JP2005036708A

JP2005036708A - エンジンの排気マニホールド

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Publication number: JP2005036708A
Application number: JP2003274060A
Authority: JP
Inventors: Koji Tsuchida; 幸二土田; Takeshi Munemura; 岳宗村; Yoshihiro Mitsuzuka; 善裕三塚
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2003-07-14
Filing date: 2003-07-14
Publication date: 2005-02-10

Abstract

【課題】排気マニホールド本体の上流側半体および下流側半体の溶接部が、マニホールド内を流れる高温の排気で、熱的損傷を受けることがないようにし、その熱的耐久性を大幅に高める。
【解決手段】エンジン本体１の排気ポート２に連通される上流側接続フランジ１０と、排気管に連通される下流側接続フランジ２０と、それら両接続フランジ１０，２０に一体に結合されて排気導入口１１と排気流出口２１とを連通するプレス製の排気マニホールドにおいて、マニホールド本体３０は、上流側接続フランジ１０に固定される上流側半体３０Ｕと、下流側接続フランジ２０に固定される下流側半体３０Ｌとに分割成形され、それらの分割開放面同士を一体に接合して構成され、その接合部Ｗは、前記マニホールド本体３０内を流れる排気の流れ方向と対向しないように、その流れ方向と略直交している。
【選択図】図６

Description

本発明は、エンジンの排気系に設けられる排気マニホールド、特にその主体部分を構成するマニホールド本体をプレス製とした排気マニホールドの改良に関するものである。

従来、エンジンのシリンダヘッドに開口した排気ポートに連通接続される排気系の、排気マニホールドを、上流側のフランジ板と、下流側のフランジ板と、それら両フランジ板を一体に接続するプレス製のマニホールド本体とより構成したものは公知である（下記特許文献１参照）。
特開平９−２８７４４５号公報

ところが、上記従来の排気マニホールドのプレス製マニホールド本体は、上部半体と下部半体とに上、下に分割形成され、それらの半体の周縁を相互に溶接して構成され、その溶接方向は、排気マニホールド内を流れる排気の流れ方向に沿っているので、エンジンの排気ポートより排出される高温の排気がマニホールド本体内を流れるとき、前記溶接部に直接当たり、該溶接部の劣化を早める原因となり、その結果、排気マニホールド全体の熱的耐久性が損なわれるという問題があり、特に、ディーゼルエンジンのように、燃焼温度が高く、排気ポートから排出される排気の温度が高い場合に、前記問題が一層大きくなる。

本発明は、上記に鑑み提案されたものであって、前記問題を解決した新規なエンジンの排気マニホールドを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、エンジン本体の排気ポートに連通される排気導入口を開口した上流側接続フランジと、排気管に連通される排気流出口を開口した下流側接続フランジと、それら両接続フランジに一体に結合されて前記排気導入口と排気流出口とを連通するプレス製のマニホールド本体とよりなる、エンジンの排気マニホールドにおいて、
前記マニホールド本体は、上流側接続フランジに固定される上流側半体と、下流側接続フランジに固定される下流側半体とに分割成形され、それらの分割開放面同士を一体に接合して構成され、その接合部は、前記マニホールド本体内を流れる排気の流れ方向と対向しないように、その流れ方向と略直交していることを特徴としている。

また、上記目的を達成するために、請求項２の発明は、前記請求項１記載のものにおいて、前記上流および下流側半体を形成するプレス板の板厚を変化させたことを特徴としている。

さらに、上記目的を達成するために、請求項３の発明は、前記請求項１、または２記載のものにおいて、前記下流側半体に、過給機を配設したことを特徴としている。

本請求項１記載の発明によれば、プレス製のマニホールド本体を備えたエンジンの排気マニホールドにおいて、その主体部を構成するマニホールド本体は、上流側接続フランジに固定される上流側半体と、下流側接続フランジに固定される下流側半体とに分割成形され、それらの分割開放面同士を一体に接合して構成され、その接合部は、前記マニホールド本体内を流れる排気の流れ方向と対向しないように、その流れ方向と略直交した方向にあり、高温の排気が前記接合部に直接当たることがなく、該接合部の熱的損傷を可及的に低減することができ、その結果、マニホールド本体をプレス製として排気マニホールド全体の軽量化、コンパクト化を図りながら、その熱的耐久性を大幅に高めることができる。

