排気マニホールドは多気筒内燃機関の各シリンダから排出される排気を集合して排気管や触媒コンバータ等に案内するものであるが、直列4気筒の内燃機関用の排気マニホールドに関しては、例えば下記の非特許文献1に記載のように、各排気流路を形成するブランチの排出口を1箇所に集合する直列4気筒シングルポートタイプと、2つに分離する直列4気筒デュアルポートタイプに区別されている。後者のデュアルポートタイプにおいては、排気干渉を避けるため、内燃機関の前方から順に第1乃至第4気筒とした場合における、第1気筒の排気ポートと第4気筒の排気ポートを集合させて一方の排出口とすると共に、第2気筒の排気ポートと第3気筒の排気ポートを集合させて他方の排出口とすることが一般的である。
例えば、下記の特許文献1には、多気筒内燃機関の排気マニホールドにおいて、各ブランチ(排気流路)の導入口を内燃機関の何れの排気ポートに接続するかが明示されており、直列4気筒の内燃機関の排気マニホールドが例示されている。そして、特許文献1においては、3次元方向に湾曲した表半体と裏半体を板金をプレス加工して作り、両半体を向き合わせて溶接して複排気管とすることが特徴とされている。また、特許文献4には、排気行程の重ならない一対の気筒の各排気ポートにそれぞれ連なる一対の分岐パイプ4−1、4−4;4−2、4−3というように特定されており、分岐パイプ4−1及び4−4と分岐パイプ4−2及び4−3が夫々集合管5−1及び5−2にまとめられた後に、全体が板金製ケースで覆われるように構成されている。
一方、下記の特許文献2においては、保温性に鑑み排気マニホールドを二重管構造とすることが企図されており、内燃機関の前方から順に、一対の気筒の排気ポートに夫々のブランチ(排気流路)の導入口が接続された排気マニホールドが開示されている。また、下記の特許文献3にも、二重管構造の排気マニホールドが開示されており、1または複数の第1内管、1または複数の第2内管、下部ケース、中間ケース及び上部ケースによって二重管構造とされ、部品点数を極力少なくしてコスト低減および重量低減を図る旨記載されている。また、特許文献4に記載の排気マニホールドも、前述のように二重管構造となっている。
特開平4−265418号公報
特開平10−252457号公報
特開2000−337143号公報
特開2000−27642号公報
「自動車技術ハンドブック」、第2分冊、設計編、社団法人 自動車技術会、1992年6月15日、p.90−91
前述の特許文献1、3及び4に記載のように、直列4気筒の内燃機関用の排気マニホールドにおいては、排気脈動を有効活用するために、第1気筒のブランチと第4気筒のブランチを集合させると共に、第2気筒のブランチと第3気筒のブランチを集合(4→2)させ、更にそれらを一つの排気管に集合(2→1)させる、所謂4−2−1形式が主流となっている。これは、直列4気筒の内燃機関では第1気筒、第2気筒、第4気筒そして第3気筒の順で爆発行程が行われるので、各気筒からの排気ガスが干渉して排気効率(ひいては内燃機関の出力性能)を悪化させることがないように、第1気筒と第4気筒の排気ガス、そして第2気筒と第3気筒の排気ガスを集合させているものである。このように集合された排気ガスは、通常、内燃機関の下部の排気管に介装された触媒コンバータにて浄化されるように構成されている。
一方、近時の排気ガス浄化性能向上の要請、特に暖機時の触媒の早期活性化に応えるためには、触媒コンバータを内燃機関の近傍に配置する必要がある。しかし、内燃機関と触媒コンバータ間の狭小な空間には、上記のような4−2−1形式の排気マニホールドを配置することは容易ではない。特に、金属管を屈曲して3次元的なブランチを形成することは、金属の曲げ(塑性変形)における制限等、種々の制約があるので、極めて困難である。更に、触媒の排気浄化効率向上の要請に応えるために、内燃機関から触媒コンバータに至る排気管の外側に外殻(外管)を配設し、触媒コンバータまでの排気流路に断熱層(通常は空気層)を設けることが要求されており、このようなブランチの大径化によって、4−2−1形式の成立性が一層困難となっている。
