(57)【要約】【課題】排気管が熱変形しても必要なシール性能を確保することができるエンジンの排気管、排気管に設けられるガスケット及びそのガスケットの厚さ設定方法を提供する。【解決手段】エンジンの排気管１は、管体２と、管体２の端部に設けられ、排気系構成部材１０と接合する接合面４と、接合面４に複数設けられ、ボルト７が挿通されるボルト孔６と、接合面４と排気系構成部材１０との間に介在するガスケット８とを備え、ガスケット８の厚みが管体２の熱変形量に基づく接合面４と排気系構成部材１０との隙間に応じて設定されるとともに、ボルト孔６によって周方向に区分けされる領域ごとの厚みとして設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に設けられる排気系構成部材と接続する排気管であって、
管体と、
前記管体の端部に設けられ、前記排気系構成部材と接合する接合面と、
前記接合面に複数設けられ、ボルトが挿通されるボルト孔と、
前記接合面と前記排気系構成部材との間に介在するガスケットとを備え、
前記ガスケットの厚みが前記管体の熱変形量に基づく前記接合面と前記排気系構成部材との隙間に応じて設定されるとともに、前記ボルト孔によって周方向に区分けされる領域ごとの厚みとして設定されることを特徴とするエンジンの排気管。
【請求項２】
前記接合面と前記排気系構成部材との間に、前記ガスケットとともに前記管体の軸方向のずれを吸収するフレキシブルチューブ体を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気管。
【請求項３】
前記ガスケットの厚みの調整は、前記ガスケットの基板の板厚を調節、又は前記基板に積層する積層板の積層枚数を調節、又は少なくとも最外層に位置する前記積層板を波板にすることによって行われることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンの排気管。
【請求項４】
管体と、前記管体の端部に設けられ、エンジンの排気系に設けられる排気系構成部材と接合する接合面と、前記接合面に複数設けられボルトが挿通されるボルト孔と、前記接合面と前記排気系構成部材との間に介在するガスケットとを有する前記エンジンの排気管に設けられるガスケットの厚さ設定方法であって、
前記管体の熱変形量に基づく、前記接合面と前記排気系構成部材との隙間を求める工程と、
前記隙間に応じて前記ガスケットの厚みを選択する工程と、
前記ボルト孔によって周方向に区分けされる領域ごとの厚みとして前記ガスケットを設定する工程とを備えることを特徴とするガスケットの厚さ設定方法。
【請求項５】
前記接合面と前記排気系構成部材との隙間を求める工程では、ＦＥＭ解析を用いて前記管体の熱変形量に基づく前記隙間の分布を算出することを特徴とする請求項４に記載のガスケットの厚さ設定方法。
【請求項６】
前記接合面と前記排気系構成部材との隙間を求める工程では、ギャップセンサを用いて前記管体の熱変形量に基づく前記隙間の変位を計測することを特徴とする請求項４に記載のガスケットの厚さ設定方法。
【請求項７】
前記ガスケットの厚みを選択する工程では、前記隙間と前記接合面に作用する面圧との関係が規定されたガスケット曲線を用いて、前記面圧が許容面圧よりも大きくなるガスケットの厚みを選択することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載のガスケットの厚さ設定方法。
【請求項８】
請求項４乃至７のいずれか一項に記載のガスケットの厚さ設定方法によって設定された厚みを有することを特徴とする排気管に設けられるガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気系に設けられる排気系構成部材と接続するエンジンの排気管、排気管に設けられるガスケット及びそのガスケットの厚さ設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンの排気系の構成として、例えばターボチャージャーや排気マニホールドに排気管が接続されており、排気管内を高温の排ガスが流れるようになっている。また、各部材と接合する排気管の接合面や、排気マニホールド自体を分割形状に形成してそれらの接合面にガスケットが設けられ、排ガスの漏れを防止している。
