JP2015137584A

JP2015137584A - 排気管

Info

Publication number: JP2015137584A
Application number: JP2014009462A
Authority: JP
Inventors: 好伸永田; Yoshinobu Nagata
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2015-07-30
Also published as: WO2015111333A1

Abstract

【課題】初期状態での暖機性能及び定常状態での保温性能が共に良好な排気管を提供する。
【解決手段】二重管構造の排気管であって、外管と、前記外管よりも肉厚が薄く、前記外管の内側において排気流路を形成する内管と、前記内管との間に空気層を残す形で前記外管の内面に沿って設けられた断熱層と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、二重管構造の排気管に関する。

内燃機関の排気系において排ガスの温度低下を抑制するための排気管として、二重管構造の排気管が知られている。例えば特許文献１には、外管と、外管に内挿された内管と、により二重管を形成した排気管が開示されている。この排気管では、排気流路を形成する内管の熱容量を小さくするために、内管の肉厚が極力薄く設計されている。内管は、一端が溶接により外管に固定され、他端がワイヤメッシュ製の支持部材により支持されている。

特開２００８−６３９５８号公報

前述した特許文献１に記載の排気管によれば、内管の熱容量が小さく、かつ、内管と外管との間に形成された空気層が断熱効果を奏するため、排ガスの温度が上昇傾向にある初期状態において、排ガスの熱を奪われにくくする（暖機性能を高くする）ことができる。しかしながら、排気流路を形成する管の外面に沿って断熱層が設けられた構成と比較すると、定常状態での排ガスの保温性能が劣る。かといって、このような断熱層が設けられた構成では、断熱層により熱容量が増加する分、初期状態での暖機性能が低くなる。

本発明は、初期状態での暖機性能及び定常状態での保温性能が共に良好な排気管を提供することを目的としている。

本発明の一側面は、二重管構造の排気管であって、外管と、前記外管よりも肉厚が薄く、前記外管の内側において排気流路を形成する内管と、前記内管との間に空気層を残す形で前記外管の内面に沿って設けられた断熱層と、を備える。このように、内管の肉厚が薄く、かつ、内管の外側（内管と断熱層との間）に空気層が形成されているため、排気流路を形成する管の外面に沿って断熱層が設けられた構成と比較して、断熱層による熱容量の影響が小さく、初期状態での暖機性能が良好となる。しかも、空気層の外側（外管の内側）に断熱層が設けられているため、断熱層が設けられていない構成と比較して、定常状態での保温性能が良好となる。したがって、このような構成によれば、初期状態での暖機性能及び定常状態での保温性能を共に良好にすることができる。

上記構成において、前記外管の内面と前記内管の外面との間に挟まれた状態で設けられる介在部材を更に備え、前記内管は、前記介在部材によって前記外管の内側に固定されていてもよい。このような構成によれば、外管と内管とが接触している構成と比較して、内管から外管への伝熱を抑えることができる。

上記構成において、前記介在部材は、前記排気流路と前記空気層とを区画してもよい。このような構成によれば、空気層への排ガスの侵入を抑制することで、空気層による断熱性能を高めることができる。

上記構成において、第１の軸方向と平行な方向を除く方向への前記内管の移動を規制する第１の前記介在部材と、前記第１の軸方向と平行でない第２の軸方向と平行な方向を除く方向への前記内管の移動を規制する第２の前記介在部材と、を備えてもよい。このような構成によれば、例えば内管が単なる直管である場合と比較して、外管に対する内管の位置ずれを生じにくくすることができる。

実施形態の排気管の断面図である。図２（Ａ）は第１比較例の排気管の断面図、図２（Ｂ）は第２比較例の排気管の断面図、図２（Ｃ）は第３比較例の排気管の断面図である。図３（Ａ）は初期状態での排ガスの温度低下代の経時変化を示すグラフ、図３（Ｂ）は定常状態での排ガスの温度の経時変化を示すグラフである。変形例の排気管の断面図である。

以下、本発明が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．構成］
図１に示す二重管構造の排気管１は、自動車の内燃機関から排出されて矢印Ｆ１に示す方向へ流れる排ガスを、自動車の外部へ導くための排気流路の一部を形成する。ここでいう排気流路の一部とは、例えば、排ガスを浄化するために設けられた図示しない触媒よりも上流側の排気流路である。排気管１には、内燃機関からの排ガスが流れる主流路とは別に、図示しない噴射装置により矢印Ｆ２に示す方向へ噴射された液状の還元剤を主流路へ導く副流路が形成されている。なお、ここでいう還元剤とは、排ガス中に含まれる窒素酸化物を、触媒（例えばＳＣＲ方式の触媒）において還元浄化するためのものであり、例えば尿素水が用いられる。

