JP2006300041A - Silencer outer cylinder and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関等の消音器に用いられる外筒とその製造方法に係る。 The present invention relates to an outer cylinder used for a silencer such as an internal combustion engine and a method for manufacturing the same.
従来、内燃機関の排気管の途中に介装される消音器には、一枚の金属板材を密着状に巻回した複層外筒が一般的に用いられる。そして、この外筒内に各種パイプと仕切板(セパレータ)を配し、外筒両端面を端板(アウタプレート)で閉塞して、消音器が構成されている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a multi-layer outer cylinder in which a single metal plate is wound in close contact is generally used for a silencer interposed in the middle of an exhaust pipe of an internal combustion engine. Various pipes and a partition plate (separator) are arranged in the outer cylinder, and both end surfaces of the outer cylinder are closed with end plates (outer plates) to constitute a silencer.
内燃機関を搭載する車両においては、上記消音器を複数介設した排気管を床下に水平懸架するのが通例であるが、近時は搭乗及び積載スペースの拡大要求から床面のフラット化と低位置化が求められ、それに応じた消音器の扁平化が必要となっている。しかしながら、消音には一定容量が必要であるため、消音量を維持するならば消音器は扁平化に伴い長手方向(扁平断面と直角方向)へ延長せざるを得ない。結果、扁平な消音器の上面と下面には、長手方向に長大な略平面(曲率が非常に小さい曲面)が形成される。一般に消音器の外筒は、膜振動に起因する放射音を抑制するため外筒全周を曲面で構成し剛性を向上させているが、扁平化に伴う略平面は低剛性化を招き、放射音の悪化が懸念される。 In vehicles equipped with an internal combustion engine, it is customary to horizontally suspend an exhaust pipe with a plurality of silencers below the floor. Positioning is required, and the silencer needs to be flattened accordingly. However, since a certain volume is required for noise reduction, the silencer must be extended in the longitudinal direction (perpendicular to the flat cross section) along with flattening if the noise reduction is maintained. As a result, a substantially flat surface (a curved surface having a very small curvature) that is long in the longitudinal direction is formed on the upper and lower surfaces of the flat silencer. In general, the outer cylinder of a silencer is constructed with a curved surface around the outer cylinder to improve the rigidity in order to suppress radiated sound caused by membrane vibration. There is concern about sound deterioration.
扁平外筒の高剛性化手段として、長手方向に延在する仕切板を外筒内面に固定する構造が特許文献1に開示されている。この構造によれば放射面たる上面と下面は長手方向に亘って仕切板で相互締結され、高剛性化が期待できる。しかしながら、形成した外筒内へ仕切板を隙間無く挿入し正確な位置に溶接固定することは、製造上著しく困難である。また、溶接による歪も不可避であるとともに、高温下での耐久強度も好ましくない。さらに、外筒が複層である消音器への適用が不明である。一方、外筒ではないが、円断面の排気管内に仕切板を一体形成する製造方法が、特許文献2に開示されている。これによれば、分割構造の芯材で板材を挟み、芯材を回転させつつ板材末端を押すことで、円断面の排気管と仕切板を一体形成できる。 As a means for increasing the rigidity of a flat outer cylinder,
しかしながら、比較的厚板(t1.0以上)の排気管はともかく、薄板(t0.6程度)を複層巻回する消音器外筒においては、端部を押すと座屈してしまう。また、複層に巻回された外筒への適用、及び、非円断面への適用については不明である。従って、本発明の目的は、薄板の複層かつ扁平断面の外筒であっても仕切板の固定が確実に維持される構造、及びその製造方法を提供することにある。 However, aside from an exhaust pipe of a relatively thick plate (t1.0 or more), a silencer outer cylinder that winds a thin plate (about t0.6) in multiple layers is buckled when the end is pushed. Moreover, it is unclear about the application to the outer cylinder wound in the multilayer and the application to the non-circular cross section. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a structure in which fixing of a partition plate is reliably maintained even with an outer cylinder having a thin multilayer structure and a flat cross section, and a manufacturing method thereof.
