JP2007032369A - インシュレータ及び内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】遮熱性能及び遮音性能を向上させること。
【解決手段】このインシュレータ１０は、遮熱や遮音を目的として、車両１に搭載される内燃機関２のエキゾーストマニホールド３に取り付けられる。このインシュレータ１０は発泡アルミニウムで製造されており、内部には複数の微小空間が分散している。そして、少なくとも車両１の前方Ｌ側におけるインシュレータ１０の密度は、他の部分の密度よりも高くなっている。これによって遮熱性能及び遮音性能が向上する。
【選択図】 図３−１

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に取り付けられて、主として遮熱、遮音に用いられるインシュレータ及びこのインシュレータを備える内燃機関に関する。

内燃機関等の熱機関は、燃料を燃焼させて動力を発生するものであり、熱源や音源、あるいは振動源となる。熱機関から発生する熱や音等が無闇に拡散しないように、熱機関には各種のインシュレータが取り付けられる。このようなインシュレータは、熱や音、あるいは振動のうちいずれか一つの拡散を抑制することを目的として用いられることもあるが、多くの場合、複数の目的を達成するために用いられる。

例えば、内燃機関から排出される排ガスを浄化触媒等に導くエキゾーストマニホールドには、場合によっては毎分数千サイクルの脈動する圧力で高温の排ガスが流れる。このため、これに起因する熱や騒音が、前記内燃機関が搭載される車両のエンジンルーム内や、前記車両の外部に無闇へ拡散しないように、エキゾーストマニホールドには、遮熱、遮音を目的としたインシュレータが取り付けられる。

特許文献１には、アルミニウム板から構成されるヒートインシュレータであって、内燃機関の排気ポートとエキゾーストマニホールドとの間に設けられるガスケットと前記ヒートインシュレータとを相互に連結する連結部材を備えるヒートインシュレータが開示されている。

特開２００３−２９３７６５号公報

ところで、近年の乗用車等の車両では、衝突安全性を向上させるために強度メンバーを大きくしたり、クラッシャブルゾーンを大きくしたりする必要がある。このため、内燃機関を搭載するスペースは狭くなり、内燃機関やその補機類は狭い空間内に収められる。その結果、内燃機関から放射される熱や騒音は、エンジンルームや車両の外部へ拡散しやすくなる。また、車両が万一衝突した場合の衝突安全性を向上させるため、衝突のエネルギーを吸収するために、内燃機関の搭載スペース内の構造物をできる限り利用することが好ましい。

したがって、遮熱性や遮音性は、従来よりも向上させる必要があるが、特許文献１に開示されているヒートインシュレータでは、遮熱、遮音性能は不十分で、改善の余地がある。また、特許文献１に開示されているヒートインシュレータは、車両の衝突安全性を向上させることについては考慮されていない。

そこで、本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、遮熱性能及び遮音性能を向上させること、車両衝突時に発生するエネルギーの一部を吸収することのうち、少なくとも一つを達成できるインシュレータ及び内燃機関を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るインシュレータは、複数の空間を有する金属で構成されるとともに、車両に搭載される内燃機関の排気通路に取り付けられ、かつ、少なくとも前記車両の前方側における密度は、他の部分の密度よりも高いことを特徴とする。

このインシュレータは、内燃機関の排気通路（例えばエキゾーストマニホールド）に取り付けられるとともに、微小な空間を含む金属で構成される。これにより、発泡金属中の微小な空間によって排気通路から放射される熱と音とをより確実に遮断して、遮熱性能及び遮音性能を向上させることができる。

また、このインシュレータは発泡金属で構成されるため、発泡金属内の空間をつぶれ代として利用できる。これにより、車両の衝突時に発生するエネルギーを、車両に設けられるサイドメンバー等とともに吸収できる。また、車両の衝突時においては、一般的に衝突時のエネルギーは車両の前方から入力されるが、このインシュレータは、少なくとも車両の前方側における密度を他の部分よりも高くするので、車両の衝突時におけるエネルギーをより効率よく吸収できる。

