JP4556882B2

JP4556882B2 - 車両用部品及び内燃機関の二次空気供給用部品

Info

Publication number: JP4556882B2
Application number: JP2006040762A
Authority: JP
Inventors: 旭飯田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2026-02-17
Also published as: CN101384802A; WO2007093915A3; WO2007093915A2; US8424297B2; US20090013680A1; EP1994263B1; JP2007218197A; CN101384802B; EP1994263A2

Description

本発明は、車両用部品及び内燃機関の二次空気供給用部品に関し、特に製造時に必要となるクランプ部が残された車両用部品及び内燃機関の二次空気供給用部品に関する。

従来、製造時に生産設備を利用して部品（以下、ワークとも称す）を加工、組立、溶接等する際には、例えば加工精度を確保するためなどの必要の度合いに応じて、生産設備にワークを位置決めした上で、適宜の方法で適宜の部位をクランプするといったことが一般的に行われている。そして、形状や強度などに起因して生産設備で十分に保持できないワークには、敢えて保持を容易にすべく専用のクランプ部が設けられる場合がある。例えば薄肉金属板を素材としてプレス加工で成形される部品などは、機能上必要となる部分だけではプレス成形時に十分にワークをクランプできないといったことや、機能上必要となる部分を不用意にクランプするとクランプした部分を痛めつけてしまうといったことから、本来機能上必要となる部分とは別にクランプ部が設けられることがある。プレス成形部品を利用した技術として、例えば特許文献１では以下に示す技術が提案されている。

特許文献１では、内燃機関の排気ポートに二次空気を供給するための二次空気供給構造が提案されており、さらに特許文献１ではこの二次空気供給構造の構成要素として、エキゾーストマニホールドを覆うためのヒートインシュレータが開示されている。このヒートインシュレータは、ヒートインシュレータカバー部と、ヒートインシュレータフランジ部とを有して構成されており、ヒートインシュレータフランジ部には、気筒列方向に延在する断面凹状の開口部を有する溝が形成されている。特許文献１では、より簡易な製造工程で溝を形成するために、溝を平板状のヒートインシュレータフランジ部にプレス成形することを提案している。

特許文献２では、表側ヒートインシュレータと裏側ヒートインシュレータとを積層した構造を備えるヒートインシュレータが提案されている。特許文献２では、表側ヒートインシュレータと裏側ヒートインシュレータとを精度良く同程度の形状にするために、これらヒートインシュレータを２枚の薄肉金属板を積層した状態でプレス成形して製造することを提案している。

特開２００４−１６２６８２号公報特開２００４−２１１６５９号公報

ところで、前述したクランプ部は、部品として完成した後もそのまま部品に残されることがある。本来重量増大の要因となり、部品の機能としては不要なクランプ部が敢えて残される理由は、クランプ部を切除しようとすると例えば専用の加工設備の追加により既存の製造工程の変更が必要になり、係る場合には新たな設備投資などを伴い大幅なコストの増大を招くことからこれを回避するためである。また、このクランプ部に関し、特許文献１及び２では特に言及されていないが、例えばこれら特許文献で開示されているインシュレータなどの薄肉金属板を素材とした部品でクランプ部が残された場合には、このクランプ部が重量の増大だけでなくさらに車両で振動騒音を発生させる要因にもなる虞がある。

そこで本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、残されたクランプ部に起因する重量及び振動騒音を低減可能な、さらには係る重量及び振動騒音の低減対策に要するコストを低く抑制可能な車両用部品及び内燃機関の二次空気供給用部品を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、プレス加工で成形される際に生産設備に保持されるクランプ部が残された薄肉金属板から成るパイプを有して構成され、かつ前記パイプの流体流出部を車両に接合することで前記車両に取り付けられる車両用部品であって、前記クランプ部は、前記車両用部品が前記車両に取り付けられた状態において、前記車両に接合されておらず、前記クランプ部のうち、少なくともいずれか１つにクランプ面を貫く貫通穴が形成されていることを特徴とする。クランプ部を敢えて残すことに関する前述の理由に基づけば、クランプ部は車両用部品として完成した後もそのままの状態であるところ、本発明はこのクランプ部に敢えてクランプ面を貫く貫通穴を形成しているものである。そして、特に薄肉金属板を素材としてプレス成形される部品でクランプ部が残された場合にはこのクランプ部が振動騒音の発生源となる虞があることに鑑み、また、係る振動騒音の大きさがクランプ面の面積の大きさに依存することに鑑み、本発明は貫通穴の形成によりクランプ面の面積を小さくし、クランプ面から輻射される振動騒音を低減しようとするものである。本発明によれば、残されたクランプ部に起因する重量を低減するとともに振動騒音をも低減可能である。

