JPH10115219A - 多気筒内燃機関の排気マニホールド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 多気筒内燃機関の排気マニホールドに関し、
従来のガイドパイプとマニホールドケースを有する型式
のもので、強度及び剛性が難点とされた構造を改善した
装置を提供する。 【解決手段】 排気マニホールド１は上流側フランジ２
と、下流側フランジ３と、４本の分岐パイプたるエキマ
ニパイプ４と、板金製集合部たるエキマニチャンバー５
と、エキマニケース６とよりなり、分岐上流端部26は夫
々エキマニパイプの上流端16の外周に密接して上流側フ
ランジ２の連通孔10に嵌込まれ、溶接でもって、相互に
一体に結合され、集合下流端部はエキマニチャンバーの
集合下流開口端部22の外周面に空間を持って下流側フラ
ンジの孔12に嵌め込まれ、溶接でもって、相互に一体に
結合され、エキマニケースの集合下流端部27に対しエキ
マニチャンバーの集合下流開口端部は移動可能に緩く嵌
め込まれている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等に搭載さ
れる多気筒内燃機関において、排気ガス保温性の高い排
気マニホールドに関するものである。

【０００２】

【従来技術】鋳造排気マニホールドでは、肉厚が厚くて
重量が大きいため、内燃機関、ひいてはこれを搭載して
いる車体の軽量化の阻害原因となり、熱容量の増大によ
り、始動時に排気ガスが冷却されて、排気ガス浄化用触
媒の初期機能が低下する不具合がある。

【０００３】この排気ガス浄化用触媒の初期機能を維持
するには、排気ガスの温度を一定温度以上に保持する必
要があり、このためには、排気ガス通路の外周を内外２
重壁で覆い、２重壁間の断熱空気層でもって、排気ガス
を保温すればよい。

【０００４】このような原理に基いたものとして、実公
平４−１２９２号公報記載の排気マニホールドがある。

【０００５】その公報記載の排気マニホールドにおいて
は、排気ポートの開口端の排気ポート側フランジの各取
付け孔に円筒状ガイドパイプの上流端がそれぞれ取付け
られ、その複数本の円筒状ガイドパイプは、マニホール
ドケース内に空間を持って単に配置され、該マニホール
ドケースの上流端および下流端が排気ポート側フランジ
と排気管取付けフランジとに取付けられている。

【０００６】

【解決しようとする課題】前記公報の排気マニホールド
では、前記円筒状ガイドパイプの上流端はフランジの取
付け孔に嵌込まれて固定されているものの、その円筒状
ガイドパイプの下流端はマニホールドケースに対して空
間を持って配置されているだけであるため、前記マニホ
ールドケース内を前記円筒状ガイドパイプの長手方向だ
けでなく、これと直交する方向にも自由に移動でき、そ
の結果、内燃機関の振動や、マニホールドケース内の周
期的な排気圧力変動等により、前記円筒状ガイドパイプ
が振動し、排気マニホールド本体の強度、剛性が低い難
点がある。しかも前記円筒状ガイドパイプが前記マニホ
ルードケースに接触し、排気ガス中の熱が前記円筒状ガ
イドパイプからマニホールドケースを経由して大気中に
放熱され、排気ガス温度が低下する難点がある。

【０００７】また排気ポート取付けフランジと排気管取
付けフランジとは、マニホールドケースだけで、連結さ
れているため、排気マニホールド本体の強度、剛性が低
く、その結果、排気管取付けフランジを内燃機関または
内燃機関を搭載している車体に支持する必要があった。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、この
ような難点を克服した多気筒内燃機関の排気マニホール
ドの改良に係り、内燃機関の各気筒の排気ポートに排気
マニホールドの薄肉分岐パイプ上流端が連なり、その分
岐パイプの下流端が集合して板金製集合部に連なる多気
筒内燃機関の排気マニホールドにおいて、前記分岐パイ
プおよび前記集合部の外周に空間を持ってケースが装着
され、前記分岐パイプの上流側端部と前記ケースの上流
側端部とは、上流側フランジに溶接され、前記分岐パイ
プの下流側部は前記集合部の上流側部に溶接され、前記
ケースの下流側端部は下流側フランジに溶接されるとと
もに、前記集合部の下流側端部と前記ケースとがスライ
ド可能に保持されることを特徴とするものである。

