(57)【要約】【課題】排気管からの放熱を抑えるとともに、排気管と遮熱板との間への断熱材の配設が容易なインシュレータを提供する。【解決手段】インシュレータ３０は、排気通路を構成する排気管としての排気マニホールド２０の外周面に沿って配置され、該外周面に対して離間して配設されている遮熱板３１と、遮熱板３１及び排気マニホールド２０の間に挟まれて排気マニホールド２０の外周面を覆っており、空気よりも熱伝導率の低い素材からなるマット材３２と、マット材３２に埋設され、マット材３２を構成する素材よりも熱伝導率の低い素材からなる断熱材３３とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路を構成する排気管の外周面に沿って配置され、該外周面に対して離間して配設されている遮熱板と、
前記遮熱板及び前記排気管の間に挟まれて前記排気管の外周面を覆っており、空気よりも熱伝導率の低い素材からなるマット材と、
前記マット材に埋設され、前記マット材を構成する素材よりも熱伝導率の低い素材からなる断熱材と
を備えるインシュレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気管の輻射熱を遮るインシュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載のインシュレータは、内燃機関の排気通路を構成するエキゾーストマニホールド（以下「エキマニ」という。）に装着されている。インシュレータは、アルミニウム合金からなる２枚の金属板と、これらの金属板の間に挟持された繊維状の耐熱吸音材とによって構成されている。インシュレータは、エキマニの外周面に沿って配設されており、該外周面に対して離間している。インシュレータは、エキマニからの輻射熱を遮ることにより、エキマニの周囲に配設された部品の温度上昇を抑える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１‐６５３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気通路には排気を浄化するための触媒が設けられている。内燃機関の始動後、触媒の早期活性化のためには、エキマニからの放熱をできる限り抑えて、温度が高い状態の排気を触媒に流入させることが望ましい。
【０００５】
特許文献１に記載のインシュレータは、エキマニから離間して配設されているため、エキマニからの輻射熱を遮ることはできるもののエキマニからの放熱を抑えられるとは言い難い。エキマニからの放熱が十分に抑えられないと、排気による触媒の早期活性化への貢献は期待できない。なお、インシュレータがエキマニとの間に空気よりも熱伝導率の低い断熱材を有する場合、断熱材は脆性が高くその加工が難しいこともあることから、その配設が難しいこともある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するためのインシュレータは、排気通路を構成する排気管の外周面に沿って配置され、該外周面に対して離間して配設されている遮熱板と、前記遮熱板及び前記排気管の間に挟まれて前記排気管の外周面を覆っており、空気よりも熱伝導率の低い素材からなるマット材と、前記マット材に埋設され、前記マット材を構成する素材よりも熱伝導率の低い素材からなる断熱材とを備える。
【０００７】
上記構成では、マット材によって排気管の外周面を覆うことにより、マット材だけでなく、断熱材が排気管の外側に沿って配設される。マット材は空気よりも断熱性能が高く、断熱材はマット材よりも断熱性能が高い。上記構成によれば、排気管がマット材と断熱材とによって覆われるため、該排気管が空気層と隣接している場合に比して、排気管からの放熱を抑えることができ、排気による触媒の早期活性化への貢献が期待できる。また、排気管と遮熱板との間にマット材を介して断熱材が配設されることから、断熱材を排気管の外周面の形状に合わせて加工する必要がない。そのため、断熱材として、脆性が高く加工が難しい素材を使用してもその配設が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】インシュレータの一実施形態の構成を模式的に示す断面図。
【図２】インシュレータのマット材の平面図。
【図３】図２の３−３線に沿った断面図。
【図４】マット材の変形例を示す平面図。
【図５】図４の５−５線に沿った断面図。
【図６】過給機を備える内燃機関に適用した場合のインシュレータの構成を模式的に示す断面図。
【図７】直管状の排気マニホールドに装着されたインシュレータの構成を模式的に示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
