(57)【要約】【課題】  エンジンの気筒から排出された排気ガスの冷却効率を向上でき、かつ支管およびその冷却部との間で熱膨張差が発生してもこれらが破損や変形することのない排気マニホールドの冷却構造を提供する。【解決手段】  エンジン１の各気筒に排気ガス上流側端部が接続されてエンジン１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２と、該ヘッダーパイプ２に接した状態で内部に冷却水が流通されることで各ヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧを互いに独立して冷却する冷却水路管５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２は、２分割した分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂから構成され、これらの管により冷却水路管５の外周面が相対変位可能に挟まれた構成とした。【選択図】図２
2012202284.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支管と、
該支管に接した状態で内部に冷却水が流通されることで前記各支管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、
前記支管は、２分割した管から構成され、これらの管により前記冷却水路管の外周面が相対変位可能に挟まれた、
ことを特徴とする排気マニホールドの冷却構造。
【請求項２】
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支管と、
該支管に接した状態で内部に冷却水が流通されることで前記各支管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、
前記冷却水路管は、２分割した管から構成され、これらの管により前記支管の外周面が相対変位可能に挟まれた、
ことを特徴とする排気マニホールドの冷却構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排気マニホールドの冷却構造において、
前記２分割した管は、弾性力によりこれらで挟んだ相手の外周面に接触するように押圧されている、
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、自動車等に搭載された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、エンジンに連結された排気マニホールドにおいて、エンジンの気筒から排出された排気ガスを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】
このような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支管や主管の排気ガス通路中に、内部にウォータジャケットを含む水冷部が支管内の排気ガス流を２分するように設けられて、支管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１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２０３３００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
すなわち、水冷部内のウォータジャケットは水が封じ込められたままであり、エンジンの冷却水等を循環する構造とはなっていないので、エンジンの運転時間が経ってウォータジャケットの水が温まると冷却効果が発揮できなくなる。
また、上記公報には、水冷部が支管あるいは主管内に挟まれているとのみ開示されているだけで、固着されているのか否か不明である。もし固着されているとすると、水冷部と支管（あるいは主管）との間で熱膨張差に基づく応力が発生し、これらを破損あるいは変形してしまうことになる。一方、固着ではなく圧入されているとすると、エンジンの気筒から排出されて間もない高温の排気ガスに晒される支管（あるいは主管）の方がウォータジャケットを有する水冷部より熱膨張が大きくなり、水冷部が支管（あるいは主管）内でがたつくことになる。
さらに、水冷部が排気ガス通路内に設けられているので、上記原因等で水冷部が破損してウォータジャケット内の水が支管あるいは主管内に入るようなことになると、その下流の触媒等に悪影響を及ぼす。
【０００６】
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、エンジンの気筒から排出された排気ガスの冷却効率を向上でき、かつ排気マニホールドの支管およびその冷却部との間で熱膨張差が発生しても、これらが破損や変形することのない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】
【０００７】
この目的のため、本第１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支管と、
これら支管に接した状態で内部に冷却水が流通されることで各支管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、
支管が、２分割した管から構成され、これらの管により冷却水路管の外周面が相対変位可能に挟まれた、
ことを特徴とする。
【０００８】
この目的のため、本第２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支管と、
これら支管に接した状態で内部に冷却水が流通されることで各支管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、
冷却水路管が、２分割した管から構成され、これらの管により支管の外周面が相対変位可能に挟まれた、
ことを特徴とする。
【０００９】
また、本第３発明による排気マニホールドの冷却構造は、
上記第１または第２の発明の排気マニホールドの冷却構造において、
２分割した管が、弾性力によりこれらで挟んだ相手の外周面に接触するように押圧されている、
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
上記第１発明の排気マニホールドの冷却構造にあっては、支管が、２分割した管から構成され、これらの管により冷却水路管の外周面が相対変位可能に挟まれるようにしたので、冷却水路管の水をたとえばエンジン冷却水としてラジエータへ循環させて冷却効率を維持向上することができる。
また、支管と冷却水路管との間で熱膨張差が発生してもこれらは互いに相対変位可能であり破損や変形を避けることができる。
