JP2011043121A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成によって排気系部品の熱膨張差を吸収することができるようにして、排気装置の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置の製造コストが増大するのを防止することができる内燃機関の排気装置を提供すること。
【解決手段】フロントパイプ２７よりも長尺なフロントパイプ２８の少なくとも一方が、フロントパイプ２８の延在方向の一部に周方向に沿ってＰＣＣＰシェル４１を有し、このＰＣＣＰシェル４１が、隣接する多角形の面同士が一辺を共有し、多角形の面同士の一辺が山の稜線または谷を形成するようにして凹凸状に連接されるものから構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気装置に関し、特に、内燃機関に対して排気ガスの排気方向下流側に設けられ、熱膨張量の異なる中空状の一対の排気系部品を有する内燃機関の排気装置に関する。

一般に、自動車等の車両の内燃機関に設けられる排気装置としては、フロントパイプ、触媒コンバータ、センターパイプ、マフラ、テールパイプ等の排気系部品が接続されて構成されており、Ｖ型エンジン等の内燃機関に設けられた排気装置にあっては、フロントパイプがＶ型エンジンの一対のバンクにそれぞれ接続されるため、フロントパイプが並列に配設されるようになっている。

従来のこの種の排気装置としては、図９に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
図９は、デュアル排気を備えたＶ型エンジンに適用される排気装置を示している。図９において、Ｖ型エンジン１の左バンクには排気マニホールド２が接続されているとともに、Ｖ型エンジン１の右バンクには排気マニホールド３が接続されている。

排気マニホールド２にはフロントパイプ４が接続されているとともに、排気マニホールド３にはフロントパイプ５が接続されており、フロントパイプ４は、フロントパイプ５に対して軸方向長さが長くなっている。

フロントパイプ４、５にはそれぞれフレキシブルチューブ６、７が介装されており、フレキシブルチューブ６、７は、フロントパイプ４、５の軸方向に対して伸縮することにより、フロントパイプ４、５が軸方向に変位するのを許容するようになっている。

フロントパイプ４、５の下流側には合流管８が設けられており、この合流管８は、フロントパイプ４、５の下流端に溶接等によって接合されている。このため、エンジン１から排気マニホールド２、３およびフロントパイプ４、５に排気された排気ガスは、合流管８で合流するようになっている。

合流管８の下流側には排気ガスを浄化する触媒コンバータ９が設けられており、この触媒コンバータ９の下流側にはセンターパイプ１０を介して排気音を消音するメインマフラ１１が設けられている。

また、メインマフラ１１の下流側には一対の分岐パイプ１２ａ、１２ｂを介して排気音をさらに消音する一対のサブマフラ１３ａ、１３ｂが設けられている。

このようにデュアル排気を備えた排気装置にあっては、フロントパイプ４、５の長さが異なっており、フロントパイプ４、５の線膨張係数が同一であれば、短尺のフロントパイプ５に対して長尺のフロントパイプ４の熱膨張量が大きいものとなる。

このため、フロントパイプ４、５の下流側の合流管８において、フロントパイプ４、５の熱膨張量の相違による熱応力が合流管８に加わってしまい、合流管８に亀裂等が発生して合流部が損傷するおそれがある。

従来の排気装置では、フロントパイプ４、５にフレキシブルチューブ６、７を介装することにより、フロントパイプ４、５が熱膨張するのを吸収して、合流管８に熱応力が加わるのを防止して、合流管８が損傷するのを防止するようにしている。

特開２００５−２４８７６７号公報

このような従来の内燃機関の排気装置にあっては、熱膨張量に差を有するフロントパイプ４、５に発生する熱膨張差を吸収するためにフロントパイプ４、５にフレキシブルチューブ６、７を介装する必要があるため、フレキシブルチューブ６、７を設ける分だけ、排気装置の部品点数が増大して、排気装置の重量が増大するとともに排気装置の製造コストが増大してしまうという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、簡素な構成によって排気系部品の熱膨張差を吸収することができるようにして、排気装置の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置の製造コストが増大するのを防止することができる内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の排気装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関に対して排気ガスの排気方向下流側に設けられ、中空状の一方の排気系部品と、前記一方の排気系部品と異なる熱膨張量を有し、前記一方の排気系部品に一部分が連結された中空状の他方の排気系部品との組合せが少なくとも１組以上有する内燃機関の排気装置において、前記一方の排気系部品および前記他方の排気系部品の少なくとも一方が、前記排気系部品の延在方向の少なくとも一部に周方向に沿った多面構造を有し、前記多面構造は、隣接する多角形の面同士が一辺を共有し、前記多角形の面同士の一辺が山の稜線または谷を形成するようにして凹凸状に連接されるものから構成される。