また、本発明は、前記貫通穴が、プレス加工で打ち抜かれて形成されていてもよい。部品を加工するにあたって、複数の製造工程を経て部品を完成させるよりも１つの製造工程で部品を完成させたほうが作業工数や管理工数などを削減できることに鑑み、また、形成する貫通穴もその目的に照らしてそれほど高い加工精度が必要とされないことから、本発明ではプレス加工で打ち抜くことで貫通穴を形成している。本発明によれば、成形などのプレス加工を行う製造工程と同一の製造工程で貫通穴を打ち抜いて形成することで、機械加工を行う設備などを必要とすることがなくなる。そのため、新たな設備投資を不要化でき、或いは機械加工を行う他の製造工程で貫通穴を形成して部品を完成させるよりも作業工数や管理工数などを削減でき、その結果、コストの増大を大幅に抑制できる。また、貫通穴の形成はクランプ部の外形の変更を伴わないため、本発明によれば、予め打ち抜きで貫通穴を形成しても、プレス成形時に部品をクランプ部で十分に保持可能である。なお、成形後に打ち抜きなどを行った場合には成形した部品が変形してしまう虞があるため、プレス加工を行う製造工程では一般的に打ち抜き後に成形が行われている。

また、本発明は、二次空気用通路を形成するための第１の壁面形状がプレス加工で成形されるとともに、プレス加工で成形される際に生産設備に保持される第１のクランプ部が残された薄肉金属板から成る第１の部品と、前記二次空気用通路を形成するための第２の壁面形状がプレス加工で成形されるとともに、プレス加工で成形される際に生産設備に保持される第２のクランプ部が残され、さらに前記第１の部品と組み合された状態で、該第１の部品とともに前記二次空気用通路を形成する薄肉金属板から成る第２の部品とを有して構成され、かつ前記二次空気用通路の二次空気流出部を内燃機関に接合することで前記内燃機関に取り付けられる前記内燃機関の二次空気供給用部品であって、前記第１のクランプ部および前記第２のクランプ部は、前記二次空気供給用部品が前記内燃機関に取り付けられた状態において、前記内燃機関に接合されておらず、前記第１のクランプ部、または前記第２のクランプ部のうち、少なくともいずれか１つにクランプ面を貫くプレス加工で打ち抜かれた貫通穴が形成されていることを特徴とする。ここで、内燃機関の二次空気供給用部品とは、内燃機関の排気系に二次空気を供給するための部品である。二次空気供給用部品では、内燃機関の排気圧変動等により大きな加振力が残されたクランプ部に伝達するため特に大きな振動騒音が発生し易く、その結果、車両の静粛性に悪影響を及ぼし易い。これに対して、本発明によれば、上述してきた発明と同様に残されたクランプ部に起因する重量及び振動騒音を低減可能であり、さらには係る重量及び振動騒音の低減対策に要するコストも低く抑制可能である。

