JP2003269158A - Exhaust manifold for internal combustion engine - Google Patents
Exhaust manifold for internal combustion engineInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、直列4気筒内燃
機関やV型8気筒内燃機関のような直列に配置された4
つの気筒を有するシリンダヘッドに用いられる排気マニ
ホルドの改良に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a 4-cylinder internal combustion engine such as an in-line 4-cylinder internal combustion engine or a V-type 8-cylinder internal combustion engine.
TECHNICAL FIELD The present invention relates to improvement of an exhaust manifold used for a cylinder head having two cylinders.
【0002】[0002]
【従来の技術】直列4気筒内燃機関の排気は、排気干渉
を避けるために、いわゆる4−2−1の形式で合流させ
ることが望ましいので、排気マニホルドの下流側部分
を、1本の排気管内をZ字形断面ないしはS字形断面の
隔壁によって2つの流路に区画した構成とし、かつ上流
側部分のブランチ部を4本の独立した金属パイプから構
成して、この金属パイプの下流側の端部を、2本ずつ上
記排気管の各流路に接続するようにした構成が多く採用
されている。なお、上記の隔壁を備えた排気管は、触媒
コンバータと一体のいわゆるフロントチューブとして構
成される場合もある。2. Description of the Related Art Exhaust gas from an in-line four-cylinder internal combustion engine is preferably combined in a so-called 4-2-1 format in order to avoid exhaust interference. Therefore, the downstream side portion of the exhaust manifold is provided in one exhaust pipe. Is divided into two flow paths by a partition having a Z-shaped cross section or an S-shaped cross section, and the branch portion of the upstream side portion is composed of four independent metal pipes, and the downstream end portion of this metal pipe is formed. In many cases, a configuration in which two of these are connected to each flow path of the exhaust pipe is adopted. The exhaust pipe provided with the partition wall may be configured as a so-called front tube integral with the catalytic converter.
【0003】また特開2001−65340号公報に
は、4本のブランチ部を、プレス成形した2枚の金属板
をいわゆる最中合わせのように接合してなる板金製の外
筒部材によって構成し、さらにその内部に、♯2気筒お
よび♯3気筒にのみ対応した同じく板金製の内筒部材を
設け、内筒部材の外側を流れる♯1,♯4気筒の排気
と、内筒部材の内側を流れる♯2,♯3気筒の排気と
を、下流のフロントチューブ内部までそれぞれ別々に導
くようにした排気装置が開示されている。Further, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-65340, four branch parts are constituted by an outer cylinder member made of a sheet metal, which is formed by joining two press-formed metal plates in a so-called centering manner. Further, inside thereof, the same sheet metal inner cylinder member corresponding to only the # 2 cylinder and the # 3 cylinder is provided, and the exhaust of the # 1 and # 4 cylinders flowing outside the inner cylinder member and the inner side of the inner cylinder member are provided. An exhaust device is disclosed in which the flowing exhaust gases of the # 2 and # 3 cylinders are separately guided to the inside of the front tube on the downstream side.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】近年の厳しい排気規制
に対応するためには、内燃機関の冷機始動時に、排気マ
ニホルドの下流側に位置する触媒コンバータの触媒が早
期に活性化する必要があり、そのため、排気マニホルド
の熱容量を小さくすると同時に、排気マニホルドの管長
をなるべく短くしようとする傾向がある。従って、4−
2−1と集合する構成においては、4本のブランチ部が
2本の流路に集合する集合部の位置をなるべく上流側に
配置することが、熱容量の低減ならびに管長の短縮の双
方の点で好ましいものとなる。In order to comply with severe exhaust emission regulations in recent years, it is necessary to activate the catalyst of the catalytic converter located downstream of the exhaust manifold at an early stage when the internal combustion engine starts cold. Therefore, there is a tendency to reduce the heat capacity of the exhaust manifold and, at the same time, to shorten the pipe length of the exhaust manifold as much as possible. Therefore, 4-
In the configuration of assembling with 2-1 in order to reduce the heat capacity and shorten the pipe length, it is preferable to arrange the position of the gathering portion where the four branch portions gather in the two flow paths on the upstream side as much as possible. It will be preferable.
【0005】しかしながら、上記従来のように上流側の
4本のブランチ部をいずれも金属パイプから構成した排
気マニホルドにおいては、それぞれの金属パイプの曲げ
加工の限界によって、集合部の位置が制約される。特
に、各排気ポートから集合部までの通路長は各気筒でほ
ぼ等しくする必要があるので、気筒列の中央付近にある
♯2,♯3気筒のブランチ部が、両側の♯1,♯4気筒
のブランチ部に比べて、より大きな曲率で曲げられるこ
とになり、実質的には、この♯2,♯3気筒のブランチ
部の曲げ加工の限界によって、4本のブランチ部の集合
部の位置が制約されてしまう。However, in the exhaust manifold in which each of the four branch portions on the upstream side is made of a metal pipe as in the conventional case, the position of the collecting portion is restricted by the limit of bending work of each metal pipe. . In particular, since the passage length from each exhaust port to the collecting portion needs to be substantially equal in each cylinder, the branch portions of the # 2 and # 3 cylinders near the center of the cylinder row have the # 1 and # 4 cylinders on both sides. Compared with the branch part of No. 2, the bending of the branch parts of the # 2 and # 3 cylinders is practically limited by the bending of the branch parts of the # 2 and # 3 cylinders. You will be restricted.
