(57)【要約】  熱シールドアセンブリは、排気部品と直接係合可能であり、第１の熱容量および第１の熱伝導率を有する非セラミック材料からなる、最内層を含む。熱シールドアセンブリは、加えて、最内層を囲み、第１の熱容量よりも低い第２の熱容量を有し、第１の熱容量よりも低い第２の熱容量を有する材料からなる、断熱セーバを含む。最内層の排気部品との直接的な係合は、熱が排気部品と最内セーバとの間で容易に伝えられることを可能にする。
2019505715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の内燃機関の排気システムのための熱シールドアセンブリであって、
前記内燃機関の動作の間に排気部品からの熱を受容および保持するための、ならびに、前記内燃機関の動作が停止した後に熱を前記排気部品に戻すように伝えるための、前記排気部品と直接係合可能であり、第１の熱容量および第１の熱伝導率を有する非セラミック材料からなる、最内層と、
前記排気部品および前記最内層を別の車両部品から断熱するための、前記最内層を囲み、前記第１の熱容量よりも低い第２の熱容量および前記第１の熱伝導率よりも低い第２の熱伝導率を有する材料からなる、断熱層とを備える、熱シールドアセンブリ。
【請求項２】
前記最内層は、２つの片から作製される、請求項１に記載の熱シールドアセンブリ。
【請求項３】
前記断熱層は、２つの片から作製される、請求項１に記載の熱シールドアセンブリ。
【請求項４】
前記最内層および前記断熱層を保護するための、前記最内層および前記断熱層を囲む外側シェルをさらに含む、請求項１に記載の熱シールドアセンブリ。
【請求項５】
前記外側シェルは、２つの片から作製される、請求項４に記載の熱シールドアセンブリ。
【請求項６】
前記外側シェルの前記２つの片は、溶接継目でともに接合される、請求項５に記載の熱シールドアセンブリ。
【請求項７】
前記溶接継目は、前記外側シェルの前記片上の径方向に延在するフランジで、前記外側シェルの前記２つの片をともに接合する、請求項６に記載の熱シールドアセンブリ。
【請求項８】
前記外側シェルは、両長手方向において前記最内層および前記断熱層を超えて長手方向に延在する、請求項４に記載の熱シールドアセンブリ。
【請求項９】
各長手方向軸に隣接して、前記外側シェルは、前記排気部品に直接接触するために径方向内側に先細っている、請求項８に記載の熱シールドアセンブリ。
【請求項１０】
車両用の排気アセンブリであって、
排気部品と、
最内層、断熱層を含む熱シールドアセンブリとを備え、
前記最内層は、内燃機関の動作の間に前記排気部品からの熱を受容および保持するために、ならびに、前記内燃機関の動作が停止した後に熱を前記排気部品に戻すように伝えるために、前記排気部品と直接係合し、第１の熱容量および第１の熱伝導率を有する非セラミック材料からなり、前記排気アセンブリはさらに、
前記排気部品および前記最内層を別の車両部品から断熱するための、前記最内層を囲み、前記第１の熱容量よりも低い第２の熱容量および前記第１の熱伝導率よりも低い第２の熱伝導率を有する材料からなる、断熱層を備える、排気アセンブリ。
【請求項１１】
前記排気部品は排気管である、請求項１０に記載の排気アセンブリ。
【請求項１２】
前記最内層および前記断熱層を保護するための、前記最内層および前記断熱層を囲む外側シェルをさらに含む、請求項１に記載の排気アセンブリ。
【請求項１３】
前記外側シェルは、２つの片から作製される、請求項４に記載の排気アセンブリ。
【請求項１４】
前記外側シェルの前記２つの片は、溶接継目でともに接合される、請求項５に記載の排気アセンブリ。
【請求項１５】
前記外側シェルは、両長手方向において前記最内層および前記断熱層を超えて長手方向に延在する、請求項４に記載の排気アセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
この出願は、出願の開示全体がこの出願の開示の一部であると考えられ、参照によりここに組み込まれる、２０１５年１２月２７日に提出された米国特許出願連続番号第１４／９７９，４１６号の利益を主張する。
【０００２】
本発明の背景
１．技術分野
この発明は、概して、車両の排気システムのための熱シールドアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
