(57)【要約】【課題】ＥＧＲ管に蛇腹加工や薄肉化等の特段の加工を施すことなく、熱膨張による亀裂の発生を防止する。【解決手段】ＥＧＲ管３の端部に固定されたフランジ５，８は、離反不能に密着・接合された２枚のリング１０，１１からなっている。フランジ５，８は全体としての厚さは周方向に一定であるが、両リング１０，１１の接合面１２は、ＥＧＲ管３が熱膨張によって倒れる方向（Ｐ方向）に向かって傾斜している。すなわち、第２リング１１は、ＥＧＲ管３の倒れ方向Ｐに向かって厚さが徐々に薄くなるようにクサビ形になっている。第２リング１１の熱膨張係数は第１リング１０の熱膨張係数よりも大きい。ＥＧＲ管３の倒れに追従するように第２リング１１が熱膨張することにより、ＥＧＲ管３の端部に亀裂が発生することを防止できる。【選択図】図１
2013130163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流れるパイプの端にフランジを一体に設け、前記フランジを被固定部に固定具又は溶接で固定しており、前記パイプは熱膨張すると前記被固定部に対して一定方向に倒れる傾向を呈する一方、前記フランジ及び被固定部は排気ガスの熱によってその厚さが厚くなるように熱膨張する構成であって、
前記フランジ又は被固定部のうちいずれか一方又は両方に、前記パイプの軸心を挟んで前記パイプの倒れ方向と反対側を大きく熱膨張させる熱膨張量不均等化手段を講じている、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、排気ガス流れるパイプをフランジ接合してなる内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、例えば排気マニホールドやＥＧＲ管、或いは排気管のように、内部を排気ガスが通るパイプが使用されている。これらのパイプの端部を被固定部に固定する手段としては、パイプの端面に板状のフランジ（間座）を設けて、このフランジを被固定部にボルトで締結したり溶接したりしていることが多い。
【０００３】
しかるに、パイプは排気ガスで加熱されることで熱膨張して両端が被固定部に突っ張るが、パイプは曲がっていることが殆どであるため、熱膨張による突っ張り作用によって被固定部に対して一定方向に倒れる傾向を呈する。そして、この倒れ作用により、パイプの付け根箇所に引っ張り応力が集中的に発生して亀裂が発生しやすくなる問題がある（パイプがフランジに溶接されている場合、肉盛り部の外縁の部分に亀裂が発生しやすい。）。
【０００４】
燃費向上のためには圧縮比を高めることが有効であるが、圧縮比を高めると排気ガスの温度が高くなるため、パイプの亀裂も発生しやすくなると言える。特に、近年のＥＧＲ装置ではＥＧＲ管の内部を流れる排気ガスの流量が頻繁に制御されることから、ＥＧＲ管には大きな熱負荷がかかっており、このため、ＥＧＲ管に作用する熱負荷を低減して耐久性を向上させることが要請されている。
【０００５】
このような問題に対する対策として、パイプに蛇腹部を形成して熱膨張を吸収することが考えられる。また、特許文献１には、排気マニホールドに関する熱歪み対策として、パイプのうちシリンダヘッドに固定される端部を、シリンダヘッドに近づくに従って肉厚が薄くなるように形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開昭６２−９８７２０号のマイクロフィルム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、パイプに蛇腹部を形成するのは加工が非常に厄介であるのみならず、排気ガスのスムースな流れを阻害するおそれがある。他方、特許文献１のようにパイプの肉厚を変えることは、排気マニホールドのように鋳造品やダイキャスト品の場合は可能であるが、ＥＧＲ管のように鋼管を使用する場合には適用し難く、従って、特許文献１は一般性に欠けると言える。
【０００８】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、パイプに特段の加工を要することなく、パイプの熱膨張に伴う歪みを吸収することを目的するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の内燃機関は、排気ガスが流れるパイプの端にフランジを一体に設け、前記フランジを被固定部に固定具又は溶接で固定しており、前記パイプは熱膨張すると前記被固定部に対して一定方向に倒れる傾向を呈する一方、前記フランジ及び被固定部は排気ガスの熱によってその厚さが厚くなるように熱膨張する構成において、前記フランジ又は被固定部のうちいずれか一方又は両方に、前記パイプの軸心を挟んで前記パイプの倒れ方向と反対側を大きく熱膨張させる熱膨張量不均等化手段を講じている。
【発明の効果】
【００１０】
排気ガスの熱は被固定部及びフランジにも伝達されるので、排気ガスによってパイプが熱膨張量すると共に、フランジ及び被固定部も厚さが厚くなるように熱膨張量する。そして、パイプは熱膨張量による突っ張り作用によって一定方向に倒れる傾向を呈するが、本願発明では、フランジ又は被固定部がパイプの倒れ方向と反対側が大きく熱膨張するため、パイプの端部にフランジから離れる応力が発生することが防止又は著しく抑制される。
【００１１】
