JP2023127203A - 排気管 - Google Patents

Abstract

【課題】二重管の接続部における保温性の低下を抑制できる排気管を提供する。【解決手段】本開示の一態様は、第１二重管と第２二重管とを備える排気管である。第１二重管は、第１内管と、第１内管の外周面を囲う第１外管と、第１内管の外周面と第１外管の内周面との間に設けられた第１空間とを有する。第２二重管は、第２内管と第２内管の外周面を囲う第２外管と、第２内管の外周面と第２外管の内周面との間に設けられた第２空間と、を有する。第１空間は、第１二重管と第２二重管との接続部において閉塞される。第１空間の接続部における閉塞端は、第１内管の径方向において第２空間と重なる。【選択図】図２

Description

本開示は、排気管に関する。

内燃機関の排気システムにおいて、輻射熱を低減して保温性を高めるために内管と外管との間に空間が設けられた二重管が排気管として用いられる。排気ガスの排出経路が長い場合には、複数の二重管が接続された排気管が用いられる（特許文献１参照）。

特開２０１０－１４４７１０号公報

上述の排気管では、上流側の二重管と下流側の二重管とが突き合わされて接続されているため、上流側の二重管の内管を通過した排気ガスの一部が上流側の内管と外管との間の空間に進入する。その結果、対流熱によって排気管の保温性が低下するおそれがある。

本開示の一局面は、二重管の接続部における保温性の低下を抑制できる排気管を提供することを目的としている。

本開示の一態様は、第１二重管と、第１二重管に接続された第２二重管と、を備える排気管である。第１二重管は、排気ガスが内部を通過する第１内管と、第１内管の外周面を囲うように配置される第１外管と、第１内管の外周面と第１外管の内周面との間に設けられた第１空間と、を有する。

第２二重管は、排気ガスが内部を通過する第２内管と、第２内管の外周面を囲うように配置される第２外管と、第２内管の外周面と第２外管の内周面との間に設けられた第２空間と、を有する。第１空間は、第１二重管と第２二重管との接続部において閉塞される。第１空間の接続部における閉塞端は、第１内管の径方向において第２空間と重なる。

このような構成によれば、第１外管の端部が第２内管の端部に固定されると共に、第１空間が接続部において閉塞されることで、排気ガスの第１空間及び第２空間への進入が抑制される。さらに、接続部において第１空間と第２空間とが排気管の軸方向に沿って連続するように配置される。その結果、第１二重管と第２二重管との接続部において、対流熱及び輻射熱による保温性の低下を抑制できる。

本開示の一態様では、第１二重管は、第１二重管の接続部とは反対側の端部において第１空間内に配置された第１保持部材をさらに有してもよい。このような構成によれば、第１保持部材によって、第１空間を確保しつつ、第１二重管における第１内管と第１外管との間の熱膨張差を吸収できる。その結果、熱疲労による破損、第１内管と第１外管との接触による異音の発生等を抑制できる。

本開示の一態様では、第２二重管は、第２空間内に配置された第２保持部材をさらに有してもよい。このような構成によれば、第２保持部材によって、第２空間を確保しつつ、第２二重管における第２内管と第２外管との間の熱膨張差を吸収できる。その結果、熱疲労による破損、第２内管と第２外管との接触による異音の発生等を抑制できる。

本開示の一態様では、第１空間の閉塞端は、第１内管の径方向において、第２空間のうち第２保持部材よりも第２内管の軸方向内側の領域と重なってもよい。このような構成によれば、第２空間のうち第２保持部材によって閉塞されている領域と第１空間とが排気管の軸方向に連続するため、接続部における保温性を高められる。

本開示の一態様では、接続部において、第１外管の端部の外周面と第２内管の端部の内周面とが固定されてもよい。このような構成によれば、第１外管を第２内管に対し、例えば溶接によって容易に固定できる。

本開示の一態様では、第２二重管は、第１二重管に対し、排気ガスの流れ方向における下流側に配置されてもよい。このような構成によれば、接続部における乱流を抑制できる。その結果、接続部における圧損の上昇を抑制できる。