この構成により、一方の排気系部品および他方の排気系部品の少なくとも一方が、排気系部品の延在方向の少なくとも一部に周方向に沿った多面構造を有し、この多面構造が、隣接する多角形の面同士が一辺を共有し、多角形の面同士の一辺が山の稜線または谷を形成するようにして凹凸状に連接されるので、多面構造の軸方向の剛性が低くなるように多角形の形状を設定することにより、熱膨張量の異なる排気系部品の熱膨張差を多面構造で吸収することができる。このため、一対の排気系部品の連結部位に熱応力が発生するのを防止して、連結部位が破損するのを防止することができる。

このように排気系部品の一部を簡素な多面構造とすることで排気系部品の熱膨張差を吸収することができるため、排気装置の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置の製造コストが増大するのを防止することができる。

上記（１）に記載の内燃機関の排気装置において、（２）前記一方の排気系部品が長尺に形成されるとともに、前記他方の排気系部品が短尺に形成され、前記一対の排気系部品の下流側が合流するものから構成される。

この構成により、熱膨張量の差を有する長尺な排気系部品と短尺な排気系部品とが排気ガスの熱を受けて膨張したときに、排気系部品の熱膨張差を多面構造で吸収することができる。このため、一対の排気系部品の連結部である合流部に熱応力が発生するのを防止して、合流部が破損するのを防止することができる。

上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気装置において、（３）前記一方の排気系部品が、内周部に拡張室を有するアウターシェルから構成されるとともに、前記他方の排気系部品が、前記アウターシェルに挿通され、外周部に複数の連通孔を有するインナーパイプから構成され、前記インナーパイプの上流側外周部と下流側外周部が前記アウターシェルの内周部に連結されるものから構成される。

この構成により、高温の排気ガスが流通することから熱膨張量の大きいインナーパイプとアウターシェルの熱膨張差を多面構造で吸収することができる。このため、インナーパイプとアウターシェルとの連結部位に熱応力が発生するのを防止して、インナーパイプの上流側外周部とアウターシェルの内周部の連結部位およびインナーパイプの下流側外周部とアウターシェルの内周部の連結部位が破損するのを防止することができる。

上記（１）ないし（３）に記載の内燃機関の排気装置において、（４）前記一方の排気系部品が、外周部に排気ガスと冷媒との熱交換を行う熱交換器が設けられたメイン排気管から構成されるとともに、前記他方の排気系部品が、前記メイン排気管の上流側から分岐されて前記熱交換器をバイパスして前記メイン排気管の下流部に合流するバイパス排気管から構成され、前記メイン排気管および前記バイパス排気管の上流側に、排気ガスの流路を前記メイン排気管および前記バイパス排気管のいずれか一方に切換える切換部材が設けられるものから構成される。

この構成により、切換部材によって排気ガスの流通経路が切換えられ、高温の排気ガスがメイン排気管またはバイパス排気管のいずれか一方を流通することにより、メイン排気管とバイパス排気管のいずれか一方の熱膨張量が大きくなることで、メイン排気管とバイパス排気管に熱膨張量の差が生じた場合に、メイン排気管とバイパス排気管の熱膨張差を多面構造で吸収することができる。

このため、メイン排気管の上流側とバイパス排気管の上流端の連結部位およびメイン排気管の下流側とバイパス排気管の下流端の連結部位に熱応力が発生するのを防止して、連結部位が破損するのを防止することができる。

上記（１）ないし（４）に記載の内燃機関の排気装置において、（５）前記排気系部品の一方が、触媒コンバータから構成されるとともに、前記排気系部品の他方が、前記触媒コンバータの外周部に被覆されたプロテクタから構成され、前記触媒コンバータの上流側外周部と下流側外周部が前記プロテクタの内周部に連結されるものから構成される。

この構成により、高温の排気ガスが流通する触媒コンバータと触媒コンバータの外周部に設けられて高温の排気ガスに晒されないプロテクタとの熱膨張量が大きくなることで、触媒コンバータとプロテクタとの熱膨張量の差が生じた場合に、触媒コンバータとプロテクタとの熱膨張差を多面構造で吸収することができる。

このため、触媒コンバータの上流側外周部とプロテクタの内周部との連結部位および触媒コンバータの下流側外周部とプロテクタの内周部との連結部位に熱応力が発生するのを防止して、連結部位が破損するのを防止することができる。

