JP2003193835A - 排気管構造 - Google Patents
排気管構造Info
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- JP2003193835A JP2003193835A JP2001396230A JP2001396230A JP2003193835A JP 2003193835 A JP2003193835 A JP 2003193835A JP 2001396230 A JP2001396230 A JP 2001396230A JP 2001396230 A JP2001396230 A JP 2001396230A JP 2003193835 A JP2003193835 A JP 2003193835A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】触媒担体の暖機性能を低下させることなく、触
媒担体に当たる排気ガスの分布を均一にすること。 【解決手段】内燃機関の複数の排気ポートに接続する複
数の排気通路及びその集合する集合部が内外二重構造で
あり、集合部の下流に排気ガスを浄化する触媒担体が設
置されている排気管構造において、前記集合部の内管は
各排気管通路の内管より大なる容積を有し、前記排気通
路内管から排出される排気ガスが前記集合部の内壁に衝
突するように構成され、前記触媒担体と集合部との間に
排気ガスを拡散させるための空間を設けたことを特徴と
する排気管構造。
媒担体に当たる排気ガスの分布を均一にすること。 【解決手段】内燃機関の複数の排気ポートに接続する複
数の排気通路及びその集合する集合部が内外二重構造で
あり、集合部の下流に排気ガスを浄化する触媒担体が設
置されている排気管構造において、前記集合部の内管は
各排気管通路の内管より大なる容積を有し、前記排気通
路内管から排出される排気ガスが前記集合部の内壁に衝
突するように構成され、前記触媒担体と集合部との間に
排気ガスを拡散させるための空間を設けたことを特徴と
する排気管構造。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の排気管構造
に関する。特に、排気管内に保持されている触媒の耐久
性を向上させる排気管構造に関するものである。
に関する。特に、排気管内に保持されている触媒の耐久
性を向上させる排気管構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】排気管内には排気ガスを浄化するための
触媒が設置されている。この触媒はある一定以上の温度
（約５００度以上）において排気ガスを浄化する作用を
高効率的に奏する。したがって、内燃機関の始動直後の
一定時間の間は、触媒の温度が低く、排気ガスの浄化率
が低い。そこで、触媒昇温を早期に行うため、触媒の配
置を排気ガス温が比較的高い内燃機関側に近づけるよう
にしたものが公知である。
触媒が設置されている。この触媒はある一定以上の温度
（約５００度以上）において排気ガスを浄化する作用を
高効率的に奏する。したがって、内燃機関の始動直後の
一定時間の間は、触媒の温度が低く、排気ガスの浄化率
が低い。そこで、触媒昇温を早期に行うため、触媒の配
置を排気ガス温が比較的高い内燃機関側に近づけるよう
にしたものが公知である。
【０００３】しかしながら、内燃機関側に触媒を近づけ
て配置すると、各排気ポートから排出される排気ガスが
拡散する前に触媒に達することから、排気ガスが触媒に
均一に当たらなくなるため、触媒に局部的に高温部が生
じることになり、触媒内に熱応力が発生する。このよう
な場合には、熱応力の影響で触媒に歪みが生じたり、局
部的な高温部に排気ガス浄化機能の低下が見られるおそ
れがある。そこで、特開平０８−６８３１６には、上記
問題を解決するための排気管構造として、内燃機関の排
気ポートに接続される各排気通路の出口方向を、排気ガ
スが触媒担体に均一に当たるように各排気通路毎に調整
したものが開示されている。かかる排気管構造では、円
筒状の触媒担体の周方向に見れば、均一に排気ガスが触
媒担体に当たっているが、半径方向に見れば、温度分布
が均一でない。これは、各排気ポートから排出される排
気ガスが十分に拡散する前に触媒担体に達することに起
因する。したがって、依然触媒担体内に熱応力が発生し
ているため、上記問題を完全に解決するには至っていな
い。
て配置すると、各排気ポートから排出される排気ガスが
拡散する前に触媒に達することから、排気ガスが触媒に
均一に当たらなくなるため、触媒に局部的に高温部が生
じることになり、触媒内に熱応力が発生する。このよう
な場合には、熱応力の影響で触媒に歪みが生じたり、局
部的な高温部に排気ガス浄化機能の低下が見られるおそ
れがある。そこで、特開平０８−６８３１６には、上記
問題を解決するための排気管構造として、内燃機関の排
気ポートに接続される各排気通路の出口方向を、排気ガ
