JP4071530B2 - 排気系における球面ジョイント構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両、主として自動車の車体に配置された走行用エンジンに接続される、排気系における球面ジョイント構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車の走行用エンジンの排気ポートに接続される排気管系において、図６に示すように、エンジンとの相対揺動を許容し、またエンジンの振動を吸収すべく、エンジン側に接続される上流側排気管と、大気に連通する下流側排気管とを球面ジョイントを介して接続したものは公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の球面ジョイントは、図６に示すように、上流側排気管の下流端外周に、上流側フランジを固定する一方、下流側排気管の上流端外周に、前記上流側フランジに対応して下流側フランジを固定し、両フランジ間には、それら間を気密に接続する、環状シール体を配置し、下流側フランジを貫通させた２本のジョイントボルトを上流側フランジに固定し、各ジョイントボルトと上流側フランジ間に圧縮コイルスプリングを配置し、この圧縮コイルスプリングの弾発力で、両フランジを環状シール体を介して密着させるようにしている。
【０００４】
ところが、かかる従来の球面ジョイントでは、上流側フランジにジョイントボルトが固定されているため、エンジンの振動などにより、上流側フランジと下流側フランジとが相対的に変移する都度、圧縮コイルスプリングには、その圧縮方向以外の偏荷重が作用するため、該圧縮コイルスプリングが、圧縮方向以外の方向に変形し、部分的に過大な偏荷重が作用して、その圧縮コイルスプリングの耐久性を損ない、また、それが折損する虞れがあるという問題があり、特に、排ガスのリーク防止性能を高めるべく、圧縮コイルスプリングのプリセット荷重を高く設定すれば、前記問題が一層大きくなる。
【０００５】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、前記圧縮コイルスプリングには、圧縮方向以外の偏荷重が作用しないようにして、前記問題を解決した、新規な排気系における球面ジョイント構造を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本請求項１記載の発明は、互いに対向する、一側の接続フランジと他側の接続フランジとの間に環状シール体を配置し、両接続フランジにジョイントボルトを緩く貫通させ、このジョイントボルトと噛み合うナットと両接続フランジの一方との間に圧縮コイルスプリングを配置し、この圧縮コイルスプリングの弾発力により一側のフランジと他側の接続フランジを環状シールを介して密着させる排気系における球面ジョイント構造であって、前記ジョイントボルトには、ナットと噛み合う直状の軸部の他端にフック状の保持部を一体に形成する一方、前記両接続フランジの他方の、両接続フランジの対向面と反対側の面上には、断面が凹円弧状で径方向に延びるボルト保持溝を形成し、前記フック状の保持部を前記ボルト保持溝に摺動自在に係合させることにより、前記ジョイントボルトを、その軸線回りの回転を抑止しながら前記両接続フランジの他方に揺動自在に保持したことを特徴としており、かかる特徴によれば、エンジンの運転振動などにより、一側および他側の接続フランジが相対的に揺動変位したとき、ジョイントボルトは、前記接続フランジに固定されることなく、それらの接続フランジの揺動方向に追従して揺動することができるため、圧縮コイルスプリングは、本来の変形方向である圧縮方向以外の偏荷重が作用することが大幅に減少し、これにより圧縮方向以外に変形することが殆どなくなり、その結果、該圧縮コイルスプリングの耐久性を大幅に向上させることが可能になり、さらに圧縮コイルスプリングのプリセット荷重を高く設定することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【０００８】
