JPH08260955A - 多気筒内燃機関の扇形エキゾーストマニホールド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 多気筒内燃機関の扇形エキゾーストマニホー
ルドに関し、コスト的に有利に製造でき、かつ排気ガス
の流れの良好な装置を提供する。 【解決手段】 第１の集合平面１６における単管部分
１、２、３、４は端部が変形されず、所定の角度で切断
している。第２の集合平面１７における高内圧・成形方
法で製造された管部分５、６は構造的に第１の集合平面
における対応した二つの管部分の合流個所１２、１２′
の前まで到達し、そこに各単管部分を端面接続及び円周
面接続するための一体化されたＹ字形合流部９、１０を
有し、第１の集合平面単管部分はこのＹ字形合流部の開
放開口１３、１３′、１４、１４′の中に差し込まれ、
夫々環状のすみ肉溶接１５している。第２の集合平面に
おける一方の管部分は管部分の合流個所の後ろまで到達
し、他方の管部分を横に接続のためＹ字形合流部１１を
有する。一方の管部分の端部は第３の集合平面１８に移
行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特許請求の範囲請
求項１の上位概念部分に記載の例えばドイツ特許第８３
１２０９１．２Ｕ１号明細書で知られている多気筒内燃
機関の樹木状に構成された扇形排気ガス集合器（以下単
に「扇形エキゾーストマニホールド」と呼ぶ）に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の公知の扇形エキゾーストマニホ
ールドの場合、第１の集合平面における単管部分はその
下流に位置する端部がそれぞれ二つづつ鏡面対称に断面
Ｄ字形に円周面を開いて成形され、これらの円周面がＹ
字形に突き合わされて溶接され、そのように予め製造さ
れた第１の集合平面における二重管の終端範囲は全断面
ほぼ円形の二重Ｄ字形に形成されている。第１の集合平
面におけるこの二重管はそれから第２および第３の集合
平面における管部分に接合され、その場合接続個所にお
いて突き合わせ溶接が考慮されている。この扇形エキゾ
ーストマニホールドの形成方式は、部品が二つの異なっ
た工程で溶接されねばならず、突き合わせ溶接が部品の
高い精度を必要条件とし、それでも第１の集合平面から
第２の集合平面への内のり横断面の移行が最良に形成で
きないので、製造技術上および流れの観点において最良
でない。更に管部分が直径誤差を有しおよび又は横にず
れている場合、接合個所に流れに対抗する段部が形成さ
れてしまう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は冒頭に
述べた形式の扇形エキゾーストマニホールドを、それが
コスト的に有利に製造でき、それでも排気ガスの流れ的
に良好な案内を保証するように改良することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明によればこの目的
は、特許請求の範囲請求項１の特徴部分に記載の手段に
よって達成される。

【０００５】４気筒内燃機関に対する扇形エキゾースト
マニホールドの場合、本発明に基づく扇形エキゾースト
マニホールドの（接続フランジを除いて）全部で６個の
必要な部品は、限られた範囲で真っ直ぐに延び事情によ
っては端部が斜めに切断されている４個の異なった曲が
り管と２個の異なった高内圧・成形部品とから形成さ
れ、これらの全部の部品は経済的に高い成形精度で製造
できる。これらの部品は唯一の装置の中において位置を
正しく合わせて差し込まれ、一回のセッティングで溶接
される。これらの部品を差込み結合するので、それらの
長さ誤差は非常に広い限度内において簡単に吸収でき
る。この接合方式の場合、接合個所の範囲における直径
誤差も同様に簡単に特に流れを妨げる突起を生ずること
なしに吸収できる。

【０００６】冒頭に述べた形式の扇形エキゾーストマニ
ホールドに比べて本発明に基づく扇形エキゾーストマニ
ホールドは次のような利点を有する。 − 差込み結合技術に基づいて単位部品の長さ誤差は非
常に広い範囲内において扇形エキゾーストマニホールド
を組み立てる際に溶接品質あるいは排気ガス管の内面を
害することなしに吸収される。 − 必要な溶接継ぎ目は全部同じ形式および配置をして
おり、つまり環状のすみ肉溶接であり、これらは全部唯
一のワークセッティング工程で溶接できる。 − 差し込むべき管端は高度な方式で成形する必要がな
く（例えば断面Ｄ字形にする必要がなく）、ただ所定の
角度で切断するだけでよい。 − 管部分の長さにわたって必要である横断面形状およ
び又は横断面積に関する変化は、第２の集合平面におけ
る高内圧・成形方法で作られた管部分において過剰な費
用を要せずに実現できる。 − 扇形エキゾーストマニホールドを組み立てる際およ
び溶接する際に流れを妨げる段部が生ずることはない。 − 上述の二つの理由によって排気ガス集合器における
良好な流れ状態が保証される。 − この方式に基づいて、排気ガス配管の内のり流れ横
断面を設計する際に「予備(Reserve) 」を考慮する必要
はなく、むしろ製造的に機能を犠牲にすることなく設計
下限において寸法づけることができ、これは管の大きさ
を小さくでき、扇形エキゾーストマニホールドのコスト
および重量を減少できるという効果がある。