【0006】さらに、従来の下流側部分のように、1本
の排気管内をZ字形断面ないしはS字形断面の隔壁によ
って2つの流路に区画した構成とすると、この隔壁が局
部的に高温となって、外周の排気管と隔壁との間に高い
熱応力が発生し、そのため十分な高温強度を有する材料
を用いる必要がある。Further, when the inside of one exhaust pipe is divided into two flow passages by a partition having a Z-shaped section or an S-shaped section as in the conventional downstream portion, this partition locally becomes hot. Therefore, a high thermal stress is generated between the exhaust pipe on the outer periphery and the partition wall, so that it is necessary to use a material having sufficient high temperature strength.
【0007】また、上記公報のように、排気マニホルド
全体を板金製とした構成では、4本の流路を含む全体が
一つの大きな金属部材となるため、熱膨張および熱収縮
に伴う応力が大きく発生し、十分な耐久性を確保できな
い、という問題がある。しかも、このものでは、♯1,
♯4気筒の排気と♯2,♯3気筒の排気とを分けるため
に外筒部材と内筒部材との2重構造としているので、重
量が増加する不具合があるとともに、溶接スパッタが内
部に残留しないようにTIG溶接のような高コストなス
パッタレス工法を採用せざるを得ない、という問題があ
る。Further, as in the above publication, in the structure in which the entire exhaust manifold is made of sheet metal, the whole including the four flow passages becomes one large metal member, so that the stress due to the thermal expansion and thermal contraction is large. However, there is a problem in that sufficient durability cannot be ensured. Moreover, with this one, # 1,
Since the exhaust of the # 4 cylinder and the exhaust of the # 2 and # 3 cylinders are separated from each other, the outer cylinder member and the inner cylinder member have a double structure, so that there is a problem that the weight increases and welding spatter remains inside. In order not to do so, there is a problem that a high-cost spatterless method such as TIG welding has to be adopted.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項1のよ
うに、シリンダヘッド側の第1フランジ部と下流端側の
第2フランジ部とを備え、直列に配置された第1〜第4
の4つの気筒の排気を、第1の気筒および第4の気筒の
排気と、第2の気筒および第3の気筒の排気と、に分け
たまま上記第2フランジ部の位置まで導く内燃機関の排
気マニホルドであって、この排気マニホルドは、上記第
1フランジ部を含む上流側マニホルドと、上記第2フラ
ンジ部を含む下流側マニホルドと、から構成されてい
る。According to a first aspect of the present invention, there is provided a first head portion on the cylinder head side and a second flange portion on the downstream end side, which are arranged in series. Four
Of the internal combustion engine that guides the exhaust gas of the four cylinders to the position of the second flange portion while separating the exhaust gas of the first cylinder and the fourth cylinder and the exhaust gas of the second cylinder and the third cylinder. The exhaust manifold includes an upstream manifold including the first flange portion and a downstream manifold including the second flange portion.
【0009】そして、上記下流側マニホルドは、2本の
隣接した流路から構成されている。The downstream manifold is composed of two adjacent flow passages.
【0010】さらに、上記上流側マニホルドは、第1の
気筒および第4の気筒の流路をそれぞれ構成するように
それぞれ独立した金属パイプから形成され、かつ下流端
が上記下流側マニホルドの流路の一方にまとめて接続さ
れた一対の端部排気管と、第2の気筒の流路と第3の気
筒の流路とを内部に形成するように半割状とした金属板
を互いに溶接して構成され、かつ両流路がY字形に合流
した下流の出口部が、上記下流側マニホルドの流路の他
方に接続された中央部排気管と、から構成されている。Further, the upstream side manifold is formed of independent metal pipes so as to respectively configure the flow paths of the first cylinder and the fourth cylinder, and the downstream end of the flow path of the downstream side manifold. A pair of end exhaust pipes that are collectively connected to one side, and metal plates that are halved so as to form a flow path of the second cylinder and a flow path of the third cylinder are welded to each other. A downstream outlet portion that is configured and has both flow paths joined in a Y shape is configured by a central exhaust pipe that is connected to the other flow path of the downstream side manifold.
【0011】つまり、上流側の4つの流路の中で、気筒
列の前後に位置する2つの気筒の流路は、それぞれ金属
パイプから構成され、また、気筒列の中央に位置する2
つの気筒の流路は、板金製のものとして構成される。そ
のため、気筒列の中央に位置する2つの気筒の流路を金
属パイプから構成する場合のような曲げ加工の制約を受
けることがなく、比較的上流で集合させることが可能と
なる。これにより、上流側マニホルドの小型化ならびに
熱容量の低減が図れる。そして、板金製の部分は、2つ
の気筒の部分のみであるから、全気筒を板金製のものと
する場合に比べて、熱膨張による応力集中の問題が著し
く低減する。なお、端部排気管からなる2つの気筒の流
路は、下流側マニホルドの一方の流路に接続されること
で、互いに合流する。That is, among the four upstream flow paths, the flow paths of the two cylinders located in front of and behind the cylinder row are made of metal pipes, and are located in the center of the cylinder row.
The flow paths of the two cylinders are made of sheet metal. Therefore, the flow paths of the two cylinders located in the center of the cylinder row are not restricted by the bending process as in the case where the flow paths of the two cylinders are made of metal pipes, and they can be assembled relatively upstream. As a result, the upstream manifold can be downsized and the heat capacity can be reduced. Further, since the sheet metal portion is only the portion of two cylinders, the problem of stress concentration due to thermal expansion is significantly reduced compared to the case where all the cylinders are made of sheet metal. It should be noted that the flow paths of the two cylinders formed of the end exhaust pipes are joined to each other by being connected to one flow path of the downstream side manifold.
