JPH08170530A

JPH08170530A - ２重排気マニホルド構造

Info

Publication number: JPH08170530A
Application number: JP31528994A
Authority: JP
Inventors: Makoto Yokota; 誠横田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1994-12-19
Filing date: 1994-12-19
Publication date: 1996-07-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、外管の内部にシリンダからの排気
ガスが通過する内管を挿入する構成とされた２重排気マ
ニホルド構造を提供することを目的とする。【構成】排気マニホルド１０は、外管１１の内部に複
数個に分割された第１〜第３の分割内管１２〜１４が挿
入されている。第２の分割内管１３の一端１３ａと第３
の分割内管１４の一端１４ａには、フレア状に曲げられ
たフレア部１６が設けられている。フレア部１６は、分
割内管１２〜１４と外管１１との間に形成された間隙１
７内に相対移動可能に嵌合する。各分割内管１２〜１４
と外管１１の熱膨張量に差が生じた場合、フレア部１６
は湾曲部分の曲率半径を小さくするように半径方向に弾
性変形しながら軸方向に摺動して熱膨張を吸収する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２重排気マニホルド構造
に係り、特に外管の内部にシリンダからの排気ガスが通
過する内管を挿入する構成とされた２重排気マニホルド
構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガソリンエンジンあるいはディーゼルエ
ンジン等の内燃機関では、吸気マニホルドから供給され
た燃料をシリンダ内で燃焼させると共に、燃焼により発
生した排気ガスを排気マニホルドから排気系統（エキゾ
ーストパイプ等）に導いて排出するようになっている。

【０００３】排気マニホルドには、排気系統に設けられ
た排気ガス浄化用の触媒を早期に暖めると共に、周辺へ
の熱害を防止するため、外気に晒される外管の内部にシ
リンダからの排気ガスが通過する内管を挿入する構成と
された２重排気マニホルド構造がある。このような２重
排気マニホルド構造においては、高温の排気ガスが内管
内を流れるため、内管が高温に加熱されるのに対し、内
管を覆う外管の表面は外気に晒されるため、内管よりも
低い温度になる。このように、内管と外管との間で温度
差が生ずるため、外管よりも内管の熱膨張量が大きくな
る。排気ガスにより内管が高温に加熱された際に生ずる
内管と外管との熱膨張量差は、内管の一部に応力集中を
生じさせて亀裂の発生原因となる。

【０００４】このような問題を解決するため、内管と外
管との軸線方向の熱膨張差を吸収することにより内管へ
の応力集中を回避するように構成された２重排気マニホ
ルド構造が特開昭６３−１８１２４号公報により開示さ
れている。上記公報に記載された２重排気マニホルド構
造を図８に示す。排気マニホルド１は、外管２の内部に
小径な内管３を設けた構成とされる。外管２の流入側端
部は、シリンダヘッドに結合するためのフランジ２ａ〜
２ｃに溶接等により固着され、外管２の流出側端部は、
エキゾーストパイプに結合するためのフランジ２ｄに固
着されている。また、内管３の流入側端部及び流出側端
部もフランジ２ａ〜２ｄに固着されている。

【０００５】内管３は流入側端部及び流出側端部がフラ
ンジ２ａ〜２ｄに固着されることにより、外管２との間
に間隙４を有する状態で外管２の内部に支持される。そ
して、内管３には、熱膨張による軸線方向の変位を吸収
するように湾曲されたビード部５が設けられている。こ
のビード部５は、軸線方向の応力が加えられると湾曲部
分の曲率半径が変化して軸線方向に収縮するように形成
され、且つ、外周側５ａが外管２の内面２ａに当接する
ように形成されている。このような２重排気マニホルド
構造において、内管３に軸線方向の熱膨張が発生した場
合、流入側端部及び流出側端部がフランジ２ａ〜２ｄに
固着されているため、ビード部５には軸線方向の圧縮荷
重が作用する。その場合、ビード部５は、軸線方向に伸
縮して熱膨張による軸線方向の応力を吸収する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成では、内管３に設けられたビード部５の外周側５ａが
外管２の内面２ａに当接し、且つ、外管２の熱膨張量が
内管３よりも少ないため、内管３が排気ガスにより加熱
されて軸線方向及び半径方向に熱膨張すると、ビード部
５の外周側５ａが外管２の内面２ａに押圧されて潰され
た状態に変形する。そのため、外管２に対するビード部
５の摺動抵抗が増大し、内管３は軸線方向に熱膨張する
ことができなくなる。そのため、上記従来の構成では、
半径方向の熱膨張によりビード部５が軸線方向に収縮で
きなくなり、軸線方向の熱膨張による応力を効果的に吸
収することができないといった問題がある。

