JP4206816B2 - 排気マニホールド構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気マニホールドと該排気マニホールドの下流側に設けられたターボ過給機とを有している排気マニホールド構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、多気筒エンジンにおける複数の排気ポートのそれぞれと連通した上流側フランジと、上流側フランジにつながった複数の分岐管と、これらの分岐管からの排気が集合する排気集合ケース部と、この排気集合ケース部の下流側に設けられた下流側フランジとを備えた排気マニホールドが知られている(例えば、特許文献1を参照)。この排気マニホールドでは、複数の分岐管のうち一部の分岐管が上流側及び下流側フランジとともに鋳造により一体成形されている一方、それ以外の分岐管が金属パイプで構成されている。そして、分岐管を上述のような構成にすることにより、上記排気マニホールドでは、十分な強度を保ちつつ軽量化を図ることができる。
【0003】
【特許文献1】
実開平4−129834号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、下流側フランジの下流側にはターボ過給機が設置されている場合がある。このターボ過給機は金属製であるがゆえにそれ相応の重さを有している。したがって、このターボ過給機を確実に支持するためには、ターボ過給機を支持する排気マニホールドがある程度の強度を持っていなければならない。
【0005】
また、排気マニホールドの下流側には触媒コンバータが設けられているため、この触媒コンバータの触媒の活性化を図るべく、触媒コンバータに流入する排気の温度はより高温であることが好ましい。ここで、排気の温度を高温に保つためには、排気マニホールドによる排気からの熱の吸収を抑えればよい。
【0006】
また、上記金属パイプは排気の熱により伸びるため、この伸びを吸収することができる部材を排気マニホールドに備え付ける必要がある。
【0007】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の分岐管のうち一部の分岐管が上流側及び下流側フランジとともに鋳造により一体成形されている一方、上記分岐管以外の分岐管が金属パイプからなる排気マニホールドと該排気マニホールドの下流側に設けられたターボ過給機とを備えた排気マニホールド構造において、ターボ過給機を確実に支持するとともに排気の温度の低下を防ぎ、熱による金属パイプの伸びを吸収することができる技術を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、それぞれが、多気筒エンジンにおける複数の排気ポートのそれぞれと連通した複数のポート用開口部を有し且つ気筒列方向に延びている上流側フランジと、該上流側フランジにおける上記多気筒エンジンと反対側の面に上記各ポート用開口部に対応するように配設された複数の分岐管と、該各分岐管からの排気が集合する排気集合ケース部と、該排気集合ケース部の下流側に設けられた下流側フランジとを有している排気マニホールドと、タービンとコンプレッサと上記タービンに取り付けられ且つ上記下流側フランジに結合されたタービン側フランジとを有しているターボ過給機とを備えた排気マニホールド構造であって、上記排気集合ケース部、上記下流側フランジ及び上記ターボ過給機が、上記多気筒エンジンの気筒列方向一方側に位置し、上記上流側フランジと上記複数の分岐管のうち上記気筒列方向一方側に位置している分岐管により構成されている一方側分岐管部と上記排気集合ケース部と上記下流側フランジとが、鋳造により一体成形されて排気マニホールド本体を構成し、上記複数の分岐管のうち上記一方側分岐管部以外の分岐管により構成されている他方側分岐管部が、金属パイプからなり、上記排気マニホールド本体が更に、上記排気集合ケース部に鋳造により一体成形され且つ該排気集合ケース部から上記他方側分岐管部の下流端に向かって延びているパイプ接続部を有し、上記他方側分岐管部の下流端と上記パイプ接続部の上流端とが、熱による上記他方側分岐管部の歪みを吸収する熱歪み吸収機構を介して接続されていることを特徴とするものである。
【0009】
これにより、排気マニホールド本体は鋳造により一体成形されているため、排気マニホールド本体はある程度の強度を有している。したがって、下流側フランジに結合されたターボ過給機、すなわち、排気マニホールド本体に結合されたターボ過給機を確実に支持することができる。
【0010】
ところで、鋳造により成形された分岐管は金属パイプからなる分岐管と比べて厚みがあるため、鋳造により成形された分岐管の方が排気から熱を奪いやすい。
【0011】
ここで、本発明によれば、他方側分岐管部が金属パイプからなるため、分岐管のすべてが鋳造により成形されている場合と比較して、排気マニホールドによる排気からの熱の吸収を抑えることができる。したがって、排気の温度の低下を防ぐことができる。