排気管１は、外管１１と、内管１２と、断熱層１３と、介在部材１４，１５，１６と、を備える。
外管１１は、二重管の外側を形成する管状部材である。本実施形態の外管１１は、湾曲した形状の金属製の円管部材であって、主流路を形成する本体部１１１と、副流路を形成する枝部１１２と、を備える。外管１１は、排気管１に要求される強度を確保するための肉厚に設計されている。

内管１２は、二重管の内側を形成する管状部材である。本実施形態の内管１２は、外管１１よりも一回り小さく、外管１１と同様に湾曲した形状の金属製の円管部材である。内管１２は、その中心軸が外管１１の中心軸と一致するように（断面が同心円状となるように）外管１１の内側に設けられ、外管１１の内側において排気流路（排ガスと接触する流路）を形成する。具体的には、外管１１及び内管１２のそれぞれにおける上流側円管部の中心軸Ｃ１は共通であり、外管１１及び内管１２のそれぞれにおける下流側円管部の中心軸Ｃ２も共通である。また、内管１２には、外管１１の枝部１１２を臨む部分（副流路が主流路に合流する部分）に、貫通孔１２１が形成されている。内管１２は、排気管１の強度に直接寄与する部材ではなく、外管１１よりも肉厚が薄く設計されている。

断熱層１３は、断熱性を有する材料（少なくとも外管１１よりも熱伝導率の低い材料）で形成されている。本実施形態では、アルミナ繊維をマット状に成形した断熱材であるアルミナマットを用いて断熱層１３が形成されている。断熱層１３は、内管１２との間に空気層（隙間）を残す形で外管１１の内面に沿って設けられている。

介在部材１４，１５，１６は、外管１１と内管１２との間の空間を形成するスペーサとして機能するものであり、外管１１の内面と内管１２の外面との間に挟まれた状態で設けられる。具体的には、本実施形態では、断熱層１３が介在部材１４，１５，１６の外側にも設けられているため、介在部材１４，１５，１６は、断熱層１３と内管１２とにより挟まれた状態となる。

介在部材１４，１５は、円筒状（本実施形態では、直線帯状かつマット状の部材を内管１２の外面に沿って円筒状に丸めた形状）の部材である。介在部材１４，１５は、内管１２の両端部に設けられ、内管１２の内側に形成された排気流路と、内管１２の外側に形成された空気層と、を区画する。

介在部材１６は、環状（本実施形態では、環帯状かつマット状）の部材であり、貫通孔１２１の周囲を囲むように設けられ、内管１２の内側に形成された排気流路と、内管１２の外側に形成された空気層と、を区画する。

内管１２は、外管１１に接触しておらず、介在部材１４，１５，１６（主として介在部材１４，１５）によって、外管１１の内側に固定されている。具体的には、上流側の介在部材１４は、上流側円管部の中心軸Ｃ１（第１の軸方向）と平行な方向を除く方向への内管１２の移動を規制する。また、下流側の介在部材１５は、上流側円管部の中心軸Ｃ１と平行でない下流側円管部の中心軸Ｃ２（第２の軸方向）と平行な方向を除く方向への内管１２の移動を規制する。したがって、外管１１と内管１２とを溶接等で接合しなくても、介在部材１４，１５により、外管１１に対する内管１２の移動が規制される。介在部材１４，１５，１６は、弾性及び断熱性を有する材料で形成されることが好ましく、本実施形態では、断熱層１３と同じ材料（アルミナマット）が用いられている。

［２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
［２Ａ］排気管１では、排気流路を形成する内管１２の肉厚が外管１１の肉厚よりも薄く設計され、かつ、内管１２の外側（内管１２と断熱層１３との間）に空気層が形成されている。このため、排気管１は、排気流路を形成する管の外面に沿って断熱層が設けられた構成と比較して、断熱層１３による熱容量の影響が小さく、初期状態での暖機性能が良好となる。しかも、排気管１では、空気層の外側（外管１１の内側）に断熱層１３が設けられている。このため、排気管１は、断熱層が設けられていない構成と比較して、定常状態での保温性能が良好となる。したがって、排気管１によれば、初期状態での暖機性能及び定常状態での保温性能を共に良好にすることができる。

図２（Ａ）に示す第１比較例の排気管２１は、上記実施形態の排気管１と比較すると、内管１２、断熱層１３及び介在部材１４，１５，１６を備えていない点で相違する。つまり、第１比較例の排気管２１は、二重管構造ではなく、断熱構造でない点で、上記実施形態の排気管１と相違する。

図２（Ｂ）に示す第２比較例の排気管２２は、上記実施形態の排気管１と比較すると、内管１２、断熱層１３及び介在部材１４，１５，１６を備えていない代わりに、外管１１の外側に断熱層２２１を備える点で相違する。つまり、第２比較例の排気管２２は、二重管構造ではなく、断熱層２２１による断熱構造とされている点で、上記実施形態の排気管１と相違する。

