(57)【要約】【課題】排気管の下流側端部が熱により延伸方向に伸びることによって生じる応力の集中を抑制することのできるエキゾーストマニホールドを提供する。【解決手段】エキゾーストマニホールドは、複数の排気管と、合流部と、を備える。合流部は、第１のシェル部材と、第２のシェル部材と、仕切部材と、を備える。仕切部材は、第１のシェル部材と第２のシェル部材との間に設けられ、内部流路を第１のシェル部材側の第１の合流流路と第２のシェル部材側の第２の合流流路とに区分する。複数の第１種の排気管は、合流部における第１の合流流路の上流側開口に挿入される。複数の第２種の排気管は、合流部における第２の合流流路の上流側開口に挿入される。複数の排気管は、下流側端部の延伸方向が互いに異なる複数の排気管を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の各気筒からの排気流路を形成する複数の排気管と、
前記複数の排気管から流出した排ガスを合流させるための排気流路を形成する合流部と、
を備え、
前記合流部は、
第１のシェル部材と、
前記第１のシェル部材との間に内部流路を形成する第２のシェル部材と、
前記第１のシェル部材と前記第２のシェル部材との間に設けられ、前記内部流路を前記第１のシェル部材側の第１の合流流路と前記第２のシェル部材側の第２の合流流路とに区分する、仕切部材と、
を備え、
前記複数の排気管は、複数の第１種の排気管と、複数の第２種の排気管と、を備え、
前記複数の第１種の排気管は、前記合流部における前記第１の合流流路の上流側開口に挿入され、
前記複数の第２種の排気管は、前記合流部における前記第２の合流流路の上流側開口に挿入され、
前記複数の排気管は、下流側端部の延伸方向が互いに異なる複数の排気管を含む、エキゾーストマニホールド。
【請求項２】
請求項１に記載のエキゾーストマニホールドであって、
前記第１のシェル部材及び前記第２のシェル部材のそれぞれの外縁には、前記仕切部材の面と平行な面を有するフランジ部が形成され、
前記仕切部材は、前記第１のシェル部材及び前記第２のシェル部材の前記フランジ部の間に挟まれた状態で設けられる、エキゾーストマニホールド。
【請求項３】
請求項２に記載のエキゾーストマニホールドであって、
前記第１のシェル部材の前記フランジ部と、前記第２のシェル部材の前記フランジ部とは、外形が異なる、エキゾーストマニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、エキゾーストマニホールドに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の各気筒からの排気流路を形成する複数の排気管と、複数の排気管から流出した排ガスを合流させる合流部と、を備えるエキゾーストマニホールドが知られている。特許文献１には、４本の排気管のそれぞれの下流側端部が、円を４分割した断面形状に加工され、全体として断面が円形状となるように重ねられた状態で合流部の上流側開口に挿入された構成が開示されている。また、この構成では、２本の排気管の下流側端部と他の２本の排気管の下流側端部との間に、排気管よりも下流側に突出した平板状の仕切板が設けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５０１４６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述した特許文献１に記載の構成では、４つの排気管の下流側端部の延伸方向がすべて同一（平行）であるため、それぞれの排気管の下流側端部が熱により延伸方向に伸びることによる荷重が同一方向に加わり、応力が集中しやすいという問題があった。
【０００５】
本開示の一局面は、排気管の下流側端部が熱により延伸方向に伸びることによって生じる応力の集中を抑制することのできるエキゾーストマニホールドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、エキゾーストマニホールドであって、複数の排気管と、合流部と、を備える。複数の排気管は、内燃機関の各気筒からの排気流路を形成する。合流部は、複数の排気管から流出した排ガスを合流させるための排気流路を形成する。合流部は、第１のシェル部材と、第２のシェル部材と、仕切部材と、を備える。第２のシェル部材は、第１のシェル部材との間に内部流路を形成する。仕切部材は、第１のシェル部材と第２のシェル部材との間に設けられ、内部流路を第１のシェル部材側の第１の合流流路と第２のシェル部材側の第２の合流流路とに区分する。複数の排気管は、複数の第１種の排気管と、複数の第２種の排気管と、を備える。複数の第１種の排気管は、合流部における第１の合流流路の上流側開口に挿入される。複数の第２種の排気管は、合流部における第２の合流流路の上流側開口に挿入される。複数の排気管は、下流側端部の延伸方向が互いに異なる複数の排気管を含む。
