JPH0960519A - 排気管の溶接部構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明はスポット溶接と連続溶接とによって
接合される少なくとも２つのフランジ部を備える内燃機
関の排気管の溶接部構造に関し、排気管の熱変形に起因
する応力がスポット溶接部位に集中するのを防止するこ
とを目的とする。 【解決手段】 上側シェル１６と下側シェル１８とを重
ね合わせて排気マニホールド１０を形成する。上側シェ
ル１６および下側シェル１８にフランジ部１６ａ，１８
ａを形成する。フランジ部１６ａ，１８ａにスポットラ
ンド１６ｂ，１８ｂを形成する。フランジ部１６ａ，１
８ａの排気管本体側の端部からスポット溶接部位２４ま
での距離ｂが、フランジ部１６ａ，１８ａの他方の端部
までの最小距離ａ以上となる位置でスポット溶接を行い
上側シェル１６と下側シェル１８とを仮留めし、次い
で、連続溶接部２２を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気管の溶接部構
造に係り、特に、スポット溶接と連続溶接とによって接
合される少なくとも２つのフランジ部を備える内燃機関
の排気管の溶接部構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、例えば特開平４−２６５４１
８号公報に開示される如く、上側シェルと下側シェルと
を重ね合わせることで管路を形成する重ね合わせ形式の
排気マニホールドが知られている。上記従来の排気マニ
ホールドにおいて、上側シェルの外周縁部および下側シ
ェルの外周縁部には、両者を重ね合わせた際に互いに当
接するフランジ部が形成されている。上側シェルのフラ
ンジ部と下側シェルのフランジ部とは、連続溶接により
隙間無く接合される。かかる構成によれば、内部に管路
を備える排気マニホールドを、容易に形成することがで
きる。

【０００３】ところで、上述の如く、上側シェルのフラ
ンジ部と下側シェルのフランジ部とを溶接して排気マニ
ホールドを形成する場合、両者のフランジ部の間に隙間
が存在する状態で溶接が行われると、両者のフランジ部
が適正に当接した状態で溶接が行われた場合に比して、
溶接部の強度が著しく低下する。このため、かかる形式
の排気マニホールドを製造するにあたっては、２つのフ
ランジ部を連続溶接するに先立って、両者を確実に当接
状態とすることが重要である。

【０００４】上側シェルのフランジと、下側シェルのフ
ランジとを対向配設した後、両者をスポット溶接により
仮留めすれば、連続溶接に先立って、簡便に、かつ、確
実に両者を当接状態とすることができる。従って、２つ
のフランジを、スポット溶接により仮留めした後に連続
溶接することとすれば、フランジ部の間に隙間が形成さ
れることによる溶接部の強度不足を防止することができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、排気マニホー
ルドには、内燃機関の各気筒の排気ポートと、排気管と
を連通するために必要な屈曲が設けられている。このた
め、上記従来の排気マニホールドにおいては、その構成
要素である上側シェルおよび下側シェルに、非対象な屈
曲が設けられている。

【０００６】排気マニホールドの内部には、内燃機関か
ら排出される高温の排気ガスが流通する。このため、内
燃機関の運転中は、排気マニホールドに熱変形が生ず
る。排気マニホールドの熱変形は、高温の排気ガスに直
接さらされる管路部分において大きく、フランジ部にお
いて小さく発生する。また、非対象の屈曲が設けられて
いることに起因して、上側シェルの管路構成部分と下側
シェルの管路構成部分には、異なる比率で熱変形が生ず
る。このため、両者を固定するフランジ部の溶接部位に
は、熱変形による応力が作用する。

【０００７】フランジ部の管路側端部から、フランジ部
の溶接部位までの距離を長く確保すると、上側シェルの
管路構成部分と下側シェルの管路構成部分との熱変形差
を比較的広い面積で緩和することができるため、溶接部
に作用する応力を抑制することができる。従って、フラ
ンジ部の溶接部位に優れた耐久性を付与するためには、
管路とフランジ部の溶接部との間の距離は、大きいほど
好ましいことになる。