次の本発明に係るインシュレータは、前記インシュレータにおいて、前記空間は、隔壁により区画される複数の中空通路であり、少なくとも前記車両の前方側における前記中空通路は、前記中空通路が形成される方向と前記車両の進行方向とが略平行に形成されることを特徴とする。

次の本発明に係るインシュレータは、前記インシュレータにおいて、前記車両の前方側における密度は、鉛直方向上側及び鉛直方向下側における密度よりも高いことを特徴とする。

次の本発明に係るインシュレータは、前記インシュレータにおいて、前記車両の前方側における密度は、前記排気通路の周囲における密度よりも高いことを特徴とする。

次の本発明に係るインシュレータは、前記インシュレータにおいて、前記排気通路に取り付けられる部分における前記インシュレータの密度は、前記車両の前方側における密度よりも高いことを特徴とする。

次の本発明に係るインシュレータは、前記インシュレータにおいて、前記金属は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする。

次の本発明に係る内燃機関は、前記インシュレータがエキゾーストマニホールドに取り付けられることを特徴とする。

本発明によれば、遮熱性能及び遮音性能を向上させること、車両衝突時に発生するエネルギーの一部を吸収することのうち、少なくとも一つを達成できる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）によりこの発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。本発明は、熱機関全般に対して適用できるが、特に、乗用車やバス、あるいはトラック等の車両に搭載される内燃機関に対して好ましく適用できる。

この実施形態に係るインシュレータは、金属の発泡体で構成され、かつ、車両に搭載される内燃機関の排気通路（例えばエキゾーストマニホールド）に取り付けられるとともに、前記車両の進行方向側における密度を、他の部分の密度よりも高くした点に特徴がある。次に、この実施形態に係るインシュレータについて説明する。ここで、この実施形態及びその改変例に係るインシュレータは、少なくとも遮熱機能を備えているヒートインシュレータであるが、さらに遮音機能や吸振機能その他の機能を備えていてもよい。

図１は、この実施形態に係るインシュレータを搭載した車両を示す側面図である。図２は、この実施形態に係るインシュレータを搭載した車両を示す平面図である。車両１は、駆動源として内燃機関２を搭載する。内燃機関２は、車両１の前部Ｌに設けられる内燃機関搭載空間１Ｅに格納される。

内燃機関２が発生する駆動力により車両１の車輪４が回転して、車両１は走行する。ここで、車両１を運転する運転手が車両１の運転席に座って車両１を運転するときに、運転手の視線が向く方向が車両１の前方Ｌとなる。車両１は、通常はその前方Ｌに向かって進行し（図１の矢印Ｆ方向）、車庫入れや切り返し等の特別な場合にのみ、車両１の後方Ｔ（図１の矢印Ｆとは反対方向）へ向かって進行する。

内燃機関２が運転されることにより内燃機関２の燃焼室から排出される排ガスは、排気通路を構成するエキゾーストマニホールド（以下エキマニ）３へ放出される。排ガスは、エキマニ３を通って浄化触媒５で浄化された後、消音器７で消音されてから大気中へ放出される。エキマニ３は、内燃機関２の燃焼室から放出される高温の排ガスが、毎分数百サイクルから毎分数千サイクルの脈動する圧力で通過するため、熱源及び騒音発生源となる。このため、エキマニ３には、遮熱、遮音を目的としてインシュレータ１０が取り付けられる。なお、エキマニ３以外の排気通路や、浄化触媒５に、この実施形態に係るインシュレータ１０を取り付けてもよい。次に、このインシュレータ１０について、より詳細に説明する。なお、次の説明においては、適宜図１、図２を参照されたい。

図３−１〜図３−４は、この実施形態に係るインシュレータの構成を示す説明図である。図４〜図６は、この実施形態に係るインシュレータの他の構成を示す説明図である。この実施形態に係るインシュレータ１０は、例えば、発泡アルミニウムのような金属の発泡体、すなわち、複数の微小な空間１１を有する金属（いわゆる発泡金属）で構成される（図３−３参照）。ここで、発泡金属とは、複数の微小な空間を含む金属多孔質体を意味する。いわゆる発泡金属においては、微小な空間１１の大きさや数を制御することにより、インシュレータ１０の場所により要求される特性に合わせて性質を変更することができ、また、複雑な形状に対応することもできる。

