JPH0610662A - 内燃機関の排気管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】取付部材の接合部分での内管と外管との熱膨張
による接合不良の発生を未然に防止し、その接合部分か
らの断熱材層の飛散を防止する。 【構成】パイプアッシィ４をエキゾーストフロントパイ
プ８と酸素センサ取付用のニップル９とから構成する。
エキゾーストフロントパイプ８の内管１０をその上流側
でのみ外管１１に固定させ、下流側を自由端とする。ニ
ップル９の取付部側の外周に切欠き段部２１を形成し、
取付側端面２２において内管１０に対し接合部２３によ
り固定する。接合部２３近傍の外周部においては、断熱
材層１２が介在されないように外管１１を切欠き段部２
１と内管１０とにより密着挟持する。従って、ニップル
９及び内管１０は外管１１に対し相対移動可能となって
おり、熱膨張等によるひずみ応力は、内管１０、外管１
１及びニップル９の接合部２３には一切かからない。ま
た、断熱材層１２は密封されて露出されない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明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、例えば出願
人による実願平３−６８１７３号に提案されたものがあ
る。この技術では、図７に示すように、エキゾーストフ
ロントパイプ３１が内管３２、外管３３及びこれらの間
に介在された断熱材層３４によって３層構造に形成され
ている。内管３２及び外管３３の両上流側端部３２ａ，
３３ａは互いに溶接固定されている。また、内管３２及
び外管３３の両下流側端部３２ｂ，３３ｂの間にはメッ
シュリング３５が介在され、溶接固定されることなく内
管３２及び外管３３が相互に移動可能となっている。さ
らに、外管３３の両端にはフランジ３６，３７が外嵌固
定されており、エキゾーストフロントパイプ３１はこれ
らフランジ３６，３７を介して他の管路に接続される。

【０００３】上記のエキゾーストフロントパイプ３１に
よれば、内管３２及び外管３３の両下流側端部３２ｂ，
３３ｂが自由端となっているため、内管３２が高温にな
ったとしてもその熱膨張等によるひずみ応力が内管３２
及び外管３３の間で作用することがなく、耐久性の向上
が図られている。

【０００４】ところで、エキゾーストフロントパイプ３
１には、ニップル等の取付部材を介して酸素センサ等の
各種センサが接続されることがある。そして、この種の
センサ等により、内管３２内を通過する排気ガス中の酸
素濃度等の排気状態が検出されるようになっている。ま
た、ニップルを介して他の管路が接続されることもあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来技
術において、ニップルを内管３２及び外管３３と一体的
に溶接固定した場合には、内管３２と外管３３との間に
熱膨張の差が発生する。すなわち、内管３２が外管３３
よりも熱膨張が大きくなり、外管３３の熱膨張が内管３
２のそれに追従できず、ニップルの溶接固定部において
接合不良等が発生するおそれがあった。その結果、エキ
ゾーストフロントパイプ３１が破損されてしまい、結果
として耐久性の損なわれるおそれがあった。

【０００６】また、外管３２の一部にニップルの外周よ
りも大きな切欠き穴を形成し、ニップルを内管３２のみ
に溶接固定した場合には、ニップルは外管３３に対し相
対移動可能となっているので、上記のようなニップルの
溶接固定部における接合不良の発生は未然に抑制するこ
とができる。しかしながら、この場合には、ニップルと
切欠き穴との隙間から断熱材層３４が露出することとな
り、断熱材層３４の基材が飛散してしまうおそれがあっ
た。

【０００７】この発明は前述した事情に鑑みてなされた
ものであって、その目的は内管の一端部が外管に対し長
手方向に相対移動可能に構成され、取付部材を備えた多
層構造の内燃機関の排気管において、取付部材の接合部
分での内管と外管との熱膨張による接合不良の発生を未
然に防止することが可能で、かつ、その接合部分からの
断熱材層の飛散を防止することの可能な内燃機関の排気
管を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明においては、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介在させて多層構造
をなすとともに、内管の一端部が外管に対し長手方向に
相対移動可能に構成された内燃機関の排気管において、
少なくとも内管及び外管に対して取付けられる取付部材
を備え、取付部材の取付側端面の周囲に切欠き段部を形
成し、取付部材の取付側端面を内管のみに接合し、断熱
材層を介在させない状態で切欠き段部と内管との間に外
管を密着挟持するようにしている。

