(57)【要約】【課題】  排気マニホールドのヘッダーパイプを流れる排気ガスを均一に効率よく冷却でき、かつエア抜きを確実に行える排気マニホールドの冷却構造を提供する。【解決手段】  排気マニホールドの冷却構造は、冷却水供給口８ａと冷却水排出口８ｂをヘッダーパイプ１の排気ガス上流側端部に設けて、冷却水を、パイプ１の長手方向に沿って、仕切板７で仕切った上方冷却水路４ａと下方冷却水路４ｂのうちの一方へ流した後、その下流側端部でＵターンさせてそれらのうちの他方へと戻して、ヘッダーパイプ１の全周にわたってヘッダーパイプごとに独立して確実に流すことで、大きな接触面積にて、また排気ガスの熱い方から冷却水を流して排気ガスを冷却するようにした。【選択図】図２
2012132415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの各気筒に排気ガス上流側端部が接続されてエンジンから排出された排気ガスを排気ガス下流側端部へ流すヘッダーパイプと、
該ヘッダーパイプごとにこの外周面を内周壁にて覆い、該内周壁と前記ヘッダーパイプの外周面との間に形成された冷却水路内を冷却水が流通されることで前記各ヘッダーパイプ内を流れる排気ガスを互いに独立して冷却する冷却水路管と、を備えた排気マニホールドの冷却構造において、
前記ヘッダーパイプの外周面と前記冷却水路管の内周壁との間に、前記冷却水路を上方冷却水路と下方冷却水路とに分離する仕切板と、
前記ヘッダーパイプの排気ガス上流側端部で前記上方冷却水路と前記下方冷却水路のうちの一方に連通する冷却水供給口と、
前記ヘッダーパイプの排気ガス上流側端部で前記上方冷却水路と前記下方冷却水路のうちの他方に連通する冷却水排出口と、
前記冷却水路管の排気ガス下流側端部の上側部分に形成されたエア抜き部と、
を備え、
前記内周壁の上面部分および前記仕切板の下面部分を、これらが前記ヘッダーパイプの排気ガス上流側端部から排気ガス下流側端部に向けて高さが高くなるように形成し、
前記仕切板は前記ヘッダーパイプの排気ガス下流側端部で前記冷却水が前記上方冷却水路と前記下方冷却水路との間を流通可能な形状とした、
ことを特徴とする排気マニホールドの冷却構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のエンジンの気筒から排出された排気ガスを冷却することが可能な排気マニホールドの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンの気筒から排出された排気ガスを、エンジンに連結された排気マニホールドにて冷却水で冷却する排気マニホールドの冷却構造を用いることで、排気マニホールドや触媒などの排気系部品の耐久性を向上させている。
【０００３】
上記従来の排気マニホールドの冷却構造としては、自動車用エンジンの各気筒に連結された排気マニホールドの、少なくともエンジンの各気筒に対応するヘッダーパイプ、場合によってはさらにコレクタ部の外側を水ジャケットで覆い、この水ジャケットの一方の気筒側から他方の気筒側へエンジン長手方向に沿って冷却水を流してヘッダーパイプを気筒順にその中を流れる排気ガスをそれぞれ冷却するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
また、別の従来の排気マニホールドの冷却構造としては、少なくとも自動車用エンジンの各気筒に対応するヘッダーパイプの外側を水ジャケットで覆い、かつ水ジャケット内部を仕切板で上下に２分割して、冷却水を、その下方一端側から下方他端側へ向けてエンジン長手方向に沿って流してヘッダーパイプの下方側からその中を流れる排気ガスを気筒順に冷却し、他端側で上方へ向かわせてここでＵターンさせ、上方一端側へとエンジン長手方向に沿って戻すことでヘッダーパイプの上方側を上記とは逆の気筒順に冷却するもの（例えば、特許文献４〜６参照）、あるいは上記仕切板に代えて水ジャケットをヘッダーパイプの上方部分と下方部分にそれぞれ接触するようにＵ字状に曲げて冷却水をＵターンさせる、パイプ状の冷却水管を用いるもの（例えば、特許文献７参照）、が知られている。なお、特許文献５，６のものは、冷却水中のエア抜きを行うため仕切板の中央に切り欠き孔がそれぞれ形成されている。
