JP2019120192A - 配管の継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスによるフランジの腐食を抑制しつつ、継手構造のコストを低減できる配管の継手構造を提供する。【解決手段】本開示の一態様は、配管を取り付けるための継手構造である。継手構造は、フランジと、カラーとを備える。フランジは、相手側フランジとガスケットを挟んで締結可能であると共に、開口と中央領域とを有する。開口は、配管が挿通可能である。中央領域は、開口から径方向外側に延びると共に、フランジの厚み方向へ凹む。カラーは、フランジを構成する金属よりも耐腐食性が高い金属で構成されると共に、筒状部とリング部とを有する。筒状部は、配管の外周面の全周を覆う形状を有すると共に、一端側において配管の外周面の全周に接合可能である。リング部は、筒状部の他端から連続し、少なくともガスケットの開口部よりも径方向外側へ延びると共に、中央領域においてフランジと接合される。【選択図】図３

Description

本開示は、配管の継手構造に関する。

車両の内燃機関から排出される排気ガス流路を構成する配管は、例えばステンレス鋼等の耐食性の高い金属で構成される。また、この配管は、フランジを備える継手構造によって他の配管と接続される（特許文献１参照）。

特開２００９−２５０３３８号公報

継手構造において、特許文献１のようにフランジを鉄又は鋼で構成すると、配管の接続部分における隙間から漏れた排気ガスによって、フランジが腐食するおそれがある。しかしながら、配管の接続部分における隙間を無くすように加工を行うと、生産性が著しく低下する。

一方で、フランジをステンレス鋼で構成すれば腐食を抑制することができるが、フランジには一定の厚みが求められるため、フランジにステンレス鋼を用いると継手構造の材料費が著しく増加せざるを得ない。

本開示の一局面は、排気ガスによるフランジの腐食を抑制しつつ、継手構造のコストを低減できる配管の継手構造を提供することを目的としている。

本開示の一態様は、内燃機関から排出される排気ガスの流路を構成する配管を取り付けるための継手構造である。継手構造は、フランジと、カラーと、を備える。フランジは、相手側フランジとガスケットを挟んで締結可能に構成されると共に、開口と中央領域とを有する。開口は、配管が挿通可能である。中央領域は、開口から径方向外側に延びると共に、フランジの厚み方向へ凹む。カラーは、フランジを構成する金属よりも耐腐食性が高い金属で構成されると共に、筒状部とリング部とを有する。筒状部は、配管の外周面の全周を覆う形状を有すると共に、一端側において配管の外周面の全周に接合可能に構成される。リング部は、筒状部の他端から連続し、少なくともガスケットの開口部よりも径方向外側へ延びるように構成されると共に、中央領域においてフランジと接合される。

このような構成によれば、フランジを低コストの金属材料で形成しつつ、フランジの排気ガスが接触し得る部分を耐腐食性の高いカラーで覆うことで腐食を抑制できる。カラーは、フランジと異なり、厚みを小さくしやすい。そのため、フランジの腐食を抑制しつつ、継手構造のコストを低減できる。

また、カラーがフランジに接合されることで、継手構造の相手部材への取り付け時においてフランジが遊動することが抑制できる。その結果、フランジの締結における作業性が向上する。また、フランジによって発生する面圧をカラーに均等に伝達できるので、シール性が向上する。

本開示の一態様では、配管は、排気再循環流路を構成してもよい。このような構成によれば、湿度や温度の高い排気ガスが断続的に流れることに起因して温度変化が激しく、結露により腐食が発生しやすい排気再循環流路（ＥＧＲ）において、フランジの腐食を効果的に抑制しつつ、継手構造のコストを低減できる。

本開示の一態様では、カラーは、リング部から配管の径方向外側に突出する少なくとも１つの耳部をさらに有してもよい。少なくとも１つの耳部には、それぞれ貫通孔が設けられてもよい。このような構成によれば、カラーのフランジに対する位置決めを容易に行うことができるため、作業工数を低減できると共に、位置精度を高めることができる。

図１は、実施形態における配管の継手構造を用いた排気マニホールドの模式的な説明図である。 図２Ａは、実施形態における配管の継手構造の模式的な正面図であり、図２Ｂは、図２Ａの配管の継手構造の模式的な背面図である。 図３は、図２ＢのＩＩＩ−ＩＩＩ線での模式的な断面図である。 図４は、図３とは異なる実施形態における配管の継手構造の模式的な断面図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１及び図２Ａ，２Ｂに示す配管の継手構造（以下、単に「継手構造」ともいう。）１は、内燃機関から排出される排気ガスの流路を構成する配管同士の接続に用いられる。図１に示すように、継手構造１は、排気マニホールド１０に設けられている。また、図２Ａ，２Ｂに示すように、継手構造１は、配管２と、フランジ３と、カラー４と、を備える。

＜配管＞
配管２は、内燃機関から排出される排気ガスの流路を構成している。配管２は、高温の排気ガスによる腐食に対する耐性を有する金属、例えばステンレス鋼で形成されている。

