JP2015194103A - 接続構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドの排気ポートに排気管を接続する接続構造において高い生産性と低い排気抵抗とを併せて実現することができる接続構造を提供する。【解決手段】本発明に係る接続構造は、筒状をなす嵌合部、嵌合部の先端側で外方に屈曲する屈曲部、及び屈曲部から外方に拡張し内燃機関のシリンダヘッドにおける排気ポートの外周に位置付けられた外周部に取り付けられる取付部を有するフランジと、前記フランジの嵌合部の内側に嵌め込まれ、その先端面がフランジの取付部におけるシリンダヘッドに臨む取付面と反対側の面よりもシリンダヘッドから離反する方向に退避している排気管と、前記排気管の先端面と前記フランジの嵌合部とを接合するとともにフランジの屈曲部の内面になだらかに連続している溶接部とを具備する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気側に構成される接続構造に関するものである。

従来、シリンダヘッドの排気ポートに排気管を接続する接続構造としては、排気管にフランジを溶接し、斯かるフランジをシリンダヘッドへ取り付けるという態様のものが提案されている。その一例としては、排気管の先端とフランジのパイプ取付孔とに形成された溶接部とシリンダヘッド側のフランジ端面とが面一になるよう削り、フランジ端面とパイプの先端部とを溶接部を介して連接した排気側の接続構造が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

実開平２−１１２９２８号公報

しかしながら、上記特許文献１のものでは、溶接時の溶接部分の容積が大きく、溶接工程の後、溶接部分とシリンダヘッド端面とが面一になるように改めて溶接部分を削る工程を要するものとなっており、斯かる工程が生産性を向上させる上での障壁となっていた。また、溶接部が排気ポート又は排気管の内面よりも突出ように溶接部が形成されてしまうと、溶接部自体が排気抵抗となってしまうという不具合も包含することとなる。

本発明は、このような不具合に着目したものであり、シリンダヘッドの排気ポートに排気管を接続する接続構造において高い生産性と低い排気抵抗とを併せて実現することができる接続構造を提供することを目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る接続構造は、筒状をなす嵌合部、嵌合部の先端側で外方に屈曲する屈曲部、及び屈曲部から外方に拡張し内燃機関のシリンダヘッドにおける排気ポートの外周に位置付けられた外周部に取り付けられる取付部を有するフランジと、前記フランジの嵌合部の内側に嵌め込まれ、その先端面がフランジの取付部におけるシリンダヘッドに臨む取付面と反対側の面よりもシリンダヘッドから離反する方向に退避している排気管と、前記排気管の先端面と前記フランジの嵌合部とを接合するとともにフランジの屈曲部の内面になだらかに連続している溶接部とを具備することを特徴とする。

ここで、「前記排気管の先端面と前記フランジの嵌合部とを接合するとともにフランジの屈曲部の内面になだらかに連続している」とは、溶接部の表面が排気管やフランジによって形成される段差を埋めるように接続していることを意味する。また表面は決して凹凸が無い状態のみに限定されない、具体的には、屈曲部の内面と排気管の先端面との間で、フランジの取付面よりも排気管側であり且つ排気管の内面よりも外側の領域内に形成された端面視矩形状の領域内に収まっていれば、表面が膨出形状をなしていても良い。

このようなものであれば、溶接部とフランジの取付面との間にスペースが設けられる結果、溶接工程によって取付面の溶け落ちが生じることも、溶接表面が取付面よりもシリンダヘッド側に隆起してしまい取付面の平面度悪化によるシール不良を招来することや取付面を削る工程を招来し生産性が低下することも併せて回避することができる。また溶接部はフランジの屈曲部の内面になだらかに連続しているので、溶接部が排気抵抗となることも有効に回避し得る。すなわち本発明によれば、高い生産性と低い排気抵抗とを併せて実現することができる接続構造を提供することができる。

本発明によれば、高い生産性と低い排気抵抗とを併せて実現することができる排気管の接続構造を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る断面図。 図１の要部を拡大した端面図。 本発明の従来技術を図１に対応して示す図。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る接続構造は、例えば内燃機関におけるシリンダヘッド４の排気ポート４１に例えば薄い金属板であるガスケット６を介して排気管２を溶接により固定したフランジ３をボルト等により接続する箇所に適用されているものである。なお本実施形態における内燃機関は、例えば排気側が下方へ向くようスラントさせて、換言すれば傾斜させて配されている。

ここで、本実施形態に係る接続構造は、フランジ３と、このフランジ３が有する嵌合部３３の内側に嵌め込まれ、その先端面２１がフランジ３の取付部３１におけるシリンダヘッド４に臨む取付面３１ａと反対側の面よりもシリンダヘッド４から離反する方向に退避している排気管２と、排気管２の先端面２１とフランジ３の嵌合部３３とを接合するとともにフランジ３の屈曲部３２の内面である湾曲面３４になだらかに連続している溶接部１とを具備する。

