JPH07247836A - 排気マニホルド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 取付フランジ部の反り変形量が小さく、かつ
収縮変形量が制御できる耐久性と信頼性に優れた排気マ
ニホルドを得る。 【構成】 シリンダヘッドに取り付ける取付フランジ
（２）と、その取付フランジ間（２）をつなぐ連結部
（３）を有する排気マニホルド（１）の、少なくとも１
箇所以上の連結部にスリット（４）を設けるとともに、
スリット（４）を挟む任意の取付フランジ（２）間のボ
ルト孔（９）内径とボルト（１０）外径との空隙の合計
寸法を、その取付フランジ（２）間に存在するスリット
（４）の空隙の合計寸法よりも大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関に用いられる
排気系部品としての、耐久性と信頼性を向上する排気マ
ニホルドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの排気ガスを捕集し、消
音管（マフラー）へ送る管状耐熱部材として、排気マニ
ホルドがある。この排気マニホルドは、図３に示すよう
にシリンダヘッド（開示せず）に取り付ける取付フラン
ジ２と、シリンダヘッドの各排気ポートに接続する枝管
５と、この枝管５を集合する集合管６からなる。一般
に、排気マニホルドは、エンジンによる加熱・冷却過程
で生じる圧縮の塑性変形による熱収縮を抑える目的で、
図３に示すように取付フランジ２の間を連結部３によっ
て連結する形状にすることがある。また、エンジンの加
熱過程で生じる圧縮の塑性変形による収縮変形を抑える
目的で、図４に示すように取付フランジ２間を連結せず
に独立にした形状にすることがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図３に示す取付フラン
ジ部に連結部３を有する排気マニホルドは、連結部３に
よって収縮は防止されるものの、連結部３による拘束の
ために、集合管６部の塑性変形量が大きくなり、反りや
亀裂が生じやすくなる。また、図４に示す排気マニホル
ドのようにフランジ部２が独立するとフランジ部２の拘
束は小さくなり加熱時に生じる圧縮の塑性変形量は少な
くなるが、排気マニホルドの収縮を止めることができな
いために、ボルト孔７の内径とこのボルト孔７に挿入す
るボルトの外径との差だけ収縮した後、ボルトによって
拘束されて反りや亀裂が生じやすくなり、また排気マニ
ホルドの取り外しが困難になるといった問題が起こるこ
とになる。

【０００４】図３に示す取付フランジ２の間が連結した
形状の排気マニホルドにつき、熱による影響を図８に基
づき説明する。図８で、（１）は取付フランジ２がつな
がった排気マニホルド１をシリンダヘッドにボルト孔を
介してボルトで取り付けている基本形状である。エンジ
ンが運転を始めると、シリンダヘッドからの排気ガスに
より排気マニホルド１の集合管６部が加熱されて（２）
のように熱膨張する。しかし、取付フランジ２が連結し
ているため、取付フランジ２部の変形は抑制され、取付
フランジ２部と集合管６部の間には大きな寸法差が生じ
ることになる。やがて、集合管６部には（３）のように
圧縮応力が作用して、材料の耐力を超えると塑性変形が
生じる。この塑性変形量は、前記寸法差にほぼ一致す
る。エンジンが停止して冷却過程に入ると、新たに集合
管６部の熱収縮が始まる。しかし、取付フランジ２の間
がつながっているため、集合管６部の収縮に追随して動
くことができず、（４）のように取付フランジ２部の両
端が反り上がるように変形し、また排気マニホルドに亀
裂が入り、排気ガスが洩れるといった問題を生じる。

【０００５】次に、取付フランジ２が独立した排気マニ
ホルドの熱による影響を、図９に基づき説明する。図９
で、（１）は取付フランジ２が独立した排気マニホルド
１をシリンダヘッドにボルト孔を介してボルトで取り付
けている基本形状である。エンジンが運転を始めると、
シリンダヘッドからの排気ガスにより排気マニホルド１
の集合管６部が加熱されて（２）のように熱膨張する。
そして、取付フランジ２が独立しているために、取付フ
ランジ２部は集合管６部の変形に追随して動くことがで
きる。このため、取付フランジ２部と集合管６部の間の
寸法差は小さくなる。その結果、集合管６部に（３）の
ように圧縮応力が作用して、材料の耐力を超えた時に生
じる塑性変形量も小さなものになる。エンジンが停止し
て冷却過程に入ると、新たに集合管６部の熱収縮が始ま
るが、取付フランジ２が独立しているために、集合管６
部の収縮に追随して自由に動き、（４）のように取付フ
ランジ２部はボルトに拘束されるまで大きく収縮し続け
てしまう。

【０００６】排気マニホルドの変形や亀裂を防止改善す
るものとして、実開昭６０−６６８２２号公報には、排
気マニホルドの集合管をつなぐ補強リブにスリットを設
け、このスリットの内端部を補強リブに設けた円形孔に
接続し、熱変形による補強リブの亀裂を防止する開示が
ある。

