JPH0519522U - 内燃機関の排気管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷間時やエンジン始動時に排ガスの温度低下
を抑制して排気浄化性能を向上させるとともに、耐久性
を向上させる。 【構成】 エキゾーストフロントパイプ４を内管８、外
管９及びこれらの間に介在された断熱材層１０により３
層構造に形成する。内管８は外管９よりも薄く形成す
る。内管８及び外管９の両上流端部８ａ，９ａは互いに
溶接固定させ、両下流端部８ｂ，９ｂの間にはメッシュ
リング１２を介在させて相互に移動可能とする。また、
外管９の両端にフランジ１３，１５を外嵌固定し、これ
らのフランジ１３，１５を介して他の管路に連結固定す
る。これにより、内管５はその熱容量が小さいのですば
やく昇温される。また、フランジ１３，１５が相対的に
板厚の大きい外管９に設けられていることから、取付剛
性が確保される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は内燃機関の排気系に設けられる排気管に係り、詳しくは内管と外管 との間に断熱材層を備えてなる多層構造の排気管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種の技術としては、実開昭５８−１１１４９９号公報において提案 されている。この技術では、内管と外管との間にグラスウール等の断熱材を備え た多層構造の排気管において、内管と断熱材との間に金属箔を介在させている。 そして、排気ガスと直接接触する内管が熱伸縮することにより生じる内管と断熱 材との間のすべり力を、主として金属箔にかかるようにして断熱材の摩擦・摩耗 を防止し、もって断熱材の耐久性の向上を図っていた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、前記従来技術においては、機械的強度を保持するためにある程度の 板厚を必要とする外管に対し、内管もそれと同程度の板厚に設けられていた。こ のようにある程度の板厚を有する内管では熱容量が大きいため、断熱材を設けて も特に冷間時やエンジン始動時には熱エネルギーのロスとなり、排気ガス温度が 低下してしまうことがあった。

【０００４】 この考案は前述した事情に鑑みてなされたものであって、その目的は特に冷間 時やエンジン始動時等の排気ガスの温度低下を抑制して、排気浄化性能をより効 率よく向上させ得るとともに、耐久性に優れた内燃機関の排気管を提供すること にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

上記目的を達成するために、この本考案では、内燃機関の排気系に設けられ、 内管と外管との間に断熱材層を備えてなる多層構造の排気管において、内管の板 厚を外管の板厚よりも薄く形成するとともに、他の管路に連結固定するためのフ ランジを外管に設けている。

【０００６】

【作用】

上記の構成によれば、内管の板厚が外管の板厚よりも薄く形成されているので 、内管の熱容量が相対的に小さくなり、内管の内部を排気ガスが通過する際には 、内管によって奪われる熱エネルギーが小さくなり、そのため、例えば排気触媒 のすばやい昇温を図ることが可能となる。

【０００７】 また、他の管路に連結するためのフランジは、相対的に板厚が大きく、かつ、 断熱材層によって内管から遮断され、外気に接しているため相対的に温度が低い 外管に設けられていることから、排気管としての取付剛性が確保される。

【０００８】

【実施例】

以下、この考案における内燃機関の排気管を自動車に具体化した一実施例を図 １〜５に基づいて詳細に説明する。

【０００９】 図２はこの実施例の自動車１における内燃機関としてのエンジン２及びその排 気系の搭載状態を示す概略図である。同図において、自動車１の前部に搭載され たエンジン２の排気系には、エキゾーストマニホールド３が設けられている。こ のエキゾーストマニホールド３には、排気管としてのエキゾーストフロントパイ プ４の一端が連結固定されており、その他端には、触媒コンバータ５が連結され ている。即ち、エキゾーストマニホールド３と触媒コンバータ５とは、エキゾー ストフロントパイプ４によって連結されている。また、触媒コンバータ５の下流 側はエキゾーストリアパイプ６を介してサイレンサ７に連結されている。

【００１０】 そして、エンジン２から排出された排気ガスはエキゾーストマニホールド３及 びエキゾーストフロントパイプ４を通って触媒コンバータ５内に流入する。この 触媒コンバータ５内において、金属触媒等によって排気ガスが浄化され、浄化さ れた排気ガスがエキゾーストリアパイプ６及びサイレンサ７を介して大気中に放 出されるようになっている。

【００１１】 図１に示すように、エキゾーストフロントパイプ４は途中が折れ曲がった形状 をなし、円筒状の内管８と、この内管８よりも大径で、かつ、内管８との間に空 間を形成するように外嵌された外管９とを備えている。図１，３に示すように、 これら内管８と外管９との間に形成された空間内には、グラスウールやセラミッ クウール等の無機繊維よりなる断熱材が充填されて、断熱材層１０が設けられて いる。この断熱材層１０によって、排気温が低下するのを防ぐとともに、排気音 が外部に漏出するのを防ぐようになっている。これら内管８、外管９及び断熱材 層１０により３層構造のエキゾーストフロントパイプ４が構成されている。

