(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数気筒を有するエンジンの排気系部品として用いられるエキゾーストマニホールドにおいて、コレクタ部の一端開口部に排気管と接続するためのフランジ部を、該コレクタ部の外周壁の長手方向にシリンダヘッドとの接続用フランジ部を複数個設けるとともに、前期コレクタ部の外周壁の接続用フランジ部と対向する外周壁の位置にリブを設け、前記リブの端部に該リブの全長Ｌにほぼ等しいか、あるいは全長Ｌの１／２〜３／４にわたって溶湯を導くための堰部を設けたことを特徴とするエキゾーストマニホールド用鋳物。
【請求項２】
リブの長さＬはシリンダヘッドとの複数個の接続用フランジ部の配列の長さ以上、かつ管体部の長手方向に直線状に連続して設け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用鋳物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの排気系部品として用いられるエキゾーストマニホールド用鋳物に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エキゾーストマニホールドは高温度で使用されるため、耐熱性、耐食性が強く要求される。さらに、使用時に加熱・冷却サイクルにさらされるために熱変形が少ないこと、及び自動車の軽量化ニーズに基いて重量を軽くすること、即ち、薄肉化による軽量化等が強く要求されている。エキゾーストマニホールドの材質としては、球状黒鉛鋳鉄材、ニレジスト材、ステンレス系鋳鋼、あるいは耐熱鋳鋼が採用されている。また、エキゾーストマニホールドは形状が複雑であるために、鋳造時に湯回り不良、ひけ巣等の鋳造欠陥が発生し易い。このため、その鋳造方法としては、鋳型キャビティを減圧して溶湯を吸引鋳造する減圧鋳造方法（特公昭６０−３５２２７号公報）、砂鋳型内に設けたキャビティ部の近傍に設けた押湯の空間を減圧吸引しながら溶湯を注湯する方法（本出願人が先に出願した特開平６−１０６３２６号公報）等の減圧吸引による鋳造方法が提案されている。
【０００３】
また、自動車用内燃機関であるガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の高温の燃焼ガスにさらされるエキゾーストマニホールドは、加熱・冷却のサイクルによる熱膨張と収縮により熱変形が生じて、シリンダヘッドとの接続部分からガス漏れが発生する危険性が起こり易い。この対策としては、エキゾーストマニホールドのブランチ部の長さを大きくして熱変形を吸収する方法、あるいは特開平８−３１９８２７号公報に開示されているように、エキゾーストマニホールドのコレクタ部の外周壁に設けた複数のフランジ部間に、リブを設ける対策が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
減圧吸引あるいは砂鋳型を用いてエキゾーストマニホールドを鋳造する方法は、エキゾーストマニホールドの各フランジ部に堰部を設けて溶湯を製品キャビティ部に導いていた。そして、このフランジ部の近くに押湯を設けて、肉厚であるフランジ部にひけ巣等の鋳造欠陥の発生を防止していた。このような鋳造方案であると、薄肉であり、かつコレクタ部が長い、即ち４気筒以上のエキゾーストマニホールドを鋳造する場合には、このコレクタ部において溶湯の湯回りが悪くなり、鋳造欠陥が発生し易くなっていた。
また、コレクタ部の外周壁に設けた複数のフランジ部間に、リブを設ける方法では、リブが連続していないことにより熱変形を吸収する力がどうしても低くなる不具合がある。また、各フランジ間の距離は小さいため、砂鋳型で造型すると鋳型の形状が複雑になって砂締まりが悪くなり、型壊れが発生し易い欠点がある。本発明は上記従来の欠点を改良し、砂鋳型で鋳造しても鋳造欠陥が発生しなく、かつ使用時の熱変形も極力小さくしたエキゾーストマニホールドを提供することにある。
【０００５】
【発明を解決するための手段】
本発明の第１の発明は、複数気筒を有するエンジンの排気系部品として用いられるエキゾーストマニホールドにおいて、コレクタの一端開口部に排気管と接続するためのフランジ部を、該コレクタ部の外周壁の長手方向にシリンダヘッドとの接続用フランジ部を複数個設けるとともに、前記コレクタ部の外周壁の接続用フランジ部と対向する外周壁の位置にリブを設けたエキゾーストマニホールド用鋳物である。
さらに本発明の第２の発明は、リブの長さＬはシリンダヘッドとの複数個の接続用フランジ部の配列の長さ以上、かつ管体部の長手方向に連続して直線状に設けたエキゾーストマニホールド用鋳物である。
さらに本発明の第３の発明は、リブ部の全長Ｌにほぼ等しいか、あるいはリブ部の全長Ｌの１／２〜３／４にわたって溶湯を導くための堰部を設けたエキゾーストマニホールド用鋳物である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明によりエキゾーストマニホールドを鋳造したときの鋳放品の状態を示す部分図であり、４気筒エンジンに使用されるエキゾーストマニホールドを示している。エキゾーストマニホールド１には横長のコレクタ部２が形成されている。コレクタ部２の外周壁の一側には４個のブランチ３、４、５、６が設けられ、さらに各ブランチの端部にはシリンダヘッド（図示せず）と接続するためのフランジ部７、８、９、１０が設けられている。コレクタ部２の一端には、ターボチャージャ（図示せず）と接続するためのフランジ部１１が設けられている。
【０００７】