【０００７】
このような構成では、複数の排気管に、下流側端部の延伸方向が互いに異なる複数の排気管が含まれる。したがって、すべての排気管の下流側端部の延伸方向が同一である構成と比較して、排気管の下流側端部が熱により延伸方向に伸びることによって生じる応力の集中を抑制することができる。
【０００８】
本開示の一態様は、第１のシェル部材及び第２のシェル部材のそれぞれの外縁には、仕切部材の面と平行な面を有するフランジ部が形成され、仕切部材は、第１のシェル部材及び第２のシェル部材のフランジ部の間に挟まれた状態で設けられていてもよい。
【０００９】
このような構成によれば、第１のシェル部材及び第２のシェル部材のそれぞれのフランジ部同士を接合することで、第１のシェル部材と第２のシェル部材とを接合することができる。このため、第１のシェル部材と第２のシェル部材との接合部において、第１のシェル部材と第２のシェル部材との間の内部空間と外部空間とを連通する隙間が生じにくくなる。したがって、例えば、溶接により接合した場合におけるスパッタなどの異物が第１のシェル部材と第２のシェル部材との間の内部空間に入り込みにくくすることができる。
【００１０】
本開示の一態様は、第１のシェル部材のフランジ部と、第２のシェル部材のフランジ部とが、外形が異なっていてもよい。
このような構成によれば、第１のシェル部材のフランジ部と第２のシェル部材のフランジ部との外形が同一である構成と比較して、第１のシェル部材と第２のシェル部材とを接合しやすくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態の排気浄化装置の全体図である。
【図２】図２（Ａ）は、第１のシェル部材に第１の排気管及び第４の排気管が嵌合された状態を表す図である。図２（Ｂ）は、第１のシェル部材に仕切部材が重ねられた状態を表す図である。図２（Ｃ）は、仕切部材を挟んで第１の排気管及び第４の排気管の反対側に第２の排気管及び第３の排気管が配置された状態を表す図である。図２（Ｄ）は、第２の排気管及び第３の排気管に第２のシェル部材が被せられた状態を表す図（エキゾーストマニホールドの全体図）である。
【図３】他の実施形態のエキゾーストマニホールドの分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．構成］
図１に示す排気浄化装置１００は、車両の内燃機関（図示せず）が有する複数（この例では４つ）の気筒のそれぞれから排出された排ガスを車両の外へ導くための排気流路の一部を形成する。排気浄化装置１００は、上流側フランジ１と、エキゾーストマニホールド２と、上流側コーン３と、触媒ケース４と、下流側コーン５と、管状部材６と、下流側フランジ７と、を備える。
【００１３】
上流側フランジ１は、金属製の板状部材であり、内燃機関の各気筒からの排ガスの流出口として機能する複数（この例では４つ）の貫通孔が形成されている。各貫通孔には、後述する４つの排気管２１〜２４の上流側端部が接続される。
【００１４】
エキゾーストマニホールド２は、金属製の複数の部材により構成され、上流側フランジ１に接続されている。エキゾーストマニホールド２は、内燃機関の各気筒から流出した排ガスを合流させる排気流路を形成する。具体的には、エキゾーストマニホールド２は、４つの気筒に対応した４つの排気流路を２つの排気流路に集約させる。エキゾーストマニホールド２の詳細な構成については後述する。
【００１５】
上流側コーン３は、排気流路の断面積が下流側に向かって徐々に大きくなる形状の金属製の部材であり、エキゾーストマニホールド２の下流側端部に接続されている。上流側コーン３は、エキゾーストマニホールド２とともに、内燃機関の各気筒から流出した排ガスを合流させる排気流路を形成する。具体的には、上流側コーン３は、エキゾーストマニホールド２における集約後の２つの排気流路を１つの排気流路に集約させる。
【００１６】
触媒ケース４は、金属製の円筒状部材であり、上流側コーン３の下流側端部に接続されている。触媒ケース４は、排ガスを浄化するための図示しない円柱状の触媒を収容する。
下流側コーン５は、排気流路の断面積が下流側に向かって徐々に小さくなる形状の金属製の部材であり、触媒ケース４の下流側端部に接続されている。下流側コーン５は、触媒ケース４に収容されている触媒によって浄化された排ガスの排気流路を形成する。
【００１７】
