(57)【要約】【課題】熱膨張によるシール性の低下を好適に抑えることのできる排気マニホールドを提供する。【解決手段】本発明の排気マニホールドは、排気が内部を流れる内管２と、その内管２のシリンダーヘッドへの取付け側以外の部分を覆う外管５とを有する二重管構造とされている。こうした排気マニホールドにおいて、外管５の内周に内管２を圧入するとともに、外管５と内管２との嵌合部１１、１２を、排気マニホールドへの取付け側に向うにつれて径が拡大するテーパー状に形成するようにした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気が内部を流れる内管と、その内管のシリンダーヘッドへの取付け側以外の部分を覆う外管とを有する二重管構造の排気マニホールドにおいて、
前記外管の内周に前記内管が圧入されるとともに、前記外管と前記内管との嵌合部が、前記取付け側に向うにつれて径が拡大するテーパー状に形成されてなる
ことを特徴とする排気マニホールド。
【請求項２】
前記外管は、鋳鋼又は鋳鉄により形成され、前記内管は、ステンレス鋼により形成されてなる
請求項１に記載の排気マニホールド。
【請求項３】
前記内管は、排気を流す排気管部材と、その排気管部材の排気上流側の端部に固定されるプレート部材との２つの部材からなり、当該内管における前記外管との嵌合面が前記プレート部材に形成されてなる
請求項１又は２に記載の排気マニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気が内部を流れる内管と、その内管のシリンダーヘッドへの取付け側以外の部分を覆う外管とを有する二重管構造の排気マニホールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気マニホールドとして、ステンレス鋼で形成されたものがある。ステンレス鋼は、熱伝導率が低いため、こうしたステンレス鋼製の排気マニホールドでは、排気の温度低下を抑えて、排気浄化触媒の暖機を促進することができる。しかしながら、ステンレス鋼製の排気マニホールドでは、制振性や防音性が低いことが問題となる。
【０００３】
そこで、ステンレス鋼製の内管と、その内管の周囲を覆う鋳鉄又は鋳鋼製の外管とからなる二重管構造の排気マニホールドが提案されている。こうした二重管構造の排気マニホールドでは、排気浄化触媒の暖機促進と、制振性及び防音性の確保との両立を図ることができる。
【０００４】
従来、そうした二重管構造の排気マニホールドとして、特許文献１に記載のものが提案されている。同文献に記載の二重管構造の排気マニホールドでは、内管と外管とは直接接合されず、内管の外周に溶接されたフランジ状の保持部材の外周を、外管の鋳造時に鋳ぐるむことで、外管に対する内管の固定がなされている。こうした排気マニホールドは、外管の排気上流端に形成されたフランジにおいて、ボルト締結することでシリンダーヘッドに固定されるようになっている。
【０００５】
なお、こうした内管と外管とが異種材料により形成された二重管構造の排気マニホールドでは、材料の熱膨張率の差のため、内管と外管との間に熱膨張の差が生じる。上記従来の排気マニホールドでは、内管の保持部材の排気下流側に、外周側に膨らんだ凸部を形成し、その凸部の弾性変形で、内管の熱膨張による伸びを吸収するようにしている。そしてそれにより、内管と外管との熱膨張による伸び量の差により保持部材に作用する応力を緩和するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１１９３１４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、熱膨張によっては、内管及び外管は、その径を拡大させるような変形も生じる。上記のような凸部では、熱膨張による内管の伸びを吸収することしかできないため、そうした径拡大方向への熱膨張の差により生じる応力が保持部材に作用して、その耐久性を低下させてしまうようになる。
【０００８】
また、内管と保持部材とが溶接により接合され、保持部材と外管とが鋳ぐるみにより接合されているため、保持部材を介した内管から外管への熱伝導量が大きくなる。そのため、外管の温度が上昇し易くなり、そのフランジの熱変形が大きくなる。このとき、シリンダーヘッドにフランジが強固に固定されていると、熱変形が拘束されて、大きい熱応力がフランジに作用するため、ボルトの締付けトルクを余り大きくすることができず、シリンダーヘッドと排気マニホールドの接合部分のシール性を十分に確保できなくなってしまう。
【０００９】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、熱膨張によるシール性の低下を好適に抑えることのできる排気マニホールドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明にかかる排気マニホールドは、排気が内部を流れる内管と、その内管のシリンダーヘッドへの取付け側以外の部分を覆う外管とを有する二重管構造の排気マニホールドにおいて、外管の内周に内管を圧入するとともに、外管と内管との嵌合部を、シリンダーヘッドへの取付け側に向うにつれて径が拡大するテーパー状に形成するようにしている。
【００１１】
上記構成では、外管に対する内管の固定が圧入により行われ、外管と内管とが直接接合されていないため、内管から外管への熱伝達が抑えられる。そのため、外管の温度上昇が抑えられて、その熱変形が小さくなることから、外管をシリンダーヘッドに強固に固定することが可能となり、シリンダーヘッドと排気マニホールドとの接合部分からの排気の漏れを低減することが可能となる。
