JPH07158435A

JPH07158435A - 内燃機関の排気管

Info

Publication number: JPH07158435A
Application number: JP5305287A
Authority: JP
Inventors: Koji Shimoji; 浩二下地; Kenichi Harada; 健一原田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-12-06
Filing date: 1993-12-06
Publication date: 1995-06-20
Anticipated expiration: 2015-02-07
Also published as: JP3006376B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、二重管構造を有する内燃機関の排
気管に関し、その製造コストを低減することを目的とす
る。【構成】少なくとも一端部にフランジ４が溶接される
外管１と、外管１と所定隙間５を持って略同心状に配置
された内管２と、所定隙間５を維持するために少なくと
も一端部において外管１と内管２との間に配置された隙
間維持部材６、とを具備する内燃機関の排気管におい
て、フランジ４と隙間維持部材６とを一回の溶接によっ
て外管１に同時に溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に二重管構造の内燃
機関の排気管に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、排気ガス規制が厳しくなる傾向に
あり、機関始動時において、触媒コンバータを早期に活
性化することが必要である。実開平５−１９５２２号公
報には、このための排気管として、強度を維持する外管
と薄肉の内管とから成る二重管構造の排気管が記載され
ている。この排気管は、内管と外管との間に断熱層とし
て空気層が形成されることに加えて、薄肉の内管の熱容
量が小さいことにより、機関始動時の排気ガスを高温度
のまま触媒コンバータに導くことが可能となり、その触
媒を早期に活性化温度とすることができる。

【０００３】前述の二重管構造の排気管は、一端部にお
いて、ラッパ状に広がる内管と外管とが強固に溶接さ
れ、他端部において、前述の空気層を維持すると共に両
管の熱膨張差を許容するために、両管の間には、一方の
管にだけ溶接され、他方の管とは摺動可能なリング部材
が配置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術におい
て、外管の両端には取り付けフランジが溶接されること
に加えて、前述の一端部における両管の溶接と他端部に
おける一方の管へのリング部材の溶接とが行われると溶
接箇所が多く、製造時間が長くなり、その製造コストを
増大させてしまう恐れがあった。

【０００５】従って、本発明の目的は、その製造コスト
を低減可能な二重管構造の内燃機関の排気管を提供する
ことである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による内燃機関の
排気管は、少なくとも一端部にフランジが溶接される外
管と、前記外管と所定隙間を持って略同心状に配置され
た内管と、前記所定隙間を維持するために少なくとも前
記一端部において前記外管と前記内管との間に配置され
た隙間維持部材、とを具備する内燃機関の排気管におい
て、前記フランジと前記隙間維持部材とが一回の溶接に
よって前記外管に同時に溶接されることを特徴とする。

【０００７】

【作用】前述の内燃機関の排気管は、外管と内管との間
の所定隙間を維持するための隙間維持部材が、フランジ
と共に一回の溶接によって外管に同時に溶接されるため
に、製造時間が短縮される。

【０００８】

【実施例】図１は本発明による内燃機関の排気管の第一
実施例を示す部分断面図である。同図において、１は外
管、２は内管である。外管１の両端部には、それぞれ、
排気マニホルド側の第１フランジ３と、触媒コンバータ
側の第２フランジ４とが取り付けられている。第２フラ
ンジ４は、図１の拡大Ｐ矢視図である図３に示すよう
に、楕円形状を有し、その長手方向の両側には、触媒コ
ンバータケースとの接続用ボルト穴１００が設けられて
いる。外管１は、排気管全体の強度を維持するために、
１．５〜２ｍｍ程度の厚さを有している。

