JPH07279657A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 排気浄化装置の昇温が早く，かつ過熱を抑制
することができ，簡素な構造を有する内燃機関の排気装
置の提供。 【構成】 排気管１０，１１と，排気浄化装置２０とを
有する内燃機関３の排気装置１である。排気浄化装置２
０の上流の排気管１０は，内管１２と，内管１２より熱
膨張係数の小さい外管１３を有し，排気温度が低いとき
内管と外管との間には空隙部が形成されている。排気温
度が高くなったとき，内管１２と外管１３とがほぼ密着
状態となるように熱膨張係数の差に対し管径を設定する
ことが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は，排気浄化装置を有する
内燃機関の排気装置に関する。

【０００２】

【従来技術】自動車用エンジンの排気ガスを浄化するた
め，触媒コンバータを担持した排気浄化装置が排気通路
中に挿入される。上記触媒コンバータは，排気の熱によ
って昇温し活性化する触媒である。上記排気浄化装置
は，エンジンの始動直後から触媒コンバータの温度を迅
速に立上げると共に，高温の排気ガスに対して熱劣化や
破壊などを生じないようにすることが重要な課題であ
り，これに対して様々な提案がなされている。

【０００３】例えば，高温の排気が排気浄化装置に加わ
らないようにするため，排気通路にバイパス通路を設
け，排気が異常高温になったとき切換弁を操作し，排気
をバイパスさせる方法が提案されている（特開昭５５−
２９０１８号公報参照）。また，排気管を内管と外管の
二重構造にし，排気が高温となったとき外側の管路に別
の空気源から二次空気を流入させ排気管を冷却する方法
が提案されている（特開昭５０−４２２０９号公報参
照）。

【０００４】また，触媒コンバータを担持する排気浄化
装置自体については，熱的な変動サイクルに耐えられる
ようにするため，排気浄化装置のカバーを内外二重構造
にし，熱収縮に耐えるようにする方法が提案されている
（特開平４−５０１７５３号公報参照）。

【０００５】また，セラミックハニカムを用いた排気浄
化装置の破損を防止するため，セラミックハニカムを二
重の金属環状体により支持し，内側の金属環状体の熱膨
張率を外側の金属環状体より小さくし，降温時にセラミ
ックハニカムを破壊しないようにする方法が提案されて
いる（特開平１−１２１５０６号公報参照）。

【０００６】

【解決しようとする課題】しかしながら，排気のバイパ
ス通路を設ける上記第１の方法（特開昭５５−２９０１
８号公報）には，次のような問題点がある。第１の問題
点は，この方法によれば，排気が高温のときバイパス通
路を用いて排気浄化装置の過熱を防止することができる
が，エンジン始動直後の排気浄化装置の立上がりが遅れ
ることである。

【０００７】即ち，排気浄化装置の上流に，熱容量の大
きい排気のバイパス通路や切換弁を配置するから，これ
らに熱が奪われて排気の熱が触媒コンバータに有効に作
用せず，排気浄化装置の立上がりが遅れる。第２の問題
点は，排気のバイパス通路，切換弁，及びこれらの制御
装置等が必要となり排気装置を複雑かつ大形化し，コス
トが高いという問題がある。

【０００８】また，前記第２の方法（特開昭５０−４２
２０９号公報）についても，排気管を二重にしたうえ二
次空気源を必要とすると共に，弁部材や制御装置も必要
であり，同様に構造が複雑でコストが高いという問題が
ある。本発明は，かかる従来の問題点に鑑み，排気浄化
装置の昇温が早くまた過熱による不具合を抑制すること
ができると共に，構造が簡素な内燃機関の排気装置を提
供しようとするものである。

【０００９】

【課題の解決手段】本発明は，排気管と，該排気管に装
着した排気浄化装置とを有する内燃機関の排気装置であ
って，少なくとも排気浄化装置の上流に位置する排気管
は，内側に配置された内管と，該内管の外側に配置され
内管よりも熱膨張係数の小さい外管とを有しており，排
気の温度が低いときには上記内管と外管との間に空隙部
が形成されていることを特徴とする内燃機関の排気装置
にある。

【００１０】本発明において最も注目すべきことは，排
気浄化装置の上流に位置する排気管が内管と外管とを有
しており，外管の熱膨張係数が内管より小さく，また排
気の温度が低いとき内管と外管との間には空隙部が形成
されていることである。