【０００５】
さらに従来の排気マニホールドの冷却構造としては、水を船体の後方にジェット噴射して推進する船のエンジンに適用する冷却構造であって、冷却水は船外から取り入れた水をエンジンおよび排気系部品を冷却した後、配水管から船外へ捨てるものが知られている（特許文献８）。この冷却構造では、エンジン気筒周りの水ジャケットに連通し、かつ排気マニホールドの第１上流側パイプ(触媒を内蔵)周りをこのパイプの長手方向に沿って覆う第１水ジャケットと、その下流の第２上流側パイプ周りをこのパイプの長手方向に沿って覆う第２水ジャケットと、をガスケットで分離した構造であって、これら水ジャケットへの水量をそれぞれ制御することでエンジン温度に応じた冷却を可能としている。なお、ガスケットの一部には冷却水中のエア抜きの孔が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２６０９５８号公報
【特許文献２】特開２００５−２１４１６２号公報
【特許文献３】特開２００９−１５６０４８号公報
【特許文献４】特開２０１０−１３３３２５号公報
【特許文献５】特開２０１０−１４４５８６号公報
【特許文献６】特開２０１０−１５１０２４号公報
【特許文献７】特開２００５−２１４０２９号公報
【特許文献８】特開２００２−３６４３６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の排気マニホールドの冷却構造には以下に説明するような問題がある。
【０００８】
すなわち、特許文献１〜７に記載のものにあっては、水ジャケットは、エンジンの各気筒に対応して分岐する排気マニホールドのヘッダーパイプの外周側で独立に形成されているわけではなく、複数のヘッダーパイプの外側を連通した状態で覆ってその中を冷却水がエンジンの長手方向に沿って流れる構造となっているため、冷却水はヘッダーパイプ内の排気ガスを気筒順に冷却していくこととなり、この結果、冷却水入口から遠い位置のヘッダーパイプ内の排気ガスほど冷却されにくく、したがって各気筒からの排気ガスが均一に冷却されにくいといった問題がある。また、冷却水がエンジンの長手方向に沿って流れる構造なので、冷却面積を拡大するため、ヘッダーパイプの長手方向（エンジンの幅方向）、すなわち排気ガス流れ方向に沿って大きな幅の水ジャケットにしようとすると、時間当たりに大量の冷却水を供給しないと水ジャケット内部全体に冷却水が行き渡らないが、このように大量の冷却水を供給するのはポンプ等を含め装置が大型化してしまい、実際上は難しい。また、特許文献５，６のものはエア抜きを設けてあるものの、中央位置の仕切板だけに設けてあるので、その両側にある仕切板ではヘッダーパイプが邪魔してエアが抜けにくいという問題がある。
【０００９】
また、特許文献８に記載のものにあっては、排気マニホールドの水ジャケットはヘッダーパイプごとにこれらパイプの長手方向、すなわち排気ガスの流れ方向に沿って設けて冷却の均一化を図ろうとしているものの、第１上流側パイプでは冷却水が排気ガスの下流側から上流側へ流れるようにしているので、第１上流側パイプのエンジンの気筒に近くこのため排気ガスがより高温となる部分へ近づくほど、その下流側において排気ガスで暖まった冷却水が流れて行くこととなり、冷却水による排気ガスの冷却効率は低下してしまう。また、この場合、第１上流側パイプに供給された冷却水を、第１上流側管のエンジンとは反対側の面から供給するので、この第１上流側パイプの供給側面とは反対側の面（第１上流側管のエンジン側の面）をも満たしながら、供給側と同様に流すのは難しい。さらに、エア抜きは水平に置かれたフラットなガスケットの一部に形成した孔でしかなく、エア抜きも十分とは言えない場合が生じやすい。
