JPH07269337A - エンジンの排気管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジンと触媒の間に設けられた排気管の内
部において、排気ガス温度の調節を行う。 【構成】 エンジンのシリンダブロック１と触媒２の間
には、外側パイプ５に対して熱膨張率が大きく設定され
た内側パイプ４を有した排気管３が設けられている。内
側パイプ４と外側パイプ５の間には空間部６が設けら
れ、両パイプ４、５と共に３層構造となっている。エン
ジン始動時には、その３層構造による断熱作用によって
排気ガスは高温に維持される。エンジンの負荷運転時に
は、内側パイプ４が大きく熱変形し、外側パイプ５に接
触することにより、排気ガスの放熱を促進させ、過剰な
温度上昇を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関であるエンジン
と排気ガスの清浄化を図る触媒との間に介在されている
エンジンの排気管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの排気ガス処理方式の一
つして３元触媒（以下、単に触媒という。）が知られて
いる。その触媒はエンジンから排出される燃焼ガス（排
気ガス）中のＨＣ，ＣＯ、ＮＯｘを化学変化させること
によって清浄化を図っている。

【０００３】しかしながら、触媒が効率的に機能するた
めには、触媒に導入される排気ガスの温度を高い状態に
維持する必要がある。しかし、エンジン各部が温まって
いない始動時等では、エンジンから排出される排気ガス
の熱はエンジン各部に奪われてしまうため、触媒に導入
される排気ガスの温度が低くなってしまう。そのため、
エンジン始動時において、排気ガスを高温状態に保持す
るものとして、例えば、２重パイプ構造の排気管が提案
されている。

【０００４】図４に示すように、排気管２０がエンジン
のシリンダブロック２１にフランジ部２２を介して連結
されている。その排気管２０は排気ガスが流れる内側パ
イプ２３とその内側パイプ２３の外周に一定の隙間２４
を介して設けられた外側パイプ２５とから構成されてい
る。排気管２０の下流位置には排気管２０に固着された
フランジ部２６を介して触媒２７が設けられており、内
側パイプ２３内を流れる排気ガスを浄化するようになっ
ている。

【０００５】エンジンのシリンダブロック２１内で燃焼
した燃料は、排気ガスとなって排気管２０に送り込まれ
る。排気管２０内の排気ガスは、内側パイプ２３、外側
パイプ２５とその両パイプ２３、２５間に設けられた隙
間２４の３層による断熱作用によって放熱が抑制され
る。その結果、排気ガスは高温状態を保持したまま触媒
２７に送り込まれ、排気ガスの浄化が効率的に行われ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、内側パイプ
２３と外側パイプ２５、更には、両パイプ２３、２５の
隙間２４といった３層を形成した排気管２０では、断熱
効果が非常に高いため、エンジンが中、高回転領域で長
い時間使用された場合、内側パイプ２３を通過する排気
ガスの放熱を行うことができず、排気温度が過剰に高く
なってしまう。そのため、排気管２０の近傍に位置する
各部品は排気温度の上昇による熱変形によって劣化し易
くなる。その結果、触媒２７と排気管２０との間に介在
されているガスケット等のシール性が損なわれたり、シ
リンダブロック１内の例えば、エキゾーストバルブ等の
摩耗が促進されることになる。

【０００７】そこで、エンジンの中、高回転領域におけ
る排気管２０内を流れる排気ガス温度の低下を図るため
に、例えば、燃料を多く噴射することによって空燃比を
下げる、燃料冷却があるが、燃料消費量の増加によって
燃費が悪化してしまう問題がある。

【０００８】又、この問題を解決するものとして、実開
平３−４９３１２号公報に触媒に送り込まれる排気ガス
の温度を調整するエンジンの排気管装置が開示されてい
る。この装置では、エンジンの低回転域で触媒の温度が
低いとき、排気ガスは主排気管だけに流れることで放熱
が抑えられる。又、エンジンの中回転域、高回転域で触
媒の温度が高いときには、排気ガスは主排気管だけでな
くバイパス排気管にも流れるようになっており、放熱促
進により排気ガスの温度低下を図っている。

【０００９】しかしながら、上述の排気管装置では、主
排気管とバイパス排気管との二つの排気管を設ける必要
があり、配置スペースを余分に確保する必要がある。
又、各排気管の開放及び閉鎖に開閉弁を用いているの
で、排気管内の構造が複雑になってしまうという問題が
ある。

