JP3204011B2

JP3204011B2 - エンジンの二重排気管

Info

Publication number: JP3204011B2
Application number: JP32899494A
Authority: JP
Inventors: 悟今別府
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1994-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2016-09-04
Also published as: JPH08189351A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、管壁にセンサ取付用ニ
ップル等の取付部材を装着したエンジンの二重排気管に
関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車においては、排気管からエンジン
ルーム内への放熱量を低減するため、排気管を二重管で
構成することが行われている。また、エンジンの低温始
動時に下流に設けた排気ガス浄化用の触媒を早期活性化
させるため、二重排気管の内管を薄肉化し、排気ガスの
接触する部分の熱容量を小さくして、排気ガスの昇温特
性の向上を図ることが行われている。

【０００３】このような二重排気管では、内管と外管の
隙間へ排気ガスが漏れた場合、その熱量が隙間へ逃げ、
結果的に内管内の排気ガス温度が低下することになるた
め、内管と外管の隙間へ排気ガスを極力漏らさない構造
をとることが重要である。

【０００４】また、高負荷走行時のように排気管の温度
が高温になっている状態では、外管と内管の間に熱膨脹
差が生じるため、それを吸収できる構造をとることが必
要である。

【０００５】従来、このような点から、二重排気管の管
壁に対して酸素センサ取付用等のニップル（取付部材）
を取り付ける場合、例えば図９〜図１３に示すような構
造をとっていた。

【０００６】図９は特開平６−１０６６２号公報に記載
された従来の構造（第１の従来例）を示す。

【０００７】この二重排気管では、外管１と内管２をニ
ップル装着部で密着させ、その部分にそれぞれ取付孔
７、４を設けている。ニップル２０には、大径の頭部２
１と、小径の挿入部２２と、貫通孔２３を設け、外管１
の外側からニップル２０の挿入部２２を、外管１の取付
孔７に通して内管２のみに接合し、ニップル２０の頭部
２１と内管２とで、外管１の取付孔７の周縁部を、取付
孔７の径方向の移動を許容する状態で密着挟持してい
る。

【０００８】また、図１０に示す構造（第２の従来例）
では、ニップル２０を外管１に溶接固着し、ニップル２
０の挿入部２２を内管２の取付孔４に密着嵌合してい
る。

【０００９】また、図１１〜図１３に示す構造（第３〜
第５の従来例）では、ニップル２０を取付ける部分を、
部分的に外管１のみの一重管構造とし、その部分の外管
１にニップル２０を接合している。

【００１０】この場合、図１１に示すように、ニップル
２０を排気管の上流側フランジ１１に近接して取付ける
場合は、内管２をフランジ１１まで延ばせないので、ニ
ップル２０の取付部の下流側で、内管２の端部２ｅを外
管１の内周に接合し、下流側の内管２と外管１の隙間３
へ排気ガスが入り込むのを防止している。

【００１１】また、図１２に示すように、ニップル２０
を排気管の下流側フランジに近接して取付ける場合は、
内管２をフランジ１１まで延ばせないので、ニップル２
０の取付部の上流側で、内管２をスペーサ１２を介して
外管１で保持している。

【００１２】また、図１３に示すように、ニップル２０
を排気管の上流側と下流側の中間に取付ける場合は、内
管２を上流側と下流側に分割して、それぞれ上流側と下
流側の内管の端部２ｅを外管１に接合している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図９に示し
た構造では、ニップル２０の頭部２１と内管２とで外管
１を密着挟持しているだけなので、つまり外管１とニッ
プル２１とを気密に接合しているわけではないので、内
管２と外管１の間の隙間３へもし排気ガスが入り込んだ
場合、密着挟持部のわずかな隙間を通って、外部に排気
ガスが漏れる可能性がある。

【００１４】従って、別の箇所で内管２と外管１を接合
する必要があるが、そうすると、内管２と外管１の熱膨
脹差の吸収という点で逆効果を招く。また、内管２のみ
にニップル２０を接合することは、取付け場所によって
は実際上困難である。

【００１５】また、図１０に示した構造では、排気ガス
が外管１の外部へ漏れ出る可能性はないが、内管２の熱
膨脹による取付孔４の収縮や取付孔４とニップル２０の
位置ずれによって、取付孔４の周囲に無理な力がかか
り、繰り返し応力により内管２の破損を招く可能性があ
る。また、熱膨脹、熱収縮を繰り返すことにより、応力
集中による亀裂や隙間が発生し、そこから内管２と外管
１の隙間３へ排気ガスが漏れ出、排気ガスの昇温特性が
悪化する可能性もある。

