JP6449684B2 - 接続構造 - Google Patents

Description

本発明は、接続構造、特に、タービンハウジングにコンバータを接続する部分の接続構造に関する。

車両の排気系は、様々な装置（例えば、シリンダヘッドや、排気マニホールド等）が接続されることによって構成されている。そして、各装置を接続するため、各装置から延びる管状体の端部にそれぞれ管状体から垂直に立ち上がったフランジが設けられ、ガスケットなどを介してフランジを付き合わせ、付き合わせたフランジ同士をボルトで締結している（例えば、特許文献１）。

特開２０１４−８０８８６号公報

ところで、車両の排気系では、各装置間で発生する熱量の違いにより、また、構成材料の熱膨張率が異なることにより、接続部分で互いに応力を掛け合うことを前提として、各装置同士を接合することがある。一例として、タービンハウジングとコンバータの触媒エルボとを接合する場合がある。この場合、タービンハウジングが発熱すると、タービンハウジングと触媒エルボとが互いに応力を掛け合うこととなる。

しかし、タービンハウジングと触媒エルボ部との接続部分の接続構造が、背景技術の欄で述べたような構造、すなわち、各装置から延びる管状体の端部にそれぞれ管状体から垂直に立ち上がったフランジが設けられ構造であった場合、管状体とフランジとの境界部分などで亀裂が生じる可能性があった。

本発明は、装置間の接続部分で互いに応力を掛け合あう場合であっても接続部分で亀裂が生じにくい接続構造を提供する。

本発明の一側面の接続構造は、管状部材を対象物に接続させる接続構造であって、管口に向かって曲線状に漸次拡径する拡径部、及び、前記対象物に当てる先端部であって、前記拡径部が拡径した先に設けられ、前記管口の径方向の外側に向かって突出する先端部、を有する前記管状部材と、前記先端部に対し、前記対象物とは反対側に当てる当接部材と、前記対象物と前記当接部材とに前記先端部を挟持させる挟持部材と、を備え、前記管状部材を前記対象物に接続するものである。

このようにすると、例えば対象物が熱せられた場合には管状部材の管口を押し広げる方向に対象物が膨張するが、拡径部の曲率が変化することで管状部材に作用する応力が逃がされる。そのため、この接続構造を用いれば、管状部材側の装置と対象物側の装置とを接続する接続部分で互いに応力を掛け合あう場合であっても接続部分で亀裂が生じることを抑制できる。

上記接続構造において、管状部材は、拡径部及び先端部を有する補助管状部材を接続して形成されていてもよい。補助管状部材は、カラーその他の部材である。このようにすると、拡径部と先端部とを有する管状部材を製造することが難しい場合であっても、拡径部と先端部とを有する補助管状部材と、管状部材とを別々に製造し、これらを溶接等によって接合すれば、拡径部と先端部とを有する管状部材が容易に製造できる。

上記接続構造において、先端部は、当接部材及び対象物との間の摩擦を低下させる摩擦低下層を有するものとしてもよい。このようにすると、例えば対象物側が熱せられ、管状部材の管口を押し広げる方向に対象物が膨張した場合、挟持部材及び対象物が先端部に対して滑るので、管状部材に作用する応力が逃がされる。そのため、この接続構造を用いれば、拡径部の曲率の変化に加え、先端部と挟持部材及び対象物と間の滑りによって、熱膨張率が異なるもの同士を接続しても、亀裂が一層生じにくくなる。

上記接続構造において、対象物と先端部との間に挟持されるガスケットを備えてもよい。ガスケットを挟持すれば、ガス漏れ等を抑制できる。
上記構成において、対象物はタービンハウジングであり、管状部材は触媒エルボであってもよい。しかし、これらは一例であって、対象物及び管状部材はこれらに限られるものではない。

本実施形態の接続構造を用いて接続されたタービンハウジング及びコンバータの斜視図である。 本実施形態の接続構造を用いて接続されるタービンハウジング及びコンバータの分解斜視図である。 図３は、本実施形態の接続構造を用いて接続されたタービンハウジング及びコンバータの切断断面のイメージを示す模式図である。 図４（Ａ）は、本実施形態の接続構造を示す断面図で、図３中の丸印で囲った部分に対応する部分であって、タービンハウジングとコンバータとの接合部分のうちスタッドボルト６０が通される部分の拡大断面図で、応力がかかる前の様子を示す図である。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に対応する部分の拡大断面図で、応力がかかった後の様子を示す図である。 図５は、図４（Ａ）に対応する部分の拡大断面図で、応力がかかった後の様子を示す図である。

以下に本発明の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の接続構造が適用されるのは、タービンハウジング５及びコンバータ７の接合部分である。

タービンハウジング５及びコンバータ７の接合部分には、それぞれフランジ５０及びフランジ４が備えられている。タービンハウジング５及びコンバータ７は、ガスケット３及びカラー２の先端部２４（図３及び図４（Ａ）参照）を挟みつつ、これらのフランジ５０，４を対向させて複数のスタッドボルト６０及びナット６２で締結することで、強力に接合されている。

