JP3450296B2 - 2通路排気管の応力軽減構造 - Google Patents
2通路排気管の応力軽減構造Info
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Description
おいて、気筒間に生じる排気の干渉を回避しながら排気
できるようにした、2通路型の排気管に関する。
であるが、内管には、θ形を呈して二つの排気通路を備
えたθパイプPが用いられている(一例として特開平9
−192727号公報)。該θパイプPは、隔壁部aの
両縁から、周壁部予定部を略直角に屈曲したのち略半円
状に曲げて周壁部b,bを形成し、周壁部b,bの端部
から短い接続片cを略直角に屈曲し、接続片cを溶接部
eで隔壁部aに溶接して外面を略円形にし、半円形の二
つの通路d,dを形成している。
積が小さくならないように、隔壁部aと周壁部bの接続
部を前記のように略直角に溶接するのが一般的であり、
溶接部eの外面は、周壁部bの仮想内径面より外方に位
置し、周壁部b外径面と略連続面となっている。
気筒エンジンの排気管として用いたとき、図で右側の通
路dに排気が通ると、隔壁部aは、排気圧力で左側へa
1 で示すように撓み、左側の通路dに排気が通ると、右
側へa2 で示すように撓み、したがって二つの通路d,
dを交互に通る排気の脈動で、隔壁部aがa1,a2 で示
すように交互に反対方向に曲がって振動する。この曲が
りは、接続片cと隔壁部aの溶接部e又はその内側を屈
曲点とするもので、この屈曲点に曲げ応力が集中し、振
動が継続するとここに疲労が生じる。本発明は、前記の
曲げ応力の集中と疲労を緩和することを課題とする。
の手段は、各請求項に記載したとおりのものであり、請
求項1では、隔壁部とその両側の周壁部とによって2通
路を形成した2通路排気管において、両端部を折曲した
屈曲した一枚の金属製板部材で該隔壁部とその両側の周
壁部とを形成し、該隔壁部と周壁部とによって谷部を画
成して、該隔壁部と周壁部の接点を周壁部の内側仮想線
から内側に位置させると共に、該谷部を画成する周壁部
の谷部壁を周壁部側の曲面部とこれに続く平面部で形成
し、該谷 部壁の相互の接点近傍を溶接したことを特徴と
する。この手段によれば、谷部を設けないものに比べて
隔壁部と周壁部の二つの接点の間の隔壁部の寸法が小さ
くなるので、排気から隔壁部に作用する全圧力が少なく
なり、これによって排気圧力による隔壁部の撓みが小さ
くなるから、隔壁部と周壁部の接点における応力集中が
緩和され、耐久性が増す。
製造する方法として、隔壁部及び周壁部を押し出し成
形、引き出し成形、鋳造等で形成するよりも所望形状付
けされた複数枚の板材を位置決めし、長手方向外側を相
互に溶接するのが安価であり一般的であるが、位置決め
が容易でない。しかしこの手段によれば、一枚板を屈曲
させて谷部を溶接するから、複数枚の長手方向に伸びる
板を位置決めして長手方向に溶接する製法に比べて、板
の位置決め、保持が容易で装置が簡単で済むとともに溶
接が容易で生産性が向上する。また、谷部壁相互の接点
が、周壁部の内側仮想線から内側に形成される谷部の底
部にあり、その近傍を溶接するから、溶接ビードが周壁
部外側に突出しない。また、谷部壁を周壁部側の曲面部
とこれに続く平面部で形成しているので、谷部を曲面だ
けで構成したものと比較して、流路断面積を大きくで
き、溶接性が向上する。
最大幅をWとし、谷部の最大深さをdとして、谷部の寸
法比をd/W<2としたことを特徴とする。この手段に
よれば、安価なTIG,MIG等の溶接作業を谷部側か
らすることが可能となる。この範囲を越えるとTIG,
MIG等の溶接トーチが入らず、谷部側から溶接するこ
とが困難である。
谷部の深さをL,周壁部内側の仮想内径をDとして、L
/D≧0.05としたことを特徴とする。この手段によ
れば隔壁部と周壁部の接点における応力集中が確実に緩
和される。
て、隔壁部の中央部の曲げ剛性を、隔壁部の両端部分に
比べて大としたことを特徴とする。この手段によれば、
隔壁部の撓みが減少し、その応力を低減できる。
施の形態を説明する。図1において、1は本発明の2通
路排気管であり、2は平面状の隔壁部、3、4は断面略
半円状の周壁部である。周壁部3、4と隔壁部2の間に
は、隔壁部2に対して傾斜した谷部壁5、6、7、8
が、周壁部3、4の一部として形成され、該谷部壁5、
6、7、8は、周壁部3、4の主部側に設けた曲面部5
a,6a,7a,8aと隔壁部2側の平面部5b,6
b,7b,8bからなり、一対の谷部壁と隔壁部の接点
に沿った接合部9、10で溶接されて独立した通路1
1、12が形成され、対向する谷部壁間に谷部13が形
成されている。図1の2通路排気管1は、1枚の板材を
曲げて形成したものである。
12は、図示のように断面略半円形であれば2通路排気
管の断面は略円形となり、曲げ加工の方向の規制が無
く、曲げ加工の自由度が高いので望ましいが、半円形の
みならず略四角形などの他の形状でも良い。図1に示す
実施の形態においては、周壁部3、4は略半円状をして
いるため、周壁部3、4の内側仮想線は、仮想内径Dで
示す略半円形になる。
てエンジンを運転すると、二つの通路11、12を交互
に通過する排気の脈動により、両通路の圧力が反対的に
変動し、隔壁部2は、両通路の圧力差によって、図1に
2a,2bとして示すように、溶接部9、10の近傍を