【００１６】また、図１１〜図１３に示した構造では、
外部への排気ガスの漏れや、内管２の破損の可能性はな
くなるが、ニップル２０の取付け位置が一重管化しやす
い箇所に限定される上、一重管化した箇所での熱の逃げ
により昇温特性が悪化しやすい。

【００１７】また、図１１、図１３に示すように、排気
管の上流側や中間部にニップル２０を取付ける場合は、
フランジ１１から離れた位置で内管２と外管１を接合し
なくてはならないから、製作が困難であり、しかも接合
が完全でないと、内管２と外管１の隙間３への排気ガス
漏れを生じたり、内管２と外管１の熱膨脹差を十分に吸
収できずに内管２が破損する可能もある。

【００１８】本発明は、上記事情を考慮し、外部への排
気ガスの漏れを確実に防止することができ、内管と外管
の隙間への排気ガス漏れを抑制して排気ガスの昇温特性
の向上を図ることができ、内管と外管の熱膨脹差による
内管の破損を未然に回避することができ、しかも取付部
材の取付け箇所が限定されず、且つ製作容易な二重排気
管を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、外管
と、この外管より薄肉に形成され該外管内に隙間をもっ
て挿入された内管と、前記外管の外側から該外管と内管
の管壁に設けた取付孔に装着された取付部材とを備え、
前記内管内を排気ガスの通路とするエンジンの二重排気
管において、前記内管の取付孔の周縁に前記外管側に突
出した筒壁を形成し、この筒壁に、該筒壁内に挿入され
た部材との相対変位を吸収する変位吸収部を設け、この
変位吸収部に対して密着させた状態で前記筒壁内部に前
記取付部材を挿入し、且つ前記取付部材を前記外管の取
付孔の周囲に気密に接合したことを特徴とする。

【００２０】請求項２の発明は、請求項１記載のエンジ
ンの二重排気管であって、前記変位吸収部は、前記筒壁
の一部または全部を内方に凸に湾曲させて形成した環状
湾曲部からなることを特徴とする。

【００２１】請求項３の発明は、請求項２記載のエンジ
ンの二重排気管であって、前記環状湾曲部の最小径部よ
りも前記筒壁先端側の外広がり状部分に、連続して外広
がりのテーパ部を形成したことを特徴とする。

【００２２】請求項４の発明は、請求項３記載のエンジ
ンの二重排気管であって、前記テーパ部の先端を前記外
管の取付孔から外部へ突き出させたことを特徴とする。

【００２３】

【作用】請求項１の発明では、取付部材が外管に気密に
接合されているので、取付部材の装着箇所からの排気ガ
スの漏れが完全に防止される。また、外管と内管の熱膨
脹等により取付部材と内管との間に相対変位が生じた場
合は、変位吸収部がそれを吸収するので、内管に無理な
応力が生じない上、取付部材と内管の筒壁との間に隙間
が生じない。

【００２４】請求項２の発明では、外管と内管との間の
熱膨脹差により、取付部材と内管との間に相対変位が発
生した場合、その相対変位が環状湾曲部の変形によって
吸収される。また、そのように変形しながらも、環状湾
曲部は取付部材に密着した状態を保つことになり、取付
部材と環状湾曲部との間に隙間ができず、内管内部か
ら、内管と外管の隙間へのガス漏れが抑制される。

【００２５】請求項３の発明では、筒壁に設けた環状湾
曲部の先端にテーパ部があるので、取付部材を筒壁内に
挿入する際、そのテーパ部が案内作用をなす。

【００２６】請求項４の発明では、テーパ部の先端を外
管の取付孔より外に突き出させたので、外管の外側から
筒壁の位置、つまり内管の取付孔の位置を容易に確認す
ることができ、取付部材を内管の取付孔に挿入しやすく
なる。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。

【００２８】図１は第１実施例の二重排気管の全体構成
を示す縦断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、
図３は図１のＩＩＩ部の拡大図、図４は図１のＩＶ部の
拡大図、図５は同ＩＶ部の変形例を示す図である。

【００２９】図１に示すように、この二重排気管では、
強度部材となるように肉厚に形成された外管１の内部
に、外管１よりも薄肉（例えば０．５ｍｍ）に形成され
た内管２が、隙間３をもって同心状に挿入されている。
また、外管１の両端にはフランジ１１、１１が溶接され
ている。