このため、上記の4−2−1形式に代えて、4本のブランチを触媒コンバータの直前で集合させる所謂4−1形式の排気マニホールドが注目されている。これは4−2−1形式に比べ、排気脈動活用の面では内燃機関の中・低回転域での出力は若干劣るが、高回転域での出力に優れる方式であり、その下流側の排気管との総合的チューニング(マッチング)によって、排気系全体として4−2−1形式と同等の機関出力性能を得ることができる。しかも、触媒コンバータの直前で4本のブランチを集合させることができるので、狭小な配置空間に対しても、更に断熱層を外側に設ける場合にも、3次元的なレイアウトの実現が容易である。但し、排気干渉や異音防止のためには4本のブランチ長さを等しくする必要があるので、最長と最短のブランチ長さ(経路長)の差を最適経路長さ(目標値)に対し誤差10%以内とするのが好適である。例えば、最適長が30cmであれば、最長と最短の差は3cm以内とすることが望まれる。
ところで、前掲の特許文献2においては、4−2−1形式で二重管構造の排気マニホールドを介し、内燃機関の側部に触媒コンバータを配置することとしている。このような狭小な空間で4−2−1形式とするため、強引に第1気筒のブランチと第2気筒のブランチを合流させると共に、第3気筒のブランチと第4気筒のブランチを合流(4→2)させて、夫々の合流部後端を触媒コンバータの上部コーン内に開口(2→1)させることとしている。つまり、浄化効率に鑑み4−2−1形式で(触媒コンバータ一体式の)排気マニホールドを構成してはいるが、排気干渉が生じ得る第1気筒及び第2気筒のブランチ接続と第3気筒及び第4気筒のブランチ接続となっており、しかも内燃機関側の4本のブランチ長さが極端に短く且つ非等長であることから、排気効率(内燃機関の出力性能)を著しく悪化させるおそれがある。
また、一般的な第1気筒及び第4気筒のブランチ接続且つ第2気筒及び第3気筒のブランチ接続によって4−2−1形式を構成する場合も、前掲の特許文献4に記載のようにブランチ長さが極端に短く且つ非等長となることから、上記の特許文献1と同様の問題を内包する。結局、4−2−1形式の排気マニホールドでは、近時の内燃機関に要求される出力性能と排気浄化効率の確保の両立は極めて困難となっている。
これに対し、前掲の特許文献3においては、実質的に4−1形式で、断熱空気層を有する排気マニホールドが提案されており、前述の二重管構造が構成されている。しかし、第1気筒及び第4気筒のブランチは等長で、第2気筒及び第3気筒のブランチも略等長であるが、前者及び後者のユニット相互の経路差が大きくなる。これは、隣接する第2気筒及び第3気筒の排気ポートが中央よりに存在するのに対し、第1気筒及び第4気筒の排気ポートは外側に存在するという直列4気筒の内燃機関特有の構成に起因している。従って、4本のブランチの経路長は充分確保できるものの、経路差による排気干渉については依然対応できていない。更に、両端の第1気筒から第4気筒に亘ってカバーするプレス品が必須とされているので、巨大なプレス金型が必要となり、コストアップ要因となる。この点については特許文献4においても同様である。
以上のように、特に、触媒コンバータが内燃機関近傍に配設され、両者間を接続する排気マニホールド(あるいは触媒コンバータを内蔵する排気マニホールド、所謂マニバータ)においては、その上流側に配置する内燃機関の出力性能の確保と下流側に配置する排気浄化手段の排気浄化効率の確保を両立させることが切望されているが、従前の排気マニホールドによっては、これを満足させることはできない。
そこで、本発明は、内燃機関近傍の狭小空間にも適切に配設することができ、内燃機関の出力性能の確保と排気浄化効率の確保を両立させ得る排気マニホールドを提供することを課題とする。
