特開 2023-104422 内燃機関の排気系装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023104422

(43)【公開日】2023-07-28

(54)【発明の名称】内燃機関の排気系装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 13/14 20100101AFI20230721BHJP

   F01N 13/08 20100101ALI20230721BHJP

【ＦＩ】

F01N13/14

F01N13/08 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022005397

(22)【出願日】2022-01-18

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】391002498

【氏名又は名称】フタバ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】木谷 真知

(72)【発明者】

【氏名】籾田 直希

(72)【発明者】

【氏名】小川 茂

【テーマコード（参考）】

3G004

【Ｆターム（参考）】

3G004DA14

3G004EA05

3G004FA01

3G004FA02

(57)【要約】

【課題】ヒートインシュレータの位置ずれと耐熱マットの耐久性低下を抑制することを目的とする。
【解決手段】内燃機関の排気系装置は、排気管と、前記排気管の外周面から離れて前記外周面に沿って設けられたヒートインシュレータと、前記排気管と前記ヒートインシュレータとの間に圧縮した状態で設けられたマット材とを含む内燃機関の排気系装置であって、前記外周面に前記ヒートインシュレータ側に突出して前記マット材が備える開口部に収まる突出部と、前記開口部で前記突出部に接触して固定されたワイヤーメッシュと、が設けられている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気管と、前記排気管の外周面から離れて前記外周面に沿って設けられたヒートインシュレータと、前記排気管と前記ヒートインシュレータとの間に圧縮した状態で設けられたマット材とを含む内燃機関の排気系装置であって、
前記外周面に前記ヒートインシュレータ側に突出して前記マット材が備える開口部に収まる突出部と、前記開口部で前記突出部に接触して固定されたワイヤーメッシュと、が設けられている、
ことを特徴とする内燃機関の排気系装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関の排気系装置に関する。

【背景技術】

【0002】

排気管と遮熱部材（以下、ヒートインシュレータという）を有する内燃機関の排気系装置が知られている。ヒートインシュレータは排気管の周方向の全周を覆い、排気管から放射された熱が周囲の装置へ伝わることを抑える機能を有する。

【0003】

ヒートインシュレータと排気管との間には所定の隙間が形成されている。この隙間には耐熱マットが配置されている。耐熱マットは例えばグラスウールなどの耐熱性を有する繊維状の素材から構成されている。耐熱マットは排気管の周方向における全周に亘って配置されている。耐熱マットがヒートインシュレータと排気管との間に挟まれることによって、ヒートインシュレータは排気管から離れた状態で保持されている（以上、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－０７４０３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、ヒートインシュレータは圧縮された状態の耐熱マットの面圧によって排気管から離れた状態で保持されている。しかしながら、排気管の形状によっては耐熱マットの面圧だけではヒートインシュレータを十分に保持することが難しい場合がある。この場合、ヒートインシュレータが排気管の軸方向に位置ずれする可能性もあれば、排気管の周方向に位置ずれする可能性もある。

【0006】

例えば、耐熱マットに食い込む突起を排気管の外周面に設けることも想定される。このような突起を排気管の外周面に設けると、ヒートインシュレータの位置ずれを抑制できる可能性がある。しかしながら、耐熱マットに外力が加わると、耐熱マットの耐久性が突起により低下する可能性がある。

【0007】

そこで、本発明では、ヒートインシュレータの位置ずれと耐熱マットの耐久性低下を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る内燃機関の排気系装置は、排気管と、前記排気管の外周面から離れて前記外周面に沿って設けられたヒートインシュレータと、前記排気管と前記ヒートインシュレータとの間に圧縮した状態で設けられたマット材とを含む内燃機関の排気系装置であって、前記外周面に前記ヒートインシュレータ側に突出して前記マット材が備える開口部に収まる突出部と、前記開口部で前記突出部に接触して固定されたワイヤーメッシュと、が設けられている。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ヒートインシュレータの位置ずれと耐熱マットの耐久性低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】図１は内燃機関の排気系装置を説明する図である。

【図2】図２はヒートインシュレータが装着された排気管の図である。

【図3】図３はヒートインシュレータが取り外された排気管の図である。

【図4】図４は図２のＡ－Ａ断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

【0012】

図１に示すように、内燃機関１０には排気管２０が連結されている。内燃機関１０は過給機を備えていてもよいし、過給機を備えていなくてもよい。内燃機関１０が過給機を備えている場合には、過給機のタービンハウジングに排気管２０が連結される。内燃機関１０が過給機を備えていない場合には、内燃機関１０のシリンダヘッドに排気管２０が連結される。

【0013】

排気管２０は直管部２１と第１湾曲管部２２とを有している。直管部２１の一端部は内燃機関１０に連結されている。直管部２１の一端部には第１フランジ２１Ａが設けられている。第１フランジ２１Ａは、例えばボルトによって締結されることで、内燃機関１０の壁面に固定されている。直管部２１の他端部は第１湾曲管部２２に連結されている。第１湾曲管部２２は図１に示す下方に湾曲して延びている。第１湾曲管部２２には、第１湾曲管部２２から下方に延びているコンバータ部２３が連結されている。

