WO2017119167A1 - 排気装置 - Google Patents

Abstract

第２の管状部材は、第１の管状部材の内径よりも大きい内径を有する。第１の接合部は、第１の管状部材の端部と接合される部分である。第２の接合部は、第２の管状部材の端部と接合される部分である。蓋板部は、第２の管状部材における第２の接合部と接合される側の開口を覆う。第１の管状部材における第１の接合部と接合される側の端部の中心軸である第１の中心軸は、第２の管状部材における第２の接合部と接合される側の端部の中心軸である第２の中心軸と平行な直線に対して傾いている。第２の管状部材における第２の接合部と接合される側の端縁には、第２の中心軸と垂直な面に対して傾いた面に沿った形状の部分である傾斜部が形成されている。

Description

排気装置 関連出願の相互参照

　本国際出願は、２０１６年１月８日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第２０１６－００２５２７号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０１６－００２５２７号の全内容を本国際出願に参照により援用する。

　本開示は、排気装置に関する。

　エンジンから排出された排ガスを外部へ導くための排気流路を形成する排気装置は、内径の異なる管状部材を構成部品として備えることが通常である。例えば特許文献１には、屈曲した円筒状のテールパイプと、テールパイプの内径よりも大きい内径を有する円筒状のシェルと、がエンドプレートにより連結された構成が開示されている。エンドプレートは、シェルの開口を覆う形状であって、シェルの端部と接合される部分である第１の接合部と、テールパイプの端部と接合される部分である第２の接合部と、を有する。この構成において、シェルの中心軸と、テールパイプにおける第２の接合部と接合される側の端部の中心軸と、は互いに平行である。

特開２００６－３４２６７９号公報

　内径の異なる管状部材を備える排気装置において、内径の異なる管状部材同士を互いに大きく傾いた状態で連結したいという要望があった。
　本開示の一局面は、内径の異なる管状部材同士を互いに大きく傾いた状態で連結可能な排気装置を提供することが好ましい。

　本開示の一態様は、排気流路を形成する排気装置であって、第１の管状部材と、第２の管状部材と、連結部材と、を備える。第２の管状部材は、第１の管状部材の内径よりも大きい内径を有する。連結部材は、第１の管状部材と第２の管状部材とを連結する。連結部材は、第１の接合部と、第２の接合部と、蓋板部と、を有する。第１の接合部は、第１の管状部材の端部と接合される部分である。第２の接合部は、第２の管状部材の端部と接合される部分である。蓋板部は、第２の管状部材における第２の接合部と接合される側の開口を覆う。第１の管状部材における第１の接合部と接合される側の端部の中心軸である第１の中心軸は、第２の管状部材における第２の接合部と接合される側の端部の中心軸である第２の中心軸と平行な直線に対して傾いている。第２の管状部材における第２の接合部と接合される側の端縁には、第２の中心軸と垂直な面に対して傾いた面に沿った形状の部分である傾斜部が形成されている。

　このような構成によれば、第２の管状部材における第２の接合部と接合される側の端縁に傾斜部が形成されているため、第２の中心軸と平行な直線に対して蓋板部が傾いた形状を有することとなる。したがって、第２の中心軸と平行な直線に対して第１の中心軸が大きく傾いた状態で、第１の管状部材の端部が第１の接合部に接合され、第２の管状部材の端部が第２の接合部に接合される構成とすることができる。

　本開示の一態様は、次のような構成であってもよい。すなわち、第２の管状部材における第２の接合部と接合される側の端縁には、傾斜部と、第２の中心軸と垂直な面に沿った形状の部分である垂直部と、が形成されている。蓋板部は、開口における傾斜部側の部分を覆う傾斜蓋部と、開口における垂直部側の部分を覆う垂直蓋部と、を有する。第１の接合部は、傾斜蓋部に形成されている。このような構成によれば、第２の管状部材において傾斜部が占める部分を小さくすることができる。

