JP2005048713A

JP2005048713A - 内燃機関の排気マニホールド

Info

Publication number: JP2005048713A
Application number: JP2003283156A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Kai; 一彦甲斐; Hiromi Kato; 浩巳加藤
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-02-24

Abstract

【課題】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。
【解決手段】直列４気筒の内燃機関の前方から順に、隣接する第１及び第２の排気ポート（１１，１２）の各々に連通接続する第１及び第２の排気流路（ブランチ２１，２２）を一ユニットとして形成した第１のマニホールドユニット１と、隣接する第３及び第４の排気ポート（１３，１４）の各々に連通接続する第３及び第４の排気流路（ブランチ２３，２４）を一ユニットとして形成した第２のマニホールドユニット２を備える。そして、第１乃至第４の排気流路の経路長を略等しく形成すると共に、各排出口を単一の排出ポート（連結ケース３）に連通接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気マニホールドに関し、特に、直列４気筒の内燃機関用の排気マニホールドに係る。

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。

以下、本発明の望ましい実施形態を図面を参照して説明する。図１乃至図７は本発明の第１実施例に係る内燃機関の排気マニホールドを示し、図８乃至図１０は本発明の第２実施例に係る排気マニホールドを示している。一般的な排気マニホールドは、入口側と出口側のフランジとその間を結ぶブランチで構成され、エキゾーストマニホールドとも呼ばれるが、必ずしもフランジは必要とされず、その構造はパイプの溶接接合で構成されたもの、鋳物の一体鋳造で形成されたもの、あるいはこれらが組み合わされたもの等、多様である。また、一般的に排気マニホールドの下流側は触媒コンバータに接続されるが、排気マニホールド内に触媒コンバータが収容されたものは特にマニバータと呼ばれ、これも広義の排気マニホールドに包含される。以下、本発明の第１実施例に係る排気マニホールドの構成を説明すると共に、これと従来構造の排気マニホールドとを対比説明した後、第２実施例に係る排気マニホールドとして、所謂マニバータについて説明する。

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。

本発明の第１実施例に係る排気マニホールドを示す正面図である。本発明の第１実施例に係る排気マニホールドを示す側面図である。本発明の第１実施例におけるヘッドフランジを示す正面図である。本発明の第１実施例における第１及び第２のマニホールドユニットの排出口側端部の断面で、図２のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。第１及び第２のマニホールドユニットの排出口側端部構造の他の例を示す断面図である。第１及び第２のマニホールドユニットの排出口側端部構造の他の例における図５のＢ−Ｂ線断面を示す断面図である。第１及び第２のマニホールドユニットの排出口側端部構造の更に他の例における図５のＢ−Ｂ線断面に対応する断面図である。本発明の第２実施例に係る排気マニホールドを示す正面図である。図８のＣ−Ｃ線断面を示す断面図である。図８のＤ−Ｄ線断面を示す断面図である。本発明の第１実施例に係る排気マニホールドの概略構成を示す平面図である。本発明の第１実施例に係る排気マニホールドの概略構成を示す側面図である。特許文献１乃至３に記載の排気マニホールドの概略構成を示す平面図である。

符号の説明

１第１のマニホールドユニット
２第２のマニホールドユニット
３連結ケース
１０ヘッドフランジ
１１第１の排気ポート
１２第２の排気ポート
１３第３の排気ポート
１４第４の排気ポート
２１第１のブランチ
２２第２のブランチ
２３第３のブランチ
２４第４のブランチ
３０接続フランジ
５０触媒コンバータ

Claims

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を特徴とする内燃機関の排気マニホールド。
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ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気マニホールド。
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を特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気マニホールド。
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を特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気マニホールド。
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ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の排気マニホールド。
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ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の内燃機関の排気マニホールド。