タービンハウジング５は、図２に示すように、コンバータ７が接合される部分が管状に形成されており、その管口５００の周囲にフランジ５０が形成されている。フランジ５０は、リング形状に形成されており、このフランジ５０には、外側に向かって突設された４つの突起部５２が、フランジ５０の円周方向に沿って等間隔に設けられている。これら突起部５２にはスタッドボルト６０がねじ込まれて固定され、これらスタッドボルト６０は、フランジ５０の軸方向に沿って立設する。

コンバータ７は、触媒が収納された触媒収納部７９と、触媒収納部７９に連結されたＬ字管である触媒エルボ８とを備えている。この触媒エルボ８は、複数の部材を溶接して、全体では略Ｌ字状の管を構成している。この触媒エルボ８のうち、タービンハウジング５が接続される側の開口７０（図３及び図４（Ａ）参照）が設けられている側には、カラー２が取り付けられている。

ここで、触媒エルボ８は、図３及び図４（Ａ）に示すように、カラー２が接続されることにより、コンバータ７をタービンハウジング５に取り付けるときに、カラー２がタービンハウジング５に対向する部分で開く開口を有することとなる。この開口を以下「管口８０」という。

カラー２は、触媒エルボ８の開口７０が形成された部分の外側に嵌る大きさの径で形成された嵌合部２０と、この嵌合部２０から延設され、管口８０に向かって曲線状に漸次拡径する拡径部２２と、この拡径部２２が拡径した先の先端部分が、タービンハウジング５の当接面（ガスケット３を介してカラー２が当接する部分の面）に沿った形状に形成された先端部２４とを有する形状に形成されている。カラー２は、嵌合部２０をコンバータ７の開口７０が形成される部分に嵌められて溶接される。先端部２４には、４つのスタッドボルト６０を通す通孔２６が形成されている。通孔２６はスタッドボルト６０よりも大径状に形成されている。また、先端部２４は、フランジ４及びガスケット３に接触する面に、これらとの間の摩擦を低下させるためのコーティングがなされている。このコーティングによって形成された層を、以下、摩擦低下層２９という。

ガスケット３は、図２に示すように、リング形状に形成された部材であり、４つのスタッドボルト６０を通す通孔３０が形成されている。
フランジ４は、カラー２や触媒エルボ８よりも肉厚に形成された部材であり、カラー２の嵌合部２０よりも大きい内径を有するリング形状に形成されている。フランジ４には、スタッドボルト６０を通す４つの通孔４０が形成されている。通孔４０はスタッドボルト６０よりも大径状に形成されている。

次に、コンバータ７をタービンハウジング５に接続する工程について説明する。
まず、図３及び図４（Ａ）に示すように、タービンハウジング５のフランジ５０に４つのスタッドボルト６０が螺入される。すると、フランジ５０の軸方向に沿って４本のスタッドボルト６０が立設される。

一方、触媒エルボ８には、図３及び図４（Ａ）に示すように、カラー２が取り付けられる前に、フランジ４が取り付けられる。この取り付けは、フランジ４の輪の中に、開口７０が形成された部分が挿入されるようにして取り付けられる。先端部２４に対し、フランジ５０が当てられる側とは反対側からフランジ４を当てるためである。その後、カラー２は、開口７０が形成された部分に嵌められて溶接される。

このようにカラー２が取り付けられた触媒エルボ８に対し、図２に示すように、スタッドボルト６０をガスケット３の通孔３０と、カラー２の通孔２６（図３及び図４（Ａ）参照）と、フランジ４の通孔４０とに通し、その通した先にナット６２が螺合される。そして、図３及び図４（Ａ）に示すように、ナット６２とフランジ５０との間に、ガスケット３、カラー２の先端部２４、フランジ４が挟持されるように、ナット６２を締める。するとコンバータ７がタービンハウジング５に接合される。

以上説明した、タービンハウジング５とコンバータ７とを接続する接続構造の特徴的な作用効果を説明する。
本実施形態の接続構造では、触媒エルボ８を、カラー２を溶接することにより管口８０に向かって曲線状に漸次拡径する拡径部２２、及び、拡径部２２が拡径した先に設けられた先端部２４、を有する形状に形成している。そして、本実施形態の接続構造では、スタッドボルト６０及びナット６２を用いてタービンハウジング５とフランジ４との間に先端部２４とガスケット３とを挟持させることにより、触媒エルボ８をタービンハウジング５に接続させている。

タービンハウジング５とコンバータ７とでは、タービンハウジング５において多くの熱が発生するので、タービンハウジング５の熱膨張率はコンバータ７よりも大きい。そのため、タービンハウジング５で多くの熱が発生すると、拡径する方向にフランジ５０が膨張する。一方、カラー２や触媒エルボ８も膨張するが、カラー２や触媒エルボ８は、フランジ５０に比べると膨張の度合いは小さい。

そのため、カラー２や触媒エルボ８には応力がかかるが、本実施形態の接続構造を採用した場合、この応力をカラー２が受けると、図４（Ｂ）に示すように、拡径部２２の曲率が変化することで（図４（Ｂ）中、点線が変化前、実線が変化後）、カラー２、ひいては、触媒エルボ８に作用する応力が逃がされる。