インシュレータ１０は、少なくとも前記車両１の前方Ｌ側における密度ρ_Lが、他の部分の密度よりも高く構成される。この実施形態においては、インシュレータ１０は、車両１の前方Ｌ側における密度ρ_Lが、鉛直方向上側Ｕにおける密度ρ_U及び鉛直方向下側Ｓにおける密度ρ_Sよりも高く構成される。このように、インシュレータ１０の場所によって、その密度を変更するにあたっては、インシュレータ１０の成形過程において、発泡の程度を制御することにより、インシュレータ１０を一体として製造してもよい。また、異なる密度の発泡金属を用意し、これらを適宜組み合わせることによって、インシュレータ１０の場所によって、その密度を変更してもよい。

ここで、鉛直方向とは、重力の作用方向（図３−１中の矢印Ｇ方向）をいい、鉛直方向下側Ｓは、重力の作用方向と同じ方向である。そして、鉛直方向上側Ｕは、重力の作用方向とは反対方向である。また、この実施形態において、インシュレータ１０の密度は、インシュレータ１０の単位体積当たりの質量をいい、インシュレータ１０に含まれる微小な空間１１の占有割合をいうものではない。

図１、図２、図３−１に示す内燃機関２は、いわゆる横置きで車両１に搭載されている。すなわち、内燃機関２のクランク軸２Ｃが、車両１の進行方向に対して略直交して配置される。一方、図３−２に示す内燃機関２ａは、いわゆる縦置きで車両１に搭載されている。すなわち、内燃機関２ａのクランク軸２Ｃａが、車両１の進行方向（図３−２の矢印Ｆ方向）に対して略平行に配置される。この場合も、インシュレータ１０は、少なくとも前記車両１の前方Ｌ側における密度ρ_Lが、他の部分の密度よりも高く構成されて、内燃機関２ａのエキマニ３ａに取り付けられる。

なお、図４に示すインシュレータ１０ａのように、少なくとも車両１の前方Ｌ側における密度ρ_Lを、エキマニ３の周囲における密度ρ_Cよりも高く構成してもよい。また、図５に示すインシュレータ１０ｂのように、少なくとも車両１の前方Ｌ側における密度ρ_Lを、他の部分における密度（例えばエキマニ３の周囲における密度ρ_C）よりも高くするとともに、エキマニ３に近くなるにしたがって車両１の前方Ｌ側におけるインシュレータ１０ｂの密度を徐々に小さくしてもよい。すなわち、車両１の前方Ｌ側におけるインシュレータ１０ｂの密度が、エキマニ３に近づくにしたがってρ_L1、ρ_L2、ρ_L3のように変化する場合には、ρ_L1＞ρ_L2＞ρ_L3（＞ρ_C）となる。

さらに、図６に示すインシュレータ１０ｃのように、少なくとも前記車両１の前方Ｌ側における密度ρ_Lを他の部分の密度（例えばエキマニ３の周囲における密度ρ_C）よりも高くするとともに、車両１の後方Ｔ側における密度ρ_Tも、他の部分の密度よりも高くしてもよい。このようにすれば、車両１の衝突によって発生するエネルギーの一部を、さらに効果的に吸収することができる。このように、この実施形態においては、少なくとも車両１の前方Ｌ側におけるインシュレータ１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃの密度を、他の部分の密度よりも高くすればよい。

インシュレータ１０、１０ａ等は、その取付部分１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃを介して、ボルト６Ｂとナット６Ｎとによってエキマニ３に取り付けられる。エキマニ３に対するインシュレータ１０、１０ａ等の取付部分１２、１２ａ等は、車両１の前方Ｌ側における密度ρ_Lよりも高くしてある。これは、取付部分１２、１２ａ等の強度を十分に確保し、インシュレータ１０、１０ａ等を確実にエキマニ３へ取り付けるためである。このため、取付部分１２、１２ａ等の密度ρ_Fは、インシュレータ１０、１０ａ等を構成する金属の理論密度と略同等とすることが好ましい。