つまり、パイプの倒れに追従するようにフランジ又は被固定部が熱膨張するのであり、これにより、パイプの端部に引っ張り応力が発生することを防止して、亀裂の発生を防止できる。従って、ＥＧＲ管のように過酷な熱環境に晒されるパイプであっても、その耐久性を向上できる。更に、本願発明では、パイプに特段の加工を施す必要はないため、汎用性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態を示す図で、（Ａ）は要部の模式的な側面図、（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ視断面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ視断面図、（Ｅ）は熱膨張した状態での断面図である。
【図２】（Ａ）は第２実施形態を示す側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図、（Ｃ）は（Ａ）の変形例を示す図、（Ｄ）は第３実施形態の縦断側面図、（Ｅ）は第４実施形態の縦断側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１に示す第１実施形態を説明する。本実施形態はＥＧＲ管の取付け構造に適用しており、（Ａ）に示すように、排気管１と吸気管２とにＥＧＲ管３が接続されている。
【００１４】
すなわち、排気管１の中途部に枝部１ａを一体に設けて、この枝部１ａの先端に排気側固定フランジ４を溶接にて固着し、ＥＧＲ管３の吸引側端部３ａに設けた吸引側フランジ５を、ボルト６で排気側固定フランジ４に締結している一方、吸気管２の中途部にも枝部２ａを一体に設けて、この枝部２ａの先端に吸気側固定フランジ７を溶接にて固着し、ＥＧＲ管３の排出部３ｂに設けた排出側フランジ８を、ボルト９で排気側固定フランジ７に締結している。
【００１５】
従って、本実施形態では、排気側固定フランジ４と吸気側固定フランジ７とが請求項に記載した「被固定部」に該当する。ボルト６，９は固定具の一例であるが、固定具としてボルトとナットとを使用してもよい。なお、ＥＧＲ管３の中途部にはＥＧＲバルヤとＥＧＲクーラが介挿されているが、図ではこれは省略している。
【００１６】
吸引側フランジ５及び排出側フランジ８は、ＥＧＲ管３に溶接で固定された第１リング１０と、固定フランジ４，７に重なった第２リング１１とで構成されており、両者は電気圧接やろう付け等によって完全に密着・一体化されている。第１リング１０は円板状の形態である一方、第２リング１２は４つのコーナ部が第１リング１０の外側にはみ出る略四角形の形態であり、各コーナー部１２ａを固定フランジ４，７に重なる薄肉部と成して、この薄肉のコーナー部１２ａを固定フランジ４，７にボルト６，９で締結している。なお、第２リング１１の薄肉部は全周に形成されているが、コーナー部１２ａのみを薄肉部とすることも可能である。
【００１７】
さて、ＥＧＲ管３は排気ガスの熱によって長さが長くなるように熱膨張し、これに伴う突っ張り作用により、（Ａ）に一点鎖線鎖線で示すように固定フランジ４，７に対して一定方向（白抜き矢印Ｔ方向）に倒れる傾向を呈する。そこで、本実施形態では、両リング１０，１１の全体の厚さは全周に亙って一定としつつ、第１リング１０と第２リング１１との接合面１２を、ＥＧＲ管３の倒れ方向Ｐに傾いた傾斜面としている。
【００１８】
逆に述べると、第１リング１０は、ＥＧＲ管３の倒れ方向Ｐに向かって厚さが徐々に厚くなっており、逆に、第１リング１１は、ＥＧＲ管３の倒れ方向Ｐに向かって厚さが徐々に薄くなっており、従って、両リング１０，１１はクサビ形になっている。そして、第１リング１０と第２リング１１とは、第１リング１０よりも第２リング１１の熱膨張係数が大きくなるように素材を異ならせている。例えば、第１リング１０に鋳鉄のような鉄系金属を採用して、第２リング１１に亜鉛又はその合金を採用できる。
【００１９】
両リング１０，１１は排気ガスの熱によってその厚さが厚くなるように熱膨張するが、第２リング１１の熱膨張係数が第１リング１０の熱膨張より大きいため、ＥＧＲ管３のフランジ５，８は、ＥＧＲ管３の倒れ方向Ｐに向かって手前の側の厚さＴ１が奥側の厚さＴ２より大きくなるように熱膨張することになる。
【００２０】
従って、ＥＧＲ管３のフランジ５，８は、ＥＧＲ管３の倒れに追従するように不均一に熱膨張するのであり、これにより、ＥＧＲ管３の端部に引っ張り応力が集中して亀裂が発生することを防止できる。ＥＧＲ管３の倒れ角度は長さや形状によって異なるが、第２リング１１の熱膨張をＥＧＲ管３の倒れに的確に追従させるにためには、第２リング１１はできるだけ熱膨張係数が高い金属を使用するのが好ましい。
【００２１】
本実施形態では、第２リング１１の熱膨張係数を第１リング１０の熱膨張係数より大きくなるように両リングの材質を異ならせることと、両リング１０，１１の厚さをＥＧＲ管３の倒れ方向に向かって異ならせることとが、請求項に記載した熱膨張量不均等化手段になっている。
【００２２】
(2).他の実施形態
次に、図２に示す他の実施形態を説明する。なお、図２では吸引側フランジ５の箇所のみを表示している（排出側フランジも同じ構造である。）。
【００２３】