スが触媒担体に均一に当たるように各排気通路毎に調整
したものが開示されている。かかる排気管構造では、円
筒状の触媒担体の周方向に見れば、均一に排気ガスが触
媒担体に当たっているが、半径方向に見れば、温度分布
が均一でない。これは、各排気ポートから排出される排
気ガスが十分に拡散する前に触媒担体に達することに起
因する。したがって、依然触媒担体内に熱応力が発生し
ているため、上記問題を完全に解決するには至っていな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】これらのことから、本
発明は、触媒担体の暖機性能を低下させることなく、触
媒担体に当たる排気ガスの分布を均一にすることを、そ
の課題としている。
発明は、触媒担体の暖機性能を低下させることなく、触
媒担体に当たる排気ガスの分布を均一にすることを、そ
の課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、請求項１に係
る通り、内燃機関の複数の排気ポートに接続する複数の
排気通路及びその集合する集合部が内外二重構造であ
り、集合部の下流に排気ガスを浄化する触媒担体が設置
されている排気管構造において、前記集合部の内管は各
排気管通路の内管より大なる容積を有し、前記排気通路
内管から排出される排気ガスが前記集合部の内壁に衝突
するように構成され、前記触媒担体と集合部との間に排
気ガスを拡散させるための空間を設けたことを特徴とす
る排気管構造である。
る通り、内燃機関の複数の排気ポートに接続する複数の
排気通路及びその集合する集合部が内外二重構造であ
り、集合部の下流に排気ガスを浄化する触媒担体が設置
されている排気管構造において、前記集合部の内管は各
排気管通路の内管より大なる容積を有し、前記排気通路
内管から排出される排気ガスが前記集合部の内壁に衝突
するように構成され、前記触媒担体と集合部との間に排
気ガスを拡散させるための空間を設けたことを特徴とす
る排気管構造である。
【０００６】また、請求項２に係る発明では、請求項１
の排気管構造における排気通路集合部とその下流の排気
管の接続構造において、集合部外管の内側に集合部内管
下流端部の下流側に位置し、該内管下流端部より板厚が
厚く、外径が内管下流端部の外径と略同一の内管リング
を固定し、下流側から前記排気管を内管リングに嵌挿さ
せ、集合部外管及び内管リング及び集合部下流の排気管
を接合したことを特徴とする接続構造である。これは、
請求項１の二重管構造排気管の組付け性を高めるための
手段である。
の排気管構造における排気通路集合部とその下流の排気
管の接続構造において、集合部外管の内側に集合部内管
下流端部の下流側に位置し、該内管下流端部より板厚が
厚く、外径が内管下流端部の外径と略同一の内管リング
を固定し、下流側から前記排気管を内管リングに嵌挿さ
せ、集合部外管及び内管リング及び集合部下流の排気管
を接合したことを特徴とする接続構造である。これは、
請求項１の二重管構造排気管の組付け性を高めるための
手段である。
【０００７】
【作用】上記の構造を有する排気管であれば、排気通路
から流れてくる排気ガスは、排気通路の集合部におい
て、排気通路出口に対面する集合部内管の壁に衝突す
る。集合部の内管は一定の容積を有するため、衝突後の
排気ガスの流れ方向が一方向に定まらず排気管内全体に
拡散し始める。そして、集合部下流に設けられた空間
で、排気ガスが十分に管全体に拡散することができる。
この結果、排気ガスは偏り無く触媒担体に当たる。ま
た、排気通路及び集合部が二重管構造であるため、二重
管構造の断熱機能により排気ガスの温度低下が抑制さ
れ、触媒担体の暖機性能が維持される。
から流れてくる排気ガスは、排気通路の集合部におい
て、排気通路出口に対面する集合部内管の壁に衝突す
る。集合部の内管は一定の容積を有するため、衝突後の
排気ガスの流れ方向が一方向に定まらず排気管内全体に
拡散し始める。そして、集合部下流に設けられた空間
で、排気ガスが十分に管全体に拡散することができる。
この結果、排気ガスは偏り無く触媒担体に当たる。ま
た、排気通路及び集合部が二重管構造であるため、二重
管構造の断熱機能により排気ガスの温度低下が抑制さ
れ、触媒担体の暖機性能が維持される。
【０００８】また、請求項２にかかる発明は、内管リン
グは集合部内管の端部と外径が略同一であり、内径が小
さいため、集合部下流の排気管を集合部へ挿入する際
に、内管端部を集合部下流の排気管の上流側端部で集合
部内管をかつぐ心配がない。従って、集合部とその下流
の排気管の組付け性が向上する。
グは集合部内管の端部と外径が略同一であり、内径が小
さいため、集合部下流の排気管を集合部へ挿入する際
に、内管端部を集合部下流の排気管の上流側端部で集合
部内管をかつぐ心配がない。従って、集合部とその下流
の排気管の組付け性が向上する。
【０００９】
【発明の実施形態】図１から図４を参照して、本発明に
係る実施例について説明する。排気管１は、エンジンの