　本開示の一態様は、第１の接合部がバーリング加工により筒状に形成されていてもよい。このような構成によれば、連結部材の製造過程において、バーリング加工用の型を連結部材自体と干渉しにくくすることができる。

実施形態の排気装置の分解図である。 比較例の連結部材の模式図である。

１…フランジ、１Ｈ…貫通孔、２…排気管、３…連結部材、４…触媒、５…触媒ケース、５Ｈ…開口、３１…排気筒部、３２…ケース筒部、３３…蓋板部、３３Ａ…傾斜蓋部、３３Ｂ…垂直蓋部、５１…端縁、５１Ａ…傾斜部、５１Ｂ…垂直部、１００…排気装置、Ｘ，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ…中心軸。

　以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
　［１．構成］
　図１に示す排気装置１００は、自動車の内燃機関（図示せず）から排出された排ガスを外部へ導くための排気流路の一部を形成する装置である。排気装置１００は、フランジ１と、排気管２と、連結部材３と、触媒４と、触媒ケース５と、を備える。なお、図１では、排気装置１００の各構成要素の形状を理解しやすくするため、分解された状態を示している。

　フランジ１は、内燃機関における排ガスの出口に排気管２の一端を接続するための板状の部材である。フランジ１には、排気管２を挿通するための、排気管２の外径と略同一の内径を有する貫通孔１Ｈと、ボルトによって内燃機関へ締結するための、複数（この例では４つ）の締結孔と、が形成されている。

　排気管２は、排気管２の中心軸と垂直な断面形状が真円形状（換言すれば円筒状）に形成された管である。排気管２の上流側端部は、フランジ１の貫通孔１Ｈに差し込まれた状態で、フランジ１と溶接によって接合されている。また、排気管２の下流側端部は、連結部材３と溶接によって接合されている。排気管２は、内燃機関から排出された排ガスを、連結部材３の内部へと導く排気流路を形成する。

　連結部材３は、排気管２の下流側に設けられている。連結部材３は、排気管２と触媒ケース５とを連結し、排気管２から流出した排ガスを触媒ケース５へ導く排気流路を形成する。なお、連結部材３の具体的な形状については後述する。

　触媒４は、触媒ケース５に収容され、触媒ケース５を流れる排ガスを浄化する。
　触媒ケース５は、連結部材３の下流側で排気流路を形成し、触媒４を収容する。触媒ケース５の形状は、触媒ケース５の中心軸Ｚと垂直な断面形状が真円形状（換言すれば円筒状）である。触媒ケース５は、排気管２の外径よりも大きい内径を有する。なお、触媒ケース５の具体的な形状については後述する。

　次に、連結部材３の具体的な形状及び製造方法について説明する。
　連結部材３は、排気筒部３１と、ケース筒部３２と、蓋板部３３とを有する。
　排気筒部３１は、排気管２の下流側端部と接合される筒状の部分であり、バーリング加工によって形成された立ち上がり面を有する。排気筒部３１の内径は、排気管２の外径と略同一であり、排気管２の外径よりも若干大きい。排気筒部３１と排気管２とは、排気筒部３１の内部に排気管２の下流側端部が挿入された状態で、溶接によって接合されている。

　ケース筒部３２は、触媒ケース５の端部と接合される筒状の部分である。ケース筒部３２の内径は、触媒ケース５の外径と略同一であり、触媒ケース５の外径よりも若干大きい。ケース筒部３２は、触媒ケース５の上流側端部を覆うように、触媒ケース５と溶接によって接合されている。

　蓋板部３３は、触媒ケース５におけるケース筒部３２と接合される側の開口５Ｈを覆う部分である。蓋板部３３は、傾斜蓋部３３Ａと、垂直蓋部３３Ｂと、を有する。傾斜蓋部３３Ａは、開口５Ｈにおける、後述する傾斜部５１Ａ側の部分を覆う部分である。排気筒部３１は、傾斜蓋部３３Ａに形成されている。垂直蓋部３３Ｂは、開口５Ｈにおける、後述する垂直部５１Ｂ側の部分を覆う部分である。