【０００７】しかし、実開昭６０−６６８２２号公報に
開示された技術では、補強リブにスリットは入っている
が貫通していなために、排気マニホルドの塑性変形に伴
う熱収縮を完全に防止することはできない。

【０００８】本発明は、上記課題を解決し、取付フラン
ジの間が連結した排気マニホルドと取付フランジが独立
している排気マニホルドの両者の利点を持たせ、加熱時
には取付フランジが独立した排気マニホルドのように集
合管部の熱膨張に追随させて取付フランジを動かして圧
縮応力に伴う集合管部の塑性変形を抑制し、冷却時には
取付フランジの間がつながった排気マニホルドのように
連結部でもって集合管部の熱収縮に抗することで収縮量
を抑え、取付フランジ部の変形や排気マニホルド各部へ
の亀裂がなく信頼性に優れた排気マニホルドを提供する
ことを目的にする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の排気マニホルド（１）は、シリンダヘッド
に取り付ける取付フランジ（２）と該取付フランジ
（２）の間をつなぐ連結部（３）および取付用のボルト
孔（７）を有する排気マニホルド（１）において、少な
くとも１箇所以上の連結部（３）にスリット（４）を設
け、該スリット（４）を挟む前記ボルト孔（７）の内径
とボルト孔（７）に挿入するボルトの外径との差を、前
記スリット（４）の空隙の合計寸法より大きくすること
を特徴とする。

【００１０】

【作用】図７に基づき作用を説明する。図７は、連結部
を貫通するスリットを有する排気マニホルド１につい
て、熱影響の概念図を２気筒モデルで示すものである。
（１）は取付フランジ２の連結部３を貫通するスリット
４を持つ排気マニホルド１をシリンダヘッドに取り付け
ている基本形状である。エンジンが運転を始めるとシリ
ンダヘッドからの排気ガスにより排気マニホルド１の集
合管６が（２）のように熱膨張するが、スリット４があ
るために取付フランジ２は独立したものとして、自由に
追随して動くことができる。また、冷却過程で集合管６
が（３）のように収縮するときには、スリット４の幅分
は取付フランジ２が追随して収縮するものの、その後
は、スリット４が閉じられてしまうために取付フランジ
２部の連結部３は一体になったものとして働き、熱収縮
量はほぼスリット４のスリット４の幅だけ生じて停止す
る。

【００１１】

【実施例】以下本発明を実施例により詳細に説明する。 （実施例１）図１は本発明の一実施例を示す。排気マニ
ホルド１は４気筒エンジン用であり、シリンダヘッドに
取り付ける取付フランジ２と、この取付フランジ２間を
つなぐに連結部３を設けている。そして、連結部３に
は、幅１．５ｍｍの貫通スリット４を設けている。スリ
ット４は取付フランジ２と集合管６の間の高温の排気ガ
スによる熱膨張時の寸法差を少なくし、かつ熱収縮時に
は上記連結部３が取付フランジ２部の収縮を抑制する働
きをする。

【００１２】図２は４気筒エンジン用排気マニホルドで
の、取付フランジ２間をつなぐ連結部３のスリット４の
幅（ｂ１、ｂ２、ｂ３）と、ボルト孔７の内径とボルト
１０外径との空隙（ａ１、ａ２、・・・ａ１６）の取り
方を示す。排気マニホルドは左側から右側に向かって１
番、２番、３番、４番取付フランジ２と数えるものとす
る。１番取付フランジ２ａと２番取付フランジ２ｂの間
に設けられたスリット４の幅はｂ１とする。このとき、
１番取付フランジ２ａのボルト孔７の内径とボルト１０
の外径との空隙ａ１またはａ３と、２番取付フランジ２
ｂのボルト孔７内径とボルト１０外径との空隙ａ６また
はａ８の合計（ａ１＋ａ８）は、ｂ１より大きく設定し
ている。同様に、１番取付フランジ２ａと４番取付フラ
ンジ２ｄの間に設けた３個のスリット４の幅を、それぞ
れｂ１、ｂ２およびｂ３と、１番取付フランジ２ａのボ
ルト孔９の内径とボルト１０の外径との空隙ａ１または
ａ３と、３番取付フランジ２ｂのボルト孔９の内径とボ
ルト１０の外径との空隙ａ１４またはａ１６の合計寸法
（ａ１＋ａ１６）は、（ｂ１＋ｂ２＋ｂ３）より大きく
設定する。このようにして、取付フランジ２間に設けた
スリット４の幅に応じて、全ての取付フランジ２間のボ
ルト孔７の内径とボルト１０の外径との空隙寸法を決定
する。

