JP2006226176A - 排気マニホールド及び排気マニホールドの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気筒毎のブランチパイプにおける上流側端部を溶接を用いないで好適に固定でき、上流側端部の取り付け部分からの排気漏れを防止できる排気マニホールドを提供する。
【解決手段】各ブランチパイプ３の上流側端部には、ヘッドフランジ２の開口１１の内径よりも大きいフランジ部１７が屈曲形成され、ヘッドフランジ２には、ボルト挿通孔１４を有する取付部１３が複数設けられる。そして、取付部１３のボルト挿通孔１４にボルト６を挿通させてヘッドフランジ２をガスケット７を介してエンジン５に固定する際、ブランチパイプ３のフランジ部１７がヘッドフランジ２とガスケット７とで挟持され、ブランチパイプ３が固定される。この場合、各取付部１３がヘッドフランジ２におけるエンジン５側の対向面２ｂからブランチパイプ３のフランジ部１７の厚さＤと同等の突出高さＨに設定されるので、フランジ部１７のガスケット７に対する面圧が十分に確保される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、気筒毎のブランチパイプの上流側端部を好適に固定可能な構造を有する排気マニホールド及びその製造方法に関するものである。

エンジンの排気系において、例えば４気筒エンジンである場合、各気筒に対応する４つのブランチパイプを１つにまとめる排気マニホールドが備えられている。排気マニホールドは、ヘッドフランジ、４つのブランチパイプ、及び、集合部を備えている。ヘッドフランジには、各気筒の排気ポートに対応する４つの開口が設けられている。各ブランチパイプは、その下流側端部が集合部に固定され、上流側端部がヘッドフランジの各開口部分に固定される。従来、このヘッドフランジと各ブランチパイプの上流側端部とは溶接により接合されていた（例えば特許文献１）。

しかしながら、溶接する作業は大変煩雑な作業であるため、ヘッドフランジに各ブランチパイプを取り付ける作業に手間がかかり、製造コストが高くなっていた。また、溶接を用いない固定構造とした場合、この各ブランチパイプの上流側端部の取り付け部分から排気ガスが漏れ出ることを防止することが要求される。
実開平２−１９５４５号公報

本発明は、気筒毎のブランチパイプにおける上流側端部を溶接を用いないで好適に固定でき、該上流側端部の取り付け部分からの排気漏れを防止することができる排気マニホールド及びその製造方法を提供することを主たる目的とするものである。

上記問題点を解決するため、請求項１に記載の発明は、多気筒内燃機関の各気筒の排気ポートに対応する開口を有し、該内燃機関に対しガスケットを介在して固定されるヘッドフランジと、前記ヘッドフランジの各開口部分に対して上流側端部がそれぞれ装着されるブランチパイプとを備え、前記各ブランチパイプの下流側を集合させて構成される排気マニホールドであって、
前記各ブランチパイプの上流側端部には、前記ヘッドフランジの開口の内径よりも大きくなるように径方向外側に屈曲され、前記ヘッドフランジを内燃機関に固定する際、該ヘッドフランジと前記ガスケットとで挟持されるフランジ部が形成されると共に、
前記ヘッドフランジには、内燃機関に締め付け固定する締付部材を挿通するための挿通孔を有する取付部が複数設けられ、各取付部は、該ヘッドフランジにおける内燃機関側の対向面から前記ブランチパイプのフランジ部の厚さと同等、若しくは該フランジ部の厚さより小さい高さで突出していることを特徴とする排気マニホールド。

