JP2004162682A - 二次空気供給構造及びその製造方法、並びにエキゾーストマニホールド及びそのフランジ構造 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性に優れた二次空気供給構造を簡易かつ低コストで提供する。
【解決手段】本発明の二次空気供給構造は、複数の排気ポート21の各々に連結すべき複数の枝管の各々の開口縁につば状に形成された平板状部分を含むマニホールドフランジ部27aを含むエキゾーストマニホールド27と、ヒートインシュレータカバー部をエキゾーストマニホールド27に取り付けるためにマニホールドフランジ部27aの平板状部分と重なり合うように形成され、断面凹状の開口部を有する溝28bが形成されたヒートインシュレータフランジ部28aを含むヒートインシュレータ28を備える。溝28bの開口部をマニホールドフランジ部27aで閉塞し、溝28bの内周壁とこれに内向するマニホールドフランジ部27aの壁面との間で二次空気供給通路30を形成する。
【選択図】 図1
【解決手段】本発明の二次空気供給構造は、複数の排気ポート21の各々に連結すべき複数の枝管の各々の開口縁につば状に形成された平板状部分を含むマニホールドフランジ部27aを含むエキゾーストマニホールド27と、ヒートインシュレータカバー部をエキゾーストマニホールド27に取り付けるためにマニホールドフランジ部27aの平板状部分と重なり合うように形成され、断面凹状の開口部を有する溝28bが形成されたヒートインシュレータフランジ部28aを含むヒートインシュレータ28を備える。溝28bの開口部をマニホールドフランジ部27aで閉塞し、溝28bの内周壁とこれに内向するマニホールドフランジ部27aの壁面との間で二次空気供給通路30を形成する。
【選択図】 図1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気ポートに二次空気を供給するための二次空気供給構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの中にはCO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)の未燃焼成分が含まれているため、排気通路に外気を送り込んで排気ガス中の未燃焼成分を酸化反応で浄化することを目的とした二次空気供給構造が提案されている。二次空気供給通路はできるだけ排気ポートに近接した位置に設けるのが望ましいところ、実際にはこのような位置に二次空気供給通路を設けるのは困難が伴うため、量産エンジンの製造コストの低下、コンパクト化、製造の容易性などの観点から各種の構造が研究されている。
【0003】
例えば、特開2000−145447号公報(特許文献1)では、断面半円形の下半部と、軸線方向に沿って凹部が延設されている断面M字状の上半部とを溶接で接合し、さらに前記下半部とほぼ対称的な形状を有する蓋部材で前記凹部を覆うように溶接することで、排気管内部に二次空気供給通路が内設された二重管構造のエキゾーストマニホールドを提案している。特開2000−240506号公報(特許文献2)では、シリンダヘッド側面に気筒列方向に沿って連続する溝を凹設するとともに、溝の開口部を蓋で塞ぐことにより二次空気供給通路を形成する構成を提案している。
【0004】
特開2000−73752号公報(特許文献3)では、断面U字状の金属製通路形成部材をシリンダヘッド周壁にガスケットを介装して固着することにより二次空気供給通路を形成する構成を提案している。特開平8−240117号公報(特許文献4)では、エキゾーストマニホールドをシリンダヘッドに締結するためのフランジに二次空気を供給するための細長いチャンネルを形成し、エキゾーストマニホールドの枝管の開口部と前記細長いチャンネルを連通する短いチャンネルを前記フランジ内に形成した構成を提案している。特開平10−26018号公報(特許文献5)では、エキゾーストマニホールドのブランチと二次空気ギャラリとの交差部を連通させることで、二次空気ギャラリから各々のブランチに二次空気を供給する構成を提案している。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−145447号公報
【0006】
【特許文献2】
特開2000−240506号公報
【0007】
【特許文献3】
特開2000−73752号公報
【0008】
【特許文献4】
特開平8−240117号公報
【0009】
【特許文献5】
特開平10−26018号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エキゾーストマニホールドを二重管構造とすると、二次空気供給通路の内径は極めて小さくならざるをえず、複雑かつ精密な加工精度が要求されるため、作業効率の悪化及び製造コスト増大を招くこととなる。また、シリンダヘッド側面に気筒列方向に沿って溝を凹設するには、精密な加工作業が要求され、簡易かつ低コストで二次空気供給構造を実現することができない。また、断面U字状の金属製通路形成部材をシリンダヘッド周壁にガスケットを介装して固着する場合には、部品点数が増大し、コストが増大する。また、エキゾーストマニホールドをシリンダヘッドに締結するためのフランジに二次空気を供給するための細チャンネルを形成するには、複雑かつ精密な加工精度が要求されるため、作業効率の悪化及び製造コスト増大を招くこととなる。
【0011】
そこで、本発明は部品点数を増大させることなく、簡易な構造により低コストで製造できる二次空気供給構造及びその製造技術を提案することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の二次空気供給構造は、内燃機関のシリンダヘッドに形成された複数の排気ポートの各々に連結すべき複数の枝管の各々の開口縁につば状に形成されて気筒列方向に延在する平板状部分からなるマニホールドフランジ部を含むエキゾーストマニホールドと、前記エキゾーストマニホールドを覆うためのヒートインシュレータカバー部を前記エキゾーストマニホールドに取り付けるために前記マニホールドフランジ部の平板状部分と重なり合うように平板状に形成され、前記気筒列方向に延在する断面凹状の開口部を有する溝が形成されたヒートインシュレータフランジ部を含むヒートインシュレータと、を備え、前記溝の開口部が前記マニホールドフランジ部の壁面で閉塞されるように前記ヒートインシュレータフランジ部と前記マニホールドフランジ部とが重ね合わされることで、前記溝の内周壁とこれに内向する前記マニホールドフランジ部の壁面との間で二次空気供給通路が形成されている。
【0013】
かかる構成により、気筒列方向に沿って延在する溝が形成されたヒートインシュレータフランジ部とマニホールドフランジ部とを重ねるだけで、部品点数を増大させることなく、二次空気供給通路を形成でき、さらに、かつ簡易な構造で低コスト化を実現できる。
【0014】
好ましくは、前記溝はヒートインシュレータフランジ部において、プレス成形されたものである。プレス成形により簡易な製造工程で溝を形成することができる。
【0015】
好ましくは、前記マニホールドフランジ部と、前記ヒートインシュレータフランジ部とを締結具で締結するための機構を備える。前記マニホールドフランジ部と、前記ヒートインシュレータフランジ部とを適度な圧力で締結することで、両者の接触面における二次空気供給通路のシール性、気密性を確保することができ、二次空気の漏出を防ぐことができる。
【0016】
好ましくは、前記マニホールドフランジ部には、前記排気ポートと前記二次空気供給通路を連通するための連通孔が穿孔されている。マニホールドフランジ部に穿孔された連通孔を通じて二次空気供給通路から二次空気供給ポートに新鮮な二次空気を供給することができる。
【0017】
好ましくは、前記溝の断面形状は断面U字状、若しくは断面半円形状とする。かかる形状により加工の容易性を実現でき、さらに、局所的に断面変化が著しく変化する部位を低減することで、構造上の信頼性及び耐久性を確保できる。
【0018】
本発明の二次空気供給構造は、内燃機関の気筒列方向に延在する平板状部分からなる裏側ヒートインシュレータフランジ部を含む裏側ヒートインシュレータと、前記気筒列方向に沿って断面凹状の開口部を有する溝が形成された平板状部分からなる表側ヒートインシュレータフランジ部を含む表側ヒートインシュレータと、を備え、前記溝の開口部が前記裏側ヒートインシュレータフランジ部の壁面で閉塞されるように前記裏側ヒートインシュレータと前記表側ヒートインシュレータとが重ね合わされることで、前記溝の内周壁とこれに内向する前記裏側ヒートインシュレータフランジ部の壁面との間で二次空気供給通路が形成されている。
【0019】
かかる構成により、エキゾーストマニホールドの形状を設計変更することなく、また、二次空気供給通路専用の新たな部品を新設することなく、簡易かつ低コストで二次空気供給通路を形成できる。
【0020】
好ましくは、前記溝は前記表側ヒートインシュレータフランジ部においてプレス成形されたものである。表側ヒートインシュレータの構成部材を薄肉金属板とすることで、プレス成形により簡易に二次空気供給通路用の溝を形成できる。
【0021】
好ましくは、前記裏側ヒートインシュレータフランジ部と、前記表側ヒートインシュレータフランジ部とを締結具で締結するための機構を備える。裏側ヒートインシュレータフランジ部と、表側ヒートインシュレータフランジ部とを適度な圧力で締結することで、両者の接触面における二次空気供給通路のシール性、気密性を確保することができ、二次空気の漏出を防ぐことができる。
