JP2010090862A - エキゾーストマニホールドの締結構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ボルトの締結位置の設計自由度を拡大できると同時に、ボルト脱着用工具とブランチ管との接触、あるいはボルトの締結位置の変更や追加等を回避できるエキゾーストマニホールドの締結構造の提供。
【解決手段】 ボルト挿通孔１０及び螺子孔１３をヘッドフランジ４の板厚方向に対して所定の角度θ１を有する軸１０ａ上に形成し、ヘッドフランジ４のボルト挿通孔１０の開口周縁部に、軸１０ａに対して軸直方向の座面を有し、且つ、ボルト１６の頭部１６ａが着座する座部１１を形成した。
【選択図】 図４

Description

本発明は、エキゾーストマニホールドの締結構造に関する。

従来、エキゾーストマニホールドの締結構造として特許文献１の記載の技術が知られている。
この発明によれば、ヘッドフランジの締結面をシリンダヘッドの締結面に重ねた状態として、ヘッドフランジのボルト挿通孔からボルトを挿通してシリンダヘッドの螺子孔に螺合するようにしている。
特開２００７−１０７４４７号公報

しかしながら、従来の発明にあっては、ボルトの締結方向がフランジの板厚方向と同一方向になっていたため、ボルト脱着用工具（油圧トルクレンチ等）がブランチ管に接触しないようにボルトの締結位置を設定する必要があった。
この結果、ボルトの締結位置の設計自由度が小さくなるという問題点があった。
加えて、上記接触を考慮してボルトの締結位置が所望の位置から大きく外れる場合があり、この場合、ボルトの締結位置を増やす必要が生じて、製造コストの増大を招いてしまうという問題点があった。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、ボルトの締結位置の設計自由度を拡大できると同時に、ボルト脱着用工具とブランチ管との接触、あるいはボルトの締結位置の変更や追加等を回避できるエキゾーストマニホールドの締結構造を提供することである。

請求項１記載の発明では、エキゾーストマニホールドのヘッドフランジの締結面にボルト挿通孔が形成され、エンジンのシリンダヘッドの締結面における前記ボルト挿通孔と対応する位置に螺子孔が形成され、上記ヘッドフランジの締結面をシリンダヘッドの締結面に重ねると共に、上記ボルト挿通孔と上記螺子孔を一致させて、ボルトにより締結するようにしたエキゾーストマニホールドの締結構造において、上記ボルト挿通孔及び螺子孔をヘッドフランジの板厚方向に対して所定の角度を有する軸上に形成し、上記ヘッドフランジのボルト挿通孔の開口周縁部に、前記軸に対して軸直方向の座面を有し、且つ、前記ボルトの頭部が着座する座部を形成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明では、ボルト挿通孔及び螺子孔をヘッドフランジの板厚方向に対して所定の角度を有する軸上に形成し、ヘッドフランジのボルト挿通孔のボルト入口側に、軸に対して軸直方向の座面を有し、且つ、ボルトの頭部が着座する座部を形成している。
これにより、ボルトの締結位置の設計自由度を拡大できると同時に、ボルト脱着用工具とブランチ管との接触、あるいはボルトの締結位置の変更や追加等を回避できる。
また、従来はブランチ管を排気ポートから複雑に曲げることでボルトの締結位置を確保していたが、この発明ではヘッドフランジの締結位置に左右されないため、ブランチ管の形状を排気抵抗の少ない形状、例えば排気ポートから直ぐにヘッドフランジに沿った形状にして、その曲がり部を少なくすることも可能になり、燃費の向上に繋がる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
図１は実施例１のエキゾーストマニホールドの締結構造が採用されたエンジンを説明する全体図、図２は図１の矢視Ａ１によるエキゾーストマニホールドの正面図、図３は同拡大斜視図である。
図４は図２のＳ４−Ｓ４線における断面図、図５〜７はエキゾーストマニホールドの締結方法を説明する図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、実施例１のエキゾーストマニホールド１は、図示を簡略化するＶ型６気筒のエンジン２の両側に設けられたシリンダヘッド３にそれぞれ締結される排気系部品であって、ヘッドフランジ４と、ブランチ管５〜７と、集合部８が備えられ、全て金属製となっている。
エンジン２の両側にそれぞれ締結されるエキゾーストマニホールド１は両バンクで対称形状であるため、以下、エンジン２の左バンクに締結されるエキゾーストマニホールド１について詳述する。

