JPH08260953A - 内燃機関の排気マニホルド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気マニホルド内の熱応力を良好に吸収して
股部に作用する圧縮応力を低減する。 【構成】 排気マニホルドのフランジ部５は、枝管連結
部８において対応する枝管３と連結され、機関連結部９
において機関本体６と連結される。枝管連結部８と機関
連結部９間のフランジ部５内に肉盗み部１１を形成して
肉盗み部１１におけるフランジ部５の剛性を低下せしめ
る。排気マニホルドが熱膨張して枝管３およびフランジ
部５に長手方向Ｋの熱応力が作用するとフランジ部５の
剛性が肉盗み部１１において低下せしめられているので
枝管連結部８が機関連結部９に対し相対的に移動し、そ
れにより排気マニホルドに作用する熱応力が良好に吸収
され、斯くして排気マニホルドの股部に作用する圧縮応
力が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の排気マニホル
ドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、図１３に示されるように、機
関本体６′にボルトにより連結されるためのフランジ部
５′を備えた内燃機関の排気マニホルド１′が知られて
いる。このような排気マニホルド１′において、排気マ
ニホルド１′が内部を流通する排気ガスにより加熱され
ると排気マニホルド１′の特に集合部２′が排気マニホ
ルド長手方向Ｋ′に熱膨張するようになる。このため、
図１３において矢印Ｆ′で示すように、排気マニホルド
１′の枝管３′に排気マニホルド長手方向Ｋ′の熱応力
が作用する。ところがこの場合、フランジ部５′が機関
本体６′に強固に固定され、それによって各枝管３′が
拘束されていると互いに隣接する枝管３′間の股部７′
に圧縮応力が作用するようになり、その結果この股部
７′に亀裂が生ずるようになる。そこで、フランジ部
５′に設けられるボルト挿入孔の径を、少なくとも長手
方向Ｋ′に関し、ボルトの径よりも大きくした内燃機関
の排気マニホルドが公知である（実開平３−１２９７１
６号公報参照）。この排気マニホルドでは、集合部が熱
膨張したときに各枝管に作用する熱応力によってフラン
ジ部が枝管と共にボルトに対し長手方向に移動するよう
にし、それによって枝管に作用する熱応力を吸収するこ
とにより股部に作用する圧縮応力をできるだけ低減する
ようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、枝管の
長さが比較的長い場合とか、枝管とボルト間の距離が比
較的長い場合とか、或いは排気マニホルドの軽量化を達
成すべく排気マニホルドの肉厚が薄くされている場合に
は枝管に作用する排気マニホルド長手方向の熱応力がフ
ランジ部まで十分に伝達されず、したがってフランジ部
に作用する排気マニホルド長手方向の熱応力がボルトの
締結力を克服することができない。その結果フランジ部
が枝管と共に移動することができないので股部に作用す
る圧縮応力を十分に低減することができないという問題
点がある。この場合、ボルトの締結力を小さくしてフラ
ンジ部が容易に移動できるようにすると排気マニホルド
と機関本体間のシール作用が低下してしまう。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明によれば、機関本体に連結されるためのフラン
ジ部を備えた内燃機関の排気マニホルドであって、フラ
ンジ部は、排気マニホルドの枝管と互いに連結される枝
管連結部と、機関本体と互いに連結される機関連結部と
を具備しており、枝管連結部と機関連結部間に位置する
フランジ部内に肉盗み部を設け、フランジ部が肉盗み部
において変形することにより排気マニホルド内の熱応力
を吸収するようにした内燃機関の排気マニホルドが提供
される。

【０００５】また本発明によれば、肉盗み部周りのフラ
ンジ部内に、フランジ部の表面から延びる補強部を設け
ている。

【０００６】

【作用】請求項１に記載の発明では、フランジ部の剛性
が肉盗み部において低下されており、したがって枝管に
熱応力が作用したときにフランジ部が肉盗み部において
変形されるので枝管連結部が機関連結部に対し相対的に
移動され、斯くして排気マニホルド内の熱応力が吸収さ
れる。

