JP5162419B2 - 排気マニホールドの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、多気筒エンジンに取付けられる排気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ガスを導出する役割を果たす。このような排気マニホールドは、ヘッドフランジと、このヘッドフランジから延ばされる複数本の排気管と、これらの排気管をまとめる集合管とからなる。
排気マニホールドは、鋳造製、プレス・溶接製のものが知られている。

また、排気管が鋼管で構成されているものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−２６３５９２公報（図１、図３）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図８は従来の排気マニホールドの基本構成を説明する図であり、（ａ）に示すように、排気マニホールド１００は、ヘッドフランジ１０１と、このヘッドフランジ１０１に基部が差込まれ途中に曲がり部１０２を有し各気筒から排ガスを導出する複数本の排気管１０３〜１０６と、これらの排気管１０３〜１０６の先端に設けられ排ガスを集合させる集合部１０７とからなる。

（ｂ）に示すように、排気管１０３〜１０６は、長さがＬ１〜Ｌ８の直管部１０８〜１１５を両端に備えている。Ｌ１とＬ４との合計長さとして記入されている「０．９０〜１．８０」は、排気管１０３の径に乗じる倍数であり、Ｌ１＋Ｌ４は排気管の径の（０．９０〜１．８０）倍に設定される。他も同様。
これらの直管部１０８〜１１５は、曲げ加工の際に機械のアームで保持するために、必須である（特許文献１、段落番号［００１５］第８行）。

特許文献１には、管の曲げ加工の説明が省略されている。代わりに、図面に基づいて、従来の管の曲げ加工を以下に説明する
図９は管の曲げ加工を説明する図であり、管の曲げ加工にはパイプベンダーが好適である。パイプベンダー１２０は、（ａ）のｂ矢視図である（ｂ）に示すように、素管１２５の外径に対応した半円柱溝が付いている溝付きロール１２１と、この溝付きロール１２１に一体的に取付けられているクランプ下半体１２２と、このクランプ下半体１２２に取外し可能に取付けられるクランプ上半体１２３とを主要素とする。そして、クランプ下半体１２２にクランプ上半体１２３を重ね合わせることで円柱溝１２４が形成できる。

パイプベンダー１２０の側面図である（ａ）において、直管状の素管１２５の先端を円柱溝１２４に嵌める。この素管１２５にマンドレル１２６を挿入し、素管１２５の偏平化や潰れを抑制する。

次に、（ｃ）に示すように、溝付きロール１２１を図面時計方向に回す。クランプ下半体１２２及びクランプ上半体１２３は溝付きロール１２１と一緒に移動する。一方、素管１２５を抑えるプレッシャー１２７及び溝付きロール１２１の溝を清掃するワイパー１２８は、移動しないで残っている。
結果、素管１２５は溝付きロール１２１に沿って曲げられる。

図１０は従来の切断工程と溶接工程を説明する図である。
（ａ）に示すように、曲がり管１３０の先端には、クランプのための直線部１３１が残っている。切断線１３２で切断することで、直線部１３１の大部分を除去する。すなわち、直線部１３１の大部分はスクラップとなる。
次に（ｂ）に示すように、ヘッドフランジ１３３に曲がり管１３０の先端を挿入し、溶接ビード１３４でヘッドフランジ１３３に曲がり管１３０を固定する。

以上の要領で、製造された従来の排気マニホールドを次図で説明する。なお、説明の都合上、図８とは異なる符号を付す。
図１１は従来の排気マニホールドの平面図であり、この排気マニホールド１４０は、ヘッドフランジ１４１と、第１排気管１４２〜第４排気管１４５と、集合管１４６とからなる。

第１排気管１４２〜第４排気管１４５は、第３排気管１４４を代表例として以下説明する。
第３排気管１４４はヘッドフランジ１４１から直角に延びた後に、緩く左へ曲がった第１曲がり部１４７を有している。