【０００９】内管２は、０．６〜１ｍｍ程度の比較的薄
い厚さを有し、直線状態の時に、その途中数箇所には、
外管１の内径とほぼ等しく拡管された拡管部分２ａ，２
ｂが形成され、また第１フランジ３側端部２ｃがラッパ
状に拡管されて直線状態の外管１内に挿入される。その
後、第１フランジ側端部２ｃは外管１に溶接され、外管
１を所望の形状に曲げることで、それに拡管部分２ａ，
２ｂによって当接する内管２も同形状に曲げられる。内
管２の拡管部分２ａ，２ｂは、その湾曲部を避けた位置
とされ、図１の拡大Ａ−Ａ断面図である図２に示すよう
に、ぴったりと外管１に当接し、その位置近傍において
両管１，２の間の所定隙間５を維持するように機能す
る。

【００１０】排気ガスは、第１フランジ３側から流入し
て第２フランジ４側から排出される。この時、内管２の
第１フランジ３側端部２ｃが全周に渡り外管１に溶接さ
れているために、排気ガスは両管１，２の間の所定隙間
５に流入することなく、確実に内管２内を通過するよう
になっている。

【００１１】特に機関冷間始動時等は、触媒コンバータ
の触媒温度が低く十分な排気ガス浄化性能が実現されな
いために、これを早期に活性化温度とすることが必要で
ある。本実施例のような二重管構造の排気管は、外管１
と内管２との間に形成された所定隙間５が断熱層として
の空気層を形成し、また内管２が薄肉であるためにその
熱容量が小さく、それにより、機関冷間始動時等におい
て、排気ガス温度をあまり低下させることなく触媒コン
バータに導くことができ、触媒の早期暖機を可能とする
ものである。

【００１２】このように使用される二重管構造の排気管
において、外管１と内管２との温度差によって両管１，
２の間には特に軸線方向の熱膨張差が発生する。内管２
の拡管部分２ａ，２ｂでは、両管１，２が固定される第
１フランジ３側端部からの長さが比較的短いために、そ
こに発生する両管１，２の間の熱膨張差はそれほど大き
なものではなく、拡管部分２ａ，２ｂが外管１の内面と
摺動する際の磨耗は非常に小さいが、第２フランジ４側
端部において、内管２に同様な拡管部分を形成すると、
大きく摺動して両管１，２にかなりの磨耗が発生し、排
気管全体の機械的な強度が低下するために、一般的に
は、図１の拡大Ｐ矢視図である図３に示すように、この
部分の所定隙間５の維持には摺動抵抗の小さなワイヤメ
ッシュにより形成されるリング部材６が両管１，２の間
に挿入されている。

【００１３】このリング部材６は、いずれか一方の管だ
けに固定され、それにより他方の管との間の磨耗の少な
い比較的大きな摺動を可能とする。従来の第２フランジ
４側の拡大断面図である図５に示すように、このリング
部材６が内管２にスポット溶接で固定される場合、それ
が非常に融解しやすいワイヤメッシュにより形成されて
いるために、リング部材６の摺動面６ａにはスポット溶
接部分に凹みが形成され、前述の摺動が不安定となると
共に、内管２はその部分の肉厚がさらに薄くなり、耐久
性が低下する。

【００１４】さらに、通常の単管構造の排気管に比較し
て、内管２の第１フランジ側端部２ｃにおける溶接に加
えてこのスポット溶接が実行されると、溶接箇所が多く
なり、その分、製造時間が長くなりその製造コストを増
加させる。本実施例では、図１の第２フランジ４側の拡
大断面図である図４に示すように、第２フランジ４の外
管１への溶接部裏側にリング部材６を配置して、この溶
接の際に発生する裏ビードによってリング６を外管１に
接合するようになっている。

【００１５】これにより、前述のスポット溶接は省略さ
れ、その分、製造時間が短縮され製造コストを低減する
ことが可能となる。さらに、このような裏ビードは温度
が比較的低く、ワイヤメッシュにより形成されるリング
部材６はあまり溶損されることはなく、また、当然のこ
とながら内管２の溶損は防止される。