【0012】
また、金属パイプからなる他方側分岐管部とパイプ接続部とは熱歪み吸収機構を介して接続されているため、この熱歪み吸収機構により、熱による他方側分岐管部の歪み、すなわち、他方側分岐管部の伸びを吸収することができる。
【0013】
ところで、ターボ過給機のタービンの周囲には、排気マニホールド等の排気系とともに、ターボ過給機のコンプレッサ、吸気管等の吸気系が配設されているため、ターボ過給機が多気筒エンジンの気筒列方向中央部に位置している場合には、吸気系の配置位置が制限されるとともに、吸気系が排気系の近辺に配置されることになる。
【0014】
ここで、本発明によれば、一方側分岐管部、排気集合ケース部、下流側フランジ及びターボ過給機が多気筒エンジンの気筒列方向一方側に位置しているため、一方側分岐管部、排気集合ケース部、下流側フランジ及びターボ過給機が多気筒エンジンの気筒列方向中央部に位置している場合と比較して、コンプレッサの周囲にはスペースが生じる。したがって、吸気系の配置の自由度を高めることができ、ひいては、吸気系を排気系から離して配置することができる。
【0015】
第2の発明は、上記第1の発明において、上記多気筒エンジンが、上記気筒列方向一方側と反対側の気筒列方向他方側から上記気筒列方向一方側に向かって順に並んだ第1、第2、第3及び第4気筒を有している直列4気筒エンジンにより構成され、上記第1、第2、第3及び第4気筒がそれぞれ、上記複数の排気ポートとしての第1、第2、第3及び第4排気ポートと連通し、上記第1、第2、第3及び第4排気ポートがそれぞれ、上記複数のポート用開口部としての第1、第2、第3及び第4ポート用開口部と連通し、上記複数の分岐管が、上記第1、第2、第3及び第4ポート用開口部のそれぞれに対応するように配設された第1、第2、第3及び第4分岐管により構成され、上記一方側分岐管部が上記第3及び第4分岐管により構成され、上記他方側分岐管部が上記第1及び第2分岐管により構成されていることを特徴とするものである。
【0016】
これにより、直列4気筒エンジンに係る排気マニホールド構造において、ターボ過給機を確実に支持するとともに排気の温度の低下を防ぎ、熱による他方側分岐管部の伸びを吸収することができる。また、直列4気筒エンジンに係る排気マニホールド構造において、吸気系の配置の自由度を高めることができるとともに、吸気系を排気系から離して配置することができる。
【0017】
第3の発明は、上記第2の発明において、上記直列4気筒エンジンが、上記第1、第3、第4及び第2気筒の順に排気行程が行われるように構成され、上記第1分岐管が、上流端が上記第1ポート用開口部に溶接され且つ該第1ポート用開口部から上記気筒列方向一方側に湾曲しながら延びている湾曲部と該湾曲部の下流端から上記気筒列方向一方側に延び且つ下流端が上記熱歪み吸収機構を介して上記パイプ接続部の上流端に接続されている直路部とにより構成され、上記第2分岐管が、上流端が上記第2ポート用開口部に溶接されているとともに該第2ポート用開口部から気筒列方向と直交する方向に延び且つ下流端が上記直路部に接続されていることを特徴とするものである。
【0018】
これにより、第1及び第2分岐管が排気行程の順番が連続する第1及び第2気筒のそれぞれに対応するため、第1及び第2分岐管が排気行程の順番が連続しない第1及び第2気筒のそれぞれに対応する場合と比較して、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【0019】
第4の発明は、上記第3の発明において、上記熱歪み吸収機構が、上記パイプ接続部の上流端部と該上流端部に摺動自在に嵌挿された上記第1分岐管の下流端部とからなる摺動部と、該摺動部の外周面を覆うように設けられたベローズ管とにより構成されていることを特徴とするものである。
【0020】
これにより、摺動部とベローズ管とからなる簡単な構造により本発明に係る熱歪み吸収機構を具現化することができる。
【0021】
第5の発明は、上記第1〜第4の発明のいずれか1つにおいて、上記コンプレッサが、上記タービンの上記気筒列方向一方側の側方に位置し、上記ターボ過給機が、上記コンプレッサにおける上記気筒列方向一方側の面に取り付けられたコンプレッサ側フランジを有していることを特徴とするものである。
【0022】
これにより、コンプレッサがタービンの気筒列方向一方側の側方に位置し、また、コンプレッサにおける気筒列方向一方側の面にはコンプレッサ側フランジが取り付けられているため、コンプレッサがタービンの気筒列方向他方側の側方に位置している場合と比較して、コンプレッサの周囲にはスペースがさらに生じる。したがって、吸気系の配置の自由度をさらに高めることができる。
【0023】
