JP2008082319A - 排気マニホールド - Google Patents

Abstract

【課題】フランジを締結する工具スペースを十分に確保することができない排気マニホールドであっても締結作業を容易に行うことができ、更にボルト等の締結部材の撓みや緩みを抑えることが可能な排気マニホールドを提供する。
【解決手段】筒状部材１１がフランジ部材２と離間して外管４に固定され、締結部材１３が筒状部材１１と離間してフランジ部材２に着座している。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気マニホールドに関する。

排気マニホールドは、多気筒内燃機関の各気筒から排出される排気ガスを集合し、後続される排気管や排気浄化装置等へ導くものであり、最近では断熱や保温のため多層構造が多用される。例えば、特許文献１及び特許文献２には、排気通路たる内管と内管の外周を覆う外管とから成る２重管構造の排気マニホールドであって、外管に形成された貫通孔に、内管と干渉しないように筒状部材を貫通係合させ、この筒状部材内に締結部材たるボルトを挿通し、排気マニホールドのフランジを取付対象へ締結する構成が開示されている。

上記の構成により、フランジの周囲にボルト締付のための工具スペースを十分に確保することができない排気マニホールドであっても、排気マニホールドの外側からボルトを貫通させて締付作業を容易に行うことができるとされる。

実開昭５８−８７１３号公報 特開２００３−２０９５０号公報

上記特許文献１及び特許文献２に開示される排気マニホールドにおいては、筒状部材の一端部にボルトの頭部が着座しているため、排気熱が筒状部材を介してボルトに伝熱し、ボルトの撓みや緩みが発生し易くなり、ひいては排気ガスが洩れるおそれがある。また、ボルトの首下長さが長くなるのでボルトの撓みが発生し易くなるとともに、ボルト締付けの際に筒状部材がその軸方向へ押圧されるため、筒状部材とフランジとの溶接部、筒状部材と外管との溶接部に応力が集中し、溶接部の耐久性が懸念される。

本発明は上記の課題を解決する排気マニホールドを提供するものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、内燃機関に締結されるフランジ部材と、内燃機関の排気ポートに連通され排気ガスの集合流路を形成する内管と、外管の貫通孔に貫通固定される筒状部材とを備え、筒状部材内に締結部材を挿通して内燃機関とフランジ部材とが締結される排気マニホールドにおいて、筒状部材がフランジ部材と離間して外管に固定され、締結部材が筒状部材と離間して筒状部材内に挿通されていることを特徴とする排気マニホールドである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、筒状部材の少なくとも一端が、環状のカラー部材を介して外管に固定されていることを特徴とする排気マニホールドである。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、貫通孔の孔径が、筒状部材の外径よりも大きく、カラー部材の外径よりも小さいことを特徴とする排気マニホールドである。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、筒状部材の少なくとも一端に環状鍔部が形成され、該環状鍔部と外管とが固定されていることを特徴とする排気マニホールドである。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、貫通孔の孔径が、筒状部材の外径よりも大きく、環状鍔部の外径よりも小さいことを特徴とする排気マニホールドである。

請求項１記載の発明によれば、締結部材が外管及び筒状部材と非接触でフランジ部材に着座することにより、排気熱が締結部材に伝熱し難くなり、締結部材の撓みや緩みを抑えることができ、締結力が安定する。また、締結部材の長さを従来よりも短くすることができ撓みが生じ難くなり、更に締結力が安定する。また、締結部材が筒状部材を締付けないため、筒状部材と外管の接合部に応力が集中せず、接合部の耐久性が向上する。

請求項２記載の発明によれば、筒状部材がカラー部材を介して外管に固定されることにより、筒状部材と外管との組付精度及び接合強度が向上する。また、溶接スパッタが外管内部に入ることを防止できる。

請求項３記載の発明によれば、外管の単品形状バラツキや溶接熱歪によって生じる貫通孔の正規位置に対する位置ずれ、すなわち、筒状部材の組付位置のずれを補正することができ、形状精度に優れた排気マニホールドを得ることができる。

請求項４記載の発明によれば、少ない部品点数で筒状部材と外管との組付精度及び接合強度が向上する。

請求項５記載の発明によれば、外管の単品形状バラツキによって生じる貫通孔の正規位置に対する位置ずれ、すなわち筒状部材の組付位置のずれを補正することができ、形状精度に優れた排気マニホールドを得ることができる。

