JP2012211556A - 排気経路の遮熱構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドと触媒担体収容部との間の排気管の熱応力による変形又は損傷を抑えつつ、低コストな構成で排気経路の遮熱構造を提供する。
【解決手段】シリンダヘッドへ取り付ける取付フランジ１０と触媒コンバータ４との間の排気管６に沿って遮熱板８が設けられる。遮熱板８は、熱に弱い周辺機器１４が配置されている側に偏設されている。遮熱板８の上流側端部８ａは、取付フランジ１０に対してボルト１２により締結されている。また、下流側端部８ｂは、触媒コンバータ４の触媒担体収容部４ａの側面に設けられたブラケット１６に締結されている。遮熱板８の中間領域８ｃの下流側、すなわち、車両前方側には、排気管６の溶接部６ａが露出するように切欠き８ｄが形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、オルタネータ等の周辺部品への熱害を低減するために遮熱板が設けられた排気経路の遮熱構造に関する。

高負荷運転時のエンジンや排気系からの輻射熱により、オルタネータ等の補機類のパーツが劣化するという熱害が問題になる。

このため、従来から、熱に弱い周辺機器への熱輻射を低減するために、排気マニホールドなどの排気管の周辺を遮熱板で覆う構成が採用されてきた。

図４は、従来のエンジン１０１の排気経路の遮熱構造を有する排気マニホールド１０２の平面図である。この排気マニホールド１０２には、遮熱カバー１０３を取り付けるための取付用ボス１０２ａが形成されている。これにより、遮熱カバー１０３を安定して取り付けることができ、周辺機器の熱害を防止することが可能となる。このような構成については、例えば、特許文献１に開示がある。

また、排気マニホールドにカバーを取り付ける構成の例としては、他に、特許文献２に開示がある。これを図５に示す。図５（ａ）は排気マニホールド２０２を示し、（ｂ）はこの排気マニホールド２０２の上方に取り付けられるカバー２０３を示している。この図５に示される構成では、排気マニホールド２０２の上流側の取付フランジ２０５と下流側の取付フランジ２０４とにそれぞれ取付ボス２０２ａ、２０２ｂが設けられている。また、排気マニホールド２０２の中間の平坦部には取付ボス２０２ｃが形成されている。これにより、カバー２０３を安定して取り付けることが可能となる。

実開昭６３−１６６６１７号公報 特開平７−２２４６５０号公報

しかしながら、図４に示した特許文献１の構成では、鋳造成形により取付用ボス１０２ａを形成しなければならず、製造コストの増大を招く。

また、排気マニホールド１０２の略全体が遮熱カバー１０３で覆われるので、周辺機器への熱輻射を抑えることはできるものの、遮熱カバー１０３内に熱が籠りやすくなり、排気マニホールド１０２の熱膨張も大きくなる。このため、排気マニホールド１０２の上流側と下流側とが強固に拘束されている場合、排気マニホールド１０２に熱応力が生じるため、管が変形したり亀裂が生じたりする虞がある。そして、この排気マニホールド１０２が、プレス加工により成形した半体を溶接することにより構成されている場合には、溶接部周辺に応力が集中し、亀裂等が生じ易い。しかし、この熱応力に耐え得るように管の壁を厚肉構成にすると、車重が増大してしまうので燃費の低下を招いてしまう。

一方、図５に示した特許文献２の構成では、排気マニホールド２０２の中間部分（平坦部）に取付ボス２０２ｃが設けられ、補強されているので、重量を低減するために管の肉厚を小さくすることが可能となる。しかし、図４の構成と同様に、取付ボス２０２ｃは、
鋳造成形により形成しなければならない。また、この図５に示した構成では、取付フランジ２０５、２０４にも取付ボス２０２ａ、２０２ｂが設けられている。このような位置へ設けられる取付ボスは、溶接により取り付けられることが多い。しかし、鋳造や溶接はともに製造コストの増大を招く。

そこで、上記課題を解決するために、本発明では、シリンダヘッドと触媒担体収容部との間の排気管の熱応力による変形又は損傷を抑えつつ、低コストな構成で排気経路の遮熱構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の排気経路の遮熱構造は、車両前方側に排気系が構成されるエンジンのシリンダヘッドと触媒コンバータの触媒担体収容部とを繋ぐ排気管に沿って遮熱板が設けられる排気経路の遮熱構造であって、前記遮熱板は、一端が、前記シリンダヘッドの前記排気管取付座及び、これに接続される前記排気管の取付フランジの少なくとも一方に対して取り付けられるとともに、他端が、前記触媒コンバータの触媒担体収容部に取り付けられ、且つ、車両前方側に切欠きが形成された中間領域が、遮熱の必要な周辺機器の配置側に偏設されていることを特徴とする。