第6の発明は、上記第1〜第5の発明のいずれか1つにおいて、上記排気マニホールド本体が更に、該排気マニホールド本体に鋳造により一体成形されているとともに上記上流側フランジにおける上記各分岐管の配設側の面に沿って延び且つ内部に、2次エアが流通する2次エア流路が形成された2次エア流路部を有していることを特徴とするものである。
【0024】
これにより、排気マニホールド本体には更に2次エア流路部が鋳造により一体成形されているため、この2次エア流路部をターボ過給機の支持に寄与させることができる。したがって、ターボ過給機をさらに確実に支持することができる。
【0025】
第7の発明は、上記第6の発明において、上記上流側フランジにおける上記各ポート用開口部の近傍には、上記各排気ポートと連通した複数の分配用開口部が配設され、上記2次エア流路には、気筒列方向に延び且つ2次エアの入口と連通した2次エア流路本体と、該2次エア流路本体と上記各分配用開口部とを連通させている複数の2次エア分配流路とが含まれていることを特徴とするものである。
【0026】
ところで、排気系における2次エアの供給位置が上流であればあるほど、2次エアと排気とが早期に混合しやすくなる。
【0027】
ここで、本発明によれば、2次エアを、2次エア流路本体、各2次エア分配流路及び各分配用開口部を介して排気系の最上流に位置している各排気ポートに供給することができる。そのため、2次エアと各排気ポートを流通する排気とを早期に混合させることができ、排気中の炭化水素、一酸化炭素等を十分に酸化させることができる。したがって、排気の温度の高温化を図ることができ、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【0028】
【発明の効果】
上記第1の発明によれば、排気マニホールド本体は鋳造により一体成形されているため、排気マニホールド本体はある程度の強度を有している。したがって、排気マニホールド本体に結合されたターボ過給機を確実に支持することができる。
【0029】
また、他方側分岐管部が金属パイプからなるため、分岐管のすべてが鋳造により成形されている場合と比較して、排気マニホールドによる排気からの熱の吸収を抑えることができる。したがって、排気の温度の低下を防ぐことができる。
【0030】
また、金属パイプからなる他方側分岐管部とパイプ接続部とは熱歪み吸収機構を介して接続されているため、この熱歪み吸収機構により、熱による他方側分岐管部の歪みを吸収することができる。
【0031】
また、一方側分岐管部、排気集合ケース部、下流側フランジ及びターボ過給機が多気筒エンジンの気筒列方向一方側に位置しているため、一方側分岐管部、排気集合ケース部、下流側フランジ及びターボ過給機が多気筒エンジンの気筒列方向中央部に位置している場合と比較して、コンプレッサの周囲にはスペースが生じる。したがって、吸気系の配置の自由度を高めることができ、ひいては、吸気系を排気系から離して配置することができる。
【0032】
上記第2の発明によれば、直列4気筒エンジンに係る排気マニホールド構造において、ターボ過給機を確実に支持するとともに排気の温度の低下を防ぎ、熱による他方側分岐管部の伸びを吸収することができる。また、直列4気筒エンジンに係る排気マニホールド構造において、吸気系の配置の自由度を高めることができるとともに、吸気系を排気系から離して配置することができる。
【0033】
上記第3の発明によれば、第1及び第2分岐管が排気行程の順番が連続する第1及び第2気筒のそれぞれに対応するため、第1及び第2分岐管が排気行程の順番が連続しない第1及び第2気筒のそれぞれに対応する場合と比較して、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【0034】
上記第4の発明によれば、摺動部とベローズ管とからなる簡単な構造により本発明に係る熱歪み吸収機構を具現化することができる。
【0035】
上記第5の発明によれば、コンプレッサがタービンの気筒列方向一方側の側方に位置し、また、コンプレッサにおける気筒列方向一方側の面にはコンプレッサ側フランジが取り付けられているため、コンプレッサがタービンの気筒列方向他方側の側方に位置している場合と比較して、コンプレッサの周囲にはスペースがさらに生じる。したがって、吸気系の配置の自由度をさらに高めることができる。
【0036】
上記第6の発明によれば、排気マニホールド本体には更に2次エア流路部が鋳造により一体成形されているため、この2次エア流路部をターボ過給機の支持に寄与させることができる。したがって、ターボ過給機をさらに確実に支持することができる。
【0037】
上記第7の発明によれば、2次エアを、2次エア流路本体、各2次エア分配流路及び各分配用開口部を介して排気系の最上流に位置している各排気ポートに供給することができるため、2次エアと各排気ポートを流通する排気とを早期に混合させることができ、排気中の炭化水素、一酸化炭素等を十分に酸化させることができる。したがって、排気の温度の高温化を図ることができ、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0039】