図１〜５を参照して本発明の実施例について説明する。
【０００９】
図１は、本発明排気系における球面ジョイント構造を自動車用エンジンの排気系に実施した場合の全体側面図、図２は、図１の２矢視仮想線囲い部分の拡大図、図３は、図２の３−３線に沿う拡大断面図、図４は、図３の４−４線に沿う断面図、図５は図３の５−５線に沿う断面図である。
【００１０】
図１において、自動車の車体Ｂの前部には、その走行用エンジンＥが横置き（そのクランク軸Ｓｃが、自動車の前後方向と直交する方向）に前後のエンジンマウントＭｆ，Ｍｒを介して支持されている。エンジンＥの頭部前面に開口される吸気ポートには、吸気系Ｉｎが接続され、またその後面に開口される排気ポートには、排気系Ｅｘが接続される。この排気系Ｅｘは、前記排気ポートに一体に接続されるエキゾーストマニホールド１と、これに接続される第１の排気管２および第２の排気管３とを備えている。第１、第２の排気管２，３は、自動車の床下を、前後方向に長く伸びている。上流側排気管を構成するエキゾーストマニホールド１と、下流側排気管を構成する第１の排気管２との間に、本発明にかかる球面ジョイントＪｂが接続され、また、第１の排気管２と第２の排気管３との間に、フレキシブルジョイントＪｆが接続され、さらに第２の排気管３の途中には、触媒コンバータＣａが接続されている。そして第２の排気管３の下流側は、図示しない消音器を介して大気に開口される。
【００１１】
図１，２に示すように、球面ジョイントＪｂの上流側接続フランジ８（後に詳述）は、ステー４を介して前記エンジンＥのシリンダブロックに支持され、また第１の排気管２と、第２の側排気管３との接続部６は、他のステー５を介して車体Ｂに支持されている。
【００１２】
図２に明瞭に示すように、前記排気マニホールド１は、エンジンＥのシリンダヘッドに開口される複数の排気ポートにそれぞれ一体に接続される複数の多岐管１ａと、この多岐管１ａの下流端に集合接続される集合管１ｂとよりなり、本発明にかかる上流側排気管を構成している。また前記第１の排気管２は単管よりなり、本発明にかかる下流側排気管を構成しており、この下流側排気管２の上流側はエルボ状に湾曲されて、その開口上流端は、前記排気管マニホールド、すなわち上流側排気管１の集合管１ｂの開口下流端に対向して、相互に連通している（図４参照）。
【００１３】
前記上流側排気管（排気管マニホールド）１の下流端と、前記下流側排気管（第１の排気管）２の上流端とは、本発明にかかる球面ジョイントＪｂにより、相対的に揺動自在に接続される。
【００１４】
次ぎに、図２〜５を参照して前記球面ジョイントＪｂの構造を詳細に説明する。
【００１５】
図４に示すように、上流側排気管１（排気管マニホールド）の下流側（集合管）１ｂは、下流側にいくにつれて漏斗状に絞られていて、その円筒状の下流端の外周には、本発明にかかる一側の接続フランジを構成する、上流側接続フランジ８が溶接などの固定手段により固定されており、一方、上流側排気管１の下流端に対応する、下流側排気管（第１の排気管）２の上流端の外周には、本発明にかかる他側の接続フランジを構成する、下流側接続フランジ９が溶接などの固定手段により固定されている。そして下流側接続フランジ９は、上流側接続フランジ８に対面している。下流側接続フランジ９の中央部には、上流側排気管の中心軸線Ｌ−Ｌ上に中心Ｏをもつ凹状球面よりなるシール座面９ａが形成され、このシール座面９ａは、下流側排気管２の上流開口端を囲んでいる。
【００１６】
前記上流側接続フランジ（一側の接続フランジ）８と、下流側接続フランジ（他側の接続フランジ）９間には、上流側排気管１の下流開口端を囲む環状シール体１０が挟持される。この環状シール体１０は、カーボン等の耐熱材により構成され、その平坦な上面１０ａは、上流側接続フランジの下面に接合される。またこの環状シール体１０の下面１０ｂは、前記中心Ｏを中心として下流側接続フランジ９の凹状球面のシール座面９ａと略同じ半径の凹状球面に形成されていて、この環状シール体１０の凹状球面よりなる下面１０ｂは、前記下流側接続フランジ９のシール座面９ａに自在に摺動できるように気密に接触される。
