JP2018091147A

JP2018091147A - ブラケットおよびブラケットの支持構造

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Publication number: JP2018091147A
Application number: JP2016232554A
Authority: JP
Inventors: 英雄堤; Hideo Tsutsumi; 浩司夏目; Koji Natsume
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2018-06-14
Anticipated expiration: 2036-11-30
Also published as: JP6794803B2

Abstract

【課題】ブラケットがケースから剥がれるのを確実に防止することが可能なブラケットおよびブラケットの支持構造を提供すること。【解決手段】ブラケットは、天板部と、天板部の幅方向両端から高さ方向片側に延在し、高さ方向片端部から幅方向外側に延在し、幅方向外端が溶接部を介して排気浄化装置のケースの外周面に固定される一対の脚部と、を備え、一対の脚部における少なくとも一方の脚部は、溶接部を長さ方向で区分する切込み部を有する。【選択図】図２Ａ

Description

本開示は、ブラケットおよびブラケットの支持構造に関する。

従来、内燃機関の排気系に設けられ、内燃機関から排出される排気ガス中の一酸化炭素および未燃焼炭化水素等を除去するための排気浄化装置が知られている。このような排気浄化装置のうち、内燃機関の周囲に配置される構造のものは、ブラケットを介して内燃機関に支持されることが従来から知られている。

特許文献１の第１０〜第１２図には、排気系に配置された排気浄化装置（触媒装置）のケース（触媒用ケース）を、車体またはエンジン等の被固定部に支持するためのいわゆるハット型のブラケットが開示されている。このブラケットは、天板部と、天板部の幅方向両端部から高さ方向片側に延在した一対の側壁部と、一対の側壁部の高さ方向片端部から幅方向外側に延在した一対のフランジ部とを備えている。この構造の場合、ブラケットの一対のフランジ部の幅方向外端面が、排気浄化装置のケースの外周面に溶接部を介して固定されている。

実開平４−５４９２９号公報

しかしながら、特許文献１の第１０〜第１２図に記載された構造では、ブラケットと排気浄化装置のケースとを接続する溶接部分における溶接端部において車体振動による応力集中が発生する。一般的に、溶接部の長さ方向両端部は他の部分に比べて剥離の起点となり易いため、長さ方向両端部の応力が大きいと、ブラケットがケースから剥がれるおそれがあるという問題があった。

本開示の目的は、ブラケットがケースから剥がれるのを確実に防止することが可能なブラケットおよびブラケットの支持構造を提供することである。

本開示のブラケットは、
天板部と、前記天板部の幅方向両端から高さ方向片側に延在し、高さ方向片端部から幅方向外側に延在し、幅方向外端が溶接部を介して排気浄化装置のケースの外周面に固定される一対の脚部と、を備え、
前記一対の脚部における少なくとも一方の脚部は、前記溶接部を長さ方向で区分する切込み部を有する。

本開示のブラケットの支持構造は、
前記ブラケットが前記溶接部を介して前記ケースに支持される。

本開示によれば、ブラケットがケースから剥がれるのを確実に防止することができる。

本開示の一実施の形態に係る排気系を示す概略図ブラケットの平面図および溶接部の応力分布図ブラケットの側面図ブラケット正面図図２ＡのＡ−Ａ断面図ブラケットの斜視図比較例に係るブラケットの平面図および溶接部の応力分布図比較例に係るブラケットの側面図変形例１に係るブラケットの側面図変形例２に係るブラケットの側面図

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は一例であり、本開示は実施の形態により限定されるものではない。

図１は、本開示に係る排気系の一例を示す概略図である。なお、図１には、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸が描かれている。以下の説明では、図１における左右方向をＸ方向又は車両前後方向といい、右方向を「＋Ｘ方向」又は「車両前側」、左方向を「−Ｘ方向」又は「車両後側」という。また、図１における上下方向をＹ方向又は車両上下方向といい、上方向を「＋Ｙ方向」又は「車両上側」、下方向を「−Ｙ方向」又は「車両下側」という。さらに、図１において紙面に垂直な方向をＺ方向又は車両幅方向といい、手前方向を「＋Ｚ方向」又は「車両右側」、奥方向を「−Ｚ方向」又は「車両左側」という。