【０００７】半殻形構造の扇形エキゾーストマニホール
ドに比べて本発明に基づく扇形エキゾーストマニホール
ドは次の利点を有している。 − 半殻形構造にとって必要な特別な分岐管部材および
その中間接合が回避されるので、コスト的に有利に製造
できる。 − 本発明に基づく扇形エキゾーストマニホールドは、
半殻形構造の特別な分岐管部材を有するものに比べて非
常に僅かな部品しか必要とせず、詳しくは例えば第１の
集合平面において端面側に４個の管部分を有する扇形エ
キゾーストマニホールドの場合、１４個の部品を必要と
していたものに比べて６個の部品しか必要としない。 − 僅かな部品点数を溶接するため非常に僅かな溶接継
ぎ目しか必要とせず、詳しくは上述の例の場合、半殻構
造で構成された分岐管部材における６個の縦継ぎ目を含
めて８個の円周継ぎ目を必要とするのに比べて全部で５
個の円周継ぎ目しか必要としない。

【０００８】本発明の有利な実施態様は特許請求の範囲
の各請求項に記載されている。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下図に示した実施例を参照して
本発明を詳細に説明する。

【００１０】図１および図２は（例えば）４気筒内燃機
関の排気ガスを集めてまとめて案内するための樹木状に
構成された扇形排気ガス集合器（いわゆる「扇形エキゾ
ーストマニホールド」）を示している。この扇形エキゾ
ーストマニホールドはフランジ８から出て第１の集合平
面内に位置する４個の単管部分１、２、３、４を有して
いる。これらの各単管部分１、２、３、４はそれぞれ内
燃機関の各作動室に対応されている。湾曲管で作られた
これらの単管部分１、２、３、４は少なくとも扇形エキ
ゾーストマニホールドの内部における後で詳述する合流
個所まで互いにだいたい類似した形でほぼ同じ長さに形
成され分岐せずに延びている。これらの単管部分１、
２、３、４は二つつづ第２の集合平面における互いにほ
ぼ同じ長さをした一つの流れ区域（管部分）に、更にこ
れらの管部分が第３の集合平面における統一管部分にＹ
字形管を形成しながらそれぞれ結合されている。扇形エ
キゾーストマニホールドにおける端面が都合よく成形さ
れ切断された個々の湾曲した管部分は位置を正しく接合
して気密に溶接されている。

【００１１】扇形エキゾーストマニホールドがコスト的
に有利に製造でき、それでも排気ガスの流れ的に有利な
案内が保証されるようにするために、扇形エキゾースト
マニホールドには次のような処置ないし特徴が考慮され
ている。

【００１２】第１の集合平面１６における４個の単管部
分１、２、３、４は第２の集合平面１７に合流する範囲
まで直径および横断面形状が一定しているように形成さ
れ、そこで端面がただ所定の角度で切断されている。単
管部分１、２、３、４は値頃で前加工（荒仕上げ）され
ていない中間製品つまり丸管から得られるコスト的に有
利に製造できる曲がり管として形成されている。差し込
むべき管端は高度な方式で成形する必要がなく（例えば
断面Ｄ字形にする必要がなく）、ただ所定の角度で切断
するだけでよい。