上記課題を解決するため、本発明は請求項1記載のように、巻回状に密着する複層を有し、最内層とその内部に長手方向に延在する仕切板とが一体に形成された消音器の外筒とした。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has a multilayer that adheres in a wound shape as described in
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の消音器の外筒の製造方法であって、外筒の所望断面と近似の断面を構成する複数の芯材で板材の一部を幅方向に亘って挟持し、複数の芯材を少なくとも360度以上回転して板材を複層に巻回して、最内層とその内部に長手方向に延在する仕切板とを一体に形成することを特徴とする消音器の外筒の製造方法である。 Invention of
請求項3に記載の発明のように、請求項2に記載の製造方法において、複数の芯材が相互に異なる断面であるとともに、板材の挟持部分を通る軸を中心に回転させるとよい。 As in the third aspect of the invention, in the manufacturing method of the second aspect, the plurality of core members may have different cross-sections and may be rotated about an axis passing through the sandwiched portion of the plate members.
また、請求項4に記載の発明のように、請求項2又は請求項3記載の製造方法において、回転中に、前記巻回方向と逆の力を板材に付与するとよい。 Moreover, like the invention of
そして、請求項5に記載の発明のように、請求項2乃至請求項4に記載の何れかの製造方法において、板材は、厚さが異なる複数の板材を接合してもよい。 And like invention of
請求項1記載の発明によれば、消音器の複層の外筒において最内層と一体に仕切板が構成されるので、仕切板は長手方向に亘って強固に保持される。また、溶接に起因する歪や耐久強度上の問題も、発生しない。 According to the first aspect of the present invention, since the partition plate is formed integrally with the innermost layer in the multilayer outer cylinder of the silencer, the partition plate is firmly held in the longitudinal direction. In addition, there is no problem of distortion or durability due to welding.
請求項2記載の発明によれば、仕切板から複層巻回部までが一体形成されるので、製造における仕切板の挿入〜位置決め〜組付精度の問題、及び、溶接に伴う不具合は一切発生しない。また、一連の芯材回転だけで形成できるので、極めて作業効率が良い。回転角度を増やせば、巻回層の更なる多層化にも対応可能である。 According to the second aspect of the present invention, since the partition plate to the multi-layer winding portion are integrally formed, there are no problems with the insertion of the partition plate through positioning to assembling accuracy in manufacturing, and problems with welding. do not do. Moreover, since it can be formed only by a series of core material rotations, the working efficiency is extremely good. If the rotation angle is increased, it is possible to cope with further multilayering of the wound layer.
請求項3記載の発明によれば、扁平断面の中心と仕切板がオフセットしていても、形成可能である。 According to invention of
請求項4記載の発明によれば、回転時、すなわち仕切板形成時及び巻回時に巻回方向とは逆向きの力(テンション)を板材へ付与し続けるので、板材が芯材及び内層に密着して形状精度の高い外筒を形成できる。 According to the fourth aspect of the present invention, a force opposite to the winding direction (tension) is continuously applied to the plate during rotation, that is, when the partition plate is formed and during winding, so that the plate is in close contact with the core and the inner layer. Thus, an outer cylinder with high shape accuracy can be formed.
請求項5記載の発明によれば、外筒の各部位の必要強度に則して、部位毎に板厚を変えることができる。 According to the invention described in
本発明を実施するための最良の形態を図1乃至図10に示す実施例に基づいて説明する。図1に示す第1の実施例の消音器の外筒10の製造は、図(a)から図(c)の工程にて構成される。先ず、準備工程(図示しない)にて素材をクランク状に折り曲げて、図2に示す板材1を形成する。板材1は、板幅に亘る中央の仕切部5(仕切板に相当)と、その両端から直角に延出する一般面3とから成り、矩形と円形の連通孔12も穿設されている。一般面3は、後工程において巻回される部分である。 The best mode for carrying out the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS. The manufacture of the