【００１１】なお，排気が高温となった場合に，上記内
管と外管とがほぼ密着状態となるように内外両管の熱膨
張係数の差に対し，管径を設定することが好ましい。排
気の高温時に内管と外管が密着状態になると，熱伝導が
良好となり排気の熱が外管から放出され易くなり，その
結果，排気浄化装置の温度上昇を抑制することができる
からである。

【００１２】上記内管と外管の間の空隙部は，通常は周
囲の空気によって満たされるが，空気より熱伝導率の小
さい流体で満たすこともできる。空気より熱伝導率の低
い流体によって空隙部を満たせば，空隙部の存在する排
気温度が低いときにおいて，排気管（外管）からの放熱
が一段と抑制され，その結果排気浄化装置の昇温をより
早くすることが可能となるからである。

【００１３】

【作用及び効果】本発明においては，排気管は内管と外
管とを有しており，排気の温度が低いときには，内管と
外管との間に空隙部が形成される。その結果，空隙部内
の空気が内管と外管との間の熱流を抑制し，外管から排
気の熱が放出されるのを防止する。そのため，排気の熱
は排気浄化装置を加熱するのに有効に利用され，触媒コ
ンバータの昇温を早期化することができる。

【００１４】そして，排気の温度が高くなるにつれて，
上記空隙の大きさは漸減する。なぜならば，内管の熱膨
張係数は外管の熱膨張係数より大きいから，内管は外管
よりも大きく膨張し両者の間の空隙は減少するからであ
る。その結果，内管と外管の間の空隙の熱抵抗が減少
し，排気が高温になるに従って排気の熱は外管から多く
放出されるようになる。そして，排気浄化装置の温度上
昇は抑制され，排気浄化装置の熱劣化や熱破壊が抑制さ
れる。

【００１５】また，本発明は排気を内管と外管との二重
構造とすることにより実現されるから，構造が極めて簡
単でありまた複雑な制御を必要とせず，従来の方法に比
べて極めて安価である。上記のように，本発明によれ
ば，排気浄化装置の立上がりが速くまた過熱による不具
合を抑制することができると共に，構造が極めて簡素な
内燃機関の排気装置を提供することができる。

【００１６】

【実施例】

実施例１ 本発明の実施例にかかる内燃機関の排気装置につき，図
１〜図５を用いて説明する。本例は，図１に示すよう
に，排気管１０，１１と，排気管１０，１１に装着した
排気浄化装置２０とを有する内燃機関３の排気装置１で
ある。

【００１７】排気浄化装置２０の上流に位置する排気管
１０は，図２，図３に示すように，内側に配置された内
管１２と，内管１２の外側に配置され内管１２よりも熱
膨張係数の小さい外管１３とを有しており，排気８の温
度が低いときには内管１２と外管１３との間には空隙部
１４が形成されている。そして，排気８が高温となった
場合には，図４に示すように，内管１２と外管１３とが
ほぼ密着状態となるように両管１２，１３の熱膨張係数
の差を設定してある。

【００１８】以下それぞれについて詳説する。本例の内
燃機関３は，自動車のエンジンである。図１に示すよう
に，内燃機関３のイグゾースト・マニホールド３１に排
気管１０が連結され，排気管１０の下流には触媒コンバ
ータを担持した排気浄化装置２０が接続されている。

【００１９】排気管１０は，図２に示すように，上流端
と下流端にフランジ１０１，１０２が設けられ，両フラ
ンジ１０１，１０２の間に内管１２と外管１３が取付け
られ，常温では両管１２，１３の間に空隙部１４が存在
する。即ち，図３に示すように，常温では内管１２の外
径ｒ₂ と外管１３の内径ｒ₁との間にはΔｒの厚さの空
気層からなる空隙部１４が形成される（Δｒ＝ｒ₁ −ｒ
₂ ）。

【００２０】一方，排気８の温度が約６００℃以上にな
ると，内管１２の熱膨張係数が外管１３より大きいた
め，図４に示すように，空隙部はほぼ消失し，両管１
２，１３は密着する。即ち，外管１３は，耐熱性と耐酸
化性に優れると共に，図５の符号６０１で示す線膨張係
数を有するＳＵＳ４３０によって形成されており，一
方，内管１２は，耐熱性と耐酸性に優れ，図５の符号６
０４で示す線膨張係数を有するＳＵＳ−３１０によって
形成されている。