【０００７】また請求項２に記載の発明では、肉盗み部
周りに補強部を設けているので肉盗み部周りのフランジ
部の剛性が低下するのが低減される。

【０００８】

【実施例】図１および図２を参照すると、排気マニホル
ド１は排気マニホルド１の長手方向Ｋに沿って延びる集
合部２と、長手方向Ｋに対しほぼ垂直をなしつつ集合部
２からそれぞれ延びる例えば４つの枝管３とを備えてい
る。集合部２はフランジ部４によって図示しない触媒コ
ンバータに連結され、一方各枝管３はそれぞれ対応する
フランジ部５によって機関本体６に連結される。本実施
例において排気マニホルド１は鋳造により形成されてお
り、この場合集合部２、枝管３、フランジ部４、および
フランジ部５は一体的に形成される。なお、互いに隣接
する枝管３間にはそれぞれ股部７が形成される。

【０００９】図３および図４に示すように、フランジ部
５には枝管連結部８が設けられており、フランジ部５は
この枝管連結部８において対応する枝管３の先端部に連
結されている。また、フランジ部５の周辺部には、例え
ば一対の機関連結部９が設けられる。各機関連結部９に
はボルト挿入孔１０が設けられ、各ボルト挿入孔１０内
にボルトが挿入されることによりフランジ部５が機関本
体６に連結される。さらに図３からわかるように、機関
停止時において枝管連結部８の中心は一対の機関連結部
９の中心を結んで得られる直線Ｌ上に配置されており、
この直線Ｌは長手方向Ｋに対しほぼ垂直をなしている。
また、フランジ部５は枝管３の中心軸線に対しほぼ垂直
をなすよう取付けられる。

【００１０】特に図３に示されるように、枝管連結部８
と機関連結部９間のフランジ部５内には肉盗み部１１が
それぞれ形成される。各肉盗み部１１では、長手方向Ｋ
に関するフランジ部５の長さが他の部分に比べて小さく
されている。その結果、長手方向Ｋに関するフランジ部
５の剛性が肉盗み部１１において小さくされることとな
る。図３において破線は従来のフランジ部の輪郭を表し
ており、したがって従来のフランジ部の一部を例えば機
械加工により除去することによって肉盗み部１１を得る
ことができる。なお、フランジ部５の鋳造時に肉盗み部
１１が形成されるようにしてもよい。

【００１１】さらに本実施例では、ボルト挿入孔１０の
直径がフランジ部５を機関本体に連結するためのボルト
１２の直径よりもわずかばかり大きくされている。その
結果、図５に示すようにボルト挿入孔１０の内周面とボ
ルト１２の外周面間に環状の間隙が形成されることとな
る。なお、ボルト１２は機関本体６内に形成されたボル
ト受容孔１３内に埋設され或いは螺合されて機関本体６
に固定される。また図５において１４はナットを示して
いる。

【００１２】機関が駆動されて排気マニホルド１内を排
気ガスが流通するようになると排気マニホルド１が排気
ガスにより加熱されて熱膨張するようになる。この場
合、集合部２が長手方向Ｋに大きく熱膨張するようにな
る。集合部２が長手方向Ｋに熱膨張すると各枝管３には
図１において矢印Ｆでもって示すように長手方向Ｋの熱
応力が作用し、各枝管３に長手方向Ｋの熱応力が作用す
るとフランジ部５の枝管連結部８にも長手方向Ｋの熱応
力が作用することとなる。本実施例では、枝管連結部８
と機関連結部９間に肉盗み部１１が形成されており、そ
の結果フランジ部５が肉盗み部１１において、従来のフ
ランジ部に比べ容易に変形することができる。このた
め、排気マニホルド１が熱膨張して枝管連結部８に長手
方向Ｋの熱応力Ｆが作用するとフランジ部５が肉盗み部
１１において機関本体６に沿いつつ変形し、その結果枝
管連結部８が枝管３と共に機関連結部９に対し相対的に
長手方向Ｋに移動せしめられ、斯くして枝管３に作用す
る熱応力Ｆが吸収される。なおこのとき、枝管連結部８
の中心は直線Ｌから逸脱することとなる。