【０００９】本発明は、前記したように構成されている
ので、高温の排気ガスに直接触れて前記分岐パイプと前
記集合部が高温に加熱され、これら分岐パイプおよび集
合部が排出ガスの流れ方向に沿って著しく伸縮しても、
この伸縮が集合部下流端部とケースとのスライドでもっ
て吸収され、この分岐パイプ、集合部およびケースにお
ける熱応力の発生が抑制され、排気マニホールドの強
度、剛性、耐久性が向上する。

【００１０】さらに本発明を請求項２記載のように構成
することにより、前記複数の分岐パイプ相互の熱膨張差
が吸収される。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１ないし図６に図示され
た本発明の一実施形態について説明する。排気マニホー
ルド１は、図示されない乗用車に搭載される直列４気筒
４ストローク内燃機関に用いられる排気マニホールドで
あって、該排気マニホールド１はスチール製上流側フラ
ンジ２と、スチール製下流側フランジ３と、４本の分岐
パイプたるステンレス製エキマニパイプ４と、板金製集
合部たるステンレス製エキマニチャンバー５と、該エキ
マニパイプ４およびエキマニチャンバー５を覆うケース
たるステンレス製エキマニケース６とよりなっており、
図１に図示されるように、前記上流側フランジ２には、
前記内燃機関の図示されないシリンダヘッドの排気ポー
トの下流開口にそれぞれ連なる４個の孔10と、該シリン
ダヘッドにネジ止めされるボルトを通すためのボルト孔
11とが形成され、前記下流側フランジ３には、図示され
ない排気管に連なる孔12と、該排気管の上流端のフラン
ジを貫通するオネジ13がネジ止めされたネジ孔14と、図
示されないシリンダブロックにブラケッケトを介して接
続するためのボルト孔15とが形成されている。

【００１２】また前記エキマニチャンバー５は、２枚の
プレス成型された表側チャンバー半体18および裏側チャ
ンバー半体19を最中状に合せ、その上流端20を相互に溶
接でもって一体に結合されたもので、該エキマニチャン
バー５の各分岐上流開口端部21にエキマニパイプ４の下
流部17が嵌め込まれ、この嵌込み部は溶接でもって一体
に結合されている。

【００１３】さらにエキマニケース６も、２枚のプレス
成型された表側ケース半体24および裏側ケース半体25が
やはり最中状に合され、図１の太線で図示されるよう
に、その当接外周部全周に亘り溶接でもって一体に結合
され、その分岐上流端部26はそれぞれエキマニパイプ４
の上流端16の外周に密接して上流側フランジ２の連通孔
10に嵌込まれ、図４、図５の太線で図示されるように、
溶接でもって、上流側フランジ２の孔10と、エキマニパ
イプ４の上流端16とエキマニケース６の分岐上流端部26
とが相互に一体に結合され、エキマニケース６の集合下
流端部27はエキマニチャンバー５の集合下流開口端部22
の外周面に空間を持って下流側フランジ３の孔12に嵌め
込まれ、溶接でもって、下流側フランジ３の連通孔12
と、エキマニケース６の集合下流開口端部27とが、相互
に一体に結合され、エキマニケース６の集合下流端部27
に対し前記エキマニチャンバー５の集合下流開口端部22
は移動可能に緩く嵌め込まれている。

【００１４】さらにまたエキマニチャンバー５の表側チ
ャンバー半体18には、集合下流部に位置して、センサ取
付け孔23が形成されるととに、エキマニケース６の表側
ケース半体24にも、これに対応した位置にてセンサ取付
け孔28が形成されており、これらセンサ取付け孔23、28
を貫通してエキマニチャンバー５内に図示されないＯ ₂
センサの検出部が突出されるようになっている。