図１は、実施形態の排気システムを示す模式図である。 図２は、実施形態の排気管の中心軸を含む模式的な断面図である。 図３は、図２の排気管における接続部の模式的な部分拡大断面図である。 図４は、図２とは異なる実施形態における排気管の中心軸を含む模式的な断面図である。 図５Ａ及び図５Ｂは、図２とは異なる実施形態における排気管の中心軸を含む模式的な断面図である。

以下、本開示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．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す排気システム１０は、内燃機関１００の排気ガス流路を構成している。内燃機関１００としては、特に限定されないが、自動車、鉄道、船舶、建機等の輸送機器、発電施設などで駆動用又は発電用として用いられるものが挙げられる。

排気システム１０は、排気管１と、消音器１１とを備える。排気管１は、内燃機関１００から排出された排気ガスを、消音器１１を介して系外に排出する。消音器１１は、排気ガスの通過音を低減する。

＜排気管＞
排気管１は、例えば自動車の内部に配置されるバッテリ１０１を迂回するように配置される。排気ガスの熱からバッテリ１０１を保護するために、排気管１は二重管構造を有する。

排気管１は、図２に示すように、第１二重管２と、第２二重管３とを備える。なお、排気管１は、第１二重管２の上流側、又は第２二重管３の下流側に接続された他の二重管を備えてもよい。第１二重管２と第２二重管３とは、直列に接続されている。

＜第１二重管＞
第１二重管２は、第１内管２１と、第１外管２２と、第１空間２３と、第１保持部材２４とを有する。

（第１内管）
第１内管２１は、排気ガスＧが内部を通過する金属製の筒体である。第１内管２１は、排気ガスＧを第１内管２１の内部に導入する（つまり排気ガスＧの流れ方向上流側に配置された）第１内管上流端部２１Ａと、排気ガスＧを第１内管２１から排出する（つまり排気ガスＧの流れ方向下流側に配置された）第１内管下流端部２１Ｂとを有する。

第１内管２１の軸方向に直交する断面における外形は、円形であってもよいし、多角形であってもよい。また、第１内管２１は湾曲していてもよい。さらに、第１内管２１は、内径及び外径が軸方向に沿って一定であってもよいし、内径又は外径が軸方向に沿って変化してもよい。

本実施形態では、他の配管との接続のために、第１内管上流端部２１Ａは、第１外管２２よりも軸方向外側（つまり上流側）に突出している。ただし、第１内管上流端部２１Ａは、必ずしも第１外管２２よりも軸方向外側に突出していなくてもよい。

（第１外管）
第１外管２２は、第１内管２１の外周面を囲うように配置された金属製の筒体である。第１外管２２の内径は、第１内管２１の外径よりも大きい。第１外管２２は、排気ガスＧの流れ方向上流側に配置された第１外管上流端部２２Ａと、排気ガスＧの流れ方向下流側に配置された第１外管下流端部２２Ｂとを有する。

第１外管２２の軸方向に直交する断面における外形は、第１内管２１の外形と相似形であってもよいし、非相似形であってもよい。また、第１外管２２は湾曲していてもよい。さらに、第１外管２２の中心軸は、第１内管２１の中心軸と一致してもよいし、ずれていてもよい。

第１外管下流端部２２Ｂは、排気ガスＧの流れ方向下流側に向かって縮径している。さらに、第１外管下流端部２２Ｂの縮径部分は、周方向全体にわたって、内周面が第１内管下流端部２１Ｂの外周面に、例えば溶接によって固定されている。

このように、第１二重管２の下流端部（つまり第１二重管２と第２二重管３との接続部４）において、第１外管下流端部２２Ｂは、第１内管下流端部２１Ｂに固定されている。なお、第１内管下流端部２１Ｂが拡径することで、第１外管下流端部２２Ｂに固定されてもよい。

