された排気ガスは、枝管１１およびシェル部１２で構成される排気マニホールドＭ内を流通した後、触媒担体ユニット１４、図示しないマフラや排気管等を経由して大気中に放出されるようになっている。なお、シェル部１２は、特許請求の範囲にいう「集合管」に相当する。
【００２３】
枝管１１は、流通する排気ガスの上流側で１つのフランジ１１ａを介して一体となっている。そして、このフランジ１１ａがボルトＢでシリンダヘッドＨに固定されることによって、シリンダヘッドＨの各排気ポートＰに各枝管１１が連通するようになっている。これら枝管１１の下流側は、次に説明するシェル部１２内に連通するようにシェル部１２と接続されている。
【００２４】
シェル部１２は、図２に示すように、第１シェル半体１２ａと、第２シェル半体１２ｂとで構成されている。これら第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂは、互いに向き合うように組み合わされて接合された際に、前記した内部空間が形成されるように、内側に凹形状となる湾曲した板材からなっている。なお、この第１シェル半体１２ａは、特許請求の範囲にいう「第１半体」に相当し、第２シェル半体１２ｂは、特許請求の範囲にいう「第２半体」に相当する。
【００２５】
シェル部１２の前記排出口１３（図１参照）は、これら第１シェル半体１２ａと第２シェル半体１２ｂとに跨るように形成されている。つまり、第１シェル半体１２ａに形成された半円形の縁取り部分１３ａと、第２シェル半体１２ｂに形成された半円形の縁取り部分１３ｂとが組み合わされることによって円形の排出口１３は形成されている。
【００２６】
また、シェル部１２には、その内部空間に各枝管１１の下流側の端部を受け入れて接合するための４つの枝管嵌入穴１５（図１参照）が、第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの縁部１２ｃ，１２ｄに沿う方向に所定の間隔をおいて形成されている。これらの枝管嵌入穴１５は、枝管１１の外径と略同じ口径を有するとともに、第１シェル半体１２ａと、第２シェル半体１２ｂとに跨るように形成されている。そして、各枝管１１は、この枝管嵌入穴１５の開口部でシェル部１２と接合されている。また、所定の間隔をおいて形成された各枝管嵌入穴１５の間では、第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの縁部１２ｃ，１２ｄ同士が接合されている。
【００２７】
また、第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂのそれぞれの側縁には、第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂ同士を接合するための接合縁Ｆが形成されている。
【００２８】
そして、図３に示すように、前記枝管嵌入穴１５（図１参照）内で各枝管１１の下流側の端部を挟み込むように配置されている第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂは、第１シェル半体１２ａの縁部１２ｃと第２シェル半体１２ｂの縁部１２ｄとがずれるように接合されており、第１シェル半体１２ａの縁部１２ｃは、枝管１１の下流側に向けて幅Ｗで後退している。なお、この幅Ｗは、特に制限はないが、第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの板厚程度の長さに設定するのが好ましい。
【００２９】
次に、本実施の形態に係る排気マニホールドの製造方法について図面を適宜参照しつつ説明する。参照する図面において、図４（ａ）、図４（ｂ）および図５は、本実施の形態に係る排気マニホールドの製造工程を説明する模式図である。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＹ−Ｙ線における断面図である。
【００３０】
まず、図２に示すような所定の形状の枝管１１ならびに第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂを準備する。枝管１１は、例えばパイプ成形機やプレス加工、鍛造等によって製造すればよく、第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂは、例えば、プレス加工や鍛造によって製造すればよい。
【００３１】
次に、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、所定の支持台Ｓ上で、第２シェル半体１２ｂが下側に、そして第１シェル半体１２ａが上側になるようにこれらを互いに向き合わせて組み合わせるとともに、枝管嵌入穴１５（図４（ｂ）参照）に各枝管１１の下流側の端部を嵌め込む。この際、第１シェル半体１２ａの縁部１２ｃは、前記したように枝管１１の下流側に向けて幅Ｗで後退している。そして、枝管１１周りには、枝管１１ならびに第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂで画成される空隙２４が形成される。
