CN110017203B - 排气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及排气系统。排气系统包括：排气管，所述排气管包括笔直部和从笔直部的下游端屈曲并延伸的屈曲部；消音器，所述消音器设置在排气管的下游侧上；以及加强构件，其中：排气管的笔直部通过屈曲部与消音器的上游端连接；并且加强构件被设置成横跨笔直部的下游端部和消音器的上游端部延伸。

Description

排气系统
技术领域
本发明涉及一种排气系统。
背景技术
关于安装在车辆中的排气系统的构造，存在各种想法以便限制由将排气从发动机排放到外部的排气系统的振动引起的车辆的噪音和振动(NV)性能的恶化。
例如，在日本未审专利申请公报No.2011-127450(JP 2011-127450A)中，提出一种内燃机的排气系统。排气系统包括第一排气管和第二排气管。第一排气管与V型发动机的右侧缸排连接并且设置有第一主消音器，并且第二排气管与V型发动机的左侧缸排连接并且设置有第二主消音器。在排气系统中，球形接头被布置在相应位置处使得当消音器关于翻滚轴交替上下起伏时第一和第二主消音器的位移被减小。
发明内容
从限制排气系统的振动的观点看，优选使用这样的布置，在该布置中，包括在排气系统中的排气管、消音器等线性排列。然而，取决于车辆类型，存在如下实例：线性排气管和消音器的轴线由于车上空间的限制而需要被偏置。在这样的情形中，作为通常应用的构造，例如，排气管的笔直部和消音器被通过从排气管的笔直部的下游端延伸的屈曲部彼此连接(例如，参见JP 2011-127450 A的图1中的尾管和主消音器)。
在排气管的笔直部和消音器通过屈曲部彼此连接的以上构造中，存在的问题在于，当由于发动机的脉动(排气歧管的晃动等以及排气惯性的晃动)振动被输入到排气管时，屈曲部变形，并且相对大的振动由于屈曲部的变形在排气系统中发生。然而，在JP2011-127450 A中描述的排气系统中，没有考虑排气管(屈曲部)的形状导致的振动。因此，存在改进的空间。
为了限制屈曲部的变形，排气管的管厚度可以被增加，或者屈曲部可以被例如通过稳固的托架以悬挂方式固定。然而，这导致的问题在于，车辆重量增加，并且复杂的构造也导致成本的增加。
本发明提供一种关于车辆的排气系统的技术，其中排气管的笔直部通过屈曲部与消音器连接。利用该技术，能够以简单的构造限制屈曲部的变形并且因而减少排气系统的振动。
本发明的一方面涉及一种排气系统，该排气系统包括：排气管，所述排气管包括笔直部和从笔直部的下游端屈曲并延伸的屈曲部；消音器，消音器设置在排气管的下游侧上；和加强构件，其中：排气管的笔直部通过屈曲部与消音器的上游端连接；并且加强构件被设置成横跨笔直部的下游端部和消音器的上游端部延伸。
利用该构造，加强构件被设置成横跨笔直部的下游端部和消音器的上游端部。因此，排气管的笔直部的下游端和消音器的上游端之间的区段(下文中，也称为屈曲区段)的横截面由屈曲部和布置在距屈曲部一距离处的加强构件形成。因此，与屈曲区段仅包括屈曲部的情形或者加强构件被直接安装在屈曲部上的情形相比，屈曲区段的面积二次矩变高。因此，在不增加管厚度的情况下，能够提高屈曲区段的屈曲刚度。这意味着，在根据该方面的排气系统中，排气管的笔直部和消音器通过加强构件彼此连接，由此提高与排气系统中的屈曲部对应的区段的刚性。相应地，利用简单构造，能够限制屈曲部的变形并且因而限制排气系统的振动，在所述简单构造中，加强构件被横跨笔直部和消音器设置。
