JPWO2007094500A1 - 耐熱鋳鋼製排気マニホールド - Google Patents

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Abstract

エンジンのシリンダヘッドの排気ポートにボルトで接続する孔を有する複数のフランジ部と、前記複数のフランジ部に接続する複数のポート部と、前記複数のポート部が合流する集合部とを備え、前記フランジ部の厚さが前記ポート部の厚さの80〜150％である耐熱鋳鋼製排気マニホールド。

Description

本発明は、少ない工数で歩留り良く製造でき、軽量で耐熱変形性に優れた耐熱鋳鋼製排気マニホールドに関する。
エンジンからの排気ガスを集めて排気管に接続する排気マニホールドは、エンジン上部のシリンダヘッドの排気ポートにボルトで接続する孔を有する複数のフランジ部と、各のフランジ部にポート部と、複数のポート部が合流する集合部とを備えている。一般に排気マニホールドは、特開平10-26018号に記載されているように、高温の排気ガスによりフランジ部が熱変形するのを防ぐため、フランジ部はポート部より厚い（図2）。例えば、フランジ部の平均肉厚は12 mm程度、ポート部の平均肉厚は5 mm程度である。このような排気マニホールドを鋳造する場合、フランジ部は最終凝固部となるのでヒケを生じやすい。
近年の自動車エンジンの高性能化、燃費の向上等の要求に伴って排気ガスの温度は上昇する傾向にあり、900℃以上における高温強度や耐酸化性を確保するために、排気マニホールドは耐熱鋳鋼により作製される。ところが、鋳鋼は鋳造時の凝固収縮が大きいため、ヒケを生じやすい。このため各フランジ部に図3に示すような押湯6を設けて凝固時に溶湯補給を行っている。しかしながら、押湯は製品とはならないため、投入する溶湯に対する製品の割合が低下するという問題がある。さらに、鋳造後に押湯部を除去する必要があり、工数が多くなる。
従って、本発明の目的は、少ない工数で歩留り良く製造することができ、軽量で耐熱変形性に優れた耐熱鋳鋼製排気マニホールドを提供することである。
本発明の耐熱鋳鋼製排気マニホールドは、エンジンのシリンダヘッドの排気ポートにボルトで接続する孔を有する複数のフランジ部と、前記複数のフランジ部に接続する複数のポート部と、前記複数のポート部が合流する集合部とを備え、前記フランジ部の厚さが前記ポート部の厚さの80〜150％であることを特徴とする。
ボルト孔の周縁部の厚さは前記フランジ部の厚さの110〜300％であるのが好ましい。
前記集合部から前記ポート部に沿って延びる突条部を有するのが好ましく、前記突条部の厚さは前記ポート部の厚さの70〜140％であるのが好ましい。
上記構造を有する本発明の耐熱鋳鋼製排気マニホールドは、少ない工数で歩留り良く製造することができ、軽量で耐熱変形性に優れている。
本発明の耐熱鋳鋼製排気マニホールドを示す概略平面図である。 図1(a) のA-A断面図である。 従来の排気マニホールドを示す概略平面図である。 図2(a) のB-B断面図である。 従来の排気マニホールドを鋳造する際に設ける押湯を示す概略図である。 本発明の耐熱鋳鋼製排気マニホールドの好ましい一例を示す概略平面図である。 本発明の耐熱鋳鋼製排気マニホールドの好ましい別の例を示す概略正面図である。 本発明の耐熱鋳鋼製排気マニホールドの好ましいさらに別の例を示す概略側面図である。 突条部の断面図である。
本発明において、フランジ部、ポート部及びボルト孔の周縁部の厚さはそれぞれ平均厚さで表す。フランジ部上に形成されたボルト孔の周縁部の厚さは図1(b) にt3で示す。突条部の厚さは、図5に示すように長手方向に垂直な断面における厚さt4である。
図１に示すように、フランジ部2の厚さがポート部3の厚さの80〜150％であるため、最終凝固部となるフランジ部2にヒケが生じにくい。そのため、各フランジ部2に押湯を設ける必要がなくなり、排気マニホールドを少ない工数で歩留り良く製造することができる。フランジ部2の厚さがポート部3の厚さの80％未満であると、溶湯がフランジ部2に充填されにくく、湯廻り不良が生じる。フランジ部2の厚さがポート部3の厚さの150％を超えると、フランジ部2にヒケが生じやすくなる。フランジ部2の厚さはポート部3の厚さの85〜130％であるのが好ましい。鋳造後で加工前のフランジ部2及びボルト孔4の周縁部5は、所定の加工しろ7分だけ厚いが、本発明におけるフランジ部2の厚さt1及びボルト孔4の周縁部5の厚さt3は、図1(b) に示すように加工後のフランジ部2の面21からの厚さである。