また、万が一、冷却水路管が破損してもその内部の水が支管内に入り込むことがないので、触媒などに悪影響を及ぼす心配がない。
【００１１】
上記第２発明の排気マニホールドの冷却構造にあっては、冷却水路管が、２分割した管から構成され、これらの管により支管の外周面が相対変位可能に挟まれるようにしたので、冷却水路管の水をたとえばエンジン冷却水としてラジエータへ循環させて冷却効率を維持向上することができる。
また、支管と冷却水路管との間で熱膨張差が発生してもこれらは互いに変位可能であり破損や変形を避けることができる。
また、万が一、冷却水路管が破損してもその内部の水が支管内に入り込むことがないので、触媒などに悪影響を及ぼす心配がない。
【００１２】
上記第３発明の排気マニホールドの冷却構造にあっては、
２分割した管が、弾性力によりこれらで挟んだ相手の外周面に接触するように押圧されているので、分割した管とこれらで挟んだ相手が絶えず接触することとなり、冷却効果の低下を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る排気マニホールドの冷却構造を示す平面図である。
【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】本発明の実施例２に係る排気マニホールドの冷却構造を示す平面図である。
【図５】図４のＳ５−Ｓ５線における縦断面図である。
【図６】図４のＳ６−Ｓ６線における縦断面図である。
【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に係る排気マニホールドの冷却構造の全体構成を図１〜３に基づき、説明する。なお、この実施例１では、自動車に搭載された直列４気筒エンジンに適用される排気マニホールドＭ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Ｍの冷却構造は、直列４気筒エンジン１の各気筒に接続されて４気筒エンジン１から排出された排気ガスを排気ガス下流側へ流す４本のヘッダーパイプ（本発明の支管に相当）２を有する上流側排気マニホールドＵＭと、この下流側に接続されて排気ガスを流す多岐パイプ７およびコレクタ７ａを有する下流側排気マニホールドＤＭと、ヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧを冷却する冷却水路管５と、を備える。
【００１７】
各ヘッダーパイプ２の排気ガス上流側端部（エンジン側端部）には、エンジン側フランジ３が設けられて図１に示すように、直列４気筒エンジン１のシリンダヘッドの側面に取り付けられる。一方、排気ガス上流側端部が接続されて各ヘッダーパイプ２の排気ガス下流側端部（排気管側端部）には、中間フランジ３が設けられている。
【００１８】
多岐パイプ７の排気ガス上流側端部には、ヘッダーパイプ２の中間フランジ３に連結される中間フランジ７ｃが設けられ、それらの排気ガス下流側端部はコレクタ７ａで１本にまとめられるとともに、このコレクタ７ａの排気ガス下流側端部には排気管側フランジ７ｃが設けられている。排気管側フランジ７ｃは、図示を省略した触媒、マフラー等を備えた下流側の排気管に接続される。
【００１９】
ヘッダーパイプ２は、図２、３に示すように、円形パイプの中央から上下方向に２分割され、この分割ヘッダーパイプ（２分割した管）２ａ、２ｂの長手方向中央部には隙間２ｃが形成されている。
冷却水路管５は、その断面がヘッダーパイプ２の長手方向に長い扁平状をなし、両分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂの隙間２ｃを４気筒エンジン１の長手方向に連続する状態で貫通・延在し、上方の分割ヘッダーパイプ２ａのフラットな下面および下方の分割ヘッダーパイプ２ｂのフラットな上面の間に、冷却水路管５の外周面が接触かつ相対変位可能に挟み込まれた状態で設けられている。この場合、分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂは、これらの弾性力あるいは分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂの外周に巻いた図示しない弾性バンド等で、分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂと冷却水路管５との接触面同士が圧着するようにしてある。
【００２０】
次に、実施例１に係る排気マニホールドの冷却構造の作用を説明する。
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１の各気筒から排出された排気ガスＧは、図１、３に示すように、上流側排気マニホールドＵＭの各ヘッダーパイプ２の両分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂを経由して下流側排気マニホールドＤＭの多岐パイプ７に流れる。そして、下流側排気マニホールド７で各多岐パイプ７ａに流れ込んだ排気ガスは、コレクタ部７ｂで統合され、図示を省略した下流側の排気管、触媒、マフラー等へ流れて浄化及び消音された状態で車外に排出される。
【００２１】
一方、図外のラジエータ等から冷却水路管５に供給された冷却水は、図２に示すように、冷却水路管５内を図２右方向から左方向へ向けて流れ、各ヘッダーパイプ２を構成する両分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂの冷却水路管５の外周面への接触面を通じて、排気ガスＧから熱を奪うことで、両分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂ内を流れる排気ガスＧを冷却する。
【００２２】
エンジンの長時間運転や出力大での運転により排気ガスＧが高温になった場合、上記冷却が行われるものの、加速時などでは急激に排気ガスＧの温度上昇が生じ、冷却水路管５による冷却能力を上回る。この結果、両分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂと冷却水路管５との間で幅方向、厚さ方向、長手方向などに熱膨張の違いが生じることがあるが、この場合、両分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂと冷却水路管５とは、これらの接触面が弾性力で圧着されているだけで、上記各方向へスライドや弾性変形するなどして相対変位する。したがって、これら間に熱膨張差による過大な応力が生じるのを抑制して破損や問題となる塑性変形が生じるのを防止する。また、両分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂと冷却水路管５とは、絶えず接触しているので、冷却能力の低下を抑制することができる。
