CN101427011A - 排气管结构 - Google Patents

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Abstract

第二排气管(12)的重心(G1)位于连接两个相关联的支承构件(16，17)的轴线(J1)的远离球窝接头(15)的一侧上。因此，产生了将球窝接头(15)向上朝着车体挤压的载荷(F1)施加于球窝接头(15)上的力矩。依次地，通过使第三排气管(13)的重心(G2)位于连接两个相关联的支承构件(19，20)的轴线(J2)的靠近球窝接头(15)的一侧上，第三排气管(13)的重量产生了将球窝接头(15)向下远离车体挤压的载荷(F2)施加于球窝接头(15)上的力矩。因此，大约相同量值的载荷(F1)和载荷(F2)作用在相反的方向上。

Description

排气管结构
技术领域
【0001】本发明涉及一种连接至内燃机的排气管结构。
背景技术
【0002】通常，由内燃机在运转中产生的振动会传递至连接至内燃机的排气管上。因此，由这些振动引起的载荷施加于排气管上，这会不利地降低排气管的耐用性和可靠性。另外，振动通过用于排气管的支承构件传递至车辆本体，在车辆内部引起令人反感的噪音和振动。所以，为了抑制排气管振动的传递或吸收振动，一种广泛使用的排气管结构具有：排气管，其包括多个串联相接的并连接至内燃机排气歧管上的分离的排气管；和诸如球形接头的万向接头，其用于连接所述分离的排气管以允许排气管在接头处柔性弯曲。公开号为JP-A-2002-160536的日本专利申请中示出了此类排气管结构的实例。该排气管包括第一排气管、第二排气管和尾管，第一排气管和第二排气管由球形接头连接。由此形成的排气管抑制了从内燃机到排气管的振动传递。这提高了排气管的耐用性和可靠性，同时抑制了车辆内部令人反感的噪音或振动。
【0003】上述的排气管结构被设计为，排气管具有诸如消音器和催化转化器的向连接分离的排气管的万向接头上施加载荷的重型部件。这能够引起排气管从其在静止状态中的正常位置发生位移。当车辆越野行驶或在不平坦的路面上行驶时，被支承于正常安装位置之外的位置处的排气管可能过度位移而超出容许范围。因此，排气管会妨碍外围的部件。优选地，将排气管支承于邻近万向接头的位置处，从而防止排气管从正常位置发生位移。尽管如此，有时很难以这种优选方式来支承排气管，这主要是由于邻近万向接头的位置处的车体强度不够。如上所述，支承排气管的哪个部分和将万向接头设置在哪里依赖于诸如车体结构的车体限制。这可能导致难以将排气管支承在其处于静止状态时的正常位置。
发明内容
【0004】本发明提供一种排气管结构，其确保排气管被支承在其正常安装位置。
【0005】本发明的第一方案针对一种排气管结构，该排气管结构具有：排气管，其包括串联相接至内燃机的多个分离的排气管；和万向接头，其连接所述分离的排气管以允许这些排气管于该接头处柔性弯曲。该排气管结构被设计为，作用在万向接头上的来自分离的排气管的重量的载荷合并起来几乎为零。
【0006】根据第一方案，作用在万向接头上的来自分离的排气管的重量的载荷合并起来几乎为零。所以，防止了万向接头从其在静止状态时的正常位置发生位移，从而将排气管支承在正常安装位置上。这防止了排气管发生过度位移而超出容许范围，而不管车辆越野行驶或在不平坦的路面上行驶时的振动。因此，防止排气管妨碍外围的部件。
【0007】这还减小了排气管的位移，从而防止向弯曲的万向接头上施加回复力的弹簧构件上的载荷过分增加。因此，防止了由于弹簧构件上的过载引起的排气泄漏。
【0008】通过控制万向接头上的合成载荷，使排气管支承在其正常位置。这就排除了在邻近万向接头处设置用于排气管的附加支承构件的必要性。因此，本发明的第一方案提供了更大的灵活性来确定在哪里设置用于排气管的支承构件和万向接头。即使存在诸如车体强度的车体结构对支承构件位置的某些限制，这也方便了支承构件和万向接头的适当定位。
