(57)【要約】【課題】疲労強度を向上させた、内燃機関の排気系構成部品の接合構造の提供。【解決手段】（１）排気系構成部品１１、１２を、断面カール形状の接合部で、互いにかしめ結合した排気系構成部品の接合構造であって、接合部１３は、そのカール形状断面内に空間部１４を有し、そのカール形状の立ち上がり部１１ｂ、１２ｂに、半径が２ｍｍ以上のＲ部を有する。（２）カール形状断面内の空間部１４に、補強部材１６を配置した。（３）接合部１３に、穴１７を設けた。（４）部品の端部の角部を面取りした（面取り部１８）。（５）補強部材１６が部品１１、１２の一方に一体形成されている。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の、接合される排気系構成部品を、断面カール形状の接合部で、互いにかしめ結合した内燃機関の排気系構成部品の接合構造であって、
前記接合部は、そのカール形状断面内に空間部を有し、そのカール形状の立ち上がり部に、半径が２ｍｍ以上のＲ部を有する、内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
【請求項２】
内燃機関の、接合される排気系構成部品を、断面カール形状の接合部で、互いにかしめ結合した内燃機関の排気系構成部品の接合構造であって、
前記接合部のカール形状断面内の空間部に、補助部材を配置した、内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
【請求項３】
前記接合部に、該接合部のカール形状断面内の空間部の圧力が高くなった時にはその圧力を前記接合される排気系構成部品内の排気系流路に流す穴を設けた、請求項１または請求項２記載の内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
【請求項４】
前記接合される排気系構成部品のうち、一方の部品の端部の、他方の部品と接触する側の角部を面取りした、請求項１または請求項２記載の内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
【請求項５】
内燃機関の、前記接合される排気系構成部品が、マフラーと排気管、または、触媒コンバータと排気管、または排気管と排気管、である請求項１または請求項２記載の内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
【請求項６】
前記補助部材が、前記接合される排気系構成部品とは別部材である、請求項２記載の内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
【請求項７】
前記補助部材が、前記接合される排気系構成部品の一方に一体に形成されている、請求項２記載の内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気系構成部品の接合構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特開２０００−２１０７３６号公報は、２つの管を、溶接を用いずに、かしめによって接合する、管接合方法を開示している。
特開２０００−２１０７３６号公報の接合構造では、２つの管のそれぞれの端部をカールさせて結合させ、さらに結合部を型間で管軸方向にプレスし偏平にして両管を強固に互いに密着させ、接合部を構成している。このプレスで、管のストレート部から接合部への立ち上がり部はほぼ９０°の屈曲部となる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２１０７３６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来方法で接合された管に繰り返し曲げ荷重をかけて疲労試験してみると、管のストレート部から接合部への立ち上がり部の屈曲部で疲労亀裂が発生する。
本発明の目的は、疲労強度を向上させた、内燃機関の排気系構成部品の接合構造を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１）  内燃機関の、接合される排気系構成部品を、断面カール形状の接合部で、互いにかしめ結合した内燃機関の排気系構成部品の接合構造であって、
前記接合部は、そのカール形状断面内に空間部を有し、そのカール形状の立ち上がり部に、半径が２ｍｍ以上のＲ部を有する、内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