【００１３】第２の集合平面１７における管部分５、６
はそれ自体継ぎ目なしに形成され、中間製品としての丸
管から高内圧・成形方法(Innenhochdruck-Umformverfah
ren)で製造される。この成形方法によれば非常に複雑な
形をコスト的に有利に作れる。第２の集合平面１７にお
ける管部分５、６は（流れ方向７と逆方向において）一
体化された突出部１９、１９′が構造的に、それらにそ
れぞれ対応する第１の集合平面１６における二つの単管
部分１、４ないし２、３の合流個所１２ないし１２′の
前まで到達している。第２の集合平面１７における管部
分５、６にはその上流に位置する端部の範囲にＹ字形合
流部９ないし１０が一体に設けられている。これによっ
て管部分５、６には端面の開口１３、１３′の他に、第
１の集合平面１６における４個の単管部分がそれぞれ一
つの開口に接続されるように円周面側の開口１４ないし
１４′も形成されている。第１の集合平面１６における
単管部分１、２、３、４はそれぞれＹ字形合流部９、１
０の大きな直径の開放開口１３、１３′、１４、１４′
に差し込まれ、そこでそれぞれ環状のすみ肉溶接１５で
気密に溶接されている。この差込み結合技術に基づいて
単管部分は対応した収容開口の中に簡単に多少大きな深
さ（寸法ｔ）で差し込めるので、単管部分の長さ誤差は
非常に広い範囲において扇形エキゾーストマニホールド
を構成する際に溶接品質あるいは排気ガス管の内側面を
害することなしに吸収できる。扇形エキゾーストマニホ
ールドを組み立て溶接する際に流れを妨げる段部が生ず
ることはない。その接合は（第２の集合平面１７から第
３の集合平面１８への流れ経路に対する管部分５、６の
後述する接合と一緒に）一つの締付け・溶接装置におい
て行われる。必要な溶接継ぎ目は全部同じ形式および配
置をしており、つまり環状のすみ肉溶接である。唯一の
ワークセッティングおいて５個の全部の環状すみ肉溶接
作業が実行される。

【００１４】第２の集合平面１７における一方の詳しく
は大きな管部分５は、流れ方向７においてその突出部２
０が構造的に第２の集合平面１７の両流れ経路の合流個
所１２″の後ろまで到達し、その下流に位置する端部の
近くに第２の集合平面１７における他方の小さな管部分
６を横に接続するためのＹ字形合流部１１を有してい
る。大きな管部分５はこのＹ字形合流部１１の後ろで下
流に位置する突出部２０で第３の集合平面１８に移行
し、そこに後続排気ガス管が着脱可能に接続されるか溶
接される。第２の集合平面１７における小さな管部分６
の端部はＹ字形合流部１１の大きな直径の開口２２に差
し込まれ、そこで同様に環状のすみ肉溶接１５によって
気密に接続される。

【００１５】二つの流れ経路が合流する範囲において管
断面積は、一様な流れが保証されるようにするためにそ
の長さに沿って増大されねばならない。この横断面形状
および又は横断面積に関する必要な変化は、第２の集合
平面の高内圧・成形方法で製造された管部分において簡
単に過剰な経費を要せずに実現できる。第１の集合平面
１６の横断面の内のり流れ断面積の第２の集合平面１７
の大きな流れ断面積への増大は、上流に位置するＹ字形
合流部９、１０の突出部１９ないし１９′の範囲の管壁
を高内圧・成形方法の成形工具によって相応して成形す
ることによって実現できる。第２の集合平面１７の横断
面の内のり流れ断面積も第３の集合平面１８の大きな流
れ横断面積に全く同じように増大されねばならず、これ
はここでも上流に位置するＹ字形合流部１１の範囲の管
壁を相応して成形することによって実現できる。この成
形は高内圧・成形方法で採用される成形工具によって追
加的費用なしに実行される。

【００１６】最後に、第２の集合平面１７における管部
分５、６に場所的あるいは組立上の理由から必要とされ
る平坦個所２１もこの範囲における管壁を高内圧・成形
方法で成形することによって実現できる。この平坦個所
の範囲における内のり流れ断面は簡単に長円形に断面円
形の範囲よりも大きな内のり横断面積にすることができ
る。この方式に基づいて、排気ガス配管の内のり流れ横
断面を設計する際に「予備(Reserve) 」を考慮する必要
はなく、むしろ製造的に機能を犠牲にすることなく設計
下限において寸法づけることができ、これは管の大きさ
を小さくでき、扇形エキゾーストマニホールドのコスト
および重量を減少できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】扇形エキゾーストマニホールドの斜視図。

【図２】図１における扇形エキゾーストマニホールドの
側面図。

【図３】図１および図２における扇形エキゾーストマニ
ホールドの第２の集合平面における一方の管部分の詳細
斜視図。

【図４】図１および図２における扇形エキゾーストマニ
ホールドの第２の集合平面における他方の管部分の詳細
斜視図。

【符号の説明】

１、２、３、４ 単管部分 ５、６ 管部分 ７ 流れ方向 ９、１０、１１ Ｙ字形合流部 １２、１２′、１２″合流個所 １３、１３′ 開口 １４、１４′ 開口 １５ すみ肉溶接 １６ 第１の集合平面 １７ 第２の集合平面 １８ 第３の集合平面 １９、１９′、２０ 突出部 ２１ 平坦個所