【0009】排气管可以包括：以固定方式连接至内燃机的第一排气管；经由第一柔性万向接头连接至第一排气管的第二排气管；和经由第二柔性万向接头连接至第二排气管的第三排气管。具有大约相同量值的来自第二排气管重量的第一载荷和来自第三排气管重量的第二载荷可以以相反的方向作用于第二万向接头上。
【0010】如此构造的排气管包括：以固定方式连接至内燃机的第一排气管；经由第一柔性万向接头连接至第一排气管的第二排气管；和经由第二柔性万向接头连接至第二排气管的第三排气管。具有大约相同量值的来自第二排气管重量的第一载荷和来自第三排气管重量的第二载荷以相反的方向作用于第二万向接头上。因此，几乎零载荷最终作用于第二万向接头上。这防止了第二万向接头从其静止状态中的正常位置发生位移，从而将以可移位的方式连接的第二排气管和第三排气管支承在其各自的正常安装位置。来自第二排气管重量的第一载荷和来自第三排气管重量的第二载荷在第二万向接头上抵消。这导致几乎零载荷作用在用于连接第一排气管和第二排气管的第一万向接头上。因此防止载荷施加于以固定方式连接至内燃机的第一排气管上，从而使内燃机和其它部件上的载荷的负面效应最小化。
【0011】第二排气管和第三排气管可以单独地由两个相关联的支承构件来支承。第二排气管的重心相对于连接两个用于第二排气管的相关联的支承构件的轴线可以位于第二万向接头一侧。第三排气管的重心相对于连接两个用于第三排气管的相关联的支承构件的轴线可以位于与第二万向接头相反的一侧。
【0012】第二排气管由两个相关联的支承构件支承，并且第二排气管的重心相对于连接两个相关联的支承构件的轴线位于第二万向接头一侧。这导致了在第二万向接头上下压的载荷。依次地，第三排气管由两个相关联的支承构件支承，并且第三排气管的重心相对于连接两个相关联的支承构件的轴线位于与第二万向接头相反的一侧。这导致了在第二万向接头上上压的载荷。如此构造的用于第二排气管和第三排气管的支承构件有助于使作用在第二万向接头上的合成载荷几乎为零。
【0013】第二排气管和第三排气管可以各自由两个相关联的支承构件支承。第二排气管的重心相对于连接两个用于第二排气管的相关联的支承构件的轴线可以位于与第二万向接头相反的一侧。第三排气管的重心相对于连接两个用于第三排气管的相关联的支承构件的轴线可以位于第二万向接头一侧。
【0014】第二排气管由两个相关联的支承构件支承，并且第二排气管的重心相对于连接两个相关联的支承构件的轴线位于与第二万向接头相反的一侧。这导致了在第二万向接头上上压的载荷。依次地，第三排气管由两个相关联的支承构件支承，并且第三排气管的重心相对于连接两个相关联的支承构件的轴线位于第二万向接头一侧。这导致了作用在第二万向接头上以将其下压的载荷。如此构造的用于第二排气管和第三排气管的支承构件有助于使作用在第二万向接头上的合成载荷几乎为零。
【0015】第三排气管可以被构造为所述两个相关联的支承构件中的一个支承构件支承第三排气管的离第二万向接头较远的部分，而另一个支承构件支承第三排气管的离连接所述一个支承构件和第二万向接头的假想线最远的另一部分。
【0016】第三排气管由另一个支承构件于离连接所述一个支承构件和第二万向接头的假想线最远的部分处被支承，所述一个支承构件支承第三排气管的离第二万向接头较远的部分。这将使第三排气管围绕假想线的旋转运动最小化，尽管第三排气管由于其位置处于排气气流下游侧的自由端而容易发生剧烈振动。这降低了在车辆越野行驶或在不平坦路面上行驶时排气管的振动，同时抑制了车辆内部令人反感的噪音和振动。
附图说明
【0017】参照附图，通过下列对示例性实施例的描述，本发明前述的和进一步的目标、特征和优点将变得清晰，其中相同的附图标记用于指代相同的元件，并且其中：
图1为根据本发明第一实施例的排气管结构的立体图；
图2为球窝接头的示意性剖面图；
图3为用于排气管的支承构件的示意性立体图；
图4为从车体上方观察时的排气管结构的示意图；
图5为根据本发明第二实施例的排气管结构的示意图；
图6A和6B为说明排气管结构的变化的示意图；及
图7A、7B和7C为说明排气管结构的变化的示意图。