【００１３】また、フランジ部５に長手方向Ｋの熱応力
Ｆが作用すると機関連結部９が機関本体６に沿いつつボ
ルト１２に対して移動せしめられる。すなわち、上述し
たようにボルト挿入孔１０の内径がボルト１２の外径よ
りも大きくされているのでフランジ部５に熱応力Ｆが作
用したときにボルト１２が図６に示すようにボルト挿入
孔１２内で変形することができる。その結果、フランジ
部５が長手方向Ｋに機関本体６に沿いつつ移動すること
ができ、したがって枝管３に作用する長手方向Ｋの熱応
力がさらに良好に吸収される。

【００１４】すなわち本実施例では、排気マニホルド１
が熱膨張したときに図７に示すように枝管連結部８が機
関連結部９に対し長手方向ＫにΔ１だけ移動し、機関連
結部９がボルト１２に対しΔ２だけ移動し、したがって
枝管連結部８が機関停止時に比べてΔ１＋Δ２だけ長手
方向Ｋに移動することとなる。その結果、排気マニホル
ド１内に生ずる熱応力をを良好に吸収することができ
る。したがって、股部７に作用する圧縮応力を低減する
ことができるので股部７に亀裂が生ずる恐れを低減する
ことができ、したがって排気マニホルド１の寿命を延長
することができる。なお、図７において機関停止時にお
けるフランジ部５の位置が仮想線でもって示されてい
る。

【００１５】機関が停止されて排気マニホルド１の熱膨
張がなくなるとフランジ部５は再び図７において仮想線
で示される元の位置まで移動し、その結果機関停止後に
フランジ部５に応力が残留するのが阻止される。本実施
例におけるように、枝管連結部８と機関連結部９間に肉
盗み部１１を設けて肉盗み部１１において枝管連結部８
が容易に変形できるようにするとフランジ部５に作用す
る長手方向Ｋの熱応力が比較的小さい場合であっても排
気マニホルド１内の熱応力を容易に吸収することができ
る。したがって、枝管３の長さが比較的長く、枝管連結
部８と機関連結部９間の距離が比較的長く、或いは排気
マニホルド１の肉厚が比較的薄い場合であっても排気マ
ニホルド１内に生ずる熱応力を良好に吸収することがで
きる。また本実施例では、排気マニホルド１内の熱応力
を吸収すべくフランジ部５が変形したときにフランジ部
５は機関本体６の表面に沿いつつ変形する。したがっ
て、フランジ部５が変形したときに排気マニホルド１の
シール性が損なわれるのが阻止される。

【００１６】図８に別の実施例を示す。この実施例で
は、肉盗み部１１周りのフランジ部５の表面から枝管３
の側面まで延びる補強部２０が設けられる。上述の実施
例では、フランジ部５内に肉盗み部１１を形成すること
によって肉盗み部１１において長手方向Ｋのフランジ部
５の剛性が低くなるようにしている。ところがこの場
合、直線Ｌと枝管３の中心軸線との両方を含む平面内に
おけるフランジ部５の剛性も肉盗み部１１において低く
なっており、したがって排気マニホルド１が振動して枝
管３が図８に示す矢印Ｒの方向に振動するようになると
肉盗み部１１に亀裂が生ずる恐れがあり、或いはフラン
ジ部５が機関本体６から離れて排気ガスが漏れる恐れが
ある。そこで本実施例では、直線Ｌ上に肉盗み部１１周
りのフランジ部５から延びる補強部２０を設け、それに
よって直線Ｌと枝管３の中心軸線との両方を含む平面内
におけるフランジ部５の剛性ができるだけ低下しないよ
うにしている。その結果、排気マニホルド１が振動した
ときに肉盗み部２０に亀裂が生ずるのが阻止され、また
フランジ部５におけるシール性が損なわれるのが阻止さ
れる。なお、補強部２０は排気マニホルド１と一体的に
形成してもよいし、または別個に形成した後に排気マニ
ホルド１に固定するようにしてもよい。その他の排気マ
ニホルドの構成および作用については図１から図７を参
照して説明した実施例と同様であるので説明を省略す
る。

