(57)【要約】【課題】高温の排気が流れ続けてもシール性を保持できるフランジ接合構造を提供すること。【解決手段】内燃機関１のシリンダヘッド２Ｈとタービンハウジング４とのフランジ２１，２２間を、ガスケット２３を介して接合し、シリンダヘッド２Ｈのフランジ２１は、当該フランジ２１の端面に、第一集合排気管１１及び第二集合排気管１２の端部を有し、タービンハウジング４のフランジ２２は、当該フランジ２２の端面に、シリンダヘッド２Ｈの第一集合排気管１１及び第二集合排気管１２の端部に対応する第一合流前排気管１３及び第二合流前排気管１４の端部を有し、ガスケット２３は、シリンダヘッド２Ｈの側の面３７に、シリンダヘッド２Ｈのフランジ２１が有する第一集合排気管１１及び第二集合排気管１２の端部を囲む、曲率半径よりも直線部分が短い角丸長方形状のビード３９を有していることを特徴とするフランジ接合構造２０を提供する。【選択図】図４
2018197502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダヘッドに形成されたフランジと排気部材に形成されたフランジとを、ガスケットを介して接合するフランジ接合構造であって、
前記シリンダヘッドのフランジの端面には、前記内燃機関の燃焼室に連通する複数の排気通路の開口が複数形成され、
前記排気部材のフランジの端面には、前記シリンダヘッドのフランジの端面に形成された前記複数の開口と対応する開口が複数形成され、
前記ガスケットには、前記シリンダヘッド及び前記排気部材のいずれか一方の部品側へ凸状でありかつ平面視では前記一方の部品のフランジに形成された複数の開口のうち、隣接する二つ以上の開口を囲む真円状又は曲率半径よりも直線部分が短い角丸長方形状のビードが形成されていることを特徴とするフランジ接合構造。
【請求項２】
前記シリンダヘッド及び前記排気部材のうち何れか一方の部品のフランジは、前記隣接する２つの開口及びこれら２つの開口に連通する２つの通路を区画する隔壁部を備え、
前記隔壁部のうち最も厚みが薄い部分には脆弱部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフランジ接合構造。
【請求項３】
前記シリンダヘッドのフランジには、冷却水が流れる冷却水通路が形成され、
前記排気部材のフランジには、冷却水が流れる通路が形成されておらず、
前記脆弱部は、前記排気部材の前記隔壁部に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のフランジ接合構造。
【請求項４】
前記隔壁部は、前記２つの通路を流れる排気の流れ方向に沿って延びる板状であり、
前記脆弱部は、前記排気の流れ方向に沿って延びる溝でありかつ前記隔壁部の両面に形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のフランジ接合構造。
【請求項５】
前記脆弱部は、前記排気の流れ方向に対し略垂直な断面視で略Ｖ字状の溝であることを特徴とする請求項４に記載のフランジ接合構造。
【請求項６】
前記排気部材は、前記内燃機関の排気のエネルギを用いて吸気を圧縮する過給機のタービンハウジングであることを特徴とする請求項１から５何れかに記載のフランジ接合構造。
【請求項７】
前記内燃機関は複数の気筒を備え、
前記シリンダヘッドには、前記複数の気筒の各々の燃焼室から延びる複数の分岐管路と、前記複数の分岐管路を流れる排気を集合させて前記複数の開口に導く複数の集合管路と、が形成されていることを特徴とする請求項６に記載のフランジ接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フランジ接合構造に関する。より詳しくは、内燃機関のシリンダヘッドに形成されたフランジと排気部材に形成されたフランジとを板状のガスケットを介して接続するフランジ接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関のシリンダヘッドに形成されるフランジと、排気管やタービンハウジング等の排気部材に形成されるフランジとは、これらシリンダヘッドと排気部材との間で排気の漏れを防ぐため、ガスケットが設けられる。例えば特許文献１には、シリンダヘッドのフランジと排気タービンとのフランジとを平板状のガスケットを介して接合する技術が示されている。特許文献１の技術では、シリンダヘッドのフランジ及び排気タービンのフランジには、それぞれ２つの排気通路に連通する略矩形状の開口が２つずつ形成されている。また特許文献１の技術では、これら２つの開口を囲む略矩形状の貫通孔が形成されたガスケットを介して両フランジを接合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１６９４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところでシリンダヘッドのフランジやタービンハウジングのフランジの内部には、高温の排気が流れ続けるため、両フランジの端面は排気の熱によって僅かながらも変形する。このため、特許文献１に示すような平板状のガスケットを用いたフランジ接合構造では、排気の熱によってシール性を十分に保持できないおそれがある。
