JP7643294B2 - 排気管の断熱構造 - Google Patents

Description

本開示は、排気管の断熱構造に関する。

従来の排気管の断熱構造として、例えば特許文献１に記載の排ガス保温構造付きエキゾーストパイプがある。この従来の排気管の断熱構造では、エキゾーストパイプが排ガスの流れ方向に複数の分割されており、その接続部の外周側を覆うように保護シールド部材が設けられている。保護シールド部材の一端側は、下流側のヒートインシュレータに固定されている一方、保護シールド部材の他端側は、上流側のヒートインシュレータに非固定となっている。保護シールド部材の内周と上流側のヒートインシュレータの外周との間には、所定間隙を有する重なり部が設けられている。

特開２０１９－３９３２５号公報

上述した排気管には、車両に対して排気管を取り付けるためのブラケットが設けられる場合がある。この場合、ブラケットには、車両に対する排気管の吊り点となるゴム部材が取り付けられる。一方で、排気管には、高温の排気ガスが流れるため、排気管自体が高温となる。したがって、排気管の吊り点となるゴム部材に熱害が及ばないような工夫が必要となる。

本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、排気管の吊り点となるゴム部材に熱害が及ぶことを抑制できる排気管の断熱構造を提供することを目的とする。

本開示の一側面に係る排気管の断熱構造は、車両の内燃機関に接続される排気管の断熱構造であって、排気管と、排気管を覆うヒートインシュレータと、車両に対する排気管の吊り点となるゴム部材が取り付けられるブラケットと、を備え、ヒートインシュレータは、排気管を露出させる開口部を有し、開口部には、排気管とブラケットとの間に断熱層が形成されるようにブラケットの土台部が設けられている。

この排気管の断熱構造では、ブラケットの土台部によって排気管とブラケットとの間に断熱層が形成されている。これにより、高温の排気ガスによって排気管自体が高温となった場合でも、ブラケットへの熱を断熱層で遮断することが可能となる。したがって、排気管の吊り点となるゴム部材に熱害が及ぶことを抑制できる。

排気管は、当該排気管の屈曲又は膨出により張り出す張出領域を有し、ヒートインシュレータは、張出領域よりも上流側の排気管を覆う第１ヒートインシュレータと、張出領域よりも下流側の排気管を覆う第２ヒートインシュレータと、によって構成され、土台部は、第２ヒートインシュレータに設けられた開口部に配置されている。この場合、ブラケットを介して排気管をバランス良く支持することが可能となる。

断熱層は、排気管と土台部とによって密閉されていてもよい。この場合、断熱層に異物が侵入して排気管などの高温部分に接触することを防止できる。

開口部及び土台部は、排気管を車両に取り付けた状態において排気管の上側となる位置に設けられていてもよい。この場合、排気管の吊り点となるゴム部材に対してブラケットのアクセス性を向上できる。また、開口部及び土台部が排気管の下側となる位置に設けられている場合と比べて、開口部及び土台部の周辺が枯草などの異物に晒されることを抑制できる。

開口部における排気管とヒートインシュレータとの間の隙間部分には、ワイヤメッシュが配置されていてもよい。これにより、枯草などの異物が外部からヒートインシュレータ内部に侵入することを抑制できる。

本開示によれば、排気管の吊り点とのなるゴム部材に熱害が及ぶことを抑制できる。

本開示の一実施形態に係る排気管の断熱構造を示す側面図である。 図１に示した排気管の断熱構造の一部拡大斜視図である。 図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。 図１に示した排気管の断熱構造をヒートインシュレータを除いた状態で示す斜視図である。 図１に示した排気管の断熱構造の要部拡大断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る排気管の断熱構造の好適な実施形態について詳細に説明する。

以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る排気管の断熱構造の好適な実施形態について詳細に説明する。以下の説明では、説明の便宜上、車両への排気管の取付状態を基準として、「上」「下」の用語を用いる。また、排気管における排気ガスの流れ方向を基準として「上流」「下流」の用語を用いる。

