JP4503168B2 - 内燃機関用排気ダクトの接続治具 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車エンジン等の内燃機関を検査する場合に、該内燃機関の排気口に排気ダクトを接続するために用いる接続治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車エンジン等の内燃機関は、自動車等に搭載される前に試運転され、振動、騒音、排気ガス成分等の検査が行われている。この検査は工場内で行われるため、内燃機関からの排気ガスを工場の排気ダクトに送り込んで処理し、工場内の清浄な環境を維持する必要がある。
なお、自動車エンジンは自動車に搭載された使用状態において、排気マニホールドが取付けられている。さらに、この排気マニホールドには、排気マフラーが取付けられる。したがって、自動車エンジンの排気ガスはこの排気マニホールドと排気マフラーを介して大気に放出される。
従来これらの内燃機関は、内燃機関に排気マニホールドが取付けられた状態において検査を行っていた。そのため、排気ダクトは排気マフラーを取付けるための排気マニホールドの排気口に取付けることによって、排気ガスを排気ダクトに送り込むことができた。
一方、排気マニホールドを取付けていない状態において内燃機関単体を検査する場合もあるが、この場合には製品として使用する排気マニホールドを接続治具として内燃機関に取付けて、この排気マニホールドに排気ダクトを接続していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、製品に使用される排気マニホールドは、内燃機関への繰り返し脱着には適しておらず、繰り返し脱着をすることによって例えば次のような問題が発生していた。
製品に使用される排気マニホールドと内燃機関との間には、その連結部から排気ガスが洩れないようにするためにマニホールドガスケットが使用されるが、このマニホールドガスケットは例えば、ステンレス製等の薄板により成形されている。そのため、マニホールドガスケットは排気マニホールドと内燃機関に挟まれて変形しやすく、しかも過酷な高温状況下の排気側であるためにその変形量も大きかった。
この変形量は内燃機関への脱着を繰り返す度に除々に大きくなり、排気マニホールドと内燃機関との連結部からの排気ガスの洩れの原因になっていた。その結果、内燃機関の検査時には工場内の清浄な環境を維持することが困難であった。
そこで、本発明は内燃機関への脱着に適した内燃機関用排気ダクトの接続治具を提供することを課題とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために前記各請求項に記載のとおりの構成を備える内燃機関用排気ダクトの接続治具としたことを特徴とする。
請求項１に記載の発明によれば、洩れ防止部は熱処理された炭素鋼を素材として形成されているので、従来の例えば製品仕様の排気マニホールドのステンレス製のガスケットよりも耐久性が高く、接続治具を内燃機関に繰り返し脱着しても洩れ防止部が変形しない。したがって、内燃機関と接続治具との連結部から、排気ガスが洩れにくくなり、工場内の清浄な環境を維持することが可能となる。
なお焼入れ、焼戻し、焼鈍し等の熱処理が施された炭素鋼は、ステンレス等よりも機械的強度に優れ、熱に対しても変形が生じにくい。しかも、熱処理の条件を調整することによって、硬さ、耐熱性、じん性、延性等の材料強度を所望に調整することが可能である。
したがって種々の使用状況、例えば排気ガスの温度、内燃機関との脱着における締付トルクに対して、洩れ防止部の炭素鋼の材料特性を選択できる。その結果、洩れ防止部は変形・破損が少ない最適なものに形成でき、排気ガスが内燃機関と接続治具との連結部から洩れにくくなる。
【０００５】
なお、洩れ防止部の厚みは脱着時に加わる力を分散する観点より厚い方が好ましく、重さ、作業性、成形性、コスト等の観点より薄い方が好ましい。かかる観点より洩れ防止部の厚みは３ミリ以上２０ミリ以下であることが好ましい。
また、洩れ防止部は治具本体と別体に設けられる場合であってもよいし、洩れ防止部が治具本体にネジや溶接により一体に接続されている場合であってもよい。さらには、治具本体の一部に熱処理を加えて洩れ防止部を一体的に形成する場合であってもよい。
【０００６】
