JP2001263054A - 排気管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】組付作業性の飛躍的な向上、コストの低減を図
ることができ、しかも、熱応力に対する不具合を抑制す
ることのできる排気管を提供する。 【解決手段】排気マニホールドは、内管５及び外管６よ
りなる本体部２と、フランジ部３とを備えている。フラ
ンジ部３は外管６の先端部分に対し溶接固定され内燃機
関のシリンダヘッド９に対し位置合わせされた状態で、
ボルトにより締結固定されている。内管５は、一体的に
構成され、メッシュ部材により支持されている。内管５
の両端縁側は自由端となっており、長手方向及び径方向
への伸縮が自在に許容されている。また、フランジ部３
には、内管５の所定以上の逸脱を抑制するためのキャッ
プ１２が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気マニホールド
等の排気管に係り、より詳しくは、内管及び外管の二重
管構造を有してなる排気管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、排気マニホールドは、エンジン
のシリンダヘッドに取付けられる。そして、エンジンの
複数の気筒に連通する複数の排気ポートから導出される
排気が、排気マニホールドを経ていわゆる１本の排気パ
イプの方へと導出される。

【０００３】排気マニホールドは、一般にマニホールド
本体部と、その両端側に設けられたフランジ部とによっ
て構成されている。そして、一端側のフランジ部がシリ
ンダヘッドに対しガスケットを介してボルトで締結固定
される。また、他端側のフランジ部は、排気パイプ側の
フランジに対しやはりボルトで締結固定される。

【０００４】一方、前記マニホールド本体部の構造とし
て、内管及び外管の二重管構造を有しているものがあ
る。このような二重管構造においては、外管は、内管と
の間で所定間隔を隔てて設けられており、内管及び外管
の端縁部は、溶接によりフランジ部に対し固定される。

【０００５】しかし、全体として一体的に構成されてい
る内管の両端縁をフランジ部に固定した場合、次のよう
な問題がある。すなわち、内管の内周面は、排気ポート
から導出される排気が直接さらされる。このため、内管
は熱応力を受けやすく、該熱応力による亀裂、変形等が
生じてしまうことが起こりうる。

【０００６】かかる問題を解消するべく、内管に応力緩
和構造を持たせることが考えられる。この場合、図７，
８に示すように、排気マニホールド５０の内管５１は、
相互に接続された複数の分割管５１ａによって構成され
る。このような構成により、排気の熱による熱応力が発
生したとしても、分割管５１ａ相互間でのスライドが許
容されることとなるため、熱応力が吸収、緩和され、ひ
いては亀裂、変形等の防止が図られる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術における排気マニホールドでは、次のような問題が考
えられる。すなわち、内管５１を複数の分割管５１ａに
より構成しなければならないため、内管５１の構造が複
雑になるとともに、組立に際しての作業が煩雑なものと
なる。その結果、排気マニホールド５０の製造コストの
上昇を招くこととなってしまう。

【０００８】また、分割管５１ａのうち、フランジ部５
２，５３側の端縁部は、内管５１を支持するべく、溶接
固定される。この場合、内管５１（分割管５１ａ）は一
般に薄肉であるため（厚さ：０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ程
度）、溶接部分に関して、溶接に起因した熱劣化、熱変
形が起こりうる。また、内管５１が薄肉であるという性
質上、溶接条件の設定が難しく、条件が多少でもずれた
ような場合には、内管５１の一部が溶け落ちたり、割れ
たりするといった不具合も考えられる。

【０００９】本発明は、上記各事情に鑑みてなされたも
のであり、組付作業性の飛躍的な向上、コストの低減を
図ることができ、しかも、熱応力に対する不具合を抑制
することのできる排気管を提供することを主たる目的の
一つとしている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明においては、排気を上流側か
ら下流側へと導出可能な内管と、前記内管よりも外周側
に設けられた外管と、前記外管の端縁において少なくと
も外周方向に延びるよう設けられた取付部とを備えた排
気管において、前記内管の少なくとも一端縁側を自由端
とし、熱応力に対して少なくとも長手方向に伸縮可能な
構成としたことをその要旨としている。