【0022】
好ましくは、前記裏側ヒートインシュレータフランジ部には、前記内燃機関の二次空気供給ポートに連通するための連通孔が穿孔されている。裏側ヒートインシュレータフランジ部に穿孔された連通孔を通じて二次空気供給通路から二次空気供給ポートに新鮮な二次空気を供給することができる。
【0023】
好ましくは、前記溝の断面形状は断面U字状、若しくは断面半円形状である。かかる形状により加工の容易性を実現でき、さらに、局所的に断面変化が著しく変化する部位を低減することで、構造上の信頼性及び耐久性を確保できる。
【0024】
本発明のエキゾーストマニホールドにおけるフランジ構造は、金属筒体を径方向に押圧することにより断面凹状に成形された溝の内周壁と前記金属筒体の内壁との間で形成された管状の空隙を二次空気供給通路とする。金属筒体を押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路とすることで、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【0025】
好ましくは、前記二次空気供給通路の外縁は、前記金属筒体が肉厚方向に圧着した二層構造を成している。かかる構成により、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【0026】
好ましくは、前記二次空気供給通路はプレス成形によって形成される。プレス成形により簡易な製造工程で溝を形成することができる。
【0027】
好ましくは、前記二次空気供給通路はプレス成形とハイドロフォームを併用して形成される。プレス成形の他にハイドロフォームを利用することで、二次空気供給通路をより高精度に形成できる。
【0028】
好ましくは、二次空気供給通路を形成する前記金属筒体の内壁には内燃機関の二次空気供給ポートに連通する連通孔が穿孔されている。金属筒体の内壁に穿孔された連通孔を通じて二次空気供給通路から二次空気供給ポートに新鮮な二次空気を供給することができる。
【0029】
本発明のエキゾーストマニホールドは、上述した本発明のフランジ構造に内燃機関の排気ポートに連通する枝管を接合した構成を備える。かかる構成により、フランジ部に二次空気供給通路を内包するエキゾーストマニホールドを提供できる。
【0030】
好ましくは、前記枝管は、バーリング加工によって開口縁が立ち上がるように前記フランジ構造に形成された枝管取付け孔に溶接接合される。枝管と枝管取付け孔との接合部分を溶接することで、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【0031】
本発明の二次空気供給構造の製造方法は、金属筒体を径方向に押圧することにより前記金属筒体の内側面に断面凹状の溝をプレス成形し、前記溝の開口部を前記金属筒体の内壁で閉塞するように圧着することで、前記溝の内周壁と前記金属筒体の内壁との間に二次空気供給通路となる管状の空隙を形成する。
【0032】
金属筒体を押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路とすることで、シール性、気密性に優れた二次空気供給通路を形成できる。
【0033】
【発明の実施の形態】
[発明の実施形態1]
以下、各図を参照して本発明の第1実施形態について説明する。
【0034】
図1は本実施形態の二次空気供給構造を適用した内燃機関のシリンダヘッドを中心とする縦断面図である。
【0035】
内燃機関のシリンダブロック10には円筒状のシリンダ12が気筒列方向に沿って内設されており、シリンダ12に内挿されたピストン13が上下方向に摺動可能に構成されている。ピストン13の往復運動はコネクティングロッド14を介して図示しないクランクシャフトの回転運動に変換される。シリンダヘッド11には上死点に位置するピストン13の頂面と燃焼室壁面との間に形成される燃焼室15と、シリンダヘッド11の側方に向けて燃焼室15から延出する吸気ポート16及び排気ポート21とが各々形成されている。吸気ポート16及び排気ポート21のそれぞれには、バルブスプリング18,23によって閉弁するように付勢されたインテークバルブ17,エキゾーストバルブ22が設けられており、バルブリフター19,24に当接するカム20,25の回転によって、インテークバルブ17,エキゾーストバルブ22を所定のタイミングで開閉駆動するように構成されている。
【0036】
シリンダヘッド11の側面には、排気ポート21に連通するエキゾーストマニホールド27が締結されており、混合気の燃焼で生じた排気ガスはエキゾーストバルブ22の開弁時にエキゾーストマニホールド27を通じて大気に放出される。エキゾーストマニホールド27は耐熱性、耐蝕性に優れたステンレス製で構成されており、全体的に薄肉構造とすることにより、軽量化を実現する一方、熱容量の低減による触媒暖機性の向上を図っている。シリンダヘッド11には、さらに、排気ポート21の上流側に連通する二次空気供給ポート26が形成されており、排気ガス中の未燃焼成分を酸化反応で浄化させるための二次空気を高温排気ガス中に供給する構成となっている。二次空気供給ポート26の吹き出し方向は高温排気ガスが排出されるエキゾーストバルブ22側を向くようにポート形状を加工するのが望ましい。排気通路に設けられた三元触媒内で排気ガス中のHC、CO等の未燃焼成分を二次空気の酸素と酸化反応させ、その反応熱で三元触媒を暖機することができる。
【0037】
シリンダヘッド11の側面に開口する排気ポート21の孔周辺には、エキゾーストマニホールド27をシリンダヘッド側面に締結するためにシリンダヘッド11の高さ方向及び気筒列方向に向かってやや広めの面積で平板状に延出成形されたマニホールドフランジ部27aがボルト等の締結具によって、ガスケット32を介して締結されている。マニホールドフランジ部27aには二次空気供給ポート26に連通するように穿孔された連通孔27bが開口している。連通孔27bをフランジ27aに穿孔することで、排気ポート21に近接した位置に二次空気供給通路を形成できる。
【0038】
さらに、シリンダヘッド側面には、エキゾーストマニホールド27が発する輻射熱を遮蔽するための金属性のヒートインシュレータ(遮熱板)28がエキゾーストマニホールド27を覆うように締結されている。ヒートインシュレータ28には、内燃機関の気筒列方向に沿って空気通路が形成し得る面積をもち、気筒列方向に沿って延在する断面凹状の開口部を有する溝28bがプレス成形された平板状のヒートインシュレータフランジ部28aが設けられている。溝28bは連結孔27bの穿通位置に合わせて、プレス成形等の手段で一体成形された断面半円形状若しくは断面U字状の溝であり、溝28bの開口部とフランジ27aとを重ね合わせ、適度な圧力で圧接することで、前記開口部を閉塞し、溝28bの内周壁とこれに内向するフランジ27aの壁面との間で二次空気供給通路30を形成している。溝28bの断面形状は断面凹状であれば特に限定されるものではないが、加工の容易性、及び二次空気供給構造の信頼性、耐久性を考慮して、断面半円形状若しくは断面U字状とするのが望ましい。図示しない供給孔を介してエアポンプから圧送された二次空気は二次空気供給通路30、連通孔27b及び二次空気供給ポート26を介して排気ポート21に供給される。
【0039】
図3はエキゾーストマニホールド27とヒートインシュレータ28の外観斜視図である。エキゾーストマニホールド27は、各々の排気ポートから排出される排気ガスの排気通路となる4本の枝管27dと、各々の枝管27dに連結し、排気ガスを集合して排気管に排出するための集合部27eと、枝管27dの開口縁からつば状に延出されたシリンダヘッド取付け用のマニホールドフランジ部27aとを含んで構成されており、4本の枝管27d、集合部27e、及びマニホールドフランジ部27aの各構成部は溶接により一体的に形成されている。マニホールドフランジ部27aは気筒列方向に空気通路を形成し得る面積を有しており、二次空気供給構造の一部を構成している。マニホールドフランジ部27aには、二次空気供給ポート26に連通する複数の連通孔27bと、ボルト29を螺挿することでヒートインシュレータ28を締結するための4つの取り付け用孔27cとが穿孔されている。取り付け用孔27cの穿孔位置はヒートインシュレータ28を均等な圧力で締結するためにほぼ対称的な配置となるようにフランジ27aの外周近辺に選定されている。ヒートインシュレータを締結するための取り付け用孔27cは集合部27eの下流側にも設けられている。
【0040】
一方、ヒートインシュレータ28には、4本の枝管27dを覆うヒートインシュレータカバー部28dと、ヒートインシュレータフランジ部28aとが一体成形された構造を備えている。溝28bの開口部は連通孔27bの開口位置と平面的に重なるよう精密なアライメント調整の下でプレス成形されている。ヒートインシュレータフランジ部28aには、さらに、ヒートインシュレータフランジ部28aをマニホールドフランジ部27aにボルト29などの締結具で締結するための取り付け用孔28cが穿孔されている。溝28bの開口部はマニホールドフランジ部27aに圧接したときに十分なシール性、気密性が確保されるよう平坦に加工されている。また、ヒートインシュレータカバー部28dの下端部には、集合部27eにボルト等の締結具で締結するための取り付け用孔28cが穿孔されている。
【0041】
