JP4083284B2 - 車両用エンジンの排気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自動車等の車両用エンジンの排気装置、特に多気筒エンジンの排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような排気装置は、一般にエンジンの排気マニホルドに、いわゆるフロントパイプと称する排気管を接続し、その排気管の下流側に、排気ガスを浄化するための触媒コンバータや消音用のマフラ等を接続した構成である。この場合、多気筒エンジンにあっては排気マニホルドから直接１本の排気管に合流させると、エンジンにバックプレッシャが掛かって出力が低下するため、排気管を気筒数に対応して複数本設けたり、あるいは各気筒からの排気のうち互いに干渉するおそれの少ない排気をマニホルド内で合流させて複数本の排気管に導いたのち１本の排気管に合流させる等の方法が採られている。
【０００３】
例えば４気筒のエンジンにおいては、その４つの気筒からの排気のうち、互いに干渉するおそれの少ない２気筒ずつをマニホルド内で合流させて２本の排気管に導き、その２本の排気管を１本の排気管に合流させて触媒コンバータやマフラに導くようにしている。
【０００４】
ところが、上記のように排気管を複数本並べて配置するものは、大きな設置スペースを必要とし、自動車等の車両用エンジンの排気装置にあっては、車体底部の限られた空間内に設置するのが困難である場合が少なくない。しかも、表面積が大きいため、下流に設置する触媒コンバータに至るまでに排気温度が低下して排気浄化性能が低下する等の不具合がある。
【０００５】
そこで、例えば排気マニホルドから触媒コンバータに至る排気管内を仕切板で仕切ったり、あるいは排気管自体を断面Ｓ字状に形成することによって、１つの排気管内に複数個の排気通路を形成することが提案されている（例えば実開昭６３−１９６４２５号、特開平９−２６４１２８号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者のように排気管内を仕切板で仕切るものは、例えば図６および図７に示すように仕切板２の幅方向両端部２ａ・２ａを互いに反対方向に折り曲げて排気管１の内面に溶接等で固着するのが一般的である。この場合、上記仕切板２は図７に示すように左右非対称であるため安定性が悪く、溶接時はその不安定な状態で排気管内に治具等を挿入して溶接しなけらばならないので作業性が悪い等の不具合がある。また溶接時には、治具に溶接スパッタが付着して溶接精度を損ねたり、治具を頻繁に清掃もしくは交換する必要があり、さらには溶接スパッタが管内に付着し、その箇所から腐食が発生する等の問題があった。
【０００７】
さらに上記のような溶接作業を行う際には、溶接強度を向上させるため、あるいは溶接部やその周辺からの腐食を防止するために、バックシールドガスと称する不活性ガスを流しながら溶接する方法があるが、車両用エンジン等の排気管にあっては、管内の容積が比較的大きいため、多量のガスを必要とし、実用上は殆ど適用不可能であった。
【０００８】
本発明は上記従来の問題点に鑑みて提案されたもので、製作が容易で、強度が強く、しかも耐腐食性に優れ、排気洩れ等の生じるおそれの少ない排気装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明による車両用エンジンの排気装置は、以下の構成としたものである。即ち、エンジンの排気マニホルドの下流側に接続される排気管内を仕切板により仕切って複数個の排気通路を形成するようにした車両用エンジンの排気装置において、上記仕切板の排気管内面と当接する端部を袋状に形成したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による車両用エンジンの排気装置を、図に示す実施形態に基づいて具体的に説明する。図１は本発明による排気装置の一実施形態を示す縦断面図、図２（ａ）および（ｂ）は図１におけるＡ−ＡおよびＢ−Ｂ線断面図である。
【００１１】
図示例の排気装置は、排気管１内に仕切板２を配置し、その仕切板２の排気管内面と当接する幅方向両端部２１・２１を袋状に形成すると共に、仕切板２の幅方向ほぼ中央部には屈曲部２２が形成されている。上記袋状の端部２１は上記屈曲部２２により排気管１の内面に弾力的に且つ気密に密着し、その密着部に溶接Ｗを施すことによって、上記仕切板２と排気管１とが一体に固着されている。また袋状端部２１の上流側（図１で左上）の端縁２１ｓは、図２（ａ）に示すように扁平に押し潰すことによって閉塞され、それによって袋状端部２１内に排気ガスが流入しないようにしている。
【００１２】