【０００９】

【作用】上記の構成によれば、内管の内部を排気ガスが
通過する際、内管はその排気ガスの熱によって高温とな
るが、外管は断熱材層によって熱伝達が遮断されて高温
化が抑えられる。そして、外管と内管との間の熱膨張の
差は、内管の一端部が外管に対し相対移動可能であるこ
とから、その部分で吸収され、熱膨張等によるひずみ応
力が内管と外管との間で作用することはない。

【００１０】また、取付部材は取付側端面が内管のみに
接合されていることから、取付部材は外管に対して相対
移動可能となっている。このため、内管の熱膨張が取付
部材を介して外管に伝達されることはない。従って、取
付部材を取付けたとしても、取付部材の取付部分におけ
る接合不良は発生しない。

【００１１】さらに、外管は切欠き段部と内管とにより
断熱材層を介在させない状態で密着挟持されている。こ
のため、取付部材はその取付側端面において内管のみに
接合されているにもかかわらず、断熱材層の基材は密封
された状態が保持されるので、断熱材層が外部に露出す
ることはない。

【００１２】

【実施例】以下、この発明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〜図６に基づいて詳
細に説明する。

【００１３】図６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
アッシィ（以下単にパイプアッシィという）４の一端が
接続されており、その他端には、触媒コンバータ５が接
続されている。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に接続され
ている。

【００１４】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及びパイプアッシィ４
を通って触媒コンバータ５に導かれる。また、触媒コン
バータ５内では、その排気ガスが金属触媒等によって浄
化され、浄化された排気ガスはエキゾーストリアパイプ
６及びサイレンサ７を介して大気中へ排出されるように
なっている。

【００１５】図３に示すように、パイプアッシィ４はエ
キゾーストフロントパイプ８と、同パイプ８に設けられ
た取付部材としてのニップル９とを備えている。エキゾ
ーストフロントパイプ８は途中が折れ曲がった形状をな
しており、円筒状の内管１０と、この内管１０よりも大
径で、かつ、内管１０との間に空間を形成するように外
嵌された外管１１とを備えている。これら内管１０と外
管１１との間の空間内には、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１２が設けられている。これら内管１０、外管１１及
び断熱材層１２によって３層構造のエキゾーストフロン
トパイプ８が構成されている。そして、この断熱材層１
２により、内管１０を通過する排気ガスの温度低下が抑
えられるとともに、外管１１から外部へ漏出する排気音
が抑えられるようになっている。

【００１６】ここで、外管１１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（この実
施例では「１．５ｍｍ」）に設定され、内管１０の板厚
は外管１１のそれよりも薄く（この実施例では「０．６
ｍｍ」）設定されている。

【００１７】また、図３，４に示すように、パイプアッ
シィ４の上流側（図中左側）において、内管１０の上流
側端部１０ａは拡径されており、外管１１の上流側端部
１１ａの内周面に当接した状態となっている。そして、
この内管１０の上流側端部１０ａと外管１１の上流側端
部１１ａとが、溶接部１３によって接合されており、相
対移動不能となっている。一方、図３，５に示すよう
に、パイプアッシィ４の下流側（図中右側）において、
内管１０の下流側端部１０ｂと外管１１の下流側端部１
１ｂとの間には溶接が施されることなく、両者１０ｂ，
１１ｂの間に形成された空間には、ワイヤ製のメッシュ
リング１４が介在されている。これによって、下流側端
部１０ｂと下流側端部１１ｂとが相対移動可能となって
いる。つまり、内管１０はその上流側でのみ外管１１に
接合され、その下流側は自由端となっている。

【００１８】さらに、図３，４に示すように、外管１１
の上流端１１ａには、上流側フランジ１５が外嵌固定さ
れている。図６に示すように、この上流側フランジ１５
はエキゾーストマニホールド３の下流側端部のマニホー
ルドフランジ１６に対し、図示しないボルト等により固
定されている。また、図３，５に示すように、外管１１
の下流側端部１１ｂには、下流側フランジ１７が外嵌固
定されている。図６に示すように、この下流側フランジ
１７は触媒コンバータ５の上流側端部のコンバータフラ
ンジ１８に対し、同じく図示しないボルト等により固定
されている。