具体实施方式
【0018】下面将参照图1至图4来描述根据本发明第一实施例的排气管结构。
【0019】图1为根据本发明第一实施例的排气管结构1的立体图。该排气管结构1包括：连接至内燃机的排气歧管10的第一排气管11；连接至第一排气管11的第二排气管12；和连接至第二排气管12的第三排气管13。排气管11、12和13从车体的前部至车体的后部以第一排气管11、第二排气管12和第三排气管13的顺序设置于安装内燃机处的车体的下部中。来自内燃机的排气通过第一排气管11、第二排气管12和第三排气管13从排气歧管10排放到空气中。
【0020】第一排气管11以固定方式连接至排气歧管10。第二排气管12经由球窝接头14(第一万向接头)连接至第一排气管11。第三排气管13经由另一个球窝接头15(第二万向接头)连接至第二排气管12。
【0021】图2为球窝接头14或15的示意性剖面图。球窝接头14和15结构相同。每个球窝接头都具有固定至一个排气管A上的凸缘30；固定至另一个排气管B上的凸缘31，相互连接的排气管A和B；与凸缘31的球面部分31a接触的密封构件32。通过利用螺母34将螺钉33固定至这些凸缘上使凸缘30和31固定至相关的排气管上。压缩螺旋弹簧35设置于螺钉33的头部33a与凸缘31之间以便将凸缘30和31朝向彼此推近。这允许凸缘30和31利用轴向压力来支持密封构件32，确保球窝接头的密封性。凸缘31的球面部分31a和密封构件32相对于彼此滑动，从而使连接的排气管A和B可以柔性弯曲。
【0022】如上所述，在排气管结构1中，排气管包括串联相接的多个分离的排气管11、12和13，以连接至内燃机的排气歧管10。而且，球窝接头14和15用来连接分离的排气管11、12和13以允许所述排气管于接头处柔性地弯曲。因此，第二排气管12和第三排气管13相对于内燃机是可移位的。所以，由内燃机产生的振动不太可能传递至第二排气管12和第三排气管13。这提高了各个排气管11、12和13的耐用性和可靠性，同时抑制了车辆内部令人反感的噪音或振动。
【0023】第二排气管12由车体通过两个支承构件16和17来支承。两个支承构件16和17设置于形成于第二排气管12中的催化转化器18上。依次地，第三排气管13由车体通过两个支承构件19和20来支承。其中一个由19所指代的支承第三排气管13的离球窝接头15较远部分的支承构件设置于围绕第三排气管13形成的消音器21上。另一个支承构件20设置于第三排气管13的离连接支承构件19和球窝接头15的假想线X最远的部分Y处。
【0024】图3为支承构件16、17、19和20的示意性立体图。支承构件16、17、19和20结构相同并且每一个都包括导管支架(hanger)40、车体支架41和橡胶支承件42。导管支架40从排气管延伸出来。车体支架41从车体延伸出来。橡胶支承件42将导管支架40和车体支架41弹性连接。橡胶支承件42为具有两个通孔42a和42b的弹性构件。导管支架40的远端40a插入通孔42a。车体支架41的远端41a插入通孔42b。这允许排气管由车体来支承，同时减少从排气管向车体传递的振动。
【0025】现在描述处于静止状态中的排气管结构1。图4为从车体50上方观察时的排气管结构1的示意图。载荷F1(第一载荷)和载荷F2(第二载荷)施加于球窝接头15上，载荷F1来自第二排气管12的重量，载荷F2来自第三排气管13的重量。第二排气管12的重心G1位于车体50的前侧，换句话说，相对于连接支承构件16和17的轴线J1位于球窝接头15的相反侧。因此，第二排气管12的重量产生了使排气管12在箭头L1的方向上绕轴线J1扭转的力矩。因此，载荷F1在将球窝接头15向上压(从图4的图纸表面垂直向上，也就是朝向车体)的方向上施加于球窝接头15上。
【0026】依次地，第三排气管13的重心G2相对于连接支承构件19和20的轴线J2位于车体50的前侧，换句话说，位于球窝接头15的一侧。因此，第三排气管13的重量产生了使排气管13在箭头L2的方向上绕轴线J2扭转的力矩。因而，载荷F2在将球窝接头15向下压(从图4的图纸表面垂直向下，也就是远离车体)的方向上施加于球窝接头15上。