【００２１】そして，常温（約２５℃）において，外管
１３の内径は約６０．２ｍｍφ，内管１２の外径ｒ₂ は
約６０．０ｍｍφであり，空隙部１４の厚さΔｒは約
０．１ｍｍである。しかしながら，排気８の温度が約６
００℃になると，空隙部１４はほぼゼロとなる。なお，
図５において，符号６０２は，ＳＵＳ４１０，符号６０
３はＲ２０−５５Ｒ，符号６０５はＳＵＳ３０４のそれ
ぞれの線膨張係数を示す。

【００２２】次に，本例の排気装置１の作用効果につい
て述べる。排気８の温度が低い場合には，図２，図３に
示すように，排気管１０には空気層からなる空隙部１４
が存在し，空隙部１４の断熱作用により排気８の保有熱
量は下流の排気浄化装置２０に有効に伝達される。その
結果，触媒コンバータは早期に活性化温度（三元触媒で
は約３００〜３５０℃）まで上昇し，エンジンの低温時
に大量に排出されるＨＣやＣＯを浄化することができ
る。

【００２３】一方，排気８の温度が約６００℃に達する
と，図４に示すように，空隙部１４は消失し，内管１２
と外管１３とがほぼ密着して排気８の熱放散を促進す
る。その結果，触媒コンバータの過熱を抑制し過熱によ
る熱劣化を抑制することができる。

【００２４】また，本例の上記効果は，排気浄化装置２
０の上流の排気管１０を内外二重構造とすることにより
得られるものであり，その構造は極めて簡素である。上
記のように，本例によれば，排気浄化装置２０の昇温が
早く，また排気浄化装置２０の過熱による不具合を抑制
することができると共に，構造が極めて簡素な内燃機関
３の排気装置１を得ることができる。

【００２５】実施例２ 本例は，図６に示すように，排気管１０の内管１２を円
形断面の筒体とし，外管１５を楕円形の断面を有する筒
体としたもう１つの実施例である。常温時においては，
図６に示すように，内管１２と外管１５との間に空隙部
１６が存在するが，空隙部１６の幅は均一ではない。

【００２６】そして，排気８が高温になると内管１２が
より多く膨張し，内管１２は初めに外管１５の短径部１
５１に接するようになり，外管１５を円形に変形させな
がら接触面積を徐々に拡大する。その他については実施
例１と同様であり，同様の効果を得ることができる。

【００２７】実施例３ 本例は，図７に示すように，排気管１０の外管１７の径
を可調整としたもう１つの実施例である。外管１７は，
２分割されており，調整ネジ１７１を操作することによ
り，外径を調整することができる。それによって，内管
１２との間の空隙部１８の幅を調整することができる。
その他については，実施例１と同様である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の排気装置のシステム構成図。

【図２】実施例１の排気管の正面断面図。

【図３】図２のＡ−Ａ矢視線断面図（排気の低温時）。

【図４】排気が高温のときの図２のＡ−Ａ矢視線断面
図。

【図５】代表的なステンレス材料の線膨張係数の特性
図。

【図６】実施例２の排気管の断面図。

【図７】実施例３の排気管の断面図。

【符号の説明】

１．．．排気装置， １０，１１．．．排気管， １２．．．内管， １３．．．外管， ２０．．．排気浄化装置， ３．．．内燃機関，

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鳥谷尾 哲也 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気管と，該排気管に装着した排気浄化
   装置とを有する内燃機関の排気装置であって，少なくと
   も排気浄化装置の上流に位置する排気管は，内側に配置
   された内管と，該内管の外側に配置され内管よりも熱膨
   張係数の小さい外管とを有しており，排気の温度が低い
   ときには上記内管と外管との間に空隙部が形成されてい
   ることを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 【請求項２】 請求項１において，排気が高温となった
   場合には，上記内管と外管とがほぼ密着状態となるよう
   に内外両管の熱膨張係数の差を設定してあることを特徴
   とする内燃機関の排気装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２において，上記内
   管と外管との空隙部は空気または，空気より熱伝導率の
   小さい流体によって満たされていることを特徴とする内
   燃機関の排気装置。