【００１９】次に、ニップル９の取付構造について説明
する。図３に示すように、ニップル９はパイプアッシィ
４の下流側に取付けられている。また、図１はニップル
９の取付部分を拡大して示す断面図であり、図２はその
取付部分におけるパイプアッシィ４の断面図である。

【００２０】図１に示すように、内管１０には、図示し
ない酸素センサを取付けるためのセンサ用内穴１９Ａが
透設されている。また、外管１１にはセンサ用内穴１９
Ａよりも大径のセンサ用外穴１９Ｂが透設されている。
さらに、内管１０はセンサ用内穴１９Ａの周囲近傍にお
いて外側（同図上側）に向かって折曲形成されている。
このため、センサ用内穴１９Ａの周囲近傍においては断
熱材層１２が介在されておらず、その断熱材層１２は折
曲部分において内管１０及び外管１１で密封されてい
る。

【００２１】一方、ニップル９はほぼ筒状をなし、その
内部には、内管１０の内部と酸素センサとの間を連通す
る連通穴２０が形成されている。また、ニップル９のエ
キゾーストフロントパイプ８側（同図下側）の外周に
は、切欠き段部２１が形成されている。この切欠き段部
２１は、その深さが外管１１とほぼ等しくなるように形
成されている。このように形成されたニップル９は、そ
の取付側端面２２において内管１０に対し接合部２３に
より固定されている。この接合部２３は、センサ用内孔
１９Ａと連通穴２０とが対向するようにして公知のプロ
ジェクション溶接法にて形成されている。そして、接合
部２３近傍の外周部においては、断熱材層１２が介在さ
れていない状態で、外管１１が切欠き段部２１と内管１
０とにより密着挟持されている。また、外管１１のセン
サ用外穴１９Ｂの周縁部とニップル９の取付側部との間
には、外管１１と内管１０との相対移動を許容するため
の若干の隙間Ｃが形成されている。

【００２２】次に、上記のように構成したパイプアッシ
ィ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を通ってパイプアッシィ４の内
管１０の内部に流入する。ここで、内管１０の板厚は外
管１１のそれよりも薄く形成されているので、内管１０
の熱容量は相対的に小さくなっている。従って、内管１
０の内部を排気ガスが通ることにより、その熱によって
内管１０の温度がすばやく上昇する。

【００２３】また、内管１０と外管１１との間には、断
熱材層１２が設けられている。そのため、内管１０の貫
流熱量は相対的に小さくなっている。従って、一旦上昇
した内管１０の温度は長時間保持され、容易に低下する
ことはない。

【００２４】さらに、内管１０には直接排気ガスの熱が
加わる一方、外管１１は内管１０との間に断熱材層１２
が介在されているため、排気ガスの熱が伝わりにくく、
内管１０よりも温度が低くなり、内管１０と外管１１と
の間には温度差が生じる。そして、この温度差によっ
て、内管１０が外管１１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１０の下流側
端部１０ｂと外管１１の下流側端部１１ｂとの間にメッ
シュリング１４が介在されており、内管１０と外管１１
とが相対移動可能となっている。このため、たとえ内管
１０が外管１１に比べてより膨張したとしても、内管１
０又は外管１１に対して歪みの応力が加わるおそれはな
く、パイプアッシィ４自体に応力の影響が及ぶことはな
い。

【００２５】また、この実施例において、ニップル９は
同ニップル９の取付側端面２２において内管１０のみに
対して溶接固定されている。このため、ニップル９は外
管１１に対して相対移動可能となっているので、内管１
０の熱膨張がニップル９を介して外管１１に伝達される
ことはない。従って、この実施例のようにニップル９を
取付けた場合であっても、ニップル９の取付部分におけ
る接合不良が発生することはない。その結果、熱膨張に
伴うパイプアッシィ４のニップル９の取付部分における
損傷を防止することができ、ひいては、パイプアッシィ
４の耐久性の向上を図ることができる。

