JP2014066166A - 排気管 - Google Patents

Abstract

【課題】多気筒型エンジンのシリンダヘッド１の一側面に互いに隣り合うように設けられる複数の排気口１ａ〜１ｄにそれぞれ個別に連通される排ガス導入端３２，３３，４２，４３を有する排気管２において、各排ガス導入端３２，３３，４２，４３にフランジ６を結合するにあたって、当該結合強度を可及的に向上可能とする。
【解決手段】排ガス導入端３２，３３，４２，４３には、当該排ガス導入端が個別に連通される連通孔１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂを有する板状のフランジ６が取り付けられている。フランジ６は２ピース構造とされ、その片方ピース１０（２０）には、前記すべての連通孔１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂのうち半数以上の連通孔が一列に並ぶように設置されている。フランジ６の片面において各連通孔１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂの周縁部分と排ガス導入端３２，３３，４２，４３の外周とが溶接されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、多気筒型エンジンのシリンダヘッドの一側面に互いに隣り合うように設けられる複数の排気口にそれぞれ個別に連通される排ガス導入端を有する排気管に関する。

直列４気筒型エンジンのシリンダヘッドの一側面に４つの排気口が横一列に並べられている場合に用いる排気管としては、例えば特許文献１に示されているものがある。

この特許文献１の場合、排気管の４つの個別管路（ブランチパイプ）の排ガス導入端を横一列に並べて単一の横長形状のフランジの４つの連通孔に個別に挿入した状態で結合している。

このような排気管であれば、前記フランジに前記４つの排ガス導入端を結合するにあたって、当該各排ガス導入端の外周部分を前記フランジに溶接することが可能になる。

このように外周溶接が可能な場合には、溶接の形態として、例えばミグ溶接（メタル・イナート・ガスアーク溶接）を行うことができる。このミグ溶接は、周知のようにティグ溶接（タングステン・イナート・ガスアーク溶接）に比べて結合強度が高い。一般に、ミグ溶接は、母材と溶接棒とを溶融させる形態であるために母材の接合部分の肉が減らなくて済むのであるが、ティグ溶接は母材のみを溶融させる形態であるために母材の結合部分の肉が減ることになる。このようなことから、ミグ溶接のほうがティグ溶接に比べて結合強度が高くなると言われている。

特開平９−１０５３２７号公報 特開２００９−２４８１９０号公報

ところで、例えば４気筒型エンジンのシリンダヘッドの一側面に４つの排気口を互いに隣り合うように設置している場合に用いる排気管については、前記４つの個別管路の排ガス導入端を横一列ではなく、互いに隣り合う（例えば縦横に２つずつ並べる）ように設置する必要がある。

このような形態の排気管において、前記４つの排ガス導入端それぞれの離隔間隔が狭くなっていると、当該排ガス導入端の外周においてそれぞれ向かい合って隠れる領域に溶接トーチの先端を届かせることが物理的に不可能になることがある。

そのような場合には、上記特許文献２に示されているような内周溶接を行わなければならなくなる、と考えられる。具体的には、前記４つの排ガス導入端を前記フランジの４つの連通孔の内周に個別に挿入した状態で当該各排ガス導入端の内周と前記フランジの各連通孔の内周とを溶接するのである。

このような内周溶接とする場合には、前記排ガス導入端の内周面に溶接時に飛散するスパッタ（スラグや金属粒など）が付着しやすくなるために、例えば排ガス導入端が排ガスによって昇温したときに前記スパッタが溶融、剥離して、前記排気管の排ガス排出端側に設置される触媒内に入り込むおそれがあるなど、好ましくない。

このような事情に鑑み、本発明は、多気筒型エンジンのシリンダヘッドの一側面に互いに隣り合うように設けられる複数の排気口にそれぞれ個別に連通される排ガス導入端を有する排気管において、前記各排ガス導入端にフランジを結合するにあたって、当該結合強度を可及的に向上可能とすることを目的としている。