【０００７】また、内管３にビード部５を設けた構成で
は、ビード部５自体に応力集中を招き、ビード部５の湾
曲加工部分に亀裂等が生ずるおそれがある。さらに、ビ
ード部５の代わりに内管３とは別材料により加工された
ベローズを内管３の途中に挿入して溶接等で固着する構
成も考えられるが、加工工程が複雑となるばかりか、か
なりの手間を要するため製造コストが高価になるといっ
た問題がある。

【０００８】そこで、本発明は上記問題点に鑑み、内管
を複数に分割すると共に各分割内管が軸線方向に摺動可
能もしくは半径方向に弾性変形可能な構成として、内管
と外管との熱膨張量差に伴う内管の変形を抑えることを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記請求項１の発明は、
外管と内管から成る２重排気マニホルド構造において、
前記内管を複数に分割し、各分割内管が軸線方向に相対
移動可能となるように各々の分割内管の端部を隣接する
他の分割内管の端部に挿入したことを特徴とする。

【００１０】また、請求項２の発明は、上記請求項１の
２重排気マニホルド構造において、前記外管と前記分割
内管との間に少なくとも前記分割内管の半径方向に変形
可能とされた支持部を設けたことを特徴とする。また、
請求項３の発明は、上記請求項１の２重排気マニホルド
構造において、前記分割内管の被挿入側端部を、前記外
管の内面に接するようなフレア状に加工したことを特徴
とする。

【００１１】

【作用】上記請求項１によれば、内管を複数に分割する
と共に、各々の分割内管の端部を隣接する他の分割内管
の端部に挿入し、各分割内管が軸線方向に相対移動可能
とすることにより、分割内管が排気ガスに加熱されて外
管との熱膨張量に差が生じても各分割内管が相対移動し
て軸線方向の変位を相殺することが可能になる。従っ
て、２重排気マニホルド構造であるにもかかわらず、従
来の構造のように熱膨張により内管に設けられたビード
部の外管に対する摺動抵抗が増大するといった問題を生
ずることがないため、確実に内管の軸線方向の熱膨張を
吸収することができる。そのため、各分割内管では熱膨
張量差による応力集中が防止される。

【００１２】また、請求項２によれば、外管と分割内管
との間に少なくとも分割内管の半径方向に変形可能とさ
れた支持部を設けることにより、外管の内側に分割内管
を安定に支持することができると共に、分割内管が半径
方向に熱膨張しても支持部が外管と分割内管との間で変
形して半径方向の熱膨張を吸収できる。また、請求項３
によれば、分割内管の被挿入側端部を外管の内面に接す
るようなフレア状に加工することにより、外管と分割内
管との間に別部材を設けることなく軸線方向の熱膨張及
び半径方向の熱膨張を吸収できる。

【００１３】

【実施例】図１及び図２に本発明になる２重排気マニホ
ルド構造の一実施例を示す。尚、図１は２重排気マニホ
ルド構造の正面図、図２は図１中Ａ−Ａ線に沿う横断面
図である。両図において、排気マニホルド１０は、外管
１１の内部に複数個（本実施例では、３個）に分割され
た第１〜第３の分割内管１２〜１４が挿入された構成と
なっている。尚、本実施例の排気マニホルド１０は、Ｖ
型６気筒エンジンの一方の排気側に取り付けられるもの
である。

【００１４】また、外管１１及び各分割内管１２〜１４
は、ステンレス等の耐熱金属により所望とする形状に形
成されている。外管１１の流入側端部１１ａ〜１１ｃ
は、シリンダヘッド側に結合されるフランジ１５ａ〜１
５ｃの外周側に固着され、外管１１の流出側端部１１ｄ
は、エキゾーストパイプ側に結合されるフランジ１５ｄ
の外周側に固着されている。

【００１５】また、各分割内管１２〜１４は、外管１１
の流入側端部１１ａ〜１１ｃ及び流出側端部１１ｄに合
致するように形成されており、外管１１の内部で直列に
なるように配設されている。第１の分割内管１２は、分
岐管としての一端１２ａがフランジ１５ａの内周側に固
着され、他端１２ｂが外管１１の形状に合わせて曲げら
れている。他端１２ｂは一端１２ａから第１の分割内管
１２内に流入した排気ガスを排出するため、流出側に延
在している。