本実施形態では、配管２は、自動車の内燃機関から排出される排気ガスの一部を内燃機関に吸気させるＥＧＲを構成している。つまり、継手構造１は、内燃機関の吸気経路を構成する配管の継手に接続される。

＜フランジ＞
フランジ３は、配管２の端部に配置され、配管２の径方向外側に突出する部材である。フランジ３は、相手側フランジとガスケットを挟んで締結可能に構成されている。

フランジ３には、配管２の端部が挿通される開口３Ａが形成されている。本実施形態では開口３Ａの径は、配管２の外径よりも大きく、開口３Ａと配管２との間に、後述するカラー４の筒状部４Ｂが存在している。

フランジ３は、図３に示すように、継手構造１が接続される相手配管Ａ１に設けられた相手フランジＡ２と締結される。フランジ３は、カラー４を構成する金属よりも耐腐食性及びコストの低い、鉄や鋼等の金属で構成されている。

図３に示すように、フランジ３は、締結面（つまり、相手フランジＡ２との突合せ面）において、開口３Ａの周囲の中央領域３Ｂが、中央領域３Ｂよりも配管２の径方向外側の端部領域３Ｃよりも配管２に向かって（つまり締結面と反対側の面に向かってフランジの厚み方向へ）凹んでいる。つまり、中央領域３Ｂにおけるフランジ３の厚みは、端部領域３Ｃにおけるフランジ３の厚みよりも小さい。

本実施形態では、図２Ｂに示すように、端部領域３Ｃは、中央領域３Ｂ及び配管２の中心軸を挟むように配置されている。なお、フランジ３の端部領域３Ｃには、締結用の複数の貫通孔３Ｄが形成されている。

また、本実施形態では、フランジ３は、後述するカラー４を介して配管２に固定されている一方で、配管２とは直接接合されていない。ただし、フランジ３は、配管２に溶接等によって直接接合されていてもよい。

＜カラー＞
カラー４は、配管２とフランジ３との双方に接合された部材である。カラー４は、フランジ３を構成する金属よりも耐腐食性が高い金属で構成される。カラー４を構成する金属としては、例えばステンレス鋼が挙げられる。

カラー４は、図２Ａ，２Ｂ及び図３に示すように、リング部４Ａと、筒状部４Ｂと、２つの耳部４Ｃとを有する。リング部４Ａ、筒状部４Ｂ及び耳部４Ｃは、一枚の金属板の加工によって形成されている。

（リング部）
リング部４Ａは、筒状部４Ｂの配管２との接合端とは反対側の端から連続し、少なくともガスケット６の開口部よりも径方向外側へ延びるように構成されている。具体的には、リング部４Ａは、フランジ３の締結面のうち、中央領域３Ｂに重ね合わされている。リング部４Ａは、図２Ｂに示すように、フランジ３の厚み方向から視て、フランジ３の開口３Ａを取り囲むように配置されている。

リング部４Ａは、フランジ３の中央領域３Ｂに、プロジェクション溶接されている。本実施形態では、リング部４Ａは、４つの溶接部５においてプロジェクション溶接されている。

４つの溶接部５は、継手構造１を締結する際にカラー４と相手フランジＡ２との間に配置されるガスケット６と重ならない位置に設けられている。また、４つの溶接部５のうち、２つの溶接部５と、残り２つの溶接部５とが互いに近接して配置されている。近接して配置された２つの溶接部５からなる組は、配管２の中心について対称な位置に配置されている。

本実施形態では、４つの溶接部５は、後述する耳部４Ｃとリング部４Ａとの接続部分の近傍に設けられている。つまり、リング部４Ａは、耳部４Ｃの近傍でフランジ３に溶接されている。

なお、溶接部５の数は４に限定されず、少なくとも１つの溶接部５が存在すればよい。ただし、強度の観点から、配管２の中心を挟んで配置された少なくとも２つの溶接部５が設けられることが好ましい。

（筒状部）
筒状部４Ｂは、配管２の外周面の全周を覆う形状を有すると共に、一端側において配管２の外周面の全周に接合可能に構成されている。具体的には、筒状部４Ｂは、図３に示すように、配管２の端部に外側から軸方向に挿入され、その内周面が配管２の外周面に例えば溶接により接合されている。

筒状部４Ｂは、リング部４Ａと連続しており、リング部４Ａの内縁から配管２の軸方向に延出している。リング部４Ａ及び筒状部４Ｂは、開口を設けた金属板をバーリング加工することによって形成されている。

本実施形態では、筒状部４Ｂと配管２とは、配管２の周方向に沿ったアーク溶接によって結合されている。ただし、筒状部４Ｂと配管２との溶接方法は、アーク溶接に限定されない。

また、本実施形態では、筒状部４Ｂはフランジ３と離間して配置されている。つまり、フランジ３の開口３Ａを構成する側面と、筒状部４Ｂの外周面との間には空隙が設けられている。

（耳部）
２つの耳部４Ｃは、それぞれ、リング部４Ａから配管２の径方向外側に突出している。また、２つの耳部４Ｃにおいて、フランジ３よりも配管２の径方向外側に突出した領域には、それぞれ貫通孔４Ｄが設けられている。

