(57)【要約】特に、高い熱負荷に曝される排気マニホールドに対してでも、信頼性の高いパイプ接続を確実とする有効な装置を提供する。  この装置は、媒体流から熱負荷を受け、該媒体流の排出口（３）にパイプ（５）を接続し、特に内燃機関の排気口（３）に排気マニホールド（５）を接続して密封されたネジ式接続を形成する装置であり、パイプ（５）の固定用のフランジ（７）内に設けられたネジ付きボルト（１５）用の穴（１３）と、このフランジ（７）と排出口（３）との間に配置されたシール配置と、を具え、前記排気口（３）と向き合う側で、少なくとも１つの、媒体流用の通路（２３）を残しつつ前記フランジ（７）を取り囲むとともに、前記ネジ付きボルト（１５）が貫通する、前記フランジ（７）の残りの端部領域の少なくとも一部を取り囲む囲い部（１９）を有し、前記囲い部（１９）に、ネジ付きボルト（１５）に関連し該ネジ付きボルト（１５）に適合する直径を持つ穴（３１）を有し、前記フランジ（７）に形成された穴を、ネジ付きボルト（１５）が横断する一変位方向（１７）への前記パイプの移動を許容する長穴（１３）として構成され、前記囲い部（１９）の、前記排出口（３）に対向する部分（２１）の両側にシール配置としてシール素子（３７、３９）が設けられている。
2009543988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
媒体流から熱負荷を受け、該媒体流の排出口（３）にパイプ（５）を接続し、特に内燃機関の排気口（３）に排気マニホールド（５）を接続して密封されたネジ式接続を形成する装置であり、パイプ（５）の固定用のフランジ（７）内に設けられたネジ付きボルト（１５）用の穴（１３）と、このフランジ（７）と排出口（３）との間に配置されたシール配置と、を具える装置において、
前記排気口（３）と向き合う側で、少なくとも１つの、媒体流用の通路（２３）を残しつつ前記フランジ（７）を取り囲むとともに、前記ネジ付きボルト（１５）が貫通する、前記フランジ（７）の残りの端部領域の少なくとも一部を取り囲む囲い部（１９）を設け、
前記囲い部（１９）に、ネジ付きボルト（１５）に関連し該ネジ付きボルト（１５）に適合する直径を持つ穴（３１）を設け、
前記フランジ（７）に形成された穴を、ネジ付きボルト（１５）を横断する一変位方向（１７）への前記パイプの移動を許容する長穴（１３）として構成し、
前記囲い部（１９）の、前記排出口（３）に対向する部分（２１）の両側にシール配置としてシール素子（３７、３９）を設けた、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記フランジ（７）の、前記長穴（１３）によって方向決めされた前記変位方向（１７）に沿って延びる２つの長手端部（９）に一連の長穴（１３）を設け、
前記囲い部（１９）の、前記排出口（３）に向き合う側に、前記フランジ（７）の一方の長手端部（９）から他方の長手端部（９）まで連続する底部（２１）を形成し、
前記底部（２１）に、前記媒体流用の通路（２３）と、前記ネジ付きボルト（１５）の直径に適合する穴（３１）を設けた、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記底部（２１）から傾斜し前記フランジ（７）の長手端部（９）に沿って延びる側壁（２５）を前記囲い部（１９）と一体に設け、
前記フランジ（７）の、前記排出口（３）からみて反対側となる上面（４１）側で、前記長手端部の領域内に延びるカバー部（２７、２９）を設けた、ことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記カバー部（２７）に、前記囲い部（１９）の全長を超えて延びる前記ネジ付きボルト（１５）用の一連の穴（３１）を設けた、ことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
一連の穴（３１）間の領域において、前記カバー部（２７）に、前記フランジ（７）の前記上面（４１）と前記カバー部（２７）との間に中間空間（３５）を形成するスペーサ表面及び凸部（３３）の少なくとも一方を設けた、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記カバー部を、中間空間によって離隔された分離したカバーセクション（２９）に分割し、該カバーセクション（２９）に前記ネジ付きボルト（１５）用の穴（３１）を設けた、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記囲い部の前記底部（２１）と、前記フランジ（７）の、該底部に対向する表面との間に設けられるシール素子（３９）を摩擦が低減されるよう構成する、及び／又は、前記囲い部の前記底部（２１）と、前記フランジ（７）の、該底部に対向する表面との間に設けられるシール素子（３９）に摩擦低減手段を設ける、請求項２〜６の何れか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記フランジ（７）の上面（４１）と前記囲い部（１９）の前記カバー部（２７、２９）との間に、摩擦を低減する構造体及び／又は摩擦低減手段を設けた、請求項３〜７の何れか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記フランジ（７）は、長手方向に割り当てられた複数の排気口（３）用の共通接続部を形成するための排気マニホールド（５）の一部であって、長穴（１３）を含む細長い長手端部（９）と該長手端部（９）を端面で連結する短手端部とを有し、