【００１７】図９にさらに別の実施例を示す。この実施
例においてフランジ部５は、集合部２および枝管３とは
別個に形成され、次いで枝管連結部８において例えば溶
接などにより互いに連結される。この場合、集合部２、
枝管３、フランジ部４およびフランジ部５は比較的薄い
ステンレス鋼板からそれぞれ形成され、それによって排
気マニホルド１の軽量化を達成し、同時に排気マニホル
ド１が安価に製造されうるようにしている。

【００１８】フランジ部５を比較的薄いステンレス鋼板
から形成した場合には、図９および図１０に示されるよ
うにフランジ部５の周縁部２１がほぼ直角に折り曲げら
れ、それによってフランジ部５の剛性を確保するように
している。さらに、図１０に示されるように肉盗み部１
１周りの周縁部２１の高さが他の部分に比べて高くされ
ており、それによって肉盗み部１１周りのフランジ部５
の剛性をさらに確保するようにしている。このように肉
盗み部１１周りの周縁部２１の高さを高くすることによ
って図８に示す実施例の補強部２０を設ける必要がなく
なる。なお、その他の排気マニホルドの構成および作用
については図１から図７を参照して説明した実施例と同
様であるので説明を省略する。

【００１９】図１１にさらに別の実施例を示す。この実
施例におけるフランジ部５は図９の実施例と同様にステ
ンレス鋼板から形成され、別個に形成された枝管３に溶
接によって連結される。図１１を参照すると、この実施
例におけるフランジ部５の輪郭は図３において破線でも
って示した従来のフランジ部５のそれとほぼ同様であ
る。しかしながら、枝管連結部８と機関連結部９間のフ
ランジ部５には貫通穴２２が例えば打ち抜きによって形
成されており、それによって枝管連結部８と機関連結部
９間のフランジ部５に肉盗み部１１が形成される。な
お、その他の排気マニホルドの構成および作用について
は図９および図１０を参照して説明した実施例と同様で
あるので説明を省略する。

【００２０】図１２にさらに別の実施例を示す。ところ
で、上述したように、ボルト挿入孔１０の内径をボルト
１２の外径よりも大きくした場合、排気マニホルド１が
熱膨張してフランジ部５に熱応力が作用するとボルト１
２がボルト挿入孔１０内で変形することによって機関連
結部９がボルト１２に対し移動する。このとき、ボルト
１２のうち変形可能なボルト部分の長さが長いとき程機
関連結部５の移動量Δ２（図７参照）が大きくなり、す
なわちボルト挿入孔１０内に位置するボルト１２部分の
軸線方向長さが長いとき程ボルト１２がΔ２が大きくな
る。これまで述べてきた実施例において、ボルト挿入孔
１０内に位置するボルト１２部分の軸線方向長さはフラ
ンジ部５の肉厚に等しく、したがってΔ２を大きくする
ためにはフランジ部５の肉厚を大きくする必要がある。
ところがフランジ部５の肉厚を大きくすると排気マニホ
ルド１が重くなってしまい、またフランジ部５自体の熱
歪も考慮しなければならず、実用的でない。そこで図１
２に示す実施例では、機関本体６のボルト受容孔１３の
うち機関連結部９のボルト挿入孔１０に対面するボルト
受容孔部分２３の直径をボルト挿入孔１０のそれとほぼ
等しくしてボルト受容孔１３の内周面とボルト１２の外
周面間に間隙が形成されるようにし、それによって変形
可能なボルト部分の長さを長くするようにしている。そ
の結果、排気マニホルド１の軽量化を達成しつつ機関連
結部５の移動量Δ２を大きくすることができ、したがっ
て排気マニホルド１の熱応力をさらに良好に吸収するこ
とができるので股部７に作用する圧縮応力をさらに低減
することができる。

