JP2017066981A - 内燃機関の排気系部品 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも簡略な製造工程により製造でき且つ断熱性が向上した断熱膜を備える排気系部品を提供すること。
【解決手段】エンジンから排出される排気が流通する排気通路を形成するエンジンの排気管１であって、排気管１の内壁面１１上に形成された断熱機能を有する断熱膜１２と、排気管１の外壁面１５側から溶接材により他の排気系部品（排気浄化装置２、フランジ４、成形された板状部材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ）と溶接されることで形成された溶接部１６，１７，１８Ａ，１８Ｂと、を備えるエンジンの排気管１を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気系部品に関する。詳しくは、断熱膜が形成された排気系部品に関する。

従来、内燃機関の排気系部品の表面上に、断熱性を有する断熱膜を形成する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の技術では、排気管の表面上に断熱性の無機質被覆層を設けることにより、排気管の断熱性が確保され、その下流側に配置される排気浄化触媒を早期に昇温させて活性化できるとともに、走行風による排気浄化触媒の温度低下を抑制できる。

特開２０１２−１６７５４３号公報

しかしながら、断熱膜を備える従来の排気管の製造では、先ず、平板状部材を排気管形状に成形し（成形工程）、溶接される部位にマスキングを施した後に（マスキング工程）、断熱材を用いた断熱コーティング（塗布、浸漬、溶射等）を実施する（断熱コーティング工程）。次いで、マスキングを除去した後に（マスキング除去工程）、溶接材を用いて他の排気系部品等と溶接することで（溶接工程）、断熱膜を備える従来の排気管が製造される。

このように、断熱膜を備える従来の排気管の製造では多くの工程を要し煩雑であり、製造工程の簡略化が求められていた。また、溶接品質に悪影響を及ぼす断熱膜が溶接部に形成されないようにマスキング範囲を大きく確保する必要があり、それにより、得られる断熱効果が低減するという問題があった。さらには、断熱コーティングが成形後の排気管形状による影響を受けて、均一な断熱膜厚が得られない場合がある他、排気管形状によっては断熱膜を形成できない部位があり、十分な断熱性が得られていないのが現状であった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来よりも簡略な製造工程により製造でき且つ断熱性が向上した断熱膜を備える排気系部品を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関から排出される排気が流通する排気通路を形成する内燃機関の排気系部品であって、前記排気系部品の内壁面上に形成された断熱機能を有する断熱膜と、前記排気系部品の外壁面側が溶接材により他の排気系部品と溶接されることで形成された溶接部と、を備える内燃機関の排気系部品を提供する。

本発明では、内燃機関の排気通路を形成する排気系部品の内壁面上に、断熱性を有する断熱膜を形成する。また、その排気系部品の外壁面側が溶接材により他の排気系部品と溶接されることで溶接部を形成する。
本発明によれば、断熱膜を内壁面側に形成するとともに、その外壁面側から他の排気系部品との溶接部を形成するため、従来のようなマスキング工程が不要である。即ち、断熱膜が形成されない外壁面側から溶接するため、マスキング工程が不要である。そのため、本発明の排気系部品は、平板状部材に断熱コーティングを施した後に、形成された断熱膜が内壁面側になるようにして排気管形状に成形した後、他の排気系部品と溶接することで製造できる。従って本発明によれば、従来よりも簡略な製造工程により断熱膜を備える排気系部品を製造できる。
また本発明では、マスキング工程が不要であるため、従来のようにマスキング範囲を大きく確保することによる断熱効果の低減を回避できる。さらには、溶接が行われない内壁面側に断熱膜を形成するため、内壁面の全面に断熱膜を形成できる。そのため、成形前の平板状部材の一方の面の全面に断熱コーティングを施すことができ、十分な範囲に均一な断熱膜を形成できる。成形時においても断熱膜が内側に配置されるため、成形時に大きな伸びや歪みを受けることがなく、断熱膜が割れて断熱性が低下するのを回避できる。従って本発明によれば、従来よりも断熱性が向上した断熱膜を備える排気系部品を提供できる。