【０００５】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温の排気が流れ続けてもシール性を保持できるフランジ接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）フランジの接合構造は、内燃機関（例えば、後述の内燃機関２）のシリンダヘッド（例えば、後述のシリンダヘッド２Ｈ）に形成されたフランジ（例えば、後述のフランジ２１）と排気部材（例えば、後述のタービンハウジング４）に形成されたフランジ（例えば、後述のフランジ２２）とを、ガスケット（例えば、後述のガスケット２３）を介して接合するものであって、前記シリンダヘッドのフランジの端面（例えば、後述の２１ａ）には、前記内燃機関の燃焼室に連通する複数の排気通路（例えば、後述の集合排気管路１１，１２）の開口（例えば、後述の上流開口１１ａ，１２ａ）が複数形成され、前記排気部材のフランジの端面（例えば、後述の端面２２ａ）には、前記シリンダヘッドのフランジの端面に形成された前記複数の開口と対応する開口（例えば、後述の下流開口１３ａ，１４ａ）が複数形成され、前記ガスケットには、前記シリンダヘッド及び前記排気部材のいずれか一方の部品側へ凸状でありかつ平面視では前記一方の部品のフランジに形成された複数の開口のうち、隣接する二つ以上の開口を囲む真円状又は曲率半径よりも直線部分が短い角丸長方形状のビード（例えば、後述のビード３９）が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
（２）この場合、前記シリンダヘッド及び前記排気部材のうち何れか一方の部品のフランジは、前記隣接する２つの開口及びこれら２つの開口に連通する２つの通路を区画する隔壁部（例えば、後述の隔壁部３０）を備え、前記隔壁部のうち最も厚みが薄い部分には脆弱部（例えば、後述の脆弱部３１）が設けられていることが好ましい。
【０００８】
（３）この場合、前記シリンダヘッドのフランジには、冷却水が流れる冷却水通路（例えば、後述の冷却水通路２７〜２９）が形成され、前記排気部材のフランジには、冷却水が流れる通路が形成されておらず、前記脆弱部は、前記排気部材の前記隔壁部に形成されていることが好ましい。
【０００９】
（４）この場合、前記隔壁部は、前記２つの通路を流れる排気の流れ方向に沿って延びる板状であり、前記脆弱部は、前記排気の流れ方向に沿って延びる溝でありかつ前記隔壁部の両面に形成されていることが好ましい。
【００１０】
（５）この場合、前記脆弱部は、前記排気の流れ方向に対し略垂直な断面視で略Ｖ字状の溝であることが好ましい。
【００１１】
（６）この場合、前記排気部材は、前記内燃機関の排気のエネルギを用いて吸気を圧縮する過給機のタービンハウジング（例えば、後述のタービンハウジング４）であることが好ましい。
【００１２】
（７）この場合、前記内燃機関は複数の気筒（例えば、後述の気筒ＣＹ１〜ＣＹ４）を備え、前記シリンダヘッドには、前記複数の気筒の各々の燃焼室から延びる複数の分岐管路（例えば、後述の分岐管路７，８，９，１０）と、前記複数の分岐管路を流れる排気を集合させて前記複数の開口に導く複数の集合管路（例えば、後述の集合排気管路１１，１２）と、が形成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
