JP4562734B2

JP4562734B2 - 排気系部品の外筒

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Publication number: JP4562734B2
Application number: JP2006542291A
Authority: JP
Inventors: 篤木全
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2004-10-28
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2025-09-21
Also published as: US20070215408A1; CN101048577A; CN100491703C; EP1806484A1; JPWO2006046375A1; EP1806484A4; WO2006046375A1; US7740105B2; EP1806484B1

Description

本発明は排気系部品の外筒に関し、例えば消音器や排気浄化装置等の外筒に係る。

内燃機関を搭載した自動車等の排気系には、排気騒音を低減することを目的とした消音器や、排気ガスを浄化することを目的とした排気浄化装置等の排気系部品が配設されている。これらの排気系部品には、一般的に、放射音を抑制するために二層以上に形成した外筒が採用されている。例えば、下記の特許文献１には、端板および隔板まわりに板材を巻回して筒状の外筒を構成し、板材と端板および隔板の外周フランジとを外筒の外側からレーザ溶接した消音器が開示されている。

また、下記の特許文献２には、シェルの筒部が内筒と外筒の二重筒構造に形成された内燃機関用消音器において、内筒の外周面と外筒の外周面との間に、シェルの下部から周方向に沿って上方へ延びる逃がし通路を形成し、内筒の所定位置より高い箇所に貫通孔を形成し、逃がし通路の上端部を貫通孔に連通させた消音器が提案されている。その背景は、シェルの筒部を二重筒構造にすると、内筒と外筒の間のうちの最も低い箇所に水が溜まることがあり、溜まった水が熱せられると水蒸気となり、その圧力により外筒の下部が下方へ膨出するおそれがあるとするもので、逃がし通路と貫通孔を介して水蒸気を消音器内に流入させ、変形を防止することとしている。尚、上記特許文献１に記載の外筒は、特許文献２に記載のシェルに相当し、シェルの一部を構成する外筒とは相違する。更に、下記の特許文献３には、内管の外周に外管の鋼板を後巻きしてロックシーム加工する消音器の製造方法が開示されている。

特開昭５９−１６２３１８号公報特開２００４−２８５９６９号公報特開平６−２６９８８４号公報

上記特許文献に記載のように、消音器の外筒として、金属製の板材を二重に巻回し、内板及び外板から成る筒状に形成すると共に、内板及び外板の周方向端部を周方向に交差させて重合部を形成し、この重合部をレーザ溶接等によって接合した外筒が主流になりつつある。このような二重巻回構造の外筒においては、一定曲率の円断面を有する形状であっても、内板と外板が全周に亘って均一に密着することはなく、板材の屈曲条件、屈曲方法、更には屈曲後のスプリングバック等によって、強く密着する部分と隙間を有する部分が周方向に隣接して形成されることは不可避となる。非円形断面の外筒は屈曲部の曲率半径の大小があるため、この傾向が顕著となる。即ち、相対的に曲率半径が小さい部分は隙間なく密着するのに対し、相対的に曲率半径が大きい部分は隙間が形成され易い。

上記のような二重巻回構造の外筒を備えた消音器においては、内板及び外板の周方向端部、並びに外筒の両側の端板との接合部あるいは嵌合部が、例えばレーザ溶接によって気密にシールされた場合には、内板と外板の間の水分が水蒸気となって両者間の空間が膨張すると、消音器の内外何れにも排出されない。この結果、水蒸気の膨張により上記空間の内圧が急上昇すると、内板は内側に外板は外側にそれぞれ膨出変形することとなる。これは、内板及び外板の周方向端部を連続溶接した場合のみならず、スポット溶接した場合にも生じ得る。スポット溶接による接合では、スポット溶接部に臨む空間に存在する水蒸気は、溶接部間の隙間を拡大して連通路となし、この連通路から外部に排出され得るが、この連通路以外では、長手方向及び周方向の何れも密閉されているので、上記の二重巻回構造では膨出変形を回避し得るまでには至らない。

また、連続巻回構造に限らず、多板巻回構造（複数の板材を積層して筒状に形成）の外筒においても同様であり、例えば、多板巻回構造の外筒の始端と終端が前掲の特許文献３に記載のように、ロックシーム加工によってカシメ固定され、且つ、外筒の両端が強力にカーリングされて、気密性が高く接合されている場合においても、上記の膨出変形を回避し得ないことがある。このように、外筒と両端板の気密固定が必須となりつつある状況下で、急膨張水蒸気の周方向への逃がし手段が必要とされている。しかし、水蒸気の排出と水分浸入防止は背反事項であり、前掲の特許文献２に記載のように、逃がし通路及び貫通孔によって水蒸気を排出することができるが、消音器内との連通により、逃がし通路内への凝縮水の進入を許し、即ち外筒の径方向に対する遮蔽効果を損なうことになり、ひいては凝縮水の堆積を惹起することになる。

