JP3721464B2

JP3721464B2 - Exhaust manifold

Info

Publication number: JP3721464B2
Application number: JP36003299A
Authority: JP
Inventors: 雅敏羽田
Original assignee: Aichi Machine Industry Co Ltd
Current assignee: Aichi Machine Industry Co Ltd
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 1999-12-17
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2019-12-17
Also published as: JP2001173442A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、排気マニホールドに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来、図１０の外観斜視図で、また図１１の断面構成図で示す、排気マニホールド５１のフランジ部５１ａに、触媒５を内装した触媒ケース５２のフランジ部５２ａを締結ボルト５３で締結したものに対し、締結ボルト５３を廃止できて、フランジ部を小さくでき、しかも安価に製造できる図１２に断面図で示すような、摩擦圧接により吸気マニホールド５１と触媒ケース５２を一体化させたものが存在する。
しかし、図１２及び図１３の拡大図で示すように、触媒ケース５２のフランジ部５２ａに対し、排気マニホールド５１の端面を摩擦接合面Ｐで接合させる際に、摩擦接合面Ｐを擦り合わせ、摩擦熱により溶融させ、その後、大きな圧力で押し付けて摩擦接合面Ｐの溶融層を外部へ排出して接合する方式であるため、排出された溶バリＢが摩擦接合面Ｐの周囲に残り、内側へ排出された溶バリＢが、エンジン運転中の高速の排気ガス流とか振動などで脱落して、触媒５を破損させる虞れがあるため、溶バリＢの内側への脱落を防ぐために、摩擦接合面Ｐの内側には立ち上げ状に溶バリ脱落防止堰３を形成する必要があった。
【０００３】
しかしながら、従来構造では、図１４の拡大断面図で示すように、溶バリ脱落防止堰３と、その外側に接合される排気マニホールド５１の壁面間には溝Ｍが形成されて、この溝Ｍ内に、硫酸とか硝酸が主成分の凝結水Ｗが溜まる虞れがあり、強酸の凝結水Ｗが溜まると、排気マニホールド５１とか触媒ケース５２の接合面Ｐを腐食して、強度を低下させてしまうという問題点があった。
即ち、排気ガス中には燃焼により生成されたNO，NO₂，SO₂及びH₂O が存在し、これらが凝縮されると、H₂O とS0₂から硫酸が生成され、また、H₂O とNO₂から硝酸が生成され、強酸の凝結水Ｗとなるのである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の問題点に鑑み案出したものであって、溶バリの内側への脱落を良好に防ぐとともに、強酸の凝結水を良好に排出することのできる摩擦圧接による排気マニホールドを提供せんことを目的とし、その要旨は、摩擦接合面の内側に、隙間を有して溶バリ脱落防止堰が立ち上げ形成されてなり、該溶バリ脱落防止堰には、前記隙間に溜まる排気ガス中の凝結水を排出し得る切欠あるいは孔からなる水抜部が形成されていることである。
【０００５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、排気マニホールドと、触媒を入れた触媒ケースの分解斜視図であり、本例では、触媒ケース２の上端に外側へ突出状に一体形成されたフランジ部２ａの内側に、上方へ立ち上げて溶バリ脱落防止堰３が一体形成されており、この溶バリ脱落防止堰３には、内側から外側へ貫通する切欠部３ａが周方向に所定間隔で開口形成されたものとなっており、この部分の拡大図を図２に示し、また、図３にはその平面図を、また、図４には要部縦断面図を示す。
【０００６】
この切欠部３ａは、鋳造により溶バリ脱落防止堰３と一体状に形成したものであっても、後に、加工して形成したものであっても良く、また、切欠部３ａの下端は、フランジ部２ａ上面の摩擦接合面Ｐと同一高さでなくても良いが、切欠部３ａの下端を摩擦圧接時に発生する溶バリの高さ以上に高い位置に形成しては意味がない。即ち、切欠部３ａの切欠深さａは、ほぼフランジ部２ａの上面位置まで切り欠くか、或いは図４に示すように、摩擦圧接時の溶バリＢの高さｂ分、溶バリ脱落防止堰３の上面より低い位置であれば良い。この切欠部３ａの周方向の幅は、摩擦圧接時に発生する溶バリが内部へ侵入し脱落しないような８mm以下の幅が好ましく、また、凝結水の排水性能から考慮すると２mm以上の幅であることが望ましい。
