JP2010112383A - 排気ガスシステム - Google Patents

Abstract

【課題】曲げに対して抵抗する入口管スタブを備えたコレクタ装置を用いて、排気ガスシステムの製造費用および重量を改善する。
【解決手段】排気ガスシステムが、排気マニホールド１１、特に、内燃機関の排気ガス出口に接続するための複数の入口管１５，１６，１７と、該入口管を連結するためのコレクタ装置１９とを有した一重壁排気マニホールドを備える。コレクタ装置１９は、排気ガスシステムの下流側要素に接続される出口開口部を備え、かつ曲げに対して抵抗し、入口管１５，１６，１７は、コレクタ装置１９に比べて比較的可撓性である。また、コレクタ装置１９は、曲げに対して抵抗する入口管スタブ２５を備える。エンジンフランジ１３，１３’と、曲げに対して抵抗するコレクタハウジング１９とを、該ハウジング１９と一体に形成された入口管スタブ２５を介して直接的に接続することにより、マニホールド構造体の高い強度が達成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスシステムに関し、該排気ガスシステムは、排気マニホールド、特に、内燃機関の排気ガス出口に接続するための複数の入口管と、該入口管を連結するためのコレクタ装置とを有した一重壁排気マニホールドを備える。ここで、コレクタ装置は、排気ガスシステムの下流側要素に接続される出口開口部を備えており、かつ曲げに対して抵抗する。入口管は、コレクタ装置に比べて、比較的可撓性である。

本発明の主な目的は、製造費用および重量について、上記のような排気ガスシステムを向上させることである。

この目的は、コレクタ装置が、同様に曲げに対して抵抗する入口管スタブを備え、この入口管スタブが内燃機関の排気ガス出口に直接的に接続されるように形成されることによって満足される。

曲げに対して抵抗する入口管スタブが内燃機関の排気ガス出口に接続されているので、このスタブは、コレクタ装置および排気マニホールド全体（これは本質的に別の付加的な支持要素を備えることができる）の支持要素として作用する。これにより、排気マニホールドの別の支持もしくは接続を無くすことができる。したがって、排気マニホールドの重量および製造費用の両方が減少される。

したがって、曲げに対して抵抗する入口管スタブを有したコレクタ装置も支持機能を備えており、コレクタ装置に比べてより可撓性の入口管は、該入口管のシール機能に加えて、温度変化に伴う膨張差を補償するように作用する。

入口管スタブは、コレクタ装置と特に一体に形成することができる。コレクタ装置は、曲げに対して抵抗する材料から形成されることが好ましい。また、曲げに対する抵抗性は、材料の選択に加えて、コレクタ装置の材料の厚さや断面形状によっても達成することができる。したがって、コレクタ装置は、排気ガスシステムへ組み込むための自己支持構成要素を形成する。

入口管は、コレクタ装置に比べて比較的可撓性の材料から形成することができる。しかし、入口管の曲げに対する比較的高い抵抗は、材料の選択に加えて、管の材料の厚さや断面形状によっても達成することができる。したがって、入口管は、分割された要素や調整要素を使用しないで形成できることが好ましい。また、管は、熱膨張によって各管にどれ程高い負荷が生じるかに応じて、互いに異なる材料から形成したり、異なる壁の厚さにすることもできる。したがって、長い管は、壁の厚さを大きく形成するか、もしくは高強度材料から形成することができ、短い管は、薄い材料または費用効果がより大きい単に強い材料から形成することができる。

コレクタ装置は、１部品のコレクタハウジングとして特に形成することができ、異なる方法、例えば、溶接、ねじ留め、はんだ付け、Ｖ型クリップ、平帯型クリップによって排気ガスシステムの下流側部品に接続することができる。

コレクタ装置は、鋳造部品として特に形成することができる。また、コレクタ装置は、壁の厚さが大きい内部高圧成型部品として形成することができる。しかし、入口管は、金属薄板部品または製造された管として形成されることが好ましい。

１つの実施例では、コレクタ装置は、エンジン付近のターボチャージャや触媒コンバータに接続されている。コレクタ装置は、１−スクロールまたは２−スクロールのターボチャージャに接続するように特に形成される。２−スクロールチャージャでは、コレクタ装置は、出口開口部まで延びる仕切壁を備える。１−スクロールチャージャでは、従来の接合管が設けられている。すなわち、仕切壁を特に備えていない。点火順の間隔が可能な限り大きくなるように排気ガス出口を組み合わせてなる点火順序に対応したマニホールドとして排気マニホールドを形成するように、別の観点から、排気ガス経路が分離されることが好ましい。