屈曲点として高圧側から低圧側へ円弧状に撓む動作を交
互に繰り返して振動する。この隔壁部2の径方向の幅
は、従来のものに比べて、隔壁部と周壁部の接点から該
周壁部における隔壁方向の最大内側位置までの距離Lの
2倍だけ狭くなって、隔壁部2の受圧面積が狭くなり排
気から作用する全圧力が少なくなるから、接点近傍の屈
曲が少なくなり、谷部壁5、6、7、8も僅かに湾曲す
るため、接点近傍の曲げ応力及び応力集中は緩和され、
耐久性が増す。
1の仮想内径をD、仮想内径面から接合部9、10まで
の深さをL、谷部壁の向き合う曲面部5a,8aの外端
間又は6a,7aの外端間の距離をW、該外端から接合
部9、10までの深さをdとして、これらの数値のう
ち、Lを変えて接合部9、10に生じる応力を検証した
ところ、図4に示すデータが得られた。図4において谷
部深さLを大きくしたものは谷部を設けないL=0の場
合と比較して応力を小さくすることが可能で、図6に示
した従来例に比べて応力を格段に減少させることができ
る。
すなわちL/D≧0.05とすると、接合部近傍の応力
を確実に低減させることができる。これにより、材料板
厚を薄くすることができ、排気管を軽量化できるから、
エンジン始動時に排気管は短時間で昇温して、早期に高
温の排気を触媒器に送ることができる。
SSUS430J1Lを用いてL/D≧0.05にする
と、L/Dが0に近いものに比べて10%以上応力を低
減することができた。また、触媒入口付近が触媒活性温
度に到達する時間が、板厚tのものでx秒とすると、板
厚0.8tのときは0.9x秒、板厚0.6tのときは
0.77x秒であり、早期に活性化して浄化性能が向上
する。
2の断面積が縮小し、Wが小さすぎるとMIG,TIG
等の安価な溶接作業を谷部側から施すことができなくな
るので、d/W<2とするのが望ましい。また、溶接箇
所の外側への広がりを規制しやすく、位置決めがしやす
い略鋭角となる、0.5<d/W<2とするのがより望
ましい。
続く平面部で形成するのが望ましい。図1に仮想線で示
す曲面部5c,8cのように、平面部を設けず曲面部だ
けで構成したものと比較して、流路断面積を大きくで
き、接合部9近傍の谷部側からの溶接性が良い。
気管15は、図1の2通路排気管における接点より内方
すなわち中央部を厚肉隔壁部16としたもので、これに
より隔壁部の中央部の曲げ剛性が上がり、隔壁部の撓み
が減少して応力を低減できる。
幅方向すなわち管の直径方向のリブ19aを間隔を開け
て設けて、リブ付き隔壁部19としたもので、これによ
れば、隔壁部の幅方向の曲げ剛性が向上し、隔壁部の撓
みが減少して応力を低減できる。前記厚肉隔壁部16及
びリブ付き隔壁部19になる部分は、周壁部3、4を曲
げる前に板材に予め形成しておく。
壁を設けて隔壁部の幅を狭くしたので、排気から隔壁部
に作用する全圧力が少なくなり、周壁部と谷部壁の接点
近傍における応力集中が緩和され、耐久性が増すから、
薄肉の板材を使用することができ、これにより排気管の
軽量化ができ、これに従って、エンジン始動時の熱引き
が減少し、早期に昇温して触媒の活性化を早め、浄化性
能を向上させる効果がある。
れるから、板の位置決め、保持が容易で装置が簡単で済
むとともに溶接が容易で、生産性が向上する。また、谷
部壁相互の接点が、周壁部の内側仮想線から内側に形成
される谷部の底部にあり、その近傍を溶接するから、溶
接ビードが周壁部外側に突出せず外観を損なうことがな
い。また、溶接ビードが2通路排気管の曲げ加工装置の
治具に接触しないから、治具での均一な保持が可能とな
り曲げ精度が高い2通路排気管を得ることができる。さ
らに、溶接作業が可能のスペースを維持しながら谷の容
積を小にして、谷部を曲面だけで構成したものと比較し
て、流路断面積を大きくでき、溶接性が向上する効果が
ある。
価な溶接手段であるMIG,TIG等の溶接作業が谷部
側から可能な幅に確保される効果がある。
の接点近傍の応力集中が確実に緩和される効果がある。
の曲げ剛性を両端部に比べて大にしたことにより、隔壁
部の撓みを減少させ、応力を低減できる効果がある。
壁 9、10 接合部 13 谷
部
Claims (4)
- 【請求項1】 隔壁部とその両側の周壁部とによって
2通路を形成した2通路排気管において、両端部を折曲した屈曲した一枚の金属製板部材で該隔壁
部とその両側の周壁部とを形成し、 該隔壁部と周壁部とによって谷部を画成して、 該隔壁部
と周壁部の接点を周壁部の内側仮想線から内側に位置さ
せると共に、 該谷部を画成する周壁部の谷部壁を周壁部側の曲面部と
これに続く平面部で形成し、 該谷部壁の相互の接点近傍を溶接した ことを特徴とす
る、2通路排気管の応力軽減構造。 - 【請求項2】 請求項1において、谷部の最大幅をWと
し、谷部の最大深さをdとして、谷部の寸法比をd/W
<2としたことを特徴とする、2通路排気管の応力軽減
構造。 - 【請求項3】 請求項1又は2において、谷部の深さを
L,周壁部内側の仮想内径をDとして、L/D≧0.0
5としたことを特徴とする、2通路排気管の応力軽減構
造。 - 【請求項4】 請求項1,2,3において、隔壁部の中
央部の曲げ剛性を、隔壁部の両端部分に比べて大とした
ことを特徴とする、2通路排気管の応力軽減構造。
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