【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、排気マニホールドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来、図１２に示すように、排気マニホールド１の下流端と、触媒３を入れた触媒ケース２とが、触媒ケース２の上面に外側へ突出形成されたフランジ２ａで摩擦圧接により接合されており、この摩擦圧接による排気マニホールド１と触媒ケース２の一体化構造は、ボルトによる締結方式に比べて、ボルトを廃止することができ、安価に製造できて、かつコンパクト化することができるものであるが、触媒ケース２内での触媒３の位置決めを行うために、触媒ケース２の下面に、触媒３を受ける受段部２ｂが形成されており、触媒ケース２内に触媒３を挿入後、触媒ケース２の上面と排気マニホールド１を摩擦圧接で接合しており、このような構造では、摩擦圧接面Ｐが触媒３の上流側にあるため、摩擦圧接時に発生する溶バリが、エンジンの運転中に脱落して、触媒３を破損させる虞れがあり、摩擦圧接時の溶バリの発生量の管理とか、溶バリの脱落を防ぐ脱落防止壁などの対策を施す必要があった。
【０００３】
また、触媒３を良好に位置決めして固定する方法として、図１３に示すように、触媒ケース２の外側から、触媒３を位置決めする位置決めボルト５１，５１を、図１４に示すように円周方向に複数本配設する方法があるが、この方法によれば、触媒ケース２の下流端をアウトレット４のフランジ部４ａに摩擦圧接して接合し、触媒３の下流側に摩擦圧接面Ｐを設けることが可能であるが、近年の触媒３は、効率を向上させるために容積に対する表面積の増大が図られており、触媒３の薄肉化が進んでいるため、触媒３の強度が低く、そのため位置決めボルト５１で触媒３を保持するためには、位置決めボルト５１の１本当たりの荷重を少なくする必要から、数多くの位置決めボルト５１が必要で、かつ触媒３内への位置決めボルト５１の挿入代を深くする必要があり、長いボルトを使う必要があり、また、触媒３の内部は８００℃〜９００℃の高温となるため、位置決めボルト５１は耐熱ボルトを用いる必要があり、高価なものとなってしまうという問題点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の問題点に鑑み案出したものであって、溶バリによる触媒の破損を防ぎ、高価な耐熱ボルトを使用することなく、安価に信頼性を高めて製造することのできる排気マニホールドを提供せんことを目的とし、その第１の要旨は、排気マニホールドと触媒ケースが一体形成され、触媒ケースの出口下流側にアウトレットが摩擦圧接で接合される排気マニホールドにおいて、前記アウトレットには、前記触媒ケース内の触媒の位置ズレ防止と、前記摩擦圧接時の溶バリの侵入防止を兼ねるストッパーが一体形成されていることである。
また、第２の要旨は、前記ストッパーには、前記触媒が接触し得る突出受部が内側へ向かって数個所に突出形成されていることである。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、排気マニホールドの斜視構成図であり、図２は、その断面構成図である。
【０００６】
図において、排気マニホールド１と触媒ケース２は鋳造で一体形成されており、触媒ケース２の下流端にアウトレット４が摩擦圧接により接合されて構成されており、アウトレット４には、触媒ケース２の下流端を摩擦圧接するためのフランジ部４ａが外側へ突出形成されており、このフランジ部４ａに触媒ケース２の下流端を当接させて圧力を加え、互いに相対速度を与えて摩擦熱を発生させ、摩擦熱によりフランジ部４ａと触媒ケース２の下流端を溶融させて、さらに相対速度による滑り方向と垂直方向に大きな圧力を与えて溶融層を外側に排出して、両者を摩擦接合面Ｐで固体接合するものであるが、摩擦圧接時には溶バリが発生し、この溶バリの内側への侵入を防ぐ役割を持たせるため、アウトレット４のフランジ部４ａの内周側には、上流側に向かって突出したストッパー５が一体形成されており、このストッパー５は、触媒３が下流側へ位置ズレするのを防ぐためのものでもある。
【０００７】
なお、触媒ケース２内に触媒３を挿入した後に、アウトレット４を摩擦接合する時に、ストッパー５と触媒３間にも相対速度が発生して、触媒３とストッパー５が接触してしまうと、触媒３が破損される虞れがあるため、摩擦圧接時には、触媒３とストッパー５の上流端の当接面５ａとの間には、最低２mm以上のクリアランスが図３のｂで示すように設けてある。
なお、エンジンの運転中に高速の排気ガスが触媒３内を流れ、その排気ガスによる圧力と、エンジンの運転による振動により、徐々に触媒３は下流側へ移動して、ストッパー５の当接面５ａに当接し、触媒３の移動が停止されるように構成されている。
【０００８】
このストッパー５の半径方向の幅長ａは、触媒３の半径の６％以上に設定されて、排気ガスによる圧力に耐えるように設計されている。
