(57)【要約】  隔壁で分離された２つ以上の排気ポートを有する排気系部品であって、前記隔壁を有する管部の任意の横手方向断面（開口端面を含む）で見たとき、前記管部の内壁間に延在する前記隔壁は、その長手方向の中点を中心にして前記隔壁の長さの1/2の範囲内に最小肉厚Aを有するとともに、その範囲外では次第に幅広くなり、前記隔壁の各外面は、(a)前記隔壁の長手方向中心線より距離A/2だけ離れた平行線H1，H2と、前記平行線H1，H2及び前記内壁に接線方向に接続する半径r1，r2の円弧R1，R2（ただしr1及びr2はいずれも1/3×A以上で、かつr1＋r2＝1.9 Aを満たす）とからなる内側線と、(b)前記隔壁の長手方向中心線より距離3/2×Aだけ離れた平行線H3，H4と、前記平行線H3，H4及び前記内壁に接線方向に接続する半径r3，r4の円弧R3，R4（ただしr3及びr4はいずれも1/3×A以上で、かつr3＋r4＝4 Aを満たす）からなる外側線に挟まれた領域内に存在することを特徴とする排気系部品。【特許請求の範囲】
【請求項１】
隔壁で分離された２つ以上の排気ポートを有する排気系部品であって、前記隔壁を有する管部の任意の横手方向断面（開口端面を含む）で見たとき、前記管部の内壁間に延在する前記隔壁は、その長手方向の中点を中心にして前記隔壁の長さの1/2の範囲内に最小肉厚Aを有するとともに、前記隔壁の各外面は、(a)前記隔壁の長手方向中心線より距離A/2だけ離れた平行線H1，H2と、前記平行線H1，H2及び前記内壁に接線方向に接続する半径r1，r2の円弧R1，R2（ただしr1及びr2はいずれも1/3×A以上で、かつr1＋r2＝1.9 Aを満たす）とからなる内側線と、(b)前記隔壁の長手方向中心線より距離3/2×Aだけ離れた平行線H3，H4と、前記平行線H3，H4及び前記内壁に接線方向に接続する半径r3，r4の円弧R3，R4（ただしr3及びr4はいずれも1/3×A以上で、かつr3＋r4＝4 Aを満たす）からなる外側線に挟まれた領域内に存在することを特徴とする排気系部品。
【請求項２】
請求項１に記載の排気系部品において、前記円弧R1，R2の半径r1、r2は、r1＋r2＝2.5 Aを満たすことを特徴とする排気系部品。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の排気系部品において、前記隔壁の最小肉厚Aが２〜10 mmであり、前記隔壁の各外面と前記内壁とが、前記管部の任意の横手方向断面で見たとき半径２〜13 mmの円弧で接線方向に接続していることを特徴とする排気系部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管等の外面に達する亀裂の発生のおそれを回避した排気マニホルドやタービンハウジング等のエンジン用排気系部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
直列４気筒や直列６気筒等の多気筒エンジン用の排気マニホルドやタービンハウジング等の排気系部品の中には、エンジンの各気筒から排出される排気ガスが互いに干渉せず、また背圧が上昇しないように、排気ポートが分割されているものがある。排気ポートの分割により、エンジンの性能及び作動は安定化する。【０００３】
排気系部品の一例として、図８は、直列４気筒エンジンEの気筒#1〜#4に接続した排気マニホルドM、及び排気マニホルドMのフランジに接続したタービンハウジングTを示し、図９は図８のZ-Z拡大断面図である。直列４気筒エンジンEの各気筒では、通常#1−#3−#4−#2の順に燃焼が行われる。【０００４】
排気マニホルドMは、エンジンEの４つの排気口EX1〜EX4に接続する枝管BR1〜BR4と、枝管BR1〜BR4が集合する下流側管部30mとを有し、管部30mは、下流端の外周に設けられたフランジ31mと、隔壁32mにより分割された2つの排気ポートPa，Pbとを有する。枝管BR1，BR4は排気ポートPbに集合し、枝管BR2，BR3は排気ポートPaに集合する。【０００５】
タービンハウジングTの上流側管部30tは、上流端の外周に設けられたフランジ31tと、隔壁32tにより分割された2つの吸気ポートQa，Qbとを有する。フランジ31tの形状は、排気マニホルドMのフランジ31mとほぼ同じである。隔壁32t及び吸気ポートQa，Qbの形状及び配置は、フランジ31tがガスケットSを介してボルトBTで排気マニホルドMのフランジ31mと連結されたときに、排気マニホルドMの隔壁32mとタービンハウジングTの隔壁32tとは滑らかに連結し、排気ポートPa，Pbと吸気ポートQa，Qbとも同様に滑らかに連結する。【０００６】