図２のうち（Ａ）（Ｂ）に示す実施形態では、ＥＧＲ管３の吸引側フランジ５は単一構造であり、ＥＧＲ管３の倒れ方向Ｐに向かって厚さＴが薄くなるように設定している。すなわち、熱膨張量不均等化手段として、吸引側フランジ５の厚さＴを変えるだけの構造にしている。吸引側フランジ５は略四角形になっており、その四隅に薄肉のボルト受け座５ａが対角方向に突出した状態で形成されている。
【００２４】
この実施形態でも、吸引側のフランジ５はＥＧＲ管３の倒れ方向Ｔに向かって手前側が大きく熱膨張するため、ＥＧＲ管３の倒れによる亀裂を防止できる。ＥＧＲ管３の端面は吸引側フランジ５の傾斜面に合わせて斜めにカットしてもよいし、（Ｃ）に示すように、ＥＧＲ管３を若干曲げることで、ＥＧＲ管３を吸引側フランジ５の表面の垂線方向に立ち上げることも可能である。
【００２５】
図２のうち（Ｄ）に示す第３実施形態では、排気側固定フランジ４を、ＥＧＲ管３の吸引側フランジ５に固定される第１リング１３と枝部１ａに固着された第２リング１４との２枚重ね構造にして、全体の厚さは周方向に一定としつつ、両リング１３，１４の厚さを異ならせている。第１実施形態の場合と同様に、第２リング１４は第１リング１３より熱膨張係数の高い素材を使用しており、かつ、ＥＧＲ管３の倒れ方向Ｐに向かって手前側が厚くなるように厚さを徐々に変えている。
【００２６】
図２のうち（Ｅ）に示す第４実施形態では、排気側固定フランジ４と吸引側フランジ５との両方をＥＧＲ管３の倒れ方向Ｔに向かって厚さが薄くなる構成にしている。この場合（（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）の場合も）、両フランジ４，５は、通常の素材（鋼）よりも熱膨張係数が大きい素材（例えば亜鉛又はその合金、アルミ又はその合金等）を使用するのが好ましい。
【００２７】
図示していないが、ＥＧＲ管に設けたフランジ５，８又は固定側フランジ４，７を３枚のリングが重なった構造にして、中間のリングを他のリングより熱膨張係数が高い素材にすると共に、全体の厚さは周方向に一定としつつ、中間のリングの厚さをＥＧＲ管の倒れ方向に向かって厚さが徐々に薄くなる構成とすることも可能である。
【００２８】
(3).その他
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば適用対象はＥＧＲ管の取り付け部に限定されるものではなく、排気マニホールドの取り付け部や排気管の取り付け部等にも適用できる（尤も、排気マニホールドは排気管の一部と見做すことも可能である。）。実施形態ではＥＧＲ管の端面をフランジに突き合わせていたが、ＥＧＲ管等のパイプの端部をフランジの内周に嵌め込んでもよい。
【００２９】
熱膨張量不均等化手段としてフランジを複数枚の積層構造にする場合、熱膨張係数が小さい部材は全周にわたって等厚であってもよい（従って、ＥＧＲ管等のパイプの端部を拡開加工して形成することはも可能である。）。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本願発明は内燃機関に実際に具体化できる。従って、産業的に利用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１  排気管
２  吸気管
３  ＥＧＲ管（パイプ）
４  排気側固定フランジ
５  ＥＧＲ管の吸引側フランジ
６，９  固定具の一例としてのボルト
７  吸気側固定フランジ
８  ＥＧＲ管の排出側フランジ
１０  ＥＧＲ管のフランジを構成する第１リング
１１  ＥＧＲ管のフランジを構成する第２リング
１２  両リングの接合面
１３  排気側固定フランジを構成する第１リング
１４  排気側固定フランジを構成する第２リング
Ｐ  ＥＧＲ管の倒れ方向
【図１】
2013130163.tif 000003
【図２】
2013130163.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成24年1月11日(2012.1.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
排気ガスの熱は被固定部及びフランジにも伝達されるので、排気ガスによってパイプが熱膨張すると共に、フランジ及び被固定部も厚さが厚くなるように熱膨張する。そして、パイプは熱膨張による突っ張り作用によって一定方向に倒れる傾向を呈するが、本願発明では、フランジ又は被固定部がパイプの倒れ方向と反対側が大きく熱膨張するため、パイプの端部にフランジから離れる応力が発生することが防止又は著しく抑制される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
従って、本実施形態では、排気側固定フランジ４と吸気側固定フランジ７とが請求項に記載した「被固定部」に該当する。ボルト６，９は固定具の一例であるが、固定具としてボルトとナットとを使用してもよい。なお、ＥＧＲ管３の中途部にはＥＧＲバルブとＥＧＲクーラが介挿されているが、図ではこれは省略している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
熱膨張量不均等化手段としてフランジを複数枚の積層構造にする場合、熱膨張係数が小さい部材は全周にわたって等厚であってもよい（従って、ＥＧＲ管等のパイプの端部を拡開加工して形成することも可能である。）。