【００１０】本発明は上記問題点を解決するためになさ
れたものであって、その目的はエンジンと触媒の間に設
けられた排気管の内部において、排気ガス温度の調節を
容易に行うことができるエンジンの排気管を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項１記載の発明は、内部に排気ガスが流れる
内側パイプと、前記内側パイプの外側に配設された外側
パイプと、前記内側パイプと前記外側パイプとの間に形
成された空間部とからなる二重パイプ構造を有した排気
管であって、前記排気ガスの熱で、前記内側パイプの外
周面が前記外側パイプの内周面に接触するように、前記
内側パイプの熱膨張率を前記外側パイプの熱膨張率に対
して大きくしたことをその要旨とする。

【００１２】請求項２記載の発明は、前記内側パイプの
一端を前記外側パイプに対して固定し、他端を自由端と
すると共に、その自由端部付近において、前記内側パイ
プと前記外側パイプの少なくとも一方にシール機構を備
えたことをその要旨とする。

【００１３】請求項３記載の発明は、前記内側パイプの
両端部を前記外側パイプに対して固定し、前記内側パイ
プに熱膨張吸収部を形成したことをその要旨とする。

【００１４】

【作用】上記構成を採用したことにより、請求項１に記
載の発明は、外側パイプに対する内側パイプの熱膨張率
を大きくすることによって生じる排気ガス温度の上昇に
伴う熱応力差を利用して、内側パイプを外側パイプに対
して大きく膨張させる。そして、内側パイプの外周面と
外側パイプの内周面とを接触させることにより、２重パ
イプ構造の断熱効果を低減させ、排気ガスの放熱を促進
する。

【００１５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明の作用に加えて、内側パイプの熱膨張による軸方
向の伸長を、内側パイプの一端を自由端とすることによ
って吸収する。又、自由端部付近にシール機構を設けた
ことにより、内側パイプの熱膨張による軸方向の伸長を
吸収するときに、内側パイプと外側パイプとの間に形成
された空間部内への排気ガスの混入を防止する。

【００１６】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明の作用に加えて、内側パイプの熱膨張による軸方
向の伸長を、内側パイプに形成した熱膨張吸収部におい
て吸収する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図１に
基づいて説明する。図１に示すように、エンジン（図示
しない）のシリンダブロック１と排気ガスの清浄化を図
る触媒２との間には排気ガスを案内するための排気管３
が設けられている。その排気管３は排気ガスが流れる内
側パイプ４と同パイプ４の外周を覆う外側パイプ５とか
ら形成されており、両パイプ４、５は共に同じ板厚を有
している。内側パイプ４と外側パイプ５との間には、若
干の隙間を設けることによって空間部６が形成されてお
り、各パイプ４、５と空間部６の３層構造によって断熱
効果を得ている。

【００１８】外側パイプ５は上流方向に対して拡開する
テーパ形状を有しており、その拡開した上流側の外周面
には、エンジンのシリンダブロック１と連結させるため
のフランジ部７が溶接により固着されている。そのフラ
ンジ部７は下流側と上流側で段差部を介して径を異にす
る開口部が設けられており、シリンダブロック１の壁面
８とフランジ部７の段差壁面９とで溝部１０を構成して
いる。又、フランジ部７は図示しないボルト挿通孔が透
設され、同ボルト挿通孔へボルトを挿通し、そのボルト
をシリンダブロック１に締付固定することによって、外
側パイプ５がシリンダブロック１に対して取り付け固定
されるようになっている。更に、下流側の開口部の外周
面には、排気ガスの清浄化を図るための触媒２と連結さ
せるためのフランジ部１１が溶接により固着されてい
る。フランジ部１１にもフランジ部７と同様に、図示し
ないボルト挿通孔が透設されており、ボルトを触媒２に
締付固定することによって、外側パイプ５が触媒２に対
して取り付け固定されるようになっている。そのとき、
触媒２とフランジ部１１の間には、ガスケット１２が設
けられ、触媒２とフランジ部１１とに押圧されることで
シーリングを行うようになっている。

【００１９】一方、内側パイプ４は全長にわたってほぼ
同等の口径を有している。従って、上流側に向かって拡
開するテーパ状を有した外側パイプ５との間に形成され
た空間部６は上流側に向かって拡大するようになってい
る。内側パイプ４の下流側は外側パイプ５に密嵌するよ
うにして、内側パイプ４の外周面と外側パイプ５の内周
面とが溶接され、固定端となっている。又、内側パイプ
４の上流側は自由端となっており、フランジ部７の溝部
１０に向かってシリンダブロック１の壁面８に沿うよう
に折り曲げられている。