図１に示すように、排気系１は、エンジン２の車両右側に設けられた排気マニホールド３と、排気マニホールド３の集合部に連結されたターボ過給機４と、ターボ過給機４から延びる上流側排気通路５、後処理装置６、及び下流側排気通路７と、を備える。なお、本実施形態の場合、上記各部材を、エンジン２の車両右側に配置している。ただし、車両幅方向に関して、上記各部材のエンジン２に対する配置は、図示の構造に限定されるものではない。

ターボ過給機４の排気ガス出口４ａの方向（開放方向）、大きさ及び形状は、後処理装置６の形状、大きさ及び設置場所などに基づいて総合的に定められる。ここでは、排気ガス出口４ａの方向は、−Ｘ方向である。排気ガス出口４ａの形状は、一般的な円形状である。後処理装置６の設置場所は、ターボ過給機４の−Ｘ方向の位置に設定される。

上流側排気通路５は、中空管状の管８の内部空間により構成されている。管８は、内部空間に上流側開口部から流入した排気ガスを、管８の延在方向に沿って流通させて、下流側開口部から流出させる流路としての機能を有している。

管８の上流側端部は、排気ガス出口４ａに接続されている。一方、管８の下流側端部は、後処理装置６の上流側端部に固定されている。直線管８の延在方向、長さ、及び中空断面形状は、排気ガス出口４ａの方向、後処理装置６におけるＤＯＣ１１（後述する）の位置などに基づいて総合的に定められる。

管８の延在方向は、例えば、ＤＯＣ１１の位置などに基づいて３次元的に傾けられる。ここでは、説明をわかりやすくするために、管８は、図１に示すように、排気ガス出口４ａと同じ−Ｘ方向に延ばされる。また、管８の長さは、ターボ過給機４とＤＯＣ１１との間の放熱を防止するために、なるべく短いことが望ましい。

上述のとおり、管８の下流側端部には、排気浄化装置である後処理装置６の上流側端部が接続されている。後処理装置６は、管状のケース１０に、排気ガスを浄化するためのＤＯＣ１１及びディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）１２が収容されてなる。

ケース１０は、ケース１０の外周面に溶接固定されたブラケット１４を介してエンジン２に固定されている。具体的には、本実施形態の場合、ブラケット１４は、エンジン２から突出した（本実施形態の場合、エンジン２から右側に突出した）第２ブラケット１５に対して取り付けられる（本実施形態の場合、前方から取り付けられる）。なお、ブラケット１４の詳細な構造、および、ブラケット１４をケース１０に対して支持するためのブラケットの支持構造については、後述する。

ＤＯＣ１１及びＤＰＦ１２は、無機質マットでケース１０に保持される。ＤＯＣ１１は、柱状に形成される。ここでは、説明をわかりやすくするために、ＤＯＣ１１は、−Ｙ方向に延びている。なお、ＤＯＣ１１の基本的構造及び機能については、従来から知られているＤＯＣと同様であるため、詳しい説明は省略する。

ＤＰＦ１２は、柱状に形成される。また、ＤＰＦ１２は、ＤＯＣ１１と同様に、−Ｙ方向に延びている。なお、ＤＰＦ１２の基本的構造及び機能については、従来から知られているＤＰＦと同様であるため、詳しい説明は省略する。

後処理装置６の下流側端部には、下流側排気通路７が接続されている。後処理装置６で浄化された排気ガスは、下流側排気通路７を通過して外部に導出される。下流側排気通路７における下流側は、−Ｘ方向へ直線状に延びており、排気ガスは、下流側排気通路７の後端から、後方へ向けて導出される。

