JP2009281333A - 排気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】排気マニホールドにおいて、各分岐管から集合管に流入する排気が干渉することに起因する圧力損失の増大を抑制する。
【解決手段】排気マニホールドでは、集合管２の長手方向と直交する方向に延伸する複数の分岐管３により多気筒内燃機関の各気筒と同集合管２とが連通されている。分岐管３との接続部分と対向する集合管２の内壁には集合管２の内部に向かって突出する突出部５が形成されている。この突出部５は、その突出量の最も大きい部分Ｈが、分岐管３との流路断面を集合管２の内壁に投影した投影領域Ｓ１の中心Ｃより排気上流側に位置し且つこの分岐管３と上流側で隣接する分岐管３の流路断面を集合管２の内壁に投影した投影領域Ｓ２より下流側に位置するように形成される。
【選択図】図２

Description

この発明は、多気筒内燃機関の各気筒から排出された排気を分岐管を介して集合管に流入させるようにした排気マニホールドに関する。

一般に、多気筒内燃機関の排気マニホールドは、図５及び図６に示されるように、集合管１２の長手方向と直交する方向に延伸する複数の分岐管１３を備え、これら分岐管１３によって内燃機関の各気筒と集合管１２とが連通されている（例えば特許文献１参照）。なお、図５は排気マニホールドの斜視構造を示し、図６は同排気マニホールドの断面構造を示している。

そして、各気筒で発生した排気は分岐管１３へと流入し、集合管１２で合流して更にその下流側へと排出される。ここで一般に、このような排気マニホールドにあっては、排気が分岐管１３及び集合管１２を流れる際に生じる圧力損失が低いほうが、排気マニホールド内における背圧を低下させてポンプ損失の増大を抑えることができるため、機関出力や燃費の向上を図る上で望ましい。
特開２０００−１５４７２１号公報

ところが、こうした従来の排気マニホールドにあっては、図６中の矢印で示されるように、気筒から排出された排気が分岐管１３を通過して集合管１２内で合流する際に、集合管１２の壁に衝突して排気の一部が同集合管１２の上流側にも流れ込むことがある。このため、集合管１２において上流側に逆流した排気と他の気筒から流れてきた排気とが干渉するようになり、この干渉が圧力損失の増大を招く要因となっていた。そしてこのように圧力損失が増大すると、排気マニホールド内の背圧が上昇するようになり、例えばポンプ損失が増大したり過剰な内部ＥＧＲガスが発生したりすることにより、機関出力の低下や燃費の悪化等の問題が生じることとなる。

この発明はこうした従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、集合管の長手方向と直交する方向に延伸する複数の分岐管により多気筒内燃機関の各気筒と同集合管とを連通するようにした排気マニホールドにおいて、各分岐管から集合管に流入する排気が干渉することに起因する圧力損失の増大を抑制することにある。

請求項１に記載の発明は、集合管の長手方向と直交する方向に延伸する複数の分岐管により多気筒内燃機関の各気筒と同集合管とを連通する排気マニホールドにおいて、前記分岐管との接続部分と対向する前記集合管の内壁に同集合管の内部に向かって突出する突出部が形成され、該突出部はその突出量の最も大きい部分が、前記分岐管との流路断面を前記集合管の内壁に投影した投影領域の中心より排気上流側に位置し且つ同分岐管と上流側で隣接する分岐管の流路断面を前記集合管の内壁に投影した投影領域より下流側に位置するようにしている。

分岐管から排出された排気が集合管の内壁に衝突してその一部が集合管を逆流すると、これが同集合管の上流から流れてきた排気と干渉する結果、圧力損失の増大を招くこととなる。しかしながら、請求項１に記載される発明によるように、集合管の内壁の所定位置に突出部を形成することで、同突出部により分岐管から排出された排気が集合管の上流に逆流するのを抑制することができ、集合管における排気の干渉を抑制することができる。これにより分岐管から集合管に流入する排気を集合管の下流へと円滑に導くことができるようになる。その結果、各分岐管から集合管に流入する排気が干渉することに起因する圧力損失の増大を回避することができるようになる。また、このように排気の干渉を抑制することによって、騒音や振動の低減効果を得ることもできる。さらに、突出部自体が集合管の管壁を補強する補強部材としての機能を有するようになるため、これによっても騒音や振動の低減効果を得ることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気マニホールドにおいて、前記突出部は前記集合管の管壁をその外部から内部に向けて凸変形させることにより形成されるものであるとしている。