前記断熱膜は、その一部が前記溶接部に接して形成され、前記断熱膜及び前記溶接部は、同一の添加剤を含むことが好ましい。

この発明では、断熱膜の一部が溶接部に接するように断熱膜を形成する。また、断熱膜と溶接部に、同一の添加剤が含まれるように構成する。即ち、断熱コーティングに用いる断熱材中に添加される添加剤と、溶接に用いる溶接材中に添加される添加剤とを同一とする。
従来、断熱材や溶接材のそれぞれには、その物性を改善する目的で添加剤が添加されている。そのため、断熱膜が溶接部に接して形成されると、溶接時に高温となる溶接部近傍で断熱膜中の添加剤粒子が凝集し、断熱膜の平坦化が妨げられる場合があった。そこでこの発明では、断熱膜中の添加剤を溶接部中の添加剤と同一としたことにより、断熱膜中の添加剤が溶接部側に流動して凝集を回避でき、添加剤の分散安定化を図ることができる。ひいては、断熱膜を平坦化でき、優れた断熱性を確保できる。

本発明によれば、従来よりも簡略な製造工程により製造でき且つ断熱性が向上した断熱膜を備える排気系部品を提供できる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気管を示す図である。 上記実施形態に係る内燃機関の排気管の縦断面図である。 上記実施形態に係る内燃機関の排気管の製造方法を説明するための図である。 上記実施形態に係る内燃機関の排気管の他の製造方法を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気系部品を示す図である。
図１に示すように、本実施形態に係る排気系部品としての排気管１は、エンジンルームＥ内に配置され、図示しない車両に搭載された内燃機関（以下、「エンジン」という。）の近傍（直下）でその車両前方側に配置される。本実施形態のエンジンは、図示しない各気筒の燃焼室内に燃料を直接噴射するディーゼルエンジンである。

本実施形態に係る排気管１は、いずれも図示しないエンジンから延びる排気マニホールド等の排気通路の下流端に設けられたターボチャージャと、後述する排気浄化装置２と、を接続する。排気管１の上流側端部は、フランジ４を介してターボチャージャと接続される。

図１に示すように、排気管１は、エンジン側に配置されたターボチャージャ側から略水平方向に延びた後に、後述する排気浄化装置２の上端に向かって下方に大きく屈曲して形成される。また、排気管１は、下流側に向かうに従い拡径し、後述する排気浄化装置２の上流側端面に接続される。排気管１の構成については、後段で詳述する。

排気浄化装置２は、円筒状であり、その中心軸線を略上下方向に向けた状態で、エンジンの車両前方側の側面に沿って配置される。従って、排気は、排気浄化装置２内を上方から下方に向かって流れ、その過程で排気中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣが浄化されるとともに、排気中の粒子状物質（以下、「ＰＭ」という。）が除去された後、下流側排気管３に導かれる。

図１に示すように、排気浄化装置２は、排気浄化触媒部２１と、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」という。）２２と、ケース２３と、を備える。排気浄化触媒部２１及びＤＰＦ２２は、単一のケース２３内に収容され、互いに近接して配置されている。

排気浄化触媒部２１は、排気中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣを浄化する。排気浄化触媒部２１は、排気浄化触媒が担持されたハニカム担体により構成され、図示しない保持マットを介してケース２３内に格納されている。
ハニカム担体は、フロースルー型のハニカム担体から構成される。ハニカム担体の材質としては、コーディエライト、アルミナチタネート又はムライトが挙げられる。
排気浄化触媒としては、酸化触媒やＮＯｘ触媒が用いられる。例えば、Ｐｔ、Ｐｄ及びＲｈのうち少なくとも一つの貴金属と、ゼオライトと、Ｂａと、Ｃｅと、を含む。この排気浄化触媒により、排気中のＮＯｘ、ＣＯ及びＨＣが浄化される。

ＤＰＦ２２は、排気中のＰＭを捕集する。ＤＰＦ２２は、ＰＭ燃焼触媒が担持されたフィルタにより構成され、図示しない保持マットを介してケース２３内に格納される。
フィルタは、断面が略真円の円柱状に形成されたウォールフロー型のフィルタである。フィルタの材質としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、コーディエライト、アルミナチタネート又はムライトが挙げられる。
ＰＭ燃焼触媒は、フィルタの全体に略均一に担持され、これにより、フィルタで捕集されたＰＭが燃焼除去される。ＰＭ燃焼触媒としては、例えば、Ａｇと、Ｐｔ及びＰｄのうち少なくとも一つの貴金属と、を含むものが用いられる。

