特許 7155770 締結構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-11

(45)【発行日】2022-10-19

(54)【発明の名称】締結構造

(51)【国際特許分類】

   F16B 5/02 20060101AFI20221012BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20221012BHJP

   F02F 1/42 20060101ALI20221012BHJP

   F16B 43/00 20060101ALI20221012BHJP

【ＦＩ】

F16B5/02 S

F01N13/08 E

F02F1/42 Z

F16B43/00 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018166852

(22)【出願日】2018-09-06

(65)【公開番号】P2020041549

(43)【公開日】2020-03-19

【審査請求日】2021-08-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000000170

【氏名又は名称】いすゞ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100128509

【弁理士】

【氏名又は名称】絹谷 晴久

(74)【代理人】

【識別番号】100119356

【弁理士】

【氏名又は名称】柱山 啓之

(72)【発明者】

【氏名】山田 弘道

【審査官】鵜飼 博人

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－１９３８３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１３２０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２０００５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６１７１００９（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１１－０８６７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１９１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２２５８７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｂ ５／０２

Ｆ０１Ｎ １３／０８

Ｆ０２Ｆ １／４２

Ｆ１６Ｂ ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気側において締結対象部品を被締結部品に締結するための締結構造であって、
雄ネジ軸と、
前記雄ネジ軸に螺合または固定して設けられた押圧体と、
前記締結対象部品に形成され、前記雄ネジ軸が挿通される挿通穴と、
前記被締結部品に形成され、前記雄ネジ軸が螺合されるネジ穴と、
前記押圧体と前記締結対象部品との間に介在され、前記雄ネジ軸が挿通される筒状部品と、を備え、
前記筒状部品は、前記締結対象部品の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有し、
前記筒状部品の線膨張係数は、前記雄ネジ軸の線膨張係数以下である
ことを特徴とする締結構造。

【請求項2】

前記締結対象部品は、排気マニホールドであり、
前記被締結部品は、シリンダヘッドである
請求項１に記載の締結構造。

【請求項3】

前記雄ネジ軸の線膨張係数は、前記締結対象部品の線膨張係数よりも大きい
請求項１または２に記載の締結構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、締結構造、特に、内燃機関の排気側に用いられる締結構造に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、締結構造では、締結する対象となる部品（以下、締結対象部品）の挿通穴にボルトが挿通され、締結対象部品が締結される部品（以下、被締結部品）のネジ穴にボルトが螺合されて締め込まれる。

【0003】

また、締結構造としては、例えばボルトの頭部と締結対象部品との間に介在されるディスタンスピースにより、ボルトの弛みを抑制する構造が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－２１８３５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、締結構造が内燃機関の排気側に用いられる場合、高温の排気によって締結対象部品（例えば、排気マニホールド）、ボルト及びディスタンスピースが熱膨張する。この場合、例えばボルトが排気マニホールド及びディスタンスピースよりも大きく軸方向に熱膨張して伸びると、ボルトの軸力が低下してしまい、締結状態が不十分になる虞がある。

【0006】

そこで、本開示は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、内燃機関の排気側においてボルトの軸力低下を抑制できる締結構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一の態様によれば、内燃機関の排気側において締結対象部品を被締結部品に締結するための締結構造であって、雄ネジ軸と、前記雄ネジ軸に螺合または固定して設けられた押圧体と、前記締結対象部品に形成され、前記雄ネジ軸が挿通される挿通穴と、前記被締結部品に形成され、前記雄ネジ軸が螺合されるネジ穴と、前記押圧体と前記締結対象部品との間に介在され、前記雄ネジ軸が挿通される筒状部品と、を備え、前記筒状部品は、前記締結対象部品の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有することを特徴とする締結構造が提供される。

【0008】

好ましくは、前記筒状部品の線膨張係数は、前記雄ネジ軸の線膨張係数よりも大きい。

【0009】

好ましくは、前記締結対象部品は、排気マニホールドであり、前記被締結部品は、シリンダヘッドである。

【0010】

好ましくは、前記雄ネジ軸の線膨張係数は、前記締結対象部品の線膨張係数よりも大きい。

【発明の効果】

【0011】

本開示によれば、内燃機関の排気側においてボルトの軸力低下を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】内燃機関の排気側の全体構成図である。

【図2】図１のＡ部における締結構造の部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、添付図面を参照して本開示の実施形態を説明する。なお、本開示は、以下の実施形態に限定されない点に留意されたい。

【0014】

図１は、内燃機関１の排気側の全体構成図である。矢印Ｇは、排気の流れを示す。

【0015】

図１に示すように、内燃機関１は、車両（不図示）に搭載された多気筒の圧縮着火式内燃機関すなわちディーゼルエンジンである。車両は、トラック等の大型車両である。しかしながら、車両及び内燃機関１の種類、形式、用途等に特に限定はなく、例えば車両は乗用車等の小型車両であっても良いし、内燃機関１は火花点火式内燃機関すなわちガソリンエンジンであっても良い。

