JP2015034511A - Pipe material junction structure for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、内燃機関において、金属製パイプ材を板状等の支持部材に固定する構造に関するものである。 The present invention relates to a structure for fixing a metal pipe material to a plate-like support member in an internal combustion engine.
内燃機関には多くの金属パイプ材が使用されており、このパイプ材の接合構造として、パイプ材の一端部を支持部材に開けた取り付け穴に挿入し、パイプ材をその全周に亙って支持部材にロウ付け又は溶接していることがある。 Many metal pipe materials are used in internal combustion engines. As a joint structure for this pipe material, one end of the pipe material is inserted into a mounting hole formed in a support member, and the pipe material is spread over the entire circumference. The support member may be brazed or welded.
パイプ材を支持部材にロウ付けしたり溶接したりしたときの問題として、パイプ材に作用した曲げ力が支持部材への接合部に集中することが挙げられる。この点について従来は、パイプ材のうち支持部材への接合部やその周辺部の強度アップで対応している。 A problem when the pipe material is brazed or welded to the support member is that the bending force acting on the pipe material is concentrated on the joint portion to the support member. Conventionally, this has been dealt with by increasing the strength of the joint portion of the pipe member to the support member and its peripheral portion.
その例として特許文献1には、吸気マニホールドをフランジ等に接合するにおいて、吸気マニホールドの露出部のうちフランジに近接した部位に、外向きに突出したリブ(突部)を周方向に幾つか膨出形成して、各リブをフランジ等の表面に当接させることが記載されている。また、特許文献2には、同じく吸気マニホールドの接合構造として、パイプ材の一端部を厚肉部に形成して、厚肉部の半分ほどをフランジ等に挿入すると共に、厚肉部のうち露出部をフランジ等にロウ付けすることが記載されている。
As an example,
パイプ材をフランジ等の支持部材に接合した場合、接合部の周辺に応力が集中すること自体は避けることができない。そして、特許文献1,2は応力が集中する部分を補強しようとするものであるが、いずれにしても加工が非常に面倒であると共に、肉厚など適用条件が限られており、汎用性に欠けるという問題がある。
When the pipe material is joined to a support member such as a flange, it is inevitable that stress concentrates around the joint itself.
また、特許文献1の場合はリブを形成することで亀裂の発生を招く可能性があり、新たな問題の発生が予想される。他方、特許文献2の場合は、厚肉部と薄肉部との境界に応力が集中するおそれがあり、応力集中箇所がずれるに過ぎなくなる可能性もあり得る。
Further, in the case of
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り、汎用性と耐曲げ特性とに優れたパイプ材接合構造を提供せんとするものである。 The present invention has been made to improve such a current situation, and aims to provide a pipe material joining structure excellent in versatility and bending resistance.
本願発明、金属製パイプ材の一端部を支持部材の取り付け穴に挿入された嵌入部と成し、前記パイプ材のうち嵌入部を除いた部分は少なくとも前記支持部材の表面の外側に露出している基本構成である(なお、本願発明では、パイプ材は支持部材の裏側にはみ出していても差し支えない。)。 In the present invention, one end portion of the metal pipe material is formed as an insertion portion inserted into the mounting hole of the support member, and at least a portion of the pipe material excluding the insertion portion is exposed outside the surface of the support member. (In the present invention, the pipe material may protrude from the back side of the support member.).