本発明によれば、簡素な構成によって排気系部品の熱膨張差を吸収することができるようにして、排気装置の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置の製造コストが増大するのを防止することができる内燃機関の排気装置を提供することができる。

本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、排気装置の上面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、メインマフラの断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、サブマフラの断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、ＰＣＣＰシェルの正面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、（ａ）は、ＰＣＣＰシェルの切断方向を示す図であり、（ｂ）は、同図（ａ）の切断面Ａ−Ａで切断されたＰＣＣＰシェルの断面を示す図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、（ａ）は、一般的な中空のパイプの切断方向を示す図であり、（ｂ）は、同図（ａ）の切断面Ｂ−Ｂで切断された中空のパイプの断面を示す図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の第２の実施の形態を示す図であり、排気装置の要部断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の第３の実施の形態を示す図であり、（ａ）は、プロテクタの断面と触媒コンバータの外観を示す図、触媒コンバータとプロテクタの外観図である。 従来の排気装置の上面図である。

（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る内燃機関の排気装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図６は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図である。

まず、構成を説明する。
図１において、内燃機関の排気装置２１は、内燃機関としてのエンジン２２から排気される排気ガスを外部に排出するものであり、エンジン２２に対して排気ガスの排気方向下流側に設けられた排気系部品から構成されるものである。

また、エンジン２２は、Ｖ型エンジンであり、右バンク２３ａと左バンク２３ｂは、４つの気筒２４ａ、２４ｂを有している。各気筒２４ａ、２４ｂ内にはピストンが上下動自在に収納されており、ピストンと各気筒２４ａ、２４ｂの上端面とによって画成される燃焼室内の排気ガスは、右バンク２３ａおよび左バンク２３ｂの排気ポートから外部に排出されるようになっている。

右バンク２３ａおよび左バンク２３ｂにはそれぞれ排気マニホールド２５、２６が接続されており、この排気マニホールド２５、２６は、右バンク２３ａおよび左バンク２３ｂの排気ポートに連通する４つの枝管２５ａ、２６ａと、枝管２５ａ、２６ａを集合する集合管２５ｂ、２６ｂとを含んで構成されている。

排気マニホールド２５、２６には、それぞれフロントパイプ２７、２８が接続されており、このフロントパイプ２８は長尺に形成されているとともに、フロントパイプ２７は、フロントパイプ２８よりも短尺に形成されている。

また、フロントパイプ２７、２８の下流端は、合流管２９に溶接等によって接合されており、右バンク２３ａおよび左バンク２３ｂから排気マニホールド２５、２６を介してフロントパイプ２７、２８にそれぞれ排気された排気ガスは、合流管２９で合流されるようになっている。
なお、本実施の形態で上流というのは、排気ガスの排気方向（流通方向）の上流を表し、下流というのは、排気ガスの排気方向の下流を表す。

合流管２９の下流側には排気管を構成する第１のセンターパイプ３０が設けられており、この第１のセンターパイプ３０の下流端には触媒コンバータ３１が接続されている。この触媒コンバータ３１にはシェル３１ａに三元触媒が内蔵されており、この三元触媒は、エンジン２２から排気される排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等を浄化するようになっている。

触媒コンバータ３１の下流端には第２のセンターパイプ３２の上流端が接続されており、この第２のセンターパイプ３２の下流端にはメインマフラ３３が接続されている。このメインマフラ３３は、図２に示すように、アウターシェル３４およびアウターシェル３４の内部に挿通されたインナーパイプ３５から構成されている。

インナーパイプ３５の上流側外周部と下流側外周部は、アウターシェル３４の内周部に溶接部４６ａ、４６ｂによって接合（連結）されており、インナーパイプ３５の上流端には第２のセンターパイプ３２が接続されている。

アウターシェル３４の中央部分の外径は、第２のセンターパイプ３２の外径よりも大きく形成されており、アウターシェル３４の外周部とインナーパイプ３５の内周部との間には拡張室３３ａが画成されている。

インナーパイプ３５にはインナーパイプ３５の軸線方向および周方向に多数の小孔３５ａが形成されており、この小孔３５ａは、インナーパイプ３５の内部と拡張室３３ａとを連通している。

したがって、第２のセンターパイプ３２からメインマフラ３３に導入される排気ガスは、インナーパイプ３５の小孔３５ａを通して拡張室３３ａで膨張、共鳴、干渉等されることにより、エンジン２２の排気音が消音されるようになっている。
また、メインマフラ３３のインナーパイプ３５の下流端にはリヤパイプ３６の上流端が接続されており、このリヤパイプ３６の下流端にはサブマフラ３７が接続されている。

