JP6071279B2 - 断熱排気管 - Google Patents
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Description
本発明は、かかる課題に鑑み創案されたものであり、製造にかかるコストの上昇を抑制することができるようにした、断熱排気管を提供することを目的とする。
(4)前記外管は、排気流通方向に複数本に分割して設けられ、前記複数本の外管を連結する連結部材を有することが好ましい。
したがって、本発明の断熱排気管では、パイプを排気流通方向に沿って複数に分割して形成された分割部材が、接続部材により互いに接続されて外管を構成するため、排気管及び外管のそれぞれを単管の曲げ加工で湾曲形状に形成し、排気管の外側に離隔して外管を設けることができる。このため、排気管及び外管の曲げ加工を同時に行なうことなく、或いは、プレス金型(プレス加工)を用いることなく断熱排気管を製造することができる。よって、製造にかかるコストの上昇を抑制することができる。
[1.吸排気系の全体構成]
はじめに、図3を用いて、本実施形態の断熱排気管が適用される自動車(以下、車両とも言う)における、内燃機関の吸排気系の全体構成を説明する。
上流部排気管10Aは、排気通路9におけるタービン6bの下流部と上流部排気浄化装置30Aとを接続し、排気通路9の一部を形成するものである。この上流部排気管10Aの上流端及び下流端には延在方向に直交して外方に突設されたフランジ部が設けられ、これらのフランジ部により排気通路9のタービン6bの下流部及び上流部排気浄化装置30Aのそれぞれと上流部排気管10Aとが接続されている。図3では、図示簡略化して上流部排気管10Aを直線形状で示しているが、配置スペースの制約等により、実際の上流部排気管10Aは湾曲した部分を有している。
フィルタ32で捕集されたPMは、上流側のDOC31で生成されたNO2と反応して酸化し、これによりフィルタ32の連続再生が行なわれる。
この尿素水インジェクタ33により噴射された尿素水は、排気中で霧化し、排気の熱により加水分解されてアンモニアとなる。このアンモニアは、下流部排気浄化装置30Bに、詳細には、選択還元型触媒(Selective Catalytic Reduction、以下、SCR触媒と略称する)34に供給される。
SCR触媒34は、供給されるアンモニアと排気中に含まれるNOx(窒素酸化物)との脱硝反応を促進することにより、NOxをN2(窒素)に還元して排気を浄化するものである。このSCR触媒34に還元剤として供給されるアンモニアは、尿素水インジェクタ33により噴射供給された尿素水が排気の熱により加水分解されて生成されるものである。
次に、図1を参照して、断熱排気管10の全体構成を説明する。ここでは、上流部排気管10Aに着目して断熱排気管10の構成の詳細を説明する。この断熱排気管10は、排気管11,12と、排気管12の外側に設けられる外管20とを有する。つまり、外管20の配設箇所は、排気管12及び外管20の二重管として構成されている。なお、図1は、車両に装備された断熱排気管10を取り出して示すものであり、図1の上下方向が車両の鉛直方向に対応している。
断熱排気管10は、上流側の第1排気管11及び下流側の第2排気管12と、第2排気管12の外側に離隔して設けられた外管20とを有する。なお、これらの管11,12,20には、溶接可能な金属材料を用いており、ここでは、耐食性を確保する観点からステンレス鋼を用いている。ただし、管11,12,20に用いられる材料はステンレス鋼に限定されない。なお、排気管11,12には、内部を排気が流通するため、耐熱性や耐食性等の性能が要求される一方、外管20に要求される性能は比較的低い。このため、外管20には、溶接可能であれば、広汎な金属材料のものを適用することができる。
排気管11,12は、それぞれ直線形状の単管のパイプが曲げ加工された湾曲形状の中空管であり、その内部を排気が流通する。
湾曲部11aは、第1排気管11に形成されるパイプが曲げ加工された部位である。図1中では、湾曲部11aは、水平方向と鉛直方向とを連続する湾曲形状のものである。
第1排気管11の上流端に形成されたフランジ部11cは、排気通路9におけるタービン6bの下流部と第1排気管11とを接続するためのものである。一方、下流端に形成されたフランジ部11dは、第2排気管12と第1排気管11とを接続するためのものである。