一方、第１外管上流端部２２Ａは、第１保持部材２４によって第１内管２１に連結されているものの、第１内管２１には固定されていない。

（第１空間）
第１空間２３は、第１内管２１の外周面と第１外管２２の内周面との間に設けられている。

第１空間２３は、第１内管２１の径方向において第１内管２１と第１外管２２とに挟まれた空間であり、大気が存在している。第１空間２３には、大気以外に、例えば断熱部材等の他の部材が入っていてもよい。第１空間２３は、第１内管２１を周方向に沿って覆っている。また、第１空間２３は、第１内管２１の内部には連通していない。

本実施形態では、第１空間２３は、第１内管２１の軸方向に沿って、第１外管上流端部２２Ａから、第１内管下流端部２１Ｂと第１外管下流端部２２Ｂとの接合部分まで存在している。また、第１空間２３は、第１二重管２と第２二重管３との接続部４において閉塞されている。

（第１保持部材）
第１保持部材２４は、第１二重管２の上流端部（つまり第１二重管２と第２二重管３との接続部４とは反対側の端部）において第１空間２３内に配置されている。

具体的には、第１保持部材２４は、第１外管上流端部２２Ａにおいて、第１内管２１の外周面と、第１外管２２の内周面との間に挟み込まれており、第１内管２１及び第１外管２２に固定されていない。

第１保持部材２４は、第１内管２１の外周面及び第１外管２２の内周面の周方向全体に沿って配置されている。つまり、第１保持部材２４は、第１内管２１と第１外管２２との間を閉塞するように配置されている。

第１保持部材２４は、保温性の観点から、第１内管２１と第１外管２２との隙間を埋めるリング状であることが好ましい。ただし、第１保持部材２４には、周方向の一部に開口が設けられていてもよい。

第１保持部材２４は、第１内管２１と第２外管３２との距離を保ち、かつ、少なくとも第１内管２１又は第１外管２２に対して摺動することができるものであれば、材質等は限定されない。第１保持部材２４としては、例えば金属製のワイヤメッシュが好適である。第１保持部材２４が第１内管２１又は第１外管２２と摺動することにより、排気ガスの熱に起因する第１内管２１の熱膨張力が第１外管２２に伝わりにくくなる。

＜第２二重管＞
第２二重管３は、第１二重管２に接続されている。具体的には、第２二重管３は、第１二重管２に対し、排気ガスＧの流れ方向における下流側に配置されている。第２二重管３は、第２内管３１と、第２外管３２と、第２空間３３と、第２保持部材３４とを有する。

（第２内管）
第２内管３１は、第１内管２１から排出された排気ガスＧが内部を通過する金属製の筒体である。第２内管３１は、第１二重管２に連結された（つまり排気ガスＧの流れ方向上流側に配置された）第２内管上流端部３１Ａと、排気ガスＧを第２内管３１から排出する（つまり排気ガスＧの流れ方向下流側に配置された）第２内管下流端部３１Ｂと、を有する。

第２内管３１の軸方向に直交する断面における外形は、円形であってもよいし、多角形であってもよい。また、第２内管３１は湾曲していてもよい。さらに、第２内管３１は、内径及び外径が軸方向に沿って一定であってもよいし、内径又は外径が軸方向に沿って変化してもよい。

第２内管上流端部３１Ａは、第１外管下流端部２２Ｂに固定されている。具体的には、第１二重管２と第２二重管３との接続部４において、第１外管下流端部２２Ｂの外周面と第２内管上流端部３１Ａの内周面とが、例えば溶接によって固定されている。

具体的には、第１外管下流端部２２Ｂにおける縮径部分の上流側（つまり縮径されていない部分）は、第２内管上流端部３１Ａの内周面に固定されている。すなわち、第１外管下流端部２２Ｂは、排気管１の径方向において第２内管上流端部３１Ａと重なる領域である。一方、第２内管上流端部３１Ａは、排気管１の径方向において第１外管下流端部２２Ｂと重なる領域である。

本実施形態では、第２内管上流端部３１Ａは、第２外管３２よりも軸方向外側（つまり上流側）に突出している。ただし、第２内管上流端部３１Ａは、必ずしも第２外管３２よりも軸方向外側に突出していなくてもよい。