【００３０】内管２は、排気ガスの流れ方向Ｆの上流端
で、図４に示すようにフランジ１１に密着固定されてい
るか、図５に示すようにカラー１０で保持されており、
排気ガスが、内管２と外管１の隙間３へ漏れない構造と
なっている。

【００３１】また、排気ガスの流れ方向Ｆの下流端で
は、内管２と外管１の温度差による熱膨脹差を吸収する
ため、内管２が、耐熱性の金属ワイヤを編み込んだ弾力
性のあるスペーサ１２を介して外管１に保持されてお
り、内管２が外管１に対し相対移動可能となっている。

【００３２】そして、このような構造の二重排気管の長
手方向の途中の管壁に、酸素センサ等を取付けるための
ニップル（取付部材）２０が取付けられている。ニップ
ル２０の取付部では、図２、図３に示すように、内管２
と外管１の管壁に取付孔４、７がそれぞれ設けられてい
る。

【００３３】内管２側の取付孔４の周縁には、外管１側
に突出した筒壁状のフレアー部５が一体に形成されてい
る。このフレアー部５は、筒状の周壁を、その高さ方向
中間部が最小径となるように内方に凸に湾曲させ、全周
にわたる環状湾曲部として構成したものであり、内部に
挿入された部材との径方向の相対変位を吸収する変位吸
収部としての機能を持つ。このフレアー部５の先端５ａ
は、図３に示すように外管１の内面に接していてもよい
し、接していなくてもよい。

【００３４】このフレアー部５は、図３の断面Ａ−Ａで
円形状なしており、最小径がニップル２０の挿入部２２
の外径より僅かに小さく形成されている。なお、フレア
ー部５の成形は、プレス成形や油圧を用いたバルジ成形
等で、簡単に実施することができる。

【００３５】外管１の取付孔７は、フレアー部５の最小
径よりも大きく形成されている。ニップル２０は、外管
１の外側から装着され、挿入部２２が外管１の取付孔７
を貫通して、内管２のフレアー部５に密着状態で挿入さ
れている。そして、ニップル２０は、頭部２１の下面を
外管１に密着させた状態で、外管１に気密に溶接されて
いる。

【００３６】次に作用を説明する。

【００３７】まず、この二重排気管を製作するに当たっ
ては、内管２と外管１を一体化した状態で、ニップル２
０の挿入部２２を、外管１の取付孔７に挿入する。そう
すると、ニップル２０の挿入部２２の先端が、内管２の
フレアー部５内に圧入され、挿入部２２の外周面とフレ
アー部５の内周面が隙間なく密着する。ニップル２０を
挿入したら、頭部２１を外管１に溶接し、これにより製
作を完了する。

【００３８】このように、ニップル２０を外管１の取付
孔７に挿入して、外管１に溶接するだけで、ニップル２
０の取付けを完了することができる上、構造的にはフレ
アー部５を形成するだけでよいから、簡単に製作がする
ことができる。また、ニップル２０を取付ける位置を一
重管化する必要がないから、取付け位置が限定されるこ
ともなく、それに応じた加工の煩わしさもない。

【００３９】次に、エンジンの低温始動時における排気
ガスの昇温性能について検討してみる。

【００４０】エンジンの停止直後を除き、エンジン始動
時の二重排気管の温度はおおよそ外気温と同じである。
エンジン始動後、二重排気管内では、内管２内を流れる
排気ガスによって、まず内管２が暖められる。この結
果、内管２の壁温は上昇するが、内管２に与えた熱量だ
け排気ガスの温度は低下する。

【００４１】この二重排気管では、内管２の肉厚を薄く
することで熱容量を少なくしているので、内管２の壁温
を早期に上昇させることができる。よって、排気ガスか
ら内管２への伝熱量が低く抑えられ、排気ガスの温度低
下が抑制され、その結果、排気管の下流部に設置してあ
る触媒の入口排気ガス温を上昇させることができ、触媒
の早期活性化を図ることができる。

