JPH1018839A - 二重管排気マニホールド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶着部の亀裂の発生を未然に防止すること、
高速運転時において高温の排ガスに起因する触媒コンバ
ータの劣化を未然に防止すること。 【解決手段】 枝管２，排ガス集合部３及び排出管４
を、内筒５と外筒６とを相互に間隔をおいて配置した二
重管で構成し、集合した排気を下流側に設けた触媒コン
バータに排出する二重管排気マニホールドにおいて、内
筒５と外筒６は、上流側から下流側に向かって二つ割り
にされた一対の半割管８、９、11、12からなり、内筒５
を構成する一対の半割管８、９は、その継目を部分溶接
した複数の溶着部Ａと、溶接がなされない非溶着部Ｂと
を有し、かつこの非溶着部Ｂは、少なくとも内筒５の内
壁に角度をもって排ガスが当たる排ガス流路の屈曲点
と、シリンダヘッド側の入口端部と排気管側の出口端部
とに設けられ、外筒６を構成する一対の半割管11、12
は、その継目がその全長にわたって溶接されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関のシリン
ダヘッドの複数の排気ポートから排出された排ガスを集
めて排気管に導くための二重管排気マニホールドに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、内燃機関の排気マニホールドに
接続された排気管には、排ガスを浄化するための触媒コ
ンバータが設けられているが、この触媒コンバータは排
ガスの熱によってある温度以上にまで暖められないと浄
化機能を十分に発揮しえないため、運転開始時にはでき
るだけ温度が高い排ガスを触媒コンバータに送って触媒
コンバータを短時間のうちに暖める必要がある。しか
し、運転開始時には、排ガスの温度は低いため、シリン
ダヘッドの排気ポートから触媒コンバータに至るまでの
間にできるだけ排ガスの熱が奪われないようにすること
が望まれるが、排気マニホールドは、その管壁が厚いこ
とから熱容量が大きく温度が上昇しにくいため、運転開
始時には排気マニホールドと排ガスとの間の温度差が大
きく排ガスの熱が奪われやすかった。

【０００３】そこで、これに対処すべく、例えば、特開
平６−２００７５５号公報に記載されているように、シ
リンダヘッドの排気ポートに連通する排気マニホールド
の枝管と、枝管からの排ガスを集めて排気管に導く集合
管とを、それぞれ内筒と外筒とからなる二重管にして、
内筒を薄肉にすることにより、その熱容量を小さくして
排ガスの熱ができるだけ奪われないようにすることが行
われている。

【０００４】図３は、この種の二重管排気マニホールド
Ｍを示すもので、図示しないシリンダヘッドの排気ポー
トに連通するように上流側へ突出する複数の枝管ａと、
各枝管ａを介して流入した排気を集合する排ガス集合部
ｂと、排ガス集合部ｂに集合した排気を後流に設けた触
媒コンバータに排出する排出管ｃとを有する。枝管ａと
排出管ｃの端部には、フランジｄが設けてある。この二
重管排気マニホールドＭは、内筒ｅと外筒ｆとを相互に
間隔をおいて配置した二重管からなる。

【０００５】ところで、二重管排気マニホールドＭで
は、上記のように、内筒ｅ、ｇと外筒ｆ、ｈとの二重管
によって形成されているが、通常、この内筒ｅ、ｇと外
筒ｆ、ｈとは、図４に示すように、上流側から下流側に
向かって二つ割りにした一対の半割管ｉを、最中合わせ
してその継目を溶接で溶着することにより作られてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとく、二重管
排気マニホールドＭでは、通常、内筒ｅ、ｇは、一対の
半割管ｉを溶接で結合することにより作られているが、
従来では一対の半割管ｉの軸方向にのびる継目の全長に
わたって溶接を行っていたため、次のような問題があっ
た。