【００１６】第２の分割内管１３は、Ｔ字管路に形成さ
れており、一端１３ａが上記第１の分割内管１２の他端
１２ｂに摺動可能に嵌合し、他端１３ｂが流出側に延在
している。また、一端１３ａと他端１３ｂとを結ぶ中心
線と直交する方向に突出するように形成された分岐管１
３ｃは、フランジ１５ｂの内周側に固着されている。そ
して、分岐管１３ｃから第２の分割内管１３内に流入し
た排気ガスは、他端１３ｂ側に排気される。

【００１７】第３の分割内管１４は、第２の分割内管１
３と同様にＴ字管路に形成されており、一端１４ａが上
記第２の分割内管１３の他端１３ｂに摺動可能に嵌合
し、他端１４ｂが流出側に延在してフランジ１５ｄの内
周側に固着されている。また、一端１４ａと他端１４ｂ
とを結ぶ中心線と直交する方向に突出するように形成さ
れた分岐管１４ｃは、フランジ１５ｃの内周側に固着さ
れている。そして、分岐管１４ｃから第３の分割内管１
４内に流入した排気ガスは、他端１４ｂ側に排気され
る。

【００１８】各分割内管１２〜１４は、外管１１の内部
に直列に配設されているため、第３の分割内管１４に
は、分岐管１４ｃからの排気ガスだけでなく、第１の分
割内管１２及び第２の分割内管１３に流入された排気ガ
スも流れることになる。本実施例の場合、第２の分割内
管１３の一端１３ａと第３の分割内管１４の一端１４ａ
には、図３に拡大して示すようなフレア状に曲げられた
フレア部１６が設けられている。

【００１９】ここで、第２の分割内管１３の一端１３
ａ、及び第３の分割内管１４の一端１４ａに設けられた
フレア部１６について説明することにする。尚、第２の
分割内管１３の一端１３ａと第３の分割内管１４の一端
１４ａとは、同一形状であるので、以下第２の分割内管
１３の一端１３ａに設けられたフレア部１６について説
明する。

【００２０】図３に示されるように、フレア部１６は、
外管１１と分割内管１２，１３との間隙１７内に嵌合す
るように断面がＵ字状に曲げられている。分割内管１
２，１３の内径が同径であるので、フレア部１６の内側
には、隣接する分割内管１２の他端１２ｂが嵌合できる
ようにするため、ほぼ分割内管１２の肉厚分の段差１８
が設けられている。

【００２１】そして、フレア部１６は、通常、エンジン
始動前の状態のとき上記間隙１７内にほとんど摺動抵抗
のない状態で挿入されるように形成されている。従っ
て、分割内管１２，１３が外管１１内に組み込まれる
と、フレア部１６の内周面１６ａが分割内管１２の外周
に相対移動可能に嵌合し、且つフレア部１６の外周面１
６ｂが外管１１の内壁１１ｅに相対移動可能に嵌合す
る。

【００２２】上記のように間隙１７がフレア部１６によ
り閉塞されているため、間隙１７における空気の対流を
防止することができると共に、熱伝達を防止することが
できる。これにより、２重構造とされた排気マニホルド
１０の本来の目的である断熱効果を高めることができ
る。また、フレア部１６が間隙１７に介在することによ
り、フレア部１６は分割内管１２の他端１２ｂを外管１
１内に支持する支持部としても機能することができる。
そのため、分割内管１２〜１４の組立後の強度が高めら
れ、且つ、熱膨張や振動が生じても各分割内管１２〜１
４は外管１１内でがたつくことがなく、安定に保持され
る。

【００２３】ここで、フレア部１６を形成する際の加工
工程について説明する。尚、図４にフレア加工前の状態
を示し、図５にはフレア加工後の状態を示す。１９はフ
レア加工用の金型で、所望の長さに切断された鋼管２０
の内径よりも鋼管２０の肉厚分だけ大径とされた突部１
９ａと、突部１９ａの外周に設けられた環状溝１９ｂを
有する。この環状溝１９ｂは、断面がＵ字状に湾曲した
形状に形成されている。

【００２４】フレア部１６を加工する際は、図４に示す
ように、鋼管２０の端部２０ａが金型１９の突部１９ａ
に嵌合するようにあてがわれ、且つ軸方向に押圧され
る。そして、鋼管２０は軸方向に押圧されると共に、そ
の端部２０ａが突部１９ａの外周に沿って拡径される。
さらに、鋼管２０が軸方向に押圧されると、端部２０ａ
は環状溝１９ｂに沿ってカールされ、図３に示すような
所望のフレア部１６となる。