次に、図２Ａ〜図２Ｅを参照して、ブラケット１４の構造およびブラケット１４をケース１０に支持固定するためのブラケットの支持構造の詳細について説明する。なお、以下の説明では、図２Ａにおける左右方向を「幅方向」といい、上下方向を「長さ方向」という。また、図２Ａの表裏方向および図２Ｃ、２Ｄの上下方向を「高さ方向」という。幅方向に関しては、ブラケット１４の幅方向中央部に近づく方向が内側であり、ブラケット１４の幅方向中央部から離れる方向が外側である。また、長さ方向に関して「片側」は図２Ａの上側に相当し、同じく「他側」は図２Ａの下側に相当する。さらに、高さ方向に関して、「片側」は図２Ａの裏側および図２Ｃ、２Ｄの下側に相当し、同じく「他側」は図２Ａの表側および図２Ｃ、２Ｄの上側に相当する。なお、図２Ａ〜図２Ｅは、ブラケット１４がケース１０に対して溶接固定された状態を、ケース１０を省略した状態で示している。

ブラケット１４は、いわゆるハット型のブラケットであって、例えばステンレス製の矩形の板状部材を曲げ加工することで形成される。ブラケット１４は、天板部１４１と、一対の側壁部１４２と、一対のフランジ部１４３とを含んでなる。このようなブラケット１４は、後処理装置６（具体的には、後処理装置６のケース１０）を、エンジン２に対して支持するためのものである。

天板部１４１は、ブラケット１４を、例えばエンジン２（具体的には、第２ブラケット１５）などの被固定部に対して固定するための部分である。このような天板部１４１は、高さ方向から見た形状が、長さ方向に長い矩形板状である。天板部１４１は２つの丸孔１４４ａ、１４４ｂが、長さ方向に離隔した状態で並んで形成されている。丸孔１４４ａ、１４４ｂには、それぞれ不図示のボルトが挿通され、不図示のナットと締結される。これにより、ブラケット１４が第２ブラケット１５に対して固定される。

なお、本実施形態の場合、丸孔１４４ａ、１４４ｂは、高さ方向から見た形状が互いに同じ円形である。また、丸孔１４４ａ、１４４ｂのうちの一方の丸孔１４４ａの中心軸Ｏ_１４４ａと、同じく他方の丸孔１４４ｂの中心軸Ｏ_１４４ｂとは、幅方向に関して整合している。ただし、一方の丸孔１４４ａの中心Ｏ_１４４ａと、他方の丸孔１４４ｂの中心Ｏ_１４４ｂとが、幅方向にずれている構成を採用してもよい。このような丸孔１４４ａ、１４４ｂ同士の位置関係は、ブラケット１４、ケース１０およびエンジン２の組み付け状態を考慮して適宜決定される。また、天板部１４１に設ける孔の形状および数は本実施形態に限定されない。なお、車体への組み付け状態の一例として、一方の丸孔１４４ａの中心軸Ｏ_１４４ａと他方の丸孔１４４ｂの中心軸Ｏ_１４４ｂとを通る仮想平面が、例えば、垂直方向（車両の上下方向）と平行になるようにブラケット１４を第２ブラケット１５に固定することができる。

一対の側壁部１４２は、天板部１４１の幅方向両端縁から高さ方向片側（図２Ｃの下側）に延在した板状部材である。具体的には、本実施形態の場合、一対の側壁部１４２は、天板部１４１の幅方向両端縁から高さ方向片側に、天板部１４１と直交する状態で延在している。このような一対の側壁部１４２は、幅方向から見た形状（図２Ｂに示す形状）が互いに同じ矩形板状である。

なお、一対の側壁部１４２の形状は、本実施形態の場合に限定されない。また、一対の側壁部１４２同士の形状を異ならせることもできる。具体的には、例えば、一対の側壁部１４２のうちの一方の側壁部１４２の天板部１４１に対する傾斜角度と、同じく他方の側壁部１４２の天板部１４１に対する傾斜角度とを異ならせることができる。また、一方の側壁部１４２の高さ方向寸法と、他方の側壁部１４２の高さ方向寸法とを異ならせることもできる。一対の側壁部１４２の形状は、ケース１０への取り付け位置に応じて適宜変更される。

一対のフランジ部１４３は、一対の側壁部１４２から幅方向外側に延在した板状部材である。具体的には、本実施形態の場合、一対のフランジ部１４３は、一対の側壁部１４２の高さ方向片端部から幅方向外側に一対の側壁部１４２と直交する（換言すれば、天板部１４１と平行な）状態で延在している。このような一対のフランジ部１４３は、高さ方向から見た形状（図２Ａに示す形状）が互いに同じ板状である。