管状部材６は、金属製の円筒状部材であり、下流側コーン５の下流側端部に接続されている。管状部材６は、下流側コーン５から流出した排ガスの排気流路を形成する。
下流側フランジ７は、金属製の板状部材であり、管状部材６を挿入可能な貫通孔が形成され、貫通孔を貫通した状態の管状部材６に固定されている。下流側フランジ７は、その一部が車両本体側に固定される。
【００１８】
次に、エキゾーストマニホールド２の詳細な構成について説明する。エキゾーストマニホールド２は、４つの排気管２１〜２４と、合流部２５と、を備える。
図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に示すように、４つの排気管２１〜２４の下流側端部の断面形状は、同一ではなく、複数種類に分類される。具体的には、並設方向の左右両側に位置する第１の排気管２１及び第４の排気管２４の下流側端部の断面形状は同一であり、共に円を２分割した形状である。一方、並設方向の中央に位置する第２の排気管２２及び第３の排気管２３の下流側端部の断面形状は同一であり、共に円を４分割した形状である。
【００１９】
合流部２５は、４つの排気管２１〜２４から流出した排ガスを合流させるための排気流路を形成する。図１及び図２（Ａ）〜図２（Ｄ）に示すように、合流部２５は、第１のシェル部材２５１と、第２のシェル部材２５２と、仕切部材２５３と、を備える。
【００２０】
図２（Ａ）に示すように、第１のシェル部材２５１は、窪みを有する板状の部材である。本実施形態では、第１のシェル部材２５１は、金属製の平板をプレス加工した部材であり、窪みは中央部に形成されている。第１のシェル部材２５１の上流側端部近傍には、円を２分割した断面形状を有する２つの窪み２５１ａ，２５１ｂが形成されている。
【００２１】
図１及び図２（Ｄ）に示す第２のシェル部材２５２は、窪みを有する板状の部材である。本実施形態では、第２のシェル部材２５２は、第１のシェル部材２５１と同様、金属製の平板をプレス加工した部材であり、窪みは中央部に形成されている。第２のシェル部材２５２は、第１のシェル部材２５１との間に内部流路を形成する。第２のシェル部材２５２に形成された窪みの上流側は、概略半球状に形成されている。
【００２２】
第１のシェル部材２５１及び第２のシェル部材２５２のそれぞれの外縁には、仕切部材２５３の面と平行な面を有するフランジ部２５１ｃ，２５２ｃが形成されている。以下では、第１のシェル部材２５１のフランジ部２５１ｃを「第１のフランジ部２５１ｃ」と称し、第２のシェル部材２５２のフランジ部２５２ｃを「第２のフランジ部２５２ｃ」と称する。
【００２３】
第１のフランジ部２５１ｃと、第２のフランジ部２５２ｃとは、外形が異なる。具体的には、図２（Ｄ）に示すように、第１のフランジ部２５１ｃの外形は、第２のフランジ部２５２ｃの外形よりも一回り大きくなるよう設計されている。
【００２４】
仕切部材２５３は、金属製の平板状の部材であり、第１のシェル部材２５１と第２のシェル部材２５２との間に設けられる。仕切部材２５３は、２つのシェル部材２５１，２５２の間に形成される内部流路を、第１のシェル部材２５１側の第１の合流流路と第２のシェル部材２５２側の第２の合流流路とに区分する。図２（Ｄ）に示すように、仕切部材２５３の外形は、第２のフランジ部２５２ｃと重なる部分において、第２のフランジ部２５２ｃと略同一の形状である。仕切部材２５３は、第１のシェル部材２５１及び第２のシェル部材２５２のフランジ部２５１ｃ，２５２ｃの間に挟まれた状態で固定される。仕切部材２５３は、第１の合流流路において合流する排ガスと第２の合流流路において合流する排ガスとの間の排気干渉を抑制する機能を有する。
【００２５】
図２（Ｄ）に示すように、第１の排気管２１及び第４の排気管２４は、合流部２５における第１の合流流路の２つの上流側開口２５４ａ，２５４ｂにそれぞれ挿入される。一方、第２の排気管２２及び第３の排気管２３は、合流部２５における第２の合流流路の上流側開口２５４ｃに挿入される。
【００２６】
なお、第１の合流流路の上流側開口２５４ａ，２５４ｂは、第１のシェル部材２５１と仕切部材２５３とが接合された状態において、第１のシェル部材２５１の窪み２５１ａ，２５１ｂによって構成される。一方、第２の合流流路の上流側開口２５４ｃは、第２のシェル部材２５２と仕切部材２５３とが接合された状態において、第２のシェル部材２５２の上流側端部と仕切部材２５３と間に形成される。
【００２７】
本実施形態では、４つの排気管２１〜２４の中には、下流側端部の延伸方向が同一でない排気管が含まれる。ここでいう下流側端部の延伸方向とは、下流側端部が延びる方向、換言すれば排ガスの流れ方向である。例えば、下流側端部が軸を規定できる形状である場合、延伸方向はその軸の方向である。軸を規定できる形状としては、例えば、柱状や錐体状の外形を有する形状や、錐体状ではないものの断面形状が相似的に変化する形状などが挙げられる。
