WO2007094500A1 - 耐熱鋳鋼製排気マニホールド - Google Patents

耐熱鋳鋼製排気マニホールド Download PDF

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Hirofumi Kimura
Tomomi Souda
Masanao Suzuki
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Definitions

  • the present invention relates to a heat-resistant steel exhaust manifold that can be manufactured with low man-hours and good yield, is lightweight, and has excellent heat deformation resistance.
  • An exhaust manifold that collects exhaust gas from an engine and connects it to an exhaust pipe has a plurality of flange portions having holes that are connected to an exhaust port of a cylinder head at the top of the engine by bolts, and a port in each flange portion. And a gathering portion where a plurality of port portions meet.
  • the exhaust part is thicker than the port part in order to prevent the flange part from being thermally deformed by high-temperature exhaust gas (FIG. 2).
  • the average thickness of the flange is about 12 mm, and the average thickness of the port is about 5 mm.
  • an object of the present invention is to provide a heat-resistant steel-made exhaust malleer that can be manufactured with a small number of man-hours and with a high yield, and is lightweight and excellent in heat deformation resistance.
  • the heat resistant steel exhaust manifold of the present invention is an exhaust port of an engine cylinder head.
  • a plurality of flange portions having holes connected by bolts, a plurality of port portions connected to the plurality of flange portions, and an assembly portion where the plurality of port portions meet, and the thickness of the flange portion is The thickness of the port portion is 80 to 150%.
  • the thickness of the peripheral portion of the bolt hole is preferably 110 to 300% of the thickness of the flange portion.
  • the thickness of the ridge is preferably 70 to 140% of the thickness of the port.
  • the heat-resistant steel exhaust manifold according to the present invention having the above-described structure can be manufactured with a small number of man-hours and with a high yield, and is lightweight and excellent in heat-resistant deformation.
  • FIG. 1 (a) is a schematic plan view showing an exhaust manifold made of heat-resistant steel according to the present invention.
  • FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 (a).
  • FIG. 2 (a) is a schematic plan view showing a conventional exhaust manifold.
  • FIG. 2 (b) is a BB cross-sectional view of FIG. 2 (a).
  • FIG. 3 is a schematic view showing a hot water provided when forging a conventional exhaust manifold.
  • FIG. 4 (a) is a schematic plan view showing a preferred example of a heat-resistant steel exhaust manifold according to the present invention.
  • FIG. 4 (b) is a schematic front view showing another preferred example of the heat-resistant steel exhaust manifold according to the present invention.
  • FIG. 4 (c) is a schematic side view showing still another preferred example of an exhaust manifold made of heat-resistant steel according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a ridge portion.
  • the thicknesses of the flange portion, the port portion, and the peripheral portion of the bolt hole are each expressed as an average thickness.
  • the thickness of the periphery of the bolt hole formed on the flange is indicated by t in Fig. 1 (b).
  • the thickness of the protrusion is the thickness t in the cross section perpendicular to the longitudinal direction as shown in FIG.
  • the thickness of the flange portion 2 is 80 to 150% of the thickness of the port portion 3
  • sink marks are unlikely to occur in the flange portion 2 that becomes the final solidified portion. Therefore, there is no need to provide a hot water supply in each flange portion 2, and the exhaust manifold can be manufactured with a small number of man-hours and a high yield. If the thickness of the flange portion 2 is less than 80% of the thickness of the port portion 3, the molten metal will not be filled in the flange portion 2 and a hot water defect will occur.
  • the thickness of the flange portion 2 is preferably 85 to 130% of the thickness of the port portion 3.
  • the flange portion 2 and the peripheral edge portion 5 of the bolt hole 4 after forging and processing are thick by a predetermined machining allowance of 7 minutes, but the thickness t of the flange portion 2 in the present invention is t.
  • the thickness of the peripheral portion 5 of the bolt hole 4 is 110 to 300% of the thickness of the flange portion 2, the flange portion 2 is thermally deformed even when the exhaust manifold is exposed to high-temperature exhaust gas. Hateful. Therefore, the exhaust gas is also prevented from flowing out by the force between the exhaust port of the cylinder head and the flange portion 2 of the exhaust manifold. If the thickness of the peripheral portion 5 of the bolt hole 4 is less than 110% of the thickness of the flange portion 2, the flange portion 2 is likely to be thermally deformed by high-temperature exhaust gas. If it exceeds 300%, sink marks are likely to occur in the flange portion 2 during fabrication.
  • Fig. 4 (a) when the protruding portion 11 extends from the collecting portion 8 to each flange portion 2 along each port portion 3, the port portion 3 even when exposed to high-temperature exhaust gas. No heat deformation occurs and exhaust gas outflow can be prevented.
  • the thickness t of the ridge 11 is 70 to 140% of the thickness of the port 3
  • the thickness t of the protrusion 11 is preferably 80 to 120% of the thickness of the port 3. Ridge
  • Fig. 4 (a) and Fig. 4 (b) show only the ridges 11 extending from the collecting portion 8 to each flange portion 2 along each port 3 as shown in Fig. 4 (a).
  • the ridge 11 extending from the gathering portion 8 to the branching portion of the port 3 may be used.
  • Heat ⁇ made exhaust Ma of the present invention - hold, in order to have excellent heat distortion resistance, lightweight, for example, C in the mass 0/0: 0.2 ⁇ 1.0%, C- Nb / 8: 0.05 ⁇ 0.6%, Si: 2% or less, Mn: 2% or less, Ni: 8 ⁇ 20%, Cr: 15 ⁇ 30%, Nb: 0.5 ⁇ 6.0%, W: l ⁇ 6%, N: 0.01 ⁇ 0.3% , S : 0.01 to 0.5%, balance: It is preferably made of austenitic heat-resistant steel made of Fe and inevitable impurities.
  • Table 1 shows the thickness t of the port 3 and the thickness t of the peripheral edge 5 of the bolt hole 4. The same auste
  • FIG. 4 (a) An exhaust manifold shown in FIG. 4 (a) was forged using a knight-type heat-resistant steel (Examples 9 to 14). Table 1 shows the thickness t of the ridge 11 in addition to t to t.
  • the port part 3 and the flange part 2 have a force that does not cause thermal deformation even in the displacement.
  • ⁇ Force caused by slight thermal deformation in the flange 2 There was no leakage of exhaust gas.
  • X Thermal deformation occurred in the flange part 2 and exhaust gas leakage occurred.
  • Example 12 4.0 100 ⁇ ⁇
  • Example 13 5.0 100 ⁇ ⁇
  • Comparative Example 3 1 ⁇ ⁇ X From Table 1, the exhaust manifold according to the present invention, in which the thickness of the flange portion is 80 to 150% of the thickness of the port portion, is excellent without sinking even without a feeder. Manufactured and with little thermal deformation during use. Among them, Examples 1, 2, and 4 to 8 in which the thickness of the peripheral portion of the bolt hole was 110 to 300% of the thickness of the flange portion were small in thermal deformation. In the exhaust manifolds of Examples 9 to 14 having the protrusions extending along the port portion from the collecting portion, thermal deformation was further small.