図8から明らかなように、排気マニホルドMの下流側管部30mとタービンハウジングTの上流側管部30tとは基本的に同じ形状及び機能を有するので、以下下流側管部30mについて説明するが、その説明はそのままタービンハウジングTの上流側管部30t（或いはその他の同様な排気系部品の管部）にも適用できる。【０００７】
図９に示すように、管部30の内壁に接続した隔壁32は、エンジンEの運転・停止に伴う加熱・冷却によって圧縮応力と引張り応力を繰り返し受けるが、管部30の外周に設けられたフランジ31により膨張・収縮が拘束されているので、隔壁32と管部30との接続部34に亀裂CRKが発生することがある。亀裂CRKが管部30の外面に達すると、排気ガスの漏洩のおそれがある。【０００８】
亀裂CRKの発生メカニズムを図10(a)〜(e)を参照して詳述する。図10(a)は、開口端面33における排気マニホルドMの隔壁32m及び排気ポートPa，Pbの基本形状を示す。図10(b)に示すように、エンジン（図示せず）が運転されると、隔壁32は高温の排気ガスにより加熱される。しかし図10(c)に示すように、隔壁32は、フランジ31で強固に拘束されているため自由膨張することができないので、塑性変形するとともに圧縮ひずみが発生する。一方、エンジンが停止して排気マニホルドMが室温まで冷却すると、図10(d)に示すように、隔壁32は加熱時の塑性変形を超えて熱収縮しようとするが、図10(e)に示すようにフランジ31により強固に拘束されているため、隔壁32及び／又は接続部34に大きな引張ひずみが発生する。エンジンの運転・停止に伴う加熱・冷却が繰り返されると、隔壁32に発生した亀裂CRKにより排気ポートPaとPbが連通したり、接続部34に発生した亀裂CRKが管部30の外面に達したりすることがある。【０００９】
隔壁32に発生した亀裂CRKにより排気ポートPaとPbが連通すると、排気干渉を引き起こしたり、背圧が上昇したりする。また管部30の外面に達する亀裂CRKが発生すると、排気ポートPa，Pb中の排気ガスが外部に噴出するという問題が生じ、またタービンハウジングを有する場合にはその作動が不安定となって、結果的にエンジン性能が低下する。【００１０】
排気マニホルドの隔壁及び管部に亀裂が発生するのを防止するため、実開昭60-95118号は、図11に示すように、隔壁32にフランジ31の厚さより深いリットSLTを形成することにより熱膨張及び熱収縮を吸収することを提案している。しかしながら、スリットSLTの存在により、ポートを流れる排気ガスに乱流が生じて背圧が上昇し、もってエンジン出力が低下するという問題が生じることが分った。【００１１】
実開平2-39529号は、図12に示すように、隔壁32に局所的な薄肉部TWを形成することにより、隔壁32が熱変形する際に薄肉部TWを容易に歪ませて熱応力を緩和した排気マニホルドを提案している。隔壁32に局所的な薄肉部TWを設けることにより、隔壁32にスリットSLTを形成した場合（実開昭60-95118号）のように排気ガスに乱れを発生させることなく、亀裂CRKを防止することができる。しかし、隔壁32と管部30との接続部34の形状によっては、排気系部品の外面に達するような亀裂CRKが発生することがあることが分った。また図12に示す隔壁32の形状では、接続部34が肉厚であるため、排気マニホルド全体の重量が非常に大きくなるという問題もある。【００１２】
特開平7-217438号は、図13に示すように、排気ポートPa，Pbの断面形状をほぼ台形とし、隔壁32と直線状の内壁35とを短い曲率半径Rsの円弧状の接続部34で結ぶことにより、熱応力を直線状の内壁35に分散させた排気マニホルドを提案している。しかし、隔壁32と直線状の内壁35を結ぶ接続部34の形状によっては、排気系部品の外面に達する亀裂CRKが発生することがあることが分った。また排気ポートの断面形状はほぼ台形に限定されており、極端に自由度が小さい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従って、本発明の目的は、排気ポートの断面形状を著しく制限することなしに、排気系部品の外面に達する亀裂の発生のおそれを回避した排気系部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的に鑑み鋭意研究の結果、(1) 排気系部品の重量を著しく増加させずに、隔壁と管部との接続部に、引張りや圧縮の熱ひずみによる亀裂が発生するのを完全に防止するのは困難であること、及び(2) 従って、亀裂が発生してもそれを排気系部品の外面へ進展させることなく隔壁の中央部に誘導すれば、上記問題を解消できることを発見し、本発明に想到した。【００１５】
