(57)【要約】【課題】エキゾーストマニホールドの熱疲労によるフランジ部の変形量の増大を極力抑制することができるようにする。【解決手段】複数の枝管部１１と、複数の枝管部１１が集合する集合部１２と、複数の枝管部１１の各上流側端部１１ａにこの上流側端部１１ａの並び方向に沿って延設されたフランジ部１３とを有し、このフランジ部１３がエンジンに取り付けられるエキゾーストマニホールドであって、フランジ部１３のエンジンへの取付面１３ａの初期形状が、熱疲労によって並び方向に関して反り変形する反り形状とは逆向きの反り形状に設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の枝管部と、前記複数の枝管部が集合する集合部と、前記複数の枝管部の各上流側端部に当該上流側端部の並び方向に沿って延設されたフランジ部とを有し、前記フランジ部がエンジンに取り付けられるエキゾーストマニホールドであって、
前記フランジ部の前記エンジンへの取付面の初期形状が、熱疲労によって前記並び方向に関して反り変形する反り形状とは逆向きの反り形状に設定されている
ことを特徴とするエキゾーストマニホールド。
【請求項２】
前記逆向きの反り形状の変形量は、前記フランジ部のエンジンへの取り付けに許容される許容限度量の大きさに設定されている
ことを特徴とする請求項１記載のエキゾーストマニホールド。
【請求項３】
前記フランジ部は、前記上流側端部を相互に接続するように連続形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載のエキゾーストマニホールド。
【請求項４】
前記フランジ部は、それぞれの前記上流側端部ごとに分割形成されている
ことを特徴とする請求項１又は２記載のエキゾーストマニホールド。
【請求項５】
前記分割形成されているそれぞれの前記フランジ部の前記取付面は、何れも平面状に形成されている
ことを特徴とする請求項４記載のエキゾーストマニホールド。
【請求項６】
前記熱疲労によって反り変形する反り形状は、前記取付面が前記並び方向に関して凸状に変形する形状であって、前記逆向きの反り形状は、前記取付面が前記並び方向に関して凹状に変形する形状である
ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のエキゾーストマニホールド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに接続されるエキゾーストマニホールドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（内燃機関）に接続されるエキゾーストマニホールド（以下、「エキマニ」という）は、高温の排気ガスによって加熱され熱変形する。エキマニの各枝管部の湾曲部分は、このような熱変形を吸収し易いが、枝管部の直管部分は熱変形を吸収し難い。これに関し、特許文献１には、枝管部の直管部分に蛇腹状の熱変形吸収部を設けて熱変形を吸収しようとする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９７２２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、エキマニは、エンジン作動時には高温の排気ガスにより加熱されて熱膨張し、エンジン停止時には外気によって冷却されて収縮する。このような膨張と圧縮とが繰り返されるため、特許文献１の技術のように、枝管部がそれぞれ変形しながら熱変形を吸収できたとしても、時間の経過とともに熱疲労と呼ばれる塑性変形が発生して、元の形状に戻らなくなる。
【０００５】
図４（ａ１）,（ａ２）,（ｂ）はこのようなエキマニの塑性変形を説明する図であり、図４（ａ１）, （ａ２）はエキマニの塑性変形前の形状を示し、図４（ｂ）はエキマニの塑性変形後の形状を示している。図４（ａ１）, （ａ２）に示すように、エキマニ１１０の各枝管部１１１が集合する集合部１１２は排気ガスが集中するため高温となり、このような高温部位（斜線部参照）では熱膨張により高い圧縮応力（熱応力）が発生し易く、高い圧縮応力が繰り返して加わることによって塑性変形が発生し進行する。
【０００６】
つまり、排気ガスの熱が集中的に加わる集合部１１２は、他の部位よりも高温になって熱膨張しようとするが、枝管部１１１の上流側端部に形成されたフランジ部１１３がエンジン側のエキマニ取付部（図示略）に締結されて拘束されているため、自由に熱膨張できず高い圧縮応力が発生する。この圧縮応力は、図４（ｂ）に黒矢印で示すように、横並びに配置された枝管部１１１の並び方向〔図４（ｂ）の横方向〕に集合部１１２を収縮させるように発生する。一方、集合部１１２ほど高温にならない枝管部１１１ではかかる熱応力は小さく発生する圧縮応力も小さい。
