JP2008531919A - 多層くぼみ付き熱遮蔽体 - Google Patents

Abstract

隣接する層内に形成される相補的な形状またはくぼみを有する多層熱遮蔽体。くぼみは振動を減衰させる接触部を層間にもたらす。このくぼみは型押し金型で全ての層内に同時に形成することができる。このくぼみは熱遮蔽体の減衰を増加させる。

Description

本発明は、エンジン動作中に相当な熱および振動を伝達するエンジン排気マニフォールドなどの車両用エンジン部品用の保護熱遮蔽体（ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ ｈｅａｔ ｓｈｉｅｌｄ）に関する。より詳しくは本発明は、保護熱遮蔽体の製造およびそのような熱遮蔽体の減衰（ｄａｍｐｉｎｇ）を増加させる構造体の新規な用途に関する。

今日の最新車両の内燃エンジンの排気マニフォールドは、８７１°Ｃ（１６００°Ｆ）を超えるボンネット下温度（ｕｎｄｅｒ−ｔｈｅ−ｈｏｏｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）に到達する可能性がある。そのような高温は、ボンネット下空間をマニフォールドと共有する電子部品およびプラスチック構成部品に損傷を与える重大なリスクを作り出す。したがって、排気マニフォールドおよび別の熱発生構成部品を少なくとも部分的に覆い、隔離するように設計される熱遮蔽体の使用を介したそのような構成部品に対する保護が設けられてきた。いくつかの場合この遮蔽体は、測定される温度レベルを１４９°Ｃ（３００°Ｆ）の範囲内に低下させるのに効果的である。

排気マニフォールドなどの構成部品に近接して配置される典型的な多層熱遮蔽体は、層間に空気隙間を有する間隔をあけた金属層を使用する。これらの熱遮蔽体は、構成部品に直ぐ隣接する層に沿って熱を伝達するが、次に隣接する層は空気隙間によってこの熱から断熱される。しかしながら、この金属層は自由に振動するので、それらは通常共振し望ましくない騒音（ｎｏｉｓｅ）を伝達し、結果として遮蔽体の疲労破壊になる高い内部応力に曝される。

別の多層熱遮蔽体は、層間に挿入された絶縁体を有する金属層を使用する。絶縁体なしの熱遮蔽体と異なり、この絶縁体は接触の位置で金属層の振動を減衰させる。通常、遮蔽体の形状を作り上げるこの複合物の湾曲は、層間の干渉を作り出すことによって拘束される層減衰効果を作り出す。この絶縁材料は層間で機能するとき摩擦ダンパとして作用する。しかしながら、これらの熱遮蔽体は層間に接触部がない領域で振動することがあり、それによって騒音を伝達する。

外側の金属層は通常、アルミニウム鍍金された薄板で形成される。遮蔽体の有効性を増加させ、遮蔽体に必要なスペースを減少させるために、この金属層は排気マニフォールドの外側表面の形状にきわめて類似するような輪郭を与える（ｃｏｎｔｏｕｒ）ことができる。薄板に所望の外形を設けるために、熱遮蔽体の結果として得られる外側金属層は通常多数のひだを含む。これらのひだは、熱遮蔽体の審美的な外観を損なう。

上記で説明した従来技術の排気マニフォールド用熱遮蔽体の一例を図１に示す。この従来技術熱遮蔽体１０は、見れば分かるように排気マニフォールドの外側表面に輪郭をぴったりと合わせるように薄板の層から形成される輪郭を与えられた外側表面（ｃｏｎｔｏｕｒｅｄ ｏｕｔｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）１２を含む。外側表面１２は、従来技術熱遮蔽体１０を製造する成形動作から結果として生じるひだ１４を含む。これらのひだは、自動車のエンジン・コンパートメントの審美的魅力を減少させる。