そして、請求項1では、上記基本構成において、前記パイプ材の嵌入部は、当該嵌入部の一端と他端との間の境界を境にして、前記支持部材の裏面側に位置して前記取り付け穴の内面にロウ付けされた固定部と、支持部材の表面側に位置して自由状態になっている非固定部とに分かれており、前記非固定部と取り付け穴の内周面との間に、前記パイプ材が曲げ作用を受けたとき非固定部が弾性変形してから取り付け穴の開口縁に当たることを許容する隙間が空いている。
According to
本願発明は様々に展開できる。その例として請求項2の発明では、請求項1において、前記パイプ材と取り付け穴とのうちいずれか一方又は両方に、ロウ付け時に溶融したロウが前記非固定部の側に流れることを阻止するロウ止め部を設けている。更に請求項3の発明は、請求項2の好適な展開例として、前記ロウ止め部が、前記パイプ材の嵌入部に形成した環状凹所になっている。
The present invention can be developed in various ways. As an example, in the invention of
本願発明では、パイプ材の露出部に曲げ力が作用すると、応力は、まず、嵌入部における非固定部のうち固定部との境界部の箇所に集中し、嵌入部が曲がって取り付け穴の開口縁に当たると、次に、開口縁に当った部分に応力が集中する。そして、パイプ材が取り付け穴の開口縁に当たる状態では、嵌入部が変形していることでパイプ材に作用する曲げ力は既に大きく低減しているため、応力が集中するとは言いつつも大きさは著しく低くなっている。 In the present invention, when a bending force acts on the exposed portion of the pipe material, the stress first concentrates on the boundary portion with the fixed portion of the non-fixed portion in the fitting portion, and the fitting portion is bent to open the attachment hole. When hitting the edge, stress is then concentrated on the part hitting the opening edge. And in the state where the pipe material hits the opening edge of the mounting hole, the bending force acting on the pipe material has already been greatly reduced by the deformation of the fitting portion, so the size is said to be concentrated while stress is concentrated Remarkably low.
つまり、本願発明では、応力集中箇所が2箇所に分散するのであり、これにより、パイプ材に大きな曲げ力が作用しても、特定箇所に過大な応力が集中することを防止して、高い耐曲げ特性を発揮する。見方を変えて述べると、補強によって対処するのではなく、パイプ材が持っている弾性変形機能を利用して荷重(負荷)をいなすのである。従って、パイプ材及び取り付け穴とも複雑な加工を施す必要はなく、このため、各種のパイプ材に広く適用可能で汎用性に優れている。 In other words, in the present invention, the stress concentration points are dispersed in two places. This prevents excessive stress from concentrating on a specific point even when a large bending force acts on the pipe material, resulting in high resistance. Exhibits bending properties. In other words, instead of dealing with reinforcement, the load is applied using the elastic deformation function of the pipe material. Therefore, it is not necessary to perform complicated processing on the pipe material and the mounting hole. Therefore, it is widely applicable to various pipe materials and is excellent in versatility.
請求項2の発明を採用すると、ロウの端をロウ止め部で規制できるため、接合不良を防止できると共に、品質も安定化させることができる。
If the invention of
特に、ロウ止め部として請求項3のように嵌入部に環状凹所を形成すると、環状凹所がロウの溜まり部となって溶けたロウが表面張力によって環状凹所に保持されるため、ごく簡単な加工でありながら、ロウが非固定部の箇所にながれることを的確に阻止できる利点がある。また、環状凹所を設けたことで嵌入部の表面積が大きくなるため、接合強度のアップにも貢献できる。 In particular, when the annular recess is formed in the insertion portion as in the third embodiment as the brazing stopper portion, the melted wax is held in the annular recess by the surface tension because the annular recess becomes the reservoir portion of the wax. Although it is a simple process, there is an advantage that the solder can be accurately prevented from flowing to the non-fixed portion. Moreover, since the surface area of the insertion portion is increased by providing the annular recess, it is possible to contribute to an increase in bonding strength.
更に、パイプ材の露出部に曲げ力が作用したとき、その曲げ力が環状凹所にも及ぶため、曲げ当初に応力が集中する部分の面積を広くすることができるのであり、これにより、耐曲げ特性を一層向上させることができる。 Furthermore, when a bending force acts on the exposed portion of the pipe material, the bending force reaches the annular recess, so that the area of the portion where the stress is concentrated at the beginning of bending can be widened. Bending characteristics can be further improved.