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス ヒユルスベルク ドイツ連邦共和国 21224 ローゼンガル テン キルヒエンシユトラーセ ３アー (72)発明者 ラルフ ピユンイエル ドイツ連邦共和国 21073 ハンブルク メルゲルシユトラーセ 20

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の各作動室にそれぞれ対応され
   互いにほぼ同じ長さを有し分岐していない複数の湾曲し
   た単管部分を第１の集合平面内に有し、これらの単管部
   分が二つづつ第２の集合平面における互いにほぼ同じ長
   さをした一つの管部分に、更にこれらの管部分が第３の
   集合平面における統一管部分にＹ字形管を形成しながら
   それぞれ結合されて、端面が都合よく成形され切断され
   た個々の湾曲した管部分から溶接して構成されているよ
   うな多気筒内燃機関の排気ガスを集めてまとめて案内す
   るための樹木状に構成された扇形エキゾーストマニホー
   ルドにおいて、 − 第１の集合平面（１６）における単管部分（１、
   ２、３、４）が第２の集合平面（１７）に合流する範囲
   まで直径および横断面積が一定して形成され、それらの
   端面がほぼ平らに所定の角度を成して切断され、 − 第２の集合平面（１７）におけるそれ自体継ぎ目無
   しに形成され高内圧・成形方法で製造された管部分
   （５、６）が（流れ方向（１７）と逆方向において）構
   造的に第１の集合平面（１６）における対応した二つの
   単管部分（１、４ないし２、３）の合流個所（１２、１
   ２′）の前まで到達し（突出部１９、１９′）、そこに
   各単管部分（１、２、３、４）を端面側接続（開口１
   ３、１３′）および円周面側接続（開口１４、１４′）
   するための一体化されたＹ字形合流部（９、１０）を有
   し、 − 第１の集合平面（１６）における単管部分（１、
   ２、３、４）がそれぞれ第２の集合平面（１７）におけ
   る管部分（５、６）のＹ字形合流部（９、１０）の大き
   な直径の開放開口（１３、１３′、１４、１４′）の中
   に差し込まれ、そこでそれぞれ環状のすみ肉溶接（１
   ５）によって気密に溶接され、 − 第２の集合平面（１７）における一方の管部分
   （５）が流れ方向（７）において構造的に第２の集合平
   面（１７）における管部分（５、６）の合流個所（１
   ２″）の後ろまで到達し（突出部２０）、下流に位置す
   る端部の近くに第２の管部分（６）を横に接続するため
   のＹ字形合流部（１１）を有し、このＹ字形合流部（１
   １）を持った管部分（５）の端部が下流に位置する端部
   （突出部２０）で第３の集合平面（１８）に移行し、 − 第２の集合平面（１７）における他方の管部分
   （６）が第２の集合平面（１７）における一方の管部分
   （５）のＹ字形合流部（１１）の大きな直径の開口（２
   ２）の中に差し込まれ、そこで環状のすみ肉溶接（１
   ５）によって気密に溶接されている、ことを特徴とする
   多気筒内燃機関の扇形エキゾーストマニホールド。
2. 【請求項２】 第１の集合平面（１６）の横断面の内の
   り流れ断面積の第２の集合平面（１７）の大きな流れ横
   断面積への増大が、第２の集合平面（１７）における管
   部分（５、６）の上流に位置するＹ字形合流部（９、１
   ０）の範囲の管壁を高内圧・成形方法で相応して成形す
   ることによって実現されていることを特徴とする請求項
   １記載の扇形エキゾーストマニホールド。
3. 【請求項３】 第２の集合平面（１７）の横断面の内の
   り流れ断面積の第３の集合平面（１８）の大きな流れ横
   断面積への増大が、第３の集合平面（１８）における管
   部分（５）の下流に位置するＹ字形合流部（１１）の範
   囲の管壁を高内圧・成形方法で相応して成形することに
   よって実現されていることを特徴とする請求項１記載の
   扇形エキゾーストマニホールド。
4. 【請求項４】 第２の集合平面（１７）における管部分
   （５、６）の場所的な理由に条件づけられた平坦個所
   （２１）の範囲におけるこれらの管部分（５、６）の内
   のり流れ横断面が、この範囲の管壁を高内圧・成形方法
   で成形して断面円形の範囲よりも大きな内のり横断面積
   の長円形に形成されていることを特徴とする請求項１記
   載の扇形エキゾーストマニホールド。