請求項２に記載の発明によれば、上記作用効果に加えて、治具本体の取付け作業が楽になる。すなわち、接続治具は取付部材を有し、この取付部材によって治具本体と内燃機関が取付けられる。この取付部材は軸部に内燃機関の取付部に係止する係止部と、軸部を芯出しするガイド部とを有する。このガイド部によって軸部が内燃機関の取付部に対して芯出しされ、軸部が内燃機関の取付部に対して真っ直ぐな状態になる。したがって、軸部の係止部は内燃機関の取付部に係止されやすくなる。例えばネジ嵌合によって係止部と取付部が係止する場合においては、斜めに係合しようとすることによって係止しない場合を防止でき、容易に係止部と取付部を係止することができる。しかも、係止部と取付部がネジ嵌合によって係止される場合であって、強引に斜めに係止しようとした場合に生じていたネジ山破損も防止することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本実施の一形態である接続治具１は、自動車用のエンジン６の性能試験、耐久試験、ガス分析試験、試運転等の際に、エンジン６と排気ダクト７の間に排気マニホールドに代えて取付けられる接続治具１である。そして、エンジン６の排気ガスが、この接続治具１を介して排気ダクト７へ排出される。
なお、排気マニホールドとは内燃機関のエキゾースト側に取付けられる配管部材であって、例えば四気筒タイプのエンジン６であれば、気筒ごとに設けられた四つの配管が下流側において一つの排出口に収束され、この排出口と排気マフラーとが連通される。本実施の形態の接続治具１は、この排気マニホールドに代わって内燃機関に取付けられるため、排気マニホールドが取付けられていない状態のエンジン６（内燃機関）に接続される。以下にこの接続治具１を図に基づいて説明する。
接続治具１は、図１〜図４に示すように治具本体２と、エンジン６側に設けられた洩れ防止部３と、自動車のエンジン６へ取付けるための三本の取付部材４により構成される。
なお、自動車のエンジン６は本発明における内燃機関に相当する。
【０００８】
治具本体２は、中空形状に成形されたボディー２０を有し、ボディー２０には底面部２５と六角ナット２４とが溶接により接続されている。また、ボディー２０の排気ダクト７側（図３参照）には排出配管５が、六角付きボルト１０によって取付けらている。
治具本体２には複数の貫通孔が設けられ、取付部材４を挿入するための挿入孔２１、排出配管５を取付けるための取付孔２３、六角付きボルト１２を挿入するための挿入孔２６、六角付きボルト１１を挿入するための挿入孔２２、エンジン６からの排気ガスが送り込まれる通気口２７（図４参照）とが設けられている。なお、挿入孔２１は本発明による（治具本体２に設けられた）貫通孔に相当する。
【０００９】
洩れ防止部３は、図５の斜視図に示すように、板状の部材に複数の貫通孔が設けられて形成されている。この貫通孔の内の三つが排気ガスを通気する通気口３０であり、他の五つがエンジン６のスタッドボルト６１を挿入するための挿入孔３１，３２であり、他の四つが治具本体２に取付けるための取付孔３３である。
なお、スタッドボルト６１は本発明の内燃機関の取付部に相当する。
【００１０】
取付部材４は、側面図である図６（ａ）と、上面図である図６（ｂ）に示すように軸部４０と頭部４１により構成される。頭部４１は六角柱に形成された締付部４２と、最も径の大きい当接部４３とにより構成される。また軸部４０は、首部４４、ガイド部４５、くびれ部４９、係止部４６により構成される。首部４４は頭部４１側に円柱状に形成され、ガイド部４５は頭部４１側（首部４４側）から取付側（先端側）に向かうに従い径が小さくなるようにテーパ状に構成され、係止部４６は筒状に形成され、その内周面にはメネジ部４７が形成されている。また、係止部４６のくびれ部４９側上面にはくびれ部４９との径の差により構成された抜け防止面４８が形成されている。
【００１１】
排出配管５は、排気ガスを治具本体２から排気ダクト７へ通すための通気孔５２を有する。また、排出配管５は排出配管５を排気ダクト７に取付けるためのフランジ部５１を排気ダクト７側に有し、ボディー２０に接続するためのフランジ部５４をボディー２０側に有する。このフランジ部５１には排気ダクト７を連結するためのガイドピン５３が設けられ、フランジ部５４には六角付きボルト１０を挿入するための挿入孔５５が設けられている。