そこで、本発明は、金属製の板材を二重に巻回して筒状に形成すると共に、内板及び外板の周方向端部を周方向に交差させた重合部を接合して成る排気系部品の外筒において、外筒の径方向に対する遮蔽効果を損なうことなく、内板と外板との間に発生する水蒸気等の気体を適切に排出し得る外筒を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、金属製の板材を二重に巻回し、内板及び外板から成る筒状に形成すると共に、前記内板及び外板の周方向端部を周方向に交差させて重合部を形成し、該重合部を接合して成る排気系部品の外筒において、前記内板と前記外板との間に形成する複数の周方向連通路であって、各周方向連通路が、前記内板及び前記外板の一方の周方向端縁を中心に所定距離を隔てて対向する先端部を有し、前記外板の長手方向に沿って並設する複数の周方向連通路を備え、該複数の周方向連通路の隣接する周方向連通路間であって前記外板の長手方向の周方向連通路間に位置する前記重合部の一部を接合したことを特徴とするものである。

前記内板及び外板の径方向断面を非円形に形成した場合には、前記内板及び外板の曲率が最小となる箇所に前記周方向連通路を形成するとよい。そして、前記複数の周方向連通路は、前記外板を外方に膨出形成して成る複数の条溝で構成することができる。尚、前記重合部の接合手段としては、前記複数の周方向連通路の隣接する周方向連通路間であって前記外板の長手方向の周方向連通路間に位置する前記重合部の一部を溶接することとするとよい。例えば、レーザによるスポット溶接が好適である。

あるいは、本発明は、金属製の板材を二重に巻回し、内板及び外板から成る筒状に形成すると共に、前記内板及び外板の周方向端部をロックシーム加工によって接合して成る排気系部品の外筒において、前記内板と前記外板との間に形成する複数の周方向連通路であって、各周方向連通路が、前記内板及び前記外板の一方の周方向端縁を中心に所定距離を隔てて対向する先端部を有し、前記外板の長手方向に沿って並設する複数の周方向連通路を備えたものとすることもできる。前記内板及び外板の径方向断面を非円形に形成した場合には、前記内板及び外板の曲率が最小となる箇所に前記周方向連通路を形成するとよい。そして、前記複数の周方向連通路は、前記外板を外方に膨出形成して成る複数の条溝で構成することができる。

本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、前述の重合部の少なくとも一部を接合した外筒によれば、排気ガスに含まれる水分等の液体が気化して高圧の水蒸気等の気体となった際には、複数の周方向連通路内を気体が移動可能なため、隣接する周方向連通路間に位置し前記一部を除く重合部から気体が排出される。従って、内板と外板との間の圧力は過剰に上昇することなく、外筒の膨出変形を抑制することができる。これに対し、外筒の内部を排気ガスが流通する際の小さな圧力では、重合部が密着しているため排気ガスが外筒の外部に漏洩することを防止することができる。

前記内板及び外板の径方向断面を非円形に形成した場合には、曲率が最小となる箇所に周方向連通路を形成することにより、外筒の膨出変形を一層適切に抑制することができる。そして、前記複数の周方向連通路は、外板を外方に膨出形成して成る複数の条溝で構成すれば、外筒の内側は平滑に形成することができるので、消音器や排気浄化装置の構成部品を外筒内に容易に装着することができる。重合部の接合手段として溶接を用い、例えば、レーザによるスポット溶接とすれば、容易且つ迅速に接合することができる。

また、前述の内板及び外板の周方向端部をロックシーム加工によって接合して成る外筒によっても、排気ガスに含まれる水分等の液体が気化して高圧の水蒸気等の気体となった際には、複数の周方向連通路内を気体が移動可能なため、ロックシーム部から気体が排出される。従って、内板と外板との間の圧力は過剰に上昇することなく、外筒の膨出変形を抑制することができる。これに対し、外筒の内部を排気ガスが流通する際の小さな圧力では、ロックシーム部が密着しているため排気ガスが外筒の外部に漏洩することを防止することができる。

本発明の一実施形態に係る外筒を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る外筒を示す平面図である。図１のＡ−Ａ視の拡大断面図である。本発明の一実施形態に係る外筒の変形例を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る外筒の変形例を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る外筒の変形例を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る外筒の変形例を示す平面図である。本発明の他の実施形態に係る外筒を示す正面図である。本発明の他の実施形態に係る外筒を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る外筒をマフラアッセンブリに適用した態様を示す平面図である。図１０の二点鎖線部分の拡大図である。本発明の他の実施形態に係る外筒をマフラアッセンブリに適用した態様を示す平面図である。本発明の更に他の実施形態に係る外筒を示す平面図である。