【００２０】更に、内側パイプ４には図に示すように、
フランジ部７の段差壁面９に当接するようにシール機構
としての環状の突条１３が一体的に形成されている。突
条１３は、フランジ部７とシリンダブロック１からの押
圧力によってシーリングを行っており、排気ガスが空間
部６内に進入するのを防止している。

【００２１】さて、外側パイプ５の材質には、加工が容
易な鋳鉄（炭素鋼）が用いられている。又、内側パイプ
４の材質には、外側パイプ５に対して熱膨張率の大きい
ステンレス鋼が用いられており、耐蝕性と耐熱性を有し
ている。

【００２２】次に、上記構成のエンジンの排気管３の作
用について説明する。エンジンの運転が開始されるとシ
リンダブロック１から排気ガスは排出され、排気管３へ
と導かれる。排気ガスが流れる内側パイプ４の温度は、
エンジンの運転開始直後では低いため熱膨張は小さく保
たれ、変形度は小さい。そのため、排気ガスの温度は排
気管３の内側パイプ４と外側パイプ５とその両パイプ
４、５間の空間部６の３層構造によって放熱が抑えら
れ、触媒２が効率的に機能する温度領域（活性化温度領
域）に保たれる。

【００２３】エンジンの負荷状態が続くと排気管３から
の放熱が２重パイプ構造の断熱作用によって抑えられて
いるので排気ガスの温度は上昇し始める。そして、排気
ガスの温度上昇に伴って内側パイプ４の温度も上昇し始
め、内側パイプ４には大きな熱応力が発生することにな
る。このとき、内側パイプ４はその径方向と軸方向に拡
大するように熱膨張を行うことになる。

【００２４】内側パイプ４が熱膨張により軸方向に延び
始めると内側パイプ４の下流側は固定端として外側パイ
プ５に固着されているため、上流側に向かって伸長する
ようになる。内側パイプ４の上流側は外側パイプ５の方
向に折り曲げられているため、内側パイプ４はシリンダ
ブロック１の壁面８に沿ってフランジ部７の溝部１０に
伸長する。このとき、突条１３は内側パイプ４が伸長し
ても、フランジ部７とシリンダブロック１の壁面８との
間で押圧されているため、シール機能が損なわれること
はない。そのため、外側パイプ５と内側パイプ４の間の
空間部６には、排気ガスが混入することはなく、排気ガ
ス中に含まれるＨＣ等の微粒子が堆積することもない。

【００２５】軸方向と同様に、内側パイプ４が熱膨張に
より径方向に拡大し始めるとテーパ状を有した外側パイ
プ５によって形成された空間部６は徐々に小さくなり、
最終的に内側パイプ４は外側パイプ５と接触するように
なる。排気管３内部の熱は内側パイプ４と外側パイプ５
との間の空間部６がなくなることで、熱伝導率が大きく
なり、外部に放出されやすくなる。その結果、内側パイ
プ４内を流れている排気ガスの温度は、断熱作用が低下
した排気管３によって、放熱が促進されることになり、
過剰な温度上昇が抑制される。

【００２６】以上詳述したように、本実施例のエンジン
の排気管３によれば、内側パイプ４の熱膨張を外側パイ
プ５に対して大きくすると共に、内側パイプ４の一端を
自由端としたことにより、熱膨張による径方向の拡大を
促進させると共に、軸方向の延びを吸収することができ
る。その結果、エンジンの負荷運転時に内側パイプ４の
外周面と外側パイプ５の内周面とを接触させることがで
き、排気ガスの放熱性を変化させることができる。従っ
て、エンジン始動時には、テーパ状に形成された外側パ
イプ５と内側パイプ４とその両パイプ４、５間の空間部
６との３層構造によって断熱効果を得ることで触媒２の
活性化温度領域に排気ガスの温度を保持することができ
る。又、エンジンの負荷運転時には、外側パイプ５と内
側パイプ４との２層構造によって断熱効果を低下させる
ことで過剰な排気ガス温度の上昇を抑えることができ
る。

【００２７】その結果、触媒２と排気管３との間で押圧
されているガスケット１２のシール性の劣化や、シリン
ダブロック１内のエキゾーストバルブの摩耗を防止する
ことができる。更に、内側パイプ４と外側パイプ５が接
触することで、各パイプ４、５の振動を抑止することが
でき、騒音の低減を図ることができる。

【００２８】又、外側パイプ５を上流側に向かって拡開
するテーパ形状としたので、内側パイプ４と外側パイプ
５の接触面積を容易に増大することができ、より一層、
放熱効果を促進することができる。

