JPH051531A - 断熱締結構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 排気ガス浄化装置を有する高温のエキゾース
トパイプからセラミックス製の断熱部材を鋳込んだ低温
のエキゾーストマニホールドへの熱移動を防止すること
により、エキゾーストパイプの温度低下を防止して排気
ガス浄化装置に高温の排気ガスを供給する。 ［構成］ エキゾーストマニホールド２のフランジ２ａ
とエキゾーストパイプ３のフランジ１０間に、内部に中
空断熱層１６を有する環状の断熱用ガスケット１４を挟
み、締結ボルト１２で締め付けて結合する。このとき断
熱用ガスケット１４をエキゾーストパイプ３に固設し、
その断熱用ガスケット１４自体を結合用のフランジとし
て使用しても良く、また断熱用ガスケット１４を複数個
重ね合わせても良い。中空断熱層１６の幅Ｌは、断熱性
および耐久性の両方の観点から３mm〜１０mmが適切であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンのエキゾース
トマニホールド等の前部排気管と、その下流側に接続さ
れる後部排気管との締結部における断熱締結構造に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に触媒式の排気ガス浄化装置は、そ
の排気ガス浄化装置に供給される排気ガスの温度が高い
ほど触媒との反応が促進されて有害成分の効率的除去が
可能となるため、エンジンの排気ポートから排気ガス浄
化装置に供給される排気ガスの温度低下を可及的に防止
することが望ましい。このために、排気ポートに接続さ
れるエキゾーストマニホールドの内面に断熱性に優れた
セラミックス製の断熱部材を鋳込んで排気ガスの温度低
下を防止し、その下流に接続されるエキゾーストパイプ
に設けた排気ガス浄化装置に高温の排気ガスを供給でき
るようにしたものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックスにより断熱されて比較的低温に保たれるエキゾー
ストマニホールドの本体は金属製であるため、排気ガス
浄化装置が設けられる金属製のエキゾーストパイプが高
温になると、その熱が低温のエキゾーストマニホールド
側に逆伝達されることになる。その結果、せっかく高温
になったエキゾーストパイプが冷却されて内部を通過す
る排気ガスの温度も低下し、排気ガス浄化装置の性能が
十分に生かされない問題がある。

【０００４】また、比較的大型の部品であるエキゾース
トマニホールドを重量軽減のために極薄肉厚の鉄系合金
材やアルミニウム合金で形成した場合には、そのエキゾ
ーストマニホールドの耐久性が高温のエキゾーストパイ
プから逆伝達される熱により低下する可能性がある。

【０００５】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、内面がセラミックス製の断熱部材で覆われた金属製
の前部排気管と、この前部排気管の下流側に接続される
金属製の後部排気管との間の熱伝達を防止することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、エンジンの排気ポートに接続されて内面
がセラミックス製の断熱部材で覆われた金属製の前部排
気管と、触媒式の排気ガス浄化装置を備えて前記前部排
気管の下流側に締結される金属製の後部排気管との間の
熱伝達を防止する断熱締結構造であって、前記前部排気
管と後部排気管とが、内部に中空断熱層を有する断熱用
ガスケットを介して相互に結合されることを第１の特徴
とする。

【０００７】また本発明は前述の第１の特徴に加えて、
前記断熱用ガスケットが前部排気管のフランジと後部排
気管のフランジ間に挟持されることを第２の特徴とす
る。

【０００８】また本発明は前述の第１の特徴に加えて、
前記断熱用ガスケットが後部排気管の端部にフランジ状
に固設され、この断熱用ガスケットと前部排気管のフラ
ンジが相互に結合されることを第３の特徴とする。

【０００９】また本発明は前述の第３の特徴に加えて、
後部排気管の端部に固設した前記断熱用ガスケットと前
部排気管のフランジとの間に、更に他の断熱用ガスケッ
トを介在させたことを第４の特徴とする。

【００１０】また本発明は前述の第１〜第４のいずれか
の特徴に加えて、前記断熱用ガスケットが、内部の中空
断熱層を外気に連通させる連通穴を有することを第５の
特徴とする。