【００１５】しかも、図示されない内燃機関の１、２、
３、４番気筒の排気ポートにそれぞれ連なる１、２、
３、４番の孔10₁ 、10₂ 、10₃ 、10₄ に１、２、３、４
番のエキマニパイプ４₁ 、４₂ 、４₃ 、４₄ が接続され
るが、図１から明らかなように、１、４番の孔10₁ 、10
₄ は、下流側フランジ３の孔12に対して離れた位置に配
置される結果、１、４番のエキマニパイプ４₁ 、４₄ の
下流部17₁ 、17₄ は、図１の正面図で、２、３番のエキ
マニパイプ４₂ 、４₃ の下流部17₂ 、17₃ に比べて、下
流側フランジ３の孔12より離れた位置にてエキマニチャ
ンバー５内に開口されている。

【００１６】図１ないし図６に図示の実施形態は、前記
したように構成されているので、図示されない内燃機関
が運転を開始すると、各気筒の燃焼室で発生した高温排
気ガスが図示されない排気ポートから上流側フランジ２
の連通孔10、エキマニパイプ４、エキマニチャンバー５
および下流側フランジ３の連通孔12を介して図示されな
い排気管に排出される。

【００１７】この内燃機関始動時においては、排気マニ
ホールド１は低温状態で、排気ガスの熱を吸収して、排
気ガスが冷却される傾向にあるが、エキマニパイプ４、
エキマニチャンバー５およびエキマニケース６はいずれ
も薄板金製であって、熱容量が小さく、かつ、エキマニ
パイプ４、エキマニチャンバー５に対してエキマニケー
ス６が空間を有する２重構造となって断熱性に富んでい
るため、排気ガスがそれ程低温に冷却されず、図示され
ない排気管中の排気ガス浄化用触媒が直ちに活性化する
ことができ、始動時の排気ガス浄化用触媒の初期機能が
低下することが避けられる。

【００１８】また排気マニホールド１のエキマニケース
６内の排気通路が、その通路方向に沿って２分割された
エキマニパイプ４およびエキマニチャンバー５で構成さ
れ、該エキマニパイプ４の下流部17とエキマニチャンバ
ー５の分岐上流開口端部21とは溶接で一体に結合される
とともにエキマニチャンバー５の集合下流開口端部22が
エキマニケース６に対して移動可能に緩く嵌め込まれて
いる結果、高温の排気ガスに直接触れて高温に加熱され
るエキマニパイプ４およびエキマニチャンバー５の熱膨
張量が、大気に触れて左程高温に加熱されずに低温に維
持されているエキマニケース６の熱膨張量に比べて大き
くても、その熱膨張の差は、エキマニチャンバー５の集
合下流開口端部22とエキマニケース６の集合下流端部27
との相対的な移動でもって吸収され、エキマニパイプ
４，エキマニチャンバー５およびエキマニケース６に大
きな熱応力が発生することが未然に防止さて、しかもこ
の熱膨張差の吸収によって、高温となるエキマニパイプ
４の下流部と最も高温となるエキマニチャンバー５の分
岐上流開口部21との嵌込み部の結合および剛性が確保さ
れ、エキマニパイプ４およびエキマニチャンバー５の耐
久性が向上しうる。

【００１９】さらに、エキマニチャンバー５の集合下流
開口端部22がエキマニケース６の集合下流端部27に移動
可能に嵌め込まれていても、エキマニチャンバー５の４
個の分岐上流開口端部21₁ ，21₂ ，21₃ ，21₄ が、上流
端16でもって上流側フランジ２にそれぞれ一体に結合さ
れた４本のエキマニパイプ４₁ ，４₂ ，４₃ ，４₄ の下
流部に溶接でもって強固に安定して固定支持されている
ため、図示されない内燃機関で発生した振動が排気マニ
ホールド１に伝達された場合に、エキマニチャンバー５
の集合下流開口端部22とエキマニケース６の集合下流端
部27との嵌込み部の振動はできるだけ抑制され、しかも
高温となるエキマニパイプ４の下流部と最も高温となる
エキマニチャンバー５の分岐上流開口部21との嵌込み部
の剛性が確保され、この面でも振動によるこの嵌込み部
破損の防止に有効である。