【0016】

内燃機関１は、シリンダブロック（不図示）の上部に接続されたシリンダヘッド２と、シリンダヘッド２の排気側に接続された排気マニホールド３と、を備える。なお、内燃機関１は、吸気マニホールド（不図示）等の吸気系部品も備えるが、ここでは説明を省略する。

【0017】

シリンダヘッド２は、シリンダブロックと共に、複数の燃焼室（不図示）を形成する。また、シリンダヘッド２は、各気筒分の複数（図示例では４つ）の排気出口２ａを有する。

【0018】

シリンダヘッド２の排気出口２ａには、排気マニホールド３の各気筒分の排気入口３ａが接続される。一方、排気マニホールド３の集合出口である排気出口３ｂには、ターボチャージャ４のタービンケーシング４ａを介して、排気管５が接続される。なお、符号６は、排気マニホールド３に接続され、排気の一部を吸気側に還流させるためのＥＧＲ管６である。

【0019】

本実施形態に係る締結構造１００は、締結対象部品としての排気マニホールド３を被締結部品としてのシリンダヘッド２に締結するために用いられる。

【0020】

図２は、図１のＡ部における締結構造１００の部分断面図である。なお、図２中に示す前後方向は、ボルト１０の軸方向と一致するが、説明の便宜上定められたものに過ぎない。

【0021】

図２に示すように、締結構造１００は、雄ネジ軸としてのボルト１０と、ボルト１０に螺合して設けられた押圧体としてのナット２０と、を備える。また、締結構造１００は、排気マニホールド３に形成され、ボルト１０が挿通される挿通穴３０と、シリンダヘッド２に形成され、ボルト１０が螺合されるネジ穴４０と、を備える。また、締結構造１００は、ナット２０と排気マニホールド３との間に介在され、ボルト１０が挿通される筒状部品としてのディスタンスピース５０を備える。なお、符号６０は、シリンダヘッド２と排気マニホールド３との間に介在されたガスケットである。

【0022】

ボルト１０は、前端部１１及び後端部１２に雄ネジを有するスタッドボルトである。本実施形態では、ボルト１０の前端部１１にナット２０が螺合され、後端部１２にネジ穴４０が螺合される。但し、ボルト１０の種類は任意であって良く、例えば六角頭付きボルトであっても良い。この場合、ボルト１０には、ナット２０の代わりに押圧体としての頭部が一体に固定されて設けられる。

【0023】

排気マニホールド３の排気入口３ａには、フランジＦが形成される。挿通穴３０は、フランジＦに複数（例えば４つ）形成される。

【0024】

シリンダヘッド２の排気出口２ａには、排気マニホールド３のフランジＦを取り付けるための取付部Ｍが形成される。取付部Ｍは、シリンダヘッド２の側壁２ｂから突出して形成される。ネジ穴４０は、挿通穴３０と同軸状に、取付部Ｍに複数（例えば４つ）形成される。なお、図示しないが、取付部Ｍはフランジであっても良い。

【0025】

ディスタンスピース５０は、円筒状に形成される。また、ディスタンスピース５０は、前後方向において、排気マニホールド３の挿通穴３０の長さＬ１と同じ長さＬ２を有する（Ｌ１＝Ｌ２）。但し、ディスタンスピース５０の形状及び長さは、任意であって良い。例えば、ディスタンスピース５０の長さＬ２は、挿通穴３０の長さＬ１より長くても良く（Ｌ１＜Ｌ２）、また、短くても良い（Ｌ１＞Ｌ２）。

【0026】

また、図示しないが、ディスタンスピース５０は、排気マニホールド３の線膨張係数α１よりも大きい線膨張係数α２を有する（α１＜α２）。具体的には、排気マニホールド３の材質には、鋳鉄（ＦＣＤ）等が用いられ、ディスタンスピース５０の材質には、オーステナイト系のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）等が用いられる。

【0027】

また、本実施形態では、ディスタンスピース５０の線膨張係数α２は、ボルト１０の線膨張係数α３よりも大きい（α３＜α２）。また、ボルト１０の線膨張係数α３は、排気マニホールド３の線膨張係数α１よりも大きい（α１＜α３）。具体的には、ボルト１０の材質には、オーステナイト系の耐熱鋼（ＳＵＨ６６０）等が用いられる。

【0028】

このように、本実施形態では、排気マニホールド３の線膨張係数α１と、ディスタンスピース５０の線膨張係数α２と、ボルト１０の線膨張係数α３とが、α１＜α３＜α２の関係にある。