【００１１】上記請求項１に記載の発明によれば、外管
の内周側に設けられた内管において、排気が上流側から
下流側へと導出されうる。このような排気管において、
内管の少なくとも一端縁側が自由端となっており、排気
から伝達される熱の増減に基づいて内管に熱応力が加わ
ったとしても、内管は、熱応力に対して少なくとも長手
方向に自由に伸縮しうる。このため、内管が長手方向に
伸縮したとしても、応力が集中してしまうことがない。
また、この場合、内管を必要以上に分割して構成する必
要がなくなり、最小限の部材で内管を構成することがで
きる。

【００１２】また、請求項２に記載の発明においては、
排気を上流側から下流側へと導出可能な内管と、前記内
管よりも外周側に設けられた外管と、前記外管の端縁に
おいて少なくとも外周方向に延びるよう設けられた取付
部とを備えた排気管において、前記内管の少なくとも一
端縁側を自由端とし、熱応力に対して少なくとも径方向
に伸縮可能な構成としたことをその要旨としている。

【００１３】上記請求項２に記載の発明によれば、外管
の内周側に設けられた内管において、排気が上流側から
下流側へと導出されうる。このような排気管において、
内管の少なくとも一端縁側が自由端となっており、排気
から伝達される熱の増減に基づいて内管に熱応力が加わ
ったとしても、内管は、熱応力に対して少なくとも径方
向に自由に伸縮しうる。このため、内管が径方向に伸縮
したとしても、応力が集中してしまうことがない。ま
た、この場合、内管を必要以上に分割して構成する必要
がなくなり、最小限の部材で内管を構成することができ
る。

【００１４】さらに、請求項３に記載の発明において
は、排気を上流側から下流側へと導出可能な内管と、前
記内管よりも外周側に設けられた外管と、前記外管の端
縁において少なくとも外周方向に延びるよう設けられた
取付部とを備えた排気管において、前記内管の少なくと
も一端縁側を自由端とし、熱応力に対して少なくとも長
手方向及び径方向に伸縮可能な構成としたことをその要
旨としている。

【００１５】上記請求項３に記載の発明によれば、外管
の内周側に設けられた内管において、排気が上流側から
下流側へと導出されうる。このような排気管において、
内管の少なくとも一端縁側が自由端となっており、排気
から伝達される熱の増減に基づいて内管に熱応力が加わ
ったとしても、内管は、熱応力に対して少なくとも長手
方向及び径方向に自由に伸縮しうる。このため、内管が
長手方向、或いは径方向に伸縮したとしても、応力が集
中してしまうことがない。また、この場合、内管を必要
以上に分割して構成する必要がなくなり、最小限の部材
で内管を構成することができる。

【００１６】併せて、請求項４に記載の発明では、請求
項１乃至３のいずれかに記載の排気管において、前記内
管及び外管間にはクリアランスが設けられており、前記
一端縁側を除く所定部位におけるクリアランスには、内
管を支持するための支持部材を設けたことをその要旨と
している。

【００１７】上記請求項４に記載の発明によれば、請求
項１〜３に記載の発明の作用に加えて、内管は、支持部
材によって支持されることとなり、内管及び外管間での
がたつきが防止される。

【００１８】加えて、請求項５に記載の発明では、請求
項１乃至４のいずれかに記載の排気管において、前記外
管の少なくとも一端縁側及び前記取付部の少なくとも一
方には、前記内管の所定以上の逸脱を抑制するための逸
脱抑制手段を設けたことをその要旨としている。

【００１９】上記請求項５に記載の発明によれば、請求
項１〜４に記載の発明の作用に加えて、前記外管の少な
くとも一端縁側及び前記取付部の少なくとも一方に設け
られた逸脱抑制手段により、内管の所定以上の逸脱が抑
制される。このため、排気管の取付に際しての作業が容
易になるとともに、使用時においては内管の伸縮が度を
超して起こった場合の不具合を抑制することができる。