発明の要約

本発明は、内燃エンジンの排気マニフォールドなどのエンジン構成部品用の改善された多層断熱熱遮蔽体を提供する。本発明の一態様によれば、層間に増大する相互作用をもたらし、その結果拘束された層の減衰効果を増加させ、ひだ付きを減少させ、審美外観を改善し、増大する減衰を介して騒音振動および苛酷な耐久性を改善するように、熱遮蔽体の金属層はくぼみが付けられ、さもなければそのような形状にされる。

一実施形態では、熱遮蔽体は少なくとも３つの層を含む。外側層は中に外側くぼみが形成されている。内側層は中に内側くぼみが形成されている。内側くぼみおよび外側くぼみのうちの少なくとも一部分は入れ子になっている。断熱層が内側層と外側層の間に配置される。

別の実施形態では、ボンネット内の車両用エンジン構成部品用の熱遮蔽体は、外側金属層、遮蔽される構成部品に直ぐ近接して選択的に配置される内側金属層、および金属層間に部分的に存在する断熱層を含む。外側金属層および内側金属層はくぼみが付けられる。断熱層は金属層の間に少なくとも部分的に挿入され、金属層のくぼみは熱遮蔽体の振動を減衰させるように相互作用する。

本発明による熱遮蔽体を製造する方法も開示される。本発明の方法は、外側くぼみを外側層内に形成し、内側くぼみを内側層内に形成するステップを含む。外側くぼみのうちの少なくとも一部分および内側くぼみのうちの少なくとも一部分は、外側層が内側層に隣接して配置されるとき入れ子になる。この方法は外側層を内側層に隣接して配置するステップもさらに含み、かつ全ての層を一度に形成するステップも含むことができる。

図２および３は、エンジン２０の一部分を示す。エンジン２０は、シリンダ・ヘッド２４、排気マニフォールド２６、および熱遮蔽体３０を含む。熱遮蔽体３０は、排気マニフォールド２６の少なくとも一部分を包むまたはぴったりと取り囲むようになされている。排気マニフォールド２６は、シリンダ・ヘッド２４の脇または側面４２の複数のエンジン排気ポート４０にボルト（図示せず）を介してボルト留めされる。

排気マニフォールド２６は、排気ポート４０と流体連通する協働するポート４４を含む。この排気マニフォールド２６は、熱遮蔽体３０を排気マニフォールド２６にボルト５２を介して取り付けるための搭載ボス５０も含む。エンジン排気ポート４０は、エンジン２０の個々の燃焼チャンバ（図示せず）から排気ガスを集合的に受け、これらの排気ガスを排気マニフォールド２６の共通の排気パイプ部分５８内に集めるように動作する。

図３、４および５を見れば最もよく分かるように、熱遮蔽体３０は輪郭の付けられた本体６０を含む。この輪郭の付けられた本体６０は熱遮蔽体３０の構造体を減衰し、それによって以下により詳細に説明するように、熱遮蔽体３０が振動を減衰させるのを可能にする。

図５は熱遮蔽体３０を示しており、熱遮蔽体３０は内側金属層７０および外側金属層７２を含み、それらの間には断熱層７４が挿入されている。内側金属層７０は、第１の内側表面８０と断熱層７４に面する第２の内側表面８２とを含み、内側くぼみ８４が内部に形成されている。外側金属層７２は、断熱層７４に面する第１の外側表面９０と第２の外側表面９２とを含み、外側くぼみ９４が内部に形成されている。断熱層７４は、内側金属層７０に面する内側表面１００と外側金属層システム７２に面する外側表面１０２とを含み、絶縁体くぼみ１０４が内部に形成されている。

図５を見れば最もよく分かるように、内側金属層７０、外側金属層７２および断熱層７４は、内側くぼみ８４、外側くぼみ９４および断熱体くぼみ１０４が少なくとも部分的に入れ子になるように配置される。入れ子になるとは、くぼみが別のくぼみ内に存在する状態を呼ぶ。具体的には、内側くぼみ８４の一部分が第１の外側表面９０によって全体的に画定される（図５に平面Ｐ−Ｐとして示される）平面を横切るとき、１つの内側くぼみ８４および１つの外側くぼみ９４は入れ子になる。入れ子になったくぼみを有する代表的な熱遮蔽体３０の試験は、くぼみのない熱遮蔽体より優れた減衰率で２７％の増加を示した。別法として断熱層７４は、ある程度の振動減衰をもたらすように内側くぼみ８４および外側くぼみ９４のうちの少なくとも一部分が位置合わせされるが、入れ子にならないようにより厚くすることができる。