【0014】

コンバータ部２３は、拡径部２３Ａと格納部２３Ｂと縮径部２３Ｃとを含んでいる。拡径部２３Ａは第１湾曲管部２２に連結されている。拡径部２３Ａは第１湾曲管部２２から離れるほど拡径されたテーパ形状を含んでいる。格納部２３Ｂは拡径部２３Ａに連結されている。格納部２３Ｂは円筒状の形状を含んでいる。格納部２３Ｂは内部に触媒２５を格納している。縮径部２３Ｃは格納部２３Ｂに連結されている。縮径部２３Ｃは格納部２３Ｂから離れるほど縮径されたテーパ形状を含んでいる。

【0015】

コンバータ部２３の縮径部２３Ｃには、下方に延びている第２湾曲管部２４の一端が連結されている。第２湾曲管部２４の他端部には、第２フランジ２４Ａが形成されている。このように、排気管２０は、直管部２１、第１湾曲管部２２、コンバータ部２３、及び第２湾曲管部２４を含んでいる。なお、第２湾曲管部２４には、第２フランジ２４Ａを介して図示しない排気系部材が連結される。

【0016】

内燃機関１０の燃焼室内の排気は内燃機関１０の内部を通じて排気管２０に排出される。排気管２０に排出された排気は、図１に矢印で示すように、直管部２１、第１湾曲管部２２、コンバータ部２３、及び第２湾曲管部２４を順に流れる。すなわち、排気管２０の内部は排気通路を構成する。

【0017】

図１及び図２に示すように、排気管２０には円筒状の遮熱装置３０が装着される。遮熱装置３０は円筒状のヒートインシュレータ３１を有している。ヒートインシュレータ３１は例えばステンレス鋼によって構成されている。ヒートインシュレータ３１は排気管２０の外周面に沿って配置され、図１に示すように、排気管２０の第１湾曲管部２２及びコンバータ部２３の外側に位置している。

【0018】

図１に示すように、ヒートインシュレータ３１は排気管２０の外周面に対して離れて（具体的には離隔して）設置されている。ヒートインシュレータ３１と第１湾曲管部２２及びコンバータ部２３との間のそれぞれの距離はほぼ同じである。すなわち、ヒートインシュレータ３１の断面形状は、排気管２０の断面形状に対して相似形状となるように構成されている。

【0019】

図１に示すように、遮熱装置３０はマット材３２も有している。マット材３２は排気管２０の第１湾曲管部２２及びコンバータ部２３の外側に位置してこれらの外周面を覆っている。マット材３２はマット材３２の厚み方向に開口する開口部３３を備えている。詳細は後述するが、開口部３３にはワイヤーメッシュ３４が配置される。マット材３２はヒートインシュレータ３１の内周面に接着剤で接着されている。マット材３２は、例えばグラスウールやロックウールといった、空気よりも熱伝導率の低い素材を含んでいる。これにより、マット材３２は断熱機能を有する。このように、排気管２０、ヒートインシュレータ３１、及びマット材３２を含んで内燃機関１０の排気系装置が構成されている。なお、マット材３２がグラスウールやロックウールであれば、空気よりも吸音率が高いため、マット材３２は吸音機能も有する。この場合、車外への騒音を抑制することもできる。

【0020】

排気管２０に遮熱装置３０が装着されると、マット材３２は圧縮された状態でヒートインシュレータ３１と排気管２０との間に挟まれる。これにより、圧縮された状態のマット材３２の面圧（又は反力）によりヒートインシュレータ３１が排気管２０に保持される。

【0021】

なお、図２に示すように、ヒートインシュレータ３１は複数のかしめ部３１Ｗを含んでいる。詳細は後述するが、ヒートインシュレータ３１は半円筒状の第１遮熱片と半円筒状の第２遮熱片を含んでおり、このような第１遮熱片と第２遮熱片を、内周面を対向させた状態でかしめ結合することにより円筒状のヒートインシュレータ３１が構成される。すなわち、第１遮熱片と第２遮熱片で排気管２０を挟んでかしめ結合することにより、ヒートインシュレータ３１が排気管２０の外周面に対して離れて設置される。

【0022】

図３及び図４を参照して、排気管２０とヒートインシュレータ３１についてさらに詳しく説明する。図３に示すように、排気管２０におけるコンバータ部２３の外周面の円周上には複数の突出部２６が所定の間隔で一列に設けられている。本実施形態では、コンバータ部２３における格納部２３Ｂの外周面に複数の突出部２６が設けられているが、拡径部２３Ａや縮径部２３Ｃに設けられていてもよい。また、コンバータ部２３に代えて、またはコンバータ部２３とともに、第１湾曲管部２２に複数の突出部２６が設けられていてもよい。例えば、複数の突出部２６が排気の流通方向又は該流通方向を傾けた方向に所定の間隔で一列に設けられていてもよい。排気の流通方向はコンバータ部２３の軸方向と言い換えてもよい。

