JP4513665B2 - 内燃機関の二重排気管の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の二重排気管の製造方法に関する。

内燃機関の排気通路では、例えば特許文献１に記載されるように、一方の管（以下、外管という）の内部に他方の管（以下、内管という）が配設された二重排気管が用いられることがある。こうした二重排気管では、両管の一端を溶接等によってそれぞれ固定しているため、管が加熱された際に軸方向への熱変形を許容できるように、両管の他端を固定しないようにしている。具体的には、図３に示されるように、外管１及び内管２０の図示しない一端を固定した後に、外管１の内周面と内管２０の外周面との間に例えばワイヤメッシュ３などのシール部材を圧縮状態となるように挿入することにより、管の他端のスライドを許容するとともに、両管の間をシールするようにしている。
特開平６−３３６９２１

ところで、外管１の内径や内管２０の外径には管の製造段階における公差があるため、外管１の内周面と内管２０の外周面との間隔には個体差が生じることとなる。このため、外管１の内周面と内管２０の外周面との間隔がワイヤメッシュ３の厚さの規格値よりも大きい場合には、挿入されたワイヤメッシュ３の圧縮度合が小さくなるため、両管１，２０とワイヤメッシュ３との面圧が設計値よりも低くなってしまう。反対に、外管１の内周面と内管２０の外周面との間隔がワイヤメッシュ３の厚さの規格値よりも小さい場合には、挿入されたワイヤメッシュ３の圧縮度合が大きくなるため、両管１，２０とワイヤメッシュ３との面圧が設定値よりも大きくなってしまう。更にこの場合、ワイヤメッシュ３の厚さに対して上記間隔が小さすぎる場合には、取り付けの際にワイヤメッシュ３が捲れ上がってしまうこともある。したがって、ワイヤメッシュ３が良好なスライド性やシール性を発揮することができないおそれがある。

なお、こうした問題は上述したワイヤメッシュに限られるものではなく、外管及び内管の一端が固定され、これらの他端がスライド可能となるように、外管の内周面と内管の外周面との間にシール部材を取り付ける内燃機関の二重排気管の製造過程においては概ね共通したものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、外管と内管との間にシール部材を容易に取り付けることができるとともに、外管及び内管とシール部材との面圧を容易に制御することのできる内燃機関の二重排気管の製造方法を提供することにある。

以下、上記目的を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、外管及び内管の一端が固定され、同外管と同内管との間のシール部材によってこれらの管の他端がスライド可能に支持される内燃機関の二重排気管の製造方法において、前記外管と平行に伸びて外径及び内径がそれぞれ一定の定径部と同定径部とは各別の部材からなり同定径部の外周面から外管の内周面側に拡径する拡径部とを前記内管とし、前記定径部の外周面に前記拡径部の内周面を溶接により固定するとともに前記シール部材をその拡径部の外周面と前記外管の内周面との間に取り付けた後に、前記外管を圧縮して同シール部材を所定の外径まで圧縮させることをその要旨とする。

上記構成によれば、外管の内周面と内管の外周面との間にシール部材を挿入した後に、外管を圧縮してシール部材を所定の外径まで圧縮させるため、シール部材の取り付け時には外管の内周面と内管の外周面との間隔を大きくしておくことができる。その結果、シール部材の取り付けが容易となるとともに、外管、内管、及びシール部材の公差を外管の圧縮時に吸収することができるため、外管及び内管とシール部材との面圧を容易に制御することができる。

具体的には、へら絞り加工により外管の圧縮を行うといった方法を採用することができる。この場合、へら絞り加工は寸法精度を高くすることが可能であるため、外管をへら絞り加工にて縮径させることにより、シール部材の圧縮度合、すなわち、シール部材のスライド性及びシール性を細かく調整することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の発明において、前記内管の外周面に前記シール部材が取り付けられた状態でのシール部材の厚さを予め測定し、同測定の結果に応じて前記外管の圧縮度合を調整することをその要旨とする。

上記構成によれば、内管の外周面にシール部材が取り付けられた状態でのシール部材の厚さを予め測定し、この測定結果に応じて外管を圧縮する際の圧縮度合を調整する。このため、シール部材に作用する圧縮力を正確に調整することができ、両管の間のスライド性やシール性を向上させることができる。

高い耐熱性が要求されるなどの理由から、内燃機関の二重排気管のシール部材としてワイヤメッシュが採用されることが多い。しかし、ワイヤメッシュは弾力性がそれほど高くないため、外管と内管との間に取り付けて圧縮したときにその面圧を所望の値にすることが困難である。また、外管と内管との間にワイヤメッシュを挿入する際に、ワイヤメッシュが捲れ上がってしまうこともある。

この点、本発明によれば、シール部材に金属細線からなる綿を成形したワイヤメッシュを採用した場合であっても、シール部材を容易に取り付けることができるとともに、シール部材の面圧を所望の値に制御することが容易となる。