図１２は従来の排気マニホールドの正面図であり、ヘッドフランジ１４１から延びた第１排気管１４２〜第４排気管１４５が、集合管１４６にまとめられていることが示される。
図１３は図１２の１３−１３矢視図であり、第３排気管１４４だけが示される。そして、第３排気管１４４は、第２曲がり部１４８で水平から下向きに曲げられている。
すなわち、第３排気管１４４は、少なくとも第１曲がり部１４７と第２曲がり部１４８との２箇所で曲げられている。そのため、パイプベンダーによる曲げ加工の工数が嵩む。

すなわち、従来の排気マニホールドにおいては、図１０（ａ）で説明したように、直管部１３１が必要であり、この直管部１３１の大部分がスクラップとなるため、材料の歩留まりが悪くなり、また、図１１〜図１３に示すように、曲げ加工の工数が嵩む。
そこで、材料の歩留まりを高めることができると共に曲げ加工の工数を低減することができれば、より好ましい。

本発明は、材料の歩留まりを高めることができると共に曲げ加工の工数を低減することができる排気マニホールドを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、複数個の管差込み穴が設けられ多気筒エンジンのシリンダヘッドに取付けられるヘッドフランジと、前記管差込み穴に基部が差込まれ途中に曲がり部を有し各気筒から排ガスを導出する複数本の排気管とからなり、
前記曲がり部とは、中心軸が曲線を描く曲がり管状の部位をいい、
前記排気管は、前記基部とこの基部に最も近い曲がり部との間が直管部とされ、この直管部の中心線が、前記管差込み穴の中心線に対して傾斜しており、
前記基部は、楕円化される又は前記直管部より外周の周長が大きくなるように拡管されていると共に、楕円化された楕円管部中心線又は拡管された拡管部の中心線が、前記管差込み穴の中心線に合致するように、折り曲げられている排気マニホールドの製造方法であって、
パイプベンダーで素管を曲げ、前記直管部と前記曲がり部とからなる曲がり管を造る素管の曲げ工程と、
前記基部を形成するための楕円化凹部又は拡管凹部を有する下ダイ及び上ダイを準備し、前記楕円化凹部又は前記拡管凹部に前記直管部の先端を臨ませるようにして、前記下ダイと前記上ダイで前記曲がり管を挟み、前記直管部の先端にパンチを挿入することで前記直管部の先端を楕円化又は拡管することで前記基部を造形する拡管工程と、
前記ヘッドフランジの前記管差込み穴へ前記基部を挿入し、溶接することで前記ヘッドフランジに前記曲がり管を接合する溶接工程とからなり、
前記拡管工程に用いられる前記下ダイ及び上ダイは、共に、半円柱溝と、この半円柱溝に連続して設けられた前記楕円化凹部又は拡管凹部とを有し、
前記パンチの中心軸に対して、前記楕円化凹部又は拡管凹部の中心軸が合致していると共に、前記半円柱溝の中心軸が所定の角度だけ傾斜していることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、排気管は、基部とこの基部に最も近い曲がり部との間が直管部とされ、この直管部の中心線が、ヘッドフランジの管差込み穴の中心線に対して傾斜している。すなわち、直管部は、ヘッドフランジに直交させないで、斜めにした。この結果、曲がり部の数を減らすことができ、曲げ加工の工数を低減することができる。
加えて、排気管に十分な長さの直管部を有し、この直管部がパイプベンダーのクランプ代となる。すなわち、スクラップ化する直管部を設ける必要がないので、材料の歩留まりを向上させることができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係る素管の曲げ工程を説明する図であり、（ａ）に示すような素管１１を準備する。この素管１１に、図９で説明したパイプベンダー１２０を用いて曲げ加工を施す。得られた曲がり管１２は、（ｂ）に示すように、直管部１４と曲がり部１３と直管部１５とからなる。一方の直管部１４を、下ダイ１６及び上ダイ１７で挟む。