シリンダヘッド（図示しない）に取付けられるために、
その上流に取付けフランジ３を有している。該フランジ
３にはシリンダヘッドと排気管１を締結するためのボル
ト穴５が形成されている。また、排気管１には各シリン
ダの排気ポート（図示しない）に接続するそれぞれ分岐
した排気通路７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが形成されてい
る。排気通路７ａ〜７ｄはその断面が略円形状のパイプ
からなる内管９とそれを覆う外管１１とからなる。各排
気通路７ａ〜７ｄの内管９はその下流側端部に設けられ
た１部品からなる内管コーン１３に夫々嵌挿されて、集
合する。前記各内管９と内管コーン１３の外側を一定の
空間を挟んで外管１１が覆っている。この外管１１はプ
レス加工などによって形成された上側部品１２と下側部
品１４を溶接してなり、モナカ形状をしている。この集
合部１５において排気管１は各排気管通路７ａ〜７ｄと
集合部下流の排気管とが略直交するように形成されてい
る。排気管１には屈折部下流に排気ガスを拡散するため
の所定の空間部１７が設けられている。該空間部１７の
下流に排気ガスを浄化するセラミックス製のモノリス構
造の触媒担体１９が設置されている。空間部１７の軸方
向長さは触媒暖機性及び、排気ガスの拡散効果を考慮し
て決定する。また、空間部１７の径は触媒担体１９の径
と同等かそれ以上が望ましい。本実施例では、前記空間
部１７は、触媒担体１９と略同径、同長の容積を有して
いる。より詳細に排気管１の構造を説明する。前記内管
９と内管コーン１３を覆う外管１１は外管上部２１と外
管下部A２３、外管下部B２５の３部品から構成される。
そして、外管上部２１と外管下部A２３は、外管上部２
１の外周端部２７を外管下部Aの外周端部２９が覆うよ
うに嵌め合わさり、溶接されて接合されている。また、
外管下部Aと外管下部Bは、外管下部Aに形成されている
接続用穴１６に外管下部Bを嵌挿し、該嵌挿部を溶接す
ることで接合されている。内管９は内管コーン１３にそ
の側面から嵌挿され、内管コーン１３の内側壁に内管か
ら排出される高温、高圧の排気ガスが周期的に衝突する
構造になっている。そのため、内管コーン１３には排気
ガスの衝突により発生する周期的な応力に耐え得る構造
として、一枚の金属板を絞り加工することによって得ら
れる１ピース部品が採用されている。これにより、集合
部の内管に溶接構造を採用した場合に生じていた溶接部
からの亀裂、溶接部からの排気ガス漏れに起因する外管
１１の亀裂等が抑制される。内管コーン１３と外管上部
２１には空燃比センサ（図示しない）を取付けるための
開口３３が設けられている。該開口３３は、およそ各内
管の管軸が交わる点に空燃比センサが位置する位置に設
けられている。この位置に空燃比センサを設置すること
で、各排気ポートから排出される排気ガスの空燃比セン
サへのガス当たりが良好となり、より正確な空燃比の測
定が可能となる。したがって、空燃比制御の精度が向上
するため、排気ガスの浄化性能が向上する。内管コーン
１３の下流部は外管下部B２５に挿入されている。内管
コーン１３の下流部端部３５は拡径加工され、内管コー
ン１３の外径は外管下部B２５の内径と略同一に形成さ
れている。一方、外管下部B２５の上流部３７に位置す
る内管コーンの外径は、内管コーンの拡径部３５に比べ
て径が小さい。そのため、外管下部B２５の上流部３７
と内管コーン１３との間には空間３９が存在する。該空
間３９の一部には、内管コーン１３の振動を防止するた
めにワイヤメッシュリング４１が介挿されている。該ワ
イヤメッシュリング４１は、前記空間３９に介挿された
後、内管コーン１３のワイヤメッシュリング４１が当接
する部位を拡径加工するか、又は外管下部B２５のワイ
ヤメッシュリング４１が当接する部位を縮径加工するこ
とによって確実に、内管コーン１３と外管下部B２５に
挟み込まれる。そして、前記外管下部A２３と外管下部B
２５とを溶接した溶接部４３は、内管コーン１３と外管
下部B２５とワイヤメッシュリング４１に囲まれた空間
４５近傍に位置するように設計される。一般に、排気管
内を高温の排気ガスが脈動的に流れるため、排気管は熱
による収縮を繰返すことになる。かかる場合に、熱によ
る収縮に伴い発生する熱応力が接合部である溶接部に集
中することになり、溶接部に亀裂が生じる虞がある。前
記空間部４５は、排気ガスの脈動による内管コーン１３
の温度変化の外管下部A２３と外管下部B２５との接合部
である溶接部４３への伝達を遮断する機能を有する。そ
のため、外管下部A２３と外管下部B２５との接合部の信
頼性が向上することになる。次に触媒担体１９を保持す
る触媒担体ケース４７と前記外管及び内管コーン１３の
接続構造について説明する。触媒担体ケースは前述の通
り、排気ガスを拡散するための拡散部４９と触媒担体を
保持するための触媒担体保持部５１とからなる。排気ガ
ス拡散部４９の上流側端部５３は、外管下部B２５の下