【０００８】ところで、上述の如く、上側シェルのフラ
ンジ部と下側シェルのフランジ部とを、スポット溶接し
た後に連続溶接する場合、スポット溶接は、連続溶接の
内側、すなわち、フランジ部の管路側端部と、フランジ
部の連続溶接部位との間で行うことになる。フランジ部
がかかる部位でスポット溶接されると、フランジ部の管
路側端部からスポット溶接部位までの距離が、フランジ
部の管路側端部から連続溶接部位までの距離に比して短
くなる。このため、かかる構成の排気マニホールドにお
いては、熱変形に起因する応力がスポット溶接部に集中
することになる。このように、フランジ部を強固に接合
する連続溶接部の内側に、フランジ部を仮留めするスポ
ット溶接部位を形成する溶接部構造は、排気管の耐久性
を確保する上で、必ずしも理想的な構造ではなかった。

【０００９】本発明は、上述の点に鑑みてなされたもの
であり、フランジ部の管路側端部とスポット溶接部位と
の間に、フランジ部の管路側端部と連続溶接部位との間
の距離以上の間隔を確保することにより、スポット溶接
部位への応力集中を防止する排気管の溶接部構造を提供
することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的は、スポット
溶接部位と、連続溶接部位とによって互いに接合状態と
されるフランジ部を備える排気管の溶接部構造におい
て、前記フランジ部の排気管本体側の端部から、前記連
続溶接部位までの最小距離に比して、前記フランジ部の
排気管本体側の端部から、前記スポット溶接部位までの
距離が長い排気管の溶接部構造により達成される。

【００１１】本発明において、排気管は、スポット溶接
部位と連続溶接部位とで接合されるフランジ部を備えて
いる。排気管の管路部分に熱変形が生ずると、その熱変
形に起因して、スポット溶接部位および連続溶接部位に
応力が作用する。フランジ部の排気管側端部とスポット
溶接部位との間には、フランジ部の排気管側端部から連
続溶接部位までの距離に比して長い間隔が確保されてい
る。従って、管路の熱変形に起因する応力は、連続溶接
部位で分散され、スポット溶接部位に集中することはな
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施例である
排気マニホールド１０の正面図を示す。また、図２は、
排気マニホールド１０の左側面図を示す。以下、図１及
び図２を参照して、排気マニホールド１０の構成につい
て説明する。

【００１３】排気マニホールド１０は、４気筒式内燃機
関に対応して設けられたものであり、四本の枝管１２_-1
〜１２_-4と、それらが集合してなる集合管１４とを備え
ている。枝管１２_-1〜１２_-4は、排気マニホールド１０
を内燃機関本体に固定する際に用いるフランジ１５に溶
接され、それぞれ対応する気筒の排気ポートに連通して
固定される。一方、集合管１４の下流には、内燃機関の
排気系通路を構成する触媒装置、排気管等が連通され
る。

【００１４】本実施例において、枝管１２_-1〜１２_-4と
集合管１４からなる排気マニホールド１０の本体部は、
上側シェル１６及び下側シェル１８を重ね合わせること
で構成されている。上側シェル１６及び下側シェル１８
は、鋼板を適当な３次元形状に板金成形することによ
り、または、鋳造等により製造される部材であり、枝管
１２_-1〜１２_-4を構成する部位の側部、および、集合管
１４を構成する部位の側部に、フランジ部１６ａ，１８
ａを備えている。フランジ部１６ａおよび１８ａには、
それぞれ互いに重なり合う位置に、他の部位に比して幅
方向に張り出したスポットランド１６ｂ又は１８ｂが複
数設けられている。排気マニホールド１０は、フランジ
部１６ａ，１８ａが重なり合うように上側シェル１６お
よび下側シェル１８を重ねた後、先ずスポットランド１
６ｂと１８ｂとをスポット溶接して仮留めを行い、次い
で、フランジ部１６ａおよび１８ａの側面を、連続的に
溶接することにより製造される。尚、以下の記載におい
ては、スポット溶接により接合されている箇所をスポッ
ト溶接部位と、また、連続的な溶接により接合されてい
る部位を連続溶接部位と称す。