本発明は、多気筒型エンジンのシリンダヘッドの一側面に互いに隣り合うように設けられる複数の排気口にそれぞれ個別に連通される排ガス導入端を有する排気管であって、前記排ガス導入端には、当該排ガス導入端が個別に連通される連通孔を有する板状のフランジが取り付けられており、このフランジは２ピース構造とされ、その片方ピースには前記すべての連通孔のうち半数以上の連通孔が一列に並ぶように設置されており、このフランジの片面において前記各連通孔の周縁部分と前記排ガス導入端の外周とが溶接されている、ことを特徴としている。

そもそも、従来例で説明しているように、前記排気管における複数の排ガス導入端を互いに隣り合うように並べた状態で板状のフランジに溶接にて結合する場合だと、前記各排ガス導入端が互いに向き合って隠れる領域ができてしまうことになって、溶接トーチの先端を届かせることが不可能になるので、従来例では内周溶接にしていた。

このような従来例では前記しているような不具合が発生するので、本発明では１つのフランジを２つのピースを組み合わせる構成にしたうえで、それら２つのピースを組み合わせる前の状態において、前記排気管の各排ガス導入端が互いに向き合って隠れる領域ができないようにしている。

これにより、２つのピースに前記各排ガス導入端を外周溶接にて結合することが可能になる。そのため、従来例で説明したような内周溶接時のスパッタが原因となる不具合の発生を回避できるようになるとともに、前記外周溶接を接合強度の高いミグ溶接とすることによって、接合強度を可及的に高くすることが可能になる。

好ましくは、前記溶接は、ミグ溶接とすることが可能である。

好ましくは、前記２つのピースを組み合わせるときの対向部分には、それぞれ張り出し片が設けられ、前記２つのピースを組み合わせるときの対向部分には、それぞれ張り出し片が設けられ、これら両方の張り出し片は、板厚方向に段違いとなるようにそれぞれ薄肉に形成されかつ前記２つのピースの組み合わせ時に板厚方向に重ね合わされるものであり、前記両方の張り出し片を重ね合わせたときにそれらの張り出し方向先端側が非接触とされる。

この場合、排気管の使用時に昇温することに伴い、前記両方の張り出し片の張り出し方向先端側が熱膨張したとしても、一方の張り出し片の張り出し方向先端側が他方の張り出し片の張り出し方向先端側に干渉することを抑制または防止できるようになる。これにより、仮に、一方の張り出し片の張り出し方向先端側を他方の張り出し片の張り出し方向先端側に当接させている場合に想定される不具合（２つのピースからなるフランジをシリンダヘッドに取り付ける際に用いるボルトに応力が作用して耐久性を低下させる現象）の発生を回避することが可能になる。

好ましくは、前記両方の張り出し片には、シリンダヘッドの一側面に前記フランジを取り付けるときに用いるボルトの挿通孔が、当該両方の張り出し片を重ね合わせたときに合致するように設けられる。

この場合、仮に、２つのピースにおいて両方の張り出し片以外の領域にそれぞれ挿通孔を設ける場合に比べると、前記２つのピースからなるフランジをシリンダヘッドに取り付ける際に用いるボルトおよび挿通孔の数を少なくできるようになるので、コスト低減を図るうえで有利になる。

好ましくは、前記排ガス導入端は、合計４つとされかつ縦横に２つずつに並んで配置され、前記フランジを構成する２つのピースは、それぞれ長方形とされ、かつそれらの長手方向に沿ってそれぞれ前記２つの連通孔が並ぶように設けられる。

ここでは、前記排気管の排ガス導入端の数、前記２つのピースの外形形状、前記２つのピースに設置する連通孔の数などを明確にしている。

本発明に係る排気管は、多気筒型エンジンのシリンダヘッドの一側面に互いに隣り合うように設けられる複数の排気口にそれぞれ個別に連通される排ガス導入端を有する構成であって、前記各排ガス導入端にフランジを結合するにあたって、当該結合強度を可及的に高めることが可能になる。

