JP2013204434A - Multi-cylinder internal combustion engine - Google Patents

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Komaki Kunishige
小巻 國重
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the fork part of branched pipe from being broken by restraining an exhaust manifold from being pulled by thermal expansion of cylinder head, in an internal combustion engine in which the exhaust manifold including a plurality of branch pipes is fixed to the cylinder head.SOLUTION: An exhaust manifold 7 includes a plurality of branch pipes 7b and a flange 10 provided at the tip end of the branch pipe 7b is fixed to one side face 3a of a cylinder head 3 by a stud bolt 12 and a nut 13. In the cylinder head 3, the bolt 14 penetrates a portion where the exhaust manifold 7 is provided, and thermal expansion of the cylinder head 3 is suppressed by the bolt 14. It is more preferable to pre-compress the cylinder head 3 and the exhaust manifold 7 in a right and left direction.

Description

本願発明は、複数の気筒を有する多気筒内燃機関に関するものである。   The present invention relates to a multi-cylinder internal combustion engine having a plurality of cylinders.

内燃機関において、燃焼後の排気ガスを排出する排気マニホールドは、シリンダヘッドの一側面にボルト又はスタッドボルトとナットとで固定されている。排気マニホールドは、多気筒内燃機関では1本の集合部から複数の枝管が分岐した形態になっており、各枝管の先端にフランジを設けて、フランジがガケットを介してシリンダヘッドに締結されている。フランジとシリンダヘッドとの間にはガスケットを介在させており、また、フランジは各枝管ごとに個別に設ける場合と、隣り合ったフランジを一体に連続させる場合とがある。   In an internal combustion engine, an exhaust manifold that discharges exhaust gas after combustion is fixed to one side surface of a cylinder head with bolts or stud bolts and nuts. In the multi-cylinder internal combustion engine, the exhaust manifold has a form in which a plurality of branch pipes are branched from one collecting portion. A flange is provided at the tip of each branch pipe, and the flange is fastened to the cylinder head via a gacket. ing. A gasket is interposed between the flange and the cylinder head, and the flange may be individually provided for each branch pipe, or the adjacent flange may be continuously integrated.

さて、シリンダヘッドは燃料の燃焼によって受熱するため、機関の運転時に熱膨張することは避けられない。この場合、多気筒内燃機関のシリンダヘッドは、シリンダボアの並び方向(クランク軸の軸線方向)に長い形状であるため、シリンダボアの並び方向に大きく熱膨張する傾向を呈している。また、シリンダヘッドはアルミ又はアルミ合金で製造していることが多いため、熱膨張係数は鋼(鉄)に比べて相当に大きい。   Now, since the cylinder head receives heat by the combustion of fuel, it is inevitable that the cylinder head thermally expands during operation of the engine. In this case, since the cylinder head of the multi-cylinder internal combustion engine has a shape that is long in the direction in which the cylinder bores are arranged (the direction of the axis of the crankshaft), the cylinder head tends to expand greatly in the direction in which the cylinder bores are arranged. In addition, since the cylinder head is often made of aluminum or an aluminum alloy, the thermal expansion coefficient is considerably larger than that of steel (iron).

他方、排気マニホールドは排気ガスに晒されるため、鉄系鋳物で製造したり鋼管を材料にして溶接して製造されたりしているが、鉄系鋳物や鋼管もアルミより熱膨張係数が小さいため、枝管の並び方向に熱膨張はするものの、シリンダヘッドに比べて熱膨張量は相当に小さい。このため、シリンダヘッドの熱膨張により、排気マニホールドに枝管の間隔を広げるような引っ張り力が作用しており、その結果、枝管同士が繋がっている股部が破断する(裂ける)ことがあった。   On the other hand, because the exhaust manifold is exposed to exhaust gas, it is manufactured with iron castings or welded with steel pipes as the material, but iron castings and steel pipes also have a smaller thermal expansion coefficient than aluminum, Although thermal expansion occurs in the direction in which the branch pipes are arranged, the amount of thermal expansion is considerably smaller than that of the cylinder head. For this reason, due to the thermal expansion of the cylinder head, a pulling force that widens the interval between the branch pipes acts on the exhaust manifold, and as a result, the crotch portion where the branch pipes are connected to each other may be broken (broken). It was.

この点について特許文献1には、排気マニホールドの各枝管を、その先端に行くに従って(集合部と反対側に行くに従って)薄肉になるように形成することで、各枝管の熱変形を容易ならしめることが記載されている。   In this regard, Patent Document 1 discloses that each branch pipe of the exhaust manifold is formed so as to become thinner as it goes to the tip (going to the side opposite to the assembly portion), thereby facilitating thermal deformation of each branch pipe. It is described that it is conditioned.

