JP2000027643A - 排気マニホールドの締結構造 - Google Patents

排気マニホールドの締結構造

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JP2000027643A
JP2000027643A JP19413898A JP19413898A JP2000027643A JP 2000027643 A JP2000027643 A JP 2000027643A JP 19413898 A JP19413898 A JP 19413898A JP 19413898 A JP19413898 A JP 19413898A JP 2000027643 A JP2000027643 A JP 2000027643A
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JP
Japan
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exhaust manifold
fastening hole
bolt
thermal deformation
flanges
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JP19413898A
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Akira Oki
章 大木
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気マニホールドの熱変形を十分に吸収でき
る締結構造を提供する。 【解決手段】 各接合フランジ5,6をシリンダヘッド
1に締結する複数のスタッドボルト11を備える排気マ
ニホールド2の締結構造において、排気マニホールド2
の熱変形により隣り合う接合フランジ5,6が互いに接
近して当接した後に両者の当接部を支点として互いに回
動するものとした。

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
の熱変形を許容する締結構造の改良に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の排気マニホールドの締結
構造として、例えば実開平6−22524号公報に開示
されたものは、隣り合う接合フランジの端面どうしを互
いに平行に対峙させ、隣り合う接合フランジ間の距離を
ボルトと締結穴間のスキマより小さく形成して、排気マ
ニホールドの熱変形により隣り合う前記接合フランジが
互いに接近するとやがて両者が当接するようになってい
る。
【0003】この場合、排気マニホールドの熱変形によ
り隣り合う接合フランジどうしが互いに当接することに
より、締結穴の内周面がボルトに当たることなく排気マ
ニホールドの熱変形を拘束するため、ボルトの耐久性を
高められる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の排気マニホールドの締結構造にあっては、隣
り合う接合フランジどうしが互いに当接した後にそれ以
上の変位ができないため、排気マニホールドの熱変形を
十分に吸収できず、排気マニホールドの耐久性(熱疲労
強度)が低下する。また、接合フランジの反り量が大き
くなるため、シール性を確保することが難しい。
【0005】本発明は上記の問題点を鑑みてなされたも
のであり、排気マニホールドの熱変形を十分に吸収でき
る締結構造を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、集合部から分岐してエンジン本体の排気ポートに連
通する複数のブランチ部と、各ブランチ部の端部に形成
される複数の接合フランジと、各接合フランジをエンジ
ン本体に締結する複数のボルトとを備える排気マニホー
ルドの締結構造に適用する。
【0007】そして、排気マニホールドの熱変形により
隣り合う接合フランジが互いに接近して当接した後に両
者の当接部を支点として互いに回動するものとした。
【0008】請求項2に記載の排気マニホールドの締結
構造は、請求項1に記載の発明において、隣り合う接合
フランジの端面どうしを互いに傾斜して対峙させるもの
とした。
【0009】請求項3に記載の排気マニホールドの締結
構造は、請求項1または2に記載の発明において、接合