即ち、図５には、切欠部３ａの幅と、溶バリの内側への突出量との関係を図示しており、また図６では、各部材間の寸法を例示している。
【０００７】
即ち、図６において、溶バリ脱落防止堰３の半径方向の厚みｔは、４mm程度に設定されており、溶バリ脱落防止堰３の外側の摩擦接合面Ｐの幅も４mm程度で、両者間のクリアランスＣは２mm程度であり、また、摩擦接合面Ｐの外周の半径Ｒは７０mm程度であり、溶バリＢの切欠部３ａから内側へ突出する突出量をＳとすると、図５に示すように、切欠部３ａの周方向への幅が広いほど溶バリＢの内側への突出量が大となるが、切欠部３ａの周方向の幅長が８mm以下では、溶バリＢの表面張力で、内側への突出量Ｓは少なくなり安定したものとなる実験結果が得られている。
【０００８】
このように切欠部３ａの周方向への幅長を２mm〜８mmの範囲内に設定しておくと、溶バリＢの内側への突出量を少なくでき、しかも溶バリ脱落防止堰３の外側のクリアランスＣ内で凝縮される凝結水Ｗを、良好に切欠部３ａから内部に排水させて良好に排出することができ、凝結水Ｗが溜まることを良好に防いで、腐食の発生を防ぎ、摩擦接合面Ｐの強度低下を防ぐことができるものとなる。
【０００９】
なお、図７の外観斜視図で、また図８の断面構成図で、また、図９にアウトレットの平面図を示すように、触媒ケース２が排気マニホールド１と一体状に形成され、触媒ケース２の下流端が、アウトレット４のフランジ部４ａに摩擦圧接されて接合される場合においても、アウトレット４のフランジ部４ａの摩擦接合面Ｐの内側には、溶バリ脱落防止堰３が立設され、この溶バリ脱落防止堰３には、周方向に間隔をおいて切欠部３ａが形成されて、良好に溶バリＢの内側への侵入を防ぎ、かつ良好に凝結水Ｗを排水することができるものとなる。なお、図８中の６は触媒位置固定ボルトである。
【００１０】
なお、本例では、溶バリ脱落防止堰３に切欠部３ａを形成したものを例示しているが、切欠部３ａに代えて、孔を溶バリ脱落防止堰３に形成させても、孔により、溶バリの内側への侵入を防ぎ、かつ良好に凝結水を排出することができるものとなる。なお、この場合の孔径も２mm〜８mm程度の孔径に形成することができる。
【００１１】
【発明の効果】
本発明の排気マニホールドは、摩擦接合面の内側に、隙間を有して溶バリ脱落防止堰が立ち上げ形成されてなり、該溶バリ脱落防止堰には、前記隙間に溜まる排気ガス中の凝結水を排出し得る切欠あるいは孔からなる水抜部が形成されていることにより、摩擦圧接による摩擦接合面で発生する溶バリの内側への侵入を良好に防いで、溶バリが内側へ脱落して触媒を傷付けることを防ぐことができると同時に、溶バリ脱落防止堰の外側で生成される凝結水を、良好に水抜部を通し排出することができるものとなり、凝結水が溜まることを防止できて、腐食による強度低下を防ぐことができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の排気マニホールドと触媒ケースの分解斜視図である。
【図２】触媒ケースの上端側の正面構成図である。
【図３】図２の平面構成図である。
【図４】図２の要部縦断面図である。
【図５】溶バリ脱落防止堰に形成した切欠部の幅と、溶バリの突出量との関係図である。
【図６】切欠部周辺の拡大平面構成図である。
【図７】第２実施例の外観斜視構成図である。
【図８】図７の断面構成図である。
【図９】図８におけるアウトレットの平面図である。
【図１０】従来のボルト締結した排気マニホールドの外観斜視構成図である。
【図１１】図１０の縦断面図である。
【図１２】摩擦圧接により一体化した排気マニホールドと触媒ケースの断面構成図である。
【図１３】図１２における溶バリの発生状態を示す断面拡大構成図である。
【図１４】さらに溝内に凝結水が溜まる状態を示す要部断面拡大図である。
【符号の説明】
１排気マニホールド
２触媒ケース
２ａフランジ部
３溶バリ脱落防止堰
３ａ切欠部
４アウトレット
４ａフランジ部
５触媒
Ｐ摩擦接合面（圧接面）
Ｍ溝
Ｗ凝結水
Ｂ溶バリ[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an exhaust manifold.