以上述べたように、本発明によれば、高温になる触媒担体収容部の熱が、これよりも温度の低いシリンダヘッドの取付座及び排気管の取付フランジの少なくとも一方に向かって、遮熱板を介して伝導する。これにより、触媒コンバータの過度の温度上昇が緩和される。

また、車両前方側から送られる風が、中間領域に形成された切欠きから排気管の車両前方側へ導入される。これにより、シリンダヘッドと触媒担体収容部とを繋ぐ排気管の過度の温度上昇を緩和することができるので、排気管に生じる熱応力の影響が低減され、亀裂や割れの発生を防止することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る排気経路の遮熱構造を示した斜視図である。 図１の排気経路の遮熱構造の平面図である。 図１の排気経路の遮熱構造の正面図である。 従来の遮熱構造を有する排気マニホールドを示した図である。 従来の排気構造であり、（ａ）は排気マニホールドを示し、また、（ｂ）は排気マニホールドを覆うカバーを示した図である。

以下、本発明の実施の形態に係る排気経路の遮熱構造について、図１〜図３を用いて説明する。

図１は、シリンダヘッドから触媒コンバータまでの排気経路の遮熱構造について示した斜視図である。なお、ここでは、エンジンの図示は省略している。

ここでは、排気系が車両前方側に設けられたエンジンに対する排気経路を例として示している。また、紙面左側に配置されるチェーンケース（図示せず）の周辺に配置されるオルタネータ等の補機類は、周辺機器１４として簡略化して表している。

本実施の形態では、排気マニホールドがシリンダヘッドの内部に構成され、このシリンダヘッドの排気直下に触媒コンバータ４が設けられている。

触媒コンバータ４は、シリンダヘッドへの取付フランジ１０から延びる排気管６（コンバータコーンを含む排気管）によりエンジンに接続されている。そして、この排気管６に沿って、遮熱板８が設けられている。

図１から判るように、遮熱板８は、周辺機器１４の配置されている側に偏設されている。この遮熱板８の上流側端部８ａ（一端）は、取付フランジ１０にタップ加工等により形成された雌ねじ穴に対してボルト１２により取り付けられている。なお、このように予めタップ加工等により雌ねじ穴を形成しておく構造とは異なり、タップ加工が不要であるタッピングねじによる締結構造であっても構わない。

また、遮熱板８の下流側端部８ｂ（他端）は、触媒コンバータ４の触媒担体収容部４ａの側面に設けられたブラケット１６に対して締結されている。そして、遮熱板８の中間領域８ｃは、排気管６に沿うように、一定の間隔を保って配置されている。

このように、本実施の形態に係る排気経路の遮熱構造では、鋳造により形成しなければならない取付ボスや、溶接が必要になるブラケットを用いず、単に、取付フランジ１０に形成された雌ねじ穴に対してボルト１２を締結するだけで遮熱板８の上流側端部８ａを取り付けることが可能である。したがって、加工が容易になり製造コストの増大を抑えることが可能である。

ここで、遮熱板８の中間領域８ｃの下流側には、切欠き８ｄが形成されているが、この切欠き８ｄの形状と周辺機器１４の反対側の形状について、図２及び図３を用いて説明する。

図２は、図１の排気経路の遮熱構造の平面図であり、遮熱板８が周辺機器１４の配置されている側のみに偏設されている様子が良く表れている。また、図３は、図１の排気経路の遮熱構造の正面図であるが、こちらには、遮熱板８の中間領域８ｃに形成された切欠き８ｄの形状が良く表れている。

図２及び図３から判るように、遮熱板８には、その中間領域８ｃのうち、下流側で且つ車両前方側に切欠き８ｄが形成されている。これにより、車両前方側から取り入れられる走行風や、ラジエーターファンから流れる送風などの冷却風１８に対して、排気管６を直接晒すことができる。そして、この切欠き８ｄにより、冷却風１８は、排気管６と遮熱板８との間にも入り込むことができるので、排気管６が効果的に冷却される。

このような構成の場合、排気管６は、触媒コンバータ４と取付フランジ１０との間に拘束される。つまり、高温に熱せられ、熱膨張が阻害される排気管６には、大きな熱応力が発生する。ここでは、プレス加工により形成される半体を左右から溶接部６ａにて合わせて形成された排気管６を例として示しているが、熱応力が生じた場合、この溶接部６ａの周辺に応力が集中し、亀裂等が生じる虞がある。

しかし、上述のように、遮熱板８は、遮熱が必要となる周辺機器１４側のみに配置され、且つ、車両前方側に、冷却風１８を導入することのできる切欠き８ｄが形成されているので、過度の温度上昇を抑え、亀裂や割れといった損傷を防止することが可能となる。

