JP4276746B2

JP4276746B2 - 内燃機関の排気管

Info

Publication number: JP4276746B2
Application number: JP24317899A
Authority: JP
Inventors: 章泉; 浩義大島; 晴雄岡田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-08-30
Filing date: 1999-08-30
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2019-08-30
Also published as: JP2001065341A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二重構造を有した内燃機関の排気管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気管として、内管とこの内管の外周を覆う外管とからなる二重管構造を有するものが知られている。こうした二重管構造の排気管では、内管と外管との間に形成される空間によって高い断熱性能を得ることができるようになる。
【０００３】
ところで、二重管構造の排気管では、所定の断熱性能を得るために、内管と外管との間に隙間が確保された状態で、両管を互いに支持する必要がある。
そこで従来では、特開平６−２９９８４８号公報に見られるように、内管と外管との間にワイヤメッシュリングを介在させるようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにワイヤメッシュリング等の別部材を介在させることで、内管と外管との間の隙間を確保することはできる。
【０００５】
しかしながら、こうした構成とした場合、排気ガスにさらされるワイヤメッシュリング等の部材には、内管や外管と同様、耐食性に優れた材料を用いる必要があり、その製造コストの増大は避けきれないものとなる。
【０００６】
また一方で、こうした二重管構造の排気管においては、ある程度の強度が必要とされる外管に対し、内管は排気管全体の軽量化を図るべく、その管壁が非常に薄くされている。このため、複数の筒を溶接によって接合することにより内管を形成するようにすると、こうした接合部において溶け落ち等の溶損が生じ、品質の不安定化を招くことともなる。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、二重管構造を有した内燃機関の排気管において、製造コストを低減するとともにその品質の安定化を図ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載した発明は、複数の筒体を接続してなる内管と該内管の外周を所定の隙間を介して覆う外管とを備える内燃機関の排気管において、前記各筒体はそれらの端部同士を重合し、同重合部を前記外管側に膨出して塑性変形させた塑性変形部により互いに接続されるものであり、該塑性変形部は前記外管の内周面に当接するものであることを要旨とする。
【０００９】
上記構成によれば、各筒体の端部同士を互いに重合させ塑性変形させることにより、各筒体を互いに接続するようにしているため、溶接によって筒体を接続する場合とは異なり、内管における溶損の発生が回避されるようになる。
【００１０】
しかも、この塑性変形部を外管側に膨出させて同外管の内周面に当接させるようにしているため、ワイヤメッシュリング等の別部材を設けなくとも、内管は、外管との間に所定の隙間が確保された状態で、同外管により支持されるようになる。
【００１１】
従って、請求項１に記載した発明の上記構成によれば、排気管の品質を安定化させることができ、しかも製造コストの低減を図ることができるようになる。
また、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した内燃機関の排気管において、前記塑性変形部は前記内管の周方向において部分的に形成されるものであることを要旨とする。
【００１２】
例えば、上記塑性変形部を内管（筒体）の周方向全周にわたって形成し、外管の内周面に当接させる構成とした場合、塑性加工の精度上、同塑性変形部と外管の内周面とをその周方向において一様に当接させることは難しく、両者の間に部分的に微小な隙間が生じるのは避けられない。そして、このように塑性変形部と外管の内周面との間に微小な隙間が存在していると、内管や外管が振動した際に、この隙間の存在する部分において塑性変形部と外管の内周面とが衝突を繰り返すことにより騒音が発生するようになる。