【００１５】図３は、スポットランド１６ｂ，１８ｂを
スポット溶接せずにフランジ部１６ａ，１８ａを連続溶
接した場合に生ずる溶接不良の状態を表す排気マニホー
ルド１０の断面図を示す。上側シェル１６と下側シェル
１８とには、共に製造過程で生ずる寸法誤差が存在す
る。このため、両者を重ね合わせた際に、フランジ部１
６ａ，１８ａの間には、部分的に隙間が生ずる場合があ
る。かかる隙間が生じた状況下でフランジ部１６ａ，１
８ａの側面が連続的に溶接されると、図３中に示す如
く、フランジ部１６ａ，１８ａの間にギャップ２０が残
存したまま上側シェル１６と下側シェル１８とが接合さ
れる事態を生ずる。フランジ部１６ａ，１８ａの間にギ
ャップ２０が存在していると、フランジ部１６ａと１８
ａとに作用する応力が連続溶接部位２２に直接作用す
る。このため、かかる状態で溶接が行われると、フラン
ジ部１６ａ，１８ａが適正に当接した状態で溶接が行わ
れた場合に比して、連続溶接部位２２の接合強度が低下
し、排気マニホールド１０の耐久性の確保が困難とな
る。

【００１６】これに対して、本実施例の如く、フランジ
部１６ａ，１８ａを連続溶接するに先立って、両者をス
ポット溶接により仮留めすることとすれば、連続溶接に
先立って、フランジ部１６ａ，１８ａを、それらの全領
域において適正に当接させることができる。このため、
本実施例に排気マニホールド１０によれば、フランジ１
６ａ，１８ａ間にギャップ２０が生ずることがなく、連
続溶接部位２２に安定した強度を付与することができ
る。この点、本実施例の排気マニホールド１０は、スポ
ット溶接による仮留めを行わないものに比して、優れた
耐久性を備えていることになる。

【００１７】ところで、本実施例の排気マニホールド１
０は、スポット溶接による仮留めを行うにあたり、フラ
ンジ部１６ａ，１８ａにスポットランド１６ｂ，１８ｂ
を形成している点に特徴を有している。以下、図４を参
照して、かかる特徴部位について、より詳細な説明を行
う。

【００１８】図４は、排気マニホールド１０の一部分の
斜視図を示す。同図に示す如く、フランジ部１６ａ，１
８ａの側面には、連続溶接部位２２が形成されている。
また、スポットランド１６ｂ，１８ｂには、スポット溶
接部位２４が形成されている。フランジ部１６ａ，１８
ａの管路（枝管１２_-1〜１２_-4または集合管１４）側の
端部と連続溶接部位２２との間には、フランジ部１６
ａ，１８ａの幅に相当する距離“ａ”が確保されてい
る。一方、スポット溶接部位２４は、フランジ部１６
ａ，１８ａの管路側の端部とスポット溶接部位２４との
間に、ｂ≧ａなる条件を満たす距離“ｂ”が確保される
ように形成されている。このように、本実施例の排気マ
ニホールド１０においては、フランジ部１６ａ，１８ａ
の管路側の端部とスポット溶接部位２４との間に、フラ
ンジ部１６ａ，１８ａの管路側の端部と連続溶接部位２
２との距離に比して長い距離が確保されている。

【００１９】図５は、排気ガスの流通に伴って排気マニ
ホールド１０に生ずる熱変形の様子を説明するための図
を示す。図５中に破線で示す形状は、熱変形が生ずる以
前の排気マニホールド１０の輪郭を示し、また、図５中
に実線で示す形状は、熱変形が生じた場合の排気マニホ
ールド１０の輪郭を示す。

【００２０】排気マニホールド１０は、上述の如く、そ
の枝管１２_-1〜１２_-4側の端部が内燃機関の排気ポート
に、また、その集合管１４側の端部が触媒装置等に連通
する排気管にそれぞれ固定される。このため、排気マニ
ホールド１０に排気ガスが流通すると、排気マニホール
ド１０は、その両端が固定された状態で熱変形を起こ
す。

【００２１】排気マニホールド１０には、内燃機関の排
気ポートと排気管とを連通状態とするために必要とされ
る屈曲が付与されている。具体的には、図５に示す如
く、上側シェル１６が屈曲外側、下側シェル１８が屈曲
内側となるように、屈曲が付与されている。かかる屈曲
を有する排気マニホールド１０に、その両端が固定され
た状態で熱膨張が生ずると、上側シェル１６および下側
シェル１８は、共に屈曲外側へ向けて変形する。この
際、両者の形状が非対象であることから、屈曲外側に位
置する上側シェル１６には比較的大きな変形が、また、
屈曲内側に位置する下側シェル１８には比較的小さな変
形が生ずる。