【００１２】 ここで、外管９は機械的強度を保持するために従来と同程度かあるいはそれ以 上の板厚に設定され（この実施例では「１．５ｍｍ」）、内管８の板厚は外管９ の板厚よりも薄く設定されている（この実施例では「０．６ｍｍ」）。

【００１３】 また、図１，４に示すように、エキゾーストフロントパイプ４の上流側（図中 左側）において、内管８の上流端部８ａは拡径されており、外管９の上流端部９ ａの内周面に当接した状態となっている。そして、この内管８の上流端部８ａと 外管９の上流端部９ａとは、溶接部１１によって固定されており、相互に移動不 能となっている。一方、図１，５に示すように、エキゾーストフロントパイプ４ の下流側（図中右側）においては、内管８の下流端部８ｂと外管９の下流端部９ ｂとの間に形成された空間には、ワイヤ製のメッシュリング１２が介在されてお り、これら内管８の下流端部８ｂと外管９の下流端部９ｂとは相互に移動可能と なっている。つまり、内管８はその上流側でのみ外管９に固定され、その下流側 は自由端となっている。

【００１４】 また、図１，４に示すように、外管９の上流端９ａには、上流側フランジ１３ が外嵌固定されている。図２に示すように、この上流側フランジ１３はエキゾー ストマニホールド３の下流端部のマニホールドフランジ１４に対し、図示しない ボルト等により連結固定されている。また、図１，５に示すように、外管９の下 流端部９ｂには、下流側フランジ１５が外嵌固定されている。図２に示すように 、この下流側フランジ１５は触媒コンバータ５の上流端部のコンバータフランジ １６に対し、同じく図示しないボルト等により連結固定されている。

【００１５】 次に、上記のように構成したエキゾーストフロントパイプ４の作用について説 明する。 今、エンジン２の始動時において、エンジン２から排出された排気ガスが、エ キゾーストマニホールド３を通ってエキゾーストフロントパイプ４の内管８の内 部に流入する。このとき、内管８の板厚は外管９の板厚よりも薄く形成されてい る。そのため、内管８の熱容量は相対的に小さくなっている。即ち、熱容量を「 Ｑ１」とすると、Ｑ１は下記の式によって表される。

【００１６】 Ｑ１＝Ｃ・Ｇ・Δｔ （Ｃ：排気管比熱、Ｇ：排気管重量、Δｔ：内管の内部ガスと大気ガスとの温度 差） ここで、内管８の板厚を小さくしたことから、排気管重量Ｇが小さくなり、熱 容量Ｑ１が小さくなることがわかる。従って、内管８に奪われる熱エネルギーが 小さくなり、その分、排気温度の低下が抑制され、排気触媒をすばやく昇温する ことができる。

【００１７】 また、内管８と外管９との間には、断熱材層１０が設けられている。そのため 、内管８の貫流熱量は相対的に小さくなっている。即ち、貫流熱量をＱ２とする と、Ｑ２は下記の式によって表される。

【００１８】 Ｑ２＝Ｋ・Ａ・Δｔ 但し、 １／Ｋ＝（１／α１）＋（１／α２）＋（δ１／λ１）＋（δ２／λ２） ＋（δ３／λ３） （Ｋ：熱貫流率、Ａ：伝熱面積、α１：内管の内部ガス側熱伝達率、α２：大気 側熱伝達率、δ１：内管の厚さ、δ２：断熱材層の厚さ、δ３：外管の厚さ、λ １：内管熱伝導率、λ２：断熱材層熱伝導率、λ３：外管熱伝導率） ここで、断熱材層１０を設けたことから貫流熱量Ｑ２が小さくなり、一旦上昇 した内管８の温度は長時間保持され、容易に低下することはない。

【００１９】 また、内管８には直接排気ガスの熱が加わる一方、外管９は内管８との間に断 熱材層１０が介在されるため、排気ガスの熱が伝わりにくくて、内管８よりも温 度が低くなり、内管８と外管９との間には温度差が生じる。そして、この温度差 によって、例えば内管８が外管９に比べて熱膨張するという可能性がある。しか し、この実施例では、内管８の下流端部８ｂと外管９の下流端部９ｂとの間にメ ッシュリング１２が介在されており、内管８と外管９とが相互にスライド可能と なっている。そのため、たとえ内管８が外管９に比べてより膨張したとしても、 内管８又は外管９に対して歪みの応力が加わるおそれはなく、エキゾーストフロ ントパイプ４自体に応力の影響が及ぶことはない。また、その熱膨張等の熱変形 は上流端部８ａ，９ａ側よりも、温度の低い下流端部８ｂ，９ｂ側で起こるので 、変形量は小さくて済み、さらにワイヤメッシュリング１２の耐久性も向上する 。

