(57)【要約】【課題】構造が簡素且つ軽量で汎用性に優れ、しかも排気ガスを利用したフィルタの自己再生を安定的に行うことができるフィルタ内蔵型排気マニホルドを提供する。【解決手段】排気マニホルドは、内管１１，１２及び外管１３を具備しその内外管間に空隙を確保してなる二重管構造を有する。排気マニホルドの締結フランジ１４に形成された排気入口部１４ａ付近には、パティキュレートフィルタ２２を内包した筒状のフィルタケース２１が外管１３の内部にほぼ収容されるように設けられている。フィルタケースの入口端２１ａは前記排気入口部１４ａに連結固定され、フィルタケースの出口端２１ｂには前記内管１１，１２が外嵌により装着されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気ポートに対応する排気入口部を有すると共に、内管及び外管を具備しその内外管間に空隙を確保してなる二重管構造の排気マニホルドにおいて、
排気マニホルドの排気入口部付近には、パティキュレートフィルタを内包した筒状のフィルタケースが前記外管の内部にほぼ収容されるように設けられ、そのフィルタケースの入口端が前記排気入口部に連結固定されると共に、フィルタケースの出口端には前記内管が嵌合により装着されていることを特徴とするフィルタ内蔵型排気マニホルド。
【請求項２】
前記フィルタケースの出口端には、前記内管の入口端が外嵌により装着されていることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ内蔵型排気マニホルド。
【請求項３】
前記排気マニホルドの排気入口部は、当該排気マニホルドをエンジンに締結するために設けられた締結フランジに形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のフィルタ内蔵型排気マニホルド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルタ内蔵型排気マニホルドに関する。特に、パティキュレートフィルタを排気入口部に備えた二重管構造の排気マニホルドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般にディーゼルエンジンから排出される排気ガス中には、大気汚染の原因となるパティキュレート（粒子状物質）が含まれており、これを除去及び浄化するための装置が種々提案されている。例えば特許文献１の排気ガス浄化装置では、パティキュレートを捕集するフィルタユニットに電気ヒータ（補助熱源）を組み込み、捕集したパティキュレートを電気ヒータで燃焼することでフィルタを再生している。また、特許文献２の排気浄化装置では、エンジンシリンダヘッドの各排気ポートと排気マニホルドとの間にそれぞれ筒状部材を介装すると共に、各筒状部材内にトラップフィルタを収装している。そして、各トラップフィルタが捕集したパティキュレートを、エンジンから排出直後の排気ガスで加熱燃焼し、トラップフィルタの再生を図っている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１の装置は補助熱源としての電気ヒータを必要とするため、装置構造が大きく車載性が悪いのみならず、補助熱源制御の難しさもあり、技術の利用範囲が限られる。他方、特許文献２の装置では、トラップフィルタを収める筒状部材はエンジンシリンダヘッドと排気マニホルドとの間に介装されることから、当該筒状部材は外部に露出した状態にある。このため、不十分な断熱に起因してトラップフィルタを通過する排気ガスが冷えやすく、排気ガスを利用したトラップフィルタの再生に支障を来し易い。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１８２２３２号公報（要約）
【特許文献２】実開平５−６９３１１号公報（全文明細書）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、構造が簡素且つ軽量で汎用性に優れ、しかも排気ガスを利用したフィルタの自己再生を安定的に行うことができるフィルタ内蔵型排気マニホルドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、エンジンの排気ポートに対応する排気入口部を有すると共に、内管及び外管を具備しその内外管間に空隙を確保してなる二重管構造の排気マニホルドにおいて、排気マニホルドの排気入口部付近には、パティキュレートフィルタを内包した筒状のフィルタケースが前記外管の内部にほぼ収容されるように設けられ、そのフィルタケースの入口端が前記排気入口部に連結固定されると共に、フィルタケースの出口端には前記内管が嵌合により装着されていることを特徴とするフィルタ内蔵型排気マニホルドである。
【０００７】
