JPH0578918U - Heat resistant material - Google Patents
Heat resistant materialInfo
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- JPH0578918U JPH0578918U JP2107892U JP2107892U JPH0578918U JP H0578918 U JPH0578918 U JP H0578918U JP 2107892 U JP2107892 U JP 2107892U JP 2107892 U JP2107892 U JP 2107892U JP H0578918 U JPH0578918 U JP H0578918U
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐熱部材において、圧縮応力に伴う塑性変形
を抑制することで収縮変形量を低減することにより、高
温の排気ガス環境下においても十分な耐久性をもつ管状
の耐熱部材を提供する。
【構成】 耐熱部材表面の温度分布に従って、低温側か
ら高温側に向かって正の断面2次モーメントの勾配を形
成する。
【効果】 塑性変形が大きくなる高温部において断面2
次モーメントを大きくし剛性を向上して収縮量を低減す
る。
(57) [Abstract] [Purpose] A heat-resistant member with a tubular heat resistance that has sufficient durability even in high-temperature exhaust gas environments by reducing the amount of shrinkage deformation by suppressing plastic deformation associated with compressive stress. Provide a member. [Composition] According to the temperature distribution on the surface of the heat-resistant member, a positive gradient moment of inertia of area is formed from the low temperature side to the high temperature side. [Effect] Cross section 2 at high temperature where plastic deformation increases
The secondary moment is increased to improve rigidity and reduce shrinkage.
Description
【0001】[0001]
本考案は耐熱部材、特に自動車の内燃機関に用いられる排気系部品等の構造に 関するものである。 The present invention relates to the structure of heat-resistant members, particularly exhaust system components used in internal combustion engines of automobiles.
【0002】[0002]
従来、自動車エンジンなどの排気ガスを捕集し消音管へ送る排気系部品として 管状の耐熱部材、例えば排気マニホールドがある。該管状の耐熱部材は、エンジ ンの燃焼による高温の排気ガスにより加熱され膨張することで圧縮応力発生が発 生し、これに起因して収縮塑性変形を起こし、取付ボルトに拘束されて亀裂やガ ス洩れを生じることがある。その塑性変形の程度は、前記管状の耐熱部材の表面 温度分布における高温部である程著しいことが知られている。 BACKGROUND ART Conventionally, a tubular heat-resistant member such as an exhaust manifold has been used as an exhaust system component that collects exhaust gas from an automobile engine or the like and sends it to a muffler pipe. The tubular heat-resistant member is heated by the high-temperature exhaust gas due to combustion of the engine and expands to generate compressive stress, which causes shrinkage plastic deformation, which is constrained by the mounting bolts and cracks or May leak gas. It is known that the degree of plastic deformation is remarkable as the temperature rises in the surface temperature distribution of the tubular heat resistant member.
【0003】 排気マニホールドの耐久性向上の技術として、実開昭61−142120号公 報には内燃機関の排気マニホールドが、実開昭62−130131号公報にはタ ーボ過給機付内燃機関、及び実開昭63−121号公報には排気マニホールド等 が開示されている。これらは、排気マニホールドの形状を一部を変更して変形や 亀裂を防止するものである。As a technique for improving the durability of an exhaust manifold, the exhaust manifold of an internal combustion engine is disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 61-142120, and the internal combustion engine with a turbocharger is disclosed in Japanese Utility Model Publication No. 62-130131. , And Japanese Utility Model Laid-Open No. 63-121 disclose an exhaust manifold and the like. These change the shape of the exhaust manifold to prevent deformation and cracks.
【0004】 また、前記実開昭60−122523号公報には、取付ボルトの形状を変える ことで、排気マニホールドの変形を容易にし、排気マニホールド内部に生じる残 留応力を低減して亀裂の発生を防止する開示がある。Further, in Japanese Utility Model Laid-Open No. 60-122523, the shape of the mounting bolt is changed to facilitate the deformation of the exhaust manifold, reduce the residual stress generated inside the exhaust manifold, and prevent the occurrence of cracks. There is disclosure to prevent.