以下、本開示にかかるブラケットの支持構造を構成する溶接部１６の構造について説明する。
溶接部１６は、切込み部１７（後述する）により長さ方向中央部で区分される。溶接部１６は、長さ方向中央部で分割されたフランジ部１４３の幅方向外端面と、ケース１０の外周面とを接合する。

なお、以下のブラケット１４の各部の説明において、側壁部１４２およびフランジ部１４３を含むものとして脚部１４５を用いる場合がある。つまり、ブラケット１４は一対の脚部１４５を備えている。脚部１４５は、天板部１４１の幅方向両端縁から高さ方向片側（図２Ｃの下側）に延在した板状部材としての側壁部１４２、および、一対の側壁部１４２から幅方向外側に延在した板状部材としてのフランジ部１４３を有する。

切込み部１７は、一対の脚部１４５における少なくとも一方に設けられ、溶接部１６を長さ方向で区分する。なお、切込み部１７を両方の脚部１４５に設けるのか、いずれか一方の脚部１４５に設けるのかは、また、脚部１４５に設けられる切込み部１７の位置、形状、および大きさは、例えば、後述するように、天板部１４１に対して幅方向に繰り返し荷重が負荷される場合に、溶接部１６に生じる応力などに基づいて総合的に定められる。

切込み部１７は、図２Ａに示すように、一対の脚部１４５のそれぞれに設けられている。
切込み部１７は、図２Ｂに示すように、脚部１４５の長さ方向中央部に設けられる。切込み部１７は、図２Ｄおよび図２Ｅに示すように、フランジ部１４３の幅方向外端面から側壁部１４２に延在し、一定の溝幅を有するスリット１７１と、溝幅と同じ大きさの直径を有する半円形状の奥側縁１７２とを有する。これにより、例えば、天板部１４１に対して幅方向に繰り返し荷重が負荷される場合に、奥側縁１７２に生じる応力を小さくすることができる。

＜本実施の形態の効果＞
本実施の形態の効果について、比較例を示しながら説明する。図２Ａには、本実施の形態において溶接部１６に負荷される応力分布を示したグラフが示されている。また、図２Ａには、比較例における溶接部１６に負荷される応力分布を示すグラフを破線で示されている。図３Ａは比較例にかかるブラケット１４の平面図である。図３Ｂは、比較例にかかるブラケット１４の側面図である。図４Ａには、比較例における溶接部１６、および、溶接部１６に負荷される応力分布を示したグラフが示されている。なお、比較例におけるブラケット１４の一対の側壁部１４２は、長さ方向に関する全長にわたり高さ方向に連続している。すなわち、一対の側壁部１４２は、高さ方向に不連続となるような、例えば切込み部１７などの不連続部が形成されていない。また、比較例における一対のフランジ部１４３は、長さ方向に関する全長にわたり幅方向に連続している。すなわち、一対のフランジ部１４３は、幅方向に不連続となるような、例えば切込み部１７などの不連続部が形成されていない。

また、以下に説明する本実施の形態の作用・効果は、天板部１４１に対して幅方向に繰り返し荷重が負荷される場合を想定したものである。以下の説明は、本実施の形態のブラケット１４の一方の脚部１４５（側壁部１４２およびフランジ部１４３）に関して行う。天板部１４１に負荷される繰り返し荷重は、一方の脚部１４５を伝わって、溶接部１６に対して幅方向の引っ張り圧縮荷重として繰り返し負荷される。したがって、図２Ａおよび図３Ａに示す溶接部１６の応力分布は、前述のような幅方向の引っ張り圧縮荷重に基づいて溶接部１６に生じる応力に関するものである。

天板部１４１に負荷される繰り返し荷重の一例としては、図２Ａおよび図３Ａに実線の方向および破線の方向で示すねじり荷重である。ねじり荷重におけるねじり中心の位置は、図２Ａおよび図３Ａに示すように、天板部１４１の長さ方向中央部である。なお、以下の説明は、一例として実線方向のねじり荷重がブラケット１４に負荷される場合を想定したものである。