図1に示すように、本発明の実施形態に係る排気マニホールド構造1は、直列4気筒エンジン3と、このエンジン3の下流側に設けられた排気マニホールド5と、この排気マニホールド5の下流側に設けられたターボ過給機7とを備えている。
【0040】
エンジン3は、車両に対して横置きに搭載されている。言い換えれば、エンジン3は、クランク軸(図示せず)が車幅方向に延びるように、車両に対して据えられている。このエンジン3は、車幅方向右側から車幅方向左側に向かって順に並んだ第1〜第4気筒(図示せず)を有している。このエンジン3では、第1、第3、第4及び第2気筒の順で排気行程が行われる。第1〜第4気筒はそれぞれ、エンジン3の一部を構成しているシリンダヘッド(図示せず)に形成された第1〜第4排気ポート(図示せず)と連通している。エンジン3の上方には、後述するコンプレッサ7cにより圧縮された高温吸気を冷却するインタークーラー9が設置されている。
【0041】
図1〜図4に示すように、排気マニホールド5はステンレス鋼からなり、ガスケット(図示せず)を介してシリンダヘッドの後方側の面に取り付けられている。排気マニホールド5は、気筒列方向に延びている板状の上流側フランジ11と、この上流側フランジ11につながっている管状の第1〜第4分岐管13,15,17,19と、これらの分岐管13,15,17,19からの排気が集合する排気集合ケース部21と、この排気集合ケース部21と連通した管状のパイプ接続部23と、排気集合ケース部21の下流側につながっている板状の下流側フランジ25と、内部に2次エアが流通する2次エア通路27a,27b,27c,27d,27eが形成された2次エア通路部27とを備えている。
【0042】
第3及び第4分岐管17,19と排気集合ケース部21とパイプ接続部23と下流側フランジ25とは、エンジン3の車幅方向左側、すなわち、エンジン3の気筒列方向左側に位置している。詳細には、第3及び第4分岐管17,19と排気集合ケース部21とパイプ接続部23と下流側フランジ25とは、エンジン3における気筒列方向と直交する方向に関する排気側(本実施形態ではエンジン3の後方側)であってエンジン3の気筒列方向左側寄りに配置されている。言い換えれば、第3及び第4分岐管17,19と排気集合ケース部21とパイプ接続部23と下流側フランジ25とは、エンジン3の後方側におけるエンジン3の気筒列方向中央部よりも気筒列方向左側に位置している。上流側フランジ11と第3及び第4分岐管17,19と排気集合ケース部21とパイプ接続部23と下流側フランジ25と2次エア通路部27とは、ステンレス鋼を用いて鋳造により一体成形されてステンレス鋳鋼製の排気マニホールド本体を構成している。なお、本発明に係る気筒列方向一方側は気筒列方向左側に対応する。
【0043】
上流側フランジ11は、気筒列方向右側から気筒列方向左側に向かって順に並んだ第1〜第4ポート用開口部11a,11b,11c,11dを有している。第1及び第2ポート用開口部11a,11bはそれぞれ、上流側フランジ11の背面、すなわち、上流側フランジ11におけるエンジン3と反対側の面から後方に且つ上方に突出している。第1及び第2ポート用開口部11a,11bにはそれぞれ、該第1及び第2ポート用開口部11a,11bを貫通した断面円状の貫通孔が形成されている。第3及び第4ポート用開口部11c,11dにはそれぞれ、上流側フランジ11を貫通した円状の開口が形成されている。第1〜第4ポート用開口部11a,11b,11c,11dはそれぞれ、第1〜第4排気ポートと連通している。なお、本発明に係る気筒列方向他方側は気筒列方向右側に対応する。
【0044】
上流側フランジ11における第1〜第4ポート用開口部11a,11b,11c,11dのそれぞれの近傍には、上流側フランジ11を貫通した円状の開口が形成された第1〜第4分配用開口部11e,11f,11g,11hが配設されている。詳細には、第1分配用開口部11eは第1ポート用開口部11aの右下側に形成され、第2分配用開口部11fは第2ポート用開口部11bの右下側に設けられ、第3分配用開口部11gは第3ポート用開口部11cの左下側に形成され、第4分配用開口部11hは第4ポート用開口部11dの左下側に設けられている。また、第1〜第4分配用開口部11e,11f,11g,11hの口径は、第1〜第4ポート用開口部11a,11b,11c,11dの口径よりも小さい。
【0045】
上記第1〜第4分岐管13,15,17,19はそれぞれ、上流側フランジ11の背面に第1〜第4ポート用開口部11a,11b,11c,11dに対応するように配置されている。すなわち、第1〜第4分岐管13,15,17,19はそれぞれ、第1〜第4ポート用開口部11a,11b,11c,11dを介して第1〜第4排気ポートと連通している。