サブマフラ３７は、図３に示すように、アウターシェル３８およびアウターシェル３８の内部に挿通されたインナーパイプ３９から構成されている。
インナーパイプ３９の上流側外周部と下流側外周部は、アウターシェル３８の内周部に溶接部４７ａ、４７ｂによって接合（連結）されており、インナーパイプ３９の上流端にはリヤパイプ３６が接続されている。

アウターシェル３８の中央部分の外径は、リヤパイプ３６の外径よりも大きく形成されており、アウターシェル３８の外周部とインナーパイプ３９の内周部との間には拡張室３７ａが画成されている。

インナーパイプ３９にはインナーパイプ３９の軸線方向および周方向に多数の小孔３９ａが形成されており、この小孔３９ａは、インナーパイプ３９の内部と拡張室３７ａとを連通している。

したがって、リヤパイプ３６からサブマフラ３７に導入される排気ガスは、インナーパイプ３９の小孔３９ａを通して拡張室３７ａで膨張、共鳴、干渉等されることにより、エンジン２２の排気音が消音されるようになっている。

また、サブマフラ３７のインナーパイプ３９の下流端にはテールパイプ４０の上流端が接続されており、このテールパイプ４０の下流端は大気に連通している。

このような構成を有する排気装置２１にあっては、エンジン２２から排気マニホールド２５、２６に排気された排気ガスは、フロントパイプ２７、２８、合流管２９、第１のセンターパイプ３０、触媒コンバータ３１、第２のセンターパイプ３２、メインマフラ３３、リヤパイプ３６、サブマフラ３７およびテールパイプ４０を介して外部に排出される。

なお、本実施の形態では、排気マニホールド２５、２６、フロントパイプ２７、２８、合流管２９、第１のセンターパイプ３０、触媒コンバータ３１のシェル３１ａ、第２のセンターパイプ３２、メインマフラ３３のアウターシェル３４およびインナーパイプ３５、リヤパイプ３６、サブマフラ３７のアウターシェル３８およびインナーパイプ３９、テールパイプ４０が中空状の排気系部品を構成しており、これら排気系部品は、ステンレス等の金属から構成されている。

また、フロントパイプ２７およびアウターシェル３４、３８が一方の排気系部品を構成しているとともに、フロントパイプ２８およびインナーパイプ３５、３９が他方の排気系部品を構成している。

また、フロントパイプ２７とフロントパイプ２８は、並列に配設されており、アウターシェル３４とインナーパイプ３５、アウターシェル３８とインナーパイプ３９は、それぞれ同一軸周りに配設されている。

一方、フロントパイプ２８、アウターシェル３４、３８の延在方向の一部は、多面構造としてのＰＣＣＰシェル（Ｐｓｅｕｄｏ−Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ Ｃｏｎｃａｖｅ Ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ Ｓｈｅｌｌ）４１〜４３を有している。

このＰＣＣＰシェル４１〜４３は、所謂、疑似円筒凹多面体と称するものであり、図４に示すように、隣接する多角形４４の面同士が一辺を共有し、多角形４４の面同士の一辺の山の稜線４４ａ（実線で示す）または谷４４ｂ（破線で示す）を形成するようにして凹凸状に連接される多面構造となっている。

特に、フロントパイプ２８、アウターシェル３４、３８におけるＰＣＣＰシェル４１〜４３の山および谷４４ｂの数、すなわち、多角形４４の凹凸で構成される波（軸方向の繰り返し数）Ｎの数が多いほど、中空のパイプ４５に比べてフロントパイプ２８、アウターシェル３４、３８の軸方向の剛性をより一層小さくすることができるものと考えられる。

次に、作用を説明する。
エンジン２２の右バンク２３ａおよび左バンク２３ｂからそれぞれ排気される高温の排気ガスは、排気マニホールド２５、２６からフロントパイプ２７、２８に導入され、フロントパイプ２７、２８の下流側の合流管２９で合流される。

フロントパイプ２７、２８は、ステンレス等の金属から構成されており、長さが異なるため、フロントパイプ２７の熱膨張量に対してフロントパイプ２８の熱膨張量が大きくなる。

本実施の形態では、フロントパイプ２７よりも長尺なフロントパイプ２８の少なくとも一方の延在方向の一部が、フロントパイプ２８の周方向に沿ってＰＣＣＰシェル４１を有し、このＰＣＣＰシェル４１が、隣接する多角形４４の面同士が一辺を共有し、多角形４４の面同士の一辺が山の稜線４４ａまたは谷４４ｂを形成するようにして凹凸状に連接されるように構成されている。