コレクタ部２の外周壁には、４個のフランジ部７、８、９、１０と対向する位置、すなわち、フランジ部７、８、９、１０の略反対側に、リブ１２を設けている。リブ１２の長さＬは、図１に示すように、おおよそ、左端のフランジ部７の対向する位置から始まり、右端のフランジ部１０を若干超える長さとし、かつ連続して直線状に突出させるようにする。
【０００８】
さらに本発明においては、砂鋳型に注湯した溶湯を製品キャビティ部に導くための板状の堰部１３をリブ１２の端部に設ける。この堰部１３がリブ１２と接続している部分の長さは、リブ１２の長さＬとおおよそ同じ程度にするか、長さＬの１／２から３／４程度にするとよい。この堰部の長さがリブの長さＬの１／２より小さいと、エキゾーストマニホールド１への溶湯の供給が悪くなり、ひけ巣等の鋳造欠陥が発生し易くなる。
【０００９】
リブ１２及び堰部１３の断面形状は図２に示すようになる。リブ１２の幅Ｗは少なくとも２ｍｍ以上、好ましくはコレクタ部２の平均の肉厚以上を必要とし、最大２０ｍｍ程度でよい。またリブ１２の高さＨは２〜１０ｍｍ程度とし、先端部ほど幅Ｗを小さくすると、後工程における堰部１３の除去作業が容易になる。さらに、板状の堰部１３の厚さはリブ１２の幅Ｗの１／２以上〜幅Ｗの範囲であればよい。堰部の厚さがリブの幅Ｗの１／２より小さいと、堰部１３への溶湯の流れが悪くなってコレクタ部２への溶湯の流入時間が長くなり、溶湯の温度低下による鋳造欠陥が発生し易くなる。
【００１０】
次に本発明のエキゾーストマニホールド用鋳物の鋳造方法について説明する。図１に示すような形状のキャビディを有する砂鋳型を造型し、この鋳型内に中子を挿入した後、湯口カップ（図示せず）から溶湯を注湯する。湯口カップから注湯された溶湯は、板状の堰部１３を通ってエキゾストマニホールド１を形成するキャビティ部に流入する。このとき、堰部１３の長さはリブ１２の長さＬと略同じ程度か、１／２から３／４と大きく設けているために、薄肉の管体部２への溶湯の流入が一気に短時間で完了する。すなわち、流動性が悪いステンレス系鋳鋼あるいは耐熱鋳鋼の溶湯を注湯しても、溶湯の温度低下が生じないうちにエキゾストマニホールド１のキャビティ空間部への溶湯の充満は短時間で完了するので、溶湯の不回りが発生することがなくなる。なお、厚肉であるフランジ部７、８、９、１０、１１の近くには、従来と同様に押湯１４、１５、１６、１７、１８を設け堰部を介して各フランジ部と接続し、溶湯の凝固時のひけ巣の発生を防止するようにする。
【００１１】
本発明のエキゾストマニホールド用鋳物を排気系部品として使用するときには、高温度の加熱及び冷却サイクルにさらされる。本発明においては、リブ１２をコレクタ部２のフランジ部７、８、９、１０の対向する位置に、かつコレクタ部２の長手方向に連続して直線状に設けているために、加熱時におけるコレクタ部２の長手方向の熱膨張に伴う変形を極力小さくすることができる。この理由は、リブ１２の長さが大きいことにより、加熱時においてリブ１２の突出部が放熱、すなわち、冷却効果をもたらし、フランジ部７、８、９、１０の温度上昇を抑制する。これにより、冷却時の収縮に伴う各フランジ部の変形を防止することができ、シリンダヘッドとの接続部からのガス漏れを防止することができるようになる。
【００１２】
図１に示すエキゾストマニホールド１の鋳放品は、ガスアーク又はプラズマアークによる切断作業により堰部１３、押湯１４、１５・・、鋳バリを除去する。続いて、熱処理、機械加工を行ってエキゾーストマニホールドの部品として完成させる。
【００１３】
なお、本発明の実施例の説明においては、４気筒エンジンに使用されるエキゾストマニホールドについて説明したが、本発明は４気筒以外の多気筒エンジンのエキゾストマニホールドにも適用できる。特に、４気筒以上の横長のエキゾーストマニホールドに適用するとその効果は大である。
【００１４】
【発明の効果】
以上に説明した本発明は次の効果を有している。
１）エキゾーストマニホールドの横長のコレクタ部の外周壁面に、複数個のフランジ部と対向する位置に十分な長さのリブを設けたので、使用時の加熱・冷却サイクルによる熱変形を小さくすることができる。このため、冷却時のフランジ部の変形を確実に防止するかとができ、ガス漏れが発生しないエキゾーストマニホールドを提供することができる。
２）リブの端部にこのリブ部の全長にほぼ等しいか、あるいは１／２〜３／４の長さにわたって板状の堰部を設けたので、溶湯の湯回り不良等が発生しないエキゾーストマニホールド用鋳物を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すエキゾーストマニホールド用鋳物の鋳放品の状態を示す部分図
【図２】図１のＡ−Ａ断面図
【符号の説明】
１  エキゾーストマニホールド      ２  コレクタ部
３  ブランチ                      ４  ブランチ
５  ブランチ                      ６  ブランチ
７  フランジ部                    ８  フランジ部
９  フランジ部                  １０  フランジ部
１１  フランジ部                  １２  リブ
１３  堰部                        １４  押湯
１５  押湯                        １６  押湯
１７  押湯                        １８  押湯
【図１】
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【図２】
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