【００１２】
また、上記構成では、外管と内管との嵌合部が、シリンダーヘッドの取付け側に向うにつれて径が拡大するテーパー状に形成されているため、内管が熱膨張すると、外管への押圧による反力で、内管がシリンダーヘッドに押し付けられる。そのため、内管に熱膨張が生じると、内管とシリンダーヘッドの間のシール面圧が高まるようになる。
【００１３】
したがって、本発明によれば、熱膨張によるシール性の低下を好適に抑えることができる。
なお、こうした本発明の排気マニホールドの外管を鋳鋼又は鋳鉄により形成し、その内管をステンレス鋼により形成するようにすれば、排気の温度低下を抑えて排気浄化触媒の暖機を促進するとともに、外部への振動や騒音の伝達を抑えることができる。
【００１４】
また、排気を流す排気管部材と、その排気管部材の排気上流側の端部に固定されるプレート部材との２つの部材により内管を形成し、内管における外管との嵌合面をプレート部材に形成する構成とすれば、個々の部材の形状は、比較的単純となるため、内管の製造を容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態にかかる排気マニホールドの分解斜視図。
【図２】同実施形態の排気マニホールドの内管と外管との嵌合部の断面構造を示す断面図。
【図３】同実施形態の排気マニホールドにおける内管の熱膨張時の力の作用の態様を模式的に示す略図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の排気マニホールドを具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、直列４気筒の内燃機関に本発明の排気マニホールドを具体化した例を示す。
【００１７】
まず、本実施形態にかかる排気マニホールドの構成を、図１及び図２を参照して説明する。
図１に示すように、本実施形態にかかる排気マニホールド１は、排気が内部を流れる内管２と、その外周を覆う外管５とを備える二重管構造とされている。
【００１８】
内管２は、プレート部材３と、排気管部材４との２つの部材を溶接等により固定することで形成されている。排気管部材４は、その排気上流側が四つ叉に分岐されており、内燃機関の各気筒の排気を合流させる排気集合管として形成されている。また、プレート部材３は、排気管部材４の分岐された各管６の排気上流端の部分がそれぞれ嵌合される４つの孔７が形成された平板状に形成されている。こうした排気管部材４及びプレート部材３は、ステンレス鋼によって形成されている。
【００１９】
一方、外管５は、内管２のシリンダーヘッド８への取付け側以外の部分を覆う形状に形成されている。外管５のシリンダーヘッド８への取付け側の開口の周囲には、その径方向に延びるフランジ９が形成されている。このフランジ９には、複数（本実施形態のものでは上下に４個ずつの計８個）のボルト締結孔１０が設けられている。こうした外管５は、鋳鉄または鋳鋼により形成されている。
【００２０】
排気マニホールド１は、こうした外管５の上記開口に内管２のプレート部材３を圧入することで形成されている。そして、排気マニホールド１は、外管５のフランジ９に形成されたボルト締結孔１０を介してボルトを締結することで、シリンダーヘッド８に固定されるようになっている。なお、同図１では省略されているが、プレート部材３とシリンダーヘッド８との間には、ガスケットが介設されている。
【００２１】
次に、こうした本実施形態の排気マニホールド１における外管５に対する内管２の圧入構造を、図２を参照して説明する。
図２に示すように、内管２と外管５とは、圧入により、外管５のシリンダーヘッド８への取付け側（図中における上側）に形成された開口の内周に、内管２のプレート部材３を嵌合することで固定されている。
【００２２】
外管５の上記開口の内周には、シリンダーヘッド８への取付け側に向うにつれて径が拡大するテーパー状の嵌合面１２が形成されている。一方、内管２では、そのプレート部材３の外縁が、そうした外管５の嵌合面１２と嵌合される嵌合面１１となっている。こうした内管２の嵌合面１１も、外管５の嵌合面１２と同様に、シリンダーヘッド８への取付け側に向うにつれて径が拡大するテーパー形状に形成されている。すなわち、この排気マニホールド１では、これら嵌合面１１、１２により形成される、内管２と外管５との嵌合部が、シリンダーヘッド８への取付け側に向うにつれて径が拡大するテーパー形状に形成されている。
【００２３】
また、こうした嵌合部の排気下流側には、ステンレスメッシュにより形成された保持部材１３が、内管２と外管５との間に介設されている。この保持部材１３は、外管５に対する内管２の保持、及び内管２と外管５との振動伝達の抑制のために設けられている。
【００２４】
次に、以上のように構成された本実施形態の排気マニホールド１の作用について説明する。
エンジンの運転中、排気マニホールド１の内管２は、その内部を流れる高温の排気によって加熱されて高温となる。ここで、鋳ぐるみ等により内管２が外管５に一体に接合されていると、内管２から外管５へと熱が直接伝達されるため、外管５の嵌合面１２の周囲が高温となる。このとき、外管５がシリンダーヘッド８に強固に固定されていると、高温化に伴う熱変形が拘束されてしまい、大きな熱応力が発生するようになる。こうした熱応力を抑えるには、シリンダーヘッド８にフランジ９を締結するためのボルトの締め付けトルクを抑え、フランジ９の熱変形が許容されるようにする必要がある。しかしながら、そうした場合には、振動等でボルトが緩み易くなり、シール性が低下する虞がある。
【００２５】