２．関連技術
内燃機関を有する車両は、典型的には複数の排気管、触媒コンバータ、マフラー、および（時として）ターボチャージャを有する排気システムを含む。これらの部品のすべては、高温で最も効率的に動作する。たとえば、排気システムは、典型的には燃焼プロセスからの排気ガスの未燃炭化水素の酸化を担っている。
【０００４】
排気ガスの熱から他の車両部品を保護するために、ほとんどの排気システムは、排気システムの部品の１つ以上を包む１つ以上の熱シールドを含む。典型的な熱シールドアセンブリは、排気部品を直接断熱して排気部品に保持される熱を最大にして燃焼プロセスからの排気ガスの未燃炭化水素の酸化を最適化するために、実質的に全体的に、非常に低い熱伝導率を有する１つ以上の断熱材料から作製される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明および利点の概要
本発明の１つの局面は、車両の内燃機関の排気システムのための熱シールドアセンブリを提供する。熱シールドアセンブリは、排気部品と直接係合可能であり、第１の熱容量および第１の熱伝導率を有する非セラミック材料からなる、最内層を含む。熱シールドアセンブリは、加えて、最内層を囲み、第１の熱容量よりも低い第２の熱容量を有し、第１の熱容量よりも低い第２の熱伝導率を有する材料からなる、断熱層を含む。最内層の排気部品との直接的な係合は、熱が排気部品と最内層との間で容易に伝えられることを可能にする。
【０００６】
高い熱容量および熱伝導率によって、熱が排気部品と最内層との間で非常に効率的に伝導されるため、熱シールドアセンブリは有利である。このように、すべての部品が環境温度にある状態で内燃機関が冷間始動されるとき、排気管を通って進む排気ガスからの熱の一部が最内層の中へ伝えられるため、排気管は相対的にゆっくりと温まる。これは、排気部品にダメージを与え得る急速な温度変化によるストレスから排気管を保護する。加えて、最内層の高い熱容量および熱伝導率は、最内層がエンジンの動作の間に多量の熱を捕捉し、エンジンが動作を停止した後に熱を排気管に戻すことを可能にすることから、排気部品が冷却する速度を低減する。急速な温度変化からのストレスから排気管を保護することに加え、これは、排気管を内燃機関が短期間で再び動作し始める場合に最適な動作温度付近に保つという効果も有する。たとえば、車両の運転手が店に入る間にエンジンを切る場合、排気管はエンジンを再始動するときにその最適な動作温度付近であろう。これは、排気システムによって放出される汚染物質を低減するとともに、排気管が別の方法でその最適な動作温度まで温められ得る時間の間にエンジンの性能を向上させるという効果を有し得る。
【０００７】
本発明の別の局面によれば、最内層は、２つの片から作製される。
本発明のさらに別の局面によれば、断熱層は、２つの片から作製される。
【０００８】
本発明のさらなる別の局面によれば、熱シールドアセンブリは、最内層および断熱層を保護するための、最内層および断熱層を囲む外側シェルをさらに含む。
【０００９】
本発明の別の局面によれば、外側シールドは、２つの片から作製される。
本発明のさらに別の局面によれば、外側シェルの２つの片は、溶接継目によってともに接合される。
【００１０】
本発明のさらなる別の局面によれば、溶接継目は、外側シェルの片上の径方向に延在するフランジで、外側シェルの２つの片をともに接合する。
【００１１】
本発明のさらなる局面によれば、外側シェルは、両長手方向において最内層および断熱層を超えて長手方向に延在する。
【００１２】
本発明のさらなる別の局面によれば、各長手方向端部に隣接して、外側シェルは、排気部品に直接接触するために径方向内側に先細っている。
【００１３】
本発明の別の局面は、車両用の排気アセンブリに関する。排気アセンブリは、排気管などの排気部品と、最内層および断熱層を含む熱シールドアセンブリとを含む。最内層は、内燃機関の動作の間に排気部品からの熱を受容および保持するために、ならびに、内燃機関の動作が停止した後に熱を排気部品に戻すように伝えるために、排気部品と直接係合し、第１の熱容量および第１の熱伝導率を有する非セラミック材料から作製される。断熱層は、排気部品および最内層を別の車両部品から断熱するために、最内層を囲み、第１の熱容量よりも低い第２の熱容量を有し、第１の熱伝導率よりも低い第２の熱伝導率を有する材料からなる。