【００１３】
この点、請求項２に記載した発明の上記構成によれば、内管と外管とが上記塑性変形部において部分的に接触するようになるため、上記のように塑性変形部と外管の内周面との間に微小な隙間が形成されるのを極力回避することができ、こうした隙間の存在に起因する騒音の発生を抑制することができるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態について図１〜図３を参照して説明する。なお、図１はこの排気管の断面図であり、図２は、図１における２―２線に沿った断面図である。
【００１５】
これら各図に示されるように、この排気管１０は、外管１２と同外管１２の内部に挿入された内管１１とによって構成されている。これら内管１１及び外管１２は、いずれもステンレス等の耐食性に優れる金属材料によって円管状に形成されている。外管１２は、内管１１よりもその径が大きく設定されており、同内管１１の外周を所定の隙間Ｌを介して覆っている。従って、これら各管１１，１２，の間には断面円環状の空間１６が形成されている。また、内管１１の肉厚は排気管１０の軽量化を図るべく比較的薄く（例えば「０．８ｍｍ」）設定され、一方、外管１２の肉厚は所定の強度を確保するために内管１１の肉厚よりも厚く設定されている。
【００１６】
内管１１は、複数の筒体１１ａによって構成されている。これら筒体１１ａは、それらの端部同士を重合し塑性変形させた塑性変形部１３において挿脱不能に固定され互いに接続されている。
【００１７】
図２に示されるように、この塑性変形部１３は、内管１１の周方向において等角度間隔を隔てて部分的に形成されている。これら各塑性変形部１３は外管１２の側に向けて膨出するとともに、その頂部が外管１２の内周面に当接している。その結果、内管１１は、外管１２との間に所定の隙間Ｌが確保された状態で外管１２により支持されている。
【００１８】
また、上記塑性変形部１３は、例えばこれをプレス加工によって各筒体１１ａの重合させた部分に形成することができる。次に、こうした塑性変形部１３をプレス加工により形成する方法について図３を併せ参照して説明する。
【００１９】
例えば、この加工に際しては、図３（ｂ）及び（ｃ）において一点鎖線及び破線で示されるように、内管１１をその内周面から張り出し成形するためのくさび５１及び内型５２及び外型５３と、この張り出し形成した部分を管軸方向においてつぶし成形するための上型６１及び下型６２とが用いられる。
【００２０】
内型５２はくさび５１の挿入移動に伴って、内管１１の径方向に移動するように、同くさび５１と接する部分が傾斜した形状を有している。また、内型５２の一端には拡幅部５２ａが設けられ、こうしたくさび５１の挿入により内管１１の張り出し成形が可能となっている。一方、上型６１及び下型６２はいずれも、内管１１が挿入可能な貫通孔を有している。上型６１の貫通孔の周縁部には、上記張り出し成形によりその径方向に膨出した部分を内管１１の軸方向に押しつぶし、つぶし部１３ｂを成形するための刃６１ａが形成されている。
【００２１】
これらくさび５１及び各型５２，５３，６１，６２を用いて塑性変形部１３を形成する際には、先ず、内管１１を構成する各筒体１１ａの端部同士を重ね合うようにして嵌合させる（図３（ａ））。次に、内管１１を外型５３に挿入するとともに、内型５２を内管１１に挿入し、拡幅部５２ａを塑性変形部１３を設ける所望の位置まで移動させる。そして、内管１１と外型５３及び内型５２との位置関係を保ったままくさび５１を図３（ｂ）において上向きの矢印方向に移動させる。すると、拡幅部５２ａにより、内管１１が張り出し成形され、膨出部１３ａが成形される（図３（ｂ））。次に、くさび５１及び内型５２を内管１１より取り出した後、内管１１を上型６１及び下型６２の貫通孔に挿入し、これら各型６１，６２が互いに接触するまで図３（ｃ）において下向きの矢印方向に上型６１を押圧する。すると、膨出部１３ａはその一部が上型６１の刃６１ａにより内管１１の軸方向に押しつぶされて塑性変形部１３が形成され（図３（ｃ））、そして、上記各工程が繰り返されることにより、各筒体１１ａの端部が接合され、これら筒体１１ａが互いに接続される。このようにして形成された内管１１が外管１２内に挿入され支持されることで排気管１０が構成される。
【００２２】
