JP2024011135A - 内燃機関の排気通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】コストを抑制しつつ、支持の安定化向上を図ることができる内燃機関の排気通路構造を提供する。【解決手段】内燃機関の排気通路構造１０は、内燃機関の排気を通過させる内管１１１と、内管１１１の外周を囲む外管１１２と、外管１１２に対して内管１１１を弾性支持する支持部材１４と、を備え、支持部材１４は、外管１１２の内周面１１２１に固定される環状部１４１と、環状部１４１から内管１１１に向かって延出し、先端が内管１１１の外周面１１１３に接する複数の突起部１４２と、を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路構造に関する。

エンジンを備える車両においては、排気浄化のため、例えば尿素水などの還元触媒を用いた排気浄化装置が排気通路に備えられる。この場合、還元剤を活性化させるために排気の温度が一定以上であることが必要になる。エンジンから排出される排気は、排気管を介して、排気浄化装置に送られるが、排気管の通過時に温度が低下することがある。そこで、排気管として、温度降下抑制のため中空二重管からなる断熱管を採用することがある。

例えば、特許文献１に中空二重管を使用した断熱管が開示されている。特許文献１は、内管と外管の間にワイヤメッシュからなる環状の断熱保持部材を設け支持部材とすることで、内管と外管の間に空気層を設けている。

特開平８－２８２５７号公報

ところで、中空二重管は一般には、内管の上流側を外管に溶接する一方、下流側は内管の熱膨張を逃がすために外管に溶接されたワイヤメッシュで支持する構造となっている。

しかし、ワイヤメッシュは高価で、またワイヤメッシュの溶接品質のバラツキを少なくする必要があるという課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、コストを抑制しつつ、支持の安定化向上を図ることができる内燃機関の排気通路構造を提供することを目的とする。

本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様又は適用例として実現することができる。

本適用例に係る内燃機関の排気通路構造は、内燃機関の排気を通過させる内管と、前記内管の外周を囲む外管と、前記外管に対して前記内管を弾性支持する支持部材と、を備え、前記支持部材は、前記外管の内周面に固定される環状部と、前記環状部から前記内管に向かって延出し、先端が前記内管の外周面に接する複数の突起部と、を有する。

このように構成された内燃機関の排気通路構造は、コストを抑制しつつ、支持の安定化向上を図ることができる。

本発明の一実施形態の内燃機関の排気通路の概略構成図である。 排気通路に設けられる中空二重管の構造要部を拡大した斜視図である。 中空二重管の下流側端部における外管の内側を示す図である。 （Ａ）支持部材の斜視図である。（Ｂ）支持部材の側面図である。 中空二重管の下流側端部における軸を通る断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。なお、以下の説明において、上流、下流とは、排気の流れる方向を基準としている。また、管については、軸方向と軸に垂直な径方向を用いて説明する場合がある。

図１は、本発明の一実施形態の内燃機関の排気通路構造１０を含む排気通路１の概略構成図である。

排気通路１は、車両のエンジン等の内燃機関（以下エンジンという）の排気を排出する経路として設けられている。排気通路１は、上流から下流に向かって、中空二重管１１及び排気浄化装置２０を備えている。

中空二重管１１は、エンジンルーム内において、エンジンと排気浄化装置２０との間を連結できる長さを有し、その進行方向を変更するために中間部において適宜曲げられている（図１に示す中空二重管１１の形状は一例である）。中空二重管１１は上流側においてフランジ１２（１２ａ、１２ｂ）を介して不図示のエンジンに接続されている。また、中空二重管１１は下流側においてフランジ１３（１３ａ、１３ｂ）を介して排気浄化装置２０に接続されている。エンジンからの排気は、中空二重管１１を通過し、排気浄化装置２０に入力される。本実施形態の内燃機関の排気通路構造１０（以下、排気通路構造１０という）は、中空二重管１１に適用されている。排気通路構造１０の詳細については後述する。

排気浄化装置２０は、排気通路１において、中空二重管１１より下流側に配設されている。排気浄化装置２０は、排気に含まれる大気汚染物質である窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ）、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）等を除去するためのものである。排気浄化装置２０により浄化された排気は、排気浄化装置２０の下流側に接続される不図示のサイレンサー等を経由して大気に放出される。