【００２５】このように、フレア部１６は、鋼管２０を
金型１９に押圧するだけで簡単に形成することができ、
これによりフレア加工にかかるコストを安価に抑えるこ
とができる。次に、上記のようにして形成されたフレア
部１６の作用について説明する。図６（Ａ）はエンジン
始動前の冷間時の状態を示し、図６（Ｂ）はエンジン始
動後の熱間時の状態を示す。

【００２６】分割内管１３に設けられたフレア部１６
が、隣接する分割内管１２と外管１１との間に挿入され
た組み立て状態においては、図６（Ａ）に示されるよう
に、分割内管１２と外管１１との半径方向の離間距離で
ある間隙１７がＬａとなり、分割内管１２の他端１２ｂ
と分割内管１３の一端１３ａに設けられた段差１８との
軸方向の間隔がＳａとなる。

【００２７】ここで、エンジンからの排気ガスが各分割
内管１２〜１４内を通過してエキゾーストパイプ側に排
出されると、各分割内管１２〜１４は高温の排気ガスに
より加熱される。一方、各分割内管１２〜１４を覆うよ
うに形成された外管１１には、フランジ１５ａ〜１５ｃ
を介して加熱された各分割内管１２〜１４の熱が伝導す
るが、外側表面が空気に接触して放熱効果が得られると
共に、内側表面が間隙１７を介して分割内管１２〜１４
と離間しているため、分割内管１２〜１４よりも低い温
度に保たれる。

【００２８】各分割内管１２〜１４及び外管１１は、上
記フランジ１５ａ〜１５ｄに固着された部分を基準とし
て軸方向及び半径方向に熱膨張するが、上記のように温
度差が生じるため、より高温に加熱される分割内管１２
〜１４の熱膨張量は、外管１１よりも大きくなる。その
際、互いに隣接する各分割内管１２〜１４間で軸方向の
相対変位が生じ、同時に各分割内管１２〜１４と外管１
１との半径方向の間隙１７が狭くなる。

【００２９】つまり、図６（Ｂ）に示されるように、分
割内管１２と外管１１との半径方向の離間距離である間
隙１７がＬｂ（＜Ｌａ）となってエンジン始動前よりも
狭くなり、且つ、分割内管１２の他端１２ｂと分割内管
１３の一端１３ａに設けられた段差１８との軸方向の間
隔がＳｂ（＜Ｓａ）となってエンジン始動前よりも狭く
なる。

【００３０】本実施例においては、前述したように分割
内管１３，１４の一端１３ａ，１４ａにＵ字状に曲げ加
工されたフレア部１６が設けられ、このフレア部１６は
外管１１との間隙１７内に挿入されると共に、隣接する
分割内管１２，１３の他端１３ｂ，１４ｂに摺動自在に
嵌合されている。そのため、上記温度差に基づいて各分
割内管１２〜１４と外管１１の熱膨張量に差が生じた場
合、フレア部１６は湾曲部分の曲率半径を小さくするよ
うに半径方向に弾性変形しながら軸方向に摺動する。

【００３１】また、エンジンが停止して各分割内管１２
〜１４の温度が低下すると、温度低下とともに間隙１７
の半径方向の間隔は広くなる。その際、フレア部１６
は、半径方向に弾性変形可能に形成されているため、図
６（Ｂ）に示す熱間時の状態から図６（Ａ）に示す冷間
時の状態に戻る。従って、フレア部１６は、外管１１及
び各分割内管１２〜１４の熱膨張及び熱収縮に応じて半
径方向に変形することができる。そのため、各分割内管
１２〜１４が熱膨張又は熱収縮した場合、フレア部１６
は各分割内管１２〜１４の膨張・収縮に追従するように
変形して内周面１６ａが分割内管１２，１３の外周に当
接し、且つ外周面１６ｂが外管１１の内壁１１ｅに当接
した状態を保つ。

【００３２】このように、フレア部１６が半径方向に弾
性変形すると共に、軸方向に摺動することにより、各分
割内管１２〜１４の熱膨張が吸収され、各分割内管１２
〜１４に熱膨張による応力集中の発生を防止できる。ま
た、フレア部１６により外管１１と分割内管１２〜１４
との間に別部材を設けることなく軸線方向の熱膨張及び
半径方向の熱膨張を吸収できる。

