JPH09264128A - 流路分割パイプ、その曲げ方法及び２重管型排気パイプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 設置スペースが小さいにもかかわらず排気干
渉による出力低下を防止することのできる排気管を提供
すること。 【解決手段】 エキゾーストマニホルドと触媒コンバー
タとを接続するフロントパイプ５は、外側パイプ７と内
側パイプ１０から成り、外側パイプ７は内側パイプ１０
と所定のクリアランスをもって内側パイプ１０の外周を
取り囲むように配置されている。内側パイプ１０は、２
つの排気ガス流路１１、１２を備えた流路分割パイプで
あり、内部には排気ガス流路を２つ形成する断面略Ｚ状
の仕切り板１３を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両エンジンの下
流側に接続される流路分割パイプ、その曲げ方法、及び
２重管型排気パイプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、多気筒エンジンに取り付けられた
エキゾーストマニホルドと排気ガスを浄化するための触
媒コンバータを接続するフロントパイプにつき、例えば
２本のパイプを並んで設けた構造のものが知られてい
る。かかる構成によれば、２本のパイプにより排気ガス
流路は２経路形成されるため、エンジンの各気筒間の排
気干渉による出力低下を防止することができるという効
果が得られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２本の
パイプを用いて分岐した場合には、その設置スペースが
大きすぎるという問題があった。本発明は、上記課題に
鑑みなされたものであり、設置スペースが小さいにもか
かわらず排気干渉による出力低下を防止することのでき
る排気管、その製法及びその排気管を利用した二重管を
提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段、及び発明の効果】上記課
題を解決するため、請求項１記載の流路分割パイプは、
車両エンジンの下流側に接続されるパイプと、該パイプ
内の排気ガス流路を２つ形成するように前記パイプに溶
接された仕切り板とを備えたことを特徴とする。

【０００５】この流路分割パイプは、溶接された仕切り
板により、パイプの内部を２分割して排気ガス流路を２
つ形成したものである。各排気ガス流路は仕切り板が溶
接されているため気密性が高く、各排気ガス流路を流通
する排気ガスが干渉し合うことがない。この流路分割パ
イプによれば、複数のパイプを並設した場合に比べて設
置スペースが小さく、しかも排気干渉による出力低下を
十分に防止することができるという効果が得られる。更
に、２つの排気ガス流路が互いに隣接しているため、排
気ガス温を高く保持でき、触媒コンバータの性能低下を
抑えることができる。

【０００６】請求項２記載の流路分割パイプは、車両エ
ンジンの下流側に接続されるパイプと、両端に設けたフ
ランジ部にて前記パイプの内面に溶接され、前記パイプ
内の排気ガス流路を２つ形成する仕切り板とを備え、前
記仕切り板は、前記フランジ部が前記パイプの内面と当
接する手前で所定の曲率半径をもって湾曲された湾曲部
を備えたことを特徴とする。

【０００７】この流路分割パイプの内部に配設された仕
切り板は、エンジン回転中は排気ガスによって高温化さ
れて熱膨張する。このとき、仕切り板はパイプに比して
より高温となるため、熱膨張による伸長の度合も大き
い。ここで、仕切り板のうちパイプ内面と当接している
フランジ部は、湾曲部が存在しないとすれば、フランジ
部は略鋭角に折り曲げられて形成されることになるが、
この場合には熱膨張による応力が主としてその折曲げ箇
所に加わることになるため、耐久性が十分でないという
問題があった。これに対して、請求項２に記載したよう
に、フランジ部がパイプ内面と当接する手前に所定の曲
率半径をもつ湾曲部を設けた場合には、熱膨張したとし
ても主としてこの湾曲部が湾曲形状を保ったまま伸長す
るため、１点に熱応力が集中する場合に比べて十分な耐
久性が得られる。また、エンジン回転中は排気ガスによ
って高温に曝され、エンジン停止後は低温化されるが、
この繰り返しに対しても湾曲部の存在により十分な耐久
性が得られる。従って、この流路分割パイプによれば、
請求項１記載の効果に加えて、湾曲部の存在により耐熱
耐久性が向上するという効果が得られる。

【０００８】ここで、請求項３に記載したように、湾曲
部の曲率半径が仕切り板の板厚以上であることが、湾曲
部の伸縮幅を十分に確保するうえで、好ましい（特に、
仕切り板の板厚の１．５倍以上であることが好まし
い）。また、請求項４に記載したように、フランジ部
は、湾曲部との境界位置からオフセットした位置でパイ
プの内面と溶接されていることが好ましい。この場合、
湾曲部のみならずフランジ部もオフセットした分だけ伸
縮可能となるため、より伸縮幅が大きくなり、耐久性が
一層向上する。