（２）  内燃機関の、接合される排気系構成部品を、断面カール形状の接合部で、互いにかしめ結合した内燃機関の排気系構成部品の接合構造であって、
前記接合部のカール形状断面内の空間部に、補助部材を配置した、内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
（３）  前記接合部に、該接合部のカール形状断面内の空間部の圧力が高くなった時にはその圧力を前記接合される排気系構成部品内の排気系流路に流す穴を設けた、（１）または（２）記載の内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
（４）  前記接合される排気系構成部品のうち、一方の部品の端部の、他方の部品と接触する側の角部を面取りした、（１）または（２）記載の内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
（５）  内燃機関の、前記接合される排気系構成部品が、マフラーと排気管、または、触媒コンバータと排気管、または排気管と排気管、である（１）または（２）記載の内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
（６）  前記補助部材が、前記接合される排気系構成部品とは別部材である、（２）記載の内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
（７）  前記補助部材が、前記接合される排気系構成部品の一方に一体に形成されている、（２）記載の内燃機関の排気系構成部品の接合構造。
【０００６】
上記（１）〜（７）の内燃機関の排気系構成部品の接合構造では、カール形状の立ち上がり部のＲ部のＲの半径を２ｍｍ以上としたので、Ｒ部の応力を集中を緩和し応力を分散でき、カール形状の立ち上がり部からの亀裂発生を防止することができ、疲労強度を向上できる。
上記（２）の内燃機関の排気系構成部品の接合構造では、カール形状断面内の空間部に、補助部材を配置したので、かしめ形状成形時のばらつきを低減することができる。
上記（３）の内燃機関の排気系構成部品の接合構造では、接合部に穴を設けたので、カール形状断面内の空間部の圧力が、空間部内の凝縮水の蒸発により上昇しても、排気系通路に逃がすことができ、上昇した圧力によりカール形状が変形することを防止できる。
上記（４）の内燃機関の排気系構成部品の接合構造では、両部品の先端角部を面取りしたので、カール形状成形時の両部材同士が角部でひっかからなくなり、カール成形を円滑に行うことができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施例に係る内燃機関の排気系構成部品の接合構造を、図１〜図８を参照して説明する。図３は比較例を示し、図４は図２と同じ構造で図２の一部を拡大して示したものである。
図において、本発明の全実施例に共通な、または類似な構成部分には本発明の全実施例にわたって同じ符合が付してある。
【０００８】
まず、本発明の全実施例に共通な、または類似な構成部分を、図１〜図４を参照して説明する。
本発明の内燃機関の排気系構成部品の接合構造は、接合される排気系構成部品を互いに接合するための接合構造である。
内燃機関の、接合される排気系構成部品は、図１の代表的な排気系構成図に示すように、マフラー（メインマフラー、サブマフラーなど）２と排気管１、または、触媒コンバータ３と排気管１、または排気管１と排気管１、である。図１の２点鎖線の円で囲んだ部分が、排気系構成部品１１、１２の接合構造が適用される部分であるが、これらのうち少なくとも１箇所に本発明の接合構造が適用される。
その接合構造は、通常は、図３に示すように、溶接接合（溶接部を符合４で示した）によるが、本発明では、溶接を用いない溶接レス構造である。溶接は構成部品の薄壁が、溶接時、溶接の熱で溶け落ちたり穴があいたりすることがあるので、薄壁の排気系構成部品の場合は、溶接レス構造とすることが望ましい場合がある。
【０００９】
本発明の内燃機関の排気系構成部品の接合構造（本発明の各実施例に共通な構造）は、図２、図４に示すように、内燃機関の、接合される排気系構成部品１１、１２を、断面カール形状の接合部１３で、互いにかしめ結合した接合構造である。各排気系構成部品１１、１２は、図１の排気間１、マフラー２、触媒コンバータ３の何れかからなる。排気系構成部品１１、１２は、金属製部品で、たとえばステンレス製である。