【０００７】
このように集合部１１２に、枝管部１１１の並び方向に収縮させる圧縮応力が繰り返して加わる結果、枝管部１１１の先端のフランジ部１１３では、図４（ｂ）に示すように、収縮した部位に引っ張られるようにその両端（枝管部１１１の並び方向における両端）がエンジン側のエキマニ取付部から離隔するように反り上がる変形を生じる。
【０００８】
また、図４（ａ１），（ａ２），（ｂ）に示すエキマニ１１０では、各枝管部１１１のフランジ部１１３が１枚に連続しているのに対し、図５（ａ）に示すように、各分岐通路１２１のフランジ部１２３がそれぞれ分割されている構造のエキマニ１２０もある。この場合も、集合部１２２が収縮することによって、分岐通路１２１の先端の各フランジ部１２３は、図５（ｂ）に示すように、収縮した部位に引っ張られるようにその両端がシリンダブロック側のエキマニ取付部の取付面から離隔するように反り上がる変形を生じる。
【０００９】
したがって、長時間使用されたエキマニは、この変形が蓄積し、フランジ部とエキマニ取付部との締結が弱いと、この締結部の両取付面間に隙間が生じて排気ガス漏れが発生するおそれがある。逆に、フランジ部とエキマニ取付部との締結が強いと、収縮しようとする高温部位（図４，５中の斜線部）が締結部によって引っ張られ破壊する現象が発生するおそれがある。
【００１０】
このため、エキゾーストマニホールドの熱疲労状態を点検して、熱疲労状態に応じて破壊を未然に回避する処理が必要になっている。熱疲労状態の点検方法としては、例えば、フランジ部の基準線Ｂ．Ｌに対する変形量〔図４（ｂ）参照〕を測定して変形量が許容限度内であるかを調べる方法がある。
【００１１】
基準線Ｂ．Ｌはフランジ部をエンジンに取り付けるエンジン側の取付面の断面に相当し、フランジ部をエンジン側の取付面に密着するように取り付けるには、フランジ部をこの変形量だけ変形させる必要がある。変形量が大き過ぎると高温部位（集合部１２）の破損を誘発するため、変形量には許容限度があり、変形量が許容限度を超えたらエキゾーストマニホールドの交換が必要になる。
【００１２】
本発明は、このような課題に着目して創案されたもので、エキゾーストマニホールドの熱疲労によるフランジ部の変形量の増大を極力抑制することができるようにした、エキゾーストマニホールドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
（１）本発明のエキゾーストマニホールドは、複数の枝管部と、前記複数の枝管部が集合する集合部と、前記複数の枝管部の各上流側端部に当該上流側端部の並び方向に沿って延設されたフランジ部とを有し、前記フランジ部がエンジンに取り付けられるエキゾーストマニホールドであって、前記フランジ部の前記エンジンへの取付面の初期形状が、熱疲労によって前記並び方向に関して反り変形する反り形状とは逆向きの反り形状に設定されていることを特徴としている。
【００１４】
（２）前記逆向きの反り形状の変形量は、前記フランジ部のエンジンへの取り付けに許容される許容限度量の大きさに設定されていることが好ましい。
（３）前記フランジ部は、前記上流側端部を相互に接続するように連続形成されていることが好ましい。
（４）前記フランジ部は、それぞれの前記上流側端部ごとに分割形成されていることが好ましい。
（５）前記分割形成されているそれぞれの前記フランジ部の前記取付面は、何れも平面状に形成されていることが好ましい。
（６）前記熱疲労によって反り変形する反り形状は、前記取付面が前記並び方向に関して凸状に変形する形状であって、前記逆向きの反り形状は、前記取付面が前記並び方向に関して凹状に変形する形状であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、フランジ部のエンジンへの取付面の初期形状が、熱疲労によって複数の枝管部の並び方向に関して反り変形する反り形状とは逆向きの反り形状に設定されているので、熱疲労によってフランジ部の取付面の反り変形が進行していくと、はじめは逆向きの反り形状が解消されていくように変形し、その後、熱疲労による反り形状となって、この反り形状が進んでいく。したがって、反り変形が進んでもフランジ部の取付面の変形量を長期間にわたって限度内に抑えることができ、エキゾーストマニホールドの寿命を延長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかるエキゾーストマニホールドを示す上面図であり、（ａ）は初期形状を示し、（ｂ）は熱疲労による反り変形が生じた形状を示し、（ｂ）はさらに熱疲労による反り変形が進んだ形状を示す。