例えば、触媒３の半径が５０mmである場合には、ストッパー５の半径方向の幅長ａは４mmであり、図４の平面図で示すように、ストッパー５の外周と触媒３の外周間には１．５mm〜２mm程度の外周部が形成されるように設定されており、ストッパー５の当接面５ａの面積は、触媒３の断面積の１０％以上となるように設定されている。
【０００９】
このように、触媒３はハニカム状断面であるため、壊れやすいために、前述したストッパー５の幅長ａ及び面積を設定して、ストッパー５の当接面５ａと触媒３が当接した時の、触媒３の破損を防ぐように構成されている。
触媒３の破損を防ぐためには、ストッパー５の当接面５ａの幅長ａは大の方が良いのであるが、あまり幅長ａが大であると、逆に不活性域が増大してしまうという新たな問題点が発生する。即ち、触媒３の径が大きい場合にストッパー５の半径方向の幅長ａを６％以上確保しようとすると、ストッパー５の幅長ａが厚くなりすぎ、図５に示すように、排気ガスが触媒３を通らない不活性域Ｓが増大する。特に、外周部近傍では触媒ケース２の内壁との摩擦のため排気ガスの流速が小さくなり、ストッパー５による堰により不活性域Ｓが増大し、これにより触媒３の効果的な利用が妨げられることとなる。
【００１０】
従って、このような事態を解決するために、図６の断面図で、また図７の平面図で示すように、前記アウトレット４のストッパー５の内周に、当接面５ａと水平状に半径方向内側へ突出させて所定間隔で複数の突出受部５ｂ，５ｂ，５ｂを一体形成させておくことができ、ストッパー５の基本的な半径方向の幅ａは極力小さく設定したままでも突出受部５ｂにより触媒３の接触面が増大されることとなり、触媒３を破損させることなく良好に位置決めすることができるものとなる。なお、この突出受部５ｂの先端付近では、排気ガスの流速が速くなり、排気ガスの周囲からの巻き込みなどによって、触媒３の不活性域を小さくすることができる効果もある。
【００１１】
なお、この突出受部５ｂは、図８の平面図で、また図９の縦断面図で示すように、ストッパー５の内周間を連結するように橋状の突出受橋部５ｂとして形成することもでき、この突出受橋部５ｂは３本で形成しても、また、図１０の平面図及び図１１の縦断面図で示すように、１本で形成したものであっても良く、この突出受橋部５ｂで良好に触媒３を受けて、触媒３との接触面積の不足を良好に補うことができるものとなる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は、排気マニホールドと触媒ケースが一体形成され、触媒ケースの出口下流側にアウトレットが摩擦圧接で接合される排気マニホールドにおいて、前記アウトレットには、前記触媒ケース内の触媒の位置ズレ防止と、前記摩擦圧接時の溶バリの侵入防止を兼ねるストッパーが一体形成されていることにより、摩擦圧接による接合面は触媒の下流側に配置されるものであるため、摩擦圧接時に発生する溶バリの脱落による触媒の破損を良好に防止することができ、また、アウトレットには溶バリの侵入を防ぐ堰を兼用した触媒位置ズレ防止用のストッパーが設けられているため、従来のように触媒の位置決めボルトを用いることなく、良好に触媒を位置決めして安価に製作することができるものとなる。
【００１３】
また、前記ストッパーには、前記触媒が接触し得る突出受部が内側へ向かって数個所に突出形成されていることにより、触媒内の排気ガスの通過しない不活性域を小さくできて、かつ、触媒を確実に保持することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気マニホールドの斜視構成図である。
【図２】図１の縦断面構成図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【図４】図３における触媒とストッパーの位置関係を示す平面構成図である。
【図５】ストッパーの半径方向幅が大な時に、排気ガスの不活性域が発生する説明断面構成図である。
【図６】ストッパーに突出受部を形成させた縦断面構成図である。
【図７】図６の平面構成図である。
【図８】突出受部を橋状に形成した場合の平面構成図である。
【図９】図８の縦断面構成図である。
【図１０】さらに突出受橋部を１本で形成した場合の平面構成図である。
【図１１】図１０の縦断面構成図である。
【図１２】従来の排気マニホールドの縦断面構成図である。
【図１３】従来、位置決めボルトを用いて触媒を位置決めする構造の縦断面構成図である。
【図１４】図１３の触媒部分の平面構成図である。
【符号の説明】
１ 排気マニホールド
２ 触媒ケース
３ 触媒
４ アウトレット
４ａ フランジ部
５ ストッパー
５ａ 当接面
５ｂ 突出受部（突出受橋部）
Ｓ 不活性域
Ｐ 摩擦接合面[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an exhaust manifold.
