JP2007534490A - 空気層によって断熱された排気管などの二重壁曲がり部品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、内管（１１）及び外管（１２）を含む二重壁曲がり部品（１０）、特に二重管の製造方法に関する。内管は、外管から隙間（ｄ）だけ離れており、中間領域（１３）が形成されている。本発明による方法は次のステップ、すなわち、内管（１１）及び外管（１２）を提供するステップと、前記隙間（ｄ）に本質的に合致する厚さを有する少なくとも１つの中間部品（１６）を、内管（１１）に装着するかあるいは外管（１２）内に導入して、部品（１０）の軸方向（Ｉ）において、前記中間領域の一部分のみを充填するようにするステップと、内管（１１）及び外管（１２）を組み合わせて複合構造体を形成するステップと、内管（１１）及び外管（１２）からなる複合構造体を曲げ加工するステップとを含む。本発明は、又、二重壁曲がり部品にも関する。

Description

本発明は、空気層によって断熱された曲がり排気管と、その製造法とに関する。

触媒コンバータが装備された現代の内燃機関の排気装置においては、二重管の使用がますます増大している。この二重管は、外管及び内管を有しており、その外管と内管との間に断熱空気層が形成されている。この種の管は、いわゆる、空気層によって断熱された管（ＩＡＧ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ ｂｙ ａｎ ａｉｒ ｇａｐ）である。外管と内管との間の空気層は断熱材として有利に作用し、この断熱層によって内管から外気への熱伝達が低くなることから、排気装置及びそれに連結された触媒コンバータの温度が急速に運転温度に高められる。

例えば自動車のエンジンルーム内に可能な限り小型化して配置されるユニットに関しては、一般的に、エンジンルーム内において空間節約的な組み込みを実現し得るように、上記の二重管を曲がり形状に構成する努力が払われている。現時点では、付加的な補助手段を講じることなしにＩＡＧ管を曲げることは、簡単にできることではない。管の壁面間の必要間隙寸法を保持する点に難しさがある。管の壁面が曲げ加工後に接触してはならないし、内管と外管との間の間隙寸法が、例えば管の凹みなどによって大きく変化してはならないのである。

周知の曲げ加工法においては、この要求に対して、内管と外管との間に不定形の付加材料を挿入することによって対処している。この場合、例えば、砂材、鋼球、低融点の合金、氷などを使用することができる。しかし、これらの材料に関しては、第一に、ＩＡＧ管形成後、間隙から挿入媒体を再び除去するために例えば氷を溶かすエネルギーを供給しなければならない費用が欠点となる。第二に、排出される媒体によって作業環境が過度に汚染されることも欠点である。特に、鋼球が床上に残っていると、人がその鋼球の上で滑るという大きな潜在的危険性を招くことになる。さらに別の欠点として、付加材料の残留物（特に鋼球）が曲がり管の中に残留する可能性があり、従って後の運転中に、例えば触媒コンバータ又はターボチャージャのようなユニットの機能不全を惹起するかもしれない点がある。同様に、残留する残存媒体によって、好ましくない騒音が発生する可能性もある。

特許文献１は、ＩＡＧ曲がり二重管の製造方法を開示している。この管においては、内管と外管との間の間隙がスペーサ層によって完全に充填される。このスペーサ層をプラスチック又は低融点の合金で構成すると、それを焼却するか溶融して排出することによってスペーサ層を除去することができる。しかし、特許文献１の方法に従って製造されるＩＡＧ管は、内管と外管との間の間隙がスペーサ層によって完全に充填されるので、管部品製造後に大量の材料を除去しなければならないという欠点を有している。

独国特許出願公開第１０２ ０１ ５９４ Ａ１号明細書

本発明は、二重壁曲がり部品及びその製造方法であって、内管及び外管から形成される管複合構造体内における中間片の装着に大きな費用が掛からず、その中間片を容易に除去し得るような二重壁曲がり部品及びその製造方法を提供するという目的に基づいている。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を備えた方法と、さらに請求項１４の特徴を備えた部品とによって実現される。本発明の有利な発展形態が従属請求項の主題である。