　ここで、連結部材３の製造方法について説明する。
　連結部材３は、１枚の金属製（例えばステンレス製）の板材（図示せず）から形成される。

　排気筒部３１以外の部分は、板材に対して絞り加工等が行われることにより形成される。具体的には、板材における、ケース筒部３２を形成するための部分が立ち上げられることによりケース筒部３２が形成され、残りの部分のうち排気筒部３１となる部分以外の部分が蓋板部３３となる。

　排気筒部３１は、打ち抜き加工により形成される。具体的には、板材における排気筒部３１となる部分の中央に貫通孔が形成され、当該貫通孔の周りにバーリング加工が行われることで、排気筒部３１が形成される。このようにして、連結部材３が製造される。

　次に、触媒ケース５の具体的な形状及び製造方法について説明する。
　触媒ケース５におけるケース筒部３２と接合される側の端縁５１には、傾斜部５１Ａと、垂直部５１Ｂと、が形成されている。傾斜部５１Ａは、連結部材３と触媒ケース５とが接合されている状態において、傾斜蓋部３３Ａによって覆われる部分である。傾斜部５１Ａは、触媒ケース５におけるケース筒部３２と接合される側の端部の一部を、触媒ケース５におけるケース筒部３２と接合される側の端部の中心軸（この例では触媒ケース５の中心軸Ｚ）と垂直な面に対して傾いた平面に沿った形状の部分である。

　垂直部５１Ｂは、連結部材３と触媒ケース５とが接合されている状態において、垂直蓋部３３Ｂによって覆われる部分である。垂直部５１Ｂは、触媒ケース５におけるケース筒部３２と接合される側の端部の中心軸Ｚと垂直な面に沿った形状の部分である。排気管２における排気筒部３１と接合される側の端部の中心軸Ｘ（換言すれば、排気筒部３１の中心軸Ｙ１）は、触媒ケース５におけるケース筒部３２と接合される側の端部の中心軸Ｚ（換言すれば、ケース筒部３２の中心軸Ｙ２）と平行な直線に対して傾いている。なお、この例では、傾斜部５１Ａの向きに沿った傾斜面と直交する直線に対する排気筒部３１の中心軸Ｙ１の傾きはほぼ０である。つまり、排気筒部３１は、傾斜蓋部３３Ａにおける排気筒部３１の周囲の面に対して垂直に形成されている。

　ここで、触媒ケース５の製造方法について説明する。
　触媒ケース５は、１枚の金属製（例えばステンレス製）の板材（図示せず）から形成される。板材は、触媒ケース５の成形加工後に、触媒ケース５の端部の一部が中心軸Ｚに対して斜めにカットしたかのような形状（前述した形状）となるよう考慮された寸法に設計されている。触媒ケース５は、板材を管状に丸めることにより形成される。具体的には、板材が丸められることにより、傾斜部５１Ａ及び垂直部５１Ｂを含む触媒ケース５の形状が成形される。このようにして、触媒ケース５が製造される。

　［２．効果］
　以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
　（１ａ）排気管２における排気筒部３１と接合される側の端部の中心軸である中心軸Ｘは、触媒ケース５におけるケース筒部３２と接合される側の端部の中心軸である中心軸Ｚと平行な直線に対して傾いている。触媒ケース５におけるケース筒部３２と接合される側の端縁５１には、中心軸Ｚと垂直な面に対して傾いた面に沿った形状の部分である傾斜部５１Ａが形成されている。

　このような構成によれば、端縁５１に傾斜部５１Ａが形成されているため、中心軸Ｚと平行な直線に対して傾いた形状を蓋板部３３が有することとなる。
　したがって、排気管２における中心軸Ｘが、触媒ケース５における中心軸Ｚと平行な直線に対して、大きく傾いた状態で、排気管２と触媒ケース５とが連結部材３を介し接続される構成とすることができる。