本発明によれば、残されたクランプ部に起因する重量及び振動騒音を低減可能な、さらには係る重量及び振動騒音の低減対策に要するコストを低く抑制可能な車両用部品及び内燃機関の二次空気供給用部品を提供できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本実施例に係るＡＩ（Air Injection）パイプ１を示す図であり、図１（ａ）ではＡＩパイプ１の外観を、図１（ｂ）では図１（ａ）に示すＡ−Ａ断面視でＡＩパイプ１を夫々模式的に示している。ＡＩパイプ１は、第１のハウジング（第１の部品）１１と第２のハウジング（第２の部品）２１とで構成されている。より具体的には、ＡＩパイプ１は第１のハウジング１１の第１のフランジ部１２と第２のハウジング２１の第２のフランジ部２２とを重ね合わせて、これら第１及び第２のフランジ部１２、２２を溶接接合することで形成されており、所謂モナカのような構造を有している。第１及び第２のフランジ部１２、２２は、後述する第１及び第２の壁面形状Ｗ１、Ｗ２の周縁に沿って形成される。第１及び第２のハウジング１１、２１は、薄肉金属板を素材とする部品である。薄肉金属板は、適度な強度を有するとともに耐熱性にも優れ、且つプレス成形が容易なものが好ましい。係る部材として、例えば、アルミニウム合金などの軽合金が好適である。第１のハウジング１１はプレス加工で成形された部品であり、第１のハウジング１１にはプレス加工でパイプ部（二次空気用通路）３１を形成するための第１の壁面形状Ｗ１が成形される。同様に、第２のハウジング２１にもプレス加工でパイプ部３１を形成するための第２の壁面形状Ｗ２が成形される。また、第２のハウジング２１には、外部からパイプ部３１に連通する流入部３２と流出部３３、３４、３５及び３６とが形成される。これら流入部３２と流出部３３、３４、３５及び３６とは、プレス成形前に予め第２のハウジング２１を打ち抜いて形成される。

図２は、ＡＩパイプ１が内燃機関５０に組み付けられた状態を模式的に示す図である。内燃機関５０はシリンダブロック５１とシリンダヘッド５２とを有して構成されている。シリンダブロック５１は直列４気筒の気筒配列構造を有しており、シリンダヘッド５２には、気筒毎にガスを排気するための排気ポート（図示省略）が夫々形成されている。さらに、シリンダヘッド５２には、エキゾーストマニホールド６０のマニホールドフランジ部６１が締結される面から排気ポートに連通する連通孔（図示省略）が排気ポート毎に形成されている。マニホールドフランジ部６１にも、シリンダヘッド５２に締結された状態でこれら連通孔各々に接続される連通孔（図示省略）が、シリンダヘッド５２に当接する面から反対側の面に向かって貫通するように夫々形成されている。ＡＩパイプ１はマニホールドフランジ部６１に、流出部３３、３４、３５及び３６とマニホールドフランジ部６１の連通孔夫々とを接続した状態で例えば溶接などの手段で接合される。一方、流入部３２にはエア供給管４１が接続され、エア供給管４１は流入部３２に例えば溶接などの手段で接合される。エア供給管４１はエアポンプ４２に接続されており、エアポンプ４２によって圧送された加圧エアはエア供給管４１を通じて流入部３２からパイプ部３１に流入する。さらにパイプ部３１に流入した加圧エアは、流出部３３、３４、３５及び３６からマニホールドフランジ部６１に形成された連通孔夫々及びシリンダヘッド５２に形成された連通孔各々を介して各排気ポートに流出する。これにより、各排気ポートに加圧エアが二次空気として供給され、排気系に配設された三元触媒（図示省略）内で排気ガス中の未燃焼成分が酸化反応により浄化される。

第１の壁面形状Ｗ１がプレス加工で成形される際に、第１のハウジング１１は、図１に示す第１のクランプ部Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５及びＣ１６（以下、これらを総称する場合には、単にクランプ部Ｃ１と称す）で生産設備に保持される。また、クランプ部Ｃ１は、ＡＩパイプ１完成後にも第１のハウジング１１に残される。同様に、第２の壁面形状Ｗ２がプレス加工で成形される際に、第２のハウジング２１は、第２のクランプ部Ｃ２１、Ｃ２２、Ｃ２３、Ｃ２４、Ｃ２５及びＣ２６（以下、これらを総称する場合には、単にクランプ部Ｃ２と称す）で生産設備に保持され、クランプ部Ｃ２は、ＡＩパイプ１完成後にも第２のハウジング２１に残される。クランプ部Ｃ１、Ｃ２はともに、第１または第２のフランジ部１２、２２からこれらフランジ部１２、２２の幅よりも張り出すように延伸した形状に形成されており、且つＡＩパイプ１を生産設備に保持するために必要な面積をクランプ面で確保できるように形成されている。係るクランプ部Ｃ１及びＣ２がＡＩパイプ１完成後にも残された場合には重量増大や振動騒音発生の要因となるところ、本実施例では以下に示すようにして重量及び振動騒音の低減を実現している。

