JP2010090862A - エキゾーストマニホールドの締結構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】 ボルトの締結位置の設計自由度を拡大できると同時に、ボルト脱着用工具とブランチ管との接触、あるいはボルトの締結位置の変更や追加等を回避できるエキゾーストマニホールドの締結構造の提供。
【解決手段】 ボルト挿通孔10及び螺子孔13をヘッドフランジ4の板厚方向に対して所定の角度θ1を有する軸10a上に形成し、ヘッドフランジ4のボルト挿通孔10の開口周縁部に、軸10aに対して軸直方向の座面を有し、且つ、ボルト16の頭部16aが着座する座部11を形成した。
【選択図】 図4

Description

本発明は、エキゾーストマニホールドの締結構造に関する。
従来、エキゾーストマニホールドの締結構造として特許文献1の記載の技術が知られている。
この発明によれば、ヘッドフランジの締結面をシリンダヘッドの締結面に重ねた状態として、ヘッドフランジのボルト挿通孔からボルトを挿通してシリンダヘッドの螺子孔に螺合するようにしている。
特開2007−107447号公報
しかしながら、従来の発明にあっては、ボルトの締結方向がフランジの板厚方向と同一方向になっていたため、ボルト脱着用工具(油圧トルクレンチ等)がブランチ管に接触しないようにボルトの締結位置を設定する必要があった。
この結果、ボルトの締結位置の設計自由度が小さくなるという問題点があった。
加えて、上記接触を考慮してボルトの締結位置が所望の位置から大きく外れる場合があり、この場合、ボルトの締結位置を増やす必要が生じて、製造コストの増大を招いてしまうという問題点があった。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ボルトの締結位置の設計自由度を拡大できると同時に、ボルト脱着用工具とブランチ管との接触、あるいはボルトの締結位置の変更や追加等を回避できるエキゾーストマニホールドの締結構造を提供することである。
請求項1記載の発明では、エキゾーストマニホールドのヘッドフランジの締結面にボルト挿通孔が形成され、エンジンのシリンダヘッドの締結面における前記ボルト挿通孔と対応する位置に螺子孔が形成され、上記ヘッドフランジの締結面をシリンダヘッドの締結面に重ねると共に、上記ボルト挿通孔と上記螺子孔を一致させて、ボルトにより締結するようにしたエキゾーストマニホールドの締結構造において、上記ボルト挿通孔及び螺子孔をヘッドフランジの板厚方向に対して所定の角度を有する軸上に形成し、上記ヘッドフランジのボルト挿通孔の開口周縁部に、前記軸に対して軸直方向の座面を有し、且つ、前記ボルトの頭部が着座する座部を形成したことを特徴とする。
請求項1記載の発明では、ボルト挿通孔及び螺子孔をヘッドフランジの板厚方向に対して所定の角度を有する軸上に形成し、ヘッドフランジのボルト挿通孔のボルト入口側に、軸に対して軸直方向の座面を有し、且つ、ボルトの頭部が着座する座部を形成している。
これにより、ボルトの締結位置の設計自由度を拡大できると同時に、ボルト脱着用工具とブランチ管との接触、あるいはボルトの締結位置の変更や追加等を回避できる。
また、従来はブランチ管を排気ポートから複雑に曲げることでボルトの締結位置を確保していたが、この発明ではヘッドフランジの締結位置に左右されないため、ブランチ管の形状を排気抵抗の少ない形状、例えば排気ポートから直ぐにヘッドフランジに沿った形状にして、その曲がり部を少なくすることも可能になり、燃費の向上に繋がる。
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
以下、実施例1を説明する。
図1は実施例1のエキゾーストマニホールドの締結構造が採用されたエンジンを説明する全体図、図2は図1の矢視A1によるエキゾーストマニホールドの正面図、図3は同拡大斜視図である。
図4は図2のS4−S4線における断面図、図5〜7はエキゾーストマニホールドの締結方法を説明する図である。
先ず、全体構成を説明する。
図1に示すように、実施例1のエキゾーストマニホールド1は、図示を簡略化するV型6気筒のエンジン2の両側に設けられたシリンダヘッド3にそれぞれ締結される排気系部品であって、ヘッドフランジ4と、ブランチ管5〜7と、集合部8が備えられ、全て金属製となっている。
エンジン2の両側にそれぞれ締結されるエキゾーストマニホールド1は両バンクで対称形状であるため、以下、エンジン2の左バンクに締結されるエキゾーストマニホールド1について詳述する。