【００２９】尚、本発明は上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例えば次のよ
うに構成することもできる。 （１） 上記実施例では、内側パイプ４と外側パイプ５
の板厚を同厚にしたが、内側パイプ４の板厚の方が外側
パイプ５の板厚に対して厚くてもよく、反対に外側パイ
プ５の板厚の方が内側パイプ４の板厚に対して厚くても
よい。このように、内側パイプ４と外側パイプ５を異な
った板厚に形成することにより、各パイプの共振点をず
らすことができ、エンジン又は排気ガスから伝達される
振動等の騒音をより一層低減することができる。又、各
パイプは全長にわたって同厚を保持する必要はなく、例
えば、湾曲部等を有する排気管の場合、その湾曲部にお
いて板厚が厚くなってもよい。

【００３０】（２） 上記実施例では、外側パイプ５の
材質に鋳鉄（炭素鋼）を使用し、内側パイプ４の材質に
ステンレス鋼を使用したが、例えば、外側パイプ５にも
耐蝕性と耐熱性が要求される場合には、外側パイプ５の
材質にフェライトステンレス鋼を使用し、内側パイプ４
の材質にオーステナイトステンレス鋼を使用してもよ
い。又、外側パイプ５の材質にねずみ鋳鉄、内側パイプ
４の材質に黄銅（Ｃｕ−Ｚｎ）等の合金を使用してもよ
い。要は外側パイプ５に使用される材質の熱膨張に対し
て内側パイプ４に使用される材質の熱膨張の方が大きく
設定されていればよい。

【００３１】又、各パイプ４、５においては、全てにわ
たって同じ材質である必要はなく、異なった材質を接続
することにより、一つのパイプを構成してもよい。この
場合も前述同様、外側パイプ５の熱膨張に対して内側パ
イプ４の熱膨張の方が大きく設定されていればよい。

【００３２】（３） 上記実施例では、シール機構とし
て環状の突条１３を内側パイプ４に設けたが、図２に示
すように、外側パイプ５に環状の突条１４を設けてもよ
い。又、突条１３、１４の先端部に耐熱性及び耐蝕性の
強いモリブデンを溶射すれば、内側パイプ４の伸長によ
って生じる段差壁面９と突条１３との摩擦による摩耗
や、内側パイプ４の外周面と突条１４との摩擦による摩
耗を軽減することができ、シーリングを強化することが
できる。この場合、モリブデンを突条１３、１４の先端
部に溶射せずに、突条１３、１４の先端部に対応する当
接面に容射してもよい。

【００３３】（４） 上記実施例では、内側パイプ４の
自由端をシリンダブロック１側において構成したが、触
媒２側において構成してもよい。 （５） 上記実施例では、１気筒のエンジンのシリンダ
ブロック１と排気ガスの清浄化を図る触媒２との間に介
在されている排気管３において詳述したが、本発明の２
重パイプを２気筒以上のエンジンのエキゾーストマニホ
ールドに転用してもよい。又、エキゾーストマニホール
ドと触媒２との接続を行うフロントパイプに転用しても
よい。

【００３４】（６） 上記実施例では、内側パイプ４の
一端を自由端にすることで、内側パイプの熱膨張による
軸方向の伸長を吸収したが、図３に示すように、内側パ
イプ４の両端部を拡径に形成して外側パイプ５に固着す
ると共に、内側パイプ４に熱膨張吸収部としての蛇腹部
１５を形成し、内側パイプ４の熱膨張による軸方向の伸
長を、蛇腹部１５の収縮によって吸収してもよい。尚、
シリンダブロック１とフランジ部１６との間には、ガス
ケット１７が設けられ、シリンダブロック１とフランジ
部１６とに押圧されることでシーリングを行うようにな
っている。この場合、内側パイプ４と外側パイプ５との
間にシール機構を設ける必要がないため、排気管３の取
り付け、取り外しを容易に行うことができる。又、フラ
ンジ部１６を特別に成形する必要がないため、製造コス
トを低減することができる。尚、上記実施例と同一の構
成については同一の符号を付して説明を省略する。

【００３５】（７） 上記実施例では、内側パイプ４と
外側パイプ５との固定部及び外側パイプ５と各フランジ
部７、１１との固定部を溶接することにより、固定又
は、固着したが、これに限定されるものではなく、例え
ば、ボルト等を用いて固定してもよい。

