(57)【要約】【課題】溶接ビードと締結部材との接触を抑制して、排気マニホールドを適切に締結することのできる排気マニホールドの締結構造を提供する。【解決手段】排気マニホールドの締結構造において、フランジ２０に形成された開口部２１にブランチパイプ３１の溶接された排気マニホールドが、フランジ２０に形成されたボルト孔２３にスタッドボルト８２が挿通されて締結される。ブランチパイプ３１側から板状のスペーサ５１，５２を介してフランジ２０が締結されるとともに、スペーサ５１，５２のフランジ２０側の面には溶接ビード６１との接触を避けるための逃がし部５５が形成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジに形成された開口部にブランチパイプが溶接された排気マニホールドを、前記フランジに形成されたボルト孔にボルトを挿通して締結した排気マニホールドの締結構造であって、
前記フランジの前記ブランチパイプ側の面に配置された板状のスペーサを介して前記フランジが締結されるとともに、前記スペーサの前記フランジ側の面には前記溶接による溶接ビードとの接触を避けるための逃がし部が形成されていることを特徴とする排気マニホールドの締結構造。
【請求項２】
前記フランジと前記スペーサとは略等しい厚さに形成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気マニホールドの締結構造。
【請求項３】
前記スペーサは、前記フランジの形状に沿って延びるとともに複数の前記ボルト孔の間を連結するように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気マニホールドの締結構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランジに形成された開口部にブランチパイプが溶接された排気マニホールドを前記フランジに形成されたボルト孔にボルトを挿通して締結した排気マニホールドの締結構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気マニホールドにおいて、ガスケットに当接させるフランジを有するとともに、フランジに複数のブランチパイプが溶接により接続されたものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載のものでは、図４に示すように、内燃機関のシリンダヘッド１８０にスタッドボルト１８２が設けられ、フランジ１２０に形成されたボルト孔１２３にスタッドボルト１８２が挿通されている。そして、スタッドボルト１８２にナット１９０がねじ込まれることにより、フランジ１２０がガスケット１７０を介してシリンダヘッド１８０に締結される。
【特許文献１】特開平１０−１１０６１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、近年、排気マニホールドの軽量化や低熱容量化の要求から、排気マニホールドのフランジの形状や大きさが制限される傾向にある。このため、ブランチパイプ１３１とボルト孔１２３との間隔が小さくなり、溶接ビード１６１がフランジ１２０の面上に大きく広がった場合に、溶接ビード１６１とナット１９０とが接触するといった事態が生じ得る。このような溶接ビードと締結部材との接触が生じると、締結による荷重に偏りが生じたり、締結部材が緩み易くなったりすることが懸念される。
【０００４】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、溶接ビードと締結部材との接触を抑制して、排気マニホールドを適切に締結することのできる排気マニホールドの締結構造を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための手段および作用効果について以下に述べる。
【０００６】
請求項１に記載の発明は、フランジに形成された開口部にブランチパイプが溶接された排気マニホールドを前記フランジに形成されたボルト孔にボルトを挿通して締結した排気マニホールドの締結構造であって、前記フランジの前記ブランチパイプ側の面に配置された板状のスペーサを介して前記フランジが締結されるとともに、前記スペーサの前記フランジ側の面には前記溶接による溶接ビードとの接触を避けるための逃がし部が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