実開昭62−98720号のマイクロフィルムJapanese Utility Model Sho 62-98720 microfilm

特許文献1は、シリンダヘッドの熱膨張そのものは不可避として、排気マニホールドを変形し易くすることで、シリンダヘッドの熱変形を排気マニホールドの変形で吸収しようとするものであるが、排気マニホールドの枝管を薄肉化すると、強度が低下すると共に腐食も進行しやすいという問題がある。また、特許文献1は鋳造品には適用可能であるが、鋼管で製造された排気マニホールドには適用できないという問題もある。   In Patent Document 1, the thermal expansion of the cylinder head itself is unavoidable and the exhaust manifold is easily deformed so as to absorb the thermal deformation of the cylinder head by the deformation of the exhaust manifold. If the thickness is reduced, there is a problem that the strength is lowered and corrosion is likely to proceed. Moreover, although patent document 1 is applicable to a cast product, there also exists a problem that it cannot apply to the exhaust manifold manufactured with the steel pipe.

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。   The present invention has been made to improve the current situation.

本願発明(請求項1の発明)は、一側面に複数の排気通路が開口しているシリンダヘッドと、前記各排気通路に連通する複数の枝管を集合部に集合させた排気マニホールドとを有しており、前記排気マニホールドの各枝管に前記シリンダヘッドの一側面に重なるフランジを設けて、前記フランジを前記シリンダヘッドにファスナで固定している内燃機関において、前記シリンダヘッドに、当該シリンダヘッドのうち少なくとも一側面の部位が前記排気マニホールドの枝管の並び方向(すなわちクランク軸の軸線方向)に熱膨張することを抑制する規制手段を設ける、という構成を採用した。   The invention of the present application (invention of claim 1) has a cylinder head having a plurality of exhaust passages opened on one side surface, and an exhaust manifold in which a plurality of branch pipes communicating with the exhaust passages are gathered in a gathering portion. In the internal combustion engine in which each branch pipe of the exhaust manifold is provided with a flange that overlaps one side surface of the cylinder head, and the flange is fixed to the cylinder head with a fastener. Among them, there is adopted a configuration in which at least one side portion is provided with a restricting means for suppressing thermal expansion in the arrangement direction of the branch pipes of the exhaust manifold (that is, the axial direction of the crankshaft).

規制手段としては、例えば、シリンダヘッドのうち一側面寄りの部位にシリンダヘッドより熱膨張係数が小さい規制体を鋳込んで、この規制体に排気マニホールドを締結したり、シリンダヘッドが排気マニホールドの並び方向に熱膨張しないように、シリンダヘッドより熱膨張が小さいボルトで規制するといった各種の手段を採用できる。   As the restricting means, for example, a restricting body having a coefficient of thermal expansion smaller than that of the cylinder head is cast in a portion closer to one side surface of the cylinder head, and an exhaust manifold is fastened to the restricting body, or the cylinder head is arranged in an array of exhaust manifolds. Various means such as regulation with a bolt whose thermal expansion is smaller than that of the cylinder head can be employed so as not to thermally expand in the direction.

規制手段としてボルトを使用する場合、請求項2では、ボルトを使用して、排気マニホールドの破断防止をより的確に実現している。すなわち請求項2の発明は、請求項1において、前記規制手段は、前記シリンダヘッドの素材よりも熱膨張係数が小さいボルトであって、前記ボルトは、前記シリンダヘッド又は排気マニホールド7を前記排気マニホールドの枝管の並び方向に挟圧できるように配置されており、前記ボルトの締め付けにより、前記シリンダヘッドと排気マニホールドとのうちいずれか一方又は両方を前記枝管の並び方向に縮むように予備圧縮されている。   In the case where a bolt is used as the restricting means, in claim 2, the bolt is used to more accurately prevent the exhaust manifold from being broken. That is, the invention of claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the regulating means is a bolt having a thermal expansion coefficient smaller than that of the material of the cylinder head, and the bolt connects the cylinder head or the exhaust manifold 7 to the exhaust manifold. It is arranged so that it can be clamped in the direction in which the branch pipes are arranged, and by tightening the bolt, either one or both of the cylinder head and the exhaust manifold are pre-compressed so as to shrink in the direction in which the branch pipes are arranged. ing.