符号の説明

１，１１，２１，３１，４１，５１外筒
２，１２，２２，３２内板
３，１３，２３，３３，４３，５３外板
４，１４，２４，３４，４４，５４重合部
５，１５，２５，３５，４５，５５条溝

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１乃至図３は本発明の一実施形態に係る排気系部品の外筒１を示すもので、図３は、図１におけるＡ−Ａ視の拡大断面を示す。図１及び図２に示すように、外筒１は、金属製の板材を二重に巻回し、内板２及び外板３から成る筒状に形成すると共に、内板２の周方向端部２ａ及び外板３の周方向端部３ａを周方向に交差させて重合部４を形成し、この重合部４を接合したもので、二層に形成されている。内板２の周方向端部２ａ及び外板３の周方向端部３ａは、重合部４にて相互に密着するように平滑に形成されている。この重合部４は溶接（図２にＷで示す）により長手方向（母線方向）に適宜間隔を設けて接合されている。尚、接合方法としてはスポット溶接やレーザ溶接など任意の溶接方法により、非連続的に接合されていればよい。また、貫通溶接に限らず、ミグ溶接等による（端部の）隅肉溶接としてもよい。

図２に示すように、内板２と外板３との間に形成される複数の周方向連通路であって、各周方向連通路が、外板３の周方向端縁３ｂを中心に所定距離を隔てて対向する先端部５ａ及び５ｂを有し、外板３の長手方向に沿って並設する複数の周方向連通路として、複数の条溝（リブ）５が外筒１の外方に突出するように形成されている。本実施形態においては、例えば予め外板３をプレス成型することにより、外筒１の長手方向（母線方向）と交差して（外板３の周方向端縁３ｂに対し９０度をなす）周方向に延在するように複数の条溝５が設けられている。これらの条溝５は、巻回工程においてローラ転造等により巻回と同時に形成することとしてもよいし、他の周知工法を適宜援用して形成することとしてもよい。そして、隣接する条溝５間に位置する重合部４の一部が溶接Ｗによって接合されている。この結果、図３に示すように、各条溝５内には外筒１の周方向に延在する通路ｐが形成される。各条溝５の高さは、気体（例えば水蒸気）の移動が可能な程度の高さであればよく、外板３を構成する板材の厚さと同等乃至半分程度の高さに形成されておればよい。尚、図２においては、先端部５ａ及び５ｂから夫々周方向端縁３ｂに至る距離は均等であるが、異なる距離としてもよい。また、図２の先端部５ａ及び５ｂは対峙する位置関係にあるが、隣接する条溝５を跨がない範囲内で、対向する位置関係にあればよい。

本実施形態の外筒１は上記のように構成されているため、内板２と外板３の間に浸入した液体（例えば水分）が加熱されて気化し、内板２と外板３の間の空間が高圧となった際には、気体が各条溝５内を通って外筒１の周方向端部２ａ及び３ａから排出される。従って、外筒１の変形を抑制することができる。一方、両周方向端部２ａ及び３ａは平滑に形成され密着しているため、外筒１内の排気ガス程度の圧力によっては気密性が損なわれることはない。従って、排気ガスが外筒１の外部に漏洩することを適切に防止することができる。また、本実施形態では、外板３のみに条溝５が設けられており外筒１の内部（内板２の内面）は平滑に形成されているため、消音器や排気浄化装置の構成部品を外筒１内に容易に装填することができる。

尚、図１乃至図３に示す実施形態においては、各条溝５は外筒１の長手方向（母線方向）に対し９０度で交差する周方向に設けられているが、図４及び図５に示すように、外筒１１の長手方向（母線方向）に対し傾斜して交差（例えば６０度）するように条溝１５を設けることとしてもよい。あるいは、図６及び図７に示すように、外筒２１の内板２２に対し、内方に突出するように各条溝２５を設けることとしてもよい。尚、図４以降の各図において一位の符号が同じ符号の構成要素は、図１乃至図３の各構成要素と実質的に同じであるので、以下においては、特徴部分を中心に説明し、適宜説明を省略する。