請求項１に記載の発明によれば、前記フランジの前記ブランチパイプ側の面に配置された板状のスペーサを介して前記フランジが締結されるため、締結に際してボルトの頭やナット等の締結部材はスペーサに当接することとなり、締結部材が溶接ビードに接触することはない。そして、前記スペーサの前記フランジ側の面には前記溶接による溶接ビードとの接触を避けるための逃がし部が形成されているため、溶接ビードがフランジの面上に大きく広がった場合でも、逃がし部によって溶接ビードとスペーサとの接触を抑制することができる。その結果、溶接ビードと締結部材との接触を抑制して、排気マニホールドを適切に締結することができる。さらに、このスペーサを設けることによって、フランジとスペーサとの間で滑りを許容することができるため、フランジの熱伸縮による力が締結部材に伝わることを抑制することができる。したがって、締結部材の緩みを抑制する効果を上記スペーサにより併せて奏することができる。
【０００８】
フランジに必要な剛性と軽量化の要求とから、フランジの厚みが規定されることがある。ここで、請求項１に記載の発明のようにスペーサを設ける場合には、フランジとスペーサとの合計の厚みが規定されることとなる。また、フランジにブランチパイプが溶接される排気マニホールドでは、一般にフランジとスペーサとはプレス加工により形成される。そして、プレス加工による寸法精度や、プレス加工に必要な荷重の面では、これらのフランジやスペーサの厚みが小さいほど有利となる。
【０００９】
この点、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記フランジと前記スペーサとは略等しい厚さに形成されているため、フランジとスペーサとの合計の厚みが規定される場合に、これらの寸法精度の低下を最小にするとともに、プレス加工に必要な荷重の増大を最小にすることができる。すなわち、フランジ及びスペーサの一方の寸法精度が低下することや、一方のプレス加工に必要な荷重が増大することを抑制することができる。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記スペーサは、前記フランジの形状に沿って延びるとともに複数の前記ボルト孔の間を連結するように形成されているため、複数のボルト孔の間においてスペーサによってフランジを支持することができる。その結果、フランジを補強する機能をスペーサに持たせることができるため、フランジの厚みを小さくすることが可能となる。ここで、厚みの大きいフランジを熱が伝達する場合と比較して、フランジとスペーサとの間は熱伝達率が低いため、フランジの厚みが小さいことは排気マニホールドの熱容量を小さくする上で有利である。さらに、スペーサは、複数のボルト孔の間を連結するため、複数のボルト孔の箇所で締結されることとなる。このため、スペーサの回転を防止することができ、締結部材の緩みを更に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、溶接ビードと締結部材との接触を抑制して、排気マニホールドを適切に締結することができる。さらに、締結部材の緩みを抑制する効果を併せて奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る排気マニホールドの締結構造を４気筒の内燃機関に具体化した一実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１に示すように、排気マニホールド１０は、フランジ２０と４つのブランチパイプ３１〜３４と集合部４０とを備えている。
【００１４】
フランジ２０は、図１及び図２に示すように長板状をなしており、各気筒の排気ポートに対応する４つの開口部２１が形成されている。各開口部２１は、それぞれ円形状の孔をなしており、フランジ２０の短手方向の略中央において長手方向に沿って等間隔で形成されている。各開口部２１は、その内径が各ブランチパイプ３１〜３４の外径と略等しくなるように形成されている。また、開口部２１の周囲には、それら４つの開口部２１をまとめて囲むように、突部２２が連続的に形成されている。この突部２２は、ブランチパイプ３１〜３４がフランジ２０と比べて薄い板材からなることに鑑みて、溶接時にブランチパイプ３１〜３４がフランジ２０と比べて溶融し過ぎることを抑制するために形成されている。