【００１３】図５は、４気筒排気マニホルドについて、
連結部を貫通するスリットの有無による排気マニホルド
耐久評価試験後の取付フランジの反り変形量を比較した
ものである。横軸の＃１から＃４は４つの気筒、縦軸は
取付フランジの反り変形量を示す。スリットの有る取付
フランジの反り変形量は、スリットの無いものに比較し
て、＃２、＃３で約１／８に低減している。図６は、４
気筒排気マニホルドについて、連結部を貫通するスリッ
トのスリット幅の大きさによる排気マニホルド耐久評価
試験後の取付フランジの収縮変形量を比較したものであ
る。横軸はスリット幅の大きさ、縦軸は取付フランジの
収縮変形量を示す。取付フランジ部の収縮量は、スリッ
ト幅にほぼ比例することがわかる。従って、スリット幅
を制御することで排気マニホルドに生じる収縮量を制御
することができる。

【００１４】（実施例２）高Ｓｉ鋳鉄製で排気量２００
０ｃｃの高性能ガソリンエンジン相当の排気マニホルド
を鋳造し、取付フランジの間をつなぐ連結部に、幅１．
５ｍｍの貫通スリットを加工した設けて本発明の排気マ
ニホルドを製作した。この本発明の排気マニホルドを排
気シミュレータを用いて耐久試験を実施した。試験条件
として、機関回転数６０００ｒｐｍでの全負荷運転相当
の加熱（１０分）−冷却（１０分）を１サイクルとする
冷熱（ＧＯ−ＳＴＯＰ）サイクルを５００サイクルまで
実施した。全負荷時の排気ガス温度は、約９００℃であ
った。この条件下での排気マニホルドの集合管部の温度
は約８００℃であった。評価試験の結果、本発明の排気
マニホルドは、取付フランジの反り変形量は少なく、収
縮変形量は、スリット幅を少し超える程度に納まり、熱
変形によるガスの漏洩や熱亀裂は生ぜず、優れた耐久性
および信頼性を有することが確認された。

【００１５】一方、同じく高Ｓｉ鋳鉄製で、連結部に貫
通スリットを形成しない従来の排気マニホルドを組み付
けて同様に試験を実施した。その結果、従来の排気マニ
ホルドは、２６８サイクルで取付フランジの反り変形に
より排気ガスが漏洩し、使用不能となり、本発明の排気
マニホルドの優れた耐久性が確認された。

【００１６】

【発明の効果】上述の通り、本発明の排気マニホルド
は、連結部にスリットを設け、このスリットを挟むボル
ト孔の内径とボルト孔に挿入するボルトの外径との差
を、スリットの空隙の合計寸法より大きくしたので、運
転時は取付フランジは独立して熱膨張に追随して移動す
るので、取付フランジと集合管部の熱膨張差による寸法
差が少なくなり塑性変形の発生が抑制される。また、停
止時の冷却過程での集合管が収縮するときには、スリッ
トの幅分は取付フランジが追随して収縮するものの、そ
の後は、スリットを閉じるので取付フランジの連結部は
一体になったものとして働き、熱収縮量はほぼスリット
の幅だけ生じて停止する。従って、本発明の排気マニホ
ルドは取付フランジ部の変形が少なく、熱応力が少ない
ので、耐久性が大幅に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の取付フランジ間の連結部に
スリットを設けた排気マニホルドを示す平面図である。

【図２】本発明の取付フランジ間の連結部の設けたスリ
ット幅とこのスリットを挟むボルト孔の内径とボルトの
外径との空隙の関係を示す図である。

【図３】従来の取付フランジ間の連結部を有する排気マ
ニホルドを示す平面図である。

【図４】従来の集合管ごとに独立した取付フランジを有
する排気マニホルドを示す平面図である。

【図５】４気筒排気マニホルドについて、連結部を貫通
するスリットの有無による耐久評価試験後の取付フラン
ジの反り変形量を比較した図である。

【図６】４気筒排気マニホルドについて、連結部を貫通
するスリット幅の大きさと排気マニホルド耐久評価試験
後の取付フランジの収縮変形量を示す図である。

【図７】連結部に貫通スリットを設けた排気マニホルド
について、熱影響の概念図を２気筒モデルで示す図であ
る。

【図８】取付フランジがつながった排気マニホルドの熱
による影響を示す概念図である。

【図９】集合管ごとに独立した取付フランジを有する排
気マニホルドの熱による影響を示す概念図である。

【符号の説明】

１：排気マニホルド、 ２：取付フランジ、
３：連結部、４：スリット、 ５：枝
管、 ６：集合管、７：ボルト孔、
８：スリット幅、 ９：ボルト孔 １０：ボルト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドに取り付ける取付フラン
   ジ（２）と該取付フランジ（２）の間をつなぐ連結部
   （３）および取付用のボルト孔（７）を有する排気マニ
   ホルド（１）において、少なくとも１箇所以上の連結部
   （３）にスリット（４）を設け、該スリット（４）を挟
   む前記ボルト孔（７）の内径とボルト孔（７）に挿入す
   るボルトの外径との差を、前記スリット（４）の空隙の
   合計寸法より大きくすることを特徴とする排気マニホル
   ド。