請求項１に記載の発明によれば、各ブランチパイプの上流側端部には、ヘッドフランジの開口の内径よりも大きくなるように径方向外側にフランジ部が屈曲形成される。これに対し、ヘッドフランジには、内燃機関に締め付け固定する締付部材を挿通するための挿通孔を有する取付部が複数設けられる。そして、取付部の挿通孔に締付部材を挿通させてヘッドフランジをガスケットを介して内燃機関に固定する際、ブランチパイプのフランジ部がヘッドフランジとガスケットとで挟持され、該ブランチパイプが固定される。この場合、各取付部がヘッドフランジにおける内燃機関側の対向面からブランチパイプのフランジ部の厚さと同等、若しくは該フランジ部の厚さより小さい高さで突出するように設けられるので、フランジ部のガスケットに対する面圧が十分に確保される。因みに、取付部の突出高さとフランジ部の厚さとが同等であれば、フランジ部の全周に亘って均一な面圧が得られ、取付部の突出高さがフランジ部の厚さよりも小さければ、フランジ部がガスケットに加圧した状態となるため、フランジ部のガスケットに対する面圧がより十分に確保される。これにより、この固定構造を用いることで、ブランチパイプの上流側端部が溶接を用いないで好適に固定され、該上流側端部の取り付け部分からの排気漏れが防止される。

請求項２に記載の発明は、前記各取付部は、少なくとも２つの取付部間に前記開口が位置するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気マニホールド。

請求項２に記載の発明によれば、その周縁にてブランチパイプのフランジ部を挟持する開口を少なくとも２つの取付部間に位置するように各取付部が設けられているので、取付部において締め付け固定を行うと、フランジ部の全体にバランス良く締め付け力（挟持力）が作用する。これにより、ブランチパイプの固定がより確実に行われる。

請求項３に記載の発明は、前記ヘッドフランジの前記開口周縁には、前記ブランチパイプにフランジ部を形成した際に該ブランチパイプの外周面と該フランジ部との間に形成されるＲ部を収容するための凹設部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気マニホールド。

請求項３に記載の発明によれば、ヘッドフランジの開口周縁に形成した凹設部内に、ブランチパイプの外周面とフランジ部との間に形成されるＲ部が収容されるので、このＲ部が開口周縁に干渉することが防止される。これにより、ヘッドフランジの内燃機関側の対向面からフランジ部が浮き上がることが防止され、内燃機関に対してヘッドフランジが安定して固定される。

請求項４に記載の発明は、前記取付部は、前記ヘッドフランジに一体形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気マニホールド。

請求項４に記載の発明によれば、取付部はヘッドフランジに一体形成されるので、取付部を別途用意する必要がなく、部品点数が増加しない。

請求項５に記載の発明は、前記ヘッドフランジは、プレス加工により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の排気マニホールド。

請求項５に記載の発明によれば、ヘッドフランジはプレス加工により容易に形成される。

請求項６に記載の発明は、上記請求項１〜５のいずれかに記載の排気マニホールドの製造方法であって、
前記各ブランチパイプの上流側端部に前記フランジ部を屈曲形成する工程と、
前記ヘッドフランジに設けた前記各開口に前記各ブランチパイプを反フランジ部側から挿入する工程と、
前記各ブランチパイプを前記ヘッドフランジに挿入した後に、該ブランチパイプの下流側端部を集合させる集合部を組み立てる工程と
を備えたことを特徴とする排気マニホールドの製造方法。

請求項６に記載の発明によれば、各ブランチパイプの上流側端部にフランジ部が屈曲形成され、次いでヘッドフランジに設けた各開口に各ブランチパイプが反フランジ部側から挿入され、その挿入後、ブランチパイプの下流側端部を集合させる集合部が組み立てられて、排気マニホールドが製造される。つまり、ブランチパイプのフランジ部をヘッドフランジに装着する前に屈曲形成することから、フランジ部をヘッドフランジに装着後に屈曲形成する場合と比べて、フランジ部が容易に形成される。

請求項１の発明によれば、気筒毎のブランチパイプにおける上流側端部を溶接を用いないで好適に固定でき、該上流側端部の取り付け部分からの排気漏れを防止することができる。

請求項２の発明によれば、ブランチパイプの固定をより確実に行うことができる。

請求項３の発明によれば、ヘッドフランジを安定して固定することができる。

請求項４の発明によれば、部品点数の増加を防止することができる。

請求項５の発明によれば、ヘッドフランジを容易に形成することができる。

請求項６の発明によれば、フランジ部を容易に形成することができる。

以下、本発明を具体化した一実施の形態を図面に従って説明する。本実施の形態は、４気筒エンジンに適用される排気マニホールドである。

図１に示すように、本実施の形態の排気マニホールド１は、ヘッドフランジ２、４つのブランチパイプ３及び集合部４を備えている。

ヘッドフランジ２は、図１及び図４に示すように横長板状をなしており、各気筒の排気ポートに対応する４つの開口１１を有している。各開口１１は、それぞれ円形状をなしており、ヘッドフランジ２の短手方向の略中央部でかつ長手方向に沿って等間隔に設けられている。各開口１１には、各ブランチパイプ３が挿入され、該パイプ３の上流側端部が装着される。また、図３及び図４に示すように、各開口１１のエンジン５側の周縁には、該エンジン５側に向かうほど拡径するテーパ部１２が環状に形成されている。