本発明に基づく方法によって、中間片が、二重壁曲がり部品の軸方向において、内管と外管との間に設けられる中間空間の一部分のみに充填される二重壁曲がり部品を製造することができる。この場合、中間片の厚さは、内管の外面と外管の内面との間に存在する隙間に本質的に合致している。この中間片は、内管及び外管から形成される複合構造体の曲げ加工において、管の凹みなどを防止するために中間片が必要となるような、部品の中間空間内の位置にのみ適切に配置される。換言すれば、内管と外管との間に中間片が配置されている位置においては、複合構造体の曲げ加工中の凹み点、座屈などの形成が防止される。従って、二重壁部品又は全管複合構造体の曲げ加工中、中間片によって、外管の内面が内管の外面に対して的確かつ確実に支持されるので、内管と外管との間の間隙寸法あるいは隙間は本質的に一定に保持される。

本発明の本質的な特徴は、中間片が内管と外管との間の中間空間を完全には充満しないという点にある。これは、中間片を用いる有利な実施形態において実施することができるが、この中間片は、リングの形に構成され、複合構造体を曲げ加工する前に内管の上に装着されるかあるいは外管内に装着される。もし、部品が軸方向に複数の湾曲部を有している場合は、本発明による方法の場合、複数の中間片を、部品の縦軸に沿ってリングの形で適切に配置し、それによって、リングは、曲がり点における管の凹みを避けるために、それぞれ対応する曲がり点に配置されることになる。部品の縦軸に沿って延びるらせんの形状に構成された中間片によっても、同様に有利な効果を得ることができる。この種のらせん方式は、複数のリング方式に比べて取り扱いがさらに簡単になり、それに応じて組み込み時間も短くなるという利点を提供する。

さらに、例えば個別リングあるいはらせんの形の中間片を設けることは、二重壁部品が用いられる内燃機関の始動後に、排気の高温度及びそれによってもたらされる中間片の熱分解の結果として少量のガスのみを中間空間から排除する必要があるだけで済むという利点をも有している。従って、内管内を流れる内燃機関の排気ガス流れに、中間片の燃焼から生じるガス量によるいずれにしても僅かな「エンリッチ化」が生じるだけである。

別の有利な実施形態によれば、中間片を、既に製作された内管の被覆層から形成することもできる。別個のリング又は別個のらせんを装着する方法に比較して、この方法によれば、連続生産方式に関する装着費用のさらなる節減という形で大きな利点が得られる。

本発明の有利な発展形態においては、中間片をプラスチック製とする。これに特に適しているのは、ポリエチレン製のプラスチックである。ポリエチレンについては、排気の高温度の結果として残渣のない燃焼が保証される。従って、例えば、排気ガスの流れが必ず通過する触媒コンバータに対する、中間片の燃焼残渣による損傷が生じないのである。同様に、熱分解又は燃焼中に専ら再利用可能な分解生成物に転化されるプラスチックも、中間片として適している。これによって、触媒コンバータなどの損傷が避けられる。

いわゆるＩＡＧ管においては、外管は、一般的に排気ガスに対して気密の構成とされる。本発明の有利な発展形態においては、内管は、すべり嵌めによって排気装置の隣接部分に連結される。このすべり嵌めは、第１に、停止状態に比べて内燃機関運転中のきわめて厳しい温度差によって生じる熱応力を確実に補償する。第２に、数１００℃の排気温度によって中間片が燃焼して生成するガスが、このすべり嵌めを通って中間空間から内管内へ容易に流出することができる。その結果、この生成ガスは、例えば触媒コンバータを通過して、通常の排気ガスの流れと共に外部に排出される。従って、中間片の残渣のない燃焼は、内管と外管との間に、望ましい完全な空気層を作り出し、この空気層が、内燃機関のそれ以後の運転中の、二重壁部品における所要の断熱性を保証する。

