(57)【要約】【課題】複数の排気単管の間隙に設けられる仕切り板にクラックや座屈が発生することを抑制することのできるエキゾーストマニホールドの集合部構造を提供する。【解決手段】４気筒エンジンの４つの排気ポートから延びる第１〜第４排気単管と、排気流れ方向に切り欠かれた切欠き部４１ｃ，４２ｃで互いに組み合うとともに第１〜第４排気単管の間隙に設けられた２枚の仕切り板４１，４２とを排気流れ方向の下流端４１ａ，４２ａにおいて共に接合する。そして、仕切り板４１の排気流れ上流端４１ｂに形成された切欠き部４１ｃを、仕切り板４２の排気流れ下流端４２ａに形成された切欠き部４２ｃよりも短く切り欠く。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒エンジンの複数の排気ポートから延びる複数の排気単管と、排気流れ方向に切り欠かれた切欠き部で互いに組み合うとともに前記複数の排気単管の間隙に設けられた複数の仕切り板と、前記複数の排気単管および前記複数の仕切り板の排気流れ方向の下流端を共に接合した接合部とを有するエキゾーストマニホールドの集合部構造において、
前記仕切り板の排気流れ上流端に形成された前記切欠き部は、前記仕切り板の排気流れ下流端に形成された前記切欠き部よりも短く切り欠かれていることを特徴とするエキゾーストマニホールドの集合部構造。
【請求項２】
請求項１に記載のエキゾーストマニホールドの集合部構造において、
前記切欠き部は、前記仕切り板の排気流れ下流端にのみ形成されていることを特徴とするエキゾーストマニホールドの集合部構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエキゾーストマニホールドの集合部構造において、
前記エキゾーストマニホールドは４つの排気単管からなり、前記複数の仕切り板は２枚の板が十字形に組み合わされてなることを特徴とするエキゾーストマニホールドの集合部構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のエキゾーストマニホールドの集合部構造において、
前記接合部は溶接によって形成されていることを特徴とするエキゾーストマニホールドの集合部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多気筒エンジンに使用されるエキゾーストマニホールドの集合部構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒エンジンに使用されるエキゾーストマニホールドは、複数の排気ポートから延びる複数の排気単管を一体に束ねるものであり、その集合部には排気管あるいは直下型の排気ガス浄化装置が接続されている。また、各々の排気単管の間には仕切り板が設けられており、これを介して各々の排気単管が溶接により一体化されている。すなわち、例えば４気筒エンジン用のエキゾーストマニホールドについては、４つの排気単管の各下流端断面を９０°の中心角を有する略４分の１円弧の扇状断面に加工し、その下流端が円形断面になるように４つの排気単管を束ねるとともに、排気単管同士の間隙に設けられた仕切り板と溶接することで一体化させている。この排気単管の間隙に設けられる従来の仕切り板として、例えば図１０，１１に示すように、特許文献１に開示される４気筒エンジン用のエキゾーストマニホールドにおける仕切り板がある。
【０００３】
同図１１に示される２枚の仕切り板１４１，１４２の切欠き部１４１ｃ，１４２ｃは、排気単管断面における径方向（図１１の横方向）において各々の仕切り板１４１，１４２の中央部分に形成されるとともに、排気単管における排気の流れ方向（図１１の縦方向）において、それぞれ中央部分まで切り欠かれている。仕切り板１４１，１４２は、この切欠き部１４１ｃ，１４２ｃにより十字形に取り合うとともに、各排気単管の下流端における排気単管同士の間隙に設けられ、各排気単管の下流端と共に溶接により接合される。
