JPH108954A - 内燃機関の排気マニホルド取付構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長孔加工を用いずに、排気マニホルド１の膨
張，収縮を許容しつつ位置決めを行えるようにする。 【解決手段】 シリンダヘッド側には８本のスタッドボ
ルト２１が植設されており、同一の直線Ｍ，Ｎの上に並
んでいる。排気マニホルドのフランジ８〜１１には、ボ
ルト挿入孔１２〜１９が形成されている。各ボルト挿入
孔１２〜１９は、いずれも同一の径の真円形をなし、ス
タッドボルト２１の径に対し十分な余裕を有する径に設
定されている。＃２気筒の上部ボルト挿入孔１４は第１
基準孔として上方に偏心しており、＃３気筒の上部ボル
ト挿入孔１６は第２基準孔として下方へ偏心している。
排気マニホルドの重心が後部にあるため、第１基準孔１
４の下縁にスタッドボルト２１が当接し、第２基準孔１
６の上縁にスタッドボルト２１が当接して、排気マニホ
ルドが所定位置に位置決めされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排気
マニホルドのシリンダヘッドに対する取付構造に関し、
特に、フランジに設けられる複数のボルト挿入孔の中の
一部を基準孔として、排気マニホルドの取付作業の際
に、シリンダヘッドに対する位置決めを行うようにした
排気マニホルド取付構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用機関に代表される内燃機関の排
気マニホルドは、一般に、シリンダヘッド側面に設けた
スタッドボルトに、ブランチ先端のフランジ部のボルト
挿入孔をはめ合わせ、かつナットを締め付けることによ
って固定されている。ここで、高温の排気ガスが通流す
る排気マニホルドは、機関の運転，停止に伴って膨張，
収縮を繰り返すとともに、その熱変形により、経時的に
機関前後方向（気筒列方向）に沿って収縮するという問
題がある。そのため、スタッドボルトが貫通するボルト
挿入孔を、スタッドボルト径に対し十分な余裕を持った
大径のものとし、排気マニホルドの機関前後方向に沿っ
た膨張，収縮を許容する構成となっている。また上記の
ナットの締付作業の際に、排気マニホルドがシリンダヘ
ッドに対し正確に位置決めされるように、特に、作業者
がスタッドボルトに排気マニホルドのボルト挿入孔を引
っ掛けるだけで所定位置に自然に位置決めされるような
工夫が従来からなされている。

【０００３】その代表的なものは、実開平３−１２９７
１６号公報や特開平４−２２４２２４号公報等に開示さ
れているように、複数のボルト挿入孔の中で一個を位置
決め用の基準孔としてボルト径とほぼ等しい比較的小さ
な径に形成し、かつ他の一つのボルト挿入孔を、機関前
後方向に沿って細長い長孔とする方法である。尚、この
長孔の上下方向の幅は、スタッドボルトの径とほぼ等し
い比較的余裕の少ないものとなっている。

【０００４】この構成においては、位置決め用基準孔を
中心として回転しようとする排気マニホルドの動きが長
孔によって規制されるため、ナット締付前の段階におい
て排気マニホルドが正確に位置決めされ、かつ同時に、
機関長手方向の膨張，収縮が許容されることになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うに小径な基準孔と長孔とを組み合わせて排気マニホル
ドを位置決めする従来の構成では、長孔の加工が必要で
あるため、加工工程が複雑となり、作業能率やコストの
点で好ましくない。