図１は、本開示の一実施形態に係る排気管の断熱構造を示す側面図である。同図に示すように、排気管の断熱構造１は、排気管１０を第１ヒートインシュレータ２０及び第２ヒートインシュレータ３０によって断熱する構造体である。排気管１０は、当該排気管１０の屈曲又は膨出により鉛直下方に張り出す張出領域１９を有している。第１ヒートインシュレータ２０は、張出領域１９よりも上流側の排気管１０を覆うように配置されている。第２ヒートインシュレータ３０は、張出領域１９よりも下流側の排気管１０を覆うように配置されている。

排気管１０は、車両に搭載される内燃機関に接続され、内燃機関の燃焼室での燃焼で生じた排気ガスを排出する排気通路を構成する。排気管１０は、内燃機関に接続された状態において、例えば車両の前後方向に沿って延在する。内燃機関の一例としては、ディーゼルエンジンが挙げられる。排気管の断熱構造１が適用される車両としては、例えば乗用車、ピックアップトラック、バス、ダンプなどが挙げられる。

排気管１０の上流側には、例えばターボチャージャ、ＤＯＣ(Diesel Oxidation Catalyst)、ＤＰＦ(DieselParticulate Filter)等が設けられている。排気管１０の下流側には、例えばＳＣＲ（SelectiveCatalytic Reduction）が設けられている。図１の例では、還元剤（例えば尿素水）をＳＣＲに噴射するためのインジェクタ５０が排気管１０に配置されている。インジェクタ５０は、排気管１０の上流側を向くように排気管１０の壁部に取り付けられている。また、排気管１０の下流側には、車両への排気管１０の取り付けに用いるブラケット６０及び土台部７０が設けられている。ブラケット６０及び土台部７０の構成については、後述する。

排気管１０は、上流側の接続部１１と、屈曲部１２，１３，１４とを有している。接続部１１には、排気管１０の上流側（内燃機関側）に配置された別の排気管が接続される。接続部１１から延びる直線部分１５は、上流側の排気管の配管経路に合わせ、インジェクタ５０に向かって下方に傾斜している。屈曲部１２は、当該屈曲部１２よりも下流側に延びる直線部分１６の傾斜が直線部分１５の傾斜よりも小さくなるように排気管１０を屈曲させている。屈曲部１２よりも下流側の直線部分１５の延在方向は、直線部分１５よりもインジェクタ５０の方向に沿ったものとなる。

屈曲部１３は、インジェクタ５０の基端部付近に設けられている。屈曲部１３は、当該屈曲部１３よりも下流側の直線部分１７の傾斜が直線部分１６の傾斜よりも大きくなるように排気管１０を屈曲させている。屈曲部１３よりも下流側の直線部分１７は、インジェクタ５０の取付位置に向かって下方に延在している。屈曲部１４は、インジェクタ５０よりも下流側の直線部分１８がインジェクタ５０の軸方向に沿って延びるように、屈曲部１３のすぐ下流で排気管を屈曲させている。インジェクタ５０よりも下流側の直線部分１８は、水平面に対して僅かに上方に傾斜した状態で延在している。

これらの屈曲部１２，１３，１４により、排気管１０の配管経路は、例えば車両の下部構成（例えばサスペンションのクロスメンバ当）との干渉を回避可能な経路となっている。また、車両後方に向かって還元剤を噴射するように取り付けられたインジェクタ５０により、排気管１０の内部において還元剤を下流側に向かって噴射することが可能となっている。

排気管１０は、屈曲部１４の屈曲により張り出す張出領域１９を有している。すなわち、排気管１０では、屈曲部１４よりも下流側の一定範囲が屈曲部１４の屈曲により形成された張出領域１９となっている。張出領域１９は、一例として、排気管１０を含む排気通路のうち、最も鉛直下方に位置する点（地上高が最小の点）を含んだ領域となっている。張出領域１９において、排気管１０の内部には、分散板（不図示）が配置されている。分散板は、例えば排気管１０の内部において、インジェクタと正対するように配置されている。分散板は、排気管１０を通る排気ガスを攪拌し、排気管１０内の排気酸素濃度のばらつきを抑制する機能を有している。