【００１４】
本発明のこれらのおよび他の局面、特徴ならびに利点は、現在好ましい実施形態およびベストモードの説明、添付された請求項ならびに添付の図面と結び付けて考えられたとき、より容易に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】排気管の長手方向長さの一部を包み込むヒートシンクアセンブリの例示の実施形態を伴う、排気管の形態での排気部品の斜視図である。
【図２】排気管およびヒートシンクアセンブリの断面斜視図である。
【図３】例示の実施形態のヒートシンクアセンブリの分解図である。
【図４】図１の線４−４に沿った排気管およびヒートシンクアセンブリの例示の実施形態の断面図である。
【図５】例示のヒートシンクアセンブリの外側シェルの２つの片をともに溶接するために用いられるシーム溶接加工を示す斜視図である。
【図６】排気管の周囲のヒートシンクアセンブリの例示の実施形態の１つの長手方向端部の拡大図である。
【図７】例示の車両排気アセンブリにおけるターボチャージャ、触媒コンバータおよび排気管の一部を覆う熱シールドの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
現在好ましい実施形態の詳細な説明
図を参照すると、同様の符号がいくつかの図にわたって対応する部分を示し、内燃機関（図示せず）を有する車両における使用のための熱シールドアセンブリ２０を含む排気部品が、概して図１に示される。例示の排気部品は、エンジンの排気マニホールドからの排気ガスをテイルパイプを介して外気へ運ぶための排気管２２である。しかしながら、熱シールドアセンブリ２０は触媒コンバータ、ターボチャージャまたはマフラーなどの他のタイプの排気部品とともに用いられてもよいことが理解されるべきである。
【００１７】
熱シールドアセンブリ２０の例示の実施形態は、すべて排気管２２の長さの一部を囲むまたは包む、個別の別々に形成された３つの層を含む。３つの層の第１は、排気管２２と最内層２４との間の伝導を通して熱を直接伝えるための、排気管２２と直接面同士で接触する最内層２４である。
【００１８】
最内層２４は、第１の熱容量（比熱としても知られる）および第１の熱伝導率を有する第１の材料から作製される。非セラミック材料の第１の熱容量および第１の熱伝導率は、いずれも相対的に高い。高い熱容量および熱伝導率によって、熱は排気部品と最内層２４との間で非常に効率的に伝導される。このように、すべての部品が環境温度にある状態で内燃機関が冷間始動されるとき、排気管２２を通って進む排気ガスからの熱の一部が最内層２４の中へ伝えられるため、排気管２２は相対的にゆっくりと温まる。これは、過度に急速に熱くなることから生じ得るダメージから排気管２２を保護する。
【００１９】
加えて、最内層２４の高い熱容量および熱伝導率は、エンジンが動作を停止した後に最内層２４が熱を排気管２２に戻して排気部品が冷却する速度を低減することを可能にする。過度に早く冷却することからのダメージから排気管２２を保護することに加えて、これは、排気管２２を内燃機関が短期間で再び動作し始める場合に最適な動作温度付近に保つという効果も有する。たとえば、車両の運転手が店に入る間にエンジンを切る場合、排気管２２はエンジンを再始動するときにその最適な動作温度付近であろう。これは、排気システムによって放出される汚染物質を低減するとともに、排気管２２が別の方法でその最適な動作温度まで温められ得る時間の間にエンジンの性能を向上させるという効果を有し得る。
【００２０】
最内層２４は、潜熱の形態でエネルギーを蓄えるために、通常の環境温度では固体であり、通常の排気管２２の動作温度では液体である材料から作製されてもよい。代替的には、最内層２４は、排気管２２の動作温度範囲にわたって固体である材料からなってもよい。最内層２４のために好ましい材料は、塩パラフィン；塩水和物（ニリン酸水和物または共晶塩水和物の混合物、塩または共晶塩の混合物など）；溶融塩；金属合金；アルミニウム、シリコン、銅、マグネシウムもしくはニッケルの二成分または三成分金属組成物；およびグラファイト組成物を含む。
【００２１】