【００２２】ところで、排気マニホールド１０に排気ガ
スが流通した際に生ずる熱膨張は、直接高温の排気ガス
にさらされる管路近傍において大きく、フランジ部１６
ａ，１８ｂの外側端部に近づくに連れて小さくなる。従
って、上側シェル１６と下側シェル１８とが異なる比率
で熱膨張を起こすとしても、フランジ部１６ａ，１８ａ
に十分な幅が確保されていれば、それらの外側端部部分
における熱膨張差を小さく抑制することができる。

【００２３】排気マニホールド１０の熱変形に起因して
連続溶接部位２２およびスポット溶接部位２４に作用す
る応力を抑制するためには、連続溶接部位２２およびス
ポット溶接部位２４が形成される部位における上側シェ
ル１６と下側シェル１８との熱膨張差を抑制することが
有効である。このため、連続溶接部位２２およびスポッ
ト溶接部位の耐久性を確保する意味では、フランジ部１
６ａ，１８ａの管路側端部から連続溶接部位２２までの
距離、及びフランジ部１６ａ，１８ａの管路側端部から
スポット溶接部位２２までの距離が十分に長いことが好
ましい。

【００２４】図６は、スポットランド１６ｂ，１８ｂを
備えていない排気マニホールド３０の部分斜視図を示
す。図６に示す排気マニホールド３０は、上側シェル３
２と下側シェル３０とをスポット溶接により仮留めした
後、フランジ部３２ａ，３４ａを連続溶接することによ
り製造される。フランジ部３２ａ，３４ｂの幅は、一律
に“ｂ”とされており、スポット溶接部位２４は、その
幅の中に形成されている。従って、フランジ部３２ａ，
３４ａの管路側の端部からスポット溶接部位２４までの
距離ｃは、フランジ部３２ａ，３４ａの管路側の端部か
ら連続溶接部位２２までの距離ｂに比して短くなってい
る。

【００２５】排気マニホールド３０の溶接部構造によれ
ば、スポット溶接による仮留めがなされているため、フ
ランジ部３２ａ，３４ａ間にギャップが形成されること
による溶接部位の不良を排除することはできる。しかし
ながら、フランジ部３２ａ，３４ａの管路側の端部から
スポット溶接部位２４までの距離ｃが短いため、排気マ
ニホールド３０の熱変形に伴う応力がスポット溶接部位
２２に集中し易いという問題が残存する。

【００２６】これに対して、本実施例の排気マニホール
ド１０によれば、フランジ部３２ａ，３４ａの管路側の
端部とスポット溶接部位２４との間に十分な距離が確保
されているため、スポット溶接部位２２に応力が集中す
るのを防ぐことができる。このため、本実施例の排気マ
ニホールド１０によれば、図６に示す如き形式の排気マ
ニホールド３０に比して、優れた耐久性を確保すること
ができる。

【００２７】図７は、本実施例の排気マニホールド１０
に熱変形が生じた際の状態を表す正面断面図を示す。ま
た、図８は、上記図６に示す形式の排気マニホールドに
熱変形が生じた際の状態を表す正面断面図を示す。上述
の如く、排気マニホールド１０には、管路の近傍に大き
な熱膨張が生ずる。このため、排気マニホールド１０内
に排気ガスが流通すると、排気マニホールド１０には、
図７に示す如く、排気マニホールド１０の管路径を拡径
するような熱変形が生ずる。この際、フランジ部１６
ａ，１８ａには、連続溶接部位２２を拘束点として、両
者を離間させる向きの変形が生ずる。本実施例の排気マ
ニホールド１０は、スポット溶接部位２４が連続溶接部
位２２の更に外側に形成されているため、上記の変形に
伴う応力がスポット溶接部位２４に集中することはな
い。

【００２８】一方、スポット溶接部位２４を連続溶接部
位２２の管路側に備える排気マニホールド３０において
は、図８に示す如く、排気マニホールド３０に管路を拡
径させる方向の変形が生じた場合に、スポット溶接部位
２４が拘束点となる。このため、かかる形式の排気マニ
ホールド３０においては、管路を拡径させる方向の熱変
形に伴う応力も、スポット溶接部位２４に集中し易いこ
とになる。