【００２１】これまで述べてきた実施例では、排気マニ
ホルド１の長手方向Ｋと、枝管３に作用する熱応力Ｆの
方向とがほぼ一致しており、したがってこの場合枝管連
結部８と機関連結部９とが整列される直線Ｌを長手方向
Ｋに対しほぼ垂直となるようフランジ部５を配置すれば
排気マニホルド１内の熱応力を良好に吸収することがで
きる。しかしながら、排気マニホルド１の長手方向Ｋ
と、枝管３に作用する熱応力Ｆの方向とが一致しない場
合には、直線Ｌが熱応力Ｆの方向に対しほぼ垂直となる
ようにフランジ部５を配置することによって排気マニホ
ルド１内の熱応力を良好に吸収することができる。

【００２２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、フランジ部
の剛性が肉盗み部において低下されており、したがって
排気マニホルドが熱膨張して枝管に熱応力が作用したと
きにフランジ部が肉盗み部において比較的容易に変形す
ることができる。その結果、枝管に熱応力が作用したと
きに枝管連結部が機関連結部に対し相対的に移動するの
で排気マニホルドと機関本体間のシール作用を確保しつ
つ排気マニホルド内の熱応力を良好に吸収することがで
き、したがって排気マニホルドの股部に作用する圧縮応
力を低減することができる。

【００２３】また請求項２に記載の発明では、肉盗み部
周りに補強部を設けているので肉盗み部周りのフランジ
部の剛性が低下するのを低減することができ、したがっ
てフランジ部が肉盗み部において破損するのを阻止する
ことができる。また、排気マニホルドと機関本体間のシ
ール作用をさらに確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】排気マニホルドの頂面図である。

【図２】排気マニホルドの側面図である。

【図３】図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿ってみた排気マニ
ホルドの部分断面図であり、フランジ部を示す図であ
る。

【図４】フランジ部周りの排気マニホルドの部分側面図
である。

【図５】図３の線Ｖ−Ｖに沿ってみた排気マニホルドの
部分断面図であり、機関連結部を示す図である。

【図６】排気マニホルドが熱膨張したときの機関連結部
を示す、図５と同様な排気マニホルドの部分断面図であ
る。

【図７】排気マニホルドが熱膨張したときのフランジ部
の変形を説明する、図３と同様な排気マニホルドの部分
断面図である。

【図８】別の実施例を示す排気マニホルドの部分断面図
および側面図である。

【図９】さらに別の実施例を示す排気マニホルドの部分
断面図である。

【図１０】図９の線Ｘ−Ｘに沿ってみたフランジ部の断
面図である。

【図１１】さらに別の実施例を示す排気マニホルドの部
分断面図である。

【図１２】機関連結部の別の実施例を示す排気マニホル
ドの部分断面図である。

【図１３】従来の排気マニホルドの頂面図である。

【符号の説明】

１…排気マニホルド ２…集合部 ３…枝管 ５…フランジ部 ６…機関本体 ７…股部 ８…枝管連結部 ９…機関連結部 １１…肉盗み部 ２０…補強部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関本体に連結されるためのフランジ部
   を備えた内燃機関の排気マニホルドであって、フランジ
   部は、排気マニホルドの枝管と互いに連結される枝管連
   結部と、機関本体と互いに連結される機関連結部とを具
   備しており、枝管連結部と機関連結部間に位置するフラ
   ンジ部内に肉盗み部を設け、フランジ部が肉盗み部にお
   いて変形することにより排気マニホルド内の熱応力を吸
   収するようにした内燃機関の排気マニホルド。
2. 【請求項２】 肉盗み部周りのフランジ部内に、フラン
   ジ部の表面から延びる補強部を設けた請求項１に記載の
   排気マニホルド。