【０００７】すなわち、二重管排気マニホールドＭは運
転時にかなりの高温になるため、熱膨張によって内筒
ｅ、ｇが熱変形し、溶着部に熱応力が生ずるが、これが
原因で溶着部に亀裂が発生していた。この溶着部の亀裂
は、特に、排気ポートから枝管ａに流入した排ガスが、
排ガス集合部ｂの内壁に衝突するようにあたる部位ｊ、
すなわち排ガスの流路が屈曲する部位ｊで顕著である。

【０００８】そこで、本発明の目的は、内筒に非溶着部
を設けることにより、溶着部の亀裂の発生を未然に防止
しうる二重管排気マニホールドを提供することにある。
本発明の他の目的は、定常運転時、特に高速運転時にお
いて高温の排ガスに起因する触媒コンバータの劣化を未
然に防止しうる二重管排気マニホールドを提供すること
にある。

【０００９】本発明のさらなる他の目的は、内筒の溶接
箇所を少なくして組立を容易にすることができる二重管
排気マニホールドを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
内燃機関のシリンダヘッドの複数の排気ポートにそれぞ
れ連通するように上流側に突出形成された枝管と、各枝
管を介して流入した排気を集合する排ガス集合部と、集
合した排気を下流側に排出する排出管とを備え、これら
を、内筒と外筒とを相互に間隔をおいて配置した二重管
で構成し、集合した排気を下流側に設けた触媒コンバー
タに排出する二重管排気マニホールドにおいて、内筒と
外筒は、上流側から下流側に向かって二つ割りにされた
一対の半割管からなり、内筒を構成する一対の半割管
は、その継目を部分溶接した複数の溶着部と、溶接がな
されない非溶着部とを有し、かつこの非溶着部は、少な
くとも内筒の内壁に角度をもって排ガスが当たる排ガス
流路の屈曲点と、シリンダヘッド側の入口端部と排気管
側の出口端部とに設けられ、外筒を構成する一対の半割
管は、その継目がその全長にわたって溶接されているこ
とを特徴とするものである。

【００１１】（作用）請求項１記載の発明では、シリン
ダヘッドの排気ポートから流出した排ガスは各枝管を介
して排ガス集合部に流入し、さらに排出管を通って排気
管に流出する。運転開始時には、排ガスの温度は低い
が、内筒は薄肉であるから熱容量が小さく、したがって
排ガスの温度低下はわずかである。このため、排気管に
設けられた触媒コンバータは排ガスの熱によって短時間
のうちに暖められる。

【００１２】排ガスの温度は、運転開始から時間が経過
するにつれて上昇し、この排ガスの熱により内筒は熱膨
張する。しかし、この熱膨張は、内筒の非溶着部の可撓
性によって吸収されるため、内筒の溶着部に亀裂が発生
するおそれはほとんどない。このような熱膨張は、特に
高温の雰囲気にさらされる部位、すなわち枝管の流入口
と対向する部位、これは排ガスの流路が屈曲する箇所で
もあるが、この部位において顕著である。

【００１３】しかし、この部位には、溶接がされていな
い非溶着部が位置しているため、高温の排ガスによる熱
膨張は吸収される。シリンダヘッドの排気ポートから枝
管に流入した排ガスのほとんどは、排ガス集合部から排
出管を経て排気管に流出するが、内筒の非溶着部はシー
ルされていないので、一部排ガスが外筒側へ漏出する場
合もある。しかし、外筒は、その継目が全長にわたって
溶接されているため、気密性が十分であり、したがって
排ガスが二重管排気マニホールドの外部に漏出すること
がない。

【００１４】排ガスの外筒側への漏出は、排ガスの温度
低下をもたらすことから、好ましくはないが、触媒温度
を逸速く上昇させたいコールドスタートにおけるアイド
リング時はエンジン回転も低く背圧も低いので、外筒側
への漏出はほとんど問題にならない。それよりも非溶着
部を設けることによる亀裂を防止する効果を得ることの
方が利益が大きく、しかも背圧が高く外筒側への漏出の
ある程度の発生が予想される長時間にわたる定常運転時
又は高速運転時には既に保温の必要はなく、外筒側への
漏出による熱の消費は逆に触媒コンバータの劣化を防止
するという利益をもたらす。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る二重管排気マ
ニホールドを、図面に示す発明の実施の形態を参照しな
がら説明する。図１および図２において、二重管排気マ
ニホールド１は、複数の枝管２と排ガス集合部３と排出
管４とを備えており、それぞれの枝管２と排出管４の端
部には、フランジ１０が設けられている。