上記の課題を達成するため、本発明は、請求項1に記載のように、直列4気筒の内燃機関の排気マニホールドにおいて、前記内燃機関の前方から順に隣接する第1、第2、第3及び第4の排気ポートのうちの前記第1及び第2の排気ポートの各々に連通接続する第1及び第2の導入口と、夫々独立した第1及び第2の排出口を有する夫々独立した第1及び第2の排気流路を一ユニットとして形成して成る第1のマニホールドユニットを備えると共に、前記第3及び第4の排気ポートの各々に連通接続する第3及び第4の導入口と、夫々独立した第3及び第4の排出口を有する夫々独立した第3及び第4の排気流路を一ユニットとして形成して成る第2のマニホールドユニットを備え、前記第1及び第2の排気流路並びに第3及び第4の排気流路の経路長を略等しく形成すると共に、前記第1及び第2の排出口並びに第3及び第4の排出口を単一の排出ポートに連通接続することとしたものである。
例えば、請求項2に記載のように、前記第1及び第2の排気流路並びに第3及び第4の排気流路における各経路中心の、前記内燃機関に対する距離を相対的に変化させて、前記第1及び第2の排気流路並びに第3及び第4の排気流路の経路長を略等しく形成するとよい。
あるいは、請求項3に記載のように、前記第1及び第2の排出口並びに第3及び第4の排出口の、前記排出ポート内における開口位置を相対的に変化させて、前記第1及び第2の排気流路並びに第3及び第4の排気流路の経路長を略等しく形成することとしてもよい。
更に、請求項4に記載のように、前記第1及び第2の排気流路並びに第3及び第4の排気流路における各経路中心の、前記内燃機関に対する距離を相対的に変化させると共に、前記第1及び第2の排出口並びに第3及び第4の排出口の、前記排出ポート内における開口位置を相対的に変化させて、前記第1及び第2の排気流路並びに第3及び第4の排気流路の経路長を略等しく形成することとしてもよい。
上記の内燃機関の排気マニホールドにおいて、請求項5に記載のように、前記第1のマニホールドユニット内に空隙を介して前記第1及び第2の排気流路の各々を内包するように形成すると共に、前記第2のマニホールドユニット内に空隙を介して前記第3及び第4の排気流路の各々を内包するように形成するとよい。
そして、上記の内燃機関の排気マニホールドにおいて、請求項6に記載のように、前記第1及び第2の排出口並びに第3及び第4の排出口を、緩衝部材を介して前記排出ポート内に支持するとよい。尚、前記第1乃至第4の排気流路は、金属パイプによって形成してもよいし、プレス加工品の半割体を接合して形成することとしてもよい。
本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項1に記載の内燃機関の排気マニホールドによれば、隣接する第1及び第2の排気ポートの各々に連通接続する第1及び第2の導入口と、夫々独立した第1及び第2の排出口を有する夫々独立した第1及び第2の排気流路を一ユニットとして形成して成る第1のマニホールドユニットを備えると共に、隣接する第3及び第4の排気ポートの各々に連通接続する第3及び第4の導入口と、夫々独立した第3及び第4の排出口を有する夫々独立した第3及び第4の排気流路を一ユニットとして形成して成る第2のマニホールドユニットを備え、第1及び第2の排気流路並びに第3及び第4の排気流路の経路長を略等しく形成すると共に、第1及び第2の排出口並びに第3及び第4の排出口を単一の排出ポートに連通接続するように構成されているので、内燃機関近傍の狭小空間にも適切に配設することができ、内燃機関の出力性能と排気浄化効率の確保を両立させることができる。
例えば、請求項2に記載のように、各排気流路における各経路中心の、内燃機関に対する距離を相対的に変化させて、各排気流路の経路長を略等しく形成することにより、内燃機関の出力性能を確保しつつ、狭小空間にも適切且つ確実に配設することができる。