本願発明は、シリンダヘッドの熱膨張が抑制されることで、排気マニホールドの股部にこれを裂くような引っ張りが作用することを防止又は著しく抑制できる。そして、シリンダヘッドの熱膨張を抑制するものであるため、排気マニホールドは従来の素材・構造のままでよい。従って、排気マニホールドの強度が低下したり、排気マニホールドが腐食しやすくなったりする不都合は生じないと共に、鋼管製の排気マニホールドにも支障なく適用できる。   In the present invention, the thermal expansion of the cylinder head is suppressed, so that it is possible to prevent or remarkably suppress the pulling of the crotch portion of the exhaust manifold from acting on the crotch portion of the exhaust manifold. And since it suppresses the thermal expansion of the cylinder head, the exhaust manifold may remain the conventional material and structure. Therefore, there is no inconvenience that the strength of the exhaust manifold is reduced and the exhaust manifold is easily corroded, and the exhaust manifold can be applied to the steel pipe exhaust manifold without any trouble.

規制手段は、シリンダヘッドが熱を受けたときに機能を発揮してその熱膨張を抑制する構成とすることも可能であるが、請求項2の構成を採用して、シリンダヘッドと排気マニホールドとのうち少なくともいずれか一方を枝管の並び方向に予備圧縮しておくと、排気マニホールドの破断防止効果を一層向上できる。   The restricting means may be configured to exhibit a function when the cylinder head receives heat and suppress its thermal expansion. However, the restricting means adopts the structure of claim 2 to provide the cylinder head, the exhaust manifold, If at least one of them is pre-compressed in the direction in which the branch pipes are arranged, the effect of preventing the exhaust manifold from breaking can be further improved.

すなわち、シリンダヘッドのみを予備圧縮している場合は、シリンダヘッドがボルトの熱膨張の分だけ膨張しても、シリンダヘッドは、熱負荷が作用していない自由長さに戻るに過ぎないか、又は、自由長さから僅かに膨張するに過ぎない状態にできるため、シリンダヘッドの熱膨張によって排気マニホールドに引っ張り力が作用することを、より的確に防止又は抑制できる。   That is, when only the cylinder head is pre-compressed, even if the cylinder head expands by the amount of thermal expansion of the bolt, the cylinder head only returns to the free length where no thermal load is applied, Or since it can be in a state of only a slight expansion from the free length, it is possible to more accurately prevent or suppress the tensile force from acting on the exhaust manifold due to the thermal expansion of the cylinder head.

他方、排気マニホールドのみを予備圧縮した場合は、シリンダヘッドがボルトの熱膨張の分だけ膨張することで排気マニホールドが引っ張られても、排気マニホールドは、まず、熱負荷か掛かっていない自由長さに至って、それから実質的な熱膨張が開始するため、排気マニホールドに引っ張り力が作用することを、より的確に防止又は抑制できるのである。すなわち、排気マニホールドに、引っ張りが作用しない膨張代を付与できるのであり、これらにより、破断防止効果をより的確に実現できるのである。シリンダヘッド3と排気マニホールド7との両方を予備圧縮すると、より好ましい。   On the other hand, if only the exhaust manifold is pre-compressed, even if the cylinder head expands by the amount of thermal expansion of the bolt and the exhaust manifold is pulled, the exhaust manifold will first have a free length that is not subject to thermal load. Then, since substantial thermal expansion then starts, it is possible to more accurately prevent or suppress the tensile force from acting on the exhaust manifold. That is, an expansion allowance that does not act on the exhaust manifold can be given to the exhaust manifold, and thereby, a breakage preventing effect can be realized more accurately. It is more preferable to pre-compress both the cylinder head 3 and the exhaust manifold 7.

第1実施形態を示す図で、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B視正面図である。It is a figure which shows 1st Embodiment, (A) is a top view, (B) is the BB view front view of (A). 第2実施形態を示す図で、(A)は平面図、(B)は(A)のB−B視正面図である。図1のII-II 視断面図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment, (A) is a top view, (B) is the BB view front view of (A). It is the II-II sectional view taken on the line of FIG. 第3実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment.

次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明で方向を特定するため、便宜的に「前後」「左右」の文言を使用するが、クランク軸の軸線及びシリンダボアの軸線と直交した方向から見た状態を正面視として、クランク軸の軸方向を左右方向、クランク軸及びシリンダボアと直交した方向を前後方向としている。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in order to specify the direction in the following description, the terms “front and rear” and “left and right” are used for convenience, but the crankshaft is viewed from the direction orthogonal to the axis of the crankshaft and the cylinder bore. The axial direction of the shaft is the left-right direction, and the direction orthogonal to the crankshaft and the cylinder bore is the front-rear direction.

