JPH09296725A

JPH09296725A - 分割型排気マニホルド

Info

Publication number: JPH09296725A
Application number: JP9013339A
Authority: JP
Inventors: Kimiteru Otsuka; 公輝大塚; Kenji Ito; 賢児伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1996-01-11
Filing date: 1997-01-09
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】マニホルド部材が酸化腐食してもその連結部
が固着することがなく、エンジンの加熱・冷却に伴う熱
膨張・熱収縮に対応して連結部が伸縮することによりマ
ニホルド部材の亀裂発生を防止するとともに、連結部か
らの排気ガスの洩れも防止した構造を有する分割型排気
マニホルドを提供する。【解決手段】本発明の分割型排気マニホルドは、少な
くとも２つのマニホルド部材２，３からなり、一方のマ
ニホルド部材２の開口突出端部12内に他方のマニホルド
部材３の環状突出端部13が挿入されて連結部５を構成す
る。一方のマニホルド部材２の環状突出端部12と他方の
マニホルド部材３の環状突出端部13との間に滑動部材15
が配置され、また蛇腹部22とその両側に一体的に延在す
る筒部24ａ，24ｂからなるフレキシブル管20は連結部５
全体を覆うようにマニホルドの軸方向に延在する。フレ
キシブル管20の筒部24ａ，24ｂはマニホルド部材２，３
の外面に連続的に溶接されており、もって連結部５はフ
レキシブル管20により完全に密封されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は複数のマニホルド部
材を連結した構造を有する自動車エンジン用の分割型排
気マニホルドに関し、特に入れ子式に連結したマニホル
ド部材の環状突出端部どうしが酸化腐食により固着する
のを防止して、排気マニホルドの亀裂や排気ガスの洩れ
等を防止した分割型排気マニホルドに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】多気筒
エンジンでの長尺な排気マニホルドでは、エンジンの運
転・停止の繰り返しにより熱変形や熱亀裂が起こるのを
防止するとともに排気ガスの漏れを防止するために、２
分割又は３分割した構造にすることがある。このような
分割型排気マニホルドでは、加熱・冷却に伴う熱膨張・
熱収縮に対応できるように分割部が伸縮自在にされてい
る。

【０００３】例えば実開昭55-163425 号は、図５に示す
ように、一方のマニホルド部材51の環状突出端部52の内
面53に他方のマニホルド部材54の環状突出端部55の外面
56を嵌め込むことにより各マニホルド部材51、54を連結
してなる分割型排気マニホルドを開示している。この分
割型排気マニホルドでは、嵌め込み側のマニホルド部材
54の環状突出端部55の外面56に数条の溝58が形成されて
おり、これにピストンリング状のシールリング59が装着
され、シールリング59がマニホルド部材51の環状突出端
部52の内面53に摺接することにより、排気ガスの漏洩が
防止されている。また実開昭55-163425 号には、図６に
示すように、環状突出端部内面53又は環状突出端部外面
56の一方又は双方に複数条の環条溝60を形成し、シール
リングを装着しないで排気ガスの洩れ防止対策を行う構
造の分割型排気マニホルドも開示している。

【０００４】実開昭55-163425 号の分割型排気マニホル
ドは、図５及び図６に示すいずれの場合も、通常のエン
ジンの運転・停止に伴う熱応力や排気ガスのシール性等
に対しては優れているが、過給機（ターボチヤージヤ）
付エンジンや排気ブレーキ付エンジンでは、より高圧の
排気ガスが流れるので、環状突出端部内面53及び環状突
出端部外面56の隙間に排気ガスが浸入し易い。そこでマ
ニホルド部材51、54が耐熱鋳鉄材であると、エンジンの
長時間運転により排気ガスによる酸化や腐食が進行し、
図５の丸図に示すように酸化腐食層62が生成される。酸
化腐食層62が成長すると、環状突出端部内面53と環状突
出端部外面56が固着し、エンジンの加熱・冷却に伴う熱
膨張・熱収縮に対応して伸縮できなくなる。このため加
熱時にマニホルド全体が伸長し、取り付けボルトが損傷
するだけでなく、マニホルド部材51、54に亀裂が発生し
易くなり、排気ガスが洩れるおそれもある。