図２は、図１に示した排気管の断熱構造１の一部拡大斜視図である。図３は、図２におけるＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。図２及び図３に示すように、第１ヒートインシュレータ２０は、張出領域１９よりも上流側の排気管１０の外表面に沿って設けられた一対の遮熱板２１，２２を有している。第２ヒートインシュレータ３０は、張出領域１９よりも下流側の排気管１０の外表面に沿って設けられた一対の遮熱板３１，３２を有している。第１ヒートインシュレータ２０は、排気管１０の軸方向から見た場合に、遮熱板２１，２２による左右分割構造となっている。同様に、第２ヒートインシュレータ３０は、排気管１０の軸方向から見た場合に、遮熱板３１，３２による左右分割構造となっている。

遮熱板２１は、第１ヒートインシュレータ２０において水平方向の一方側に配置されている。遮熱板２２は、第１ヒートインシュレータ２０において水平方向の他方側に配置されている。遮熱板３１は、第２ヒートインシュレータ３０において水平方向の一方側に配置されている。遮熱板３２は、第２ヒートインシュレータ３０において水平方向の他方側に配置されている。遮熱板２１，２２，３１，３２は、例えばプレス等により形成され、いずれも断面略半円状をなしている。遮熱板２１，２２，３１，３２の構成材料としては、例えばステンレス鋼等を用いることができる。

第１ヒートインシュレータ２０を構成する一対の遮熱板２１，２２のそれぞれは、円弧部２１ａ，２２ａと、下端部２１ｂ、２２ｂと、上端部２１ｃ，２２ｃとを含んでいる。下端部２１ｂ，２２ｂの重なり部分が接合され、上端部２１ｃ，２２ｃの重なり部分が接合されることで、第１ヒートインシュレータ２０が筒状に形成されている。下端部２１ｂ，２２ｂ及び上端部２１ｃ，２２ｃは、例えば第１ヒートインシュレータ２０の全体の振動抑制を考慮した接合位置にて、スポット溶接等によって接合されている。

第２ヒートインシュレータ３０を構成する一対の遮熱板３１，３２のそれぞれは、円弧部３１ａ，３２ａと、下端部３１ｂ、３２ｂと、上端部３１ｃ，３２ｃとを含んでいる。下端部３１ｂ，３２ｂの重なり部分が接合され、上端部３１ｃ，３２ｃの重なり部分が接合されることで、第２ヒートインシュレータ３０が筒状に形成されている。下端部３１ｂ，３２ｂ及び上端部３１ｃ，３２ｃは、例えば第２ヒートインシュレータ３０の全体の振動抑制を考慮した接合位置にて、スポット溶接等によって接合されている。

第１ヒートインシュレータ２０の下流側端部２０ａと第２ヒートインシュレータ３０の上流側端部３０ａとは、排気管１０の周方向に沿うと共に外部に連通する隙間部分Ｓ３，Ｓ４が形成されるように重複部分Ｒを有している。本実施形態では、第２ヒートインシュレータ３０の上流側端部３０ａが重複部分Ｒにおいて拡径し、第１ヒートインシュレータ２０の下流側端部２０ａに対して排気管１０の径方向の外側となるように配置されている。

図３に示すように、重複部分Ｒにおいて、一対の遮熱板２１，２２には、径方向の外側に膨出する段差部２３，２４が設けられている。遮熱板２１の段差部２３は、円弧部２１ａと下端部２１ｂとの間に設けられた１つの屈曲部と、円弧部２１ａと上端部２１ｃとの間に設けられた１つの屈曲部とによって構成されている。遮熱板２２の段差部２４は、円弧部２２ａと下端部２２ｂとの間に設けられた１つの屈曲部と、円弧部２２ａと上端部２２ｃとの間に設けられた１つの屈曲部とによって構成されている。これにより、第１ヒートインシュレータ２０と排気管１０との間には、下端部２１ｂ，２２ｂ側の段差部２３，２４と排気管１０との間に位置する隙間部分Ｓ１と、上端部２１ｃ，２２ｃ側の段差部２３，２４と排気管１０との間に位置する隙間部分Ｓ２とが形成されている。