本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。図１及び図２は本発明の第１実施例に係る排気マニホールドを示し、図３は本発明の第２実施例に係る排気マニホールドを示し、図４は本発明の第３実施例に係る排気マニホールドを示す。

図１乃び図２は本発明の第１実施例に係る排気マニホールドを示すものである。排気マニホールド１は、内燃機関（Ｖ型８気筒エンジン、直列４気筒エンジン）のシリンダヘッド２０に締結されるフランジ部材（通称、ヘッドフランジ）２と、フランジ部材２を介してシリンダヘッド２０に形成された排気ポート２１ａ乃至２１ｄに各々連通される内管３ａ乃至３ｄと、これら内管を集合する集合内管３ｅ乃至３ｇとを有する。また、内管３ａ乃至３ｄと集合内管３ｅ乃至３ｇ全体の外周には、板金製の半体４ａ，４ｂから成る外管４が空隙５を有して外装されている。空隙５の所々にはワイヤメッシュ等のスペーサ６が配置され、内管３ａ乃至３ｄおよび集合内管３ｅ乃至３ｇが外管４と干渉しないようになっている。そして、外管４は、各排気ポート２１ａ乃至２１ｄ周りにおいてフランジ部材２と溶接により固定されるとともに触媒コンバータ等の排気浄化装置７と溶接により固定される。そして、排気浄化装置７の端部には図示しない排気管に締結されるフランジ部材８が溶接により固定されている。以上の構成により、排気マニホールド１は気密な空隙を有する２重管構造となっており、内管３ａ乃至３ｄと集合内管３ｅ乃至３ｇの内部を流れる排気ガスが空隙５によって保温され、排気浄化装置７の浄化性能が向上する。

外管４を構成する半体４ａ，４ｂには、図２に示すように、フランジ部材２の締結孔２ａと略同軸上に貫通孔１０ａ，１０ｂが形成されており、貫通孔１０ａ，１０ｂ内に筒状部材１１が嵌合されている。筒状部材１１の一端は、フランジ部材２と離間して一方の貫通孔１０ａと溶接により直接固定され、筒状部材１１の他端は、貫通孔１０ｂと直接固定されずに環状のカラー部材１２を介して間接的に固定されている。すなわち、筒状部材１１とカラー部材１２とが溶接により固定され、カラー部材１２と半体４ｂとが溶接により固定されている。

ここで、一方の貫通孔１０ａの孔径を、筒状部材１１の外径Ｄ１に対し若干大きく設定することで、組付性及び溶接性が良好となる。また、カラー部材１２が使用される側の貫通孔１０ｂの孔径Ｄ２を、筒状部材１１の外径Ｄ１に対し数ｍｍ大きく設定する。このようにＤ２を設定することにより、例えば、下記の組付方法と関連して特有の効果が得られる。

外管４、筒状部材１１、カラー部材１２の組付方法として、先ず半体４ａの貫通孔１０ａと筒状部材１１の一端とを溶接する。次に半体４ｂの貫通孔１０ｂに筒状部材１１の他端を遊嵌させるとともに半体４ａ，４ｂの縁同士を重ね合わせて溶接する。ここで、半体４ｂの溶接前における単品形状のバラツキや、溶接熱歪によって貫通孔１０ｂの中心が貫通孔１０ａの中心に対しずれてしまう（非同軸となる）おそれがあるが、孔径Ｄ２を上記のように設定することにより、このずれを補正することができる。次にカラー部材１２を筒状部材１１に外嵌し、筒状部材１１とカラー部材１２とを溶接し、カラー部材１２と半体４ｂとを溶接する。カラー部材１２の外径Ｄ３は孔径Ｄ２よりも大きく設定されているため、上記ずれの補正を含めても、貫通孔１０ｂを確実に閉塞することができるとともに筒状部材１１と半体４ｂとの接合強度が向上する。

そして、上記の排気マニホールド１をシリンダヘッド２０に締結するには、図２に示すように、ボルト１３等の締結部材を筒状部材内に挿通してフランジ部材２とシリンダヘッド２０とを締結する。このとき、締結部材は筒状部材１１に接触することなく離間した状態でフランジ部材２に着座する。したがって、排気熱が筒状部材１１を伝わって締結部材に伝熱し難くなり、締結部材の撓みや緩みを抑えることができる。