すなわち、本発明の排気系部品は、隔壁で分離された２つ以上の排気ポートを有し、前記隔壁を有する管部の任意の横手方向断面（開口端面を含む）で見たとき、前記管部の内壁間に延在する前記隔壁は、その長手方向の中点を中心にして前記隔壁の長さの1/2の範囲内に最小肉厚Aを有するとともに、その範囲外では次第に幅広くなり、前記隔壁の各外面は、(a)前記隔壁の長手方向中心線より距離A/2だけ離れた平行線H1，H2と、前記平行線H1，H2及び前記内壁に接線方向に接続する半径r1，r2の円弧R1，R2（ただしr1及びr2はいずれも1/3×A以上で、かつr1＋r2＝1.9 Aを満たす。）とからなる各内側線と、(b)前記隔壁の長手方向中心線より距離3/2×Aだけ離れた平行線H3，H4と、前記平行線H3，H4及び前記内壁に接線方向に接続する半径r3，r4の円弧R3，R4（ただしr3及びr4はいずれも1/3×A以上で、かつr3＋r4＝4 Aを満たす。）からなる各外側線に挟まれた領域内に存在することを特徴とする。【００１６】
前記円弧R1，R2の半径r1、r2は、r1＋r2＝2.5 Aの条件を満たすのが好ましい。【００１７】
前記隔壁の最小肉厚Aは２〜10 mmであり、前記隔壁を有する管部における横手方向断面では、前記内壁と前記隔壁とが半径２〜13 mmの円弧で接線方向に接続しているのが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
上記構造を有する本発明の排気系部品は、重量の増加や排気ポートの断面形状の制限がほとんどなく、外面に達する亀裂の発生が防止されているので、エンジンの動作が安定化し、性能低下が起こらない。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１（ａ）】本発明の好ましい実施態様による排気系部品の下流開口端面を示す正面図である。
【図１（ｂ）】図１(a)のX部の拡大図である。
【図２（ａ）】本発明の別の好ましい実施態様による排気系部品の下流開口端面を示す正面図である。
【図２（ｂ）】本発明のさらに別の好ましい実施態様による排気系部品の下流開口端面を示す正面図である。
【図２（ｃ）】本発明のさらに別の好ましい実施態様による排気系部品の下流開口端面を示す正面図である。
【図３（ａ）】本発明のさらに別の好ましい実施態様による排気系部品の下流開口端面を示す正面図である。
【図３（ｂ）】本発明のさらに別の好ましい実施態様による排気系部品の下流開口端面を示す正面図である。
【図３（ｃ）】本発明のさらに別の好ましい実施態様による排気系部品の下流開口端面を示す正面図である。
【図３（ｄ）】本発明のさらに別の好ましい実施態様による排気系部品の下流開口端面を示す正面図である。
【図４（ａ）】実施例１に用いた試料の形状を示す斜視図である。
【図４（ｂ）】実施例１に用いた試料の形状を示す正面図である。
【図４（ｃ）】実施例１に用いた試料の隔壁部の形状を示す正面図の拡大図である。
【図４（ｄ）】比較例１に用いた試料の形状を示す正面図である。
【図４（ｅ）】比較例２に用いた試料の形状を示す正面図である。
【図５（ａ）】実施例２に用いた試料の形状を示す正面図である。
【図５（ｂ）】実施例２に用いた試料の隔壁部の形状を示す正面図の拡大図である
【図５（ｃ）】比較例３に用いた試料の形状を示す正面図である。
【図６】熱疲労試験装置の模式図である。
【図７（ａ）】実施例３のタービンハウジング（疲労試験後）を示す斜視図である。
【図７（ｂ）】比較例４のタービンハウジング（疲労試験後）を示す斜視図である。
【図８】直列４気筒エンジンに接続する排気系部品の一例を示す断面図である。
【図９】図８のZ-Z拡大断面図である。
【図１０】亀裂の発生メカニズムを説明する概略図である。
【図１１】実開昭60-95118号に記載の排気系部品の下流開口端面を示す正面図である。
【図１２】実開平2-39529号に記載の排気系部品の下流開口端面を示す正面図である。
【図１３】特開平7-217438号に記載の排気系部品の下流開口端面を示す正面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の排気系部品を添付図面を参照して以下詳細に説明するが、本発明は図示の例に限定されるものではない。なお同様な部位に対しては同じ符号を付与し、重複する説明を省略する。【００２１】
第一の実施態様
図１(a)は第一の実施態様の排気系部品の開口端面３を示す正面図であり、図１(b)は図１(a)のＸ部拡大図である。この排気系部品のフランジ１はほぼ方形の輪郭を有し、隔壁２は中央部がほぼ直線状の外面を有し、両端部が曲線状の外面を有する。隔壁２はその長手方向の中点Ｏを中心にして隔壁２の長さの1/2の範囲内に最小肉厚Aを有するとともに、その範囲外（それより端部側）では次第に幅広くなる曲線状の外面を有する。【００２２】