【0046】
第1分岐管13は金属パイプ、例えば、ステンレス鋼製のパイプからなる。第1分岐管13は、第1ポート用開口部11aから上方に且つ気筒列方向左側の方向に湾曲しながら延びている湾曲部13aと、この湾曲部13aの下流端から気筒列方向左側の方向に延びている直線部13bと、後述する嵌挿部13cとにより構成されている。湾曲部13aの上流端部は第1ポート用開口部11aに内嵌されて溶接されている。直線部13bの鉛直方向に関する位置は、上流側フランジ11の上端の位置よりも高い(図2及び図4を参照)。直線部13bにおける第2分岐管15の下流端に対向する部分には、第2分岐管15の下流端に向かって開口した開口部が形成されている。
【0047】
第2分岐管15は金属パイプ、例えば、ステンレス鋼製のパイプからなり、第2ポート用開口部11bから上方に且つ車両前後方向に延びている。第2分岐管15の上流端部は第2ポート用開口部11bに差し込まれて溶接されている。第2分岐管15の下流端は直線部13bの開口部に溶接されている。詳細には、第2分岐管15の下流端部はつば状に形成され、そのつば部が開口部に溶接されている。そして、第2分岐管15と直線部13bとは開口部を介して連通している。なお、本発明に係る他方側分岐管部は第1及び第2分岐管13,15に対応する。
【0048】
第3及び第4分岐管17,19は、4本の分岐管13,15,17,19のうち気筒列方向左側に位置しているものである。第3分岐管17は、第3ポート用開口部11cから上方に且つ気筒列方向左側の方向に湾曲しながら延びている。第4分岐管19は、第4ポート用開口部11dから上方に向かって延びている。なお、本発明に係る一方側分岐管部は第3及び第4分岐管17,19に対応する。
【0049】
上記排気集合ケース部21には、第3分岐管17の下流端と第4分岐管19の下流端とパイプ接続部23の下流端とがつながっている。排気集合ケース部21の下流端は、下流側フランジ25の開口部25a(開口部25aについては後述する)につながっている。上記パイプ接続部23は、排気集合ケース部21における気筒列方向右側の部分から上方に且つ気筒列方向右側に向かって延びている。すなわち、パイプ接続部23は、排気集合ケース部21から直線部13bの下流端に向かって延びている。パイプ接続部23の上流端と直線部13bの下流端とは、後述する熱歪み吸収機構29を介して接続されている。
【0050】
図5に示すように、熱歪み吸収機構29は、第1分岐管13を流れる排気の熱による該第1分岐管13の歪みを吸収するものである。熱歪み吸収機構29は、パイプ接続部23の上流端部23aと該上流端部23aに摺動自在に差し込まれた管状の嵌挿部13cとからなる摺動部と、この摺動部の外周面を覆うように設けられたベローズ管29aとにより構成されている。詳しくは、パイプ接続部23の上流端部23aの内周面にパイプ接続部23の外側に凹んでなる凹部が形成され、この凹部の下流端と嵌挿部13cの上流端との間に隙間が形成されるように、嵌挿部13cが凹部に内嵌されている。嵌挿部13cは直線部13bの下流端部に外嵌されている。ベローズ管29aの上流端は嵌挿部13cの外周面に溶接されている一方、下流端はパイプ接続部23の上流端部23aの外周面に溶接されている。なお、本発明に係る第1分岐管の下流端部は嵌挿部13cに対応する。
【0051】
図1〜図4に示すように、上記下流側フランジ25は水平方向に延びている。下流側フランジ25の上下方向に関する位置は、上流側フランジ11における各ポート用開口部11a,11b,11c,11dの上端部の位置とほぼ一致している(図4を参照)。下流側フランジ25には、円状の開口が形成された開口部25aが設けられている。
【0052】
図1及び図2に示すように、上記ターボ過給機7はエンジン3の気筒列方向左側に位置し、下流側フランジ25の下側に設置されている。ターボ過給機7は、排気のエネルギーにより回転するタービン7aと、このタービン7aの上端側に取り付けられたタービン側フランジ7bと、タービン7aに直結した遠心式のコンプレッサ7cと、このコンプレッサ7cにおける気筒列方向左側の面に取り付けられたコンプレッサ側フランジ7dとを有している。
【0053】
タービン7aの下流側には、排気管(図示せず)を介して触媒コンバータ(図示せず)が設けられている。タービン側フランジ7bは下流側フランジ25に結合され、タービン側フランジ7bには円状の排気入口が形成されている。コンプレッサ7cはタービン7aの気筒列方向左側に位置し、吸気系の一部を構成している。ターボ過給機7の周囲には吸気系が配置されている。具体的には、コンプレッサ7cの気筒列方向右側には、下流端が、コンプレッサ側フランジ7dを介してコンプレッサ7cに接続された、車両前後方向に延びている第1吸気管31が取り付けられている。また、コンプレッサ7cの上方には、上流端がコンプレッサ7cに接続されているとともに下流端がインタークーラー9に接続されている、鉛直方向に延びている第2吸気管32が据え付けられている。
