JPH08334017A

JPH08334017A - エンジンの二重排気管

Info

Publication number: JPH08334017A
Application number: JP7140656A
Authority: JP
Inventors: Satoru Imabetsupu; 悟今別府
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1995-06-07
Publication date: 1996-12-17

Abstract

(57)【要約】【目的】エンジン始動時の排気ガスの昇温特性の向上
を図り、外管と内管の熱膨脹差の吸収を確実に行う。【構成】それぞれ分割周壁１Ａ，１Ｂ、２Ａ，２Ｂの
周方向側縁を相互に接合することにより構成された外管
１及び内管２を有し、外管１内に隙間３を持って内管２
が収容され、内管２内が排気ガスの通路とされたエンジ
ンの二重排気管において、各分割周壁１Ａ，１Ｂ、２
Ａ，２Ｂの側縁には、径方向外方に湾曲しながら突出す
る突出縁部５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂが設けられ、該突出
縁部５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂの外端で前記側縁が溶接接
合され、且つ内管２の溶接接合部６と外管１の溶接接合
部５の位置が周方向にずれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンと触媒との間
に配置される二重排気管に係り、特にエキゾーストマニ
ホールドに適用するのに好適な二重排気管に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車においては、排気管の下流部に触
媒を配置し、排気ガスの浄化を図ることが行われてい
る。この場合、浄化効率の面ではエンジン始動時が問題
となる。エンジン始動時には、触媒及び排気ガスが共に
低温である。よって、触媒温度が活性温度に至らないた
めに、化学変化が起こらず、排気ガス内の未燃成分が十
分に反応しきれない状況が発生する。

【０００３】これに対処するため、排気ガスの保温を図
った二重排気管が提案されている。二重排気管は、外管
の内部に隙間を持たせて内管を同心に配置し、外管と内
管との間に中空の断熱層を確保したものである。

【０００４】二重排気管は、外管で構造上の強度を確保
し、排気ガス通路を構成する内管の肉厚を極力薄くする
ことにより、排気ガスが接触する部分の熱容量を小さく
することができる。また、内管と外管との間に中空の断
熱層を設けていることにより、外管を通しての熱の逃げ
を減らすことができる。従って、エンジンの始動時に、
排気管の内壁の温度を速やかに上昇させることができ、
排ガスの保温効果を高めることができる。しかし、内管
と外管の間に大きな温度差が生じるため、両者の熱膨脹
差を吸収する構造を取り入れなければならない。

【０００５】この種の二重排気管の従来例として、図９
及び図１０に示すものが知られている。

【０００６】図９は特開昭５６−９６１１４号公報に記
載の二重排気管を示す。この二重排気管では、半筒状の
２つの分割周壁１Ａ、１Ｂにより外管１を構成し、同様
に、半筒状の２つの分割周壁２Ａ、２Ｂにより内管２を
構成している。内管２は外管１の内部に収容され、外管
１の分割周壁１Ａ、１Ｂの周方向の側縁５Ａ、５Ｂ間
に、内管２の分割周壁２Ａ、２Ｂの周方向の側縁６Ａ、
６Ｂが挟まれ、側縁５Ａ、５Ｂ、側縁６Ａ、６Ｂを同時
に溶接固定することにより、二重排気管が構成されてい
る。

【０００７】このように、半割り形式で外管や内管を構
成する場合、パイプを曲げて作るのと違い、曲げ加工し
づらい材料でも作れる。従って、耐酸化性や耐腐食性の
高いステンレス材でも、複雑に湾曲したエキゾーストマ
ニホールドを比較的容易に作ることができる。この場
合、薄い材料で内管を作る場合に特に有効である。

【０００８】また、図１０は実開昭５６−６７３１８号
公報に記載の二重排気管を示す。

【０００９】この二重排気管では、内管２と外管１との
隙間にスペーサ８を介装し、このスペーサ８で外管１と
内管２の熱膨脹差を吸収するようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図９に示し
た二重排気管は、内管２が外管１に溶接接合部で拘束さ
れているため、内管２の長さ方向の伸びを吸収すること
ができず、内管が破損する可能性が高い。また、内管２
が外管１に接しているため、熱の逃げが大きく、排気ガ
スの昇温特性が低下するという問題がある。

【００１１】また、図１０に示した二重排気管は、エキ
ゾーストマニホールドのように、出口部で幾つかのポー
トが集合しているものに適用した場合、径方向の伸びと
応力がその部分に集中するため、スペーサ８では変形や
応力を十分に吸収できず、内管２を破損する可能性があ
る。