【特許文献１】特開２００７−９８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、複数の排気単管の下流端を束ねて、その間隙に仕切り板を設けて一体化させた集合部においては、エンジン運転時に排出される排気ガスの熱で熱歪みが生じる。特に仕切り板の切欠き部では応力が集中するとともに、仕切り板において排気単管と溶接されていない排気の上流側に位置する切欠き部では周囲が固定されていないために熱歪みが大きくなり、クラックや座屈が発生するおそれがある。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の排気単管の間隙に設けられる仕切り板にクラックや座屈が発生することを抑制することのできるエキゾーストマニホールドの集合部構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は多気筒エンジンの複数の排気ポートから延びる複数の排気単管と、排気流れ方向に切り欠かれた切欠き部で互いに組み合うとともに前記複数の排気単管の間隙に設けられた複数の仕切り板と、前記複数の排気単管および前記複数の仕切り板の排気流れ方向の下流端を共に接合した接合部とを有するエキゾーストマニホールドの集合部構造において、前記仕切り板の排気流れ上流端に形成された前記切欠き部は、前記仕切り板の排気流れ下流端に形成された前記切欠き部よりも短く切り欠かれていることをその要旨とする。
【０００７】
上記構成によれば、前記仕切り板の排気流れ上流端に形成された前記切欠き部は、前記仕切り板の排気流れ下流端に形成された前記切欠き部よりも短く切り欠かれているため、周囲が排気単管と接合された下流端の切欠き部よりも上流端の切欠き部の長さを短くすることができる。その結果、仕切り板の排気流れ上流端に形成された切欠き部の剛性を高くすることができるため、仕切り板にクラックや座屈が発生することを抑制することができる。また、仕切り板の排気流れ下流端の切欠き部は周囲が排気単管と接合されているため、上流端の切欠き部よりも長く切り欠かれていたとしても剛性を確保することができる。なお、上流端に形成された切欠き部は下流端に形成された切欠き部よりも短く切り欠かれているといった構成は、下流端にのみ切欠き部が形成された構成も含むものとする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記切欠き部は、前記仕切り板の排気流れ下流端にのみ形成されていることをその要旨とする。
上記構成によれば、前記切欠き部は、前記仕切り板の排気流れ下流端にのみ形成されているため、上流端には切欠き部を形成しないことにより剛性を高くすることができる。
【０００９】
具体的には、請求項３に記載の発明によるように、前記エキゾーストマニホールドは４つの排気単管からなり、前記複数の仕切り板は２枚の板が十字形に組み合わされてなるといった構成や、請求項４に記載されるように、前記接合部は溶接によって形成されているといった構成を採用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明にかかるエキゾーストマニホールドの集合部構造を４気筒エンジン用のエキゾーストマニホールドに具体化した一実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、エキゾーストマニホールド１０は直列４気筒エンジンに採用されるものであって、図示しないエンジンのシリンダヘッドに結合される板状の取付フランジ２０を有するとともに、第１〜第４排気単管３１〜３４の上流端がそれぞれフランジ２０に溶接されている。第１〜第４排気単管３１〜３４はステンレス鋼により円筒状に形成されるとともに、それぞれ所望のエンジン特性が得られるように長さが設定されている。そして、第１〜第４排気単管３１〜３４は上記溶接された上流端から適宜曲げられて各々の下流端が排気集合管５０に嵌合することにより束ねられている。排気集合管５０は略円筒状に形成されるとともに、第１〜第４排気単管３１〜３４に嵌合する大径部５０ａとその下流側に接続する小径部５０ｂとを有している。また、小径部５０ｂにはフランジ部５０ｃが形成されている。なお、排気集合管５０も耐熱性を考慮してステンレス鋼により形成されている。