このため、フロントパイプ２７よりもフロントパイプ２８の熱膨張量（線膨張量）が大きくなった場合に、フロントパイプ２７とフロントパイプ２８との熱膨張差をＰＣＣＰシェル４１で吸収することができる。したがって、フロントパイプ２７とフロントパイプ２８の連結部位である合流管２９に熱応力が発生するのを防止して、合流管２９が破損するのを防止することができる。

また、合流管２９で合流した高温の排気ガスは、第１のセンターパイプ３０を介してメインマフラ３３に導入される。メインマフラ３３に導入される排気ガスは、インナーパイプ３５内を流通するため、ステンレス等の金属からなるインナーパイプ３５の熱膨張量は、ステンレス等の金属からなるアウターシェル３８の熱膨張量よりも大きくなる。

本実施の形態では、アウターシェル３４よりもインナーパイプ３５の熱膨張量（線膨張量）が大きくなった場合に、アウターシェル３４とインナーパイプ３５との熱膨張差をＰＣＣＰシェル４２で吸収することができるため、溶接部４６ａ、４７ｂによって溶接されるアウターシェル３４とインナーパイプ３５との連結部位に熱応力が発生するのを防止して、アウターシェル３４とインナーパイプ３５との連結部位が破損するのを防止することができる。

一方、メインマフラ３３に排気された高温の排気ガスは、リヤパイプ３６を介してサブマフラ３７に導入される。サブマフラ３７に導入される排気ガスは、インナーパイプ３９内を流通するため、ステンレス等の金属からなるインナーパイプ３９の熱膨張量は、ステンレス等の金属からなるアウターシェル３８の熱膨張量よりも大きくなる。

本実施の形態では、アウターシェル３８よりもインナーパイプ３９の熱膨張量（線膨張量）が大きくなった場合に、アウターシェル３８とインナーパイプ３９との熱膨張差をＰＣＣＰシェル４３で吸収することができるため、溶接部４７ａ、４８ｂによって溶接されるアウターシェル３８とインナーパイプ３９との連結部位に熱応力が発生するのを防止して、アウターシェル３８とインナーパイプ３９との連結部位が破損するのを防止することができる。

本実施の形態では、上述したようにフロントパイプ２８、インナーパイプ３５、３９の一部を簡素なＰＣＣＰシェル４１〜４３とすることで、フロントパイプ２７とフロントパイプ２８、アウターシェル３４とインナーパイプ３５、およびアウターシェル３８とインナーパイプ３９との熱膨張差を吸収することができるため、排気装置２１の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置２１の製造コストが増大するのを防止することができる。

なお、本実施の形態では、フロントパイプ２８およびインナーパイプ３５、３９の延在方向の一部に、多面構造として、円筒状のＰＣＣＰシェル４１〜４３を設けているが、この多面構造としては、円筒状のものである必要はなく、多面構造からなるものであれば、角筒状のものであってもよい。

また、フロントパイプ２８およびインナーパイプ３５、３９をＰＣＣＰシェル４１〜４３から構成してもよい。すなわち、フロントパイプ２８およびインナーパイプ３５、３９の外周部を延在方向に亘ってＰＣＣＰシェル４１〜４３から構成してもよい。

さらに、フロントパイプ２８およびインナーパイプ３５、３９のみにＰＣＣＰシェル４１〜４３を設けているが、フロントパイプ２７、アウターシェル３４、３８のみにＰＣＣＰシェルを設けてもよく、フロントパイプ２８、インナーパイプ３５、３９およびフロントパイプ２７、アウターシェル３４、３８の両方にＰＣＣＰシェルを設けてもよい。

（第２の実施の形態）
図７は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第２の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
本実施の形態では、図１に示す触媒コンバータ３１とメインマフラ３３との間の第２のセンターパイプ３２をメイン排気管から構成し、この第２のセンターパイプ３２上に熱交換器５１およびバイパス排気管としてのバイパスパイプ５２を設けたものである。

図７において、熱交換器５１は、中空状の筐体５３を備えており、この筐体５３の内周部と第２のセンターパイプ３２の外周部との間に冷媒である冷却水が供給される冷却水空間が画成されている。

筐体５３には冷却水空間に冷却水を導入する導入管５４と、冷却水空間から冷却水を導出する導出管５５とを備えており、導入管５４から冷却水空間に導入された冷却水は、第２のセンターパイプ３２内を流通する高温の排気ガスと熱交換されることにより、加温され、導出管５５から導出されるようになっている。