ヘッドフランジ２には、エンジン５に対してボルト６により取り付けるための５つの取付部１３が形成されている。各取付部１３は、円形状にエンジン５側に突出させてなり、中央部にボルト６を挿通するための円形状のボルト挿通孔１４が形成されている。また、各取付部１３は、各開口１１が配置される直線を挟んで千鳥状に配置され、各取付部１３間に各開口１１が位置するように設けられている。また、ヘッドフランジ２の反エンジン側の面２ａの外周部には、補強リブ１５が全周に形成されている。

また、ヘッドフランジ２のエンジン５側の対向面２ｂは各取付部１３以外が平坦面であり、その平坦面からの取付部１３の突出高さＨがブランチパイプ３の上流側端部に設けられるフランジ部１７の厚さＤと同等に設定されている。つまり、取付部１３の上面とフランジ部１７の上面とがほぼ同一平面となるようにしている。取付部１３の上面は、コイニングにより平坦とされる。

このような構成のヘッドフランジ２は、鉄製板材にプレス加工を施して形成される。具体的には、ヘッドフランジ２には、先ず補強リブ１５がプレス加工により形成されると同時に、各取付部１３もコイニング（プレス加工）によりエンジン５側に突出形成され、該取付部１３の上面が平坦化される。次いで、ヘッドフランジ２に各開口１１がプレス加工により形成されると同時に、各取付部１３にボルト挿通孔１４が形成される。そして、各開口１１の周縁にテーパ部１２がプレス加工により形成され、ヘッドフランジ２が完成する。

ブランチパイプ３は、ステンレス製の円筒パイプを所定形状に屈曲（各気筒の排気ポートから集合部４までの管長がそれぞれ同等となるように屈曲）して形成されている。ブランチパイプ３の上流側端部は内径を若干拡大させた拡径部１６を有しており、この拡径部１６の外径は前記ヘッドフランジ２の開口１１の内径とほぼ同等に設定されている。ブランチパイプ３（拡径部１６）の上流側端部には、径方向外側に直角に屈曲された環状のフランジ部１７が形成されている。つまり、フランジ部１７は、その外径が前記ヘッドフランジ２の開口１１の内径よりも大きい。

そして、各ブランチパイプ３は、前記ヘッドフランジ２のエンジン側から、対応する開口１１にそれぞれ挿入され、該パイプ３のフランジ部１７がヘッドフランジ２の開口１１の周縁部に当接するまで挿入される。この場合、フランジ部１７を形成した際、拡径部１６の外周面とフランジ部１７との間に形成されるＲ部（曲面部）１８が若干径方向外側に突出するが、このＲ部１８が開口１１の周縁に設けたテーパ部１２内に収容されるようになっている。換言すれば、Ｒ部１８は、環状のテーパ部１２に対向するように拡径部１６の外周面とフランジ部１７とが交わる部分に環状に形成されており、前記テーパ部１２は、このＲ部１８を十分に収容可能な寸法に設定されている。これにより、このＲ部１８が開口１１の周縁に干渉することで発生するフランジ部１７のエンジン５側の対向面２ｂからの浮き上がりが防止されている。なお、図３及び図４に示すように、ヘッドフランジ２の開口１１にブランチパイプ３が装着された状態では、そのフランジ部１７が開口１１の周縁部に接触すると共に、ヘッドフランジ２の対向面２ｂから厚さＤ分だけ突出している。