コレクタ装置は、ターボチャージャの下流側タービンハウジングの少なくとも一部を形成することができる。したがって、追加の費用および構成要素を節約することができる。コレクタ装置は、取付部、特に、空燃比センサ用の一体型取付部を備えることができる。同様に、コレクタ装置に追加の取付部を一体に形成することができ、この形成された取付部によって、構成要素、例えば、周囲の構成要素を遮熱するためのスクリーン面を取り付けることができる。

１つの実施例では、入口管とコレクタ装置の入口管スタブとが、１つまたは複数のエンジンフランジに接続されている。エンジンフランジは、金属薄板フランジとして形成することができ、排気ガス入口側において、コレクタ装置の入口管スタブが、この金属薄板フランジに接続される。これは、製造費用および重量の点で有利である。

溶接による接合、特に、入口管とエンジンフランジとの間および入口管とコレクタ装置との間の溶接による接合は、溶接が外側でなされるように形成されることが好ましい。これにより、排気マニホールドの内側での溶接飛末を防止することができる。

本発明の排気マニホールドは、例えば、４気筒エンジンに使用することができる。ここで、モータフランジは、分割された形態で形成され得る。これにより、熱膨張を減少させることができる。

入口管の壁の厚さは、約１．２ｍｍ以下であることが好ましい。コレクタ装置の壁の厚さは、少なくとも約１．５ｍｍ、特に、約２〜３ｍｍであることが好ましい。

本発明の排気ガスシステムの排気マニホールドを示した平面図である。 図１の排気マニホールドを９０°回転させた平面図である。 図１の排気マニホールドをさらに９０°回転させた平面図である。 図１の排気マニホールドの側面図である。 図１の排気マニホールドの断面を取った部分的な平面図である。 図１の排気マニホールドの断面を取った部分的な側面図である。 図１の排気マニホールドの部分的な断面図である。 図１の排気マニホールドの部分的な断面図である。 図１の排気マニホールドの部分的な断面図である。 図１の排気マニホールドの部分的な断面図である。 図１の排気マニホールドの部分的な斜視図である。

図には、４つの管を備えた一重壁排気マニホールド１１が示されており、該排気マニホールド１１は、４気筒内燃機関の排気ガスシステムの一部を形成している。排気マニホールド１１は、入口側において、分割されたエンジンフランジ１３，１３’に接続されており、出口側において、図には示されていないターボチャージャに接続されている。排気マニホールド１１には、３つの入口管１５，１６，１７が設けられており、これらの入口管１５，１６，１７は、比較的可撓性の材料から形成されており、排気ガス入口側において、対応したエンジンフランジ１３，１３’の開口部内に受けられる。排気ガス出口側では、入口管１５，１６，１７は、コレクタハウジング１９に接続されている。コレクタハウジング１９は、曲げに対して抵抗する鋳造部品として形成されるとともに、壁を備えており、この壁において、接続スタブ２０，２１，２２が入口管１５，１６，１７を受けるように形成されている。

コレクタハウジング１９は、さらに入口管スタブ２５と一体に形成されており、該入口管スタブ２５は、排気ガス入口側においてエンジンフランジ１３，１３’の開口部内に受けられている。内燃機関は、４つの排気ガス出口を備える。これらの排気ガス出口のうちの３つは、入口管１５，１６，１７の１つとそれぞれ連通しており、残りの１つの排気ガス出口は、入口管スタブ２５と連通している。コレクタハウジング１９は、第１のコレクタ空間２７および第２のコレクタ空間２９を画定する。第１のコレクタ空間２７には、入口管１５，１６，１７のうちの２つからの排気ガス流が案内される。第２のコレクタ空間２９には、入口管１５，１６，１７の残りの１つからの排気ガス流と、入口管スタブ２５からの排気ガス流とが案内される。さらに、コレクタハウジング１９は、２つの凹部３１，３３を備えており、これらの凹部３１，３３には、空燃比センサがそれぞれ挿入される。ここでは、簡潔にするために、空燃比センサを図示していない。コレクタ空間２７，２９は、各空燃比センサが２つの排気ガス出口の排気ガス流に曝されるように形成されている。