図２、３に示すように、エキゾーストマニホールド１のヘッドフランジ４は、略板状に形成される他、エンジン２の各気筒（排気ポート）に連通接続されるブランチ管５〜７の排気ガス上流側端部５ａ〜７ａが図外の溶接により固定されている。
各ブランチ管５〜７の排気ガス下流側端部５ｂ〜７ｂは、１／３円形断面に加工されて全体の外形が円形となるように重ねられて、これらは集合部８の排気ガス上流側端部８ａに挿入された状態で接続されている。
なお、各ブランチ管５〜７の排気ガス下流側端部５ｂ〜７ｂは図示を省略する溶接で互いに固定されている。
また、集合部８の排気ガス上流側端部８ａは、その全周に亘って各ブランチ管５〜７の排気ガス下流側端部５ｂ〜７ｂの外周一部に図示を省略する溶接で固定されている。
さらに、集合部８の排気ガス下流側端部８ｂには、図示しない触媒コンバータに連通接続するためのフランジ８ｃが装着されている。

ヘッドフランジ４には、シリンダヘッド３に締結するための円形状のボルト挿通孔１０が複数（実施例１では６個）個形成されている。
また、実施例１のボルト挿通孔１０は、各ブランチ管５〜７の排気ガス上流側端部５ａ〜７ａに近接して斜め方向に上下で対を成すように２つずつ配置されている。
図４に示すように、各ボルト挿通孔１０は、ヘッドフランジ２の板厚方向に対して斜め上方の所定の角度θ１の軸１０ａを有して貫通形成されている。
また、ボルト挿通孔１０におけるボルト入口側の開口周縁部には、該ボルト挿通孔１０の軸１０ａと軸直の座面１１ａを有する座部１１が形成されている。
なお、実施例１の座部１１の座面１１ａは平面視四角形状に形成されているが、この限りではない。
さらに、実施例１のヘッドフランジ４の締結面４ａにはガスケットシール材１２が予め貼着されているが、この限りではない。

一方、シリンダヘッド３の締結面３ａにおけるヘッドフランジ４の各ボルト挿通孔１０にそれぞれ対応する位置には、ボルト挿通孔１０の軸１０ａと同じ角度の軸１３ａを有する螺子孔１３がそれぞれ形成されている。

その他、エキゾーストマニホールド１は、特開２００３−３４３２６４号公報に記載のエキゾーストマニホールドと同様に、二重管構造を採用する場合もあり得る。

次に、作用を説明する。
このように構成されたエキゾーソストマニホールド１をエンジン２のヘッドシリンダ３に締結する際には、先ず、図４、５に示すように、ヘッドフランジ４の締結面４ａをガスケットシール部材１２を介してシリンダヘッド３の締結面３ａに重ねて、両孔10,13を合致させる。

次に、図６に示すように、ヘッドフランジ４の各ボルト挿通孔１０のボルト入口側からボルト１６を挿通した後、ボルト脱着用工具１４（油圧トルクレンチ等）のラチェット部１５をボルト１６の六角柱形状の頭部１６ａに嵌合させて軸周り方向に回転駆動させることにより、シリンダヘッド３の螺子孔１３に螺合する。
この際、ボルト１６の頭部１６ａがボルト挿通孔１０の座部１１の座面１１ａに着座して、螺子孔１３との螺合代が決定され、これにより、ボルト１６を適正位置に固定できる。
このように、実施例１では、全ての両孔10,13において、ヘッドフランジ４の板厚方向に対して斜め上方の所定の角度θ１でもってボルト１６の締結作業を行うことにより、エキゾーソストマニホールド１をエンジン２のヘッドシリンダ３に締結できる。