【００１０】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、その目的とするところは、エンジンの各気筒に接続した、排気マニホールドのヘッダーパイプを流れる排気ガスを均一、かつ効率よく冷却でき、またエア抜きもより確実に行えるようにした排気マニホールドの冷却構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的のため本発明による排気マニホールドの冷却構造は、
エンジンの各気筒に排気ガス上流側端部が接続されてエンジンから排出された排気ガスを排気ガス下流側端部へ流すヘッダーパイプと、
ヘッダーパイプごとにこの外周面を内周壁にて覆い、この内周壁とヘッダーパイプの外周面との間に形成された冷却水路内を冷却水が流通されることで各ヘッダーパイプ内を流れる排気ガスを互いに独立して冷却水で冷却する冷却水路管と、を備えた排気マニホールドの冷却構造において、
ヘッダーパイプの外周面と冷却水路管の内周壁との間に、冷却水路を上方冷却水路と下方冷却水路とに分離する仕切板と、
ヘッダーパイプの排気ガス上流側端部で上方冷却水路と下方冷却水路のうちの一方に連通する冷却水供給口と、
ヘッダーパイプの排気ガス上流側端部で上方冷却水路と下方冷却水路のうちの他方に連通する冷却水排出口と、
冷却水路管の排気ガス下流側端部の上側部分に形成されたエア抜き部と、
を備え、
内周壁の上面部分および仕切板の下面部分を、これらがヘッダーパイプの排気ガス上流側端部から排気ガス下流側端部に向けて高さが高くなるように形成し、
仕切板はヘッダーパイプの排気ガス下流側端部で冷却水が上方冷却水路と下方冷却水路との間を流通可能な形状とした、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の排気マニホールドの冷却構造にあっては、冷却水供給口と冷却水排出口をヘッダーパイプの排気ガス上流側端部に設けて、冷却水を、パイプの長手方向に沿って、仕切板で仕切った上方冷却水路と下方冷却水路のうちの一方へ流した後、その下流側端部でＵターンさせてそれらのうちの他方へと戻して、ヘッダーパイプ全周にわたってヘッダーパイプごとに独立して確実に流すことで、大きな接触面積にて、また排気ガスの熱い方から冷却水を流して排気ガスを冷却するようにしたので、エンジンの各気筒に接続した、排気マニホールドのヘッダーパイプを流れる排気ガスを均一に効率よく冷却できる。また、冷却水路管の上方内面および仕切板の下面をこれらの高さがヘッダーパイプの排気ガス上流端部側から排気ガス下流側端部へと高くなるようにするととともに、この排気ガス下流側端部にエア抜き部を設けたので、エア抜きもより確実かつ容易に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る実施例１の冷却構造を備えた排気マニホールドの平面図である。
【図２】図１のＳ２−Ｓ２線における縦断面図である。
【図３】図１のＳ３−Ｓ３線における縦断面図である。
【図４】図２のＳ４−Ｓ４線における縦断面図である。
【図５】図４のＳ５−Ｓ５線における縦断面図である。
【図６】本発明に係る実施例２の冷却構造を備えた排気マニホールドを示し、図１のＳ２−Ｓ２線における縦断面に相当する縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。
【実施例１】
【００１５】
まず、実施例１の全体構成を説明する。なお、この実施例１では直列４気筒エンジンに適用される排気マニホールドの冷却構造を例にとって説明する。
【００１６】
この実施例１の排気マニホールドの冷却構造は、図１〜４に示すように、図示を省略した直列４気筒エンジンの各気筒にそれぞれ接続される４本のヘッダーパイプ１と、４本のヘッダーパイプ１の排気ガス上流側端部に設けられたヘッド側フランジ２と、４本のヘッダーパイプ１の排気ガス下流側端部に設けられた排気マニホールド側フランジ３と、ヘッダーパイプ１ごとにその外周を独立して覆い、各ヘッダーパイプ１の外周にそれぞれ冷却水路４を形成する冷却水路管５とを、備える。なお、ヘッダーパイプ１は上流側排気マニホールドを構成する。