（１）本発明のフランジ接合構造では、ガスケットには、シリンダヘッド及び排気部材の何れか一方の部品の側へ凸状でありかつ平面視では、この一方の部品のフランジの端面に形成された複数の開口のうち、隣接する二つ以上の開口を囲む真円状、又は曲率半径よりも直線部分が短い角丸長方形状のビードを形成する。ここで、シリンダヘッドのフランジ及び排気部材のフランジの内部に形成された複数の排気通路に高温の排気を流し続けると、これらフランジの端面は排気の熱によって開口が開くように変形（以下、このような変形を「口開き変形」という）する。またこのような口開き変形による変位量は、隣接する２つの開口の間を中心として、この中心が最も大きく、この中心から同心円状に小さくなる特性がある。本発明のフランジ接合構造では、このようなフランジ端面の口開き変形の特性に合わせて、板状のガスケットのうち、シリンダヘッド及び排気部材の何れか一方の部品側の面に、隣接する２つ以上の開口を囲む真円状又は略真円状（より具体的には、曲率半径よりも直線部分が短い角丸長方形状）のビードを形成する。このようなガスケットを介して両フランジを接合すると、ガスケットに形成されたビードは、両フランジのうち口開き変形による変位量がほぼ等しい部分と接触する。このため、排気の熱によって口開き変形が生じても、ガスケットには概ね均一に面圧がかかるので、これにより両フランジ間のシール性を保持することができる。
【００１４】
（２）本発明のフランジ接合構造では、シリンダヘッド及び排気部材との少なくとも一方の部品のフランジには、隣接する２つの開口及びこれら２つの開口にそれぞれ連通する２つの通路を区画する隔壁部を設ける。このような隔壁部は、これによって区画される２つの通路に高温の排気が流れ続けると、熱膨張に起因してクラックが生じる場合がある。本発明のフランジ接合構造では、このような隔壁部のうち最も薄い部分に脆弱部を設けることにより、上述のようにクラックが発生する程度に熱膨張が生じた場合には、最も脆弱な脆弱部にクラックを生じさせることができる。すなわち本発明のフランジ接合構造では、脆弱部以外の意図しない部分にクラックが生じるのを防止できるため、ガスケットの挙動を安定化させることができ、これにより、ガスケットのシール性を保持することができる。
【００１５】
（３）本発明のフランジ接合構造では、シリンダヘッドのフランジには冷却水が流れる冷却水通路を形成し、排気部材のフランジには、このような冷却水の通路を形成しないようにする。このため、排気部材のフランジは、シリンダヘッドのフランジよりも高温になりがちになるため、熱膨張により隔壁部にクラックが生じる可能性が高い。また本発明のフランジ接合構造では、このようなクラックが生じる可能性が高い排気部材のフランジの隔壁部の方に上述のような脆弱部を形成する。これにより、排気部材の隔壁部の脆弱部以外の意図しない部分にクラックが生じるのを防止できるため、ガスケットの挙動を安定化させることができ、これにより、ガスケットのシール性を保持することができる。
【００１６】
（４）本発明のフランジ接合構造では、隔壁部は、２つの通路を流れる排気の流れ方向に沿って延びる板状であり、脆弱部は、この排気の流れ方向に沿って延びる溝でありかつこの隔壁部の両面（すなわち、２つの通路それぞれに接する面）に形成する。これにより、隔壁部には排気の流れ方向に沿ったクラックを生じさせることができるため、ガスケットの挙動をより安定化させ、ひいてはガスケットのシール性をさらに保持することができる。
【００１７】
（５）本発明のフランジ接合構造では、隔壁部に排気の流れ方向に対して略垂直な断面視で略Ｖ字状の溝を脆弱部として形成する。これにより、さらにこの脆弱部にクラックを生じさせやすくすることができるので、ガスケットの挙動より安定化させ、ひいてはガスケットのシール性をさらに保持することができる。
【００１８】
（６）本発明のフランジ接合構造では、排気部材は、過給機のタービンハウジングとし、このタービンハウジングに形成されたフランジとシリンダヘッドに形成されたフランジとをガスケットを介して接合する。過給機は、排気のエネルギを用いて吸気を圧縮するため、タービン効率を向上するには排気の熱は高い方が好ましい。本発明のフランジ接合構造では、このような高温の排気が流れるタービンハウジングのフランジとシリンダヘッドのフランジとの接合に適用することにより、シール性を保持できるという上述の効果をさらに顕著なものにすることができる。
【００１９】
（７）本発明のフランジ接合構造では、シリンダヘッドには、複数の気筒の各々の燃焼室から延びる複数の分岐管路と、これら複数の分岐管路を流れる排気を集合させてフランジの複数の開口に導く複数の集合管路とを形成する。すなわち、本発明のフランジ接合構造では、シリンダヘッドに、排気マニホルドを形成することにより、部品点数を少なくできるとともに、装置全体をコンパクトにすることができる。またこのように装置全体をコンパクトにすると、シリンダヘッドのフランジを流れる排気の温度が高温になりがちになるところ、本発明のフランジ接合構造では、このような高温の排気が流れるシリンダヘッドのフランジと排気部材のフランジとの接合に適用することにより、シール性を保持できるという上述の効果をさらに顕著なものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の内燃機関及びこの内燃機関に接続されたタービンハウジングの断面図である。