以下、本発明の一実施形態にかかる内燃機関の二重排気管の製造方法を、二重排気管を備えた触媒コンバータの製造方法に具体化したものについて、図１及び図２を参照して詳細に説明する。

図１は本実施形態における二重排気管を備えた触媒コンバータの縦断面構造を示している。なお図１は、後述するへら絞り加工により外管１０を圧縮させる前の二重排気管の状態を示している。

図１に示されるように、触媒コンバータの二重排気管は、外管１０、内管２０、及びワイヤメッシュ３０を備えている。
外管１０は、図示する部分の外径及び内径がそれぞれ一定な管であり、鉄系の金属により形成されている。

内管２０は、外管１０と平行で外径及び内径がそれぞれ一定な定径部２２と、排気上流側の端部内周面が定径部２２の外周面に溶接されるとともに排気下流方向へ次第に拡径される拡径部２４とを備えている。拡径部２４の下流側には、外径及び内径がそれぞれ一定な端部２４ｅが備えられている。

外管１０と内管２０の排気上流側の端部は図示しない固定部に溶接されることにより固定されている。
外管１０の内周面と内管２０の端部２４ｅの外周面との間には、同内周面と同外周面との間をシールするとともに、外管１０及び内管２０が熱変形した際に軸方向に対して互いにスライド可能となるよう支持するためのワイヤメッシュ３０が配設される。ワイヤメッシュ３０は金属の細線によって形成されている。

本実施形態では、二重排気管の製造段階において、ワイヤメッシュ３０を内管２０の端部２４ｅの外周面に取り付けた状態でのワイヤメッシュ３０の外径ｄ３ｏａが、外管１０の内径ｄ１ｉａよりも小さい場合、すなわち、外管１０の内周面とワイヤメッシュ３０の外周面との間に隙間が存在する場合について説明する。

この二重排気管は、以下の（１）〜（１０）の順番で製造される。
（１）定径部２２の排気下流側の端部外周面と拡径部２４の排気上流側の端部内周面とを溶接により固定することで内管２０を組み立てる。

（２）外管１０の中心軸と内管２０の中心軸とを一致させた状態で、外管１０及び内管２０の排気上流側の各端部を図示しない固定部に溶接する。
（３）外管１０について、ワイヤメッシュ３０が取り付けられる部分の内径ｄ１ｉａ及び外径ｄ１ｏａを測定する。そして、その結果から外管１０の厚さΔｄ１を算出する。

（４）端部２４ｅの外径ｄ２ｏａを測定する。
（５）ワイヤメッシュ３０を径方向外側に広げつつ端部２４ｅの外周面に取り付ける。
（６）内管２０の端部２４ｅにワイヤメッシュ３０が取り付けられた状態でのワイヤメッシュ３０の外径ｄ３ｏａを測定する。

（７）ワイヤメッシュ３０の外径ｄ３ｏａと内管２０の外径ｄ２ｏａからワイヤメッシュ３０の厚さΔｄ３を算出する。
（８）ワイヤメッシュ３０の厚さΔｄ３に基づいてワイヤメッシュ３０の圧縮目標となるワイヤメッシュ目標厚さΔｄ３ｔを算出する。

（９）外管１０の外径ｄ１ｏａ及び厚さΔｄ１と、ワイヤメッシュ３０の厚さΔｄ３とワイヤメッシュ目標厚さΔｄ３ｔとに基づいて、外管１０の圧縮目標となる外管目標外径ｄ１ｏｔを算出する。

（１０）図２に示されるように、へら絞り（スピニング）加工により外管１０の外径ｄ１ｏが外管目標外径ｄ１ｏｔとなるまで外管１０及びワイヤメッシュ３０を圧縮する。具体的には、内管２０の端部２４ｅの内周面に図示しない金型を固定するとともに外管１０及び内管２０を回転させながら、外管１０の外周面に図示しないローラを押し当てる。そして、ローラの軸方向への移動速度及び径方向への送り込み量を適宜調整することにより外管１０の外径ｄ１ｏが外管目標外径ｄ１ｏｔとなるまで外管１０及びワイヤメッシュ３０を圧縮する。

以上説明した本実施形態によれば、以下の作用効果が得られるようになる。
（１）本実施形態によれば、外管１０の内周面と内管２０の外周面との間にワイヤメッシュ３０を挿入した後に、外管１０を圧縮してワイヤメッシュ３０を所定の外径まで圧縮させるため、ワイヤメッシュ３０の取り付け時には外管１０の内周面と内管２０の外周面との間隔を大きくしておくことができる。その結果、ワイヤメッシュ３０の挿入が容易となるとともに、外管１０、内管２０、及びワイヤメッシュ３０に公差を外管１０の圧縮時に吸収することができるため、外管１０及び内管２０とワイヤメッシュ３０との面圧を容易に制御できる。