ここで、従来の発明にあっては、ヘッドフランジのボルト挿通孔とシリンダヘッドの螺子孔がヘッドフランジの板厚方向と同一方向に形成されていたため、ボルト脱着用工具とブランチ管との接触を回避するために、ボルトの締結位置の設計自由度が小さく制限されていた。

例えば、実施例１のエキゾーソストマニホールド１の場合には、図２、３に示すように、ボルト挿通孔１０１の位置において、ボルト１６の締結時にボルト脱着用工具１４とブランチ管５とが接触する可能性が高い。
あるいは、ボルト挿通孔１０２の位置において、ボルト１６の締結時にボルト脱着用工具１４とブランチ管５〜７とが接触する可能性が高い。
この結果、ボルト挿通孔101,102の締結位置の設計自由度が小さく制限されてしまう。
あるいは、ボルト挿通孔101,102の締結位置が所望の位置よりも外れた位置に設計変更する必要が生じ、この結果、ボルト１６の締結数を追加する必要が生じ、製造コストの増大を招いてしまう。または、ブランチ管５〜７の曲げを多くして、ボルト脱着用工具１４との接触を回避しなければならない。

なお、ボルト脱着用工具１４とブランチ管５〜７とが接触する可能性が高い位置はブランチ管５〜７の形状によって異なる。
一般的には各ブランチ管５〜７の排気ガス上流側端部５ａ〜７ａに近接して斜め方向に上下で対を成すように２つずつ配置されたボルト挿通孔１０のうちの下方側に設けられボルト挿通孔１０は狭小な位置に配置されるため、上方側に比べて接触の可能性が高い。
また、特開２００３−３４３２６４号公報に記載のエキゾーストマニホールドと同様にブランチ管５〜７を二重管構造とした場合には、ブランチ管５〜７が大径化するため、ボルト１６の締結位置の設計自由度がさらに小さく制限されてしまう。

これに対し、実施例１では、前述したように、ヘッドフランジ４の板厚方向に対して斜め上方の所定の角度θ１でもってボルト１６の締結を行うことができるため、図７に示すように、ボルト挿通孔１０１の位置において、ボルト脱着用工具１４とブランチ管５〜７との接触を回避しつつ、ボルト１６の締結作業を行うことができる。
同様に、ボルト挿通孔１０２の位置において、ボルト脱着用工具１４とブランチ管５〜７との接触を回避しつつ、ボルト１６の締結作業を行うことができる。
従って、ボルト１６の締結位置の設計自由度を拡大でき、所望の位置での締結が可能となる。

また、実施例１では、斜め上方の所定の角度θ１でもってボルト１６の脱着作業を行えるため、メンテナンス性に優れる。
即ち、通常、エンジンルーム内においてエキゾーソストマニホールド１の水平方向、あるいは斜め下方位置には複数の周辺部材が搭載されるため、これらの周辺部材とボルト脱着用工具１４との接触を回避でき、ボルト１６の脱着作業性を良好にしてメンテナンス性を向上できる。

なお、実施例１では全てのボルト挿通孔１０の軸１０ａをヘッドフランジ４の板厚方向に対して斜め上方の同じ角度θ１で形成したが、必ずしもこの限りではない。
即ち、複数のボルト挿通孔１０のうち、ボルト脱着用工具１４がブランチ管５〜７や周辺部材に接触する可能性がない部位については、ボルト挿通孔１０の軸１０ａをヘッドフランジ４の板厚方向と同一方向に形成して、公知のものと同様にボルト１６による締結をヘッドフランジ４の板厚方向から行うようにすることもできる。
また、各ボルト挿通孔１０毎に最適な角度をそれぞれ設定することもできる。