(a)工程は、巻回加工に備えてのセット工程である。同一断面である2つの芯材2は、中央の回転中心4周りに回転自在かつ相互に近接離反自在なように、図示しない装置によって支持されている。芯材2は対向する押圧面9同士の間に仕切部5を挟持した状態において、所望の外筒断面と略同等の断面形状とされている。芯材2を相互に離反させ押圧面9間に若干の隙間を形成しておいて、板材1の仕切部5をその隙間内へ配置する。その後、芯材2を相互に近接し、両押圧面9にて仕切部5を強固に挟持する。そして、折り曲げ部横を押圧ローラ6にて略求心方向へ押圧し、板材1を芯材2に密着させる。なお、両押圧ローラ6は押圧装置7によって常に荷重一定で押圧されており、後述の巻回工程にあっては、板材1からの反力に応じ押圧装置7がストロークすることによって、両押圧ローラ6が自由にその位置を変えて追従する。そして、求心方向への折り曲げ荷重付与とともに、板材1に対して常に反巻回方向への力(テンション)も付与することになり、板材1の芯材2への密着を確実化する。(a)図のセット状態から、仕切部5の挟持を維持したまま板材1及び芯材2を回転中心4を通る軸周りにα方向へ回転させ、次工程に至る。なお、回転中心4は両芯材2を合せた状態の中心であって、仕切部5の中心を貫通することが好ましい。 (A) A process is a set process in preparation for winding. Two
(b)工程は、(a)工程からα方向へ180度回転した途中状態であって、両芯材2の巻回面8に板材1の一般面3が密着巻回し、最内層が形成されたところである。ここにおいて仕切部5と最内層とが一体形成され、その断面は略θ形状であることがわかる。そして、仕切部5の両端には、比較的大きな折り曲げR14(後述)が形成されている。このまま更にα方向への回転を続け、次工程に至る。 The step (b) is a state in the middle of being rotated 180 degrees in the α direction from the step (a), and the
(a)工程から360度回転した(c)工程において、回転を停止する。これにて2層の巻回外筒が形成され、終端13付近のみ3層となった。これにて外筒を完成としてもよいが、形状固定のために、終端13付近にレーザビーム11を放射しレーザ溶接で仮止めしておくとよい。あるいは、同位置を長手方向に連続溶接(本溶接)して、外筒を完成させても良い。また、適宜巻回層同士をスポット溶接等で固定してもよい。停止時及び溶接時には、溶接のために終端13付近を押圧ローラ6が押さえていることが、巻回層の密着維持のために望ましい。外筒形成が終了したら、芯材2の挟持を緩めて芯材2の片側から外筒10を抜き取る。抜き取る時のみ芯材2が片持ちになって、常時は芯材2の(長手方向)両側を回転自在に保持する装置であることが好ましい。さらには、芯材2自身が若干縮径可能であると、外筒10を抜き取り易い。 (A) In the step (c) rotated 360 degrees from the step, the rotation is stopped. As a result, a two-layer wound outer cylinder was formed, and only the vicinity of the
図3は、第1の実施例によって形成された外筒10の全体斜視図である。仕切部5は大き目のR14を介して外筒の最内層に連続し、更に内層は外層へと連続し、外層の終端13は自身に溶接固定されている。消音器としての実使用において、高温ガスに曝される仕切部5は径方向に熱膨張し最内層との間に応力が発生するが、それを大き目のR14が吸収・緩和するので、仕切部5及び最内層の変形・破損を防止できる。しかして、最内層に対して仕切部5を、熱膨張応力を緩和しつつ強固に保持できる。更に、仕切部5は溶接による固定ではないので、溶接に起因する不具合も発生しない。 FIG. 3 is an overall perspective view of the
図4は、第1実施例の外筒10を消音器15に組込んだ例である。外筒10内に、連通孔(図示しない)が穿設されたセパレータ(隔壁)21を2枚圧入し、更に、各セパレータ21にインレットパイプ17とアウトレットパイプ18を圧入する。そして、インレットパイプ17とアウトレットパイプ18を貫通させて、端板16を外筒10の両端に嵌合固定する。インレットパイプ17とアウトレットパイプ18には、夫々小孔群19と20が穿設されている。 FIG. 4 is an example in which the
以上のような構成において、インレットパイプ17へ流入した排気ガスは、一部が小孔群19から漏洩しつつ管端開口から放出される。漏洩及び放出された排気ガスは、仕切部5の各連通孔12を通って、アウトレットパイプ18の管端開口及び小孔群20へ流入し、やがて消音器15外へ排出される。この流下過程において、拡張作用・共鳴作用により消音がなされる。その際、排気ガス脈動により外筒の上下面は加振されるが、仕切部5によって長手方向に亘り強固に相互締結しているので、膜振動は抑えられ放射音の発生が防止される。
なお、本実施例は外筒10を消音器へ適用する際の一例に過ぎず、消音器構造や端板の組合せは任意である。In the above configuration, the exhaust gas that has flowed into the
In addition, a present Example is only an example at the time of applying the
図5乃至図7に示すのは、外筒の製造方法の第2の実施例である。先ず、準備工程(図示しない)にて、図6に示す板材31を形成する。板材31は、厚板(t1.0)である仕切部35を先端部に配し、その後に薄板(t0.6)の一般面を溶接接続した、所謂テーラードブランク材である。略クランク状に折り曲げられた仕切部35には、複数の連通孔38が穿設されるとともに、幅方向の両端には矩形の切欠32も形成されている。 FIG. 5 to FIG. 7 show a second embodiment of the outer cylinder manufacturing method. First, a
図5のセット工程において、仕切部35の幅方向に亘って芯材32及び33で強固に挟持する。芯材32及び33は非同一断面であり、合せた時の断面中心に対し仕切部35はオフセットした形になる。そして、仕切部35の中心36を通る中心軸周りにα方向へ回転し、板材31の一般部を両芯材へと巻回する。その際、第1の実施例と同様に巻回部付近を押圧ローラ6にて押圧するが、巻回は片側だけで行われるので、押圧ローラ6も片側(図上方)だけでよい。更に、板材31の終端40をクランプ装置37にて把持し、反巻回方向βへ一定のテンションを付与しながら追従させると、更に巻回部の密着度が向上する。 In the setting step of FIG. 5, the