なお、フランジ部５１は本発明の（排気ダクト７を接続するための）接続部に相当する。
【００１２】
治具本体２と洩れ防止部３は、それぞれに設けられた挿入孔２２と取付孔３３に六角付きボルト１１が係止されて取付けられている。
取付部材４は、六角付きボルト１２によって治具本体２に対して抜けが防止されて取付けられている。すなわち、図７に示すように六角付きボルト１２は、挿入孔２６及び六角ナット２４に係止され、取付部材４が治具本体２に対して抜けようとした場合に、六角付きボルト１２が取付部材４の抜け防止面４８に当たり、取付部材４は治具本体２から抜けないように取付けられる。
【００１３】
次に、以上の構成を有する接続治具１の製造方法を説明する。
治具本体２の製造方法は、図８の製造フローチャートに示すように、先ずステンレス鋼（ＪＩＳ：ＳＵＳ材）を素材として形成されたボディー２０に、六角ナット２４と、ＳＵＳ材を素材として形成された底面部２５とをそれぞれ溶接により接続する（ステップＳ１０）。これらを焼鈍して（ステップＳ１１）、穴加工及び切削加工を行う（ステップＳ１２）。次に、表面を研磨して表面仕上げ加工を行う（ステップＳ１３）。さらに、ボディー２０の取付孔２３に六角付きボルト１０を取付けて、ＳＵＳ材を素材として形成された排出配管５を取付ける。
洩れ防止部３の製造方法は、先ず炭素鋼のＳ４５Ｃの板材に焼鈍しを加え（ステップＳ２０）、その後に穴加工を行う（ステップＳ２１）。さらに、焼入れを施し（ステップＳ２２）、最後に表面を研磨して表面仕上げを行う（ステップＳ２３）。
このように製造された治具本体２と洩れ防止部３とを六角付きボルト１１によって取付ける。さらに治具本体２の挿入孔２１に取付部材４を挿入し、六角付きボルト１２を治具本体２に取付けることによって、取付部材４を治具本体２より抜けないように取付ける。
【００１４】
次に、以上のように形成された接続治具１を取付部材４によってエンジン６に取付ける方法を説明する。
先ず、６本のスタッドボルト６１の内の五本が接続治具１の挿入孔３１，２１に挿入されるように、接続治具１をエンジン６に設置する（図１，図５参照）。次に、取付部材４をエンジン６側に押し込む（図７（ｂ）参照）。この時、取付部材４は挿入孔２１の径に対して径が小さいため、取付部材４が斜めに挿入され得る。取付部材４が斜めに挿入された場合には、取付部材４のガイド部４５が挿入孔２１の端面に当たり、このままさらに取付部材４を挿入するとガイド部４５が挿入孔２１に押される。その結果、取付部材４（軸部４０）の軸芯Ｃがスタッドボルト６１の軸芯Ｄ側（矢印Ｂ方向側）に傾けられる。
したがって、取付部材４はスタッドボルト６１に対して芯出しされ、取付部材４の軸がスタッドボルト６１の軸に対して真っ直ぐになる。この状態で取付部材４の頭部４１にレンチ等の工具によってトルクを加えると、取付部材４の係止部４６がスタッドボルト６１に対して真っ直ぐに挿入され、当接部４３が挿入孔２１の端面に当接する。このようにして接続治具１は取付部材４によってエンジン６に取付けられる。
【００１５】
接続治具１がエンジン６に取付けられることによって、洩れ防止部３がエンジン６に当接し、エンジン６の排気口６０と接続治具１の通気口３０，２７とが連結される。したがって、エンジン６から排出される排気ガスは、通気口３０，２７を介して治具本体２内に挿入され、治具本体２内に挿入された排気ガスはさらに排出配管５の通気孔５２を介して排気ダクト７へ排気される。
【００１６】
このように、取付部材４がガイド部４５によって芯出しがされた後に、係止部４６がスタッドボルト６１に係止されるため、取付部材４はスタッドボルト６１に斜めに係止されず、係止がスムーズになる。しかも取付部材４がスタッドボルト６１に斜めに係合されてねじ山を破損するというおそれも少ない。したがって、接続治具１をエンジン６に容易に取付け可能とされる。
【００１７】
また、洩れ防止部３は炭素鋼を素材として形成されているため、耐久性が高く変形が生じにくい。また、炭素鋼には焼鈍しが加えられることによって結晶組織が安定にされ、応力及び高熱に対して変形が生じにくくなっている。さらに、炭素鋼には焼入れが加えられるているため、硬化され、応力に対して変形が生じにくくなっている。したがって、接続治具１を繰り返しエンジン６に脱着しても、洩れ防止部３は変形しにくく、接続治具１とエンジン６との連結部から排気ガスが洩れにくい。
【００１８】