【0012】請求項2の発明では、上記端部排気管は、
気筒列の中央付近に集合するようにそれぞれ内側へ曲げ
られており、かつその下流端が上記中央部排気管の出口
部の上方もしくは下方に隣接して開口しているととも
に、上記中央部排気管の第2の気筒の流路と第3の気筒
の流路とが、上記端部排気管の下流端よりも第1フラン
ジ部に近い位置で合流している。つまり、シリンダヘッ
ド寄りの部分では、金属パイプからなる一対の端部排気
管の内側に板金製の中央部排気管が位置し、かつ下流端
側の部分では、両者が上下に重なった形となるが、Y字
形をなす中央部排気管の2つの流路を、シリンダヘッド
寄りの位置で合流させることで、二股状をなす部分が端
部排気管と上下に重ならずに、その内側に配置すること
が可能となる。これにより、全体が小型化する。なお、
内部の流路の実質的な通路長としては、4つの気筒でほ
ぼ等しくすることが望ましい。In the invention of claim 2, the end exhaust pipe is
Each is bent inward so as to be gathered near the center of the cylinder row, and its downstream end is opened adjacent to above or below the outlet of the central exhaust pipe, and the central exhaust pipe is The flow passage of the second cylinder and the flow passage of the third cylinder join at a position closer to the first flange portion than the downstream end of the end exhaust pipe. That is, in the portion near the cylinder head, the central exhaust pipe made of sheet metal is located inside the pair of end exhaust pipes made of metal pipes, and at the downstream end side, both are vertically stacked. However, by merging the two flow paths of the Y-shaped central exhaust pipe at a position closer to the cylinder head, the bifurcated portion does not vertically overlap with the end exhaust pipe but is arranged inside thereof. It becomes possible to do. As a result, the entire size is reduced. In addition,
It is desirable that the four passages have substantially the same passage length as the inner passage.
【0013】また、より具体的には、請求項3のよう
に、一対の端部排気管の下流端の開口がそれぞれ四分円
形状をなし、かつ上記中央部排気管の出口部が半円形状
をなし、これらによって構成される上流側マニホルドの
下流側の端部の外形状が全体として円形をなしている。
これにより、下流側マニホルドの2つの流路を、全体と
して断面円形をなすようにそれぞれ半円形状に構成し、
その一方に一対の端部排気管を、他方に中央部排気管
を、それぞれ接続することができる。Further, more specifically, as in claim 3, the openings at the downstream ends of the pair of end exhaust pipes each have a quadrant shape, and the outlet of the central exhaust pipe is a semicircle. The upstream end of the upstream manifold constituted by these has an outer shape that is generally circular.
As a result, the two flow paths of the downstream side manifold are each formed in a semicircular shape so as to have a circular cross section as a whole,
A pair of end exhaust pipes can be connected to one of them, and a central exhaust pipe can be connected to the other.
【0014】望ましくは、請求項4のように、上記下流
側マニホルドの2本の流路は、金属パイプからなる断面
半円形をなす下流側排気管によってそれぞれ構成され、
かつ全体として断面円形をなすように一対の下流側排気
管が隣接して配置されている。Preferably, the two flow paths of the downstream side manifold are each constituted by a downstream side exhaust pipe made of a metal pipe and having a semicircular cross section.
Further, a pair of downstream side exhaust pipes are arranged adjacent to each other so as to form a circular cross section as a whole.
【0015】さらに望ましくは、請求項5のように、下
流側マニホルドの一対の下流側排気管が、上記第2フラ
ンジ部以外の部分では互いに分離独立している。More preferably, as in claim 5, the pair of downstream exhaust pipes of the downstream manifold are separated and independent from each other except the second flange portion.
【0016】この一対の下流側排気管の一方には一対の
端部排気管が接続され、他方には、中央部排気管が接続
される。そのため、第1フランジ部から第2フランジ部
に至る全長に亘って、両者が互いに拘束されずに、個々
に変位可能となる。従って、熱膨張による局部的な応力
の発生が抑制される。A pair of end exhaust pipes is connected to one of the pair of downstream exhaust pipes, and a central exhaust pipe is connected to the other. Therefore, over the entire length from the first flange portion to the second flange portion, both can be individually displaced without being constrained to each other. Therefore, generation of local stress due to thermal expansion is suppressed.
【0017】さらに望ましくは、請求項6のように、一
対の下流側排気管の隣接する壁部の間に、隙間が設けら
れている。これによって、それぞれの下流側排気管の互
いに隣接する壁部も冷却され、周方向の温度の不均一が
生じない。More preferably, a gap is provided between the adjacent wall portions of the pair of downstream side exhaust pipes. As a result, the wall portions of the respective downstream side exhaust pipes adjacent to each other are also cooled, and uneven temperature in the circumferential direction does not occur.
【0018】また請求項7の発明では、上記上流側マニ
ホルドと上記下流側マニホルドとの接続部において、一
対の端部排気管の下流端が、下流側マニホルドの一方の
下流側排気管の内周側に嵌合し、かつ中央部排気管の出
口部が下流側マニホルドの他方の下流側排気管の外周側
に嵌合し、それぞれ管の軸方向に異なる位置で溶接され
ている。つまり、下流側マニホルドの一対の下流側排気
管に対するはめ合いの関係が、それぞれ異なっており、
かつ、それぞれの溶接位置が軸方向に重ならないように
なっている。これにより、溶接部が径方向に大きく膨ら
んだものとならず、上流側マニホルドと下流側マニホル
ドとの接続部が小型化される。Further, in the invention of claim 7, in the connecting portion between the upstream side manifold and the downstream side manifold, the downstream ends of the pair of end exhaust pipes are the inner circumference of one of the downstream side exhaust pipes of the downstream side manifold. Side, the outlet of the central exhaust pipe is fitted to the outer peripheral side of the other downstream exhaust pipe of the downstream manifold, and is welded at different positions in the axial direction of the pipe. In other words, the fitting relationship of the downstream manifold to the pair of downstream exhaust pipes is different,
Moreover, the respective welding positions do not overlap each other in the axial direction. As a result, the welded part does not bulge significantly in the radial direction, and the connecting part between the upstream side manifold and the downstream side manifold is downsized.