(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、構造を説明する。本実施形態は、車両用内燃機関におけるEGRガス用パイプ材の接合構造に適用している。以下、説明する。
(1) Description of Structure Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure will be described. The present embodiment is applied to a joint structure of pipe materials for EGR gas in a vehicle internal combustion engine. This will be described below.
本実施形態の内燃機関は、シリンダブロック1とその上面に固定されたシリンダヘッド2とを有する機関本体を備えており、機関本体は、クランク軸(図示せず)を左右長手の姿勢にした横向きで車両に搭載されている。本実施形態の内燃機関は3気筒であり、シリンダヘッド2の前面2aに排気マニホールド3を固定し、排気マニホールド3における下向きの集合管に上下長手で円筒状の触媒ケース4が溶接されている。
The internal combustion engine of the present embodiment includes an engine body having a
触媒ケース4の下端部は下窄まりの下テーパ部4aになっており、下テーパ部4aに下向きの継手管5を溶接し、継手管5が、金属板製の支持ブラケット6及び支持ステー(図示せず)を介してシリンダブロック1に固定されている。継手管5には排気管7が下方から接続されている。
The lower end portion of the
触媒ケース4の下テーパ部4aには、EGRメインパイプ8を内蔵したEGRクーラ9がL形パイプ9を介して接続されており、EGRメインパイプ8の上端には、シリンダヘッド2の方向に向いておおまかには前後方向に長く側面視では逆L型に曲がったEGR上部管11が接続されており、EGR上部管11は、フランジ板12を介してシリンダヘッド2の前面2aに上下2本のボルト13で固定されている。なお、EGRクーラ9には、冷却水の注水管14aと排出管14bとが接続されている。
An
本実施形態では、EGR上部管11とフランジ板12との接合構造に本願発明を適用しており、その詳細を図3(B)〜(D)に基づいて説明する。EGR上部管11はステンレス製丸パイプ材から成っており、図3(C)(D)のとおり、EGR上部管11の先端部(一端部)がフランジ板12に設けた取り付け穴15に嵌まっている。従って、EGR上部管11の大部分は、フランジ板12の表面12aの外側にはみ出た露出部になっている。
In the present embodiment, the present invention is applied to the joint structure between the EGR
従って、EGR上部管11の一端部は取り付け穴15に挿入された嵌入部16を有しているが、取り付け穴15の内径D1は、EGR上部管11の外径D2よりも少し大径になっている。そして、嵌入部16は、その一端と他端との間に位置した境界17を境にして、フランジ板12の裏面12bの側に位置してフランジ板12にロウ18で固定された固定部16aと、フランジ板12の表面12aの側に位置して取り付け穴15の内周面との間には隙間19が空いている非固定部16bとに区分されている。なお、図3(D)では、判りやすさを優先して隙間19は誇張して大きく表示している。
Accordingly, one end of the EGR
EGR上部管11に下向きの負荷がかかると嵌入部16も下向きに曲がるが、弾性変形の範囲内でEGR上部管11が取り付け穴15の開口縁15aに当たるように、隙間19の寸法と非固定部16bの軸方向の幅寸法とを設定している。なお、隙間19の寸法と非固定部16bの幅寸法とは比例関係にあり、隙間19の寸法が小さい場合は、非固定部16bの幅寸法も小さくて足りる。
When a downward load is applied to the EGR
固定部16aのうち境界17に隣接した部位には、請求項に記載したロウ止め部の一例として、半径外向きに開口した断面円弧状の環状凹所20を形成しており、ロウ18はこの環状凹所20に充満している。嵌入部16の外径D2はEGR上部管11の素材径のままであり、従って、ロウ18の厚さは環状凹所20の箇所を除いて隙間19の寸法と同じである。環状凹所20は、外側からローラを押しつけることで簡単に加工できる(EGR上部管10を曲げ加工する前の状態で、環状凹所20を形成したらよい。)。
A portion adjacent to the
(2).まとめ
以上の構成において、図2に黒抜き矢印で示すように、触媒ケース4は高温の排気ガスに晒されるため、機関の運転開始に伴って下向きに伸びるように大きく熱膨張する一方、EGRクーラ9への排気ガスの流入温度は低くなっていると共にEGRクーラ9は冷却水で冷却されているため、EGRクーラ9は触媒ケース4程には熱膨張はせず、このため、機関の運転開始に伴って、EGR上部管11は図2に白抜き矢印で示すようにEGRクーラ9を介して下向きに引っ張られる。すなわち、EGR上部管11には、機関の運転開始に伴って、フランジ板12への接合部を支点とした下向きの曲げ力が作用する。
(2) Summary In the above configuration, as shown by the black arrow in FIG. 2, the
そして、本願発明では、EGR上部管11が下向きに回動する(下向きに曲がる)最大角度をθ1とすると、下向き回動を開始してからある程度の角度θ1の範囲では、嵌入部16のうち固定部16aと非固定部16bとの連接部に応力が集中し、主として非固定部16bのうち固定部16aへの連連接が変形することで、EGR上部管11の曲がりが許容される。θ2はθ1の半分程度に設定しておくのが好ましい。