【０００９】更に、請求項５に記載したように、フラン
ジ部とパイプの内面とはレーザ溶接されていることが好
ましい。この場合、溶接によるビードを細くすることが
できるため、この流路分割パイプを曲げるときに溶接し
た部分が破損しにくいという効果が得られる。

【００１０】請求項６記載の流路分割パイプの曲げ方法
は、ストレート状の請求項１〜５のいずれかに記載の流
路分割パイプの内部に粒状物（粒径の好ましい範囲は
１．０ｍｍ以下、特に０．１〜１．０ｍｍのもの）を充
填した後、該流路分割パイプを所定角度に曲げることを
特徴とする。

【００１１】流路分割パイプは、通常、所定角度（例え
ば、約９０゜）に曲げた状態で車に搭載するのである
が、ストレート状の流路分割パイプをそのまま曲げる
と、曲げ部分の内側は収縮することによりシワが発生
し、曲げ部分の外側は伸長することにより変形するとい
う問題があった。

【００１２】かかる問題を解消するため、当初、ストレ
ート状の流路分割パイプの内部に水を入れ、これを凍ら
せた後、曲げ加工を行うという曲げ方法を採用した。し
かし、この場合には曲げ部分の内側・外側の変形を抑え
ることができるものの、仕切り板の溶接箇所が割れると
いう問題（以下「溶接割れ」という）が生じた。かかる
溶接割れが発生すると、仕切り板により２分割された排
気ガス流路はその割れた部分から干渉し合うおそれがあ
る。このため、溶接割れが生じない曲げ方法の開発が要
求された。

【００１３】この点に鑑み、水を凍らせた後、曲げ加工
を行う際の温度制御を精密に行えば、溶接割れの問題が
解消されることが判明した。しかし、温度制御を精密に
行うことは困難である上コストが嵩むという問題があっ
た。そこで、水の代わりに粒状物、粒径の好ましい範囲
は１．０ｍｍ以下、特に０．１〜１．０ｍｍのもの、を
充填して曲げ加工したところ、曲げ部分の内側や外側が
変形を抑えつつしかも溶接割れを起こすことなく容易に
所定角度に曲げることができた。この粒状物としては、
例えば鉄を主成分とする鋼球を用いることができる。

【００１４】請求項７記載の２重管型排気パイプは、請
求項１〜５のいずれかに記載の流路分割パイプと、前記
流路分割パイプの外側を取り囲むように配置された外側
パイプとを備えたことを特徴とする。この２重管型排気
パイプによれば、上記流路分割パイプの効果に加えて、
外側パイプを設けたことにより排気ガス温を高く保持す
ることが一層容易となるため、特にエンジン始動時にお
ける触媒コンバータの性能低下を顕著に抑えることがで
きるという効果が得られる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施例を
図面に基づいて説明する。尚、本発明の実施の形態は、
下記の実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の
技術的範囲に属する限り種々の形態を採り得ることはい
うまでもない。 ［第１実施例］図１は第１実施例の車両用エンジンの排
気系の概略説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は
第１実施例のフロントパイプの端面図である。

【００１６】図１に示すように、本実施例の車両用エン
ジン（４気筒）の排気系は、エンジンに接続されるエキ
ゾーストマニホルド３と、上流側がエキゾーストマニホ
ルド３に接続され下流側が触媒コンバータ（図示せず）
に接続されるフロントパイプ５とを備えている。

【００１７】フロントパイプ５は、外側パイプ７と内側
パイプ１０から成り、全体が略Ｌ字状に湾曲されてい
る。図２及び図３に示すように、外側パイプ７は、内側
パイプ１０と所定のクリアランスをもって内側パイプ１
０の外周を取り囲むように配置されている。内側パイプ
１０は、流路分割パイプであり、パイプ９に溶接された
仕切り板１３により２つの排気ガス流路１１、１２が形
成されている。仕切り板１３は、両縁にフランジ部１３
ａ、１３ａを備えた断面略Ｚ状に形成され、このフラン
ジ部１３ａ、１３ａが内側パイプ１０と溶接されてい
る。フロントパイプ５の両端にはドーナッツ状のフラン
ジ板１４、１４が溶接されている。このフランジ板１４
に穿設された中央孔１５の径は、内側パイプ１０の内径
と略一致している。