【００１６】このような二重管構造の排気管が実際に内
燃機関に取り付けられて使用される時に、比較的大きな
振動が発生する可能性がある。本実施例において、内管
２の拡管部分２ａ，２ｂが外管１にぴったりと当接して
いるために、これらの部分において両管は同様に振動
し、また、第２フランジ４側端部において、両管は比較
的自由に振動するが、ワイヤメッシュにより形成される
リング６が両管１，２の衝突を防止するために、いずれ
の部分においても内管２と外管１とが衝突して異音を発
生することはない。

【００１７】本実施例は、前述したように第２フランジ
４を外管１に溶接する際の裏ビードによりリング部材６
を接合するものであるために、この裏ビードが所定隙間
５に露出することはない。図５に示す従来のように、こ
のような裏ビードが露出していると、振動時のリング部
材６の変形により、裏ビードと内管２とが衝突して異音
を発生する可能性があるが、本実施例はこの問題も同時
に解決することができる。

【００１８】図６は、本発明による内燃機関の排気管の
第二実施例を示す部分断面図であり、第一実施例との違
いは、内管２の拡管部分２ａ，２ｂが省略され、その代
わりにワイヤメッシュから形成される隙間維持部材７を
使用することである。この隙間維持部材７は、図６の拡
大Ｂ−Ｂ断面図である図７に示すように、リング部材６
の一部が省略された放射状に位置する四つの部材７ａ，
７ｂ，７ｃ，７ｄから形成される。このような隙間維持
部材７によっても前述のリング部材６と同様に所定隙間
５を維持すると共に、振動時の両管１，２の衝突を防止
することができる。

【００１９】このようなワイヤメッシュの部材で所定隙
間５を維持する場合、前述の外管１及び内管２の曲げ加
工を実施する際には、それらが容易に変形するために、
所定隙間５に砂等を詰める必要がある。前述の隙間維持
部材７は、曲げ加工後における砂抜きを可能とするため
に、リング状ではなく、その一部が省略された形状とな
っている。第２フランジ４側端部のリング部材６は、こ
の砂抜き後に挿入されて第一実施例と同様に溶接される
ようになっているために、第一実施例と同様な効果を得
ることができる。

【００２０】ところで、このような二重管構造の排気管
に排気ガス中の酸素濃度を検出するための酸素センサが
取り付けられる場合において、この取り付け位置は、酸
素センサ自身の早期暖機に有利な排気上流の第１フラン
ジ３側端部が選択される。一般的な取り付け構造は、薄
肉の内管２に直接溶接すると強度的に不安定であるため
に、図８に示すように、酸素センサ１０の本体１０ａ
は、十分な強度を有する外管１に溶接され、その検出部
１０ｂが内管２を貫通してその内部に突出するようにな
っている。このような取り付けにおいて、排気ガスを所
定隙間５内に流入させにくくするために、酸素センサ１
０の検出部１０ｂと内管２の貫通穴との間の隙間を狭め
ると、又は、この隙間にシール部材等を配置すると、所
定隙間５による外管１と内管２との間の温度差によって
生じる両者の間の熱膨張差によって酸素センサ１０には
曲げ応力が発生して破損する可能性がある。

【００２１】本発明による内燃機関の排気管の第三実施
例では、その第１フランジ３側端部における拡大断面図
である図９に示すように、第一実施例に比較して内管２
のラッパ状の拡管部２ｃにおける外管１との当接部を比
較的長くし、この当接部を貫通するように酸素センサ１
０を外管１に溶接するようになっている。それにより、
この部分では外管１と内管２との間に隙間は存在せず、
両者の温度はほぼ等しくなって熱膨張差は生じないため
に、酸素センサ１０に曲げ応力が発生することは防止さ
れる。