前記囲い部（１９）を、前記フランジ（７）の全長穴（１３）に亘って延在させた、ことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記長穴（１３）によって方向決めされる前記変位方向（１７）を、前記フランジ（７）の前記長手端部（９）に沿う方向とした、ことを特徴とする請求項２〜９の何れか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、密封されたネジ式接続を形成する装置であって、該装置に熱負荷を与える媒体流の排出口にパイプを接続するためのものであり、特に、排気マニホールドを内燃機関の排気口に接続するためのものであり、パイプの固定フランジ内に設けられたネジ付きボルト用の穴と、このフランジと排気口との間に配置されたシール配置と、を具える装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
言うまでもなく、高温の媒体流、特に内燃機関の排気ガスで発生する熱負荷は、ネジ式接続によって直列に接続された要素間に大きな相互変形を引き起こす。内燃機関に付随する冷えたシリンダヘッドに対する排気マニホールドのフランジの熱膨張量の差は、例えばミリメータ程度に及び得る。これは、マニホールドの変形、ネジ付きボルト／スタットボルトの伸長、ボルトのネジ部の損傷、シリンダヘッドの損傷、密封の問題に対応する密封結合の緩み、部品の摩耗など、深刻な悪影響を招く。現在観察されている排気ガス領域における温度上昇は、これら問題のさらなる悪化を招く。
【０００３】
これらを改善するために、ネジ式接続の締め付けトルクを低減することによって、部品における双方の悪影響を低減する試みが現在行われている。しかしながら、この対策の結果としてマニホールドの変形は低減されるものの、これと同時にマニホールドの長さの周期性変化が劇的に発生する。これは代わりに、ネジ付きボルトのネジヘッド又はナットが、マニホールドのフランジに対する摩擦によって引きずられる結果となり、ネジ付きボルトの損傷を招くこととなる。ネジ付きボルトが、繰り返し前後に移動する結果、ボルトのネジ部は損傷し、密封結合は緩み、漏れが発生する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの問題に対し、この発明の目的は、特に、高い熱負荷に曝される排気マニホールドに対してでも、信頼性の高いパイプ接続を確実とする有効な装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明によれば、上記目的は、請求項１記載の特徴を全て具える装置によって達成される。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の特徴によれば、この発明によって、パイプのフランジのための囲い部がもたらされる。パイプのフランジは、該フランジ内に配置された長穴によって、ネジ付きボルトに対する変位動作が許容される一方で、囲い部は、少なくとも１つの適合する穴及び関連するネジ付きボルトによって、熱的に誘引される変位動作に対しても本質的に固定される。従って、囲い部を貫通するネジ付きボルトは、フランジの変位動作から切り離される。フランジの変位動作は、フランジの、排出口と向き合う面では、囲い部によって取り囲まれた、隣接するシール配置のシール素子に対して発生し、一方、フランジの、反対側の上面では、囲い部の内面に対して発生するので、ネジ式接続のネジヘッド（ナット）に対する摩擦接触は発生しない。従って、熱的に誘引されるフランジの移動によって、ネジ付きボルトへの曲げ荷重は発生しない。これに関して、全シールに対して排気マニホールドを移動させることができ、あるいは、関連するシール部品を含む排気マニホールドを他のシール部品に対して変位させることができる。
【０００７】
好適な実施形態では、フランジの、長穴によって方向決めされた変位方向に沿って延びる２つの長手端部は、一連の長穴を有し、囲い部の、排出口に向き合う側には、フランジの一方の長手端部から他方の長手端部まで連続する底部が形成され、底部は、媒体流用の通路と、ネジ付きボルトの直径に適合する穴とを有する。これによれば、囲い部の底部上であって、囲い部とフランジの対向する表面との間に、囲い部の底部の内面上に配置された、シール配置のシール素子用の連続したシール面を形成することができる。
【０００８】
特に好適な実施形態では、囲い部には、底部から傾斜しフランジの長手端部に沿って延びる側壁が一体に形成され、フランジの、排出口からみて反対側となる上面側には、長手端部の領域内に延びるカバー部が形成させる。このかご状の構造をなす囲い部では、接合形成の点において、装着過程が非常に単純なものとなる。なぜなら、フランジを取り囲む囲い部をかご状に形成することで、前もってフランジを挿入することができ、また装着位置においてはそこに自留させておくことができ、前記接合が形成された状態においてネジ付きボルトを、囲い部の穴とともにフランジの長穴に貫通させることができるからである。