図２は本発明に係る管端処理装置の構成図であり、管端処理装置２０は、下ダイ１６と、上ダイ（図１、符号１７）と、パンチ２１とからなる。下ダイ１６は、半円柱溝２２と、この半円柱溝２２に連続して設けられた楕円化凹部又は拡管凹部２３（以下、拡管凹部２３と略記する。）とを有する。
パンチ２１の中心軸２１Ｌと、拡管凹部２３の中心軸２３Ｌとは合致しているが、半円柱溝２２の中心軸２２Ｌは、拡管凹部２３の中心軸２３Ｌに対してθだけ傾斜していることに特徴がある。上ダイも同様である。

図３は本発明に係る拡管工程の説明図であり、（ａ）において、下ダイ１６の半円柱溝２２に、図１（ｂ）で説明した曲がり管１２をセットする。具体的には、曲がり管１２の直管部１４の先端を拡管凹部２３に臨ませる。次に、下ダイ１６に上ダイ（図１、符号１７）を被せて一体化する。これで、曲がり管１２はダイに固定されたことになる。続いて、パンチ２１を矢印（１）の通りに前進させる。
パンチ２１により、直管部１４の先端は、（ｂ）に示すように楕円化される、又は広げられる。

図４は溶接工程を説明する図であり、曲がり管１２は、一端に拡管部２５を有しており、この拡管部２５の先端を、ヘッドフランジ２６の管差込み穴２７に挿入し、溶接ビード２８で接続する。この曲がり管１２を、第３排気管に適用してなる排気マニホールドの具体例を、次に説明する。

図５は本発明に係る排気マニホールドの平面図であり、この排気マニホールド３０は、多気筒エンジンのシリンダヘッド３１に複数本のボルト３２、３２で取付けられるヘッドフランジ２６と、このヘッドフランジ２６から延びている第１排気管３３〜第４排気管３６と、これらの排気管３３〜３６の先端に取付けられる集合管３７とからなる。

図６は本発明に係る排気マニホールドの正面図であり、ヘッドフランジ２６から延びた第１排気管３３〜第４排気管３６が、集合管３７にまとめられていることが示される。
図７は図６の７−７矢視図であり、第３排気管３５は曲がり部１３で水平から下向きに曲げられている。

第３排気管３５は、１個の曲がり部１３で曲げられている。従来の第３排気管は、少なくとも２箇所で曲げられており、パイプベンダーによる曲げ加工の工数が嵩む。この点、本発明の第３排気管３５は１箇所で曲げられており、曲がりの数が少ないため、パイプベンダーによる曲げ加工の工数を低減させることができる。

また、図１（ａ）、（ｂ）で説明したように、十分な長さの直管部１４をクランプして曲げ加工を施すことができ、且つ、この直管部１４は第３排気管３５の一部に充当される。すなわち、スクラップが発生しない、又は発生したとして僅かである。そのため、材料の歩留まりを高めることができる。

以上に詳しく説明したが、本発明は、次のようにまとめることができる。
図５に示すように、複数個の管差込み穴２７が設けられ多気筒エンジンのシリンダヘッド３１に取付けられるヘッドフランジ２６と、管差込み穴２７に基部（拡管部２５）が差込まれ途中に曲がり部１３を有し気筒から排ガスを導出する複数本の排気管３３〜３６とからなる排気マニホールド３０において、排気管３５は、基部（拡管部２５）とこの基部（拡管部２５）に最も近い曲がり部１３との間が直管部１４とされ、この直管部１４の中心線１４Ｌが、管差込み穴２７の中心線２７Ｌに対してθだけ傾斜しており、基部（拡管部２５）は、楕円化される又は直管部１４より外周の周長が大きくなるように拡管されていると共に、楕円化された楕円管部中心線又は拡管された基部（拡管部２５）の中心線２５Ｌが管差込み穴２７の中心線２７Ｌに合致するように、点Ｐで折り曲げられていることを特徴とする。