【００３３】さらに、本実施例では、複数個に分割され
た各分割内管１２〜１４を嵌合させた構成であるが、エ
ンジン稼働中の熱膨張や振動により各分割内管１２〜１
４間の嵌合部分が離間することがなく、２重排気マニホ
ルド構造の信頼性が高められている。また、第１〜第３
の分割内管１２〜１４は、夫々同一の内径を有するステ
ンレス鋼管を所定長さに切断して所望の形状に加工され
ている。そのため、各分割内管１２〜１４を製造する際
は、共通の素材を使用できるので、製造コストが安価に
抑えられている。さらに、内管が複数の各分割内管１２
〜１４に分割されることにより共振周波数が上昇する
が、上記のようにフレア部１６が各分割内管１２〜１４
間を支持して各分割内管１２〜１４自体の剛性を高めて
いるので、エンジンのアイドル回転時や低回転時に発生
する排気異音を低減することができる。

【００３４】図７に本実施例の変形例を示す。図示され
るように、上記各分割内管１２〜１４と外管１１との間
の一部あるいは全部に、セラミックウール等の断熱材２
１が充填されている。この断熱材２１は、各分割内管１
２〜１４が排気ガスにより加熱されたとき、各分割内管
１２〜１４の熱が外管１１に伝わることを防止する。

【００３５】そのため、各分割内管１２〜１４と外管１
１とは、断熱材２１により互いの熱伝達が防止される。
このことにより、排気マニホルド１０を２重構造とした
本来の目的である断熱効果をより一層高めることができ
る。尚、本実施例の排気マニホルド１０は、Ｖ型６気筒
エンジンの一方の排気側に取り付けられるものである
が、本発明がこの形式以外のエンジンに取り付けられる
排気マニホルドにも適用することができるのは勿論であ
る。

【００３６】

【発明の効果】上述の如く、請求項１の発明によれば、
内管を複数に分割すると共に、各々の分割内管の端部を
隣接する他の分割内管の端部に挿入し、各分割内管が軸
線方向に相対移動可能とするため、分割内管が排気ガス
に加熱されて外管との熱膨張量に差が生じても各分割内
管が相対移動して軸線方向の変位を相殺することができ
る。従って、２重排気マニホルド構造であるにもかかわ
らず、従来の構造のように熱膨張により内管に設けられ
たビード部の外管に対する摺動抵抗が増大するといった
問題を生ずることがないため、確実に内管の軸線方向の
熱膨張を吸収することができる。そのため、各分割内管
では熱膨張量差による応力集中を防止することができ
る。

【００３７】また、請求項２によれば、外管と分割内管
との間に少なくとも分割内管の半径方向に変形可能とさ
れた支持部を設けたため、分割内管が半径方向に熱膨張
しても支持部が外管と分割内管との間で弾性変形して半
径方向の熱膨張を吸収できると共に、外管の内側で分割
内管を支持することができ、分割内管の取付強度を高め
ることができる。そのため、熱膨張や振動が生じても各
分割内管が外管内でがたつくことがなく、各分割内管を
安定に保持することができる。

【００３８】また、請求項３によれば、分割内管の被挿
入側端部を外管の内面に接するようなフレア状に加工す
るため、外管と分割内管との間に別部材を設けることな
く軸線方向の熱膨張及び半径方向の熱膨張を吸収でき
る。さらに、外管と分割内管との間がフレア状の部分で
閉塞されるため、外管と分割内管との間での空気の対流
を防止することができると共に、熱伝達を防止すること
ができる。これにより、２重構造とされた排気マニホル
ドの本来の目的である断熱効果をより高めることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる２重排気マニホルドの一実施例の
正面図である。

【図２】図１中Ａ−Ａ線に沿う横断面図である。

【図３】フレア部を拡大して示す縦断面図である。

【図４】フレア部の加工直前の状態を説明するための図
である。

【図５】フレア部の加工動作を説明するための図であ
る。

【図６】熱膨張発生時のフレア部の動作を説明するため
の縦断面図である。

【図７】本発明の変形例を示す正面図である。

【図８】従来の２重排気マニホルドを説明するための正
面図である。

【符号の説明】

１０排気マニホルド１１外管１２〜１４分割内管１６フレア部１７間隙１８段差２１断熱材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外管と内管から成る２重排気マニホルド
構造において、前記内管を複数に分割し、各分割内管が軸線方向に相対
移動可能となるように各々の分割内管の端部を隣接する
他の分割内管の端部に挿入したことを特徴とする２重排
気マニホルド構造。
【請求項２】請求項１の２重排気マニホルド構造にお
いて、前記外管と前記分割内管との間に少なくとも前記分割内
管の半径方向に変形可能とされた支持部を設けたことを
特徴とする２重排気マニホルド構造。
【請求項３】請求項１の２重排気マニホルド構造にお
いて、前記分割内管の被挿入側端部を、前記外管の内面に接す
るようなフレア状に加工したことを特徴とする２重排気
マニホルド構造。