【００１２】
図２にエキゾーストマニホールドの組み立て図を示すように、第１〜第４排気単管３１〜３４の下流端が集合させられるとともに、この下流端に排気集合管５０の大径部５０ａが嵌合する。また、排気集合管５０の小径部５０ｂには、排気管６０が嵌合されて溶接される。
【００１３】
図２に示されているＡ‐Ａ線において切断した断面を排気流れ上流側から示したのが図３である。同図３に示すように、第１〜第４排気単管３１〜３４の下流端３１ａ〜３４ａにおける断面は、９０°の中心角を有する略４分の１円弧の扇形に加工されている。そして、この下流端３１ａ〜３４ａを合わせて断面の外形が円形をなすように、前記第１〜第４排気単管３１〜３４は束ねられている。さらに、同第１〜第４排気単管の間隙には第１および第２仕切り板４１，４２が十字形をなすように設けられるとともに、この第１および第２仕切り板４１，４２を介して、前記第１〜第４排気単管３１〜３４は互いに溶接されて接合部となっている。すなわち、第１〜第４排気単管３１〜３４と、第１および第２仕切り板４１，４２との当接部がそれぞれ排気の下流側から（紙面に垂直な方向から）溶接されている。なお、第１〜第４排気単管３１〜３４は下流端に近付くに連れて徐々に円形断面から扇形断面へと変化するように形成されている。
【００１４】
図４の斜視図に示すように、第１および第２仕切り板４１，４２は、排気流れ方向（図４における上下方向）に切りかかれた切欠き部４１ｃ，４２ｃが形成されているとともに、同切欠き部４１ｃ，４２ｃを組み合わせることによって十字形に構成されている。なお、上述したように、前記第１および第２仕切り板４１，４２の排気流れ下流端４１ａ，４２ａが第１〜第４排気単管３１〜３４の下流端３１ａ〜３４ａと溶接される。また、溶接が行われる第１〜第４排気単管３１〜３４の排気流れ下流端３１ａ〜３４ａと第１および第２仕切り板４１、４２の排気流れ下流端４１ａ，４２ａは面一にされている。
【００１５】
また、図５は第１および第２仕切り板４１，４２の組み立て図を示している。第１仕切り板４１の排気流れ上流端４１ｂに切欠き部４１ｃが形成されていることに対応して、第２仕切り板４２の排気流れ下流端４２ａに切欠き部４２ｃが形成されている。この各々の切欠き部４１ｃ，４２ｃによって、第１仕切り板４１と第２仕切り板４２とは互いに組み合わされる。そして、第１および第２仕切り板４１，４２の排気流れ下流端４１ａ，４２ａにおいて、前記第１〜第４排気単管３１〜３４の排気流れ下流端３１ａ〜３４ａとの溶接が行われる。すなわち、第１仕切り板４１では溶接されない排気流れ上流端４１ｂに切欠き部４１ｃが形成されており、反対に第２仕切り板４２では溶接される排気流れ下流端４２ａに切欠き部４２ｃが形成されている。
【００１６】
図６の正面図に、第１および第２仕切り板４１，４２を分解して並べた状態を示す。同図６に示すように、仕切り板４１，４２の長さ方向（図６の横方向）の中央には切欠き部４１ｃ，４２ｃがそれぞれ形成されている。切欠き部４１ｃは仕切り板４１の排気流れ上流端４１ｂから排気流れ方向に切り欠かれるとともに、切欠き部４２ｃは仕切り板４２の排気流れ下流端４２ａから排気流れ方向に切り欠かれている。そして、仕切り板４１の排気流れ上流端４１ｂに形成された切欠き部４１ｃの排気流れ方向の長さは、仕切り板４２の排気流れ下流端４２ａに形成された切欠き部４２ｃの排気流れ方向の長さよりも短く設定されている。具体的には、切欠き部４１ｃの排気流れ方向の長さは切欠き部４２ｃの排気流れ方向の長さの略半分に設定されている。また、これら切欠き部４１ｃ，４２ｃの幅は、これら切欠き部４１ｃ，４２ｃにおいて仕切り板４１，４２を互いに組み合わせることができるように仕切り板４１，４２の厚さより若干広く設定されている。なお、第１および第２仕切り板４１、４２は共にステンレス鋼により矩形の板状に形成されるとともに、切欠き部４１ｃ，４２ｃを除いては長さ・幅・厚さが等しくされている。