【００３２】
次に、前記空隙２４部分、ならびに第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの縁部１２ｃ，１２ｄ同士が接触する部分がこの順番に溶接される。この際、溶接トーチＴは、その先端が第２シェル半体１２ｂの縁部１２ｄの露出した上面に向き合うように、そして、第１シェル半体１２ａの縁部１２ｃと第２シェル半体１２ｂの縁部１２ｄとの接合面に交差する方向に、溶接トーチＴの向きが一致するようにその姿勢が制御される。さらに具体的にいうと、図４（ｂ）に示すように、縁部１２ｃと縁部１２ｄとの接合面に対して、溶接トーチが垂直になるような姿勢に維持されるか、あるいは第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂ側に０°乃至１０°程度の角度で傾斜しているのが好ましい。
【００３３】
このような姿勢に維持された溶接トーチＴで、第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの縁部１２ｃ，１２ｄが溶接される際に、溶接スパッタが飛散する方向は、縁部１２ｃ，１２ｄ同士の接合面に対して交差する。つまり、空隙２４が延びる方向と溶接スパッタが飛散する方向とは、一致しない。したがって、空隙２４を介してのシェル部１２内への溶接スパッタ等の入り込みは回避される。
【００３４】
また、このようにして第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの縁部１２ｃ，１２ｄが溶接される際に、前記空隙２４部分が最初に溶接されることによって塞がれるため、この溶接工程の後に続く溶接工程で飛散する溶接スパッタ等は、空隙２４からシェル部１２内に入り込むことはない。そして、縁部１２ｄの露出した上面には、図４（ｂ）に示すように、溶接部ＷＤが形成される。
【００３５】
前記空隙２４部分、ならびに第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの縁部１２ｃ，１２ｄ同士が接触する部分の溶接が終了すると、図５に示すように、枝管１１周りが溶接される。
【００３６】
このようにしてシェル半体１２ａ，１２ｂの縁部１２ｃ，１２ｄが溶接される際に、前記した空隙２４部分、縁部１２ｃ，１２ｄ同士が接触する部分ならびに枝管１１周りが順番に溶接されていくため、この排気マニホールドの製造方法では、縁部１２ｃ，１２ｄの一方の端から他方の端に向けて連続して溶接していく場合に比較して、縁部１２ｃ，１２ｄの全体にわたってバランスよく溶接することができる。したがって、この排気マニホールドの製造方法によれば、溶接歪の発生が抑制される。
【００３７】
そして、接合縁Ｆにおける第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの合わせ目が溶接された後に、必要に応じて溶接箇所の研磨が行われると、本実施の形態に係る排気マニホールドＭの製造工程は終了する。
【００３８】
このような本実施の形態に係る排気マニホールドＭでは、各枝管１１を挟み込んで接続する第１シェル半体１２ａの縁部１２ｃが、第２シェル半体１２ｂの縁部１２ｄに対して枝管１１の下流側にずれているので、第１シェル半体１２ａと第２シェル半体１２ｂとの合わせ目を溶接する際に、それらの縁部１２ｃ，１２ｄ同士の接合面に対して、溶接トーチＴの長手方向が交差するような姿勢に溶接トーチＴを配置することができる。つまり、枝管１１に沿ってシェル部１２内まで延びている前記空隙２４の方向と一致しない方向に溶接スパッタ等が飛散するように溶接トーチの姿勢を制御することができる。したがって、このような構造の排気マニホールドＭによれば、その内部に溶接スパッタ等が入り込むのを防止することができる。
【００３９】
また、図６（ａ）に示すように、従来の排気マニホールド２０では、集合管２２の半体２２ａ，２２ａの縁部が互いに揃っているため、その合わせ目を溶接する際に、合わせ目が上方を向くように集合管２２が配置される。つまり、前記した空隙２４（図６（ｂ）参照）の延びる方向が鉛直方向に一致するように集合管２２は配置される。そして、このように配置された集合管２２の合わせ目に、その上方から溶接トーチが近づけられると、溶融した溶接金属が空隙２４を流下して集合管２２内に入り込む恐れがある。これに対し、本実施の形態に係る排気マニホールドＭでは、前記したように、空隙２４の延びる方向が水平方向に一致するように第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂを配置することができる（図４（ａ）および図４（ｂ）参照）。したがって、本実施の形態に係る排気マニホールドＭでは、溶融した溶接金属が空隙２４を流下してシェル部１２内に入り込むことがない。
