JP2024011136A - 内燃機関の排気通路構造 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンから排気浄化装置までの排気通路を構成する中空二重管を分割することなく、振れを抑制す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に固定され内管１１１を弾性支持する支持部材１５と、を備え、外管１１２は、複数の開口１１２１が形成され、支持部材１５は、各開口１１２１を被覆するベース部１５１と、ベース部１５１から内管１１１に向かって延出し、端部１５２１が内管１１１に接する突起部１５２と、を有する。【選択図】図３

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では、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、中空二重管が長くなるとエンジンや排気の脈動などの車両振動により内管の振れが大きくなることがある。ところが、特許文献１のようなワイヤメッシュは、製造上、中空二重管の端部にしか設けることができない。

そのため、エンジンから排気浄化装置までの距離が長い排気通路の中間にワイヤメッシュによる支持を用いる場合は、複数の中空二重管をつなぎ合わせる必要があった。すなわち、エンジンから排気浄化装置までの排気通路を分割する必要があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、エンジンから排気浄化装置までの排気通路を構成する中空二重管を分割することなく、振れを抑制す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、前記外管に固定され前記内管を弾性支持する支持部材と、を備え、前記外管は、複数の開口が形成され、前記支持部材は、前記各開口を被覆するベース部と、前記ベース部から前記内管に向かって延出し、端部が前記内管に接する突起部と、を有する、ことを特徴とする。

このように構成された分割構造を採用する内燃機関の排気通路構造は、エンジンから排気浄化装置までの排気通路を構成する中空二重管を分割することなく、振れを抑制することができる。

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。 図２の領域Ｂに示す中空二重管の軸を通る部分断面図である。 （Ａ）支持部材の斜視図である。（Ｂ）支持部材の側面図である。（Ｃ）支持部材の前面図である。

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、排気通路１に設けられる中空二重管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ワイヤメッシュ１４が設けられている。中空二重管１１の中間において、外管１１２は、周方向に所定の間隔で配置される複数の開口１１２１（図２においては破線で表示）を有する。本実施形態では、周方向に９０度の間隔で４つの開口１１２１（図２においては２つのみ図示）が設けられている。開口１１２１には、支持部材１５が取り付けられている。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、下流側端部１１４においてワイヤメッシュ１４で内管１１１が外管１１２に対して支持された中空二重管１１と、中空二重管１１の中間部に設けられる支持部材１５と、から構成される。

図３は、図２の領域Ｂについて中空二重管１１の軸を通る部分断面図である。図４（Ａ）は支持部材１５の斜視図であり、図４（Ｂ）は支持部材１５の側面図であり、図４（Ｃ）は支持部材１５の前面図である。

支持部材１５は、ベース部１５１と、断面略Ｓ字形状またはかぎ形状の突起部１５２を有する。

ベース部１５１は、その内径が外管１１２の外径と等しい円筒から、円筒の軸方向が長手方向と一致するように矩形に切り出した形状の板材であり、金属等の耐熱性を有する材料で形成される。ベース部１５１は、第１面１５１１と第２面１５１２を有する。第１面１５１１は、切り出された円筒の内周面に該当する面であり、第２面１５１２は、切り出された円筒の外周面に該当する面であり、第２面１５１２の方が第１面１５１１より曲率半径が大きい（曲率が小さい）。

ベース部１５１は、開口１１２１を十分覆うことができる大きさを有する。支持部材１５は、断熱性を有する金属等の材料で形成され、例えば、中空二重管１１の内管または外管と同じ材料で形成されても良い。ベース部１５１の厚みは、外管１１２の厚みと同程度が好ましい。