熱遮蔽体３０の動作中、内側金属層７０は外側金属層７２より一般により高温である。したがって、内側金属層７０は、外側金属層７２より多く膨張するであろう。層の膨張差は、内側金属層７０と外側金属層７２の間に内向きに相互作用する小さな垂直力を作り出す。従来技術の熱遮蔽体１０および熱遮蔽体３０の両方に対して存在する可能性のある垂直力に加え、内側くぼみ８４および外側くぼみ９４は、内側金属層７０および外側金属層７２内の振動を減衰させるように断熱層７４の断熱くぼみ１０４と相互作用する。くぼみ８４、９４は、層７０、７２、および７４間の接触面積を増加させ、それによって熱遮蔽体３０の減衰を増加させる。

外側くぼみ９４はランダムに分散され、外側金属層７２および熱遮蔽体３０内に望ましくない曲がった平面を作り出すようにして外側金属層７２内に一直線に揃えないことが好ましい。本明細書での教示による排気マニフォールド熱遮蔽体の湾曲は、より大きな、より曲がりの少ない熱遮蔽体より曲がり難い可能性があるが、排気マニフォールド熱遮蔽体は分散されるくぼみ８４、９４から利益を得るであろう。別法として、図６に示すようなくぼみ８４’、９４’、１０４’の反復パターン１１４は、望ましくない曲げ平面を阻止しながら振動を減衰させるように層７０’、７２’、７４’内に形成することができる。

図１および４を見れば最もよく分かるように、外側くぼみ９４の形成は、従来技術の熱遮蔽体１０の表面ひだ１４がより不明確になるように、外側金属層７２の表皮を展ばすように作用する。このように、外側くぼみ９４は熱遮蔽体３０の審美的魅力を改善する。

外側金属層７２は、冷間圧延鋼、アルミ鍍金鋼、アルミニウム、およびコストが要因であることがより少ないよりエキゾチックな車両に対してはステンレス鋼からでさえ好ましく形成することができる。冷間圧延鋼が使用される場合は、遮蔽体の外側は遮蔽体の耐用寿命を高めるために耐腐蝕材料で被覆することができる。

内側金属層７０は、排気マニフォールド２６と最も近接して接触している熱遮蔽体３０の部分である。マニフォールドの温度が８７１°Ｃ（１６００°Ｆ）に到達する可能性のある範囲まで、内側金属層７０の材料はかなりの熱に耐えられるべきである。いくつかの用途では、この内側金属層７０は比較的輝いており、高温合金から形成され、熱を遮蔽された構成部品に反射して返すようになされている。別の用途では、この内側金属層７０はアルミニウム・クラッド鋼を含むより安価な材料のものであることができる。この分野の技術者は、材料の選択は高温に伴う劣化を防止するために、かつ特定の用途でかなりの振動を取り扱うために重要な意味を持つ可能性があることを理解するであろう。

３つの層について説明してきたが、熱遮蔽体３０は追加の層を有して、または熱遮蔽体３０の選択される区域に適用される断熱層７４を有して効果的に製造することができる。そのような場合、内側金属層７０は必要とされる剛性および支持をもたらすであろうが、いくつかの用途では比較的により厚くする必要があり得る。さらに、外側くぼみ９４および内側くぼみ８４は、排気マニフォールド２６から離れて延びるように示されているが、くぼみ８４、９４の全てまたは一部分は排気マニフォールド２６に向かって延びることができる。