同構成によれば、例えば突出部を別部材として集合管の内壁に設けるようにした構成と比較して、同突出部を容易に集合管に対して設けることができるようになり、また排気マニホールドの重量増大や大型化を招くことがない。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の排気マニホールドにおいて、前記分岐管は、前記集合管との接続部分に近接するほど排気の流路断面積が大きくなるように前記集合管の排気下流側に位置する同分岐管の側壁が排気上流側に位置する側壁に対して傾斜した形状を有してなるようにしている。

同構成によれば、分岐管の傾斜した側壁に沿って流れる排気の流れ方向がその側壁によって徐々に変えられることにより、分岐管から集合管に流入する排気の流れを集合管の排気下流側に指向させることができる。この結果、排気の干渉が生じにくくなって圧力損失の増大を回避することができるようになる。さらに、集合管に形成された突出部によってもこうした排気の干渉が併せて抑制されるようになるため、一層円滑に排気を集合管の下流側に流すことができ、圧力損失はもとより騒音や振動の更なる低減を図ることができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気マニホールドにおいて、前記突出部は前記集合管の最上流側に接続される分岐管を除く全ての分岐管にそれぞれ対応して前記集合管の内壁に形成される。

突出部は特定の分岐管にのみ対応して形成するようにしてもよいが、望ましくは請求項４に記載の発明によるように、集合管の最上流側に接続される分岐管を除く全ての分岐管に対応して集合管の内壁にそれぞれ形成するのがよい。こうした構成によれば、上述したような排気の逆流の発生を全ての分岐管について抑制することができ、圧力損失の増大を好適に回避することができるようになる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態にかかる排気マニホールドの全体構造を示している。同図１に示されるように、排気マニホールドは、集合管２とこの集合管２の長手方向と直交する方向に延伸する複数の分岐管３とを備え、これら分岐管３及び内燃機関１（具体的にはそのシリンダヘッド）に形成された排気ポート１ａによって内燃機関１の各気筒４と集合管２とが連通されている。したがって、各気筒４で発生した排気は分岐管３へと流入した後、集合管２で合流して更にその下流側へと排出されるようになる。

また、集合管２の内壁にはその内部に向かって突出する突出部５が形成されている。以下、この突出部５について、図２を参照して詳細に説明する。なお、図２は排気マニホールドの断面構造であって、特に分岐管３と集合管２との接続部分の断面構造を示している。同図２に示されるように、突出部５は、断面が半円形状をなすとともに、その突出高さｈが最大となる頂部Ｈの位置が以下の２つの条件をいずれも満たすように形成されている。

（ａ）頂部Ｈは、分岐管３の流路断面を集合管２の内壁に投影した投影領域Ｓ１の中心Ｃより排気の上流側に位置する。
（ｂ）頂部Ｈは、分岐管３と上流側で隣接する他の分岐管３の流路断面を集合管２の内壁に投影した投影領域Ｓ２より下流側に位置する。

また、これら突出部５は集合管２の管壁をその外部から内部に向けて部分的に凸変形させることにより形成されている。こうした突出部５は上記（ａ），（ｂ）の条件を満たして集合管２の最上流側に位置する分岐管３を除く全ての分岐管３に対応するようにして集合管２にそれぞれ形成されている。

以上説明した本実施形態によれば以下に記載する作用効果を奏することができる。
（１）分岐管３から排出された排気が集合管２の内壁に衝突すると、その排気の一部は集合管２を逆流して同集合管２の上流から流れてきた排気と干渉する結果、圧力損失の増大を招くこととなる。しかしながら、本実施形態では集合管２の内壁の所定位置に、具体的には上述した二つの条件を満たすようにして、突出部５を形成するようにしているため、この突出部５によって分岐管３から排出された排気が集合管２の上流に逆流するのを抑制することができ、集合管２における排気の干渉を抑制することができる。これにより、分岐管３から集合管２に流入する排気を集合管２の下流へと円滑に導くことができ、各分岐管３から集合管２に流入する排気が干渉することに起因する圧力損失の増大を回避することができるようになる。また、このように排気の干渉を抑制することによって、騒音や振動の低減効果を得ることもできる。さらに、突出部５自体が集合管２の管壁を補強する補強部材としての機能を有するようになるため、これによっても騒音や振動の低減効果を得ることができる。

（２）更に、集合管２の管壁をその外部から内部に向けて凸変形させることによって突出部５を形成するようにしているため、別部材を集合管２の内壁に設けることにより突出部を形成するようにした構成と比較して、同突出部５を集合管２に対して容易に設けることができ、排気マニホールドの重量増大や大型化を招くこともない。