この実施形態において、インシュレータ１０、１０ａ等を構成する金属は、アルミニウム又はその合金を用いる。アルミニウム又はその合金は理論密度が２．７ｋｇ／ｍ³前後と小さいので、インシュレータ１０、１０ａ等を軽量化でき、好ましい。なお、この実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａ等に適用できる金属は、アルミニウム又はその合金に限られるものではなく、使用条件等に応じて、例えば、耐熱性の高いＮｉ基の合金等を用いることができる。

この実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａ等は、いわゆる発泡金属で構成されるので、発泡金属中の微小な空間によってエキマニ３から放射される熱と音とをより確実に遮断することができる。また、この実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａ等は、発泡金属で構成されるため軽量化を図ることができる。特に、インシュレータ１０、１０ａ等の構成材料にアルミニウム又はその合金を用いれば、より軽量化に寄与する。これによって、車両１に搭載される内燃機関の燃料消費の低減や、車両１の動力性能の向上に寄与する。

また、金属の板材を用いた従来のインシュレータでは、これをエキマニに取り付ける場合や緩衝材や吸音材を挟む場合にグロメットを用いる必要があったが、この実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａでは、このようなグロメットは不要になる。これによって、この実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａを用いれば、部品点数を削減することができる。

さらに、この実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａ等は発泡金属で構成されるので、車両１が万一衝突した場合には、発泡金属中の空間をつぶれ代として利用することにより、衝突のエネルギーの一部をインシュレータ１０、１０ａ等に吸収させることができる。ここで、この実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａ等は、少なくとも車両１の前方Ｌ側における密度が、他の部分の密度よりも高く構成されているので、衝突のエネルギーの一部は、車両１の前方Ｌ側におけるインシュレータ１０、１０ａ等によって、より効果的に吸収される。

このように、この実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａ等を用いれば、発泡金属内の空間をつぶれ代として利用できるので、車両１の衝突時に発生するエネルギーを、車両１に設けられるサイドメンバー等とともに吸収できる。これによって、衝突の種類や衝突対象の種類等によって異なる様々な衝突形態に対しても、より対応しやすくなるという利点もある。

例えば、乗用車とトラックのような大型の車両との衝突の場合、乗用車側は衝突の衝撃を高い位置で吸収しなければならない。ここで、通常エキマニ３は車両１の比較的高い位置に取り付けられる関係上、この実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａ等を用いれば、このような衝突形態においてもインシュレータ１０、１０ａ等によって衝突のエネルギーの一部を吸収できる。

また、特に、近年の車両においては、衝突安全性を確保するために強度メンバーを大きくしたり、クラッシャブルゾーンを大きくしたりする関係上、内燃機関２の搭載スペースは小さくなる。そして、クラッシャブルゾーンを確保するため、内燃機関２と車両１との空間は大きくすることが求められる。このような場合、内燃機関２と車両１との空間にこの実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａ等を配置すれば、発泡金属内の空間をつぶれ代として利用できる。これにより、遮熱や遮音のため必ず配置しなければならないインシュレータ１０、１０ａ等を利用して、車両１の衝突時に発生するエネルギーの一部を吸収できるので、衝突安全性を効果的に向上させることができる。

さらに、通常、インシュレータの周辺に取り付けられる部品は、インシュレータから放射される熱の影響を緩和するため、インシュレータとある程度の空間を設けて取り付ける必要がある。このため、衝突安全性を確保する関係上、内燃機関２の収納スペースに制約が設けられる近年の車両においては、前記部品の配置が困難になる。