【0054】
図2〜図4に示すように、上記2次エア通路部27は、上流側フランジ11の背面に沿って気筒列方向に延びている。詳細には、2次エア通路部27は、上流側フランジ11の背面における第1〜第4ポート用開口部11a,11b,11c,11dの下端部に沿うように、車幅方向に延びている。2次エア通路部27の内部には、気筒列方向に延びている2次エア通路本体27aと、車両前後方向に延びている第1〜第4分配通路27b,27c,27d,27eとが形成されている。2次エア通路本体27aの両端(本実施形態では2次エア通路本体27aの左右端)は塞がれている。第1〜第4分配通路27b,27c,27d,27eはそれぞれ、第1〜第4分配用開口部11e,11f,11g,11hにつながっている。ガスケットにおける第1〜第4分配用開口部11e,11f,11g,11hのそれぞれに対応する部分には、第1〜第4ガスケット開口(図示せず)が形成されている。シリンダヘッドにおける第1〜第4ガスケット開口のそれぞれに対応する部分には、第1〜第4ガスケット開口と第1〜第4排気ポートとを連通させている第1〜第4シリンダ通路(図示せず)が形成されている。つまり、2次エア通路本体27aと各排気ポートとは、各分配通路27b,27c,27d,27e、各分配用開口部11e,11f,11g,11h、各ガスケット開口及び各シリンダ通路を介して連通している。なお、本発明に係る上流側フランジにおける各分岐管の配設側の面は、上流側フランジ11の背面に対応する。
【0055】
2次エア通路部27の上面における第3分岐管17と第4分岐管19との間には、2次エアを2次エア通路本体27aに導入するための2次エア導入部33が接続されている(図6も参照)。この2次エア導入部33は、鋳造後の排気マニホールド本体に対して取り付けられている。2次エア導入部33は、円状の2次エア導入口が形成された板状の導入用フランジ33aと、上下方向に延びているステンレス鋼製の導入用パイプ部33bとにより構成されている。すなわち、2次エア通路本体27aと2次エア導入口とは、2次エア導入部33を介して連通している。導入用フランジ33aは水平方向に延びている。導入用フランジ33aの鉛直方向に関する位置は、第1気筒13の直線部13bの上端の位置にほぼ一致している。なお、本発明に係る2次エアの入口は2次エア導入口に対応する。
【0056】
−エンジンの排気−
ここで、排気マニホールド構造1を用いてエンジンの排気を行う際の動作について説明する。
【0057】
エンジンが作動すると、第1気筒、第3気筒、第4気筒、第2気筒の順に排気の排出が行われる。次に、エンジンから排出された排気は、第1分岐管13、第3分岐管17、第4分岐管19、第2分岐管15の順に流入する。次に、第1分岐管13を流通した排気がパイプ接続部23を介して排気集合ケース部21に流れ込み、その後、第3分岐管17を流通した排気が排気集合ケース部21に流入する。それから、第4分岐管19を流通した排気が排気集合ケース部21に流れ込み、その後、第2分岐管15を流通した排気が第1分岐管13の直線部13b及びパイプ接続部23を介して排気集合ケース部21に流入する。次に、排気集合ケース部21を流通した排気は、下流側フランジ25の開口部25a及びタービン側フランジ7bの排気入口を介して、タービン7aに流れ込む。そして、タービン7aを流通した後、排気は排気管を介して触媒コンバータに流入する。
【0058】
また、2次エア通路本体27aに流れ込んだ2次エアは、各分配通路27b,27c,27d,27e、各分配用開口部11e,11f,11g,11h、各ガスケット開口及び各シリンダ通路を介して、各排気ポートに流入する。そして、各排気ポートに流れ込んだ2次エアにより、各排気ポートを流通する排気中の炭化水素、一酸化炭素等は酸化されて水、二酸化炭素等になる。
【0059】
一方、第1吸気管31を介してコンプレッサ7cに流入した空気はコンプレッサ7cで圧縮され、圧縮されたその空気は第2吸気管32を介してインタークーラー9に流れ込む。
【0060】
以上により、本実施形態によれば、上流側フランジ11と第3及び第4分岐管17,19と排気集合ケース部21とパイプ接続部23と下流側フランジ25とを有している排気マニホールド本体が、鋳造により一体成形されているため、排気マニホールド本体はある程度の強度を有している。したがって、下流側フランジ25に結合されたターボ過給機7、すなわち、排気マニホールド本体に結合されたターボ過給機7を確実に支持することができる。
【0061】
また、4本の分岐管13,15,17,19のうち第1及び第2分岐管13,15がステンレス鋼製のパイプからなるため、4本の分岐管13,15,17,19のすべてが鋳造により成形されている場合と比較して、排気マニホールド5による排気からの熱の吸収を抑えることができる。したがって、排気の温度の低下を防ぐことができる。