また、請求項3に記載のように、各排出口の排出ポート内における開口位置を相対的に変化させることにより、各排気流路の経路長を容易に略等しく形成することができる。
更に、請求項4に記載のように構成すれば、各排気流路の経路長を一層容易に略等しく形成することができ、狭小空間にも排気マニホールドを適切且つ確実に配設することができる。
更に、前記を請求項5に記載のように、第1のマニホールドユニット内に空隙を介して第1及び第2の排気流路の各々を内包するように形成すると共に、第2のマニホールドユニット内に空隙を介して第3及び第4の排気流路の各々を内包するように形成することにより、良好な断熱性を確保し、内燃機関の出力性能の確保と排気浄化効率の確保を容易に両立させることができる。
そして、請求項6に記載のように、各排出口を、緩衝部材を介して排出ポート内に支持するように構成すれば、第1及び第2のマニホールドユニットを排気マニホールド内に適切且つ確実に保持することができる。
図1及び図2は本発明の第1実施例に係る排気マニホールドを示すもので、直列4気筒の内燃機関(図示せず)にボルト接合されるヘッドフランジ10には、図3に示すように、内燃機関の前方(図1の左方)から順に第1乃至第4の排気ポート11乃至14が隣接して形成されている(11乃至14は、厳密には内燃機関の排気ポートに連通する孔であるが、ここでは排気ポートとして説明する)。第1の排気ポート11には第1のブランチ21が連通接続され、その接続側の開口によって第1の導入口が構成されると共に、他方側の開口によって第1の排出口が構成され、第1のブランチ21内に第1の排気流路が構成されている。同様に、第2の排気ポート12には第2のブランチ22が連通接続され、その接続側の開口によって第2の導入口が構成されると共に、他方側の開口によって第2の排出口が構成され、第2のブランチ22内に第2の排気流路が構成されている。そして、これらの第1のブランチ21及び第2のブランチ22を所定の空隙を介して囲繞するように、アッパケース1a及びロアケース1bが溶接接合されて所謂モナカ構造(シェル構造)の第1のマニホールドユニット1が形成される。尚、第1及び第2のブランチ21及び22の排出口側端部は、図4に示す金属製の緩衝部材(ワイヤメッシュ)25a及び25bを介してアッパケース1a及びロアケース1b内に支持されている。
而して、第1及び第2のブランチ21及び22はアッパケース1a及びロアケース1bの内周面に対し一定の間隔を保って支持され、各ブランチの排出口側端部はアッパケース1a及びロアケース1bに対する相対移動が許容されるように支持(所謂フローティング支持)されている。尚、このような相対移動は、各ブランチが高温の排気ガスによって加熱されて膨張する際に生ずるが、その熱膨張量や方向は各ブランチの経路長や経路形状に依存するため、個体差が生じ、ブランチ相互間で相対移動が生ずる。また、各ブランチに比べ相対的に温度が低いアッパケース1a及びロアケース1bに対しても、相対移動が生ずる。従って、各ブランチ間及び各ブランチとアッパケース1a及びロアケース1b間には、相対移動を許容する緩衝部材25a及び25bが必要である。
また、第3の排気ポート13には第3のブランチ23が連通接続され、その接続側の開口によって第3の導入口が構成されると共に、他方側の開口によって第3の排出口が構成され、第3のブランチ23内に第3の排気流路が構成されている。同様に、第4の排気ポート14には第4のブランチ24が連通接続され、その接続側の開口によって第4の導入口が構成されると共に、他方側の開口によって第4の排出口が構成され、第4のブランチ24内に第4の排気流路が構成されている。そして、これらの第3のブランチ23及び第4のブランチ22を所定の空隙を介して囲繞するように、アッパケース2a及びロアケース2bが溶接接合されてモナカ構造の第2のマニホールドユニット2が形成される。また、第3及び第4のブランチ23及び24の排出口側端部も、図4に示す緩衝部材(ワイヤメッシュ)26a及び26bを介してアッパケース2a及びロアケース2b内に支持されている。