【0005】[0005]
高温の加熱環境下における管状の耐熱部材は、その昇温時における圧縮応力に よる収縮塑性変形が著しいという点である。排気マニホールドは、そのフランジ 部を取付ボルトでシリンダヘッドに取り付けられ、エンジンの運転中に発生する 高温の排気ガスによって加熱され熱膨張を起こす。しかし、取付ボルトで排気マ ニホールドのフランジが拘束されているため、熱膨張に伴う膨張量は排気マニホ ールドへの圧縮の塑性変形として作用することになる。エンジンが停止して冷却 過程に至ると、塑性変形にて収縮した状態から新たに熱収縮が始まり、排気マニ ホールドは初期の形状よりさらに収縮することになる。この結果、排気マニホー ルドには収縮によるガス洩れや前記取付ボルトとの干渉による亀裂、反りといっ た問題を生じることになる。 A tubular heat-resistant member under a high-temperature heating environment undergoes remarkable shrinkage plastic deformation due to compressive stress when the temperature rises. The flange of the exhaust manifold is attached to the cylinder head with mounting bolts, and the exhaust manifold is heated by the high-temperature exhaust gas generated during engine operation, causing thermal expansion. However, since the flange of the exhaust manifold is restricted by the mounting bolt, the amount of expansion due to thermal expansion acts as a plastic deformation of compression to the exhaust manifold. When the engine stops and reaches the cooling process, heat contraction starts anew from the state of contraction due to plastic deformation, and the exhaust manifold contracts more than the initial shape. As a result, problems such as gas leakage due to contraction, cracks due to interference with the mounting bolt, and warpage occur in the exhaust manifold.
【0006】 前記、実開昭61−142120号公報、実開昭62−130131号公報お よび実開昭63−121号公報等の、排気マニホールドの形状を改善して変形や 亀裂を防止する技術は、排気マニホールドの形状の一部を変更することで耐久性 を改善を図るものであるが、排気マニホールドの剛性改善まで改善することはで きない。Techniques for improving the shape of the exhaust manifold to prevent deformation and cracks, such as the above-mentioned Japanese Utility Model Publication No. 61-142120, Japanese Utility Model Publication No. 62-130131, and Japanese Utility Model Publication No. 63-121. Aims to improve durability by changing part of the shape of the exhaust manifold, but cannot improve the rigidity of the exhaust manifold.
【0007】 また、前記実開昭60−122523号公報は、取付ボルトの形状を変えて排 気マニホールドの変形を容易にし、排気マニホールド内部に生じる残留応力を低 減して亀裂の発生を防止することはできるが、高温の排気ガス環境下における排 気マニホールドやボルトの耐久性を十分保証することはできない。In Japanese Utility Model Laid-Open No. 60-122523, the shape of the mounting bolt is changed to facilitate the deformation of the exhaust manifold, reduce the residual stress generated inside the exhaust manifold, and prevent the occurrence of cracks. However, the durability of exhaust manifolds and bolts in a hot exhaust gas environment cannot be guaranteed sufficiently.
【0008】 本考案の目的は、上記課題を解決し、圧縮応力に伴う塑性変形を抑制すること で収縮変形量を低減することにより、高温の排気ガス環境下においても十分な耐 久性をもつ排気マニホールドなどの管状の耐熱部材を提供することにある。The object of the present invention is to solve the above problems and to reduce the amount of shrinkage deformation by suppressing plastic deformation due to compressive stress, thereby having sufficient durability even in a high temperature exhaust gas environment. It is to provide a tubular heat-resistant member such as an exhaust manifold.
【0009】[0009]
上記課題を解決するために、今回考案者は、以下の事柄を明らかにした。 In order to solve the above problems, the present inventor has clarified the following matters.