【０００５】また特開平5-86855 号は、図７に示すよう
に、一方のマニホルド部材71の環状突出端部72の内面73
と他方のマニホルド部材75の環状突出端部76の内面77の
内側にインナパイプ78が嵌入されて連結部を構成し、双
方のマニホルド部材71，75の外面に、内側に屈曲した筒
部81ａ、81ｂを両側に有する蛇腹部82からなるフレキシ
ブル管80が装着され、連結部を密封した構造の分割型排
気マニホルドを開示している。このフレキシブル管80の
筒部81ａ，81ｂの外周には、当て金84ａ，84ｂが装着さ
れており、フレキシブル管80と当て金84ａ，84ｂはマニ
ホルド部材71，75の外面に一体に溶接されている。溶接
部86ａ，86ｂにより連結部が密封されて排気ガスの洩れ
が防止されるとともに、フレキシブル管80が当て金84
ａ，84ｂの角部に当たって傷つくのも防止される。

【０００６】しかしながら、特開平5-86855 号の分割型
排気マニホルドでは、連結部がインナパイプ78とフレキ
シブル管80のみからなるので、剛性が低く、エンジンへ
の取り付けの際に作業性が悪いという問題がある。また
マニホルド部材71，75の各環状突出端部72、76の内面7
3，77とこれらの中に嵌入されるインナパイプ78との間
に酸化腐食層（図示せず）が生成され、酸化腐食層が成
長すると、環状突出端部72、76の内面73，77とインナパ
イプ78が固着し、エンジンの加熱・冷却に伴う熱膨張・
熱収縮に対応して伸縮できなくなる。このためマニホル
ド部材71，75及びインナパイプ78に亀裂が発生し易くな
り、排気ガスが洩れるおそれがある。

【０００７】従って本発明の目的は、複数のマニホルド
部材により構成される連結部が酸化腐食してもマニホル
ド部材が固着することが実質的になく、エンジンの加熱
・冷却に伴う熱膨張・熱収縮に対応して連結部が伸縮す
ることによりマニホルド部材の亀裂発生を防止するとと
もに、連結部からの排気ガスの洩れも防止した構造を有
する分割型排気マニホルドを提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的に鑑み鋭意研究
の結果、本発明者は、両マニホルド部材の環状突出端部
の間に滑動部材を配置するとともに、マニホルド部材の
連結部全体を覆うようにフレキシブル管をマニホルド部
材の外面に連続的に溶接することにより、連結部の酸化
腐食による固着を防止するとともに、連結部からの排気
ガスの洩れも防止することができることを発見し、本発
明を完成した。

【０００９】すなわち本発明の分割型排気マニホルド
は、少なくとも２つのマニホルド部材からなり、一方の
マニホルド部材の環状突出端部内に他方のマニホルド部
材の環状突出端部が挿入されて連結部を構成する構造を
有するもので、(a) 前記一方のマニホルド部材の環状突
出端部と前記他方のマニホルド部材の環状突出端部との
間に配置された滑動部材と、(b) 蛇腹部とその両側に一
体的に延在する筒部とからなり、前記連結部全体を覆う
ように軸方向に延在するフレキシブル管とを有し、前記
フレキシブル管の前記筒部は前記マニホルド部材の外面
に連続的に溶接されており、もって前記連結部は前記フ
レキシブル管により完全に密封されていることを特徴と
する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施態態を添付
の図１乃至図４を参照して、以下詳細に説明する。

【００１１】[1] 第一実施態様図１(a) は本発明の第一実施態様による分割型排気マニ
ホルド１の全体を示す側面図であり、図１(b) はその平
面図である。この分割型排気マニホルド１は直列６気筒
の過給機付き大型貨物自動車用ディーゼルエンジンに使
用するものである。分割型排気マニホルド１は、複数の
マニホルド部材２，３と、隣接するマニホルド部材間の
連結部５とを有する。各マニホルド部材２，３はエンジ
ンの各気筒に連通する排気ガス吸入口７を有し、各吸入
口７が連通する連通路10は左右に分離していて、それぞ
れ排気口11に連通している。吸入口７の周囲にはフラン
ジ部８が形成され、各フランジ部８にはネジ穴８ａが形
成されている。

【００１２】図２は、図１の分割型排気マニホルド１の
連結部５の詳細を示す部分断面図である。分割型排気マ
ニホルド１は、エンジン（図示せず）の各気筒から排出
される排気ガスを、マニホルド部材２，３の連通路10を
矢印Ａで示す方向に通し、排気口11を経て過給機（図示
せず）に導く。マニホルド部材２は連通路10より大きい
内径を有する環状突出端部12を有し、またマニホルド部
材３は連通路10と同じ内径を有するともに環状突出端部
12内に適当な空隙をもって嵌入する環状突出端部13を有
する。環状突出端部12，13は、熱亀裂や変形が起こらな
いように、適当な肉厚を有するのが好ましい。