上記第1乃至第4のブランチ21乃至24は例えばステンレススティール管で、各ブランチによって形成される第1乃至第4の排気流路の経路長が略等しくなるように形成される。即ち、第1乃至第4のブランチ21乃至24の排気流路における各経路中心の、内燃機関に対する距離が相対的に変化するように、平面視の図1において、隣接する第1及び第2の排気ポート11及び12に夫々連通接続された第1及び第2のブランチ21及び22が纏められ、一ユニットとして第1のマニホールドユニット1が形成されると共に、隣接する第3及び第4の排気ポート13及び14に夫々連通接続された第3及び第4のブランチ23及び24が纏められ、一ユニットとして第2のマニホールドユニット2が形成されており、且つ、第1のマニホールドユニット1及び第2のマニホールドユニット2が図2に側面視を示すように形成されている。尚、この詳細については図11及び図12を参照して後述する。そして、第1及び第2のブランチ21及び22並びに第3及び第4のブランチ23及び24を収容して夫々第1のマニホールドユニット1及び第2のマニホールドユニット2を形成するアッパケース1a及びロアケース1b並びにアッパケース2a及びロアケース2bも金属製で、上記のように形成された第1及び第2のブランチ21及び22並びに第3及び第4のブランチ23及び24に対し、夫々所定の空隙が形成される内面形状の半割体(ハーフシェル)にプレス成形される。
上記のように構成された第1のマニホールドユニット1は、その第1及び第2のブランチ21及び22の排出口側端部が、夫々第2のマニホールドユニット2の第3及び第4のブランチ23及び24の排出口側端部と対向するように配置され(図4参照)、これらの排出口側端部を囲繞するように、連結ケース3のアッパケース3a及びロアケース3bが溶接接合されて一体化される。而して、この連結ケース3と第1及び第2のマニホールドユニット1及び2のケースが外殻として排気マニホールドの強度を担うことになる(即ち、各ブランチは強度を負担しない)。そして、連結ケース3の開口端は接続管32内に嵌合され、溶接接合される。而して、第1及び第2の排出口並びに第3及び第4の排出口は単一の排出ポート(連結ケース3の開口端)に連通接続される。更に、接続管32には下流側のフランジ30が溶接接合され、フランジ30にはブラケット33が溶接接合されている。尚、連結ケース3はアッパケース3a及びロアケース3bの所謂モナカ構造ではなく、一体品としてもよく、あるいは、接続管32と一体的に形成することとしてもよい。
図5及び図6は、第1及び第2のマニホールドユニット1及び2の排出口側端部構造の他の例を示すもので、図6から明らかなように、第1及び第2のブランチ21及び22より第3及び第4のブランチ23及び24が長く形成されている。即ち、前述のように第1及び第2の排気流路並びに第3及び第4の排気流路における各経路中心の、内燃機関に対する距離が相対的に変化するように構成されることに加え、図6に示すように構成されることによって、第1及び第2の排気流路並びに第3及び第4の排気流路の経路長が略等しくなるように形成されている。例えば、第1及び第2のブランチ21及び22はアッパケース3cの開口端から8mm、第3及び第4のブランチ23及び24はロアケース3dの開口端から13mm、夫々挿入されている。即ち、開口位置の差によって排気流路に経路差をもたせて、微調整を行うこととしている。更に必要であれば、各マニホールドユニット内での経路差調整、即ち、第1及び第2のブランチ21及び22間の挿入代の調整や、第3及び第4のブランチ23及び24間の挿入代の調整も可能であり、4本のブランチの経路長を夫々独自に調整することもできる。