フランジに形成される締結穴とこれに挿通するボルトの
間にスキマを形成し、隣り合う接合フランジがシリンダ
列方向に接近する熱変形時に縮小するボルトと締結穴間
のスキマc−rを隣り合う接合フランジ間の最小スキマ
sより大きく形成するものとした。
【0010】請求項4に記載の排気マニホールドの締結
構造は、請求項1から3のいずれか一つに記載の発明に
おいて、接合フランジに形成される締結穴とこれに挿通
するボルトの間にスキマを形成し、隣り合う接合フラン
ジが両者の当接部を支点として回動する熱変形時に縮小
するボルトと締結穴間のスキマf−rをボルトに対して
締結穴が回動する距離より大きく形成するものとした。
【0011】請求項5に記載の排気マニホールドの締結
構造は、請求項4に記載の発明において、隣り合う接合
フランジが両者の当接部を支点として回動する熱変形時
に縮小するボルトと締結穴間のスキマをf−rとし、隣
り合う接合フランジが互いに回動可能とする角度をθと
し、接合フランジの回動中心とボルトの中心間の距離を
eとし、各部の寸法をf−r>2・π・e・θ/360
の関係が満たされるように設定するものとした。
【0012】
【発明の作用および効果】請求項1に記載の排気マニホ
ールドの締結構造において、排気マニホールドの熱変形
により隣り合う接合フランジが互いに接近して当接した
後に両者の当接部を支点として互いに回動することによ
り、排気マニホールドの熱変形が十分に吸収され、排気
マニホールドの耐久性(熱疲労強度)を高めるととも
に、接合フランジの反りが抑えられ、接合フランジがエ
ンジン本体から離れて排気ガスが洩れることを防止でき
る。
【0013】請求項2に記載の排気マニホールドの締結
構造において、隣り合う接合フランジの端面どうしを互
いに傾斜して対峙させることにより、排気マニホールド
の熱変形により隣り合う接合フランジが互いに接近して
当接した後に両者の当接部を支点として互いに回動し、
排気マニホールドの熱変形を十分に吸収できる請求項3
に記載の排気マニホールドの締結構造において、隣り合
う接合フランジがシリンダ列方向に接近する熱変形時に
ボルトが締結穴の内周面に当たらないため、ボルトに接
合フランジからせん断荷重が働くことがなく、スタッド
ボルトの耐久性を高められる。
【0014】請求項4または5に記載の排気マニホール
ドの締結構造において、隣り合う接合フランジが両者の
当接部を支点として回動する熱変形時にボルトが締結穴
の内周面に当たらないため、ボルトに接合フランジから
せん断荷重が働くことがなく、スタッドボルトの耐久性
を高められる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて説明する。
【0016】図2に示すように、4気筒エンジンのシリ
ンダヘッド(エンジン本体)1には1つの排気マニホー
ルド2が締結される。排気マニホールド2はシリンダヘ
ッド1の各排気ポートに連通する4本の管状ブランチ部
3と、各ブランチ部3が集合する集合部4を有する。エ
ンジンの各気筒から排出される排気ガスは各排気ポート
から各ブランチ部3を通って集合部4で集められた後、
図示しない排気管を通って外部へと排出される。
【0017】排気マニホールド2はシリンダヘッド1に
対する3つの接合フランジ5,6,7を有し、各接合フ
ランジ5,6,7は図示しないガスケットを介してシリ
ンダヘッド1に接合する。前後端に位置する各接合フラ
ンジ5,7は#1,#4の各ブランチ部3の端部にそれ
ぞれ結合され、中央の接合フランジ6は#2,#3の各
ブランチ部3の端部にそれぞれ結合される。
【0018】図1に示すように、中央の接合フランジ6
は3本のスタッドボルト11およびナットを介してシリ
ンダヘッド1に締結される。接合フランジ6の中央下部
にはスタッドボルト11を挿通させる位置決め用の基準
締結穴31が形成され、前後端上部に各スタッドボルト
11を挿通させる一対の締結穴32が形成される。基準
締結穴31はスタッドボルト11に対するハメアイスキ
マを略0とし、接合フランジ6の位置決めを行う。各締
結穴32はスタッドボルト11に対するハメアイスキマ
を大きくし、スタッドボルト11に対する接合フランジ
6の各部の変位を許容し、シリンダヘッド1に対する接
合フランジ6の熱収縮を吸収する。
【0019】接合フランジ5は2本のスタッドボルト1
1およびナットを介してシリンダヘッド1に締結され
る。図1、図2においてエンジンの右側に位置する部位
