JP4737134B2

JP4737134B2 - マニホールド

Info

Publication number: JP4737134B2
Application number: JP2007115836A
Authority: JP
Inventors: 航平小玉
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-04-25
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2027-04-25
Also published as: JP2008274770A

Description

本発明は、熱機関に取付けられるマニホールドに関する。

排気マニホールドは、多気筒エンジンの各気筒から排出される排気をひとつの流路へまとめ、まとめられた排気を触媒コンバータ、マフラーへ導き、外部へ排出するものである。このような排気マニホールドは、複数の枝管とこれら複数の枝管の下流端部を集合させる集合部と、枝管の各上流端部に形成される上流側フランジと、集合部の下流端部に形成される下流側フランジとを備えている。

このような排気マニホールドを改良したものが特許文献１に開示されている。特許文献１の排気マニホールドは、上流側フランジと下流側フランジに亘って排気マニホールドの外周面の一部に沿い延びる補強部材と、排気マニホールドに覆い被さる断熱部材とを備え、これら補強部材と断熱部材とを上流側フランジと、下流側フランジと、排気マニホールドに形成された曲率の大きい部分、いわゆる平坦部とに結合させて形成され、組立後に引張り応力が与えられるように組付けられている。このような排気マニホールドは、補強部材が結合されて、剛性が増すので、内部を流通する排気ガスの脈動または振動によって排気マニホールドの平坦部に生じる膜振動を低減している。また、引張り応力を与えて組付けられていることにより高温時の圧縮応力を低減している。

特許第３００６３９４号公報

ところで、エンジンの各構成要素は、エンジンのコンパクト化が求められていることから、互いに狭い空間内に配置されるようになっている。このため、マニホールドをシリンダヘッドへ取付けるための取付けボルト締結部が、枝管の奥側に配置される構成になるため、取付けボルトの締結が困難である。特に、特許文献１の断熱部材を取付けたマニホールドや、枝管を接合して一体化したマニホールドをシリンダヘッドへ取付ける場合には、枝管の間から取付けボルト締結用の工具を差し込むことができないので、取付けボルトの締結がさらに困難となっている。

そこで、本発明は、取付けを容易に行うことのできるマニホールドを提案することを課題とする。

かかる課題を解決する本発明のマニホールドは、枝管のシリンダヘッドへの取付部を形成するフランジを備え、当該フランジは、シリンダヘッドに接合する接合面の縦方向の長さと横方向の長さとが異なり、当該フランジの長手方向における端部の厚さが中心部の厚さと比較して薄く形成されることにより、前記接合面が前記シリンダヘッド側へ向かって突き出た弧状であり、当該フランジの長手方向の端部において、前記シリンダヘッドへボルトで締結され、当該フランジに形成された取付け用ボルト穴は、前記フランジの長手方向に長軸を対応させた楕円形状としたことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、フランジの長手方向の中心部の剛性を上げて熱膨張による変形を抑え、締結するボルトの数を削減することができるので、取付けを容易に行うことができる。従来からマニホールドのフランジは、ガスの流通経路の周囲、すなわち、フランジの端部においてボルトで締結されている。このように端部が拘束されているため、フランジが熱機関から熱を受けて熱膨張すると、ボルトで拘束されていない中心部は、シリンダヘッドから離れる方向へ変形する。このような変形をすると、フランジの中心部付近におけるシリンダヘッドとの面圧が低下する。従来のマニホールドのフランジは、このような変形によって、面圧が低下してシリンダヘッドとの間に隙間が生じてガスが漏洩することを防ぐため、フランジの中心部付近に面圧を加えるためのボルトの締結を必要としていた。しかしながら、本発明のマニホールドはこうした変形を抑え、フランジの中心部付近における面圧の低下を抑制するので、シリンダヘッドとフランジの間からのガスの漏洩を防ぐことができる。また、フランジの接合面が前記シリンダヘッド側へ向かって突き出た弧状であるため、取付け時の中心部付近における面圧が高い。このため、フランジが熱膨張によりシリンダヘッドから離れる方向へ変形しても、フランジの中心部付近では、ガスの漏洩を防止する面圧を維持することができる。これにより、中心部付近におけるボルトの締結による面圧の維持が不要となる。このため、フランジをシリンダヘッドへ締結するボルトの数を削減することができ、取付けを容易にすることができる。さらに、取付け用ボルト穴の形状を、フランジの長手方向に長軸を対応させた楕円形状としたことにより、フランジをシリンダヘッドに取付ける際のフランジの変形や熱膨張によるフランジの変形時に、フランジがボルトのネジ部と接触する事を防ぎ、ボルトのネジ部を保護することができる。

また、本発明のマニホールドは、枝管端部に形成されたフランジを備えた構成とすることができる（請求項２）。このような構成とすることにより、フランジをシリンダヘッドに取付ける際のフランジの変形や熱膨張によるフランジの変形時に、フランジがボルトのネジ部と接触する事を防ぎ、ボルトのネジ部を保護することができる。