【0029】

次に、本実施形態に係る締結構造１００の作用効果について説明する。

【0030】

図２に示したように、締結構造１００では、シリンダヘッド２のネジ穴４０にボルト１０の後端部１２を螺合させて固定した後、ネジ穴４０から前方に突出したボルト１０に対して、排気マニホールド３の挿通穴３０、ディスタンスピース５０を順に挿通させる。そして、ボルト１０の前端部１１にナット２０を螺合させて締め付けることで、ナット２０によりディスタンスピース５０を介して排気マニホールド３がシリンダヘッド２に押し付けられ、シリンダヘッド２に排気マニホールド３が締結される。なお、ナット２０を弛めてボルト１０から取り外すと締結を解除できる。

【0031】

また、ナット２０をボルト１０に締め付けることで、ディスタンスピース５０を軸方向に圧縮させ、その反発力によってボルト１０の軸力を増加できる。その結果、ボルト１０の弛みを抑制することができる。

【0032】

ところで、本実施形態に係る締結構造１００は、排気上流側高温部のシリンダヘッド２と排気下流側低温部の排気マニホールド３との締結に用いられる。そのため、内燃機関１の燃焼室内から排出される高温の排気と、シリンダヘッド２からの受熱とによって、排気マニホールド３、ボルト１０及びディスタンスピース５０が熱膨張する。

【0033】

また、本実施形態のボルト１０は、排気マニホールド３の線膨張係数α１よりも大きい線膨張係数α３を有しており（α１＜α３）、排気マニホールド３よりも大きく軸方向に熱膨張して伸びる。

【0034】

そのため、仮に、ディスタンスピース５０の線膨張係数α２が排気マニホールド３の線膨張係数α１以下（α２≦α１＜α３）である場合、ボルト１０が排気マニホールド３及びディスタンスピース５０よりも大きく軸方向に熱膨張して伸びる。その結果、ボルト１０の軸力が低下して、シリンダブロック２と排気マニホールド３の締結が不十分になる可能性がある。そして、両者の締結面間で排気のシール性能が低下する虞がある。

【0035】

しかしながら、本実施形態では、ディスタンスピース５０が、排気マニホールド３の線膨張係数α１よりも大きい線膨張係数α２を有する（α１＜α２）。そのため、ディスタンスピース５０は、排気マニホールド３よりも大きく軸方向に熱膨張して伸び、ボルト１０と排気マニホールド３との熱膨張（線膨張係数）の差を埋めることができる。その結果、ボルト１０の軸力低下を抑制することが可能になる。

【0036】

また、本実施形態のディスタンスピース５０は、ボルト１０の線膨張係数α３よりも大きい線膨張係数α２を有する（α３＜α２）。そのため、ディスタンスピース５０をボルト１０よりも大きく熱膨張させて、より確実にボルト１０の軸力低下を抑制することが可能である。

【0037】

他方、上述した基本実施形態は、以下のような変形例またはその組合わせとすることができる。下記の説明においては、上記の実施形態と同一の構成要素に同じ符号を用い、それらの詳細な説明は省略する。

【0038】

（第１変形例）
締結構造１００は、内燃機関１の排気側における任意の部品同士の接続に用いることが可能である。例えば、図１のＢ部では、排気マニホールド３を被締結部品とし、ターボチャージャ４のタービンケーシング４ａを締結対象部品とする。また、図１のＣ部では、タービンケーシング４ａを被締結部品とし、排気管５を締結対象部品とする。また、図１のＤ部では、排気マニホールド３を被締結部品とし、ＥＧＲ管６を締結対象部品とする。また、図示しないが、締結構造１００は、酸化触媒等の触媒を収容する触媒ケーシングと排気管との接続に用いることも可能である。

【0039】

（第２変形例）
上述した被締結部品及び締結対象部品は、それぞれ逆の関係であって良い。例えば、タービンケーシング４ａを締結対象部品とし、排気管５を被締結部品としても良い。

【0040】

（第３変形例）
ディスタンスピース５０の線膨張係数α２は、ボルト１０の線膨張係数α３以下であっても良い（α２≦α３）。また、ボルト１０の線膨張係数α３は、排気マニホールド３の線膨張係数α１以下であっても良い（α３≦α１）。

【0041】

以上、本開示の実施形態を詳細に述べたが、本開示の実施形態は上述の実施形態のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本開示の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本開示に含まれる。従って、本開示は、限定的に解釈されるべきではなく、本開示の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

【符号の説明】

【0042】

１ 内燃機関
２ シリンダヘッド（被締結部品）
３ 排気マニホールド（締結対象部品）
１０ ボルト（雄ネジ軸）
２０ ナット（押圧体）
３０ 挿通穴
４０ ネジ穴
５０ ディスタンスピース（筒状部品）
６０ ガスケット
１００ 締結構造
Ｇ 排気

【図1】

【図2】