【0027】在排气管结构1中，球窝接头15、支承构件16和17以及支承构件19和20被定位以使得具有大约相同量值的载荷F1和载荷F2作用在相反的方向上。所以，二者都作用在球窝接头15上的载荷F1和载荷F2抵消，从而使第二排气管12和第三排气管13被支承在其各自的正常安装位置。如上所述，来自第二排气管12重量的载荷F1和来自第三排气管13重量的载荷F2在球窝接头15处抵消。这导致几乎零载荷F3作用在连接第一排气管11和第二排气管12的球窝接头14上。
【0028】根据第一实施例的排气管结构具有下列效果。(1)作用在球窝接头15上的F1和F2的合成载荷几乎为零。因此防止了球窝接头15从其在排气管结构1中处于静止状态时的正常位置发生位移。这允许第二排气管12和第三排气管13被支承在其各自的正常安装位置。所以，防止了第二排气管12和第三排气管13发生过度位移而超出容许范围，而不管车辆越野行驶或在不平坦的路面上行驶时的振动。这防止了第二排气管12和第三排气管13妨碍外围部件。
【0029】(2)在处于静止状态的排气管结构1中，第二排气管12和第三排气管13被支承在其各自的正常安装位置。这减少了第二排气管12和第三排气管13的位移，并因此抑制施加于球窝接头15的压缩螺旋弹簧35上的力过分增加。因此，避免了超出压缩螺旋弹簧35的弹性变形极限的超载施加于压缩螺旋弹簧35上而引起来自球窝接头15的排气泄漏的情形。
【0030】(3)二者都作用在球窝接头15上的来自第二排气管12重量的载荷F1和来自第三排气管13重量的载荷F2抵消。因此，不再需要邻近球窝接头15的用来减小球窝接头15的位移的附加支承构件。因此，第一实施例提供了更大的灵活性来确定在哪里设置用于第二排气管12的支承构件16和17、用于第三排气管13的支承构件19和20以及球窝接头14和15。即使存在诸如车体强度的车体结构的对支承构件16、17、19和20位置的某些限制，这也方便了支承构件16、17、19和20以及球窝接头14和15的适当定位。
【0031】(4)来自第二排气管12重量的载荷F1和来自第三排气管13重量的载荷F2在球窝接头15上抵消。这导致几乎零载荷作用在处于静止状态的排气管结构1中的球窝接头14上。因此防止了载荷施加于以固定方式连接至内燃机的第一排气管11，从而使内燃机和其它部件上的载荷的负面效应最小化。
【0032】(5)第二排气管12的重心G1相对于连接支承构件16和17的轴线J1位于与球窝接头15相反的一侧。第三排气管13的重心G2相对于连接支承构件19和20的轴线J2位于球窝接头15一侧。如此确立的重心G1和轴线J1之间以及重心G2和轴线J2之间的关系有助于使作用在球窝接头15上的合成载荷几乎为零。
【0033】(6)用于第三排气管13的支承构件20设置在第三排气管13的离连接支承构件19和球窝接头15的假想线X最远的部分Y上。所以，尽管第三排气管13由于其位置处于排气气流下游侧的自由端而易于发生剧烈振动，但还是使得第三排气管13围绕假想线X的扭转运动最小化。这会降低在车辆越野行驶或在不平坦路面上行驶时排气管的振动，同时抑制车辆内部令人反感的噪音和振动。
【0034】下面将参照图5来描述根据本发明第二实施例的排气管结构。除了第二排气管和第三排气管重心的位置之外，总体的排气管结构以与第一实施例中相同的方式来设计。在第二实施例的下列描述中，与第一实施例中的那些部件相同的部件用相同的附图标记来指代，并省略或简化对这些的共有部件的说明。
【0035】图5为从车体50的上方观察时的根据第二实施例的排气管结构2的示意图。第二排气管12的重心G3相对于连接支承构件16和17的轴线J1定位于朝向车体50的后部，换句话说，在球窝接头15的一侧。因此，第二排气管12的重量产生了使排气管12在箭头R1的方向上绕轴线J1扭转的力矩。因而，载荷F1在将球窝接头15向下压(从图5的图纸表面垂直向下，也就是远离车体)的方向上施加于球窝接头15上。