図2はエキゾーストマニホールド27とヒートインシュレータ28の締結部における断面図である。ヒートインシュレータフランジ部28aとマニホールドフランジ部27aの各々の表面を平坦化することで、両者の接触面31のシール性、気密性を確保するとともに、取り付け用孔27c及び28cにボルト29を螺挿することによって、両者を適度な圧力で締結し、二次空気供給通路30に導入された二次空気の接触面31からの漏出を防いでいる。また、マニホールドフランジ部27aに穿孔されている複数の取り付け用孔27cの穿孔位置はヒートインシュレータ28を均等な圧力で締結するためにほぼ対称的な配置となっているため、締結力のアンバランスによる二次空気の漏出を防ぐことができる。
【0042】
このように、エキゾーストマニホールド27のマニホールドフランジ部27aの壁面と、ヒートインシュレータ28のヒートインシュレータフランジ部28aに凹設された溝28bの内周壁との間で二次空気供給通路30を形成することにより、部品点数を増大させることなく、かつ簡易な構成で低コスト化を実現できる。また、新たな部品を追加することなく、排気ポート付近に二次空気供給通路30を形成できるため、内燃機関のコンパクト化を実現できる。また、シリンダヘッド側面に二次空気供給通路30を形成することで、エキゾーストマニホールド内に二次空気供給通路30を形成した場合と比較して、温度変化が少なく、かつ低温の部位を使用して二次空気供給通路30を構成できるため、熱サイクルの影響で亀裂等が生じることもなく、耐久性及び信頼性の高い二次空気供給構造を提供することができる。
[発明の実施形態2]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
【0043】
図4はヒートインシュレータフランジ部に二次空気供給通路を形成したヒートインシュレータの外観斜視図である。同図に示すように、ヒートインシュレータ40は、表側ヒートインシュレータ41と、裏側ヒートインシュレータ42とをスポット溶接で接合した二枚重ねの積層構造を成している。表側ヒートインシュレータ41と裏側ヒートインシュレータ42は、二枚の薄肉金属板を金型にはめて同時にプレス成形することにより、エキゾーストマニホールドを覆う形に湾曲形成されたものである。表側ヒートインシュレータ41と裏側ヒートインシュレータ42の材質は、適度な強度を有し、耐熱性、遮熱性に優れており、プレス成形が容易な薄肉金属板であれば、特に限定されるものではない。
【0044】
表側ヒートインシュレータ41は、二次空気供給通路を形成するために平板状に成形された表側ヒートインシュレータフランジ部41aと、エキゾーストマニホールドの枝管を覆うように湾曲成形されたヒートインシュレータカバー部41dとが一体成形された構成を具備している。表側ヒートインシュレータフランジ部41aには、内燃機関の気筒列方向に沿って空気通路が形成し得る面積をもち、気筒列方向に沿って延在する断面凹状の開口部を有する溝41bがプレス成形されている。溝41bの断面形状は、断面凹状であれば特に限定されるものではないが、加工の容易性、及び二次空気供給構造の信頼性、耐久性を考慮して、断面半円形状若しくは断面U字状とするのが望ましい。
【0045】
表側ヒートインシュレータフランジ部41aには、ヒートインシュレータ40をボルトなどの締結具でシリンダヘッド11に締結するための複数の取り付け用孔41cが穿孔されている。同様に、ヒートインシュレータカバー部41dの下端部には、後述するエキゾーストマニホールド50の集合部50e(図5参照)にボルト等の締結具で締結するための複数の取り付け用孔41cが穿孔されている。
【0046】
一方、裏側ヒートインシュレータ42は、二次空気供給通路を形成するために平板状に成形された裏側ヒートインシュレータフランジ部42aと、エキゾーストマニホールドの枝管を覆うように湾曲成形されたヒートインシュレータカバー部42dとが一体成形された構成を具備している。シリンダヘッド11に当接する裏側ヒートインシュレータフランジ部42aの裏面と、二次空気供給通路60(図6参照)が形成されるべき裏側ヒートインシュレータフランジ部42aの表面は、ガス漏れが生じないよう十分な精度で平坦にプレスされており、シリンダヘッド11又は表側ヒートインシュレータフランジ部41aとの接触面におけるシール性、気密性を確保している。
【0047】
裏側ヒートインシュレータフランジ部42aには、後述する二次空気供給ポート26(図5、図6参照)に連通する連通孔42bが二次空気供給ポート26の気筒列方向における配列ピッチと同間隔で穿孔されている。また、裏側ヒートインシュレータフランジ部42aには、ヒートインシュレータ40をシリンダヘッド11に締結するための複数の取り付け用孔41cが穿孔されている。同様に、ヒートインシュレータカバー部42dの下端部には、後述するエキゾーストマニホールド50の集合部50e(図5参照)にボルト等の締結具で締結するための複数の取り付け用孔42cが穿孔されている。
【0048】
図5はヒートインシュレータ40をシリンダヘッド11の側面に締結する様子を説明するための説明図である。同図において、10はシリンダブロック、11はシリンダヘッド、40はヒートインシュレータ、50はエキゾーストマニホールドである。エキゾーストマニホールド50は、各々の排気ポートから排出される排気ガスの排気通路となる複数の枝管50dと、各々の枝管50dに連結し、排気ガスを集合して排気管に排出するための集合部50eと、枝管50dの開口縁からつば状に延出されたシリンダヘッド取付け用のマニホールドフランジ部50aとを含んで構成されている。これらの枝管50d、集合部50e、及びマニホールドフランジ部50aの各構成部は溶接により一体的に形成されている。マニホールドフランジ部50aは、同フランジ部50aの複数箇所に穿孔されている取付け用孔50bに螺挿されたボルト29を介してシリンダヘッド11に締結されている。取付け用孔50bの穿孔位置はマニホールドフランジ部50aの締め付け荷重が均等となるように枝管50dを千鳥状に跨ぐような配置となっている。
【0049】
一方、ヒートインシュレータ40は、表側ヒートインシュレータフランジ部41a及び裏側ヒートインシュレータフランジ部42aに穿孔された取り付け用孔41c及び42cと、シリンダヘッド11の側面に形成された取り付け用孔11aの開口位置が一致するように位置合わせして、同フランジ部41a及び42aを介して取り付け用孔11aにボルト29を螺挿することで、ヒートインシュレータ40の上端部をシリンダヘッド11に締結することができる。取り付け用孔41c及び42cの穿孔位置は、シリンダヘッド11への同フランジ部41a及び42aの締め付け荷重が均等となるよう二次空気供給通路60に対して対称的な位置に選定されている。同様に、ヒートインシュレータカバー部41d及び42dの下端部に穿孔された取り付け用孔41c及び42cと、集合部50eの下流側に形成された取り付け用孔50cの開口位置が一致するように位置合わせして、同カバー部41d及び42dを介して取り付け用孔50cにボルト29を螺挿することで、ヒートインシュレータ40の下端部をエキゾーストマニホールド50に締結することができる。
【0050】
図6はシリンダヘッド11へのヒートインシュレータ40の取り付け箇所を中心とする断面図である。同図に示すように、排気ポート21と枝管50dが連通するようにガスケット51を介してマニホールドフランジ部50aがシリンダヘッド11に締結されている。ガスケット51としては、シール面の損傷に強く、接触面におけるシール性を確保できるものが好ましい。ヒートインシュレータ40は、上述の取付け構造によって、枝管50dを覆うようにシリンダヘッド11の側面に締結されている。上述したように、ヒートインシュレータ40は、表側ヒートインシュレータ41と裏側ヒートインシュレータ42の二枚重ね構造となっており、表側ヒートインシュレータ41の裏面と裏側ヒートインシュレータ42の表面はほぼ隙間なく密着されている。
【0051】
表側ヒートインシュレータフランジ部41aに凹設された溝41bの開口部と、裏側ヒートインシュレータフランジ部42aに穿孔された連通孔42bとが互いに向き合うように位置合わせを行い、適度な圧力で締結することで溝41bの開口部を閉塞し、溝41bの内周壁とこれに内向する裏側ヒートインシュレータフランジ部42aの壁面との間で二次空気供給通路60を形成している。図示しない二次空気供給孔から二次空気供給通路60に導入された二次空気は連通孔42b及び二次空気供給ポート26を介して排気ポート21に供給される。
【0052】
かかる構造により、第1実施形態のようにマニホールドフランジ部50aの形状を設計変更する必要がなく、新たな部品を新設しなくても二次空気供給通路60を形成できる。また、ヒートインシュレータ40は薄肉金属板から構成されているため、プレス成形しやすく、二次空気供給通路60の形状の自由度が高い。また、薄肉金属板の裏側ヒートインシュレータフランジ部42aが適度な弾力性を発揮することで、表側ヒートインシュレータフランジ部41aとシリンダヘッド11との間のガスケットの役割を担うため、連通孔42b近傍における表側ヒートインシュレータフランジ部41aと同フランジ部42aの接触面におけるシール性、気密性を確保でき、二次空気供給通路60からのガス漏洩を抑制できる。
【0053】