このように、本実施の形態における遮熱板８を用いると、排気管６の熱応力の影響を低減するように作用し、強度的に余裕が生じるので、排気管６の肉厚を小さくすることにより軽量化を図ることも可能となる。

加えて、遮熱板８は、高温になる触媒コンバータ４の触媒担体収容部４ａと取付フランジ１０とを橋渡す形で取り付けられている。したがって、シリンダヘッド２と触媒コンバータ４との間に、遮熱板８を介した熱伝導が生じる。

ここで、取付フランジ１０の周辺について詳しく表した図２の方を参照する。高温運転時においては、触媒コンバータ４に比べて、内部にウォータージャケットを有するシリンダヘッド２の取付座２ａ側は温度が低い。そのため、触媒担体収容部４ａで発生した熱は、遮熱板８を介してシリンダヘッド２側へ拡散され、触媒コンバータ４の過熱を防止することが可能となる。

なお、本実施の形態では、シリンダヘッド２側の取付座２ａと、排気管６側の取付フランジ１０の厚さは略同じ程度に設定した構成を例として示したが、取付フランジ１０を厚く形成すると熱容量が増すので、より効果的に触媒コンバータ４の熱を拡散させることが可能となる。

また、本実施の形態では、取付フランジ１０にボルト締結された例を示したが、シリンダヘッド２側の取付座２ａにボルト締結又はタッピングしてもよい。

このように構成すると、内部にウォータージャケットが設けられるシリンダヘッド２は、より温度が低いため、より高いヒートシンク効果を得ることができる。加えて、この場合、取付フランジ１０を挟むようにして取付座２ａに対してボルト締結又はタッピングすれば、取付フランジ１０の接合も補強することができる。

さらに、上記実施の形態では、ボルト１２は、取付フランジ１０の取付方向と同じ方向である車両前方側から締結される例を示したが、これ以外の方向から取り付ける構成でも構わない。

例えば、熱容量が大きくなるように、取付フランジ１０や取付座２ａを厚肉に構成した場合、取付方向に対して垂直な方向からも取り付け可能となる。このような構成においても、同様にヒートシンクの効果を得ることが可能である。

また、上記実施の形態では、遮熱板８は、両端がシリンダヘッド２と触媒担体収容部４ａとの間に橋渡すように取り付けられた構成を例として示したが、排気管６に沿って配置されていれば良く、中間領域８ｃが排気管６に接していても構わない。

例えば、中間領域８ｃの一部が、排気管６の外側面に対して圧接するように配置されていると、遮熱効果、ヒートシンク効果に加えて、排気管６の膜振動を抑える効果も得ることが可能である。

さらに、上記実施の形態では、シリンダヘッド２の内部に排気マニホールドが構成された例を示したが、シリンダヘッド２の外部に排気マニホールドが構成されている場合についても同様である。すなわち、熱に弱い周辺機器１４が配置される側に面した排気マニホールドの側面に沿って遮熱板８を配置することにより、周辺機器１４の熱害を防止することができるとともに、車両前方側から走行風等の冷却風１８を当てることができるので、同様に排気マニホールドの熱応力による歪みや亀裂の発生を防止することが可能となる。

また、上記実施の形態では、遮熱板８は、排気管６の側方に偏設された構成を例として示したが、周辺機器１４への輻射熱を遮断できる配置であれば、これに限らない。例えば、周辺機器１４が下方に配置されている場合には、中間領域８ｃは排気管６の下方側に偏設される構成でも構わない。

１ エンジン
２ シリンダヘッド
２ａ 取付座（排気管取付座）
４ 触媒コンバータ
４ａ 触媒担体収容部
６ 排気管
８ 遮熱板
８ａ 上流側端部（一端）
８ｂ 下流側端部（他端）
８ｃ 中間領域
８ｄ 切欠き
１０ 取付フランジ
１４ 周辺機器

Claims (1)

1. 車両前方側に排気系が構成されるエンジンのシリンダヘッドと触媒コンバータの触媒担体収容部とを繋ぐ排気管に沿って遮熱板が設けられる排気経路の遮熱構造であって、
   前記遮熱板は、
   一端が、前記シリンダヘッドの前記排気管取付座及び、これに接続される前記排気管の取付フランジの少なくとも一方に対して取り付けられるとともに、他端が、前記触媒コンバータの触媒担体収容部に取り付けられ、
   且つ、車両前方側に切欠きが形成された中間領域が、遮熱の必要な周辺機器の配置側に偏設されている
   ことを特徴とする排気経路の遮熱構造。