【0036】依次地，第三排气管13的重心G4相对于连接支承构件19和20的轴线J2位于车体50的后侧，换句话说，位于与球窝接头15相反的一侧。因此，第三排气管13的重量产生了使排气管13在箭头R2的方向上绕轴线J2扭转的力矩。因而，载荷F2在将球窝接头15向上压(从图5的图纸表面垂直向上，也就是朝向车体)的方向上施加于球窝接头15上。
【0037】球窝接头15、支承构件16和17以及支承构件19和20被定位以使得具有大约相同量值的载荷F1和载荷F2作用在相反的方向上。所以，二者都作用在球窝接头15上的载荷F1和载荷F2抵消，从而使第二排气管12和第三排气管13被支承在其各自的正常安装位置。另外，几乎零载荷F3作用在连接第一排气管11和第二排气管12的球窝接头14上。
【0038】除了由第一实施例获得的效果(1)至(4)之外，第二实施例还带来下列效果。(7)第二排气管12的重心G3相对于轴线J1位于球窝接头15一侧。第三排气管13的重心G4相对于轴线J2位于与球窝接头15相反的一侧。如此确立的重心G3和轴线J1之间以及重心G4和轴线J2之间的关系有助于使作用在球窝接头15上的合成载荷几乎为零。
【0039】上述的这些实施例可以以下述的方式修改。
【0040】根据第一和第二实施例，作用在球窝接头15上的载荷F1和载荷F2抵消。这可以应用于不同形式和布局的各种类型的排气管结构上。图6A和6B说明了具有不同形式的第三排气管13和位于车体50后侧的支承构件19和20的排气管结构。图6A为排气管结构3的示意图，其中第二排气管12的重心G5和第三排气管13的重心G6分别相对于其相关联的轴线J1和J2位于车体50的前侧。图6B为排气管结构4的示意图，其中第二排气管12的重心G7和第三排气管13的重心G8分别相对于其相关联的轴线J1和J2位于车体50的后侧。这种布局同样使得二者都作用于球窝接头15上的载荷F1抵消载荷F2。
【0041】图7A至7C说明了排气管结构的各种变化。图7A为排气管结构5的示意图，其中第二排气管12的重心G9和球窝接头15相对于轴线J1位于车体50的右侧。而且，第三排气管13的重心G10相对于轴线J2定位于朝向车体50的后部。这种布局导致了从图7A的图纸表面以垂直向下的方向施加的载荷F1，以及从图7A的图纸表面以垂直向上的方向施加的载荷F2。因此，载荷F1抵消载荷F2。图7B为排气管结构6的示意图，其中第二排气管12的重心G11相对于轴线J1位于车体50的左侧。而且，球窝接头15相对于轴线J1位于车体50的右侧。此外，第三排气管13的重心G12相对于轴线J2定位于朝向车体50的前部。这种布局导致了从图7B的图纸表面在垂直向上的方向上施加的载荷F1以及从图7B的图纸表面在垂直向下的方向上施加的载荷F2。因此，载荷F1抵消载荷F2。图7C为排气管结构7的示意图，其中第二排气管12的重心G13和球窝接头15相对于轴线J1位于车体50的右侧。而且，第三排气管13的重心G14相对于轴线J2定位于朝向车体50的后部。这种布局导致了从图7C的图纸表面在垂直向下的方向上施加的载荷F1以及从图7C的图纸表面在垂直向上的方向上施加的载荷F2。因此，载荷F1抵消载荷F2。尽管在附图中没有详细地示出，将球窝接头15定位在轴线J1或J2上将导致没有载荷F1或F2作用在球窝接头15上。如上所述，本发明可以应用于不同形式和布局的各种类型的排气管结构上。
【0042】根据第一和第二实施例，催化转化器18形成于第二排气管12上，同时消音器21形成于第三排气管13上。然而，催化转化器18和消音器21可以形成于排气管11、12和13中的任意排气管上。另外，只要载荷F1和载荷F2相互抵消，支承构件16、17、19和20可以设置于任何位置。
【0043】根据第一和第二实施例，第二排气管12和第三排气管13各自由两个支承构件支承。然而，也可以设置附加支承构件来支承各个排气管。