【００１８】フロントパイプ５は、次のようにして製造
することができる。即ち、図４に示すように、ストレー
ト状の内側パイプ１０の外側に、ストレート状の外側パ
イプ７を所定のクリアランスをもって配置し、一端にフ
ランジ板１４を溶接し、このフランジ板１４の中央孔１
５に取り外し可能な蓋２１を取り付ける（図４
（ａ））。続いて、内側パイプ１０の内部及び内側パイ
プ１０と外側パイプ７との間隙に粒径０．３ｍｍの粒状
物である鋼球２０（成分は鉄＞９６％、炭素≦１．２
％、マンガン≦１．２％、けい素≦１．２％（含有量は
重量％）、比重は約７．６（２０℃））を充填し、他端
に取り外し可能な蓋２２を取り付ける（図４（ｂ））。
そして、この状態でベンダー工具により約９０゜に曲げ
る。このとき、ベンダー工具は、外側パイプ７を支持す
る第１及び第２支持部３１、３２を備え、第１支持部３
１は固定され、第２支持部３２が約１／４回転するよう
に移動する（図４（ｃ））。その後、両端の蓋２１、２
２を取り外し、鋼球２０を取り出した後、他端にフラン
ジ板１４を溶接して、フロントパイプ５を得る（図４
（ｄ））。このようにして得られたフロントパイプ５
は、外側パイプ７と内側パイプ１０は当初設定した所定
のクリアランスを保っており、また、両パイプ７、１０
の曲げ部分の内側・外側はほとんど変形せず、更に、溶
接割れも生じない。尚、曲げる際、第１支持部を第２支
持部に向かって（図４（ｃ）の白抜き矢印の方向）圧力
をかけると、よりスムーズに曲げ加工を行うことができ
る。

【００１９】次に、上記フロントパイプ５の作用につい
て説明する。内側パイプ１０は、４気筒エンジンの２つ
の気筒からの排気ガスが一方の排気ガス流路１１に導入
され、他の２つの気筒からの排気ガスが他方の排気ガス
流路１２に導入されるように、エキゾーストマニホルド
３にフランジ板１４を介して接続されている。各排気ガ
ス流路１１、１２に導入される２つの気筒からの排気ガ
スは、互いに干渉の少ないものが組み合わされている。
また、各排気ガス流路１１、１２はフランジ部１３ａ、
１３ａが存在すること及びフランジ部１３ａ、１３ａの
接合箇所が溶接されていることにより気密性が十分保持
されている。また、内側パイプ１０の排気ガス流路１
１、１２に排気ガスが流通すると、内側パイプ１０と外
側パイプ７との間の空隙は暖められて断熱性を発揮す
る。

【００２０】このフロントパイプ５によれば、互いに干
渉する気筒の排気ガスは異なる排気ガス流路１１、１２
を流通するから、排気干渉によるエンジンの出力低下を
防止でき、中低速のトルクが向上する。また、２つの単
管を並設する場合に比べて設置スペースがコンパクトに
なる。更に、互いの排気ガス流路１１、１２が仕切り板
１３を介して隣接する構造であると同時に外側パイプ７
を有する二重管構造であるため、断熱性が非常に高く、
エンジンから触媒コンバータに至る間に排気ガス温の低
下を防止することができ、エンジン始動時においても触
媒コンバータの活性化を十分に図ることができる。更に
また、二重管構造としたため、断熱性が向上し排気ガス
温の低下を防止することができるのである。ここで、内
側パイプ１０を上記流路分割パイプではなく普通のパイ
プ（単管）とした場合にも二重管構造により断熱性は向
上するが、断熱性のアップ率は内側パイプが流路分割パ
イプの方が顕著に高くなる。このため、上記実施例のフ
ロントパイプ５ではエンジン始動時においてもガス温の
低下を十分減少させることができ、エンジン始動当初か
ら触媒コンバータの活性化を図ることができ、排気ガス
規制上非常に有効である。 ［第２実施例］図５は第２実施例の流路分割パイプの断
面図である。

【００２１】この流路分割パイプ６０は、パイプ５９
と、両縁に設けたフランジ部６３ａ、６３ａにてパイプ
５９の内面に溶接された仕切り板６３とを備え、仕切り
板６３によってパイプ５９内が２つの排気ガス流路６
１、６２に分割されている。仕切り板６３には、湾曲部
６３ｂ、６３ｂが形成されている。この湾曲部６３ｂ
は、フランジ部６３ａがパイプ５９の内面と当接する手
前に所定の曲率半径をもって湾曲されており、図５にて
１点鎖線ｍと１点鎖線ｎとで囲まれた領域である。フラ
ンジ部６３ａ、６３ａはパイプ５９の内面とレーザ溶接
により固着されている。このレーザ溶接は、フランジ部
６３ａと湾曲部６３ｂとの境界位置（１点鎖線ｎ）から
オフセットした位置で成され、レーザ溶接の結果、この
位置に細いビード６４が形成されている。

【００２２】ここでは、パイプ５９は板厚１．２ｍｍ、
内径５８．９ｍｍであり、仕切り板６３は板厚１．２ｍ
ｍであり、湾曲部６３ｂの内周側の曲率半径は３ｍｍ
（図５にてＲ３と表示）である。また、レーザ溶接によ
るビード６４は仕切り板６３の中心線Ｃからのオフセッ
ト距離５〜６ｍｍのところ、即ち湾曲部６３ｂとフラン
ジ部６３ａの境界位置（１点鎖線ｎ）から１〜３ｍｍの
ところに形成されている。