第2排気管12に形成された湾曲部12a,12b,12cはそれぞれ、第2排気管12に形成されるパイプが曲げ加工された部位である。図1中では、第1湾曲部12aは、鉛直方向と水平方向とを連続する湾曲形状であり、第2湾曲部12bは、水平方向と水平方向に対して傾斜する方向とを連続する湾曲形状であり、第3湾曲部12cは、水平方向に対して傾斜する方向と水平方向とを連続する湾曲形状である。
外管20は、第2排気管12の延在中心軸と同心に設けられ、第2排気管12の外径よりも大きい内径を有している。したがって、外管20の配設箇所では、外管20と第2排気管12との間に筒状の空間を有する二重管が構成されている。図1では、外管20は、第2排気管12の第1湾曲部12aよりも下流側であって、第2排気管12の下流端と第3湾曲部12cとの間よりも上流側の第2排気管12の外側に延在している。
なお、第2排気管12と外管20との間の筒状の空間には、後述する断熱材(図示略)が介装されている。
図2(a)に示すように、外管20は、単管であって直線形状のパイプPを加工することで製造される。このパイプPは、第2排気管12の外径よりも大きい内径を有する中空管である。
上記のように、外管20は、第2排気管12の湾曲形状に沿って湾曲形状に形成されたパイプPを、排気流通方向に沿って二つに分割して形成された分割部材21,22を有する。
図1に示すように、外管20は、一方の分割部材21と他方の分割部材22とを接続する複数の接続クランプ(接続部材)23を有する。
各接続クランプ23は、分割部材21,22どうしを接続する同一構造のものであり、所定の間隔で複数箇所に設けられる。各接続クランプ23には、溶接可能な金属材料を用いており、ここでは、耐食性を確保する観点からステンレス鋼を用いている。このため、ここでは一つの接続クランプ23に着目して説明する。
接続クランプ23及び一方の分割部材21は、中央部23aの所定の箇所がスポット溶接されることで互いに固着される。また、接続クランプ23及び他方の分割部材22は、各端部23bの所定の各箇所において、接続クランプ23の各端部23bの側面と他方の分割部材22の外周面とが隅肉溶接されることで互いに固着される。なお、接続クランプ23の各端部23bは他方の分割部材22の外周面に対して浮いているが、これらを互いに固着する隅肉溶接により、両者は隙間なく固着される。
例えば、断熱材80が各分割部材21,22の内側に敷き詰められた後に、これらの分割部材21,22が第2排気管12の外側に離隔して組み付けられることで、第2排気管12と外管20との間に断熱材80を介装する介装工程が実施される。
図1に示すように、外管20には、第2排気管12に対する外管20の位置決めを行なう位置決めクランプ(位置決め部材)40が設けられている。
図5に示すように、位置決めクランプ40は、第2排気管12と他方の分割部材22とに接触する内側クランプ41と、一方の分割部材21と内側クランプ41とに接触する外側クランプ42とから構成される。
なお、内側クランプ41の各端部41cを、直線形状の平板とし、断熱排気管10に組み付けた際に外管の接線に沿うように形成してもよい。
また、外側クランプ42は、中央部42aの内周面が一方の分割部材21の外周面に接触し、各屈曲部42bが各端部42cを外側にシフトし、各端部42cの内周面が内側クランプ41の各端部41cの外周面と接触するように配置される。
また、内側クランプ41及び他方の分割部材22は、所定の箇所において、内側クランプ41の側面と他方の分割部材22の外周面とが隅肉溶接されることで互いに固着される。なお、内側クランプ41の各端部41aが他方の分割部材22の外周面から浮いて配置される場合には、これらの隙間を埋めるように隅肉溶接が行なわれる。
外側クランプ42及び一方の分割部材21は、所定の箇所がスポット溶接されることで互いに固定される。また、外側クランプ42及び内側クランプ41は、所定の箇所において、外側クランプ42の側面と一方の分割部材21の外周面とが隅肉溶接されることで互いに固定される。
図1のZ−Z矢視断面図である図6に示すように、外管20の端部と第2排気管12との間には、第2排気管12に対して摺動自在に外管20に固定されたメタルメッシュ(端部部材)50が設けられる。なお、図1のZ’−Z’矢視断面図も図6に示すように構成されている。このため、ここでは、外管20の一端(ここでは下流側)に設けられるメタルメッシュ50に着目して説明する。