また、上述した第1実施形態では、マニホールドフランジ部27aを介してヒートインシュレータ28をシリンダヘッド11に締結していたが、本実施形態によれば、剛性が高いシリンダヘッド11にヒートインシュレータ40を直接締結する構成であるため、ヒートインシュレータ40によるエンジン音の遮音効果を高めることができる。さらに、シリンダヘッド11はエキゾーストマニホールド50と比較すると温度変化が少ないため、シリンダヘッド11からヒートインシュレータ40に加わる熱応力が低減することにより、ヒートインシュレータ40の信頼性を高めることができる。
【0054】
また、上述の第1実施形態では、二次空気供給通路30のシール性、気密性を高めるために、それぞれ別部材として構成されるヒートインシュレータフランジ部28aとマニホールドフランジ部27aの両者の接触面における平坦度を向上させる必要があったが、本実施形態によれば、薄肉金属板の二層積層構造をプレスするだけで二次空気供給通路60を形成できるため、二次空気供給通路60の製造工程を簡略化できる。
[発明の実施形態3]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
【0055】
図8は二次空気供給構造を備えたマニホールドフランジ部の製造工程断面図である。同図(A)はマニホールドフランジ部の前駆体となる円筒状のパイプ81を示している。パイプ81としては、マニホールドフランジ部としての適度な強度、耐熱性を具備し、プレス成形に適した薄肉の金属筒体であれば特に限定されるものではないが、ステンレス製のパイプが望ましい。ステンレス製パイプによれば、プレス成形が容易になる上に鋳鉄製に比べてコスト低下を図ることができる。パイプ81の筒長はシリンダヘッド11の気筒列方向の長さに対応して適度な長さに調整する。
【0056】
ここで、同図(B)に示すように、このパイプ81を内径方向に押圧することで、平坦にプレスされた薄肉の板材80a,80bの二層構造からなるマニホールドフランジ部80を形成する。このとき、板材80aには断面凹状の溝80cがプレス成形される。溝80cはパイプ81の軸方向に対して略平行方向に延在するように形成するのが望ましい。溝80cの内周壁とこれに内向する板材80bとの間に形成される空隙が二次空気供給通路90となる。
【0057】
溝80cの断面形状は、断面凹状であれば特に限定されるものではないが、プレス成形の容易性、及び二次空気供給通路90の信頼性、耐久性を考慮して、断面半円形状若しくは断面U字状とするのが望ましい。また、上述のプレス成形で二次空気供給通路90の主要部を形成したならば、二次空気供給通路90内に加圧水を充填し、ハイドロフォームにて二次空気供給通路90の形状を微調整するのが望ましい。
【0058】
また、二次空気供給通路90の外縁付近における板材80a,80bを適度な圧力で肉厚方向にプレスすることで、両者を強固に密着させ、二次空気供給通路90から板材80a,80bの接触面へのガス漏洩を防ぐように構成するのがより望ましい。
【0059】
次いで、同図(C)に示すように、二次空気供給通路90に連通する位置の板材80bに連通孔80dを穿孔する。連通孔80dの開口縁は二次空気の流路となるため、できるだけ平坦となるように加工するのが望ましい。さらに、排気ポート21の配列ピッチに対応して気筒列方向の所定位置にバーリング加工を用いて枝管取付け孔80eを穿孔する。枝管取付け孔80eは、板材80a,80bの二層構造を貫通する小孔を穿孔した後、パンチヘッドを作動させてダイチップが前記小孔を挿通するようにパンチングして開口縁80fが立ち上がるように加工することで形成できる。このように開口縁80fを立ち上がり加工処理することで、枝管の取付けを容易にすることができる。以上の製造工程を経てマニホールドフランジ部80が完成する。
【0060】
図7はシリンダヘッド11へのマニホールドフランジ部80の取り付け箇所を中心とする断面図である。同図に示すように、マニホールドフランジ部80は、図示しないボルトによってシリンダヘッド11に締結される。二次空気供給通路90に導入された二次空気は連通孔80d及び二次空気供給ポート26を介して排気ポート21に供給される。枝管取付け孔80eには枝管82が挿着され、マニホールドフランジ部80と枝管82とが接合されることでエキゾーストマニホールド83が形成される。バーリング加工によって穿孔された枝管取付け孔80eの開口縁80fの端面は、板材80a,80bの切断部が露出しているため(図8(C))、図7に示すように、開口縁80fの端面と枝管82とが接触する溶接箇所84にMIG溶接を施すことで、枝管82を枝管取付け孔80eに確実に固定するとともに、板材80a,80b間の切断部からのガス漏洩を防ぎ、二次空気供給通路90のシール性及び気密性を確保している。MIG溶接を施す溶接箇所84としては、開口縁80fの端面における板材80a,80bの切断部が露出している全箇所を漏れなく溶接するのが望ましい。
【0061】
本実施形態によれば、金属筒体であるパイプ81を径方向に押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路90とすることで、二次空気供給通路90のシール性、気密性を確保できる。特に、パイプ81は断面が略円形の閉曲線となっているため、上述の第2実施形態における二層積層構造と比較すると二次空気供給通路90のシール性、気密性に優れている。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、気筒列方向に沿って延在する溝が形成されたヒートインシュレータフランジ部とマニホールドフランジ部とを重ね合わせて圧接するだけで、二次空気供給通路を形成でき、さらに、部品点数を増加させることなく、簡易な構造で低コスト化を実現できる。
【0063】
また、本発明によれば、二層積層構造のヒートインシュレータ内部に二次空気供給通路を形成できるため、エキゾーストマニホールドの形状を設計変更することなく、また、二次空気供給通路専用の新たな部品を新設することなく、簡易かつ低コストで二次空気供給通路を形成できる。
【0064】
また、本発明によれば、金属筒体を押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路とすることで、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の二次空気供給構造を形成するエキゾーストマニホールドとヒートインシュレータの外観斜視図である。
【図2】第1実施形態のエキゾーストマニホールドとヒートインシュレータの締結部における断面図である。
【図3】第1実施形態の二次空気供給構造を適用した内燃機関のシリンダヘッドを中心とする縦断面図である。
【図4】第2実施形態のヒートインシュレータフランジ部に二次空気供給通路を形成したヒートインシュレータの外観斜視図である。
【図5】第2実施形態のヒートインシュレータをシリンダヘッドの側面に締結する様子を説明するための説明図である。
【図6】第2実施形態のヒートインシュレータのシリンダヘッド取り付け箇所を中心とする断面図である。
【図7】第3実施形態のマニホールドフランジ部のシリンダヘッド取り付け箇所を中心とする断面図である。
【図8】第3実施形態のマニホールドフランジ部の製造工程断面図である。
【符号の説明】
21…排気ポート
26…二次空気供給ポート
27…エキゾーストマニホールド
27a…マニホールドフランジ部
27b…連通孔
27c…取り付け用孔
27d…枝管
27e…集合部
28…ヒートインシュレータ
28a…ヒートインシュレータフランジ部
28b…溝
28c…取り付け用孔
28d…ヒートインシュレータカバー部
29…ボルト
30…二次空気供給通路
31…接触面
32…ガスケット
40…ヒートインシュレータ
41…表側ヒートインシュレータ
42…裏側ヒートインシュレータ
41a…表側ヒートインシュレータフランジ部
41b…溝
41c…取り付け用孔
41d…ヒートインシュレータカバー部
42a…裏側ヒートインシュレータフランジ部
42b…連通孔
42c…取り付け用孔
42d…ヒートインシュレータカバー部
60…二次空気供給通路
80…マニホールドフランジ部
81…パイプ
80a,80b…板材
80c…溝
80d…連通孔
80e…枝管取付け孔
80f…開口縁
90…二次空気供給通路
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気ポートに二次空気を供給するための二次空気供給構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスの中にはCO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)の未燃焼成分が含まれているため、排気通路に外気を送り込んで排気ガス中の未燃焼成分を酸化反応で浄化することを目的とした二次空気供給構造が提案されている。二次空気供給通路はできるだけ排気ポートに近接した位置に設けるのが望ましいところ、実際にはこのような位置に二次空気供給通路を設けるのは困難が伴うため、量産エンジンの製造コストの低下、コンパクト化、製造の容易性などの観点から各種の構造が研究されている。
【0003】
例えば、特開2000−145447号公報(特許文献1)では、断面半円形の下半部と、軸線方向に沿って凹部が延設されている断面M字状の上半部とを溶接で接合し、さらに前記下半部とほぼ対称的な形状を有する蓋部材で前記凹部を覆うように溶接することで、排気管内部に二次空気供給通路が内設された二重管構造のエキゾーストマニホールドを提案している。特開2000−240506号公報(特許文献2)では、シリンダヘッド側面に気筒列方向に沿って連続する溝を凹設するとともに、溝の開口部を蓋で塞ぐことにより二次空気供給通路を形成する構成を提案している。