本実施例に示すクランプ部Ｃ１及びＣ２には、クランプ面を貫く貫通穴Ｈが夫々２つづつ形成されている。貫通穴Ｈは略円孔であり本実施例ではすべてのクランプ部Ｃ１及びＣ２に略同一の大きさの貫通穴Ｈを形成している。これにより、貫通穴Ｈを形成した分だけ重量を低減することが可能である。また、貫通穴Ｈを形成した分だけクランプ部Ｃ１及びＣ２のクランプ面の面積を減少させることもでき、これにより、内燃機関５０の排気圧変動等により大きな加振力がクランプ部Ｃ１及びＣ２に伝達されても、クランプ部Ｃ１及びＣ２のクランプ面から輻射される振動騒音を低減可能である。図３は、音圧レベルと内燃機関５０の回転数との関係を、ＡＩパイプ１と、ＡＩパイプ１Ｘと、ＡＩパイプ１Ｙとについて夫々示す図である。なお、ＡＩパイプ１ＹはＡＩパイプ１及びＡＩパイプ１Ｘのベースとなる既存のＡＩパイプであり、ＡＩパイプ１Ｘは、ＡＩパイプ１Ｙで使用される薄肉金属板の板厚と、壁面形状とを変更したＡＩパイプであり、ＡＩパイプ１はＡＩパイプ１Ｘに対して貫通穴Ｈを形成したＡＩパイプとなっている。薄肉金属板の板厚の変更については、ＡＩパイプ１Ｙで使用される薄肉金属板の板厚夫々が１．５ｍｍと１．０ｍｍであるのに対して、ＡＩパイプ１Ｘで使用される薄肉金属板の板厚夫々はともに１．５ｍｍに変更されている。また、壁面形状の変更については、ＡＩパイプ１Ｘでは、パイプ部３１の通路断面積及び表面積が二次空気の流量を確保可能な必要最小限の大きさになるように第１及び第２の壁面形状Ｗ１、Ｗ２が形成されている。また、音圧レベルは周波数３．１５ｋＨｚのものであり、内燃機関５０右側方１ｍの位置で計測したものとなっている。

図３に示すように、ＡＩパイプ１Ｙの場合、音圧レベルのばらつきが大きく、さらに音圧レベルはＡＩパイプ１及び１Ｘの場合よりも回転数全域に亘って高くなっていることがわかる。これに対して、ＡＩパイプ１Ｘの場合には、薄肉金属板の板厚と壁面形状との変更により特に低中回転数の領域で音圧レベルが低くなっていることがわかる。また、ＡＩパイプ１Ｘの場合には、上述の変更により制振効果が高まった結果、回転数が高いほど排気圧変動により音圧レベルが高くなる傾向が顕著に現れるようになっている。これに対してＡＩパイプ１では、貫通穴Ｈを形成した結果さらに制振効果が高まり、丸囲みで示される領域でＡＩパイプ１Ｘの場合よりも音圧レベルが低くなっていることがわかる。

また、本実施例では、貫通穴Ｈを形成するにあたってプレス加工を行う同一の製造工程で成形前に打ち抜きで貫通穴Ｈを形成している。これにより、貫通穴Ｈを形成するための機械加工を行う設備などを必要とすることがなくなるため、新たな設備投資を不要化でき、或いは機械加工を行う他の製造工程を経てＡＩパイプ１を完成させるよりも作業工数や管理工数などを削減でき、その結果、コストの増大を大幅に抑制できる。また、係る貫通穴Ｈの形成はクランプ部Ｃ１及びＣ２の外形の変更を伴わないため、予め打ち抜きで貫通穴Ｈを形成しても、プレス成形時に第１及び第２のハウジング１１、２１をクランプ部Ｃ１及びＣ２で十分に保持可能である。本実施例では、ＡＩパイプ１で二次空気供給用部品を実現している。