【００１５】
各開口部２１には、各ブランチパイプ３１〜３４が挿入され、突部２２を覆うように各開口部２１と各ブランチパイプ３１〜３４とが溶接されている。そして、この溶接によって各開口部２１の周囲、すなわち各開口部２１と各ブランチパイプ３１〜３４との境界に後述する溶接ビード６１（図３参照）が形成されている。
【００１６】
フランジ２０には、内燃機関のシリンダヘッドに設けられたスタッドボルトが挿通されるボルト孔２３が短手方向の両側に４つずつ形成されている。各側の４つのボルト孔２３は、長手方向に沿って略等しい間隔で形成されている。ボルト孔２３は、フランジ２０の長手方向において、内燃機関の１つの気筒に対して１つ（フランジ２０の短手方向の両側に1つずつ）の割合で形成されている。各ボルト孔２３は、円形状の孔をなしており、その内径がスタッドボルトの外径よりも若干大きくなるように形成されている。このため、フランジ２０が排気により熱伸縮した際に、ボルト孔２３の内周とスタッドボルトの外周との接触が抑制される。また、フランジ２０には、各開口部２１を挟んでフランジ２０の短手方向に延出する延出部が形成されており、その延出部に各ボルト孔２３が形成されている。
【００１７】
このような構成のフランジ２０は、ステンレスの板材にプレス加工を施して形成される。具体的には、フランジ２０には、先ず突部２２がプレス成形により形成され、次いで各ボルト孔２３及び各開口部２１がプレスによる打ち抜きで形成される。そして、プレスによる打ち抜きで外形が形成されてフランジ２０が完成する。
【００１８】
ブランチパイプ３１〜３４及び集合部４０は、フランジ２０の短手方向で２分割された２つの部材を溶接することにより形成されている。これらの２つの部材は、ステンレスの板材にプレス加工を施して形成される。具体的には、各ブランチパイプ３１〜３４の外径が各開口部２１の内径と略等しくなるとともに、それらブランチパイプ３１〜３４が集合して集合部４０を形成するようにこれらの部材がプレス加工される。
【００１９】
こうした排気マニホールド１０は、フランジ２０のブランチパイプ３１〜３４側の面に配置された板状のスペーサ５１，５２を介してフランジ２０が締結されることにより、内燃機関のシリンダヘッドに締結される。
【００２０】
スペーサ５１，５２は、フランジ２０の形状に対応して長板状をなしており、フランジ２０と略等しい厚さに形成されている。ここで、フランジに必要な剛性と軽量化の要求とから、フランジの厚みが規定されることがある。本実施形態では、フランジ２０とスペーサ５１との合計の厚み、及びフランジ２０とスペーサ５２との合計の厚みが規定されている。スペーサ５１，５２は、フランジ２０と同様にステンレスの板材にプレス加工を施して形成される。そして、プレス加工による寸法精度や、プレス加工に必要な荷重の面では、これらのフランジ２０やスペーサ５１，５２の厚みが小さいほど有利となる。
【００２１】
スペーサ５１，５２には、フランジ２０のボルト孔２３に対応するボルト孔５３がそれぞれ４つ形成されている。したがって、スペーサ５１，５２は、フランジ２０の短手方向に分離した形状となっており、フランジ２０の長手方向の両端部にはスペーサが存在していない。ボルト孔５３は、内燃機関の１つの気筒に対して１つの割合で形成されており、スペーサ５１，５２の長手方向に沿って略等しい間隔で形成されている。スペーサ５１，５２の各ボルト孔５３は、それぞれ円形状の孔をなしており、その内径がフランジ２０の各ボルト孔２３の内径よりも若干大きくなるように形成されている。
【００２２】