排気浄化装置２０は、前段酸化触媒及びディーゼル・パティキュレート・フィルター（以下、ＤＰＦという）を内包する前段部２１と、選択還元触媒（以下、ＳＣＲという）及び後段酸化触媒を内包する後段部２２とから構成され、上流側から下流側に向かって前段部入力管２３、前段部２１、中間接続管２４、後段部２２、後段出力管２５の順に設けられている。前段酸化触媒はＳＣＲで窒素酸化物（ＮＯｘ）の還元反応を促進させるため、一酸化窒素の一部を二酸化窒素に酸化させるための触媒である。ＤＰＦは、排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集するために設けられている。ＳＣＲは、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するために設けられている。また、後段酸化触媒は、尿素水の過剰供給や低温時の未反応におけるアンモニアの排出を抑制するものである。なお、図示しないが、前段部２１と後段部２２との間に還元剤である尿素水を排気中に噴射可能な尿素噴射部が設けられている。

排気浄化装置２０においては、前段部２１、及び後段部２２がそれぞれの機能を正常に発揮する上で、流入する排気の温度が適度に上昇している必要がある。そのため、排気浄化装置２０の上流側には、断熱性を有する中空二重管１１が設けられている。

図２は、中空二重管１１の構造要部を拡大した斜視図である。具体的には、中空二重管１１とその両端に設けられたフランジ１２ｂ、１３ａを含めた図１の一点鎖線で囲んだ領域Ａの要部を拡大した図である。

中空二重管１１は、断面円形状の中空の内管１１１（図２では破線で表示）と、内管１１１と同軸で、内管１１１より径が大きく、内管１１１の外周を囲む、断面円形状の中空の外管１１２と、を有する。中空二重管１１は金属等の耐熱性を有する材料で形成される。

内管１１１は、上流側端部１１３に、径拡大部１１１１と内管環状部１１１２を有する。径拡大部１１１１は、上流へ向かうにつれて外径が大きくなっている。内管環状部１１１２は、径拡大部１１１１より上流側に設けられ、外径が外管１１２の内径とほぼ等しくなっている。すなわち、内管環状部１１１２の外周面は、外管１１２の内周面に接している。中空二重管１１は、上流側端部１１３において、内管環状部１１１２と外管１１２とをスポット溶接することで、内管１１１が外管１１２に固定されている。すなわち、内管１１１は、上流側端部１１３において、外管１１２内で支持されている。

一方、中空二重管１１は、上述した上流側端部１１３を除き、内管１１１の外周と外管１１２の内周の間に間隙Ｓを有する。中空二重管１１の下流側端部１１４において、内管１１１と外管１１２の間隙Ｓに、内管１１１を外管１１２内で支持するための支持部材１４が設けられている。本実施形態の排気通路構造１０は、上記のように上流側端部１１３において内管１１１と外管１１２が固定された中空二重管１１と、下流側端部１１４に設けられる支持部材１４と、から構成される。

図３は、中空二重管１１の下流側端部１１４における外管１１２の内側を示す図である。具体的には、下流側端部１１４の外管１１２のみ軸を通る断面を示し、外管１１２の内側の構成を示す図である。図４（Ａ）は支持部材１４の斜視図であり、図４（Ｂ）は支持部材１４の側面図である

支持部材１４は、支持部材環状部（環状部）１４１と、かぎ形状の複数の突起部１４２（図３及び図４では、代表で１か所のみ符号を付している）と、を有する。支持部材環状部１４１は、中空二重管１１と同軸の円環形状をなし、内管１１１と同じ材料で形成されている。支持部材１４は、外管１１２の内側かつ内管１１１の外側の間隙Ｓに収容され、支持部材環状部１４１の外周面１４１１は外管１１２の内周面１１２１に接している。突起部１４２は、支持部材１４の上流側において、支持部材１４の軸に対称に複数形成される。本実施形態では１２の突起部１４２が支持部材環状部１４１の周方向に等間隔で形成されている。突起部１４２は、支持部材環状部１４１の上流側の端部から上流方向に内管１１１の外周面１１１３に向かって斜めに延出し、断面略Ｓ字形状またはかぎ形状の板バネの機能を有している。突起部１４２は、上流側において、内管１１１の外周面１１１３に接する先端部（先端）１４２１を有する。支持部材１４は、図４（Ｂ）に示すように、突起部１４２における内径Ｄ１を有する。内径Ｄ１は、図３に示す、内管１１１の外径Ｄ２よりわずかに小さく設定される。