比較例において、図３Ａに示す実線方向のねじり荷重がブラケット１４に負荷される場合に、図３Ａに示すように、ねじり荷重により溶接部１６に生じる応力は、溶接部１６の長さ方向中央部１６ａから長さ方向片端１６ｂに近づくに応じて大きくなる。また、ねじり荷重により溶接部１６に生じる応力は、溶接部１６の長さ方向中央部１６ａから長さ方向他端１６ｃに近づくに応じて大きくなる。これにより、長さ方向片端１６ｂおよび長さ方向他端１６ｃは、大きな応力集中が発生する箇所となる。この場合、長さ方向片端１６ｂまたは長さ方向他端１６ｃからブラケット１４が剥離するおそれがある。

これに対し、本実施の形態におけるブラケット１４の脚部１４５は、長さ方向で溶接部１６を区分するように、切込み部１７を有する。図２Ａに、区分された溶接部１６における長さ方向中央側端１６ｄ，１６ｅを示す。これにより、図２Ａに示す実線方向のねじり荷重がブラケット１４に負荷される場合に、ねじり荷重により溶接部１６に生じる応力は、図２Ａに示すように、溶接部１６の長さ方向中央側端１６ｄ，１６ｅで比較例に比べて大きくなり、長さ方向中央側端１６ｄ，１６ｅで大きくなるに応じて、長さ方向片端１６ｂおよび長さ方向他端１６ｃで比較例に比べて小さくなる。これにより、ねじり荷重により溶接部１６に生じる応力は均一化される。その結果、長さ方向片端１６ｂおよび長さ方向他端１６ｃでは、大きな応力集中が発生しないようになり、ブラケット１４がケース１０から剥離するのを防止することができる。

＜変形例＞
次に、各変形例について図４Ａおよび図４Ｂを参照して説明する。図４Ａは、変形例１にかかるブラケット１４の側面図である。

上記実施の形態では、図２Ｂに示すように、切込み部１７における奥側縁１７２は、スリット１７１の溝幅と同じ大きさの直径を有する半円形状を備えている。

これに対し、変形例１では、図４Ａに示すように、奥側縁１７２は、スリット１７１の溝幅より大きな直径を有する円形状を有する。これにより、例えばねじり荷重により奥側縁１７２に生じる応力をより小さくすることができる。

変形例１において、スリット１７１および奥側縁１７２それぞれの位置、形状および大きさは、ねじり荷重により溶接部１６に生じる応力に応じて定められる。

奥側縁１７２は、例えば、高い位置に設けられるほど、ねじり荷重により長さ方向中央側端１６ｄ，１６ｅに生じる応力が大きくなり、大きくなる分だけ、長さ方向片端１６ｂおよび長さ方向他端１６ｃに生じる応力が小さくなる傾向がある。これにより、奥側縁１７２が設けられる位置は、長さ方向中央側端１６ｄ，１６ｅに生じる応力と、長さ方向片端１６ｂおよび長さ方向他端１６ｃに生じる応力とが同じになるように定められることで、ねじり荷重により溶接部１６に生じる応力をより均一化することができる。

また、奥側縁１７２は、例えば、円形状の直径が大きいほど、ねじり荷重により長さ方向中央側端１６ｄ，１６ｅに生じる応力が大きくなり、大きくなる分だけ、長さ方向片端１６ｂおよび長さ方向他端１６ｃに生じる応力が小さくなる傾向がある。これにより、奥側縁１７２の円形状の大きさは、長さ方向中央側端１６ｄ，１６ｅに生じる応力と、長さ方向片端１６ｂおよび長さ方向他端１６ｃに生じる応力とが同じになるように定められることで、ねじり荷重により溶接部１６に生じる応力をより均一化することができる。