以下、接合される排気系構成部品１１、１２のうち、排気系構成部品１１を第１の排気系構成部品とよび、排気系構成部品１２を第２の排気系構成部品とよび、接合部１３において、他方の排気管構成部品を外側から巻きこんでいる部品の方を、第１の排気系構成部品１１とよぶことにする。
【００１０】
接合部１３は、そのカール形状断面内に空間部１４を有し、第１、第２の排気系構成部品１１、１２のそれぞれのカール形状の立ち上がり部１１ｂ、１２ｂに、半径（部品１１、１２のそれぞれの外面での半径）Ｒ１  が２ｍｍ以上のＲ部（湾曲部、立ち上がり部１１ｂ、１２ｂと同じ部分）を有する。特開２０００−２１０７３６では、この部分は屈曲していて（折れていて）Ｒ部になっていないが、本発明ではこの部分を半径が２ｍｍ以上のＲ部に形成する。
【００１１】
接合部１３において、第１の排気系構成部品１１は、
（ａ）排気系構成部品１１の軸芯１５と平行な軸方向ストレート部１１ａと、
（ｂ）軸方向ストレート部１１ａから湾曲して軸芯１５と直交する方向にかつ排気系構成部品１１の半径方向外側に立ち上がる立ち上がり部１１ｂと、
（ｃ）立ち上がり部１１ｂから軸芯１５と直交する方向にかつ排気系構成部品１１の半径方向外側に距離ｌ１  だけ延びる半径方向ストレート部１１ｃと、
（ｄ）半径方向ストレート部１１ｃの外側端から半径（部品１１の外面での半径）Ｒ３  で半円を描いて延びる半円部１１ｄ（この半円部１１ｄの円の中心は半径方向ストレート部１１ｃの外側端と、排気系構成部品１１の軸芯１５からの半径方向距離が同じで、排気系構成部品１１の軸芯１５と平行方向にはストレート部１１ｃの外側端とＲ３  だけ、軸方向ストレート部１１ａと反対側に、離れている）と、
（ｅ）半円部１１ｄの、半径方向ストレート部１１ｃに接続する側の端部と反対側の端部から、軸芯１５と直交する方向にかつ排気系構成部品１１の半径方向内側に距離ｌ２  だけ延びる半径方向ストレート部１１ｅ（ただし、半径方向ストレート部１１ｅの長さｌ２  は０でもよい）と、
（ｆ）半径方向ストレート部１１ｅの内側端から半径（部品１１の内面での半径、部品１２の外面での半径でもある）Ｒ２  で半円を描いて延びる半円部１１ｆ（この半円部１１ｆの円の中心は半径方向ストレート部１１ｅの内側端と、排気系構成部品１１の軸芯１５からの半径方向距離が同じで、排気系構成部品１１の軸芯１５と平行方向にはストレート部１１ｅの内側端とＲ２  だけ、軸方向ストレート部１１ａに近づく側に、離れている）と、
（ｇ）半円部１１ｆの、半径方向ストレート部１１ｅに接続する側の端部と反対側の端部から、軸芯１５と直交する方向にかつ排気系構成部品１１の半径方向外側に所定距離だけ延びる半径方向ストレート部１１ｇと、
を有している。
【００１２】
接合部１３において、第２の排気系構成部品１２は、
（ａ）排気系構成部品１２の軸芯１５（排気系構成部品１１の軸芯１５と同じ）と平行な軸方向ストレート部１２ａと、
（ｂ）軸方向ストレート部１２ａから湾曲して軸芯１５と直交する方向にかつ排気系構成部品１２の半径方向外側に立ち上がる立ち上がり部１２ｂと、
（ｃ）立ち上がり部１２ｂから軸芯１５と直交する方向にかつ排気系構成部品１２の半径方向外側に距離ｌ１  （排気系構成部品１１の半径方向ストレート部１１ｃの距離ｌ１  と同じ距離）だけ延びる半径方向ストレート部１２ｃと、
（ｄ）半径方向ストレート部１２ｃの外側端から所定の半径（この半径は部品１２の外面での半径で、部品１１の外面での半径Ｒ３  から部品１１の板厚を引いた半径）で半円を描いて延びる半円部１２ｄ（この半円部１２ｄの円の中心は部品１１の半円部１１ｄの中心と同一位置にある）と、
（ｅ）半円部１２ｄの、半径方向ストレート部１２ｃに接続する側の端部と反対側の端部から、軸芯１５と直交する方向にかつ排気系構成部品１２の半径方向内側に所定距離（この所定距離は部品１１の半径方向ストレート部１１ｅの半径方向距離ｌ２  以下の距離）だけ延びる半径方向ストレート部１２ｅと、
を有している。
【００１３】
排気系構成部品１１の先端部（半径方向ストレート部１１ｇの半径方向外側端でもある）と、排気系構成部品１２の先端部（半径方向ストレート部１２ｅの半径方向内側端でもある）とは、軸芯１５と平行方向に隔たっており、これによって、断面がカール形状の接合部１３内部には、空間部３０が形成されている。
また、排気系構成部品１１の半径方向ストレート部１１ｃと排気系構成部品１２の半径方向ストレート部１２ｃとは、互いに軸方向に対向しかつ密着している。この密着する点をａとする。