【００２０】さらにまた、図示されない内燃機関の４個
の気筒では、１、３、４、２番気筒の順序で等間隔に燃
焼を起し、かつ、１、４番のエキマニパイプ４₁ 、４₄
の開口端17₁ 、17₄ と２、３番のエキマニパイプ４₂ 、
４₃ の開口端17₂ 、17₃ とが位置をずらして配置されて
いるため、排気干渉を起こすことがなく、排気の動的効
果が充分に発揮されて、吸入効率が間接的に増大し、機
関出力および効率が向上しうる。

【００２１】しかもエキマニパイプ４の下流部17がエキ
マニチャンバー５の上流開口端部21に移動可能に嵌込ま
れて、この嵌込み部が気密でなくても、エキマニパイプ
４およびエキマニチャンバー５の外周面がエキマニケー
ス６でもって気密に密閉されているため、排気の漏洩は
未然に阻止されうる。

【００２２】またエキマニパイプ４の各々下流部17は、
下流に向って空間が縮小されているエキマニチャンバー
５内の中央付近まで突出し、かつ集合下流端部に向けて
開口されているため、排気ガスが整流されて大きな乱れ
を起こさずに円滑に排気マニホールド１内を排気ガスが
流れることができ、排気抵抗の低下で吸入効率の向上も
可能となる。

【００２３】さらにまた排気ガス通路を形成するエキマ
ニパイプ４およびエキマニチャンバー５は、上流端16以
外では、エキマニケース６から離れ、エキマニパイプ４
およびエキマニチャンバー５とエキマニケース６との間
で空気断熱層が形成されているため、エキマニパイプ４
およびエキマニチャンバー５からエキマニケース６への
熱伝達が抑制され、内燃機関始動直後における排気ガス
温度低下が避けられ、エキマニケース６から外部への輻
射熱が抑制され、その結果、エンジンルーム内の雰囲気
温度が低温に保持される。

【００２４】しかも、４本のエキマニパイプ４の下流部
17がエキマニチャンバー５の分岐上流開口端部21に嵌め
込まれて、溶接でもって一体に結合されているため、排
気ガスが集合して騒音が強く発生するエキマニパイプ４
の下流部17とエキマニチャンバー５の分岐上流開口端部
21との結合部分は、振動が起こりにくく、しかもその外
方に空間を持ってエキマニケース６が覆っているため、
排気ガスの騒音が外部へ漏れにくい。

【００２５】またエキマニパイプ４、エキマニチャンバ
ー５およびエキマニケース６はいずれも薄肉であるた
め、排気マニホールド１の軽量化が可能となる。

【００２６】図１ないし図６に図示の実施形態では、エ
キマニチャンバー５の集合下流開口端部22とエキマニケ
ース６の集合下流端部27とには空間が存在したが、図７
に図示するように、エキマニチャンバー５の集合下流開
口端部22とエキマニケース６の集合下流端部27とに空間
が存在しないようにスライド可能に両者を密接させるよ
うにしてもよい。

【００２７】また図８に図示するように、エキマニチャ
ンバー５の集合下流開口端部22とエキマニケース６の集
合下流端部27との間に、鋼またはステンレス製のサポー
トメッシュ29またはセラミックファイバー、耐熱性バネ
等を介在させてもよく、このようにすれば、断熱性を維
持しつつ、エキマニチャンバー５の集合下流開口端部22
とエキマニケース６の集合下流端部27に弾性的に安定し
て支持することができ、耐振性を一段と向上させること
ができる。

【００２８】さらに図９に図示するように、エキマニケ
ース６の集合下流端部27の近くの部分に力を加えてカシ
メ付けしてもよく、エキマニチャンバー５の集合下流開
口端部22をより一層安定して保持することができる。