図１において、１１・１２は上記排気管１の上流側と下流側の端部に設けた接続用フランジで、その上流側のフランジ１１によって図に省略したエンジンの排気マニホルドに上記排気管１が接続され、また下流側のフランジ１２に触媒コンバータが接続されると共に、その下流側にはマフラ等が接続されるが図には省略した。
【００１３】
上記排気装置を構成する部材の材質や寸法等は適宜であるが、本実施形態における排気管１および仕切板２の材質としては、それぞれステンレス鋼板（ＳＵＳ４３０Ｍ）が用いられている。また排気管１の板厚は０．８ｍｍで、外径は６５ｍｍに形成されている。これに対し、仕切板２の板厚は１．２ｍｍ以上とするのが好ましく、本実施形態においては１．２ｍｍのものが用いられている。
【００１４】
また袋状端部２１の断面形状や寸法等も適宜であるが、図示例の袋状端部２１の断面形状は図２（ｂ）に示すように略三角形状に形成され、その袋状端部２１の図２で左右方向の最大幅は約１０ｍｍに形成されている。また袋状端部２１の排気管内面との接触部は、該排気管内面と略同じ曲率の円弧面に形成され、該接触部の排気管周方向の長さ（接触幅）は約７ｍｍ程度である。
【００１５】
さらに上記排気管１や仕切板２の製造方法等は任意であり、例えば排気管１と仕切板２とを、それぞれプレス成形やロール成形、その他の製法によって予め個別に製造した後、それらを組み合わせる。あるいはロール成形等によって排気管１と仕切板２とを同時に成形しながら連続的に組み合わせて一体化することもできる。
【００１６】
図３は排気管１と仕切板２とを個別に製造して組み合わせる場合の一例を示すもので、同図（ａ）のように予め円形管状に形成し且つ所定の長さに切断された排気管１を、図に省略した押圧部材等により左右両側から押すことによって楕円形状に変形させ、その排気管１内にその一端側から仕切板２を挿入する。その状態で上記の押圧部材を排除すれば排気管１は、その弾性復元力で同図（ｂ）のように元の円形形状に戻り、仕切板２は排気管１の直径方向に起立した状態に位置決め保持される。
【００１７】
特に、本発明の仕切板２の幅方向両端部２１・２１は袋状に形成され、その袋状端部２１と排気管内面との接触部は前記のように所定の幅を有し、しかも上記接触部は図示例においては仕切板２の中央部の板面に対して左右略対称であるため排気管１の中央に安定性よく位置決め保持させることができる。なお、この場合、仕切板２の幅、すなわち図３（ｂ）における上下方向の長さを排気管１の内径（直径）よりもやや大きめに形成するか、排気管１の少なくとも仕切板幅方向の内径を仕切板２の幅よりも小さめに形成しておけば、同図（ｂ）のように排気管１内に仕切板２を装着したときに該仕切板２を排気管内面に更に良好に密着固定させることができる。
【００１８】
次に、上記仕切板２の袋状端部２１と排気管内面とを、溶接Ｗ等によって一体的に固着するもので、その溶接方法としては、例えばレーザー溶接や高周波溶接等を適用することができる。又その際、仕切板２は排気管１内に安定性よく位置決め保持されるので、必ずしも強固な治具は必要がなく、簡易治具で簡単・確実に固定することができる。また場合によっては治具を省略することもできる。
【００１９】
図４は排気管１と仕切板２とを同時に成形しながら連続的に組み合わせて一体化する場合の製造方法の一例を示す。ロール状に巻いた仕切板２の素材板２０を順次繰り出しながら多数の成形用ローラ３で所定形状の仕切板２を順次成形する。それと同時に排気管１を形成するための平板状の素材板１０を多数の成形用ローラ４により順次円形に湾曲させ、その内方に仕切板２を包み込むようにして素材板１０を筒状に丸めながら端部を突き合わせて溶接Ｗ１すると共に、仕切板２の袋状の両端部２１を排気管内面に密着させて溶接Ｗすればよい。本例においても仕切板は略対称であるため倒れることなく排気管の中央に位置させることができる。
【００２０】
なお上記実施形態においては図４（ｂ）に示すように筒状に丸めた素材板１０の両端部を仕切板２の側方位置で溶接Ｗ１したが、仕切板２の袋状端部２１の外面位置で該仕切板２と一体に溶接するようにしてもよい。
【００２１】
前記のようにして排気管１と仕切板２とを一体化した後は、車両底部等への配置形状に合わせて適宜曲げ加工を施すもので、その場合、仕切板２に前記のような屈曲部２２を形成すると、上記の曲げ加工を施す際の応力緩和、および実車装着時に排気温による仕切板の収縮に対する応力緩和等の機能が発揮され、仕切板と管との溶接部が剥離したり分離するのを未然に防止することが可能となる。
【００２２】
また上記曲げ加工の曲げがきつく、前記袋状端部２１の合わせ縁部２１ａが開くおそれがある場合には、例えば図５に示すように袋状端部２１の合わせ縁部２１ａを仕切板２の幅方向中央部の板面に延長して該板面に添わせ、その板面と上記縁部２１ａとを溶接Ｗ２するようにしてもよい。
【００２３】