【0019】[0019]
【発明の効果】この発明に係る内燃機関の排気マニホル
ドによれば、従来のように気筒列中央付近の気筒のブラ
ンチ部を構成する金属パイプの曲げ加工に制約されず
に、4本の流路を比較的上流側の位置で2本の流路にま
とめることができ、下流側の触媒コンバータに至るまで
の通路長を短縮できるとともに、排気マニホルド全体の
熱容量を小さくすることができる。そして同時に、熱膨
張および熱収縮の繰り返しによって発生する応力を小さ
くでき、十分な耐久性を確保することが可能となる。According to the exhaust manifold of the internal combustion engine of the present invention, the four flow passages are not limited to the conventional bending process of the metal pipe forming the branch portion of the cylinder near the center of the cylinder row. Can be combined into two flow paths at a relatively upstream position, the path length to the downstream catalytic converter can be shortened, and the heat capacity of the entire exhaust manifold can be reduced. At the same time, the stress generated by repeated thermal expansion and thermal contraction can be reduced, and sufficient durability can be secured.
【0020】特に、請求項4,5のように、下流側マニ
ホルドとしてそれぞれ金属パイプからなる一対の下流側
排気管を互いに独立させた構成とすれば、熱膨張による
応力をさらに緩和でき、破損などを確実に防止できる。In particular, when a pair of downstream exhaust pipes each made of a metal pipe are made independent from each other as the downstream manifolds, the stress due to thermal expansion can be further alleviated, and the damage can be caused. Can be reliably prevented.
【0021】また請求項6のように隙間を設けること
で、一対の下流側排気管の隣接した壁部の局部的な高温
化を回避でき、その劣化や強度低下を防止できる。Further, by providing the gap as in claim 6, it is possible to avoid locally increasing the temperature of the adjacent wall portions of the pair of downstream side exhaust pipes, and to prevent their deterioration and strength reduction.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
【0023】図1は、この発明に係る直列4気筒内燃機
関用の排気マニホルドの全体を示している。この排気マ
ニホルドは、上流側マニホルド1と下流側マニホルド2
とに大別される。上流側マニホルド1は、後述するよう
に4本の流路を実質的に2本の流路に集合させるための
ものであり、また下流側マニホルド2は、外観上は1本
の管のような形状を保ちつつ2本の流路を有している。
上流側マニホルド1は、上流端に第1フランジ部3を有
し、この第1フランジ部3が図示せぬシリンダヘッドの
側面に固定されるようになっている。また下流側マニホ
ルド2は、下流端に第2フランジ部4を有し、この第2
フランジ部4において図示せぬ触媒コンバータに接続さ
れるようになっている。つまり、各気筒の4本の流路
は、下流側マニホルド2との接続部で2本の流路とな
り、かつ触媒コンバータの入口側で最終的に1本の流路
となる。なお、5は第1フランジ部3に設けられたボル
ト貫通孔(図2参照)、6は第2フランジ部4に設けら
れたボルト貫通孔(図3参照)を示す。FIG. 1 shows the entire exhaust manifold for an in-line four-cylinder internal combustion engine according to the present invention. This exhaust manifold includes an upstream manifold 1 and a downstream manifold 2
Is roughly divided into The upstream side manifold 1 is for gathering four flow paths into substantially two flow paths as described later, and the downstream side manifold 2 is like a single pipe in appearance. It has two channels while maintaining its shape.
The upstream side manifold 1 has a first flange portion 3 at the upstream end, and the first flange portion 3 is fixed to a side surface of a cylinder head (not shown). Further, the downstream side manifold 2 has a second flange portion 4 at the downstream end.
The flange portion 4 is connected to a catalytic converter (not shown). That is, the four flow passages of each cylinder become two flow passages at the connecting portion with the downstream side manifold 2, and finally become one flow passage at the inlet side of the catalytic converter. Reference numeral 5 denotes a bolt through hole (see FIG. 2) provided in the first flange portion 3, and 6 denotes a bolt through hole (see FIG. 3) provided in the second flange portion 4.
