JP6280209B2 - 排気合流管の保温構造 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

本国際出願は、２０１４年３月３１日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１４−７０９０３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１４−７０９０３号の全内容を参照により本国際出願に援用する。

本発明は、排気合流管の保温構造に関する。

車両の内燃機関には、Ｖ型エンジンを始めとする高性能な内燃機関が用いられる場合がある。
高性能な内燃機関は、クランクシャフト軸が車両の進行方向に対して横方向（いわゆる横置き）となるように車両に搭載される場合が多く、この場合、ピストンがクランクシャフト軸の前後に並べられる。

そのため、排気装置１００は、図５に示すように、内燃機関の前後から排気ガスを取り込む形状に形成される。この排気装置１００では、第一触媒１０１を備えるエキゾーストマニホールド（エキマニ）が内燃機関の前後に取り付けられる。

また、後方の第一触媒１０１の後方には、各第一触媒１０１から送られてきた排気ガスを合流させるＹ字形状の排気合流管１０３が取り付けられ、排気合流管１０３のさらに後方には、第二触媒１０２が設置される。

この排気合流管１０３は、後方側の第一触媒１０１の後方に取り付けられるが、前方側の第一触媒１０１とは離れているので、排気合流管１０３と第一触媒１０１とは、排気合流管１０３から延設された長尺な排気管１０４を介して接続される。

このように、横置きした内燃機関に連結される排気装置１００では、各第一触媒１０１から第二触媒１０２までの排気経路の長さが異なる。このような排気経路を形成する排気管１０３，１０４を不等長の排気管と呼んでいる。

ところで、排気合流管１０３は、図６に示すように、３つの枝部を有する略Ｙ字形状に形成されており、２つの枝部が前方側（内燃機関側）を向き、残る１つの枝部が後方側を向くように配置される。

そして、この排気合流管１０３には、放熱を抑制するためのカバー１０５が取り付けられる（特許文献１）。
このカバー１０５は、３つの枝部のうち２つの枝部の端部側の一部を除く、排気合流管１０３のほとんどを覆う非常に大きなものである。

放熱を抑制する目的としては、排気合流管１０３の下流側に、上述した第二触媒１０２（図５参照）のような触媒を備える場合、その触媒に流れ込む排気ガスの温度を、触媒活性の観点から、一定温度以上に保つことなどが挙げられる。

この目的のため、図５に示すように、排気装置１００は、排気管１０４についても、その一部を二重管構造として放熱を抑制していた。
また、カバー１０５は、溶接によって排気合流管１０３に固定される。具体的には、第二触媒１０２が接続される枝部以外の枝部に対し、カバー１０５の前方側の端部、すなわち、第一触媒１０１又は排気管１０４への接続端側の端部が溶接される。

一方、カバー１０５の後方側の端部、すなわち、第二触媒１０２への接続端側の端部は、枝部に対しては溶接されない。これは、カバー１０５が上流側で固定されている結果、排気合流管１０３の熱伸量とカバー１０５の熱伸量とが異なるため、カバー１０５が破損してしまうからである。

しかし、カバー１０５の後方側の端部の溶接を行わないと、カバー１０５内から熱が逃げたり、機械的振動によって排気合流管１０３及び／又はカバー１０５が破損したりすることが考えられる。

そのため、このカバー１０５の後方側の端部は、図７に示すように、排気合流管１０３との間にメッシュ１１０を挟んで排気合流管１０３に固定される。
このメッシュ１１０を挟むことで、機械的振動が吸収され、また、カバー１０５の後方側の端部から熱が逃げることが抑制されるからである。

実開平５−９６４３２公報

しかし、排気装置１００は、カバー１０５が非常に大きく、また、メッシュ１１０を挟むなど、カバー１０５の排気合流管１０３への取り付け構造が複雑であり、排気管１０４を二重管とする必要があるなどの様々な問題点を有している。