(1).第1実施形態
まず、図1に示す第1実施形態から説明する。本実施形態の内燃機関は4気筒であり、シリンダブロック1には4つシリンダボア2が直列に並べて形成されており、シリンダブロック1の上面に重ね固定されたシリンダヘッド3には、シリンダボア2に向けて開口した燃焼用凹所4が形成されている。シリンダヘッド3はアルミの鋳造品である。
(1) First Embodiment First, the first embodiment shown in FIG. 1 will be described. The internal combustion engine of the present embodiment has four cylinders, and four cylinder bores 2 are formed in series in the cylinder block 1, and the cylinder head 3 that is overlapped and fixed on the upper surface of the cylinder block 1 is directed toward the cylinder bore 2. An open combustion recess 4 is formed. The cylinder head 3 is an aluminum casting.

更に、シリンダヘッド3には、燃焼用凹所4に連通した4対の排気通路4と吸気通路5とが、排気通路4は前後両側面のうちの一側面3aに開口して、吸気通路5は前後両側面のうちの他側面3bに開口するように形成されており、シリンダヘッド3の一側面3aには排気マニホールド7が固定(締結)されて、他側面3bには吸気マニホールド8が固定されている。排気マニホールド7は、鋼管製又は鉄系鋳物製である。   Further, the cylinder head 3 has four pairs of exhaust passages 4 and intake passages 5 communicating with the combustion recesses 4. The exhaust passages 4 open to one side surface 3a of the front and rear side surfaces, and the intake passage 5 Is formed to open to the other side surface 3b of the front and rear side surfaces, the exhaust manifold 7 is fixed (fastened) to one side surface 3a of the cylinder head 3, and the intake manifold 8 is fixed to the other side surface 3b. Has been. The exhaust manifold 7 is made of steel pipe or iron-based casting.

排気マニホールド7及び吸気マニホールド8は、集合部7a,8aから4本の枝管7b,8bが分岐した形態であり、各枝管7b,8bの先端に、左右方向に一連に延びるフランジ10,11を形成し、フランジ10,11が、ファスナの一例としてのスタッドボルト12及びナット13でシリンダヘッド3に締結されている(吸気マニホールド8に関しては、スタッドボルト及びナットは図示してない。)。敢えて述べる必要はないが、各枝管7b,8bはクランク軸の長手方向(シリンダボア2の並び方向)に沿って一列に並んでいる。なお、排気マニホールド7のフランジ10とシリンダヘッド3との間には、ガスケットを介在させている。   The exhaust manifold 7 and the intake manifold 8 are in a form in which four branch pipes 7b and 8b are branched from the collecting portions 7a and 8a, and flanges 10 and 11 extending in series in the left-right direction at the ends of the branch pipes 7b and 8b. The flanges 10 and 11 are fastened to the cylinder head 3 with stud bolts 12 and nuts 13 as an example of fasteners (the stud bolts and nuts are not shown for the intake manifold 8). Although it is not necessary to mention, each branch pipe 7b, 8b is located in a line along the longitudinal direction of the crankshaft (alignment direction of the cylinder bores 2). A gasket is interposed between the flange 10 of the exhaust manifold 7 and the cylinder head 3.

シリンダヘッド3のうち、排気マニホールド7が固定されている一側面3aに近い部位でかつ排気通路4を挟んだ上下両側の部位には、クランク軸と平行な姿勢の上下2本のボルト14が、シリンダヘッド3の左右両端面3c,3dに露出するようにして配置されている。シリンダヘッド3の一方の端面3cには、両ボルト14が貫通する上下長手の添え板15が重ね配置されており、シリンダヘッド3の他方の端面3dには、両ボルト14が螺合する上下長手の板状ナット16が重ね配置されている。ボルト14は、例えば炭素鋼や高張力鋼のような鋼製であり、熱膨張係数は排気マニホールド7に近い。本実施形態では、ボルト14と添え板15及び板状ナット16で請求項に記載した規制手段が構成されている。   Two upper and lower bolts 14 in a posture parallel to the crankshaft are provided in a portion near the side surface 3a to which the exhaust manifold 7 is fixed in the cylinder head 3 and on both upper and lower portions sandwiching the exhaust passage 4. The cylinder head 3 is disposed so as to be exposed at the left and right end faces 3c, 3d. On one end surface 3c of the cylinder head 3, an up-and-down longitudinal attachment plate 15 through which both bolts 14 pass is disposed, and on the other end surface 3d of the cylinder head 3, the up-and-down longitudinal length at which both bolts 14 are screwed together. The plate-shaped nuts 16 are stacked. The bolt 14 is made of steel such as carbon steel or high-tensile steel, and has a thermal expansion coefficient close to that of the exhaust manifold 7. In this embodiment, the bolt 14, the accessory plate 15, and the plate-like nut 16 constitute the restricting means described in the claims.