図7は、第2の実施例の製造方法によって形成された外筒39の全体斜視図である。厚板の仕切部35が薄板外筒の最内層に一体形成され、更に内層は外層へと一体に連続し、外層の終端40は外層自身に溶接固定されている。また、仕切部35の先端(図の下端)を最内層へ溶接固定してもよいが、強度上は一体部で充分なので、この部分の固定は必要最小限で構わない。このように、外筒断面形状によって芯材を同断面に分割できない場合、あるいは、仕切部の肉厚を大きくとって強度を持たせたい場合には、本実施例が好適である。 FIG. 7 is an overall perspective view of the outer cylinder 39 formed by the manufacturing method of the second embodiment. A thick
図8に示す第3の実施例は、第1の実施例において、板材(仕切部)を折り曲げる準備工程を省略する場合の製造方法である。板材1の仕切部5形成予定部位を、芯材2で挟持する。押圧ローラ6は最適位置に配すればよいが、押圧装置7が芯材2と干渉しないように配慮する。このようなセット状態から、第1の実施例と同じように巻回する。このとき、第2の実施例と同様、一般面3の終端をクランプ装置37にて把持し、反巻回方向へ一定のテンションを付与しながら追従させると好適である。本実施例の製造方法によれば準備工程を省略できるメリットはあるが、板材の折り曲げには巻回よりも力が必要となるので、芯材2の挟持力及び回転力を強くする必要がある。 The third embodiment shown in FIG. 8 is a manufacturing method in the case of omitting the preparation step of bending the plate material (partition part) in the first embodiment. A portion where the
図9に示す第4の実施例は、第1の実施例あるいは第3の実施例において、仕切部53が非平面である場合の製造方法である。準備工程で予め仕切部53を曲面に形成するか、あるいは、板材50を芯材51及び52で挟持して仕切部53を曲面に形成する。そして、仕切部53を強固に挟持したセット状態から、第1の実施例と同じように巻回する。このように、芯材の挟持面の形状を仕切部の所望面に適合させることによって、任意の仕切部形状であっても対応可能である。 The fourth embodiment shown in FIG. 9 is a manufacturing method in the case where the partition 53 is non-planar in the first embodiment or the third embodiment. In the preparation step, the partition portion 53 is formed in a curved surface in advance, or the partition member 53 is formed in a curved surface by sandwiching the
図10に示す第5の実施例は、図4に示した第1の実施例の消音器の外筒の、別の製造方法である。第1の実施例において外筒10形成後に挿入するセパレータを、外筒形成前に板材に予め固定しておくものである。第1の実施例と同様、準備工程にて板材を折り曲げて仕切部61を有する板材60を形成する。その後、仕切部61の両面にセパレータ62をスポット溶接等で固定する。各セパレータ62には、連通孔66が2つ穿設されている。なお、必要に応じてセパレータ62側面と板材60一般面とを溶接固定してもよい。 The fifth embodiment shown in FIG. 10 is another method for manufacturing the outer cylinder of the silencer of the first embodiment shown in FIG. In the first embodiment, the separator to be inserted after the
そして、板材60を図1と同要領で巻回するのであるが、セパレータ62の外周面は各芯材の外周面と一致するか、若干大径にしておくとよい。また、セパレータ62が介在するため、芯材は長手方向に分断されるので、長手方向にも近接離反が自在に芯材が保持されていることが好ましい。このように巻回時にセパレータ62が存在することによって、セパレータ62外周面と板材61が確実に密着する。また、仕切部61とセパレータ62が固定されることで、長手方向及び幅方向に亘り上下面を強固に相互締結することになるため、膜振動は一層抑えられ放射音の発生が確実に防止される。なお、セパレータ22の枚数や配置間隔や連通孔形状は任意である。 Then, the
本実施例に限らず全ての実施例において、巻回層は3重以上でもよいし、芯材の断面形状及び分割位置は任意である。また、巻回する板材は単層でなく複層でも構わないし、その複層板材間に断熱材等を予め挟持しておいてもよい。また、準備工程にて、板材一般面にも開孔やリブや凹凸等を形成しておいてもよい。また、板材一般面にテーラードブランク材を適用し、巻回後の内層と外層で板厚が異なるように設定してもよい。また、仕切部やセパレータの連通孔に連通パイプを嵌合固定しておいてもよいし、連通孔や連通パイプの開閉状態を任意制御するバルブ(弁体)を設けてもよい。さらに、終端の固定は長手方向への連続的あるいは間歇的なレーザ溶接に限らず、シーム溶接やスポット溶接等、適宜援用すればよい。 