また、請求項２記載の発明によれば、前記請求項１記載のものにおいて、前記上流および下流側半体を形成するプレス板の板厚を変化させたので、マニホールド本体にかかる熱負荷に対応するように、マニホールド本体の肉厚を部分的に変化させて、マニホールド本体全体の肉厚を必要以上に厚くすることなく、排気マニホールドの一層の軽量化を達成することができる。

さらに、請求項３記載の発明によれば、前記請求項１、または２記載のものにおいて、前記下流側半体に、過給機を配設したので、排気マニホールドの熱的耐久性を高めながらエンジンの高出力化を達成することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。

添付図面において、図１は、本発明排気マニホールドを備えた、ターボチャージャ（過給機）付ディーゼルエンジンの側面図、図２は、図１の２線矢視の拡大部分平面図、図３は、図２の３線矢視側面図、図４は、図２の４−４線に沿う断面図、図５は、図２の５−５線に沿う断面図、図６は、図２の６−６線に沿う断面図、図７は、図２の７−７線に沿う断面図、図８は、図２の８−８線に沿う断面図、図９は、前記エンジンの吸気系および排気系の系統図である。

この実施例は、ターボチャージャＴ（過給機）付多気筒（４気筒）ディーゼルエンジンＥに、本発明排気マニホールドＭを実施した場合であり、図１において、ディーゼルエンジンＥのエンジン本体１の一部を構成するシリンダヘッド１Ｈの、クランク軸方向に沿う一方の外側面には、各シリンダに連通する複数（４つ）の排気ポート２…が並列して開口されており、これらの排気ポート２…から排出される、高温の排気をターボチャージャＴに導くための、本発明に従う排気マニホールドＭが複数のスタッドボルト３と、ナット４とにより固着される（図６参照）。

図２〜８に示すように、前記排気マニホールドＭは、シリンダヘッド１Ｈに固着される上流側接続フランジ１０と、ターボチャージャＴの固着される下流側接続フランジ２０と、それら両フランジ１０，２０を一体に結合するプレス製のマニホールド本体３０とより構成されている。

図４，５に最も明瞭に示すように、前記上流側接続フランジ１０は、エンジン本体１のクランク軸方向に沿って長い長方形状に形成されており、その長手方向に間隔をあけて４つの楕円状の排気導入口１１…が、その前後面に開放して開口され、これらの排気導入口１１…は前記排気ポート２…にそれぞれ連通される。上流側接続フランジ１０の一方の端部（図４左側端部、図５右側端部）には、ＥＧＲポート１２が開口され、このＥＧＲポート１２は、通常のようにＥＧＲ通路６０（図９参照）を介してエンジンＥの吸気系Ｉｎに連通される。また、上流側接続フランジ１０の外周部に沿って複数のボルト孔１３…が開口され、これらのボルト孔１３…には、前記シリンダヘッド１Ｈに植設される前記スタッドボルト３が貫通される。さらに、上流側接続フランジ１０の上縁部には、その長手方向に間隔をあけて３つのＬ字状ステー１４が固定され、これらのステー１４の上面は、前記上縁部より上方に突出して、そこに排気マニホールドＭの上半部を覆うカバー１６がボルト・ナット１５により固定される（図５，７参照）。

一方、図３に最も明瞭に示すように、前記下流側接続フランジ２０は、三角形状に形成されており、その中央部に１つの排気流出口２１が、その前後面に開放して開口される。下流側接続フランジ２０の３つの角部には、３本の取付ボルト２２が外側に向けて固定されている。これらの取付ボルト２２と、それらに螺合されるナット２３により下流側接続フランジ２０の外面にターボチャージャＴが固着支持される（図１参照）。そして、前記排気流出口２１は、ターボチャージャＴの入口に連通される。