次に、図３を参照して本発明の第２実施例に係る排気マニホールドについて説明する。本実施例は筒状部材を除いて上記実施例１と同様であり、筒状部材のみに関して説明する。

筒状部材１４は一端に環状鍔部１４ａがプレス加工等により一体成形されており、環状鍔部１４ａが半体４ｂに溶接により接合されている。環状鍔部１４ａの外径Ｄ４は、半体４ｂの貫通孔１０ｂの孔径Ｄ２よりも大きく設定されている。尚、環状鍔部を別体で形成し、筒状部材に接合したものでもよいが、部品点数及び組付工数が増加するため上記のように一体成形が望ましい。

次に、図４を参照して本発明の第３実施例に係る排気マニホールドについて説明する。本実施例の排気マニホールドは、上記第１実施例記載のカラー部材や上記第２実施例記載の環状鍔部を設けることなく、筒状部材と半体とを直接接合したものである。

半体４ａ，４ｃが、溶接前における単品形状のバラツキが極めて少なく、また溶接熱歪を予め考慮して設計されたものであれば、組付完成後における貫通孔１０ａ，１０ｃの中心がずれ難くなる（略同軸となる）。したがって、上述のずれを補正する必要がなくなり、筒状部材１５を単なるパイプ材とし、貫通孔１０ｃの孔径を上記実施例１で述べた貫通孔１０ａの孔径と略等しくすることにより、筒状部材と半体との組付位置の精度が確保される。

以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に包含される。例えば、上記実施例では半体の縁部同士の重ね合わせ位置（外管の割面）がフランジ部材に対し平行となっているが、直交や傾斜していても構わない。また、筒状部材が貫通固定される貫通孔が、重ね合わせ位置を含んで半体に形成されていても構わない。また、半体の縁部同士の合わせ形状が、拝み合わせ形状（各半体の周縁を鍔状に形成し鍔同士を合わせた形状）であったり、突合せ形状（両半体の板厚面同士を合わせた形状）であっても構わない。また、筒状部材及びフランジの締結孔の数や形状は、任意に設定すればよい。また、内管の形状及び集合レイアウトは任意であり、内管が筒状部材と干渉しないよう、筒状部材との近傍部を凹ませた内管であってもよい。また、内燃機関の排気ポート数（気筒数）は任意である。また、排気マニホールドが、その外管に排気浄化装置が接続されずにフランジ部材が直接接続されたものでもよい。あるいは、排気浄化装置以外の排気系装置として排気熱交換装置や消音装置が外管に接続された排気マニホールドであっても構わない。

本発明の第１実施例に係る排気マニホールドを示す正面図 図１におけるＡ−Ａ線断面図 本発明の第２実施例に係る排気マニホールドの図１におけるＡ−Ａ線断面図 本発明の第３実施例に係る排気マニホールドの図１におけるＡ−Ａ線断面図

符号の説明

１ 排気マニホールド
２ フランジ部材（ヘッドフランジ）
３ａ，３ｂ，３ｃ 内管
３ｅ，３ｆ，３ｇ 集合内管
４ 外管
５ 空隙
６ スペーサ
７ 排気浄化装置
８ フランジ部材
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ 貫通孔
１１，１４，１５ 筒状部材
１２ カラー部材
１３ 締結部材（ボルト）

Claims (5)

1. 内燃機関に締結されるフランジ部材と、内燃機関の排気ポートに連通され排気ガスの集合流路を形成する内管と、該内管に空隙を有して外装される外管と、該外管の貫通孔に貫通固定される筒状部材とを備え、該筒状部材内に締結部材を挿通して前記内燃機関と前記フランジ部材とが締結される排気マニホールドにおいて、前記筒状部材が前記フランジ部材と離間して前記外管に固定され、前記締結部材が前記筒状部材と離間して前記筒状部材内に挿通されていることを特徴とする排気マニホールド。
2. 前記筒状部材の少なくとも一端が、環状のカラー部材を介して前記外管に固定さ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. 前記貫通孔の孔径が、前記筒状部材の外径よりも大きく、前記カラー部材の外径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の排気マニホールド。
4. 前記筒状部材の少なくとも一端に環状鍔部が形成され、該環状鍔部と前記外管とが固定されていることを特徴とする請求項１記載の排気マニホールド。
5. 前記貫通孔の孔径が、前記筒状部材の外径よりも大きく、前記環状鍔部の外径よりも小さいことを特徴とする請求項４に記載の排気マニホールド。

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