本発明の一局面では、カバーを小型化し、構造の複雑さを廃し、排気合流管以外での保温が不要な排気合流管の保温構造を提供することが望ましい。

本発明の一局面の保温構造は、エンジンの異なる位置から排気される排気ガスを導く、長さが異なる２つの排気経路が合流する部分に設置される排気合流管の保温構造であって、枝分かれした前記排気合流管の各枝部のうち、合流前の前記排気経路を構成する枝部であって、短い前記排気経路を構成する前記枝部の少なくとも一部を覆って保温する第１ 保温部を有する。

発明者らは、長い排気経路から流れてくる排気ガスが帯びる熱が、排気合流管に至るまでに放熱されてしまっており、短い排気経路を通る排気ガスの放熱を抑制すれば、合流後の排気ガスの温度は、背景技術の欄に記載した排気装置の場合と同等の温度となることを見いだした。

したがって、このように構成すれば、背景技術の欄に記載した排気装置の場合と同様に排気合流管における放熱を抑えることができるうえに、短い排気経路を構成する枝部のみを覆えばよいので、カバー（第１保温部）を小型化することができる。

また、この第１保温部は、短い排気経路を構成する枝部のみを覆っているため、他の枝部の熱伸量を考慮しなくてもよいので、両端を全周溶接によって枝部に対し強固に取り付けることができる。

また、短い排気経路を構成する枝部を保温すれば、合流後の排気ガスの温度は背景技術の欄に記載した排気装置の場合と同等の温度となるので、排気合流管以外での保温が不要となる。そのため、長い排気経路を構成する枝部に接続される排気管を二重構造とする必要がなくなる。

上記の保温構造において、第１保温部は、短い排気経路を構成する枝部の周囲を覆う外筒と、外筒と枝部との間に詰められた断熱材と、を備えてもよい。
第１保温部は構造が簡単なので、内部に断熱材を詰める構造としても構造が複雑化しないからである。尚、外筒は、ステンレス遮熱板のような保温部材を用いて形成し、断熱材としては、グラスウールを用いてもよい。

上記の保温構造において、第１保温部は、排気合流管の下流側に排気ガスを浄化する触媒が取り付けられている場合、この触媒により排気ガスを浄化するために必要な触媒活性が生じる温度を維持可能な長さ分の枝部を覆うものとしてもよい。

このようにすれば、第１保温部、すなわちカバーが小さくなっても、触媒は、必要な触媒活性を維持できる。
次に、複数の前記枝部のうち、合流後の排気経路を構成する枝部の少なくとも一部を覆って保温する第２保温部を有するようにしてもよい。

このようにすれば、合流後の排気ガスが帯びる熱が放熱されないので、合流後の排気ガスの温度が背景技術の欄に記載した排気装置の場合の場合と同じ温度になる。
次に、第２保温部は、合流後の排気経路を構成する枝部の周囲を覆う外筒と、外筒と枝部との間に詰められた断熱材と、を備えるものでもよい。

第２保温部は、合流後の排気経路を構成する枝部の少なくとも一部を覆って断熱する構造であればよいので、このように構造を簡素化することができる。
次に、第１保温部及び第２保温部は、排気合流管の下流側に、排気ガスを浄化する触媒が取り付けられている場合、短い排気経路を構成する枝部、及び、合流後の排気経路を構成する枝部のうち、触媒により排気ガスを浄化するために必要な触媒活性が生じる温度を合わせて維持可能な長さ分、を少なくとも覆うものでもよい。

このようにすれば、第１保温部及び第２保温部、すなわちカバーが小さくなっても、触媒は、必要な触媒活性を維持できる。
また、第１保温部単独及び／又は第２保温部単独では触媒活性が生じる温度を維持できない場合であっても、これらが協同して温度を維持しているので、これらが単独で温度を維持する場合に比べて小さく形成できる。