以上のようにして形成された内管１１は、内燃機関の始動により、内管１１が径方向に熱膨張した際には、塑性締結されていない部分に内管１１の材料の延びが集中することとなり、局部的な熱応力を緩和することができる。そして、内燃機関が停止した後は、内管１１の温度の低下に伴い、熱収縮され、元の状態に戻る。
【００２３】
以上説明したこの実施形態にかかる排気管１０によれば、以下に示すような優れた効果が得られるようになる。
（１）塑性変形部１３により、内管１１は、所望のクリアランスが確保された状態で外管１２内で支持される。これにより、外管１２内で内管１１を支持するための部材、例えば、ワイヤメッシュ等を必要としないので、部品点数の削減が可能となり、製造コストの低減を図ることができる。しかも、この塑性変形部１３を設けることにより、各筒体１１ａ同士の接合が行えるため、溶接の場合のように溶損の発生がない。これにより、内管１１の品質安定化を図ることができる。
【００２４】
（２）また、塑性変形部１３を内管１１の周方向において部分的に形成することで、内管１１を外管１２の内周面に部分的に接触させるようにしているため、同塑性変形部１３を内管１１の全周にわたって形成するようにした構成とは異なり、塑性変形部１３と外管１２の内周面との間に微小な隙間が形成されるのと極力回避することができ、こうした隙間の存在に起因する騒音の発生を抑制することができるようになる。
【００２５】
（３）しかも、上記のように内管１１を外管１２の内周面に部分的にしか接触させていないため、内管１１から外管１２への熱の伝播を抑制することができ、断熱性能の向上を図ることができるようになる。
【００２６】
（４）更に、各筒体１１ａは、塑性変形部１３において互いに固定されているものの、塑性変形部１３が形成されていない部分では単に端部同士が重ね合わされているだけであるため、その相対移動が若干許容されるようになる。従って、内管１１の熱膨張による変形をこの塑性変形部１３が形成されていない部分において吸収することができ、内管１１、特に筒体１１ａの接続部分において過大な熱応力が作用するのを回避することができるようになる。
【００２７】
なお、上記実施形態は、例えば、以下のように構成を適宜変更することもできる。
・上記実施形態では、図２に示すように、塑性変形部１３を４カ所設けたが、この塑性変形部１３の数は内管１１の外径や肉厚等により適宜、変更することができる。例えば、この塑性変形部１３を３カ所あるいは５カ所等設けてもよい。
【００２８】
・上記実施形態では、塑性変形部１３は図１及び図２に示す形状及び大きさとしたが、この形状及び大きさは内管１１の外径や板厚等により適宜、変更することができる。例えば、図４に示されるように、塑性変形部１３を内管１１の軸方向に長く、周方向の幅の小さい長細形状（図４（ａ））としたり、軸方向に長く、周方向の幅の大きい形状（図４（ｂ））、あるいは、軸方向に短く、周方向の幅の大きい形状（図４（ｃ））等にしてもよい。
【００２９】
・上記実施形態では、内管１１の肉厚を外管１２の肉厚よりも薄くしたが、これを内管１１の肉厚を外管１２の肉厚と等しくしてもよい。
・上記実施形態では、図１に示すようにつぶし部１３ｂを塑性変形部１３に設けた。つまり、塑性変形部１３の内管１１における管軸方向の一方側に設けた。これを図４に示すようにつぶし部１３ｂを塑性変形部１３に設けてもよい。すなわち、塑性変形部１３の内管１１の管軸方向の両端側につぶし部１３ｂを設けたり（同図４（ａ））、塑性変形部１３の頂部の近傍につぶし部１３ｂを設けて（同図４（ｂ））もよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる排気管の断面図。
【図２】図１における２―２線断面図。
【図３】塑性変形部の形成工程を説明するための説明図。
【図４】他の実施形態における塑性変形部の形状を示す断面図。
【符号の説明】
１０…排気管、１１…内管、１１ａ…筒体、１２…外管、１３…塑性変形部、Ｌ…隙間。

Claims

複数の筒体を接続してなる内管と該内管の外周を所定の隙間を介して覆う外管とを備える内燃機関の排気管において、
前記各筒体はそれらの端部同士を重合し、同重合部を前記外管側に膨出して塑性変形させた塑性変形部により互いに接続されるものであり、該塑性変形部は前記外管の内周面に当接するものである
ことを特徴とする内燃機関の排気管。
前記塑性変形部は前記内管の周方向において部分的に形成されるものであることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気管。