本発明のマニホールドは、フランジの端部の厚さを中心部の厚さと比較して薄くしたことにより、フランジの熱膨張による変形を防ぎ、フランジとシリンダヘッドとの接合部における面圧を維持し、締結用ボルトを削減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

本発明の実施例について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明のマニホールド１の概略構成を示した説明図であって、図１（ａ）は正面図を表し、図１（ｂ）は平面図を表したものである。マニホールド１は多気筒エンジン（図示しない）の各気筒から排出される排気をひとつの流路へまとめている。このマニホールド１は枝管８ａ、８ｂ、８ｃが一体となった形状をしている。マニホールド１は、凸状に形成された凸型フランジ２を備えており、この凸型フランジ２は、エンジンのシリンダヘッド５への取付部を形成する。図１（ａ）に示すように、凸型フランジ２のシリンダヘッド５側に接合する接合面２ｃは、縦方向の長さと横方向の長さとが異なる矩形状に形成されている。凸型フランジ２は、図１（ｂ）に示すように、その長手方向における端部２ａの厚さが中心部２ｂの厚さと比較して薄く形成されている。具体的には、凸型フランジ２はシリンダヘッド５へ向かう凸状に形成されている。すなわち、シリンダヘッド５へ向かって弧状となっている。なお、凸型フランジ２の凸面は、説明の都合上誇張して描いている。

さらに、凸型フランジ２の接合面２ｃの四隅、すなわち、長手方向における端部２ａの上側と下側に取付け用のボルト穴３が形成されている。このボルト穴３は、凸型フランジ２の長手方向に長軸を対応させた楕円形状となるように形成されている。マニホールド１は、ボルト４をボルト穴３へ通してシリンダヘッド５へ取付けられる。また、点線で示したボルト穴９は、仮想的に示したものである。すなわち、このボルト穴９は従来のフランジにおいて、必要な面圧を維持するためのボルトを締結するために備えていたものであるが、凸型フランジ２はこのボルト穴９を備えていない。

次に、凸型フランジ２をシリンダヘッド５へ取付けた場合について、長手方向の端部６ａの厚さと中心部６ｂの厚さとが変わらない従来の平型フランジ６と比較しながら説明する。図２（ａ）乃至図２（ｃ）は、凸型フランジ２とシリンダヘッド５とを示した説明図である。図２（ａ）は、取付け前の凸型フランジ２とシリンダヘッド５を示し、図２（ｂ）は、冷間時にシリンダヘッド５へ取付けた凸型フランジ２を示し、図２（ｃ）は、図２（ｂ）の状態から高温になった場合の凸型フランジ２を示している。これに対して、図３（ａ）乃至図３（ｃ）は、平型フランジ６とシリンダヘッド５とを示した説明図であって、図３（ａ）は、取付け前の平型フランジ６とシリンダヘッド５とを示し、図３（ｂ）は、冷間時にシリンダヘッド５へ取付けた平型フランジ６を示し、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の状態から高温になった場合の平型フランジ６を示している。なお、凸型フランジ２と平型フランジ６の変形は、説明の都合上誇張して描いている。また、図２中の点線は、取付け前の凸型フランジ２の形状を示している。

まず、取付け時の凸型フランジ２と平型フランジ６との違いについて説明する。凸型フランジ２は、図２（ｂ）に示すように、ボルト穴３へ通したボルト４によってシリンダヘッド５へ取付けられる。この凸型フランジ２とシリンダヘッド５との間には、ガスケット７が配置されている。凸型フランジ２とシリンダヘッド５とガスケットと７は、ボルト４の締結によって、ガス漏れのないように隙間なく接合されている。同様に、平型フランジ６は、図３（ｂ）に示すように、ボルト穴３へ通したボルト４によってシリンダヘッド５へ取付けられる。平型フランジ６とシリンダヘッド５との間には、ガスケット７が配置されている。平型フランジ６とシリンダヘッド５とガスケット７とは、ボルト４の締結によって、ガス漏れのないように隙間なく接合されている。

図３（ｂ）の平型フランジ６では、平型フランジ６の長手方向の端部６ａと中心部６ｂとがシリンダヘッド５側へ押し付けられる面圧はほぼ同等である。これに対して、図２（ｂ）の凸型フランジ２の中心部２ｂは、端部２ａよりもシリンダヘッド５へ向かって凸となっていることから、端部２ａと比較してシリンダヘッド５側へ押し付けられる。このため、中心部２ｂは端部２ａと比較して、高い面圧でシリンダヘッド５側へ接合されている。なお、ボルト４によって凸型フランジ２をシリンダブロック５へ締結すると、凸型フランジ２とシリンダブロック５との間に配置されたガスケット７が凸型フランジ２の接合面２ｃに対応して変形し、接合面２ｃと密着する。また、このとき、接合面２ｃがシリンダヘッド５側を押し付けられるとともに、端部２ａがシリンダヘッド５側に僅かに変形する。