また、導出管５５から導出された冷却水は、エンジン２２に設けられたウォータポンプにより、エンジン２２のウォータジャケットおよびヒータコア等を介してラジエータに送られてから、導入管５４を介して冷却水空間に導入されるような循環経路に沿って循環している。

また、ヒータコアは、高温の冷却水が流通することにより加熱されるようになっているため、この加熱された状態のヒータコアに空気を通過させて高温となった空気を室内に供給することにより、室内の暖房が行われることになる。

また、バイパスパイプ５２の上流端５２ａは、第２のセンターパイプ３２の上流側から分岐されており、バイパスパイプ５２は、熱交換器５１をバイパスして下流端５２ｂが第２のセンターパイプ３２の下流部に合流するようになっている。なお、バイパスパイプ５２は、ステンレス等の金属から構成されている。

また、バイパスパイプ５２の上流端５２ａおよび下流端５２ｂは、それぞれ溶接部５６、５７によってバイパスパイプ５２に接合（連結）されており、この溶接部５６、５７によって連結される接合される部位が第２のセンターパイプ３２とバイパスパイプ５２との連結部位である。

なお、本実施の形態では、第２のセンターパイプ３２が一方の排気系部品を構成し、バイパスパイプ５２が他方の排気系部品を構成している。

また、第２のセンターパイプ３２には切換部材としての開閉弁５８が設けられており、この開閉弁５８は、熱交換器５１よりも上流側で、かつバイパスパイプ５２の上流端５２ａよりも下流側に設置されている。

この開閉弁５８は、第２のセンターパイプ３２とメインマフラ３３とを連通する第１の位置（仮想線で示す）と、第２のセンターパイプ３２とメインマフラ３３との連通を遮断して、第２のセンターパイプ３２とバイパスパイプ５２とを連通する第２の位置（実線で示す）に切換えられるようになっている。

また、バイパスパイプ５２の延在方向の一部は、バイパスパイプ５２の周方向に沿って多面構造であるＰＣＣＰシェル５９を有しており、このＰＣＣＰシェル５９は、第１の実施の形態の図４と同様に、隣接する多角形４４の面同士が一辺を共有し、多角形４４の面同士の一辺が山の稜線４４ａまたは谷４４ｂを形成するようにして凹凸状に連接されるように構成されている。
このため、第１の実施の形態と同様にＰＣＣＰシェル５９は、軸線方向の剛性が小さくなる。

次に、作用を説明する。
このような構成を有する排気装置２１にあっては、開閉弁５８が仮想線で示す第１の位置に切換えられると、第２のセンターパイプ３２を流通する高温の排気ガスが熱交換器５１の内方を流通する。

熱交換器５１の冷却水空間には、ラジエータから導入管５４を通して冷却水が流通された後、導出管５５を通してヒータコアに送出されるため、ヒータコアを通過する空気が温められて車室内に供給される。

このとき、バイパスパイプ５２には高温の排気ガスが供給されないので、ステンレス等の金属からなる第２のセンターパイプ３２の熱膨張量は、ステンレス等の金属からなるバイパスパイプ５２の熱膨張量よりも大きくなる。

本実施の形態では、第２のセンターパイプ３２よりもバイパスパイプ５２の熱膨張量（線膨張量）が大きくなった場合に、第２のセンターパイプ３２とバイパスパイプ５２との熱膨張差をＰＣＣＰシェル５９で吸収することができるため、溶接部５６、５７によって接合される第２のセンターパイプ３２とバイパスパイプ５２とに熱応力が発生するのを防止して、第２のセンターパイプ３２とバイパスパイプ５２との連結部位が破損するのを防止することができる。

一方、冷却水を加熱すると、ラジエータの冷却性能に負担を掛けてしまう場合がある。この場合には、開閉弁５８を実線で示す第２の位置に切換えて、第２のセンターパイプ３２とメインマフラ３３との連通を遮断して、第２のセンターパイプ３２とバイパスパイプ５２とを連通する。

このときには、バイパスパイプ５２に高温の排気ガスが導入され、排気ガスが熱交換器５１を迂回して第２のセンターパイプ３２に導入されるため、熱交換器５１によって冷却水が加熱されない。
このときには、バイパスパイプ５２に高温の排気ガスが供給されることでバイパスパイプ５２の熱膨張量は、第２のセンターパイプ３２の熱膨張量よりも大きくなる。