図2、3に示すように、エキゾーストマニホールド1のヘッドフランジ4は、略板状に形成される他、エンジン2の各気筒(排気ポート)に連通接続されるブランチ管5〜7の排気ガス上流側端部5a〜7aが図外の溶接により固定されている。
各ブランチ管5〜7の排気ガス下流側端部5b〜7bは、1/3円形断面に加工されて全体の外形が円形となるように重ねられて、これらは集合部8の排気ガス上流側端部8aに挿入された状態で接続されている。
なお、各ブランチ管5〜7の排気ガス下流側端部5b〜7bは図示を省略する溶接で互いに固定されている。
また、集合部8の排気ガス上流側端部8aは、その全周に亘って各ブランチ管5〜7の排気ガス下流側端部5b〜7bの外周一部に図示を省略する溶接で固定されている。
さらに、集合部8の排気ガス下流側端部8bには、図示しない触媒コンバータに連通接続するためのフランジ8cが装着されている。
ヘッドフランジ4には、シリンダヘッド3に締結するための円形状のボルト挿通孔10が複数(実施例1では6個)個形成されている。
また、実施例1のボルト挿通孔10は、各ブランチ管5〜7の排気ガス上流側端部5a〜7aに近接して斜め方向に上下で対を成すように2つずつ配置されている。
図4に示すように、各ボルト挿通孔10は、ヘッドフランジ2の板厚方向に対して斜め上方の所定の角度θ1の軸10aを有して貫通形成されている。
また、ボルト挿通孔10におけるボルト入口側の開口周縁部には、該ボルト挿通孔10の軸10aと軸直の座面11aを有する座部11が形成されている。
なお、実施例1の座部11の座面11aは平面視四角形状に形成されているが、この限りではない。
さらに、実施例1のヘッドフランジ4の締結面4aにはガスケットシール材12が予め貼着されているが、この限りではない。
一方、シリンダヘッド3の締結面3aにおけるヘッドフランジ4の各ボルト挿通孔10にそれぞれ対応する位置には、ボルト挿通孔10の軸10aと同じ角度の軸13aを有する螺子孔13がそれぞれ形成されている。
その他、エキゾーストマニホールド1は、特開2003−343264号公報に記載のエキゾーストマニホールドと同様に、二重管構造を採用する場合もあり得る。
次に、作用を説明する。
このように構成されたエキゾーソストマニホールド1をエンジン2のヘッドシリンダ3に締結する際には、先ず、図4、5に示すように、ヘッドフランジ4の締結面4aをガスケットシール部材12を介してシリンダヘッド3の締結面3aに重ねて、両孔10,13を合致させる。
次に、図6に示すように、ヘッドフランジ4の各ボルト挿通孔10のボルト入口側からボルト16を挿通した後、ボルト脱着用工具14(油圧トルクレンチ等)のラチェット部15をボルト16の六角柱形状の頭部16aに嵌合させて軸周り方向に回転駆動させることにより、シリンダヘッド3の螺子孔13に螺合する。
この際、ボルト16の頭部16aがボルト挿通孔10の座部11の座面11aに着座して、螺子孔13との螺合代が決定され、これにより、ボルト16を適正位置に固定できる。
このように、実施例1では、全ての両孔10,13において、ヘッドフランジ4の板厚方向に対して斜め上方の所定の角度θ1でもってボルト16の締結作業を行うことにより、エキゾーソストマニホールド1をエンジン2のヘッドシリンダ3に締結できる。
ここで、従来の発明にあっては、ヘッドフランジのボルト挿通孔とシリンダヘッドの螺子孔がヘッドフランジの板厚方向と同一方向に形成されていたため、ボルト脱着用工具とブランチ管との接触を回避するために、ボルトの締結位置の設計自由度が小さく制限されていた。
例えば、実施例1のエキゾーソストマニホールド1の場合には、図2、3に示すように、ボルト挿通孔101の位置において、ボルト16の締結時にボルト脱着用工具14とブランチ管5とが接触する可能性が高い。
あるいは、ボルト挿通孔102の位置において、ボルト16の締結時にボルト脱着用工具14とブランチ管5〜7とが接触する可能性が高い。
この結果、ボルト挿通孔101,102の締結位置の設計自由度が小さく制限されてしまう。
あるいは、ボルト挿通孔101,102の締結位置が所望の位置よりも外れた位置に設計変更する必要が生じ、この結果、ボルト16の締結数を追加する必要が生じ、製造コストの増大を招いてしまう。または、ブランチ管5〜7の曲げを多くして、ボルト脱着用工具14との接触を回避しなければならない。
なお、ボルト脱着用工具14とブランチ管5〜7とが接触する可能性が高い位置はブランチ管5〜7の形状によって異なる。
一般的には各ブランチ管5〜7の排気ガス上流側端部5a〜7aに近接して斜め方向に上下で対を成すように2つずつ配置されたボルト挿通孔10のうちの下方側に設けられボルト挿通孔10は狭小な位置に配置されるため、上方側に比べて接触の可能性が高い。