図８及び図９は、本発明の他の実施形態に係る外筒３１を示すもので、金属製の内板３２及び外板３３が二重に巻回され、非円形である楕円断面の筒状に形成されている。外筒３１における内板３２の周方向端部３２ａ及び外板３３の周方向端部３３ａは相互に密着するように平滑に形成されると共に、重合部３４が形成されている。本実施形態においても、重合部３４は溶接Ｗにより長手方向（母線方向）に適宜間隔を設けて接合されており、スポット溶接やレーザ溶接など任意の溶接方法により、非連続的に接合されておればよい。

内板３２と外板３３との間に形成する複数の周方向連通路として、外板３３には、複数の条溝３５が外筒３１の外方に突出するように形成されている。本実施形態においても、予め板材をプレス成型することにより、外筒３１の長手方向（母線方向）と交差して周方向に延在するように複数の条溝３５が設けられている。本実施形態においては、条溝３５は図８に示すように、外筒３１の曲率が最小となる箇所Ｒａに設けられているが、曲率の大きな箇所Ｒｂには設けられていない。

このように、本実施形態においては外筒３１の断面が楕円形に形成されており、車両における上下方向の装着必要寸法を断面円形の場合に比し短くすることができるので、車室空間を広く、あるいは最低地上高を高く設定することができる。また、本実施形態においては、外筒３１の温度が上昇した際に特に曲率が最小となる箇所Ｒａにおいて、内板３２が外板３３に強く押付けられるので、気体（例えば水蒸気）の移動が困難になる。これに対処すべく、本実施形態においては、曲率が最小となる箇所Ｒａに条溝３５が設けられているので、前述の図１乃至図７に記載の実施形態と同様、外筒３１の変形を抑制すると共に、排気ガスの漏洩を防止することができる。尚、本実施形態においては、外筒３１の断面形状として非円形である楕円としたが、長円形や四辺形等を採用することとしてもよい。

尚、本実施形態においては、曲率が最小となる箇所Ｒａのみに条溝３５が設けられているが、曲率の大きな箇所Ｒｂにも条溝３５を設けることとしてもよい。また、図５と同様に、外筒３１の長手方向（母線方向）に対し傾斜した条溝を設けることとしてもよい。あるいは、図６と同様に、外筒３１の内板３２に対し、内方に突出するように条溝３５を設けることとしてもよい。

図１０は、図１乃至図３の外筒１をマフラアッセンブリに適用した態様を示すもので、外筒１内に隔板（セパレータ）やインナパイプ等の内蔵物（図示せず）が挿入され、両端に端板（アウタプレート）６及び７が嵌装され、端板６及び７と外筒１は全周溶接されて固定される。例えば、外筒１の両端部内に夫々端板６及び７の筒状部が嵌合された状態で、外筒１上からレーザ溶接が行われる。尚、左方の端板６には、上流側の排気管（図示せず）を挿入固定するための入口側開口６ａが穿設されており、同様に、右方の端板（図示せず）には下流側の排気管を挿入固定するための出口側開口７ａが穿設されている。

各条溝５は、図１０の二点鎖線部分を拡大して図１１に示すように、外板３の周方向端部３ａの端縁に対し距離γを隔てて各条溝５の先端部５ａ及び５ｂが臨むように形成されている。内板２と外板３との間で水蒸気が急膨張して条溝５内に流入し、条溝５内の圧力が高まると、圧力の低い外界との最短経路である連通路αを介して、例えば矢印βで示すように、一気に水蒸気が外部へ放出される。即ち、通常は内板２と外板３が密着しているので連通路αは存在しないが、高圧の水蒸気によって強制的に隙間が形成され、一時的に連通路αとなる。そして、水蒸気が放出された後は、内板２及び外板３自体の弾性によって再度密着して連通路αが消失するので、外界との気密が保たれる。これにより、外界からの水分の浸入や、内部からの排気ガスの漏出が阻止される。

尚、連通路αの長さ、即ち条溝５の先端部５ａ及び５ｂから周方向端部３ａの端縁、即ち周方向端縁３ｂ迄の距離は、平常時の密着（気密）性と高圧時の短絡を両立させることができ、且つ、周方向端部３ａのスポット溶接（あるいは、後述するロックシーム加工）時の障害とならない程度の長さに設定することが望ましい。また、外筒１上に形成される各条溝５の幅と高さは、高圧水蒸気を逃がし得る容積（断面積）を満たすうちで最小とすることが、製造上の容易性から好ましい。複数の条溝５は、内板２に対し内側に膨出形成し、その先端部が周方向端部２ａ（図１）の端縁（周方向端縁）に近接するように形成してもよい。この場合、水蒸気は周方向端部２ａの端縁からマフラ内部（図示せず）へ放出されることになるが、排気ガス圧が高い場合には排出が促進されないため、外板３の周方向端縁３ｂからマフラ外へ排出するように設定することが好ましい。

