JPS6245046Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の排気マニホールド、ターボ
過給機のタービン側及びこれらを連結する管、あ
るいは排気マニホールドと消音器（マフラー）間
を連結する管等（これらを排気管と総称する）の
接続装置に関するものである。

前記の如き排気管の接続装置は、高温高圧ガス
が通過し、しかも振動をうけるので各管の間のシ
ールが非常に難しい。

従来例えば第４図に示すように、接続すべき一
方の管Ａの端部を他方の管Ｂの端部に形成した受
け穴Ｃ内に挿入し、前記管Ａの外径部に形成した
溝内に耐熱材料からなるシールリングＤを嵌め込
んで該シールリングＤの外周を他方の管Ｂの内周
に接触させ前記管Ａ，Ｂ間のシールを行うように
したものが知られているが、このような装置で
は、管Ａ，Ｂ内を流れる高温ガスによつて管Ａ，
Ｂが膨張収縮をくり返すため、前記シールリング
Ｄの接触面が摩耗して気密保持作用が劣化しガス
洩れが生ずることが多かつた。又、前記構造では
曲管になじみ難く、密封性をよくしようとして圧
入すると亀裂が生ずる等の欠点を有していた。

上記のシールリングＤが摩耗するという欠点は
他方の管の受け穴Ｃに挿入される一方の管Ａの先
端外径部を球面状とした装置においては、シール
リングが一本しか使用できないことから甚しく、
シールリングの耐久性を著しく欠いていた。

このため実公昭51−13632号公報に示される分
割型エキゾーストマニホルドの接続構造の如く、
エキゾーストマニホルドの継目部に、耐熱金属材
より成り中央部に熱膨張を吸収する環状湾曲部を
形成した接続部材を嵌合して気密接続してなるも
のもあるが、気密は接続部材におけるエキゾース
トマニホルドの継目部に接する両側面で行うのみ
であるから、前記接続部材の軸心方向の弾性及び
エキゾーストマニホルドの熱膨張力による密着力
は利用できても、前記環状湾曲部への半径方向の
弾性力やマニホルド内に作用するガス圧力は利用
できずシール性が充分でない。又前記接続部材の
環状湾曲部にかゝる力やガス圧のくり返しによつ
て該湾曲部が必要以上に撓んで接続部材のフラン
ジがマニホルド内径面への密着と剥離をくり返
し、上記フランジがマニホルド内径に密着したと
きは、密封性はよくなつてもマニホルドの膨張、
収縮に際して摩擦力が大となり、各部に無用の応
力を発生させるとともに、前記フランジがマニホ
ルド内径から剥離したときは密封性が悪くなるな
ど温度等によつてその密封性が変化する欠点があ
る。

また、実開昭54−142712号公報にはシリンダヘ
ツドへの排気マニホルドの取付部として断面Ｃ形
Ｏリングをマニホルドの取付部フランジ端面に設
けた凹部に介挿し、シリンダヘツドに押付けるも
のが示されているが、これは単にＯリングをフラ
ンジの凹部に介挿してシリンダヘツド平面に押し
つけたもので、一方の管の穴の中に他方の管端を
挿入した部分を密封しようとするものではなく、
又前記Ｏリングは前記凹部円で保持され２乃至３
箇所当接しているが、一方シリンダヘツド側は１
箇所でその当接のバランス及び安定性が悪く、又
線状に接するので密着性もよくないという欠点が
ある。

更に特開昭50−48320号公報には衝合接続しよ
うとする管の各接続端部を半径方向に互いに入れ
違い状にし、両管壁と接続部端面との間に環状空
間を構成するようにして衝合接続し、この空間内
に外側ベローズと内側ベローズ及び両端の衝合板
とよりなり内部に空気を密封してなるベローズ管
をその衝合板を両管の接続部端面に衝合して軸方
向に内接させた管接手部の密封装置が示されてい
るが、温度が上昇したときはベローズ管内の空気
が熱膨張して軸方向に伸張して衝合板が接続部端
面に強く押付けられるから上記端面間の２個所の
密封性は向上するが、ベローズの波状部分は細か
く形成されているので剛性が高く、従つて半径方
向への拡大は前記軸方向の伸張と比較して桁違い
に小さく、内径又は外径接続部への波状部分の圧
接は全く期待できない。

