JP2007239749A - 排気システムの部品 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は内燃機関、特に動力車両の内燃機関用の排気システム１の排気輸送部品２に関し、安価に製造することを課題とする。
【解決手段】前記部品２はパイプ４を備え、そのパイプ４は一方の長手方向端６から他方の長手方向端７へ、内部を排気ガスが流れ、長手方向端６、７の間には長手方向部分８があり、その壁９に小孔群１０が設けられている。前記部品２はハウジング５も有し、それは前記パイプ４を円周方向に取り巻く。前記パイプ４は、長手方向端６を有する一方の端領域１１と、他の長手方向端７を有する他方の端領域１２で前記ハウジング５に連結固定される。稼働中に生じる熱応力に前記部品２が耐えられるようにするため、前記小孔群１０は、前記長手方向部分８が、弾性変形によって、前記パイプ４と前記ハウジング５の間の長手方向熱膨張力を吸収できるように設計されている。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関、特に動力車両の内燃機関用の排気システムの排気輸送部品に関する。本発明はまた、かかる部品を装備した排気システムに関する。

内燃機関の排気システムは、特に動力車両においては、複数の部品からなり、その中にはハウジング内に設置された排気輸送パイプが含まれる。例えば、マフラーには複数のパイプがあり、それらはマフラーのハウジング内に配置されている。各パイプの壁を空中伝播音が通過するように設計することが、例えば空中伝播音の減衰が生じる吸音空間に空中伝播音が入るようにすることが、必要である。この目的のため、各パイプには小孔群が設けられる。特に前部マフラーは、有孔パイプの周囲をハウジングが円周方向に取り巻き、リング形状の吸音室を形成している。

排気システムは、稼働中、特に排気システムを装備した内燃機関のウォームアップ期間には、高い熱応力にさらされる。内側にある排気輸送パイプと、外側にあるハウジングの間には、かなり大きな温度差が生じる。加えて、またはそれに代えて、パイプとハウジングは異なる熱膨張係数を有する異なる材料で製造されることがある。これは、大きく異なる長手方向の熱応力が、一方ではパイプに、他方ではハウジングに、生じるという結果をもたらす。パイプとハウジングの間に許容限度を超す熱起因応力が生じないよう、各パイプを一端領域のみでハウジングに取り付け、他端領域ではスライド座により長手方向に変位可能にハウジングに支持させることが、従来行われている。これにより、パイプはハウジングに対し長手方向に動くことになり、パイプとハウジングの間に熱起因応力は生じない。しかしながら、このようなスライド座を設けることは、特に、かなり厳しい製造公差を守らねばならないことから、製造コストがかなり高くつく。さらに、このようなスライド座は、不快な騒音の音源ともなる。

本発明は、上記のような部品及び排気システムの改良形態であって、安価に製造できることを特徴とするものを提供するという課題に関わるものである。

かかる課題は、本発明の独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は従属請求項の主題となっている。

本発明が立脚するのは、小孔群の目的に合わせた選択及び／または設計により、パイプを長手方向における弾性的柔軟性を増したものにするという基本的アイデアである。小孔群の寸法を適切なものとすることにより、パイプの柔軟性を目的に合わせたものにすることができ、パイプとハウジングの間の熱起因長手方向膨張力は、小孔群を設けられたパイプの長手方向部による弾性変形を通じ、広く吸収される。多少の塑性変形は、パイプ及び／または各部品を危険にさらすようなものでない限り、本質的に許容可能である。小孔群は、それを設けられたパイプの長手方向部分が多かれ少なかればねとして動作するように設計される。熱起因長手方向膨張は、従って、パイプのばね弾性で吸収される。小孔群によって達成されたパイプのばね弾性のため、パイプを両方の端領域でハウジングに連結固定することができる。スライド座はもはや必要でない。これにより、部品の組み付け及び／または有孔パイプとハウジングを装備した排気システムの組み付けが大いに簡単化される。特に、一層多くの同一部品を使用できるようになる。例えば、ハウジングは同一の半割外殻から組立可能となる。パイプ及び／またはハウジングは対称設計とすることができ、これにより、パイプの組み付け方向を気にしないで済むようになる。

さらに、二つの端領域がハウジングに連結固定されていることにより、ハウジングに顕著な補強効果が生じ、この領域での部品の安定性が増す。

さらに、例えばスライド座の領域で相対運動によって起こるような、騒音発生の傾向が減少する。

有利な実施形態では、小孔群は、長手方向がパイプの円周方向に延びる長穴により形成される。この設計により、パイプの弾性は、その長手方向において特に顕著に増大する。

本発明の他の重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、及び図面に基づく個々の形象の説明より明らかとなる。