【００１７】
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）本実施形態によれば、仕切り板４１の排気流れ上流端４１ｂに形成された切欠き部４１ｃは、仕切り板４２の排気流れ下流端４２ａに形成された切欠き部４２ｃよりも短く切り欠かれることとした。このため、周囲が溶接されていない排気流れ上流端４１ｂに形成されている切欠き部４１ｃを、周囲が溶接されている排気流れ下流端４２ａに形成されている切欠き部４２ｃよりも短くすることができる。その結果、仕切り板４１の排気流れ上流端４１ｂに形成された切欠き部４１ｃの剛性を高くすることができるため、仕切り板４１にクラックや座屈が発生することを抑制することができる。
【００１８】
（２）これに対して、本実施形態によれば、仕切り板４２の排気流れ下流端４２ａに形成された切欠き部４２ｃは、仕切り板４１の排気流れ上流端４１ｂに形成された切欠き部４１ｃよりも長く切り欠かれることとした。しかし、仕切り板４２の排気流れ下流端４２ａに形成される切欠き部４２ｃは、周囲が第１〜第４排気単管３１〜３４と溶接されているため、その切欠き長さが長く設定されていたとしても剛性を確保することができるようになる。
【００１９】
（３）従来の仕切り板の切欠き長さを変更するだけで実施することができるため、仕切り板の設計変更を最小限に留めることができる。また、仕切り板の外形寸法を変更する必要がないため、従来のエキゾーストマニホールドにそのまま適用が可能である。
【００２０】
尚、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。
・上記実施形態は、２枚の仕切り板の両方に切欠き部が形成されていたが、仕切り板の排気流れ下流端にのみ切欠き部を形成し、排気流れ上流端に切欠き部を形成しない構造としてもよい。すなわち図７に示すように、第２仕切り板４２において溶接される側である排気流れ下流端４２ａにのみ切欠き部４２ｃを形成し、第１仕切り板４３に切欠き部を形成しないという構成も採用可能である。すなわち、周囲が溶接されていない排気流れ上流端４３ｂに切欠き部を形成しないことにより、さらに剛性を高めることができる。ただし、本例の第１および第２仕切り板４３，４２の各々の排気流れ下流端４３ａ，４２ａを面一にするためには、第１仕切り板４３の排気流れ方向（図７では縦方向）の幅と、第２仕切り板４２に形成される切欠き部４２ｃの排気流れ方向の長さとを等しくすることが望ましい。
【００２１】
・上記実施形態は、４気筒エンジンに採用されたエキゾーストマニホールドの集合部構造を示したが、６気筒エンジンにも採用が可能であり、例えば、図８および図９に示されるような仕切り板の構造も採用できる。どちらの構造も３枚の仕切り板で構成され、６本の排気単管の間隙に設けられている。まず、図８では、「Ｖ」の字形をなす仕切り板４５が２枚設けられ、それら仕切り板４５の排気流れ上流端４５ｂには切欠き部４５ｃが形成されている。さらに、本例では第３仕切り板４４を設けているとともに、その排気流れ下流端４４ａに形成された切欠き部４４ｃの幅（図８における横方向の大きさ）を上記実施形態と比較して大きくしている。これは、同切欠き部４４ｃの形成される仕切り板４４が、「Ｖ」の字型に形成された２枚の仕切り板４５と組み合うためには、仕切り板４５の２枚分の幅を有する切欠き部４４ｃが必要であるからである。そして、「Ｖ」の字をなす２枚の仕切り板４５と第３仕切り板４４とは、各々の切欠き部４５ｃ，４４ｃによって互いに組み合わされている。また、図９では第１および第２仕切り板４７，４８が各々の排気流れ上流端４７ｂまたは下流端４８ａに形成された切欠き部４７ｃ，４８ｃによって組み合わされており、さらに排気流れ下流端４６ａに切欠き部４６ｃを形成した第３仕切り板４６が組み合わされている。この第３仕切り板４６に形成される切欠き部４６ｃについて、その幅および長さ（図９における縦方向の長さ）は、第３仕切り板４６と第１および第２仕切り板４７，４８とが適切に嵌るように適宜変更可能である。なお、図８において更に仕切り板４５を増加させる、あるいは図９において排気流れ下流端に切欠き部が形成される仕切り板を更に設けるといった態様により、６気筒以上の気筒数を有するエンジンにも採用が可能である。