また、特開2003−343264号公報に記載のエキゾーストマニホールドと同様にブランチ管5〜7を二重管構造とした場合には、ブランチ管5〜7が大径化するため、ボルト16の締結位置の設計自由度がさらに小さく制限されてしまう。
これに対し、実施例1では、前述したように、ヘッドフランジ4の板厚方向に対して斜め上方の所定の角度θ1でもってボルト16の締結を行うことができるため、図7に示すように、ボルト挿通孔101の位置において、ボルト脱着用工具14とブランチ管5〜7との接触を回避しつつ、ボルト16の締結作業を行うことができる。
同様に、ボルト挿通孔102の位置において、ボルト脱着用工具14とブランチ管5〜7との接触を回避しつつ、ボルト16の締結作業を行うことができる。
従って、ボルト16の締結位置の設計自由度を拡大でき、所望の位置での締結が可能となる。
また、実施例1では、斜め上方の所定の角度θ1でもってボルト16の脱着作業を行えるため、メンテナンス性に優れる。
即ち、通常、エンジンルーム内においてエキゾーソストマニホールド1の水平方向、あるいは斜め下方位置には複数の周辺部材が搭載されるため、これらの周辺部材とボルト脱着用工具14との接触を回避でき、ボルト16の脱着作業性を良好にしてメンテナンス性を向上できる。
なお、実施例1では全てのボルト挿通孔10の軸10aをヘッドフランジ4の板厚方向に対して斜め上方の同じ角度θ1で形成したが、必ずしもこの限りではない。
即ち、複数のボルト挿通孔10のうち、ボルト脱着用工具14がブランチ管5〜7や周辺部材に接触する可能性がない部位については、ボルト挿通孔10の軸10aをヘッドフランジ4の板厚方向と同一方向に形成して、公知のものと同様にボルト16による締結をヘッドフランジ4の板厚方向から行うようにすることもできる。
また、各ボルト挿通孔10毎に最適な角度をそれぞれ設定することもできる。
次に、実施例1の効果を請求項1、2に対応する(1)、(2)共に記載する。
(1)エキゾーストマニホールド1のヘッドフランジ4の締結面4aにボルト挿通孔10が形成され、エンジン1のシリンダヘッド3の締結面3aにおけるボルト挿通孔10と対応する位置に螺子孔13が形成され、ヘッドフランジ4の締結面4aをシリンダヘッド3の締結面3aに重ねると共に、ボルト挿通孔10と螺子孔13を一致させて、ボルト16により締結するようにしたエキゾーストマニホールド1の締結構造において、ボルト挿通孔10及び螺子孔13をヘッドフランジ4の板厚方向に対して所定の角度θ1を有する軸10a上に形成し、ヘッドフランジ4のボルト挿通孔10の開口周縁部に、軸10aに対して軸直方向の座面を有し、且つ、ボルト16の頭部16aが着座する座部11を形成した。
これにより、ボルト16の締結位置の設計自由度を拡大できると同時に、ボルト脱着用工具14とブランチ管5〜7との接触、あるいはボルト16の締結位置の変更や追加等を回避できる。
また、従来はブランチ管を排気ポートから複雑に曲げることでボルトの締結位置を確保していたが、この発明ではヘッドフランジ4の締結位置に左右されないため、ブランチ管5〜7の形状を排気抵抗の少ない形状、例えば排気ポートから直ぐにヘッドフランジ4に沿った形状にして、その曲がり部を少なくすることも可能になり、燃費の向上に繋がる。
(2)所定の角度θ1を斜め上方の角度とした。
これにより、斜め上方の角度でもってボルト16を脱着でき、メンテナンス性を向上できる。
次に、実施例2を説明する。
実施例2において、実施例1と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。
図8は実施例2のエキゾーソストマニホールドの正面図、図9、10は実施例2のエキゾーソストマニホールドの締結方法を説明する図である。
図8に示すように、実施例2では、実施例1で説明したヘッドフランジ4に上下で対を成すように2つずつ配置されたボルト挿通孔10のうちの下方のボルト挿通孔10が省略され、ここに、締結面4aから所定角度θ1と同一角度の軸20aを有して突出した円柱状の凸部20が形成されている。
一方、シリンダヘッド3の凸部20と対応する位置には、締結面13に所定角度θ1と同一角度の軸21aを有して円柱状に凹設された凹部21が形成されている。
なお、凸部20と凹部21の形状は適宜設定できる。
また、実施例2では、凹部21の開口径が凸部の外径よりも僅かに大きく形成されているがこの限りではない。