【図２】シリンダヘッド及びタービンハウジングによって形成される排気通路の側面図である。
【図３】シリンダヘッド及びタービンハウジングによって形成される排気通路の正面図である。
【図４】ガスケットの斜視図である。
【図５】図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図６】隔壁部の排気の流れ方向に対し略垂直な面に沿った断面図である。
【図７】図４の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るフランジ接合構造を適用して接合された内燃機関２とタービンハウジング４の断面図である。内燃機関２は、後に図２等を参照して説明するように、多気筒、より具体的には４つの気筒を直列に配置して構成される直列４気筒型である。図１は、内燃機関２及びタービンハウジング４のうち、２番目の気筒ＣＹ２を含む断面図である。
【００２２】
内燃機関２は、２番目の気筒ＣＹ２を含む複数の気筒が形成されたシリンダブロック２Ｂと、各気筒内の燃焼室から排出される排気が流れる複数の排気通路や排気バルブ２Ｖ等が設けられたシリンダヘッド２Ｈと、を組み合わせて構成される。タービンハウジング４は、内燃機関２の排気のエネルギを用いて内燃機関２の吸気を圧縮する過給機の一部品である。このタービンハウジング４には、内燃機関２の燃焼室から排出される排気を図示しないタービンインペラ室に導入する排気通路が形成されている。したがって、内燃機関２のシリンダヘッド２Ｈに形成されたフランジ２１とタービンハウジング４に形成されたフランジ２２とを後述の板状のガスケット２３を介して接合すると、内燃機関２の各気筒内の燃焼室からタービンインペラ室へ排気を導く１つの排気通路が形成されるようになっている。
【００２３】
図２は、シリンダヘッド２Ｈ及びタービンハウジング４によって形成される管状の排気通路の側面図である。図３は、この排気通路の平面図である。なお、図２及び図３では、説明の便宜上、シリンダヘッド２Ｈ及びタービンハウジング４の図示を省略するとともに、これらシリンダヘッド２Ｈ及びタービンハウジング４によって形成される排気通路とシリンダブロック２Ｂとを実線で示す。また図２及び図３に示す排気通路のうち破線１ａより左側の部分はシリンダヘッド２Ｈによって形成される通路であり、破線１ａより右側の部分はタービンハウジング４によって形成される通路である。以下では、排気通路のうちシリンダヘッド２Ｈによって形成される通路を総称して排気マニホルド５ともいう。また排気通路のうちタービンハウジング４によって形成される通路を総称してハウジング通路４１ともいう。
【００２４】
図３に示すように、シリンダブロック２Ｂには、直列に配置された４つの気筒ＣＹ１，ＣＹ２，ＣＹ３，ＣＹ４が形成されている。排気マニホルド５には、１番目の気筒ＣＹ１に接続される排気ポートＰＯ１１，ＰＯ１２と、２番目の気筒ＣＹ２に接続される排気ポートＰＯ２１，ＰＯ２２と、３番目の気筒ＣＹ３に接続される排気ポートＰＯ３１，ＰＯ３２と、４番目の気筒ＣＹ４に接続される排気ポートＰＯ４１，ＰＯ４２と、が形成されている。
【００２５】
排気マニホルド５は、上流側において排気ポートＰＯ１１，ＰＯ１２に接続される第１分岐管路７と、上流側において排気ポートＰＯ２１，ＰＯ２２に接続される第２分岐管路８と、上流側において排気ポートＰＯ３１，ＰＯ３２に接続される第３分岐管路９と、上流側において排気ポートＰＯ４１，ＰＯ４２に接続される第４分岐管路１０と、上流側において第１分岐管路７及び第４分岐管路１０に接続されこれら分岐管路７，１０を流れる排気を集合させる第１上流集合排気管路１１と、上流側において第２分岐管路８及び第３分岐管路９に接続されこれら分岐管路８，９を流れる排気を集合させる第２上流集合排気管路１２と、を備える。
【００２６】
第１分岐管路７は、上流側において２つの排気ポートＰＯ１１，ＰＯ１２を介して１番目の気筒ＣＹ１に接続され、各排気ポートＰＯ１１，ＰＯ１２からの排気を合流させるＹ字状の合流通路を備える。この第１分岐管路７は、下流側において、第４分岐管路１０と共に第１上流集合排気管路１１に接続され、排気ポートＰＯ１１，ＰＯ１２からの排気を第１上流集合排気管路１１に導く。
【００２７】