【００３６】（８） 上記実施例では、外側パイプ５を
上流側に向かって拡開するテーパ状に形成したが、内側
パイプ４を下流側に向かって拡開するテーパ状としても
よい。又、両パイプ４、５ともテーパ状に形成せずに内
側パイプ４の固定端に拡径部を設けて外側パイプ５に密
嵌してもよい。同様に内側パイプ４の固定端において、
外側パイプ５に縮径部を設けて内側パイプ４を密嵌して
もよい。別例（６）の場合では、外側パイプ５の両端部
を縮径に形成することにより、内側パイプ４を密嵌して
もよい。

【００３７】（９） 上記実施例では、内側パイプ４と
外側パイプ５とを接触させるために、内側パイプ４の熱
膨張率を外側パイプ５の熱膨張率に対して大きくした
が、これに限定されるものではなく、例えば、内側パイ
プを形状記憶合金により形成することにより、内側パイ
プと外側パイプとを接触させてもよい。この場合、内側
パイプを所定温度Ｔ以上では形状記憶効果により膨張形
状を維持し、所定温度Ｔ未満では形状記憶効果により収
縮形状を回復するように設定しておく。内側パイプの温
度は、エンジンの使用状態によって変化する。エンジン
始動時では、内側パイプの温度は低いため、内側パイプ
は形状記憶効果によって収縮形状を保ち、断熱効果の高
い３層構造を維持する。エンジンの負荷状態が続くと内
側パイプの温度が高くなり、内側パイプは形状記憶効果
によって膨張形状に変形し、放熱効果の高い２層構造に
なる。

【００３８】従って、内側パイプを形状記憶合金により
形成することによっても、上記実施例と同様の効果を得
ることができる。更に、内側パイプに記憶させる形状に
よって、内側パイプと外側パイプが接触するときの接触
面積を変化させることができ、排気ガスの放熱率を効率
的に設定することができる。

【００３９】上記実施例及び別例から把握できる請求項
に記載された発明以外の技術思想について、以下にその
効果とともに記載する。内側パイプと外側パイプと前記
内側パイプと前記外側パイプとの間に形成された空間部
とからなる二重パイプ構造を有した排気管であって、前
記内側パイプの外周面と前記外側パイプの内周面とを接
触可能にすべく、前記内側パイプを形状記憶合金にて形
成したことを特徴とするエンジンの排気管。

【００４０】以上のように構成すれば、放熱時期を適宜
に選択することができ、排気ガス温度の調整を容易に行
うことができる。

【００４１】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１記載の発明
によれば、エンジンと触媒の間に設けられた排気管の内
部において、排気ガス温度の調節を容易に行うことがで
きるという優れた効果を奏する。

【００４２】又、請求項２記載の発明によれば、請求項
１記載の発明の効果に加えて、内側パイプの一端を自由
端にしたことにより、熱膨張による軸方向の伸長を容易
に吸収できると共に、前記自由端近傍にシール機構を設
けたことにより、空間部への排気ガスの混入を防止する
ことができるという優れた効果を奏する。

【００４３】又、請求項３記載の発明によれば、請求項
１記載の発明の効果に加えて、熱膨張吸収部を内側パイ
プに形成したことにより、熱膨張による軸方向の伸長を
容易に吸収できると共に、製造が容易にできるという優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を具体化した一実施例の排気管を示す略
断面図である。

【図２】別例における排気管を示す要部略断面図であ
る。

【図３】別例における排気管を示す略断面図である。

【図４】従来技術において排気管を示す略断面図であ
る。

【符号の説明】

３…排気管、４…内側パイプ、５…外側パイプ、６…空
間部、１３，１４…シール機構としての環状の突条、１
５…熱膨張吸収部としての蛇腹部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に排気ガスが流れる内側パイプと、
   前記内側パイプの外側に配設された外側パイプと、前記
   内側パイプと前記外側パイプとの間に形成された空間部
   とからなる二重パイプ構造を有した排気管であって、前
   記排気ガスの熱で、前記内側パイプの外周面が前記外側
   パイプの内周面に接触するように、前記内側パイプの熱
   膨張率を前記外側パイプの熱膨張率に対して大きくした
   ことを特徴とするエンジンの排気管。
2. 【請求項２】 前記内側パイプの一端を前記外側パイプ
   に対して固定し、他端を自由端とすると共に、前記自由
   端部付近において、前記内側パイプと前記外側パイプの
   少なくとも一方にシール機構を備えたことを特徴とする
   請求項１に記載のエンジンの排気管。
3. 【請求項３】 前記内側パイプの両端部を前記外側パイ
   プに対して固定し、前記内側パイプに熱膨張吸収部を形
   成したことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排
   気管。