添え板15は排気マニホールド7の左右端面のうちの一端面7aに重なって、板状ナット16は排気マニホールド7の左右端面のうちの他端面7aに重なっており、排気マニホールド7をナット13のねじ込みによってシリンダヘッド3に固定してから、ボルト14を板状ナット16に強くねじ込んで、シリンダヘッド3及び排気マニホールド7をクランク軸の軸線方向に強く挟圧することにより、それらシリンダヘッド3及び排気マニホールド7を、内部応力が存在しない自由状態からクランク軸の軸線方向に縮められて圧縮変形した状態に加圧されている。   The accessory plate 15 overlaps one end surface 7 a of the left and right end surfaces of the exhaust manifold 7, and the plate-like nut 16 overlaps the other end surface 7 a of the left and right end surfaces of the exhaust manifold 7, and the exhaust manifold 7 is screwed into the nut 13. After fixing the cylinder head 3 to the cylinder head 3, the bolt 14 is screwed into the plate nut 16 and the cylinder head 3 and the exhaust manifold 7 are strongly clamped in the axial direction of the crankshaft. Is compressed from a free state in which no internal stress exists into a state of being compressed and deformed in the axial direction of the crankshaft.

図1(A)でシリンダヘッド3の自由長さ状態を一点鎖線で表示しており、一点鎖線の自由長さ状態と実線の圧縮状態とは目視できる程度の違いに表示しているが、これは便宜的な表示であり、実際の圧縮変形量は、機関の運転に伴う熱膨張を吸収する程度の僅かの量である。また、ボルト14はシリンダヘッド3の一側面3aの近傍部のみに配置しているので、他側面3bの部位ではシリンダヘッド3は殆ど又は全く圧縮されていないと推測されるが、圧縮変形量はごく僅かであるので、シリンダヘッド3の変形に伴う問題は生じない。   In FIG. 1 (A), the free length state of the cylinder head 3 is indicated by a one-dot chain line, and the free length state of the one-dot chain line and the compressed state of the solid line are displayed with a visible difference. Is an expedient display, and the actual amount of compressive deformation is a small amount that absorbs the thermal expansion accompanying the operation of the engine. Further, since the bolt 14 is disposed only in the vicinity of the one side surface 3a of the cylinder head 3, it is assumed that the cylinder head 3 is hardly or not compressed at the portion of the other side surface 3b. Since there are very few, the problem accompanying the deformation | transformation of the cylinder head 3 does not arise.

機関の運転に伴ってシリンダヘッド3の温度が上昇すると、シリンダヘッド3と排気マニホールド7とボルト14とはクランク軸の軸線方向に熱膨張しようとする。この場合、排気マニホールド7には排気ガスが直接触れるため、温度上昇の程度は排気マニホールド7が最も早く、次いで、シリンダヘッド3、ボルト14の順になると言える。   When the temperature of the cylinder head 3 rises with the operation of the engine, the cylinder head 3, the exhaust manifold 7 and the bolt 14 tend to thermally expand in the axial direction of the crankshaft. In this case, since the exhaust gas directly touches the exhaust manifold 7, it can be said that the temperature rise is the fastest in the exhaust manifold 7, followed by the cylinder head 3 and then the bolt 14.

そして、シリンダヘッド3はいずれ高温になるため、クランク軸の軸線方向に熱膨張する熱負荷を受ける。その場合、シリンダヘッド3の材料であるアルミの熱膨張は排気マニホールド7の素材である鋼(鉄)より大きいため、何等の対策を講じないと、シリンダヘッド3の熱膨張によって排気マニホールド7が左右方向に引っ張られて、隣り合った枝管7bの間の股部7cが裂けることがある。   Since the cylinder head 3 eventually becomes hot, it receives a thermal load that thermally expands in the axial direction of the crankshaft. In that case, the thermal expansion of aluminum, which is the material of the cylinder head 3, is larger than the steel (iron), which is the material of the exhaust manifold 7. When pulled in the direction, the crotch portion 7c between the adjacent branch pipes 7b may be torn.