本発明のさらなる利点及び改良形態が、以下の詳細説明及び添付の図面から明らかになる。

当然のことであるが、本発明の上記の特徴と以下に説明する特徴とは、それぞれに言及した組み合わせにおいてのみ使用し得るだけでなく、他の組み合わせにおいても、あるいはそれ自体としても、本発明の範囲から逸脱することなく用いることができる。

実施形態を参照した添付の図面に、本発明が図解的に図示されており、以下、この図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。図面の実施形態は単なる事例として理解されるべきである。

図１は、本発明による二重管１０の実施形態の曲げた状態における側断面図を示す。詳しく言えば、管１０は、内管１１と、互いに同軸に配置された外管１２とを有している。内管１１の外径は、管１０の軸方向の全長範囲Ｉにわたって、外管１２の内径よりもほぼ一様に小さくなるように選択されており、その結果、内管１１と外管１２との間に中間空間１３が形成される。この場合、内管１１の外面１４は、外管１２の内面１５から、隙間ｄだけほぼ一様に離れている。

図１に示される管１０の曲げ状態は、管１０を適切に曲げ加工または成形加工する前に中間空間１３内に配置される中間片（図１には示されていない）を用いることによって好適に得られる。この種の中間片は、例えばポリエチレンのような熱可塑性のプラスチックから有利に製造することができる。管１０の完成後に、管１０を内燃機関の排気装置に連結すると、プラスチックの中間片は、通常数１００℃の温度になる排気の高温度の影響の下で、残渣を生じることなく燃焼する。その結果、中間空間１３内の中間片の燃焼によって、連続的な空気層が生成され、内管１１の所要の断熱性が作り出される。図１の管１０は、中間片がすでに残渣なしに燃焼した状態において示されている。

管１０を、中間片を用いてその曲げ状態に加工する方法を、以下、図３〜６を参照して詳細に説明する。

最初に、内管１１及び外管１２を好ましくは直線形状で用意する。続いて、プラスチックリングの形の中間片１６を、内管１１の外面１４に嵌め込むか、あるいは、外管１２の内面１５に嵌め込む。後続の製造工程中にプラスチックリング１６が不都合に滑るのを防止するため、リングは、内管１１の外面１４又は外管１２の内面１５に合致する寸法を有していることが望ましい。

次のステップで、内管１１及び外管１２を一緒に組み合わせて複合構造体を形成する。この状態で、内管１１及び外管１２は、リング１６によって、規定された隙間ｄだけ互いに距離を置いて離れている。リング１６の厚さは、内管１１及び外管１２のそれぞれの寸法に適切に合致しているので、無理な押し込みなどがなく、２つの管を容易に一緒に組み合わせることができる。

リング１６は、第１に生産コストの点で好ましい例えばポリエチレンのような熱可塑性のプラスチック製とするのが好ましい。リング１６は、内管１１と外管１２との間の中間空間１３内の、まだ直線である管１０を続いて曲げ加工または成形加工する位置に配置される。管１０の曲げ加工に関して、リング１６はプラスチック材料から構成されているので、その弾性のために、リング１６が変形に対して過度の抵抗となることはない。さらに、中間リング１６は、作用する力に降伏してその結果大きく変形するということがないような寸法的安定性をも備えている。

一緒に組み合わされた内管１１及び外管１２によって形成される複合構造体は、例えば、適当なマンドレル支持器を備えた従来型のＣＮＣ曲げ加工機などによって、側断面図の図４に示す曲げ状態に加工することができる。管１０の曲げ加工の間、中間リング１６は、その厚さに関して寸法的安定を保持しているので、管１０の曲げられた部分においても、内管１１が外管１２から隙間ｄだけほぼ一様に離れた状態が維持される。曲げ操作過程の間、外管１２の内面１５は、リング１６によって内管１１の外面１４に対して確実に支持される。従って、中間リング１６は、管１０における所要の間隙寸法ｄが管１０の曲げられる部分においても保持されることに寄与している。管１０の曲げ工程中、中間リング１６が、管の許容し難い大きな凹みや、座屈などを防止するが、これは、他の方式では、内管１１と外管１２との間の一定の間隙寸法がもはや保証されないことを意味しているとも言える。