本考案は、以上のような従来装置のもつ欠点を
除去し、密封性、安定性及び密封すべき管の膨張
収縮に対する順応性に優れたしかも耐久性のある
排気管の接続装置を提供することを目的としてな
されたもので、その要旨とするところは一方の管
の先端とこれが嵌入する他方の管の受け穴の奥壁
との間に、前記管より小さい熱膨張率をもつ耐熱
金属板製シーリングパイプ中央部に形成した大き
なふくらみをその両側部が当接するよう、又ふく
らみの外径部が前記受け穴の内径面に当接するよ
う配設し、且つ前記シーリングパイプの一端側を
前記一方の管の内径端部にシマリバメにて嵌合固
定し、他端側を前記奥壁に続く小径の穴に遊嵌せ
しめたことにある。

以下その実施例を図面により説明すると、第１
図において、１は例えばガス流の上流側に位置す
る一方の管であつて、その端部外径部には、ほゞ
球面状の外径面１１が形成され、同内径端部側に
は、同管１の内径１２よりもやゝ径の大きな取付
穴１３が形成されている。内径１２と取付穴１３
との間には肩（段部）１４が形成されている。

２は上記一方の管１、他方の管３より小さい熱
膨張率を有する耐熱金属板製シールリングパイプ
であつて、軸方向の中央部に、外径方向への比較
的大きなふくらみ２０が全周にわたつて形成され
ており、その他端側の円筒部は、前記一方の管１
の取付穴１３内にシマリバメで嵌合固定され、前
記ふくらみ２０を含む残りの部分が管１の端部か
ら突出するよう、且つ端部と前記肩１４の間にス
キマが残るようにその取付位置が定められてい
る。上記ふくらみ２０の断面形状は、この例では
ほゞＵ字形をなしているがＶ字形でもよい。３は
例えばガス流の下流に位置する他方の管であつ
て、その端部には受け穴３３とこれより小径の穴
３２，３１（内径）が連続して形成されている。
小径の穴３２は管３の内径３１より径がやゝ大き
く、またシーリングパイプ２の他端側円筒部より
わずかに径が大きい。上記受け穴３３は、シーリ
ングパイプ２の前記ふくらみ２０の外径部及び一
方の管１の端部外径面１１の最大外径よりわずか
に大きな径を有している。

シーリングパイプ２の前記他端側円筒部は小径
の穴のうち３２に、また、前記ふくらみ２０と管
１の外径面１１は大径の受け穴３３にそれぞれス
キマバメにて嵌合せしめて前記、両管３と１が接
続される。この場合は、前記両管３，１の軸方向
の力により、前記ふくらみ２０の両側部は、それ
ぞれ受穴３３の奥壁３５と、一方の管１の開口端
により当接（圧接）され、これによりふくらみ２
０は外径方向に、わずかに拡がつて同外径部は受
け穴３３の内径に押圧されるよう構成されてい
る。

前記管１（及び３）は一般に鋳鉄製であるのに
対し、前記シーリングパイプ２は、それよりも熱
膨張率が小さい耐熱性金属、例えばフエライト系
のSUS材（ステンレス鋼管）を用いる。

上記のような本案装置は第３図に示す如き排気
系に実施される。即ち、第３図は上述した本考案
をＶ型内燃機関の排気系に実施した例を概略的に
示すもので、４及び５は各バンクのシリンダヘツ
ド、６はターボチヤージヤー、４１，４２及び５
１，５２は前記バンクの排気マニホールド、６１
はターボチヤージヤーのコンプレツサ、６２はタ
ービン、６３は該タービン６２に連通する分岐
管、４３，４４及び５３，５４は、タービンの分
岐管６３と各マニホールド４２，５２間を連通す
る接続管、７は噴射ポンプ、８は冷却フアンを示
す。同図において、円で囲まれた部分は、各管の
接続部であつて、それぞれ第１図の実施例に示す
装置が使用されている。

本考案装置を構成するには、例えば第３図の接
続管４３に相当する一方の管１の取付穴１３にシ
ーリングパイプ２の前記一端側の円筒部をシマリ
バメにて嵌合固定した後、このように一方の管１
に固定したシーリングパイプ２の他端側を、第３
図の接続管４４に相当する他方の管３の小径の穴
３２に遊嵌し、ふくらみ２０の一側を前記奥壁３
５に当接させ、他側を一方の管１の端部を大径の
受け穴３３にスキマバメにて挿入しつつ該管の端
面で押すように装着せしめる。