【０００３】
しかし、排ガスが高温の場合は、排気管やターボチャージャー等に大きな熱変形が生じてしまい、排気管の接合面とガスケットに作用する面圧が低下し、排気管内部の圧力により排ガスが漏れ、高温の排ガスによりガスケットを損傷させる問題がある。
【０００４】
そのため、例えば、特許文献１には、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック（シリンダボディ）等の接合面をシールするメタルガスケットについて示され、排ガスの漏れ防止のためにうねりビード形状（平面視で波形形状の波形ビード）を設けたガスケットが提案されている。特許文献１は、排気管口の内周側のうねり形状と、外周側のうねり形状とを異ならせて形成し、接合面が変形してもガスケットが変形することで面圧を保っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４０５９８７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１は、平面視で水平方向に（排気管の周方向に）波形をうねらせて形成しているものであり、ガスケットの厚さ方向に加わる排気管接合面の熱変形に対して十分なシール性能を確保することが難しい。また、特許文献１には、排気管の熱変形を考慮したガスケットの厚さの設定についての具体的な記載がない。
【０００７】
本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、排気管が熱変形しても必要なシール性能を確保することができるエンジンの排気管、排気管に設けられるガスケット及びそのガスケットの厚さ設定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るエンジンの排気管は、エンジンの排気系に設けられる排気系構成部材と接続する排気管であって、管体と、前記管体の端部に設けられ、前記排気系構成部材と接合する接合面と、前記接合面に複数設けられ、ボルトが挿通されるボルト孔と、前記接合面と前記排気系構成部材との間に介在するガスケットとを備え、前記ガスケットの厚みが前記管体の熱変形量に基づく前記接合面と前記排気系構成部材との隙間に応じて設定されるとともに、前記ボルト孔によって周方向に区分けされる領域ごとの厚みとして設定されることを特徴とする。
【０００９】
上記エンジンの排気管では、ガスケットの厚みを管体の熱変形量に基づく接合面と排気系構成部材との隙間に応じて設定するので、管体の熱変形を考慮したガスケットにより排ガスの漏れを防止することができる。
また、ガスケットの厚みがボルト孔によって周方向に区分けされる領域ごとの厚みとして設定されるので、管体の熱変形によって接合面の面圧が不均一になって面圧分布が生じる場合であっても、ガスケットを熱変形に追従させることができる。
したがって、上記エンジンの排気管によれば、排気管が熱変形しても必要なシール性能を確保することが可能となる。このため、エンジンの耐久性および信頼性が向上する。
【００１０】
また、前記接合面と前記排気系構成部材との間に、前記ガスケットとともに前記管体の軸方向のずれを吸収するフレキシブルチューブ体を更に備えてもよい。
これにより、排ガスによる熱変形が吸収されるので、排ガスの漏れをより一層防止することができる。
【００１１】
また、前記ガスケットの厚みの調整は、前記ガスケットの基板の板厚を調節、又は前記基板に積層する積層板の積層枚数を調節、又は少なくとも最外層に位置する前記積層板を波板にすることによって行われてもよい。
これにより、ガスケットを熱変形に追従させることができ、排ガスの漏れを防止することができる。
【００１２】
本発明に係るガスケットの厚さ設定方法は、管体と、前記管体の端部に設けられ、エンジンの排気系に設けられる排気系構成部材と接合する接合面と、前記接合面に複数設けられボルトが挿通されるボルト孔と、前記接合面と前記排気系構成部材との間に介在するガスケットとを有する前記エンジンの排気管に設けられるガスケットの厚さ設定方法であって、前記管体の熱変形量に基づく、前記接合面と前記排気系構成部材との隙間を求める工程と、前記隙間に応じて前記ガスケットの厚みを選択する工程と、前記ボルト孔によって周方向に区分けされる領域ごとの厚みとして前記ガスケットを設定する工程とを備えることを特徴とする。