流端内側５５に固設された内管リング５７に嵌挿し、内
管リング５７の上流側に位置する内管コーン拡径部３５
に遊嵌される。ここで、内管リング５７と内径コーン拡
径部３５の内径、及び外径の大小関係は、内管リング５
７の外径と内管コーン拡径部３５の外径は略同一であ
り、内管リング５７の内径の方が内管コーン拡径部３５
の内径より小さくなっている。前記の大小関係から、触
媒担体ケース４７を外管下部Ｂ２５及び内管コーン１３
に下流側から挿入する際に、触媒担体ケース４７の上流
の軸方向端面５９が内管コーン１３下流の軸方向端面６
１を押し上げるという不具合が解消される。このよう
に、触媒担体ケース４７と外管下部Ｂ２５及び内管コー
ン１３の接続構造は、内管コーン拡径部３５と内管リン
グ５７を排気ガス拡散部４９と外管下部B２５とにより
挟みこむ構造となる。そして、排気ガス拡散部４９外側
面と内管リング５７下流端面、及び外管下部B２５下流
端面を溶接６３して接続する。内管リング５７は、内管
コーン１３とは異材質の材料からなり、具体的には、外
管下部B２５及び触媒担体ケース４７の排気ガス拡散部
４９と同一の線膨張係数（例えば、ＳＵＳ４４４Ｔ、線
膨張係数＝１１．８×１０-6ｃｍ／ｃｍ・℃）を有する
材料か、又は、それに近い線膨張係数を有する材質から
なる。また、外管１１や触媒担体ケース４７に比べて高
温の排気ガスに曝される内管コーン１３は、外管１１や
触媒担体ケース４７と異なり、許容温度域の高い材質
（例えば、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１、線膨張係数＝１８．８
×１０-6ｃｍ／ｃｍ・℃）を使用する必要がある。した
がって、外管１１や触媒担体ケース４７と内管コーン１
3の材料の熱膨張係数の違いから、これらを直接溶接接
合すると、両者の熱膨張差から接合部に亀裂が発生する
虞があるが、前述した構造であれば、即ち、内管コーン
の拡径部３５が外管１１及び触媒担体ケース４７に固接
されない構造であれば、外管１１や触媒担体ケース４７
との熱膨張差によって生じる接合部６３の亀裂の発生が
抑制されることになる。また、内管リング５７は外管１
１及び触媒担体ケース４７と同一、又はそれに近い線膨
張係数を有する材質からなるため、外管１１及び触媒担
体ケース４７と直接溶接接合しても該接合部に熱膨張差
による亀裂の発生などの問題が生ぜず、内管コーン１３
の支持機能、接合部６３のシール機能を発揮することが
できる。次に、上記排気管の構成において、排気通路７
ｃから排出される排気ガスの拡散する様子について図３
にて説明する。排気ガスは内燃機関の各気筒の各排気ポ
ートから排出され、各排気通路７ｃを通って、排気通路
集合部１５へ流れる。集合部１５へ流れ出た排気ガス６
７は、排気通路７ｃ出口に対面する内管コーン１３の内
側壁６５に略直角に衝突する。内管コーン１３は円筒形
状であることから、内管コーン１３の内壁に略直角に衝
突した排気ガス６７は、衝突位置から両側に内管コーン
１３の内側壁に沿って流れることになる（矢印６９ａ、
６９ｂ）。これは、内管コーン１３の容積が、排気通路
７ｃの容積に比べて大きいために、即ち、排気通路７ｃ
によって方向ずれかれた排気ガス流れを衝突後に多方向
に向けることができる容積を有するために、排気ガスが
十分に拡散することができることを示す。したがって、
内管コーン１３は円筒形状に限らず、排気管通路と比べ
て大きな容積を有すればよい。また、排気管通路の断面
積より、集合部の内管の軸方向断面積が大きい構成であ
ってもよい。そして、集合部１５の下流側に位置する空
間部１７は、その内径が触媒担体外径と略同一に形成さ
れ触媒担体１９に至るまで径が細くなることはない。し
たがって、集合部１５及び空間部１７において十分に拡
散した排気ガスが集約されて触媒担体に局所的に当たる
ことがなく、触媒担体内部温度の均一化が図れる。この
空間部１７は、内管コーン１３の内壁に衝突し、拡散し
始めた排気ガスを集約しない形状であれば、実施例以外
の形状でもよい。例えば、空間部１７の一部に拡径部を
設けた形状などである。また、各排気通路７ａ〜７ｄの
内管９は内管コーン１３へ各々異なる方向から挿入され
ているため、内管９から内管コーン１３へ排出される排
気ガスの方向も異なる。したがって、各排気管通路７ａ
〜７ｄの前述した内管コーン１３内での排気ガスの拡散
効果を考慮すると、内燃機関全体として排気ガスは触媒
担体１９に偏ることなく当たることになる。また、別の
実施例として、より排気ガスを拡散するために、排気ガ
スが衝突する内管コーンの内側壁に排気ガスの流動方向
を排気ガスが拡散する方向へ導くリブや溝、凹凸を成形
してもよい。また、触媒担体ケースの排気ガス拡散部の
内側面にも同様の加工をすることで、より排気ガスの拡
散を促進することがでる。ここで、本発明と排気集合管
が単管構造であって、触媒担体が排気集合管の直下流に
設置された排気管との触媒暖機性、及び、触媒担体内の