【００１６】枝管２は、排ガス集合部３から分岐して上
流側に突出しており、それぞれフランジ１０を介して図
示しないシリンダブロックの排気ポートに接続されてい
る。排出管４は、下流側に連設される図示しない排気管
に接続されていて、排ガス集合部３に流下した排気を排
気管に排出する。二重管排気マニホールド１は、内筒５
と外筒６とを互いに間隔をおいて配置した二重管で構成
されている。

【００１７】そして、この内筒５と外筒６との間の間隔
は、断熱層７となっている。この断熱層７は、単なる空
間でもよく、あるいは内筒５と外筒６との隙間に充填し
た断熱材でもよい。前者の場合には、空気が断熱層を構
成することになる。図２は、二重管排気マニホールド１
の枝管２の部分のＩ−Ｉ線に沿う断面図であり、この二
重管排気マニホールド１の場合は、断熱層７は空間とな
っている。

【００１８】なお、排出管４の部分のII-II線に沿う断
面図も図２と同一である。このように、内筒５と外筒６
との間に断熱層７を形成するのは、運転開始時に、でき
るだけ温度の高い排ガスが図示しない触媒コンバータに
流れるようにするために排ガスの温度低下を防止する必
要があるからである。

【００１９】内筒５は、上流側から下流側に向かって二
つ割りにした一対の半割管８、９を、最中合わせするこ
とにより形成されている。この一対の半割管８、９の軸
方向にのびる継目は、複数の部位においてのみ溶接され
ている。すなわち、軸方向にのびる継目の数カ所のみが
スポット的に溶接されているだけである。なお、一対の
半割管８、９は、図４に示す従来の半割管ｉと同じ形状
構造をしている。

【００２０】そして、スポット的に溶接をした溶着部Ａ
は、内筒５の内壁に排ガスが角度をもってあたらないと
ころ、すなわち排ガスが内筒５の内壁に対して平行に流
れる部位Ｙに位置し、他方、溶接をしない非溶着部Ｂは
排ガスが内筒５の内壁に対して角度をもってあたる部位
Ｘと内筒５のシリンダヘッド側の入口端部に位置してい
る。

【００２１】このように、内筒５に非溶着部Ｂを設ける
のは、内筒５が熱膨張すると溶着部Ａに熱応力が生じて
この部分に亀裂が発生するが、非溶着部Ｂがあるとこの
熱膨張が非溶着部Ｂの形状変形によって吸収されるた
め、溶着部Ａに生ずる熱応力はごく小さく溶着部Ａに亀
裂が発生するまでには至らないからであり、要するに内
筒５の熱膨張を吸収させるためである。

【００２２】また、溶着部Ａを、排ガスが内筒５の内壁
に対して平行に流れる部位Ｙに選定したのは、排ガスが
内筒５の内壁に角度をもってあたる部位Ｘは、特に、内
筒５の熱膨張が大きく溶着部Ａに亀裂が発生しやすいこ
とから、このような部位Ｘを避けるためである。一方、
外筒６も、内筒５と同様に、上流側から下流側に向かっ
て二つ割りにした一対の半割管１１、１２からなるが、
この一対の半割管１１、１２は、内筒５と異なって軸方
向にのびる継目の全長にわたって溶接することにより互
いに結合されている。図１中、外筒６の周縁部を太線で
示すＣが溶接部を表す。

【００２３】すなわち、外筒６は、その継目が全長にわ
たって溶着されているため、気密性が十分に保たれてい
る。したがって、内筒５の溶接箇所を数カ所のみにする
ことにより、一対の半割管８、９間に非溶着部Ｂが存在
しても問題は生じない。排ガスが内筒５の非溶着部Ｂか
ら外筒６側へ漏出しても、外筒６は完全に気密保持され
ているため、排ガスが二重管排気マニホールド１の外部
に漏出することがないからである。