【００１１】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。

【００１２】図１に示すように、自動車の車体前部に横
置きに搭載された多気筒エンジンＥのシリンダヘッド１
の前面には、複数の排気ポートから排出される排気ガス
を集合させる前部排気管としてのエキゾーストマニホー
ルド２が装着される。エキゾーストマニホールド２は下
方に向けて屈曲し、その末端に後部排気管としてのエキ
ゾーストパイプ３の始端が接続される。後方に屈曲して
車体後方に延びるエキゾーストパイプ３の中間部には、
排気ガスを浄化するための触媒式の排気ガス浄化装置４
が設けられるとともに、そのエキゾーストパイプ３の後
部にはマフラー５が設けられる。

【００１３】図２および図３は、前記エキゾーストマニ
ホールド２とエキゾーストパイプ３の接続部を拡大して
示すものである。エキゾーストマニホールド２はアルミ
ニウム合金製であり、その内面にはセラミックス製の断
熱部材１１が一体に鋳込まれる。エキゾーストマニホー
ルド２の出口端には概略三角形のフランジ２ａが一体に
形成され、そのフランジ２ａに埋め込んだ補強材２ｂに
は３本の締結ボルト１２の基端が螺入される。

【００１４】一方、ステンレス製のエキゾーストパイプ
３の入口端にも、前記エキゾーストマニホールド２のフ
ランジ２ａと略同一形状のフランジ１０が固着され、そ
のフランジ１０には前記３本の締結ボルト１２が貫通し
得る３個のボルト穴１０ａが穿設される。

【００１５】エキゾーストマニホールド２のフランジ２
ａとエキゾーストパイプ３のフランジ１０の間には、金
属薄板よりなる２枚のシール用ガスケット１３と中空構
造の断熱用ガスケット１４が介装され、断熱用ガスケッ
ト１４のボルト穴１４ｄとフランジ１０のボルト穴１０
ａに挿通した３本の締結ボルト１２の先端に各々ナット
１５を螺入することにより、前記エキゾーストマニホー
ルド２とエキゾーストパイプ３が結合される。

【００１６】断熱用ガスケット１４はステンレス鋼板を
プレス成形した２個のガスケット半体１４ａ，１４ｂを
接合することにより形成され、その内部には幅Ｌが３mm
〜１０mmの環状の中空断熱層１６が形成される。断熱用
ガスケット１４の外周には複数個（例えば３個）の微小
な連通穴１４ｃが形成され、前記中空断熱層１６を大気
に連通させて内部の空気層の温度上昇を防止することに
より断熱効果が高められる。

【００１７】次に、前述の構成を備えた本発明の実施例
の作用を説明する。

【００１８】エンジンＥの運転により発生した高温の排
気ガスはエキゾーストマニホールド２からエキゾースト
パイプ３に集合し、そのエキゾーストパイプ３に設けた
排気ガス浄化装置４とマフラー５を通過して外部に排出
される。その際、エキゾーストマニホールド２の内面が
セラミックス製の断熱部材１１で覆われているので、排
気ガスの熱がアルミニウム合金製のエキゾーストマニホ
ールド２の本体部に直接伝達することが防止され、排気
ガスは高温状態のままエキゾーストパイプ３に流入す
る。またステンレス鋼製のエキゾーストパイプ３は排気
ガスの通過により速やかに加熱されるため、排気ガスは
高温状態のままエキゾーストパイプ３を通過して排気ガ
ス浄化装置４に達し、そこで触媒と効率的に反応して浄
化される。

【００１９】さて、エキゾーストパイプ３は排気ガスの
通過により速やかに加熱されるのに対し、セラミックス
製の断熱部材１１で断熱されたエキゾーストマニホール
ド２の本体部は比較的低温に保たれるため、高温のエキ
ゾーストパイプ３から低温のエキゾーストマニホールド
２へ熱が逆伝達される状況が発生する。これにより、せ
っかく高温状態に加熱されたエキゾーストパイプ３の温
度が低下してしまい、その内部を通過する排気ガスの温
度が低下して排気ガス浄化装置４が十分に機能を発揮で
きなくなる虞れがあるが、前記熱の逆伝達はエキゾース
トマニホールド２とエキゾーストパイプ３の接合部に設
けられた断熱用ガスケット１４により効果的に遮断され
る。