なお、ＡＩパイプ１ではすべてのクランプ部Ｃ１及びＣ２に略同一の形状及び大きさの貫通穴Ｈが形成されているが、これに限られず、例えばクランプ部Ｃ１及びＣ２には貫通穴Ｈの代わりに夫々異なる形状の貫通穴が適宜の数量及び大きさで適宜の位置に形成されていてよく、また、必ずしもすべてのクランプ部Ｃ１及びＣ２に貫通穴が形成されていなくてよい。これにより、仮に打ち抜きで予め貫通穴Ｈを形成した結果、クランプ部Ｃ１及びＣ２の強度が不足してしまうといった場合でも、貫通穴Ｈの代わりに他の適宜の貫通穴を形成することで、プレス成形時に第１及び第２のハウジング１１、２１を保持するために必要な強度を十分に確保可能である。また、本実施例では排気圧変動等の影響で特に振動騒音が発生し易い部品としてＡＩパイプ１を示したが、これに限られず、薄肉金属板を素材とし、本実施例に示した第１及び第２のハウジング１１、２１のようにクランプ部が残された部品を有して構成される車両用部品であれば、例えば三元触媒や消音器などでも残されたクランプ部に貫通穴を形成することで重量及び振動騒音の低減を図ることが可能である。以上により、残されたクランプ部Ｃ１及びＣ２に起因する重量及び振動騒音を低減可能な、さらには係る重量及び振動騒音の低減対策に要するコストを低く抑制可能なＡＩパイプ１を実現可能である。

上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。

本実施例に係るＡＩパイプ１を示す図である。ＡＩパイプ１が内燃機関５０に組み付けられた状態を模式的に示す図である。図３は、音圧レベルと内燃機関５０の回転数との関係を、ＡＩパイプ１と、ＡＩパイプ１Ｘと、ＡＩパイプ１Ｙとについて夫々示す図である。

符号の説明

１ＡＩパイプ
１１第１のハウジング
１２第１のフランジ部
２１第２のハウジング
２２第２のフランジ部
３１パイプ部
４１エア供給管
４２エアポンプ
５０内燃機関
６０エキゾーストマニホールド

Claims

プレス加工で成形される際に生産設備に保持されるクランプ部が残された薄肉金属板から成るパイプを有して構成され、かつ前記パイプの流体流出部を車両に接合することで前記車両に取り付けられる車両用部品であって、
前記クランプ部は、前記車両用部品が前記車両に取り付けられた状態において、前記車両に接合されておらず、
前記クランプ部のうち、少なくともいずれか１つにクランプ面を貫く貫通穴が形成されていることを特徴とする車両用部品。
前記貫通穴が、プレス加工で打ち抜かれて形成されていることを特徴とする請求項１記載の車両用部品。
二次空気用通路を形成するための第１の壁面形状がプレス加工で成形されるとともに、プレス加工で成形される際に生産設備に保持される第１のクランプ部が残された薄肉金属板から成る第１の部品と、
前記二次空気用通路を形成するための第２の壁面形状がプレス加工で成形されるとともに、プレス加工で成形される際に生産設備に保持される第２のクランプ部が残され、さらに前記第１の部品と組み合された状態で、該第１の部品とともに前記二次空気用通路を形成する薄肉金属板から成る第２の部品とを有して構成され、かつ前記二次空気用通路の二次空気流出部を内燃機関に接合することで前記内燃機関に取り付けられる前記内燃機関の二次空気供給用部品であって、
前記第１のクランプ部および前記第２のクランプ部は、前記二次空気供給用部品が前記内燃機関に取り付けられた状態において、前記内燃機関に接合されておらず、
前記第１のクランプ部、または前記第２のクランプ部のうち、少なくともいずれか１つにクランプ面を貫くプレス加工で打ち抜かれた貫通穴が形成されていることを特徴とする内燃機関の二次空気供給用部品。