【００２２】また、本発明による内燃機関の排気管の第
四実施例では、その第１フランジ３側端部における拡大
断面図である図１０に示すように、第一実施例に比較し
て内管２のラッパ状の拡管部２ｃの外管１への溶接位置
が奥まっており、外管１が単独に存在する部分に酸素セ
ンサ１０を取り付けるようになっている。この取り付け
構造は、両管１，２の間の熱膨張差による酸素センサ１
０の破損を防止できるだけでなく、酸素センサ１０が取
り付けられる部分の熱容量が、外管１だけであるために
第三実施例に比較して小さくなっており、これは、排気
ガスによる酸素センサ１０自身の早期暖機に有利であ
る。

【００２３】また、図１１は本発明による内燃機関の排
気管の第五実施例を示す第１フランジ３側端部における
拡大断面図である。第一実施例との違いは、内管２’の
第１フランジ３側端部にはラッパ状の拡管部２ｃが設け
られておらず、この部分２’ｃだけが外管１と同様な厚
さとされ、その端部に第１フランジ３が溶接されるよう
になっている。さらに、外管１’の第１フランジ３側端
部にはラッパ状の拡管部１’ａが形成され、この拡管部
１’ａが内管２の前述の部分２’ｃに第１フランジ３か
ら十分に離されて溶接され、外管１’と内管２’との間
には所定隙間５が形成されるようになっている。酸素セ
ンサ１０は、内管２’の前述の部分２’ｃに溶接される
ようになっている。

【００２４】この酸素センサ１０の取り付け構造は、第
四実施例と同様な効果を有し、さらに両管１，２の接合
溶接部が露出しているために、この溶接が非常に容易に
実行可能となっている。

【００２５】全ての実施例において、第２フランジ側端
部における隙間維持部材として使用したワイヤメッシュ
から形成されるリング部材６は、本発明を限定するもの
ではなく、その材料として摺動抵抗の小さい他の材料を
使用することが可能であり、また排気管の途中に使用し
たような分割され放射状に位置する形状としても、本発
明の目的である製造コスト低減は十分に達成される。

【００２６】

【発明の効果】このように、本発明による内燃機関の排
気管によれば、少なくとも一端部にフランジが溶接され
る外管と、外管と所定隙間を持って略同心状に配置され
た内管と、所定隙間を維持するために少なくとも一端部
において外管と内管との間に配置された隙間維持部材、
とを具備する内燃機関の排気管において、フランジと隙
間維持部材とが一回の溶接によって外管に同時に溶接さ
れるために、製造時間が短縮され、その分のコストダウ
ンを実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による内燃機関の排気管の第一実施例を
示す部分断面図である。

【図２】図１の拡大Ａ−Ａ断面図である。

【図３】図１の拡大Ｐ矢視図である。

【図４】図１の第２フランジ側端部における拡大断面図
である。

【図５】従来の第２フランジ側端部における拡大断面図
である。

【図６】本発明による内燃機関の排気管の第二実施例を
示す部分断面図である。

【図７】図６の拡大Ｂ−Ｂ断面図である。

【図８】従来の第１フランジ側端部における酸素センサ
取り付け構造を示す断面図である。

【図９】本発明による内燃機関の排気管の第三実施例を
示す第１フランジ側端部における断面図である。

【図１０】本発明による内燃機関の排気管の第四実施例
を示す第１フランジ側端部における断面図である。

【図１１】本発明による内燃機関の排気管の第五実施例
を示す第１フランジ側端部における断面図である。

【符号の説明】

１…外管２…内管３…第１フランジ４…第２フランジ５…所定隙間６…リング部材７…隙間維持部材１０…酸素センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一端部にフランジが溶接され
る外管と、前記外管と所定隙間を持って略同心状に配置
された内管と、前記所定隙間を維持するために少なくと
も前記一端部において前記外管と前記内管との間に配置
された隙間維持部材、とを具備する内燃機関の排気管に
おいて、前記フランジと前記隙間維持部材とが一回の溶
接によって前記外管に同時に溶接されることを特徴とす
る内燃機関の排気管。