In all the embodiments, not limited to this embodiment, the winding layer may be three or more layers, and the cross-sectional shape and the dividing position of the core material are arbitrary. Moreover, the board | plate material to wind may not be a single | mono layer but may be a multilayer, and a heat insulating material etc. may be pinched | interposed between the multilayer board | plate materials previously. Moreover, you may form an opening, a rib, an unevenness | corrugation, etc. also in a board | plate general surface in a preparatory process. Further, a tailored blank material may be applied to the general surface of the plate material, and the thickness may be set to be different between the inner layer and the outer layer after winding. Further, the communication pipe may be fitted and fixed in the communication hole of the partition part or the separator, or a valve (valve element) for arbitrarily controlling the open / close state of the communication hole or the communication pipe may be provided. Furthermore, the fixing of the end is not limited to continuous or intermittent laser welding in the longitudinal direction, and may be appropriately used such as seam welding or spot welding.
以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の設計変更があっても、本発明に包含される。また、排気浄化装置や熱交換機を外筒内に収納してもよい。そして、適用対象は自動車等の内燃機関用に限定するものではなく、汎用エンジンや据置式燃焼装置等、あらゆる排気ガス発生装置の消音器の外筒に適用可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and design changes within a range not departing from the gist of the present invention are also included in the present invention. Moreover, you may accommodate an exhaust gas purification apparatus and a heat exchanger in an outer cylinder. The application target is not limited to an internal combustion engine such as an automobile, but can be applied to the outer cylinder of a silencer of any exhaust gas generator such as a general-purpose engine or a stationary combustion device.
1,31,50,60 板材
2,32,33,51,52 芯材
3,54 一般面
4,36,55 回転中心
5,35,53,61 仕切部
6 押圧ローラ
7 押圧装置
8 巻回面
9 押圧面
10,39 外筒
11 レーザビーム
12,38,63,64,65,66 連通孔
13,40 終端
14 R
15 消音器
16 端板
17 インレットパイプ
18 アウトレットパイプ
19,20 小孔群
21,62 セパレータ
37 クランプ装置
α 巻回方向
β 反巻回方向1, 31, 50, 60
15
Claims (5)
該複層の最内層とその内部に長手方向に延在する仕切部とが一体に形成されたことを特徴とする消音器の外筒。It has a multilayer that adheres in a wound shape,
An outer cylinder of a silencer, wherein the innermost layer of the multilayer and a partition portion extending in the longitudinal direction are integrally formed therein.
前記複数の芯材を少なくとも360度以上回転し前記板材を巻回して複層を形成し、
該複層の最内層とその内部に長手方向に延在する仕切部とを一体形成することを特徴とする消音器の外筒の製造方法。A part of the plate material is sandwiched across the width direction with a plurality of core materials constituting an approximate cross section with a desired outer cylinder,
Rotating the plurality of core materials at least 360 degrees or more and winding the plate material to form a multilayer,
A method of manufacturing an outer cylinder of a silencer, wherein the innermost layer of the multilayer and a partition extending in the longitudinal direction are integrally formed therein.
前記板材の挟持部分を通る軸を中心に回転することを特徴とする請求項2記載の消音器の外筒の製造方法。The cores have different cross sections from each other,
The method of manufacturing an outer cylinder of a silencer according to claim 2, wherein the outer cylinder rotates around an axis passing through the sandwiched portion of the plate material.
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