をエンジンの前部とすると、接合フランジ6の対角線上
に位置した前端下部と後端上部には各スタッドボルト1
1を挿通させる一対の締結穴21,22が形成される。
各締結穴21,22はスタッドボルト11に対するハメ
アイスキマを大きくし、後述するように、スタッドボル
ト11に対する接合フランジ6の変位を許容し、排気マ
ニホールド2の熱変形を吸収する。
【0020】図3に示すように、フランジ5の端面5a
と接合フランジ6の端面6aは互いに傾斜して対峙し、
両者の間には間隙8がテーパ状の空間として画成され
る。一方の端面6aはシリンダ方向に延びる垂直線Zに
対して平行に延び、他方の端面6bは垂直線に対して所
定角度θだけ傾斜して延びる。接合フランジ5の後端上
部に位置する角部5bは接合フランジ6の端面6aに最
も接近しており、両者の間に最小スキマがsとなってい
る。
【0021】図3に示すように、接合フランジ5の角部
5bと接合フランジ6の端面6aの間に最小スキマsが
空いた状態で、スタッドボルト11の半径r、スタッド
ボルト11の中心Oと締結穴22の内周面前部を結び線
分Cの長さcとの関係を次式を満たすように設定する。
【0022】c−r>s …(1) すなわち、隣り合う接合フランジ5,6がシリンダ列方
向(水平方向)に接近する熱変形時に縮小するスタッド
ボルト11と締結穴22間のスキマc−rは、接合フラ
ンジ5,6が互いにシリンダ列方向に接近する距離sよ
り大きく設定される。
【0023】これにより、排気マニホールド2の熱変形
により接合フランジ5が接合フランジ6に接近して、図
4に示すように、接合フランジ5の角部5bが接合フラ
ンジ6の端面6aに当接する状態において、スタッドボ
ルト11が締結穴22の内周面に当たらない。
【0024】図4に示すように、接合フランジ5の角部
5bが接合フランジ6の端面6aに線接触した状態で、
接合フランジ5の端面5aと接合フランジ6の端面6a
間の角度θ、角部5bとスタッドボルト11の中心O間
を結ぶ線分Eの長さe、スタッドボルト11の半径r、
スタッドボルト11の中心Oと締結穴22の内周面上部
を結び線分Eに直交する線分Fの長さfとの関係を次式
を満たすように設定する。
【0025】 f−r>2・π・e・θ/360 …(2) すなわち、隣り合う接合フランジ5が接合フランジ6に
対して角部5bを支点として回動する熱変形時に縮小す
るスタッドボルト11と締結穴22間のスキマf−r
は、スタッドボルト11に対して締結穴22が回動する
距離(≒2・π・e・θ/360)より大きく設定され
る。
【0026】これにより、排気マニホールド2の熱変形
により接合フランジ5がその角部5bと接合フランジ6
の当接部を支点として回動して、図5に示すように、そ
の端面5aが接合フランジ6の端面6aに対して全面的
に接合する状態において、スタッドボルト11が締結穴
22の内周面に当たらない。
【0027】接合フランジ6の前端下部に設けられる締
結穴21とスタッドボルト11の位置関係も、前記締結
穴22と同様に角部5bからの距離および角部θに応じ
て、スタッドボルト11が締結穴21の内周面に当たら
ないように設定する。締結穴22は締結穴21に比べて
角部5bより離れているため、締結穴22開口径を締結
穴21より大きく形成する必要がある。
【0028】また、接合フランジ7と接合フランジ6の
位置関係も接合フランジ5と同様に設定される。
【0029】以上のように構成される本発明の実施の形
態につき、次に作用を説明する。
【0030】排気マニホールド2はエンジン運転時に排
気ガスを導いて例えば800°Cを超える高温となっ
て、塑性変形を起こすため、エンジン停止後の収縮によ
り各ブランチ部3が互いにシリンダ列方向に接近しよう
とする。
【0031】上記排気マニホールド2の熱変形により接
合フランジ5が接合フランジ6に近づくようにシリンダ
列方向に平行移動し、やがて接合フランジ5の角部5b
が接合フランジ6の端面6aに線接触する。
【0032】さらに排気マニホールド2の熱変形が進む
と、接合フランジ5の角部5bが接合フランジ6の端面
6aに線接触した状態で、接合フランジ5がその角部5
bと接合フランジ6の当接部を支点として回動する。
【0033】このように接合フランジ5が接合フランジ
6に対して平行移動した後に回動することにより、排気
マニホールド2の熱変形が十分に吸収され、各ブランチ
部3の分岐部等に応力が集中することを抑えて排気マニ