【0004】
特開2000−73752号公報(特許文献3)では、断面U字状の金属製通路形成部材をシリンダヘッド周壁にガスケットを介装して固着することにより二次空気供給通路を形成する構成を提案している。特開平8−240117号公報(特許文献4)では、エキゾーストマニホールドをシリンダヘッドに締結するためのフランジに二次空気を供給するための細長いチャンネルを形成し、エキゾーストマニホールドの枝管の開口部と前記細長いチャンネルを連通する短いチャンネルを前記フランジ内に形成した構成を提案している。特開平10−26018号公報(特許文献5)では、エキゾーストマニホールドのブランチと二次空気ギャラリとの交差部を連通させることで、二次空気ギャラリから各々のブランチに二次空気を供給する構成を提案している。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−145447号公報
【0006】
【特許文献2】
特開2000−240506号公報
【0007】
【特許文献3】
特開2000−73752号公報
【0008】
【特許文献4】
特開平8−240117号公報
【0009】
【特許文献5】
特開平10−26018号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エキゾーストマニホールドを二重管構造とすると、二次空気供給通路の内径は極めて小さくならざるをえず、複雑かつ精密な加工精度が要求されるため、作業効率の悪化及び製造コスト増大を招くこととなる。また、シリンダヘッド側面に気筒列方向に沿って溝を凹設するには、精密な加工作業が要求され、簡易かつ低コストで二次空気供給構造を実現することができない。また、断面U字状の金属製通路形成部材をシリンダヘッド周壁にガスケットを介装して固着する場合には、部品点数が増大し、コストが増大する。また、エキゾーストマニホールドをシリンダヘッドに締結するためのフランジに二次空気を供給するための細チャンネルを形成するには、複雑かつ精密な加工精度が要求されるため、作業効率の悪化及び製造コスト増大を招くこととなる。
【0011】
そこで、本発明は部品点数を増大させることなく、簡易な構造により低コストで製造できる二次空気供給構造及びその製造技術を提案することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の二次空気供給構造は、内燃機関のシリンダヘッドに形成された複数の排気ポートの各々に連結すべき複数の枝管の各々の開口縁につば状に形成されて気筒列方向に延在する平板状部分からなるマニホールドフランジ部を含むエキゾーストマニホールドと、前記エキゾーストマニホールドを覆うためのヒートインシュレータカバー部を前記エキゾーストマニホールドに取り付けるために前記マニホールドフランジ部の平板状部分と重なり合うように平板状に形成され、前記気筒列方向に延在する断面凹状の開口部を有する溝が形成されたヒートインシュレータフランジ部を含むヒートインシュレータと、を備え、前記溝の開口部が前記マニホールドフランジ部の壁面で閉塞されるように前記ヒートインシュレータフランジ部と前記マニホールドフランジ部とが重ね合わされることで、前記溝の内周壁とこれに内向する前記マニホールドフランジ部の壁面との間で二次空気供給通路が形成されている。
【0013】
かかる構成により、気筒列方向に沿って延在する溝が形成されたヒートインシュレータフランジ部とマニホールドフランジ部とを重ねるだけで、部品点数を増大させることなく、二次空気供給通路を形成でき、さらに、かつ簡易な構造で低コスト化を実現できる。
【0014】
好ましくは、前記溝はヒートインシュレータフランジ部において、プレス成形されたものである。プレス成形により簡易な製造工程で溝を形成することができる。
【0015】
好ましくは、前記マニホールドフランジ部と、前記ヒートインシュレータフランジ部とを締結具で締結するための機構を備える。前記マニホールドフランジ部と、前記ヒートインシュレータフランジ部とを適度な圧力で締結することで、両者の接触面における二次空気供給通路のシール性、気密性を確保することができ、二次空気の漏出を防ぐことができる。
【0016】
好ましくは、前記マニホールドフランジ部には、前記排気ポートと前記二次空気供給通路を連通するための連通孔が穿孔されている。マニホールドフランジ部に穿孔された連通孔を通じて二次空気供給通路から二次空気供給ポートに新鮮な二次空気を供給することができる。
【0017】
好ましくは、前記溝の断面形状は断面U字状、若しくは断面半円形状とする。かかる形状により加工の容易性を実現でき、さらに、局所的に断面変化が著しく変化する部位を低減することで、構造上の信頼性及び耐久性を確保できる。
【0018】
本発明の二次空気供給構造は、内燃機関の気筒列方向に延在する平板状部分からなる裏側ヒートインシュレータフランジ部を含む裏側ヒートインシュレータと、前記気筒列方向に沿って断面凹状の開口部を有する溝が形成された平板状部分からなる表側ヒートインシュレータフランジ部を含む表側ヒートインシュレータと、を備え、前記溝の開口部が前記裏側ヒートインシュレータフランジ部の壁面で閉塞されるように前記裏側ヒートインシュレータと前記表側ヒートインシュレータとが重ね合わされることで、前記溝の内周壁とこれに内向する前記裏側ヒートインシュレータフランジ部の壁面との間で二次空気供給通路が形成されている。
【0019】
かかる構成により、エキゾーストマニホールドの形状を設計変更することなく、また、二次空気供給通路専用の新たな部品を新設することなく、簡易かつ低コストで二次空気供給通路を形成できる。
【0020】
好ましくは、前記溝は前記表側ヒートインシュレータフランジ部においてプレス成形されたものである。表側ヒートインシュレータの構成部材を薄肉金属板とすることで、プレス成形により簡易に二次空気供給通路用の溝を形成できる。
【0021】
好ましくは、前記裏側ヒートインシュレータフランジ部と、前記表側ヒートインシュレータフランジ部とを締結具で締結するための機構を備える。裏側ヒートインシュレータフランジ部と、表側ヒートインシュレータフランジ部とを適度な圧力で締結することで、両者の接触面における二次空気供給通路のシール性、気密性を確保することができ、二次空気の漏出を防ぐことができる。
【0022】
好ましくは、前記裏側ヒートインシュレータフランジ部には、前記内燃機関の二次空気供給ポートに連通するための連通孔が穿孔されている。裏側ヒートインシュレータフランジ部に穿孔された連通孔を通じて二次空気供給通路から二次空気供給ポートに新鮮な二次空気を供給することができる。
【0023】
好ましくは、前記溝の断面形状は断面U字状、若しくは断面半円形状である。かかる形状により加工の容易性を実現でき、さらに、局所的に断面変化が著しく変化する部位を低減することで、構造上の信頼性及び耐久性を確保できる。
【0024】
本発明のエキゾーストマニホールドにおけるフランジ構造は、金属筒体を径方向に押圧することにより断面凹状に成形された溝の内周壁と前記金属筒体の内壁との間で形成された管状の空隙を二次空気供給通路とする。金属筒体を押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路とすることで、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【0025】
好ましくは、前記二次空気供給通路の外縁は、前記金属筒体が肉厚方向に圧着した二層構造を成している。かかる構成により、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【0026】
好ましくは、前記二次空気供給通路はプレス成形によって形成される。プレス成形により簡易な製造工程で溝を形成することができる。
【0027】
好ましくは、前記二次空気供給通路はプレス成形とハイドロフォームを併用して形成される。プレス成形の他にハイドロフォームを利用することで、二次空気供給通路をより高精度に形成できる。
【0028】
好ましくは、二次空気供給通路を形成する前記金属筒体の内壁には内燃機関の二次空気供給ポートに連通する連通孔が穿孔されている。金属筒体の内壁に穿孔された連通孔を通じて二次空気供給通路から二次空気供給ポートに新鮮な二次空気を供給することができる。
【0029】
本発明のエキゾーストマニホールドは、上述した本発明のフランジ構造に内燃機関の排気ポートに連通する枝管を接合した構成を備える。かかる構成により、フランジ部に二次空気供給通路を内包するエキゾーストマニホールドを提供できる。
【0030】
好ましくは、前記枝管は、バーリング加工によって開口縁が立ち上がるように前記フランジ構造に形成された枝管取付け孔に溶接接合される。枝管と枝管取付け孔との接合部分を溶接することで、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【0031】
本発明の二次空気供給構造の製造方法は、金属筒体を径方向に押圧することにより前記金属筒体の内側面に断面凹状の溝をプレス成形し、前記溝の開口部を前記金属筒体の内壁で閉塞するように圧着することで、前記溝の内周壁と前記金属筒体の内壁との間に二次空気供給通路となる管状の空隙を形成する。
【0032】
金属筒体を押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路とすることで、シール性、気密性に優れた二次空気供給通路を形成できる。