【０００６】また、複数気筒のブランチが、二つのブラ
ンチ群に分けられていて、かつ各ブランチ群に含まれる
ブランチ同士が上流側で互いに集合するとともに、両ブ
ランチ群が下流側で互いに集合している構成の排気マニ
ホルドの場合には、二つのブランチ群同士が互いに内側
に接近するような形で経時的な熱収縮を生じるが、上記
従来の構成では、位置決め用の基準孔を備えたフランジ
がシリンダヘッドに強く拘束されてしまうため、両ブラ
ンチ群同士を集合させた二股状の集合部に応力が発生し
易く、耐久性が低下する虞れがある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る内燃機関
の排気マニホルド取付構造は、各気筒のブランチ毎に独
立したシリンダヘッド取付用のフランジを有し、各フラ
ンジの上下の２カ所に、スタッドボルト径に対し余裕を
持った径のボルト挿入孔を備えているとともに、上流側
の位置で互いに集合した機関前部の第１のブランチ群
と、同じく上流側の位置で互いに集合した機関後部の第
２のブランチ群とが、二股状をなす集合部を介して互い
に一体化されてなる内燃機関の排気マニホルドにおい
て、第１のブランチ群の中から選択された１つの上部の
ボルト挿入孔と、第２のブランチ群の中から選択された
１つの上部のボルト挿入孔と、が一対の基準孔を構成
し、シリンダヘッドに取り付けられたスタッドボルトの
各中心に対し、第１基準孔の中心が上方に、第２基準孔
の中心が下方に、それぞれ偏心しており、両基準孔より
も外側に位置する重心によるモーメントによって、非締
付状態において、第１基準孔の下縁にスタッドボルトが
当接するとともに第２基準孔の上縁にスタッドボルトが
当接して排気マニホルドが所定位置に位置決めされるよ
うに構成されており、かつこの第１，第２基準孔による
位置決め状態において、残りのボルト挿入孔は、その各
中心が、対応するスタッドボルトの中心と同じ高さ位置
にあるとともに、それぞれの内周とスタッドボルトとの
間で間隙を保つように構成されていることを特徴として
いる。

【０００８】上記ボルト挿入孔は、請求項２のように、
いずれも真円形とすることができ、また基準孔を含めて
同一の径に設定することができる。

【０００９】上記構成においては、一対の基準孔の外側
に位置する重心によって排気マニホルドが所定の方向に
回転しようとする。このとき、この回転モーメントによ
って、第１基準孔の下縁にスタッドボルトが当接すると
ともに、第２基準孔の上縁にスタッドボルトが当接した
状態となり、この状態で排気マニホルドが所定位置に位
置決めされる。従って、これらの基準孔の径は、他のボ
ルト挿入孔と同様に、スタッドボルト径に対し十分な余
裕を与えることができる。そして、この位置決め状態に
おいて、他のボルト挿入孔は、スタッドボルトに対し非
接触状態に保たれ、ボルト挿入孔のほぼ中央部分にスタ
ッドボルトが位置する状態となる。そのため、機関前後
方向（気筒列方向）に沿った排気マニホルドの膨張，収
縮が許容され、二つのブランチ部の間の集合部に無理が
掛かることがない。

【００１０】上記基準孔は、第１のブランチ群および第
２のブランチ群の中から適宜に選択することができる
が、所定の位置決めを行うためには、両基準孔の外側に
排気マニホルドの重心がなければならない。請求項３に
おいては、第１のブランチ群の中で最後部に位置するフ
ランジの上部のボルト挿入孔と、第２のブランチ群の中
で最前部に位置するフランジの上部のボルト挿入孔と
が、基準孔として選択されている。つまり、二つのブラ
ンチ群の間の集合部を挟む位置に一対の基準孔が設けら
れている。

【００１１】また請求項４においては、各フランジの上
部のボルト挿入孔に対応する複数本のスタッドボルトが
シリンダヘッド側面において同一の直線上に並んで配置
されており、一対の基準孔の中心がこの直線に対し上方
および下方にそれぞれ偏心している。そして、他の上部
のボルト挿入孔の中心が、この直線上にある。従って、
ボルト挿入孔の加工の際には、基準孔とすべきボルト挿
入孔の中心位置を偏心させれば良く、その加工は極めて
簡単である。

【００１２】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の排気マニホルド取付構造によれば、長
孔の加工を要さずに排気マニホルドをスタッドボルトを
介して位置決めすることができ、その加工が極めて簡単
となる。また、基準孔となるボルト挿入孔もスタッドボ
ルト径に対し十分な余裕を持った径に設定することが可
能であり、基準孔を備えたフランジについても排気マニ
ホルドの膨張，収縮に伴う多少の移動が許容される。従
って、二つのブランチ群の間の集合部に大きな応力が作
用することがなく、その耐久性が向上する。

【００１３】また請求項２によれば、基準孔を含むボル
ト挿入孔の加工が極めて簡単となる。

【００１４】また請求項３によれば、排気マニホルド全
体の膨張，収縮の中心部となる集合部を挟んで基準孔が
設けられるため、排気マニホルドの膨張，収縮が一層円
滑に吸収される。