【００２９】そして、図１ないし図６に図示の実施形態
を模式化した図面が図１０であり、この実施形態では、
４本のエキマニパイプ４の上流端16と下流部17とは、そ
れぞれ全て上流側フランジ２とエキマニチャンバー５の
分岐上流開口端部21とに溶接でもって一体に結合されて
いるが、図１１に図示するように、４本のエキマニパイ
プ４の上流端16を全て上流側フランジ２に溶接でもって
一体に結合するとともに、２、３番のエキマニパイプ４
₂ 、４₃ の下流部17₂ 、17₃ をエキマニチャンバー５の
分岐上流開口端部21₂ 、21₃ に溶接でもって一体に結合
し、１、４番のエキマニパイプ４₁ 、４₄ の下流部1
7₁ 、17₄ をエキマニチャンバー５の分岐上流開口端部2
1₁ 21₄に移動自在に嵌め込んでもよく、このように構
成すれば、１、４番のエキマニパイプ４₁ 、４₄ と２、
３番のエキマニパイプ４₂ 、４₃ とに熱膨張差があって
も、エキマニパイプ４₁ 、４₄ の下流部17₁ 、17₄ がエ
キマニチャンバー５の分岐上流開口端部21₁ 、21₄ に対
し移動してこの熱膨張差が吸収されるので、両者の熱膨
張差によるエキマニパイプ４の熱応力発生が阻止され
る。

【００３０】また図１２に図示するように、４本のエキ
マニパイプ４の下流部17を全てエキマニチャンバー５の
分岐上流開口端部21に溶接でもって一体に結合するとと
もに、２、３番のエキマニパイプ４₂,４₃ の上流端16₂,
16₃ を上流側フランジ２に溶接でもって一体に結合し、
他の１、４番のエキマニパイプ４₁,４₄ の上流端16₁,16
₄ を上流側フランジ２の孔10に移動自在に嵌め込むとと
もに、エキマニチャンバー５の集合下流開口端部22を下
流側フランジ３の孔12に移動自在に嵌め込んでもよく、
このような実施形態では、図１１の実施形態と同じよう
な作用効果を奏することができる。

【００３１】さらに図１３に図示するように、気筒列と
平行な方向に向いた排気マニホールド30のまる３１に対
し略直角に下流側フランジ32を向け、下流側フランジ32
から上流側フランジ31に向い斜めに傾斜したケースたる
アウター33の上流短と下流端を上流側フランジ31と下流
側フランジ32とにそれぞれ一体に結合し、このアウター
33内に、空間を持って収納される集合部たるインナー34
の側方開口に分岐パイプ36の下流端を溶接でもって一体
に結合し、インナー34の先端パイプ35の上流端を上流側
フランジ31に溶接でもって一体に結合し、分岐パイプ36
の上流端を上流側フランジ31に移動自在に嵌め込むとと
もに、インナー34の下流端を下流側フランジ32に移動自
在に嵌め込むこにより、排気マニホールド30を構成して
もよく、このような実施形態でも、アウター33、インナ
ー34間の熱膨張差と、先端パイプ35、分岐パイプ36間の
熱膨張差を有効に吸収して、熱応力発生による排気マニ
ホールド30の耐久性劣化を防止することができるととも
に、図１０ないし図１２に図示の実施形態と同様な効果
を奏することができる。

【００３２】

【発明の効果】このように請求項１記載の発明によれ
ば、集合部の下流側端部が下流端フランジと一体のケー
スに対しスライド可能に接続されているため、高温の排
気ガスに直接触れて前記分岐パイプと前記集合部が高温
に加熱され、これら分岐パイプおよび集合部が排出ガス
の流れ方向に沿って著しく伸縮しても、この伸縮が集合
部下流端部とケースとのスライドでもって吸収され、こ
の分岐パイプ、集合部およびケースにおける熱応力の発
生が抑制され、排気マニホールドの強度、剛性、耐久性
が向上する。