　特に、自動車分野においては、年々厳しくなる排ガス規制に対応するため、冷却面積を拡大することのできるヘッド内集合タイプのエンジンが増加傾向にある。その結果、エンジンコンパートメントにおいてコンバータ系を配設するために与えられるスペースが狭くなる傾向にあり、そのような狭いスペースにおいてもエンジンから触媒へ排ガスをスムーズに案内することのできる構成が求められる。加えて、このような排気構造においては、低コストで実現できる簡素な構成が求められる。

　こうした要望に対し、本実施形態の排気装置１００によれば、内径の異なる２つの管状部材である排気管２及び触媒ケース５が、連結部材３を介し互いに大きく傾いた状態で接合される、簡素な排気装置の構成を提供することが可能である。このため、本実施形態の排気装置１００では、排気管の中心軸が触媒ケースの中心軸に対して大きく傾いていない状態で、排気管と触媒ケースとが連結部材を介し接合されている構成である場合と比較して、より少ないスペースでの配設が可能となる。

　（１ｂ）端縁５１には、傾斜部５１Ａと、中心軸Ｚと垂直な面に沿った形状の部分である垂直部５１Ｂと、が形成されている。蓋板部３３は、開口５Ｈにおける傾斜部５１Ａ側の部分を覆う傾斜蓋部３３Ａと、開口５Ｈにおける垂直部５１Ｂ側の部分を覆う垂直蓋部３３Ｂと、を有する。排気筒部３１は、傾斜蓋部３３Ａに形成されている。このような構成によれば、垂直部５１Ｂの存在によって、端縁５１における傾斜部５１Ａが占める部分を、換言すれば傾斜蓋部３３Ａが占める部分を、小さくすることができる。したがって、端縁５１がすべて傾斜部５１Ａによって占められている場合と比較して、触媒ケース５における中心軸Ｚ方向の長さを短くすることができる。これにより、より少ないスペースでの排気装置の配設が可能となる。

　（１ｃ）排気筒部３１は、傾斜蓋部３３Ａにおいてバーリング加工により形成されている。したがって、連結部材３の製造過程において、バーリング加工用の加工型を連結部材３自体と干渉しにくくすることができる。すなわち、比較対象として、触媒ケースにおける連結部材と接合される側の端部全体が、当該端部の中心軸と垂直な面に沿った形状である構成を想定する。このような比較例の構成では、触媒ケースの端部の中心軸と平行な直線に対して中心軸が大きく傾いた排気筒部を連結部材にバーリング加工により形成しようとすると、バーリング加工用の加工型が、連結部材におけるケース筒部と干渉しやすくなってしまう。このため、排気筒部の傾きの範囲が、バーリング加工用の加工型と連結部材とが干渉しない範囲に制限されてしまう。

　これに対し、本実施形態の排気装置１００では、触媒ケース５におけるケース筒部３２と接合される側の端縁５１に傾斜部５１Ａが形成されている。連結部材３は、開口５Ｈにおける傾斜部５１Ａ側の部分を覆う傾斜蓋部３３Ａを有し、排気筒部３１は、傾斜蓋部３３Ａに形成されている。このような構成では、触媒ケース５の端部の中心軸Ｚと平行な直線に対して、排気筒部３１の中心軸Ｙ１が大きく傾いていても、傾斜部５１Ａの向きに沿った傾斜面と直交する直線に対する排気筒部３１の中心軸Ｙ１の傾きは小さく抑えられる。そして、比較例の触媒ケースと比較して、中心軸Ｚ方向における触媒ケース５の長さが長くなることで、中心軸Ｚ方向における連結部材３の長さを短くすることができる。このため、中心軸Ｙ１の排気筒部３１を連結部材３における傾斜蓋部３３Ａにバーリング加工により形成する際に、バーリング加工用の加工型が、連結部材３におけるケース筒部３２と干渉しにくくなる。したがって、排気管２における中心軸Ｘが、触媒ケース５における中心軸Ｚと平行な直線に対して大きく傾いた状態で、排気管２と触媒ケース５とが連結部材３を介し接続される構成とすることができる。

