JP2006274988A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気マニホールドをシリンダヘッドに締結しているナット又はボルトが緩むことを防止する。
【手段】排気マニホールド２にはフランジ７が形成されており、フランジ７に挿通したスタッドボルト８にワッシャー１０を介してナット９がねじ込まれている。排気マニホールド２の熱伸縮を許容するため、スタッドボルト８が嵌まる取り付け穴１２は長穴になっている。ワッシャー１０はスタッドボルト８に対してはガタのない状態に嵌まっており、かつ、ワッシャー１０とフランジ７とに、直線部１０ａと段部１１のような回転防止と滑りのガイドを行う規制手段を形成している。排気マニホールド２が熱伸縮してもワッシャー１０には回転力は作用しないため、ナット９が緩むことはない。
【選択図】 図３

Description

本願発明は、内燃機関の排気装置に関するものである。

内燃機関の排気マニホールドはガスケットを介してシリンダヘッドに重なるフランジを備えており、このフランジにボルトが嵌まる取り付け穴を空けて、シリンダヘッドに植立したスタッドボルトにナットをねじ込むか、又は、シリンダヘッドに頭付きボルトをねじ込むことにより、排気マニホールドをシリンダヘッドに締結している。そして、排気マニホールドは高温の排気ガスに晒されるため、内燃機関の運転によって膨張し、運転を停止して降温すると元の寸法に戻るという熱伸縮が繰り返される。

多気筒内燃機関の排気マニホールドは、気筒の並び方向に沿って延びる集合管に複数の枝管を一体に設けたタイプが多く、このタイプの排気マニホールドは、各枝管にフランジを形成してこのフランジをシリンダヘッドに締結しているが、集合管は細長いため熱伸縮の現象が顕著に表れている。

そこで、排気マニホールドのフランジに形成した取り付け穴を長穴に形成するか、又は、各取り付け穴をボルトの外径よりも相当に大きい大径穴に形成することによって排気マニホールドの熱伸縮を許容し、かつ、取り付け穴を長穴や大径穴に形成したことによる押さえの偏りを無くすため、排気マニホールドのフランジとナットとの間又はフランジと頭付きボルトの頭との間にワッシャーを介在させている（例えば特許文献１参照）。
特開平７−４２３８号公報

ところが、内燃機関を使用し続けていると、排気マニホールドを締結しているナット又は頭付きボルトが緩むことがあった。この点について本願発明者たちがその原因を研究したところ、熱収縮によってワッシャーとナット又は頭付きボルトの頭とが相対的に滑り移動することにより、ナット又は頭付きボルトに回転トルクが作用するためと判明した。

更に詳述すると、排気マニホールドが熱収縮するとフランジがシリンダヘッドの表面に沿って移動することによってワッシャーをずらすのであるが、例えばスタッドボルト方式での締結の場合であると、ワッシャーとナットとの接触面の摩擦係数は必ずしも全周にわたって一様ではないことがあり、この摩擦係数の違いにより、ワッシャーの滑り移動がナットに対して回転トルクとして作用し、ナットが緩むのであった。頭付きボルトによる締結の場合も同様である。

本願発明は、この排気マニホールドを締結しているナット又はボルトの緩みの問題を解消することを課題とするものである。

本願発明の内燃機関は、基本構成として、排気マニホールドのフランジにボルトが挿通する取り付け穴を形成しており、シリンダヘッドに植立したスタッドボルトにワッシャーを介してナットをねじ込むか、又はシリンダヘッドに形成した雌ねじ穴にワッシャーを介して頭付きボルトをねじ込むことにより、前記フランジをシリンダヘッドに締結しており、更に、排気マニホールドにおける取り付け穴の内周とボルトとの間に、排気マニホールドが熱によって伸縮することを許容するための隙間が空けられている。

そして、特徴として、前記ワッシャーを、ボルトの頭又はナットとは相対的に滑らずに排気マニホールドのフランジと相対的に滑り得る状態でボルトに被嵌しており、更に、前記排気マニホールドのフランジとワッシャー、又は、ワッシャーとスタッドボルトとに、ワッシャーを回転不能に保持しつつワッシャーとフランジとが相対的に滑り移動することを許容する規制手段を形成している。

本願発明によると、排気マニホールドが熱によって伸縮しても、排気マニホールドの熱伸縮は専らワッシャーと排気マニホールドのフランジとの間での相対的な滑りによって吸収され、ワッシャーとナット又はボルトの頭との間に滑り現象が発生することはない。このため、ナット又はボルトに回転トルクが作用することはなく、従って、ナット又はボルトが緩むこともない。