【００２０】また、請求項６に記載の発明では、請求項
５に記載の排気管において、前記逸脱抑制手段は、前記
内管の長手方向への逸脱を抑制するべく、前記内管の先
端に対向しかつ所定間隔を隔てて設けられたリング部を
備えていることをその要旨としている。

【００２１】上記請求項６に記載の発明によれば、請求
項５に記載の発明の作用に加えて、逸脱抑制手段のリン
グ部によって、内管の長手方向への逸脱が抑制される。

【００２２】さらに、請求項７に記載の発明では、請求
項６に記載の排気管において、前記逸脱抑制手段は、さ
らに、前記内管の径方向への逸脱を抑制するべく、前記
内管よりも内側において前記リング部に交わる方向に延
びる内管ガイド部を備えていることをその要旨としてい
る。

【００２３】上記請求項７に記載の発明によれば、請求
項６に記載の発明の作用に加えて、リング部に交わる方
向に延びる内管ガイド部によって、内管の径方向への逸
脱が抑制される。

【００２４】併せて、請求項８に記載の発明では、請求
項７に記載の排気管において、冷間時においては少なく
とも前記内管ガイド部と前記内管との間には所定のクリ
アランスが形成されるよう構成したことをその要旨とし
ている。

【００２５】上記請求項８に記載の発明によれば、請求
項７に記載の発明の作用に加えて、冷間時において内管
ガイド部と内管との間にクリアランスが存在するため、
熱間時には、内管の熱応力に伴う変形等がある程度許容
され、かつ、所定以上の変形等は内管ガイド部の存在に
より規制される。

【００２６】加えて、請求項９に記載の発明では、請求
項５乃至８のいずれかに記載の排気管において、前記取
付部はガスケットを介して所定の相手部材に相対した状
態で取付けられてなり、かつ、前記逸脱抑制手段は、ガ
スケットの一部によって構成されていることをその要旨
としている。

【００２７】上記請求項９に記載の発明によれば、請求
項５〜８に記載の発明の作用に加えて、取付部及び相手
部材間がガスケットによってシールされる。本発明で
は、該ガスケットの一部によって逸脱抑制手段が構成さ
れるため、逸脱抑制手段を別途設ける必要がない。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、一実施の形態について、図
１乃至図４を参照しつつ説明する。

【００２９】図１，２に示すように、排気管としての排
気マニホールド１は、本体部２及び取付部としてのフラ
ンジ部３，４を備えている。本体部２は、ステンレス製
の内管５とその周囲に所定の空隙（クリアランス）を隔
てて位置するステンレス製の外管６とを備えている。

【００３０】フランジ部３，４は鉄材によって構成さ
れ、外管６の先端部分に対し溶接固定されている（図
２，４参照）。該フランジ部３，４には複数のボルト孔
７，８が形成されている。そして、一方のフランジ部３
は、相手部材としての内燃機関（例えば自動車用エンジ
ン）のシリンダヘッド９に対し位置合わせされ、かつ、
両者３，９間にガスケット１０が介在された状態で、図
示しないボルトにより締結固定されている。また、他方
のフランジ部４は相手部材としての図示しない排気パイ
プのフランジ部に対し位置合わせされた状態で図示しな
いボルトにより締結固定されている。

【００３１】本体部２は、一方のフランジ部３側におい
てはシリンダヘッド９の各排気ポート１１に対応して複
数本（図では４本）からなっており、それらが下流側に
おいて集合して他方のフランジ部４側においては１本と
なっている。従って、内燃機関の各燃焼室にて発生した
排気は、複数の排気ポート１１から排気マニホールド１
の各本体部２内（内管５内）へ導かれ、その排気が、内
管５を通って１本の内管５に合流した後、排気パイプの
方へと導出されるようになっている。