温度分布について説明する。図５の横軸はエンジン始動
からの時間を示しており、縦軸に触媒担体の中央温度を
示している。本図によると、エンジン始動から４０秒後
には約５０℃の差がでており、本発明のように触媒担体
１９を内燃機関から遠ざけて配置しても、排気集合管と
して二重管構造を採用することにより暖機性能が向上す
ることが分かる。また、このとき、触媒担体内の最高温
度と最低温度の差は、本発明がΔT＝約６０℃であるの
に対して、比較対照の排気管構造ではΔT＝約１３０℃
であった。よって、触媒担体１９に達する前に、触媒担
体１９の上流に設けられた空間部１７において十分に拡
散された排気ガスが触媒担体に均一の当たっていること
が分かる。
係る実施例について説明する。排気管１は、エンジンの
シリンダヘッド（図示しない）に取付けられるために、
その上流に取付けフランジ３を有している。該フランジ
３にはシリンダヘッドと排気管１を締結するためのボル
ト穴５が形成されている。また、排気管１には各シリン
ダの排気ポート（図示しない）に接続するそれぞれ分岐
した排気通路７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄが形成されてい
る。排気通路７ａ〜７ｄはその断面が略円形状のパイプ
からなる内管９とそれを覆う外管１１とからなる。各排
気通路７ａ〜７ｄの内管９はその下流側端部に設けられ
た１部品からなる内管コーン１３に夫々嵌挿されて、集
合する。前記各内管９と内管コーン１３の外側を一定の
空間を挟んで外管１１が覆っている。この外管１１はプ
レス加工などによって形成された上側部品１２と下側部
品１４を溶接してなり、モナカ形状をしている。この集
合部１５において排気管１は各排気管通路７ａ〜７ｄと
集合部下流の排気管とが略直交するように形成されてい
る。排気管１には屈折部下流に排気ガスを拡散するため
の所定の空間部１７が設けられている。該空間部１７の
下流に排気ガスを浄化するセラミックス製のモノリス構
造の触媒担体１９が設置されている。空間部１７の軸方
向長さは触媒暖機性及び、排気ガスの拡散効果を考慮し
て決定する。また、空間部１７の径は触媒担体１９の径
と同等かそれ以上が望ましい。本実施例では、前記空間
部１７は、触媒担体１９と略同径、同長の容積を有して
いる。より詳細に排気管１の構造を説明する。前記内管
９と内管コーン１３を覆う外管１１は外管上部２１と外
管下部A２３、外管下部B２５の３部品から構成される。
そして、外管上部２１と外管下部A２３は、外管上部２
１の外周端部２７を外管下部Aの外周端部２９が覆うよ
うに嵌め合わさり、溶接されて接合されている。また、
外管下部Aと外管下部Bは、外管下部Aに形成されている
接続用穴１６に外管下部Bを嵌挿し、該嵌挿部を溶接す
ることで接合されている。内管９は内管コーン１３にそ
の側面から嵌挿され、内管コーン１３の内側壁に内管か
ら排出される高温、高圧の排気ガスが周期的に衝突する
構造になっている。そのため、内管コーン１３には排気
ガスの衝突により発生する周期的な応力に耐え得る構造
として、一枚の金属板を絞り加工することによって得ら
れる１ピース部品が採用されている。これにより、集合
部の内管に溶接構造を採用した場合に生じていた溶接部
からの亀裂、溶接部からの排気ガス漏れに起因する外管
１１の亀裂等が抑制される。内管コーン１３と外管上部
２１には空燃比センサ（図示しない）を取付けるための
開口３３が設けられている。該開口３３は、およそ各内
管の管軸が交わる点に空燃比センサが位置する位置に設
けられている。この位置に空燃比センサを設置すること
で、各排気ポートから排出される排気ガスの空燃比セン
サへのガス当たりが良好となり、より正確な空燃比の測
定が可能となる。したがって、空燃比制御の精度が向上
するため、排気ガスの浄化性能が向上する。内管コーン
１３の下流部は外管下部B２５に挿入されている。内管
コーン１３の下流部端部３５は拡径加工され、内管コー
ン１３の外径は外管下部B２５の内径と略同一に形成さ
れている。一方、外管下部B２５の上流部３７に位置す
る内管コーンの外径は、内管コーンの拡径部３５に比べ
て径が小さい。そのため、外管下部B２５の上流部３７
と内管コーン１３との間には空間３９が存在する。該空
間３９の一部には、内管コーン１３の振動を防止するた
めにワイヤメッシュリング４１が介挿されている。該ワ
イヤメッシュリング４１は、前記空間３９に介挿された
後、内管コーン１３のワイヤメッシュリング４１が当接
する部位を拡径加工するか、又は外管下部B２５のワイ
ヤメッシュリング４１が当接する部位を縮径加工するこ
とによって確実に、内管コーン１３と外管下部B２５に
挟み込まれる。そして、前記外管下部A２３と外管下部B
２５とを溶接した溶接部４３は、内管コーン１３と外管
下部B２５とワイヤメッシュリング４１に囲まれた空間
４５近傍に位置するように設計される。一般に、排気管
内を高温の排気ガスが脈動的に流れるため、排気管は熱