前述の、あるいは後述する特徴は、ここに示された特定の組み合わせでのみ用いられるのではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせで、あるいは単独で、用いられることは自明である。

本発明によると、安価に製造できることを特徴とする内燃機関用の排気システムの排気輸送部品及びかかる部品を装備した排気システムを提供することができる。

本発明の好ましい実施形態は、図面に描かれ、以下の記述で一層詳細に説明される。

図面は図１のみであり、そこには排気システムの部品の長手方向断面が簡単化された形で示されている。

図１によれば、内燃機関（図示しない）の排気システム１（その一部のみ図示されている）は、少なくとも１個の部品２を含む。部品２は例えば排気システム１の排気ライン３に連結される。排気システム１は内燃機関、例えば動力車両に搭載された内燃機関から排気ガスを搬出する役割を果たす。従って、部品２も排気を搬出する役割を果たす。すなわち、内燃機関の稼働中、部品２の中を排気ガスが流れる。

部品２はパイプ４とハウジング５を有する。パイプ４は二つの長手方向端、すなわち第１の長手方向端６と第２の長手方向端７を有する。長手方向端６、７はそれぞれパイプ４の長手方向に開口している。本実施形態では、パイプ４は直線状に延びるものであり、長手方向端６、７は軸線方向に開口する。加えて、ここではパイプ４は円筒形に設計されており、円形または楕円形の断面を有する。本質的に、パイプ４が湾曲しているという実施形態も想定可能である。

かくして、内燃機関の稼働中、排気ガスはパイプ４を通り一方の（第１の）長手方向端６から他方の（第２の）長手方向端７へと流れる。パイプ４は、長手方向端６、７の間に、かっこでくくって示す長手方向部分８を有する。この長手方向部分８において、パイプ４は小孔群１０が設けられた壁９を有する。これと対照的に、パイプの端領域、すなわち第１の端領域１１と第２の端領域１２には、それぞれ、小孔１０の全くない壁９´が設けられている。

パイプ４は、長手方向部分８の小孔群１０を通じ空中伝播音が放射方向に通過するように設計されている。

パイプ４は、第１の長手方向端６を有する第１の端領域１１でハウジング５に連結固定されている。同様にパイプ４は、第２の長手方向端７を有する第２の端領域１２でもハウジング５に連結固定される。ハウジング５とパイプ４の端領域１１、１２との連結固定は、例えば、ロウ付け結合、溶接結合、つば出し結合、または同様に効果的な他の方法でなされる。これにより、ハウジング５には端領域１１、１２に割り当てられた長手方向部分に高い補強効果が生じる。

パイプ４の長手方向部分８の小孔群１０は、パイプ４とハウジング５の間の熱起因長手方向膨張力を、長手方向部分８が弾性変形することにより長手方向部分８が吸収するように設計される。例えば、排気システム１の稼働中、排気ガスに直接さらされるパイプ４は、周囲に熱を放散できるハウジング５よりもずっと熱くなる。これにより、パイプ４とハウジング５の間に温度差が生じ、一方ではパイプ４に、他方ではハウジング５に、大きく異なる長手方向膨張をもたらす。加えて、またはそれに代えて、パイプ４とハウジング５の材料選択により、長手方向膨張に差が生じる。例えば、オーステナイト鋼とフェライト鋼の組み合わせなどが典型的なものである。パイプ４はハウジング５よりも長手方向にはるかに多く膨張しようとする傾向を有する。パイプ４は、ここに示す部品２の場合、端領域１１、１２でハウジング５に連結固定されており、そのためパイプ４は、ハウジング５との比較において、要求される程度にまで膨張することができず、それに見合った長手方向膨張力がパイプ４とハウジング５の間に生じる。小孔群１０のためパイプ４はハウジング５よりも柔らかく、長手方向部分８は圧縮可能である。小孔群１０が特にこのように設計されているため、圧縮は長手方向部分８の弾性変形範囲に広く生じる。結果として生じた長手方向膨張力は長手方向部分８に、本質的にばね弾性で吸収される。小孔群１０の助けで達成された長手方向部分８及び／またはパイプ４のばね弾性により、パイプ４にも、ハウジング５にも、パイプ４とハウジング５の間の結合点にも、過剰な力を及ぼすことなく、異なる長手方向膨張は吸収される。

小孔群１０の設計は、排気システム１及び／またはそれを装備した内燃機関が通常の稼働を行っている間、パイプ４とハウジング５の間に予測される最大温度差で起きる弾性変形によって本質的に生じるパイプ４とハウジング５の間の長手方向熱膨張力をも長手方向部分８が吸収できる設計であることが望ましい。