このようにメタルメッシュ50を設けることにより、第2排気管12と外管20の端部との間を処理する処理工程が実施される。
そして、凹部50aが形成されたメタルメッシュを、図7(c)に示すように湾曲させる。このようにメタルメッシュ50は形成される。
本発明の第1実施形態に係る断熱排気管は、上述のように構成される。したがって、第1実施形態に係る断熱排気管及びその製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
本発明の断熱排気管は、曲げ工程において、第2排気管12及び外管20のそれぞれが単管のパイプの曲げ加工で湾曲形状に形成されたものであり、分割工程においてパイプPを排気流通方向に沿って二つに分割して形成された分割部材21,22は、組付工程に含まれる接続工程において、接続クランプ23により互いに接続されて外管20を構成するため、第2排気管12及び外管20の曲げ加工を同時に行なうことなく、或いは、プレス金型(プレス加工)を用いることなく製造することができる。よって、断熱排気管の製造にかかるコストの上昇を抑制することができる。
また、処理工程では、第2排気管12と外管20の端部との間に、第2排気管12に対して摺動自在にメタルメッシュ50を外管20に固定し、第2排気管12と外管20の端部との間を処理するとともに、第2排気管12と外管20とは位置決めクランプ40でのみ固定されているため、例えば排気の熱により第2排気管12が伸縮した場合であっても、外管20の各端部では、第2排気管12と外管20とは互いに固定されていない。よって、第2排気管12と外管20との伸縮の差を許容することができる。さらに、外管20の各端部に固定されたメタルメッシュ50により、断熱材80の脱落を防止することができる。
また、内側クランプ41の各端部41cが直線形状に形成されていれば、同様に、他方の分割部材22への引っ掛かり等の干渉を回避して組み付けることができる。
また、内側クランプ41の各端部41cが他方の分割部材に対して浮いている場合には、これらの隙間を埋めるように溶接金属が流れ込んで隅肉溶接されるため、同様に、内側クランプ41と他方の分割部材22との固着を確実に行なうことができる。
次に、図8及び図9を参照して本発明の第2実施形態について説明する。本発明の第2実施形態にかかる断熱排気管は、適用される排気管の形状と、二本の外管を連結する点が第1実施形態と異なる。なお、ここで説明する点を除いては第1実施形態と同様の構成になっており、これらについては、同様の符号を使用し、各部の説明を省略する。なお、図8の上下方向が車両の鉛直方向に対応している。
第3排気管13は、第1湾曲部13a,第2湾曲部13b,第3湾曲部13c及び第4湾曲部13dとを有し、両端部にはそれぞれフランジ部13e,13fが形成されている。
一端側の外管20Aは、曲げ加工後のパイプが二つ割れに分割されて形成された二つの分割部材21A,22Aどうしが接続クランプ23により接続されることで構成されているものである。この外管20Aには、第1湾曲部13aの湾曲形状に沿った湾曲形状が形成されている。
連結クランプ60は、一方の分割部材21A,21B側に設けられる第1連結クランプ61と、他方の分割部材22A,22B側に設けられる第2連結クランプ62とから構成される。なお、各連結クランプ61,62には何れも、溶接可能な金属部材材料を用いており、ここでは、耐食性を確保する観点からステンレス鋼を用いている。
第2連結クランプ62の内周面は、一端側の外管20Aを構成する他方の分割部材22Aと接触するとともに、図示しないが他端側の外管20Bを構成する他方の分割部材22Bと接触する。
第1クランプ61の各端部61cと第2クランプ62の各端部の外周面とが溶着される。つまり、第1連結クランプ61と第2連結クランプ62とは、所定の箇所(実線で示す)で隅肉溶接されることで互いに固定される。
なお、外管20Bの他端側に二点鎖線で示すように、第1連結クランプ61と第2連結クランプ62とから構成される連結クランプ60をさらに設け、外管20Bにもう一本の外管を接続してもよい。
その他の構成は、第1実施形態の構成と同様である。