【００２８】
本実施形態では、第２の排気管２２及び第３の排気管２３の延伸方向は同一であるが、第２の排気管２２及び第３の排気管２３のそれぞれは、第１の排気管２１及び第４の排気管２４のいずれとも延伸方向が同一でない。また、第１の排気管２１及び第４の排気管２４の延伸方向は同一でない。
【００２９】
次に、エキゾーストマニホールド２の製造方法について説明する。
まず、図２（Ａ）に示すように、第１のシェル部材２５１の窪み２５１ａに第１の排気管２１の下流側端部が嵌合され、また、第１のシェル部材２５１の窪み２５１ｂに第４の排気管２４の下流側端部が嵌合される。
【００３０】
続いて、図２（Ｂ）に示すように、第１のシェル部材２５１に仕切部材２５３が重ねられる。本実施形態では、第１のフランジ部２５１ｃの外形は仕切部材２５３の外形よりも大きい。そのため、仕切部材２５３が第１のフランジ部２５１ｃに重ねられた状態において、第１のフランジ部２５１ｃの一部が仕切部材２５３からはみ出た状態となる。
【００３１】
続いて、図２（Ｃ）に示すように、仕切部材２５３を挟んで第１の排気管２１及び第４の排気管２４の反対側に第２の排気管２２及び第３の排気管２３が配置される。第２の排気管２２及び第３の排気管２３の下流側端部は、これらの下流側端部が合わさって円を２分割した形状を形成するように隣接して配置される。
【００３２】
続いて、図２（Ｄ）に示すように、第２の排気管２２及び第３の排気管２３に第２のシェル部材２５２が被せられる。この際、第２のシェル部材２５２は、仕切部材２５３と重なる部分において、第２のフランジ部２５２ｃの外縁と仕切部材２５３の外縁とが一致するように配置される。
【００３３】
その後、仕切部材２５３が挟まれた状態で第１のフランジ部２５１ｃ、仕切部材２５３及び第２のフランジ部２５２ｃが接合（この例では溶接）されてエキゾーストマニホールド２が製造される。なお、この例では、第１の排気管２１及び第４の排気管２４と、第２の排気管２２及び第３の排気管２３とが、異なる場所で溶接される。
【００３４】
［２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）本実施形態の構成によれば、排気管２１〜２４の下流側端部が熱により延伸方向に伸びることによって生じる応力の集中を抑制することができる。すなわち、エキゾーストマニホールドの使用環境は高温下であり、エキゾーストマニホールドには繰り返される温度変化に対する耐久性が要求される。仮に、すべての排気管の下流側端部の延伸方向が同一である場合、それぞれの排気管の下流側端部が熱により延伸方向に伸びることによる荷重が同一方向に加わり、応力が集中しやすくなる。このような構成では、エキゾーストマニホールドの耐久性を向上させるために、補強部材などが必要になる場合もある。
【００３５】
これに対し、本実施形態では、４つの排気管２１〜２４の中に、下流側端部の延伸方向が同一でない排気管が含まれる。したがって、すべての排気管の下流側端部の延伸方向が同一である構成と比較して、排気管の下流側端部が熱により延伸方向に伸びることによって生じる応力の集中を抑制することができる。
【００３６】
（２）本実施形態において、仮に、４つの排気管２１〜２４の下流側端部の延伸方向をすべて同一にする場合、排気管２１，２４と排気管２２，２３との下流側端部の延伸方向を揃えるために、排気管２１，２４に更に曲げ加工を施さなければならない。そして、排気管２１，２４が更に曲げられると、その分排気管２１，２４が長くなり、エキゾーストマニホールド２がより大きなスペースを占有することになる。
【００３７】
これに対し、本実施形態では、４つの排気管２１〜２４の下流側端部の延伸方向がすべて同一である構成と比較して、排気管２１，２４が曲げられない分、加工費を軽減することができ、また、エキゾーストマニホールドをコンパクト化することができる。
【００３８】
（３）一般に、内燃機関の気筒から合流部までの複数の排気ガスの排気流路、換言すれば、複数の排気管の長さが互いに等しいほど内燃機関の出力が向上する。本実施形態のように排気管２１〜２４の下流側端部の延伸方向がすべて揃っていない構成では、下流側端部の延伸方向がすべて同一である構成と比較して、設計の自由度が高いため、排気管２１〜２４の長さを合わせやすい。したがって、下流側端部の延伸方向がすべて同一である構成と比較して、各排気管２１〜２４の長さを合わせることで内燃機関の出力を向上させることをより容易に行うことができる。