本実施形態の排気装置の正面図である。 本実施形態の排気合流管の正面図で、第１保温具４と第２保温具５については、軸方向に沿いかつ上下方向に沿った断面で切断した切断図で示している。 図３Ａは、本実施形態の保温効果の実験結果を示すグラフである。図３Ｂは、図３Ａの１２００秒から１４００秒の部分を抽出したグラフである。 本実施形態の排気合流管における放熱状態をサーモグラフィで撮影した写真である。 背景技術の欄に記載した排気装置の正面図である。 背景技術の欄に記載した排気合流管を示す正面図であり、一部を透過図で示している。 背景技術の欄に記載した排気合流管にカバーを取り付ける仕組みを示す模式図である。

１… 排気装置 ３… 排気合流管 ４… 第１保温具 ５… 第２保温具 １０、１１… 第一触媒 １２… 排気管 １３… 第二触媒 ３１… 第１枝部 ３２… 第２枝部 ３３… 第３枝部 ４０… 断熱材 ４１…外筒 ５０… 断熱材 ５１… 外筒

以下に本発明の実施形態である排気合流管の保温構造について、図面と共に説明する。
本実施形態の排気装置１は、図１に示すように、Ｖ型エンジンを横置きした車両に適用されるものである。

この排気装置１は、Ｖ型エンジンの前方側に接続されたエキゾーストマニホールドに直付けされた第一触媒１０と、Ｖ型エンジンの後方側に接続されたエキゾーストマニホールドに直付けされた第一触媒１１とを備えている。

第一触媒１０には排気管１２が接続され、この排気管１２は、後方の第一触媒１１よりもさらに後方側に位置する排気合流管３に向かって延設されている。この排気管１２の両端部にはフランジ１２ａ，１２ｂが設けられている。この排気管１２は単管である。

この排気管１２の前方側のフランジ１２ａは、第一触媒１０の下端側に設けられたフランジ１０ａに重ねられ、これらフランジ１０ａ，１２ａをネジ止めすることによって、第一触媒１０と排気管１２とが連結される。

この排気管１２と、後方側の第一触媒１１とは、これらの下流側に配置される排気合流管３に接続される。この排気合流管３は、上流側が二股に分岐した排気管で、略Ｙ字状に形成されている。

この排気合流管３のうち、上流側の二股に分岐した部分と、下流側の部分とを、それぞれ枝部と呼び、これら枝部のうち、第一触媒１１に接続される枝部を第１枝部３１、排気管１２に接続される枝部を第２枝部３２、下流側の枝部を第３枝部３３とよぶ。

この排気合流管３を構成する各枝部３１〜３３の端部には、フランジ３１ａ〜３３ａが設けられている。
第一触媒１１と、第１枝部３１とは、第一触媒１１の下端側に設けられたフランジ１１ａと、第１枝部３１のフランジ３１ａとを重ね、これらフランジ１１ａ，３１ａをネジ止めすることよって連結される。

排気管１２と、第２枝部３２とは、排気管１２の後端側のフランジ１２ｂと、第２枝部３２のフランジ３２ａとを重ね、これらフランジ１２ｂ，３２ａをネジ止めすることよって連結される。

この排気合流管３の後方側には、第二触媒１３が接続される。
この第二触媒１３の前方側にはフランジ１３ａが設けられており、排気合流管３の第３枝部３３のフランジ３３ａがフランジ１３ａに重ねられ、これらフランジ１３ａ，３３ａをネジ止めすることよって排気合流管３と第二触媒１３とが連結される。

以上説明した排気装置１では、第一触媒１０から排気管１２を介して排気合流管３に至る長い排気経路と、第一触媒１１から排気合流管３に至る短い排気経路を形成している。
このように、本実施形態の排気装置１では、長さが異なる排気経路を有しているので、以下、必要に応じ、排気管１２及び排気合流管３を不等長の排気管とよぶ。