入口管１５，１６，１７は、エンジンフランジ１３，１３’と、接続スタブ２０，２１，２２の１つとにそれぞれ溶接される。同様に、入口管スタブ２５は、エンジンフランジ１３，１３’に溶接される。加熱時に必要となる長さの補償は、入口管１５，１６，１７によって行うことができる。すなわち、入口管１５，１６，１７は、比較的高い可撓性つまり変形性を有するように製造された管である。エンジンフランジ１３，１３’と、曲げに対して抵抗するコレクタハウジング１９とを、該コレクタハウジング１９と一体に形成された入口管スタブ２５を介して直接的に接続することにより、入口管１５，１６，１７が可撓性であるにもかかわらず、マニホールド構造体の高い強度が達成される。特に、内燃機関とターボチャージャのタービンハウジングとの間の接続は、曲げに対して抵抗し、かつ比較的形状が安定した構造にのみ依存している。したがって、排気マニホールド１１は、自己支持構成要素を形成しており、高温時に、別の支持要素を必要としない。

コレクタハウジング１９および入口管１５，１６，１７は、比較的簡単かつ比較的高精度にそれぞれ製造することができ、これにより、排気マニホールド１１は、製造の費用効果が大きい。

１１・・・排気マニホールド
１３，１３’・・・エンジンフランジ
１５，１６，１７・・・入口管
１９・・・コレクタハウジング
２０，２１，２２・・・接続スタブ
２５・・・入口管スタブ
２７，２９・・・コレクタ空間
３１，３３・・・凹部

Claims (15)

1. 排気マニホールド（１１）、特に、内燃機関の排気ガス出口に接続するための複数の入口管（１５，１６，１７）と、該入口管（１５，１６，１７）を連結するためのコレクタ装置（１９）とを有した一重壁排気マニホールドを備え、前記コレクタ装置（１９）は、排気ガスシステムの下流側要素に接続される出口開口部を備え、かつ曲げに対して抵抗し、前記入口管（１５，１６，１７）は、前記コレクタ装置（１９）に比べて比較的可撓性である、排気ガスシステムにおいて、
   前記コレクタ装置（１９）は、内燃機関の排気ガス出口に直接的に接続するように形成された曲げに対して抵抗する入口管スタブ（２５）を備えることを特徴とする排気ガスシステム。
2. 前記入口管スタブ（２５）は、前記コレクタ装置（１９）と一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガスシステム。
3. 前記コレクタ装置（１９）は、曲げに対して抵抗する材料から形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガスシステム。
4. 前記入口管（１５，１６，１７）は、前記コレクタ装置（１９）に比べて比較的可撓性の材料から形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気ガスシステム。
5. 前記コレクタ装置（１９）は、１部品のコレクタハウジングとして形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の排気ガスシステム。
6. 前記コレクタ装置（１９）は、鋳造部品として形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の排気ガスシステム。
7. 前記コレクタ装置（１９）は、壁の厚みが大きい内部高圧成型部品として形成されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の排気ガスシステム。
8. 前記入口管（１５，１６，１７）は、金属薄板部品として形成されることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の排気ガスシステム。
9. 前記コレクタ装置（１９）は、エンジン付近のターボチャージャや触媒コンバータに接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の排気ガスシステム。
10. 前記コレクタ装置（１９）は、ターボチャージャの下流側タービンハウジングの少なくとも一部を形成することを特徴とする請求項９に記載の排気ガスシステム。
11. 前記コレクタ装置（１９）は、取付部（３１，３３）、特に、空燃比センサ用の一体型取付部を備えることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の排気ガスシステム。
12. 前記排気マニホールド（１１）は、点火順序に対応したマニホールドとして形成されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の排気ガスシステム。
13. 前記入口管（１５，１６，１７）と前記コレクタ装置（１９）の前記入口管スタブ（２５）は、１つまたは複数のエンジンフランジ（１３，１３’）に接続されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の排気ガスシステム。
14. 前記入口管（１５，１６，１７）の壁の厚みは、１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の排気ガスシステム。
15. 前記コレクタ装置（１９）の壁の厚さは、少なくとも１．５ｍｍ、特に、約２〜３ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の排気ガスシステム。

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