本発明に係る排気管の一実施形態で、その全体の外観を示す斜視図である。 図１の排気管を分解した斜視図である。 図１および図２の排気管のブランチパイプを排ガス導入端側から見た状態を示す斜視図である。 図１の排気管の平面図である。 図２に示すフランジを組み合わせた状態を示す図であり、排気管側から見た図である。 図５の（６）−（６）線断面の矢視図である。 本発明に係る排気管の他実施形態であり、フランジに対するブランチパイプの結合形態を説明するための図である。 本発明に係る排気管の他実施形態であり、フランジの分割形態を説明するための図である。 本発明に係る排気管のブランチパイプの排ガス導入端を３つにした場合におけるフランジの分割形態を説明するための図である。 本発明に係る排気管のブランチパイプの排ガス導入端を横６つにした場合におけるフランジの分割形態を説明するための図である。 本発明に係る排気管のブランチパイプの排ガス導入端を縦６つにした場合におけるフランジの分割形態を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図６に、本発明の一実施形態を示している。図中、１は直列４気筒型のエンジンに用いるシリンダヘッド、２は排気管である。

シリンダヘッド１の内部には、図示していないが、排気ポートが設けられている。この実施形態では直列４気筒型エンジンに用いるシリンダヘッド１を例に挙げているので、前記排気ポートの外側開口（請求項に記載の排気口に相当）１ａ〜１ｄは、４つとされている。

この実施形態では、シリンダヘッド１の排気ポートの開口つまり排気口１ａ〜１ｄが、シリンダヘッド１の一側面に縦横に２つずつ配置されるように集められている。

排気管２は、いわゆるマニバータとされており、第１、第２ブランチパイプ３，４と触媒５とを含んだ構成になっている。

第１、第２ブランチパイプ３，４は、図２および図３に示すように、共に、１本のパイプをプレス成形することにより、一端側３１，４１を１本のままにして他端側３２，３３，４２，４３を二股に枝分かれさせた形状になっている。

第１、第２ブランチパイプ３，４において、それぞれ１本のままになった一端側３１，４１は、触媒５の排ガス導入側のコーン部５１内に横並び状態で挿入されており、また、それぞれ枝分かれした他端側３２，３３，４２，４３には、図１および図５に示すように、略正方形の板状のフランジ６が結合されている。このように、一端側３１，４１は「排ガス排出端側」となり、他端側３２，３３，４２，４３は「排ガス導入端側」となる。

フランジ６は、図２に示すように、２ピース構造になっていて、それぞれのピース１０，２０は縦長の略長方形に形成されており、第１、第２ピース１０，２０を横並びに配置して組み合わせることにより略正方形の外形とされるようになっている。

このフランジ６の第１、第２ピース１０，２０には、それぞれ２つの連通孔１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂが板厚方向に貫通するように設けられている。

この連通孔１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂは、第１、第２ピース１０，２０の長手方向に並ぶように配置されている。第１、第２ピース１０，２０を横並びに組み合わせて略正方形のフランジ６を作ると、第１、第２ピース１０，２０のそれぞれ２つの連通孔１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂが縦横に２つずつ配置されるようになって、例えば図５に示すように、略正方形のフランジ６を４分割した領域にそれぞれ１つずつ配置されるようになる。

この第１、第２ピース１０，２０にそれぞれ２つずつ設けてある合計４つの連通孔１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂには、図１に示すように、前記した第１、第２ブランチパイプ３，４の枝分かれした他端側（排ガス導入端側）３２，３３，４２，４３が連通連結されるようになっている。

次に、前記連通連結形態を詳しく説明する。

第１ブランチパイプ３の他端側３２，３３を第１ピース１０の連通孔１１ａ，１１ｂ内に個別に挿入し、当該他端側３２，３３の外周と第１ピース１０の片面において各連通孔１１ａ，１１ｂの周縁部位とを溶接することにより結合する。この溶接跡には、例えば図６において符号７１を付している。