尚、図5及び図6に示すように第1及び第2のブランチ21及び22の排出口側端部は、緩衝部材27a及び27bを介してアッパケース1a及びロアケース1b内に支持されており、第3及び第4のブランチ23及び24の排出口側端部も緩衝部材28a及び28bを介してアッパケース2a及びロアケース2b内に支持されている。緩衝部材27a及び27b並びに28a及び28bは、図4の緩衝部材が大型一体化されたもので、2分割構造とされているが、更に各ブランチの端部の全周に亘って設けることとしてもよい。また、ワイヤメッシュに限らず、耐熱性及び緩衝機能と、ある程度の気密性を有する部材であれば任意の部材を適用してもよい。また、本実施例では、アッパケース3cの側端部に対しロアケース3dの側端部がオーバーラップするように組み合わされ、オーバーラップ部LWで隅肉溶接されるので、水平面上での突合せ溶接に比べて、溶接作業性及び信頼性に優れる。
あるいは、第1及び第2のブランチ21及び22の排出口側端部、並びに第3及び第4のブランチ23及び24の排出口側端部を、図7に示すように、アッパケース1a及びロアケース1bの先端、並びにアッパケース2a及びロアケース2bの先端から夫々延出するように構成してもよい。そして、図7に示すように、第1及び第2のブランチ21及び22の排出口側端部、並びに第3及び第4のブランチ23及び24の排出口側端部を、緩衝部材27c及び28cを介して相互に支持するように構成してもよい。即ち、第1及び第2のブランチ21及び22の排出口側端部を、緩衝部材27cを介してアッパケース3cの内面に支持すると共に第3及び第4のブランチ23及び24の排出口側端部に支持し、第3及び第4のブランチ23及び24の排出口側端部を、緩衝部材28cを介してロアケース3dの内面に支持すると共に第1及び第2のブランチ21及び22の排出口側端部に支持するように構成することができる。尚、緩衝部材27c及び28cは各ブランチの端部の全周に亘って一体的に形成されているが、夫々二分割してもよく、あるいは、それ以上に分割することとしてもよい。
上記の第1実施例の概略構成を平面図で示すと、図11の(B)のようになるが、平面視で左右対称の構成を基本構成とすると図11の(A)のようになる。図11の(A)において、隣接する第1及び第2の排気流路を構成する第1のブランチB1(図1の21に対応)及び第2のブランチB2(図1の22に対応)によって第1のマニホールドユニットU1(図1の1に対応)が形成されると共に、隣接する第3及び第4の排気流路を構成する第3のブランチB3(図1の23に対応)及び第4のブランチB4(図1の24に対応)によって第2のマニホールドユニットU2(図1の2に対応)が形成されている。第1及び第2のマニホールドユニットU1及びU2の排出口は単一の排出ポート(図11では下流側の接続フランジCFに形成)に連通接続される。そして、第1及び第2のブランチB1及びB2は、隣接する第1及び第2の排気ポート(図11ではヘッドフランジHFに形成)に連通接続されると共に、第3及び第4のブランチB3及びB4は、隣接する第3及び第4の排気ポート(ヘッドフランジHF)に連通接続されているので、図11の(A)から明らかなように、第1乃至第4のブランチB1乃至B4で構成される第1乃至第4の排気流路の経路長は略等しくなっている。
一方、本発明の第1実施例の概略構成である図11の(B)においては、排出ポート(図11での接続フランジCF)が平面視で左右対称軸に対し一方側(例えば、内燃機関の前方側)に距離αだけ偏っている。従って、第3及び第4のブランチB3及びB4の排気流路の経路長(以下、単に経路長という)は第1及び第2のブランチB1及びB2の経路長より長くなる。これに対して、先ず、第1のマニホールドユニットU1内においては第1及び第2のブランチB1及びB2は、隣接する第1及び第2の排気ポートに連通接続され、隣接する排気流路を構成するものであるので、経路長の差を最小にすることができ、第2のマニホールドユニットU2内においても同様である。