【0024】図2は、上流側マニホルド1のみを示して
いる。シリンダヘッドは図示していないが、図の左方が
機関前方となり、この前方から順に、♯1気筒、♯2気
筒、♯3気筒、♯4気筒が並んでいる。この上流側マニ
ホルド1は、各気筒毎に4本の流路を備えているが、気
筒列の前後両端に位置する♯1気筒の流路と♯4気筒の
流路は、それぞれ独立した一対の端部排気管11,12
によって構成されている。この端部排気管11,12
は、金属パイプ、例えばステンレスパイプを液圧成形等
の手段によって曲げ加工したものであり、図2に示すよ
うに、一対の端部排気管11,12が気筒列の中央付近
に集合するように、それぞれ互いに内側に曲げられてい
るとともに、図1に示すように、第1フランジ部3から
下方へ下がるように曲げられている。また、一対の端部
排気管11,12の下流側の端部11a,12aは、下
流側マニホルド2に連続するように、互いに隣接して並
んでいるが、この端部11a,12aにおいては、断面
が四分円形状つまり90°の扇形をなすように、金属パ
イプが成形されており、この四分円形状をなす下流端の
開口を2つ隣接して並べることで、半円形状をなすよう
に構成されている。なお、第1フランジ部3に近い上流
部分では、端部排気管11,12を構成する金属パイプ
は断面円形をなしている。なお、このように独立した金
属パイプから構成されたブランチ部は、その撓み変形等
によって熱膨張が吸収されることから、熱膨張による応
力の集中は生じにくい。FIG. 2 shows only the upstream manifold 1. Although the cylinder head is not shown, the left side of the drawing is the front of the engine, and the # 1 cylinder, # 2 cylinder, # 3 cylinder, and # 4 cylinder are arranged in order from this front. The upstream manifold 1 is provided with four flow passages for each cylinder, but the flow passages of the # 1 cylinder and the flow passages of the # 4 cylinders located at the front and rear ends of the cylinder row are paired independently of each other. Exhaust pipes 11 and 12
It is composed by. This end exhaust pipe 11, 12
Is a metal pipe, for example, a stainless pipe bent by a means such as hydraulic forming. As shown in FIG. 2, the pair of end exhaust pipes 11 and 12 are assembled near the center of the cylinder row. , Are bent inward with respect to each other, and are bent downward from the first flange portion 3 as shown in FIG. Further, the downstream end portions 11a and 12a of the pair of end exhaust pipes 11 and 12 are arranged adjacent to each other so as to be continuous with the downstream manifold 2, but at the end portions 11a and 12a, The metal pipe is formed so that the cross section has a quadrant shape, that is, a 90 ° fan shape, and a semicircular shape is formed by arranging two openings at the downstream end of the quadrant shape adjacent to each other. Is configured. In the upstream portion close to the first flange portion 3, the metal pipes forming the end exhaust pipes 11 and 12 have a circular cross section. In addition, since the thermal expansion is absorbed in the branch portion constituted by the independent metal pipe as described above, the stress is less likely to be concentrated due to the thermal expansion.
【0025】一方、気筒列の中央に位置する♯2気筒お
よび♯3気筒の流路は、いわゆる板金製の中央部排気管
13によって構成されている。図4〜図6は、この中央
部排気管13のみを示している。この中央部排気管13
は、半割状に形成された2枚の金属板14,15をいわ
ゆる最中合わせにして一体化したものであって、各金属
板14,15は、例えば鋼板をプレス成形することによ
って、側縁および中間部に溶接用のフランジを有する所
定形状にそれぞれ形成され、かつこれらの金属板14,
15が互いに溶接されている。図5に明らかなように、
この中央部排気管13は、♯2気筒および♯3気筒の排
気ポートにそれぞれ接続される一対の円形の入口部1
6,17を有するとともに、下流側に単一の出口部18
を有し、内部にY字形をなす流路が構成されている。つ
まり、♯2気筒および♯3気筒の流路は、この中央部排
気管13内部で互いに合流している。そして、図5およ
び図1に明らかなように、この中央部排気管13は、端
部排気管11,12と同じく第1フランジ部3から下方
へ曲がっており、特に、下流側の端部が端部排気管1
1,12の下側に重なるように延びている。また、上面
側の金属板14は、出口部18へ向かうに従って徐々に
平坦となっており、最終的に図6に示すように、出口部
18が半円形状をなしている。この半円形状は、上述し
た一対の端部排気管11,12の下流側端部11a,1
2aを合わせてなる半円形状とほぼ等しい半径を有して
いる。On the other hand, the flow paths of the # 2 cylinder and the # 3 cylinder located at the center of the cylinder row are constituted by a central exhaust pipe 13 made of so-called sheet metal. 4 to 6 show only the central exhaust pipe 13. This central exhaust pipe 13
Is a two-piece metal plate 14, 15 formed in a half-divided form, which is so-called centered and integrated, and each metal plate 14, 15 is formed by pressing a steel plate, for example. These metal plates 14 are formed in a predetermined shape having flanges for welding at the edges and the intermediate portion thereof, respectively.
15 are welded together. As is clear in FIG.
The central exhaust pipe 13 has a pair of circular inlet portions 1 connected to the exhaust ports of the # 2 cylinder and the # 3 cylinder, respectively.
6 and 17, and a single outlet section 18 on the downstream side
And a Y-shaped flow path is formed inside. That is, the flow paths of the # 2 cylinder and the # 3 cylinder join each other inside the central exhaust pipe 13. As is apparent from FIGS. 5 and 1, the central exhaust pipe 13 is bent downward from the first flange portion 3 similarly to the end exhaust pipes 11 and 12, and particularly, the downstream end is Exhaust pipe 1
It extends so that it may overlap with the lower side of 1, 12. Further, the metal plate 14 on the upper surface side is gradually flattened toward the outlet portion 18, and finally, as shown in FIG. 6, the outlet portion 18 has a semicircular shape. This semi-circular shape has the downstream end portions 11a, 1 of the pair of end exhaust pipes 11, 12 described above.
It has a radius substantially equal to the semicircular shape formed by combining 2a.
【0026】図2に示すように、上記中央部排気管13
の出口部18と上記一対の端部排気管11,12の下流
側の端部11a,12aとは、気筒列の中央付近の1箇
所に集まっており、それぞれの半円形状が合わさること
によって、全体として、円形の外形状を呈するようにな
っている。ここで、端部排気管11,12の下流側の端
部11a,12aは、中央部排気管13の出口部18よ
りも僅かに長く突出している。また、中央部排気管13
は、一対の端部排気管11,12の内側に挟まれて位置
するものとなるが、Y字形に延びた流路の合流部は、一
対の端部排気管11,12によりその内側に構成される
略三角形の空間内に位置している。従って、中央部排気
管13の入口部16,17に近い上方に膨らんだ部分
が、上記空間内にちょうど収容される形となり、端部排
気管11,12と中央部排気管13とを非常にコンパク
トに組み合わせることができる。As shown in FIG. 2, the central exhaust pipe 13 is provided.