【００２３】
また、万が一、冷却水路管５が破損してこの内部の水が漏れたとしても、両分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂにてこの内部に漏れた水が入り込み、下流側の触媒等へ悪影響を及ぼすのが防止される。
【００２４】
次に、本発明実施例１に係る排気マニホールドの冷却構造の効果を説明する。
(1)  実施例１の排気マニホールドの冷却構造にあっては、ヘッダーパイプ２が、２分割した分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂから構成され、両分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂにより冷却水路管５の外周面が接触かつ相対変位可能に挟まれるようにしたので、冷却水路管５の水をたとえばエンジン冷却水としてラジエータへ循環させ、また、接触面を通じての冷却の結果、冷却効率を向上することができる。この場合、分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂと冷却水路管５との接触面は、弾性力で圧着するようにされているので、使用中、それらが接触しているので、冷却能力の低下を抑制することができる。
【００２５】
(2)  また、両分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂと冷却水路管５との間で熱膨張差が発生してもこれらは互いに相対変位可能であり、過大な応力が発生するのを避けて、これらの破損や変形を避けることができる。
【００２６】
(3)  また、万が一、冷却水路管５が破損してもその内部の水が両分割ヘッダーパイプ２ａ、２ｂ内に入り込むことがないので、触媒などに悪影響を及ぼす心配がない。
【００２７】
次に、本発明の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、図４〜６に示すように、ヘッダーパイプ２は円筒状で、冷却水路管６が、上下方向に２分割した管から構成され、これらの管によりヘッダーパイプ２の外周面が接触かつ相対変位可能に挟まれた状態とした点が、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、ヘッダーパイプ２の外側、すなわち、４本のヘッダーパイプ２の上側外周面に沿って４気筒エンジン１の長手方向に連続する上側冷却水路管６ａと、４本のヘッダーパイプ２の下側外周面に沿って４気筒エンジン１の長手方向に連続する下側冷却水路管６ｂとを備える。
【００３０】
そして、この上側冷却水路管６ａと下側冷却水路管６ｂは、ヘッダーパイプ２の外周面を、その長手方向に沿って相対変位可能に挟み込んだ状態で設けられている。上側冷却水路管６ａと下側冷却水路管６ｂは、これらの弾性力あるいはこれらの外周面に巻き付けた図外の弾性バンド等の弾性力によりヘッダーパイプ２と接触を維持するようにしてある。
また、この実施例２では、上側冷却水路管６ａと下側冷却水路管６ｂ内における冷却水の流れ方向を互いに逆方向にしている。
【００３１】
次に、実施例２の作用を説明する。
この実施例２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、冷却水路管５に供給された冷却水は、図５、６に示すように、４本のヘッダーパイプ２の上側外周面に沿って設けられた上側冷却水路管６ａと、４本のヘッダーパイプ２の下側外周面に沿って設けられた下側冷却水路管６ｂ内を流れることで、ヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧを冷却する。
【００３２】
次に、本発明実施例２に係る排気マニホールドの効果を説明する。
(1)  実施例１の排気マニホールドの冷却構造にあっては、冷却水路管が、上下に２分割した上側冷却水路管６ａと下側冷却水路管６ｂから構成され、これらの管によりヘッダーパイプ２の外周面が接触かつ相対変位可能に挟まれるようにしたので、上側冷却水路管６ａと下側冷却水路管６ｂの水をたとえばエンジン冷却水としてラジエータへ循環させて冷却効率を維持向上することができる。
【００３３】
(2)  また、ヘッダーパイプ２と上側冷却水路管６ａ及び下側冷却水路管６ｂとの間で熱膨張差が発生してもこれらは互いに相対変位可能であり破損や変形を避けることができる。
【００３４】
(3)  また、万が一、上側冷却水路管６ａまたは下側冷却水路管６ｂが破損してもその内部の水がヘッダーパイプ２内に入り込むことがないので、触媒などに悪影響を及ぼす心配がない。
【００３５】
(4)  また、上下２分割した上側冷却水路管６ａと下側冷却水路管６ｂ管内における冷却水の流れ方向を互いに逆方向にすることで、４本のヘッダーパイプ２内を流れる排気ガスＧの冷却効果のバラツキを抑制することができる。
【００３６】
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。
【００３７】
たとえば、排気マニホールド７は、本実施例では上流側支管２と下流側多岐パイプ７ａとが分割されて中間フランジ４、７ｃとで連結されているが、これらの中間フランジ４、７ｃを無くした一体形成品として構成してもよい。
【００３８】
また、実施例１の構造に実施例２の構造を組み合わせてもよい。
また、冷却水路管への循環水路に制御弁を設け、排気ガスＧの温度に応じて冷却水の流量制御を行う制御手段を備えるようにしてもよい。
また、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。
【符号の説明】
【００３９】
１  直列４気筒エンジン
２  ヘッダーパイプ（支管）
２ａ  上側の分割ヘッダーパイプ
２ｂ  下側の分割ヘッダーパイプ
２ｃ  隙間
３  エンジン側フランジ
４  中間フランジ
５  冷却水路管
６  冷却水路管
６ａ  上側冷却水路管
６ｂ  下側冷却水路管
７  多岐パイプ
７ａ  コレクタ
７ｂ  中間フランジ
７ｃ  排気管側フランジ
Ｍ  排気マニホールド
ＵＭ  上流側排気マニホールド
ＤＭ  下流側排気マニホールド
Ｇ  排気ガス
【図１】
2012202284.tif 000003
【図２】
2012202284.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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