ここで前記管１及び３内に高温高圧のガス、例
えば内燃機関の排気ガス（１例として温度は700
℃前後、圧力は3.5〜６Kg／cm²にもなる）が流れ
た場合、上記接続部においては、シーリングパイ
プ２と管１の取付穴１３間はシマリバメとなつて
おり、またふくらみ２０の両側部はそれぞれ管１
の端部と管３の奥壁３５に当接され、更にふくら
み２０の外径部は受け穴３３の内径面に圧接して
３点でシールされるため、これによつてガス洩れ
が確実に防止される。

又管内を流れる排気ガスの温度は、内燃機関の
運転条件の変化に伴ない上下を繰り返す、いわゆ
る熱サイクルの影響により前記両管及びシーリン
グパイプは、径方向及び軸方向の膨張・収縮を繰
り返すが、前記の如くシーリングパイプ２と管１
のシマリバメ部分においては、管１は鋳鉄製であ
り、シーリングパイプ２はそれよりも熱膨張率の
小さな、例えばSUS材であるため、高温のガスに
直接さらされるシーリングパイプ２の径方向の膨
張量が管１の同シマリバメ部分の内径の膨張量を
上まわることはなく、また、管１の取付穴１３の
内径寸法は、膨張時においても、シーリングパイ
プ２に対するシマリバメを保持するように、あら
かじめ規定されているので、同部分のシール機能
は保持されるとともに、亀裂が生ずるといつた問
題もない。

更に管３の穴３２とシーリングパイプ２間、及
び受け穴３３と管１の端部外径面１１との間に
は、それぞれスキマが設けられているので、シー
リングパイプ２の熱膨張による影響は生じない。

又、前記管３の受け穴３３とふくらみ２０の外
径部との接続部においても、一般に管３は鋳鉄、
シーリングパイプ２はこの例ではSUS材であり、
熱膨張率がパイプ２が低いが、受け穴３３の膨張
に対し、充分追従し、スキマが生じないようにふ
くらみ２０の密着度（圧接度）及び、その肉厚を
定めておけば、ガス洩れに対するシール機能を保
持することができる。シーリングパイプの肉厚が
薄いとフレキシビリテイが増すので、管内を流れ
るガス圧により、ふくらみ２０の両側部と頂部の
シール点は、その接触圧が増大させられ、過酷な
運転条件において、かえつてシール機能が高くな
るという効果を生ずる。

管１と３はこの例では鋳鉄であるから、長時間
の熱サイクルの影響で内部組織が変化（黒鉛の成
長）し、特に軸方向の成長が大きい。しかし上記
実施例においては、シーリングパイプ２と管１の
肩１４間にスキマが設けてあり、ふくらみ２０は
軸方向に撓むことができるので、組織の成長及び
熱サイクルにおける膨張に対しても充分吸収する
ことができる。ふくらみ２０と管との間の密着圧
力は前述の通り増大し、シール性はむしろ向上す
るものである。

また、管１又は３が曲管である場合、高温のガ
スは管の曲率半径の外側寄りに沿つて流れる傾向
を有するから、この部分の外側の伸びが大きく、
管１又は３は全体として更に折れ曲がる方向に変
形するが、この変形は、管１の端部球面１１とシ
ーリングパイプ２における前記ふくらみ２０の変
形により充分吸収される。尚シーリングパイプ２
は、前記したようにステンレス鋼管がこの例では
使用されているが、その肉厚が薄いほど（例えば
0.5mm前後）上記変形に対するフレキシビリテイ
は良好となる。

第２図の実施例は、管１と端部外径面１５が円
筒状である点が第１図の例と相違し、それ以外の
構成は同じである。この実施例は管１と３がスト
レート管である場合の実施に適している。従つ
て、前記の如き曲管における変形の吸収という作
用効果以外は、第１図の実施例と実質的に同じで
あるので、その説明は省略する。なお、この例の
場合、理論的にはシーリングパイプ２を管１の内
径１２内に直接シマリバメさせることも考えられ
る。もし、管１が鋳鉄ではなく、薄肉鋼管である
ような場合にはその可能性は高い。