【０００９】
このような構成によれば、カバー部に、囲い部の全長を超えて延びるネジ付きボルト用の一連の穴を設けることができる。このような実施形態においては、一連の穴間の領域において、フランジの上面とカバー部との間に中間空間を形成する凸部を設けることが有利である。これらの中間空間は、フランジ及び囲い部間の接触面積を減らし、囲い部への熱移動を低減する。
【００１０】
これに代えて、カバー部を、中間空間によって離隔された分離したカバーセクションに分割し、該カバーセクションにネジ付きボルト用の穴を設けることができる。これによれば、カバーセクション間の中間空間の存在によって、熱移動を上記同様低減することができる。
【００１１】
上述したように、この発明において、フランジ及び囲い部間の相対移動は、熱膨張によって発生し得る。より正確には、フランジの上面と囲い部のカバー部との間、及び底部とフランジの対向する面との間に摺動領域が形成され、ここでの変位は、シール配置のシール素子の、一方又は両方のシール面にて発生する。これに関し、囲い部の底部と、フランジの、該底部に対向する表面との間に設けられるシール素子を摩擦が低減されるよう構成する、及び／又は、囲い部の底部と、フランジの、該底部に対向する表面との間に設けられるシール素子に摩擦低減手段を設けることが有利である。さらに、薄膜状のシール部品同士間にも変位は発生し得る。
【００１２】
同様に、フランジの上面と囲い部のカバー部との間に、摩擦を低減する構造体及び／又は摩擦低減手段を設けることが有利である。
【００１３】
フランジが、長手方向に割り当てられた複数の排気口用の共通接続部を形成するための排気マニホールドの一部であって、長穴を含む細長い長手端部と該長手端部を端面で連結する短手端部とを有する場合には、囲い部を、フランジの全長穴に亘って延在させることが好ましい。この構成によれば、多気筒エンジンにおいて、各気筒の排気口用に少なくとも一組のネジ付きボルトを有する場合に、フランジの変位動作に対して単一の囲い部を用いて全ネジ式接続を切り離すことも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）にネジ式接続によって取り付けられた排気マニホールドを、そのままのスケールで一部を切り取って示す概略の正面図であって、図中の上半分にてこの発明の装置の第１実施形態を示し、図中の下半分にてこの発明の装置の第２実施形態を示したものである。
【図２】図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を拡大して示す部分縦断面図である。
【図３】図３は、図１中の上半分に示した第１実施形態における囲い部を縦断面とともに示す斜視図である。
【図４】図４は、図１に示したものを関連するシリンダヘッドの一部とともに示した側面図である。
【図５】図５は、図４中、線Ｖで指定された部分領域の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面に示した実施形態に基づきこの発明を詳細に説明する。図１は、内燃機関のシリンダヘッド（図示せず）にネジ式接続によって取り付けられた排気マニホールドを、そのままのスケールで一部を切り取って示す概略の正面図であって、図中の上半分にてこの発明の装置の第１実施形態を示し、図中の下半分にてこの発明の装置の第２実施形態を示したものである。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を拡大して示す部分縦断面図である。図３は、図１の上半分に示した第１実施形態における囲い部を縦断面とともに示す斜視図である。図４は、図１に示したものを関連するシリンダヘッドの一部とともに示した側面図である。図５は、図４中、線Ｖで指定された部分領域の拡大図である。
【００１６】
多気筒内燃機関のシリンダヘッドに排気マニホールドを接続するネジ式接続の例を用いてこの発明を説明する。言うまでもなく、この発明は、ガスないし液体の高温の媒体流が流れる、異なるタイプのパイプを接続するためのネジ式接続に対しても有利に用いることができる。
【００１７】
これらの図において、図４及び５のみに、参照符号１で示す多気筒内燃機関のシリンダヘッドの断面を示す。シリンダヘッド１において、一連のシリンダに対して、互いに長手方向にオフセットされた排気口３が設けられ、図１では４つの排気口３が示されている。図４に全体として符号５で示すとともに後者の図面から明りょうに見ることのできる、この発明によるネジ式接続によってシリンダヘッド１に接続される排気マニホールドは、排気コレクタ１１（図４）の開口端を囲む従来設計の固定用のフランジ７を有する。
【００１８】
細長い長手端部９に沿って配置されたフランジ７は、この実施形態にてシリンダヘッド１に固定される、スタッドボルト１５とすることができるネジ付きボルトが挿入される一連の楕円穴１３（長穴）を有する。図１に示すように、スタッドボルト１５に対するフランジ７の変位動作のための楕円穴１３の配置によって、長手端部９の長手方向に延びる軸線１７（図１）への変位方向が決定される。初期位置から相互に移動可能な部品を正確に配置するため、初期の熱負荷のない状態において固定ピンに係合可能な対応するリーマ穴を設けることができる。