在以上方面中，加强构件可以被形成为具有弧形截面，弧形截面沿着笔直部的外周和消音器的外周弯曲。
利用该构造，加强构件被形成为具有弧形截面，换言之，具有三维弯曲表面形状。因此，能够确保屈曲区段的屈曲刚度被提高。
在以上方面中，屈曲部可以被屈曲成从笔直部的轴线朝向排气管的下游侧分离；并且加强构件可以被布置使得加强构件的弧形截面的突出方向和屈曲部从笔直部的轴线分离的方向彼此相反。
利用该构造，加强构件被布置成使得加强构件的突出方向与屈曲部的突出方向彼此相反。因此，能够有效地在与屈曲区段的形心分离的位置处设置块体(加强构件)。因而，能够更可靠地提高屈曲区段的面积二次矩。相应地，确保屈曲部的变形受到限制，由此进一步减小排气系统的振动。
在以上方面中，突筋可以被形成在加强构件中，突筋向与屈曲部分离的一侧突出；并且突筋可以在横跨笔直部和消音器延伸的方向上延伸。
利用该构造，突筋被形成在加强构件中，突筋向与屈曲部分离的一侧突出。因此，能够有效地在与屈曲区段的形心分离的位置处设置块体(突筋)。因而，能够进一步提高屈曲区段的面积二次矩。此外，因为突筋被形成为在横跨笔直部和消音器的方向上延伸，所以能够提高贯穿屈曲区段的整个长度的屈曲刚度。相应地，以其中突筋被形成在加强构件中的简单构造更可靠得限制屈曲部的变形，由此进一步减少排气系统的振动。
在以上方面中，凸缘部可以被形成在加强构件中；并且凸缘部可以是加强构件的侧缘部，所述侧缘部在从屈曲部分离的方向上屈曲并且沿着横跨笔直部和消音器延伸的方向延伸。
利用该构造，向从屈曲部分离的一侧屈曲的凸缘部被形成在加强构件中。因此，能够进一步提高屈曲区段的屈曲刚度。因而，利用其中凸缘部被形成在加强构件中的简单构造，屈曲部的变形被更可靠地限制，由此进一步减少排气系统的振动。
在车辆的排气系统中，在发动机的启动之后即刻地，排气管被冷却并且在纵向方向上收缩。同时，在发动机被预热之后，排气管的温度随着排气管从排气接收热而升高，并且排气管因而在纵向方向上膨胀。在排气管和加强构件之间存在温度差，并且排气管和加强构件之间的膨胀量也不同。因此，在排气管重复膨胀和收缩时，排气管和加强构件之间的连接可能破坏。
在以上方面中，加强构件可以被沿着笔直部的纵向方向焊接到笔直部。
利用该构造，加强构件被沿着笔直部的纵向方向(换言之，沿着笔直部的膨胀和收缩方向)焊接。因此，笔直部的膨胀和收缩被吸收，由此限制排气管和加强构件之间的连接的破坏。
如至此描述的那样，利用根据本发明的排气系统，能够以简单构造限制屈曲部的变形并且减少排气系统的振动。
附图说明
以下将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点和技术及工业意义，在附图中，相同的标记指示相同的元件，并且其中：
图1是根据本发明的实施例的车辆的排气系统的主要部分的示意性平面视图；
图2是从车辆宽度方向上的左侧观看的排气系统的主要部分的侧视图；
图3是从车辆宽度方向上的右侧观看的支杆的透视图；
图4是沿着图3中的箭头IV-IV截取的截面视图；
图5是沿着图3中的箭头V-V截取的截面视图；
图6是示意性描述支杆的安装结构的视图；
图7是沿着图3中的线VII-VII截取的、示意性示出屈曲部和支杆之间的位置关系的视图；
图8是示意性示出与排气系统有关的发动机转速和惯性之间的关系的图；并且
图9是图8中的部分A的放大视图。
具体实施方式