次に、図11の(B)における第1及び第2のマニホールドユニットU1及びU2間の経路差については、距離αの偏りに起因して必然的に生ずるが、本実施例においては、排気流路を3次元的に調整することによって経路差を最小にすることとしている。即ち、図2を模式化した図12に示すように、平面視(図11の(B))で短い方の第1及び第2のブランチB1及びB2を経路差分だけβ方向(水平方向)及び/又はγ方向(鉛直方向)に屈曲させて、排気流路の長さが略等しくなるように調整されている。更に、第1及び第2のマニホールドユニットU1及びU2内における各ブランチ間の経路差が大きい場合にも、短い方のブランチを図12のβ方向及び/又はγ方向に屈曲させて、排気流路の長さが略等しくなるように調整される。尚、排出ポート(接続フランジCF)が内燃機関の後方側に偏っている場合も、同様に排気流路の長さを調整することができる。
而して、図11の(B)及び図12に概略構成を示す本発明の第1実施例においても各排気ポート(ヘッドフランジHF)から単一の排出ポート(接続フランジCF)までの各排気流路の長さは略等しくなり、前述の4−1形式の排気マニホールドの理想である誤差10%以内とすることができる。尚、更に良好な精度で排気流路の長さを調整する必要がある場合には、前述の図6及び図7に示すように、各ブランチの開口位置の差によって排気流路に経路差をもたせ、微調整を行うこととすればよい。
図13の(イ)乃至(ハ)は夫々前掲の特許文献1乃至3の概略構成を示すもので、上記本発明の第1実施例の概略構成と対比すれば差異が明確になり、本発明の第1実施例による特有の効果が一層明確になる。図13において、(イ)及び(ロ)ではY字状の排気流路が形成されており、前述の4−2−1形式の排気マニホールドが構成されている。(ロ)及び(ハ)では二重管が構成されており、(ロ)ではユニットUa及びUbとされて夫々の排出ポートが並設されているのに対し、(ハ)では複数のケースが重合されてユニットUcとされ、共通の排出ポートにまとめられている。尚、(イ)では二重管は構成されていない。
そして、(イ)及び(ハ)では、第1のブランチB1と第4のブランチB4が合流するようにまとめられると共に、第2のブランチB2と第3のブランチB3が合流するようにまとめられており、これは従来から直列4気筒の内燃機関で一般的に行われている構成であり、排気流路の経路差が大きく、調整が困難である。これに対し、(ロ)では隣接する第1及び第2のブランチ部Ba及びBbが合流するY字状の排気流路と、隣接する第3及び第4のブランチ部Bc及びBdが合流するY字状の排気流路が構成されているが、基本的には4−2−1形式であり、各ブランチ部Ba乃至Bdの経路が極めて短く、他の態様における排気流路と対比し得るものではない。
一方、図13の(イ)は前述の4−2−1形式の排気マニホールドにおいて、第1のブランチB1と第4のブランチB4が合流するようにまとめられると共に、第2のブランチB2と第3のブランチB3が合流するようにまとめられた従来の直列4気筒の内燃機関の構成に対し、排気通路の長さを近似させる方法が開示されているが、これを図13の(ロ)及び(ハ)に適用する必然性はなく、更に(ロ)及び(ハ)は二重管であるのでそのまま適用することはできない。特に、(ハ)においては複数のケースを重合して一体とすることを特徴としているものであるので、排気流路の長さを調整することは至難である。