図３に示すように、重複部分Ｒにおいて、一対の遮熱板３１，３２には、径方向の外側に膨出する段差部３３，３４が設けられている。遮熱板３１の段差部３３は、円弧部３１ａと下端部３１ｂとの間に設けられた２つの屈曲部と、円弧部３１ａと上端部３１ｃとの間に設けられた２つの屈曲部とによって構成されている。遮熱板３２の段差部３４は、円弧部３２ａと下端部３２ｂとの間に設けられた２つの屈曲部と、円弧部３２ａと上端部３２ｃとの間に設けられた２つの屈曲部とによって構成されている。これにより、第１ヒートインシュレータ２０と第２ヒートインシュレータ３０との間には、下端部２１ｂ，２２ｂ側の段差部２３，２４と下端部３１ｂ，３２ｂ側の段差部３３，３４との間に位置する隙間部分Ｓ３と、上端部２１ｃ，２２ｃ側の段差部２３，２４と上端部３１ｃ，３２ｃ側の段差部３３，３４との間に位置する隙間部分Ｓ４とが形成されている。

図３及び図４に示すように、隙間部分において、少なくとも張出領域１９の張出方向側（ここでは鉛直下方側）の部分には、ワイヤメッシュ４０が配置されている。ワイヤメッシュ４０は、例えばステンレス鋼等によって形成されている。ワイヤメッシュ４０は、水などの液体を通過させる一方で、枯草などの異物を捕捉する。

本実施形態では、ワイヤメッシュ４０は、隙間部分Ｓ３，Ｓ４を含む排気管１０の周方向の全周にわたって配置されている。ワイヤメッシュ４０は、隙間部分Ｓ３，Ｓ４では、略一定の厚さをもって配置されている。ワイヤメッシュ４０は、第１ヒートインシュレータ２０における遮熱板２１，２２の円弧部２１ａ，２２ａと、第２ヒートインシュレータ３０における遮熱板３１，３２の円弧部３１ａ，３２ａとの間では、圧縮された状態で配置されている。

隙間部分Ｓ３，Ｓ４を含む排気管１０の周方向の全周へのワイヤメッシュの配置にあたっては、例えば第１ヒートインシュレータ２０の下流側端部２０ａ及び第２ヒートインシュレータ３０の上流側端部３０ａの一方にスポット溶接によって予めワイヤメッシュ４０を接合しておくことができる。その状態で、第１ヒートインシュレータ２０の下流側端部２０ａを覆うように一対の遮熱板３１，３２を配置し、下端部３１ｂ，３２ｂ及び上端部３１ｃ，３２ｃをスポット溶接等によって接合することで、隙間部分Ｓ３，Ｓ４を含む排気管１０の周方向の全周にわたってワイヤメッシュ４０を容易に配置できる。

次に、上述したブラケット６０及び土台部７０について、詳細に説明する。図４は、図１に示した排気管の断熱構造をヒートインシュレータを除いた状態で示す斜視図である。また、図５は、図１に示した排気管の断熱構造の要部拡大断面図である。

図４及び図５に示すように、排気管の断熱構造１には、車両への排気管１０の取り付けに用いるブラケット６０及び土台部７０が設けられている。ブラケット６０及び土台部７０の配置にあたって、本実施形態では、第２ヒートインシュレータ３０の一部から排気管１０を露出させる開口部３５（図１及び図５参照）が設けられている。開口部３５は、例えば平面視において角部に丸みを持つ矩形状をなしており、第２ヒートインシュレータ３０の周面に沿って設けられている。本実施形態では、開口部３５及び土台部７０は、排気管１０を車両に取り付けた状態において、排気管１０の上側となる位置に設けられている。

ブラケット６０は、例えばステンレス鋼によって形成されている。ブラケット６０は、土台部７０に固定される基端部６１と、基端部６１の一方縁から立ち上がる立ち上がり部６２と、立ち上がり部６２の先端から屈曲する先端部６３とを備え、側面視において略Ｃ字状をなしている。先端部６３は、基端部６１の他方縁よりも長く延在している。先端部６３には、スタッドボルトＢを挿通させる挿通孔６４が設けられている。

先端部６３には、図５に示すように、車両に対する排気管１０の吊り点となるゴム部材Ｄが取り付けられる。ゴム部材Ｄは、例えば車両側のフレームＦに予め固定されており、スタッドボルトＢに対応するボルト孔が設けられている。先端部６３の挿通孔６４に挿通させたスタッドボルトＢをゴム部材Ｄのボルト孔に螺合することにより、車両への排気管１０の取り付けを行うことができる。