インシュレータの一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関のシリンダヘッド１０には、排気マニホールド２０が連結されている。排気マニホールド２０は、シリンダヘッド１０に一端が連結されている第１直管部２１と、該第１直管部２１の他端に連結され、鉛直下方（図１の下方）に湾曲して延びている湾曲管部２２とを有している。第１直管部２１の一端部には、第１フランジ２１Ａが形成されている。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、シリンダヘッド１０の壁面に固定されている。湾曲管部２２には、該湾曲管部２２から鉛直下方に延びているコンバータ部２３が連結されている。コンバータ部２３は、湾曲管部２２に連結され、該湾曲管部２２から離間するほど拡径されたテーパ形状の拡径部２３Ａと、該拡径部２３Ａに連結されて内部に触媒２５を格納している円筒状の格納部２３Ｂと、該格納部２３Ｂに連結され、該格納部２３Ｂから離間するほど縮径されたテーパ状の縮径部２３Ｃとからなる。コンバータ部２３の縮径部２３Ｃには、鉛直下方に延びている第２直管部２４の一端が連結されている。第２直管部２４の他端部には、第２フランジ２４Ａが形成されている。第１直管部２１、湾曲管部２２、コンバータ部２３、及び第２直管部２４によって、排気マニホールド２０が構成されている。なお、第２直管部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ている。
【００１０】
シリンダヘッド１０は内燃機関の燃焼室を構成する一部材であり、燃焼室内の排気はシリンダヘッド１０の内部を通じて排気マニホールド２０に排出される。排気マニホールド２０に排出された排気は、図１に矢印で示すように、第１直管部２１、湾曲管部２２、コンバータ部２３、及び第２直管部２４を順に流れる。すなわち、排気マニホールド２０は、排気通路を構成する排気管として機能している。
【００１１】
排気マニホールド２０には、インシュレータ３０が装着されている。インシュレータ３０は、遮熱板３１を有している。遮熱板３１は、例えばステンレス鋼によって構成されており、円筒状に形成されている。遮熱板３１は、排気マニホールド２０の外周面に沿って配置され、排気マニホールド２０の第１直管部２１、湾曲管部２２、及びコンバータ部２３の外側に位置している。遮熱板３１は、排気マニホールド２０の外周面に対して離間して配設されている。遮熱板３１と第１直管部２１、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略同一である。すなわち、図１に示すように、遮熱板３１の断面形状は、排気マニホールド２０の断面形状に対して相似形状となるように形成されている。遮熱板３１の一端部には、連結フランジ３１Ａが形成されている。連結フランジ３１Ａは、例えばボルトによって締結されることで、第１直管部２１の第１フランジ２１Ａに固定されている。
【００１２】
インシュレータ３０は、マット材３２も有している。マット材３２は、例えばガラス繊維によって構成されており、空気よりも熱伝導率の低い素材からなる。マット材３２は、遮熱板３１及び排気マニホールド２０の間に挟まれて支持されており、排気マニホールド２０の第１直管部２１、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。
【００１３】
図２及び図３に示すように、マット材３２は、長方形板状に成形された本体板部３２Ａを有している。本体板部３２Ａには、その一端面（図３の上端面）側から切り抜かれた形状の複数の収容穴３２１Ａが凹設されている。収容穴３２１Ａは所定間隔をおいて設けられている。各収容穴３２１Ａには、断熱材３３が収容されている。断熱材３３は、直方体形状に形成されており、マット材３２を構成しているガラス繊維よりも熱伝導率の低いヒュームドシリカによって構成されている。本体板部３２Ａの厚さ方向（図２の奥行き方向）と直交する断面において、断熱材３３の形状と収容穴３２１Ａの形状とは同じである。そのため、断熱材３３は、その外周面が収容穴３２１Ａの内周面に当接して保持されている。こうしてマット材３２の本体板部３２Ａに断熱材３３が収容されている状態で、各収容穴３２１Ａの開口部側には蓋部３２Ｂが収容されている。蓋部３２Ｂの外面と本体板部３２Ａの上記一端面とは面一である。このように、マット材３２は、互いに同じ素材からなる本体板部３２Ａと蓋部３２Ｂとから構成されており、該マット材３２に複数の断熱材３３が埋設されている。こうして長方形板状に成形されたマット材３２は、断熱材３３よりも変形が容易であり、排気マニホールド２０の外周面に合わせて丸められて遮熱板３１及び排気マニホールド２０の間に挟まれる。これにより、断熱材３３は、排気の流れ方向に対して、また排気マニホールド２０の周方向に対して所定間隔で配置される。