（２）へら絞り加工により外管１０の圧縮を行うといった方法を採用している。この場合、へら絞り加工は寸法精度を高くすることが可能であるため、外管１０をへら絞り加工にて縮径させることにより、ワイヤメッシュ３０の圧縮度合、すなわち、ワイヤメッシュ３０のスライド性及びシール性を細かく調整することができる。

（３）本実施形態によれば、内管２０の外周面にワイヤメッシュ３０が取り付けられた状態でのワイヤメッシュ３０の厚さΔｄ３を予め測定し、この測定結果に応じて外管１０を圧縮する際の圧縮度合を調整する。このため、ワイヤメッシュ３０に作用する圧縮力を正確に調整することができ、両管１０，２０の間のスライド性やシール性を向上させることができる。

（４）高い耐熱性が要求されるなどの理由から、内燃機関の二重排気管のシール部材としてワイヤメッシュ３０が採用されることが多い。しかし、ワイヤメッシュ３０は弾力性がそれほど高くないため、外管１０と内管２０との間に取り付けて圧縮したときにその面圧を所望の値にすることが困難である。また、外管１０と内管２０との間にワイヤメッシュ３０を取り付ける際に、ワイヤメッシュ３０が捲れ上がってしまうこともある。

この点、本実施形態によれば、シール部材に金属細線からなるワイヤメッシュ３０を採用しているものの、シール部材を容易に取り付けることができるとともに、シール部材の面圧を所望の値に制御することが容易となる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・本実施形態では、シール部材としてワイヤメッシュ３０を採用しているが、この他にも例えば、耐熱性の樹脂等のシール部材を採用してもよい。

・本実施形態では、外管１０の外径ｄ１ｏａや内径ｄ１ｉａを測定するとともに、ワイヤメッシュ３０の外径ｄ３ｏａや内管２０の外径ｄ２ｏａから求められるワイヤメッシュ３０の厚さΔｄ３に基づいて外管１０の圧縮度合を調整している。このような管やシール部材の径の測定を省略した場合には、外管やシール部材の圧縮精度は落ちるものの、シール部材の取り付けが容易となるとともに、外管、内管、及びシール部材の公差を外管の圧縮時に吸収することはできる。

・本実施形態では、外管１０及びワイヤメッシュ３０を圧縮する手段としてへら絞り加工を採用しているが、プレス加工等であってもシール部材を所定の外径まで圧縮することができるものであれば他の加工手段であってもよい。

・本実施形態では、内燃機関の二重排気管の一例として触媒コンバータについて説明したが、この他にも例えば、マフラー等を構成する二重排気管の製造方法に対して本発明を適用してもよい。要するに、外管及び内管の一端が固定され、同外管と同内管との間のシール部材によってこれらの管の他端がスライド可能に支持される内燃機関の二重排気管であれば、本発明を適用することができる。

・本発明では、シール部材を外管の内周面と内管の外周面との間に取り付けた後に、外管を圧縮してシール部材を所定の外径まで圧縮しているが、外管を圧縮する代わりに、内管を拡径加工するようにしてもよい。この場合、外管を加工することよりは加工がしづらいもものの、その場合であっても、シール部材の取り付けが容易になるとともに、外管、内管、及びシール部材の公差を内管の拡径加工時に吸収することができるため、外管及び内管とシール部材との面圧を制御することができる。

本発明の一実施形態にかかる圧縮加工前の二重排気管の断面図。 同実施形態にかかる圧縮加工後の二重排気管の断面図。 従来の二重排気管の断面図。

符号の説明

１，１０…外管、２０…内管、２２…定径部、２４…拡径部、２４ｅ…端部、３，３０…ワイヤメッシュ。

Claims (4)

1. 外管及び内管の一端が固定され、同外管と同内管との間のシール部材によってこれらの管の他端がスライド可能に支持される内燃機関の二重排気管の製造方法において、
   前記外管と平行に伸びて外径及び内径がそれぞれ一定の定径部と同定径部とは各別の部材からなり同定径部の外周面から外管の内周面側に拡径する拡径部とを前記内管とし、前記定径部の外周面に前記拡径部の内周面を溶接により固定するとともに前記シール部材をその拡径部の外周面と前記外管の内周面との間に取り付けた後に、前記外管を圧縮して同シール部材を所定の外径まで圧縮させる
   ことを特徴とする内燃機関の二重排気管の製造方法。
2. 前記外管の圧縮はへら絞り加工により行われる請求項１に記載の内燃機関の二重排気管の製造方法。
3. 前記内管の外周面に前記シール部材が取り付けられた状態でのシール部材の厚さを予め測定し、同測定の結果に応じて前記外管の圧縮度合を調整する請求項１または２に記載の内燃機関の二重排気管の製造方法。
4. 前記シール部材は金属細線からなる綿を成形したワイヤメッシュである請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の二重排気管の製造方法。

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