フランジ１と接続部４でこれに接続する隔壁２とは、図１(a)に示す排気ポートPaとPbの共通接線L1で分離して表現するものとする。接線L1よりも紙面上で上方部分がフランジ１であり、下方が隔壁２であるものとする。そして、隔壁２のL1側端部と反対側の端部にも同様に排気ポートPaとPbの共通接線L2を描き、接線L1と接線L2の最短距離を隔壁２の長さとする。また、隔壁２の長手方向の中点Oを中心に隔壁２の長さの3/4の範囲内では、隔壁２の幅の中心点を結んだ線を隔壁の長手方向中心線Cとし、前記以外の範囲においては、隔壁２の長さの3/8の位置での長手方向中心線Cの接線を長手方向中心線Cとする。【００２３】
隔壁２の各外面2aは、隔壁２の長手方向中心線Ｃより距離A/2だけ離れた平行線H1，H2と、平行線H1，H2及び管部10の内壁５に接線方向に接続する半径r1，r2の円弧R1，R2とからなる各内側線（鎖線で示す）上、又はそれより外側に存在する必要がある。ここで「接線方向に接続する」とは、円弧R1，R2と平行線H1，H2との接点において円弧R1，R2の接線と平行線H1，H2とが一致していることを意味する。円弧R1，R2と内壁５との接点の場合も同様である。従って、円弧R1，R2は、平行線H1，H2と内壁５とに内接する半径r1，r2の円弧に相当する。【００２４】
r1及びr2はr1＋r2＝1.9 Aを満たす必要がある。これより隔壁２の各外面2aが中心線Cに近い方に存在すると隔壁２が薄くなり亀裂が発生する。r1又はr2のいずれか一方が極端に小さくなると、隔壁２と内壁５との接続部４の曲率が大きくなり、応力が集中し亀裂が発生しやすくなる。そのためr1及びr2はいずれも1/3×A以上である必要があり、いずれも1/2×A以上であるのが好ましい。この実施態様では、r1＝r2であるが、後述の実施態様の様にr1及びr2が等しくない場合もあり、特にそのような場合にはr1及びr2が小さくなりすぎないようにする必要がある。【００２５】
隔壁２に仕切られた排気ポートPa，Pbには高温高圧の排気ガスが交互に流れるので、十分な高温強度を保持するために隔壁２はある程度の厚さを必要とする。特に接続部４には応力が集中するので、中央部より厚くする必要がある。しかしながら、必要以上に隔壁２を厚くすると、排気系部品が重くなりすぎる。従って、隔壁２の各外面2aは、長手方向中心線Ｃより距離3/2×Aだけ離れた平行線H3，H4と、平行線H3，H4及び管部10の内壁５に接線方向に接続する半径r3，r4の円弧R3，R4からなる各外側線（鎖線で示す）上、又はそれより内側に存在する必要がある。円弧R1，R2と同様に、円弧R3，R4は平行線H3，H4と内壁５とに内接する半径r3，r4の円弧に相当する。【００２６】
r3及びr4はr3＋r4＝4Aを満たす必要がある。これより隔壁２の各外面2aが中心線Cから遠い方に存在すると隔壁２が厚くなり排気系部品の重量が大きくなる。r3又はr4のいずれか一方が極端に小さくなると、隔壁２と内壁５との接続部４の曲率が大きくなり、応力が集中し亀裂が発生しやすくなる。そのためr3及びr4はいずれも1/3×A以上である必要があり、いずれも1/2×A以上であるのが好ましい。この実施態様では、r3＝r4であるが、後述の実施態様の様にr3及びr4が等しくない場合もあり、特にそのような場合にはr3及びr4が小さくなりすぎないようにする必要がある。【００２７】
中心領域21及び拡開領域4aでは、隔壁２の外面2aの輪郭は直線状でもよいが緩やかな曲線状であることが好ましい。緩やかな曲線状の場合、円弧状である必要はない。隔壁２の中点Oからの距離が隔壁２の長さの3/8の点での隔壁２の厚さA2は、隔壁２の最小肉厚Aの1.3倍以上であるのが好ましく、1.5倍以上であるのがさらに好ましい。中心領域21及び拡開領域4aは、なめらかに繋がっていることが好ましい。【００２８】
接続部４は隔壁２の外面2aと内壁５をなめらかに繋ぐ曲線であるのが好ましく、外面2a及び内壁５に接線方向に接続する円弧からなるのが好ましい。円弧の半径は前記内側線と前記外側線の間に隔壁２の外面2aが形成される様な値をとることができるが、1/3×A以上であるのが好ましく、1/2×A以上であるのがより好ましい。【００２９】