尚、排気合流管３は、上記のように構成されることによって、これら長さが異なる排気経路のうち、第１枝部３１は、短い排気経路を形成し、第２枝部３２は長い排気経路を形成する。また、第３枝部３３は、合流後の排気経路を形成する。

次に、図２を用いて、枝部３１，３３に取り付けられる第１保温具４、第２保温具５について説明する。
第１保温具４は、排気合流管３を構成する各枝部３１〜３３のうち、第一触媒１１に接続される第１枝部３１に取り付けられ、第２保温具５は、第二触媒１３に接続される第３枝部３３に取り付けられている。

これら第１保温具４及び第２保温具５は、略円筒形状に形成された外筒４１，５１と、これら外筒４１，５１の内壁面と第１枝部３１、第３枝部３３の外壁面との間に詰められた断熱材４０，５０とを備えている。

外筒４１，５１の両端部は縮径されており、この外筒４１，５１の両端は、第１枝部３１、第３枝部３３の外壁面に全周溶接されている。
この外筒４１，５１は、ステンレス製の遮熱板で構成されており、断熱材４０，５０は、グラスウールで構成されている。

尚、第１保温具４は、第１枝部３１の軸方向に沿った長さが１５ｃｍ以下となるよう形成されている。
次に、本実施形態と、背景技術の欄に記載した排気装置とを比較した実験を行ったので、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。

背景技術の欄に記載した排気装置は、背景技術の欄において図５〜７を用いて説明したものであり、排気合流管１０３のほとんどを覆う非常に大きなカバー１０５を備え、かつ、排気管１０４の一部を二重管としたものである。

尚、実験は、第二触媒１３中の排気ガスの温度を、Ｖ型エンジンの始動時から一定時間ごとに測定することによって行った。
これらを比較すると、図３Ａに示すように、本実施形態に示す排気合流管３の保温構造（第１枝部３１に第１保温具４を取り付け、第３枝部３３に第２保温具５を取り付けた構造）を採用すると、背景技術の欄に記載した排気装置の保温構造と同等または、これよりも優れた保温効果を示していることがわかる。特に、図３Ｂの符号αで示した部分の最低温度部分で比較しても、本実施形態では、カバー面積が少ないにもかかわらず、背景技術の欄に記載した排気装置の場合と同様の結果を得ている。

長い排気経路から流れてくる排気ガスが帯びる熱は、排気合流管３に至るまでに放熱されてしまっているが、合流後の排気ガスの温度は、短い排気経路から流れてくる排気ガスの温度に大きく依存する。そのため、第１保温部４が第１枝部３１を通る排気ガスの放熱を抑制しているので、本実施形態の保温構造は、図４に示すように、背景技術の欄に記載した排気装置の保温構造と同等、またはこれよりも優れた保温効果を発揮するのだと考えられる。

以上説明したように、本実施形態は下記のような特徴的な作用効果を示す。
本実施形態の排気装置１は、第１保温具４が排気合流管３の第１枝部３１を覆っているので、背景技術の欄に記載した排気装置と同等、またはこれよりも優れた保温効果を得ることができる。

しかも、図４の実験結果から、短い排気経路を構成する第１枝部３１を通る排気ガスの放熱を抑制すれば、背景技術の欄に記載した排気装置と同等または、これよりも優れた保温効果を発揮すると考えられるため、少なくとも第１枝部３１を第１保温具４で覆えば、本実施形態の排気装置１は、背景技術の欄に記載した排気装置と同等または、これよりも優れた保温効果を発揮する。

また、本実施形態の排気装置１は、第２保温具５を用いて、合流後の排気経路を構成する第３枝部３３の一部を覆って保温しているので、合流後の排気ガスが帯びる熱が放熱されない。

そのため、第１保温具４及び第２保温具５は、第１枝部３１及び第３枝部３３のうち、第二触媒１３により排気ガスを浄化するために必要な触媒活性が生じる温度を合わせて維持可能な長さ分、を少なくとも覆う大きさのものであってもよい。