The outlet portion 18 and the downstream end portions 11a and 12a of the pair of end exhaust pipes 11 and 12 are gathered at one location near the center of the cylinder row, and by combining the respective semicircular shapes, As a whole, it has a circular outer shape. Here, the downstream end portions 11 a and 12 a of the end exhaust pipes 11 and 12 project slightly longer than the outlet portion 18 of the central exhaust pipe 13. In addition, the central exhaust pipe 13
Is sandwiched between the pair of end exhaust pipes 11 and 12, and the joining portion of the Y-shaped flow passage is formed inside the pair of end exhaust pipes 11 and 12. It is located in a substantially triangular space. Therefore, the portion of the central exhaust pipe 13 that bulges upward close to the inlets 16 and 17 is just accommodated in the space, and the end exhaust pipes 11 and 12 and the central exhaust pipe 13 are extremely closed. Can be compactly combined.
【0027】なお、シリンダヘッドに取り付けられる第
1フランジ部3は、図示例では4つの気筒に亘って一体
に連続しているが、複数に分割した構成とすることもで
きる。The first flange portion 3 attached to the cylinder head is integrally continuous with the four cylinders in the illustrated example, but may be divided into a plurality of parts.
【0028】次に、下流側マニホルド2は、それぞれ独
立した金属パイプからなる一対の下流側排気管19,2
0によって構成されている。この2本の下流側排気管1
9,20は、例えばステンレスパイプを液圧成形によっ
て所定の湾曲形状に曲げるとともに、その断面形状を半
円形状に成形したものであって、図3および図7に示す
ように、それぞれの直径線に沿った壁部19a,20a
が背中合わせに隣接して配置され、全体として、1本の
円形の管のような外観を呈している。ここで、各々の下
流側排気管19,20は、第2フランジ部4によって互
いに一体化されているものの、この第2フランジ部4を
除く他の部分では互いに拘束されておらず、それぞれ自
由に変位し得るように分離独立したものとなっている。
さらに、互いに隣接する壁部19a,20aの間に、図
7に示すように、外気が通流し得る十分な隙間21が確
保されている。この隙間21の確保によって、2つの流
路の間にある壁部19a,20aが冷却されるので、そ
の局部的な温度上昇が抑制される。なお、上記第2フラ
ンジ部4は、円形の開口部を有しており、ここに一対の
下流側排気管19,20がまとめて挿入されて、溶接さ
れている(図3参照)。Next, the downstream manifold 2 has a pair of downstream exhaust pipes 19 and 2 made of independent metal pipes.
It is composed of 0s. These two downstream exhaust pipes 1
Reference numerals 9 and 20 are obtained by bending a stainless pipe into a predetermined curved shape by, for example, hydraulic forming and shaping the cross-section into a semicircular shape. As shown in FIG. 3 and FIG. Wall portions 19a, 20a along
Are placed back-to-back and adjacent to each other, and generally have the appearance of a single circular tube. Here, although each of the downstream side exhaust pipes 19 and 20 is integrated with each other by the second flange portion 4, the portions other than the second flange portion 4 are not constrained to each other and can be freely respectively. It is separate and independent so that it can be displaced.
Further, as shown in FIG. 7, a sufficient gap 21 through which outside air can flow is secured between the wall portions 19a and 20a adjacent to each other. By securing this gap 21, the wall portions 19a and 20a between the two flow paths are cooled, so that the local temperature rise is suppressed. The second flange portion 4 has a circular opening, and the pair of downstream side exhaust pipes 19 and 20 are collectively inserted and welded therein (see FIG. 3).
【0029】この下流側排気管19,20は、その一方
の下流側排気管19が端部排気管11,12の下流側端
部11a,12aに接続され、他方の下流側排気管20
が中央部排気管13の出口部18に接続される。図8
は、この接続部の詳細を示すもので、図示するように、
一対の端部排気管11,12の下流側端部11a,12
aが、下流側排気管19の内周側に嵌合しており、かつ
下流側排気管19の先端縁に沿って互いに溶接されてい
る(溶接部を符号21で示す)。また、中央部排気管1
3の出口部18は、下流側排気管20の外周側に嵌合し
ており、その先端縁に沿って互いに溶接されている(溶
接部を符号22で示す)。そして、溶接部21と溶接部
22は、管の軸方向に互いに離れた位置にあり、互いに
重ならないようになっている。特に、それぞれ外周側に
位置する下流側排気管19と中央部排気管13とが軸方
向に重複しないように、溶接部22の方が第1フランジ
部3寄りの位置にある。なお、この接続部においても、
一対の下流側排気管19,20は互いに拘束されていな
い。One of the downstream exhaust pipes 19 and 20 is connected to the downstream end portions 11a and 12a of the end exhaust pipes 11 and 12, and the other downstream exhaust pipe 20 is connected.
Is connected to the outlet 18 of the central exhaust pipe 13. Figure 8
Shows the details of this connection part.
Downstream end portions 11a, 12 of the pair of end portion exhaust pipes 11, 12
a is fitted to the inner peripheral side of the downstream side exhaust pipe 19 and is welded to each other along the tip edge of the downstream side exhaust pipe 19 (welded portion is indicated by reference numeral 21). Also, the central exhaust pipe 1
The outlet portions 18 of 3 are fitted to the outer peripheral side of the downstream side exhaust pipe 20 and are welded to each other along the tip edge thereof (welded portion is indicated by reference numeral 22). The welded portion 21 and the welded portion 22 are located apart from each other in the axial direction of the pipe so that they do not overlap each other. In particular, the welded portion 22 is located closer to the first flange portion 3 so that the downstream exhaust pipe 19 and the central exhaust pipe 13 located on the outer peripheral side do not overlap in the axial direction. In addition, even in this connection part,
The pair of downstream exhaust pipes 19 and 20 are not bound to each other.