前記従来の図６・図７の構造では、前述のように仕切板２は左右非対称であるため安定性が悪く、溶接時には、ほとんど余裕空間のない治具を使用せざるを得ず、作業性が悪い等の不具合があったが、本発明による上記の実施形態においては仕切板２が略対称であるため安定性がよく、治具に余裕が持たせられる。また従来の仕切板２の両端折曲部（へミング部）２ａは、いわゆる波打ちが生じやすく、排気管の内方側に波打ちした部分は排気管との間に隙間が生じて溶接不良となり、安定した溶接が得にくい等の問題があるが、本発明においては仕切板２の両端部２１を袋状に形成し、その端部２１の縁部２１ａは仕切板本体に付き当てることにより、波打ち等が生じることなく、しかも端部２１を排気管内面に付き当てるようにしたので、良好かつ安定に溶接固定することができる。また排気管使用時においても上記溶接部やその近傍に腐食性の排気ガスが直接触れることがないので耐食性を向上させることができる。
【００２４】
さらに上記の溶接作業は、一般に排気管外部から行われ、従来は溶接スパッタ等が排気管に飛散し、排気管内面に付着して腐食の原因となったり、溶接スパッタが溶接治具に付着して溶接精度を損ねたり、頻繁に治具を清掃もしくは交換しなければならない等の問題があったが、本発明においては上記溶接スパッタ等は袋状の端部２１内に回収されて排気管内には飛散しないので上記のような問題点も良好に解消することができるものである。
【００２５】
また排気管１に溶接する仕切板２の両端部２１を袋状にしたことによって、排気管１内における溶接領域と接する空間の容積を狭くすることができるため、上記袋状端部２１にバックシールドガスを流しながら溶接することが可能となる。それによって、溶接強度を高めることができると共に、溶接時に活性ガス等で溶接部やその近傍が変質することがなく腐食の発生を低減することができる。
【００２６】
なお上記実施形態においては、排気管１を１重としたが、例えばエンジンから触媒コンバータに至るまでに排気温度が低下するのを防止するために上記排気管１の外周に、断熱用の外管を被覆するようにしてもよい。その場合、上記排気管１と上記外管との間は中空にして空気断熱層とする、あるいは上記排気管と外管との間にグラスウール等の断熱材等を充填してもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、エンジンの排気マニホルドの下流側に接続される排気管１内を仕切板２により仕切って複数個の排気通路を形成するようにした車両用エンジンの排気装置において、上記仕切板２の排気管内面と当接する端部２１を袋状に形成したから、仕切板２の両端部を排気管内面に弾力的に良好に且つ安定に密着保持させることができる。そのため、上記仕切板両端部と排気管内面とを溶接する際には、仕切板２を必ずしも強固な治具等を用いることなく固定できると共に、排気管使用時においても上記溶接部やその近傍に排気ガスが直接触れることがないので腐食が少なく耐久性を大幅に向上させることができる。さらに溶接時には、治具に溶接スパッタが付着せず、治具を頻繁に清掃もしくは交換する必要がなく管内にも付着しない。また上記袋状端部２１にバックシールドガスを流しながら溶接することが可能となり、溶接強度を高めることができると共に、溶接時に活性ガス等で溶接部やその近傍が変質して腐食の原因となるのを防止できる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による車両用エンジンの排気装置の一実施形態を示す一部縦断側面図。
【図２】（ａ）および（ｂ）は図１におけるＡ−ＡおよびＢ−Ｂ線拡大断面図。
【図３】（ａ）および（ｂ）は上記排気装置の製法の一例を示す説明図。
【図４】（ａ）は上記排気装置の製法の他の例を示す説明図。
（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ、Ｃ−Ｃ、Ｄ−Ｄ線断面図。
【図５】本発明による車両用エンジンの排気装置の他の実施形態を示す断面図。
【図６】従来の排気装置の一例を示す一部縦断側面図。
【図７】図６におけるＥ−Ｅ線拡大断面図。
【符号の説明】
１ 排気管
２ 仕切板
１１、１２ 接続用フランジ
２１ 袋状端部
２２ 屈曲部

Claims (3)

1. エンジンの排気マニホルドの下流側に接続される排気管内を仕切板により仕切って複数個の排気通路を形成するようにした車両用エンジンの排気装置において、上記仕切板の排気管内面と当接する端部を袋状に形成したことを特徴とする車両用エンジンの排気装置。
2. 前記仕切板の袋状端部と排気管内面との当接部を溶接により一体的に固着してなる請求項１記載の車両用エンジンの排気装置。
3. 前記仕切板の幅方向ほぼ中央部に屈曲部を形成してなる請求項１または２記載の車両用エンジンの排気装置。

Images