　図２は、前述した比較例の構成を、排気筒部の中心軸とケース筒部の中心軸とを含む平面で切断した模式図である。比較例の構成において、ケース筒部の中心軸と垂直な平面に対する排気筒部の中心軸の傾きθの最小値は、次の式（１）で表すことができる。なお、式（１）において、Ａは排気筒部の内径、Ｂはケース筒部の内径である。また、Ｃはケース筒部の端面と排気筒部の外周面との距離の最小値である。なお、ここでいうケース筒部の端面とは、ケース筒部にバーリング加工用の加工型が干渉する点である干渉点Ｐを含み、かつ、ケース筒部の中心軸と垂直な面である。

　Ｂｓｉｎθ－Ｃｃｏｓθ＝Ａ　…（１）
　つまり、比較例の構成において、θの最小値は、Ａ～Ｃの３つのパラメータによって決定される。図２から明らかなように、Ｃの値が小さいほど、θの値を小さくすることができる。つまり、比較例の構成で実現可能なθの最小値は、式（１）のＣに０を代入することで得られる次の式（２）で表すことができる。

　Ｂｓｉｎθ＝Ａ　…（２）
　本実施形態の排気装置１００では、前述した理由により、比較例と同様の模式図においてＡ，Ｂの値が比較例の構成と同じであっても、式（２）で算出されるθよりも小さい角度を実現することができる。

　なお、上記実施形態では、排気管２が第１の管状部材の一例に相当し、触媒ケース５が第２の管状部材の一例に相当する。また、排気筒部３１が第１の接合部の一例に相当し、ケース筒部３２が第２の接合部の一例に相当し、中心軸Ｘが第１の中心軸の一例に相当し、中心軸Ｚが第２の中心軸の一例に相当する。

　［３．他の実施形態］
　以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

　（２ａ）上記実施形態における排気装置１００では、排気管２、連結部材３及び触媒ケース５が上流から順に接合され、排気管２の下流側端部の中心軸Ｘと触媒ケース５との中心軸Ｚが大きく傾いている構成を例示した。しかし、排気装置の構成はこれに限定されるものではない。例えば、排気装置は、触媒ケース、連結部材及び排気管が上流から順に接合され、触媒ケースの中心軸と排気管の上流側端部との中心軸が大きく傾いている構成としてもよい。また、触媒ケースの上流及び下流の両方に、連結部材及び排気管がそれぞれ前述したように接合され、触媒ケースの中心軸とそれぞれの排気管の中心軸とが大きく傾いている構成としてもよい。

　（２ｂ）上記実施形態では、連結部材３は、傾斜蓋部３３Ａ及び垂直蓋部３３Ｂを有し、触媒ケース５は、傾斜部５１Ａ及び垂直部５１Ｂを有する構成を例示した。しかし、連結部材３及び触媒ケース５の構成はこれに限定されるものではない。例えば、連結部材及び触媒ケースは、垂直蓋部及び垂直部を有しない構成、つまり連結部材のケース筒部における端縁の全体及び触媒ケースにおける端縁の全体が、触媒ケースの中心軸と垂直な面に対して傾いている構成としてもよい。

　（２ｃ）上記実施形態では、傾斜部５１Ａの向きに沿った傾斜面と直交する直線に対する排気筒部３１の中心軸Ｙ１の傾きがほぼ０である構成を例示した。しかし、連結部材及び触媒ケースの構成はこれに限定されるものではない。例えば、連結部材の排気筒部の中心軸は、触媒ケースの傾斜部の向きに沿った傾斜面と直交する直線に対して傾いた構成であってもよい。

　（２ｄ）上記実施形態では、バーリング加工によって排気筒部３１が形成される構成を例示したが、バーリング加工は一例であり、排気筒部３１の加工方法はこれに限定されるものではない。例えば、排気筒部３１は、プレス加工によって形成されてもよい。