このように隔壁２の各外面2aが前記内側線と前記外側線に挟まれた領域（B1及びB2）内に存在することにより、隔壁２に大きな熱応力が加わった場合に、前記中心領域21に優先的に亀裂が生じ、それ以外の範囲では亀裂が生じにくくなる。たとえ隔壁２とフランジ１との接続部４付近に亀裂が生じても、フランジ１方向へは成長せず、フランジ１とは離れた隔壁２の方向に成長するので、排気ポートPa又はPbと排気系部品外面とが連通する様な亀裂は生じにくくなる。従って、隔壁２が上記の様な形状を有することにより、排気系部品の重量を増加させることなく、管部10に亀裂が発生しない排気系部品を得ることができる。【００３０】
本発明の排気系部品において、円弧R1，R2の半径r1、r2は、r1＋r2＝2.5 Aを満たすのが好ましく、隔壁の最小肉厚Aが２〜10 mmであり、隔壁の各外面と排気ポートの内壁とが、管部の任意の横手方向断面で見たとき半径２〜13 mmの円弧で接線方向に接続していることがさらに好ましい。この構成とすることで、排気ポートと排気系部品の外面とが連通する亀裂が発生するおそれがさらに低減する。【００３１】
第二の実施態様
図２(a)は第二の実施態様の排気系部品の開口端面３を示す。この排気系部品は、隔壁２が傾斜しているとともに排気ポートも傾斜している以外第一の実施態様の排気系部品と実質的に同じであり、第一の実施態様の条件を全て満たす必要がある。【００３２】
第三の実施態様
図２(b)は第三の実施態様の排気系部品の開口端面３を示す。この排気系部品は、隔壁２がS字状である以外第一の実施態様の排気系部品と実質的に同じであり、第一の実施態様の条件を全て満たす必要がある。【００３３】
第四の実施態様
図２(c)は第四の実施態様の排気系部品の開口端面３を示す。この排気系部品は、隔壁２がS字状である以外第二の実施態様の排気系部品と実質的に同じであり、第一の実施態様の条件を全て満たす必要がある。【００３４】
第五の実施態様
図３(a)は第五の実施態様の排気系部品の開口端面３を示す。この排気系部品は、開口端面３が円状である以外第一の実施態様の排気系部品と実質的に同じであり、第一の実施態様の条件を全て満たす必要がある。【００３５】
第六の実施態様
図３(b)は第六の実施態様の排気系部品の開口端面３を示す。隔壁２が傾斜しているとともに排気ポートも傾斜している以外第五の実施態様の排気系部品と実質的に同じであり、第一の実施態様の条件を全て満たす必要がある。【００３６】
第七の実施態様
図３(c)は、第七の実施態様の排気系部品の開口端面３を示す。この排気系部品は、隔壁２がS字状である以外第五の実施態様の排気系部品と実質的に同じであり、第一の実施態様の条件を全て満たす必要がある。【００３７】
第八の実施態様
図３(d)は第八の実施態様の排気系部品の開口端面３を示す。この排気系部品は、隔壁２がS字状である以外第六の実施態様の排気系部品と実質的に同じであり、第一の実施態様の条件を全て満たす必要がある。【００３８】
上記、第二〜第八の実施態様においても、隔壁２は隔壁の長手方向の中点Oを中心にして隔壁の長さの1/2の範囲内（中心領域4a）に最小肉厚Aを有するとともに、その範囲外（端部領域40）では次第に幅広くしている。また、隔壁の各外面は、(a)隔壁の長手方向中心線Cより距離A/2だけ離れた平行線H1，H2と、平行線H1，H2及び内壁に接線方向に接続する半径r1，r2の円弧R1，R2（ただしr1及びr2はいずれも1/3×A以上で、かつr1＋r2＝1.9 Aを満たす）とからなる各内側線と、(b)隔壁の長手方向中心線Cより距離3/2×Aだけ離れた平行線H3，H4と、平行線H3，H4及び内壁に接線方向に接続する半径r3，r4の円弧R3，R4（ただしr3及びr4はいずれも1/3×A以上で、かつr3＋r4＝4 Aを満たす）からなる各外側線に挟まれた領域内に存在している。これにより、排気系部品の重量が極端に増加することなく、排気ポートと排気系部品の外側とが連通する亀裂の発生が低減し、排気ポートの断面形状を極端に制限することのない排気系部品を得ることができる。【００３９】
以下に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
実施例１
図4(a)に示す形状を有するオーステナイト系耐熱鋳鋼からなる試料TPを作製した。試料TPの厚さは20 mmであり、管部10の肉厚FWは20 mmであり、隔壁２の長さは80 mmであった。図4(b)に試料TPの開口端面３示し、図4(c)に隔壁２の部分の拡大図を示す。隔壁２は、長手方向の中点Ｏを中心にして隔壁２の長さの1/2（40 mm）の範囲に厚さ６mmの平板状の中心領域21を有し、平板状の中心領域21の外側には拡開領域4aと接続部４からなる端部領域40を有する。隔壁２の最小肉厚Aは中心領域21の厚さと同じ６mmであり、拡開領域4aは中心領域21の端部より次第に直線状に幅広くなり、隔壁２の長手方向の中点Oから隔壁２の長さの3/8（30 mm）の位置における厚さA2の値は10 mmである。接続部４は拡開領域4a及び管部10の内壁５に接線方向に接続する半径７mmの円弧状である。表１に試料TPの寸法を示す。【００４０】