[0002]
[Prior art and problems]
Conventionally, the flange portion 52a of the catalyst case 52 in which the catalyst 5 is housed is fastened with the fastening bolt 53 to the flange portion 51a of the exhaust manifold 51 as shown in the external perspective view of FIG. On the other hand, there is a unit in which the intake manifold 51 and the catalyst case 52 are integrated by friction welding, as shown in a sectional view in FIG. 12, which can eliminate the fastening bolt 53, reduce the flange portion, and can be manufactured at low cost. .
However, as shown in the enlarged views of FIGS. 12 and 13, when the end surface of the exhaust manifold 51 is joined to the flange portion 52 a of the catalyst case 52 by the friction joining surface P, the friction joining surface P is rubbed and friction is applied. Since it is a method of melting by heat and then pressing with a large pressure to discharge the molten layer of the friction bonding surface P to the outside, the discharged molten burr B remains around the friction bonding surface P and goes inward. Since the discharged molten burr B may fall off due to high-speed exhaust gas flow or vibration during engine operation and damage the catalyst 5, friction welding is performed to prevent the molten burr B from falling off inside. It was necessary to form the weld burr drop-off prevention weir 3 in a rising shape inside the surface P.
[0003]
However, in the conventional structure, as shown in the enlarged cross-sectional view of FIG. 14, a groove M is formed between the wall surface of the weld burr drop prevention weir 3 and the exhaust manifold 51 joined to the outside thereof. In addition, there is a possibility that the condensed water W mainly composed of sulfuric acid or nitric acid may be accumulated, and when the condensed water W of strong acid is accumulated, the joint surface P of the exhaust manifold 51 or the catalyst case 52 is corroded to reduce the strength. There was a problem.
That is, NO, NO ₂ , SO ₂ and H ₂ O generated by combustion exist in the exhaust gas, and when these are condensed, sulfuric acid is generated from H ₂ O and S0 ₂ , and H ₂ Nitric acid is produced from O and NO ₂ and becomes condensed water W of strong acid.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been devised in view of the above-described conventional problems, and provides an exhaust manifold by friction welding that can prevent the molten burr from falling off to the inside and can well discharge condensed water of strong acid. The gist of the present invention is that a burrs fall-off prevention weir is formed with a gap inside the friction joint surface, and the burrs fall-off prevention weir includes exhaust gas accumulated in the gap. It is that the drainage part which consists of a notch or a hole which can discharge | emit condensed water in it is formed.
[0005]
【Example】
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is an exploded perspective view of an exhaust manifold and a catalyst case containing a catalyst. In this example, the upper end of the catalyst case 2 stands upward on the inner side of a flange portion 2a integrally formed to protrude outward. The molten burr drop prevention weir 3 is integrally formed, and the molten burr drop prevention weir 3 is formed with notches 3a penetrating from the inside to the outside at predetermined intervals in the circumferential direction. FIG. 2 is an enlarged view of this portion, FIG. 3 is a plan view thereof, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view of an essential part.
[0006]
The notch 3a may be formed integrally with the molten burr drop prevention weir 3 by casting, or may be formed by machining later, and the lower end of the notch 3a is a flange. Although it does not have to be the same height as the friction bonding surface P on the upper surface of the portion 2a, it does not make sense to form the lower end of the notch portion 3a at a position higher than the height of the weld burr generated during friction welding. That is, the notch depth a of the notch 3a is substantially notch up to the upper surface position of the flange 2a, or, as shown in FIG. It is sufficient that the position is lower than the upper surface of 3. The width in the circumferential direction of the notch 3a is preferably 8 mm or less so that molten burrs generated at the time of friction welding do not enter the inside and drop off, and considering the drainage performance of condensed water, the width is 2 mm or more. It is desirable.
That is, FIG. 5 illustrates the relationship between the width of the notch 3a and the amount of protrusion to the inside of the molten burr, and FIG. 6 illustrates the dimensions between the members.