【００２６】さらに、この実施例では、センサ用内穴１
９Ａの周囲近傍においては断熱材層１２が介在されてお
らず、その断熱材層１２は折曲部分において内管１０及
び外管１１で密封されている。また、外管１１は切欠き
段部２１と内管１０とにより断熱材層１２を介在させな
い状態で密着挟持されている。このため、ニップル９
は、その取付側端面２２において内管１０のみに接合さ
れているにもかかわらず、断熱材層１２の基材は密封さ
れた状態が保持されるので、断熱材層１２が外部に露出
することはない。従って、断熱材層１２が露出して飛散
するのを未然に防止することができる。

【００２７】また、この実施例では、上記した作用効果
の外に、内管１０の板厚を外管１１の板厚よりも薄く形
成したので、内管１０内部の温度をすばやく上昇させ、
即ち、パイプアッシィ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、パイプアッ
シィ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、排気エミッションの悪化を防止することが
できる。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。

【００２８】併せて、この実施例では、外管１１の板厚
を従来と同程度、あるいはそれ以上とし、かつ、この外
管１１に上流側フランジ１５及び下流側フランジ１７を
外嵌固定して、パイプアッシィ４を外管１１でもって支
持するようにしたので、パイプアッシィ４に従来と同等
の取付剛性を期待することができる。そのため、パイプ
アッシィ４の使用時における耐久性の向上を図ることが
できる。

【００２９】加えて、この実施例では、内管１０と外管
１１との間には、断熱材層１２を設けたので、内管１０
の温度が外管１１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１１の温度上昇を抑制することができ、外管
１１の耐久性、ひいてはパイプアッシィ４の耐久性を一
層向上させることができる。さらに、外管１１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。

【００３０】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、発明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、排気管としてパイプパイ
プアッシィ４を採用したが、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）、触媒コンバー
タ５、エキゾーストセンタパイプ（図示せず）、エキゾ
ーストリヤパイプ６、サイレンサ７、マフラ（図示せ
ず）等にこの発明を適用してもよい。

【００３１】（２）前記実施例においては、断熱材層１
２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。

【００３２】（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１１は、一体形状の円筒状のも
のを用いたが、前記外管１１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。

【００３３】（４）パイプアッシィ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１５及び
下流側フランジ１７は外管１１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１１に一体的に形成してもよい。

【００３４】（６）前記実施例におけるパイプアッシィ
４の構造は、内管１０、断熱材層１２及び外管１１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１０と断熱材層１２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。

【００３５】（７）前記実施例においては、ニップル９
に酸素センサを取付けるように構成したが、その他のセ
ンサに具体化してもよい。また、各種センサ以外にも、
他の管路をニップル９に取付けるような構成としてもよ
い。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明の内燃機
関の排気管によれば、内管の一端部が外管に対し長手方
向に相対移動可能に構成され、取付部材を備えた多層構
造の内燃機関の排気管において、取付部材の接合部分で
の内管と外管との熱膨張による接合不良の発生を未然に
防止することができ、かつ、その接合部分からの断熱材
層の飛散を防止することができるという優れた効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を具体化した一実施例においてニップ
ルの取付構造の主要部を示す拡大断面図である。

【図２】一実施例におけるニップルの取付部分における
パイプアッシィの断面図である。

【図３】一実施例におけるエキゾーストフロントパイプ
アッシィを示す断面図である。

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

【図６】一実施例における自動車のエンジン及びその排
気系の搭載状態を示す概略図である。

【図７】従来例におけるエキゾーストフロントパイプを
示す断面図である。

【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アッシィ、９…取付部材とし
てのニップル、１０…内管、１１…外管、１２…断熱材
層、２１…切欠き段部、２２…取付側端面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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介在させて多層構造をなすととも
   に、前記内管の一端部が前記外管に対し長手方向に相対
   移動可能に構成された内燃機関の排気管において、 少なくとも前記内管及び前記外管に対して取付けられる
   取付部材を備え、前記取付部材の取付側端面の周囲に切
   欠き段部を形成し、前記取付部材の取付側端面を前記内
   管のみに接合し、前記断熱材層を介在させない状態で前
   記切欠き段部と前記内管との間に前記外管を密着挟持し
   たことを特徴とする内燃機関の排気管。