外管20A,20Bは第3排気管13よりも径が大きいため曲げ加工が困難であり、曲げ加工時にパイプを掴むための直線部分を、第3排気管13のそれよりも長く必要とする場合がある。例えば、排気管の径のパイプでは連続曲げ加工が可能な湾曲形状であっても、排気管の径よりも大きい外管の径のパイプを連続曲げ加工することが困難な場合がある。このような場合には、各外管20A,20Bを湾曲部ごとに形成して、例えばパイプを掴むための直線部分を切断し、各外管20A,20Bを連結することにより、二重管構造の断熱排気管を構成することができる。すなわち、本発明の断熱排気管は、二本の外管20A,20Bを連結クランプ60により連結する連結工程を有するため、外管の径のパイプを連続曲げ加工することが困難な場合であっても、二重管構造の断熱排気管を製造することができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
上述の実施形態に示す断熱排気管の湾曲部の形状や湾曲部の数は例示であり、本発明の断熱排気管は、種々の湾曲形状や湾曲部の数のものに適用することができる。
上述の第1実施形態では、上流部排気管に断熱排気管が適用されるものに着目して説明したが、もちろん下流部排気管にも断熱排気管を適用することができる。
ただし、下流部排気管10Bはなくてもよい。例えば、上流部排気浄化装置と下流部排気浄化装置とが一体に形成され、下流部排気管10Bが形成されない車両に、本発明の断熱排気管を適用してもよい。
また、本発明の断熱排気管は、上流部排気管又は下流部排気管に適用するものに限らず、下流部排気浄化装置よりも上流側の排気通路を形成する排気管に適用することができる。
また、外管に形成されるパイプを二つ割れに分割するものを示したが、これに限らず、三つ以上に分割してもよい。
また、エンジンは、ディーゼルエンジンに限らず、ガソリンエンジンでもよい。この場合、ガソリンエンジンの排気流路に三元触媒やNOxトラップ等の触媒が介装されていれば、かかる触媒の温度が活性温度以下に低下することを抑制することができる。
1a 燃料噴射弁
2 コモンレール
3 吸気マニホールド
4 吸気通路
5 エアクリーナ
6 ターボチャージャ
6a コンプレッサ
6b タービン
7 インタークーラ
8 排気マニホールド
9 排気通路
10,10’ 断熱排気管
10A 上流部排気管
10B 下流部排気管
11 第1排気管
11a 湾曲部
11b フレキシブルジョイント
12 第2排気管(排気管)
12a 第1湾曲部
12b 第2湾曲部
12c 第3湾曲部
13 第3排気管
20 外管
21 一方の分割部材
21a 切り欠き部
22 他方の分割部材
23 接続クランプ(接続部材)
23a 中央部
23b 端部
20A 第1外管
20B 第2外管
30 排気浄化装置
30A 上流部排気浄化装置
30B 下流部排気浄化装置
31 前段酸化触媒
32 フィルタ
33 尿素水インジェクタ
34 選択還元型触媒(SCR触媒)
35 後段酸化触媒
40 位置決めクランプ(位置決め部材)
41 内側クランプ
42 外側クランプ
50 メタルメッシュ(端部部材)
50a 凹部
60 連結クランプ
61 第1連結クランプ
62 第2連結クランプ
80 断熱材
P パイプ
C 継ぎ目
Claims (4)
- 湾曲形状の排気管と、
前記排気管の外側に離隔して設けられた外管と、
前記排気管と前記外管とを接続し、前記排気管に対する前記外管の位置決めを行なう位置決め部材とを備え、
前記外管は、
前記排気管の外径よりも大きい内径を有し、前記排気管の湾曲形状に沿った湾曲形状のパイプを、排気流通方向に沿って複数に分割された状態に形成された分割部材と、
前記分割部材どうしを接続する接続部材とを有し、
前記分割部材は、前記パイプを二つに分割された状態に形成されたものであり、
前記位置決め部材は、前記排気管と前記分割部材の他方とに接触する内側クランプと、前記分割部材の一方と前記内側クランプとに接触する外側クランプとを有する
ことを特徴とする、断熱排気管。 - 前記排気管と前記外管との間には、断熱材が介装される
ことを特徴とする、請求項1記載の断熱排気管。 - 前記排気管と前記外管の端部との間に介装され、前記排気管に対して摺動自在に前記外管に固定された端部部材を有する
ことを特徴とする、請求項1又は2記載の断熱排気管。 - 前記外管は、排気流通方向に複数本に分割して設けられ、
前記複数本の外管を連結する連結部材を有する
ことを特徴とする、請求項1〜3の何れか1項に記載の断熱排気管。
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