また、スペーサ５１，５２は、フランジ２０の形状に沿って延びるとともに、それぞれ４つのボルト孔２３（ボルト孔５３）の間を連結するように形成されている。換言すれば、スペーサ５１，５２は内燃機関の複数気筒に跨るように形成されている。さらに、スペーサ５１，５２は、フランジ２０の長手方向の略全長にわたって形成されている。したがって、図１に示すように、排気マニホールド１０及びスペーサ５１，５２を組み付けた状態では、スペーサ５１，５２はフランジ２０に重なった状態となり、スペーサ５１，５２の外縁とフランジ２０の外縁とが一致する。また、スペーサ５１，５２の各ボルト孔５３の位置は、フランジ２０の各ボルト孔２３の位置と一致している。このため、複数のボルト孔２３（ボルト孔５３）の間においてスペーサ５１，５２によってフランジ２０が支持される。特に、スペーサ５１，５２は、フランジ２０の長手方向の略全長にわたって形成されている、換言すれば内燃機関において直列に配置された全気筒に跨るように形成されているため、スペーサ５１，５２によってフランジ２０が長手方向の略全長にわたって支持される。２つのスペーサ５１，５２は、フランジ２０の短手方向に分離した形状となっているため、フランジ２０の短手方向からブランチパイプ３１〜３４を挟むように組み付けられている。
【００２３】
次に、こうした排気マニホールド１０を内燃機関のシリンダヘッドに締結する構造について説明する。
【００２４】
図３に示すように、内燃機関のシリンダヘッド８０にスタッドボルト８２が設けられている。そして、ガスケット７０に形成されたボルト孔、フランジ２０に形成されたボルト孔２３及びスペーサ５１，５２に形成されたボルト孔５３にスタッドボルト８２が挿通されている。なお、各ボルト孔２３は、その内径がスタッドボルト８２の外径よりも若干大きくなるように形成されているため、フランジ２０が排気により熱伸縮した際に、ボルト孔２３の内周とスタッドボルト８２の外周との接触が抑制される。また、スペーサ５１，５２の各ボルト孔５３は、その内径がフランジ２０の各ボルト孔２３の内径よりも若干大きくなるように形成されているため、スペーサ５１，５２をフランジ２０に位置合わせする際に、フランジ２０の各ボルト孔２３がスペーサ５１，５２によって遮られることが抑制される。
【００２５】
シリンダヘッド８０側から順に、ガスケット７０、フランジ２０、スペーサ５１又はスペーサ５２が組み付けられており、スタッドボルト８２に締結部材としてのナット９０がねじ込まれることにより、フランジ２０、ひいては排気マニホールド１０がシリンダヘッド８０に締結されている。なお、開口部２１の周囲に形成された突部２２は、開口部２１とブランチパイプ３１〜３４との溶接時に溶融して形状が崩れるとともにビード６１によって覆われている。
【００２６】
ここで、排気マニホールド１０の軽量化や低熱容量化の要求から、ブランチパイプ３１〜３４とボルト孔２３との間隔が比較的小さく設定されている。このため、溶接ビード６１がフランジ２０の面上に大きく広がった場合に、溶接ビード６１とナット９０とが接触することを抑制するために、フランジ２０とナット９０との間にスペーサ５１，５２が設けられるとともに、スペーサ５１，５２のフランジ２０側の面に溶接ビード６１との接触を避けるための逃がし部５５が形成されている。なお、スペーサ５１，５２をプレス加工により形成する際に逃がし部５５も併せて形成される。
【００２７】
この逃がし部５５は、スペーサ５１，５２においてボルト孔５３の周囲に形成されている。さらに、逃がし部５５は、ボルト孔５３の周囲のうち各ブランチパイプ３１〜３４に近接する部分に形成されている。逃がし部５５は、スペーサ５１，５２のフランジ２０側の面を窪ませることにより形成されており、スペーサ５１，５２の厚みの略半分の深さで断面「Ｌ」字形に形成されている。この逃がし部５５の深さは、想定される溶接ビード６１の厚みと、溶接ビード６１とスペーサ５１，５２との間隔、換言すれば溶接ビード６１とナット９０との間隔とを考慮して決定される。また、逃がし部５５の側面とブランチパイプ３１との間隔がナット９０の側面とブランチパイプ３１との間隔よりも大きくなるように逃がし部５５が形成されている。換言すれば、フランジ２０とナット９０との間に逃がし部５５の一部が介在するように逃がし部５５が形成されている。このため、スペーサ５１，５２がなければナット９０がビード６１に接触する場合であっても、スペーサ５１，５２の逃がし部５５によってスペーサ５１，５２がビード６１に接触することが抑制される。
【００２８】
以上詳述した本実施の形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【００２９】