【0033】
【発明の実施の形態】
[発明の実施形態1]
以下、各図を参照して本発明の第1実施形態について説明する。
【0034】
図1は本実施形態の二次空気供給構造を適用した内燃機関のシリンダヘッドを中心とする縦断面図である。
【0035】
内燃機関のシリンダブロック10には円筒状のシリンダ12が気筒列方向に沿って内設されており、シリンダ12に内挿されたピストン13が上下方向に摺動可能に構成されている。ピストン13の往復運動はコネクティングロッド14を介して図示しないクランクシャフトの回転運動に変換される。シリンダヘッド11には上死点に位置するピストン13の頂面と燃焼室壁面との間に形成される燃焼室15と、シリンダヘッド11の側方に向けて燃焼室15から延出する吸気ポート16及び排気ポート21とが各々形成されている。吸気ポート16及び排気ポート21のそれぞれには、バルブスプリング18,23によって閉弁するように付勢されたインテークバルブ17,エキゾーストバルブ22が設けられており、バルブリフター19,24に当接するカム20,25の回転によって、インテークバルブ17,エキゾーストバルブ22を所定のタイミングで開閉駆動するように構成されている。
【0036】
シリンダヘッド11の側面には、排気ポート21に連通するエキゾーストマニホールド27が締結されており、混合気の燃焼で生じた排気ガスはエキゾーストバルブ22の開弁時にエキゾーストマニホールド27を通じて大気に放出される。エキゾーストマニホールド27は耐熱性、耐蝕性に優れたステンレス製で構成されており、全体的に薄肉構造とすることにより、軽量化を実現する一方、熱容量の低減による触媒暖機性の向上を図っている。シリンダヘッド11には、さらに、排気ポート21の上流側に連通する二次空気供給ポート26が形成されており、排気ガス中の未燃焼成分を酸化反応で浄化させるための二次空気を高温排気ガス中に供給する構成となっている。二次空気供給ポート26の吹き出し方向は高温排気ガスが排出されるエキゾーストバルブ22側を向くようにポート形状を加工するのが望ましい。排気通路に設けられた三元触媒内で排気ガス中のHC、CO等の未燃焼成分を二次空気の酸素と酸化反応させ、その反応熱で三元触媒を暖機することができる。
【0037】
シリンダヘッド11の側面に開口する排気ポート21の孔周辺には、エキゾーストマニホールド27をシリンダヘッド側面に締結するためにシリンダヘッド11の高さ方向及び気筒列方向に向かってやや広めの面積で平板状に延出成形されたマニホールドフランジ部27aがボルト等の締結具によって、ガスケット32を介して締結されている。マニホールドフランジ部27aには二次空気供給ポート26に連通するように穿孔された連通孔27bが開口している。連通孔27bをフランジ27aに穿孔することで、排気ポート21に近接した位置に二次空気供給通路を形成できる。
【0038】
さらに、シリンダヘッド側面には、エキゾーストマニホールド27が発する輻射熱を遮蔽するための金属性のヒートインシュレータ(遮熱板)28がエキゾーストマニホールド27を覆うように締結されている。ヒートインシュレータ28には、内燃機関の気筒列方向に沿って空気通路が形成し得る面積をもち、気筒列方向に沿って延在する断面凹状の開口部を有する溝28bがプレス成形された平板状のヒートインシュレータフランジ部28aが設けられている。溝28bは連結孔27bの穿通位置に合わせて、プレス成形等の手段で一体成形された断面半円形状若しくは断面U字状の溝であり、溝28bの開口部とフランジ27aとを重ね合わせ、適度な圧力で圧接することで、前記開口部を閉塞し、溝28bの内周壁とこれに内向するフランジ27aの壁面との間で二次空気供給通路30を形成している。溝28bの断面形状は断面凹状であれば特に限定されるものではないが、加工の容易性、及び二次空気供給構造の信頼性、耐久性を考慮して、断面半円形状若しくは断面U字状とするのが望ましい。図示しない供給孔を介してエアポンプから圧送された二次空気は二次空気供給通路30、連通孔27b及び二次空気供給ポート26を介して排気ポート21に供給される。
【0039】
図3はエキゾーストマニホールド27とヒートインシュレータ28の外観斜視図である。エキゾーストマニホールド27は、各々の排気ポートから排出される排気ガスの排気通路となる4本の枝管27dと、各々の枝管27dに連結し、排気ガスを集合して排気管に排出するための集合部27eと、枝管27dの開口縁からつば状に延出されたシリンダヘッド取付け用のマニホールドフランジ部27aとを含んで構成されており、4本の枝管27d、集合部27e、及びマニホールドフランジ部27aの各構成部は溶接により一体的に形成されている。マニホールドフランジ部27aは気筒列方向に空気通路を形成し得る面積を有しており、二次空気供給構造の一部を構成している。マニホールドフランジ部27aには、二次空気供給ポート26に連通する複数の連通孔27bと、ボルト29を螺挿することでヒートインシュレータ28を締結するための4つの取り付け用孔27cとが穿孔されている。取り付け用孔27cの穿孔位置はヒートインシュレータ28を均等な圧力で締結するためにほぼ対称的な配置となるようにフランジ27aの外周近辺に選定されている。ヒートインシュレータを締結するための取り付け用孔27cは集合部27eの下流側にも設けられている。
【0040】
一方、ヒートインシュレータ28には、4本の枝管27dを覆うヒートインシュレータカバー部28dと、ヒートインシュレータフランジ部28aとが一体成形された構造を備えている。溝28bの開口部は連通孔27bの開口位置と平面的に重なるよう精密なアライメント調整の下でプレス成形されている。ヒートインシュレータフランジ部28aには、さらに、ヒートインシュレータフランジ部28aをマニホールドフランジ部27aにボルト29などの締結具で締結するための取り付け用孔28cが穿孔されている。溝28bの開口部はマニホールドフランジ部27aに圧接したときに十分なシール性、気密性が確保されるよう平坦に加工されている。また、ヒートインシュレータカバー部28dの下端部には、集合部27eにボルト等の締結具で締結するための取り付け用孔28cが穿孔されている。
【0041】
図2はエキゾーストマニホールド27とヒートインシュレータ28の締結部における断面図である。ヒートインシュレータフランジ部28aとマニホールドフランジ部27aの各々の表面を平坦化することで、両者の接触面31のシール性、気密性を確保するとともに、取り付け用孔27c及び28cにボルト29を螺挿することによって、両者を適度な圧力で締結し、二次空気供給通路30に導入された二次空気の接触面31からの漏出を防いでいる。また、マニホールドフランジ部27aに穿孔されている複数の取り付け用孔27cの穿孔位置はヒートインシュレータ28を均等な圧力で締結するためにほぼ対称的な配置となっているため、締結力のアンバランスによる二次空気の漏出を防ぐことができる。
【0042】
このように、エキゾーストマニホールド27のマニホールドフランジ部27aの壁面と、ヒートインシュレータ28のヒートインシュレータフランジ部28aに凹設された溝28bの内周壁との間で二次空気供給通路30を形成することにより、部品点数を増大させることなく、かつ簡易な構成で低コスト化を実現できる。また、新たな部品を追加することなく、排気ポート付近に二次空気供給通路30を形成できるため、内燃機関のコンパクト化を実現できる。また、シリンダヘッド側面に二次空気供給通路30を形成することで、エキゾーストマニホールド内に二次空気供給通路30を形成した場合と比較して、温度変化が少なく、かつ低温の部位を使用して二次空気供給通路30を構成できるため、熱サイクルの影響で亀裂等が生じることもなく、耐久性及び信頼性の高い二次空気供給構造を提供することができる。
[発明の実施形態2]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
【0043】
図4はヒートインシュレータフランジ部に二次空気供給通路を形成したヒートインシュレータの外観斜視図である。同図に示すように、ヒートインシュレータ40は、表側ヒートインシュレータ41と、裏側ヒートインシュレータ42とをスポット溶接で接合した二枚重ねの積層構造を成している。表側ヒートインシュレータ41と裏側ヒートインシュレータ42は、二枚の薄肉金属板を金型にはめて同時にプレス成形することにより、エキゾーストマニホールドを覆う形に湾曲形成されたものである。表側ヒートインシュレータ41と裏側ヒートインシュレータ42の材質は、適度な強度を有し、耐熱性、遮熱性に優れており、プレス成形が容易な薄肉金属板であれば、特に限定されるものではない。
【0044】
表側ヒートインシュレータ41は、二次空気供給通路を形成するために平板状に成形された表側ヒートインシュレータフランジ部41aと、エキゾーストマニホールドの枝管を覆うように湾曲成形されたヒートインシュレータカバー部41dとが一体成形された構成を具備している。表側ヒートインシュレータフランジ部41aには、内燃機関の気筒列方向に沿って空気通路が形成し得る面積をもち、気筒列方向に沿って延在する断面凹状の開口部を有する溝41bがプレス成形されている。溝41bの断面形状は、断面凹状であれば特に限定されるものではないが、加工の容易性、及び二次空気供給構造の信頼性、耐久性を考慮して、断面半円形状若しくは断面U字状とするのが望ましい。
【0045】