土台部７０は、例えば第２ヒートインシュレータ３０を構成する一対の遮熱板３１，３２と同様に、ステンレス鋼によって形成されている。土台部７０は、図４及び図５に示すように、一面側が開口する箱型の本体部７１と、本体部７１における開口側の縁の全周にわたって設けられたフランジ部７２とを有している。本体部７１の頂面７１ａは、例えば排気管１０の下流側に向かって排気管１０からの距離が小さくなるような傾斜面となっている。本体部７１の頂面７１ａには、例えば溶接によってブラケット６０の基端部６１が固定されている。排気管１０からの本体部７１の高さには、特に制限はないが、本実施形態では、頂面７１ａの全面が開口部３５よりも外側に位置するような高さとなっている。

フランジ部７２は、排気管１０の周面に沿った湾曲形状をなしている。フランジ部７２は、例えば溶接等によって、開口部３５から露出する排気管１０の周面に隙間無く固定されている。フランジ部の固定により、排気管１０とブラケット６０との間には、図５に示すように、排気管１０と本体部７１とによって密閉された内部空間Ｖが形成されている。内部空間Ｖには、空気が充填されている。内部空間Ｖの空気は、排気管１０とブラケット６０との間の断熱層８０として機能する。

開口部３５の形成により、排気管１０と第２ヒートインシュレータ３０との間には、隙間部分Ｓ５が形成されている。この隙間部分Ｓ５に対しては、図５に示すように、ワイヤメッシュ９０が配置されている。ワイヤメッシュ９０は、例えばステンレス鋼等によって形成されている。ワイヤメッシュ９０は、上述した隙間部分Ｓ３，Ｓ４を含む排気管１０の周方向の全周にわたって配置されたワイヤメッシュ４０（図３参照）と同様に、水などの液体を通過させる一方で、枯草などの異物を捕捉する。

ワイヤメッシュ９０は、開口部３５の縁の全周にわたって、排気管１０と第２ヒートインシュレータ３０との間の隙間部分Ｓ５に配置されている。本実施形態では、土台部７０のフランジ部７２が隙間部分Ｓ５まで延びており、ワイヤメッシュ９０は、第２ヒートインシュレータ３０とフランジ部７２との間を埋めるように、土台部７０の周りに配置されている。

以上説明したように、この排気管の断熱構造１では、ブラケット６０の土台部７０によって排気管１０とブラケット６０との間に断熱層８０が形成されている。これにより、高温の排気ガスによって排気管１０自体が高温となった場合でも、ブラケット６０への熱を断熱層８０で遮断することが可能となる。したがって、排気管１０の吊り点となるゴム部材Ｄに熱害が及ぶことを抑制できる。

排気管の断熱構造１では、排気管１０は、当該排気管１０の屈曲又は膨出により張り出す張出領域１９を有している。また、ヒートインシュレータは、張出領域１９よりも上流側の排気管１０を覆う第１ヒートインシュレータ２０と、張出領域１９よりも下流側の排気管を覆う第２ヒートインシュレータ３０とによって構成されている。そして、土台部７０は、第２ヒートインシュレータ３０に設けられた開口部３５に配置されている。このような構成により、ブラケット６０を介して排気管１０をバランス良く支持することが可能となる。

排気管の断熱構造１では、断熱層８０が排気管１０と土台部７０とによって密閉されている。これにより、断熱層８０に異物が侵入して排気管１０などの高温部分に接触することを防止できる。

排気管の断熱構造１では、開口部３５及び土台部７０は、排気管１０を車両に取り付けた状態において排気管１０の上側となる位置に設けられている。このような構成によれば、排気管１０の吊り点となるゴム部材Ｄに対してブラケット６０のアクセス性を向上できる。また、開口部３５及び土台部７０が排気管１０の下側となる位置に設けられている場合と比べて、開口部３５及び土台部７０の周辺が枯草などの異物に晒されることを抑制できる。