本実施の形態では、このようにバイパスパイプ５２よりも第２のセンターパイプ３２の熱膨張量（線膨張量）が大きくなった場合であっても、第２のセンターパイプ３２とバイパスパイプ５２との熱膨張差をＰＣＣＰシェル５９で吸収することができるため、第２のセンターパイプ３２とバイパスパイプ５２との連結部位に熱応力が発生するのを防止して、第２のセンターパイプ３２とバイパスパイプ５２との連結部位が破損するのを防止することができる。

したがって、本実施の形態では、第１の実施形態と同様に、簡素な構成を有するＰＣＣＰシェル５９によって第２のセンターパイプ３２とバイパスパイプ５２との熱膨張差を吸収することができるため、排気装置２１の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置２１の製造コストが増大するのを防止することができる。

なお、本実施の形態では、バイパスパイプ５２の延在方向の一部に、多面構造として、円筒状のＰＣＣＰシェル５９を設けているが、この多面構造としては、円筒状のものである必要はなく、多面構造からなるものであれば、角筒状のものであってもよい。

また、バイパスパイプ５２をＰＣＣＰシェル５９から構成してもよい。すなわち、バイパスパイプ５２の外周部を延在方向に亘ってＰＣＣＰシェル５９から構成してもよい。

さらに、バイパスパイプ５２のみにＰＣＣＰシェル５９を設けているが、第２のセンターパイプ３２のみにＰＣＣＰシェルを設けてもよく、バイパスパイプ５２および第２のセンターパイプ３２の両方にＰＣＣＰシェルを設けてもよい。

（第３の実施の形態）
図８は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第３の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
本実施の形態では、図１に示す触媒コンバータ３１のシェル３１ａの外周部には中空状の筐体からなるプロテクタ６１が設けられており、このプロテクタ６１は、触媒コンバータ３１のシェル３１ａに所定の間隔を隔てて設置されて触媒コンバータ３１を保護するとともに、触媒コンバータ３１から触媒コンバータ３１の周辺部材に伝達される熱を和らげる機能を有している。
また、触媒コンバータ３１の上流側外周部と下流側外周部は、プロテクタ６１の内周部に溶接部６２、６３によって接合（連結）されている。なお、プロテクタ６１は、ステンレス等の金属から構成されている。また、本実施の形態では、触媒コンバータ３１が一方の排気系部品を構成し、プロテクタ６１が他方の排気系部品を構成している。

また、プロテクタ６１の延在方向の一部は、プロテクタ６１の周方向に沿って多面構造であるＰＣＣＰシェル６４を有しており、このＰＣＣＰシェル６４は、第１の実施の形態の図４と同様に、隣接する多角形４４の面同士が一辺を共有し、多角形４４の面同士の一辺が山の稜線４４ａまたは谷４４ｂを形成するようにして凹凸状に連接されるように構成されている。
このため、第１の実施の形態と同様にＰＣＣＰシェル６４は、軸線方向の剛性が小さくなる。

次に、作用を説明する。
触媒コンバータ３１内には高温の排気ガスが流通するため、ステンレス等の金属からなる触媒コンバータ３１のシェル３１ａの熱膨張量は、ステンレス等の金属からなるプロテクタ６１の熱膨張量よりも大きくなる。

本実施の形態では、プロテクタ６１よりもシェル３１ａの熱膨張量（線膨張量）が大きくなった場合に、プロテクタ６１とシェル３１ａとの熱膨張差をＰＣＣＰシェル６４で吸収することができるため、溶接部６２、６３によって接合されるプロテクタ６１とシェル３１ａとの連結部位に熱応力が発生するのを防止して、プロテクタ６１とシェル３１ａとの連結部位が破損するのを防止することができる。

したがって、本実施の形態では、第１の実施形態と同様に、簡素な構成を有するＰＣＣＰシェル６４によってプロテクタ６１とシェル３１ａとの熱膨張差を吸収することができるため、排気装置２１の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置２１の製造コストが増大するのを防止することができる。

なお、本実施の形態では、プロテクタ６１の延在方向の一部に、多面構造として、円筒状のＰＣＣＰシェル６４を設けているが、この多面構造としては、円筒状のものである必要はなく、多面構造からなるものであれば、角筒状のものであってもよい。

また、プロテクタ６１をＰＣＣＰシェル６４から構成してもよい。すなわち、プロテクタ６１の外周部を延在方向に亘ってＰＣＣＰシェル６４から構成してもよい。

さらに、プロテクタ６１のみにＰＣＣＰシェル６４を設けているが、触媒コンバータ３１のシェル３１ａのみにＰＣＣＰシェルを設けてもよく、シェル３１ａおよびプロテクタ６１の両方にＰＣＣＰシェルを設けてもよい。