しかし、この実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａ等を用いれば、エキマニ３から放射される熱の遮熱性が向上するので、インシュレータ１０、１０ａ等の外表面の温度を低下させることができる。これによって、前記部品をインシュレータ１０、１０ａ等に接近させて配置することができ、場合によっては前記部品をインシュレータ１０、１０ａ等に接触させて配置することも可能となる。このように、この実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａ等では、その周囲における部品配置が容易になる。

特に、近年の車両のように、衝突安全性を確保するため内燃機関２の搭載スペースが制限される場合や、内燃機関２の搭載スペースが十分に確保できない車両（例えば軽乗用車）や、あるいは過給機やインタークーラー等の補機類を搭載することにより内燃機関２の搭載スペースが制限される場合等に好ましい。

（変形例）
この実施形態の変形例に係るインシュレータは、上記インシュレータと略同様の構成であるが、隔壁により区画される複数の中空通路で構成されるハニカム状の構造体であって、車両の進行方向側は、中空通路が車両の進行方向と略平行に形成される点が異なる。他の構成は上記実施形態の同様である。

図７−１は、この実施形態の変形例に係るインシュレータを示す断面図である。図７−２は、この実施形態の変形例に係るインシュレータを示す正面図である。図７−３は、この実施形態の変形例に係るインシュレータの内部構造を示す説明図である。図７−１〜図７−３に示すように、このインシュレータ１０ｄは、金属材料で構成されるとともに、複数の隔壁１３によって仕切られた複数の中空通路１４を備える。

図７−２に示すように、この変形例においては、中空通路１４は、通路が形成される方向に垂直な断面（すなわち通路軸Ｚに直交する断面、以下通路断面）の形状が六角形であり、インシュレータ１０ｄは、ハニカム状の構造体である。なお、中空通路１４の通路断面の形状は六角形に限られず、三角形、四角形その他の多角形や円形、楕円形であってもよい。

この変形例に係るインシュレータ１０ｄは、少なくとも車両１（図１、図２参照）の前方Ｌ側に配置される中空通路１４は、車両１の進行方向Ｆと略平行に形成される。すなわち、中空通路１４の通路軸Ｚが、車両１の進行方向Ｆと略平行に形成される。そして、車両１の前方Ｌ側における密度ρ_Lは、他の部分（例えば、インシュレータ１０ｄの鉛直方向上下部分や、インシュレータ１０ｄのエキマニ３の周囲における部分）の密度よりも高い。

ここで、インシュレータ１０ｄの密度は、例えば、中空通路１４が形成される方向に垂直な断面内における中空通路１４の断面積（以下断面内面積）を変更することによって変化させることができる。例えば、中空通路１４の断面内面積を大きくすると、インシュレータ１０ｄ内に形成される空間の体積は大きく、相対的に金属部分の体積は小さくなるため、インシュレータ１０ｄの密度は小さくなる。一方、中空通路１４の断面内面積を小さくすると、インシュレータ１０ｄ内に形成される空間の体積は小さく、相対的に金属部分の体積は大きくなるため、インシュレータ１０ｄの密度は大きくなる。

インシュレータ１０ｄの場所に応じて中空通路１４の断面内面積を変更することにより、インシュレータ１０ｄの体積を場所に応じて変更することができる。そして、車両１の前方Ｌ側における密度ρ_Lを、他の部分の密度（例えばインシュレータ１０ｄの鉛直方向上下部分の密度ρ_U、ρ_S）よりも高くすることによって、この変形例に係るインシュレータ１０ｄも、上記実施形態に係るインシュレータ１０、１０ａ等と同様の作用、効果が得られる。

また、この変形例に係るインシュレータ１０ｄは、少なくとも車両１（図１、図２参照）の前方Ｌ側に配置される中空通路１４が、車両１の前方Ｌと略平行に形成される。このため、中空通路１４が通路軸Ｚ方向につぶされる際には、上記実施形態で説明した発泡金属がつぶされる場合よりも大きなエネルギーを吸収することができる。これによって、車両１の衝突時に発生するエネルギーをより効果的に吸収できるので、衝突安全性をより向上させることができる。また、このインシュレータ１０ｄは、小さい体積でも大きな衝突エネルギーを吸収できるので、内燃機関２の搭載スペースの省スペース化を図ることもできる。