【0010】 排気マニホールドには、シリンダヘッド取付面に平行な向きの剛性が存在する 。その剛性値(Gx)は、前記排気マニホールドの両端部の取付フランジの内の 一端を拘束して、他端に荷重(W)をかけた時、荷重(W)をその時の前記両フ ランジ間の変位量(dx)で除した値で定義できることがわかった。その定義式 を数1に示す。The exhaust manifold has rigidity in a direction parallel to the cylinder head mounting surface. The rigidity value (Gx) is such that when one end of the mounting flanges at both ends of the exhaust manifold is constrained and a load (W) is applied to the other end, the load (W) is applied between the two flanges at that time. It was found that it can be defined by the value divided by the displacement amount (dx) of. The definition formula is shown in Equation 1.
【0011】[0011]
【数1】 Gx=W/dx ここで、 Gx:剛性値 W :荷重 dx:変位量 この数1はフックの法則と同じ式であり、前記剛性値(Gx)はフックの法則 におけるバネ定数と同じ物理的意味を有している。従って、前記剛性値(Gx) が大きいと作用する荷重が同一ならば変位量は小さくなることになる。本考案者 は、前記変位量は前記排気マニホールドの収縮量と物理的に同じであることから 、前記剛性値(Gx)を大きくすることで、前記排気マニホールドの収縮量を低 減することが出来ることを見いだした。## EQU1 ## Gx = W / dx Here, Gx: stiffness value W: load dx: displacement amount This equation 1 is the same equation as Hooke's law, and the stiffness value (Gx) is the spring constant in Hooke's law. Have the same physical meaning. Therefore, if the rigidity value (Gx) is large, the amount of displacement will be small if the loads acting are the same. Since the displacement amount is physically the same as the contraction amount of the exhaust manifold, the inventor can reduce the contraction amount of the exhaust manifold by increasing the rigidity value (Gx). I found a thing.
【0012】 次に、本考案者は、前記剛性値Gxは数1の考え方を基に、前記排気マニホー ルドの形状において、以下の数2による近似式が成立することを明らかにした。Next, the present inventor has clarified that the rigidity value Gx is based on the idea of the equation 1 and the following approximate equation by the equation 2 is established in the shape of the exhaust manifold.
【0013】[0013]
【数2】 Gx=(3・E・I)/{(L2 (2・L+3・l)} ここで、 Gx:剛性値(N/m) E :ヤング率(N/m2 ) I :断面2次モーメント(m4 ) t :管状の耐熱部材の肉厚(m) L :管状の耐熱部材の支管の長さ(m) l :管状の耐熱部材の全長(m) 従って、数2より、断面2次モーメント(I)を大きくすることで剛性値(G x)を大きくすることが可能であり、効果的に収縮量を抑えることができる。ま た、前述したように圧縮の塑性変形は高温部になる程、その度合いが大きくなる 。以上の結果より、耐熱部材は、表面温度分布に従って、低温部よりも高温部の 管状の耐熱部材の断面2次モーメント(I)が大きくなるように形成する。[Formula 2] Gx = (3 · E · I) / {(L2 (2 · L + 3 · l)} where Gx: rigidity value (N / m) E: Young's modulus (N / m2) I: cross section 2 Next moment (m4) t: Thickness of tubular heat-resistant member (m) L: Length of branch pipe of tubular heat-resistant member (m) l: Total length of tubular heat-resistant member (m) Therefore, from equation 2, cross section 2 The rigidity value (G x) can be increased by increasing the secondary moment (I), and the amount of shrinkage can be effectively suppressed. From the above results, the heat-resistant member is formed so that the second moment of area (I) of the tubular heat-resistant member at the high temperature portion becomes larger than that at the low temperature portion in accordance with the surface temperature distribution. ..
【0014】[0014]
耐熱部材の表面に形成される温度分布中、塑性変形が大きくなる高温部におけ る断面2次モーメントを低温部における断面2次モーメントよりも大きくして、 高温部で大きくなる収縮量を低減し、高温耐久性を向上する。 In the temperature distribution formed on the surface of the heat-resistant member, the second moment of area at the high temperature part where plastic deformation becomes large is made larger than the second moment of area at the low temperature part to reduce the amount of shrinkage that increases at the high temperature part. , Improve high temperature durability.