図５は、中空二重管１１の下流側端部１１４における軸を通る断面図である。

図５を参照しながら、支持部材１４の組付け手順について説明する。外管１１２には、支持部材環状部１４１が配置される位置に周方向に複数の溶接用の小さな開口をあらかじめ設けておく。支持部材１４は、突起部１４２を上流側に向けた状態で、中空二重管１１の下流端１１５の側から、内管１１１と外管１１２の間の間隙Ｓに上流方向に挿入される。その際、治具を用いて中空二重管１１の下流端１１５から所定の距離となる位置まで挿入される。次に、支持部材環状部１４１と外管１１２を、外管１１２の開口を埋めるように栓溶接して固定する。最後に、中空二重管１１の下流端１１５にフランジ１３ａを溶接して固定する。このようにして、支持部材１４は、外管１１２に対して内管１１１を弾性支持している。

以上のように構成された排気通路構造１０は、ワイヤメッシュに替えて、板材を円環形状に形成した支持部材１４を用いることができる。内管１１１と外管１１２との間の間隙Ｓに収容された支持部材１４により、内管１１１を外管１１２に対して相対的に支持することができる。支持部材環状部１４１は板材のため、支持部材環状部１４１と外管１１２との溶接品質が安定する。また、支持部材１４は、金型成形で容易かつ安価に製造可能である。また、突起部１４２は内管１１１に接するだけで内管１１１に固定されていないため、内管１１１の軸方向の熱膨張を逃がすことができる。また、形状の複雑な突起部１４２が上流側、円環形状の支持部材環状部１４１が下流側に配置されて挿入されることで、治具を用いた位置決めが容易になる。また、突起部１４２が板バネの機能を有することにより、内管１１１を支持しながら内管１１１の径方向の膨張を逃がすことができる。すなわち、排気通路構造１０は、コストを抑制しつつ、支持の安定化向上を図ることができる。

以上で本発明に係る排気通路構造１０の実施形態についての説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態においては、突起部１４２は、支持部材１４の開口端から延出していたが、支持部材１４の内周面から延出していてもよい。これにより、支持部材の軸方向の全長を短くでき、排気通路構造１０の直線部分も短くすることができるため排気通路構造１０の形状の自由度を高めることができる。

上記実施形態においては、支持部材環状部１４１は連続する円環であったが、支持部材環状部１４１の両開口端に亘るスリットを設けてもよい。または、周方向において２つ以上に分割しても良い。これにより、支持部材１４の製造誤差を吸収し、組付け時に支持部材１４を間隙Ｓに挿入する作業が容易となる。また、周方向に広がろうとする弾性力により支持部材環状部１４１の外周面１４１１が外管１１２の内周面１１２１に圧接されて支持部材１４の外管１１２に対する固定をサポートすることができる。

上記実施形態においては、突起部１４２は１つの支持部材１４について１２設けられていたが、３以上設けられていればよい。突起部１４２の数を減らすことで、支持部材１４自体のコストを抑制することができ、製造も容易となる。

上記実施形態においては、突起部１４２は上流側に配置されていたが、下流側に配置されてもよい。

上記実施形態においては、支持部材１４は、内管１１１と同じ材料であったが、耐熱性を有するその他の材料でも良い。

上記実施形態においては、中空二重管１１は、不図示のエンジン側と排気浄化装置２０側、それぞれにフランジ１２（１２ａ、１２ｂ）、フランジ１３（１３ａ、１３ｂ）で締結されているが、これに限らず、例えば、Ｖ－クランプなどにより締結されていても良い。

また、上記実施形態においては、排気浄化装置２０の下流側に接続される不図示のサイレンサーを搭載しているが、サイレンサーは搭載しなくても良い。

１ ：排気通路
１０ ：排気通路構造
１１ ：中空二重管
１２、１３ ：フランジ
１４ ：支持部材
２０ ：排気浄化装置
１１１ ：内管
１１２ ：外管
１４１ ：支持部材環状部
１４２ ：突起部
Ｓ ：間隙

Claims (1)

1. 内燃機関の排気を通過させる内管と、
   前記内管の外周を囲む外管と、
   前記外管に対して前記内管を弾性支持する支持部材と、
   を備え、
   前記支持部材は、
   前記外管の内周面に固定される環状部と、
   前記環状部から前記内管に向かって延出し、先端が前記内管の外周面に接する複数の突起部と、
   を有する内燃機関の排気通路構造。
   

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