[0002]
[Prior art and problems]
Conventionally, as shown in FIG. 12, the downstream end of the exhaust manifold 1 and the catalyst case 2 containing the catalyst 3 are joined to each other by friction welding with a flange 2 a that protrudes outward from the upper surface of the catalyst case 2. The integrated structure of the exhaust manifold 1 and the catalyst case 2 by friction welding can eliminate the bolt, can be manufactured at a low cost, and can be made compact as compared with the fastening method using the bolt. However, in order to position the catalyst 3 in the catalyst case 2, a receiving step 2 b for receiving the catalyst 3 is formed on the lower surface of the catalyst case 2, and after the catalyst 3 is inserted into the catalyst case 2, the catalyst The upper surface of the case 2 and the exhaust manifold 1 are joined by friction welding. In such a structure, the friction welding surface P is on the upstream side of the catalyst 3. Come off during operation, there is a risk to damage the catalyst 3, the management Toka amount of generated soluble burr during friction welding, it is necessary to take measures such as falling-off preventing walls for preventing the falling off of the solvent burrs.
[0003]
Further, as a method for positioning and fixing the catalyst 3 well, as shown in FIG. 13, positioning bolts 51 and 51 for positioning the catalyst 3 from the outside of the catalyst case 2 are arranged in the circumferential direction as shown in FIG. In this method, the downstream end of the catalyst case 2 is joined to the flange portion 4 a of the outlet 4 by friction welding, and the friction welding surface P is provided on the downstream side of the catalyst 3. However, in recent years, the surface area of the catalyst 3 is increased with respect to the volume in order to improve the efficiency, and since the catalyst 3 is thinned, the strength of the catalyst 3 is low. In order to hold the catalyst 3 with the bolts 51, it is necessary to reduce the load per positioning bolt 51, so a large number of positioning bolts 51 are necessary, and the positioning bolts 51 are inserted into the catalyst 3. It is necessary to use a long bolt, and since the inside of the catalyst 3 has a high temperature of 800 ° C. to 900 ° C., the positioning bolt 51 needs to use a heat-resistant bolt and is expensive. There was a problem that it was.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and is capable of preventing the catalyst from being damaged by molten flash, and can be manufactured with high reliability at low cost without using expensive heat-resistant bolts. The purpose of the present invention is to provide a manifold. The first gist of the exhaust manifold is that the exhaust manifold and the catalyst case are integrally formed, and the outlet is joined to the outlet downstream side of the catalyst case by friction welding. A stopper that serves as both prevention of displacement of the catalyst in the catalyst case and prevention of intrusion of molten burrs during the friction welding is integrally formed.
The second gist is that the stopper is formed with protruding receiving portions that can contact the catalyst at several locations inward.
[0005]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective configuration diagram of an exhaust manifold, and FIG. 2 is a sectional configuration diagram thereof.
[0006]
In the figure, the exhaust manifold 1 and the catalyst case 2 are integrally formed by casting, and an outlet 4 is joined to the downstream end of the catalyst case 2 by friction welding, and the outlet 4 includes a downstream of the catalyst case 2. A flange portion 4a for friction-welding the end is formed to protrude outward. Pressure is applied by bringing the downstream end of the catalyst case 2 into contact with the flange portion 4a to generate a relative heat to generate frictional heat. Then, the flange 4a and the downstream end of the catalyst case 2 are melted by frictional heat, and a large pressure is applied in the direction perpendicular to the sliding direction by the relative speed to discharge the molten layer to the outside. Although it is solid-bonded, molten burrs are generated at the time of friction welding, and in order to prevent the penetration of the molten burrs into the inner side, Has a stopper 5 that protrudes toward the upstream side is integrally formed, the stopper 5, catalyst 3 is also intended to prevent the positional deviation to the downstream side.
[0007]
When the outlet 4 is friction-joined after the catalyst 3 is inserted into the catalyst case 2, a relative speed is generated between the stopper 5 and the catalyst 3, and the catalyst 3 and the stopper 5 come into contact with each other. 3 may be damaged. Therefore, at the time of friction welding, a clearance of at least 2 mm is provided between the catalyst 3 and the contact surface 5a at the upstream end of the stopper 5 as shown in FIG. is there.
During the operation of the engine, high-speed exhaust gas flows through the catalyst 3, and the catalyst 3 gradually moves to the downstream side due to the pressure of the exhaust gas and vibration due to the operation of the engine, and the contact surface of the stopper 5 It is configured to abut against 5 a and stop the movement of the catalyst 3.
[0008]
The width a of the stopper 5 in the radial direction is set to 6% or more of the radius of the catalyst 3 and is designed to withstand the pressure of the exhaust gas.
For example, when the radius of the catalyst 3 is 50 mm, the radial width a of the stopper 5 is 4 mm, and the gap between the outer periphery of the stopper 5 and the outer periphery of the catalyst 3 is as shown in the plan view of FIG. The outer peripheral portion of about 1.5 mm to 2 mm is set to be formed, and the area of the contact surface 5 a of the stopper 5 is set to be 10% or more of the cross-sectional area of the catalyst 3.