第２分岐管路８は、上流側において２つの排気ポートＰＯ２１，ＰＯ２２を介して２番目の気筒ＣＹ２に接続され、各排気ポートＰＯ２１，ＰＯ２２からの排気を合流させるＹ字状の合流通路を備える。この第２分岐管路８は、下流側において、第３分岐管路９と共に第２上流集合排気管路１２に接続され、排気ポートＰＯ２１，ＰＯ２２からの排気を第２上流集合排気管路１２に導く。
【００２８】
第３分岐管路９は、上流側において２つの排気ポートＰＯ３１，ＰＯ３２を介して３番目の気筒ＣＹ３に接続され、各排気ポートＰＯ３１，ＰＯ３２からの排気を合流させるＹ字状の合流通路を備える。この第３分岐管路９は、下流側において、第２分岐管路８と共に第２上流集合排気管路１２に接続され、排気ポートＰＯ３１，ＰＯ３２からの排気を第２上流集合排気管路１２に導く。
【００２９】
第４分岐管路１０は、上流側において２つの排気ポートＰＯ４１，ＰＯ４２を介して４番目の気筒ＣＹ４に接続され、各排気ポートＰＯ４１，ＰＯ４２からの排気を合流させるＹ字状の合流通路を備える。この第４分岐管路１０は、下流側において、第１分岐管路７と共に第１上流集合排気管路１１に接続され、排気ポートＰＯ４１，ＰＯ４２からの排気を第１上流集合排気管路１１に導く。
【００３０】
第１上流集合排気管路１１は、上流側において分岐管路７，１０に接続され、第１分岐管路７を流れる排気と、第４分岐管路１０を流れる排気と、を合流させた上で下流のタービンハウジング４に導く。この第１上流集合排気管路１１は、下流側において、後述のタービンハウジング４の第１通路１３に接続されている。第１上流集合排気管路１１は、１番目の気筒ＣＹ１及び４番目の気筒ＣＹ４によって構成される第１気筒群の燃焼室からの排気をタービンハウジング４の第１通路１３に導く。
【００３１】
第２上流集合排気管路１２は、上流側において分岐管路８，９に接続され、第２分岐管路８を流れる排気と、第３分岐管路９を流れる排気と、を合流させた上で下流のタービンハウジング４に導く。この第２上流集合排気管路１２は、下流側において、後述のタービンハウジング４の第２通路１４に接続されている。第２上流集合排気管路１２は、２番目の気筒ＣＹ２及び３番目の気筒ＣＹ３によって構成される第２気筒群の燃焼室からの排気をタービンハウジング４の第２通路１４に導く。
【００３２】
図２及び図３に示すように、ハウジング通路４１は、上流側から下流側へ向かって順に、排気マニホルド５の第１上流集合排気管路１１に接続されている第１通路１３と、排気マニホルド５の第２上流集合排気管路１２に接続されている第２通路１４と、これら第１通路１３及び第２通路１４に接続されているＹ字状の合流通路１８と、この合流通路１８から流れる排気を加速させる環状のスクロール通路４２と、このスクロール通路４２によって加速された排気が流入するとともに図示しないタービンインペラが納められるインペラ室４３と、を備える。
【００３３】
第１通路１３は、排気マニホルド５の第１上流集合排気管路１１に接続される。第１通路１３には、第１気筒群の燃焼室からの排気が流れる。第２通路１４は、排気マニホルド５の第２上流集合排気管路１２に接続される。第２通路１４には、第２気筒群の燃焼室からの排気が流れる。合流通路１８は、第１通路１３及び第２通路１４に接続され、第１通路１３を流れる排気と第２通路１４を流れる排気を合流させる。
【００３４】
次に、シリンダヘッド２Ｈとタービンハウジング４との接合構造について説明する。
【００３５】
図１に示すように、シリンダヘッド２Ｈに形成されたフランジ２１には、互いに略平行に延びる上述の第１上流集合排気管路１１及び第２上流集合排気管路１２が貫通孔として形成されている。またこのフランジ２１の端面２１ａには、第１上流集合排気管路１１に連通する第１上流開口１１ａと、第２上流集合排気管路１２に連通する第２上流開口１２ａとが形成されている。
【００３６】
またシリンダヘッド２Ｈのフランジ２１は、第１上流集合排気管路１１及び第１上流開口１１ａと第２上流集合排気管路１２及び第２上流開口１２ａとを区画するとともに、排気の流れ方向に沿って延びる板状の隔壁部２４を備える。またこのフランジ２１のうち高温の排気が流れる管路１１，１２の周囲には、冷却水が流れる冷却水通路２７，２８，２９が形成されている。
【００３７】