【００１７】
前記上流側接続フランジ８と下流側接続フランジ９とは、自在に相対揺動が可能なように、以下に述べる弾性保持手段Ｈｅにより接続される。この弾性保持手段Ｈｅは、前記両接続フランジ８，９の径方向の両端部にそれぞれ開口される各対の貫通穴１１，１２と、両貫通穴１１，１２にそれぞれ遊びをもって緩く貫通されて、上流側接続フランジの貫通穴１１の近くの周縁部に揺動自在に保持される一対のジョイントボルト１４と、各ジョイントボルト１４と噛み合うナット１５と、このナット１５と下流側接続フランジとの間に配置される一対の圧縮コイルスプリング１６とより構成されている。
【００１８】
図４，５に示すように、上流側接続フランジ８の径方向両端の外周部には、前記貫通穴１１に近接して、一対のボルト保持溝１８が径方向に形成されている。各ボルト保持溝１８は、前記貫通穴１１から径方向外向きに延びていて、その断面形状が、図５に示すように、上方に凹の円弧状に形成され、その底面には、図４に示すように、その径方向の上面に膨出する断面円弧状の凸部１８ａが形成されている。一方、前記ジョイントボルト１４は、図４に示すように、直状の軸部１４ａの上端にフック状の保持部（頭部）１４ｂが一体に湾曲形成され、またその軸部１４ａのナット受フランジ１４ｄより下部には雄ネジ部１４ｃが形成され、その雄ネジ部１４ｃに噛み合わされるナット１５は、ワッシャー１７を介してナット受フランジ１４ｄに係合される。そして、後に述べるように、下流側接続フランジ９の平坦な外周部と、ワッシャー１７間には、ジョイントボルト１４の軸部１４ａを囲む圧縮コイルスプリング１６が配置される。
【００１９】
つぎに、前記弾性保持手段Ｈｅにより、球面ジョイントＪｂを組み付ける手順について説明するに、エンジンＥに接続される上流側排気管１の上流側接続フランジ８の直下に、下流側排気管２の接続フランジ９を対面させ、それら両接続フランジ８，９の下方から、ナット１５およびワッシャー１７を外した状態のジョイントボルト１４のフック状保持部１４ｂを有する上部を、下流側および上流側貫通穴１２、１１に遊びをもって緩く貫通させ、そのフック状保持部１４ｂの下面を、前記ボルト保持溝１８に保持させる。このとき、フック状保持部１４ｂの湾曲状の下面は、ボルト保持溝１８の、円弧状凸部１８ａを有する上面に摺動可能に係合する。これにより、ジョイントボルト１４のフック状保持部１４ｂは、その軸線回りの回転を抑止されながらボルト保持溝１８に揺動自在に保持される。したがって一対のジョイントボルト１４は、その軸線回りの回転を抑止されながら上流側フランジ８にそれぞれ揺動自在に保持される。
【００２０】
次ぎに、一対のジョイントボルト１４に、その下側から挿通した圧縮コイルスプリング１６を、下流側接続フランジ９の外周部下面と、ジョイントボルト１４に噛み合わされたナット１５とナット受フランジ１４ｄ間に挟持したワッシャー１７間に圧縮状態で配置する。以上により、一対の圧縮コイルスプリング１６の弾発力は、上流側および下流側接続フランジ８，９を互いに接近させるように付勢し、両接続フランジ８，９の相対向する座面間に環状シール体１０が挟持される。
【００２１】
以上のように、弾性保持手段Ｈｅにより、上流側および下流側接続フランジ８，９間に環状シール体１０を挟持したことにより、上流側および下流側接続フランジ８，９が相対的に揺動変位したとき、一対のジョイントボルト１４は、前記接続フランジ８，９に固定されることなく、それらの接続フランジ８，９の揺動方向に追従して揺動することができるため、一対の圧縮コイルスプリング１６は、本来の変形方向である圧縮方向以外の偏荷重が作用することが大幅に減少し、これにより圧縮方向以外に変形することが殆どなくなり、その結果、該圧縮コイルスプリング１６の耐久性を大幅に向上させることが可能になる。
【００２２】
つぎに、この実施例の作用について説明する。
【００２３】
いま、エンジンＥの運転により発生する排ガスは、上流側排気管であるエキゾーストマニホールド１、球面ジョイントＪｂ、下流側排気管である第１の排気管２、フレキシブルジョイントＪｆ、第２の排気管３、触媒コンバータＣａ、および図示しない消音器を通り、その間にＨＣ、ＣＯなどの有害成分が浄化され、排気音が消音されて大気に放出される。