【００１４】
図１に示すように、断熱材３３は、排気マニホールド２０の第１直管部２１、湾曲管部２２、及びコンバータ部２３の外側に配置されている。なお、断熱材３３は、耐水性を有する樹脂などの薄膜によって予め被覆された状態で設けられている。
【００１５】
本実施形態の作用効果について説明する。
（１）本実施形態では、断熱材３３が埋設されたマット材３２によって排気マニホールド２０の外周面を覆うことにより、マット材３２だけでなく、断熱材３３が排気マニホールド２０の外側に沿って配設される。マット材３２は空気よりも断熱性能が高く、断熱材３３はマット材３２よりも断熱性能が高い。これらマット材３２と断熱材３３とによって排気マニホールド２０が覆われるため、該排気マニホールド２０が空気層と隣接している場合に比して、排気マニホールド２０からの放熱を抑えることができる。したがって、排気による触媒の早期活性化への貢献が期待できる。また、排気マニホールド２０と遮熱板３１との間にマット材３２を介して断熱材３３を配設している。そのため、断熱材３３を排気マニホールド２０の外周面の形状に合わせて加工する必要がない。そのため、断熱材３３として、脆性が高く加工が難しい素材を使用してもその配設が容易になる。
【００１６】
（２）マット材３２及び断熱材３３を、触媒２５よりも排気上流側の排気通路を構成している排気マニホールド２０の第１直管部２１及び湾曲管部２２の外側に配置している。そのため、シリンダヘッド１０から排気マニホールド２０に排出された排気が触媒２５に達するまでに、該排気の温度が低下することを抑えることができる。また、マット材３２及び断熱材３３を、触媒２５を格納しているコンバータ部２３の外側にも配置している。そのため、触媒２５からの放熱も抑えることができる。したがって、触媒２５の昇温効率の向上に貢献できる。
【００１７】
（３）本実施形態では、断熱材３３を耐水性を有する樹脂によって予め被覆した状態で設けている。そのため、断熱材３３の表面に水が付着したとしても、その内部にまで水が侵入することが抑えられる。そのため、断熱材３３の素材として、水が付着すると形状保持性が悪化するおそれのある素材を選択することも可能になる。
【００１８】
（４）断熱材３３がマット材３２に埋設されているため、内燃機関の運転に伴い排気マニホールド２０が振動した場合であっても、マット材３２がクッションとなり、断熱材３３が排気マニホールド２０や遮熱板３１に接触することが抑えられる。また、断熱材３３がマット材３２に埋設されていることで、例えば断熱材３３が割れた場合等であっても、その位置ずれが抑えられる。
【００１９】
上記実施形態は以下のように変更して実施することができる。
・マット材３２は、本体板部３２Ａと蓋部３２Ｂとを互いに異なる素材によって構成することも可能である。なお、この場合、少なくとも本体板部３２Ａは、空気よりも熱伝導率の低い素材から構成する。この構成によれば、マット材３２の平面視において、蓋部３２Ｂが設けられている部分には、本体板部３２Ａよりも熱伝導率の低い素材によって構成される断熱材３３が配置され、それ以外の部分には、空気よりも熱伝導率の低い素材によって構成される本体板部３２Ａが配置される。
【００２０】
・図４及び図５に示すように、本体板部３２Ａと蓋部３２Ｂとを一体物としてマット材３２を構成することも可能である。すなわち、図４及び図５に示すように、マット材３２を長方形板状に成形し、その内部に複数の断熱材３３を埋設するようにしてもよい。こうした構成は、例えば、ガラス繊維によって断熱材３３を包むようにしてマット材３２を成形することで実現できる。
【００２１】
・マット材３２を、遮熱板３１及び排気マニホールド２０の間に挟むだけでなく、例えば接着などによって排気マニホールド２０の外周面に接合してもよい。また、マット材３２と遮熱板３１とを互いに接合してもよい。こうした構成によれば、各部材の接合強度を高めることも可能である。
【００２２】
・マット材３２を、排気マニホールド２０の第１直管部２１、湾曲管部２２、及びコンバータ部２３の外周面を覆うように設けたが、マット材３２の配設態様はこうしたものに限られない。例えば、排気マニホールド２０の第１直管部２１及び湾曲管部２２の外周面を覆う一方で、コンバータ部２３の外周面は覆わない構成としてもよい。また、排気マニホールド２０の外周面全体をマット材３２によって覆うようにしてもよい。
【００２３】