【0015】[0015]
図1は、排気マニホールドの収縮量を排気マニホールドの全長で除した収縮率 (%)と、排気マニホールドのシリンダヘッド取付面に平行な向きにおける剛性 値(Gx)との関係を示す図である。図1で収縮率(%)と剛性値(Gx)は負 の相関性を有していることが明かである。 FIG. 1 is a diagram showing the relationship between the contraction rate (%) obtained by dividing the contraction amount of the exhaust manifold by the total length of the exhaust manifold and the rigidity value (Gx) in the direction parallel to the cylinder head mounting surface of the exhaust manifold. In FIG. 1, it is clear that the shrinkage ratio (%) and the rigidity value (Gx) have a negative correlation.
【0016】 図2は、本考案の一実施例の排気マニホールド1の表面に生じる温度勾配を併 記した平面図および排気マニホールド1に設ける断面2次モーメントをA−A断 面にて表示した断面図である。図2のA−A断面で示す通り、排気マニホールド 1の表面温度が高温になる部分の内径r1 は、低温になる部分の内径r2 より大 きくしている。このため、高温部の断面2次モーメント(I1 )は、低温部の断 面2次モーメント(I2 )より大きくなり、全体として剛性が向上し、収縮量の 低減を図っている。FIG. 2 is a plan view showing a temperature gradient generated on the surface of the exhaust manifold 1 according to one embodiment of the present invention, and a cross-sectional view showing a moment of inertia of area provided on the exhaust manifold 1 by an AA cross section. It is a figure. As shown in the AA cross section of FIG. 2, the inner diameter r1 of the portion where the surface temperature of the exhaust manifold 1 becomes high is made larger than the inner diameter r2 of the portion where the surface temperature becomes low. For this reason, the second moment of area (I1) of the high temperature portion is larger than the second moment of area (I2) of the low temperature portion, the rigidity is improved as a whole, and the amount of shrinkage is reduced.
【0017】 図3は、本考案の他の一実施例を示す図である。排気マニホールド1の表面に 形成される温度勾配に従い、断面の形状を変えることで断面2次モーメントの勾 配を変化させ、排気マニホールドの剛性を向上し、収縮量の低減を図っている。FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention. By changing the shape of the cross section according to the temperature gradient formed on the surface of the exhaust manifold 1, the gradient of the second moment of area is changed, the rigidity of the exhaust manifold is improved, and the amount of contraction is reduced.
【0018】 図3は、本考案の更に他の一実施例を示す図である。排気マニホールド1の表 面が高温になる部分にリブ2を設けることで、高温部の断面2次モーメントを低 温部の断面2次モーメントより大きくし、剛性の向上と収縮量の低減を図ってい る。FIG. 3 is a view showing still another embodiment of the present invention. By providing ribs 2 on the surface of the exhaust manifold 1 where the surface temperature becomes high, the moment of inertia of area of the high temperature part is made larger than the moment of inertia of area of the low temperature part to improve rigidity and reduce the amount of shrinkage. It
【0019】 図5は本考案の図3に示す実施例の断面2次モーメントの勾配を形成した排気 マニホールドと、従来の温度勾配に関係なく全体的に平均肉厚4.0mmで形成 した排気マニホールドの、全長約600mmの直列6気筒エンジン用排気マニホ ールドで、加熱・冷却耐久試験を行い、排気マニホールドの両端フランジの移動 量の和を収縮量として示したものである。図5に示すように、実施例の断面2次 モーメントに勾配を有する排気マニホールドの収縮量は、従来例の断面2次モー メントに勾配を有さない排気マニホールドに比較して、収縮量が大幅に低減して いる。FIG. 5 is an exhaust manifold having a gradient of the second moment of inertia of the embodiment shown in FIG. 3 of the present invention and an exhaust manifold having an average wall thickness of 4.0 mm regardless of the conventional temperature gradient. The exhaust manifold for an in-line 6-cylinder engine with a total length of about 600 mm was subjected to a heating / cooling durability test, and the sum of the movement amounts of the flanges at both ends of the exhaust manifold was shown as the amount of shrinkage. As shown in FIG. 5, the amount of contraction of the exhaust manifold having a gradient in the second moment of area of the embodiment is much smaller than that of the exhaust manifold of the conventional example in which the second moment of sectional has no slope. Has been reduced to.