以下、本実施形態に係る接続構造について説明する。

シリンダヘッド４は、内燃機関の上部において燃焼室の天井部を構成するほか、吸気弁及び排気弁及びこれら吸気弁及び排気弁を動作させるための動弁機構や点火プラグを組み付けてなる通常のものである。本実施形態では燃焼室の天井部から排気を外部へ排出するための排気ポート４１及びこの排気ポート４１に排気管２を連通させるためにガスケット６を介してフランジ３を取り付ける外周部４２の付近の一部分を断面で示している。排気ポート４１は、排気を冷却するため水ジャケット５が近傍に配されている。この排気ポート４１は、排気の上流側から、水ジャケット５により排気を冷却する冷却面４３と、この冷却面４３から径を拡開させた拡開面４４と、本実施形態では排気管２の内径と略同じ径で外縁４６に接続する接続面４５とを有している。この接続面４５により排気ポート４１から排気管２へのスムーズな排気の流れが実現される。なお本実施形態では図１において、排気ポート４１はシリンダヘッド４内で複数の排気経路を集合させているものとしているが、当該集合箇所の図示は省略している。

フランジ３は、筒状をなす嵌合部３３、嵌合部３３の先端側で外方に屈曲する屈曲部３２、及び屈曲部３２から外方に拡張し内燃機関のシリンダヘッド４における排気ポート４１の外周に位置付けられた外周部４２に取り付けられる取付部３１を有する。嵌合部３３は、その内面を排気管２の外側面２３が略隙間無く嵌るように設定しているとともに、最も下流側の端面である基端面３６が略平坦な環状の表面を有するように同図において直線状に切断された形状を有する。屈曲部３２は嵌合部３３から素材を断面視略直角となるよう素材を屈曲させてなるが、実際には若干のアールを形成している。換言すれば屈曲部３２は素材を所定の曲げ寸法で湾曲させてなるため、内面側に湾曲面３４が形成されていることになる。取付部３１は、排気ポート４１側でガスケット６を介してシリンダヘッド４側へ取り付けられる取付面３１ａと、この取付面３１ａの反対側で外部に表出する裏面３１ｂとを有する。また取付部３１はこれら取付面３１ａ、裏面３１ｂの他、ボルト等によりシリンダヘッド４側へ締結し得るように図示しないボルト孔が形成されるが、当該ボルト孔の具体的な仕様は既存のものであるため詳細な説明を省略する。また本実施形態ではフランジ３の外周端部を折り曲げて成形しているので、全体としての強度、特に取付部３１の剛性が有効に向上している。

排気管２は、外側面２３がフランジ３の嵌合部３３の内面に隙間無く嵌め込まれた外側面２３と、排気ポート４１の接続部の表面に略連続し得る表面を有する内側面２２とを有し、先端面２１はフランジ３の取付面３１ａから排気下流側へ例えば約３ｍｍ退避した箇所に位置付けている。換言すれば先端面２１がフランジ３の取付面３１ａから排気下流側へ退避する退避寸法αを、従来よりも３ｍｍ長い例えば約６ｍｍに設定している。そして本実施形態では、この退避寸法αの範囲内であり且つ内側面２２からフランジ３の取付面３１ａに至るまでの範囲にある断面視矩形状の領域を退避領域βとし、この退避領域β内に以下に説明する溶接部１が収まるようにしている。

また、本実施形態では、排気管２の外側面２３からフランジ３の嵌合部３３の基端面３６に亘って溶接する外溶接部１０を有している。この外溶接部１０は排気管２に付着した管側密着面１０３及びフランジ３に密着したフランジ側密着面１０４とを有する外密着面１０１と、排気管２の外側面２３とフランジ３側の基端面３６とをなめらかにつなぐ外溶着表面１０２とを有している。この外溶接部１０は例えばＭＩＧ溶着によって施される。

しかして本実施形態に係る接続構造は上述した通り、この外溶接部１０に加え、排気管２の先端面２１とフランジ３の嵌合部３３とを接合するとともにフランジ３の屈曲部３２の内面になだらかに連続している溶接部１を具備することを特徴とするものである。

溶接部１は例えばＴＩＧ溶着によって施されものであり、図１及び図２に示すように、先端面２１から屈曲部３２に亘って設けられた密着面１１と、屈曲部３２の内面である湾曲面３４と先端面２１の内側端縁との間で取付面３１ａよりも排気管２側且つ前記排気管２の内面よりも外側の領域である退避領域β内に形成された溶接表面１２とを有する。密着面１１は、排気管２側に密着した管側密着面１３とフランジ３の湾曲面３４に密着したフランジ側密着面１４とを有する。