本考案は上記の如く、一方の管の先端とこれが
嵌入する他方の管の受け穴の奥壁との間に、前記
管より小さい熱膨張率をもつ耐熱金属板製シーリ
ングパイプ中央部に形成した大きなふくらみをそ
の両側部が当接するよう、又ふくらみの外径部が
前記受け穴の内径面に当接するよう配設し、且つ
前記シーリングパイプの一端側を前記一方の管の
内径端部にシマリバメにて嵌合固定し、他端側を
前記奥壁に続く小径の穴に遊嵌せしめてなるの
で、一方の管の先端とこれが嵌入する他方の管の
受け穴の奥壁との間に、前記管より小さい熱膨張
率をもつ耐熱金属板製シーリングパイプ中央部に
形成した大きなふくらみをその両側部が当接する
よう、又ふくらみの外径部が前記受け穴の内径面
に当接するよう配設したことによつて、上記シー
リングパイプはその弾性で前記他方の管の奥壁と
一方の管の先端に圧接されるのみならず、ふくら
みの外径部が前記他方の管の受け穴内面に圧接さ
れ、結局３点においてバランスよく密封作用がな
されて前記従来装置に比較して密封性が一段と向
上する。

更に一方の管と他方の管内を流れる高圧ガス圧
力によつてシーリングパイプによる前記軸方向及
び半径方向の圧力が増大され、密着度が一層良好
となる。従つて内燃機関の高速時高負荷時など排
気圧力が上昇する過酷な運転条件となる程、密封
性が良くなる効果がある。

出願人におけるデイーゼル機関を備えた大型車
を例にとると、その排気圧力は通常使用時の圧力
変動を考慮すると約４Kg／cm²、また排気ブレーキ
作動時には約６Kg／cm²にまで上昇し、また排気ガ
スの温度はほゞ700℃にも達するのであるが、本
考案装置によれば、このような過酷な条件におい
ても、確実にガス洩れを防ぐことが確認された。
特にターボチヤージヤ付の場合には、ガス洩れは
性能に大きく影響し、特に低速域では殊にその性
能を低下させるが、本考案によりこの問題が解消
され、ターボチヤージヤの性能を充分発揮させる
ことができる。

また、前記熱サイクル発生時において、前記排
気管の接続部における一方及び他方の管の膨張収
縮にもシーリングパイプはその弾性によつてよく
追随し高い密封性を保持するとともに、長時間の
熱サイクルによる形状変化に対してもこれを吸収
するフレキシビリテイを有するから、前記接続部
の亀裂やガス洩れを確実に防ぐことができる。

また、前記シーリングパイプの一端側を前記一
方の管の内径端部にシマリバメにて嵌合固定し、
他端側を前記奥壁に続く小径の穴に遊嵌せしめた
ことにより、一方の管の取付穴とシーリングパイ
プの一端側の間でも密封が行われるとともに、上
記パイプの他端側と両管の肩１４と３４の間及び
上記パイプの他端と他方の管の穴との間はスキマ
があるので、熱膨張による軸方向への移動はもと
より曲管の接続及びエンジン等の振動の伝達など
に際しても支障ない。

更に本案装置は構造が簡単で製作費が安く、ま
た本実施例では締付ボルト等を一切使用せず、単
に差し込むだけの作業ですむので、接続作業がき
わめて簡単であるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本考案の実施例を示す断面
図、第３図は本考案をターボチヤージヤー付内燃
機関の排気系に使用した例を示す概略図、第４図
は従来装置の一例を示す部分的断面図である。 符号、１……一方の管、１１……外径面、１３
……取付孔、１４，３４……肩、２……シーリン
グパイプ、３……他方の管、３１……穴（内
径）、３２……穴、３３……受け穴、３５……奥
壁、４，５……Ｖ型エンジンのシリンダヘツド、
６……ターボチヤージヤ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 一方の管の先端とこれが嵌入する他方の管の
   受け穴の奥壁との間に、前記管より小さい熱膨
   張率をもつ耐熱金属板製シーリングパイプ中央
   部に形成した大きなふくらみをその両側部が当
   接するよう、又ふくらみの外径部が前記受け穴
   の内径面に当接するよう配設し、且つ前記シー
   リングパイプの一端側を前記一方の管の内径端
   部にシマリバメにて嵌合固定し、他端側を前記
   奥壁に続く小径の穴に遊嵌せしめてなる排気管
   の接続装置。 ２ 前記一方の先端部外径が軸心を含む断面にお
   いてふくらみをもつ実用新案登録請求の範囲第
   １項記載の排気管の接続装置。