管１０が、その完成状態において複数点の曲げ部分を有する場合は、管１０の曲げ加工の前に複数の中間リング１６をセットする。具体的には、各中間リング１６を、続いて曲げ加工する管１０の各部分又は中間空間１３の各部分に配置する。管１０の曲げられる部分に中間リング１６が配置される結果、管の許容し難い大きな凹みなどがその箇所には生じないことが、効率的かつ簡単に保証される。

個別の中間リング１６又は複数のリングの代わりに、代替的に、中間片をらせん１６’形状に構成することも可能である。図５は、らせん形の中間片が中間空間１３の中に配置された管１０を側断面図として示している。らせん１６’は、管１０の曲げ部分が、管１０の軸方向に比較的長い範囲にわたって延びている場合に特に適している。従って、この場合も、管の凹みなどを確実に防止することができる。さらに、らせん１６’は、複数の個別リングに比べて取り扱いが大幅に簡単であり、その結果組み込み時間が短縮され、従ってコストが低減するという特徴を有している。図６は、図５の管１０を曲げた状態において示す。前記のように、らせん１６’の使用によって、内管１１と外管１２との間の一定の隙間ｄが、管１０の曲げられた部分においても確保されている。

リング形状又はらせん形状の中間片を装着する代わりに、製造されるべき管１０が最後に曲げられる部分の内管１１に被覆を設けることもできる。この被覆の厚さは、内管１１と外管１２との間の所要の隙間ｄに本質的に一致させる。この被覆もプラスチックから構成するのが好適である。プラスチックは、その材料の弾性によって、曲げられる部分において簡単に変形することができる。

本発明の実質的な利点は、中間片を除去するために曲がり管１０に対してさらに何らかの処理を行う必要がないという点にある。管が、内燃機関の排気装置などの部分に使用される場合は、排気の高温度と、それに対応して惹起される管１０の加熱、特に排気ガスが流れる内管１１の加熱とによって、中間片がプラスチック製であれば、中間片は燃焼してしまう。排気装置に配置される例えば触媒コンバータ、ターボチャージャなどのユニットの好ましからざる損傷に関しては、中間片が残渣を生じることなく燃焼するということが本質的に重要である。この要求を満たす適当なプラスチックは、例えばポリエチレンによって提供される。さらに、中間片を、残渣のない燃焼を同様に保証する別のプラスチックによって構成することもできる。

次に、図７を参照して、中間片１６、１６’の燃焼によって生成したガスがどのように中間空間１３から排出されるかについて説明する。

一般的に、内燃機関の排気装置は、排気装置の個別構成要素の熱膨張を引き起こす顕著な温度変化に曝される。この温度変化と、結果的に惹起される熱応力とを補償するため、排気装置の隣り合う構成要素又は管を、いわゆるすべり嵌めによって相互に接続することが知られている。このすべり嵌めにおいては、一方の管をもう一方の管の中に押し込むだけであり、その結果、一方の管が他方の管に対して滑動することによって熱応力を補償することができる。

図７は排気装置の一部分の側断面図を示す。この場合、内管１１の端部部分は、隣接する管１７にすべり嵌め１８によって固定されている。このすべり嵌め１８について、以下に説明する。

内燃機関などの機関によって生成される排気ガスの流れは、完全に内管１１内に導かれる。一般的に、二重管の場合、外管１２は、排気ガスの外部漏出を防止するため、かつ、許容し難い騒音の発生その他を防止するため、絶対的に気密に構成することがきわめて重要である。図７の表現においては、排気ガスが内管１１内を導かれる流れの方向は左側から右側に向かっており、それが矢印Ｅで示されている。内管１１は、その端部２０が隣の別の管１７の中に差し込まれている。管１７は、内管１１より僅かに大きな直径を有するように構成されており、従って管１７は内管１１の端部２０を囲繞している。この場合、内管１１及び管１７の寸法を、管のそれぞれの端部が重なり合う領域に小さい間隙ｓが形成されるように適切に選択する。内燃機関の運転中、流れの方向Ｅは、いわゆる「同伴効果」の結果として、中間空間から間隙ｓを通して管１７の内部への吸引効果が生じるように作用する。換言すれば、空気の粒子は、上記の吸引効果によって、中間空間１３から間隙ｓを通して管１７の内部へ吸引され、残余の排気ガスの流れによって、図７のさらに右側、例えば触媒コンバータなどの側に搬送される。