（第２外管）
第２外管３２は、第２内管３１の外周面を囲うように配置された金属製の筒体である。第２外管３２の内径は、第２内管３１の外径よりも大きい。第２外管３２は、排気ガスＧの流れ方向上流側に配置された第２外管上流端部３２Ａと、排気ガスＧの流れ方向下流側に配置された第２外管下流端部３２Ｂとを有する。

第２外管３２の軸方向に直交する断面における外形は、第２内管３１の外形と相似形であってもよいし、非相似形であってもよい。また、第２外管３２は湾曲していてもよい。さらに、第２外管３２の中心軸は、第２内管３１の中心軸と一致してもよいし、ずれていてもよい。なお、第２外管３２は、インシュレータであってもよい。

第２外管下流端部３２Ｂは、排気ガスＧの流れ方向下流側に向かって縮径している。さらに、第２外管下流端部３２Ｂの縮径部分は、周方向全体にわたって、内周面が第２内管下流端部３１Ｂの外周面に、例えば溶接によって固定されている。

このように、第２二重管３の下流端部において、第２外管下流端部３２Ｂは、第２内管下流端部３１Ｂに固定されている。なお、第２内管下流端部３１Ｂが拡径することで、第２外管下流端部３２Ｂに固定されてもよい。

一方、第２外管上流端部３２Ａは、第２保持部材３４によって第２内管３１に連結されているものの、第２内管３１には固定されていない。

（第２空間）
第２空間３３は、第２内管３１の外周面と第２外管３２の内周面との間に設けられている。

第２空間３３は、第２内管３１の径方向において第２内管３１と第２外管３２とに挟まれた空間であり、大気が存在している。第２空間３３には、大気以外に、例えば断熱部材等の他の部材が入っていてもよい。第２空間３３は、第２内管３１を周方向に沿って覆っている。また、第２空間３３は、第２内管３１の内部には連通していない。

本実施形態では、第２空間３３は、第２内管３１の軸方向に沿って、第２外管上流端部３２Ａから、第２内管下流端部３１Ｂと第２外管下流端部３２Ｂとの接合部分まで存在している。また、第２空間３３は、第２二重管３の下流側の端部において閉塞されている。

（第２保持部材）
第２保持部材３４は、第２二重管３の上流端部（つまり第１二重管２と第２二重管３との接続部４）において第２空間３３内に配置されている。

具体的には、第２保持部材３４は、第２外管上流端部３２Ａにおいて、第２内管３１の外周面と、第２外管３２の内周面との間に挟み込まれており、第２内管３１及び第２外管３２に固定されていない。

第２保持部材３４は、第２内管３１の外周面及び第２外管３２の内周面の周方向全体に沿って配置されている。つまり、第２保持部材３４は、第２内管３１と第２外管３２との間を閉塞するように配置されている。第２保持部材３４の材質及び形状は、第１保持部材２４と同様である。

＜第１二重管と第２二重管との接続部＞
図３に示すように、第１二重管２と第２二重管３とは、接続部４において接続されている。

接続部４は、第１内管２１（具体的には第１内管下流端部２１Ｂ）と、第２内管３１（具体的には第２内管上流端部３１Ａ）とが、第１内管２１の径方向に重なっている領域である。

上述したように、接続部４において、第１外管下流端部２２Ｂは、第２内管上流端部３１Ａに固定されている。第１外管下流端部２２Ｂと第２内管上流端部３１Ａとの固定領域（つまり溶接部分）は、第１内管下流端部２１Ｂと第１外管下流端部２２Ｂとの固定領域よりも排気ガスＧの流れ方向における上流側に位置する。

第１空間２３は、接続部４において閉塞されている。第１空間２３の接続部４における閉塞端２３Ａ（つまり下流端）は、第１内管２１の径方向において第２空間３３と重なっている。具体的には、第１空間２３の閉塞端２３Ａは、第１内管２１の径方向において、第２空間３３のうち第２保持部材３４よりも第２内管３１の軸方向内側（つまり下流側）の領域と重なっている。