また、洩れ防止部３が板材から形成されているため、表面処理等の微細加工が容易であり、平面出しの精度を高めることができる。その結果、洩れ防止部３とエンジン６との当接感が良好となり、洩れ防止部３とエンジン６の連結部からの排気ガスの洩れを少なくすることができる。
したがって、エンジン６の試験を行う工場等を清浄な環境に維持することができる。
【００１９】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、例えば以下の構成を有する接続治具１であってもよい。
（１）上記の実施形態の洩れ防止部３は、焼鈍しを施した炭素鋼を素材として形成されているが、焼鈍しの代わりに焼ならし、もしくは焼戻しを加える方法であってもよい。これによって所望の材質、例えば応力、熱、衝撃に対して難変形、難損傷等の洩れ防止部３を成形することができ、エンジン６への脱着によっても変形・損傷を生じにくい洩れ防止部３を形成することができる。
（２）また、上記の実施形態のガイド部４５は、図７のようにテーパ状に設けられているが、図９（ａ）に示すように略三角形の羽部８０が軸部４０の外周面に複数設けられる形態であってもよいし、図９（ｂ）に示すような螺旋状に設けられ、その径が頭部４１側から係止部４６側にかけて除々に径が小さくなるように設けられた螺旋部８１によって形成される形態であってもよい。
このような形態であっても、ガイド部４５となる羽部８０及び螺旋部８１は挿入孔２１と協働して軸部４０をスタッドボルト６１に対して芯出しし、取付部材４がスタッドボルト６１に対して係止しやすくなる。
（３）また、上記の実施形態の洩れ防止部３は六角付きボルト１１によって治具本体２に一体に取付けられているが、ボルト等に取付けられずに治具本体２と別体のままであってもよい。
また、炭素鋼を素材として治具本体２を形成し、洩れ防止部３に該当する場所に焼鈍し及び焼入れを施し、洩れ防止部３を治具本体２の一部に層状態で形成する場合であってもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明に係る接続治具によれば、熱処理が施された炭素鋼を素材として洩れ防止部が形成されるため、内燃機関への脱着を繰り返しても洩れ防止部は変形しにくく、排気ガスが洩れない。したがって、内燃機関の検査作業等を清浄な環境化で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】接続治具を示す側面図である。
【図２】接続治具を示す正面図である。
【図３】接続治具を示す下面図である。
【図４】接続治具を示し、図２のＡ−Ａ断面図である。
【図５】洩れ防止部の斜視図である。
【図６】取付部材の側面図（ａ）と、上面図（ｂ）である。
【図７】取付部材の近傍断面図である。
【図８】治具本体及び洩れ防止部の製造フローチャートである。
【図９】他の実施形態における取付部材の斜視図である。
【符号の説明】
１…接続治具
２…治具本体
３…洩れ防止部
４…取付部材
５…排出配管
６…エンジン
７…排気ダクト
２０…ボディー
２１…挿入孔
２５…底面部
４０…軸部
４１…頭部
４２…締付部
４３…当接部
４４…首部
４５…ガイド部
４６…係止部
４７…メネジ部
４８…抜け防止面
４９…くびれ部

Claims (2)

1. 内燃機関の排気ガスを排気ダクトを経て外部へ排出する際に、該排気ダクトを前記内燃機関に接続するために用いる接続治具であって、
   前記排気ダクトを接続するための接続部を備えた治具本体と、前記内燃機関に当接して前記治具本体と前記内燃機関との間に挟みこんで、前記内燃機関の排気ガスの洩れを防止する洩れ防止部を備え、
   該洩れ防止部が、熱処理が施された炭素鋼を素材として形成されたことを特徴とする内燃機関用排気ダクトの接続治具。
2. 請求項１に記載の接続治具であって、
   治具本体を内燃機関に取付けるための取付部材を有し、
   該取付部材は、前記治具本体に設けられた貫通孔に挿入された軸部を有し、
   該軸部に、前記内燃機関の取付部に係止する係止部と、前記軸部を前記貫通孔と協働して前記内燃機関の取付部に対して芯出しをするガイド部とが設けられていることを特徴とする内燃機関用排気ダクトの接続治具。

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