【００２４】
ところで、エンジンＥなどから排気系Ｅｘに伝達される振動は、球面ジョイントＪｂの上流側接続フランジ８と下流側接続フランジ９の相対揺動により効果的に緩衝吸収することができ、その際に、両接続フランジ８，９を弾性保持する弾性保持部材Ｈｅの一対の圧縮コイルスプリング１６は、前述したように圧縮方向以外の偏荷重を受けることが極力抑制され、その耐久性が高められるので、前記球面ジョイントは長期にわたり所期の振動吸収機能を保持することができる。
【００２５】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。
【００２６】
たとえば、前記実施例では、ジョイントボルトは、上流側接続フランジに揺動自在に保持させた場合を説明したが、これを下流側接続フランジに揺動自在に支持させるようにしてもよく、その場合ジョイントボルトは、前記実施例と逆向きに配置され、圧縮コイルスプリングは、上流側接続フランジとジョイントボルトに噛み合うナット間に配置される。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように、本請求項１記載の発明によれば、排気系における球面ジョイント構造において、ジョイントボルトは、その軸線回りの回転を抑止されながら一側および他側の接続フランジの揺動方向に追従して揺動することができるため、圧縮コイルスプリングは、本来の変形方向である圧縮方向以外の偏荷重が作用することが極力抑えられて圧縮方向以外に変形することが殆どなくなり、圧縮コイルスプリングの耐久性を大幅に向上させることが可能になり、さらに圧縮コイルスプリングのプリセット荷重を高く設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明排気系における球面ジョイント構造を自動車用エンジンの排気系に実施した場合の全体側面図
【図２】 図１の２矢視仮想線囲い部分の拡大図
【図３】 図２の３−３線に沿う拡大断面図
【図４】 図３の４−４線に沿う断面図
【図５】 図３の５−５線に沿う断面図
【図６】 従来の排気系における球面ジョイント構造の断面図
【符号の説明】
８・・・・・・・・・・一側の接続フランジ（上流側接続フランジ）
９・・・・・・・・・・他側の接続フランジ（下流側接続フランジ）
１０・・・・・・・・・環状シール体
１４・・・・・・・・・ジョイントボルト
１４ａ・・・・・・・・直状の軸部
１４ｂ・・・・・・・・フック状の保持部
１５・・・・・・・・・ナット
１６・・・・・・・・・圧縮コイルスプリング
１８・・・・・・・・・ボルト保持溝

Claims (1)

1. 互いに対向する、一側の接続フランジ（８）と他側の接続フランジ（９）との間に環状シール体（１０）を配置し、両接続フランジ（８，９）にジョイントボルト（１４）を緩く貫通させ、このジョイントボルト（１４）と噛み合うナット（１５）と両接続フランジ（８，９）の一方との間に圧縮コイルスプリング（１６）を配置し、この圧縮コイルスプリング（１６）の弾発力により一側のフランジ（８）と他側の接続フランジ（９）を環状シール（１０）を介して密着させる排気系における球面ジョイント構造であって、
   前記ジョイントボルト（１４）には、ナット（１５）と噛み合う直状の軸部（１４ａ）の他端にフック状の保持部（１４ｂ）を一体に形成する一方、前記両接続フランジ（８，９）の他方の、両接続フランジ（８，９）の対向面と反対側の面上には、断面が凹円弧状で径方向に延びるボルト保持溝（１８）を形成し、
   前記フック状の保持部（１４ｂ）を前記ボルト保持溝（１８）に摺動自在に係合させることにより、前記ジョイントボルト（１４）を、前記両接続フランジ（８，９）の他方に揺動自在に保持したことを特徴とする、排気系における球面ジョイント構造。

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