【００１７】
ヘッド側フランジ２は図示を省略した直列４気筒エンジンのシリンダヘッドに取り付けられる。排気マニホールド側フランジ３には、図示を省略した多岐パイプとコレクタ部とからなる下流側排気マニホールドのフランジが取り付けられる。これにより、直列４気筒エンジンの各気筒から排出された排気ガスＧは、上流側排気マニホールド各ヘッダーパイプ１を経由して下流側排気マニホールドへ流される。
【００１８】
冷却水路管５は、ヘッダーパイプ１ごとにこの外周面１１を内周壁５１にて覆い、各ヘッダーパイプ１の外周面１１と冷却水路管５の内周壁５１との間にそれぞれ個別に形成された冷却水路４内を冷却水６が流通されることで各ヘッダーパイプ１内を流れる排気ガスＧを互いに独立して冷却する。
【００１９】
また、各ヘッダーパイプ１の外周面１１と冷却水路管５の内周壁５１との間には、冷却水路４を上方冷却水路４ａと下方冷却水路４ｂとに分離する仕切板７が設けられる。この仕切板７は、図４に示すように、各ヘッダーパイプ１の排気ガス下流側端部には設けられておらず、冷却水６が上方冷却水路４ａと下方冷却水路４ｂとの間を流通可能な形状とされている。
【００２０】
そして、各ヘッダーパイプ１の排気ガス上流側端部には、上方冷却水路４ａに連通する冷却水供給口８ａと、下方冷却水路４ｂに連通する冷却水排出口８ｂが設けられる。これにより、冷却水供給口８ａから供給された冷却水６は、上方冷却水路４ａ内を排気ガス上流側端部から排気ガス下流側端部へ向けて流れ、下流側端部でＵターンして下方冷却水路４ｂ内を排気ガス下流側端部から排気ガス上流側端部へ向けて流れた後、冷却水排出口８ｂから外部へ排出される。
【００２１】
また、図１、３、４、５に示すように、各ヘッダーパイプ１の排気ガス下流側端部における冷却水路管５の上側面には冷却水路管５を流れる冷却水６に含まれるエアを抜くためのエア抜き孔５２が形成される。
そして、図３、４、５に示すように、各ヘッダーパイプ１が水平状態になるように設置した状態で、冷却水路管５における内周壁の上面部分５１ａおよび仕切板７の下面部分７１を、これらが各ヘッダーパイプ１の排気ガス上流側端部から排気ガス下流側端部に向けて高さが高くなるように傾斜する状態に形成している。
【００２２】
次に、実施例１の作用を説明する。
この実施例１の排気マニホールドの冷却構造では、上述のように構成されるため、直列４気筒エンジンの各気筒から排出された排気ガスＧは、図３に示すように、各ヘッダーパイプ１を経由してエキゾーストマニホールドに流れる。
【００２３】
一方、冷却水供給口８ａから供給された冷却水６は、図４に示すように、まず冷却水路管５の上方冷却水路４ａ内を排気ガス上流側端部から排気ガス下流側端部へ向けて、ヘッダーパイプ１ごとにその長手方向に沿って流れ、排気ガス下流側端部でＵターンして下方冷却水路４ｂ内を排気ガス下流側端部から排気ガス上流側端部へ向けて、ヘッダーパイプ１ごとにその長手方向に沿って流れた後、冷却水排出口８ｂから外部へ排出される。
すなわち、排気ガスＧの熱いヘッダーパイプ１の排気ガス上流側から冷却水６がヘッダーパイプ１ごとに独立して流れて排気ガスＧを冷却することで、各ヘッダーパイプ１を流れる排気ガスを均一に効率よく冷却する。
【００２４】
また、冷却水６にエアが含まれている場合、上方冷却水路４ａでは、エアは冷却水路管５における内周壁の上面部分５１ａに形成された傾斜に沿って排気ガス上流側端部から排気ガス下流側端部へスムーズに流れ、排気ガス下流側端部のエア抜き孔５２から外部へ確実に排出される。
また、下方冷却水路４ｂでは、エアは仕切板７の下面部分７１に形成された傾斜に沿って排気ガス上流側端部から排気ガス下流側端部へスムーズに流れ、上方冷却水路４ａの排気ガス下流側端部を経由してエア抜き孔５２から外部へ確実に排出される。
【００２５】
次に、本発明実施例１の効果を説明する。