以上、この実施形態及びその変形例では、内燃機関の排気通路に取り付けられるインシュレータを、微小な空間を含む金属で構成するので、発泡金属中の微小な空間によって排気通路から放射される熱と音とをより確実に遮断することができる。また、この実施形態では、内燃機関の排気通路に取り付けられるインシュレータを発泡金属で構成するため、軽量化を図ることができる。その結果、内燃機関の燃料消費の低減や車両の動力性能の向上に寄与する。

さらに、この実施形態及びその変形例では、内燃機関の排気通路に取り付けられるインシュレータを発泡金属で構成するので、インシュレータ内に形成される空間をつぶれ代として利用できる。これによって、車両の衝突時に発生するエネルギーの一部を、車両に設けられるサイドメンバー等とともに吸収できるので、様々な衝突形態に対しても、より対応しやすくなる。また、車両の衝突時においては、一般的に衝突時のエネルギーは車両の前方から入力されるが、この実施形態及びその変形例では、少なくとも車両の前方側におけるインシュレータの密度を他の部分よりも高くするので、衝突時のエネルギーを効率よく吸収できる。

以上のように、本発明に係るインシュレータ及び内燃機関は、内燃機関に有用であり、特に、内燃機関が車両に搭載された場合において、遮熱性能及び遮音性能を向上させること、あるいは車両衝突時に発生するエネルギーの一部を吸収することに適している。

この実施形態に係るインシュレータを搭載した車両を示す側面図である。 この実施形態に係るインシュレータを搭載した車両を示す平面図である。 この実施形態に係るインシュレータの構成を示す説明図である。 この実施形態に係るインシュレータの構成を示す説明図である。 この実施形態に係るインシュレータの構成を示す説明図である。 この実施形態に係るインシュレータの構成を示す説明図である。 この実施形態に係るインシュレータの他の構成を示す説明図である。 この実施形態に係るインシュレータの他の構成を示す説明図である。 この実施形態に係るインシュレータの他の構成を示す説明図である。 この実施形態の変形例に係るインシュレータを示す断面図である。 この実施形態の変形例に係るインシュレータを示す正面図である。 この実施形態の変形例に係るインシュレータの内部構造を示す説明図である。

符号の説明

１ 車両
１Ｅ 内燃機関搭載空間
２、２ａ 内燃機関
２Ｃ、２Ｃａ クランク軸
３、３ａ エキゾーストマニホールド（エキマニ）
４ 車輪
５ 浄化触媒
６Ｎ ナット
６Ｂ ボルト
７ 消音器
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ インシュレータ
１１ 空間
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 取付部分
１３ 隔壁
１４ 中空通路
Ｆ 車両の進行方向
Ｌ 前方
Ｓ 鉛直方向下側
Ｔ 後方
Ｕ 鉛直方向上側

Claims (7)

1. 複数の空間を有する金属で構成されるとともに、車両に搭載される内燃機関の排気通路に取り付けられ、かつ、
   少なくとも前記車両の前方側における密度は、他の部分の密度よりも高いことを特徴とするインシュレータ。
2. 前記空間は、隔壁により区画される複数の中空通路であり、
   少なくとも前記車両の前方側における前記中空通路は、前記中空通路が形成される方向と前記車両の進行方向とが略平行に形成されることを特徴とする請求項１に記載のインシュレータ。
3. 前記車両の前方側における密度は、鉛直方向上側及び鉛直方向下側における密度よりも高いことを特徴とする請求項１又は２に記載のインシュレータ。
4. 前記車両の前方側における密度は、前記排気通路の周囲における密度よりも高いことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインシュレータ。
5. 前記排気通路に取り付けられる部分における前記インシュレータの密度は、前記車両の前方側における密度よりも高いことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインシュレータ。
6. 前記金属は、アルミニウム又はアルミニウム合金であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のインシュレータ。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のインシュレータがエキゾーストマニホールドに取り付けられることを特徴とする内燃機関。

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