【００２０】すなわち、断熱用ガスケット１４の内部に
は空気が介在する中空断熱層１６が形成されているた
め、エキゾーストパイプ３からエキゾーストマニホール
ド２への熱移動は輻射あるいは空気の対流により行われ
ることになる。しかしながら、輻射あるいは対流による
熱移動は伝動による熱移動に比べて大幅に小さいため、
エキゾーストパイプ３の温度低下とエキゾーストマニホ
ールド２の温度上昇が効果的に阻止され、これにより排
気ガス浄化装置４へ供給される排気ガスの温度低下とエ
キゾーストマニホールド２の耐久性低下が併せて防止さ
れる。

【００２１】図６は横軸に中空断熱層１６の幅Ｌをと
り、縦軸にエキゾーストパイプ３の温度を７００℃に保
った場合の該エキゾーストパイプ３のフランジ１０とエ
キゾーストマニホールド２のフランジ２ａの温度差ΔＴ
（図２の部分と部分の温度差）をとったもので、前
記温度差ΔＴが大きいほど断熱用ガスケット１４の効果
が大きいといえる。同図から明らかなように、中空断熱
層１６の幅Ｌが大きくなると断熱効果が低下して温度差
ΔＴが減少しているが、これは中空断熱層１６の幅Ｌが
増加すると内部の空気が自由に移動して対流による熱移
動が活発になるためと考えられる。また中空断熱層１６
の幅Ｌが小さくなると、やはり断熱効果が低下して温度
差ΔＴが減少しているが、これは中空断熱層１６の幅Ｌ
が減少すると輻射による熱移動が活発になるためと考え
られる。そして、前記中空断熱層１６の幅Ｌが中間の領
域、すなわち幅Ｌが３mmから１０mmの領域にある時に充
分な断熱効果が得られることが理解される。

【００２２】図４は本発明の第２実施例を示すものであ
る。この実施例では断熱用ガスケット１４の内周がエキ
ゾーストパイプ３の端部に一体に溶着され、その断熱用
ガスケット１４自体がエキゾーストパイプ３とエキゾー
ストマニホールド２を結合するためのフランジとして利
用される。

【００２３】この実施例によれば、先の実施例における
エキゾーストパイプ３のフランジ１０が不要になり、し
かもシール用ガスケット１３が１枚でよいため、構造の
簡略化と部品点数の削減が達成される。

【００２４】更に、断熱用ガスケット１４は第１実施例
における中実のフランジ１０に比べて熱容量が小さいた
め、エキゾーストパイプ３が高温になっても断熱用ガス
ケット１４自体は比較的低温になる。これにより、断熱
用ガスケット１４における締結ボルト１２の締付部の溶
損やヘタリが回避され、その耐久性が向上する。

【００２５】図７は横軸に中空断熱層１６の幅Ｌをと
り、縦軸にエキゾーストパイプ３のフランジ部の温度Ｔ
をとったものである。同図において鎖線は第１実施例の
中実のフランジ１０の温度（図２の部分の温度）に対
応し、実線は第２実施例のエキゾーストパイプ３の断熱
用ガスケット１４の温度（図４の部分の温度）に対応
している。ここで、第１実施例のものの温度Ｔは前述の
ように７００℃の一定値に保たれているのに対して、第
２実施例のものは温度Ｔが低くなっており、その効果は
中空断熱層１６の幅Ｌが３mmから１０mmの領域にある時
に顕著であることが理解される。

【００２６】図５は本発明の第３実施例を示すもので、
この実施例は前述の第２実施例におけるエキゾーストパ
イプ３と一体の断熱用ガスケット１４とエキゾーストマ
ニホールド２のフランジ２ａ間に、更に他の断熱用ガス
ケット１４を挟んで固定した点に特徴を有している。

【００２７】この実施例によれば、第１実施例と第２実
施例の相乗効果が得られ、特に２個の断熱用ガスケット
１４を用いたことにより極めて高い断熱効果を得ること
が可能となる。

【００２８】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明は、前記実施例に限定されるものでなく、特許請求の
範囲に記載された本発明を逸脱することなく、種々の小
設計変更を行うことが可能である。

【００２９】例えば、中空断熱層１６と外気を連通する
連通穴１４ｃは必ずしも必要ではなく、この連通穴１４
ｃを廃止して中空断熱層１６の内部に断熱性の高い気体
を封入することも可能である。