【００１３】
上記ガスケットの厚さ設定方法では、管体の熱変形量に基づく接合面と排気系構成部材との隙間を求めることで、接合面と排気系構成部材との隙間分布の予測が可能となる。よって、ガスケットの厚みを接合面と排気系構成部材との隙間に応じて設定し、管体の熱変形量を考慮してガスケットを設定することができる。
また、ボルト孔によって周方向に区分けされる領域ごとの厚みとしてガスケットを設定することで、管体の熱変形によって接合面の面圧が不均一になって面圧分布が生じる場合であっても、ガスケットを熱変形に追従させることができる。
したがって、上記ガスケットの厚さ設定方法によれば、排気管が熱変形しても必要なシール性能を確保することが可能となる。
【００１４】
また、前記接合面と前記排気系構成部材との隙間を求める工程では、ＦＥＭ解析を用いて前記管体の熱変形量に基づく前記隙間の分布を算出してもよい。
これにより、接合面と排気系構成部材との隙間分布を高精度で予測することができる。
【００１５】
あるいは、前記接合面と前記排気系構成部材との隙間を求める工程では、ギャップセンサを用いて前記管体の熱変形量に基づく前記隙間の変位を計測してもよい。
これにより、具体的な隙間の変位を用いて接合面と排気系構成部材との隙間分布を予測することができる。
【００１６】
また、前記ガスケットの厚みを選択する工程では、前記隙間と前記接合面に作用する面圧との関係が規定されたガスケット曲線を用いて、前記面圧が許容面圧よりも大きくなるガスケットの厚みを選択することが好ましい。
これにより、必要なシール性能を確実に確保することができる。
【００１７】
本発明に係るガスケットは、上記ガスケットの厚さ設定方法によって設定された厚みを有することを特徴とする。
これにより、排気管が熱変形しても必要なシール性能を確保することが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ガスケットの厚みを接合面と排気系構成部材との隙間に応じて設定し、管体の熱変形量を考慮してガスケットを設定することができる。
また、ボルト孔によって周方向に区分けされる領域ごとの厚みとしてガスケットを設定することで、管体の熱変形によって接合面の面圧が不均一になって面圧分布が生じる場合であっても、ガスケットを熱変形に追従させることができる。
したがって、本発明により、排気管が熱変形しても必要なシール性能を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの排気管の断面概略図である。
【図２】ＦＥＭ解析の結果に基づく接合面の隙間分布の一例を示す図である。
【図３】（ａ）は接合面と排気系構成部材との隙間分布の一例を示す模式図、（ｂ）は（ａ）に対応して選択されるガスケット厚みの分布を示す模式図、（ｃ）は（ｂ）に基づいて設定されるガスケット厚みの設計値を示す模式図である。
【図４】ガスケット曲線の一例を示す図である。
【図５】実施形態に係るガスケットの領域の一例を示す説明図である。
【図６】実施形態に係るガスケットの例を示す図５のＳ−Ｓ断面図であり、（ａ）は一枚のガスケット基板の場合、（ｂ）はガスケット基板に積層板を設ける場合、（ｃ）は積層板の形状を波板にする場合である。
【図７】フレキシブルチューブ体を備えるエンジンの排気管の断面概略図である。
【図８】ギャップセンサを用いて隙間を計測する様子を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係るエンジンの排気管の断面概略図である。図２は、ＦＥＭ解析の結果に基づく接合面の隙間分布の一例を示す図である。図３は、（ａ）は接合面と排気系構成部材との隙間分布の一例を示す模式図、（ｂ）は（ａ）に対応して選択されるガスケット厚みの分布を示す模式図、（ｃ）は（ｂ）に基づいて設定されるガスケット厚みの設計値を示す模式図である。図４は、ガスケット曲線の一例を示す図である。図５は、実施形態に係るガスケットの領域の一例を示す説明図である。図６は、実施形態に係るガスケットの例を示す図５のＳ−Ｓ断面図である。