一方、本実施形態では、外管５に対する内管２の固定を圧入により行うようにしている。圧入により固定した場合には、内管２と外管５との嵌合部分に、不連続な界面が形成されるため、内管２から外管５への熱伝達が抑えられる。そのため、圧入により固定することで、エンジン運転中における外管５自体の温度上昇が抑えられる。したがって、フランジ９の変形が拘束されていても、大きな熱応力は生じないようになり、ボルトの締め付けトルクを問題なく高めることが可能となる。
【００２６】
また、本実施形態では、内管２と外管５との嵌合部が、シリンダーヘッド８側に向うにつれて拡径されるテーパー形状とされている。図３に示すように、このときの内管２の熱膨張による外管５に対する押圧の力Ｆａの方向は、テーパー形状とされた嵌合面１２に垂直な方向となる。このときの内管２には、その押圧の力Ｆａと逆方向の反力Ｆｂが作用する。そして、内管２は、この反力Ｆｂによって、シリンダーヘッド８側に押し付けられる。
【００２７】
以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、内管２と外管５とが圧入により固定されているため、内管２から外管５への熱伝達を低減して、外管５の温度上昇を抑えることができる。そのため、外管５の熱応力の増大を回避しつつ、シリンダーヘッド８に対する外管５の固定を強固とすることができる。したがって、本実施形態によれば、熱膨張によるシール性の低下を好適に抑えることができる。
【００２８】
（２）本実施形態では、内管２と外管５との嵌合部が、シリンダーヘッド８側に向うにつれて拡径されるテーパー形状とされている。そのため、内管２が熱膨張すると、それによる外管５への押圧に対する反力で、内管２がシリンダーヘッド８に押し付けられ、内管２とシリンダーヘッド８との間のシール面圧が高まるようになる。したがって、本実施形態によれば、熱膨張によるシール性の低下を好適に抑えることができる。
【００２９】
（３）本実施形態では、排気マニホールド１の外管５を鋳鋼又は鋳鉄により形成し、その内管２をステンレス鋼により形成している。そのため、排気の温度低下を抑えて排気浄化触媒の暖機を促進するとともに、外部への振動や騒音の伝達を抑えることができる。
【００３０】
（４）本実施形態では、排気を流す排気管部材４と、その排気管部材４の排気上流側の端部に固定されるプレート部材３との２つの部材により内管２を形成している。そのため、内管２を構成する個々の部材の形状が比較的単純となり、内管２の製造を容易とすることができる。
【００３１】
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、内管２をプレート部材３と排気管部材４との２つの部材により形成していたが、生産性の確保が可能であれば、内管２を１つの部材で形成しても良い。また、内管２を３つ以上の部品により構成するようにしても良い。
【００３２】
・上記実施形態では、内管２をステンレス鋼により形成していたが、断熱性等の要求を満す材料であれば、アルミニウム合金などのステンレス鋼以外の材料で内管２を形成するようにしても良い。
【００３３】
・上記実施形態では、外管５を鋳鉄又は鋳鋼により形成していたが、制振性及び防音性等の要求を満す材料であれば、圧延鋼などの鋳鉄、鋳鋼以外の材料で外管５を形成するようにしても良い。
【００３４】
・上記実施形態では、内管２と外管５との嵌合部を、その全周に亘り、シリンダーヘッド８への取付け側に向うにつれて径が拡大するテーパー形状に形成していた。嵌合部の一部のみが、そうしたテーパー形状とされていても、その部分では、熱膨張に応じて内管２をシリンダーヘッド８に押し付ける方向の反力が発生される。そのため、嵌合部の一部のみをテーパー形状としても、熱膨張によるシール性の低下の抑制は可能である。
【００３５】
・上記実施形態では、内管２と外管５との間に、ステンレスメッシュ製の保持部材１３を介設していたが、アルミナファイバーなどの他の材料で保持部材１３を形成するようにしても良い。また、十分な保持性を確保できるのであれば、保持部材１３を省略しても良い。
【００３６】
・上記実施形態では、本発明を直列４気筒の内燃機関の排気マニホールドに適用した場合を説明したが、本発明は、それ以外の気筒配列を有する内燃機関の排気マニホールドにも適用が可能である。
【００３７】
次に、上記実施の形態及びその変形例から把握することのできる技術的思想について、それらの効果とともに以下に追記する。
（イ）前記外管と前記内管との嵌合部が、当該排気マニホールドの前記取付け側の端部に形成され、同取付け側の端部における前記外管の外周に、前記シリンダーヘッドへの固定のためのフランジが形成されてなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気マニホールド。
【００３８】
内管との嵌合部の近くにフランジを設けると、内管からフランジへと熱が伝わり易くなるが、上記のような圧入構造の採用により、そうした構成においても、熱膨張によるシール性の低下を好適に抑えることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…排気マニホールド、２…内管、３…プレート部材（内管）、４…排気管部材（内管）、５…外管、６…管、７…孔、８…シリンダーヘッド、９…フランジ、１０…ボルト締結孔、１１…嵌合面（嵌合部）、１２…嵌合面（嵌合部）、１３…保持部材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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