【００３９】
（４）本実施形態では、第１のシェル部材２５１及び第２のシェル部材２５２のそれぞれのフランジ部２５１ｃ，２５２ｃ同士を接合することで、第１のシェル部材２５１と第２のシェル部材２５２とが接合される。このため、第１のシェル部材２５１と第２のシェル部材２５２との接合部において、第１のシェル部材２５１と第２のシェル部材２５２との間の内部空間と外部空間とを連通する隙間が生じにくくなる。したがって、例えば、スパッタなどの異物が第１のシェル部材２５１と第２のシェル部材２５２との間の内部空間に入り込みにくくすることができる。
【００４０】
また、これにより、エキゾーストマニホールド２内に発生した負圧により異物が内燃機関に吸い込まれ、内燃機関の故障や機能停止が発生することを抑制することができる。さらに、本実施形態をＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）を備える構成とした場合に、合流部２５から内燃機関へ戻る経路内のバルブに異物が挟まることを抑制することができる。
【００４１】
（５）本実施形態では、第１のフランジ部２５１ｃと第２のフランジ部２５２ｃとは、外形が異なる。具体的には、第１のフランジ部２５１ｃの外形は、第２のフランジ部２５２ｃの外形よりも一回り大きい。したがって、第１のフランジ部と第２のフランジ部との外形が同一である構成と比較して、第１のシェル部材２５１と第２のシェル部材２５２とを接合しやすくすることができる。
【００４２】
なお、本実施形態では、第１の排気管２１及び第４の排気管２４が第１種の排気管の一例に相当し、第２の排気管２２及び第３の排気管２３が第２種の排気管の一例に相当する。
【００４３】
［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００４４】
（１）内燃機関の各気筒からの排気流路を形成する複数の排気管が、下流側端部の延伸方向が互いに異なる複数の排気管を含む構成として、上記実施形態を例示したが、当該構成は上記実施形態に限られない。例えば、図３に示すエキゾーストマニホールド８は、４つの排気管８１〜８４と、第１のシェル部材８５１と、第２のシェル部材８５２と、仕切部材８５３と、を備える。この構成では、複数の排気管８１〜８４の下流側端部の延伸方向はすべて異なり、下流側端部の延伸方向が同一である排気管が存在しない。つまり、この構成でも、少なくとも１つの排気管の下流側端部の延伸方向が、他の少なくとも１つの排気管の下流側端部の延伸方向と平行ではない。なお、４つの排気管８１〜８４の下流側端部の断面形状は、いずれも円を２分割した形状である。このような構成のエキゾーストマニホールド８によれば、応力の集中を一層抑制することができる。
【００４５】
（２）上記実施形態では、エキゾーストマニホールド２は４つの排気管２１〜２４を有していたが、エキゾーストマニホールドが有する排気管の数はこれに限られない。エキゾーストマニホールドは、例えば、５本以上の排気管を有していてもよい。
【００４６】
（３）排気浄化装置１００が有する各部材の形状等は上記実施形態のものに限られない。例えば、上記実施形態では、仕切部材の外形が一方のフランジ部の外形と同一である構成を例示したが、仕切部材の形状はこれに限られない。例えば、仕切部材の外形が、一方のフランジ部の外形よりも大きく、他方のフランジ部の外形よりも小さくてもよい。つまり、第１のフランジ部、仕切部材及び第２のフランジ部が、この順番で階段状に重ねられる構成であってもよい。
【００４７】
また、上記実施形態では、第１のフランジ部２５１ｃと第２のフランジ部２５２ｃとは、外形が異なっていたが、フランジ部の外形はこれに限られず、第１のフランジ部と第２のフランジ部とは、外形が同一であってもよい。
【００４８】
（４）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【００４９】
１…上流側フランジ、２，８…エキゾーストマニホールド、３…上流側コーン、４…触媒ケース、５…下流側コーン、６…管状部材、７…下流側フランジ、２１〜２４，８１〜８４…排気管、２５…合流部、１００…排気浄化装置、２５１，８５１…第１のシェル部材、２５１ａ，２５１ｂ…窪み、２５１ｃ，２５２ｃ…フランジ部、２５２，８５２…第２のシェル部材、２５３，８５３…仕切部材、２５４ａ，２５４ｂ…第１の合流流路の上流側開口、２５４ｃ…第２の合流流路の上流側開口。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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