また、排気系構成部品１１の半円部１１ｆと排気系構成部品１２の軸方向ストレート部１２ａから立ち上がり部１２ｂへの移行部とは、互いに半径方向に対向しかつ密着している。この密着する点をｂとする。
排気系構成部品１１と排気系構成部品１２とは少なくとも点ａ、ｂにおいて密着しており、排気通路の内部を外部（大気）からシールしている。
排気構成部品１１の軸方向ストレート部１１ａの外面と半円部１１ｄの最大径部の外面との間の半径方向間隔は、約５ｍｍ以上である。
【００１４】
断面がカール形状の接合部１３内部の空間部１４は、軸芯１５を中心にして周方向に１周にわたって延びる。空間部１４には、軸芯１５を中心にして周方向に延びる補助部材１６（たとえば、図５に示したもの）が配置されてもよい。補助部材１６は、排気系構成部品１１、１２と別体の部材であってもよいし、あるいは、排気系構成部品１１、１２の一方の部品に一体に設けられたものであってもよい。
【００１５】
つぎに、上記の本発明の全実施例に共通な、または類似な構成部分の、作用を説明する。
排気管系は、一端がエンジンに固定され、他部はゴム等でサポートされる、いわゆる片持ち梁構造である。したがって、エンジンや路面からの振動が直接排気管に加わると、強度的に、厳しい使用環境になる。更に、高温ガスや排気エミッションに対しても十分な気密性が要求される。そのため、排気系構成部品の各部の接合構造には、十分な耐久信頼性が要求される。
【００１６】
本発明では、排気系構成部品１１、１２のそれぞれの立ち上がり部１１ｂ、１２ｂの湾曲の半径Ｒ１  、Ｒ２  をそれぞれ２ｍｍ以上としたので、排気管の振動などにより立ち上がり部１１ｂ、１２ｂに曲げ荷重がかかっても、屈曲形状の場合と異なり、応力集中が緩和され、応力が湾曲部全体に分散されて、集中応力値が小さくなる。その結果、立ち上がり部１１ｂ、１２ｂの疲労強度が向上し、耐久信頼性が向上する。
また、接合部１３を無溶接化し、かしめ構造としているので、接合時に排気系構成部品１１、１２の板が溶接の熱を受けて局部的に溶けたり、穴があいたりすることもない。
【００１７】
接合部１３では、排気系構成部品１１、１２を、少なくとも点ａ、ｂで密着させてあるので、気密性が確保されており、排気系構成部品１１、１２内を流れる排気ガスが外部に漏れることはない。とくに、点ａには半径方向ストレート部１１ｃ、１２ｃが設けてあるので、密着面の剛性と面圧を確保でき、良好な密着性とシール性が得られる。
【００１８】
また、空間部１４に補助部材１６を配置した場合（たとえば、図５）は、カール形状、空間部１４の断面形状を精度よく（ばらつきが少なく）作製でき、排気系構成部品１１、１２の密着性（とくに点ａでの両部品１１、１２の密着性）、ひいては接合部１３のシール性を向上できる他、安定した生産に寄与できる。
【００１９】
つぎに、本発明の各実施例を説明する。
本発明の実施例１は、図４に示したもので、本発明の全実施例に共通する部分で説明した構成、作用を有する。図４において、半径方向ストレート部１１ｃ、１２ｃの半径方向長さｌ１  、ｌ２  は、０以上である。実施例１では、空間部１４に補助部材１６は配置されていない。
【００２０】
本発明の実施例２は、図５に示したもので、本発明の全実施例に共通する部分で説明した構成、作用を有する。実施例２では、空間部１４に補助部材１６が配置されている。補助部材１６は金属製で、排気系構成部品１１、１２とは別体であり、カール成形時に空間部１４に巻き込まれて配置される。補助部材１６は中空であってもよい。
補助部材１６があることにより、カール形状が安定し、かつ排気系構成部品１１、１２の密着性、したがって接合部１３のシール性がよくなる。
【００２１】
本発明の実施例３では、図６に示すように、接合部１３に、該接合部１３のカール形状断面内の空間部１４の圧力を、接合される排気系構成部品１１、１２内の排気系流路に逃がす穴１７が設けられている。図６の例では、穴１７は第２の排気系構成部品１２の立ち上がり部１２ｂに設けられている。
穴１７は両部品１１、１２にわたって貫通するように設けてもよい。
もしも空間部１４に水分が侵入して、排気ガスの熱を受けて蒸発し空間部１４の圧力が高くなったとしても、その圧力は穴１７から排気通路に逃げることができる。その結果、空間部１４が高圧になることはなく、カール形状が高圧で変形して接合部１３が変形することもない。
【００２２】
本発明の実施例４では、図７に示すように、接合される排気系構成部品１１、１２のうち、一方の部品１１（１２）の端部の、他方の部品１２（１１）と接触する側の角部が面取りされている。面取り部を符合１８で示してある。一方の部品が１１の場合は他方の部品は１２で、一方の部品が１２の場合は他方の部品は１１である。