【００４０】
以上、本発明の排気マニホールドＭを実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明は、この実施の形態に何ら制限されるものではない。
例えば、本実施の形態では、第１シェル半体１２ａの縁部１２ｃが、第２シェル半体１２ｂの縁部１２ｄに対して、枝管１１の下流側に後退しているが（図３参照）、本発明はこれに限定されるものではなく、第２シェル半体１２ｂの縁部１２ｄが、第１シェル半体１２ａの縁部１２ｃに対して、枝管１１の下流側に向けて後退していてもよい。
【００４１】
また、本実施の形態では、第１シェル半体１２ａおよび第２シェル半体１２ｂの両側縁に形成された接続縁Ｆの端がともに揃うように形成されているが（図２および図４（ａ）参照）、本発明はこれに限定されるものではなく、第１シェル半体１２ａおよび第２シェル半体１２ｂのいずれか一方の接続縁Ｆの端が、他方の接続縁Ｆの端からずれるように形成された排気マニホールドであってもよい。このような排気マニホールドによれば、第１シェル半体１２ａおよび第２シェル半体１２ｂの接続縁Ｆ同士を溶接する際に、これら接続縁Ｆの接合面に対して、溶接トーチＴの向きが交差するような姿勢に溶接トーチＴを配置することができる。つまり、接続縁Ｆ同士を溶接する際の溶接トーチＴの姿勢は、前記した第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの縁部１２ｃ，１２ｄを溶接する際の溶接トーチＴの姿勢と一致させることができる。したがって、この排気マニホールドによれば、第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの縁部１２ｃ，１２ｄの溶接と、接続Ｆ同士の溶接とを、同じ姿勢の溶接トーチＴで行うことができるので、排気マニホールドの製造工程を簡略化することができる。
【００４２】
また、本実施の形態では、直列４気筒のエンジンＥに使用される排気マニホールドＭを例示したが、本発明はこれに限定されることなく、あらゆる内燃機関に応用することができるとともに、内燃機関の種類に応じて枝管１１の本数は適宜に変更することができる。
【００４３】
また、本実施の形態では、排気マニホールドＭに取り付ける触媒担体ユニット１４（図１参照）として、ＮＯX浄化触媒を担持させたものを例示したが、本発明は触媒の種類に限定されるものではなく、例えばＰＭ浄化触媒を担持させた触媒担体ユニットを取り付けるためのものであってもよい。
【００４４】
また、本実施の形態に係る排気マニホールドＭの製造方法では、前記したように、空隙２４部分、第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの縁部１２ｃ，１２ｄ同士が接触する部分、枝管１１周り、ならびに接合縁Ｆにおける第１および第２シェル半体１２ａ，１２ｂの合わせ目の順番に溶接しているが、本発明はこれ限定されるものではなく、空隙２４部分が溶接された後の、他の溶接工程の順番には特に制限はなく、それら溶接工程の順番は適宜に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気マニホールドの斜視図である。
【図２】図１の排気マニホールドの分解斜視図である。
【図３】図３は、図１中の円内に示す部分の拡大図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態に係る排気マニホールドの製造工程を説明する模式図である。なお、（ｂ）は、（ａ）のＹ−Ｙ線における断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る排気マニホールドの製造工程を説明する模式図である。
【図６】（ａ）は、従来の排気マニホールドの斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線における断面図、（ｃ）は、従来の排気マニホールドの製造工程を説明する図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１    枝管
１２    シェル部（集合管）
１２ａ  第１シェル半体（第１半体）
１２ｂ  第２シェル半体（第２半体）
１２ｃ  縁部
１２ｄ  縁部
Ｍ      排気マニホールド
【図１】
2005036724.tif 000003
【図２】
2005036724.tif 000004
【図３】
2005036724.tif 000005
【図４】
2005036724.tif 000006
【図５】
2005036724.tif 000007
【図６】
2005036724.tif 000008