【００１５】また請求項４によれば、スタッドボルトの
位置は変更せずに、基準孔となるボルト挿入孔の中心位
置を偏心させるだけで良いので、加工や組立が一層容易
となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１７】図１は、図２に示す直列４気筒内燃機関用
の排気マニホルド１の取付構造を示している。上記排気
マニホルド１は、全体が鋳鉄により一体に鋳造されてい
るものであって、シリンダヘッド側面に開口した各気筒
の排気ポートにそれぞれ接続される４つのブランチ２〜
５を備えているが、＃１気筒のブランチ２と＃２気筒の
ブランチ３とが、第１のブランチ群として、図示するよ
うに上流側の位置で互いに集合しているとともに、＃３
気筒のブランチ４と＃４気筒のブランチ５とが、第２の
ブランチ群として、同じく上流側の位置で互いに集合し
ている。そして、機関前部に位置する＃１のブランチ群
と機関後部の＃２のブランチ群とが機関中央部におい
て、二股状をなす集合部６を介して互いに一体に接続さ
れている。上記集合部６は、機関後方へ向かって長く延
びており、その先端に、フランジ７ａを備えた排気出口
７が設けられている。上記ブランチ２〜５の先端には、
シリンダヘッド側面に取り付けるためのフランジ８〜１
１がそれぞれ設けられている。これらのフランジ８〜１
１は、各ブランチ２〜５と一体に形成されているもので
あって、各気筒毎に分離独立しており、かつそれぞれ略
楕円形をなしている。各フランジ８〜１１には、ブラン
チ２〜５先端の排気出口２４を１８０°離れた２箇所で
挟むようにボルト挿入孔が設けられている。詳しくは、
＃１気筒用フランジ８には、ブランチ２より上方に位置
する上部ボルト挿入孔１２と、ブランチ２より下方に位
置する下部ボルト挿入孔１３とが開口形成されている。
同様に、＃２気筒用フランジ９には、上部ボルト挿入孔
１４と下部ボルト挿入孔１５とが、＃３気筒用フランジ
１０には、上部ボルト挿入孔１６と下部ボルト挿入孔１
７とが、＃４気筒用フランジ１１には、上部ボルト挿入
孔１８と下部ボルト挿入孔１９とが、それぞれ開口形成
されている。これらの８個のボルト挿入孔１２〜１９
は、いずれも真円形であり、かつ同一の径に設定されて
いる。

【００１８】上記排気マニホルド１が取り付けられるシ
リンダヘッドの側面には、各ボルト挿入孔１２〜１９に
対応して、合計８本のスタッドボルト２１が植設されて
いる。ここで、シリンダヘッドの上方に位置する４本の
スタッドボルト２１および下方に位置する４本のスタッ
ドボルト２１は、それぞれ同一の高さに設けられてい
る。すなわち、図１に示すように、上方の４本のスタッ
ドボルト２１は、同一の直線Ｍの上に並んで配置されて
おり、また下方の４本のスタッドボルト２１は、同一の
直線Ｎの上に並んで配置されている。尚、直線Ｍと直線
Ｎとは勿論平行である。

【００１９】フランジ８〜１１の各ボルト挿入孔１２〜
１９は、スタッドボルト２１の径に対し十分な余裕を持
った径に設定されている。例えば、ＪＩＳ規格のＭ１０
のスタッドボルト２１に対し、各ボルト挿入孔１２〜１
９は、直径１６ｍｍの孔に加工されている。

【００２０】図１には、各フランジ８〜１１とスタッド
ボルト２１との位置関係を示してあり、これに併せて、
各ボルト挿入孔１２〜１９とスタッドボルト２１との関
係を拡大して図示してある。

【００２１】この実施例では、＃１気筒用の上部ボルト
挿入孔１２と＃２気筒用の上部ボルト挿入孔１４との中
で、集合部６に近い方の上部ボルト挿入孔１４が、基準
孔、詳しくは第１基準孔として選択されている。また＃
３気筒用の上部ボルト挿入孔１６と＃４気筒用の上部ボ
ルト挿入孔１８との中で同じく集合部６に近い方の上部
ボルト挿入孔１６が、基準孔、詳しくは第２基準孔とし
て選択されている。第１基準孔となる＃２気筒の上部ボ
ルト挿入孔１４は、基準孔以外の上部ボルト挿入孔つま
り＃１気筒のボルト挿入孔１２と＃４気筒の上部ボルト
挿入孔１８の形成位置に比較して、上方に偏心して形成
されており、第２基準孔となる＃３気筒の上部ボルト挿
入孔１６は逆に下方に偏心して開口形成されている。具
体的には上述したシリンダヘッド側の基準線Ｍに対応す
る基準高さ位置に対し、所定量Ｌ１づつ上方ならびに下
方に偏心している。上記の偏心量Ｌ１は、ボルト挿入孔
１４，１６の半径とスタッドボルト２１の半径との差に
等しい。そして、残りの２つの上部ボルト挿入孔１２，
１８が、基準線Ｍに一致する高さ位置に開口形成されて
いる。また、４個の下部ボルト挿入孔１３，１５，１
７，１９は、いずれもシリンダヘッド側の基準線Ｎに一
致した高さ位置に開口形成されている。