【0030】さて、上記実施例の構成によれば、比較的
曲率が緩いものとなる♯1,♯4気筒の端部排気管1
1,12の曲げ加工が可能な範囲で上流側マニホルド1
の管長を短縮することが可能であり、♯1,♯4気筒の
排気と♯2,♯3気筒の排気との干渉を回避しつつ触媒
コンバータまでの流路長を短くできるとともに、その熱
容量が小さくなる。従って、触媒の早期活性化の上で有
利となる。しかも前述したように、排気マニホルド全体
を小型化できる。また、熱膨張に対しては、板金製の中
央部排気管13が♯2,♯3気筒のみに対応した小型の
ものであるとともに、第1フランジ部3から第2フラン
ジ部4までの全長に亘って、♯1,♯4気筒の排気管
(端部排気管11,12および下流側排気管19)と♯
2,♯3気筒の排気管(中央部排気管13と下流側排気
管20)とが、構造的に分離独立しており、それぞれ別
個に変位し得ることから、局部的な応力集中を抑制する
ことができる。従って、熱膨張および熱収縮を繰り返し
ても、破損などが生じず、良好な耐久性を確保できる。Now, according to the configuration of the above embodiment, the end exhaust pipe 1 of the # 1 and # 4 cylinders, which has a relatively gentle curvature, is used.
Upstream manifold 1 within the range where bending of 1 and 12 is possible
It is possible to shorten the pipe length of the exhaust gas, and it is possible to shorten the flow path length to the catalytic converter while avoiding the interference between the exhaust gases of the # 1, # 4 cylinders and the exhaust gases of the # 2, # 3 cylinders. Get smaller. Therefore, it is advantageous for early activation of the catalyst. Moreover, as described above, the entire exhaust manifold can be downsized. In addition, with respect to thermal expansion, the central exhaust pipe 13 made of sheet metal is a small size corresponding only to the # 2 and # 3 cylinders, and the total length from the first flange portion 3 to the second flange portion 4 is increased. The exhaust pipes (the end exhaust pipes 11 and 12 and the downstream exhaust pipe 19) of the # 1 and # 4 cylinders
The exhaust pipes of the second and # 3 cylinders (the central exhaust pipe 13 and the downstream exhaust pipe 20) are structurally separated and independent of each other, and can be displaced independently of each other, thereby suppressing local stress concentration. be able to. Therefore, even if the thermal expansion and the thermal contraction are repeated, breakage does not occur and good durability can be secured.
【0031】また、下流側排気管19,20において
は、上述したように隙間21によって壁部19a,20
aが冷却されるので、周方向の温度が均一化し、局部的
な温度上昇による強度低下や劣化を回避できる。In the downstream side exhaust pipes 19 and 20, the wall portions 19a and 20 are formed by the gap 21 as described above.
Since a is cooled, the temperature in the circumferential direction becomes uniform, and it is possible to avoid a decrease in strength and deterioration due to a local temperature increase.
【0032】そして、図8のような接続構造でもって上
流側マニホルド1と下流側マニホルド2とを溶接するこ
とで、この接続部の外形の径を最小限に維持でき、排気
マニホルドを一層小型化することができる。なお、この
溶接部21,22を含めて各部が外部溶接となるので、
高コストなスパッタレス溶接は特に必要とはならない。By welding the upstream side manifold 1 and the downstream side manifold 2 with the connecting structure as shown in FIG. 8, the outer diameter of the connecting portion can be kept to a minimum, and the exhaust manifold can be further miniaturized. can do. Since each part including the welded parts 21 and 22 is externally welded,
High-cost spatterless welding is not particularly necessary.
【図1】この発明に係る排気マニホルド全体の断面図。FIG. 1 is a sectional view of the entire exhaust manifold according to the present invention.
【図2】上流側マニホルドの正面図。FIG. 2 is a front view of an upstream side manifold.
【図3】第2フランジ部の正面図。FIG. 3 is a front view of a second flange portion.
【図4】中央部排気管のみを示す側面図。FIG. 4 is a side view showing only a central exhaust pipe.
【図5】図4の矢印B方向から見た図。5 is a view seen from the direction of arrow B in FIG. 4.
【図6】図4の矢印C方向から見た出口部の図。FIG. 6 is a view of the outlet portion viewed from the direction of arrow C in FIG.
【図7】図1のA−A線に沿った断面図。7 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
【図8】上流側マニホルドと下流側マニホルドとの接続
部の断面図。FIG. 8 is a cross-sectional view of a connecting portion between the upstream side manifold and the downstream side manifold.