【００４２】このとき、もしニップル２０の取付部か
ら、排気ガスの一部が内管２と外管１の隙間３に漏れた
場合は、内管２内の排気ガスの熱量の一部が隙間３で失
われ、結果的に内管２内の排気ガス温度が低下すること
になって、薄肉化した内管２の二重管効果が損なわれる
ことになるが、本実施例の二重排気管では、ニップル２
０と内管２のフレアー部５が密着状態にあるので、内管
２内の排気ガスが隙間３へ漏れることは殆どなく、それ
による排気ガスの昇温特性の悪化が抑制される。また、
ニップル２０と外管１は溶接固着されているので、排気
ガスが外部へ漏れ出る心配は全くない。

【００４３】次に市街地走行等の排気ガスや排気管が十
分暖まった状態時には、内管２と外管１の肉厚の差によ
る熱容量差及び温度差のため、内管２と外管１との間に
熱膨脹差が生じる。

【００４４】すなわち、外管１は、直接排気ガスにさら
されず表面温度が低い上、肉厚が厚いことで熱容量が大
きいため、熱膨張は内管２に比べて少ない。一方、高温
の排気ガスに直接さらされ、肉厚が薄いため熱容量が少
ない内管２は、高温となり、大きな熱膨張が発生する。

【００４５】この内管２と外管１の熱膨張差は、二重排
気管全体としては、図１に示すように排気ガスの出口部
において内管２と外管１を相対移動可能としてあること
で、内管２を破損することなく、吸収することができ
る。

【００４６】また、ニップル２０の取付部では、切欠と
して存在する取付孔４に内管２の伸びが集中するが、取
付孔４にフレアー部５を設けてあるため、このフレアー
部５の変形によって、その伸びを吸収することができ
る。

【００４７】また、内管２の熱膨脹により、フレアー部
５の位置とニップル２０の位置にずれ（相対変位）が生
じるが、このずれも、変位吸収機能を持つフレアー部５
が変形することにより、吸収することができる。従っ
て、内管２の取付孔４に生じる熱応力を、フレアー部５
によって全て吸収でき、内管２の破損を未然に防止する
ことができる。

【００４８】なお、内管２が大きく熱膨脹した場合に
は、ニップル２０とフレアー部５との間（伸びの大きい
側）に隙間が生じ、排気ガスが内管２と外管１の隙間３
に流れ込む可能性があるが、内管２が大きく熱膨脹して
いるときには、排気ガスは当然下流の触媒の活性温度以
上となっているはずであるから、隙間３に排気ガスが漏
れたとしても、触媒の性能に影響を与えるおそれは全く
ない。

【００４９】また、エンジンが停止し、二重排気管全体
が冷えた状態となると、内管２は収縮するため、ニップ
ル２０とフレアー部５に隙間が生じていたとしても、そ
の隙間がもとに戻ることんいなり、エンジン再始動後の
排気ガスが、フレアー部５とニップル２０の隙間から、
内管２と外管１の隙間３へ漏れることはない。

【００５０】次に本発明の他の実施例について説明す
る。

【００５１】図６は本発明の第２実施例の要部を示す。
この実施例では、フレアー部５の最小径部よりも先端側
に、連続して外広がりのテーパ部５ｂを形成しており、
このテーパ部５ｂの先端５ａを、外管１の取付孔７から
外へ僅かに突き出させ、ニップル２０Ｂの頭部２１の底
面に設けた環状凹部２５に収容している。なお、この環
状凹部２５は、排気ガス温度が高く、フレアー部５の先
端５ａがニップル２０側に伸びた状態のときもで、その
先端５ａが内面に接しない程度の深さを持っている。

【００５２】この実施例によれば、フレアー部５の先端
５ａが外管１より外に突き出しているので、ニップル２
０をフレアー部５に簡単に挿入することができる。特
に、ニップル２０の先端をテーパ部５ｂに入れるだけで
よいから、挿入が極めて楽に行え、一層の製作容易化が
図れる。

【００５３】なお、図７に示すような、挿入部２２Ｃを
先細りのテーパ状に形成したニップル２０Ｃを用いれ
ば、より容易に挿入できる。

【００５４】また、図８の第３実施例に示すように、フ
レアー部５の周囲の内管２上に、フレアー部５を取り囲
むように、あるいは、フレアー部５を前後（上流側及び
下流側）から挟むように湾曲部９を設ければ、フレアー
部５に対する内管２全体の熱膨脹の影響を、湾曲部９が
変形することにより軽減することができるので、上述し
た効果を一層確実に奏することができる。

【００５５】なお、上記実施例では、内管２の取付孔４
の周縁に設けた筒壁を、全体的に湾曲させることでフレ
アー部５としたが、湾曲させる部分を筒壁の高さ方向の
一部に設けてもよい。