【0044】根据第一和第二实施例，球窝接头14和15用来使分离的排气管11、12和13以可弯曲的方式相连。然而，可以使用任何其它类型的万向接头，例如柔性波纹管接头。
【0045】根据第一和第二实施例，两个球窝接头14和15用来将分离的排气管相互连接。然而，可以使用三个或更多的用于连接排气管的球窝接头。在使用三个或更多的球窝接头的情况下，作用在各个球窝接头上的载荷合并起来几乎为零，从而将排气管支承在其处于静止状态时的正常位置。
【0046】尽管已经参照被视为本发明的优选实施例对本发明进行了描述，应该理解本发明并不局限于已公开的实施例或结构。相反，本发明意在覆盖不同的修改和等同的布局。另外，尽管在示例性的不同的组合和构造中示出了本公开发明的多种要素，但是包括更多的、更少的或只有单个要素的其它组合和构造也在本发明的范围之内。

Claims (9)

1、一种排气管结构，其中串联相接的多个分离的排气管用作连接到内燃机的排气管；并且所述分离的排气管由万向接头连接以便所述分离的排气管于所述万向接头处弯曲，其中，
作用于所述万向接头上的来自所述分离的排气管的重量的载荷，合并起来几乎为零。
2、如权利要求1所述的排气管结构，其中
所述多个分离的排气管包括固定地连接至所述内燃机的第一排气管；经由第一万向接头柔性地连接至所述第一排气管的第二排气管；和经由第二万向接头柔性地连接至所述第二排气管的第三排气管，并且
大约为相同量值的来自所述第二排气管的重量的第一载荷和来自所述第三排气管的重量的第二载荷，以相反的方向作用于所述第二万向接头上。
3、如权利要求2所述的排气管结构，进一步包括：
支承所述第二排气管的两个第一支承构件；和
支承所述第三排气管的两个第二支承构件，
其中所述第二排气管的重心位于连接所述两个第一支承构件的轴线的接近所述第二万向接头的一侧，而
所述第三排气管的重心位于连接所述两个第二支承构件的轴线的远离所述第二万向接头的一侧。
4、如权利要求2所述的排气管结构，进一步包括：
支承所述第二排气管的两个第一支承构件；和
支承所述第三排气管的两个第二支承构件，
其中所述第二排气管的重心位于连接所述两个第一支承构件的轴线的远离所述第二万向接头的一侧，而
所述第三排气管的重心位于连接所述两个第二支承构件的轴线的接近所述第二万向接头的一侧。
5、如权利要求3或4所述的排气管结构，其中
所述第三排气管由所述两个第一支承构件中的一个于第一部分处被支承并由另一第一支承构件于第二部分处被支承，
所述第一部分位于所述第三排气管上的比所述第二部分离所述第二万向接头更远的位置；而
所述第二部分位于所述第三排气管上的离连接所述第一支承构件中的一个和所述第二万向接头的假想线最远的位置。
6、如权利要求2所述的排气管结构，其中
所述第二排气管于两个第一支承部分处被支承；
所述第三排气管于两个第二支承部分处被支承，
所述第二排气管的重心位于连接所述两个第一支承部分的轴线的接近所述第二万向接头的一侧，而
所述第三排气管的重心位于连接所述两个第二支承部分的轴线的远离所述第二万向接头的一侧。
7、如权利要求2所述的排气管结构，其中
所述第二排气管于两个第一支承部分处被支承；
所述第三排气管于两个第二支承部分处被支承，
所述第二排气管的重心位于连接所述两个第一支承部分的轴线的远离所述第二万向接头的一侧，而
所述第三排气管的重心位于连接所述两个第二支承部分的轴线的接近所述第二万向接头的一侧。
8、如权利要求6或7所述的排气管结构，其中
所述两个第二支承部分中的一个位于所述第三排气管上的比另一个第二支承部分离所述第二万向接头更远的位置，而
另一个第二支承部分位于所述第三排气管上的离连接所述第二支承部分中的一个和所述第二万向接头的假想线最远的位置。
9、一种排气管结构，包括：
多个串联相接的分离的排气管；和
万向接头，其用于连接所述分离的排气管，以便所述多个分离的排气管于每个万向接头处柔性弯曲，
其中作用于所述万向接头上的来自所述分离的排气管的重量的载荷合并起来几乎为零。
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