第３排気管３５の構造を、第１排気管３３、第２排気管３４及び第４排気管３６にも適用すれば、材料の一層の歩留まり向上が図れる。

尚、本発明は、多気筒エンジンに取付ける排気マニホールドに関するが、多気筒エンジンの気筒数は、実施例の４に限定するものではなく、２、３又は５以上であってもよい。

本発明は、多気筒エンジンに取付ける排気マニホールドに好適である。

本発明に係る素管の曲げ工程を説明する図である。 本発明に係る管端処理装置の構成図である。 本発明に係る拡管工程の説明図である。 溶接工程を説明する図である。 本発明に係る排気マニホールドの平面図である。 本発明に係る排気マニホールドの正面図である。 図６の７−７矢視図である。 従来の排気マニホールドの基本構成を説明する図である。 管の曲げ加工を説明する図である。 従来の切断工程と溶接工程を説明する図である。 従来の排気マニホールドの平面図である。 従来の排気マニホールドの正面図である。 図１２の１３−１３矢視図である。

符号の説明

１３…曲がり部、１４…直管部、１４Ｌ…直管部の中心線、１６…下ダイ、１７…上ダイ、２１…パンチ、２３…楕円化凹部又は拡管凹部、２５…端部（拡管部）、２６…ヘッドフランジ、２７…管差込み穴、２７Ｌ…管差込み穴の中心軸、３０…排気マニホールド、３１…シリンダヘッド、３３〜３６…排気管、１２０…パイプベンダー、θ…傾斜角。

Claims (1)

1. 複数個の管差込み穴（２７）が設けられ多気筒エンジンのシリンダヘッド（３１）に取付けられるヘッドフランジ（２６）と、前記管差込み穴（２７）に基部（２５）が差込まれ途中に曲がり部（１３）を有し各気筒から排ガスを導出する複数本の排気管（３３〜３６）とからなり、
   前記曲がり部（１３）とは、中心軸が曲線を描く曲がり管状の部位をいい、
   前記排気管（３３〜３６）は、前記基部（２５）とこの基部（２５）に最も近い曲がり部（１３）との間が直管部（１４）とされ、この直管部（１４）の中心線（１４Ｌ）が、前記管差込み穴（２７）の中心線（２７Ｌ）に対して傾斜しており、
   前記基部（２５）は、楕円化される又は前記直管部（１４）より外周の周長が大きくなるように拡管されていると共に、楕円化された楕円管部中心線又は拡管された拡管部の中心線が、前記管差込み穴（２７）の中心線（２７Ｌ）に合致するように、折り曲げられている排気マニホールド（３０）の製造方法であって、
   パイプベンダー（１２０）で素管（１１）を曲げ、前記直管部（１４）と前記曲がり部（１３）とからなる曲がり管（１２）を造る素管の曲げ工程と、
   前記基部（２５）を形成するための楕円化凹部又は拡管凹部（２３）を有する下ダイ（１６）及び上ダイ（１７）を準備し、前記楕円化凹部又は前記拡管凹部（２３）に前記直管部（１４）の先端を臨ませるようにして、前記下ダイ（１６）と前記上ダイ（１７）で前記曲がり管（１２）を挟み、前記直管部（１４）の先端にパンチ（２１）を挿入することで前記直管部（１４）の先端を楕円化又は拡管することで前記基部（２５）を造形する拡管工程と、
   前記ヘッドフランジ（２６）の前記管差込み穴（２７）へ前記基部（２５）を挿入し、溶接することで前記ヘッドフランジ（２６）に前記曲がり管（１２）を接合する溶接工程とからなり、
   前記拡管工程に用いられる前記下ダイ（１６）及び上ダイ（１７）は、共に、半円柱溝（２２）と、この半円柱溝（２２）に連続して設けられた前記楕円化凹部又は拡管凹部（２３）とを有し、
   前記パンチ（２１）の中心軸（２１Ｌ）に対して、前記楕円化凹部又は拡管凹部（２３）の中心軸（２３Ｌ）が合致していると共に、前記半円柱溝（２２）の中心軸（２２Ｌ）が所定の角度だけ傾斜していることを特徴とする排気マニホールドの製造方法。

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