上記のように隔壁２を形成することで、(a)隔壁２の長手方向中心線Cより距離A/2、すなわち３ mmだけ離れた平行線H1，H2と、平行線H1，H2及び内壁５に接線方向に接続する半径r1＝r2＝5.7 mm（r1及びr2はいずれも1/3×A以上で、かつr1＋r2＝1.9 Aを満たす）の円弧R1，R2とからなる各内側線、及び(b)隔壁２の長手方向中心線Cより距離3/2×A、すなわち９ mmだけ離れた平行線H3，H4と、平行線H3，H4及び内壁に接線方向に接続する半径r3＝r4＝12 mm（r3及びr4はいずれも1/3×A以上で、かつr3＋r4＝4 Aを満たす）の円弧R3，R4とからなる各外側線、に挟まれた領域（斜線部B1及びB2）内に隔壁２の各外面2aが存在した。【００４１】
試料TPに対して、日本国特許第2533885号に記載の疲労試験装置により、熱疲労試験を行った。図６に示す熱疲労試験装置50において、LPG供給源52からのLPGと圧縮機53からの空気とをバーナー51に供給すると共に、燃焼室54にも空気を強制的に供給し、燃焼室54内でLPGに点火しバーナー51を燃焼させる。バーナー51から出た炎55を燃焼室54内に噴出させ、それに伴う高温の燃焼ガスを冷却ブロック56の燃焼ガス路56aを通して試料TPへと流し、試料TPを加熱する。燃焼ガス路56aは、冷却水の流入口及び排出口を具備した冷却ブロック56に循環させた冷却水により冷却し保護している。試料TPの入口にはシース型熱電対57を設けている。熱疲労試験は、(i)シース型熱電対57の検知温度が950℃まで試料TPを加熱後10分間保持、及び(ii)燃焼ガスの供給を停止して10分間保持、の２工程からなるサイクルを１サイクルとして、試料TPに亀裂が確認できるまで繰り返した。熱疲労試験の結果、実施例１における試料TPについては隔壁２の長手方向の中心部に亀裂が発生したが、排気ポートから試料TP外面に達する亀裂は発生しなかった。【００４２】
比較例１
図4(d)に示すように、隔壁２の拡開領域4aの厚さを６mmで一定とし実質的に拡開領域4aを有さず、隔壁２の外面2a及び管部10の内壁５に接線方向に接続する半径２mmの円弧で接続部４を形成した以外は実施例１と同様にして試料TPを作製した。隔壁２の最小肉厚Aは中心領域21の厚さと同じ６mmであり、中点Oから隔壁２の長さの3/8（30 mm）の位置における厚さA2の値は６mmであった。表１に試料TPの寸法を示す。この試料TPの隔壁２は、実施例１に記載した各内側線及び各外側線に挟まれた領域（斜線部B1及びB2）以外の部分にも、その各外面2aが形成されていた。さらに半径r1〜r4がいずれも1/3×A以上で、かつr1＋r2＝1.9 A、及びr3＋r4＝4 Aを満たすいずれの値をとっても、各内側線及び各外側線に挟まれた領域（斜線部B1及びB2）以外の部分にも、隔壁２の各外面2aが形成されていた。比較例１の試料TPを用いて実施例１と同様の熱疲労試験の結果、隔壁とフランジの接続部より排気ポートから試料TPの外面に達する亀裂が発生した。【００４３】
比較例２
図4(e)に示すように、隔壁の長手方向の中点Oから隔壁の長さの3/8の位置における隔壁２の厚さA2の値を30 mmとした以外、実施例１と同様にして試料TPを製作した（表１に試料TPの寸法を示す。）。この試料TPの隔壁２は、実施例１に記載した各内側線及び各外側線に挟まれた領域（斜線部B1及びB2）以外の部分にも、その各外面2aが形成されていた。実施例１と同様の熱疲労試験を実施した結果、隔壁２の長手方向の中心部に亀裂が発生したが、排気ポートから試料TP外面に達する亀裂は発生しなかった。しかし比較例２の試料TPは実施例１の試料TPと比較して重量が1.1倍となり、排気ポートの断面積が10％減少した。【００４４】
実施例２
図5(a)に示すように隔壁の形状をS字形状とした以外は実施例１と同様にして試料TPを作製した。図５(b)に試料TPの隔壁部の拡大図を示す。隔壁２の長手方向の中点Ｏを中心にして隔壁２の長さの1/2の範囲に厚さ６mmの平板状の中心領域21を有し、平板状の中心領域21の外側には拡開領域4aと接続部４からなる端部領域40を有する。中心領域21は実施例１の隔壁２に対して角度θ1＝30°だけ傾いており、拡開領域4aは実施例１の隔壁２に対して角度θ2＝−45°だけ傾いているため、隔壁２の全体はS字形である。隔壁２の最小肉厚Aは中心領域21の厚さと同じ６mmであり、拡開領域4aは中心領域21の端部より次第に直線状に幅広になり、隔壁２の長手方向の中点Oから隔壁２の長さの3/8の位置における厚さA2の値は10 mmである。中心領域21と拡開領域4aは屈曲部23で、中心領域21及び拡開領域4aに接線方向に接続する半径ri＝３mm及びro＝９mmの円弧Ri及びRoで接続している。ここで中心領域21と拡開領域4aとのなす角のうち内角側の隔壁２の外面2aを接続する円弧をRi、反対側の円弧をRoとする。接続部４は拡開領域4a及び管部10の内壁５に接線方向に接続する半径10 mmの円弧Raと半径５ mmの円弧Rbで形成される。隔壁２と内壁５とのなす角度が鈍角をなす側の円弧をRa、鋭角をなす側の円弧をRbとした。表１に試料TPの寸法を示す。【００４５】