内管１１の端部２０に対する上記の吸引効果によって、中間空間１３における中間片１６、１６’の燃焼の結果として生じるガスを、すべり嵌め１８に形成される間隙ｓを通して適切に排出することができ、その結果このガスは残余の排気ガスの流れと共に運び去られる。従って、内燃機関の運転によって、排気の高温度の結果として中間片１６、１６’の燃焼が生起し、例えば、中間片を溶解するためのエネルギーを付加的に供給する必要も又は類似の特殊手段を講じる必要もないのである。

図２を参照すると、管１０の各端部部分を形成し得る種々の実施形態を表現している。図２ａ〜２ｃに、図１にＡで示した管１０の端部の可能な構成を詳しく説明している。

図２ａの実施形態によれば、管１０の端部を、内管１１と外管１２との間に金属接触のない「開放型」形態に構成することができる。この結果、一連の排気ガス機器の隣接部分を同様に構成して、各管の接触点間にシール接触を形成しなければならない。

図２ｂの代案的実施形態によれば、内管１１の直径が拡大されている、あるいは、その端部が「チューリップ形に外側に曲げられて」おり、その結果、内管１１と外管１２との間の接触が形成されている。

図２ｃの別の代案的実施形態においては、外管１２の直径が絞られており、その結果、２つの管の間の接触が、図２ｂの実施形態の場合と同様に形成される。図２ｂ及び図２ｃの両実施形態においては、曲げ加工による管端の変位を防止するために、２つの管の接触点に溶接点を付加的に設けることもできる。

次に、プラスチックの中間片の残渣のない燃焼について再度説明しておく。

内燃機関の運転中、内管１１内を流れる排気ガスの温度は簡単に５００℃以上に達し、その結果、少なくとも内管はそれとほぼ同じ温度になる。前記のようにプラスチックの中間片は内管と接触しているので、高温の排気ガスが内管を通って流れる内燃機関の運転中、プラスチックは燃焼する。上記のように排気の温度はプラスチックの分解温度よりは遥かに高いからである。ポリエチレンの場合は、高分子材料が、低分子の分解生成物すなわち炭素及び水素に転化される。これらの低分子の分解生成物は触媒コンバータに完全に無害であり、従って、燃焼したプラスチックのガスは、上記のように、通常の排気ガスの流れと共に、内管１１及び続いて触媒コンバータ（図示なし）を通過して容易に外部へ排出することができる。燃焼した際に、触媒コンバータなどに完全に無害な低分子の分解生成物のみを放出するような他のプラスチック、特に熱可塑性のプラスチックも同様に適している。

本発明による二重壁曲がり部品の製造方法は、外管に対する内管の正確に規定された位置決めを、１つの中間リング、複数の中間リング、らせん、あるいは、内管の対応する被覆によって簡単に行うことができるという特徴を有している。この／これらの中間片は、内管及び外管から構成される複合構造体を曲げ加工する間、管の凹みなどを効果的に防止する。中間片は、プラスチックから好適に構成され、その結果、中間片は内燃機関の運転中に排気の高温度の結果として残渣を生じることなく燃焼するので、中間片を除去するために特別な手段を講じる必要はない。１つだけのリング又は複数の個別リング又はらせんを装着することによって、少量の中間片材料のみを燃焼すればよいことが有利に保証され、その結果、内管内を流れる通常の排気ガスの流れが、中間片の燃焼ガスによって僅かに「エンリッチ化」されるだけである。さらに、材料の量が僅かである結果として、非常に急速な燃焼、従って、中間片の速やかな除去が行われ、その後には、同じく急速に、所要の連続的な断熱空気層が内管と外管との間に形成される。