タービンハウジング４に形成されたフランジ２２には、互いに略平行に延びる上述の第１通路１３及び第２通路１４が貫通孔として形成されている。またこのフランジ２２の端面２２ａには、第１通路１３に連通しかつ上述の第１上流開口１１ａよりもやや大きな第１下流開口１３ａと、第２通路１４に連通しかつ上述の第２上流開口１２ａよりもやや大きな第２下流開口１４ａとが形成されている。図１に示すように、シリンダヘッド２Ｈのフランジ２１とタービンハウジング４のフランジ２２とを接合すると、第１上流開口１１ａと第１下流開口１３ａとは対向し、第２上流開口１２ａと第２下流開口１４ａとは対向する。これにより、第１上流集合排気管路１１と第１通路１３とが接続され、第１上流集合排気管路１２と第２通路１４とが接続される。
【００３８】
またタービンハウジング４のフランジ２２は、第１通路１３及び第１下流開口１３ａと第２通路１４及び第２下流開口１４ａとを区画するとともに、排気の流れ方向に沿って延びる板状の隔壁部３０を備える。なおこのフランジ２２には、シリンダヘッド２Ｈのフランジ２１と異なり、冷却水が流れる通路は形成されていない。
【００３９】
図４は、ガスケット２３の斜視図である。より具体的には、図４には、タービンハウジング４のフランジ２２に組み付けられた状態におけるガスケット２３の斜視図である。
図５は、図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。より具体的には、図５は、隔壁部３０を合流通路１８側から視た図である。
【００４０】
これら図４及び図５に示すように、タービンハウジング４において第１通路１３と第２通路１４とを区画する隔壁部３０のうち、その厚みが最も薄くなる中央部分にはこれら通路１３，１４を流れる排気の流れ方向に沿って延びる溝である脆弱部３１が形成されている。この脆弱部３１は、隔壁部３０のうち、ガスケット２３側の端部を除き、第１通路１３側の面と合流通路１８側の面と第２通路１４側の面とにわたって形成されている。
【００４１】
図６は、隔壁部３０の排気の流れ方向に対し略垂直な面に沿った断面図である。隔壁部３０に形成された脆弱部３１は、断面視では略Ｖ字状の溝である。この脆弱部３１は、例えば幅Ｗは２ｍｍ程度であり、深さＤは０．５ｍｍ程度である。またこの脆弱部３１の底部は、曲率半径Ｒが１ｍｍ程度の円弧によって面取りされている。
【００４２】
図４に示すように、ガスケット２３は板状であり、その四隅には１つずつ計４つの締結孔３２，３３，３４，３５が形成されている。シリンダヘッド２Ｈとタービンハウジング４とは、各々のフランジ２１，２２の間にガスケット２３を設けた状態で、ガスケット２３に形成された締結孔３２〜３５にそれぞれ図示しないボルトを挿入に、このボルトを締め付けることによって接合される。
【００４３】
またガスケット２３の中央には、ガスケット２３をタービンハウジング４のフランジ２２の端面２２ａに設けると、このフランジ２２の端面２２ａに形成された第１下流開口１３ａ及び第２下流開口１４ａを囲む略真円状の貫通孔としての開口３６が形成されている。ここで略真円状とは、より具体的には、曲率半径よりも直線部分が短い角丸長方形状をいう。なお、角丸長方形状とは、より具体的には、半円弧と半円弧との間を平行な直線で繋いだ長丸形状をいう。なお本実施形態では、開口３６の形状を平面視では略真円状とした場合について説明するが、本発明はこれに限らず真円状としてもよい。
【００４４】
またガスケット２３のうち上記開口３６の外側には、平面視では第１下流開口１３ａ及び第２下流開口１４ａを囲む略真円状のビード３９が形成されている。なお本実施形態では、ビード３９の形状を平面視では略真円状とした場合について説明するが、本発明はこれに限らず真円状としてもよい。またこのビード３９は、図４に示すように、シリンダヘッド２Ｈ側へ凸状である。なお本実施形態では、ビード３９は、シリンダヘッド２Ｈ側へ凸状とした場合について説明するが、本発明はこれに限らずタービンハウジング４側へ凸状としてもよい。
【００４５】
図１に示すように、シリンダヘッド２Ｈのフランジ２１の端面２１ａに形成される第１上流開口１１ａ及び第２上流開口１２ａは、それぞれタービンハウジング４のフランジ２２の端面２２ａに形成される第１下流開口１３ａ及び第２下流開口１４ａと対向する。したがって、シリンダヘッド２Ｈのフランジ２１の端面２１ａとタービンハウジング４のフランジ２２の端面２２ａとをガスケット２３を介して接合すると、このガスケット２３に形成されたビード３９は、平面視では第１上流開口１１ａ及び第２上流開口１２ａを囲う。
【００４６】
図７は、図４の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。より具体的には、図７は、ガスケット２３のうち特に開口３６及びビード３９における厚み方向に沿った断面図である。なお図７において上方はシリンダヘッド２Ｈ側であり、下方はタービンハウジング４側である。