突起部１５２は、略台形形状の板材を、断面略Ｓ字に折り曲げた形状で、板バネとしての機能を有する。具体的には、突起部１５２は、台形の上底側端部１５２１と下底側端部１５２２を折り曲げた形状である。突起部１５２は、突起部１５２の長手方向とベース部１５１の長手方向とが略平行となるように配置されて、下底側端部１５２２において、ベース部１５１の第１面１５１１の中央付近に溶接や溶着等で固定されている。すなわち、図３に示すように、突起部１５２は、中空二重管１１に取り付けられた状態で、ベース部１５１から内管１１１に向かって延出している。突起部１５２は、図４（Ｃ）に示す距離Ｄ１、即ちベース部１５１の第１面１５１１から下底側端部１５２２のまでの距離Ｄ１、を有する。距離Ｄ１は、図３に示す、外管１１２の外周面から内管１１１の外周面までの距離Ｄ２よりわずかに大きく設定される。下底側端部１５２２は、ベース部１５１と対向する面が、ベース部１５１の第１面１５１１の曲率半径とほぼ同じ曲面になるよう形成される。

次に、支持部材１５の組付け手順について説明する。支持部材１５のベース部１５１に、その中央付近を避けて、隅肉溶接のための小さい開口を設けておく。次に、支持部材１５を、ベース部１５１の第１面１５１１が外管１１２の外周面に対向する向きにする。そして、外管１１２の開口１１２１から突起部１５２を間隙Ｓに挿入しながら、第１面１５１１を外管１１２の外周面に被覆して、支持部材１５を外管１１２に密着させる。次に、ベース部１５１と、外管１１２とを、ベース部１５１の開口を埋めるように隅肉溶接して固定する。支持部材１５は、外管１１２に固定された状態で、突起部１５２の下底側端部１５２２が内管１１１の外周面に圧接している。このようにして、支持部材１５は、外管１１２に固定され内管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、１本の長い中空二重管１１の中間部分において、支持部材１５が外管１１２に固定されて内管１１１を支持することができる。これにより、排気通路１の組付け工数を減少することができる。また、中空二重管１１の形状の設計上の自由度が増す。また、中空二重管１１の両端のみで内管１１１が支持されている場合に比べて、中間でも内管１１１が支持されることで、中空二重管１１全体の振れを抑制することができ、中空二重管１１の両端の固定部分にかかる応力を減少させることができる。すなわち、排気通路構造１０は、中空二重管１１を分割することなく、振れを抑制することができる。また、中空二重管１１の両端にフランジ１２ｂ、１３ａを取り付けた後であっても、支持部材１５を取り付けることができる。

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、支持部材１５は周方向に約９０度の間隔で４つ設けられていたが、支持部材１５は約１２０度の間隔で３つでもよく、所定の間隔で４つ以上設けられてもよい。

上記実施形態においては、突起部１５２は、その長手方向がベース部１５１の長手方向とほぼ平行であったが、必ずしも平行である必要はなく、例えば、直角であっても良い。直角の場合、下底側端部１５２２のベース部１５１と対向する面が平坦でもベース部１５１の長手方向の長さにより溶接や溶着の強度が確保できる。

上記実施形態においては、ベース部１５１は矩形であったが、開口１１２１を被覆できる形状であれば、矩形に限られない。

上記実施形態においては、開口１１２１は楕円形状であったが、支持部材１５の突起部１５２を挿入できる形状であれば構わない。

また、上記実施形態の突起部１５２の代わりにコイルバネを用いてもよい。

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ていなくても良い。

また、上記実施形態において、中空二重管１１の下流側端部１１４においては、ワイヤメッシュ１４を用いて内管１１１を外管１１２に対して支持していたが、ワイヤメッシュ１４に替えて開口１１２１と支持部材１５を用いて内管１１１を外管１１２に対して支持してもよい。

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 ：ワイヤメッシュ
１５ ：支持部材
２０ ：排気浄化装置
１１１ ：内管
１１２ ：外管
１５１ ：ベース部
１５２ ：突起部
１１２１ ：開口
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、
   前記外管に固定され前記内管を弾性支持する支持部材と、
   を備え、
   前記外管は、複数の開口が形成され、
   前記支持部材は、
   前記各開口を被覆するベース部と、
   前記ベース部から前記内管に向かって延出し、端部が前記内管に接する突起部と、
   を有する、
   ことを特徴とする内燃機関の排気通路構造。
   

Images