【0062】
また、第1分岐管13の直線部13bとパイプ接続部23とは熱歪み吸収機構29を介して接続されているため、この熱歪み吸収機構29により、熱による第1分岐管13の歪み、すなわち、第1分岐管13の伸びを吸収することができる。
【0063】
また、本実施形態によれば、摺動部とベローズ管29aとからなる簡単な構造により、熱歪み吸収機構29を具体化することができる。
【0064】
また、第3及び第4分岐管17,19、排気集合ケース部21、下流側フランジ25及びターボ過給機7が直列4気筒エンジン3の気筒列方向左側に位置しているため、第3及び第4分岐管17,19、排気集合ケース部21、下流側フランジ25及びターボ過給機7が直列4気筒エンジン3の気筒列方向中央部に位置している場合と比較して、ターボ過給機7の周囲にはスペースが生じる。したがって、吸気系の配置の自由度を高めることができ、ひいては、吸気系を排気系から離して配置することができる。さらに、コンプレッサ7cがタービン7aの気筒列方向左側の側方に位置し、また、コンプレッサ7cにおける気筒列方向左側の面にコンプレッサ側フランジ7dが取り付けられているため、コンプレッサ7cがタービン7aの気筒列方向右側に位置している場合と比較して、コンプレッサ7cの周囲にはスペースがさらに生じる。したがって、吸気系の配置の自由度をさらに高めることができる。
【0065】
また、本実施形態によれば、直列4気筒エンジンに係る排気マニホールド構造1において、ターボ過給機7を確実に支持するとともに排気の温度の低下を防ぎ、熱による第1分岐管13の伸びを吸収することができる。また、本実施形態によれば、直列4気筒エンジンに係る排気マニホールド構造1において、吸気系の配置の自由度を高めることができるとともに、吸気系を排気系から離して配置することができる。
【0066】
また、第1及び第2分岐管13,15が排気行程の順番が連続する第1及び第2気筒のそれぞれに対応するため、第1及び第2分岐管13,15が排気行程の順番が連続しない第1及び第2気筒のそれぞれに対応する場合と比較して、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【0067】
また、排気マニホールド本体には2次エア通路部27が鋳造により一体成形されているため、この2次エア通路部27をターボ過給機7の支持に寄与させることができる。したがって、ターボ過給機7をさらに確実に支持することができる。
【0068】
また、2次エアを、2次エア通路本体27a、各分配通路27b,27c,27d,27e、各分配用開口部11e,11f,11g,11h、各ガスケット開口及び各シリンダ通路を介して排気系の最上流に位置している各排気ポートに供給することができる。そのため、2次エアと各排気ポートを流通する排気とを早期に混合させることができ、排気中の炭化水素、一酸化炭素等を十分に酸化させることができる。したがって、排気の温度の高温化を図ることができ、排気の温度の低下を確実に防ぐことができる。
【0069】
なお、本実施形態では、エンジン3が直列4気筒エンジンからなるが、4気筒以外の複数の気筒を有しているエンジンで構成されていてもよい。このとき、気筒数と同数の排気ポート、ポート用開口部及び分岐管が設けられる。
【0070】
また、本実施形態では、排気集合ケース部21とパイプ接続部23と下流側フランジ25とが直列4気筒エンジン3の気筒列方向左側に位置しているが、排気集合ケース部21とパイプ接続部23と下流側フランジ25とが直列4気筒エンジン3の気筒列方向右側に位置してもよい。このとき、第1及び第2分岐管13,15が上流側フランジ11等とともに鋳造により一体成形され、第3及び第4分岐管17,19がステンレス鋼製のパイプからなる。
【0071】
また、本実施形態では、第2分岐管15の下流端が第1分岐管13の直線部13bの開口部に溶接されているが、第2分岐管15の下流端を排気集合ケース部21に直接つなげてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態に係る排気マニホールド構造の平面図である。
【図2】実施形態に係る排気マニホールド構造の正面図である。
【図3】実施形態に係る排気マニホールドの平面図である。
【図4】実施形態に係る排気マニホールドの正面図である。
【図5】実施形態に係る熱歪み吸収機構の縦断面図である。
【図6】実施形態に係る排気マニホールドの側面図である。
【符号の説明】
1 排気マニホールド構造
3 直列4気筒エンジン(多気筒エンジン)
5 排気マニホールド
7 ターボ過給機
11 上流側フランジ
13 第1分岐管(他方側分岐管部)
15 第2分岐管(他方側分岐管部)
17 第3分岐管(一方側分岐管部)
19 第4分岐管(一方側分岐管部)
21 排気集合ケース部
23 パイプ接続部