そして、図8、9に示すように、エキゾーソストマニホールド1をエンジン2のヘッドシリンダ3に締結する際には、先ず、ヘッドフランジ4の締結面4aをガスケットシール部材12を介して斜め上方からシリンダヘッド3の締結面3aに所定位置で重ねて、凸部20と凹部21を凹凸結合させる。
その後、図10に示すように、ヘッドフランジ4の上方において、実施例1と同様に各ボルト挿通孔10からそれぞれ対応する螺子孔13にボルト16を締結することにより、エキゾーソストマニホールド1をエンジン2のヘッドシリンダ3に締結する。
この際、ボルト16の螺合による軸力により凸部20の下部周辺が凹部21に摺動して凹凸結合し、これにより、凹凸結合付近においても締結面3aが締結面4aを押す方向(図10の矢印方向)へ面圧を掛けることができ、両締結面3a,4aのシール性を向上できる。
従って、実施例2では、実施例1の作用・効果に加えて、ボルト16の締結位置を削減できるという効果を得ることができる。
また、前述したように、実施例2では、実施例1で説明したヘッドフランジ4に上下で対を成すように2つずつ配置されたボルト挿通孔10のうちの下方のボルト挿通孔10を省略して凹凸係合としている。
この結果、ブランチ管5〜7が近接していることに起因して、複数のボルト16の締結位置の中でも特に締結作業性が悪い位置のボルトの締結作業を省略でき、部品点数の削減とボルトの締結に要する時間と手間を削減できる。
次に、実施例2の効果を請求項3と対応する(3)と共に列記する。
ヘッドフランジ4におけるボルト16の締結位置と離間した位置に、締結面4aから突出した凸部20を形成し、シリンダヘッド3の凸部20と対応する位置に、締結面3aに凹設された凹部21を形成し、ボルト16の螺合による軸力により凸部20と凹部21に摺動させて両締結面3a,4aに面圧を掛けた状態で該凸部20と凹部21を結合させた。
これにより、ボルト16の締結位置を減らすことができ、部品点数の削減とボルト16の締結に要する時間と手間を削減できる。
次に、実施例3を説明する。
実施例3において、実施例1と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。
図11は実施例3のエキゾーソストマニホールドの締結構造を説明する図である。
図11に示すように、実施例3では、ボルト16の頭部16aが着座する座部30をヘッドフランジ4と別体で構成している点が実施例1と相違する。
実施例2の座部30はヘッドフランジ4に対してその外周が全周に亘って溶接X1により固定されている。
座部30は、ボルト16の締結力によって固定されていて脱落する虞はないため、ヘッドフランジ4に対して圧入または嵌合によって固定するようにしても良い。
従って、ヘッドフランジ4の形状を簡素化でき、ヘッドフランジ4の製造性を良好にできる。
また、高さの異なる複数種類の座部30を形成しておくことで、ボルト16の締結位置に応じて座部30の高さを簡単に変更できる。
即ち、ボルト脱着用工具14の先端がブランチ管5〜7に接触するような狭小の部位においては、高さが大きい座部30と、これに対応する長いボルト16を用いることで、ボルト16の締結を可能にできる。
次に、実施例3の効果を請求項4と対応する(4)と共に列記する。
(4)座部30をヘッドフランジ4と別体で予め製造した後、一体的に固定した。
これにより、ヘッドフランジ4の形状複雑化を招くことがなく、製造性を良好にできる。
従って、その曲がり部を上述した実施例より更に少なくすることも可能になり、燃費の向上につながる。
次に、実施例4を説明する。
実施例4において、実施例3と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。
図12、13は実施例4のエキゾーソストマニホールドの締結構造を説明する図である。
図12、13に示すように、実施例4では、実施例1で説明したボルト16を、シリンダヘッド3の螺子孔13に予め固定された所謂スタッドボルト40とナット41(請求項のボルトの頭部に相当)で構成している点が実施例3と相違する。
即ち、先ず、ヘッドフランジ4(ガスケットシール部材12共)を所定角度θ1でもって斜め上方からシリンダヘッド3に対して当接させることにより、スタッドボルト40をヘッドフランジ4のボルト挿通孔10に通過させる。
次に、座部30をヘッドフランジ4に当接させてスタッドボルト40を該座部30に通過させた後、スタッドボルト40にナット41を螺合することにより、エキゾーソストマニホールド1をシリンダヘッド3に締結できるようになっている。
なお、スタッドボルト40におけるシリンダヘッド3の締結面3aからの突出長さは、ヘッドフランジ4を所定角度θ1でもって斜め上方からシリンダヘッド3に対して当接させる際に、ヘッドフランジ4とブランチ管5〜7とが接触しないように設定されている。