図２（Ｃ）に示す第３比較例の排気管２３は、上記実施形態の排気管１と比較すると、断熱層１３を備えていない点で相違する。つまり、第３比較例の排気管２３は、二重管構造であるが、断熱層１３を備えていない点で、上記実施形態の排気管１と相違する。なお、図２（Ｃ）に示す介在部材２３１，２３２，２３３は、上記実施形態の介在部材１４，１５，１６と同様のものであり、断熱層１３が存在しない分、肉厚が厚い点が相違する。

図３（Ａ）に示すように、初期状態での排ガスの温度低下代は、第２比較例の排気管２２が最も大きく（排ガスの熱が最も奪われやすく）、第３比較例の排気管２３が最も小さい（排ガスの熱が最も奪われにくい）。本実施形態の排気管１は、第３比較例の排気管２３にほぼ近い性能を発揮し、第２比較例の排気管２２と比較すると、初期状態での暖機性能を大幅に高くすることができる。

また、図３（Ｂ）に示すように、定常状態での排ガスの温度は、第１比較例の排気管２１が最も下がり（排ガスの熱が最も奪われやすく）、第２比較例の排気管２２が最も下がらない（排ガスの熱が最も奪われにくい）。本実施形態の排気管１は、第２比較例の排気管２２にほぼ近い性能を発揮し、第３比較例の排気管２３と比較すると、定常状態での保温性能を大幅に高くすることができる。

［２Ｂ］内管１２は、介在部材１４，１５によって外管１１の内側に固定されている。したがって、排気管１によれば、外管１１と内管１２とが接触している構成と比較して、内管１２から外管１１への伝熱を抑えることができる。

［２Ｃ］介在部材１４，１５，１６は、排気流路と空気層とを区画する。したがって、排気管１によれば、空気層への排ガスの侵入を抑制することで、空気層による断熱性能を高めることができる。

［２Ｄ］介在部材１４は、第１の軸方向と平行な方向を除く方向への内管１２の移動を規制する。また、介在部材１５は、第２の軸方向と平行な方向を除く方向への内管１２の移動を規制する。したがって、排気管１によれば、例えば内管１２が単なる直管である場合と比較して、外管１１に対する内管１２の位置ずれを生じにくくすることができる。

［３．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

［３Ａ］上記実施形態では、断熱層１３が介在部材１４，１５，１６の外側にも設けられ、介在部材１４，１５，１６が断熱層１３と内管１２との間に挟まれた構成（介在部材１４，１５，１６が断熱層１３を介して外管１１の内面と内管１２の外面との間に挟まれた構成）を例示したが、これに限定されるものではない。例えば図４に示す排気管３のように、断熱層３３が介在部材３４，３５，３６の外側に設けられておらず、介在部材３４，３５，３６が外管１１と内管１２とにより直接挟まれた構成であってもよい。

［３Ｂ］二重管を形成する外管及び内管は、円管以外の形状であってもよい。また、外管及び内管は、湾曲していない形状であってもよい。
［３Ｃ］断熱層は、アルミナマット以外の断熱材（例えばグラスウール等）を用いて形成されていてもよい。また、断熱層は、外管の内面における少なくとも一部に設けられていてもよい。

［３Ｄ］介在部材の数、形状、材質等は特に限定されない。例えば、介在部材の材質は、断熱材以外であってもよい。また、排気管は、介在部材を備えない構成であってもよい。

［３Ｅ］排気管の設置場所は特に限定されない。例えば、排気管は、還元剤の流路を有しない構成であってもよい。また例えば、排気管の設置場所は、触媒の上流側以外であってもよい。また例えば、排気管は、自動車以外に用いられるものであってもよい。

［３Ｆ］上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

［３Ｇ］本発明は、前述した排気管の他、排気管の製造方法など、種々の形態で実現することができる。

１…排気管、１１…外管、１２…内管、１３…断熱層、１４，１５，１６…介在部材。

Claims

二重管構造の排気管であって、
外管と、
前記外管よりも肉厚が薄く、前記外管の内側において排気流路を形成する内管と、
前記内管との間に空気層を残す形で前記外管の内面に沿って設けられた断熱層と、
を備えることを特徴とする排気管。
請求項１に記載の排気管であって、
前記外管の内面と前記内管の外面との間に挟まれた状態で設けられる介在部材を更に備え、
前記内管は、前記介在部材によって前記外管の内側に固定されている
を特徴とする排気管。
請求項２に記載の排気管であって、
前記介在部材は、前記排気流路と前記空気層とを区画する
ことを特徴とする排気管。
請求項２又は請求項３に記載の排気管であって、
第１の軸方向と平行な方向を除く方向への前記内管の移動を規制する第１の前記介在部材と、
前記第１の軸方向と平行でない第２の軸方向と平行な方向を除く方向への前記内管の移動を規制する第２の前記介在部材と、
を備えることを特徴とする排気管。