長手方向部分８に生じる変形は主として弾性変形である。部品２の製品寿命の間に塑性変形も生じることは明らかである。小孔群１０があるため、長手方向部分８の変形は弾性領域で生じ、パイプ４に生じ得る塑性変形も、部品２の予測製品寿命の間、パイプ４に深刻な障害をもたらさない。

二つの端領域１１、１２はハウジング５に同じ手法で取り付けることができるので、パイプ４とハウジング５を対称設計とすることができる。これにより、部品２の組立を簡単化することができる。加えて、パイプ４の製造とハウジング５の製造も簡単化される。特に、例えばハウジング５は、二つの同一半割外殻から組み立てることができる。

ここに示した好ましい実施形態では、小孔群１０は多数の長穴１３からなる。個々の長穴１３は、壁９に、その長手方向がパイプ４の円周方向に沿って延びるように配置される。加えて、好ましくは、全ての長穴１３が同じ寸法にされる。長穴１３は、ここでは穴列１４としての配置となっている。これらの穴列は各々、パイプ４の円周方向において互いに離れている複数の長穴１３を含み、パイプ４の長手方向において互いに隣接するように配置されている。各穴列１４は、例えば、２個から１０個の長穴１３、４個から８個の長穴１３、または６個の長穴１３を有することとすることができる。

パイプ長手方向において、パイプ４に要求通りのばね弾性を実現させるため、各穴列１４の長穴１３は、パイプ４の長手方向において隣接する穴列１４の長穴１３と、パイプ４の円周方向においてずれを生じる形で配置される。ここに示す望ましい実施形態では、一つの穴列１４の長穴１３と、パイプ長手方向においてそれと隣接する穴列１４の長穴１３の間のずれ１５は、パイプ円周方向に測定した長穴１３の長さの半分の長さ１６に、同じ穴列１４における隣接する二つの長穴１３のパイプ円周方向の間隔の半分の間隔１７を加えた寸法に丁度等しくなっている。これは、一つの穴列１４から次の穴列１４までの距離１８に関し、隣接する長穴１３が対称的に重なるという結果をもたらす。このずれ１５により、パイプ長手方向に連続的に延びる連絡部が長手方向部分８に生じることが避けられる。

同じ穴列１４における、パイプ円周方向に測定した隣接長穴１３間の距離１７は、例えば、一つの長穴１３の長さ１６の約三分の一となる。加えて、隣接する２列の穴列１４の間の、パイプ長手方向に測定した距離１８は、一つの長穴１３の、パイプ長手方向に測定した幅１９とほぼ同じにされる。長穴１３の寸法を好ましく設定することにより、また個々の長穴１３を好ましく配置することにより、パイプ４には、その長手方向において、所望のばね弾性が実現される。

他の実施形態として、小孔群１０を、長穴１３と異なる幾何学形状にしてもよい。

パイプ４のばね弾性を可能な限り柔らかなものとするため、有孔長手方向部分８は、第１の端領域１１から第２の端領域１２まで、直接延びているのがよい。

ここに示す実施形態では、部品２はマフラーとして、特に、前部マフラーとして設計されている。そのようにするため、ハウジング５はパイプ４を、端領域１１、１２の間で放射方向に間隔を置いて取り囲み、パイプ４とハウジング５の間に放射状に環状空間２０を形成している。この環状空間２０は吸収空間としても知られるものであり、好ましくは音吸収物質２１または吸収物質で満たされる。内燃機関の稼働中、排気ガス中に広がる空中伝播音は、流れ方向を横切って小孔群１０を通って環状空間２０に入り、音吸収物質２１により様々な減衰度まで減衰される。かかるマフラーでは、パイプ４が完全にハウジング５を通り抜け、パイプ長手方向に測定したハウジング５の長さはパイプ４の長さにほぼ対応することになる。

他の実施形態では、パイプ４がハウジング５の部分領域の内側のみで延びることとすることもできる。例えばパイプ４を漏斗形状とすることも考えられる。パイプ４には、例えば、内側漏斗を形成し、それを、ハウジング部に形成された外側漏斗の中に置いて、空隙絶縁を実現することができる。かかる内側漏斗は、予測される長手方向熱変位のため、一方の軸線方向端で片持ち支持とされるか及び／または立つように配置されるのが伝統的であるが、有孔長手方向部分８があるため、内側漏斗として設計されたパイプ４を、二つの端領域１１、１２でハウジングに連結固定することができる。