また、スタッドボルト40は螺子孔13に対して溝の最深部まで螺合されて固定され、緩み防止が施されている。
従って、実施例4では、エキゾーソストマニホールド1の締結時において、ヘッドフランジ40及び座部30をシリンダヘッド3に対して容易に位置決めできる。
また、エキゾーソストマニホールド1及び座部30をスタッドボルト40に仮保持させた状態でナット41の締結を行うようにすることもでき、仮保持用治具の省略、座部30の落下防止、及び作業負担の軽減等を図ることができる。
以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例1ではV型6気筒のエンジンを採用した例について説明したが、この限りではなく、エンジン2の仕様変更(型式、気筒数等)に応じて行われるエキゾーストマニホールド1の設計変更(ブランチ管及びボルト挿通孔、螺子孔、凸部、凹部等の形状、方向、形成数、形成位置等)は全てこの発明の範疇となる。
実施例1のエキゾーストマニホールドの締結構造が採用されたエンジンを説明する全体図である。 図1の矢視A1によるエキゾーストマニホールドの正面図である。 エキゾーストマニホールドの拡大斜視図である。 図2のS4−S4線における断面図である。 エキゾーストマニホールドの締結方法を説明する図である。 エキゾーストマニホールドの締結方法を説明する図である。 エキゾーストマニホールドの締結方法を説明する図である。 実施例2のエキゾーソストマニホールドの正面図である。 実施例2のエキゾーソストマニホールドの締結方法を説明する図である。 実施例2のエキゾーソストマニホールドの締結方法を説明する図である。 実施例3のエキゾーソストマニホールドの締結構造を説明する図である。 実施例4のエキゾーソストマニホールドの締結構造を説明する図である。 実施例4のエキゾーソストマニホールドの締結構造を説明する図である。
符号の説明
1 エキゾーストマニホールド
2 エンジン
3 シリンダヘッド
3a、4a 締結面
4 ヘッドフランジ
5、6、7 ブランチ管
5a、6a、7a 排気ガス上流側端部
5b、6b、7b 排気ガス上流側端部
8 集合部
8a 排気ガス上流側端部
8b 排気ガス下流側端部
8c フランジ
10、101、102 ボルト挿通孔
10a、13a 軸
11 座部
11a 座面
12 ガスケットシール部材
13 螺子孔
14 ボルト脱着用工具
15 ラチェット部
16 ボルト
16a 頭部
20 凸部
20a、21a 軸
21 凹部
30 座部
40 スタッドボルト
41 ナット

Claims (4)

  1. エキゾーストマニホールドのヘッドフランジの締結面にボルト挿通孔が形成され、
    エンジンのシリンダヘッドの締結面における前記ボルト挿通孔と対応する位置に螺子孔が形成され、
    前記ヘッドフランジの締結面をシリンダヘッドの締結面に重ねると共に、前記ボルト挿通孔と前記螺子孔を一致させて、ボルトにより締結するようにしたエキゾーストマニホールドの締結構造において、
    前記ボルト挿通孔及び螺子孔をヘッドフランジの板厚方向に対して所定の角度を有する軸上に形成し、
    前記ヘッドフランジのボルト挿通孔の開口周縁部に、前記軸に対して軸直方向の座面を有し、且つ、前記ボルトの頭部が着座する座部を形成したことを特徴とするエキゾーストマニホールドの締結構造。
  2. 請求項1記載のエキゾーストマニホールドの締結構造において、
    前記所定の角度を斜め上方の角度としたことを特徴とするエキゾーストマニホールドの締結構造。
  3. 請求項1または2記載のエキゾーストマニホールドの締結構造において、
    前記ヘッドフランジまたはシリンダヘッドのいずれか一方における前記ボルトの締結位置と離間した位置に、締結面から突出した凸部を形成し、
    前記ヘッドフランジまたはシリンダヘッドのいずれか他方における前記凸部と対応する位置に、締結面に凹設された凹部を形成し、
    前記ボルトの螺合による軸力により凸部と凹部に摺動させて両締結面に面圧を掛けた状態で該凸部と凹部を結合させたことを特徴とするエキゾーストマニホールドの締結構造。
  4. 請求項1〜3のうちのいずれかに記載のエキゾーストマニホールドの締結構造において、
    前記座部をヘッドフランジと予め別体で製造した後、一体的に固定したことを特徴とするエキゾーストマニホールドの締結構造。
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