次に、実施例１の効果を請求項１、２に対応する（１）、（２）共に記載する。
（１）エキゾーストマニホールド１のヘッドフランジ４の締結面４ａにボルト挿通孔１０が形成され、エンジン１のシリンダヘッド３の締結面３ａにおけるボルト挿通孔１０と対応する位置に螺子孔１３が形成され、ヘッドフランジ４の締結面４ａをシリンダヘッド３の締結面３ａに重ねると共に、ボルト挿通孔１０と螺子孔１３を一致させて、ボルト１６により締結するようにしたエキゾーストマニホールド１の締結構造において、ボルト挿通孔１０及び螺子孔１３をヘッドフランジ４の板厚方向に対して所定の角度θ１を有する軸１０ａ上に形成し、ヘッドフランジ４のボルト挿通孔１０の開口周縁部に、軸１０ａに対して軸直方向の座面を有し、且つ、ボルト１６の頭部１６ａが着座する座部１１を形成した。
これにより、ボルト１６の締結位置の設計自由度を拡大できると同時に、ボルト脱着用工具１４とブランチ管５〜７との接触、あるいはボルト１６の締結位置の変更や追加等を回避できる。
また、従来はブランチ管を排気ポートから複雑に曲げることでボルトの締結位置を確保していたが、この発明ではヘッドフランジ４の締結位置に左右されないため、ブランチ管５〜７の形状を排気抵抗の少ない形状、例えば排気ポートから直ぐにヘッドフランジ４に沿った形状にして、その曲がり部を少なくすることも可能になり、燃費の向上に繋がる。

（２）所定の角度θ１を斜め上方の角度とした。
これにより、斜め上方の角度でもってボルト１６を脱着でき、メンテナンス性を向上できる。

次に、実施例２を説明する。
実施例２において、実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。

図８は実施例２のエキゾーソストマニホールドの正面図、図９、１０は実施例２のエキゾーソストマニホールドの締結方法を説明する図である。
図８に示すように、実施例２では、実施例１で説明したヘッドフランジ４に上下で対を成すように２つずつ配置されたボルト挿通孔１０のうちの下方のボルト挿通孔１０が省略され、ここに、締結面４ａから所定角度θ１と同一角度の軸２０ａを有して突出した円柱状の凸部２０が形成されている。
一方、シリンダヘッド３の凸部２０と対応する位置には、締結面１３に所定角度θ１と同一角度の軸２１ａを有して円柱状に凹設された凹部２１が形成されている。
なお、凸部２０と凹部２１の形状は適宜設定できる。
また、実施例２では、凹部２１の開口径が凸部の外径よりも僅かに大きく形成されているがこの限りではない。

そして、図８、９に示すように、エキゾーソストマニホールド１をエンジン２のヘッドシリンダ３に締結する際には、先ず、ヘッドフランジ４の締結面４ａをガスケットシール部材１２を介して斜め上方からシリンダヘッド３の締結面３ａに所定位置で重ねて、凸部２０と凹部２１を凹凸結合させる。
その後、図１０に示すように、ヘッドフランジ４の上方において、実施例１と同様に各ボルト挿通孔１０からそれぞれ対応する螺子孔１３にボルト１６を締結することにより、エキゾーソストマニホールド１をエンジン２のヘッドシリンダ３に締結する。
この際、ボルト１６の螺合による軸力により凸部２０の下部周辺が凹部２１に摺動して凹凸結合し、これにより、凹凸結合付近においても締結面３ａが締結面４ａを押す方向（図１０の矢印方向）へ面圧を掛けることができ、両締結面3a,4aのシール性を向上できる。

従って、実施例２では、実施例１の作用・効果に加えて、ボルト１６の締結位置を削減できるという効果を得ることができる。

また、前述したように、実施例２では、実施例１で説明したヘッドフランジ４に上下で対を成すように２つずつ配置されたボルト挿通孔１０のうちの下方のボルト挿通孔１０を省略して凹凸係合としている。

この結果、ブランチ管５〜７が近接していることに起因して、複数のボルト１６の締結位置の中でも特に締結作業性が悪い位置のボルトの締結作業を省略でき、部品点数の削減とボルトの締結に要する時間と手間を削減できる。