【００５６】また、筒壁を湾曲させることによらずに、
別の構造の変位吸収部を設けてもよい。

【００５７】また、上記実施例では、取付部材として、
酸素センサ等を取付けるためのニップル２０の場合を示
したが、ニップル２０以外の取付部材を装着してもよ
い。例えば、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）等を取付け
るための取付部材を設けてもよい。

【００５８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よれば、外管と取付部材を気密に接合しているので、排
気ガスの外部への漏れを完全に遮断することができる。
また、内管と外管の熱膨脹差が、筒壁に設けた変位吸収
部で吸収されるので、内管に無理な応力が発生せず、内
管の破損を未然に防止することができる。

【００５９】また、変位吸収部が内管と取付部材の相対
変位を吸収することによって、内管と取付部材との間に
隙間ができなくなるから、排気ガスが、内管内部から内
管と外管との隙間へ漏れることもなく、それによる排気
ガス温度の低下も抑制され、その結果、排気ガスの昇温
特性の向上を図ることができる。

【００６０】また、部分的に一重管化した箇所を設ける
必要もないので、取付部材の取付け位置が限定されるこ
ともなく、しかも内管の取付孔に筒壁を設け、その筒壁
に変位吸収部を設けるだけの構成であるから、内管の内
側から溶接する等の困難な加工が全く不要で、極めて容
易に製作可能である。

【００６１】請求項２の発明によれば、筒壁を内方に凸
に湾曲させて形成した環状湾曲部によって、内管と取付
部材の相対変位を吸収する変位吸収部を構成しているの
で、プレス成形やバルジ加工等により簡単に変位吸収部
を作ることができ、加工の容易化が図れる。

【００６２】請求項３の発明によれば、筒壁に設けたテ
ーパ部が取付部材を挿入する際の案内作用を果たすの
で、取付部材を内管の取付孔に挿入しやすくなり、一層
の製作の容易化が図れる。

【００６３】請求項４の発明によれば、テーパ部の先端
を外管の取付孔より外に突き出させたので、外管の外側
から内管の取付孔の位置を容易に確認することができ、
取付部材を内管の取付孔により挿入しやすくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の二重排気管の全体構成を
示す縦断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。

【図３】図１のＩＩＩ部の拡大図である。

【図４】図１のＩＶ部の拡大図である。

【図５】図４と同じ部分の変形例を示す断面図である。

【図６】本発明の第２実施例の要部断面図である。

【図７】本発明の実施例で用いる他の形状のニップルの
断面図である。

【図８】本発明の第３実施例の要部断面図である。

【図９】第１の従来例の要部断面図である。

【図１０】第２の従来例の要部断面図である。

【図１１】第３の従来例の要部断面図である。

【図１２】第４の従来例の要部断面図である。

【図１３】第５の従来襟の要部断面図である。

【符号の説明】

１外管２内管３隙間４取付孔５フレアー部（筒壁、変位吸収部、環状湾曲部）７取付孔２０，２０Ｂ，２０Ｃニップル（取付部材）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】外管と、この外管より薄肉に形成され該外管内に隙間をもって挿
入された内管と、前記外管の外側から該外管と内管の管壁に設けた取付孔
に装着された取付部材とを備え、前記内管内を排気ガスの通路とするエンジンの二重排気
管において、前記内管の取付孔の周縁に前記外管側に突出した筒壁を
形成し、この筒壁に、該筒壁内に挿入された部材との相対変位を
吸収する変位吸収部を設け、この変位吸収部に対して密着させた状態で前記筒壁内部
に前記取付部材を挿入し、且つ前記取付部材を前記外管の取付孔の周囲に気密に接
合したことを特徴とするエンジンの二重排気管。
【請求項２】請求項１記載のエンジンの二重排気管で
あって、前記変位吸収部は、前記筒壁の一部または全部を内方に
凸に湾曲させて形成した環状湾曲部からなることを特徴
とするエンジンの二重排気管。
【請求項３】請求項２記載のエンジンの二重排気管で
あって、前記環状湾曲部の最小径部よりも前記筒壁先端側の外広
がり状部分に、連続して外広がりのテーパ部を形成した
ことを特徴とするエンジンの二重排気管。
【請求項４】請求項３記載のエンジンの二重排気管で
あって、前記テーパ部の先端を前記外管の取付孔から外部へ突き
出させたことを特徴とするエンジンの二重排気管。