【００２０】 以上詳述したように、この実施例においては、内管８の板厚を外管９の板厚よ りも薄く形成したので、内管８内部の温度をすばやく上昇させ、即ち、エキゾー ストフロントパイプ４の暖気性を向上させることができる。従って、外気が冷え ていたとしても、エキゾーストフロントパイプ４における排気ガスの温度低下を 防止することができ、エンジン２の始動直後から高温の排気ガスによって触媒コ ンバータ５における反応を促進させることができる。その結果、排気ガスの優れ た浄化性能を発揮させることができ、また、そのことから、触媒コンバータ５内 の金属触媒やハニカムを構成する白金やロジウム等の貴金属の使用量の削減を図 ることもできる。

【００２１】 また、この実施例では、外管９の板厚を従来と同程度、あるいはそれ以上とし 、かつ、内部に断熱材層１０を有し、外気に接しているため相対的に温度の低い この外管９に上流側フランジ１３及び下流側フランジ１５を外嵌固定して、エキ ゾーストフロントパイプ４を外管９でもって支持するようにしたので、エキゾー ストフロントパイプ４に従来と同等もしくはそれ以上の取付剛性を期待すること ができる。そのため、エキゾーストフロントパイプ４の使用時における耐久性の 向上を図ることができる。

【００２２】 さらに、この実施例では、内管８の下流端部８ｂと外管９の下流端部９ｂとの 間にメッシュリング１２を介在させ、相互にスライド可能としたので、内管８又 は外管９の歪みによる応力が加わらないので、エキゾーストフロントパイプ４の 損傷を防止することができ、そのため、耐久性を向上させることができる。

【００２３】 また、この実施例では、内管８と外管９との間には、断熱材層１０を設けたの で、内管８の温度が外管９に伝達されにくい。従って、高速走行時や高負荷時に おいて、排気ガス温が相当上昇したとしても、外管９の温度上昇を抑制すること ができ、外管９の耐久性、ひいてはエキゾーストフロントパイプ４の耐久性を一 層向上させることができる。さらに、外管９の温度上昇を抑制することができる ことから、従来より採用している枯れ草対策用プロテクタ、周辺部品の熱害防止 プロテクタ等の使用を廃止することができ、資源の節約、コストの低減を図るこ とができる。

【００２４】 なお、この考案は前記実施例に限定されるものではなく、考案の趣旨を逸脱し ない範囲で構成の一部を適宜に変更して次のように実施することもできる。 （１）前記実施例においては、排気管としてエキゾーストフロントパイプ４に 適用したが、その外にも例えばエキゾーストマニホールド３（ブランチを含む） にも適用してもよい。

【００２５】 （２）前記実施例においては、断熱材層１０の断熱材をグラスウールやセラミ ックウール等の無機繊維により形成したが、この断熱材を単なる空気層により形 成してもよい。

【００２６】 （３）前記実施例においては、エキゾーストマニホールド３の外管９は、一体 形状の円筒状のものを用いたが、前記外管９は半割れ状の二体物をプレス成形に より円筒状に一体化してもよい。

【００２７】 （４）エキゾーストフロントパイプ４の長さは種々の要求性能に応じて適宜変 更してもよい。 （５）前記実施例においては、上流側フランジ１３及び下流側フランジ１５は 外管９に対し外嵌固定することにより設けたが、その外にも例えば内嵌固定して もよいし、又は外管９に一体的に形成してもよい。

【００２８】 （６）前記実施例におけるエキゾーストフロントパイプ４の構造は、内管８、 断熱材層１０及び外管９からなる３層構造としたが、断熱材層を複数層としたり 、内管８と断熱材層１０との間に金属箔を設けたりすることにより、３層構造以 上としてもよい。

【００２９】

【考案の効果】

以上詳述したように、この考案の内燃機関の排気管によれば、内管の板厚を外 管の板厚よりも薄く形成したので、冷間時やエンジン始動時等であっても排気ガ スの温度低下を抑制して、触媒等における排気浄化性能をより効率よく向上させ ることができる。また、他の管路に連結固定するためのフランジを温度の低い外 管に設けたので、取付剛性に優れ、耐久性に優れるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案を具体化した一実施例において、エキ
ゾーストフロントパイプを示す断面図である。

【図２】一実施例において、エキゾーストフロントパイ
プの搭載状態を示す概略構成図である。

【図３】一実施例において、エキゾーストフロントパイ
プの中央部を示す拡大断面図である。

【図４】一実施例において、エキゾーストフロントパイ
プの上流端部を示す拡大断面図である。

【図５】一実施例において、エキゾーストフロントパイ
プの下流端部を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

２…内燃機関としてのエンジン、４…排気管としてのエ
キゾーストフロントパイプ、８…内管、９…外管、１０
…断熱材層、１３…上流側フランジ、１５…下流側フラ
ンジ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気系に設けられ、内管と外
   管との間に断熱材層を備えてなる多層構造の排気管にお
   いて、 前記内管の板厚を前記外管の板厚よりも薄く形成すると
   ともに、他の管路に連結固定するためのフランジを前記
   外管に設けたことを特徴とする内燃機関の排気管。