本実施の形態では、フランジ２０のブランチパイプ３１〜３４側の面に配置された板状のスペーサ５１，５２を介してフランジ２０が締結されるため、締結に際して締結部材としてのナット９０はスペーサ５１，５２に当接することとなり、ナット９０が溶接ビード６１に接触することはない。そして、スペーサ５１，５２のフランジ２０側の面には溶接ビード６１との接触を避けるための逃がし部５５が形成されているため、溶接ビード６１がフランジ２０の面上に大きく広がった場合でも、逃がし部５５によって溶接ビード６１とスペーサ５１，５２との接触を抑制することができる。その結果、溶接ビード６１とナット９０との接触を抑制して、排気マニホールド１０を適切に締結することができる。さらに、このスペーサ５１，５２を設けることによって、フランジ２０とスペーサ５１，５２との間で滑りを許容することができるため、フランジ２０の熱伸縮による力がナット９０に伝わることを抑制することができる。したがって、ナット９０の緩みを抑制する効果をスペーサ５１，５２により併せて奏することができる。
【００３０】
本実施の形態では、フランジ２０とスペーサ５１との合計の厚み、及びフランジ２０とスペーサ５２との合計の厚みが規定されている。スペーサ５１，５２は、フランジ２０と同様にステンレスの板材にプレス加工を施して形成される。そして、プレス加工による寸法精度や、プレス加工に必要な荷重の面では、これらのフランジ２０やスペーサ５１，５２の厚みが小さいほど有利となる。この点、フランジ２０とスペーサ５１，５２とは略等しい厚さに形成されているため、フランジ２０とスペーサ５１，５２との合計の厚みが規定される場合に、これらの寸法精度の低下を最小にするとともに、プレス加工に必要な荷重の増大を最小にすることができる。すなわち、フランジ２０及びスペーサ５１，５２の一方の寸法精度が低下することや、一方のプレス加工に必要な荷重が増大することを抑制することができる。
【００３１】
本実施の形態では、スペーサ５１，５２は、フランジ２０の形状に沿って長手方向に延びるとともに４つのボルト孔２３（ボルト孔５３）の間を連結するように形成されているため、４つのボルト孔２３（ボルト孔５３）の間においてスペーサ５１，５２によってフランジ２０を支持することができる。特に、スペーサ５１，５２は、フランジ２０の長手方向の略全長にわたって形成されている、換言すれば内燃機関において直列に配置された全気筒に跨るように形成されているため、スペーサ５１，５２によってフランジ２０を長手方向の略全長にわたって支持することができる。その結果、フランジ２０を補強する機能をスペーサ５１，５２に持たせることができるため、フランジ２０の厚みを小さくすることが可能となる。ここで、厚みの大きいフランジを熱が伝達する場合と比較して、フランジ２０とスペーサ５１，５２との間は熱伝達率が低いため、フランジ２０の厚みが小さいことは排気マニホールド１０の熱容量を小さくする上で有利である。さらに、スペーサ５１，５２は、４つのボルト孔２３（ボルト孔５３）の間を連結するため、４つのボルト孔２３の箇所で締結されることとなる。このため、スペーサ５１，５２の回転を防止することができ、ナット９０の緩みを更に抑制することができる。
【００３２】
本実施の形態では、２つのスペーサ５１，５２は、フランジ２０の短手方向に分離した形状となっており、フランジ２０の短手方向からブランチパイプ３１〜３４を挟むように組み付けられているため、フランジ２０にブランチパイプ３１〜３４を溶接した後にスペーサ５１，５２を組み付けることができる。換言すれば、スペーサが環状に形成されている場合には、溶接前にスペーサを組み付けておくことが必要になる。この点、本実施形態によれば、そうした不都合を回避しつつ、より大きなスペーサを採用することができる。
【００３３】
本実施の形態では、逃がし部５５は、ボルト孔５３の周囲のうち各ブランチパイプ３１〜３４に近接する部分に形成されているため、スペーサ５１，５２において必要最小限の部分に逃がし部５５を形成することができる。その結果、スペーサ５１，５２がフランジ２０を補強する機能を高くすることができる。
【００３４】
本実施の形態では、スペーサ５１，５２の各ボルト孔５３は、その内径がフランジ２０の各ボルト孔２３の内径よりも若干大きくなるように形成されているため、スペーサ５１，５２をフランジ２０に位置合わせする際に、フランジ２０の各ボルト孔２３がスペーサ５１，５２によって遮られることを抑制することができる。