【００３０】

【発明の効果】以上のように本発明の第１の特徴によれ
ば、内面がセラミックス製の断熱部材で覆われた低温の
前部排気管と、触媒式の排気ガス浄化装置を備えた高温
の後部排気管とを内部に中空断熱層を有する断熱用ガス
ケットを介して相互に結合したので、後部排気管から前
部排気管への熱移動を効果的に阻止することができる。
これにより後部排気管の温度低下を防止し、排気ガス浄
化装置に供給される排気ガスの温度を高温に維持するこ
とが可能となる。また、重量軽減のために前部排気管を
アルミニウム合金で形成した場合には、その前部排気管
の温度上昇を抑えて耐久性を向上させることができる。

【００３１】また本発明の第２の特徴によれば、断熱用
ガスケットを前部排気管のフランジと後部排気管のフラ
ンジ間に挟持したので、既存の排気系の前部排気管と後
部排気管をそのまま利用して断熱用ガスケットを装着す
ることが可能となる。

【００３２】また本発明の第３の特徴によれば、断熱用
ガスケットを後部排気管の端部にフランジ状に固設し、
この断熱用ガスケットと前部排気管のフランジを相互に
結合したので、部品点数の削減と重量の軽減が可能とな
る。しかも、前記断熱用ガスケットは中実のフランジに
比べて熱容量が小さいために前部排気管への僅かな熱伝
達によっても温度低下するため、その断熱用ガスケット
の締結部の溶損やヘタリが防止される。

【００３３】また本発明の第４の特徴によれば、後部排
気管の端部に固設した前記断熱用ガスケットと前部排気
管のフランジとの間に、更に他の断熱用ガスケットを介
在させたので、複数個の断熱用ガスケットによる一層確
実な断熱効果を得ることができる。

【００３４】また本発明の第５の特徴によれば、中空断
熱層の内部の空気が外気と入れ代わって冷却されるた
め、その断熱効果を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例による断熱締結構造を採用したエン
ジンの排気系を示す図

【図２】図１の２部拡大図

【図３】図２の３−３線断面図

【図４】第２実施例による断熱締結構造を示す図

【図５】第３実施例による断熱締結構造を示す図

【図６】中空断熱層の幅Ｌと断熱用ガスケット前後の温
度差ΔＴの関係を示すグラフ

【図７】中空断熱層の幅Ｌとエキゾーストパイプの温度
Ｔの関係を示すグラフ

【符号の説明】

２・・・エキゾーストマニホールド（前部排気管） ２ａ・・フランジ ３・・・エキゾーストパイプ（後部排気管） ４・・・排気ガス浄化装置 １０・・フランジ １１・・断熱部材 １４・・断熱用ガスケット １４ｃ・連通穴 １６・・中空断熱層 Ｅ・・・エンジン

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン（Ｅ）の排気ポートに接続され
   て内面がセラミックス製の断熱部材（１１）で覆われた
   金属製の前部排気管（２）と、触媒式の排気ガス浄化装
   置（４）を備えて前記前部排気管（２）の下流側に締結
   される金属製の後部排気管（３）との間の熱伝達を防止
   する断熱締結構造であって、前記前部排気管（２）と後
   部排気管（３）とが、内部に中空断熱層（１５）を有す
   る断熱用ガスケット（１４）を介して相互に結合される
   ことを特徴とする、断熱締結構造。
2. 【請求項２】 前記断熱用ガスケット（１４）が前部排
   気管（２）のフランジ（２ａ）と後部排気管（３）のフ
   ランジ（１０）間に挟持されることを特徴とする、請求
   項１記載の断熱締結構造。
3. 【請求項３】 前記断熱用ガスケット（１４）が後部排
   気管（３）の端部にフランジ状に固設され、この断熱用
   ガスケット（１４）と前部排気管（２）のフランジ（２
   ａ）が相互に結合されることを特徴とする、請求項１記
   載の断熱締結構造。
4. 【請求項４】 後部排気管（３）の端部に固設した前記
   断熱用ガスケット（１４）と前部排気管（２）のフラン
   ジ（２ａ）との間に、更に他の断熱用ガスケット（１
   ４）を介在させたことを特徴とする、請求項３記載の断
   熱締結構造。
5. 【請求項５】 前記断熱用ガスケット（１４）が、内部
   の中空断熱層（１５）を外気に連通させる連通穴（１４
   ｃ）を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれ
   かに記載の断熱締結構造。