同様に、第２ブランチパイプ４の他端側４２，４３を第２ピース２０の連通孔２１ａ，２１ｂ内に個別に挿入し、当該他端側４２，４３の外周と第２ピース２０の片面において各連通孔２１ａ，２１ｂの周縁部位とを溶接することにより結合する。この溶接跡には、例えば図６において符号７２を付している。

このように、フランジ６を１ピース構造にせずに２ピース構造にして、第１、第２ピース１０，２０にそれぞれ２つの連通孔１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂを一列に並べるように設置しているから、前記溶接の形態として外周溶接にすることが可能になる。

その理由としては、前記外周溶接にしても、図示していない溶接トーチの先端を第１、第２ブランチパイプ３，４の各他端側３２，３３，４２，４３の外周に届かせることが可能になるからである。

そして、このような外周溶接にしている場合には、溶接時に飛散するスパッタが第１、第２ブランチパイプ３，４の内面に付着することが無い。そのために、例えば排気管２がエンジンからの排ガスによって昇温したときに前記スパッタが溶融、剥離して排気管２の下流側に設置される触媒５内に入り込むといった心配が無くなる。

また、前記外周溶接の際に例えばミグ溶接（メタル・イナート・ガスアーク溶接）を行うことができる。このミグ溶接は、周知のようにティグ溶接（タングステン・イナート・ガスアーク溶接）に比べて結合強度が高い。一般に、ミグ溶接は、母材と溶接棒とを溶融させる形態であるために母材の接合部分の肉が減らなくて済むのであるが、ティグ溶接は母材のみを溶融させる形態であるために母材の結合部分の肉が減ることになる。このようなことから、ミグ溶接のほうがティグ溶接に比べて結合強度が高くなると言われている。

次に、第１、第２ピース１０，２０を組み合わせる形態について詳しく説明する。

第１、第２ピース１０，２０をそれぞれ組み合わせるときの対向部分には、図２および図４に示すように、互いに向けて張り出す張り出し片１２，２２が設けられている。これら第１、第２張り出し片１２，２２は、第１、第２ピース１０，２０の板厚方向に段違いとなるように薄肉にされている。

そして、第１、第２ピース１０，２０それぞれの四隅には、図１および図２に示すように、シリンダヘッド１に設けられる６つのスタッドボルト７が挿通される挿通孔１３，２３が設けられている。なお、各ピース１０，２０にそれぞれ設けられる４つの挿通孔１３，２３のうちの２つは前記した第１、第２張り出し片１２，２２に設けられている。

第１、第２張り出し片１２，２２のそれぞれ２つの挿通孔１３，２３は、第１、第２ピース１０，２０を組み合わせる際に合致させられる。これにより、第１、第２ピース１０，２０を組み合わせて１つのフランジ６にした状態では、図５に示すように、挿通孔１３，２３の合計が８つではなく、６つになる。

この合計６つの挿通孔１３，２３を、それに対応する位置のスタッドボルト７に個別にはめ合せ、すべてのスタッドボルト７の先端側にそれぞれナット８をねじ込むことにより、排気管２がシリンダヘッド１に取り付けられるようになる。

ところで、前記したように第１、第２ピース１０，２０を組み合わせることにより第１張り出し片１２に設けてある２つの挿通孔１３と第２張り出し片２２に設けてある２つの挿通孔２３とを合致させると、図４から図６に示すように、第１張り出し片１２の張り出し方向先端側と第２張り出し片２２の張り出し方向先端側とが非接触になるように、第１、第２張り出し片１２，２２の張り出し寸法が管理されている。

このように非接触にすることにより、第１張り出し片１２の張り出し方向先端側と第２張り出し片２２の張り出し方向先端側との間に適宜のクリアランス１００を設けるようにしている。

このようなクリアランス１００を設けていれば、排気管２が排ガスによって昇温することに伴いフランジ６を構成する第１、第２ピース１０，２０がそれぞれ熱膨張したとしても、第１、第２張り出し片１２，２２の熱膨張が前記クリアランス１００で吸収されることになって、第１張り出し片１２の張り出し方向先端側と第２張り出し片２２の張り出し方向先端側とが干渉しないようになる。