排気管の断熱構造１では、開口部３５における排気管１０と第２ヒートインシュレータ３０との間の隙間部分Ｓ５には、ワイヤメッシュ９０が配置されている。これにより、枯草などの異物が外部から第２ヒートインシュレータ３０の内部に侵入することを抑制できる。

本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、第２ヒートインシュレータ３０の上流側端部３０ａが第１ヒートインシュレータ２０の下流側端部２０ａに対して排気管１０の径方向の外側に配置されているが、この配置関係が反転していてもよい。すなわち、第１ヒートインシュレータ２０の下流側端部２０ａが第２ヒートインシュレータ３０の上流側端部３０ａに対して排気管１０の径方向の外側に配置されていてもよい。また、上記実施形態では、第２ヒートインシュレータ３０に設けられた開口部３５に土台部７０が配置されているが、第１ヒートインシュレータ２０に設けられた開口部３５に土台部７０が配置されていてもよい。

上記実施形態では、開口部３５及び土台部７０は、排気管１０を車両に取り付けた状態において排気管１０の上側となる位置に設けられているが、これに限られるものではない。開口部３５及び土台部７０は、排気管１０を車両に取り付けた状態において排気管１０の左右側或いは下側となる位置に設けられていてもよい。

断熱層８０は、必ずしも排気管１０と土台部７０とによって密閉されていなくてもよい。例えば土台部７０が箱型ではなく、フレーム状をなしていてもよい。この場合でも、排気管１０とブラケット６０との間に空気による断熱層８０が形成されるため、上述した作用効果を奏し得る。土台部７０をフレーム状とする場合でも、排気管１０の軸方向を向く面については、断熱層８０を仕切る壁面を設けることが好ましい。こうすることで、断熱層８０に枯草などの異物が侵入することを抑制できる。

１…排気管の断熱構造、１０…排気管、１９…張出領域、２０…第１ヒートインシュレータ、３０…第２ヒートインシュレータ、３５…開口部、６０…ブラケット、７０…土台部、８０…断熱層、９０…ワイヤメッシュ、Ｄ…ゴム部材、Ｓ５…隙間部分。

Claims (7)

1. 車両の内燃機関に接続される排気管の断熱構造であって、
   排気管と、
   前記排気管を覆うヒートインシュレータと、
   前記車両に対する排気管の吊り点となるゴム部材が取り付けられるブラケットと、を備え、
   前記ヒートインシュレータは、前記排気管を露出させる開口部を有し、
   前記開口部には、前記排気管と前記ブラケットとの間に断熱層が形成されるように前記ブラケットの土台部が設けられ、
   前記ゴム部材は、前記車両のフレームに固定されており、
   前記開口部と前記ゴム部材との間の空間には、前記開口部から見て前記ゴム部材が遮蔽されるように前記車両のフレームの少なくとも一部が位置している排気管の断熱構造。
2. 前記排気管は、当該排気管の屈曲又は膨出により張り出す張出領域を有し、
   前記ヒートインシュレータは、
   前記張出領域よりも上流側の前記排気管を覆う第１ヒートインシュレータと、
   前記張出領域よりも下流側の前記排気管を覆う第２ヒートインシュレータと、によって構成され、
   前記土台部は、前記第２ヒートインシュレータに設けられた前記開口部に配置されている請求項１記載の排気管の断熱構造。
3. 前記断熱層は、前記排気管と前記土台部とによって密閉されている請求項１又は２記載の排気管の断熱構造。
4. 前記開口部及び前記土台部は、前記排気管を前記車両に取り付けた状態において前記排気管の上側となる位置に設けられている請求項１～３のいずれか一項記載の排気管の断熱構造。
5. 前記開口部における前記排気管と前記ヒートインシュレータとの間の隙間部分には、ワイヤメッシュが配置されている請求項１～４のいずれか一項記載の排気管の断熱構造。
6. 前記開口部と前記ゴム部材とは、前記排気管の軸方向に離間している請求項１～５のいずれか一項記載の排気管の断熱構造。
7. 前記ゴム部材は、前記開口部に対して前記排気管の下流側に離間し、
   前記土台部の頂面は、前記排気管の下流側に向かうにつれて前記排気管からの距離が徐々に小さくなるような傾斜面となっている請求項６記載の排気管の断熱構造。

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