【図２】図１に示すエキゾーストマニホールドの熱疲労による反り変形の進行とフランジ部の取付面の基準の面形状からの変形量を示すグラフである。
【図３】本発明の第２実施形態にかかるエキゾーストマニホールドを第１実施形態のものと対比させて示す上面図であり、（ａ）は第１実施形態のものを示し、（ｂ）は第２実施形態のものを示す。
【図４】本発明の課題を説明するエキゾーストマニホールドの図であり、（ａ１）は初期形状を示す側面図（ただし、上下を反転させている）、（ａ２）は初期形状を示す上面図、（ｂ）は熱疲労による反り変形が生じた形状を示す上面図である。
【図５】本発明の課題を説明するもう一つのエキゾーストマニホールドの図であり、（ａ）は初期形状を示す上面図、（ｂ）は熱疲労による反り変形が生じた形状を示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面により実施の形態について説明する。なお、以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができると共に、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。
【００１８】
＜第１実施形態＞
〔構成〕
図１（ａ）に示すように、本実施形態にかかるエキゾーストマニホールド（以下、エキマニともいう）１０は、複数（ここでは、４本）の枝管部１１と、これらの枝管部１１が集合する集合部１２と、これらの枝管部１１の各上流側端部１１ａに形成されたフランジ部１３とを有している。複数の枝管部１１の各上流側端部１１ａは、図示しないエンジンの各気筒の排気口が並んでいる方向（並び方向）に沿って、横並びに配置されている。
【００１９】
フランジ部１３は、これらの枝管部１１の各上流側端部１１ａの並び方向に沿って延設され、エンジンの各排気口の並んでいるエンジン側のエキマニ取付部の取付面（図示略）に取り付けられる。本実施形態では、フランジ部１３は、各上流側端部１１ａを相互に接続するように１枚に連続形成されている。なお、エキマニ１０の側面の形状、つまり、エンジンの取付面を正面視した形状は、図４（ａ１）に示すものと同様である。
【００２０】
このようなフランジ部１３のエンジンへの取付面（フランジ側取付面、以下、単に取付面ともいう）１３ａの初期形状が、図１（ａ）に示すように、エキマニ１０の熱疲労によって取付面１３ａが熱疲労によって反り変形して形成される反り形状とは逆向きの反り形状に設定されている。
【００２１】
つまり、図４を参照して既に説明したように、エキマニ１０は熱疲労によって集合部１２が上流側端部１１ａの並び方向（フランジ部１３の延在する方向）に圧縮応力が生じ、集合部１２が上流側端部１１ａの並び方向に収縮する。これにより、取付面１３ａは並び方向の両端部がエンジン側から離隔するように凸状に反り変形する。
本エキマニ１０では、取付面１３ａの初期形状が、この反り変形による凸状の反り形状とは逆向きに、すなわち、並び方向の中間部がエンジン側から離隔する凹状の反り形状に設定されている。
【００２２】
したがって、エンジン側取付面を基準線Ｂ．Ｌで表すと、図１（ａ）に示すように、初期形状の取付面１３ａは、その中間部と両端部とが基準線Ｂ．Ｌに対して変形量α１だけ変形しており、フランジ部１３の取付面１３ａがエンジン側取付面（基準線Ｂ．Ｌ）に密着するように取り付けるには、フランジ部１３を変形量α１だけ変形させる必要がある。
【００２３】
本実施形態では、この変形量α１が、フランジ部１３のエンジンへの取り付けに許容される許容限度量の大きさに設定されている。なお、許容限度量は、変形量α１とこれに応じたフランジ部１３の寿命との関係に基づいて、所定の寿命が得られる値に設定される。もちろん、許容限度量は一定の余裕代をもって設定されるものとする。
【００２４】
〔作用及び効果〕
本実施形態にかかるエキマニ１０は、上述のように構成されているので、熱疲労によってフランジ部１３の変形が進行しても、その影響を抑制してエキマニ１０の寿命を延ばすことができるようになる。
【００２５】
図２は反り変形の進行とフランジ部１３の取付面の基準の形状からの変形量を示すグラフである。図２において太破線は本エキマニ１０のフランジ部１３の特性線であり、太実線は取付面１３ａの初期形状を変形量０とした場合の特性線である。
初期形状を変形量０とすると、太実線で示すように、当初は変形量が０（点Ｐ４参照）であり、熱疲労によって取付面１３ａが変形すると、取付面１３ａは凸状に反り変形し、次第に、反り変形が進行し変形量が増大して、変形量が許容限度量に達する（点Ｐ５、及び破線の許容限界線を参照）。