請求項１によれば、パティキュレートフィルタを内包するフィルタケースは、二重管構造の排気マニホルドの外管内部に配置されて外気に直接曝されることがないため、フィルタの断熱性に優れている。また、フィルタケースは、その入口端が前記排気入口部に対し連結固定により接触すると共に、出口端がマニホルド内管に対し嵌合により接触しているだけなので、フィルタケースが排気マニホルドに接触する面積（接触断面積）が小さく、フィルタ（パティキュレートフィルタ及びフィルタケース）から排気マニホルド本体への熱伝導が少ない。これらの事情の相乗効果により、従来例に比較して、フィルタを通過する排気ガスの温度低下が抑制され、排気ガスを利用したフィルタの自己再生を安定して行うことができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のフィルタ内蔵型排気マニホルドにおいて、前記フィルタケースの出口端には、前記内管の入口端が外嵌により装着されていることを特徴とする。
【０００９】
請求項２によれば、フィルタケースの出口端に対し排気マニホルド内管の入口端が外嵌により嵌まっているだけなので、排気ガスの熱によってフィルタがその軸方向に熱膨張する余地があり、少なくとも内管はフィルタの軸方向熱膨張を阻害しない。それ故、フィルタには熱膨張の自由度が確保されてフィルタに対する応力集中が回避される。このため、熱応力集中によるフィルタの破損を防止でき、耐久信頼性を向上させることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載のフィルタ内蔵型排気マニホルドにおいて、前記排気マニホルドの排気入口部は、当該排気マニホルドをエンジンに締結するために設けられた締結フランジに形成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３によれば、締結フランジに形成された排気入口部に対し筒状のフィルタケースの入口端が連結固定されることになるため、フィルタケース及びそれに内包されたパティキュレートフィルタは主として締結フランジに支持される。実車への装着時には、締結フランジはエンジン（より具体的にはエンジンのシリンダヘッド）に締結されるため、排気マニホルドの内管及び外管がフィルタケース及びパティキュレートフィルタの荷重を直接負担することがなく、フィルタの支持が安定する。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明のフィルタ内蔵型排気マニホルドによれば、排気マニホルドの排気入口部付近にパティキュレートフィルタを内包した筒状のフィルタケースを外管の内部にほぼ収容するように設けると共に、フィルタケースが排気マニホルドに接触する面積（接触断面積）を極力小さくするという簡素且つ軽量で汎用性に優れた構造でもって、フィルタを通過する排気ガスの温度低下を抑制することができるので、排気ガスを利用したフィルタの自己再生を安定的に行うことができる。また、フィルタケースの出口端に対し内管を嵌合することにより、フィルタの熱膨張自由度を確保して熱応力集中によるフィルタの破損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】
【００１３】
以下、本発明を４気筒ディーゼルエンジン用の排気マニホルドに具体化した一実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１に示すように、排気マニホルドは、第１の内管１１、第２の内管１２、外管１３、上流側フランジ１４及び下流側フランジ１５を備えている。これらのマニホルド構成部品（１１〜１５）は、例えばステンレス鋼で作られている。外管１３の内部には、第１及び第２の内管１１，１２が収容されており、各内管１１，１２と外管１３との間に所定の空隙（エアギャップ）を確保することで当該排気マニホルドを二重管構造としている。外管１３の長手方向略中央位置では、第１及び第２の内管１１，１２が嵌め合い連結されると共に、二つの内管１１，１２の連結部を環状の緩衝部材１７が包囲することにより、各内管１１，１２の一端が外管１３内に支持されている。第１の内管１１は、エンジンの右側２気筒の排気ポートＰ１，Ｐ２から排出される排気ガスを導き、第２の内管１２は、エンジンの左側２気筒の排気ポートＰ３，Ｐ４から排出される排気ガス及び第１の内管１１からの排気ガスを、下流側フランジ１５に設けられたマニホルド出口１６に導く。
【００１５】
排気マニホルドの上流側フランジ１４は、外管１３の長手方向に沿って延びる長尺な板状部材であり、当該排気マニホルドを４気筒エンジンのシリンダヘッドに締結するための締結フランジとしての役割を担う。他方、排気マニホルドの下流側フランジ１５は、マニホルド出口１６を例えばその下流側に配設される触媒コンバータ等の入口部に連結するために設けられている。
【００１６】
図２に示すように、上流側フランジ１４には、エンジンの四つの排気ポートＰ１〜Ｐ４にそれぞれ対応する四つの排気入口部としての円形開口部１４ａが貫通形成されている。上流側フランジの円形開口部１４ａの各々には、外管１３が有する四つの入口端１３ａの各々が嵌入配置されており、各円形開口部１４ａの内周面と各外管入口端１３ａの外周面との重なり部位に対し全周溶接を施すことにより、上流側フランジ１４と外管１３とが相互連結されている。