排気系構成部品１１、１２をカール形状に成形していくときに、部品１１、１２同士が接触面に沿う方向に若干量ずれるが、面取り部１８を設けたことにより、角が相手部品に食い込むことがなく、ずれが円滑に起こり、カール形状への成形が円滑に行われる。
【００２３】
本発明の実施例５では、図８に示すように、接合部１３の空間部１４には補助部材１６が配置れている。補助部材１６は、接合される排気系構成部品１１、１２の一方の部品（図８の例では第２の排気系構成部品１２）に一体に形成されている。一体形成された補助部材１８は、第２の排気系構成部品１２の端部を曲げて端部を半径方向ストレート部１２ｅに当てることにより構成されている。
補助部材１６を部品１２に一体形成したので、別体形成（図５）に比べて部品点数が少なくなる。
【００２４】
【発明の効果】
請求項１〜７の内燃機関の排気系構成部品の接合構造によれば、カール形状の立ち上がり部のＲ部のＲの半径を２ｍｍ以上としたので、Ｒ部の応力を集中を緩和し応力を分散でき、カール形状の立ち上がり部からの亀裂発生を防止することができ、疲労強度を向上できる。
請求項２の内燃機関の排気系構成部品の接合構造によれば、カール形状断面内の空間部に、補助部材を配置したので、かしめ形状成形時のばらつきを低減することができる。
請求項３の内燃機関の排気系構成部品の接合構造によれば、接合部に穴を設けたので、カール形状断面内の空間部の圧力が、空間部内の凝縮水の蒸発により上昇しても、排気系通路に逃がすことができ、上昇した圧力によりカール形状が変形することを防止できる。
請求項４の内燃機関の排気系構成部品の接合構造によれば、両部品の先端角部を面取りしたので、カール形状成形時の両部材同士が角部でひっかからなくなり、カール成形を円滑に行うことができる。
請求項５の内燃機関の排気系構成部品の接合構造によれば、マフラーと排気管、または、触媒コンバータと排気管、または排気管と排気管、の接合に本発明を適用するので、排気系の耐久信頼性を向上できる。
請求項６の内燃機関の排気系構成部品の接合構造によれば、補助部材が接合される排気系構成部品とは別部材であるため、補助部材がない構造に、補助部材を適用して容易に接合構造を構成できる。また、補助部材のない構造の効果をそのまま維持できる。
請求項７の内燃機関の排気系構成部品の接合構造によれば、補助部材を、接合される排気系構成部品の一方に一体に形成したので、補助部材が別体の場合に比べて接合構造の部品点数を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の排気系構成部品の接合構造が適用される内燃機関の排気系の概略構成図である（排気管を１本の線であらわしてある）。
【図２】本発明の実施例１に係る内燃機関の排気系構成部品の接合構造の軸芯より片側の断面図である。
【図３】比較例の内燃機関の排気系構成部品の接合構造の一部の断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る内燃機関の排気系構成部品の接合構造の一部の断面図である。
【図５】本発明の実施例２に係る内燃機関の排気系構成部品の接合構造の一部の断面図である。
【図６】本発明の実施例３に係る内燃機関の排気系構成部品の接合構造の一部の断面図である。
【図７】本発明の実施例４に係る内燃機関の排気系構成部品の接合構造の一部の断面図である。
【図８】本発明の実施例５に係る内燃機関の排気系構成部品の接合構造の一部の断面図である。
【符号の説明】
１  排気管
２  マフラー（メインマフラー、サブマフラーなど）
３  触媒コンバータ
１１  第１の排気系構成部品
１２  第２の排気系構成部品
１３  接合部
１４  空間部
１５  軸芯
１６  補助部材
１７  穴
１８  面取り部
【図１】
2004150347.tif 000003
【図２】
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【図３】
2004150347.tif 000005
【図４】
2004150347.tif 000006
【図５】
2004150347.tif 000007
【図６】
2004150347.tif 000008
【図７】
2004150347.tif 000009
【図８】
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