1…上流側マニホルド 2…下流側マニホルド 3…第1フランジ部 4…第2フランジ部 11,12…端部排気管 13…中央部排気管 19,20…下流側排気管 1 ... Upstream manifold 2 ... Downstream manifold 3 ... 1st flange part 4 ... Second flange 11, 12 ... Exhaust pipe at the end 13 ... Central exhaust pipe 19, 20 ... Downstream exhaust pipe
Claims (7)
流端側の第2フランジ部とを備え、直列に配置された第
1〜第4の4つの気筒の排気を、第1の気筒および第4
の気筒の排気と、第2の気筒および第3の気筒の排気
と、に分けたまま上記第2フランジ部の位置まで導く内
燃機関の排気マニホルドにおいて、 この排気マニホルドは、 上記第1フランジ部を含む上流側マニホルドと、上記第
2フランジ部を含む下流側マニホルドと、から構成され
ており、 上記下流側マニホルドは、2本の隣接した流路から構成
され、 上記上流側マニホルドは、 第1の気筒および第4の気筒の流路をそれぞれ構成する
ようにそれぞれ独立した金属パイプから形成され、かつ
下流端が上記下流側マニホルドの流路の一方にまとめて
接続された一対の端部排気管と、 第2の気筒の流路と第3の気筒の流路とを内部に形成す
るように半割状とした金属板を互いに溶接して構成さ
れ、かつ両流路がY字形に合流した下流の出口部が、上
記下流側マニホルドの流路の他方に接続された中央部排
気管と、 から構成されていることを特徴とする内燃機関の排気マ
ニホルド。1. Exhaust gas from four cylinders, first to fourth cylinders, which are arranged in series and are provided with a first flange portion on the cylinder head side and a second flange portion on the downstream end side, Four
In the exhaust manifold of the internal combustion engine which guides the exhaust to the position of the second flange portion while being divided into the exhaust of the cylinder and the exhaust of the second cylinder and the exhaust of the third cylinder, the exhaust manifold includes The upstream manifold includes a downstream manifold including the second flange portion, the downstream manifold includes two adjacent flow passages, and the upstream manifold includes a first manifold. A pair of end exhaust pipes, each of which is formed of an independent metal pipe so as to respectively configure the flow paths of the cylinder and the fourth cylinder, and whose downstream ends are collectively connected to one of the flow paths of the downstream manifold; A downstream of which the flow paths of the second cylinder and the flow path of the third cylinder are formed by welding metal plates that are halved so as to form the flow path inside thereof and both flow paths merge in a Y shape Exit of , An exhaust manifold of an internal combustion engine, characterized in that it is composed of a central portion exhaust pipe connected to the other of the flow path of the downstream-side manifold.
集合するようにそれぞれ内側へ曲げられており、かつそ
の下流端が上記中央部排気管の出口部の上方もしくは下
方に隣接して開口しているとともに、上記中央部排気管
の第2の気筒の流路と第3の気筒の流路とが、上記端部
排気管の下流端よりも第1フランジ部に近い位置で合流
していることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の
排気マニホルド。2. The end exhaust pipes are each bent inward so as to gather near the center of the cylinder row, and the downstream end thereof is adjacent to the upper or lower side of the outlet of the central exhaust pipe. And the flow passage of the second cylinder and the flow passage of the third cylinder of the central exhaust pipe merge at a position closer to the first flange portion than the downstream end of the end exhaust pipe. The exhaust manifold of the internal combustion engine according to claim 1, wherein
ぞれ四分円形状をなし、かつ上記中央部排気管の出口部
が半円形状をなし、これらによって構成される上流側マ
ニホルドの下流側の端部の外形状が全体として円形をな
すことを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関
の排気マニホルド。3. A pair of end exhaust pipes each have an opening at a downstream end of a quadrant shape, and an outlet portion of the central exhaust pipe has a semicircular shape. The exhaust manifold for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the outer shape of the downstream end is circular as a whole.
金属パイプからなる断面半円形をなす下流側排気管によ
ってそれぞれ構成され、かつ全体として断面円形をなす
ように一対の下流側排気管が隣接して配置されているこ
とを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の排気マニホ
ルド。4. The two flow passages of the downstream manifold are
4. A pair of downstream side exhaust pipes each having a semicircular cross section and formed of a metal pipe, and a pair of downstream side exhaust pipes being adjacent to each other so as to have a circular cross section as a whole. Exhaust manifold for an internal combustion engine as described.
ジ部以外の部分では互いに分離独立していることを特徴
とする請求項4に記載の内燃機関の排気マニホルド。5. The exhaust manifold for an internal combustion engine according to claim 4, wherein the pair of downstream side exhaust pipes are separated and independent from each other except the second flange portion.
に、隙間が設けられていることを特徴とする請求項4ま
たは5に記載の内燃機関の排気マニホルド。6. The exhaust manifold for an internal combustion engine according to claim 4, wherein a gap is provided between adjacent wall portions of the pair of downstream side exhaust pipes.
ホルドとの接続部において、一対の端部排気管の下流端
が、下流側マニホルドの一方の下流側排気管の内周側に
嵌合し、かつ中央部排気管の出口部が下流側マニホルド
の他方の下流側排気管の外周側に嵌合し、それぞれ管の
軸方向に異なる位置で溶接されていることを特徴とする
請求項4〜6のいずれかに記載の内燃機関の排気マニホ
ルド。7. The downstream end of the pair of end exhaust pipes is fitted to the inner peripheral side of one of the downstream side exhaust pipes of the downstream side manifold at a connecting portion between the upstream side manifold and the downstream side manifold. The outlet of the central exhaust pipe is fitted to the outer peripheral side of the other downstream exhaust pipe of the downstream manifold, and is welded at different positions in the axial direction of the pipe. An exhaust manifold for an internal combustion engine according to any one of 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002066217A JP2003269158A (en) | 2002-03-12 | 2002-03-12 | Exhaust manifold for internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
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---|---|
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102536411A (en) * | 2012-02-29 | 2012-07-04 | 重庆长安汽车股份有限公司 | Gas exhaust manifold for straight four-cylinder worm wheel supercharging engine |
CN103452633A (en) * | 2012-05-30 | 2013-12-18 | 重庆长安汽车股份有限公司 | Exhaust manifold for turbocharged engine |
WO2016035154A1 (en) * | 2014-09-03 | 2016-03-10 | 日産自動車株式会社 | Exhaust device for internal combustion engine |
JP2019031964A (en) * | 2017-08-10 | 2019-02-28 | スズキ株式会社 | Exhaust structure of internal combustion engine |
-
2002
- 2002-03-12 JP JP2002066217A patent/JP2003269158A/en active Pending
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