【００１２】本発明は、上記事情を考慮し、エンジン始
動時の排気ガスの昇温特性の向上を図ることができ、し
かも外管と内管の熱膨脹差の吸収を確実に行い得るエン
ジンの二重管エキゾーストマニホールドを提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、それ
ぞれ分割周壁の周方向側縁を相互に接合することにより
構成された外管及び内管を有し、外管内に隙間を持って
内管が収容され、内管内が排気ガスの通路とされたエン
ジンの二重排気管において、前記各分割周壁の側縁に
は、径方向外方に湾曲しながら突出する突出縁部が設け
られ、該突出縁部の外端で前記側縁が溶接接合され、且
つ内管の溶接接合部と外管の溶接接合部の位置が周方向
にずれていることを特徴とする。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１記載のエンジ
ンの二重排気管であって、前記内管の端部を、外管の端
部に設けたフランジよりも外方に突出させると共に、内
管の接合部に設けられた突出縁部を内管の端部まで延長
して設け、さらに前記フランジに密着させたガスケット
の内周縁で、前記突出縁部の外端を保持したことを特徴
とする。

【００１５】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
エンジンの二重排気管であって、外管の上流端部のフラ
ンジの内周部に下流側に向けて突出した筒部を設け、前
記内管の接合部を上流端部まで延長して、該上流端部に
拡径部を設け、該拡径部内に前記フランジの筒部を挿入
したことを特徴とする。

【００１６】請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれ
かに記載のエンジンの二重排気管であって、エキゾース
トマニホールドに適用され、該エキゾーストマニホール
ドの出口部において、前記内管の接合部が、エキゾース
トマニホールドの各ポートの集合方向に対して垂直に配
置されていることを特徴とする。

【００１７】

【作用】請求項１の発明では、高温時の内管の径方向の
熱膨脹が、突出縁部の湾曲部分の変形により吸収され
る。また、内管の長さ方向の熱膨脹は、内管が外管に拘
束されていないことで吸収される。また、内管の溶接接
合部と外管の溶接接合部の位置が周方向にずれているの
で、製作に当たって、内管を内部に収容した状態で外管
を溶接する際、内管と外管の固着を防止することができ
る。

【００１８】請求項２の発明では、内管は外管に拘束さ
れていないため、内管の長さ方向の熱膨脹が吸収され
る。また、内管の接合部に設けた突出縁部をガスケット
の内周縁で保持したので、内管のずれが生じない。

【００１９】請求項３の発明では、内管の上流端部に形
成した拡径部に、フランジの一部を挿入しているため、
内管と外管の間の隙間に排気ガスが流れ込むことを防止
できる。

【００２０】請求項４の発明では、エキゾーストマニホ
ールドのポートの温度分布により、ポートの集合方向に
熱膨脹の差による応力が発生するが、その応力が内管の
接合部で吸収される。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図１は、本発明を適用した二重管エキゾースト
マニホールド２０の外観図である。図２は図１のＩＩ−
ＩＩ矢視断面図、図３は二重管エキゾーストマニホール
ド２０の途中の構造を示す断面図、図４は図１のＩＶ−
ＩＶ矢視断面図である。また、図５は図１のＶ矢視図、
図６はその断面図、図７は図５のフランジにガスケット
を装着した図、図８はその断面図である。なお、各断面
図中矢印Ｆは排気ガスの流れ方向を示す。

【００２２】図２に示すように、エキゾーストマニホー
ルド２０の強度部材となるよう肉厚に形成された外管１
の内部には、外管１より薄肉（例えば、０．５ｍｍ）に
形成された内管２が、隙間３を持って同心状に配置され
ており、内管２の内部が排気ガスの通路となっている。
外管１の両端には十分な厚みを持ったフランジ１０、３
０が溶接されている。内管２は、高速走行時等に高温の
排気ガスに曝されることから、酸化や腐食による劣化防
止のため、ステンレス材で形成されている。

【００２３】内管２は、図２において左右に分割されて
おり、プレス加工により形成された２つの分割周壁２
Ａ、２Ｂからなる。この場合、プレス成形品からなるの
で、パイプの曲げ加工で発生するしわや亀裂は生じな
い。各々の分割周壁２Ａ、２Ｂの周方向の両側縁には、
径方向外方に湾曲しながら突出（例えば２〜３ｍｍ）す
る突出縁部６Ａ、６Ｂがそれぞれ設けられており、突出
縁部６Ａ、６Ｂの外端で分割周壁２Ａ、２Ｂが相互に溶
接接合されている。その接合部を符号６で示す。