断熱と振動および騒音減衰用の断熱層７４に対する材料選択はかなり広い。そのような選択は、金属材料、ならびにアラミド繊維などの非金属繊維、またはセラミック繊維紙を含むことができる。予想される温度範囲に応じて、例えば高密度化されたバーミキュライト粉などの、非繊維成分さえも使用することができる。

この熱遮蔽体３０の製造の１つの方法は以下のように説明することができる。断熱層７４が間に挿入された内側金属層７０および外側金属層７２が、連続的な金型（図示せず）内に配置される。層７０、７２、７４は、連続金型内でくぼみ８４、９４、１０４を含む図示の形状に型押しされ形成される。この層７０、７２、７４は、型押し前、型押し後または型押し中のいずれかでバリ取りすることができる。連続金型は、間に配置される層７０、７２、７４と共に圧締されるオスおよびメス成形工具を含む。このオスおよびメス成形工具は、くぼみ８４、９４、１０４を形成するように内部に切り込まれた相補的表面を有する。

オスおよびメス成形工具が互いに圧締されるとき、層７０、７２、７４は顕著なくぼみの形成なしで図２および３に示す全体的な形状に形成される。最後の数ミリメートルの金型移動で、くぼみ８４、９４、１０４が層７０、７２、７４内に形成される。次いで層７０、７２の外側縁部はかしめ（ｃｒｉｍｐｉｎｇ）などによって取り付けられ、連続金型からの取り外し前にクリンプする（ｃｒｉｍｐ）ことができる。別法として、層７０、７２の外側縁部は互いに縁縫いをすることができる。

図３および５を見れば最もよく分かるように、熱遮蔽体３０が輪郭の付けられた本体６０を有して形成され、層７０、７２の外側縁部がかしめまたは縁縫いなどによって取り付けられるとき、くぼみ８４、９４、１０４は熱遮蔽体３０の湾曲に起因して層間に存在する垂直力によって接触して保持される。平らな熱遮蔽体は隣接する層のくぼみ間の相互作用によって利益を得るであろうが、輪郭の付けられた本体６０内のこの垂直力は、くぼみ８４、９４、１０４間の接触を増加させる。

別法として、内側金属層７０および外側金属層７２は、くぼみ８４、９４なしで図２および３に示す全体的な形状に別々に形成することができ、次いで断熱層７４と積層され、次いで金型内でくぼみ８４、９４、１０４を形成するように型押しされる。

外側金属層７２は、断熱層７４を層７０、７２間に効果的に封入するように、外側金属層７２の縁部（図示せず）がそれぞれの内側金属層７０の対合する縁部上に折り重ねることができるように、内側金属層７０と比較して相対的に、やや大きめであることが好ましい。くぼみ８４、９４は、全体的に半球状であり、または全体的に円錐形の部分を有することができる。

上記の説明は例示のためであり、限定のためではないことを理解されたい。上記の説明を読む際に、多くの実施形態がこの分野の技術者に明らかになるであろう。したがって、本発明の範囲は、上記の説明を参照してではなく、その代わりにそのような特許請求の範囲が享有する権利のある均等物の全範囲と共に、添付の特許請求の範囲を参照して決めるべきである。

従来技術の熱遮蔽体の側面図である。 本発明による熱遮蔽体の一実施形態を示す、エンジンの一部分の側面図である。 分断された線３−３に沿った、図２の熱遮蔽体の断面図である。 本発明による熱遮蔽体の一実施形態の側面図である。 分かり易くするために裏部分を取り除いた、図４の熱遮蔽体の一部分の拡大断面図である。 熱遮蔽体表面の別の実施形態の部分図である。

Claims (22)