上記のように隔壁を形成することで、(a)隔壁の長手方向中心線Cより距離A/2、すなわち３ mmだけ離れた平行線H1，H2と、平行線H1，H2及び内壁に接線方向に接続し、半径r1＝10 mm，r2＝５ mm（r1＋r2＝2.5Aを満たす。r1が鈍角側、r2が鋭角側の円弧の半径）の円弧R1，R2とからなる各内側線と、(b)隔壁の長手方向中心線Cより距離3/2×A、すなわち９ mmだけ離れた平行線H3，H4と、平行線H3，H4及び内壁に接線方向に接続し、半径がr3＝16 mm，r4＝8 mm （r3＋r4＝4 Aを満たす。r3が鈍角側、r4が鋭角側の円弧の半径）の円弧R3，R4とからなる各外側線、に挟まれた領域（斜線部B1及びB2）内に隔壁２の各外面2aが存在した。実施例１と同様の熱疲労試験を実施した結果、隔壁の長手方向の中心付近に亀裂が発生したが、排気ポートから試料TP外面に達する亀裂は発生しなかった。【００４６】
比較例３
図5(c)に示すように、隔壁２の拡開領域4aの厚さを中心領域21と同じ６mmで一定とし実質的に拡開領域4aを有さず、円弧Ra及び円弧Rbの半径をそれぞれ８ mm及び２ mmに変更した以外は実施例２と同様にして試料TPを作製した。表１に試料TPの寸法を示す。【００４７】
上記のように隔壁を形成することで、半径r1〜r4がいずれも1/3×A以上で、かつ r1＋r2＝1.9 A 及び r3＋r4＝4 A を満たすいずれの値をとっても、(a)平行線H1，H2と、平行線H1，H2及び内壁に接線方向に接続する円弧R1，R2とからなる各内側線と、(b)平行線H3，H4と、平行線H3，H4及び内壁に接線方向に接続する円弧R3，R4とからなる各外側線に挟まれた領域（斜線部B1及びB2）以外の部分にも隔壁２の外面2aが存在する様にし、比較例３の試料TPを作製した。実施例１と同様の熱疲労試験を実施した結果、隔壁とフランジの接続部より排気ポートから試料TPの外面に達する亀裂が発生した。【００４８】
【表１】
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注：(1)A2は隔壁の中点から30 mmの位置における厚さ。
(2)実施例１の隔壁に対する傾き（θ1：中心領域の角度、θ2：拡開領域の角度）。
(3)隔壁の中点からの距離。【００４９】
実施例３
図7(a)に示すタービンハウジングTaを作製した。タービンハウジングTaは直列４気筒で排気量2000 ccの高性能ガソリンエンジン（図示せず）に使用され、排気マニホルドで集合させたエンジンからの排気ガスの圧力でタービンハウジング内のタービンを回転させ、このタービンと同軸の圧縮機を駆動して混合気を圧縮しエンジンに供給することにより、エンジンの出力を高めるものである。【００５０】
図7(a)に示すようにタービンハウジングTaの開口端面３は、図４(b)に示す実施例１の試料TPとほぼ相似形状をしているので、図４(b)を用いて隔壁２の部分の形状を説明する。隔壁２の長さは40 mm、隔壁の最小肉厚Aは３ mmである。隔壁２は、長手方向の中点Ｏを中心にして隔壁２の長さの1/2の範囲に厚さ３mmの平板状の中心領域21を有し、平板状の中心領域21の外側には拡開領域4aと接続部４からなる端部領域40を有する。隔壁２の最小肉厚Aは中心領域21の厚さと同じ３mmであり、拡開領域4aは中心領域21の端部より次第に直線状に幅広になり、隔壁２の長手方向の中点Oから隔壁２の長さの3/8（15 mm）の位置における厚さA2の値は５mmである。接続部４は拡開領域4a及び管部10の内壁５に接線方向に接続する半径3.5 mmの円弧状であった。【００５１】