【００１３】図２に示すように、環状突出端部12と環状
突出端部13との空隙に滑動部材15が挿入されている。滑
動部材15は耐熱性及び耐酸化性を有する材質からなるの
が好ましく、例えばステンレススチール製とするのが好
ましい。滑動部材15は両環状突出端部12，13の間に遊嵌
していても、又は環状突出端部12，13の一方に固定して
いても良い。滑動部材15の肉厚は0.2 〜１mm程度、特に
0.3 〜0.7 mm程度が好ましく、また長さは各環状突出端
部12，13と同程度か、滑動できる範囲で短くても良い。

【００１４】図４に示すように、滑動部材15は、(a) ス
リットのない円筒体、(b) 両端面間に延在する直線状の
スリット15ｂを有する円筒体、(c) 排気ガスが通過しに
くいようにジグザグ状で傾斜したスリット15ｃを有する
円筒体等の形状にするのが好ましい。

【００１５】(a) の場合、滑動部材15は両環状突出端部
12，13の間に遊嵌され、環状突出端部12の内面12ａ及び
環状突出端部13の外面13ａに対して摺動可能である。
(b) の場合、滑動部材15の内外径の大きさに応じて、環
状突出端部12の内面12ａに固定されるか、環状突出端部
13の外面13ａに固定される。具体的には、滑動部材15の
外径が環状突出端部12の内面12ａより僅かに大きいと、
スリット15ｂを縮小して挿入することにより滑動部材15
は環状突出端部12の内面12ａに固定される。また滑動部
材15の内径が環状突出端部13の外面13ａにより僅かに小
さいと、スリット15ｂを拡開して挿入することにより滑
動部材15は環状突出端部13の外面13ａに固定される。
(c) の場合は基本的に(b) の場合と同じである。

【００１６】各マニホルド部材２，３の連結部５を密封
するために、その周囲にフレキシブル管20が設けられて
いる。フレキシブル管20は、中央の蛇腹部22と、その軸
方向両側に位置する筒部24ａ，24ｂとからなる。フレキ
シブル管20の蛇腹部22の軸方向両側に位置する各筒部24
ａ，24ｂは、蛇腹部22を半径方向外側に屈曲することに
より形成することができる。

【００１７】各筒部24ａ，24ｂの先端部は、各マニホル
ド部材２，３の外面２ａ，３ａに形成された環状段部2
6，28に当接されている。フレキシブル管20を固定する
ために、筒部24ａ，24ｂの先端部の外周に当て金30を配
置するのが好ましい。当て金30を配置した場合、図２の
参照番号32で示すように、フレキシブル管20の筒部24
ａ，24ｂ及び当て金30は各マニホルド部材２，３の外面
２ａ，３ａの全周に溶接される。この構造により、各マ
ニホルド部材２，３にフレキシブル管20が密封状態で溶
接されることとなる。

【００１８】図２には、フレキシブル管20の筒部24ａ，
24ｂが環状段部26，28に当接した例が示されているが、
当て金30も環状段部26，28に当接するように、環状段部
26，28の高さを大きくしてもよい。また入れ子式に嵌め
あったマニホルド部材２，３の環状突出端部12，13の軸
方向間隔（環状突出端部12の根元と環状突出端部13の端
面との間隔）Ｌは、分割型排気マニホルド１の熱膨張と
熱収縮の差の最大値より僅かに大きく設定するのが好ま
しい。これにより、各マニホルド部材２，３の端面が相
互に干渉するのが防止される。

【００１９】[2] 第二実施態様図３は、本発明の第二実施態様による分割型排気マニホ
ルド１の連結部５を示す。この実施態様の分割型排気マ
ニホルド１の構造は、環状溝14及びそこに挿入するシー
ルリング16を除いて、第一実施態様の分割型排気マニホ
ルド１と全く同じである。従って、環状溝14及びシール
リング16についてのみ説明する。

【００２０】少なくとも１条（図示の例では２条）の環
状溝14が環状突出端部13の外面13ａに形成され、それに
装着されるシールリング16はピストンリング状である。
この実施態様では、滑動部材15はマニホルド部材２の環
状突出端部12の内面に固定されていて、シールリング16
の外面が滑動部材15の内面と摺接する。滑動部材15とし
ては図４(b) に示す形状のものが好ましい。

【００２１】上記分割型排気マニホルド１のいずれの場
合も、滑動部材15が耐熱性及び耐酸化性を有する材質か
らなるので、長期間の使用によりマニホルド部材２，３
が酸化腐食しても、滑動部材15によりマニホルド部材
２，３の固着が防止される。またエンジンの加熱・冷却
に伴う熱膨張・熱収縮に対応して連結部が伸縮すること
により、亀裂発生を防止するとともに、連結部からの排
気ガスの洩れを防止することができる。