したがって、本実施形態の接続構造を用いれば、タービンハウジング５とコンバータ７とを接続する接続部分で互いに応力を掛け合あう場合であってもカラー２などを含む接続部分で亀裂が生じることを抑制できる。

次に、本実施形態では、カラー２を溶接することにより触媒エルボ８を拡径部２２や先端部２４を有する形状としている。
このようにすると、拡径部２２と先端部２４とを有する触媒エルボ８を製造することが難しい場合であっても、拡径部２２と先端部２４とを有するカラー２と、触媒エルボ８のカラー２以外の部分とを別々に製造し、これらを溶接等によって接合すれば、拡径部２２と先端部２４とを有する触媒エルボ８が容易に製造できる。

本実施形態の接続構造では、先端部２４にはコーティングを行って、フランジ４及びガスケット３との間の摩擦を低下させている。
このようにすると、図５に示すように、例えば対象物が熱せられ、触媒エルボ８の管口８０を押し広げる方向にタービンハウジング５が膨張した場合、フランジ４及びタービンハウジング５が先端部２４に対して滑るので、触媒エルボ８に作用する応力が逃がされる。

そのため、この接続構造を用いれば、拡径部２２の曲率の変化に加え、先端部２４とフランジ４及びタービンハウジング５と間の滑りによって、熱膨張率が異なるもの同士を接続しても、亀裂が一層生じにくくなる。

本実施形態の接続構造では、ガスケット３を挟持させている。このガスケット３を用いればガス漏れが防止できる。尚、本実施形態の接続構造を採用すると、これを採用しない場合に比べて薄いガスケット３を用いることができる。これは、本実施形態の接続構造を採用しない場合、タービンハウジング５が膨張すると、タービンハウジング５と触媒エルボ８とが相対的に移動するため、その移動分を補償する必要から、厚めのガスケット３を用いなければならないが、先端部２４にされたコーティングにより、触媒エルボ８とタービンハウジング５とが互いに滑る為、摺動抵抗が低くなり、その結果、摩擦量が低減されるからである。

また、本実施形態の接続構造では、フランジ４が触媒エルボ８から分離されている。そのため、フランジ４としては、触媒エルボ８からの熱を受けにくくなるため、接触していた場合よりも耐熱温度が低い材料を用いることができる。

本実施形態の各構成と本発明との対応関係について説明する。
本実施形態のフランジ４は本発明の当接部材の一例に相当する。本実施形態のスタッドボルト６０及びナット６２は挟持部材の一例に相当する。本実施形態のカラー２は本発明の補助管状部材の一例に相当する。

以上、実施形態について説明したが、特許請求の範囲に記載された発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることはいうまでもない。
上記実施形態では、触媒エルボ８にカラー２を設けた例について説明したが、カラー２は必ずしも備えていなくてもよく、その場合、触媒エルボ８の開口７０を管口８０として、拡径部２２や２４に対応する部分を触媒エルボ８に設置してもよい。

２… カラー ３… ガスケット ４… フランジ ５… タービンハウジング
７… コンバータ ８… 触媒エルボ ２０… 嵌合部 ２２… 拡径部 ２４… 先端部
２６… 通孔 ２９… 摩擦低下層 ３０… 通孔 ４０… 通孔 ５０… フランジ
５２… 突起部 ６０… スタッドボルト ６２… ナット ７０… 開口
７９… 触媒収納部 ８０… 管口 ５００… 管口

Claims (5)

1. 触媒エルボをタービンハウジングに接続させる接続構造であって、
   管口に向かって曲線状に漸次拡径する拡径部、及び、前記タービンハウジングに対面して配置されるフランジ状の先端部であって、前記拡径部が拡径した先に設けられ、前記管口の径方向の外側に向かって突出する先端部、を有する前記触媒エルボと、
   前記タービンハウジングの反対側で前記先端部に重なって配置されるリング形状の当接部材と、
   前記当接部材と前記先端部とを貫通するスタットボルトにより、前記タービンハウジングと前記当接部材とに前記先端部を挟持させる挟持部材と、
   を備え、
   前記触媒エルボを前記タービンハウジングに接続することを特徴とする接続構造。
2. 請求項１に記載の接続構造において、
   前記先端部は、前記スタットボルトにより貫通される孔である通孔を有し、
   前記通孔の縁と、前記通孔を貫通するスタットボルトとの間には、隙間が設けられていること、
   を特徴とする接続構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の接続構造において、
   前記触媒エルボは、
   前記拡径部及び前記先端部を有する補助管状部材を接続して形成されていることを特徴とする接続構造。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の接続構造において、
   前記先端部は、前記当接部材及び前記タービンハウジングとの間の摩擦を低下させる摩擦低下層を有することを特徴とする接続構造。
5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の接続構造において、
   前記タービンハウジングと前記先端部との間に挟持されるガスケットを備えていることを特徴とする接続構造。