【００２２】換言すれば、図１に示すように、第１基準
孔となる上部ボルト挿入孔１４の下縁にスタッドボルト
２１が当接し、かつ第２基準孔となる上部ボルト挿入孔
１６の上縁にスタッドボルト２１が当接した状態におい
て、残りの６個のボルト挿入孔１２，１３，１５，１
７，１８，１９は、その中心Ｏ１が対応するスタッドボ
ルト２１の中心Ｏ２とそれぞれ等しい高さ位置にあり、
かつ全周に亙って間隙２３が残るようになっている。
尚、上記排気マニホルド１全体の重心２２は、図２に示
すように、両基準孔１４，１６の外側に位置している。
詳しくは、第２基準孔となる＃３気筒の上部ボルト挿入
孔１６を通る垂直線よりも後方つまり＃４気筒側に位置
している。

【００２３】従って、排気マニホルド１の取付に際し、
作業者が排気マニホルド１のボルト挿入孔１２〜１９を
シリンダヘッド側面の各スタッドボルト２１にはめ合わ
せれば、重心２２の位置に起因するモーメントによって
排気マニホルド１が図の時計回り方向に回転しようと
し、その結果、図１に示すように、第１基準孔となる上
部ボルト挿入孔１４の下縁にスタッドボルト２１が圧接
し、かつ第２基準孔となる上部ボルト挿入孔１６上縁に
スタッドボルト２１が圧接した状態になる。すなわち、
排気マニホルド１は、図１に示す所定位置に自動的に位
置決めされる。そして、この状態で各スタッドボルト２
１に図示せぬナットを締め付けることにより、排気マニ
ホルド１が固定される。

【００２４】尚、この位置決め状態において、第１基準
孔となる上部ボルト挿入孔１４の中心Ｏ１とスタッドボ
ルト２１の中心Ｏ２とは、機関前後方向については等し
い位置にある。同様に、第２基準孔となる上部ボルト挿
入孔１６の中心Ｏ１とスタッドボルト２１の中心Ｏ２と
は、等しい前後位置にある。

【００２５】また、＃１気筒の上部ボルト挿入孔１２お
よび下部ボルト挿入孔１３と、＃２気筒の下部ボルト挿
入孔１５においては、ボルト挿入孔１２，１３，１５の
中心Ｏ１が、図１に示すように、スタッドボルト２１の
中心Ｏ２に対し僅かに機関前方へ偏心している。また＃
３気筒の下部ボルト挿入孔１７と、＃４気筒の上部ボル
ト挿入孔１８および下部ボルト挿入孔１９は、その中心
Ｏ１がスタッドボルト２１の中心Ｏ２に対し機関後方へ
僅かに偏心している。これは、排気マニホルド１の経時
的な熱収縮を考慮したものである。すなわち、上記のよ
うに２つのブランチ群からなる排気マニホルド１におい
ては、図２に矢印Ａとして示すように、前後の各ブラン
チ群が中央部の集合部６へ向かって経時的に収縮する。
従って、これを見込んで、予め所定量Ｌ２だけボルト挿
入孔の中心Ｏ１を機関前後方向へ偏心させてあるのであ
る。尚、上記の偏心量Ｌ２は、例えば１ｍｍである。

【００２６】このように上記実施例の構成においては、
一対の基準孔１４，１６を用いて排気マニホルド１を所
定位置に正確に位置決めすることができる。ここで、各
基準孔１４，１６は、基準孔以外のボルト挿入孔１２，
１３，１５，１７，１８，１９と同一の真円形の孔で良
く、スタッドボルト２１の径に対し十分な余裕を与える
ことができる。従って、従来のように長孔加工を伴うも
のに比べて孔加工が極めて容易になる。また、基準孔１
４，１６についてもスタッドボルト２１の径に対し十分
な余裕があるため、排気マニホルド１の膨張，収縮に伴
って全てのフランジ８〜１１がいずれも移動可能とな
り、集合部６における応力集中が回避される。