25 下流側フランジ
27 2次エア通路部
Claims (7)
- それぞれが、多気筒エンジンにおける複数の排気ポートのそれぞれと連通した複数のポート用開口部を有し且つ気筒列方向に延びている上流側フランジと、該上流側フランジにおける上記多気筒エンジンと反対側の面に上記各ポート用開口部に対応するように配設された複数の分岐管と、該各分岐管からの排気が集合する排気集合ケース部と、該排気集合ケース部の下流側に設けられた下流側フランジとを有している排気マニホールドと、
タービンとコンプレッサと上記タービンに取り付けられ且つ上記下流側フランジに結合されたタービン側フランジとを有しているターボ過給機とを備えた排気マニホールド構造であって、
上記排気集合ケース部、上記下流側フランジ及び上記ターボ過給機は、上記多気筒エンジンの気筒列方向一方側に位置し、
上記上流側フランジと上記複数の分岐管のうち上記気筒列方向一方側に位置している分岐管により構成されている一方側分岐管部と上記排気集合ケース部と上記下流側フランジとは、鋳造により一体成形されて排気マニホールド本体を構成し、
上記複数の分岐管のうち上記一方側分岐管部以外の分岐管により構成されている他方側分岐管部は、金属パイプからなり、
上記排気マニホールド本体は更に、上記排気集合ケース部に鋳造により一体成形され且つ該排気集合ケース部から上記他方側分岐管部の下流端に向かって延びているパイプ接続部を有し、
上記他方側分岐管部の下流端と上記パイプ接続部の上流端とは、熱による上記他方側分岐管部の歪みを吸収する熱歪み吸収機構を介して接続されていることを特徴とする排気マニホールド構造。 - 請求項1記載の排気マニホールド構造において、
上記多気筒エンジンは、上記気筒列方向一方側と反対側の気筒列方向他方側から上記気筒列方向一方側に向かって順に並んだ第1、第2、第3及び第4気筒を有している直列4気筒エンジンにより構成され、
上記第1、第2、第3及び第4気筒はそれぞれ、上記複数の排気ポートとしての第1、第2、第3及び第4排気ポートと連通し、
上記第1、第2、第3及び第4排気ポートはそれぞれ、上記複数のポート用開口部としての第1、第2、第3及び第4ポート用開口部と連通し、
上記複数の分岐管は、上記第1、第2、第3及び第4ポート用開口部のそれぞれに対応するように配設された第1、第2、第3及び第4分岐管により構成され、
上記一方側分岐管部は上記第3及び第4分岐管により構成され、
上記他方側分岐管部は上記第1及び第2分岐管により構成されていることを特徴とする排気マニホールド構造。 - 請求項2記載の排気マニホールド構造において、
上記直列4気筒エンジンは、上記第1、第3、第4及び第2気筒の順に排気行程が行われるように構成され、
上記第1分岐管は、上流端が上記第1ポート用開口部に溶接され且つ該第1ポート用開口部から上記気筒列方向一方側に湾曲しながら延びている湾曲部と該湾曲部の下流端から上記気筒列方向一方側に延び且つ下流端が上記熱歪み吸収機構を介して上記パイプ接続部の上流端に接続されている直路部とにより構成され、
上記第2分岐管は、上流端が上記第2ポート用開口部に溶接されているとともに該第2ポート用開口部から気筒列方向と直交する方向に延び且つ下流端が上記直路部に接続されていることを特徴とする排気マニホールド構造。 - 請求項3記載の排気マニホールド構造において、
上記熱歪み吸収機構は、上記パイプ接続部の上流端部と該上流端部に摺動自在に嵌挿された上記第1分岐管の下流端部とからなる摺動部と、該摺動部の外周面を覆うように設けられたベローズ管とにより構成されていることを特徴とする排気マニホールド構造。 - 請求項1〜4のいずれか1つに記載の排気マニホールド構造において、
上記コンプレッサは、上記タービンの上記気筒列方向一方側の側方に位置し、
上記ターボ過給機は、上記コンプレッサにおける上記気筒列方向一方側の面に取り付けられたコンプレッサ側フランジを有していることを特徴とする排気マニホールド構造。 - 請求項1〜5のいずれか1つに記載の排気マニホールド構造において、
上記排気マニホールド本体は更に、該排気マニホールド本体に鋳造により一体成形されているとともに上記上流側フランジにおける上記各分岐管の配設側の面に沿って延び且つ内部に、2次エアが流通する2次エア流路が形成された2次エア流路部を有していることを特徴とする排気マニホールド構造。 - 請求項6記載の排気マニホールド構造において、
上記上流側フランジにおける上記各ポート用開口部の近傍には、上記各排気ポートと連通した複数の分配用開口部が配設され、
上記2次エア流路には、気筒列方向に延び且つ2次エアの入口と連通した2次エア流路本体と、該2次エア流路本体と上記各分配用開口部とを連通させている複数の2次エア分配流路とが含まれていることを特徴とする排気マニホールド構造。
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