また、スリット１７１は、例えば、溝幅を狭くするほど、溶接部１６の溶接長が長くなるため、ねじり荷重により溶接部１６に生じる応力を低下させることができる。

また、スリット１７１の位置等および奥側縁１７２の位置等との組合せは、例えば、スリット１７１の溝幅と奥側縁１７２の直径との組合せは、ねじり荷重により溶接部１６に生じる応力に応じて適宜選択される。

図４Ｂは、変形例２にかかるブラケット１４の側面図である。
上記変形例１において、奥側縁１７２は円形状を有している。これに対し、変形例２において、奥側縁１７２は、図４Ｂに示すように、溝幅より大きな直径を有する半円形状を備えた水滴形を有する。変形例２においても、変形例１と同様に、スリット１７１および奥側縁１７２それぞれの位置、形状および大きさは、ねじり荷重により溶接部１６に生じる応力に応じて定められる。

なお、上記実施の形態では、切込み部１７が一対の脚部１４５にそれぞれ設けられる。本発明はこれに限らず、例えばねじり荷重により溶接部１６に生じる応力に対応させて、切込み部１７が一対の脚部１４５のいずれか一方に設けられてもよい。

また、上記実施の形態では、切込み部１７は、側壁部１４２およびフランジ部１４３に設けられる。本発明は、これに限らず、例えばねじり荷重により溶接部１６に生じる応力に応じて、フランジ部１４３のみに設けてもよい。

また、上記実施の形態および各変形例において、切込み部１７は、天板部１４１に負荷される繰り返し荷重の一例としてのねじり荷重により溶接部１６に生じる応力に応じて設けられる。しかし、本発明は、これに限らず、切込み部１７は、長さ方向または幅方向の引っ張り圧縮荷重により溶接部１６に生じる応力に応じて設けられてもよい。

また、上記実施の形態では、ケース１０にＤＯＣ１１およびＤＰＦ１２を収容したものを説明したが、これに限定されない。例えば、ＤＰＦ１２は省略してもよい。また、ＤＯＣ１１に代えて、他の触媒としてのリーンＮＯｘトラップ触媒（ＬＮＴ）、選択接触還元触媒（ＳＣＲ）等、排気ガスを浄化する様々な触媒としてもよい。また、触媒の下流に、ＤＰＦ１２に代えて、ＤＯＣ、ＬＮＴ、ＳＣＲ等、排気ガスを浄化する様々な触媒を収容するようにしてもよい。

本開示のブラケットは、排気浄化装置のケースからブラケットが剥がれるのを確実に防止することが要求される排気浄化装置の支持構造として有用である。

６後処理装置
１０ケース
１４ブラケット
１４１天板部
１４２側壁部
１４３フランジ部
１４４ａ、１４４ｂ丸孔
１４５脚部
１６溶接部
１７切込み部
１７１スリット
１７２奥側縁

Claims

天板部と、前記天板部の幅方向両端から高さ方向片側に延在し、高さ方向片端部から幅方向外側に延在し、幅方向外端が溶接部を介して排気浄化装置のケースの外周面に固定される一対の脚部と、を備え、
前記一対の脚部における少なくとも一方の脚部は、前記溶接部を長さ方向で区分する切込み部を有するブラケット。
前記切込み部は、前記脚部の長さ方向中央部に設けられる請求項１に記載のブラケット。
前記脚部は、前記天板部の幅方向片端から前記高さ方向片側に延在する側壁部と、前記高さ方向片端部から前記幅方向外側に延在するフランジ部とを有し、
前記切込み部は、前記フランジ部に設けられる請求項１または２に記載のブラケット。
前記脚部は、前記天板部の幅方向片端から前記高さ方向片側に延在する側壁部と、前記高さ方向片端部から前記幅方向外側に延在するフランジ部とを有し、
前記切込み部は、前記フランジ部および前記側壁部に設けられる請求項１または２に記載のブラケット。
前記切込み部は、前記幅方向外端から前記側壁部に延在するスリットと、前記側壁部に設けられ、前記スリットに連絡し、前記スリットの溝幅より大きな直径を有する半円形状の奥側縁と、を有する請求項４に記載のブラケット。
請求項１から５のいずれか一項に記載のブラケットが前記溶接部を介して前記ケースに支持されるブラケットの支持構造。