熱シールドアセンブリ２０は、最内層２４を囲むまたは包む断熱層２６も含む。断熱層２６は、最内層２４の第１の熱容量よりも低い第２の熱容量を含み、最内層２４の第１の熱伝導率よりも低い第２の熱伝導率を有する材料から作製される。たとえば、断熱層２６は、高温断熱繊維マット、ウール、ニードルマット、ニットブランケット、あるいは、シリカ繊維、Ｅ−ガラス繊維、アルカリ土類ケイ酸塩繊維、玄武岩繊維もしくは他の利用可能な高温耐性の低熱伝導率の断熱材料などの材料の混合物または組成物から作製されてもよい。
【００２２】
動作中、断熱層２６は、最内層２４からの熱の漏れを制限することから、排気管２２と最内層２４との間の熱の伝達を最大にするとともに、排気管２２から発する熱から他の車両部品を保護する。
【００２３】
熱シールドアセンブリ２０は、加えて、断熱層２６を囲むまたは包む、最内層２４および断熱層２６とは異なる材料から作製される外側シェル２８を含む。外側シェル２８は、車両の本体下の石、水、塵、瓦礫および他の汚染によるダメージから排気管２２ならびに最内層２４および断熱層２６を保護するために、任意の好適な材料（金属またはプラスチックなど）から作製され得る。
【００２４】
図３に示されるように、最内層２４、断熱層２６および外側シェル２８の各々は、直径方向に離間され長手方向に延在する縁部３０を有し、湾曲した内面を有する概ね半円筒形状の２つの片として作製される。最内層２４の片の内面は、管状の排気管２２の外面の湾曲の曲率に一致するように湾曲している。ここで図４を参照すると、熱シールドアセンブリ２０の組立ての間に、最内層２４の２つの片は、排気管２２の両側と入れ子の関係にされ、長手方向に延在する縁部３０は、最内層２４が排気管２２の一部を囲むまたは包むように互いに接触する。これは、排気管２２と最内層２４との間に非常に大きい領域の面同士の接触を確立して排気管２２と最内層２４との間の熱の伝導を促進する。断熱層２６は、最内層２４と排気管２２と間の上記に記載された接続に類似の加工を通して、最内層２４に接合される。
【００２５】
次に、外側シェル２８の２つの片は、ともに固定されて最内層２４および断熱層２６を捕捉する。外側シェル２８の例示の片は、いずれも外側シェル２８の長さに沿って径方向外側かつ長手方向に延在するフランジ３２ａ，３２ｂを有する。例示の実施形態では、フランジ３２ａ，３２ｂは、互いとの係止係合へ変形され、その後ともに溶接されて排気管２２の周囲の最内層２４および断熱層２６を捕捉する。特定的には、図５を参照すると、例示のフランジ３２ａ，３２ｂは、１対の帯電ローラ電極３４でフランジ３２ａ，３２ｂの対向側部を係合し、フランジ３２ａ，３２ｂの長さをローラ電極３４間に通すことによるシーム溶接を通して、ともに溶接される。１つの電極３４からフランジ３２を通した他の電極３４までの電流の通過は、フランジ３２ａ，３２ｂの一部をそれらの融点まで加熱するという効果を有し、これにより、冷却の際、フランジ３２ａ，３２ｂ間に溶接部３６（図４に示される）を確立する。シーム溶接は、最内層２４および断熱層２６の周囲の信頼性の高い接続を確立するために特に費用対効果の高い手段であることが発見されている。
【００２６】
図６に示されるように、熱シールドアセンブリ２０の長手方向端部の各々で、外側シェル２８は、最内層２４および断熱層２６の隣接端部を超えて長手方向に延在し、排気管２２と直接接触するように径方向内側に先細っている。例示の外側シェル２８は、機械的に変形されて外側シェル２８と排気管２２との間に気体および流体密封も確立する。加えて、外側シェル２８と排気管２２との長手方向端部間に気体および流体密封を確立するために、接着剤またはコーティングが施されてもよい。
【００２７】
図７は、車両用の例示の排気システムの複数の部品の上に設置されるような熱シールドアセンブリ２０の例示の実施形態を示す。この実施形態では、熱シールドアセンブリ２０は、ターボチャージャ、触媒コンバータおよび排気管の一部を囲む。
【００２８】
言うまでもなく、本発明の多くの修正および変形が上記の教示に照らして可能である。したがって、添付された請求項の範囲内で、本発明は特定的に記載された以外の方法で実施されてもよいことが理解されるべきである。
【図１】
2019505715.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2019505715.tif 000010
2019505715.tif 000011