・遮熱板３１を、排気マニホールド２０の第１フランジ２１Ａに固定するのではなく、シリンダヘッド１０の壁面に固定してもよい。また、遮熱板３１を排気マニホールド２０に直接固定するのではなく、マット材３２を介して排気マニホールド２０に支持されるように設けてもよい。
【００２４】
・遮熱板３１の形状は上述したものに限られない。例えば、排気マニホールド２０の第２直管部２４の外周面まで延びるように遮熱板３１を形成することも可能である。
・遮熱板３１と第１直管部２１、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を同一にしたが、これらの距離は適宜変更が可能である。例えば、排気マニホールド２０と遮熱板３１との距離を部分的に大きくし、該部分においてマット材３２の厚みを厚くすることにより、排気マニホールド２０の放熱抑制効果を部分的に高めるようにしてもよい。
【００２５】
・遮熱板３１を構成する素材は、ステンレス鋼に限られず、排気マニホールド２０からの輻射熱を遮ることのできる素材を適宜選択して採用すればよい。
・断熱材３３を、耐水性を有する樹脂によって予め被覆したが、断熱材３３を耐水性及び耐熱性を有する樹脂によって被覆するようにしてもよい。この構成によれば、断熱材３３を覆う被膜の耐久性を高めることができる。また、断熱材３３を耐水性を有する樹脂や、耐水性及び耐熱性を有する樹脂などによって被膜しなくてもよい。
【００２６】
・断熱材３３の素材は、ヒュームドシリカに限らず、他の素材を採用してもよい。要は、断熱材３３が、マット材３２を構成する素材よりも熱伝導率の低い素材から構成されればよい。
【００２７】
・断熱材３３の形状や数は適宜変更が可能である。例えば、排気マニホールド２０の外周面が複雑な曲面形状を有する場合には、断熱材３３を小型化または少数化すればよい。この場合、マット材３２の変形量を大きくすることができ、排気マニホールド２０の外周面の形状が複雑であってもその形状に追従させてマット材３２及び断熱材３３を配設することが可能になる。なお、複数の断熱材３３においてそれぞれの形状や大きさが異なってもよいことはいうまでもない。
【００２８】
・断熱材３３を、排気マニホールド２０の第１直管部２１、湾曲管部２２、及びコンバータ部２３の外側に配置したが、断熱材３３の配置態様はこれに限られない。例えば、排気マニホールド２０の第１直管部２１及び湾曲管部２２の外側にのみ配置し、コンバータ部２３の外側には配置しないようにしてもよい。
【００２９】
・インシュレータを過給機付の内燃機関に適用することも可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成については共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
図６に示すように、内燃機関のシリンダヘッド１０には、過給機のタービンハウジング４０が連結されている。タービンハウジング４０は、シリンダヘッド１０に連結されている三角板状の固定板部４１と、該固定板部４１に連結されているスクロール部４２と、該スクロール部４２に連結されているフランジ部４３とからなる。タービンハウジング４０のスクロール部４２には、過給機のベアリングハウジング５０を介して、図示しない過給機のコンプレッサーハウジングが連結されている。タービンハウジング４０のフランジ部４３には、排気マニホールド２０の第１直管部２１が連結されている。
【００３０】
排気マニホールド２０には、インシュレータ６０が装着されている。インシュレータ６０は、遮熱板６１を有している。遮熱板６１は、例えばステンレス鋼によって構成され、排気マニホールド２０の外周面に沿って配置されている。遮熱板６１は、排気マニホールド２０の第１直管部２１、湾曲管部２２、及びコンバータ部２３の外側に位置している。また、遮熱板６１は、タービンハウジング４０側にも延びており、タービンハウジング４０のフランジ部４３の外側に位置している。遮熱板６１は、排気マニホールド２０の外周面及びタービンハウジング４０の外周面に対して離間して配設されている。
【００３１】
インシュレータ６０は、マット材６２も有している。マット材６２は、例えばガラス繊維によって構成され、遮熱板６１と排気マニホールド２０及びタービンハウジング４０との間に挟まれて支持されている。マット材６２は、排気マニホールド２０の第１直管部２１、湾曲管部２２、及びコンバータ部２３の外側、並びにタービンハウジング４０のフランジ部４３の外側に位置してこれらの外周面を覆っている。遮熱板６１は、マット材６２を介して排気マニホールド２０に支持されている。マット材６２には複数の断熱材６３が埋設されている。断熱材６３は、例えばヒュームドシリカによって構成されている。
【００３２】