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

(1).第１実施形態（図１〜図４）
図１〜図４では第１実施形態を示している。このうち図１は内燃機関の部分的な正面図、図２は図１の左側面図であり、シリンダヘッドを符号１で示し、排気マニホールドを符号２で示している。本実施形態の内燃機関は４気筒であり、排気マニホールド２は、気筒の列方向に長く延びる１本の集合管（合流管）３と、各気筒の排気ポートに接続される４本の枝管４と、排気ターボ過給機や消音器等に接続される継手管５とを備えている。

排気マニホールド２の各枝管４には、ガスケット６を介してシリンダヘッド１に重なるフランジ７が形成されており、各フランジ７には、集合管３を挟んだ両側に突出した上下２カ所の締結部７ａが形成されている。締結部７ａにはシリンダヘッド１に植立したスタッドボルト８が挿通しており、スタッドボルト８にワッシャー１０を介してナット９がねじ込まれている。なお、上下の締結部７ａは枝管４の軸心を挟んで左右逆向きにずらしているが、枝管４の軸心を挟んだ真上と真下に形成しても良い。

次に、図３及び図４を参照して排気マニホールド２の締結構造を詳述する。図３のうち（Ａ）は部分的な正面図、（Ｂ）は一部を破断した分離側面図、図４（Ａ）は図３（Ｂ）の IVA-IVA視図、図４（Ｂ）は図３（Ｂ）の IVB-IVB視図である。

本実施形態では、ワッシャー１０は、枝管４に面した部分を集合管３の延び方向（Ｘ方向）と同じ方向に延びる直線部１０ａと成した略カマボコ（或いは略山形）に形成されている一方、フランジ７には、締結部７ａを他の部分よりも若干段落ちさせることにより、ワッシャー１０の直線部１０ａが係合して回り止めとなる段部１１を形成している。従って、本実施形態では、フランジ１０の直線部１０ａとフランジ７の段部１１とが規制手段を構成している。締結部７ａはフライス加工のような切削加工によって平坦面に形成されており、段部１１も切削加工時に形成される。

ワッシャー１０の穴１２の内径は、スタッドボルト８の外径よりもごく僅かの寸法だけ大径にしている。このためワッシャー１０とスタッドボルト８との間のクリアランス（ガタ）は殆ど又は全くない。従って、ワッシャー１０とナット９とが相対的に滑り移動することもない。

排気マニホールド２の締結部７ａにはスタッドボルト８が挿通する取り付け穴１３を空けているが、この取り付け穴１３は、集合管３の延び方向（Ｘ方向）と同じ方向に長く延びる長穴に形成されている。従って、熱収縮によって枝管４が集合管３の長手方向に滑り移動することが許容されている。

また、フランジ７の段部１１は締結部７ａの左右両端まで延びており、このため、排気マニホールド２が熱によって集合管３の延び方向（Ｘ方向）に伸縮すると、ワッシャー１０と締結部７ａとは、直線部１０ａと段部１１とのガイド作用により、集合管３の延び方向と同じ方向に相対的に滑り移動する。換言すると、ワッシャー１０と締結部７ａとが相対的に滑り移動することにより、排気マニホールド２の熱伸縮が許容（吸収）される。

そして、ワッシャー１０が回転不能に保持されていることと、排気マニホールド２の伸縮が専らワッシャー１０と締結部７ａとの相対的な滑りによって吸収されることとにより、ナット９とワッシャー１０との間に滑り作用が生じることはなく、従って、ナット９が緩むことはない。見方を変えて述べると、ワッシャー１０とナット９とは位置及び姿勢は一定であり、排気マニホールド２の熱伸縮は専らフランジ７が滑り移動することによって吸収されるため、ナット９にこれを緩ませる回転トルクが作用することはないのである。

ところで、特許文献１の図４〜図６には、ワッシャーに、排気マニホールドにおけるフランジの外周面に当たる回り止め部を形成することが記載されている。しかし、この構成では、ワッシャーとフランジとは相対的に滑り移動せず、排気マニホールドの熱伸縮は専らワッシャーとナットとの間での滑りによって吸収されるため、ワッシャーとナットとの接触面の摩擦係数が一様でない場合にナットが緩むことは防止できない。

これに対して本願発明は、単にワッシャーを回転不能に保持するのではなく、排気マニホールドの熱伸縮を専らワッシャー１０と締結部７ａとの相対的な滑り移動によって吸収することにより、ワッシャー１０とナット９との間に滑り現象が生じることを防止しているものであり、この点、特許文献１とは本質的に相違している。

本実施形態ではナット９としてフランジ付きのものを使用しているが、フランジの無いものを使用しても良いことは言うまでもない。また、ワッシャー１０とナット９との間に滑り作用が生じることはないので、ワッシャー１０とナット９との間に、平ワッシャーやスプリングワッシャーのような補助ワッシャーを介在させることも可能である（補助ワッシャーはスタッドボルト８に回転可能に被嵌していても、補助ワッシャーに対して回転トルクが作用することはないから、ナットが緩むことはない）。