は、排気システムの部品の長手方向断面を簡単化された形で示す図である。

符号の説明

１ 排気システム
２ 部品
３ 排気ライン
４ パイプ
５ ハウジング
６ 第１の長手方向端
７ 第２の長手方向端
８ 長手方向部分
９ 壁
１０ 小孔群
１１ 第１の端領域
１２ 第２の端領域
１３ 長穴
１４ 穴列
１５ ずれ
１６ 長さ
１７ 間隔
１８ 距離
１９ 幅
２０ 環状空間
２１ 音吸収物質

Claims (10)

1. 内燃機関、特に動力車両に搭載される内燃機関の排気システム（１）の排気輸送部品であって、以下を特徴とするもの：
   一方の長手方向端（６）から他方の長手方向端（７）へと排気ガスが流れ、長手方向端（６、７）の間に長手方向部分（８）を有し、前記長手方向部分の壁（９）に小孔群（１０）が設けられているパイプ（４）を有し、
   前記パイプ（４）を円周方向に取り囲み、前記パイプ（４）が前記一方の長手方向端（６）を有する一方の端領域（１１）と前記他方の長手方向端（７）を有する他方の端領域（１２）で連結固定されるハウジング（５）を有し、
   前記小孔群（１０）は、前記長手方向部分（８）が、本質的に弾性変形によって、前記パイプ（４）と前記ハウジング（５）の間の長手方向熱膨張を吸収するように設計されている。
2. 請求項１に記載の部品であって、以下を特徴とするもの：
   前記小孔群（１０）は、前記排気システム（１）が稼働をしている間、前記パイプ４と前記ハウジング５の間に予測される最大温度差のときも、前記長手方向部分（８）が、本質的に弾性変形によって、前記パイプ（４）と前記ハウジング（５）の間に生じる長手方向熱膨張力を吸収できるように設計されている。
3. 請求項１または２に記載の部品であって、以下を特徴とするもの：
   前記小孔群（１０）は長穴（１３）からなり、その長手方向は前記パイプ（４）の円周方向に延びる。
4. 請求項３に記載の部品であって、以下を特徴とするもの：
   前記小孔群（１０）は前記パイプ（４）の長手方向において隣接する複数の穴列（１４）を有し、各穴列は、前記パイプ（４）の円周方向に間隔を置いて並ぶ、数個の長穴（１３）を有する。
5. 請求項４に記載の部品であって、以下を特徴とするもの：
   各穴列（１４）は２個から１０個、若しくは４個から８個、若しくは６個の長穴（１３）を有し、及び／または
   一つの穴列（１４）領域の前記長穴（１３）は、前記パイプ（４）の長手方向において隣接する穴列（１４）の前記長穴（１３）に対し、前記パイプ（４）の円周方向においてずれを生じる形で配置されており、及び／または
   一つの穴列（１４）の前記長穴（１３）は、前記パイプ（４）の長手方向において隣接する穴列（１４）の前記長穴（１３）に対し、前記パイプ（４）の円周方向において、長穴（１３）の長さの半分の長さと、二つの長穴（１３）の間の距離の半分の距離の分だけずれを生じる形で配置されており、及び／または
   前記パイプ（４）の長手方向に隣接する穴列（１４）は、前記パイプ（４）の長手方向に測定した長穴（１３）の幅（１９）にほぼ等しい距離（１８）だけ互いに隔たっており、及び／または
   一つの穴列（１４）において、前記パイプ（４）の円周方向に測定した、隣接する長穴（１３）間の距離（１７）は、前記パイプ（４）の円周方向に測定した、前記長穴（１３）の長さ（１６）の約三分の一である。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の部品であって、以下を特徴とするもの：
   前記小孔群を有する前記長手方向部分（８）は前記一方の端領域（１１）から前記他方の端領域（１２）まで延びている。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の部品であって、以下を特徴とするもの：
   前記ハウジング（５）は、前記端領域（１１、１２）の間で、前記パイプ（４）から放射方向に間隔を置いており、これにより前記パイプ（４）と前記ハウジング（５）の間に放射状に環状空間（２０）が形成されるものであり、及び／または
   前記環状空間（２０）は音吸収物質（２１）で満たされている。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の部品であって、以下を特徴とするもの：
   前記パイプ（４）は円筒形若しくは漏斗形に設計されており、及び／または
   前記パイプ（４）は円形若しくは楕円形断面を有する。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の部品であって、以下を特徴とするもの：
   前記パイプ（４）は完全に前記ハウジング（５）を通り抜けるものであり、及び／または
   前記部品（２）は前部マフラーである。
10. 内燃機関、特に動力車両の内燃機関用の排気システムであって、請求項１から９のいずれかに記載の部品（２）を少なくとも１個有するもの。

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