これにより、仮に、前記クリアランス１００を設けていない場合（第１張り出し片１２の張り出し方向先端側と第２張り出し片２２の張り出し方向先端側とを当接させるような状態で第１、第２ピース１０，２０を組み合わせている場合）に想定される不具合（スタッドボルト７に応力が作用して耐久性を低下させる現象）の発生を回避することが可能になる。

以上説明したように本発明を適用した実施形態では、１つのフランジ６を２つのピース１０，２０を組み合わせる構成にしたうえで、それら２つのピース１０，２０を組み合わせる前の状態において、２つのブランチパイプ３，４の排ガス導入端３２，３３，４２，４３が互いに向き合って隠れる領域ができないようにしている。

これにより、２つのピース１０，２０の片面にブランチパイプ３，４の排ガス導入端３２，３３，４２，４３を外周溶接にて結合することが可能になる。そのため、従来例で説明したような内周溶接時のスパッタが原因となる不具合の発生を回避できるようになるとともに、前記外周溶接を接合強度の高いミグ溶接とすることによって、接合強度を可及的に高くすることが可能になる。

特に、この実施形態では、１つのフランジ６を構成する第１、第２ピース１０，２０を組み合わせた状態において第１、第２ピース１０，２０の各張り出し片１２，２２に設けてある挿通孔１３，２３を合致させるようにしているので、仮に、第１、第２ピース１０，２０において第１、第２張り出し片１２，２２以外の領域にそれぞれ４つの挿通孔１３，２３を設ける場合に比べると、スタッドボルト７および挿通孔１３，２３の数を少なくできるようになるので、コスト低減を図るうえで有利になる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲内で適宜に変更することが可能である。

（１）上記実施形態では、第１、第２ブランチパイプ３，４の他端側（排ガス導入端側）３２，３３，４２，４３を二股にした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば図示していないが、それぞれ独立した４つのブランチパイプを用いることが可能である。

（２）上記実施形態において、ブランチパイプ３，４の他端側（排ガス導入端側）３２，３３，４２，４３とフランジ６との結合形態については、例えば図７に示すようにすることが可能である。

例えば図７に示す例では、ブランチパイプ３，４の他端側３２，３３，４２，４３をフランジ６の連通孔１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂ内に個別に挿入せずに、当該他端側３２，３３，４２，４３をフランジ６の片面において各連通孔１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂの周縁部位に当接させるようにしておき、この他端側３２，３３，４２，４３の外周とフランジ６の片面において各連通孔１１ａ，１１ｂ，２１ａ，２１ｂの周縁部位とを溶接することにより結合するような形態にしている。この溶接跡には、図７において符号７１，７２を付している。

（３）上記実施形態では、第１、第２ピース１０，２０を縦長の略長方形に形成しておいて、それらを横並びに配置することにより略正方形のフランジ６を得るようにした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではない。

例えば図８に示すように、第１、第２ピース１０，２０を横長の略長方形に形成しておいて、それらを縦並びに配置することにより略正方形のフランジ６を得るようにすることが可能である。

また、直列３気筒型エンジンまたはＶ型６気筒型エンジンの片バンクのシリンダヘッドの一側面に例えば３つの排気口（図示省略）を略三角形とするように配置する場合に用いる排気管２２のフランジ６を２ピース構造にするには、例えば図９に示すように図中の一点鎖線２０１で示すラインで分離することができる。この他、図中の一点鎖線２０２，２０３で示すラインで分離することも可能である。

前記したように一点鎖線２０１で示すラインで分離した場合、例えば第１ピース１０に１つの連通孔１１ａが設けられることになって、第２ピース２０に２つの連通孔２１ａ，２１ｂが設けられることになる。この場合、第２ピース２０に存在する２つの連通孔２１ａ，２１ｂは、前記合計３つの連通孔１１ａ，２１ａ，２１ｂのうちの半数以上になっていてかつ一列に並ぶ状態になっている。