集合部４は、ステンレスにて形成されており、図１に示すように円筒状の排気通路１９を有している。集合部４の外側面には、排気ガス浄化のための触媒（図示略）と連結するための取付片２０が形成されている。集合部４には、前記ヘッドフランジ２に装着された各ブランチパイプ３の下流側端部が溶接により接合され、該パイプ３と排気通路１９とを連通させる。集合部４は、各気筒からのびる排気通路を１つの排気通路に集合させている。

そして、このように組み立てられた排気マニホールド１は、図３に示すように、ヘッドフランジ２がガスケット７を挟んでエンジン５にボルト６を用いて締め付け固定される。この場合、各ブランチパイプ３のフランジ部１７がヘッドフランジ２とガスケット７とに挟持され固定される。またこの場合、ヘッドフランジ２の取付部１３の上面とブランチパイプ３のフランジ部１７の上面とがほぼ同一平面としていることから、該フランジ部１７の上面のガスケット７に対する面圧が十分かつ全周に亘って均一に確保される。これにより、フランジ部１７とガスケット７との間や、ガスケット７とエンジン５の取付面との間から排気ガスが漏れ出すことが防止される。

以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

本実施の形態では、各ブランチパイプ３の上流側端部には、ヘッドフランジ２の開口１１の内径よりも大きくなるように径方向外側にフランジ部１７が屈曲形成されている。これに対し、ヘッドフランジ２には、エンジン５に締め付け固定するボルト６を挿通するためのボルト挿通孔１４を有する取付部１３が複数（５箇所）設けられる。そして、取付部１３のボルト挿通孔１４にボルト６を挿通させてヘッドフランジ２をガスケット７を介してエンジン５に固定する際、ブランチパイプ３のフランジ部１７がヘッドフランジ２とガスケット７とで挟持され、該ブランチパイプ３が固定される。この場合、各取付部１３がヘッドフランジ２におけるエンジン５側の対向面２ｂからブランチパイプ３のフランジ部１７の厚さＤと同等の突出高さＨに設定されるので、フランジ部１７のガスケット７に対する面圧が十分に確保される。因みに、取付部１３の突出高さＨとフランジ部１７の厚さＤとが同等であれば、フランジ部１７の全周に亘って均一な面圧が得られる。これにより、この固定構造を用いることで、ブランチパイプ３の上流側端部を溶接を用いないで好適に固定することができ、該上流側端部の取り付け部分からの排気漏れを防止することができる。

本実施の形態では、その周縁にてブランチパイプ３のフランジ部１７を挟持する開口１１を２つの取付部１３間に位置するように各取付部１３が設けられているので、取付部１３において締め付け固定を行うと、フランジ部１７の全体にバランス良く締め付け力（挟持力）が作用する。これにより、ブランチパイプ３の固定をより確実に行うことができる。

本実施の形態では、ヘッドフランジ２の開口１１の周縁に形成したテーパ部１２内に、ブランチパイプ３（拡径部１６）の外周面とフランジ部１７との間に形成されるＲ部１８が収容されるので、このＲ部１８が開口１１の周縁に干渉することが防止される。これにより、ヘッドフランジ２のエンジン５側の対向面２ｂからフランジ部１７が浮き上がることが防止され、エンジン５に対してヘッドフランジ２を安定して固定することができる。

本実施の形態では、取付部１３はヘッドフランジ２に一体形成されており、取付部１３を別途用意する必要がないため、部品点数の増加を防止できる。また、ヘッドフランジ２はプレス加工により容易に形成することができる。

本実施の形態では、各ブランチパイプ３の上流側端部にフランジ部１７が屈曲形成され、次いでヘッドフランジ２に設けた各開口１１に各ブランチパイプ３が反フランジ部側から挿入され、その挿入後、ブランチパイプ３の下流側端部を集合させる集合部４が組み立てられて、排気マニホールド１が製造されている。つまり、ブランチパイプ３のフランジ部１７をヘッドフランジ２に装着する前に屈曲形成することから、フランジ部１７をヘッドフランジ２に装着後に屈曲形成する場合と比べて、フランジ部１７を容易に形成することができる。