[0009]
As described above, since the catalyst 3 has a honeycomb-shaped cross section and is easily broken, the width a and the area of the stopper 5 described above are set, and the contact surface 5a of the stopper 5 and the catalyst 3 are in contact with each other. The catalyst 3 is prevented from being damaged.
In order to prevent the catalyst 3 from being damaged, the width a of the contact surface 5a of the stopper 5 should be large. However, if the width a is too large, the inactive region increases conversely. A new problem occurs. That is, if the radial width a of the stopper 5 is 6% or more when the diameter of the catalyst 3 is large, the width a of the stopper 5 becomes too thick. As shown in FIG. The inactive area S that does not pass through 3 increases. In particular, in the vicinity of the outer peripheral portion, the exhaust gas flow rate decreases due to friction with the inner wall of the catalyst case 2, and the inert area S increases due to the weir by the stopper 5, thereby preventing effective use of the catalyst 3. It becomes.
[0010]
Therefore, in order to solve such a situation, as shown in the cross-sectional view of FIG. 6 and the plan view of FIG. 7, a radius is formed on the inner periphery of the stopper 5 of the outlet 4 in a horizontal direction with the contact surface 5 a. A plurality of protrusion receiving portions 5b, 5b, 5b can be integrally formed at predetermined intervals by protruding inward in the direction, and the protrusion receiving portion can be formed even when the basic radial width a of the stopper 5 is set as small as possible. The contact surface of the catalyst 3 is increased by 5b, and the catalyst 3 can be satisfactorily positioned without being damaged. In addition, in the vicinity of the tip of the projecting receiving portion 5b, the flow rate of the exhaust gas is increased, and there is an effect that the inactive region of the catalyst 3 can be reduced by the entrainment of the exhaust gas from the periphery.
[0011]
In addition, this protrusion receiving part 5b is formed as a bridge-like protrusion receiving bridge part 5b so as to connect between the inner circumferences of the stopper 5, as shown in the plan view of FIG. 8 and the longitudinal sectional view of FIG. This projecting bridge portion 5b may be formed by three, or may be formed by one as shown in the plan view of FIG. 10 and the longitudinal sectional view of FIG. The projecting bridge portion 5b receives the catalyst 3 satisfactorily, and the lack of contact area with the catalyst 3 can be compensated well.
[0012]
【The invention's effect】
In the exhaust manifold in which the exhaust manifold and the catalyst case are integrally formed and the outlet is joined to the downstream side of the outlet of the catalyst case by friction welding, the outlet includes a catalyst for preventing displacement of the catalyst in the catalyst case, Since the stopper that also serves to prevent intrusion of molten burrs during the friction welding is integrally formed, the joining surface by friction welding is arranged on the downstream side of the catalyst. It is possible to prevent damage to the catalyst due to the catalyst, and the outlet is provided with a stopper for preventing displacement of the catalyst that also serves as a weir to prevent the entry of molten burrs. Without using the catalyst, the catalyst can be satisfactorily positioned and manufactured at a low cost.
[0013]
Further, the stopper is formed with several protrusion receiving portions that can contact the catalyst inwardly, so that the inactive region where the exhaust gas in the catalyst does not pass can be reduced, and This has the effect of reliably holding the catalyst.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective configuration diagram of an exhaust manifold.
FIG. 2 is a longitudinal sectional configuration diagram of FIG. 1;
FIG. 3 is an enlarged view of a main part of FIG. 2;
4 is a plan configuration diagram showing a positional relationship between a catalyst and a stopper in FIG. 3;
FIG. 5 is an explanatory cross-sectional configuration diagram in which an inactive region of exhaust gas is generated when the radial width of the stopper is large.
FIG. 6 is a vertical cross-sectional configuration diagram in which a protrusion receiving portion is formed on a stopper.
7 is a plan configuration diagram of FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a plan configuration diagram in the case where the protruding receiving portion is formed in a bridge shape.
9 is a vertical cross-sectional configuration diagram of FIG.
FIG. 10 is a plan configuration diagram in the case where a single projecting bridge portion is formed.
11 is a longitudinal sectional configuration diagram of FIG.
FIG. 12 is a longitudinal sectional configuration diagram of a conventional exhaust manifold.
FIG. 13 is a vertical cross-sectional configuration diagram of a conventional structure for positioning a catalyst using positioning bolts.
14 is a plan configuration diagram of the catalyst portion of FIG. 13;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust manifold 2 Catalyst case 3 Catalyst 4 Outlet 4a Flange part 5 Stopper 5a Contact surface 5b Protrusion receiving part (protrusion receiving bridge part)
S Inactive region P Friction joint surface