ボルト孔4の周縁部5の厚さがフランジ部2の厚さの110〜300％であるので、排気マニホールドが高温の排気ガスに曝されてもフランジ部2が熱変形しにくい。そのため、シリンダヘッドの排気ポートと排気マニホールドのフランジ部2との間から排気ガスが流出するのが防止される。ボルト孔4の周縁部5の厚さがフランジ部2の厚さの110％未満であると、高温の排気ガスによりフランジ部2が熱変形しやすい。また300％を超えると、鋳造時にフランジ部2にヒケが生じやすくなる。
図4(a) に示すように集合部8から各ポート部3に沿って各フランジ部2まで延びる突条部11を有すると、高温の排気ガスに曝されても、ポート部3の熱変形が生せず、排気ガスの流出が防げる。突条部11の厚さt4はポート部3の厚さの70〜140％であるのが好ましい。t4がポート部3の厚さの70％未満であると、ポート部3の熱変形を十分に防止することができなく、また140％を超えると排気マニホールドの軽量化に悪影響がある。突条部11の厚さt4はポート部3の厚さの80〜120％であるのが好ましい。突条部11としては、図4(a) に示すように集合部8から各ポート3に沿って各フランジ部2まで延びる突条部11だけでなく、図4(b) 及び図4(c) に示すように集合部8からポート3の分岐部まで延びる突条部11でも良い。
本発明の耐熱鋳鋼製排気マニホールドは、軽量で優れた耐熱変形性を有するために、例えば、質量％でC：0.2〜1.0％，C-Nb/8：0.05〜0.6％，Si：2％以下，Mn：２％以下，Ni：8〜20％，Cr：15〜30％，Nb：0.5〜6.0％，W：1〜6％，N：0.01〜0.3％，S：0.01〜0.5％，残部：Fe及び不可避不純物からなるオーステナイト系耐熱鋳鋼からなるのが好ましい。
本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1〜14、比較例1〜3
図1に示す排気マニホールドを、質量％でC：0.45％、Si：1.2％、Mn：1.0％、P：0.015％、S：0.015％、Ni：10％、Cr：20％、Nb：1.5％、及びW：3.0％の組成を有するオーステナイト系耐熱鋳鋼で鋳造した（実施例1〜8、比較例1〜3）。フランジ部2の厚さt1、ポート部3の厚さt2、及びボルト孔4の周縁部5の厚さt3を表1に示す。また同じオーステナイト系耐熱鋳鋼を用いて、図4(a) に示す排気マニホールドを鋳造した（実施例9〜14）。t1〜t3の他に突条部11の厚t4を表1に示す。
各排気マニホールドの歩留り（工数）、及び排気マニホールドの使用により生じたフランジ部の熱変形を以下のように評価した。結果を表1に示す。
(1) 歩留（工数）の評価
○：フランジ部2に押湯を設けなくても、ヒケなしに良好に鋳造できた。
×：フランジ部2に押湯を設けないと良好に鋳造できなかった。押湯を設けたため、鋳造後に押湯部の切断工程が必要であった。
(2) 排気マニホールドを通常のエンジンのシリンダヘッドの排気ポートに接続し、エンジンを稼働したときに生じたフランジ部の熱変形の評価
◎：ポート部3及びフランジ部2のいずれにも熱変形が生じなかった。
○：フランジ部2に熱変形が生じず、排気ガスの漏れがなかった。
△：フランジ部2に熱変形が僅かに生じたが、排気ガスの漏れはなかった。
×：フランジ部2に熱変形が生じ、排気ガスの漏れが生じた。
Figure 2007094500
表1（続き）
Figure 2007094500
表1より、フランジ部の厚さがポート部の厚さの80〜150％である本発明の排気マニホールドは、押湯を設けなくてもヒケなしに良好に製造でき、かつ使用時の熱変形が小さかった。なかでも、ボルト孔の周縁部の厚さがフランジ部の厚さの110〜300％である実施例1、2、4〜8は、熱変形が小さかった。集合部からポート部に沿って延びた突条部を有する実施例9〜14の排気マニホールドは、さらに熱変形が小さかった。

Claims (4)

  1. エンジンのシリンダヘッドの排気ポートにボルトで接続する孔を有する複数のフランジ部と、前記複数のフランジ部に接続する複数のポート部と、前記複数のポート部が合流する集合部とを備える耐熱鋳鋼製排気マニホールドにおいて、前記フランジ部の厚さが前記ポート部の厚さの80〜150％であることを特徴とする耐熱鋳鋼製排気マニホールド。
  2. 請求項１に記載の耐熱鋳鋼製排気マニホールドにおいて、前記孔の周縁部の厚さが前記フランジ部の厚さの110〜300％であることを特徴とする耐熱鋳鋼製排気マニホールド。
  3. 請求項１又は２に記載の耐熱鋳鋼製排気マニホールドにおいて、前記集合部から各ポート部に沿って延びる突条部を有することを特徴とする耐熱鋳鋼製排気マニホールド。
  4. 請求項３に記載の耐熱鋳鋼製排気マニホールドにおいて、前記突条部の厚さが前記ポート部の厚さの70〜140％であることを特徴とする耐熱鋳鋼製排気マニホールド。
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