In the present invention, if the maximum angle at which the EGR
次いで、EGR上部管11の下向き回動途中でEGR上部管11のうち非固定部16bと露出部との境界部が取り付け穴15の開口縁15aに当接して、EGR上部管11は取り付け穴15の開口縁開口縁15aを支点とした曲がりに移行する。すなわち、応力の集中箇所が、非固定部16bのうち固定部16aに対する連接部から、非固定部16bと露出部との境界部に移行する。
Next, during the downward rotation of the EGR
このように応力の集中箇所が2カ所に分散することにより、集中する応力を著しく低減できるため、曲げに対する破断強度を格段に向上できる。なお、EGR上部管11は全体としても撓み変形しており、応力集中箇所のみで曲がっているわけではない。実施形態のように嵌入部16に環状凹所20を形成すると、嵌入部16の表面積が増えるため接合強度を向上できると共に、嵌入部16が曲がり易いことにより、耐曲げ強度を更に向上できる利点がある。
Since the stress concentration points are dispersed in two places in this way, the concentrated stress can be remarkably reduced, so that the breaking strength against bending can be significantly improved. In addition, the EGR
また、ロウ付けの工程では、例えば、ペースト状のロウ材料を取り付け穴15の内周面に塗布してからEGR上部管11の嵌入部16を取り付け穴15に挿入する等して、嵌入部16の固定部16aと取り付け穴15との間の隙間にロウ材料を充満させ、次いで、全体を加熱してロウ材料を溶融してから固まらせるという手順が採用されるが、溶けたロウが表面張力によって環状凹所20に溜まり込む現象が発赤するため、ロウが非固定部16bの側に流れることを防止して、ロウ18の位置を規制することができる。
In the brazing process, for example, a paste-like brazing material is applied to the inner peripheral surface of the
なお、ロウ付け工程では、予め取り付け穴15の内面又は固定部16aの外周面にロウ材料を塗布しておくことに代えて、溶けたロウを固定部16aと取り付け穴15との間の隙間に浸入させてもよい。
In the brazing step, instead of previously applying a brazing material to the inner surface of the mounting
(3).他の実施形態・その他
図4では、ロウの端を規制するロウ止め部の別例を示している。このうち(A)に示す第2実施形態では、EGR上部管11における嵌入部16のうち固定部16aと非固定部16bとの境界部に外向き環状突起21を形成している。
(3). Other Embodiments / Others FIG. 4 shows another example of the brazing stopper that regulates the end of the brazing. Among these, in 2nd Embodiment shown to (A), the outward cyclic |
他方、(B)に示す第3実施形態では、取り付け穴15の内周縁に内向き環状突起22を形成している。環状突起22に代えて、取り付け穴15の内周面に内向き環状溝を形成することも可能である。
On the other hand, in the third embodiment shown in (B), an inward
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。例えば適用対象はEGR管に限らないのであり、オイルの送油管や吸気の送気管、燃料用配管類、ブローバイガス用配管類、部材支持用パイプ材など、各種のパイプ材の接合に適用できる。パイプ材のうち非固定部又は露出部若しくは双方に複数の環状凹所又は環状突起を複数形成して、非固定部又は露出部若しくは双方を蛇腹構造とすることも可能である。パイプ材が接合される支持部材もフランジ板のような板材である必要はなく、ロウ付けが可能であればどのような形態であってもよい。 The present invention can be embodied in various ways other than the above-described embodiment. For example, the application target is not limited to the EGR pipe, and can be applied to joining various pipe materials such as an oil feeding pipe, an intake air feeding pipe, a fuel pipe, a blow-by gas pipe, and a member supporting pipe material. It is also possible to form a plurality of annular recesses or annular projections in the non-fixed part or the exposed part or both of the pipe material, and to make the non-fixed part or the exposed part or both have a bellows structure. The support member to which the pipe material is joined need not be a plate material such as a flange plate, and may be in any form as long as brazing is possible.