【0023】

複数の突出部２６は排気管２０が鋳物であれば鋳造時に一体成型される。本実施形態では、３つの突出部２６が設けられているが、突出部２６の数は１つや２つであってもよいし、４つ以上であってもよい。また、複数の突出部２６が二列以上に設けられていてもよい。ここで、複数の突出部２６の突出高さは同じであってもよいし、異なっていてもよいが、いずれの突出高さも排気管２０の外周面の半径とヒートインシュレータ３１の内周面の半径の差分より低い高さである。より具体的には、いずれの突出高さも圧縮した状態のマット材３２の最小の厚みと比べて低い高さである。

【0024】

複数の突出部２６にはワイヤーメッシュ３４が接触して固定されている。ワイヤーメッシュ３４は平行に配置された複数の金属製の横線材と、その横線材に対して略直交するように平行に配置された複数の金属製の縦線材とを編み込まずに各交点で溶接して接合することによって構成された面状材である。ワイヤーメッシュ３４は接着剤や溶着、溶接などによって複数の突出部２６に固定することができる。ワイヤーメッシュ３４は複数の突出部２６が設けられた部分の大きさより大きな部分には設けられず、複数の突出部２６が設けられた部分とほぼ同じ部分に設けられる。

【0025】

また、図４に示すように、複数の突出部２６が設けられた外周面と裏側の外周面にも複数の突出部２６と同様に複数の突出部２７が設けられている。複数の突出部２６，２７はいずれもヒートインシュレータ３１側に突出している。上述したように、マット材３２は開口部３３を備えており、複数の突出部２６，２７はいずれも開口部３３に収まっている。複数の突出部２６，２７の形状は円錐状であってもよいし、角錐状であってもよいし、ドーム状であってもよい。例えば、複数の突出部２６，２７の一部の形状が円錐状であって、複数の突出部２６，２７の残部の形状が角錐状などであってもよい。複数の突出部２６，２７の形状がテーパ面を含んでいてよい。複数の突出部２６，２７がコンバータ部２３の外周面上に螺旋状に設けられていてもよい。

【0026】

さらに、図４に示すように、複数の突出部２７にも、複数の突出部２６と同様に、ワイヤーメッシュ３４が接触して固定されている。ワイヤーメッシュ３４はそれぞれ開口部３３で複数の突出部２６，２７に接触して固定されている。ここで、上述したように、ヒートインシュレータ３１は第１遮熱片３１Ａと第２遮熱片３１Ｂを含んでおり、複数のかしめ部３１Ｗでかしめ結合されている。このため、複数の突出部２６は第１遮熱片３１Ａ側に突出し、複数の突出部２７は第２遮熱片３１Ｂ側に突出している。複数の突出部２６，２７はいずれもマット材３２が開口部３３に収まり、複数の突出部２６，２７にはそれぞれワイヤーメッシュ３４が接触して固定されている。なお、マット材３２における開口部３３を除いた残りの非開口部は排気管２０とヒートインシュレータ３１との間に圧縮した状態で設けられている。

【0027】

複数の突出部２６，２７に固定されたワイヤーメッシュ３４により、ヒートインシュレータ３１がコンバータ部２３の軸方向に位置ずれする可能性も周方向に位置ずれする可能性も抑制することができる。具体的に説明すると、内燃機関１０や排気管２０の振動に起因してマット材３２の位置がずれそうになっても、ワイヤーメッシュ３４が複数の突出部２６，２７に固定されていることにより、マット材３２の位置ずれが抑制される。ヒートインシュレータ３１はマット材３２の面圧により保持されているため、マット材３２の位置ずれが抑制されれば、ヒートインシュレータ３１の位置ずれも抑制することができる。ヒートインシュレータ３１の位置ずれも抑制することにより、例えばヒートインシュレータ３１の周囲に配置された各種の部品（不図示）と複数のかしめ部３１Ｗの少なくとも１つとの干渉を抑制することができる。そして、マット材３２には複数の突出部２６，２７が食い込んでいないため、譬え、ヒートインシュレータ３１が位置したとしても、マット材３２の耐久性低下（例えば断裂やほつれなど）を抑制することができる。

【0028】

以上、本実施形態によれば、内燃機関１０の排気系装置は、排気管２０と、ヒートインシュレータ３１と、マット材３２とを含んでいる。ヒートインシュレータ３１は排気管２０の外周面から離れて該外周面に沿って設けられている。マット材３２は排気管２０とヒートインシュレータ３１との間に圧縮した状態で設けられている。そして、排気管２０の外周面にはヒートインシュレータ３１側に突出してマット材３２が備える開口部３３に収まる突出部２６，２７が設けられている。この開口部３３では突出部２６，２７に接触して固定されたワイヤーメッシュも設けられている。これにより、マット材３２の耐久性低下を抑えつつ、ヒートインシュレータ３１の位置ずれを抑制することができる。

【0029】

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0030】

１０ 内燃機関
２０ 排気管
２３ コンバータ部
２６，２７ 突出部
３０ 遮熱装置
３１ ヒートインシュレータ
３２ マット材
３３ 開口部
３４ ワイヤーメッシュ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】