　（２ｅ）上記実施形態では、傾斜部５１Ａに対応する部分があらかじめカットされた板材が丸められることにより、傾斜部５１Ａ及び垂直部５１Ｂを含む触媒ケース５が成形される構成を例示したが、触媒ケースの成形方法はこれに限定されるものではない。例えば、金属製の筒材の端部の一部を斜めにカットすることにより、傾斜部を含む触媒ケースを成形してもよい。

　（２ｆ）上記実施形態では、排気管２及び触媒ケース５の形状がそれぞれ、中心軸と垂直な断面形状が真円状である構成を例示したが、排気管及び触媒ケースの形状はこれに限定されるものではない。例えば、排気管及び触媒ケースの形状は、中心軸と垂直な断面形状が楕円状や多角形状であってもよい。

　（２ｇ）上記実施形態では、フランジ１、排気管２、連結部材３及び触媒ケース５が互いにそれぞれ溶接によって接合される構成を例示したが、接合の方法はこれに限定されるものではない。排気管２、連結部材３及び触媒ケース５は、例えば、互いにそれぞれろう付けによって接合されてもよい。

　（２ｈ）上記実施形態では、排気管２及び連結部材３が、排気筒部３１の内部に排気管２の下流側端部が挿入された状態で接合されている構成を例示したが、排気管と連結部材との接合の構成はこれに限定されるものではない。排気管と連結部材とは、例えば、排気筒部の外部を排気管が覆うように当接した状態で接合される構成としてもよい。

　（２ｉ）上記実施形態では、第２の管状部材として、触媒４を収容する管状部材である触媒ケース５を例示したが、触媒ケースの機能はこれに限定されない。例えば、触媒ケースは、ＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）やＧＰＦ（Ｇａｓｏｌｉｎｅ　Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ　Ｆｉｌｔｅｒ）を収容する部材であってもよい。

　（２ｊ）上記実施形態における排気装置１００では、排気管２の下流側端部の中心軸Ｘと触媒ケース５の中心軸Ｚとが互いに大きく傾いた構成を例示したが、排気装置の構成はこれに限定されるものではない。上記実施形態の構成、つまり内径の異なる２つの管状部材の中心軸が互いに傾いている構成は、例えばマフラとその周辺の排気管など、触媒ケース以外の箇所に適用されてもよい。また、第２の管状部材は、マフラのシェルを形成する管状部材であってもよい。

　（２ｋ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

Claims (3)

1. 　排気流路を形成する排気装置であって、
   　第１の管状部材と、
   　前記第１の管状部材の内径よりも大きい内径を有する第２の管状部材と、
   　前記第１の管状部材と前記第２の管状部材とを連結する連結部材と、
   　を備え、
   　前記連結部材は、
   　前記第１の管状部材の端部と接合される部分である第１の接合部と、
   　前記第２の管状部材の端部と接合される部分である第２の接合部と、
   　前記第２の管状部材における前記第２の接合部と接合される側の開口を覆う蓋板部と、
   　を有し、
   　前記第１の管状部材における前記第１の接合部と接合される側の端部の中心軸である第１の中心軸は、前記第２の管状部材における前記第２の接合部と接合される側の端部の中心軸である第２の中心軸と平行な直線に対して傾いており、
   　前記第２の管状部材における前記第２の接合部と接合される側の端縁には、前記第２の中心軸と垂直な面に対して傾いた面に沿った形状の部分である傾斜部が形成されている、排気装置。
2. 　請求項１に記載の排気装置であって、
   　前記第２の管状部材における前記第２の接合部と接合される側の端縁には、前記傾斜部と、前記第２の中心軸と垂直な面に沿った形状の部分である垂直部と、が形成され、
   　前記蓋板部は、前記開口における前記傾斜部側の部分を覆う傾斜蓋部と、前記開口における前記垂直部側の部分を覆う垂直蓋部と、を有し、
   　前記第１の接合部は、前記傾斜蓋部に形成されている、排気装置。
3. 　請求項１又は請求項２に記載の排気装置であって、
   　前記第１の接合部がバーリング加工により筒状に形成されている、排気装置。

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