カラー４のフランジ３へのプロジェクション溶接時において、２つの貫通孔４Ｄにそれぞれピンを挿入することで、カラー４とフランジ３との位置決めを容易かつ確実に行うことができる。

［１−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）フランジ３を低コストの金属材料で形成しつつ、フランジ３の排気ガスが接触し得る部分（つまり中央領域３Ｂ）を耐腐食性の高いカラー４で覆うことで腐食が抑制できる。カラー４は、フランジと異なり、厚みを小さくしやすい。そのため、フランジ３の腐食を抑制しつつ、継手構造１のコストを低減できる。

（１ｂ）カラー４がフランジ３に溶接されることで、継手構造１の相手部材への取り付け時においてフランジ３が遊動することが抑制できる。その結果、フランジ３の締結における作業性が向上する。また、フランジ３によって発生する面圧をカラー４に均等に伝達できるので、シール性が向上する。

（１ｃ）カラー４は、そのリング部４Ａにおいて、入熱量がアーク溶接に比べて小さいプロジェクション溶接によってフランジ３に接合されるので、リング部４Ａの締結面の歪を低減して平面度を高めることができる。また、プロジェクション溶接の採用によってカラー４の厚みを小さくできるため、カラー４の厚みと配管２の肉厚とを近づけることができる。その結果、カラー４と配管２との溶接部分における亀裂の発生が抑制され、カラー４と配管２との溶接強度を高められる。

（１ｄ）湿度や温度の高い排気ガスが断続的に流れることに起因して温度変化が激しく、結露により腐食が発生しやすいＥＧＲにおいて、フランジ３の腐食を効果的に抑制しつつ、継手構造１のコストを低減できる。

（１ｅ）貫通孔４Ｄがそれぞれ設けられた２つの耳部４Ｃによって、カラー４のフランジ３に対する位置決めを容易に行うことができる。その結果、作業工数を低減できると共に、位置精度を高めることができる。

具体的には、カラー４とフランジ３との溶接時に、複数のピンが立てられた台座を用いる。台座のピンにカラー４の貫通孔４Ｄを挿通し、フランジ３の貫通孔３Ｄにフランジ固定用のピンを通して、溶接を行う。これにより、カラー４の回転が防止され、フランジ３に対するカラー４の位置が精度よく決められる。

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態の配管の継手構造１において、プロジェクション溶接の代わりに、スポット溶接を用いてカラー４をフランジ３に接合してもよい。また、溶接以外の手段でカラー４をフランジ３に接合してもよい。

（２ｂ）上記実施形態の配管の継手構造１は、ＥＧＲ以外の排気ガスの流路を構成する配管にも適用できる。つまり、継手構造１は、図１の排気マニホールドの任意の配管に適用できる。

（２ｃ）上記実施形態の配管の継手構造１において、カラー４は、１つ又は３つ以上の耳部４Ｃを有していてもよい。また、カラー４は、必ずしも耳部４Ｃを有していなくてもよい。

（２ｄ）上記実施形態の配管の継手構造１において、図４に示すように、ガスケットは、厚み方向両側に突出する凸部６Ａを有してもよい。凸部６Ａは、ガスケットの径方向中央領域に円環状に設けられている。また、図４では、リング部４Ａは、凸部６Ａよりも径方向外側まで延伸している。フランジ締結時にリング部４Ａによって凸部６Ａが押しつぶされることで、シール性が向上する。

（２ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…継手構造、２…配管、３…フランジ、３Ａ…開口、３Ｂ…中央領域、
３Ｃ…端部領域、３Ｄ…貫通孔、４…カラー、４Ａ…リング部、４Ｂ…筒状部、
４Ｃ…耳部、４Ｄ…貫通孔、５…溶接部、６…ガスケット、１０…排気マニホールド。

Claims (3)

1. 内燃機関から排出される排気ガスの流路を構成する配管を取り付けるための継手構造であって、
   フランジと、
   カラーと、
   を備え、
   前記フランジは、相手側フランジとガスケットを挟んで締結可能に構成されると共に、開口と中央領域とを有し、
   前記開口は、前記配管が挿通可能であり、
   前記中央領域は、前記開口から径方向外側に延びると共に、前記フランジの厚み方向へ凹み、
   前記カラーは、前記フランジを構成する金属よりも耐腐食性が高い金属で構成されると共に、筒状部とリング部とを有し、
   前記筒状部は、前記配管の外周面の全周を覆う形状を有すると共に、一端側において前記配管の外周面の全周に接合可能に構成され、
   前記リング部は、前記筒状部の他端から連続し、少なくとも前記ガスケットの開口部よりも径方向外側へ延びるように構成されると共に、前記中央領域において前記フランジと接合される、配管の継手構造。
2. 請求項１に記載の配管の継手構造であって、
   前記配管は、排気再循環流路を構成する、配管の継手構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の配管の継手構造であって、
   前記カラーは、前記リング部から前記配管の径方向外側に突出する少なくとも１つの耳部をさらに有し、
   前記少なくとも１つの耳部には、それぞれ貫通孔が設けられる、配管の継手構造。

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