による収縮を繰返すことになる。かかる場合に、熱によ
る収縮に伴い発生する熱応力が接合部である溶接部に集
中することになり、溶接部に亀裂が生じる虞がある。前
記空間部４５は、排気ガスの脈動による内管コーン１３
の温度変化の外管下部A２３と外管下部B２５との接合部
である溶接部４３への伝達を遮断する機能を有する。そ
のため、外管下部A２３と外管下部B２５との接合部の信
頼性が向上することになる。次に触媒担体１９を保持す
る触媒担体ケース４７と前記外管及び内管コーン１３の
接続構造について説明する。触媒担体ケースは前述の通
り、排気ガスを拡散するための拡散部４９と触媒担体を
保持するための触媒担体保持部５１とからなる。排気ガ
ス拡散部４９の上流側端部５３は、外管下部B２５の下
流端内側５５に固設された内管リング５７に嵌挿し、内
管リング５７の上流側に位置する内管コーン拡径部３５
に遊嵌される。ここで、内管リング５７と内径コーン拡
径部３５の内径、及び外径の大小関係は、内管リング５
７の外径と内管コーン拡径部３５の外径は略同一であ
り、内管リング５７の内径の方が内管コーン拡径部３５
の内径より小さくなっている。前記の大小関係から、触
媒担体ケース４７を外管下部Ｂ２５及び内管コーン１３
に下流側から挿入する際に、触媒担体ケース４７の上流
の軸方向端面５９が内管コーン１３下流の軸方向端面６
１を押し上げるという不具合が解消される。このよう
に、触媒担体ケース４７と外管下部Ｂ２５及び内管コー
ン１３の接続構造は、内管コーン拡径部３５と内管リン
グ５７を排気ガス拡散部４９と外管下部B２５とにより
挟みこむ構造となる。そして、排気ガス拡散部４９外側
面と内管リング５７下流端面、及び外管下部B２５下流
端面を溶接６３して接続する。内管リング５７は、内管
コーン１３とは異材質の材料からなり、具体的には、外
管下部B２５及び触媒担体ケース４７の排気ガス拡散部
４９と同一の線膨張係数（例えば、ＳＵＳ４４４Ｔ、線
膨張係数＝１１．８×１０-6ｃｍ／ｃｍ・℃）を有する
材料か、又は、それに近い線膨張係数を有する材質から
なる。また、外管１１や触媒担体ケース４７に比べて高
温の排気ガスに曝される内管コーン１３は、外管１１や
触媒担体ケース４７と異なり、許容温度域の高い材質
（例えば、ＳＵＳＸＭ１５Ｊ１、線膨張係数＝１８．８
×１０-6ｃｍ／ｃｍ・℃）を使用する必要がある。した
がって、外管１１や触媒担体ケース４７と内管コーン１
3の材料の熱膨張係数の違いから、これらを直接溶接接
合すると、両者の熱膨張差から接合部に亀裂が発生する
虞があるが、前述した構造であれば、即ち、内管コーン
の拡径部３５が外管１１及び触媒担体ケース４７に固接
されない構造であれば、外管１１や触媒担体ケース４７
との熱膨張差によって生じる接合部６３の亀裂の発生が
抑制されることになる。また、内管リング５７は外管１
１及び触媒担体ケース４７と同一、又はそれに近い線膨
張係数を有する材質からなるため、外管１１及び触媒担
体ケース４７と直接溶接接合しても該接合部に熱膨張差
による亀裂の発生などの問題が生ぜず、内管コーン１３
の支持機能、接合部６３のシール機能を発揮することが
できる。次に、上記排気管の構成において、排気通路７
ｃから排出される排気ガスの拡散する様子について図３
にて説明する。排気ガスは内燃機関の各気筒の各排気ポ
ートから排出され、各排気通路７ｃを通って、排気通路
集合部１５へ流れる。集合部１５へ流れ出た排気ガス６
７は、排気通路７ｃ出口に対面する内管コーン１３の内
側壁６５に略直角に衝突する。内管コーン１３は円筒形
状であることから、内管コーン１３の内壁に略直角に衝
突した排気ガス６７は、衝突位置から両側に内管コーン
１３の内側壁に沿って流れることになる（矢印６９ａ、
６９ｂ）。これは、内管コーン１３の容積が、排気通路
７ｃの容積に比べて大きいために、即ち、排気通路７ｃ
によって方向ずれかれた排気ガス流れを衝突後に多方向
に向けることができる容積を有するために、排気ガスが
十分に拡散することができることを示す。したがって、
内管コーン１３は円筒形状に限らず、排気管通路と比べ
て大きな容積を有すればよい。また、排気管通路の断面
積より、集合部の内管の軸方向断面積が大きい構成であ
ってもよい。そして、集合部１５の下流側に位置する空
間部１７は、その内径が触媒担体外径と略同一に形成さ
れ触媒担体１９に至るまで径が細くなることはない。し
たがって、集合部１５及び空間部１７において十分に拡
散した排気ガスが集約されて触媒担体に局所的に当たる
ことがなく、触媒担体内部温度の均一化が図れる。この
空間部１７は、内管コーン１３の内壁に衝突し、拡散し
始めた排気ガスを集約しない形状であれば、実施例以外
の形状でもよい。例えば、空間部１７の一部に拡径部を
設けた形状などである。また、各排気通路７ａ〜７ｄの
内管９は内管コーン１３へ各々異なる方向から挿入され
ているため、内管９から内管コーン１３へ排出される排