【００２２】
エンジンの排気管１は、エンジンの排気系に設けられる排気系構成部材１０と接続する排気管であって、図１に示すように、主として、管体２と、接合面４と、ボルト孔６と、ガスケット８とにより構成される。
また、排気管１は、排気マニホールドを複数に分割した一つの部品を構成し、エンジンの排気ポートに接続されるポート接続部１２を有しており、エンジン（不図示）からの排ガスが流れるようになっている。
なお、排気系構成部材１０としては、特に限定されないが、例えば、ターボチャージャーや他の排気管１が設けられる。
【００２３】
接合面４は、管体２の端部に設けられ、排気系構成部材１０と接合する。この場合、接合面４は、ボルト孔６に挿通されるボルト７によって排気系構成部材１０と接合する。
【００２４】
ガスケット８は、図１に示すように、接合面４と排気系構成部材１０との間に介在し、排ガスの漏れを防止する。ガスケット８は、排気管１が熱変形する場合を考慮して設定される。
【００２５】
ガスケット８を設定するには、まず、排気管１の温度と排気管１の構造とに基づき、ガスケット８を設ける排気管１の状態を把握する。
その後、接合面４と排気系構成部材１０との隙間を求める。接合面４と排気系構成部材１０との隙間を求めるためには、図２に示すように、ＦＥＭ解析（有限要素法）を用いて、管体２が熱変形することによって変化する接合面４の隙間分布を求める。例えば、図２に示すＦＥＭ解析結果によれば、領域I、領域II、領域III、領域IVのような隙間分布を得ることができる。面圧の大きさは、領域I＞領域II＞領域III＞領域IVであり、隙間の大きさは、領域IV＞領域III＞領域II＞領域Iである。このように、ＦＥＭ解析を用いて管体２の熱変形量に基づく隙間の分布を算出することにより、接合面４と排気系構成部材１０との隙間分布を高精度で予測することができる。
【００２６】
接合面４と排気系構成部材１０との隙間を求めた後に、図３（ａ）に示すように、排気管の周方向をＸ軸とし（図２参照）、排気管の周方向の隙間分布を模式的に表す。
次いで、図３（ａ）の隙間分布の模式図に基づき、ガスケットの厚みを選択する。ガスケットの厚みは、図４に示すガスケット曲線を用いて選択する。ガスケット曲線は、図４に示すように、上述の隙間と、接合面４に作用する面圧との関係が規定されるものであり、ガスケットの厚みによって曲線が異なる。このガスケット曲線を用い、面圧が許容面圧よりも大きくなるガスケットの厚みを上述の隙間に応じて選択し、図３（ｂ）に示すようなガスケットの厚み分布を求める。ガスケット曲線を用いてガスケットの厚みを選択することにより、必要なシール性能を確実に確保することができる。
なお、上述した許容面圧とは、排ガスの漏れを防止できる最低限必要なガスケットと接合面との間に加わる面圧である。
【００２７】
接合面４と排気系構成部材１０との隙間に応じてガスケットの厚みを選択した後に、ボルト孔によって周方向に区分けされる領域ごとの厚みとしてガスケットを設定する。領域は、例えば、図５に示すように、ボルト孔６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄによって周方向に領域ａ、領域ｂ、領域ｃ、領域ｄのように区分けされる。このようにして区分けされる領域ａ〜ｄごとに、ガスケット厚みの設計値を設定する（図３（ｃ）参照）。なお、図３（ｃ）に示す設計値は、図３（ｂ）の厚み分布に基づいて定められる。
【００２８】
ガスケット８の厚みを調整する手法は、特に限定されないが、例えば、図６（ａ）に示すように、一枚のガスケット基板１４から構成してもよいし、図６（ｂ）に示すように、ガスケット基板１４に積層する積層板１６の積層枚数を調節してもよいし、図６（ｃ）に示すように、少なくとも最外層に位置する積層板１６を波板にすることによって行ってもよい。また、図示しないが、ガスケット基板１４と積層板１６との間隙１８にスペーサーを設けてもよい。
【００２９】
上述の実施形態によれば、管体２の熱変形量に基づく接合面４と排気系構成部材１０との隙間を求めることで、接合面４と排気系構成部材１０との隙間分布の予測が可能となる。よって、ガスケット８の厚みを接合面４と排気系構成部材１０との隙間に応じて設定し、管体２の熱変形量を考慮してガスケット８を設定することができる。また、ボルト孔６（６Ａ〜６Ｄ）によって周方向に区分けされる領域ａ〜ｄごとの厚みとしてガスケット８を設定することで、管体２の熱変形によって接合面４の面圧が不均一になって面圧分布が生じる場合であっても、ガスケット８を熱変形に追従させることができる。