これに対して本実施形態では、シリンダヘッド3の熱膨張が熱膨張の低いボルト14で規制されていることにより、シリンダヘッド3が左右方向に熱膨張することが抑制されるため、股部7cに左右方向引っ張り力が作用することを防止又は著しく抑制して、破断を防止できる。   On the other hand, in the present embodiment, since the thermal expansion of the cylinder head 3 is restricted by the bolt 14 having a low thermal expansion, the cylinder head 3 is restrained from thermally expanding in the left-right direction. It is possible to prevent or remarkably suppress the action of a pulling force in the left-right direction, thereby preventing breakage.

更に述べると、ボルト14も熱膨張するので、シリンダヘッド3はボルト14の熱膨張の分だけは左右方向に熱膨張するが、ボルト14の熱膨張係数は排気マニホールド7の熱膨張係数と殆ど同じなので、シリンダヘッド3がボルト14の熱膨張分だけ熱膨張しても、排気マニホールド7の股部7cに左右方向の引っ張り力が作用することを防止又は著しく抑制できる。   More specifically, since the bolt 14 is also thermally expanded, the cylinder head 3 is thermally expanded in the left-right direction by the amount of thermal expansion of the bolt 14, but the thermal expansion coefficient of the bolt 14 is almost the same as that of the exhaust manifold 7. Therefore, even if the cylinder head 3 is thermally expanded by the amount of thermal expansion of the bolt 14, it is possible to prevent or remarkably suppress the lateral pulling force from acting on the crotch portion 7 c of the exhaust manifold 7.

従って、ボルト14でシリンダヘッド3及び排気マニホールド7を強く挟圧してなくても、単にシリンダヘッド3の熱膨張をボルト14で抑止するだけであっても排気マニホールド7の破断を防止できるのであるが、本実施形態では、更に、シリンダヘッド3と排気マニホールド7とをボルト14で予備圧縮しているため、シリンダヘッド3がボルト14と同じ量だけ熱膨張しても、排気マニホールド7は熱負荷が掛かっていない自由長さに戻るに過ぎないか、又は、自由状態から僅かに熱膨張するに過ぎないのであり、これにより、股部7cの破断をより的確に防止できるのである。   Therefore, even if the cylinder head 3 and the exhaust manifold 7 are not strongly clamped by the bolts 14, the exhaust manifold 7 can be prevented from breaking even if the thermal expansion of the cylinder head 3 is simply suppressed by the bolts 14. In this embodiment, since the cylinder head 3 and the exhaust manifold 7 are preliminarily compressed by the bolts 14, even if the cylinder head 3 is thermally expanded by the same amount as the bolts 14, the exhaust manifold 7 has a thermal load. It only returns to the free length that is not applied, or only slightly thermal expansion from the free state, and thereby, the breakage of the crotch portion 7c can be prevented more accurately.

上記の説明から理解できるように、ボルト14の挟圧によるシリンダヘッド3及び排気マニホールド7の予備圧縮変形量は、排気マニホールド7の最大熱膨張量と同じ程度の寸法に設定しておくのが好ましい。ボルト14はなるべく熱膨張しないのが好ましい。従って、ボルト14に断熱材からなる筒を嵌め込むといったことも可能である。   As can be understood from the above description, the amount of preliminary compression deformation of the cylinder head 3 and the exhaust manifold 7 due to the clamping pressure of the bolt 14 is preferably set to the same size as the maximum thermal expansion amount of the exhaust manifold 7. . The bolt 14 is preferably not thermally expanded as much as possible. Accordingly, it is possible to fit a cylinder made of a heat insulating material into the bolt 14.

添え板15と板状ナット16とで排気マニホールド7を左右から挟んでいる場合は、排気マニホールド7の締結とボルト14による挟圧とはどちらを先に行ってもよいが、添え板15と板状ナット16とで排気マニホールド7を左右から挟んでいない場合は、先に排気マニホールド7をシリンダヘッド3に締結し、次いで、ボルト14による挟圧を行うのが好ましい(そうでないと、排気マニホールド7を予備圧縮できない。)。   When the exhaust manifold 7 is sandwiched between the attachment plate 15 and the plate-like nut 16 from the left and right, either the fastening of the exhaust manifold 7 or the clamping pressure by the bolt 14 may be performed first. When the exhaust manifold 7 is not sandwiched between the left and right nuts 16, it is preferable to first fasten the exhaust manifold 7 to the cylinder head 3 and then perform clamping with bolts 14 (otherwise, the exhaust manifold 7 Cannot be pre-compressed.)