【００２９】上述の如く、本実施例の排気マニホールド
１０は、単にスポット溶接による仮留めを行ったに過ぎ
ない排気マニホールド３０に対して、排気マニホールド
の熱膨張に伴うスポット溶接部位２２への応力集中を有
効に抑制し得るという効果を備えている。このため、本
実施例の排気マニホールド１０によれば、連続溶接部位
２２およびスポット溶接部位２４の双方において、優れ
た耐久性を確保することができる。

【００３０】図９は、本発明の第２実施例である排気マ
ニホールド４０の部分斜視図を示す。本実施例の排気マ
ニホールド４０を構成する上側シェル４２と、下側シェ
ル４４とには、全幅が“ｂ”と“ｄ”（ｂ＜ｄ）との２
段階に変化するフランジ部４２ａ，４４ａが形成されて
いる。フランジ部４２ａ，４４ａの側面には、連続溶接
部２２が形成されている。また、フランジ部４２ａ，４
４ａの幅ｄの部位には、スポット溶接部位２４が形成さ
れている。

【００３１】すなわち、上述した第１実施例の排気マニ
ホールド１０が、部分的に張り出したスポットランド１
６ｂ，１８ｂを備えている点に特徴を有しているのに対
して、本実施例の排気マニホールド４０は、フランジ部
４２ａ，４４ａに幅の広い部位を形成し、その部位でス
ポット溶接を行う点に特徴を有している。本実施例の構
造によっても、フランジ部４２ａ，４４ａの管路側の端
部と、スポット溶接部位２４との間に、フランジ部４２
ａ，４４ａの管路側の端部から連続溶接部位２２までの
最小距離ｂ以上の距離ａを確保することができる。この
ため、本実施例の排気マニホールド４０によっても、上
述した排気マニホールド１０と同様に、熱変形に起因す
る応力がスポット溶接部位２４に集中するのを防止する
ことができる。

【００３２】ところで、上記の実施例は、重ね合わせ形
式の排気マニホールドを溶接する例について説明してい
るが、本発明の適用箇所はこれに限定されるものではな
い。すなわち、重ね合わせ形式の排気マニホールドに限
らず、シェル合わせ形式の排気マニホールドに適用して
も良い。更に、本発明の適用対象は排気マニホールドに
限定されるものではなく、フランジ部を溶接することで
管路を形成する排気管等に適用しても良い。

【００３３】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、排気管が
備える少なくとも２つのフランジ部を、スポット溶接部
位と連続溶接部位とで接合状態としつつ、スポット溶接
部に応力が集中する不都合を排除することができる。従
って、本発明に係る排気管の溶接部構造によれば、生産
性に優れ、かつ、優れた耐久性を有する排気管を実現す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例である排気マニホールドの
正面図である。

【図２】本発明の第１実施例である排気マニホールドの
側面図である。

【図３】スポット溶接を行わない場合の溶接不良の状態
を説明するための排気マニホールドの正面断面図であ
る。

【図４】本発明の第１実施例である排気マニホールドの
部分斜視図である。

【図５】本発明の第１実施例である排気マニホールドに
熱変形が生じた状態を表す側面図である。

【図６】スポットランドを備えていない排気マニホール
ドの部分斜視図である。

【図７】本発明の第１実施例である排気マニホールドに
熱変形が生じた状態を表す正面断面図である。

【図８】スポットランドを備えていない排気マニホール
ドに熱変形が生じた状態を表す正面断面図である。

【図９】本発明の第２実施例である排気マニホールドの
部分斜視図である。

【符号の説明】

１０，４０ 排気マニホールド １２_-1〜１２_-4 枝管 １４ 集合管 １６，４２ 上側シェル １６ａ，１８ａ，４２ａ，４４ａ フランジ部 １６ｂ，１８ｂ スポットランド １８，４４ 下側シェル ２２ 連続溶接部位 ２４ スポット溶接部位

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スポット溶接部位と、連続溶接部位とに
   よって互いに接合状態とされるフランジ部を備える排気
   管の溶接部構造において、 前記フランジ部の排気管本体側の端部から、前記連続溶
   接部位までの最小距離に比して、前記フランジ部の排気
   管本体側の端部から、前記スポット溶接部位までの距離
   が長いことを特徴とする排気管の溶接部構造。