【００３３】また請求項１記載の発明においては、前記
分岐パイプは薄肉で、かつ前記集合部が板金製であるた
め、両者の熱容量が小さく、しかもこの分岐パイプおよ
び集合部が前記ケースに完全に接触せずに空間を持って
該ケースで覆われているため、断熱性が頗る高く、内燃
機関始動直後であっても、前記分岐パイプおよび前記集
合部は急速に高温に加熱される結果、排気ガスが高温に
保持されて、排気ガス浄化用触媒が直ちに活性化され、
排気ガスは始動直後でも充分に浄化されうる。しかも排
気マニホールドの断熱性が極めて優れているため、この
排気マニホールドから放射される輻射熱が大巾に減少
し、エンジンルーム内の雰囲気温度が低温に保持され
る。

【００３４】さらに請求項２記載の発明においては、最
も高温となる集合部に隣接する前記分岐パイプと前記集
合部との接続部分の剛性が確保され、該集合部が強固に
支持されるため、振動による破損が未然に阻止される。

【００３５】さらにまた請求項２記載の発明において
は、集合部下流側部のスライドによりケース内の排気ガ
ス通路を形成する分岐パイプおよび集合部全体の熱膨張
差を吸収することが可能であり、分岐パイプの上下流側
部の一部に設けられたスライド部によって、分岐パイプ
自体に生ずる長手方向の熱応力発生による熱膨張差をも
吸収することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多気筒内燃機関の排気マニホール
ドの一実施形態の正面図である。

【図２】図１の平面図である。

【図３】図１の側面図である。

【図４】図１のIV−IV線に沿って裁断した縦断側面図で
ある。

【図５】図１のＶ−Ｖ線に沿って裁断した縦断側面図で
ある。

【図６】図１のVI−VI線に沿って裁断した縦断側面図で
ある。

【図７】図１ないし図６に図示の実施形態と異なる他の
実施形態の要部拡大縦断側面図である。

【図８】前記実施形態と異なる他の実施形態の要部拡大
縦断側面図である。

【図９】前記実施形態とさらに異なる他の実施形態の要
部拡大縦断側面図である。

【図１０】図１ないし図６に図示の実施形態を模式化し
た模式図である。

【図１１】図１０と異なる他の実施形態の模式図であ
る。

【図１２】図１０および図１１と異なる他の実施形態の
模式図である。

【図１３】前記実施形態とそれぞれ異なるさらに他の実
施形態の模式図である。

【符号の説明】

１…排気マニホールド、２…上流側フランジ、３…下流
側フランジ、４…エキマニパイプ、５…エキマニチャン
バー、６…エキマニケース、10…孔、11…ボルト孔、12
…孔、13…オネジ、14…ネジ孔、15…ボルト孔、16…上
流端、17…下流部、18…表側チャンバー半体、19…裏側
チャンバー半体、20…上流端、21…分岐上流開口端部、
22…集合下流開口端部、23…センサ取付け孔、24…表側
ケース半体、25…裏側ケース半体、26…分岐上流端部、
27…集合下流端部、28…センサ取付け孔、29…サポート
メッシュ、30…排気マニホールド、31…上流側フラン
ジ、32…下流側フランジ、33…アウター、34…インナ
ー、35…先端パイプ、36…分岐パイプ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小松田 卓 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 藤森 浩一 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各気筒の排気ポートに排気マ
   ニホールドの薄肉分岐パイプ上流端が連なり、その分岐
   パイプの下流端が集合して板金製集合部に連なる多気筒
   内燃機関の排気マニホールドにおいて、 前記分岐パイプおよび前記集合部の外周に空間を持って
   ケースが装着され、 前記分岐パイプの上流側端部と前記ケースの上流側端部
   とは、上流側フランジに溶接され、 前記分岐パイプの下流側部は前記集合部の上流側部に溶
   接され、 前記ケースの下流側端部は下流側フランジに溶接される
   とともに、 前記集合部の下流側端部と前記ケースとがスライド可能
   に保持されることを特徴とする多気筒内燃機関の排気マ
   ニホールド。
2. 【請求項２】 前記分岐パイプの上流側端部または下流
   側部の一部をスライド可能に保持させることを特徴とす
   る前記請求項１記載の多気筒内燃機関の排気マニホール
   ド。