（３）また、突出部５は集合管２の最上流側に接続される分岐管３を除く全ての分岐管３にそれぞれ対応して集合管２の内壁に形成される。したがって、上述したような排気の逆流の発生を全ての分岐管３について抑制することができ、圧力損失の増大を好適に回避することができるようになる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

図３は集合管２と分岐管３の接続部分の断面構造を示している。分岐管３は集合管２の長手方向と直交する方向に延伸する状態で接続されている。また、同図３に示されるように、分岐管３は、集合管２に近接するほど排気の流路断面積が大きくなるように集合管２の排気下流側に位置する分岐管３の側壁（図３の右側の側壁）が排気上流側に位置する側壁（同図３の左側の側壁）に対して傾斜する形状を有している（図３の破線で囲まれた部分）。

以上説明した本実施形態によれば、上述した（１）〜（３）の作用効果に加えて更に以下に記載する作用効果を奏することができる。
（４）分岐管３の傾斜した側壁に沿って流れる排気の流れ方向がその側壁によって徐々に変えられることにより、分岐管３から集合管２に流入する排気の流れを集合管２の排気下流側に指向させることができる。この結果、排気の干渉が生じにくくなって圧力損失を低減することができるようになる。さらに、集合管２に形成された突出部５によってもこうした排気の干渉が併せて抑制されるようになるため、一層円滑に排気を集合管の下流側に流すことができ、圧力損失はもとより騒音や振動の更なる低減を図ることができるようになる。

以上説明した各実施形態は以下のようにこれを適宜変更した態様にて実施することもできる。
・上記各実施形態では突出部５はその断面形状が半円形となるようにしたが、その断面形状は排気の流れ等を考慮して適宜変更することができる。例えば、図４に示すように、突出部５はその断面形状を、頂部Ｈが集合管２の排気上流側に偏移した形状にしてもよい。
・上記各実施形態において、集合管２の管壁を外部から内部に凸変形することにより突出部５を形成するようにしたが、例えば鋳造形成される排気マニホールドであればその鋳造型に突出部に対応する部位を設けることにより、突出部を形成するようにしてもよい。また、別部材を集合管２の内壁に取り付けることにより突出部を形成することもできる。こうした構成にあっても、少なくとも、上述した排気の干渉についてはこれを抑制することができ、圧力損失の増大を回避することはできる。
・上記各実施形態では、集合管２の最上流側に位置する分岐管３を除く全ての分岐管３に対応してそれぞれ突出部５を形成するようにしたが、必ずしも全ての分岐管３に対応して突出部５を形成する必要はなく、例えば特定の分岐管３にのみ対応する突出部５を形成する構成を採用することもできる。

第１の実施形態にかかる排気マニホールドの全体構造を示す断面図。 分岐管と集合管との接続部分を拡大して示す拡大断面図。 第２の実施形態における排気マニホールドの部分断面図。 第２の実施形態の変形例における排気マニホールドの部分断面図。 従来の排気マニホールドを示す斜視図。 従来の排気マニホールドの断面図。

符号の説明

１…内燃機関、１ａ…排気ポート、２…集合管、３…分岐管、４…気筒、５…突出部。

Claims (4)

1. 集合管の長手方向と直交する方向に延伸する複数の分岐管により多気筒内燃機関の各気筒と同集合管とを連通する排気マニホールドにおいて、
   前記分岐管との接続部分と対向する前記集合管の内壁に同集合管の内部に向かって突出する突出部が形成され、該突出部はその突出量の最も大きい部分が、前記分岐管との流路断面を前記集合管の内壁に投影した投影領域の中心より排気上流側に位置し且つ同分岐管と上流側で隣接する分岐管の流路断面を前記集合管の内壁に投影した投影領域より下流側に位置する
   ことを特徴とする排気マニホールド。
2. 請求項１に記載の排気マニホールドにおいて、
   前記突出部は前記集合管の管壁をその外部から内部に向けて凸変形させることにより形成される
   ことを特徴とする排気マニホールド。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排気マニホールドにおいて、
   前記分岐管は、前記集合管との接続部分に近接するほど排気の流路断面積が大きくなるように前記集合管の排気下流側に位置する同分岐管の側壁が排気上流側に位置する側壁に対して傾斜した形状を有してなる
   ことを特徴とする排気マニホールド。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気マニホールドにおいて、
   前記突出部は前記集合管の最上流側に接続される分岐管を除く全ての分岐管にそれぞれ対応して前記集合管の内壁に形成される
   ことを特徴とする排気マニホールド。

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