表側ヒートインシュレータフランジ部41aには、ヒートインシュレータ40をボルトなどの締結具でシリンダヘッド11に締結するための複数の取り付け用孔41cが穿孔されている。同様に、ヒートインシュレータカバー部41dの下端部には、後述するエキゾーストマニホールド50の集合部50e(図5参照)にボルト等の締結具で締結するための複数の取り付け用孔41cが穿孔されている。
【0046】
一方、裏側ヒートインシュレータ42は、二次空気供給通路を形成するために平板状に成形された裏側ヒートインシュレータフランジ部42aと、エキゾーストマニホールドの枝管を覆うように湾曲成形されたヒートインシュレータカバー部42dとが一体成形された構成を具備している。シリンダヘッド11に当接する裏側ヒートインシュレータフランジ部42aの裏面と、二次空気供給通路60(図6参照)が形成されるべき裏側ヒートインシュレータフランジ部42aの表面は、ガス漏れが生じないよう十分な精度で平坦にプレスされており、シリンダヘッド11又は表側ヒートインシュレータフランジ部41aとの接触面におけるシール性、気密性を確保している。
【0047】
裏側ヒートインシュレータフランジ部42aには、後述する二次空気供給ポート26(図5、図6参照)に連通する連通孔42bが二次空気供給ポート26の気筒列方向における配列ピッチと同間隔で穿孔されている。また、裏側ヒートインシュレータフランジ部42aには、ヒートインシュレータ40をシリンダヘッド11に締結するための複数の取り付け用孔41cが穿孔されている。同様に、ヒートインシュレータカバー部42dの下端部には、後述するエキゾーストマニホールド50の集合部50e(図5参照)にボルト等の締結具で締結するための複数の取り付け用孔42cが穿孔されている。
【0048】
図5はヒートインシュレータ40をシリンダヘッド11の側面に締結する様子を説明するための説明図である。同図において、10はシリンダブロック、11はシリンダヘッド、40はヒートインシュレータ、50はエキゾーストマニホールドである。エキゾーストマニホールド50は、各々の排気ポートから排出される排気ガスの排気通路となる複数の枝管50dと、各々の枝管50dに連結し、排気ガスを集合して排気管に排出するための集合部50eと、枝管50dの開口縁からつば状に延出されたシリンダヘッド取付け用のマニホールドフランジ部50aとを含んで構成されている。これらの枝管50d、集合部50e、及びマニホールドフランジ部50aの各構成部は溶接により一体的に形成されている。マニホールドフランジ部50aは、同フランジ部50aの複数箇所に穿孔されている取付け用孔50bに螺挿されたボルト29を介してシリンダヘッド11に締結されている。取付け用孔50bの穿孔位置はマニホールドフランジ部50aの締め付け荷重が均等となるように枝管50dを千鳥状に跨ぐような配置となっている。
【0049】
一方、ヒートインシュレータ40は、表側ヒートインシュレータフランジ部41a及び裏側ヒートインシュレータフランジ部42aに穿孔された取り付け用孔41c及び42cと、シリンダヘッド11の側面に形成された取り付け用孔11aの開口位置が一致するように位置合わせして、同フランジ部41a及び42aを介して取り付け用孔11aにボルト29を螺挿することで、ヒートインシュレータ40の上端部をシリンダヘッド11に締結することができる。取り付け用孔41c及び42cの穿孔位置は、シリンダヘッド11への同フランジ部41a及び42aの締め付け荷重が均等となるよう二次空気供給通路60に対して対称的な位置に選定されている。同様に、ヒートインシュレータカバー部41d及び42dの下端部に穿孔された取り付け用孔41c及び42cと、集合部50eの下流側に形成された取り付け用孔50cの開口位置が一致するように位置合わせして、同カバー部41d及び42dを介して取り付け用孔50cにボルト29を螺挿することで、ヒートインシュレータ40の下端部をエキゾーストマニホールド50に締結することができる。
【0050】
図6はシリンダヘッド11へのヒートインシュレータ40の取り付け箇所を中心とする断面図である。同図に示すように、排気ポート21と枝管50dが連通するようにガスケット51を介してマニホールドフランジ部50aがシリンダヘッド11に締結されている。ガスケット51としては、シール面の損傷に強く、接触面におけるシール性を確保できるものが好ましい。ヒートインシュレータ40は、上述の取付け構造によって、枝管50dを覆うようにシリンダヘッド11の側面に締結されている。上述したように、ヒートインシュレータ40は、表側ヒートインシュレータ41と裏側ヒートインシュレータ42の二枚重ね構造となっており、表側ヒートインシュレータ41の裏面と裏側ヒートインシュレータ42の表面はほぼ隙間なく密着されている。
【0051】
表側ヒートインシュレータフランジ部41aに凹設された溝41bの開口部と、裏側ヒートインシュレータフランジ部42aに穿孔された連通孔42bとが互いに向き合うように位置合わせを行い、適度な圧力で締結することで溝41bの開口部を閉塞し、溝41bの内周壁とこれに内向する裏側ヒートインシュレータフランジ部42aの壁面との間で二次空気供給通路60を形成している。図示しない二次空気供給孔から二次空気供給通路60に導入された二次空気は連通孔42b及び二次空気供給ポート26を介して排気ポート21に供給される。
【0052】
かかる構造により、第1実施形態のようにマニホールドフランジ部50aの形状を設計変更する必要がなく、新たな部品を新設しなくても二次空気供給通路60を形成できる。また、ヒートインシュレータ40は薄肉金属板から構成されているため、プレス成形しやすく、二次空気供給通路60の形状の自由度が高い。また、薄肉金属板の裏側ヒートインシュレータフランジ部42aが適度な弾力性を発揮することで、表側ヒートインシュレータフランジ部41aとシリンダヘッド11との間のガスケットの役割を担うため、連通孔42b近傍における表側ヒートインシュレータフランジ部41aと同フランジ部42aの接触面におけるシール性、気密性を確保でき、二次空気供給通路60からのガス漏洩を抑制できる。
【0053】
また、上述した第1実施形態では、マニホールドフランジ部27aを介してヒートインシュレータ28をシリンダヘッド11に締結していたが、本実施形態によれば、剛性が高いシリンダヘッド11にヒートインシュレータ40を直接締結する構成であるため、ヒートインシュレータ40によるエンジン音の遮音効果を高めることができる。さらに、シリンダヘッド11はエキゾーストマニホールド50と比較すると温度変化が少ないため、シリンダヘッド11からヒートインシュレータ40に加わる熱応力が低減することにより、ヒートインシュレータ40の信頼性を高めることができる。
【0054】
また、上述の第1実施形態では、二次空気供給通路30のシール性、気密性を高めるために、それぞれ別部材として構成されるヒートインシュレータフランジ部28aとマニホールドフランジ部27aの両者の接触面における平坦度を向上させる必要があったが、本実施形態によれば、薄肉金属板の二層積層構造をプレスするだけで二次空気供給通路60を形成できるため、二次空気供給通路60の製造工程を簡略化できる。
[発明の実施形態3]
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
【0055】
図8は二次空気供給構造を備えたマニホールドフランジ部の製造工程断面図である。同図(A)はマニホールドフランジ部の前駆体となる円筒状のパイプ81を示している。パイプ81としては、マニホールドフランジ部としての適度な強度、耐熱性を具備し、プレス成形に適した薄肉の金属筒体であれば特に限定されるものではないが、ステンレス製のパイプが望ましい。ステンレス製パイプによれば、プレス成形が容易になる上に鋳鉄製に比べてコスト低下を図ることができる。パイプ81の筒長はシリンダヘッド11の気筒列方向の長さに対応して適度な長さに調整する。
【0056】
ここで、同図(B)に示すように、このパイプ81を内径方向に押圧することで、平坦にプレスされた薄肉の板材80a,80bの二層構造からなるマニホールドフランジ部80を形成する。このとき、板材80aには断面凹状の溝80cがプレス成形される。溝80cはパイプ81の軸方向に対して略平行方向に延在するように形成するのが望ましい。溝80cの内周壁とこれに内向する板材80bとの間に形成される空隙が二次空気供給通路90となる。
【0057】
溝80cの断面形状は、断面凹状であれば特に限定されるものではないが、プレス成形の容易性、及び二次空気供給通路90の信頼性、耐久性を考慮して、断面半円形状若しくは断面U字状とするのが望ましい。また、上述のプレス成形で二次空気供給通路90の主要部を形成したならば、二次空気供給通路90内に加圧水を充填し、ハイドロフォームにて二次空気供給通路90の形状を微調整するのが望ましい。
【0058】
また、二次空気供給通路90の外縁付近における板材80a,80bを適度な圧力で肉厚方向にプレスすることで、両者を強固に密着させ、二次空気供給通路90から板材80a,80bの接触面へのガス漏洩を防ぐように構成するのがより望ましい。
【0059】
次いで、同図(C)に示すように、二次空気供給通路90に連通する位置の板材80bに連通孔80dを穿孔する。連通孔80dの開口縁は二次空気の流路となるため、できるだけ平坦となるように加工するのが望ましい。さらに、排気ポート21の配列ピッチに対応して気筒列方向の所定位置にバーリング加工を用いて枝管取付け孔80eを穿孔する。枝管取付け孔80eは、板材80a,80bの二層構造を貫通する小孔を穿孔した後、パンチヘッドを作動させてダイチップが前記小孔を挿通するようにパンチングして開口縁80fが立ち上がるように加工することで形成できる。このように開口縁80fを立ち上がり加工処理することで、枝管の取付けを容易にすることができる。以上の製造工程を経てマニホールドフランジ部80が完成する。