【００１７】
上流側フランジの円形開口部１４ａ付近にはそれぞれ、円筒状のフィルタケース２１が外管１３の内側に収容されるように設けられている。即ち、各フィルタケース２１の入口端２１ａが前記各円形開口部１４ａの内側（より具体的には各円形開口部１４ａの内側に溶接連結された外管の各入口端１３ａの更に内側）に対して全周溶接により連結されることで、各フィルタケース２１が排気マニホルド内に支持固定されている。各フィルタケース２１の内部には、そのフィルタケース２１の内径にほぼ対応した外径を有する円柱状のパティキュレートフィルタ２２が保持されている。パティキュレートフィルタ２２は、フィルタケース２１に対してロー付け等により一体化されている。なお、パティキュレートフィルタ２２は、例えば多孔質セラミックス材料からなる多数の隔壁によって軸方向に延びる多数のセルを区画形成したものである。
【００１８】
また図２に示すように、各フィルタケース２１の出口端２１ｂの周囲には、第１及び第２の内管１１，１２の各々の入口端が外嵌されている。各フィルタケースの出口端２１ｂと各内管１１，１２の入口端とは単純に嵌合しているだけなので、フィルタケース２１と内管１１（又は１２）とは軸方向への相対移動を拘束する関係になく、一方が他方に対して軸方向にずれる余地を残した状態で嵌め合わさっている。このような外嵌に基づいて、上流側フランジ１４に固定された都合４つのフィルタケース２１に対して第１及び第２の内管１１，１２が装着されている。つまり、第１及び第２の内管１１，１２は、それぞれの内管の二つの入口端が対応する二つのフィルタケース出口端２１ｂとの嵌合部、及び、前記環状緩衝部材１７に包囲された他方の内管との連結部の少なくとも三箇所で支持されることで、外管１３内に安定保持されている。
【００１９】
図１及び図２に示した構成によれば、エンジンから吐出された高温の排気ガスは、シリンダヘッドの各排気ポートＰ１〜Ｐ４を経由して排気マニホルドに流入する。その際、排気ガスは、パティキュレートフィルタ２２を通過してから排気マニホルドの内管１１，１２内に導かれ、更にマニホルド出口１６へと導かれる。
【００２０】
本実施形態によれば、フィルタケース２１は排気マニホルドの外管１３内に配置されて外気に直接曝されることがないため、パティキュレートフィルタ２２の断熱性に優れている。また、フィルタケース２１は、その入口端２１ａが上流側フランジ１４に連結接触すると共に出口端２１ｂが内管１１，１２の入口端に嵌合接触しているだけなので、フィルタケース２１が排気マニホルドに接触する面積（接触断面積）は小さく、パティキュレートフィルタ２２及びフィルタケース２１から排気マニホルド本体への熱伝導が少ない。それ故、フィルタ２２を通過する排気ガスの温度低下が抑制され、排気ガスを利用したフィルタ２２の自己再生を安定的に行うことができる。
【００２１】
本実施形態によれば、フィルタケースの出口端２１ｂに対し内管１１，１２の入口端が外嵌により嵌まっているだけなので、排気ガスの熱によってパティキュレートフィルタ２２（及びフィルタケース２１）が軸方向に熱膨張する余地があり、内管１１，１２がフィルタ２２（及びフィルタケース２１）の軸方向熱膨張を阻害することがない。それ故、フィルタ２２（及びフィルタケース２１）には熱膨張の自由度が確保されてフィルタ２２に対する応力集中が回避される。このため、フィルタ２２の破損を防止でき、耐久信頼性を向上させることができる。なお、本実施形態のフィルタ内蔵型排気マニホルドは、構造が簡素且つ軽量であり、汎用性に優れている。
【００２２】
（変更例）本発明の実施形態を以下のように変更してもよい。上記実施形態では、単一の外管１３内に二つの内管１１，１２を設けたが、前記２つの内管１１，１２を一体化して単一の内管としてもよい。また、図２では、上流側フランジの円形開口部１４ａの内周面と、フィルタケースの入口端２１ａの外周面との間に外管の入口端１３ａを挟み込むような配置構造を採用したが、外管の入口端１３ａを間に挟み込むことなく、上流側フランジの円形開口部１４ａの内周面に対してフィルタケースの入口端２１ａの外周面が直接連結されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】排気マニホルドの全体概要を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線での断面図。
【符号の説明】
【００２４】
１１…第１の内管、１２…第２の内管、１３…外管、１３ａ…外管の入口端、１４…上流側フランジ（締結フランジ）、１４ａ…円形開口部（排気入口部）、１５…下流側フランジ、２１…フィルタケース、２１ａ…フィルタケースの入口端、２１ｂ…フィルタケースの出口端、２２…パティキュレートフィルタ、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…エンジンの排気ポート。
【図１】
2005076538.tif 000003
【図２】
2005076538.tif 000004