添え板15と板状ナット16とで排気マニホールド7を左右から挟んでいない場合は、排気マニホールド7のフランジ10がスタッドボルト12にずれ不能に嵌まるように設定おいたり、別にノックピンを設けたりして、排気マニホールド7とシリンダヘッド3とが左右方向に滑らないように保持しておくと、より有益である。もとより、シリンダヘッド3のみに予備圧縮変形を付与しておくことも可能であり、この場合は、シリンダヘッド3を予備圧縮してから排気マニホールド7を締結してもよい。   When the exhaust manifold 7 is not sandwiched between the attachment plate 15 and the plate-like nut 16 from the left and right, the flange 10 of the exhaust manifold 7 is set so that it cannot be displaced to the stud bolt 12 or a knock pin is provided separately. Thus, it is more beneficial to hold the exhaust manifold 7 and the cylinder head 3 so as not to slide in the left-right direction. Of course, it is also possible to apply a pre-compression deformation only to the cylinder head 3, and in this case, the exhaust manifold 7 may be fastened after the cylinder head 3 is pre-compressed.

(2).他の実施形態
図2に示す第2実施形態では、規制手段の一例としての規制板18をシリンダヘッド3に鋳込んでいる。規制板18には、シリンダヘッド3との一体性を高めるため、多数の穴19を開けている。スタッドボルト14を規制板18に溶接することも可能である。或いは、規制板18にナットを溶接しておくか、規制板18に設けたバーリング部に雌ねじを形成しておいて、これらにボルトをねじ込むことで排気マニホールド7を締結するということも可能である。
(2) Other Embodiments In the second embodiment shown in FIG. 2, a restriction plate 18 as an example of a restriction means is cast into the cylinder head 3. The restricting plate 18 has a number of holes 19 in order to improve the integrity with the cylinder head 3. It is also possible to weld the stud bolt 14 to the restriction plate 18. Alternatively, a nut may be welded to the restriction plate 18 or a female screw may be formed in a burring portion provided on the restriction plate 18 and a bolt may be screwed into them to fasten the exhaust manifold 7. .

規制板18は、排気マニホールド7と同様に炭素鋼等の鋼材からなっている。従って、この第2実施形態では、シリンダヘッド3のううちアルミの部分が大きく熱膨張しても、規制板18はさほど熱膨張せず、規制板18と排気マニホールド7との熱膨張係数はほぼ同じであるため、排気マニホールド7が左右方向に引っ張られることはない。   The restricting plate 18 is made of a steel material such as carbon steel like the exhaust manifold 7. Therefore, in the second embodiment, even if the aluminum portion of the cylinder head 3 is largely thermally expanded, the restriction plate 18 does not thermally expand so much, and the coefficient of thermal expansion between the restriction plate 18 and the exhaust manifold 7 is almost the same. Since it is the same, the exhaust manifold 7 is not pulled in the left-right direction.

図3に示す第3実施形態では、排気マニホールド7におけるフランジ10の左右端部に、シリンダヘッド3の端面3b,3cに重なる端板10aを一体に設けて、端板10aをボルト14及びナット(図示せず)でシリンダヘッド3に共締めしている。この図3の場合、左右端板10aの間隔をシリンダヘッド3の左右長さよりも僅かに大きい寸法に設定して、排気マニホールド7を左右方向に圧縮した状態で、左右端板10aをボルト14でシリンダヘッド3に締結することも可能である。   In the third embodiment shown in FIG. 3, end plates 10 a that overlap the end surfaces 3 b and 3 c of the cylinder head 3 are integrally provided on the left and right ends of the flange 10 in the exhaust manifold 7, and the end plate 10 a is connected to the bolt 14 and the nut ( The cylinder head 3 is fastened together (not shown). In the case of FIG. 3, the distance between the left and right end plates 10 a is set to be slightly larger than the left and right lengths of the cylinder head 3, and the left and right end plates 10 a are bolted 14 with the exhaust manifold 7 compressed in the left and right direction. It is also possible to fasten to the cylinder head 3.

すなわち、排気マニホールド7のみを予備圧縮することも可能である。この場合は、シリンダヘッド3はボルト14の熱膨張の分しか熱膨張しないので、第1実施形態とほぼ同様の作用・効果を発揮する。なお、第1実施形態の場合も、排気マニホールド7の左右長さをシリンダヘッド3の左右長さより僅かに長くしておいて、排気マニホールド7のみを予備圧縮することは可能である。   That is, it is possible to pre-compress only the exhaust manifold 7. In this case, since the cylinder head 3 is thermally expanded only by the thermal expansion of the bolt 14, it exhibits substantially the same operations and effects as in the first embodiment. In the case of the first embodiment as well, it is possible to pre-compress only the exhaust manifold 7 by making the left and right lengths of the exhaust manifold 7 slightly longer than the left and right lengths of the cylinder head 3.