複数の条溝５は、マフラ内の各部屋（図示は省略するが、セパレータで区切られた各部屋）に最低一条ずつ設けることが好ましい。これは、外筒１とセパレータ（図示せず）の溶接固定により、長手方向（軸方向）への水蒸気流動が妨げられるので、部屋毎に対応し得るようにするためである。各条溝５の周方向の設定長さは任意であるが、なるべく長く設定し、広範囲の水蒸気を収容し得るように設定することが好ましい。また、周方向端部３ａをスポット溶接等で間歇固定する場合には、なるべく固定位置から条溝５を離隔させる、即ち、隣接するスポット溶接部の中間に位置するように形成することが好ましい。

図１２は、本発明の他の実施形態を示すもので、内板（図１２には表れない）及び外板４３の周方向端部をロックシーム加工によって長手方向（軸方向）に亘ってカシメ結合し（４８）、その両端に端板４６及び４７をカーリング加工によって接合したものである。そして、内板と外板４３との間に形成される複数の周方向連通路であって、各周方向連通路が、外板４３の周方向端縁（カシメ結合部４８）を中心に所定距離を隔てて対向する先端部を有し、外板４３の長手方向に沿って並設する複数の周方向連通路として、複数の条溝４５が外筒４１の外方に突出するように形成されている。これらの条溝４５は、各先端部がカシメ結合部４８に近接するように形成されている。

而して、各条溝４５に導入された水蒸気は、その先端部からカシメ結合部４８へと自ら連通路を形成し、カシメ結合部４８を介して外部へ放出される。尚、本実施形態のロックシーム加工によるカシメ結合部４８は、二枚の板材を合せた巻回重合構造で、通常、外部からの水分進入と内部からの排気ガス漏出は阻止し得るが、高圧水蒸気の排出は可能である。また、図８及び図９と同様に、内板（図１２には表れない）及び外板４３の径方向断面を非円形に形成した場合には、内板及び外板４３の曲率が最小となる箇所に各条溝４５を形成するとよい。

更に、図１３に示すように、周方向に延在する複数の条溝５５に対し交差するように、条溝５９（クロスリブ）を設けることとしてもよい。これにより、内板（図１３には表れない）と外板５３との間の水蒸気が、条溝５５及び５９内に収容されるので、多量の水蒸気にも対処し易くなる。また、副次効果として、条溝５９により外筒５１表面の膜剛性が向上するので、マフラとしての放射音を低減することができる。

Claims

金属製の板材を二重に巻回し、内板及び外板から成る筒状に形成すると共に、前記内板及び外板の周方向端部を周方向に交差させて重合部を形成し、該重合部を接合して成る排気系部品の外筒において、前記内板と前記外板との間に形成する複数の周方向連通路であって、各周方向連通路が、前記内板及び前記外板の一方の周方向端縁を中心に所定距離を隔てて対向する先端部を有し、前記外板の長手方向に沿って並設する複数の周方向連通路を備え、該複数の周方向連通路の隣接する周方向連通路間であって前記外板の長手方向の周方向連通路間に位置する前記重合部の一部を接合したことを特徴とする排気系部品の外筒。
前記内板及び外板の径方向断面を非円形に形成すると共に、前記内板及び外板の曲率が最小となる箇所に前記周方向連通路を形成したことを特徴とする請求項１記載の排気系部品の外筒。
前記複数の周方向連通路が、前記外板を外方に膨出形成して成る複数の条溝であることを特徴とする請求項１記載の排気系部品の外筒。
前記複数の周方向連通路の隣接する周方向連通路間であって前記外板の長手方向の周方向連通路間に位置する前記重合部の一部を溶接したことを特徴とする請求項１記載の排気系部品の外筒。
金属製の板材を二重に巻回し、内板及び外板から成る筒状に形成すると共に、前記内板及び外板の周方向端部をロックシーム加工によって接合して成る排気系部品の外筒において、前記内板と前記外板との間に形成する複数の周方向連通路であって、各周方向連通路が、前記内板及び前記外板の一方の周方向端縁を中心に所定距離を隔てて対向する先端部を有し、前記外板の長手方向に沿って並設する複数の周方向連通路を備えたことを特徴とする排気系部品の外筒。
前記内板及び外板の径方向断面を非円形に形成すると共に、前記内板及び外板の曲率が最小となる箇所に前記周方向連通路を形成したことを特徴とする請求項５記載の排気系部品の外筒。
前記複数の周方向連通路が、前記外板を外方に膨出形成して成る複数の条溝であることを特徴とする請求項５記載の排気系部品の外筒。