【００２４】なお、内筒５の材質としては、例えば、１
８Ｃｒを組成とするＳＵＳ４３０（ＪＩＳ規格）が代表
的であり、外筒６の材質としては、例えば、１３Ｃｒを
組成とするＳＵＳ４０９、４１０（ＪＩＳ規格）が代表
的である。また、二重管排気マニホールド１は、枝管２
と排ガス集合部３と排出管４とを一体成形によって形成
したものであるが、必ずしも一体成形である必要はな
く、別個に成形された枝管２と排ガス集合部３と排出管
４とを溶接によって結合したものであってもよい。

【００２５】次に、本発明の実施の形態の作用について
述べる。図示しないシリンダヘッドの排気ポートから流
出した排ガスは、各枝管２から排ガス集合部３に流入
し、さらに排出管４から図示しない排気管に流出する。
運転開始時には、排ガスの温度は低いが、内筒５は薄肉
であるから熱容量が小さく、したがって内筒５による熱
吸収は少なく排ガスの温度低下はわずかである。このた
め、排気管に設けられた図示しない触媒コンバータは排
ガスの熱によって短時間のうちに暖められる。

【００２６】排ガスの温度は、運転開始から時間が経過
するにつれて上昇し、この排ガスの熱により内筒５は熱
膨張して熱変形しようとする。従来例のように、内筒の
継目がその全長にわたって溶接されていると、溶着部は
自由に熱変形することができず、内部に熱応力が生ず
る。そして、この熱応力が溶着部の溶接強度を上回る
と、溶着部に亀裂が発生することになる。

【００２７】しかし、本発明の実施の形態では、この熱
膨張は、内筒５の非溶着部Ｂにおける形状変形として吸
収されるので、溶着部Ａに集中することが避けられ、内
筒５の溶着部Ａに亀裂が発生するおそれはほとんどな
い。このような熱膨張は、図示しないシリンダヘッドの
排気ポートから枝管２に流入した排ガスによって直撃さ
れる排ガス集合部３の部位Ｘのような、特に高温の雰囲
気にさらされる部位、すなわち排ガスの流路が屈曲する
部位Ｘにおいて顕著である。

【００２８】しかし、この部位Ｘには溶接がされていな
い非溶着部Ｂが位置しているため、排ガスが直撃する部
位Ｘにおける熱膨張は、非溶着部Ｂの熱変形として吸収
される。ところで、シリンダヘッドの排気ポートから内
筒５に流入した排ガスのほとんどは、図示しない排気管
に流出するが、内筒５には非溶着部Ｂが設けられている
ので、排ガスの一部は、この非溶着部Ｂから外筒６側へ
に流出する。しかし、外筒６はその継目が全長にわたっ
て溶接されているため気密性が十分であり、したがって
排ガスが二重管排気マニホールド１の外部に漏出するこ
とがない。

【００２９】なお、非溶着部Ｂから一部排気が外筒６側
へ漏出することは排気温度を低下させることになるが、
排気温度を可及的に保持して触媒コンバータに導入した
い運転回転時においては、エンジン回転は、アイドリン
グ状態であるので、排気量が少なく、板厚部と板厚部と
が突き合わせ状態の非溶着部Ｂであっても、ここから外
筒６側へ漏出する排気はほとんどない。

【００３０】一方、エンジン定常運転時点では、触媒コ
ンバータは、既に活性化温度まで上昇しているので、エ
ンジンの定常運転に伴い排気量が増大して、そのため外
筒６側へ漏出する排気が増大してその分排気温度が低下
しても、何ら問題にはならない。触媒コンバータは、一
定以上の温度になるとかえって触媒の劣化を早め耐久性
を低下させるので、むしろ排気温度は低下させる方が好
ましい。