本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、フランジは、各枝管ごとに個別に設けたり、複数の枝管ごとにグループ化して設けたりすることも可能である。規制手段としては、シリンダヘッドに被さるコ字形の本体にボルトを設けたシャコ万力方式(クランプ方式)を採用することも可能である。   The present invention can be embodied in various ways other than the above-described embodiment. For example, the flanges can be provided individually for each branch pipe, or can be provided in groups for a plurality of branch pipes. As the restricting means, it is also possible to adopt a giant vise method (clamp method) in which a bolt is provided on a U-shaped main body covering the cylinder head.

ファスナとしては、頭付きのボルトを使用することも可能である。規制体としてボルトを使用する場合、添え板及び板状ナットは必ずしも必要はなく、頭付きボルトにナットをねじ込む構成とすることも可能である。本願発明の規制手段はシリンダヘッドのうち排気マニホールドが固定されている近傍部に設けたら足りるが、吸気マニホールドが固定されている部分に規制手段を設けることを排除するものではない。   It is also possible to use bolts with heads as fasteners. When a bolt is used as the restricting body, the splicing plate and the plate-like nut are not necessarily required, and a configuration in which the nut is screwed into the headed bolt may be employed. It is sufficient that the restricting means of the present invention is provided in the vicinity of the cylinder head where the exhaust manifold is fixed, but this does not exclude the provision of the restricting means in the portion where the intake manifold is fixed.

本願発明は、内燃機関に具体化して実際に製造できる。従って、産業上利用できる。   The present invention can be actually manufactured by embodying an internal combustion engine. Therefore, it can be used industrially.

2 シリンダボア
3 シリンダヘッド
6 排気通路
7 排気マニホールド
7a 集合部
7b 枝管
7c 股部
10 フランジ
12 ファスナを構成するスタッドボルト
13 ファスナを構成するナット
14 規制体の主要要素としての一例としてのボルト
15 規制体の一部としての添え板
16 規制体の一部としての板状ナット
18 規制手段の一例としての鋳込み式規制板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Cylinder bore 3 Cylinder head 6 Exhaust passage 7 Exhaust manifold 7a Collecting part 7b Branch pipe 7c Crotch part 10 Flange 12 Stud bolt which comprises a fastener 13 Nut which constitutes a fastener 14 Bolt as an example of main elements of a regulating body 15 Regulator 16 A plate-like nut as a part of the regulating body 18 A cast-in type regulating plate as an example of a regulating means

Claims (2)

一側面に複数の排気通路が開口しているシリンダヘッドと、前記各排気通路に連通する複数の枝管を集合部に集合させた排気マニホールドとを有しており、前記排気マニホールドの各枝管に前記シリンダヘッドの一側面に重なるフランジを設けて、前記フランジを前記シリンダヘッドにファスナで固定している構成であって、
前記シリンダヘッドに、当該シリンダヘッドのうち少なくとも一側面の部位が前記排気マニホールドの枝管の並び方向に熱膨張することを抑制する規制手段を設けている、
多気筒内燃機関。
A cylinder head having a plurality of exhaust passages open on one side surface; and an exhaust manifold in which a plurality of branch pipes communicating with the respective exhaust passages are gathered in a collecting portion. Provided with a flange overlapping one side surface of the cylinder head, and the flange is fixed to the cylinder head with a fastener,
The cylinder head is provided with a restricting means for suppressing thermal expansion of at least one side portion of the cylinder head in the direction in which the branch pipes of the exhaust manifold are arranged.
Multi-cylinder internal combustion engine.
前記規制手段は、前記シリンダヘッドの素材よりも熱膨張係数が小さいボルトであって、前記ボルトは、前記シリンダヘッド又は排気マニホールド7を前記排気マニホールドの枝管の並び方向に挟圧できるように配置されており、前記ボルトの締め付けにより、前記シリンダヘッドと排気マニホールドとのうちいずれか一方又は両方を前記枝管の並び方向に縮むように予備圧縮されている、
多気筒内燃機関。
The restricting means is a bolt having a thermal expansion coefficient smaller than that of the material of the cylinder head, and the bolt is arranged so that the cylinder head or the exhaust manifold 7 can be clamped in the direction in which the branch pipes of the exhaust manifold are arranged. And, by tightening the bolts, either one or both of the cylinder head and the exhaust manifold is pre-compressed so as to contract in the direction in which the branch pipes are arranged,
Multi-cylinder internal combustion engine.
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