【００３２】図３に示すように、前記内管５は、外管６
よりも薄肉に形成されており（厚さ：０．６ｍｍ〜１．
０ｍｍ程度）、外管６及び内管５間のクリアランスには
支持部材を構成するステンレス製のメッシュ部材Ｍが設
けられている。また、内管５は、従来技術で説明したよ
うな分割管ではなく、一体的に構成されている。

【００３３】さらに、外管６は、断面方向に２分割され
た分割片６ａによって構成されており、鍔状に延びる接
合部６ｂが相互に接合（例えば溶接）されることにより
１つの外管６が構成されている。

【００３４】次に、本実施の形態の特徴的部分について
説明する。上述したように、内管５及び外管６間のクリ
アランスに設けられたメッシュ部材Ｍにより、内管５が
支持されている。そして、図２，４に示すように、該内
管５の両端縁側は自由端となっている。すなわち、内管
５は、排気ポート１１から導出される排気に直接さらさ
れることとなるため、高温となりやすく、しかも熱履歴
を受けやすい。この場合、内管５は、長手方向及び径方
向に伸長したり縮小したりするが、かかる伸縮を自在に
許容するべく、内管５の両端縁側は、長手方向及び径方
向にそれぞれクリアランスを有している。

【００３５】また、図２に示すように、フランジ部３に
は、内管５の所定以上の逸脱を抑制するための逸脱抑制
手段としてのキャップ１２が設けられている。該キャッ
プ１２は、円環プレート状のリング部１３及びリング部
１３の内周縁から内管５に沿って伸びる内管ガイド部と
しての筒状部１４により構成されている。そして、リン
グ部１３が所定位置に位置決めされた状態でスポット溶
接等によりフランジ部３に固定された状態となってい
る。筒状部１４の外径は、内管５の内径よりも小さく、
筒状部１４と内管５との間には所定のクリアランスが形
成されている。

【００３６】図４に示すように、フランジ部４にも、内
管５の所定以上の逸脱を抑制するための逸脱抑制手段と
してのキャップ１５が設けられている。該キャップ１５
もリング部１６及び筒状部１７により構成されている。
そして、リング部１６が所定位置に位置決めされた状態
でスポット溶接等によりフランジ部４に固定された状態
となっている。なお、同図では、筒状部１７の外径は、
フランジ部４の透孔とほぼ同じとなっているため、筒状
部１７を該透孔に嵌入することにより固定するような構
成となっていてもよい。上記同様、筒状部１７の外径
は、内管５の内径よりも小さく、筒状部１７と内管５と
の間には所定のクリアランスが形成されている。

【００３７】上記のように構成されてなる本実施の形態
によれば、内管５の両端縁側が自由端となっているた
め、排気から伝達される熱の増減に基づいて内管５に熱
応力が加わったとしても、内管５は、熱応力に対して少
なくとも長手方向及び径方向に自由に伸縮しうる。この
ため、内管５が長手方向、或いは径方向に伸縮したとし
ても、応力が集中してしまうことがない。そのため、内
管５に亀裂が発生したり著しい変形が起こってしまうこ
とを抑制することができ、そのことによる各種不具合を
防止することができる。

【００３８】また、一体となった内管５を使用すること
ができ、従来のような複数の分割管を接続するような構
成を必要としない。そのため、内管５の構造が複雑にな
ってしまうことがなく、製造、組立に際しての作業の著
しい簡素化を図ることができる。また、排気マニホール
ド１の製造コストの低減を図ることができる。

【００３９】さらに、内管５及び外管６間のクリアラン
スに設けられたメッシュ部材Ｍにより、内管５が支持さ
れるようにしたため、内管５及び外管６間でのがたつき
を防止することができる。

【００４０】併せて、フランジ部３，４にはキャップ１
２，１５を設ける構成としたため、内管５の所定以上の
逸脱を抑制することができる。このため、例えば、排気
マニホールド１をシリンダヘッド９に取付ける場合には
内管５が脱落してしまうことがなく、取付作業が容易に
なる。また、使用時においては内管５の伸縮が度を超し
て起こった場合の不具合を抑制することができる。