なお、本発明は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良い。

上記実施の形態では、取付部１３の突出高さＨをブランチパイプ３のフランジ部１７の厚さＤと同等に設定したが、取付部１３の突出高さＨをフランジ部１７の厚さＤよりも若干小さくしても良い。このようにすれば、取付部１３の上面よりもフランジ部１７の上面が若干突出するため、フランジ部１７がガスケット７に加圧した状態となる。そのため、フランジ部１７のガスケット７に対する面圧がより十分に確保される。なお、取付部１３の上面に対するフランジ部１７の上面の突出量を０．５［ｍｍ］内に設定すれば、フランジ部１７がガスケット７に対し適度に加圧しながらも、取付部１３の締め付けに悪影響を与えない。

上記実施の形態では、取付部１３をヘッドフランジ２にプレス加工により一体に形成したが、これに限らず、例えば取付部１３の突出部分に相当する部材を別途固定するようにしても良い。

上記実施の形態では、４つの開口１１に対して取付部１３を５つとし、図１のような千鳥配置としたが、開口１１に対する取付部１３の数を増減させても良い。この場合、少なくとも２つの取付部１３間に開口１１が位置するように取付部１３を設ければ、フランジ部１７の全体にバランス良く締め付け力（挟持力）が作用するため望ましい。

上記実施の形態では、拡径部１６の外周面とフランジ部１７との間のＲ部１８を開口１１の周縁のテーパ部１２内に収容するようにしたが、テーパ形状に凹設するものに限らず、例えば断面矩形状に凹設させても良い。

上記実施の形態では、４気筒エンジンに実施したが、４気筒以外の多気筒エンジンに実施しても良い。

発明の実施の形態における排気マニホールドの正面図である。 ヘッドフランジの背面図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ断面図であり、（ｂ）はブランチパイプをヘッドフランジに挿入する状態を示す断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

２…ヘッドフランジ、３…ブランチパイプ、４…集合部、５…エンジン（内燃機関）、６…ボルト（締付部材）、７…ガスケット、１１…開口、１２…テーパ部（凹設部）、１３…取付部、１４…ボルト挿通孔（挿通孔）、１７…フランジ部、１８…Ｒ部、Ｄ…厚さ。

Claims (6)

1. 多気筒内燃機関の各気筒の排気ポートに対応する開口を有し、該内燃機関に対しガスケットを介在して固定されるヘッドフランジと、前記ヘッドフランジの各開口部分に対して上流側端部がそれぞれ装着されるブランチパイプとを備え、前記各ブランチパイプの下流側を集合させて構成される排気マニホールドであって、
   前記各ブランチパイプの上流側端部には、前記ヘッドフランジの開口の内径よりも大きくなるように径方向外側に屈曲され、前記ヘッドフランジを内燃機関に固定する際、該ヘッドフランジと前記ガスケットとで挟持されるフランジ部が形成されると共に、
   前記ヘッドフランジには、内燃機関に締め付け固定する締付部材を挿通するための挿通孔を有する取付部が複数設けられ、各取付部は、該ヘッドフランジにおける内燃機関側の対向面から前記ブランチパイプのフランジ部の厚さと同等、若しくは該フランジ部の厚さより小さい高さで突出していることを特徴とする排気マニホールド。
2. 前記各取付部は、少なくとも２つの取付部間に前記開口が位置するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の排気マニホールド。
3. 前記ヘッドフランジの前記開口周縁には、前記ブランチパイプにフランジ部を形成した際に該ブランチパイプの外周面と該フランジ部との間に形成されるＲ部を収容するための凹設部が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気マニホールド。
4. 前記取付部は、前記ヘッドフランジに一体形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の排気マニホールド。
5. 前記ヘッドフランジは、プレス加工により形成されていることを特徴とする請求項４に記載の排気マニホールド。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の排気マニホールドの製造方法であって、
   前記各ブランチパイプの上流側端部に前記フランジ部を屈曲形成する工程と、
   前記ヘッドフランジに設けた前記各開口に前記各ブランチパイプを反フランジ部側から挿入する工程と、
   前記各ブランチパイプを前記ヘッドフランジに挿入した後に、該ブランチパイプの下流側端部を集合させる集合部を組み立てる工程と
   を備えたことを特徴とする排気マニホールドの製造方法。

Images