JP3508408B2 - エキゾーストマニホルド取付け構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関の各気筒か
ら排出された排気ガスを一つの排気管へ集合させるエキ
ゾーストマニホルドを機関本体へ取り付けるエキゾース
トマニホルド取付け構造に関する。 【０００２】 【従来の技術】エキゾーストマニホルドは、一般的に取
付けフランジを介して機関本体へ接続される。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】取付けフランジは比較
的温度が低い機関本体に取り付けられ、エキゾーストマ
ニホルドの排気管部分は直接排気ガスの熱に晒されるた
めに、排気管部分の温度は取付けフランジの温度よりも
高く、従って排気管部分の熱膨張は取付けフランジの熱
膨張よりも大きい。このとき、排気管部分の機関本体側
開口端全てが一つの取付けフランジで連結されている場
合には、取付けフランジが排気管部分の熱膨張を拘束
し、排気管部分に部分的に応力が集中し、亀裂が生じ
る。また取付けフランジが各機関本体側開口端毎に分割
されている場合でも、ボルトやナット等により取付けフ
ランジを機関本体へ取り付ける際に取付けフランジを非
常に強く機関本体へ締結した場合には、取付けフランジ
が機関本体に対して相対移動できないため、取付けフラ
ンジが排気管部分の熱膨張を拘束し、排気管部分に亀裂
が生じる。本発明の目的は取付けフランジによるエキゾ
ーストマニホルドにおける熱膨張の拘束に起因する応力
集中を緩和できるエキゾーストマニホルド取付け構造を
提供することにある。 【０００４】 【課題を解決するための手段】本発明によれば、エキゾ
ーストマニホルドの取付けフランジを機関本体壁面へ互
いに摺動可能に取り付けるエキゾーストマニホルド取付
け構造において、取付けフランジの長手方向端部に取付
けフランジの長手方向に対して傾斜した傾斜面を形成す
ると共に該傾斜面と接触し且つ機関本体側に固定された
フランジ支持部材を具備し、熱膨張作用により取付けフ
ランジが機関本体に対して伸長しようとする際にフラン
ジ支持部材が取付けフランジに対して伸長方向の押圧力
を付与せしめる方向に傾斜面を形成する。これによりエ
キゾーストマニホルドの取付けフランジがその伸長方向
へ押圧される。 【０００５】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図１は本発明のエキゾーストマニホルド
取付け構造を採用したエキゾーストマニホルドの全体を
示した全体図である。図１において、１０はエキゾース
トマニホルド、１２は機関本体側の取付けフランジ、１
４は排気管（図示せず）側の取付けフランジ、１６はエ
キゾーストマニホルド１０を機関本体へ締結するための
スタッドボルトが挿入される貫通穴を示す。取付けフラ
ンジ１２はエキゾーストマニホルドの排気管部分１５の
四つの機関本体側開口端１７全てを連結している。本実
施形態ではエキゾーストマニホルド取付け構造は取付け
フランジ１２の長手方向両端部に適用されている。 【０００６】図２を参照すると、図２は図１の線Ａ−Ａ
に沿った断面図であり、本発明の第一実施形態であるエ
キゾーストマニホルド取付け構造が示されている。機関
本体、詳細にはシリンダヘッド１８のネジ穴１９にはス
タッドボルト２４が螺合され、そのスタッドボルト２４
に順にガスケット２０、取付けフランジ１２、熱膨張部
材２６がそれぞれの貫通穴２２、貫通穴１６、貫通穴２
８を使用して取り付けられ、最後にナット３０によって
エキゾーストマニホルド１０がシリンダヘッド１８へ締
結される。取付けフランジ１２の貫通穴１６の径はスタ
ッドボルト２４の径よりも大きく、エキゾーストマニホ
ルド１０をシリンダヘッド１８に取り付けた際に貫通穴
１６内に取付けフランジ長手方向内側の空間が形成され
る。即ち取付けフランジ１２はその長手方向外方へシリ
ンダヘッド１８に対して相対移動可能である。また上記
熱膨張部材２６の熱膨張率はエキゾーストマニホルド１
０やスタッドボルト２４の熱膨張率よりも大きい。更に
熱膨張部材２６が当接する取付けフランジ壁面は取付け
フランジ１２の長手方向に対して傾斜して傾斜面３２を
形成する。傾斜面３２は取付けフランジ１２の長手方向
端部へ近づくにつれて広がるまたは厚みが増すように傾
斜している。傾斜面３２に当接する熱膨張部材２６の端
面３４は傾斜面３２と同様に傾斜面３２と平行になるよ