そして本実施形態では、排気管２の先端面２１を取付面３１ａから約３ｍｍの退避寸法αをもって後退させることにより、退避領域βを形成し溶接部１を当該退避領域β内に収まるように設定している。これにより、排気管２の強固な取り付けと排気のスムーズな流れとを両立し得る。

ここで図３を用いて、本実施形態に対する直近の従来技術を説明する。同図において上記実施形態の構成要素に相当するものに対しては同じ符号を付して説明を省略する。このように、これまででは本実施形態のように排気管２の先端面２１と取付面３１ａとの間の退避寸法γは溶接部１を設ける事を検討しない寸法、すなわち本実施形態の退避寸法αよりも小さい寸法に設定されており、溶接箇所は外溶接部１０のみとなっていた。斯かる構成であっても上記した特許文献１に開示された態様に比べて溶接箇所がそもそも先端面２１に無いので、取付面３１ａの溶け落ちが生じるおそれも、不要に隆起した溶接表面１２を平滑化するための削り工程を招来することも併せて回避している。しかしながら図２の態様では同図に示すように、想定外の外力が掛かったり排気からの過度の熱が加わったりする場合をも勘案すれば、外溶接部１０の外密着面１０１、すなわち管側密着面１０３やフランジ側密着面１０４にヒビＣＬが形成されてしまう可能性が完全に除去されていないものとなっていた。斯かるヒビＣＬの形成の原因は、排気の通過によってフランジ３の屈曲部３２に熱が集中してしまうことが一因と考えられている。

それに対して図１及び図２では本実施形態では上述した溶接部１の存在により排気の熱は当該溶接部１から排気管２へと分散させるのみならず、溶接部１と外溶接部１０とが互いに補強し合うことによって熱にも強く、強度も高い接続構造が実現されている。

以上のように本実施形態によれば退避領域βが設けられる結果、溶接工程によって取付面３１ａの溶け落ちが生じることも、溶接表面１２が取付面３１ａよりもシリンダヘッド４側に隆起してしまい取付面３１ａの平面度悪化によるシール不良を招来することや取付面３１ａを削る工程を招来し生産性が低下することも併せて回避している。また溶接部１はフランジ３の屈曲部３２の内面になだらかに連続しているので、溶接部１が排気抵抗となることも有効に回避し得る。すなわち本発明によれば、高い生産性と低い排気抵抗とを併せて実現することができる接続構造を実現している。

加えて本実施形態ではさらに、溶接部１が排気管２の先端部から嵌合部３３を経て屈曲部３２の湾曲面３４に亘って管側密着面及びフランジ側密着面１４が形成されることで、屈曲部３２に掛かる応力を溶接部１が支えることで緩和するとともに溶接部１もフランジ３により補強されることで、溶接部１及びフランジ３共に、亀裂や変形を抑制することができる。

さらに本実施形態では、溶接部１は屈曲部３２の湾曲面３４に対し滑らかにつながる形状であることで、フランジ３近傍における排気ガスの乱れを抑制せしめている。また斯かる形状により、凝縮水がフランジ３の取付面３１ａとシリンダヘッド４との間に溜まったとしても、長く滑らかな形状の溶接表面１２により凝縮水を排気管２下流側へと速やかに導くことができ、ガスケット６の腐食を抑制することにも資する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、上記実施形態では溶接部と外溶接部とを併せて適用した態様を開示したが、勿論、溶接部のみを適用したものであってもよい。またシリンダヘッドの具体的な形状や排気管の長さ寸法、フランジの厚み寸法といった具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記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で種々変形が可能である。

本発明は内燃機関のシリンダヘッドの排気ポートに排気管を接続する接続構造として利用することができる。

１…溶接部
２…排気管
３…フランジ
４…シリンダヘッド
４１…排気ポート

Claims (1)

1. 筒状をなす嵌合部、嵌合部の先端側で外方に屈曲する屈曲部、及び屈曲部から外方に拡張し内燃機関のシリンダヘッドにおける排気ポートの外周に位置付けられた外周部に取り付けられる取付部を有するフランジと、
   前記フランジの嵌合部の内側に嵌め込まれ、その先端面がフランジの取付部におけるシリンダヘッドに臨む取付面と反対側の面よりもシリンダヘッドから離反する方向に退避している排気管と、
   前記排気管の先端面と前記フランジの嵌合部とを接合するとともにフランジの屈曲部の内面になだらかに連続している溶接部と
   を具備する接続構造。

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