(2).他の実施形態（図５〜図10）
次に、図５以下の図面を参照して他の実施形態を説明する（なお、各実施形態とも基本構成は第１実施形態と同じである）。図５では第２実施形態を示している。（Ａ）は要部側面図、（Ｂ）は要部正面図であり、この実施形態では、規制手段として、排気マニホールド２における締結部７ａの縁に集合管の延び方向（Ｘ方向）と同じ方向に延びる直線部１４を形成する一方、ワッシャー１０に、締結部７ａの直線部１４と重なる折り曲げ部１５を形成している。

図６では第３実施形態を示している。（Ａ）は要部の一部破断分離側面図、（Ｂ）は要部正面図であり、この実施形態では、規制手段として、排気マニホールド２の締結部７ａには２条（１条でも良い）の細溝１６を形成し、ワッシャー１０には前記細溝１６にスライド自在に嵌まる突条１７を形成している。

図７では第４実施形態を示しており、（Ａ）は要部の一部破断分離側面図、（Ｂ）は要部正面図である。この実施形態は第３実施形態の変形例であり、規制手段として、排気マニホールド２の締結部７ａに細溝１６を形成し、ワッシャー１０には前記細溝１６にスライド自在に嵌まる折り曲げ部１８を形成している。

図８では第５実施形態を示しており、（Ａ）は要部の一部破断分離側面図、（Ｂ）は要部正面図である。この実施形態では、規制手段として、排気マニホールド２における締結部７ａのうち取り付け穴１２を挟んだ両側にガイドピン１９を突設し、ワッシャー１０には前記ガイドピン１９がスライド自在に嵌まるガイド穴２０を形成している。ワッシャー１０にガイドピンを設けて、締結部７ａにガイド溝を形成しても良い。

図９では第６実施形態を示しており、（Ａ）は要部の一部破断分離側面図、（Ｂ）は要部正面図である。この実施形態では、規制手段として、ワッシャー１０を四角形に形成し、排気マニホールド２の締結部７ａにはワッシャー１０がスライド自在に嵌まる凹所２１を形成している。

図１０では第７実施形態を示している。（Ａ）はワッシャー１０の正面図、（Ｂ）はナット９とワッシャー１０を仮想線で示した要部正面図である。この実施形態では、規制手段として、スタッドボルト８に２条のキー溝２２を形成し、ワッシャー１０の内周部にはキー溝２２にスライド自在に嵌まる２個の突起２３を形成している。このように、規制手段の一部をスタッドボルト８に形成することも可能である。

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は上記の実施形態の他にも様々の形態に具体化することができる。例えば、排気マニホールドはスタッドボルトとナットとの対で締結することには限らず、頭付きボルトで締結しても良い。また、排気マニホールドはその形態によって熱伸縮する方向が異なるから、ワッシャーの相対的な滑り移動をガイドする規制手段は、排気マニホールドの形態に応じて設計したら良い。

第１実施形態の概略正面図である。 図１の左側面図である。 (A)は第１実施形態の要部拡大正面図、 (B)は一部破断分離側面図である。 排気マニホールドの締結部及びワッシャーの正面図である。 第２実施形態を示す図である。 第３実施形態を示す図である。 ４２実施形態を示す図である。 第５実施形態を示す図である。 第６実施形態を示す図である。 第７実施形態を示す図である。

符号の説明

１ シリンダヘッド
２ 排気マニホールド
３ 排気マニホールドの集合管
４ 排気マニホールドの枝管
７ 排気マニホールドのフランジ
７ａ 締結部
８ スタッドボルト
９ ナット
１０ ワッシャー
１１ 規制手段の一環を成す段部
１４ 規制手段の一環を成す直線部

Claims (1)

1. 排気マニホールドのフランジにボルトが挿通する取り付け穴を形成しており、シリンダヘッドに植立したスタッドボルトにワッシャーを介してナットをねじ込むか、又はシリンダヘッドに形成した雌ねじ穴にワッシャーを介して頭付きボルトをねじ込むことにより、前記フランジをシリンダヘッドに締結しており、
   更に、排気マニホールドにおける取り付け穴の内周とボルトとの間に、排気マニホールドが熱によって伸縮することを許容するための隙間が空けられている内燃機関において、
   前記ワッシャーを、ボルトの頭又はナットとは相対的に滑らずに排気マニホールドのフランジと相対的に滑り得る状態でボルトに被嵌しており、更に、前記排気マニホールドのフランジとワッシャー、又は、ワッシャーとスタッドボルトとに、ワッシャーを回転不能に保持しつつワッシャーとフランジとが相対的に滑り移動することを許容する規制手段を形成している、
   内燃機関の排気装置。

Images