【００３５】
本実施の形態では、開口部２１の周囲には、それら4つの開口部２１をまとめて囲むように、突部２２が連続的に形成されているため、溶接時にブランチパイプ３１〜３４がフランジ２０と比べて溶融し過ぎることを抑制することができる。さらに、突部２２が連続的に形成されていることから、フランジ２０を補強するリブとしての機能をもたせることができる。
【００３６】
なお、本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
【００３７】
上記実施の形態では、シリンダヘッド８０にスタッドボルト８２を設けるとともに、スタッドボルト８２に締結部材としてのナット９０をねじ込むことにより、排気マニホールド１０をシリンダヘッド８０に締結するようにしたが、シリンダヘッド８０に雌ねじ部を形成するとともに、雄ねじ部の形成された頭付ボルトを雌ねじ部にねじ込むことにより、排気マニホールド１０をシリンダヘッド８０に締結してもよい。この場合は、締結部材としてのボルトの頭と溶接ビードとの接触を抑制することができる。
【００３８】
上記実施の形態では、ブランチパイプ３１〜３４、集合部４０、フランジ２０、及びスペーサ５１，５２をステンレスの板材から形成したが、耐熱性等を考慮した上でこれらを鋼やその他の材質で形成してもよい。また、加工方法についても、プレス加工に限らず鋳造等その他の加工方法を採用してもよい。
【００３９】
上記実施の形態では、本発明を単層構造の排気マニホールドに適用したが、外管（外殻）と内管（内殻）とからなる２層構造の排気マニホールドに本発明を適用してもよい。
【００４０】
上記実施の形態では、逃がし部５５は、断面「Ｌ」字形に形成されていたが、断面が曲線となるように形成してもよい。ここで、逃がし部５５の断面形状を溶接ビード６１の断面形状に合わせた曲線にすれば、逃がし部の容積を最小限にすることができるため、スペーサの強度を向上させることができる。
【００４１】
上記実施の形態では、逃がし部５５は、ボルト孔５３の周囲のうち各ブランチパイプ３１〜３４に近接する部分に形成されていたが、ブランチパイプ３１〜３４の周囲まで逃がし部を形成してもよい。
【００４２】
上記実施の形態では、スペーサ５１，５２は、フランジ２０の形状に沿って長手方向に延びるとともに４つのボルト孔２３（ボルト孔５３）の間を連結するように形成されていたが、例えばスペーサ５１，５２の長手方向のいずれか一端を相互に連結してスペーサが一体となるように形成する、あるいはスペーサ５１，５２を長手方向で２つに分割して２つのボルト孔２３（ボルト孔５３）の間を連結するようにしてもよい。また、フランジ２０を長手方向で２つに分割するようにしてもよい。さらに、４気筒以外の内燃機関に本発明を適用することもできる。
【００４３】
上記実施の形態では、フランジ２０とスペーサ５１，５２とを略等しい厚さに形成したが、フランジ２０をスペーサ５１，５２以下の厚さに形成してもよい。ここで、フランジ２０とスペーサ５１，５２との合計の厚みが規定される場合は、スペーサ５１，５２の寸法精度の低下や、スペーサ５１，５２のプレス加工に必要な荷重の増大が生じることとなるが、フランジ２０の厚みを小さくすれば、排気マニホールド１０の熱容量を小さくする上で有利となる。なお、フランジ２０をスペーサ５１，５２以上の厚さに形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態に係る排気マニホールドの構造を示す斜視図。
【図２】フランジ及びスペーサの構造を示す分解斜視図。
【図３】排気マニホールドの締結構造を示す断面図。
【図４】従来の排気マニホールドの締結構造を示す断面図。
【符号の説明】
【００４５】
１０…排気マニホールド、２０…フランジ、２１…開口部、２３…ボルト孔、３１〜３４…ブランチパイプ、５１，５２…スペーサ、５５…逃がし部、６１…溶接ビード、８２…ボルトとしてのスタッドボルト。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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