第１保温具４は、第１枝部３１のみを覆うものであるので、背景技術の欄に記載した排気装置のカバーよりも、その大きさを小さくすることができる。
加えて、第１保温具４は、第２保温具５を備えると、合流後の排気ガスが帯びる熱の保温の視点でみた場合、第２保温具５の保温による分を短くできるので、その大きさを一層小さくすることができる。

また、第１保温具４及び第２保温具５は、それぞれ第１枝部３１及び第３枝部３３をそれぞれ覆う大きさであればよいので、いずれも背景技術の欄に記載した排気装置のカバーよりも、その大きさを小さく形成することができる。結果、排気合流管３は、背景技術の欄に記載した排気装置よりも重量が３割近く軽くなり、材料も減るので、背景技術の欄に記載した排気装置と比較すると、製造コストを抑えることもできる。

さらに、第１保温具４及び第２保温具５は、第１枝部３１及び第３枝部３３にのみ取り付けられていて、他の枝部の熱伸量を考慮しなくてもよいので、全周溶接によって第１枝部３１及び第３枝部３３に対し強固に取り付けることができる。

また、本実施形態の排気装置１は、第１枝部３１と第３枝部３３とをそれぞれ第１保温具４及び第２保温具５で保温すれば、背景技術の欄に記載した排気装置と同等または、これよりも優れた保温効果を得ることができるので、排気管１２としては、単管を用いることができる。
［他の実施形態］
（１）上記実施形態で説明した排気装置１はあくまでも一例であり、これに限定されるものではない。

（２）上記実施形態では、外筒４１，５１をステンレス製の遮熱板で構成したが、これに限るものではない。また、断熱材４０，５０としてグラスウールを用いたが、これに限るものではない。

（３）本発明の各構成要素は概念的なものであり、上記実施形態に限定されない。例えば、１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

Claims (6)

1. エンジンの異なる位置から排気される排気ガスを導く、長さが異なる２つの排気経路が合流する部分に設置される排気合流管の保温構造であって、枝分かれした前記排気合流管の各枝部のうち、合流前の前記排気経路を構成する枝部であって、
   短い前記排気経路を構成する前記枝部の少なくとも一部を覆って保温する第１保温部を有する排気合流管の保温構造。
2. 請求項１に記載の排気合流管の保温構造において、
   前記第１保温部は、
   短い前記排気経路を構成する前記枝部の周囲を覆う外筒と、
   前記外筒と前記枝部との間に詰められた断熱材と、
   を備える排気合流管の保温構造。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排気合流管の保温構造において、
   前記第１保温部は、
   前記排気合流管の下流側に、排気ガスを浄化する触媒が取り付けられている場合、この触媒により前記排気ガスを浄化するために必要な触媒活性が生じる温度を維持可能な長さ分の前記枝部を覆う
   排気合流管の保温構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気合流管の保温構造において、
   複数の前記枝部のうち、合流後の排気経路を構成する前記枝部の少なくとも一部を覆って保温する第２保温部を有する排気合流管の保温構造。
5. 請求項４に記載の排気合流管の保温構造において、
   前記第２保温部は、
   合流後の排気経路を構成する前記枝部の周囲を覆う外筒と、
   前記外筒と前記枝部との間に詰められた断熱材と、
   を備える排気合流管の保温構造。
6. 請求項４又は請求項５に記載の排気合流管の保温構造において、
   前記第１保温部及び前記第２保温部は、
   前記排気合流管の下流側に、前記排気ガスを浄化する触媒が取り付けられている場合、短い前記排気経路を構成する前記枝部、及び、合流後の排気経路を構成する前記枝部のうち、前記触媒により前記排気ガスを浄化するために必要な触媒活性が生じる温度を合わせて維持可能な長さ分、を少なくとも覆う
   ことを特徴とする排気合流管の保温構造。