【００２４】また、外管１は、図２において上下に分割
されており、プレス加工により形成された２つの分割周
壁１Ａ、１Ｂからなる。各々の分割周壁１Ａ、１Ｂの周
方向の両側縁には、径方向外方に湾曲しながら突出する
突出縁部５Ａ、５Ｂが設けられており、突出縁部５Ａ、
５Ｂの外端で分割周壁１Ａ、１Ｂが相互に溶接接合され
ている。その接合部を符号５で示す。

【００２５】内管２と外管１が組み付けられた状態で、
内管２の接合部６と外管１の接合部５は、その位置がお
およそ９０度の位相差を持ち、接合部６と接合部５とが
周方向に９０度ずれている。このため、外管１の接合部
５の溶接時に、内管２の接合部６をも一緒に溶接して固
着してしまうことがない。また、内管２の接合部６の外
端は、外管１の内周より内側に位置し、エキゾーストマ
ニホールド２０全体が常温の時には、内管２の突出縁部
６Ａ，６Ｂの先端が外管１に接触することはない。

【００２６】また、内管２の長手方向の途中には、図３
に示すように、管壁を外側に凸に湾曲させた環状湾曲部
２２が設けられている。

【００２７】次に、エキゾーストマニホールドの入口部
の構成について、図４を参照しながら説明する。内管２
の接合部６は内管２の先端まで形成されており、接合部
６を途中で終えることによる穴空きはない。また、内管
２の上流端部には、入口側に向かって径を拡張した拡径
部１２が設けられている。一方、フランジ１０の内周は
内管２と同程度の径に形成され、外管１の内周位置より
も径方向内方に出っ張っている。その内周部には、下流
側に向けて突出した筒部１４が設けられており、その筒
部１４が内管２の端部の拡径部１２内に嵌合されてい
る。この場合、筒部１４の内径は、内管２の通常径部
（拡径部１２以外の部分）の内径より僅かに小さいか、
同程度に設定されている。また、外径は、内管２の拡径
部１２の内径より僅かに小さく形成されている。なお、
内管２の拡径部１２の先端とフランジ１０の内側面との
間には、内管２の伸びを吸収する隙間１５が確保されて
いる。

【００２８】次に、エキゾーストマニホールド２０の各
気筒集合出口部の構成について図５〜図８を参照しなが
ら説明する。内管２の下流側端部（フロントチューブ側
端部）は、図６に示すように、外管１に溶接固定したフ
ランジ３０よりも外方（フロントチューブ側）に突出し
ており、内管２の接合部６はその下流側端部にまで延長
されている。この場合、接合部６の位置は、エキゾース
トマニホールド２０の各気筒が集合する方向（図１、図
５の矢印Ｈ方向）に対して垂直な方向に配置されてい
る。フランジ３０の内径は、内管２の接合部６の外端間
寸法より大きく設定され、内管２は、外管１及びフラン
ジ３０とは直接接していない。

【００２９】このエキゾーストマニホールド２０の下流
側端部には、図７、図８に示すように、該エキゾースト
マニホールド２０をフロントチューブと接続する際にガ
スケット３２が装着される。ガスケット３２は、エキゾ
ーストマニホールド２０のフランジ３０とフロントチュ
ーブのフランジとの間に挟持されるもので、その内周縁
３２ａが内管２の接合部６の外端に接するように、内径
が設定されている。そして、このガスケット３２によっ
て、内管２の端部が位置ずれしないよう保持されてい
る。

【００３０】次に作用を説明する。まず、エンジン始動
時における排気ガス温度の昇温について説明する。エン
ジンの停止直後を除き、エンジン始動時の二重管エキゾ
ーストマニホールド２０の外管１および内管２の温度
は、外気温と同じである、エンジン始動後、二重管エキ
ゾーストマニホールド２０内では、内管２内を流れる排
気ガスによって、まず内管２が暖められる。この結果、
内管２の壁温は上昇するが、内管２に与えた熱量だけ排
気ガスの温度は低下する。

【００３１】この場合、本実施例では、内管２の肉厚を
薄くしているので、内管２の熱容量が小さく、内管２の
壁温が早期に上昇する。従って、排気ガスから内管２へ
の伝熱量が低く抑えられ、排気ガスの温度低下が抑制さ
れ、その結果、この二重管エキゾーストマニホールド２
０の後方に設置してある触媒の入口ガス温度を早期に上
昇させることができる。