ケース２３は、円筒状であり、上述したように排気浄化触媒部２１とＤＰＦ２２を格納する。ケース２３は、ＳＵＳ等の金属で構成される。ケース２３は、中心軸線に沿って周方向に２分割された２つのケース半体から構成されるクラムシェル方式のケース部材により構成される。

次に、本実施形態に係る排気管１の構成について、図１及び図２を参照して詳しく説明する。ここで、図２は、本実施形態に係る排気管１の縦断面図である。
図２に示すように、本実施形態に係る排気管１は、その内壁面１１上に形成された断熱機能を有する断熱膜１２を備える。また、排気管１は、その外壁面１５側から溶接材により溶接されて形成された溶接部１６，１７，１８Ａ，１８Ｂを備える。

断熱膜１２は、断熱性を有し、排気管１に高い断熱性を付与する。断熱膜１２は、排気管１の内壁面１１の全面に、均一な膜厚で形成されている。即ち、断熱膜１２は、排気管１の内壁面１１を、部材の入口端部から出口端部まで全て覆うように形成されている。断熱膜１２の一部は、後述する溶接部１６に接して形成されている。この断熱膜１２は、後述する溶接部１６中に添加されているＴｉ系添加剤と同一の添加剤が含まれている。

断熱膜１２を形成するために用いられる断熱材としては、例えば酸化ジルコニウムをベースとし、添加剤として酸化チタンや酸化イットリウムを添加して複合化された複合酸化物を用いることができる。中でも、質量比でＺｒＯ_２：ＴｉＯ_２：Ｙ_２Ｏ_３＝６５：１５〜２０：８〜１２のものがより好ましく用いられる。

溶接部１６，１７は、排気管１の外壁面１５側から形成されている。より詳しくは、溶接部１６は、排気管１の外壁面１５側の下流側端部１５１が溶接材により排気浄化装置２と溶接されることで形成されている。また溶接部１７は、排気管１の外壁面１５側の上流側端部１５２が溶接材によりフランジ４と溶接されることで形成されている。溶接部１６は、断熱膜１２の一部に接している。

溶接部１６，１７を形成するために用いられる溶接材としては、例えばメタル系フラックス入りワイヤにＴｉが添加されたものを用いることができる。中でも、Ｔｉの含有量が０．０７〜０．１７質量％のものがより好ましく用いられる。

図１に戻って、溶接部１８Ａ，１８Ｂは、後段で詳述する排気管１を構成する複数の板状部材同士がその外壁面側から溶接材により溶接されることで形成されている。

次に、本実施形態に係る排気管１の製造方法について、図３を参照して説明する。
ここで、図３は、本実施形態に係る排気管１の製造方法を説明するための図である。
本実施形態に係る排気管１の製造方法は、断熱コーティング工程と、成形工程と、溶接工程と、を有する。

先ず、断熱工程では、平板状部材の一方の面の全面に、断熱コーティングを実施する。断熱コーティングには、従来公知の断熱材を用いることができるが、後述する溶接工程で用いる溶接材と同一の添加剤が添加された断熱材を用いることが好ましい。この断熱材を用いて、従来公知の塗布、浸漬、溶射等の各種手法を利用することにより、断熱膜１２を形成する。

次いで、図３（ａ）に示す成形工程では、断熱コーティングされた平板状部材を、所定の形状に成形する。具体的には、上述の形状を有する排気管１を複数のパーツに分割したときの各パーツの形状となるように複数の平板状部材を成形することで、成形された板状部材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを得る。このとき、断熱膜１２が内側となるようにして、成形を実施する。成形には、従来公知のプレス装置等が利用される。

次いで、図３（ｂ）に示すように、排気管１を構成する複数の板状部材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ同士を、溶接材を用いて溶接する。溶接材としては、後述の溶接材と同様のものを用いることができる。これにより、上述の排気管形状が形成される。