本願発明は、EGR管路の接合などに具体化できる。従って、産業上利用できる。 The present invention can be embodied in the joining of EGR pipes. Therefore, it can be used industrially.
2 シリンダヘッド
3 排気マニホールド
4 触媒ケース
9 EGRクーラ
10 パイプ材の一例としてEGR上部管
11 支持部材の一例としてのフランジ板
15 取り付け穴
16 嵌入部
16a 固定部
16b 非固定部
17 境界
18 ロウ
19 隙間
2
Claims (3)
前記パイプ材の嵌入部は、当該嵌入部の一端と他端との間の境界を境にして、前記支持部材の裏面側に位置して前記取り付け穴の内面にロウ付けされた固定部と、支持部材の表面側に位置して自由状態になっている非固定部とに分かれており、前記非固定部と取り付け穴の内周面との間に、前記パイプ材が曲げ作用を受けたとき非固定部が弾性変形してから取り付け穴の開口縁に当たることを許容する隙間が空いている、
内燃機関のパイプ材接合構造。 One end portion of the metal pipe material is formed as an insertion portion inserted into the mounting hole of the support member, and at least a portion of the pipe material excluding the insertion portion is exposed outside the surface of the support member. There,
The fitting portion of the pipe material is located on the back surface side of the support member at the boundary between one end and the other end of the fitting portion, and is fixed to the inner surface of the attachment hole, When the pipe material is subjected to a bending action between the non-fixed part and the inner peripheral surface of the mounting hole, which is located on the surface side of the support member and is in a free state. There is a gap that allows the non-fixed part to elastically deform and then hit the opening edge of the mounting hole.
Pipe material joint structure for internal combustion engines.
請求項1に記載した内燃機関のパイプ材接合構造。 In either one or both of the pipe material and the mounting hole, a brazing stopper is provided that prevents the molten solder during brazing from flowing to the non-fixed portion.
The pipe material joint structure for an internal combustion engine according to claim 1.
請求項2に記載した内燃機関のパイプ材接合構造。 The brazing part is an annular recess formed in the fitting part of the pipe material,
The pipe material joint structure for an internal combustion engine according to claim 2.
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KR101876079B1 (en) * | 2016-11-17 | 2018-07-06 | 현대자동차주식회사 | Half shells join structure and exhaust manifold having the same, method for joining half shells |
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2013
- 2013-08-09 JP JP2013165679A patent/JP2015034511A/en active Pending
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KR101876079B1 (en) * | 2016-11-17 | 2018-07-06 | 현대자동차주식회사 | Half shells join structure and exhaust manifold having the same, method for joining half shells |
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