なお、「閉塞端２３Ａが第１内管２１の径方向において第２空間３３と重なっている状態」には、閉塞端２３Ａが第１内管２１の径方向において第２空間３３の上流端（本実施形態では第２外管上流端部３２Ａの縁）と重なっている状態も含む。

換言すれば、「閉塞端２３Ａが第１内管２１の径方向において第２空間３３と重なっている状態」は、第１空間２３と第２空間３３とが排気管１の軸方向に沿って連続して（つまり途切れることなく）存在する状態を意味する。

［１－２．作用］
第１二重管２の第１内管２１に進入した排気ガスＧは、接続部４を経て、第２二重管３の第２内管３１に流れ込む。

接続部４を通過する際、排気ガスＧの一部は、第１内管下流端部２１Ｂの径方向外側（つまり第１内管下流端部２１Ｂと第２内管上流端部３１Ａとの間の空間）に回り込むが、第１空間２３が閉塞されているため、第１空間２３には排気ガスＧが進入しない。

また、第２空間３３は、第１外管２２に接続された第２内管３１の外側に設けられているため、接続部４において第２空間３３に排気ガスＧが進入することもない。そのため、第１空間２３及び第２空間３３への排気ガスＧの進入が抑制される。

［１－３．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。
（１ａ）第１外管２２の端部が第２内管３１の端部に固定されると共に、第１空間２３が接続部４において閉塞されることで、排気ガスの第１空間２３及び第２空間３３への進入が抑制される。

さらに、接続部４において第１空間２３と第２空間３３とが排気管１の軸方向に沿って連続するように配置される。その結果、第１二重管２と第２二重管３との接続部４において、対流熱及び輻射熱による保温性の低下を抑制できる。

（１ｂ）第１保持部材２４によって、第１空間２３を確保しつつ、第１二重管２における第１内管２１と第１外管２２との間の熱膨張差を吸収できる。その結果、熱疲労による破損、第１内管２１と第１外管２２との接触による異音の発生等を抑制できる。

（１ｃ）第２保持部材３４によって、第２空間３３を確保しつつ、第２二重管３における第２内管３１と第２外管３２との間の熱膨張差を吸収できる。その結果、熱疲労による破損、第２内管３１と第２外管３２との接触による異音の発生等を抑制できる。

（１ｄ）第１空間２３の閉塞端２３Ａが第２空間３３のうち第２保持部材３４よりも第２内管３１の軸方向内側の領域と重なることで、第２空間３３のうち第２保持部材３４によって閉塞されている領域と第１空間２３とが排気管１の軸方向に連続する。その結果、接続部４における保温性を高められる。

（１ｅ）第１外管２２の端部の外周面と第２内管３１の端部の内周面とが固定されることで、第１外管２２を第２内管３１に対し、例えば溶接によって容易に固定できる。
（１ｆ）第２二重管３が第１二重管２の下流側に配置されることで、接続部４における乱流を抑制できる。その結果、接続部４における圧損の上昇を抑制できる。

［２．第２実施形態］
［２－１．構成］
図４に示す排気管１Ａは、図２の排気管１に替えて、図１の排気システム１０に用いられる。

排気管１Ａは、第１二重管２と、第２二重管３Ａとを備える。第１二重管２は、図２の第１二重管２と同様である。第２二重管３Ａは、図２の第２二重管３において、上流側と下流側とを反転させたものである。

すなわち、第２二重管３Ａは、図２の第２二重管３と同様の第２内管３１、第２外管３２、第２空間３３、及び第２保持部材３４を有する。また、第２二重管３Ａにおいて、第２内管上流端部３１Ｃは、図２の第２内管下流端部３１Ｂに対応し、第２内管下流端部３１Ｄは、図２の第２内管上流端部３１Ａに対応し、第２外管上流端部３２Ｃは、図２の第２外管下流端部３２Ｂに対応し、第２外管下流端部３２Ｄは、図２の第２外管上流端部３２Ａに対応する。