【００２３】この流路分割パイプ６０の内部に配設され
た仕切り板６３は、エンジン回転中は排気ガスによって
高温化されると湾曲部６３ｂが湾曲形状を保ったまま伸
長する。このため、１点に熱応力が加わることがなく、
十分な耐久性が得られる。実際に、流路分割パイプ６０
を８５０℃にて２４時間加熱したところ、仕切り板６３
に破損箇所は見られなかった。

【００２４】また、エンジン回転中は排気ガスによって
高温に曝され、エンジン停止後は低温化されるが、この
繰り返しに対しても湾曲部６３ｂの存在により十分な耐
久性が得られる。更に、湾曲部６３ｂの曲率半径を仕切
り板６３の板厚の１．５倍以上であるため湾曲部６３ｂ
において十分な伸縮幅が確保でき、しかも、フランジ部
６３ａは湾曲部６３ｂとの境界位置（１点鎖線ｎ）から
オフセットした位置でパイプ５９の内面と溶接されてい
るため、フランジ部６３ａのうち境界位置からビード６
４までの部分も伸縮可能となり、この分伸縮幅が大きく
なる。このため耐久性がより一層向上する。

【００２５】更に、フランジ部６３ａとパイプ５９の内
面とはレーザ溶接されているため、細いビード６４が形
成され、この流路分割パイプ６０を曲げるときにビード
６４が破損しにくい。この流路分割パイプ６０は、第１
実施例の内側パイプ１０の代わりに用いて第１実施例と
同様の二重管構造のフロントパイプとすることができ、
この場合第１実施例と同様の作用効果を奏する。この
際、図４と同様の曲げ方法を適用することができる。
尚、曲げ加工を行う際、ビード６４が細いため、このビ
ード６４部分で破損するおそれはほとんどない。 ［その他の実施例］上記各実施例では仕切り板１３、６
３の断面が略Ｚ状になるようにフランジ部１３ａ、６３
ａを設けたが、断面が略コ状になるようにフランジ部を
設けてもよく、この場合も上記実施例と同様の効果が得
られる。また、フランジ部は必ずしも必要ではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例の車両用エンジンの排気系の概略
説明図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】 フロントパイプの端面図である。

【図４】 フロントパイプの製造工程図である。

【図５】 第２実施例の流路分割パイプの断面図であ
る。

【符号の説明】

３・・・エキゾーストマニホルド、５・・・フロントパ
イプ、７・・・外側パイプ、９・・・パイプ、１０・・
・内側パイプ、１１、１２・・・排気ガス流路、１３・
・・仕切り板、１３ａ・・・フランジ部、１４・・・フ
ランジ板、２０・・・鋼球、２１、２２・・・蓋、３１
・・・第１支持部、３２・・・第２支持部、５９・・・
パイプ、６０・・・流路分割パイプ、６１、６２・・・
排気ガス流路、６３・・・仕切り板、６３ａ・・・フラ
ンジ部、６３ｂ・・・湾曲部、６４・・・ビード

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両エンジンの下流側に接続されるパイ
   プと、 該パイプ内の排気ガス流路を２つ形成するように前記パ
   イプに溶接された仕切り板とを備えたことを特徴とする
   流路分割パイプ。
2. 【請求項２】 車両エンジンの下流側に接続されるパイ
   プと、 両端に設けたフランジ部にて前記パイプの内面に溶接さ
   れ、前記パイプ内の排気ガス流路を２つ形成する仕切り
   板とを備え、 前記仕切り板は、前記フランジ部が前記パイプの内面と
   当接する手前で所定の曲率半径をもって湾曲された湾曲
   部を備えたことを特徴とする流路分割パイプ。
3. 【請求項３】 前記湾曲部の曲率半径は、前記仕切り板
   の板厚以上であることを特徴とする請求項２記載の流路
   分割パイプ。
4. 【請求項４】 前記フランジ部は、前記湾曲部との境界
   位置からオフセットした位置で前記パイプの内面と溶接
   されていることを特徴とする請求項２又は３記載の流路
   分割パイプ。
5. 【請求項５】 前記フランジ部と前記パイプの内面とは
   レーザ溶接されていることを特徴とする請求項２〜４の
   いずれかに記載の流路分割パイプ。
6. 【請求項６】 ストレート状の請求項１〜５のいずれか
   に記載の流路分割パイプの内部に粒状物を充填した後、
   該流路分割パイプを所定角度に曲げることを特徴とする
   流路分割パイプの曲げ方法。
7. 【請求項７】 請求項１〜５のいずれかに記載の流路分
   割パイプと、 前記流路分割パイプの外側を取り囲むように配置された
   外側パイプとを備えたことを特徴とする２重管型排気パ
   イプ。