この構成によっても、空気よりも断熱性能が高いマット材６２と、マット材６２よりも断熱性能が高い断熱材６３とによって排気マニホールド２０を覆うことができる。また、排気マニホールド２０と遮熱板６１との間にマット材６２を介して断熱材３３を配設できる。そのため、上述した（１）と同様の作用効果を得ることができる。さらに、タービンハウジング４０のフランジ部４３が、マット材６２と断熱材６３とによって覆われるため、タービンハウジング４０のフランジ部４３が空気層と隣接している場合に比して、タービンハウジング４０からの放熱を抑えることができる。なお、上記構成において、タービンハウジング４０のフランジ部４３に加えて、固定板部４１及びスクロール部４２をインシュレータ６０によって覆うことも可能である。
【００３３】
・インシュレータを直管状の排気マニホールドに装着することも可能である。なお、以下では、上記実施形態と同様の構成については共通の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００３４】
図７に示すように、シリンダヘッド１０には、排気マニホールド７０が連結されている。排気マニホールド７０は、シリンダヘッド１０に一端が連結されている第３直管部７１を有している。第３直管部７１の一端部には、第３フランジ７１Ａが形成されている。第３フランジ７１Ａはシリンダヘッド１０の壁面に固定されている。第３直管部７１の他端には、コンバータ部２３の拡径部２３Ａが連結されている。コンバータ部２３の縮径部２３Ｃには、第４直管部７２の一端が連結されている。第４直管部７２の他端部には、第４フランジ７２Ａが形成されている。第３直管部７１、コンバータ部２３、及び第４直管部７２によって、排気マニホールド７０が構成されている。なお、第４直管部７２には、第４フランジ７２Ａを介して図示しない排気系部材が連結されている。
【００３５】
排気マニホールド７０には、インシュレータ８０が装着されている。インシュレータ８０は、遮熱板８１を有している。遮熱板８１は、例えばステンレス鋼によって構成され、排気マニホールド７０の外周面に沿って配置されている。遮熱板８１は、排気マニホールド７０の第３直管部７１及びコンバータ部２３の外側に位置している。遮熱板８１は、排気マニホールド７０の外周面に対して離間して配設されている。
【００３６】
インシュレータ８０は、マット材８２も有している。マット材８２は、例えばガラス繊維によって構成され、遮熱板８１及び排気マニホールド７０に挟まれて支持されている。マット材８２は、排気マニホールド７０の第３直管部７１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。遮熱板８１は、マット材８２を介して排気マニホールド７０に支持されている。マット材８２には複数の断熱材８３が埋設されている。断熱材８３は、例えばヒュームドシリカによって構成されている。この構成では、空気よりも断熱性能が高いマット材８２と、マット材８２よりも断熱性能が高い断熱材８３とによって排気マニホールド７０が覆われる。また、排気マニホールド７０と遮熱板８１との間にマット材８２を介して断熱材８３を配設できる。そのため、こうした構成によっても、上述した（１）と同様の作用効果を得ることはできる。
【００３７】
・インシュレータ３０，６０，８０が装着される排気管は排気マニホールド２０，７０に限られない。例えば、排気マニホールド２０，７０に連結される排気系部材にインシュレータ３０，６０，８０を装着することも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…シリンダヘッド、２０…排気マニホールド（排気管）、２１…第１直管部、２１Ａ…第１フランジ、２２…湾曲管部、２３…コンバータ部、２３Ａ…拡径部、２３Ｂ…格納部、２３Ｃ…縮径部、２４…第２直管部、２４Ａ…第２フランジ、２５…触媒、３０…インシュレータ、３１…遮熱板、３１Ａ…連結フランジ、３２…マット材、３２Ａ…本体板部、３２１Ａ…収容穴、３２Ｂ…蓋部、３３…断熱材、４０…タービンハウジング、４１…固定板部、４２…スクロール部、４３…フランジ部、５０…ベアリングハウジング、６０…インシュレータ、６１…遮熱板、６２…マット材、６３…断熱材、７０…排気マニホールド（排気管）、７１…第３直管部、７１Ａ…第３フランジ、７２…第４直管部、７４Ａ…第４フランジ、８０…インシュレータ、８１…遮熱板、８２…マット材、８３…断熱材。
【図１】
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【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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