ホールド2の熱疲労寿命を延ばすとともに、接合フラン
ジ5の反りを抑制して接合フランジ5がシリンダヘッド
1から離れて排気ガスが洩れることを防止できる。
【0034】隣り合う接合フランジ5,6がシリンダ列
方向に接近する熱変形時に縮小するスタッドボルト11
と締結穴22間のスキマc−rを、接合フランジ5,6
が互いにシリンダ列方向に接近する距離sより大きく設
定することにより、この熱変形時にスタッドボルト11
が締結穴22の内周面に当たらないため、各スタッドボ
ルト11に接合フランジ5からせん断荷重が働くことが
なく、スタッドボルト11の耐久性を高められる。
【0035】さらに、隣り合う接合フランジ5,6が両
者の当接部を支点として回動する熱変形時に縮小するス
タッドボルト11と締結穴22間のスキマf−rを、ス
タッドボルト11に対して締結穴22が回動する距離
(≒2・π・e・θ/360)より大きく設定すること
により、この熱変形時にスタッドボルト11が締結穴2
2の内周面に当たらないため、各スタッドボルト11に
接合フランジ5からせん断荷重が働くことがなく、スタ
ッドボルト11の耐久性を高められる。
【0036】また、接合フランジ7も接合フランジ5と
同様に排気マニホールド2の熱変形を吸収するように変
位して、排気マニホールド2およびスタッドボルト11
の耐久性を高めるとともに、排気ガス洩れを防止でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態を示す接合フランジ等の側
面図。
【図2】同じく排気マニホールド等の側面図。
【図3】同じく排気マニホールドの熱変形する過程を示
す説明図。
【図4】同じく排気マニホールドの熱変形する過程を示
す説明図。
【図5】同じく排気マニホールドの熱変形する過程を示
す説明図。
【符号の説明】
1 シリンダヘッド 2 排気マニホールド 3 ブランチ部 4 集合部 5 接合フランジ 6 接合フランジ 7 接合フランジ 8 間隙 11 スタッドボルト 21 締結穴 22 締結穴 31 基準締結穴 32 締結穴

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】集合部から分岐してエンジン本体の排気ポ
    ートに連通する複数のブランチ部と、 前記各ブランチ部の端部に形成される複数の接合フラン
    ジと、 前記各接合フランジをエンジン本体に締結する複数のボ
    ルトと、 を備える排気マニホールドの締結構造において、 前記排気マニホールドの熱変形により隣り合う前記接合
    フランジが互いに接近して当接した後に両者の当接部を
    支点として互いに回動することを特徴とする排気マニホ
    ールドの締結構造。
  2. 【請求項2】前記隣り合う接合フランジの端面どうしを
    互いに傾斜して対峙させたことを特徴とする請求項1に
    記載の排気マニホールドの締結構造。
  3. 【請求項3】前記接合フランジに形成される締結穴とこ
    れに挿通する前記ボルトの間にスキマを形成し、 前記隣り合う接合フランジが互いに接近する熱変形時に
    縮小する前記ボルトと前記締結穴間のスキマを前記隣り
    合う接合フランジ間の最小スキマより大きく形成したこ
    とを特徴とする請求項1または2に記載の排気マニホー
    ルドの締結構造。
  4. 【請求項4】前記接合フランジに形成される締結穴とこ
    れに挿通する前記ボルトの間にスキマを形成し、 前記隣り合う接合フランジが両者の当接部を支点として
    回動する熱変形時に縮小する前記ボルトと前記締結穴間
    のスキマを前記ボルトに対して締結穴が回動する距離よ
    り大きく形成したことを特徴とする請求項1から3のい
    ずれか一つに記載の排気マニホールドの締結構造。
  5. 【請求項5】前記隣り合う接合フランジが両者の当接部
    を支点として回動する熱変形時に縮小する前記ボルトと
    前記締結穴間のスキマをf−rとし、 前記隣り合う接合フランジが互いに回動可能とする角度
    をθとし、 前記接合フランジの回動中心と前記ボルトの中心間の距
    離をeとし、 各部の寸法をf−r>2・π・e・θ/360の関係が
    満たされるように設定したことを特徴とする請求項4に
    記載の排気マニホールドの締結構造。
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