次いで、図３（ｃ）に示すように、排気管１の外壁面１５側の下流側端部１５１を、溶接材により排気浄化装置２と溶接する。これにより、溶接部１６が形成される。また、排気管１の外壁面１５側の上流側端部１５２を、溶接材によりフランジ４と溶接する。これにより、溶接部１７が形成される。
以上により、本実施形態に係る排気管１が製造される。

図４は、本実施形態に係る排気管１の他の製造方法を説明するための図である。
本実施形態の断熱コーティング工程及び成形工程では、上述とは異なる手法を採用することができる。即ち、図４に示すように、先ず、円環状部材１０Ｄに断熱コーティングを施した後、これを囲繞するように配置された駒状の複数の金型５を用いてシュリンク成形することにより、上述の排気管形状を形成できる。溶接工程は上記と同様である。

本実施形態によれば、以下の効果が奏される。
本実施形態では、エンジンの排気通路を形成する排気管１の内壁面１１上に、断熱性を有する断熱膜１２を形成した。また、その排気管１の外壁面１５側から、溶接材により他の排気系部品と溶接することで溶接部１６，１７，１８Ａ，１８Ｂを形成した。
本実施形態によれば、断熱膜１２を内壁面１１側に形成するとともに、その外壁面１５側から他の排気系部品との溶接部１６，１７，１８Ａ，１８Ｂを形成するため、従来のようなマスキング工程が不要である。即ち、断熱膜１２が形成されない外壁面１５側から溶接するため、マスキング工程が不要である。そのため、本実施形態の排気管１は、板状部材１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに断熱コーティングを施した後に、形成された断熱膜１２が内壁面１１側になるようにして排気管形状に成形した後、他の排気系部品と溶接することで製造できる。従って本実施形態によれば、従来よりも簡略な製造工程により断熱膜１２を備える排気管１を製造できる。
また本実施形態では、マスキング工程が不要であるため、従来のようにマスキング範囲を大きく確保することによる断熱効果の低減を回避できる。さらには、溶接が行われない内壁面１１側に断熱膜１２を形成するため、内壁面１１の全面に断熱膜１２を形成できる。そのため、成形前の平板状部材の一方の面の全面、即ち部材の入口端部から出口端部を含めた全面に断熱コーティングを施すことができ、十分な範囲に均一な断熱膜１２を形成できる。成形時においても断熱膜１２が内側に配置されるため、成形時に大きな伸びや歪みを受けることがなく、断熱膜１２が割れて断熱性が低下するのを回避できる。従って本発明によれば、従来よりも断熱性が向上した断熱膜１２を備える排気管１を提供できる。

また本実施形態では、断熱膜１２の一部が溶接部１６に接するように断熱膜１２を形成した。また、断熱膜１２と溶接部に、同一の添加剤が含まれるように構成した。即ち、断熱コーティングに用いる断熱材中に添加される添加剤と、溶接に用いる溶接材中に添加される添加剤とを同一とした。
従来、断熱材や溶接材のそれぞれには、その物性を改善する目的で添加剤が添加されている。そのため、断熱膜が溶接部に接して形成されると、溶接時に高温となる溶接部近傍で断熱膜中の添加剤粒子が凝集し、断熱膜の平坦化が妨げられる場合があった。そこで本実施形態では、断熱膜１２中の添加剤を溶接部１６中の添加剤と同一としたことにより、断熱膜１２中の添加剤が溶接部１６側に流動して凝集を回避でき、添加剤の分散安定化を図ることができる。ひいては、断熱膜１２を平坦化でき、優れた断熱性を確保できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。

１…排気管（排気系部品）
２…排気浄化装置
４…フランジ（他の排気系部品）
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ…板状部材（他の排気系部品）
１１…内壁面
１２…外壁面
１６，１７，１８Ａ，１８Ｂ…溶接部

Claims (2)

1. 内燃機関から排出される排気が流通する排気通路を形成する内燃機関の排気系部品であって、
   前記排気系部品の内壁面上に形成された断熱機能を有する断熱膜と、
   前記排気系部品の外壁面側から溶接材により他の排気系部品と溶接されることで形成された溶接部と、を備える内燃機関の排気系部品。
2. 前記断熱膜は、その一部が前記溶接部に接して形成され、
   前記断熱膜及び前記溶接部は、同一の添加剤を含む請求項１に記載の内燃機関の排気系部品。

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