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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

明 細 書
耐熱铸鋼製排気マ二ホールド
技術分野
[0001] 本発明は、少な 、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铸 鋼製排気マ-ホールドに関する。
背景技術
[0002] 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-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-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-ホールドを铸造する場合、フランジ部は最終凝固部とな るのでヒケを生じやすい。
[0003] 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°C以上における高温強度や耐酸ィヒ性を確保するため に、排気マ-ホールドは耐熱铸鋼により作製される。ところが、铸鋼は铸造時の凝固 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。し力しながら、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、铸造 後に押湯部を除去する必要があり、工数が多くなる。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0004] 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铸鋼製排気マ-ホールドを提供することである。
課題を解決するための手段
[0005] 本発明の耐熱铸鋼製排気マ-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。
[0006] 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
[0007] 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ぐ前記突 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。
発明の効果
[0008] 上記構造を有する本発明の耐熱铸鋼製排気マ-ホールドは、少な ヽ工数で歩留り 良く製造することができ、軽量で耐熱変形性に優れて 、る。
図面の簡単な説明
[0009] [図 1(a)]本発明の耐熱铸鋼製排気マ二ホールドを示す概略平面図である。
[図 1(b)]図 1(a)の A-A断面図である。
[図 2(a)]従来の排気マ-ホールドを示す概略平面図である。
[図 2(b)]図 2(a)の B-B断面図である。
[図 3]従来の排気マ-ホールドを铸造する際に設ける押湯を示す概略図である。
[図 4(a)]本発明の耐熱铸鋼製排気マ二ホールドの好ましい一例を示す概略平面図で ある。
[図 4(b)]本発明の耐熱铸鋼製排気マ二ホールドの好ましい別の例を示す概略正面図 である。
[図 4(c)]本発明の耐熱铸鋼製排気マ二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。
[図 5]突条部の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0010] 本発明にお 、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 tで示
3 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 tである [0011] 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-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 に充填されにくぐ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。铸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 t
1 及びボルト孔 4の周縁部 5の厚さ tは、図 1(b)に示すように加工後のフランジ部 2の面 2
3
1からの厚さである。
[0012] 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 二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-ホールドのフランジ部 2との間力も排気ガスが 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、铸造時にフランジ部 2にヒケが生じやすくなる。
[0013] 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 tはポート部 3の厚さの 70〜140%であるの
4
が好ましい。 t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
4
防止することができなぐまた 140%を超えると排気マ-ホールドの軽量ィ匕に悪影響が ある。突条部 11の厚さ tはポート部 3の厚さの 80〜120%であるのが好ましい。突条部
4
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だけでなぐ図 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。