つぎに、前記上流側および下流側接続フランジ１０，２０を一体に結合する、本発明に従うマニホールド本体３０の構成について説明するに、このマニホールド本体３０は、排気マニホールドＭの主体部分を構成するものであり、上流側接続フランジ１０に固定される上流側半体３０Ｕと、この上流側半体３０Ｕに固定される下流側半体３０Ｌとよりなり、これらはいずれも耐熱性のあるステンレス鋼板のプレスにより成形され、下流側半体３０Ｌの肉厚（３ｔ）は、上流側半体３０Ｕ肉厚（２．５ｔ）よりも厚くしてある。上流側半体３０Ｕは、前記４つの排気導入口１１…およびＥＧＲポート１２の外周縁を連続して取り囲み前面に分割開放面を有して断面凹の細長い器状に形成されており、その奥壁面に、前記４つの排気導入口１１およびＥＧＲポート１２に対応するように４つおよび１つのボス状の接続口３１…，３２が開口されている。そして、これらの接続口３１…，３２は、上流側接続フランジ１０の４つの排気導入口１１…およびＥＧＲポート１２にそれぞれ溶接される。一方、下流側半体３０Ｌは前記上流側半体３０Ｕとその側面形状が同じで、その前面に分割開放面を有してその断面形状が半円の器状に形成されている。図６に示すように、この下流側半体３０Ｌの長手方向の中間部に通口３５が開口され、この通口３５に前記下流側接続フランジ２０の排気流出口２１が連通される。そして、図６〜８に示すように、上流側半体３０Ｕと下流側半体３０Ｌの分割開放面同志は、相互に嵌合されて一体に溶接されてプレス製の密閉状のマニホールド本体３０が形成される。

しかして、上流側半体３０Ｕと下流側半体３０Ｌとの接合部すなわち溶接部Ｗは、図６〜８に示すように、上流側接続フランジ１０の面と略平行であって、後に述べるように、マニホールド本体３０を流れる排気の流れ方向に対向しないように、すなわちその排気が直接当たらないようにその排気の流れ方向と略直交する方向にある。

なお、ＥＧＲポート１２は、エンジン本体１に形成した通路６２を介して吸気菅４２に連なるＥＧＲ通路６０に連通される（図１，８参照）。

つぎに、図９を参照して前記ターボチャージャＴ付ディーゼルエンジンＥに接続される吸気系Ｉｎおよび排気系Ｅｘについて簡単に説明すると、エンジン本体１のシリンダヘッド１Ｈのクランク軸方向に沿う他方の外側面に開口される４つの吸気ポート４０…には、吸気マニホールド４１を介して吸気管４２が接続され、この吸気管４２には、その上流側から下流側に向けてエアクリーナ４３、前記ターボチャージャＴのコンプレッサ４４およびインタクーラ４５が順次に接続され、エアクリーナ４３より吸入されたエアは、コンプレッサ４４により加圧されたのち、インタクーラ４５により冷却され、吸気ポート４０を経てエンジンＥの燃焼室へと供給される。また、前述したように、エンジン本体１のシリンダヘッド１Ｈのクランク軸方向に沿う一方の外側面に開口される４つの排気ポート２…には前記排気マニホールドＭを介して排気管５０が接続され、この排気管５０には、その上流側から下流側に向けて前記ターボチャージャＴのタービン５１、触媒コンバータ５２および消音器５３が順次に接続され、排気ポート２より排出された排気は、排気管５０に流入し、その排気圧によりターボチャージャＴのタービン５１を回転駆動したのち、触媒コンバータ５２を通り浄化され、消音器を通り消音されて大気に放出される。また、排気ポート２と、吸気管４２にはＥＧＲ通路６０が連通され、このＥＧＲ通路６０の途中にＥＧＲ弁６１が介在される。排気ポート２内の排気の一部は、排気マニホールドＭを流れた後、エンジン本体１内の通路６２およびＥＧＲ通路６０を通り（図８参照）、ＥＧＲ弁６１を経て吸気管４２に還流され、ＮＯｘなどの有害成分の発生量を低減する。なお、図９中、符号Ｊは燃料噴射弁である。