【００４１】特に、キャップ１２，１５のリング部１
３，１６によって、内管５の長手方向への逸脱を抑制す
ることができ、筒状部１４，１７によって、内管５の径
方向への逸脱を抑制することができる。さらに、冷間時
においては少なくとも筒状部１４，１７と内管５との間
には所定のクリアランスが形成されるため、熱間時に
は、内管５の熱応力に伴う変形等がある程度許容され、
かつ、所定以上の変形等が起こりうる場合には、筒状部
１４，１７の存在によりその変形等が規制される。

【００４２】尚、上記実施の形態の記載内容に限定され
ず、例えば次のように実施してもよい。

【００４３】（ａ）上記実施の形態では、リング部１
３，１６及び筒状部１４，１７からなるキャップ１２，
１５を逸脱抑制手段として用いたが、図５に示すよう
に、筒状部を有しないリングプレート２１のみによって
逸脱抑制手段を構成することとしてもよい。かかる構成
としても内管５の長手方向の逸脱を抑制することができ
る。

【００４４】（ｂ）また、内管ガイド部としては筒状で
なくてもよく、内管５の端縁内側部分を支持可能な構成
であれば、単数又は複数の棒状或いは板状の突出片によ
り構成してもよい。

【００４５】（ｃ）また、逸脱抑制手段を省略する構成
としてもよい。特に、内管５の長手方向の端縁側を除く
部位（中間部位）において、内管５を支持可能となって
いるような場合には、逸脱抑制手段を省略してもさほど
不都合は生じない。

【００４６】（ｄ）逸脱抑制手段を別体で設ける代わり
に、図６に示すように、フランジ部３及びシリンダヘッ
ド９間に介設されるガスケット２２の透孔部分を延設
し、折り曲げることにより、リング部２３及び筒状部２
４を構成してもよい。このように、ガスケット２２の一
部によって逸脱抑制手段が構成された場合には、逸脱抑
制手段を別途設ける必要がなく、部品点数のさらなる低
減を図ることができる。

【００４７】（ｅ）逸脱抑制手段の取付固定方法につい
ては特に限定されるものではなく、上記実施の形態のよ
うにスポット溶接にて固定してもよいし、嵌入固定する
こととしてもよい。また、別途ねじ等で固定してもよ
い。

【００４８】さらには、図６に示すように、ガスケット
２２の一部によって逸脱抑制手段が構成される場合に
は、ガスケット２２の一部に突出部２５を形成し、該突
出部２５をフランジ部３に設けられた位置決め孔に嵌め
込み、かつ、前端部分を拡径することにより取付固定す
ることもできる。

【００４９】（ｆ）上記実施の形態では、内管５の上流
側及び下流側両端縁を共に自由端としたが、一端側のみ
を自由端としてもよい。

【００５０】（ｇ）上記実施の形態では、内管５を一体
的に構成したが、複数の分割管により構成してもよい。
但し、部品点数、組付工数を低減しようとするならば、
極力少ない点数で内管５を構成することが望ましい。

【００５１】（ｈ）上記実施の形態では、排気マニホー
ルド１に本発明を具体化したが、内管及び外管の二重構
造を有する排気管であれば、排気マニホールド１の下流
側に設けられるいわゆる排気パイプにも本発明を具体化
することもできる。また、その外にも、排気マフラー、
ターボチャージャーユニット、或いは、内燃機関内部の
排気ポートが二重管構造を有する場合には、かかる排気
ポートについても本発明を適用することができる。

【００５２】また、上記実施の形態から把握できるさら
なる技術的思想の創作について記載する。

【００５３】（１）請求項１乃至９のいずれかに記載の
排気管において、前記内管は、一体的に構成されている
ことを特徴とする。上記構成によれば、より確実に組付
作業性の向上、コストの低減を図ることができる。

【００５４】（２）請求項１乃至９、上記付記（１）の
いずれかに記載の排気管において、前記内管は、外管内
周面に直接当接していないことを特徴とする。上記構成
によれば、内管からの熱が外管に直接伝播されることが
抑制される。