【００２６】
一方、本フランジ部１３の場合、太破線で示すように、熱疲労によって取付面１３ａが変形すると、当初は変形量がマイナスのα１〔点Ｐ１及び許容限界線、並びに図１（ａ）参照〕であり、熱疲労によって取付面１３ａが変形すると、はじめは凹状の反り形状が次第に解消されていき変形量が減少する。そして、変形量が略０となって〔点Ｐ２及び図１（ｂ）参照〕、その後は、凸状の反り形状に進行して変形量がプラス側に増大して、変形量がプラスのα２の許容限度量に達する〔点Ｐ３及び許容限界線、並びに図１（ｃ）参照〕。
【００２７】
したがって、本フランジ部１３の場合、熱疲労によってフランジ部１３の塑性変形が進んでも、エキマニ１０の寿命を、比較例のｔ１時間からほぼ２倍のｔ２時間へとほぼ倍増させることができるようになる。
【００２８】
＜第２実施形態＞
〔構成〕
図３（ｂ）に示すように、本実施形態にかかるエキマニ２０も、複数（４本）の枝管部２１と、これらの枝管部２１が集合する集合部２２と、これらの枝管部２１の各上流側端部２１ａに形成されたフランジ部２３とを有している。複数の枝管部２１の各上流側端部２１ａは、図示しないエンジンの各気筒の排気口の並んでいる方向（並び方向）に沿って、横並びに配置されている。
【００２９】
そして、フランジ部２３は、これらの枝管部２１の各上流側端部２１ａの並び方向に沿って延設され、エンジンの各排気口の並んでいるエンジン側取付面（図示略）に取り付けられる。ただし、図３（ａ）に示すように、第１実施形態にかかるエキマニ１０のフランジ部１３が１枚の状態に連続しているのに対し、図３（ｂ）に示すように、本実施形態のエキマニ２０は、各分岐通路２１のフランジ部２３がそれぞれスリット２４によって区切られている。このスリット２４は熱疲労対策として設けており、各分岐通路２１のフランジ部２３の相互間にスリット２４を形成することによって熱疲労による塑性変形を抑制することができる。
【００３０】
また、各フランジ部２３のエンジンへの取付面（フランジ側取付面）２３ａのそれぞれは、平面状に形成されている。ただし、これらの各フランジ部２３の取付面２３ａは、第１実施形態のフランジ部１３の取付面１３ａの凹状の反り形状に沿うように、それぞれが基準線Ｂ．Ｌに対して角度をもった向きに配向されている。個々の取付面２３ａは平面であるが、複数（ここでは、４つ）の取付面２３ａの集合体は、取付面１３ａの凹状の反り形状を模擬した形状に形成されている。凹状の反り形状に係る変形量も第１実施形態の取付面１３ａのものと同様に設定されている。
【００３１】
〔作用及び効果〕
本実施形態にかかるエキマニ２０は、上述のように構成されているので、第1実施形態と同様に、熱疲労によってフランジ部２３の変形が進行しても、その影響を抑制してエキマニ２０の寿命を延ばすことができるようになる。
また、フランジ部２３間を区切る各スリット２４も熱疲労による塑性変形を抑制するため、この点からもエキマニ２０の寿命を延ばすことができる。
【００３２】
さらに、エキマニのフランジ部を曲面状に反らす状態に加工するには、プレス加工を用いれば容易であるが、切削加工を用いようとすると、フライス加工で行えないためコストが高くなる。この点、本実施形態では、各フランジ部２３の取付面２３ａが平面となっているので、フライス加工を用いて容易に低コストで切削加工を行うことができる。
【００３３】
〔その他〕
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記の実施形態を適宜変形して実施することができる。
【００３４】
例えば上記実施形態では、図４（ａ１）に示すように、各枝管部が並び方向と交差する方向〔図４（ａ１）中の上下方向〕への屈曲が少ないエキマニを例示したが、各枝管部が並び方向と交差する方向への屈曲している場合にも、同様な傾向の課題が生じるため、本発明が有効である。
つまり、熱疲労によって、フランジ部に一定の傾向の反り変形が生じるものであれば、本発明を適用することが可能であり、熱疲労によるフランジ部の変形量の増大を抑制することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０，２０  エキゾーストマニホールド（エキマニ）
１１，２１  枝管部
１１ａ，２１ａ  枝管部１１の上流側端部
１２，２２  集合部
１３，２３  フランジ部
１３ａ，２３ａ  取付面（フランジ側取付面）
２４  スリット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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