【0060】
図7はシリンダヘッド11へのマニホールドフランジ部80の取り付け箇所を中心とする断面図である。同図に示すように、マニホールドフランジ部80は、図示しないボルトによってシリンダヘッド11に締結される。二次空気供給通路90に導入された二次空気は連通孔80d及び二次空気供給ポート26を介して排気ポート21に供給される。枝管取付け孔80eには枝管82が挿着され、マニホールドフランジ部80と枝管82とが接合されることでエキゾーストマニホールド83が形成される。バーリング加工によって穿孔された枝管取付け孔80eの開口縁80fの端面は、板材80a,80bの切断部が露出しているため(図8(C))、図7に示すように、開口縁80fの端面と枝管82とが接触する溶接箇所84にMIG溶接を施すことで、枝管82を枝管取付け孔80eに確実に固定するとともに、板材80a,80b間の切断部からのガス漏洩を防ぎ、二次空気供給通路90のシール性及び気密性を確保している。MIG溶接を施す溶接箇所84としては、開口縁80fの端面における板材80a,80bの切断部が露出している全箇所を漏れなく溶接するのが望ましい。
【0061】
本実施形態によれば、金属筒体であるパイプ81を径方向に押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路90とすることで、二次空気供給通路90のシール性、気密性を確保できる。特に、パイプ81は断面が略円形の閉曲線となっているため、上述の第2実施形態における二層積層構造と比較すると二次空気供給通路90のシール性、気密性に優れている。
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、気筒列方向に沿って延在する溝が形成されたヒートインシュレータフランジ部とマニホールドフランジ部とを重ね合わせて圧接するだけで、二次空気供給通路を形成でき、さらに、部品点数を増加させることなく、簡易な構造で低コスト化を実現できる。
【0063】
また、本発明によれば、二層積層構造のヒートインシュレータ内部に二次空気供給通路を形成できるため、エキゾーストマニホールドの形状を設計変更することなく、また、二次空気供給通路専用の新たな部品を新設することなく、簡易かつ低コストで二次空気供給通路を形成できる。
【0064】
また、本発明によれば、金属筒体を押圧することにより形成される管状の空隙を二次空気供給通路とすることで、二次空気供給通路のシール性、気密性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の二次空気供給構造を形成するエキゾーストマニホールドとヒートインシュレータの外観斜視図である。
【図2】第1実施形態のエキゾーストマニホールドとヒートインシュレータの締結部における断面図である。
【図3】第1実施形態の二次空気供給構造を適用した内燃機関のシリンダヘッドを中心とする縦断面図である。
【図4】第2実施形態のヒートインシュレータフランジ部に二次空気供給通路を形成したヒートインシュレータの外観斜視図である。
【図5】第2実施形態のヒートインシュレータをシリンダヘッドの側面に締結する様子を説明するための説明図である。
【図6】第2実施形態のヒートインシュレータのシリンダヘッド取り付け箇所を中心とする断面図である。
【図7】第3実施形態のマニホールドフランジ部のシリンダヘッド取り付け箇所を中心とする断面図である。
【図8】第3実施形態のマニホールドフランジ部の製造工程断面図である。
【符号の説明】
21…排気ポート
26…二次空気供給ポート
27…エキゾーストマニホールド
27a…マニホールドフランジ部
27b…連通孔
27c…取り付け用孔
27d…枝管
27e…集合部
28…ヒートインシュレータ
28a…ヒートインシュレータフランジ部
28b…溝
28c…取り付け用孔
28d…ヒートインシュレータカバー部
29…ボルト
30…二次空気供給通路
31…接触面
32…ガスケット
40…ヒートインシュレータ
41…表側ヒートインシュレータ
42…裏側ヒートインシュレータ
41a…表側ヒートインシュレータフランジ部
41b…溝
41c…取り付け用孔
41d…ヒートインシュレータカバー部
42a…裏側ヒートインシュレータフランジ部
42b…連通孔
42c…取り付け用孔
42d…ヒートインシュレータカバー部
60…二次空気供給通路
80…マニホールドフランジ部
81…パイプ
80a,80b…板材
80c…溝
80d…連通孔
80e…枝管取付け孔
80f…開口縁
90…二次空気供給通路
Claims (18)
- 内燃機関の排気ポートに二次空気を供給するための二次空気供給構造であって、
内燃機関のシリンダヘッドに形成された複数の排気ポートの各々に連結すべき複数の枝管の各々の開口縁につば状に形成されて気筒列方向に延在する平板状部分からなるマニホールドフランジ部を含むエキゾーストマニホールドと、
前記エキゾーストマニホールドを覆うためのヒートインシュレータカバー部を前記エキゾーストマニホールドに取り付けるために前記マニホールドフランジ部の平板状部分と重なり合うように平板状に形成され、前記気筒列方向に延在する断面凹状の開口部を有する溝が形成されたヒートインシュレータフランジ部を含むヒートインシュレータと、を備え、
前記溝の開口部が前記マニホールドフランジ部の壁面で閉塞されるように前記ヒートインシュレータフランジ部と前記マニホールドフランジ部とが重ね合わされることで、前記溝の内周壁とこれに内向する前記マニホールドフランジ部の壁面との間で二次空気供給通路が形成されている、二次空気供給構造。 - 前記溝は前記ヒートインシュレータフランジ部において、プレス成形されたものである、請求項1に記載の二次空気供給構造。
- 前記マニホールドフランジ部と、前記ヒートインシュレータフランジ部とを締結具で締結するための機構を備える、請求項1又は請求項2に記載の二次空気供給構造。
- 前記マニホールドフランジ部には、前記排気ポートと前記二次空気供給通路を連通するための連通孔が穿孔されている、請求項1乃至請求項3のうち何れか1項に記載の二次空気供給構造。
- 前記溝の断面形状は断面U字状、若しくは断面半円形状である、請求項1乃至請求項4のうち何れか1項に記載の二次空気供給構造。
- 内燃機関の気筒列方向に延在する平板状部分からなる裏側ヒートインシュレータフランジ部を含む裏側ヒートインシュレータと、
前記気筒列方向に沿って断面凹状の開口部を有する溝が形成された平板状部分からなる表側ヒートインシュレータフランジ部を含む表側ヒートインシュレータと、を備え、
前記溝の開口部が前記裏側ヒートインシュレータフランジ部の壁面で閉塞されるように前記裏側ヒートインシュレータと前記表側ヒートインシュレータとが重ね合わされることで、前記溝の内周壁とこれに内向する前記裏側ヒートインシュレータフランジ部の壁面との間で二次空気供給通路が形成されている、二次空気供給構造。 - 前記溝は前記表側ヒートインシュレータフランジ部においてプレス成形されたものである、請求項6に記載の二次空気供給構造。
- 前記裏側ヒートインシュレータフランジ部と、前記表側ヒートインシュレータフランジ部とを締結具で締結するための機構を備える、請求項6又は請求項7に記載の二次空気供給構造。
- 前記裏側ヒートインシュレータフランジ部には、前記内燃機関の二次空気供給ポートに連通するための連通孔が穿孔されている、請求項6乃至請求項8のうち何れか1項に記載の二次空気供給構造。
- 前記溝の断面形状は断面U字状、若しくは断面半円形状である、請求項6乃至請求項9のうち何れか1項に記載の二次空気供給構造。
- 金属筒体を径方向に押圧することにより断面凹状に成形された溝の内周壁と前記金属筒体の内壁との間で形成された管状の空隙を二次空気供給通路とする、エキゾーストマニホールドのフランジ構造。
- 前記二次空気供給通路の外縁は、前記金属筒体が肉厚方向に圧着した二層構造を成している、請求項11に記載のフランジ構造。
- 前記二次空気供給通路はプレス成形によって形成される、請求項11又は請求項12に記載のフランジ構造。
- 前記二次空気供給通路はプレス成形とハイドロフォームを併用して形成される、請求項11又は請求項12に記載のフランジ構造。
- 前記二次空気供給通路を形成する前記金属筒体の内壁には内燃機関の二次空気供給ポートに連通する連通孔が穿孔されている、請求項11乃至請求項14のうち何れか1項に記載のフランジ構造。
- 請求項11乃至請求項15のうち何れか1項に記載のフランジ構造に内燃機関の排気ポートに連通する枝管を接合した、エキゾーストマニホールド。
- 前記枝管は、バーリング加工によって開口縁が立ち上がるように前記フランジ構造に形成された枝管取付け孔に溶接接合される、請求項16に記載のエキゾーストマニホールド。
- 金属筒体を径方向に押圧することにより前記金属筒体の内側面に断面凹状の溝をプレス成形し、前記溝の開口部を前記金属筒体の内壁で閉塞するように圧着することで、前記溝の内周壁と前記金属筒体の内壁との間に二次空気供給通路となる管状の空隙を形成する、二次空気供給構造の製造方法。
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