【００５５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の排気管に
よれば、組付作業性の飛躍的な向上、コストの低減を図
ることができ、しかも、熱応力に対する不具合を抑制す
ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施の形態における排気マニホールドを示す
斜視図である。

【図２】排気マニホールドの一端側の取付状態を示す断
面図である。

【図３】排気マニホールドの本体部の断面図である。

【図４】排気マニホールドの他端側を示す断面図であ
る。

【図５】別の実施の形態における排気マニホールドの一
端側の取付状態を示す断面図である。

【図６】別の実施の形態における排気マニホールドの一
端側の取付状態を示す断面図である。

【図７】従来技術における排気マニホールドを示す斜視
図である。

【図８】従来技術における内管を部分的に示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１…排気管としての排気マニホールド、２…本体部、
３，４…取付部としてのフランジ部、５…内管、６…外
管、９…相手部材としてのシリンダヘッド、１０…ガス
ケット、１２，１５…逸脱抑制手段としてのキャップ、
１３，１６…リング部、１４，１７…内管ガイド部とし
ての筒状部、２１…逸脱抑制手段としてのリングプレー
ト、２２…ガスケット、２３…リング部、２４…筒状
部。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気を上流側から下流側へと導出可能な
   内管と、 前記内管よりも外周側に設けられた外管と、 前記外管の端縁において少なくとも外周方向に延びるよ
   う設けられた取付部とを備えた排気管において、 前記内管の少なくとも一端縁側を自由端とし、熱応力に
   対して少なくとも長手方向に伸縮可能な構成としたこと
   を特徴とする排気管。
2. 【請求項２】 排気を上流側から下流側へと導出可能な
   内管と、 前記内管よりも外周側に設けられた外管と、 前記外管の端縁において少なくとも外周方向に延びるよ
   う設けられた取付部とを備えた排気管において、 前記内管の少なくとも一端縁側を自由端とし、熱応力に
   対して少なくとも径方向に伸縮可能な構成としたことを
   特徴とする排気管。
3. 【請求項３】 排気を上流側から下流側へと導出可能な
   内管と、 前記内管よりも外周側に設けられた外管と、 前記外管の端縁において少なくとも外周方向に延びるよ
   う設けられた取付部とを備えた排気管において、 前記内管の少なくとも一端縁側を自由端とし、熱応力に
   対して少なくとも長手方向及び径方向に伸縮可能な構成
   としたことを特徴とする排気管。
4. 【請求項４】 前記内管及び外管間にはクリアランスが
   設けられており、前記一端縁側を除く所定部位における
   クリアランスには、内管を支持するための支持部材を設
   けたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載
   の排気管。
5. 【請求項５】 前記外管の少なくとも一端縁側及び前記
   取付部の少なくとも一方には、前記内管の所定以上の逸
   脱を抑制するための逸脱抑制手段を設けたことを特徴と
   する請求項１乃至４のいずれかに記載の排気管。
6. 【請求項６】 前記逸脱抑制手段は、前記内管の長手方
   向への逸脱を抑制するべく、前記内管の先端に対向しか
   つ所定間隔を隔てて設けられたリング部を備えているこ
   とを特徴とする請求項５に記載の排気管。
7. 【請求項７】 前記逸脱抑制手段は、さらに、前記内管
   の径方向への逸脱を抑制するべく、前記内管よりも内側
   において前記リング部に交わる方向に延びる内管ガイド
   部を備えていることを特徴とする請求項６に記載の排気
   管。
8. 【請求項８】 冷間時においては少なくとも前記内管ガ
   イド部と前記内管との間には所定のクリアランスが形成
   されるよう構成したことを特徴とする請求項７に記載の
   排気管。
9. 【請求項９】 前記取付部はガスケットを介して所定の
   相手部材に相対した状態で取付けられてなり、かつ、前
   記逸脱抑制手段は、ガスケットの一部によって構成され
   ていることを特徴とする請求項５乃至８のいずれかに記
   載の排気管。