うに傾斜している。 【０００７】図３を参照すると、内燃機関の熱により温
度が上昇したときのエキゾーストマニホルド取付け構造
が示されている。熱膨張部材２６は内燃機関の熱により
温度が上昇するため熱膨張する。上述したように、熱膨
張部材２６の熱膨張率がスタッドボルト２４の熱膨張率
よりも大きいため、熱膨張部材２６の熱膨張作用により
取付けフランジ１２の傾斜面３２に押圧力が作用する。
この押圧力によりガスケット２０がシリンダヘッド１８
の方へ押圧され、エキゾーストマニホルド１０とシリン
ダヘッド１８とのシール性が高められる。一方、傾斜面
３２へ作用した押圧力は傾斜面３２により取付けフラン
ジ１２の長手方向外方、即ち熱膨張により取付けフラン
ジ１２が伸長する伸長方向への分力に分割される。取付
けフランジ１２は内燃機関の熱によりその伸長方向へシ
リンダヘッド１８または機関本体に対して熱膨張してい
るが、上記分力により取付けフランジ１２の伸長方向へ
更に押圧されて強制的に伸ばされる。従って排気管部分
１５と取付けフランジ１２との間の熱膨張差が小さくな
り、従って取付けフランジ１２による排気管部分１５の
熱膨張の拘束が低減されるため、排気管部分１５におけ
る局部的な応力集中を緩和することができる。更に、エ
キゾーストマニホルド１０においては、排気管部分１５
と取付けフランジ１２との間の熱膨張差によりエキゾー
ストマニホルド１０は、全体としてシリンダヘッド１８
に対して凹になるように曲がろうとする曲げモーメント
が生じる。このエキゾーストマニホルド１０の曲げは取
付けフランジ１２やシリンダヘッド１８により抑制され
るため、エキゾーストマニホルド１０に局部的に応力が
集中し、亀裂の原因となる。しかしながら本実施形態に
より熱膨張差が低減されるため、曲げモーメントを抑制
することによる亀裂が生じるのを防止できる。 【０００８】図４は本発明の第二実施形態であるエキゾ
ーストマニホルド取付け構造を示す。第二実施形態では
ガスケット２０と接触する取付けフランジ壁面に傾斜面
３６が設けられる。傾斜面３６は取付けフランジ端部へ
近づくにつれて広がるまたは厚みが増すように傾斜して
いる。この傾斜面３６に接触するガスケット２０および
そのガスケット２０に対応したシリンダヘッド壁面３７
も取付けフランジ１２の傾斜面３６に合わせて取付けフ
ランジ１２の長手方向に対して傾斜面３６と同様に傾斜
面３６と平行になるように傾斜している。 【０００９】図５を参照すると、内燃機関の熱により温
度が上昇したときのエキゾーストマニホルド取付け構造
が示されている。熱膨張部材２６は内燃機関の熱により
温度が上昇するため熱膨張する。第二実施形態において
も第一実施形態と同様に、熱膨張部材２６の熱膨張作用
により取付けフランジ１２およびガスケット２０を介し
てシリンダヘッド１８のシリンダヘッド壁面３７へ押圧
力が作用する。この押圧力により取付けフランジ１２は
ガスケット２０およびシリンダヘッド１８の方へ押圧さ
れるため、エキゾーストマニホルド１０とシリンダヘッ
ド１８とのシール性が高められる。一方、シリンダヘッ
ド壁面３７へ作用した押圧力は反力となって取付けフラ
ンジ１２の傾斜面３６に作用する。傾斜面３６に作用し
た押圧力は傾斜面３６により取付けフランジの長手方向
外方、即ち熱膨張により取付けフランジ１２が伸長する
伸長方向への分力に分割される。取付けフランジ１２は
内燃機関の熱によりその伸長方向へシリンダヘッド１８
または機関本体に対して熱膨張しているが、第一実施形
態と同様に、上記分力により取付けフランジ１２の伸長
方向へ更に押圧されて強制的に伸ばされる。更に、図６
に示したように、傾斜面３６およびシリンダヘッド壁面
３７に対応した取付けフランジ１２の領域にエキゾース
トマニホルド１０の最も外側のシリンダヘッド側開口端
１７’が取り付けられている場合、取付けフランジ１２
に押圧力が作用する前には他のシリンダヘッド側開口端
１７と同一平面上にあった上記シリンダヘッド側開口端
１７’は、取付けフランジ１２がシリンダヘッド１８に
対して相対移動することにより、他のシリンダヘッド側
開口端１７よりも図６で示したＡの分だけシリンダヘッ
ド１８の方へ近づく。このため、取付けフランジ１２と
排気管部分１５との間の熱膨張差によって、エキゾース
トマニホルド１０全体がシリンダヘッド１８に対して凹
になるように曲がることができる。従ってエキゾースト
マニホルド１０の曲げが拘束されることによる局部的な