気ガスの方向も異なる。したがって、各排気管通路７ａ
〜７ｄの前述した内管コーン１３内での排気ガスの拡散
効果を考慮すると、内燃機関全体として排気ガスは触媒
担体１９に偏ることなく当たることになる。また、別の
実施例として、より排気ガスを拡散するために、排気ガ
スが衝突する内管コーンの内側壁に排気ガスの流動方向
を排気ガスが拡散する方向へ導くリブや溝、凹凸を成形
してもよい。また、触媒担体ケースの排気ガス拡散部の
内側面にも同様の加工をすることで、より排気ガスの拡
散を促進することがでる。ここで、本発明と排気集合管
が単管構造であって、触媒担体が排気集合管の直下流に
設置された排気管との触媒暖機性、及び、触媒担体内の
温度分布について説明する。図５の横軸はエンジン始動
からの時間を示しており、縦軸に触媒担体の中央温度を
示している。本図によると、エンジン始動から４０秒後
には約５０℃の差がでており、本発明のように触媒担体
１９を内燃機関から遠ざけて配置しても、排気集合管と
して二重管構造を採用することにより暖機性能が向上す
ることが分かる。また、このとき、触媒担体内の最高温
度と最低温度の差は、本発明がΔT＝約６０℃であるの
に対して、比較対照の排気管構造ではΔT＝約１３０℃
であった。よって、触媒担体１９に達する前に、触媒担
体１９の上流に設けられた空間部１７において十分に拡
散された排気ガスが触媒担体に均一の当たっていること
が分かる。
【００１０】
【発明の効果】請求項１に係る発明を採用することによ
り、内燃機関の各気筒の各は粋ポートから排出される排
気ガスは、集合部において、集合部内管の内側壁に直交
して衝突し拡散し始め、集合管及びその下流の空間部に
おいて十分に拡散が行われ、触媒担体に均等に当たる。
また、各排気通路及び集合部に二重管構造を採用したた
め、排気ガスは高温状態を維持したまま、触媒担体に均
等に当たる。したがって、触媒昇温に係る時間を短縮又
は維持したまま、触媒担体内の温度分布を均一にして熱
応力を低減することができる。
り、内燃機関の各気筒の各は粋ポートから排出される排
気ガスは、集合部において、集合部内管の内側壁に直交
して衝突し拡散し始め、集合管及びその下流の空間部に
おいて十分に拡散が行われ、触媒担体に均等に当たる。
また、各排気通路及び集合部に二重管構造を採用したた
め、排気ガスは高温状態を維持したまま、触媒担体に均
等に当たる。したがって、触媒昇温に係る時間を短縮又
は維持したまま、触媒担体内の温度分布を均一にして熱
応力を低減することができる。
【００１１】請求項２に係る発明を採用することによ
り、集合部下流の排気管と集合部を組付ける際に、集合
部下流の排気管が集合部の内管コーンを担ぐことなく組
付けることができる。よって、内管コーンが設計通りの
位置に配置され排気管構造の信頼性が向上する。
り、集合部下流の排気管と集合部を組付ける際に、集合
部下流の排気管が集合部の内管コーンを担ぐことなく組
付けることができる。よって、内管コーンが設計通りの
位置に配置され排気管構造の信頼性が向上する。
【図１】 本発明の実施例の側面図である。
【図２】 本発明の実施例の正面図である。
【図３】 本発明の実施例の上面図である。
【図４】 本発明の実施例の集合部の側面図の断面図で
ある。
ある。
【図５】 本発明と従来技術との触媒暖機性の比較を示
すグラフである。 １…排気管、３…取付フランジ、５…ボルト穴、７…排
気通路、９…内管パイプ、１１…外管、１３…内管コー
ン、１５…集合部、１７…空間部、１９…触媒担体、２
１…外管上部、２３…外管下部Ａ、２５…外管下部Ｂ、
２７…外管上部の外周端部、２９…外管下部Ａの外周端
部、３５…内管コーン下流の拡径部、３７…外管下部Ｂ
の上流部、４１…ワイヤメッシュリング、４７…触媒担
体ケース、４９…排ガス拡散部、５１…触媒担体保持
部、５７…内管リング、５９…触媒担体ケース上流の軸
方向端面、６１…内管コーン下流の軸方向端面、６５…
内管コーン内側壁
すグラフである。 １…排気管、３…取付フランジ、５…ボルト穴、７…排
気通路、９…内管パイプ、１１…外管、１３…内管コー
ン、１５…集合部、１７…空間部、１９…触媒担体、２
１…外管上部、２３…外管下部Ａ、２５…外管下部Ｂ、
２７…外管上部の外周端部、２９…外管下部Ａの外周端
部、３５…内管コーン下流の拡径部、３７…外管下部Ｂ
の上流部、４１…ワイヤメッシュリング、４７…触媒担
体ケース、４９…排ガス拡散部、５１…触媒担体保持
部、５７…内管リング、５９…触媒担体ケース上流の軸
方向端面、６１…内管コーン下流の軸方向端面、６５…
内管コーン内側壁
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 辰巳 清隆
愛知県西加茂郡三好町大字三好字八和田山
５番地35 株式会社三五八和田山工場内
Ｆターム(参考） 3G004 AA01 BA06 DA02 DA14 EA05
FA04
3G091 AB01 BA02 BA04 BA10 HA03