次に、実施例２の効果を請求項３と対応する（３）と共に列記する。
ヘッドフランジ４におけるボルト１６の締結位置と離間した位置に、締結面４ａから突出した凸部２０を形成し、シリンダヘッド３の凸部２０と対応する位置に、締結面３ａに凹設された凹部２１を形成し、ボルト１６の螺合による軸力により凸部２０と凹部２１に摺動させて両締結面3a,4aに面圧を掛けた状態で該凸部２０と凹部２１を結合させた。
これにより、ボルト１６の締結位置を減らすことができ、部品点数の削減とボルト１６の締結に要する時間と手間を削減できる。

次に、実施例３を説明する。
実施例３において、実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。

図１１は実施例３のエキゾーソストマニホールドの締結構造を説明する図である。

図１１に示すように、実施例３では、ボルト１６の頭部１６ａが着座する座部３０をヘッドフランジ４と別体で構成している点が実施例１と相違する。
実施例２の座部３０はヘッドフランジ４に対してその外周が全周に亘って溶接Ｘ１により固定されている。
座部３０は、ボルト１６の締結力によって固定されていて脱落する虞はないため、ヘッドフランジ４に対して圧入または嵌合によって固定するようにしても良い。

従って、ヘッドフランジ４の形状を簡素化でき、ヘッドフランジ４の製造性を良好にできる。
また、高さの異なる複数種類の座部３０を形成しておくことで、ボルト１６の締結位置に応じて座部３０の高さを簡単に変更できる。
即ち、ボルト脱着用工具１４の先端がブランチ管５〜７に接触するような狭小の部位においては、高さが大きい座部３０と、これに対応する長いボルト１６を用いることで、ボルト１６の締結を可能にできる。

次に、実施例３の効果を請求項４と対応する（４）と共に列記する。
（４）座部３０をヘッドフランジ４と別体で予め製造した後、一体的に固定した。
これにより、ヘッドフランジ４の形状複雑化を招くことがなく、製造性を良好にできる。
従って、その曲がり部を上述した実施例より更に少なくすることも可能になり、燃費の向上につながる。

次に、実施例４を説明する。
実施例４において、実施例３と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。

図１２、１３は実施例４のエキゾーソストマニホールドの締結構造を説明する図である。

図１２、１３に示すように、実施例４では、実施例１で説明したボルト１６を、シリンダヘッド３の螺子孔１３に予め固定された所謂スタッドボルト４０とナット４１（請求項のボルトの頭部に相当）で構成している点が実施例３と相違する。
即ち、先ず、ヘッドフランジ４（ガスケットシール部材１２共）を所定角度θ１でもって斜め上方からシリンダヘッド３に対して当接させることにより、スタッドボルト４０をヘッドフランジ４のボルト挿通孔１０に通過させる。
次に、座部３０をヘッドフランジ４に当接させてスタッドボルト４０を該座部３０に通過させた後、スタッドボルト４０にナット４１を螺合することにより、エキゾーソストマニホールド１をシリンダヘッド３に締結できるようになっている。
なお、スタッドボルト４０におけるシリンダヘッド３の締結面３ａからの突出長さは、ヘッドフランジ４を所定角度θ１でもって斜め上方からシリンダヘッド３に対して当接させる際に、ヘッドフランジ４とブランチ管５〜７とが接触しないように設定されている。
また、スタッドボルト４０は螺子孔１３に対して溝の最深部まで螺合されて固定され、緩み防止が施されている。

従って、実施例４では、エキゾーソストマニホールド１の締結時において、ヘッドフランジ４０及び座部３０をシリンダヘッド３に対して容易に位置決めできる。
また、エキゾーソストマニホールド１及び座部３０をスタッドボルト４０に仮保持させた状態でナット４１の締結を行うようにすることもでき、仮保持用治具の省略、座部３０の落下防止、及び作業負担の軽減等を図ることができる。