(1) 実施例１の排気マニホールドの冷却構造にあっては、冷却水供給口８ａと冷却水排出口８ｂを各ヘッダーパイプ１の排気ガス上流側端部に設けて、冷却水６を、ヘッダーパイプ１の長手方向に沿って、仕切板７で仕切った上方冷却水路８ａへ流した後、その下流側端部でＵターンさせて下方冷却水路８ｂへ流し、各ヘッダーパイプ１全周にわたってヘッダーパイプ１ごとに独立して確実に流すことで、大きな接触面積にて、また排気ガスＧの熱い方から冷却水６を流して排気ガスＧを冷却するようにしたので、エンジンの各気筒に接続した排気マニホールドの複数のヘッダーパイプ１を流れる排気ガスＧを均一に効率よく冷却することができる。
【００２６】
(2) また、冷却水路管内周壁の上面部分５１ａおよび仕切板７の下面部分７１をこれらの高さが各ヘッダーパイプ１の排気ガス上流端部側から排気ガス下流側端部へと高くなるようにするととともに、各冷却水路管５の排気ガス下流側端部にそれぞれエア抜き孔５２を設けたので、エア抜きもより確実かつ容易に行うことができるようになる。
【００２７】
次に、他の実施例について説明する。この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例１と同様の構成部分については図示を省略し、もしくは同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。
【実施例２】
【００２８】
この実施例２の排気マニホールドの冷却構造は、上記実施例１では冷却水供給口８ａと冷却水排出口８ｂを各ヘッダーパイプ１ごとに設けたのに対し、図６に示すように、それぞれエンジンの長手方向中央部に１箇所にのみ設けた点で上記実施例１とは相違したものである。
【００２９】
すなわち、この実施例２では、各ヘッダーパイプ１の排気ガス上流側端部における上方冷却水路８ａの上端部同士を連結する上方連結流路９ａと、排気ガス上流側端部における下方冷却水路８ｂの下端部同士を連結する下方連結流路９ｂを冷却水路管５の肉厚内にそれぞれ形成し、上方連結流路９ａの長手方向中央部に冷却水供給口８ａを設け、下方連結流路９ｂの長手方向中央部に冷却水排出口８ｂを形成したものである。
従って、この実施例２によれば、冷却水供給口８ａおよび冷却水排出口８ｂを排気マニホールド内で一つずつにまとめることで、外部配管構造の簡略化が可能になる。
【００３０】
以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。
【００３１】
たとえば、実施例では直列４気筒エンジンに適用した例を示したが、全ての形式のエンジンに適用することができる。
【００３２】
また、実施例では上方冷却水路４ａ側に冷却水供給口８ａを、下方冷却水路４ｂ側に冷却水排出口８ｂを設けたが、逆に下方冷却水路４ｂ側に冷却水供給口８ａを、上方冷却水路４ａ側に冷却水排出口８ｂを設けるようにしてもよい。
【００３３】
また、実施例２では冷却水供給口８ａと冷却水排出口８ｂをそれぞれ一箇所にのみ設けたが、エンジン気筒数によっては二つの気筒や、三つの気筒ごとに設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  ヘッダーパイプ
２  ヘッド側フランジ
３  排気マニホールド側フランジ
４  冷却水路
４ａ  上方冷却水路
４ｂ  下方冷却水路
５  冷却水路管
６  冷却水
７  仕切板
８ａ  冷却水供給口
８ｂ  冷却水排出口
９ａ  上方連結流路
９ｂ  下方連結流路
１１  ヘッダーパイプの外周面
５１  冷却水路管の内周壁
５１ａ  冷却水路管内周壁の上面部分
５２  エア抜き孔（エア抜き部）
７１  仕切板の下面部分
Ｇ  排気ガス
【図１】
2012132415.tif 000003
【図２】
2012132415.tif 000004
【図３】
2012132415.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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