つぎに、この実施例の作用について説明する。

ディーゼルエンジンＥの運転により発生する高温の排気は、４つの排気ポート２…から排出され、上流側接続フランジ１０の４つの排気導入口１１…を経てマニホールド本体３０内に流入する。マニホールド本体３０内の排気は、図６，７に矢印ａに示すように、４つの排気導入口１１…から一つの排気流出口２１に向かって流れるが、マニホールド本体３０の上流側および下流側半体３０Ｕ，３０Ｌの溶接部Ｗは、その流れ方向に対向しないように、その流れ方向と略直交した方向に存するので、その高温の排気が溶接部Ｗに直接当たることがなく、その溶接部Ｗの熱的損傷を可及的に低減してその熱的耐久性を高めることができる。また、高温に加熱されるターボチャージャＴが固定される下流側半体３０Ｌの肉厚を、上流側半体３０Ｕの肉厚よりも厚くしたことにより、マニホールド本体３０にかかる熱負荷に対応するように、マニホールド本体３０の肉厚を部分的に変化させて、マニホールド本体３０全体の肉厚を必要以上に厚くすることなく、プレス製マニホールド本体３０の一層の軽量、かつコンパクト化を確保しながらその熱的損傷を低減してその熱的耐久性を高めことができさらに、ターボチャージャＴを固定支持した下流側半体３０Ｌは、上流側半体３０Ｕよりも肉厚に形成されていることにより、高温のターボチャージャＴの熱負荷に充分対抗できる熱的強度を保有し、エンジンの高出力化を保障することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。

例えば、前記実施例では、本発明排気マニホールドＭをターボチャージャＴ付４気筒ディーゼルエンジンＥに適用した場合を説明したが、これをガソリンエンジンなど他の多気筒エンジンにも実施できることは勿論であり、また、前記実施例はマニホールド本体３０をステンレス鋼板のプレス成形により構成した場合を説明しが、これを他のプレス成形可能な耐熱性の金属板により構成してもよい。

本発明排気マニホールドを備えた、ターボチャージャ（過給機）付ディーゼルエンジンの側面図図１の２線矢視の拡大部分平面図図２の３線矢視側面図図２の４−４線に沿う断面図図２の５−５線に沿う断面図図２の６−６線に沿う断面図図２の７−７線に沿う断面図図２の８−８線に沿う断面図ディーゼルエンジンの吸気系および排気系の系統図

符号の説明

１・・・・エンジン本体
２・・・・排気ポート
１０・・・上流側接続フランジ
１１・・・排気導入口
２０・・・下流側接続フランジ
２１・・・排気流出口
３０・・・マニホールド本体
３０Ｕ・・上流側半体
３０Ｌ・・下流側半体
５０・・・排気管
Ｔ・・・・過給機（Ｔ）
Ｗ・・・・接合部（溶接部）

Claims

エンジン本体（１）の排気ポート（２）に連通される排気導入口（１１）を開口した上流側接続フランジ（１０）と、排気管（５０）に連通される排気流出口（２１）を開口した下流側接続フランジ（２０）と、それら両接続フランジ（１０，２０）に一体に結合されて前記排気導入口（１１）と排気流出口（２１）とを連通するプレス製のマニホールド本体（３０）とよりなる、エンジンの排気マニホールドにおいて、
前記マニホールド本体（３０）は、上流側接続フランジ（１０）に固定される上流側半体（３０Ｕ）と、下流側接続フランジ（２０）に固定される下流側半体（３０Ｌ）とに分割成形され、それらの分割開放面同士を一体に接合して構成され、その接合部（Ｗ）は、前記マニホールド本体（３０）内を流れる排気の流れ方向と対向しないように、その流れ方向と略直交していることを特徴とする、エンジンの排気マニホールド。
前記上流および下流側半体（３０Ｕ，３０Ｌ）を形成するプレス板の板厚を変化させたことを特徴とする、前記請求項１記載のエンジンのマニホールド。
前記下流側半体（３０Ｌ）に、過給機（Ｔ）を配設したことを特徴とする、前記請求項１、または２記載のエンジンの排気マニホールド。