[0014] 本発明の耐熱铸鋼製排気マ-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0 /0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: l〜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铸鋼からな るのが好ましい。
[0015] 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。
[0016] 実施例 1〜14、比較例 1〜3
[0017] 図 1に示す排気マ-ホールドを、質量0 /0で C : 0.45%、 Si: 1.2%、 Mn: 1.0%、 P: 0.01 5%、 S : 0.015%、 Ni : 10%、 Cr: 20%、 Nb : 1.5%、及び W: 3.0%の組成を有するォー ステナイト系耐熱铸鋼で铸造した (実施例 1〜8、比較例 1〜3)。フランジ部 2の厚さ t、
1 ポート部 3の厚さ t、及びボルト孔 4の周縁部 5の厚さ tを表 1に示す。また同じオーステ
2 3
ナイト系耐熱铸鋼を用いて、図 4(a)に示す排気マ-ホールドを铸造した (実施例 9〜 14)。 t〜tの他に突条部 11の厚 tを表 1に示す。
1 3 4
[0018] 各排気マ-ホールドの歩留り（工数）、及び排気マ-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。
[0019] (1)歩留（工数)の評価
〇：フランジ部 2に押湯を設けなくても、ヒケなしに良好に铸造できた。
X：フランジ部 2に押湯を設けないと良好に铸造できな力つた。押湯を設けたため、 铸造後に押湯部の切断工程が必要であった。
[0020] (2)排気マ-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、ェン 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 、ずれにも熱変形が生じな力つた。
〇：フランジ部 2に熱変形が生じず、排気ガスの漏れがな力つた。
△：フランジ部 2に熱変形が僅かに生じた力 排気ガスの漏れはなかった。 X：フランジ部 2に熱変形が生じ、排気ガスの漏れが生じた。
[0021] [表 1] 厚さ（mm) 厚さの比(％) 例 No.
フランジ部 tl ポート部 t2 周縁部 t3 tl/t2 t3/tl 実施例 1 2.5 3.0 5.0 83 200 実施例 2 3.0 3.0 6.0 100 200 実施例 3 3.0 3.0 3.0 100 100 実施例 4 3.5 4.0 5.3 88 151 実施例 5 4.0 4.0 8.0 100 200 実施例 6 5.0 4.0 12.5 125 250 実施例 7 5.0 5.0 7.5 100 150 実施例 8 6.0 5.0 12.0 120 200 実施例 9 2.5 3.0 5.0 83 200 実施例 10 3.0 3.0 6.0 100 200 実施例 11 3.0 3.0 3.0 100 100 実施例 12 4.0 4.0 8.0 100 200 実施例 13 5.0 5.0 7.5 100 150 実施例 14 6.0 5.0 12.0 120 200 比較例 1 10.0 4.0 10.0 250 100 比較例 2 2.0 4.0 2.0 50 100 比較例 3 3.0 5.0 6.0 60 120 (続き)
突条部の厚さ t4/t2
例 No. 歩留り （工数） 熱変形
t4 (mm) (%)
実施例 1 ― ― 〇 〇
実施例 2 ― ― 〇 〇
実施例 3 ― ― 〇 Δ
実施例 4 一 ― 〇 〇
実施例 5 ― ― 〇 〇
実施例 6 ― ― 〇 〇
実施例 7 ― ― 〇 〇
実施例 8 ― ― 〇 〇
実施例 9 2.0 80 〇 ◎
実施例 10 3.0 100 〇 ◎
実施例 11 3.6 120 〇 〇
実施例 12 4.0 100 〇 ◎
実施例 13 5.0 100 〇 ◎
実施例 14 6.0 120 〇 ◎
比較例 1 ― ― X 〇
比較例 2 ― ― 〇 X
比較例 3 一 ― 〇 X 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- 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 小さ力つた。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-ホールドは、さらに熱変形が小さ力つた。

Claims

請求の範囲
[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铸鋼製排気マ-ホールドにお 、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铸鋼製排気マ- ホーノレド。
[2] 請求項 1に記載の耐熱铸鋼製排気マ-ホールドにお!、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铸鋼製排気マ- ホーノレド。
[3] 請求項 1又は 2に記載の耐熱铸鋼製排気マ-ホールドにおいて、前記集合部力 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铸鋼製排気マ二ホー ルド。
[4] 請求項 3に記載の耐熱铸鋼製排気マ-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铸鋼製排気マ-ホールド
PCT/JP2007/052997 2006-02-17 2007-02-19 耐熱鋳鋼製排気マニホールド WO2007094500A1 (ja)

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