第２二重管３Ａでは、第１外管下流端部２２Ｂは、第２内管上流端部３１Ｃに固定されている。また、第２二重管３Ａでは、第２保持部材３４は、第２二重管３Ａの接続部４とは反対側の端部（つまり下流側の端部）において第２空間３３内に配置されている。さらに、第２二重管３Ａでは、第２空間３３が、接続部４において閉塞されている。

［２－２．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）第２空間３３が接続部４において閉塞されることで、接続部４における保温性を高めることができる。

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、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）上記実施形態の排気管１，１Ａにおいて、図５Ａ，５Ｂに示すように、第２二重管３，３Ａは、第１二重管２の上流側に配置されてもよい。つまり、排気管１，１Ａは、第２二重管３を通過した排気ガスＧが第１二重管２を流れるように構成されてもよい。

（３ｂ）上記実施形態の排気管において、第１二重管は必ずしも第１保持部材を有しなくてもよい。例えば、第１内管の両端が第１外管の両端に固定され、第１空間の両端が閉塞されてもよい。

（３ｃ）上記実施形態の排気管において、第２二重管は必ずしも第２保持部材を有しなくてもよい。例えば、第２内管の両端が第２外管の両端に固定され、第２空間の両端が閉塞されてもよい。

（３ｄ）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一部を省略してもよい。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開示の実施形態である。

１，１Ａ…排気管、２…第１二重管、３，３Ａ…第２二重管、４…接続部、
１０…排気システム、１１…消音器、２１…第１内管、２１Ａ…第１内管上流端部、
２１Ｂ…第１内管下流端部、２２…第１外管、２２Ａ…第１外管上流端部、
２２Ｂ…第１外管下流端部、２３…第１空間、２３Ａ…閉塞端、２４…第１保持部材、
３１…第２内管、３１Ａ…第２内管上流端部、３１Ｂ…第２内管下流端部、
３１Ｃ…第２内管上流端部、３１Ｄ…第２内管下流端部、３２…第２外管、
３２Ａ…第２外管上流端部、３２Ｂ…第２外管下流端部、３２Ｃ…第２外管上流端部、
３２Ｄ…第２外管下流端部、３３…第２空間、３４…第２保持部材、
１００…内燃機関、１０１…バッテリ。

Claims (6)

1. 第１二重管と、
   前記第１二重管に接続された第２二重管と、
   を備え、
   前記第１二重管は、
   排気ガスが内部を通過する第１内管と、
   前記第１内管の外周面を囲うように配置される第１外管と、
   前記第１内管の前記外周面と前記第１外管の内周面との間に設けられた第１空間と、
   を有し、
   前記第２二重管は、
   前記排気ガスが内部を通過する第２内管と、
   前記第２内管の外周面を囲うように配置される第２外管と、
   前記第２内管の前記外周面と前記第２外管の内周面との間に設けられた第２空間と、
   を有し、
   前記第１空間は、前記第１二重管と前記第２二重管との接続部において閉塞され、
   前記第１空間の前記接続部における閉塞端は、前記第１内管の径方向において前記第２空間と重なる、排気管。
2. 請求項１に記載の排気管であって、
   前記第１二重管は、前記第１二重管の前記接続部とは反対側の端部において前記第１空間内に配置された第１保持部材をさらに有する、排気管。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排気管であって、
   前記第２二重管は、前記第２空間内に配置された第２保持部材をさらに有する、排気管。
4. 請求項３に記載の排気管であって、
   前記第１空間の前記閉塞端は、前記第１内管の径方向において、前記第２空間のうち前記第２保持部材よりも前記第２内管の軸方向内側の領域と重なる、排気管。
5. 請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の排気管であって、
   前記接続部において、前記第１外管の端部の外周面と前記第２内管の端部の内周面とが固定される、排気管。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の排気管であって、
   前記第２二重管は、前記第１二重管に対し、前記排気ガスの流れ方向における下流側に配置される、排気管。

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