本発明による二重管を曲げた状態において示す。 図１の範囲Ａの管の端部の１つの実施形態を示す。 図１の範囲Ａの管の端部の別の実施形態を示す。 図１の範囲Ａの管の端部のさらに別の実施形態を示す。 中間片を備えた本発明による二重管を曲げていない状態において示す。 図３の管を曲げた状態において示す。 交互型中間片を備えた本発明による二重管を曲げていない状態において示す。 図５の管を曲げた状態において示す。 すべり嵌めによって排気装置に固定された状態における本発明による二重管を示す。

Claims (16)

1. 内管（１１）及び外管（１２）を含み、前記内管と前記外管との間に隙間（ｄ）を有する中間空間（１３）が設けられる二重壁曲がり部品（１０）、特に二重管の製造方法であって、次のステップ、すなわち、
   −前記内管（１１）及び前記外管（１２）を提供するステップと、
   −前記隙間（ｄ）に本質的に合致する厚さを有し、前記内管（１１）上に装着されるかあるいは前記外管（１２）内に装着される少なくとも１つの中間片（１６）であり、前記部品（１０）の軸方向（Ｉ）において、前記中間空間の一部分のみに充填される中間片（１６）を提供するステップと、
   −前記内管（１１）及び前記外管（１２）を一緒に組み合わせて複合構造体を形成するステップと、
   −前記内管及び前記外管から形成される前記複合構造体を曲げ加工するステップと、
   を含む二重壁曲がり部品（１０）の製造方法。
2. 前記中間片がリング（１６）の形に構成される請求項１に記載の方法。
3. リング（１６）の形の複数の中間片が、前記部品（１０）の縦軸に沿って配置される請求項１に記載の方法。
4. 前記中間片が、前記部品の縦軸（Ｉ）に沿って延びるらせん（１６’）の形に構成される請求項１に記載の方法。
5. 前記中間片が、既に製造された内管（１１）の被覆から形成される請求項１に記載の方法。
6. 前記中間片（１６、１６’）がプラスチック製である請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記プラスチックの燃焼がそのプラスチックを本質的に低分子の分解生成物のみに転化する請求項６に記載の方法。
8. 前記プラスチックがポリエチレンから構成される請求項６あるいは７に記載の方法。
9. 前記中間片（１６、１６’）が、前記内管（１１）上あるいは前記外管（１２）内に、一致する寸法で装着される請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記内管（１１）及び前記外管（１２）のそれぞれ少なくとも１つの端部が相手側の端部から距離を置いている請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記外管（１２）の直径が、その両端の少なくとも一方において絞られ、前記外管（１２）の少なくとも一方の端部が前記内管（１１）に当接する請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記内管（１１）の直径が、その両端の少なくとも一方において拡大され、その結果、前記内管（１１）の少なくとも一方の端部が前記外管に当接され、前記内管（１１）は、前記外管（１２）に対してチューリップ形に外側に曲げられる請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記内管（１１）と前記外管（１２）との間の接触点の範囲に、少なくとも１つの溶接接合が設けられる請求項１１あるいは１２に記載の方法。
14. 二重壁曲がり部品（１０）、特に二重管であって、
    −内管と外管との間に隙間（ｄ）を有する中間空間（１３）が設けられる内管（１１）及び外管（１２）と、
    −前記隙間（ｄ）に本質的に合致する厚さを有し、前記中間空間（１３）内に配置される少なくとも１つの中間片（１６）であって、前記部品（１０）の軸方向（Ｉ）において、前記中間空間の一部分のみに充填される中間片（１６）と
    を備えた二重壁曲がり部品（１０）。
15. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の方法によって製造される請求項１４に記載の部品。
16. 前記内管（１１）の少なくとも１つの端部が、排気装置の隣り合う部分（１７）にすべり嵌め（１８）によって連結される内燃機関の排気装置への、請求項１４あるいは１５に記載の部品の使用。

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