次に、図8乃至図10を参照して本発明の第2実施例に係る排気マニホールドについて説明する。本実施例においても前述の第1実施例と同様、第1及び第2のマニホールドユニット1及び2内に、各排気流路の経路長が略等しくなるように3次元的に構成されている。また、第1及び第2のマニホールドユニット1及び2はプレス成形品のアッパケース1c及びロアケース1d並びにアッパケース2c及びロアケース2dによってモナカ構造に形成されている。図9に図8のC−C断面を示すように、第1のマニホールドユニット1内には、アッパケース4aとロアケース4bとが仕切板4cを介して接合されたモナカ構造(所謂θパイプ構造)のインナケースが収容されている。これにより、仕切板4cの両側に第1及び第2の排気流路41及び42が形成され、夫々第1及び第2のブランチが構成されている。第2のマニホールドユニット2内にも同様に、図10に示す図8のD−D断面から明らかなように、アッパケース4dとロアケース4eとが仕切板4fを介して接合されたモナカ構造のインナケースが収容されており、仕切板4fの両側に第3及び第4の排気流路43及び44が形成され、夫々第3及び第4のブランチが構成されている。
そして、図10(図8のD−D断面)に示すように、第1及び第2のマニホールドユニット1及び2の開口端部は夫々半円形断面に形成され、その平面部(ロアケース1d及びアッパケース2c)が密着し略円形断面の所謂θパイプ構造とされた状態で、触媒コンバータ50の一端の直管部51内に嵌挿され、この直管部51に溶接されている。而して、この直管部51が前述の4−1形式における集合部を構成し、触媒コンバータ50の直管部51に連続するテーパ部52から触媒担体(図示せず)入口までの空間が開口空間となり、この空間に各ブランチ(排気流路)が開口している。尚、直管部51内に嵌挿された範囲の第1及び第2のマニホールドユニット1及び2の開口端部内には、アッパケース4a及びロアケース4bとアッパケース4d及びロアケース4eが緩衝部材45,46を介して嵌合されている。尚、緩衝部材45,46としては、耐熱性、緩衝機能、及びある程度の気密性を有する部材であればどのような部材でもよく、第1実施例と同様、ワイヤメッシュとしてもよい。
図8に示す触媒コンバータ50の胴部内には、図示しないセラミック製の触媒担体が緩衝マットを介して保持されている。触媒コンバータ50の両端には、スピニング加工にて一体的にネッキング部53(直管部51及びテーパ部52から成る)とネッキング部56(直管部54及びテーパ部55から成る)が形成されている。本実施例においては、下流側のネッキング部56については、直管部54の軸心が触媒コンバータ50胴部の軸心に対して傾斜するように、所謂傾斜スピニング加工によって形成されている。尚、触媒コンバータ50の両ネッキング部53及び56の加工については、同軸、偏芯、傾斜及び捩れの少なくとも一つによるスピニング加工を適用し、任意の形状とすることができる。
以上のように、第2実施例においては、外側のマニホールドユニットと、排気流路を形成する内側のケースの何れもモナカ構造とされているので、第1実施例に比べて形状自由度が大きく、狭小空間において前述の4−1形式を実現するときの排気流路の等長化が容易である。また、可変断面の設定も自由であるので、流路抵抗の少ない排気流路形状を設定することができる。更に、半割体(ハーフシェル)の形状設定も自由であり、溶接手段としてはTIG、MIG、レーザー、ロウ付け等、任意の手段を用いればよい。
尚、本実施例では触媒コンバータ50の直管部54を接続対象部品(下流側の排気管等)に溶接することとしてもよいし、直管部54にフランジ、自在継手、後流排気管等(図示せず)を嵌装することとしてもよい。また、触媒コンバータ50の胴部をメタル担体(図示せず)に置き換えることとしてもよく、その場合には、両端コーン(図示せず)の間にメタル担体の外筒が挟持され、溶接固定される。あるいは、触媒コンバータ50に代えて、サブマフラあるいはプリマフラといった消音器(図示せず)を設けることとしてもよく、この消音器と触媒コンバータ50とを併設することとしてもよい。更に、触媒コンバータ50内の空間に消音器構造(拡張、共鳴、吸音構造)を構成することとしてもよい。