【００１９】
囲い部は、図１、３及び５にて全体として符号１９が付され、図３に独立した部分断面が示される。囲い部１９は、鋼板から形成された一体構造をなし、図４に示す装着状態において、シリンダヘッド１の排気口３に位置合わせされる一連の通路２３（図３及び４）が設けられた平坦な底部２１を有する。他の実施形態では、図示を省略するが、平坦な底部２１に代えて、クリンプ加工（crimped）又はプロファイル加工（profiled）された底部とすることもできる。図３と同様に明りょうに示すように、長手方向に延びる底部２１の側端部において、側壁２５はその平面に直角に延びるとともに曲折して形成されたカバー部２７が接続されている。図１中の上半分及び図３に示した例によれば、カバー部２７は、連続的なカバーストリップ形状を有する。一方で、同図中の下半分における実施形態では、カバー部は、分離したカバーセクション２９に分けられ、それの間に隙間が形成されている。底部２１及びカバー部２７、並びに後者の例におけるカバーセクション２９においては、スタッドボルト１５のための穴３１が設けられおり、少なくとも幾つかの穴３１は囲い部１９に設けられ、穴３１は、囲い部１９がスタッドボルト１９に対して動かないよう各スタッドボルト１５の直径と適合する直径を有する。
【００２０】
図３及び４により詳細に示すように、囲い部１９は、シリンダヘッド１と関連しかつ底部２１を有する側で排気マニホールド５のフランジ７を取り囲み、側壁２５がフランジ７の長手端部９に沿って延び、さらにカバー部２７、随意的なカバーセクション２９がフランジ７の上面４１に沿って延びる、かご形状を有する。分離したカバーセクション２９が互いに離隔して配置された実施形態では、マニホールド７と囲い部１９との間の熱移動は接触面積の減少によって低減される。図１の上半分及び図３に示す例では、カバー部２７を連続するストリップ状に形成し、各穴３１間の領域において、カバー部２７に変形部を設けてカバー部２７とフランジ７との間に中間隙間３５（図２参照）をもたらす凸部３３を形成したことから、相当する熱移動の低減を達成することができる。
【００２１】
図５から明らかなように、ここではシール配置のシール素子を明りょう化のため拡大して示しているが、シール配置は、マニホールド５とシリンダヘッド１との間を密封するために設けられており、シリンダヘッド１に隣接する第１シール素子３７と、フランジ７に隣接する第２シール素子３９とを有する。囲い部１９の底部２１は、第１及び第２シール素子間に延びる。既に述べたように、囲い部１９は熱的に誘引される変位動作から保護されるので、第１シール素子３７のシール面上において相対的な移動は生じない。一方で、熱膨張によるフランジ７の変位動作は発生し得るので、フランジ７がシール素子３９に対して移動するか、あるいはシール素子３９がフランジ７とともに囲い部の底部２１に対して移動するかの何れかによって、第２シール素子３９のシール面上における相対移動は起こり得る。この点で、第２シール素子３９上、囲い部１９の底部２１上、及びフランジ７の隣接表面上のうちの少なくとも一つに真ちゅうや亜硝酸ホウ素（boron nitrite）など摩擦低減可能な構造又は材料を適用することは有利である。カバー部２７又はカバーセクション２９上に亘って延在する、フランジ７の上面４１に同様の手段を講じることも有利である。ここでは説明しない実施形態では、第１シール素子３７は必ずしも設ける必要はなく、通路２３をクリンピングしたり囲いビードを設けたりすることができる。
【００２２】
図より明らかなように、ネジ式接続のネジヘッドは、スタッドボルトに装着されたナット４３により形成されている。締め付けナット４３は、カバー部２７又は随意的なカバーセクション２９、つまり、熱的に誘発される変位動作を伴わない囲い部１９上の接触面を押圧する。従って、フランジ７の変位に対して、仮にナット４３がフランジ７上に支持されていた場合には発生し得た、摩擦により誘引されるナット４３の引きずりは、生じることはない。むしろ、変位ゾーン４５（図５）においてフランジの上面４１にカバー部２７／カバーセクション２９に対する相対移動が生じる。従って、フランジ７の変位によっては、スタッドボルト１５に如何なる応力も発生しない。別個のシール素子３７、３９を用いるのに代えて、底部２１の内側及び外側の少なくとも一方をシールするよう作用するシールビードを、囲い部１９の底部２１に形成することができる。実地試験で示されるように、この発明によれば、ネジ式接続を比較的小さい締め付けトルクで行うことができる。詳細に説明しない他の実施形態では、ネジヘッドは、各ヘッドをネジ付きボルトに接続するのに直接使用することもできる。囲い部１９、通路２３、側壁２５及びカバー部２７を含む要素間において僅かな膨張が生じたとしても、この発明の等化手段の有効性に影響を与えるものではない。また構成される各接続にも、楕円状の穴１３を設ける必要はない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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