【００３２】また、内管２と外管１の接合部５、６は、
約９０度の位相差をもつため、エキゾーストマニホール
ド製造時に内管２と外管１を一緒に溶接してしまうこと
はなく、内管２と外管１の接触を回避して、接触による
内管２から外管１への熱伝導を防止することができる。
このため、排気ガス温度の低下を抑制できる。

【００３３】また、エキゾーストマニホールド２０の入
口部では、内管２がフランジ１０の筒部１４の外周に嵌
合しているため、フランジ１０の筒部１４内を流れる排
気ガスが、内管２と外管１の隙間３へ流れ込むことがな
く、この結果、排気ガスが隙間３へ流れ込むことによる
排気ガス温度の低下を抑制できる。

【００３４】さらに、内管２の端部に拡径部１２を設
け、この拡径部１２にフランジ１０の筒部１４を挿入し
ているので、フランジ１０の筒部１４から内管２へ入る
ときに大きな径の変更や段差が生じることがない。この
ため、この部分で排気ガスの熱伝達率が大きく増加し
て、排気ガスから内管２への伝熱量が増加するというこ
とがない。従って、排気ガスの昇温特性の向上を図るこ
とができ、触媒の早期活性化が達成される。

【００３５】次に、市街地走行時等の排気ガスやエキゾ
ーストマニホールドが十分に暖まった状態では、内管２
と外管１の管壁温の違い、および管を構成する材料の違
いにより、内管２と外管１との間に熱膨脹差が生じる。

【００３６】すなわち、外管１は、直接排気ガスに曝さ
れず、また走行風により冷却されるため、表面温度が低
くなり、内管２に比べて熱膨脹が少ない。一方、高温の
排気ガスに直接曝され、内管２と外管１の隙間７の空気
層で断熱される内管２は、高温となり、大きな熱膨脹が
発生する。

【００３７】エキゾーストマニホールド２０の入口部に
おいては、内管２の長さ方向の熱膨脹は、内管２の先端
の拡径部１２とフランジ１０との間の隙間１５で吸収さ
れ、径方向の熱膨脹は、内管２と外管１の隙間で吸収さ
れる。

【００３８】このとき、内管２とフランジ１０の筒部１
４の温度差と、径方向の構造の違いにより、内管２とフ
ランジ１０の筒部１４の径方向に熱膨脹による伸びの差
が生じ、内管２と筒部１４の間に隙間が発生する。この
ため、その隙間より排気ガスが、内管２と外管１の隙間
３に漏れ出し、排気ガスの温度が低下するおそれがある
が、内管２と筒部１４の隙間を通しての排気ガスの流れ
込みは、排気ガスが十分に暖まり、エキゾーストマニホ
ールド２０の後段の触媒が十分に活性化してから起こる
ことになるので、触媒の性能を落とすことにはならな
い。むしろ、排気ガス高温時に、外管１と内管２の隙間
３へ排気ガスが流れ込んで、排気ガスが冷却されること
により、触媒の高温劣化が防止されることになる。

【００３９】また、エキゾーストマニホールド２０の途
中においては、内管２の長さ方向の熱膨脹が、内管２に
形成してある環状湾曲部２２で吸収される。この場合、
内管２と外管１が相互に固着されていないから、内管２
の長さ方向による伸びによって内管２の移動が阻害され
ず、内管２の破損が防止される。また、径方向の熱膨脹
は、内管２の接合部６に含まれる突出縁部６Ａ，６Ｂの
湾曲形状により吸収される。

【００４０】さらに、エキゾーストマニホールド２０の
各気筒集合出口部においても、内管２の熱膨脹吸収は同
じである。しかし、エキゾーストマニホールド２０の各
気筒集合出口部では、長さの異なる気筒が集合するた
め、気筒毎に集合部に集まる排気ガス温度が異なる。長
さの短い気筒の排気ガス温度が高くなるため、各内管２
毎に温度分布が生じ、この結果、内管２の熱膨脹が均一
でなくなる。このため、図１に示すエキゾーストマニホ
ールド２０の各気筒集合出口部では、長さの短い気筒の
内管２の熱膨脹による図中左右方向の応力を受けること
になる。