1. 中に外側くぼみが形成された外側層と、
   中に内側くぼみが形成された内側層であって、前記内側くぼみのうちの少なくとも一部分と前記外側くぼみノッチうちの少なくとも一部分が、前記内側くぼみのうちの少なくとも一部分が前記外側くぼみ内に配設されるように互いに入れ子になっている内側層と、
   前記内側層と前記外側層の間に挿入される少なくとも１つの断熱層とを備える、多層熱遮蔽体。
2. 前記内側くぼみと前記外側くぼみの全てが入れ子になっている、請求項１に記載の熱遮蔽体。
3. 前記外側くぼみが少なくとも部分的に半球形状断面によって画成される、請求項１に記載の熱遮蔽体。
4. 前記外側くぼみが、前記外側層の表面に対して垂直に見るとき、円形の横断面を有する、請求項１に記載の熱遮蔽体。
5. 前記外側くぼみが、前記外側層の表面に対して垂直に見るとき、細長い横断面を有する、請求項１に記載の熱遮蔽体。
6. 前記内側層および前記外側層が所定の形状を有する輪郭の付けられた本体を画成し、前記曲がった熱遮蔽体本体が前記内側くぼみと前記外側くぼみの間の相互作用を増加させる、請求項１に記載の熱遮蔽体。
7. 前記内側くぼみおよび前記外側くぼみが前記内側層および外側層上にランダムに分散される、請求項１に記載の熱遮蔽体。
8. 前記内側くぼみの各々が少なくとも１つの前記外側くぼみ内に入れ子になっている、請求項１に記載の熱遮蔽体。
9. くぼみを有する外側金属層と、
   くぼみを有し、遮蔽される構成部品に直ぐ近接して選択的に配置される内側金属層と、
   前記金属層間に少なくとも部分的に挿入される断熱層とを備え、前記金属層の前記くぼみの少なくとも一部分が前記熱遮蔽体の振動を減衰させるように相互作用する、ボンネット内車両エンジン構成部品用の熱遮蔽体。
10. 前記金属層の前記くぼみの少なくとも一部分が入れ子になっている、請求項９に記載の熱遮蔽体。
11. 前記くぼみが少なくとも部分的に半球状断面によって画成される、請求項９に記載の熱遮蔽体。
12. 前記くぼみが、前記外側層の表面に対して垂直に見るとき、円形の横断面を有する、請求項９に記載の熱遮蔽体。
13. 前記くぼみが、前記外側層の表面に対して垂直に見るとき、細長い横断面を有する、請求項９に記載の熱遮蔽体。
14. 前記内側層および前記外側層が輪郭の付けられた本体を画成し、前記曲がった熱遮蔽体本体が前記内側くぼみと前記外側くぼみの間の相互作用を増加させる、請求項９に記載の熱遮蔽体。
15. 前記内側くぼみが第１の内側表面および第２の内側表面によって画成され、前記外側くぼみが第１の外側表面および第２の外側表面によって画成され、前記第２の内側表面が前記断熱層に面し、前記第１の外側表面が前記断熱層に面する、請求項９に記載の熱遮蔽体。
16. 外側層内に外側くぼみを形成するステップと、
    内側層内に内側くぼみを形成するステップであって、前記外側層が前記内側層に隣接して配置されるとき、前記外側くぼみのうちの少なくとも一部分と前記内側くぼみのうちの少なくとも一部分が入れ子になるステップと、
    前記外側層を前記内側層に隣接して配置するステップとを含む、熱遮蔽体を製造する方法。
17. 断熱層を前記外側層と前記内側層の間に挿入するステップをさらに備え、前記断熱層が前記外側くぼみのうちの少なくとも一部分と前記内側くぼみのうちの少なくとも一部分の間に存在する、請求項１６に記載の方法。
18. 外側くぼみを形成する前記ステップおよび内側くぼみを形成する前記ステップが型押し金型内で同時に行われる、請求項１７に記載の方法。
19. 位置決めする前記ステップが形成する前記ステップの前に行われる、請求項１７に記載の方法。
20. 位置決めする前記ステップが形成する前記ステップの前に行われる、請求項１８に記載の方法。
21. 外側くぼみを形成する前記ステップおよび内側くぼみを形成する前記ステップが型押し金型内で同時に行われる、請求項１８に記載の方法。
22. 前記内側層および前記外側層を、曲がった表面を有する輪郭の付けられた本体内に形成するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。

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