HB02
Claims (2)
- 【請求項１】内燃機関の複数の排気ポートに接続する複
数の排気通路及びその集合する集合部が内外二重構造で
あり、集合部の下流に排気ガスを浄化する触媒担体が設
置されている排気管構造において、前記集合部の内管は
各排気管通路の内管より大なる容積を有し、前記排気通
路内管から排出される排気ガスが前記集合部の内壁に衝
突するように構成され、前記触媒担体と集合部との間に
排気ガスを拡散させるための空間を設けたことを特徴と
する排気管構造。 - 【請求項２】前項の排気通路集合部とその下流の排気管
の接続構造において、集合部外管の内側に、集合部内管
下流端部の下流側に位置し、該内管下流端部より板厚が
厚く、外径が内管下流端部の外径と略同一の内管リング
を固定し、下流側から前記排気管を内管リングに嵌挿さ
せ、集合部外管及び内管リング及び集合部下流の排気管
を接合したことを特徴とする接続構造。 【０００１】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001396230A JP4112225B2 (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 排気管構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001396230A JP4112225B2 (ja) | 2001-12-27 | 2001-12-27 | 排気管構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003193835A true JP2003193835A (ja) | 2003-07-09 |
| JP4112225B2 JP4112225B2 (ja) | 2008-07-02 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5104960B2 (ja) * | 2008-11-05 | 2012-12-19 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の排気浄化装置 |
| JP2014211111A (ja) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | マツダ株式会社 | エンジンの触媒付き排気管構造 |
| JP2014211112A (ja) * | 2013-04-18 | 2014-11-13 | マツダ株式会社 | エンジンの触媒付き排気管構造 |
| WO2016152541A1 (ja) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | 本田技研工業株式会社 | 鞍乗型車両の排気装置 |
| WO2016152542A1 (ja) * | 2015-03-24 | 2016-09-29 | 本田技研工業株式会社 | 鞍乗型車両の排気装置 |
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-
2001
- 2001-12-27 JP JP2001396230A patent/JP4112225B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
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| JPWO2016152542A1 (ja) * | 2015-03-24 | 2018-01-25 | 本田技研工業株式会社 | 自動二輪車の排気装置 |
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| US10844769B2 (en) | 2015-03-24 | 2020-11-24 | Honda Motor Co., Ltd. | Exhaust device of motorcycle |
| JP2023027770A (ja) * | 2021-08-17 | 2023-03-02 | プーレム ゲー・エム・ベー・ハー | 内燃機関用の排ガス装置 |
| JP7425840B2 (ja) | 2021-08-17 | 2024-01-31 | プーレム ゲー・エム・ベー・ハー | 内燃機関用の排ガス装置 |
| US12025045B2 (en) | 2021-08-17 | 2024-07-02 | Purem GmbH | Exhaust gas system for an internal combustion engine |
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|---|---|
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