【００２７】尚、各フランジ８〜１１がずれた際に、排
気ポートの通路断面積を狭めることが無いように、各ブ
ランチ２〜５の先端の排気入口２４は、排気ポート開口
部に比較して一回り大きく形成されている。

【００２８】次に、図３は、この発明の取付構造が適用
される排気マニホルド１の異なる実施例を示している。
この排気マニホルド１はやはり直列４気筒内燃機関用の
ものであり、前後２気筒づつで２つのブランチ群を構成
しており、かつこれらのブランチ群が集合部６において
接続されている。そして、集合部６の下流側に、触媒コ
ンバータ２５を一体に備えており、かつこの触媒コンバ
ータ２５が後方へ傾斜した状態に設けられている。これ
により、排気マニホルド１全体としての重心が両基準孔
１４，１６よりも後方に位置している。

【００２９】尚、この排気マニホルド１においても、前
述したものと同様に、矢印Ａに示すように、経時的に中
央の集合部６へ向かって熱収縮を生じる。

【００３０】以上、この発明を直列４気筒内燃機関用の
排気マニホルド１に適用した実施例を説明したが、この
発明が適用される排気マニホルドは、この直列４気筒内
燃機関用のものに限定される訳ではなく、直列５気筒、
直列６気筒、あるいはＶ型８気筒等の種々の内燃機関の
排気マニホルドに適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の排気マニホルド取付構造の一実施例
を示す説明図。

【図２】排気マニホルドの一実施例を示す正面図。

【図３】排気マニホルドの異なる実施例を示す正面図。

【符号の説明】

８〜１１…フランジ １２〜１９…ボルト挿入孔 １４…第１基準孔 １６…第２基準孔 ２１…スタッドボルト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各気筒のブランチ毎に独立したシリンダ
   ヘッド取付用のフランジを有し、各フランジの上下の２
   カ所に、スタッドボルト径に対し余裕を持った径のボル
   ト挿入孔を備えているとともに、上流側の位置で互いに
   集合した機関前部の第１のブランチ群と、同じく上流側
   の位置で互いに集合した機関後部の第２のブランチ群と
   が、二股状をなす集合部を介して互いに一体化されてな
   る内燃機関の排気マニホルドにおいて、 第１のブランチ群の中から選択された１つの上部のボル
   ト挿入孔と、第２のブランチ群の中から選択された１つ
   の上部のボルト挿入孔と、が一対の基準孔を構成し、シ
   リンダヘッドに取り付けられたスタッドボルトの各中心
   に対し、第１基準孔の中心が上方に、第２基準孔の中心
   が下方に、それぞれ偏心しており、両基準孔よりも外側
   に位置する重心によるモーメントによって、非締付状態
   において、第１基準孔の下縁にスタッドボルトが当接す
   るとともに第２基準孔の上縁にスタッドボルトが当接し
   て排気マニホルドが所定位置に位置決めされるように構
   成されており、かつこの第１，第２基準孔による位置決
   め状態において、残りのボルト挿入孔は、その各中心
   が、対応するスタッドボルトの中心と同じ高さ位置にあ
   るとともに、それぞれの内周とスタッドボルトとの間で
   間隙を保つように構成されていることを特徴とする内燃
   機関の排気マニホルド取付構造。
2. 【請求項２】 上記ボルト挿入孔は、いずれも真円形で
   あり、基準孔を含めて同一の径に設定されていることを
   特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気マニホルド取
   付構造。
3. 【請求項３】 第１のブランチ群の中で最後部に位置す
   るフランジの上部のボルト挿入孔と、第２のブランチ群
   の中で最前部に位置するフランジの上部のボルト挿入孔
   とが、基準孔として選択されていることを特徴とする請
   求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気マニホル
   ド取付構造。
4. 【請求項４】 各フランジの上部のボルト挿入孔に対応
   する複数本のスタッドボルトがシリンダヘッド側面にお
   いて同一の直線上に並んで配置されており、一対の基準
   孔の中心がこの直線に対し上方および下方にそれぞれ偏
   心しているとともに、他の上部のボルト挿入孔の中心
   が、この直線上にあることを特徴とする請求項１〜３の
   いずれかに記載の内燃機関の排気マニホルド取付構造。