このようにシリンダヘッド５へ取付けられた凸型フランジ２及び平型フランジ６は、エンジンが高温になるとともに、エンジンから熱を受け取り高温になる。平型フランジ６が高温になると、図３（ｃ）に示すように、平型フランジ６は熱膨張して変形する。平型フランジ６は、特に、長手方向の長さが大きく変化しようとする。ところが、平型フランジ６は、ボルト４によって拘束されているため、長手方向に伸びることができない。このため、伸長が可能な方向、すなわち、シリンダヘッド５から離れる方向に反り出す。これによって、平型フランジ６とシリンダヘッド５との間に隙間が生じ、ガスの漏洩を引き起こす原因となってしまう。

次に、凸型フランジ２について説明する。図２（ｃ）に示す凸型フランジ２も高温になると、熱膨張して変形する。凸型フランジ２も熱膨張によって長手方向に伸長しようとするが、ボルト４に拘束されているため、シリンダヘッド５から離れる方向に反り出す。しかしながら、凸型フランジ２は、平型フランジ６と比較して厚みがあり、剛性があるため、熱による変形量が小さい。このため、凸型フランジ２は、シリンダヘッド５との間に隙間が生じるほど変形しないため、ガスの漏洩が生じない。また、このような熱膨張による変形が生じても、凸型フランジ２の中心部２ｂは、予め高い面圧でシリンダブロック５に接触しているため、接合面２ｃがシリンダヘッド５から離れることがなく、シール性が維持される。

このように、本発明の凸型フランジ２を備えるマニホールド１は、高温時であってもシリンダヘッド５とのシール性が維持されるため、中心部２ｂ付近をボルト４で締結する必要がない。このため、中心部２ｂ付近のボルト穴９を設ける必要がなく、この中心部２ｂ付近のボルトの取付けを除くことができるので、取付け作業を効率化することができる。

また、凸型フランジ２をシリンダヘッド５へ取付ける際に凸型フランジ２が変形しても、凸型フランジ２のボルト穴３は凸型フランジ２の長手方向に長軸を対応させた楕円形状であるため、ボルト穴３とボルト４のネジ部とは隙間が形成されて、ボルト穴３がボルト４のネジ部と接触しない。また、凸型フランジ２をシリンダヘッド５へ取付けた後に、凸型フランジ２が熱膨張をして変形しても、ボルト穴３は凸型フランジ２の長手方向に長軸を対応させた楕円形状であるため、ボルト穴３とボルト４のネジ部とは隙間が形成されて、ボルト穴３がボルト４のネジ部と接触しない。このように、ボルト穴３がボルト４のネジ部と接触しないため、ボルト４のネジ部を保護することができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、さらに本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。

例えば、本発明のマニホールドは、枝管が一体に形成されていない独立しているものであってもよい。また、フランジ部が枝管ごとに形成されていてもよいし、フランジ部だけが一体となったマニホールドでもよい。さらに、フランジ部は、縦方向の長さと横方向の長さが同一の形状、例えば、正方形であってもよい。なお、本発明のマニホールドが備えるボルトの本数で、シリンダヘッドへ接合するための必要な面圧が得られなければ、フランジを締結するボルトの本数を追加して必要な面圧を得ることができる。

実施例のマニホールドの概略構成を示した説明図であって、（ａ）は正面図を表し、（ｂ）は平面図を表した説明図である。凸型フランジとシリンダヘッドとを示した説明図であって、（ａ）は、取付け前の凸型フランジとシリンダヘッドとを示し、（ｂ）は、冷間時にシリンダヘッドへ取付けた凸型フランジを示し、（ｃ）は、シリンダヘッドへ取付けた凸型フランジが高温となった場合を示した説明図である。平型フランジとシリンダヘッドとを示した説明図であって、（ａ）は、取付け前の平型フランジとシリンダヘッドとを示し、（ｂ）は、冷間時にシリンダヘッドへ取付けた平型フランジを示し、（ｃ）は、シリンダヘッドへ取付けた平型フランジが高温となった場合を示した説明図である。

符号の説明

１マニホールド
２凸型フランジ
２ａ端部
２ｂ中心部
２ｃ接合面
３、９ボルト穴
４ボルト
５シリンダヘッド
６平型フランジ
６ａ端部
６ｂ中心部
７ガスケット
８枝管

Claims

枝管のシリンダヘッドへの取付部を形成するフランジを備え、
当該フランジは、シリンダヘッドに接合する接合面の縦方向の長さと横方向の長さとが異なり、
当該フランジの長手方向における端部の厚さが中心部の厚さと比較して薄く形成されることにより、前記接合面が前記シリンダヘッド側へ向かって突き出た弧状であり、
当該フランジの長手方向の端部において、前記シリンダヘッドへボルトで締結され、
当該フランジに形成された取付け用ボルト穴は、前記フランジの長手方向に長軸を対応させた楕円形状としたことを特徴とするマニホールド。
請求項１記載のマニホールドにおいて、
前記フランジが枝管端部に形成されたことを特徴とするマニホールド。