さらに、直列６気筒型エンジンまたはＶ型１２気筒型エンジンの片バンクのシリンダヘッドの一側面に例えば６つの排気口（図示省略）を縦２つ横３つに配置するような場合に用いる排気管２のフランジ６を２ピース構造にするには、２つのピース１０，２０を、例えば図１０に示すような横長の長方形にすることができる。

また、同様に、直列６気筒型エンジンまたはＶ型１２気筒型エンジンの片バンクのシリンダヘッドの一側面に例えば６つの排気口（図示省略）を縦３つ横２つに配置するような場合に用いる排気管２のフランジ６を２ピース構造にするには、２つのピース１０，２０を、例えば図１１に示すような縦長の長方形にすることができる。

これらの場合、例えば２つのピース１０，２０には、それぞれ３つの連通孔１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，２１ａ，２１ｂ，２１ｃが設けられている。つまり、第１ピース１０に３つの連通孔（１１ａ〜１１ｃ）が、また、第２ピース２０に３つの連通孔２１ａ〜２１ｃが設けられているから、２つのピース１０，２０には、それぞれ前記合計６つの連通孔（１１ａ〜１１ｃ，２１ａ〜２１ｃ）のうちの半数以上になっていてかつ一列に並ぶ状態になっていると言える。

本発明は、多気筒型エンジンのシリンダヘッドの一側面に互いに隣り合うように設けられる複数の排気口にそれぞれ個別に連通される排ガス導入端を有する排気管に好適に利用することが可能である。

１ シリンダヘッド
１ａ〜１ｄ 排気口
２ 排気管
３ 第１ブランチパイプ
３２，３３ 排ガス導入端
４ 第２ブランチパイプ
４２，４３ 排ガス導入端
５ 触媒
６ フランジ
１０ 第１ピース
１１ａ，１１ｂ 連通孔
１２ 第１張り出し片
１３ 挿通孔
２０ 第２ピース
２１ａ，２１ｂ 連通孔
２２ 第２張り出し片
２３ 挿通孔
７１，７２ 溶接跡

Claims (5)

1. 多気筒型エンジンのシリンダヘッドの一側面に互いに隣り合うように設けられる複数の排気口にそれぞれ個別に連通される排ガス導入端を有する排気管であって、
   前記排ガス導入端には、当該排ガス導入端が個別に連通される連通孔を有する板状のフランジが取り付けられており、
   このフランジは２ピース構造とされ、その片方ピースには前記すべての連通孔のうち半数以上の連通孔が一列に並ぶように設置されており、
   このフランジの片面において前記各連通孔の周縁部分と前記排ガス導入端の外周とが溶接されている、ことを特徴とする排気管。
2. 請求項１に記載の排気管において、
   前記溶接は、ミグ溶接とされることを特徴とする排気管。
3. 請求項１または２に記載の排気管において、
   前記２つのピースを組み合わせるときの対向部分には、それぞれ張り出し片が設けられ、
   これら両方の張り出し片は、板厚方向に段違いとなるようにそれぞれ薄肉に形成されかつ前記２つのピースの組み合わせ時に板厚方向に重ね合わされるものであり、
   前記両方の張り出し片を重ね合わせたときにそれらの張り出し方向先端側が非接触とされる、ことを特徴とする排気管。
4. 請求項３に記載の排気管において、
   前記両方の張り出し片には、シリンダヘッドの一側面に前記フランジを取り付けるときに用いるボルトの挿通孔が、当該両方の張り出し片を重ね合わせたときに合致するように設けられることを特徴とする排気管。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の排気管において、
   前記排ガス導入端は、合計４つとされかつ縦横に２つずつに並んで配置され、
   前記フランジを構成する２つのピースは、それぞれ長方形とされ、かつそれらの長手方向に沿ってそれぞれ前記２つの連通孔が並ぶように設けられることを特徴とする排気管。

Images