【００２２】
・上記実施の形態では、排気単管の排気流れ下流端の断面を９０°の中心角を有する略４分の１円弧の扇状に加工し、４本を束ねてその下流端の断面の外形が円形をなすようにしているが、各々の排気単管の排気流れ下流端の断面の外形は必ずしも円形をなさなくてもよい。ただし、排気単管とその間隙に設けられた仕切り板とを排気流れ下流端において溶接し、それらの間隙から排気が漏れないようにする必要がある。また、切欠き部を除く各仕切り板の形状や、その長さ・幅・厚さは必ずしも等しい必要はなく、各々の排気単管の断面形状等に応じて設定の変更は適宜可能である。同様に、仕切り板における切欠き部の形成箇所についても、必ずしも排気単管の径方向における仕切り板の中央に形成させる必要はなく、必要に応じて切欠き部の形成箇所は変更可能である。また、上記のような仕切り板の変更と併せて、切欠き部の形成箇所の変更を行ってもよい。
【００２３】
・上記実施形態では排気単管とその間隙に設けられる仕切り板とを各々の排気流れ下流端で溶接により接合しているが、溶接以外の方法で接合を行ってもよい。例えば、排気単管と仕切り板との間隙から排気が漏れないようにできれば、ボルトやナット等の留め具を用いて接合を行ってもよい。
【００２４】
・上記実施形態では、周囲が溶接されていない切欠き部の排気流れ方向の長さを、周囲が溶接されている切欠き部の排気流れ方向の長さの略半分に設定しているが、これらの長短の関係が逆にならない限りはこれらの長さに限定する必要はない。
【００２５】
・上記実施形態では、排気単管と排気集合管と仕切り板はステンレス鋼で形成されているが、溶接性等を考慮した上で耐熱性を有する他の材質を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】この発明の一実施形態にかかるエキゾーストマニホールドの集合部構造を    示す斜視図。
【図２】同実施形態にかかるエキゾーストマニホールドの集合部構造についてその組み立て状態を示す組み立て図。
【図３】図２のエキゾーストマニホールドの集合部構造においてＡ‐Ａ線で切断した断面図。
【図４】図２のエキゾーストマニホールドの集合部構造における仕切り板の斜視図。
【図５】図４の仕切り板の組み立て状態を示す組み立て図。
【図６】図４の仕切り板の構造を示す正面図。
【図７】この発明の仕切り板の変更例についてその構造を示す平面図。
【図８】この発明の仕切り板の他の変更例についてその組み立て状態を示す組み立て図。
【図９】この発明の仕切り板の他の変更例についてその組み立て状態を示す組み立て図。
【図１０】従来のエキゾーストマニホールドの集合部構造についてその組み立て状態を示す組み立て図。
【図１１】図１０の仕切り板の構造を示す正面図。
【符号の説明】
【００２７】
１０…エキゾーストマニホールド、２０…取付フランジ、３１…第１排気単管、３２…第２排気単管、３３…第３排気単管、３４…第４排気単管、３１ａ，３２ａ，３３ａ，３４ａ，４１ａ，４２ａ，４３ａ，４４ａ，４５ａ，４６ａ，４７ａ，４８ａ…下流端、４１，４３，４７，１４１…第１仕切り板、４１ｂ，４２ｂ，４３ｂ，４４ｂ，４５ｂ，４６ｂ，４７ｂ，４８ｂ…上流端、４１ｃ，４２ｃ，４４ｃ，４５ｃ，４６ｃ，４７ｃ，４８ｃ，１４１ｃ，１４２ｃ…切欠き部、４２，４８，１４２…第２仕切り板、４４，４６…第３仕切り板、４５…仕切り板、５０…排気集合管、５０ａ…大径部、５０ｂ…小径部、５０ｃ…フランジ部、６０…排気管。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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