【００４７】
図７に示すようにガスケット２３は、複数枚のプレート、より具体的には第１プレート２３１と第２プレート２３２と第３プレート２３３とを層状に重ね合わせて構成される。これら３枚のプレート２３１〜２３３のうち、第１プレート２３１はシリンダヘッド２Ｈに接し、第３プレート２３３はタービンハウジング４に接する。
【００４８】
３枚のプレート２３１〜２３３は、それぞれ平面視では略同じ形状となっているが、その断面形状は各々異なっている。第１プレート２３１には、平面視で開口３６となる部分において第１平面部２３１ａが形成され、平面視でビード３９となる部分において第１平面部２３１ａよりもシリンダヘッド２Ｈ側へ凸状に隆起した第１凸部２３１ｂが形成されている。第３プレート２３３には、平面視で開口３６となる部分において第３平面部２３３ａが形成され、平面視でビード３９となる部分において第３平面部２３３ａよりもシリンダヘッド２Ｈ側へ凸状に隆起した第３凸部２３３ｂが形成されている。また第２プレート２３２には、平面視で開口３６となる部分において第２平面部２３２ａが形成され、平面視でビード３９となる部分において第２平面部２３２ａよりもタービンはジング４側へ凸状に隆起した第２凹部２３２ｂが形成されている。
【００４９】
第１プレート２３１と第２プレート２３２とは、少なくとも第１平面部２３１ａと第２平面部２３２ａにおいて接合され、第１凸部２３１ｂと第２凹部２３２ｂにおいて厚み方向に沿って離間している。第２プレート２３２と第３プレート２３３とは、少なくとも第２凹部２３２ｂと第３凸部２３３ｂにおいて接合され、第２平面部２３２ａと第３平面部２３３ａにおいて厚み方向に沿って離間している。ガスケット２３は、以上のような３枚のプレート２３１〜２３３を組み合わせることにより、ビード３９の厚みＤｂは開口３６の厚みＤａよりも大きくなっている。
【００５０】
本実施形態に係るフランジ接合構造によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態のフランジ接合構造では、板状のガスケット２３には、シリンダヘッド２Ｈ側へ凸状でありかつ平面視では、シリンダヘッド２Ｈのフランジ２１の端面２１ａに形成された第１上流開口１１ａ及び第２上流開口１２ａを囲む略真円状のビードを形成する。ここで、シリンダヘッド２Ｈのフランジ２１の内部に形成された上流集合排気管路１１，１２に高温の排気を流し続けると、フランジ２１の端面２１ａは口開き変形する。またこのような口開き変形による変位量は、隣接する２つの開口１１ａ，１２ａの間を中心として、この中心が最も大きく、この中心から同心円状に小さくなる特性がある。本実施形態のフランジ接合構造では、このようなフランジ２１の端面２１ａの口開き変形の特性に合わせて、板状のガスケット２３のうち、シリンダヘッド２Ｈ側へ凸状でありかつ隣接する２つ開口１１ａ，１２ａを囲む略真円状のビード３９を形成する。このようなガスケット２３を介して両フランジ２１，２２を接合すると、ガスケット２３に形成されたビード３９は、両フランジ２１，２２のうち口開き変形による変位量がほぼ等しい部分と接触する。このため、排気の熱によって口開き変形が生じても、ガスケット２３には概ね均一に面圧がかかるので、これにより両フランジ２１，２２間のシール性を保持することができる。
【００５１】
（２）本実施形態のフランジ接合構造では、タービンハウジング４のフランジ２２には、隣接する２つの開口１３ａ，１４ａ及びこれら２つの開口１３ａ，１４ａにそれぞれ連通する２つの通路１３，１４を区画する隔壁部３０を設ける。このような隔壁部３０は、これによって区画される２つの通路１３，１４に高温の排気が流れ続けると、熱膨張に起因してクラックが生じる場合がある。本実施形態のフランジ接合構造では、このような隔壁部３０のうち最も薄い部分に脆弱部３１を設けることにより、上述のようにクラックが発生する程度に熱膨張が生じた場合には、最も脆弱な脆弱部３１にクラックを生じさせることができる。すなわち本実施形態のフランジ接合構造では、脆弱部３１以外の意図しない部分にクラックが生じるのを防止できるため、ガスケット２３の挙動を安定化させることができ、これにより、ガスケット２３のシール性を保持することができる。
【００５２】