【００２２】本発明を以下の具体的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。

【００２３】実施例１図１及び図２に示す構造の分割型排気マニホルドを作製
した。吸入口７の間隔は170 mmで、連通路10の内径は55
mmであった。

【００２４】マニホルド部材２，３はそれぞれ高Si球状
黒鉛鋳鉄材により形成し、マニホルド部材２の環状突出
端部12（長さ34mm）の内面12ａを66mm（寸法公差：＋0.
030mm〜０mm）に機械加工し、またマニホルド部材３の
環状突出端部13（長さ34mm）の外面13ａを65mm（寸法公
差：−0.030 mm〜−0.060 mm）に機械加工した。さらに
マニホルド部材２，３の外面２ａ，３ｂ上の段部26，28
を80mm（寸法公差：＋０mm〜−0.3 mm）の外径となるよ
うに機械加工した。

【００２５】図４(a) の形状を有する滑動部材15［外径
66mm（寸法公差：−0.030 mm〜−0.060 mm）、内径65mm
（寸法公差：＋0.030 mm〜０mm）］をステンレス磨鋼
（JISSUS430）から形成し、マニホルド部材２の環状突
出端部12内に挿入した。またマニホルド部材２，３の長
手方向の熱膨張による干渉を防止するために、端面間隔
Ｌを４mmとした。

【００２６】次に厚さ0.6 mmのステンレススチール製磨
鋼（JIS SUS403）を、図２(b) に示すように、内径が8
0.4mm（寸法公差：＋０mm〜−0.3 mm）で外径が100 mm
の蛇腹状となるように加工して、蛇腹部22とするととも
に、蛇腹部22の両側を軸方向外側に屈曲して筒部24ａ，
24ｂとした。このようにして得られたフレキシブル管20
は５山（図２(b) では簡略化のために「３山」として示
してある。）の蛇腹部22を有する形状であった。また厚
さ0.6 mmのステンレス磨鋼（JIS SUS403）を内径81.6mm
（寸法公差：＋0.3 mm〜＋0.5 mm）、幅７mmのバンド状
に加工し、環状の当て金30を形成した。

【００２７】図２(b) に示すにように、分割型排気マニ
ホルド１のマニホルド部材２，３、フレキシブル管20及
び当て金30を同軸的に配置し、矢印Ｂの方向にマニホル
ド部材３移動させて、組立てを行った。この際、まずフ
レキシブル管20の筒部24ａ，24ｂをマニホルド部材２，
３の外面上の段部26，28に当接させた後で、当て金30を
装着した。この状態でマニホルド部材２，３にフレキシ
ブル管20の筒部24ａ，24ｂ及び当て金30を連続的に隙間
なく溶接した。

【００２８】上記構造を有する分割型排気マニホルド１
を、直列６気筒の過給機付き大型貨物自動車用ディーゼ
ルエンジンの各気筒に取り付け、2000rpm ×全負荷での
300時間連続耐久テストを行った。さらに2000rpm ×全
負荷で５分間、500rpm×無負荷を５分間（アイドリン
グ）の１サイクル10分間の冷熱サイクルテストを1800回
（300 時間）行い、分割型排気マニホルド１のマニホル
ド部材２，３が固着するか否かを調べた。その結果、マ
ニホルド部材２，３の内面に酸化腐食が生じても連結部
５での固着は起こらなかった。

【００２９】実施例２図１及び図３に示す構造の分割型排気マニホルドを作製
した。吸入口７の間隔は170 mmで、連通路10の内径は55
mmであった。

【００３０】実施例１と同じマニホルド部材２，３及び
滑動部材15を作製した。マニホルド部材３の環状突出端
部13の外面13ａに２条の環状溝14（深さ2.5 mm、幅2.0
mm）を形成した。また各環状溝14に装着するステンレス
スチール（JIS SUS403）製ピストンリング状シールリン
グ16（外径66mm、内径61mm、幅1.8 mm）を作製した。

【００３１】環状溝14内にシールリング16を装着した
後、実施例１と同じようにして、分割型排気マニホルド
１のマニホルド部材２，３、フレキシブル管20及び当て
金30を同軸的に配置し、矢印Ｂの方向にマニホルド部材
３移動させて、組立てを行った。組み立てた後、マニホ
ルド部材２，３にフレキシブル管20の筒部24ａ，24ｂ及
び当て金30を連続的に隙間なく溶接した。