なお、上記各実施の形態では、フロントパイプ２７およびフロントパイプ２８、アウターシェル３４およびインナーパイプ３５、アウターシェル３８およびインナーパイプ３９、第２のセンターパイプ３２およびバイパスパイプ５２、触媒コンバータ３１およびプロテクタ６１がそれぞれ１組の排気系部品を構成するものであり、各組の排気系部品は、少なくとも１組以上あればよく、その組合せは、特に限定されるものではない。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、簡素な構成によって排気系部品の熱膨張差を吸収することができるようにして、排気装置の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置の製造コストが増大するのを防止することができるという効果を有し、内燃機関に対して排気ガスの排気方向下流側に設けられ、熱膨張量の異なる中空状の一対の排気系部品が連結されてなる排気装置等として有用である。

２１ 排気装置
２２ エンジン（内燃機関）
２５、２６ 排気マニホールド（排気系部品）
２７ フロントパイプ（排気系部品、一方の排気系部品）
２８ フロントパイプ（排気系部品、他方の排気系部品）
２９ 合流管（排気系部品）
３０ 第１のセンターパイプ（排気系部品）
３１ 触媒コンバータ（排気系部品、一方の排気系部品）
３１ａ シェル（排気系部品）
３２ 第２のセンターパイプ（排気系部品、一方の排気系部品、メイン排気管）
３３ メインマフラ（排気系部品）
３３ａ 拡張室
３４ アウターシェル（排気系部品、一方の排気系部品）
３５ インナーパイプ（排気系部品、他方の排気系部品）
３５ａ 小孔
３６ リヤパイプ（排気系部品）
３７ サブマフラ（排気系部品）
３７ａ 拡張室
３８ アウターシェル（排気系部品、一方の排気系部品）
３９ インナーパイプ（排気系部品、他方の排気系部品）
３９ａ 小孔
４０ テールパイプ（排気系部品）
４１〜４３ ＰＣＣＰシェル （多面構造）
４４ 多角形
４４ａ 山の稜線
４４ｂ 谷
４４ｃ 山の頂部
５１ 熱交換器（排気系部品）
５２ バイパスパイプ（排気系部品、他方の排気系部品、バイパス排気管）
５８ 開閉弁（切換部材）
５９ ＰＣＣＰシェル（多面構造）
６１ プロテクタ（排気系部品、他方の排気系部品）
６４ ＰＣＣＰシェル（多面構造）

Claims (5)

1. 内燃機関に対して排気ガスの排気方向下流側に設けられ、中空状の一方の排気系部品と、前記一方の排気系部品と異なる熱膨張量を有し、前記一方の排気系部品に一部分が連結された中空状の他方の排気系部品との組合せが少なくとも１組以上有する内燃機関の排気装置において、
   前記一方の排気系部品および前記他方の排気系部品の少なくとも一方が、前記排気系部品の延在方向の少なくとも一部に周方向に沿った多面構造を有し、
   前記多面構造は、隣接する多角形の面同士が一辺を共有し、前記多角形の面同士の一辺が山の稜線または谷を形成するようにして凹凸状に連接されることを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 前記一方の排気系部品が長尺に形成されるとともに、前記他方の排気系部品が短尺に形成され、前記一方の排気系部品と前記他方の排気系部品の下流側が合流することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
3. 前記一方の排気系部品が、内周部に拡張室を有するアウターシェルから構成されるとともに、前記他方の排気系部品が、前記アウターシェルに挿通され、外周部に複数の連通孔を有するインナーパイプから構成され、
   前記インナーパイプの上流側外周部と下流側外周部が前記アウターシェルの内周部に連結されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の内燃機関の排気装置。
4. 前記一方の排気系部品が、外周部に排気ガスと冷媒との熱交換を行う熱交換器が設けられたメイン排気管から構成されるとともに、前記他方の排気系部品が、前記メイン排気管の上流側から分岐されて前記熱交換器をバイパスして前記メイン排気管の下流部に合流するバイパス排気管から構成され、
   前記メイン排気管および前記バイパス排気管の上流側に、排気ガスの流路を前記メイン排気管および前記バイパス排気管のいずれか一方に切換える切換部材が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気装置。
5. 前記排気系部品の一方が、触媒コンバータから構成されるとともに、前記排気系部品の他方が、前記触媒コンバータの外周部に被覆されたプロテクタから構成され、
   前記触媒コンバータの上流側外周部と下流側外周部が前記プロテクタの内周部に連結されることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気装置。

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