[0007]
That is, in FIG. 6, the thickness t in the radial direction of the molten burr drop prevention weir 3 is set to about 4 mm, and the width of the friction joint surface P outside the molten burr drop prevention weir 3 is also about 4 mm. The clearance C is about 2 mm, the radius R of the outer periphery of the friction joint surface P is about 70 mm, and the amount of protrusion protruding inward from the notch 3a of the molten burr B is S, as shown in FIG. In addition, the larger the width in the circumferential direction of the notch 3a, the larger the amount of protrusion to the inside of the molten burr B. However, if the width in the circumferential direction of the notch 3a is 8 mm or less, the surface tension of the molten burr B In addition, experimental results have been obtained in which the inward projecting amount S is reduced and becomes stable.
[0008]
If the width in the circumferential direction of the notch 3a is set in the range of 2 mm to 8 mm in this way, the amount of protrusion of the molten burr B can be reduced, and the outside of the molten burr drop prevention weir 3 can be reduced. Condensed water W condensed in the clearance C can be drained from the notch 3a to the inside and discharged well, preventing the accumulation of condensed water W, preventing the occurrence of corrosion, and friction. It is possible to prevent a decrease in strength of the joint surface P.
[0009]
In addition, as shown in the external perspective view of FIG. 7, the cross-sectional configuration diagram of FIG. 8, and the plan view of the outlet in FIG. 9, the catalyst case 2 is formed integrally with the exhaust manifold 1. In the case where the downstream end is joined by being friction-welded to the flange portion 4a of the outlet 4, the weld burr drop-off prevention weir 3 is erected on the inner side of the friction joint surface P of the flange portion 4a of the outlet 4, The molten burr drop prevention weir 3 is formed with notches 3a at intervals in the circumferential direction, which can prevent the penetration of the molten burr B into the inside and can drain the condensed water W well. It will be a thing. In addition, 6 in FIG. 8 is a catalyst position fixing bolt.
[0010]
In this example, an example in which the notched portion 3a is formed in the molten burr falling prevention weir 3 is illustrated, but instead of the notched portion 3a, a hole may be formed in the molten burr falling prevention weir 3 depending on the hole. Therefore, it is possible to prevent the inside of the molten burr from entering the inside and to discharge the condensed water satisfactorily. In addition, the hole diameter in this case can also be formed to a hole diameter of about 2 mm to 8 mm.
[0011]
【The invention's effect】
In the exhaust manifold of the present invention, a weld burr drop prevention weir is formed with a gap inside the friction joint surface, and the weld burr drop prevention weir is condensed in the exhaust gas accumulated in the gap. By forming a water drainage part consisting of a notch or a hole that can discharge water, it is possible to prevent intrusion of the molten burrs that occur on the friction joint surface by friction welding well, and the molten burrs fall off to the inside. It is possible to prevent the catalyst from being damaged, and at the same time, it is possible to discharge the condensed water generated on the outside of the weld burr drop prevention weir through the drainage section well, and prevent the condensed water from accumulating. , It has the effect of preventing strength reduction due to corrosion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an exhaust manifold and a catalyst case according to a first embodiment.
FIG. 2 is a front configuration diagram of an upper end side of a catalyst case.
FIG. 3 is a plan configuration diagram of FIG. 2;
4 is a longitudinal sectional view of a main part of FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the width of the notch formed in the molten burr drop prevention weir and the protruding amount of the molten burr.
FIG. 6 is an enlarged plan configuration diagram around a notch.
FIG. 7 is an external perspective configuration diagram of a second embodiment.
8 is a cross-sectional configuration diagram of FIG.
9 is a plan view of the outlet in FIG. 8. FIG.
FIG. 10 is an external perspective configuration diagram of a conventional exhaust manifold with bolts fastened.
11 is a longitudinal sectional view of FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional configuration diagram of an exhaust manifold and a catalyst case integrated by friction welding.
13 is an enlarged cross-sectional configuration diagram showing a state of occurrence of molten burrs in FIG.
FIG. 14 is an enlarged cross-sectional view of an essential part showing a state in which condensed water accumulates in the groove.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exhaust manifold 2 Catalyst case 2a Flange part 3 Deburring prevention weir 3a Notch part 4 Outlet 4a Flange part 5 Catalyst P Friction joint surface (pressure contact surface)
M groove W condensed water B melting burr

Claims

A weld burr drop prevention weir is formed on the inner side of the friction joint surface with a gap. An exhaust manifold having a drainage portion formed of a hole.