【００３１】さらに、内筒５の溶接箇所が数カ所である
ため、二重管排気マニホールド１の組立が容易であり、
しかも溶着部Ａは排ガスが内筒５の内壁に角度をもって
あたらない部位Ｙに設けられているから、溶着部Ａに亀
裂が生じにくく、したがって耐久性が損なわれることが
ない。以上説明したように、本発明の実施の形態では、
内筒５に非溶着部Ｂを設けたので、排気による内筒５の
熱膨張が非溶着部Ｂの形状変形により吸収されることに
なり、したがって溶着部Ａにおける熱応力が緩和され、
その結果溶着部Ａの亀裂の発生が未然に防止されること
になる。

【００３２】また、非溶着部Ｂを設けたことにより、運
転開始時のようなアイドリング運転では影響ないが、エ
ンジン定常運転時のように排気量が増大するとともに排
気温度も高い状態では、非溶着部Ｂから排ガスが外筒６
側へ漏出することにより排ガスの温度が低下するため、
定常運転時、特に高速運転時において高温の排ガスに起
因する触媒コンバータの劣化が防止される。

【００３３】

【発明の効果】請求項１記載の発明では、内筒に非溶着
部を設けたので、排気熱による内筒の熱膨張が非溶着部
での形状変形により吸収されることになり、したがって
溶着部における熱応力が緩和され、その結果溶着部の亀
裂の発生が未然に防止されることになる。

【００３４】特に、内筒の継目は複数カ所において溶接
されているだけであるから熱膨張を容易に吸収し、しか
も溶着部は排ガスが平行に流れる部位、すなわち排ガス
が角度をもってあたらない部位に設けられているので、
亀裂の発生といった問題はほとんど生じない。また、定
常運転時、特に高速運転時において非溶着部から排ガス
が外筒側へ漏出することにより排ガスの温度が低下する
ため、高温の排ガスに起因する触媒コンバータの劣化が
防止される。

【００３５】さらに、内筒の溶接箇所が数カ所であるた
め、二重管排気マニホールドの組立が容易であり、しか
も溶着部は排ガスが内筒の内壁に角度をもってあたらな
い部位に設けられているから溶着部に亀裂が生じにく
く、したがって溶接箇所が数カ所であっても耐久性が損
なわれることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発明の実施の形態に係る二重管排気マ
ニホールドを示す正面図である。

【図２】図１の〓−〓線（〓−〓線）に沿う断面図であ
る。

【図３】従来の二重管排気マニホールドの正面図であ
る。

【図４】図３に示す排気マニホールドを構成する半割管
の斜視図である。

【符号の説明】

１ 二重管排気マニホールド ２ 枝管 ３ 排ガス集合部 ４ 排出管 ５ 内筒 ６ 外筒 ８、９ 内筒の半割管 １１、１２ 外筒の半割管 Ａ 内筒の溶着部 Ｂ 内筒の非溶着部 Ｃ 外筒の溶着部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関のシリンダヘッドの複数の排気
   ポートにそれぞれ連通するように上流側に突出形成され
   た枝管（２）と、各枝管（２）を介して流入した排気を
   集合する排ガス集合部（３）と、集合した排気を下流側
   に排出する排出管（４）とを備え、これらを、内筒
   （５）と外筒（６）とを相互に間隔をおいて配置した二
   重管で構成し、集合した排気を下流側に設けた触媒コン
   バータに排出する二重管排気マニホールドにおいて、 内筒（５）と外筒（６）は、上流側から下流側に向かっ
   て二つ割りにされた一対の半割管（８、９、１１、１
   ２）からなり、 内筒（５）を構成する一対の半割管（８、９）は、その
   継目を部分溶接した複数の溶着部（Ａ）と、溶接がなさ
   れない非溶着部（Ｂ）とを有し、かつこの非溶着部
   （Ｂ）は、少なくとも内筒（５）の内壁に角度をもって
   排ガスが当たる排ガス流路の屈曲点と、シリンダヘッド
   側の入口端部と排気管側の出口端部とに設けられ、 外筒（６）を構成する一対の半割管（１１、１２）は、
   その継目がその全長にわたって溶接されていることを特
   徴とする二重管排気マニホールド。