【００３２】上記構造を有する分割型排気マニホルド１
に対して、実施例１と同じテストを行ったところ、マニ
ホルド部材２，３の内面に酸化腐食が生じても連結部５
での固着が起こらないことが分かった。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したとおり、本発明の分割型排
気マニホルドは、隣接するマニホルド部材の環状突出端
部の間に滑動部材を挿入するとともに、マニホルド部材
の外面にフレキシブル管を連続的に溶接することによ
り、連結部を完全に密封した構造を有する。滑動部材は
耐熱性及び耐酸化性を有する材質からなるので、長期間
の使用によりマニホルド部材２，３が酸化腐食しても、
マニホルド部材２，３の固着は防止される。またフレキ
シブル管のマニホルド部材外面への連続的溶接により連
結部が完全に密封されているので、滑動部材が挿入され
た環状突出端部間に隙間があっても、排気ガスが外部に
漏洩することはない。さらに、エンジンの加熱・冷却に
伴う熱膨張・熱収縮に対応して連結部が伸縮自在である
ので、亀裂発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による分割型排気マニホルド
の全体形状を示し、(a) は側面図であり、(b) は平面図
である。

【図２】本発明の一実施例による分割型排気マニホルド
の連結部を示し、(a) は拡大断面図であり、(b) は部分
端面図である。

【図３】本発明の別の実施例による分割型排気マニホル
ドの連結部を示し、(a) は拡大断面図であり、(b) は部
分端面図である。

【図４】種々の滑動部材を示す斜視図であり、(a) は円
筒状の滑動部材を示し、(b) は直線状のスリットを有す
る円筒状滑動部材を示し、(c) はジグザグ状のスリット
を有する円筒状滑動部材を示す。

【図５】従来の分割型排気マニホルドの連結部の一例を
示す断面図である。

【図６】従来の分割型排気マニホルドの連結部の他の例
を示す断面図である。

【図７】従来の分割型排気マニホルドの連結部のさらに
他の例を示す部分断面側面図である。

【符号の説明】

１・・・分割型排気マニホルド２，３・・マニホルド部材５・・・・連結部７・・・・吸入口８・・・・フランジ部 10・・・・連通路 12，13・・環状突出端部 14・・・・環状溝 16・・・・シールリング 15・・・・滑動部材 20・・・・フレキシブル管 22・・・・蛇腹部 24ａ，24ｂ・・筒部 26、28・・段部 30・・・・当て金 32・・・・溶接部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２つのマニホルド部材からな
り、一方のマニホルド部材の環状突出端部内に他方のマ
ニホルド部材の環状突出端部が挿入されて連結部を構成
する構造の分割型排気マニホルドにおいて、(a) 前記一
方のマニホルド部材の環状突出端部と前記他方のマニホ
ルド部材の環状突出端部との間に配置された滑動部材
と、(b) 蛇腹部とその両側に一体的に延在する筒部とか
らなり、前記連結部全体を覆うように軸方向に延在する
フレキシブル管とを有し、前記フレキシブル管の前記筒
部は前記マニホルド部材の外面に連続的に溶接されてお
り、もって前記連結部は前記フレキシブル管により完全
に密封されていることを特徴とする分割型排気マニホル
ド。
【請求項２】請求項１に記載の分割型排気マニホルド
において、前記滑動部材は耐熱性及び耐酸化性を有する
金属材料からなる円環状の部材であることを特徴とする
分割型排気マニホルド。
【請求項３】請求項２に記載の分割型排気マニホルド
において、前記滑動部材に両端間を延在するスリットが
設けられており、前記滑動部材はその弾発力により前記
一方のマニホルド部材の環状突出端部の内面又は前記他
方のマニホルド部材の環状突出端部の外面に固定されて
いることを特徴とする分割型排気マニホルド。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の分割型
排気マニホルドにおいて、前記フレキシブル管の前記筒
部の外面に環状の当て金が設けられており、前記フレキ
シブル管及び前記当て金はともに前記マニホルド部材の
外面に溶接されていることを特徴とする分割型排気マニ
ホルド。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の分割型
排気マニホルドにおいて、前記他方のマニホルド部材の
環状突出端部の外面に形成された複数の環状溝にシール
リングが設けられおり、前記滑動部材と前記シールリン
グとの摺接により前記連結部から排気ガスが洩れるのを
低減することを特徴とする分割型排気マニホルド。
【請求項６】請求項１〜５のいずれかに記載の分割型排
気マニホルドにおいて、前記マニホルド部材の各々には
外周に環状の段部が形成されており、前記フレキシブル
管の前記筒部は前記段部に当接された状態で溶接されて
いることを特徴とする分割型排気マニホルド。