以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例１ではＶ型６気筒のエンジンを採用した例について説明したが、この限りではなく、エンジン２の仕様変更（型式、気筒数等）に応じて行われるエキゾーストマニホールド１の設計変更（ブランチ管及びボルト挿通孔、螺子孔、凸部、凹部等の形状、方向、形成数、形成位置等）は全てこの発明の範疇となる。

実施例１のエキゾーストマニホールドの締結構造が採用されたエンジンを説明する全体図である。 図１の矢視Ａ１によるエキゾーストマニホールドの正面図である。 エキゾーストマニホールドの拡大斜視図である。 図２のＳ４−Ｓ４線における断面図である。 エキゾーストマニホールドの締結方法を説明する図である。 エキゾーストマニホールドの締結方法を説明する図である。 エキゾーストマニホールドの締結方法を説明する図である。 実施例２のエキゾーソストマニホールドの正面図である。 実施例２のエキゾーソストマニホールドの締結方法を説明する図である。 実施例２のエキゾーソストマニホールドの締結方法を説明する図である。 実施例３のエキゾーソストマニホールドの締結構造を説明する図である。 実施例４のエキゾーソストマニホールドの締結構造を説明する図である。 実施例４のエキゾーソストマニホールドの締結構造を説明する図である。

符号の説明

１ エキゾーストマニホールド
２ エンジン
３ シリンダヘッド
３ａ、４ａ 締結面
４ ヘッドフランジ
５、６、７ ブランチ管
５ａ、６ａ、７ａ 排気ガス上流側端部
５ｂ、６ｂ、７ｂ 排気ガス上流側端部
８ 集合部
８ａ 排気ガス上流側端部
８ｂ 排気ガス下流側端部
８ｃ フランジ
１０、１０１、１０２ ボルト挿通孔
１０ａ、１３ａ 軸
１１ 座部
１１ａ 座面
１２ ガスケットシール部材
１３ 螺子孔
１４ ボルト脱着用工具
１５ ラチェット部
１６ ボルト
１６ａ 頭部
２０ 凸部
２０ａ、２１ａ 軸
２１ 凹部
３０ 座部
４０ スタッドボルト
４１ ナット

Claims (4)

1. エキゾーストマニホールドのヘッドフランジの締結面にボルト挿通孔が形成され、
   エンジンのシリンダヘッドの締結面における前記ボルト挿通孔と対応する位置に螺子孔が形成され、
   前記ヘッドフランジの締結面をシリンダヘッドの締結面に重ねると共に、前記ボルト挿通孔と前記螺子孔を一致させて、ボルトにより締結するようにしたエキゾーストマニホールドの締結構造において、
   前記ボルト挿通孔及び螺子孔をヘッドフランジの板厚方向に対して所定の角度を有する軸上に形成し、
   前記ヘッドフランジのボルト挿通孔の開口周縁部に、前記軸に対して軸直方向の座面を有し、且つ、前記ボルトの頭部が着座する座部を形成したことを特徴とするエキゾーストマニホールドの締結構造。
2. 請求項１記載のエキゾーストマニホールドの締結構造において、
   前記所定の角度を斜め上方の角度としたことを特徴とするエキゾーストマニホールドの締結構造。
3. 請求項１または２記載のエキゾーストマニホールドの締結構造において、
   前記ヘッドフランジまたはシリンダヘッドのいずれか一方における前記ボルトの締結位置と離間した位置に、締結面から突出した凸部を形成し、
   前記ヘッドフランジまたはシリンダヘッドのいずれか他方における前記凸部と対応する位置に、締結面に凹設された凹部を形成し、
   前記ボルトの螺合による軸力により凸部と凹部に摺動させて両締結面に面圧を掛けた状態で該凸部と凹部を結合させたことを特徴とするエキゾーストマニホールドの締結構造。
4. 請求項１〜３のうちのいずれかに記載のエキゾーストマニホールドの締結構造において、
   前記座部をヘッドフランジと予め別体で製造した後、一体的に固定したことを特徴とするエキゾーストマニホールドの締結構造。

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