応力集中が緩和され、従って応力集中により亀裂が生じ
ることを防止できる。 【００１０】図７および図８は本発明の第三実施形態の
エキゾーストマニホルド取付け構造を示す。第三実施形
態では取付けフランジ１２の側端面に取付けフランジ１
２の長手方向外方へ広がるように傾斜する傾斜面３８を
設けている。シリンダヘッド１８には傾斜面３８に当接
し且つ取付けフランジ１２を支持する支持部材４０が設
けられる。この支持部材４０には取付けフランジ１２の
傾斜面３８と接する傾斜面４２が設けられており、この
傾斜面４２は取付けフランジ１２の傾斜面３８と平行で
ある。内燃機関の熱により取付けフランジ１２がその伸
長方向へ熱膨張しようとするとき、同時に取付けフラン
ジ１２はその横断方向へも熱膨張しようとする。横断方
向へ熱膨張する取付けフランジ１２の傾斜面３８により
支持部材４０の傾斜面４２に押圧力が作用するため、取
付けフランジ１２の傾斜面３８には支持部材４０の傾斜
面４２からの反力が作用する。この反力により取付けフ
ランジ１２の傾斜面３８にはその伸長方向、即ち長手方
向外方への押圧力が作用するため、第一および第二実施
形態と同様に、取付けフランジ１２の長手方向外方への
熱膨張が促され、排気管部分１５における局部的な応力
集中を緩和することができる。尚、本実施形態では、取
付けフランジ１２が熱膨張する際に支持部材４０が取付
けフランジ１２の傾斜面３８へ確実に押圧力を作用させ
るように構成するのに支持部材４０の熱膨張率の大小は
関係ないが、大きな押圧力を傾斜面３８へ作用させるた
めに取付けフランジ１２の熱膨張率よりも大きい熱膨張
率を有する支持部材４０を用いることにも利点がある。 【００１１】 【発明の効果】本発明によれば、エキゾーストマニホル
ド取付け構造は、取付けフランジの長手方向端部に取付
けフランジの長手方向に対して傾斜した傾斜面を形成す
ると共にその傾斜面と接触し且つ機関本体側に固定され
たフランジ支持部材を具備し、そのフランジ支持部材の
熱膨張作用により取付けフランジが伸長する方向の押圧
力が傾斜面に付与される。これによりエキゾーストマニ
ホルドの取付けフランジがその伸長方向へ押圧され且つ
強制的に伸ばされるため、エキゾーストマニホルドの排
気管部分と取付けフランジとの間の熱膨張差が小さくな
り、排気管部分の局部的な応力集中が緩和され、亀裂が
生じることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明のエキゾーストマニホルド取付け構造を
採用したエキゾーストマニホルドの全体を示した全体図
である。 【図２】本発明の第一実施形態であるエキゾーストマニ
ホルド取付け構造を示す図１の線Ａ−Ａに沿った断面図
である。 【図３】内燃機関の熱により温度が上昇した本発明の第
一実施形態であるエキゾーストマニホルド取付け構造を
示す図２と同様の図である。 【図４】本発明の第二実施形態であるエキゾーストマニ
ホルド取付け構造を示す図２と同様な断面図である。 【図５】内燃機関の熱により温度が上昇した本発明の第
二実施形態であるエキゾーストマニホルド取付け構造を
示す図４と同様の図である。 【図６】機関本体側開口端部が取付けフランジの傾斜面
の領域に接続されている場合のエキゾーストマニホルド
取付け構造を示した図である。 【図７】本発明の第三実施形態であるエキゾーストマニ
ホルド取付け構造を採用したエキゾーストマニホルドの
全体図である。 【図８】本発明の第三実施形態であるエキゾーストマニ
ホルド取付け構造の正面図である。 【符号の説明】 １０…エキゾーストマニホルド １２…取付けフランジ ２０…ガスケット ２６…熱膨張部材 ３２、３６、３８…傾斜面 ４０…支持部材

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 エキゾーストマニホルドの取付けフラン
   ジを機関本体壁面へ互いに摺動可能に取り付けるエキゾ
   ーストマニホルド取付け構造において、取付けフランジ
   の長手方向端部に取付けフランジの長手方向に対して傾
   斜した傾斜面を形成すると共に該傾斜面と接触し且つ機
   関本体側に固定されたフランジ支持部材を具備し、熱膨
   張作用により取付けフランジが機関本体に対して伸長し
   ようとする際にフランジ支持部材が取付けフランジに対
   して伸長方向の押圧力を付与せしめる方向に傾斜面を形
   成したことを特徴とするエキゾーストマニホルド取付け
   構造。