このようにして、排気管１は、熱変形しても必要なシール性能を確保することが可能となる。よって、エンジンの耐久性および信頼性が向上する。
【００３０】
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのは言うまでもない。
【００３１】
上述の実施形態では、排気管１の例として、ガスケット８を介在させて排気系構成部材１０に接続する排気管を挙げたが、排気管１はフレキシブルチューブ体を有する排気管であってもよい。
【００３２】
具体的には、図７に示すように、排気管１は、接合面４と排気系構成部材１０との間に、ガスケット８Ａ，８Ｂとともに管体２の軸方向のずれを吸収するフレキシブルチューブ体２０を更に備えてもよい。
これにより、排ガスによる熱変形が吸収されるので、排ガスの漏れをより一層防止することができる。
【００３３】
なお、図７に示す排気管１は、フレキシブルチューブ体２０を備える点を除けば、図１で説明した排気管１と同一の構成であるため、その詳細な説明を省略する。また、図１と同様に、排気系構成部材１０は、特に限定されず、例えば、ターボチャージャーや他の排気管１が挙げられる。
【００３４】
また、上述の実施形態では、接合面４と排気系構成部材１０との隙間を求めるために、ＦＥＭ解析を用いて算出しているが、ギャップセンサを用いて実験により求めてもよい。
【００３５】
図８は、ギャップセンサ３２を用いて、図７の接合面４と排気系構成部材１０との隙間を計測する様子を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。
なお、説明上、図８（ａ）に示す排気管１は要部断面図とし、ボルト孔およびボルトの図示を省略する。
【００３６】
ギャップセンサ３２は、図８（ａ）に示すように、ターゲット３４と、クラップ３６Ａ，３６Ｂとでギャップセンサユニット３０を構成する。
ギャップセンサ３２は、測定対象となるターゲット２４と対向する位置に設けられ、ターゲット２４との間の距離に対応した検出信号を出力する。また、ギャップセンサ３２およびターゲット３４は、クランプ３６Ａ，３６Ｂによってそれぞれ排気系構成部材１０および接合面４側の管体２に固定される。
これにより、具体的な隙間の変位を用いて接合面４と排気系構成部材１０との隙間分布を予測することができる。
【００３７】
ギャップセンサ３２は、排気管１の周方向に複数配置させてもよい。図８（ｂ）に示すように、例えば、ギャップセンサ３２をそれぞれ備えるギャップセンサユニット３０Ａ，３０Ｂを二つ配置させることによって、より具体的な隙間分布を予測することができる。
また、ＦＥＭ解析と組み合わせることにより、高精度な隙間分布を予測することが可能となる。
【００３８】
なお、図８（ａ）では、フレキシブルチューブ体２０を備える排気管１の接合面４と排気系構成部材１０との隙間を計測するギャップセンサについて説明しているが、ギャップセンサによる計測はフレキシブルチューブ体２０を具備しない排気管にも適用できる。
また、ギャップセンサ３２としては、その種類は特に限定されない。
【符号の説明】
【００３９】
１  排気管
２  管体
４  接合面
６  ボルト孔
７  ボルト
８  ガスケット
１０  排気系構成部材
１４  ガスケット基板
１６  積層板
１８  間隙
２０  フレキシブルチューブ体
３０  ギャップセンサユニット
３２  ギャップセンサ
３４  ターゲット
３６Ａ，３６Ｂ  クランプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2011112035.tif 000005
【図４】
2011112035.tif 000006
【図５】
2011112035.tif 000007
【図６】
2011112035.tif 000008
【図７】
2011112035.tif 000009
【図８】
2011112035.tif 000010