【0020】[0020]
上述のとおり、本考案の耐熱部材は表面に形成される温度分布に従って、高温 部の断面2次モーメントを大きくして、部材の剛性を上げて塑性変形を抑制し、 その結果として収縮量が大幅に低減し、高温の排気ガス環境下においても十分な 耐久性を持つ管状の耐熱部材が得られる。 As described above, according to the temperature distribution formed on the surface of the heat resistant member of the present invention, the second moment of area of the high temperature part is increased to increase the rigidity of the member and suppress the plastic deformation, and as a result, the shrinkage amount is significantly increased. And a tubular heat resistant member having sufficient durability even in a high temperature exhaust gas environment can be obtained.
【図1】排気マニホールドの収縮量を排気マニホールド
の全長で除した収縮率(%)と、排気マニホールドのシ
リンダヘッド取付面に平行な向きにおける剛性値(G
x)との関係を示す図である。FIG. 1 shows the contraction rate (%) obtained by dividing the contraction amount of the exhaust manifold by the total length of the exhaust manifold and the rigidity value (G in the direction parallel to the cylinder head mounting surface of the exhaust manifold).
It is a figure which shows the relationship with x).
【図2】本考案の一実施例の排気マニホールドの平面図
およびシリンダヘッド取付面に平行な向きの一部断面図
である。FIG. 2 is a plan view of an exhaust manifold according to an embodiment of the present invention and a partial cross-sectional view in a direction parallel to a cylinder head mounting surface.
【図3】本考案の別の一実施例の排気マニホールドの平
面図およびシリンダヘッド取付面に平行な向きの一部断
面図である。FIG. 3 is a plan view of an exhaust manifold according to another embodiment of the present invention and a partial cross-sectional view in a direction parallel to a cylinder head mounting surface.
【図4】本考案の更に別の一実施例の排気マニホールド
の平面図およびシリンダヘッド取付面に平行な向きの一
部断面図である。FIG. 4 is a plan view of an exhaust manifold of still another embodiment of the present invention and a partial cross-sectional view in a direction parallel to a cylinder head mounting surface.
【図5】本考案の実施例の排気マニホールドと従来のマ
ニホールドの、加熱・冷却耐久サイクル数と両端フラン
ジの移動量の和を収縮量との関係を比較して示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the number of heating / cooling endurance cycles and the amount of movement of both end flanges of the exhaust manifold of the embodiment of the present invention and the conventional manifold in comparison with the amount of contraction.
1 耐熱部材 2 リブ 1 Heat resistant member 2 Rib
Claims (1)
布を持つ前記耐熱部材の低温側から高温側に向い断面2
次モーメントが実質的に正の勾配を有することを特徴と
する耐熱部材。1. A cross-section 2 of a heat-resistant member facing a high temperature side from a low temperature side of the heat resistant member having a temperature distribution on the surface during use.
A heat-resistant member, wherein the second moment has a substantially positive gradient.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2107892U JPH0578918U (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Heat resistant material |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2107892U JPH0578918U (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Heat resistant material |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0578918U true JPH0578918U (en) | 1993-10-26 |
Family
ID=12044856
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2107892U Pending JPH0578918U (en) | 1992-04-07 | 1992-04-07 | Heat resistant material |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0578918U (en) |
-
1992
- 1992-04-07 JP JP2107892U patent/JPH0578918U/en active Pending
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