【００４１】この点、前記した従来例のように、内管の
接合部と外管の接合部を一体固着した場合（図９参照）
や、内管をスペーサで保持している場合（図１０参照）
は、内管にかかる応力を吸収できずに、内管２の破損を
引き起こす可能性があるが、本実施例の場合は、図７に
示すように、内管２の接合部６をガスケット３２で保持
しており、内管２が応力を受ける方向（矢印Ｈ方向）に
は接合部６がなく、十分な隙間が確保されているので、
内管２の熱膨脹差による応力を吸収でき、内管２の破損
を防止できる。

【００４２】二重管エキゾーストマニホールド２０にお
いて、一番問題となるのは、内管２の高温時の熱膨脹と
低温時の収縮の繰り返しによる熱疲労であるが、本実施
例では、内管２の途中に形成してある環状湾曲部２２
と、内管２の接合部６にある湾曲状突出縁部６Ａ、６Ｂ
とで熱変形が吸収されるため、熱疲労による内管２の破
損は起きない。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、内管と外管の接合部の位置を周方向にずらして
いるので、内管と外管の固着を防ぐことができ、内管か
ら外管への熱伝導による排気ガス温度の低下を防止する
ことができ、その結果、後段の触媒の早期活性化を促す
ことができる。また、内管と外管の固着を防げる上に、
内管の接合部に湾曲形状の突出縁部を設けているので、
内管の熱膨脹を確実に吸収することができ、内管の破損
を防止することができる。

【００４４】請求項２の発明によれば、内管の突出縁部
をガスケットで保持するため、内管をずれ無く保持する
ことができると共に、内管の熱膨脹を確実に吸収するこ
とができる。

【００４５】請求項３の発明によれば、内管の接合部を
上流端部まで延長し、フランジの筒部を内管に挿入して
内管を保持するようにしたので、内管と外管の隙間に通
じる可能性のある部分を、フランジの筒部で極力塞ぐこ
とができる。従って、内管と外管の隙間への排気ガスの
流れ込みを防止することができ、排気ガス温度の低下を
抑制して、触媒の活性化を促すことができる。

【００４６】請求項４の発明によれば、内管の接合部を
ポートの集合方向に対して垂直に配置したので、内管の
温度分布による熱応力を確実に吸収することができ、内
管の破損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の二重管エキゾーストマニホ
ールドの外観図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

【図３】同実施例のエキゾーストマニホールドの長手方
向の途中の構造を示す断面図である。

【図４】図１のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。

【図５】図１のＶ矢視図である。

【図６】図５のＶＩ−ＶＩ矢視断面図である。

【図７】図５の状態にガスケットを装着した状態を示す
図である。

【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ矢視断面図である。

【図９】従来の二重排気管の一部断面図である。

【図１０】別の従来の二重排気管の一部断面図である。

【符号の説明】

１外管１Ａ，１Ｂ分割周壁２内管２Ａ，２Ｂ分割周壁３隙間５接合部５Ａ，５Ｂ突出縁部６接合部６Ａ，６Ｂ突出縁部１０，３０フランジ１２拡径部１４筒部２０二重管エキゾーストマニホールド３２ガスケット３２ａ内周縁

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】それぞれ分割周壁の周方向側縁を相互に
接合することにより構成された外管及び内管を有し、外
管内に隙間を持って内管が収容され、内管内が排気ガス
の通路とされたエンジンの二重排気管において、前記各分割周壁の側縁には、径方向外方に湾曲しながら
突出する突出縁部が設けられ、該突出縁部の外端で前記
側縁が溶接接合され、且つ内管の溶接接合部と外管の溶
接接合部の位置が周方向にずれていることを特徴とする
エンジンの二重排気管。
【請求項２】請求項１記載のエンジンの二重排気管で
あって、前記内管の端部を、外管の端部に設けたフランジよりも
外方に突出させると共に、内管の接合部に設けられた突
出縁部を内管の端部まで延長して設け、さらに前記フラ
ンジに密着させたガスケットの内周縁で、前記突出縁部
の外端を保持したことを特徴とするエンジンの二重排気
管。
【請求項３】請求項１又は２記載のエンジンの二重排
気管であって、外管の上流端部のフランジの内周部に下流側に向けて突
出した筒部を設け、前記内管の接合部を上流端部まで延
長して、該上流端部に拡径部を設け、該拡径部内に前記
フランジの筒部を挿入したことを特徴とするエンジンの
二重排気管。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のエンジ
ンの二重排気管であって、エキゾーストマニホールドに適用され、該エキゾースト
マニホールドの出口部において、前記内管の接合部が、
エキゾーストマニホールドの各ポートの集合方向に対し
て垂直に配置されていることを特徴とするエンジンの二
重排気管。