上記のように隔壁を形成することで、(a)隔壁の長手方向中心線CよりA/2、すなわち1.5 mmだけ離れた平行線H1，H2と、平行線H1，H2及び内壁に接線方向に接続する、半径r1，r2＝2.85 mm（半径がr1＋r2＝1.9 Aを満たす）の円弧R1，R2からなる各内側線と、(b)隔壁の長手方向中心線Cより距離3/2×A、すなわち4.5 mmだけ離れた平行線H3，H4と、平行線H3，H4及び内壁に接線方向に接続する、半径r3，r4＝６ mm（半径がr3＋r4＝4 Aを満たす）の円弧R3，R4とからなる各外側線に挟まれた領域（斜線部B1及びB2）内に隔壁２の各外面2aが存在した。また、フランジ及び隔壁以外のタービンハウジングTaは、主要部肉厚を2.5〜5.5 mmとしてオーステナイト系耐熱鋳鋼で鋳造し、所定の熱処理を施した後、加工を施し作製した。【００５２】
タービンハウジングTaに対して、熱疲労試験装置40を用いて実施例１と同様に熱疲労試験を行った。熱疲労試験は、(i)タービンハウジングTaの隔壁２の中央部の温度が1000℃になるまで加熱して10分保持、及び(ii)燃焼ガスの供給を停止し冷却して10分保持、の２工程からなるサイクルを１サイクルとして1000サイクルで行った。図7(a)に、熱疲労試験後のタービンハウジングTaに発生した亀裂CRKを併せて示す。亀裂CRKは、隔壁２のほぼ中央部に発生し、タービンハウジングの外面へ貫通するようなものは認められなかった。【００５３】
比較例４
隔壁２の拡開領域4aの厚さを中心領域21と同じ３mmで一定とし実質的に拡開領域4aを有さず、隔壁２及び内壁５に接線方向に接続する円弧の半径を２mmとした以外は実施例３のタービンハウジングTaと同様にして図7(b)に示すタービンハウジングTb作製した。タービンハウジングTbの開口端面３は、図４(d)に示す比較例１の試料TPとほぼ相似形状をしている。【００５４】
タービンハウジングTbは、半径r1〜r4がいずれも1/3×A以上で、かつr1＋r2＝1.9 A 及び r3＋r4＝4 Aを満たすいずれの値をとっても、(a)隔壁の長手方向中心線CよりA/2だけ離れた平行線H1，H2と、平行線H1，H2及び内壁に接線方向に接続する円弧R1，R2からなる各内側線と、(b)隔壁の長手方向中心線Cより距離3/2×Aだけ離れた平行線H3，H4と、平行線H3，H4及び内壁に接線方向に接続する円弧R3，R4とからなる各側線に挟まれた領域（斜線部B1及びB2）以外の部分にも隔壁２の外面2aが存在した。【００５５】
タービンハウジングTbに対して実施例３と同じ条件で熱疲労試験を行ったところ、318サイクルでタービンハウジングTbの外面へ貫通する亀裂CRKが発生した。図7(b)に亀裂CRKを併記して示す。タービンハウジングTbでは、排気ポートPa又はPbの排気ガスが、亀裂CRKを介して外部に噴出することで、排気干渉を引き起こしたり、タービンハウジングの作動が不安定となったりし、結果的にエンジンの性能が低下し、問題であることがわかった。【００５６】
以上の実施例から、本発明の排気系部品は、重量が極端に増加することなく、排気ポートと排気系部品の外側とが連通する亀裂が発生しないことがわかった。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図２（ａ）】
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【図２（ｂ）】
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【図２（ｃ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図３（ｃ）】
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【図３（ｄ）】
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【図４（ａ）】
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【図４（ｂ）】
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【図４（ｃ）】
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【図４（ｄ）】
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【図４（ｅ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図５（ｃ）】
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【図６】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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