（３）本実施形態のフランジ接合構造では、シリンダヘッド２Ｈのフランジ２１には冷却水が流れる冷却水通路２７〜２９を形成し、タービンハウジング４のフランジ２２には、このような冷却水の通路を形成しないようにする。このため、タービンハウジング４のフランジ２２は、シリンダヘッド２Ｈのフランジ２１よりも高温になりがちになるため、熱膨張により隔壁部にクラックが生じる可能性が高い。また本実施形態のフランジ接合構造では、このようなクラックが生じる可能性が高い排気部材のフランジの隔壁部の方に上述のような脆弱部を形成する。これにより、排気部材の隔壁部の脆弱部以外の意図しない部分にクラックが生じるのを防止できるため、ガスケット２３の挙動を安定化させることができ、これにより、ガスケット２３のシール性を保持することができる。
【００５３】
（４）本実施形態のフランジ接合構造では、隔壁部３０は、２つの通路１３，１４を流れる排気の流れ方向に沿って延びる板状であり、脆弱部３１は、この排気の流れ方向に沿って延びる溝でありかつこの隔壁部３０の両面に形成する。これにより、隔壁部３０には排気の流れ方向に沿ったクラックを生じさせることができるため、ガスケット２３の挙動をより安定化させ、ひいてはガスケット２３のシール性をさらに保持することができる。
【００５４】
（５）本実施形態のフランジ接合構造では、隔壁部３０に排気の流れ方向に対して略垂直な断面視で略Ｖ字状の溝を脆弱部３１として形成する。これにより、さらにこの脆弱部３１にクラックを生じさせやすくすることができるので、ガスケット２３の挙動より安定化させ、ひいてはガスケット２３のシール性をさらに保持することができる。
【００５５】
（６）本実施形態のフランジ接合構造では、過給機のタービンハウジング４に形成されたフランジ２２とシリンダヘッド２Ｈに形成されたフランジ２１とをガスケット２３を介して接合する。過給機は、排気のエネルギを用いて吸気を圧縮するため、タービン効率を向上するには排気の熱は高い方が好ましい。本実施形態のフランジ接合構造では、このような高温の排気が流れるタービンハウジング４のフランジ２１とシリンダヘッド２Ｈのフランジ２１との接合に適用することにより、シール性を保持できるという上述の効果をさらに顕著なものにすることができる。
【００５６】
（７）本実施形態のフランジ接合構造では、シリンダヘッド２Ｈには、４つの気筒ＣＹ１〜ＣＹ４の各々の燃焼室から延びる４つの分岐管路７〜１０と、これら分岐管路７〜１０を流れる排気を集合させてフランジ２１の複数の開口１１ａ，１２ａに導く２つの集合排気管路１１，１２とを形成する。すなわち、本実施形態のフランジ接合構造では、シリンダヘッド２Ｈに、排気マニホルド５を形成することにより、部品点数を少なくできるとともに、装置全体をコンパクトにすることができる。またこのように装置全体をコンパクトにすると、シリンダヘッド２Ｈのフランジ２１を流れる排気の温度が高温になりがちになるところ、本実施形態のフランジ接合構造では、このような高温の排気が流れるシリンダヘッド２Ｈのフランジ２１とタービンハウジング４のフランジ２２との接合に適用することにより、シール性を保持できるという上述の効果をさらに顕著なものにすることができる。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
【００５８】
上記実施形態では、タービンハウジング４に形成されている隔壁部３０に脆弱部３１を形成する場合について説明したが、本発明はこれに限らない。シリンダヘッド２Ｈにも高温の排気が流れるところ、このシリンダヘッド２Ｈに形成されている隔壁部２４にも脆弱部を形成してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１１…第１上流集合排気管路
１１ａ…第１上流開口
１２…第２上流集合排気管路
１２ａ…第２上流開口
１３…第１通路
１３ａ…第１下流開口
１４…第２通路
１４ａ…第２下流開口
１８…合流通路
２…内燃機関
２Ｈ…シリンダヘッド
２１，２２…フランジ
２３…ガスケット
２４…隔壁部
２７，２８，２９…冷却水通路
３０…隔壁部
３１…脆弱部
３６…開口
３９…ビード
４…タービンハウジング（排気部材）
５…排気マニホルド
７，８，９，１０…分岐管路
ＣＹ１，ＣＹ２，ＣＹ３，ＣＹ４…気筒
【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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【図６】
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【図７】
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