下文中，参考附图描述用于实施本发明的实施例。在图中，箭头Up代表上侧，箭头Fr代表车辆前后方向上的前侧，并且箭头Rh代表车辆宽度方向上的右侧。
总体构造
图1是根据本发明的实施例的车辆的排气系统1的主要部分的示意性平面视图。图2是从车辆宽度方向上的左侧观看的排气系统1的主要部分的侧视图。排气系统1减少排气中的排放、消音，然后将排气从发动机(未示出)发出到大气。如在图1和图2中所示，排气系统1包括与发动机连接的前管3、催化转换器5、主消音器7、后管9、副消音器(未示出)和尾管(未示出)。
前管(排气管)3是金属圆管，并且通过设置在前管3的上游端部(远端部)中的排气歧管结合部3a与发动机的排气歧管(未示出)连接。在前管3的中部中，设置催化转化器5。催化转化器5通过与O2的反应使包含在排气中的未燃成分诸如HC和CO氧化来减少来自发动机的排气的排放。因而，从排气歧管排出的排气的排放被催化转化器5减少。
主消音器7与前管3的下游侧连接。主消音器7具有在车辆前后方向上延伸的筒形金属容器，并且通过附接到金属容器的支撑橡胶8被本体(未示出)以悬挂方式支撑。主消音器7包括在金属容器内侧的共振腔(未示出)，并且被构造成使得特定频率的排气声激发共振腔内侧的赫姆霍兹共振，由此减少排气噪音。
后管9与主消音器7的下游侧连接。后管9是金属圆管，并且首先从主消音器7的下游端(后端)笔直延伸到后侧(到车辆前后方向上的后侧)。然后，后管9向下延伸并且也朝向后侧倾斜地延伸到车辆宽度方向上的右侧，然后再笔直延伸到后侧。此后，后侧9向车辆宽度方向上的右侧延伸，并且，从此处向后侧延伸，同时进行弯曲以便向车辆宽度方向上的右侧膨胀。然后，后管9倾斜向上向后侧延伸。主要减少高频排气噪音的副消音器与后管9的下游侧连接。此外，与外部(大气)连通的尾管与副消音器的下游侧连接。
在如上所述构造的排气系统1中，从发动机的排气歧管排出到前管3中的排气首先经过设置在前管3的中部中的催化转化器5并且使排放减少，然后通过前管3到达主消音器7。在由主消音器7减少噪音后，排气通过后管9到达副消音器。然后，在不能仅由主消音器7减少的高频噪音被副消音器减少后，排气通过尾管排放到大气中。
前管和主消音器之间的连接结构
接下来，描述根据实施例的排气系统1中的前管3和主消音器7之间的连接结构。
如在图1和图2中所示，前管3包括笔直部30和屈曲部31。笔直部30在催化转化器5的下游侧上在车辆前后方向上笔直地延伸。屈曲部31从笔直部30的下游端屈曲(见图1和图2中的车辆前后方向上的区段BC的前侧上的虚线)并且向后侧延伸，并且与主消音器7的上游侧(前端)连接。换言之，笔直部30通过屈曲部31与主消音器7的上游端连接。屈曲部31被屈曲成从笔直部30的轴线CL1朝向下游侧分离。更具体地，从笔直部30的下游端，屈曲部31被屈曲并且向上延伸，并且也朝向后侧向车辆宽度方向上的左侧延伸。然后，屈曲部31笔直地向后侧延伸并且与主消音器7的上游端连接。
这里，笔直部30的轴线CL1、屈曲部31的笔直地延伸并且与主消音器7连接的部分的轴线CL2和主消音器7的轴线CL3具有如下关系：屈曲部31的轴线CL2关于笔直部30的轴线CL1向左侧偏置，如图1中所示，并且也关于轴线CL1向上偏置，如在图2中所示。并且，屈曲部31的轴线CL2关于主消音器7的轴线CL3仅被向右侧偏置，如在图1中所示。此外，笔直部30的轴线CL1关于主消音器7的轴线CL3被大大地向右侧偏置，如在图1中所示，并且也关于轴线CL3向下偏置，如在图2中所示。
因而，前管3和主消音器7处于这样的位置关系中：其中它们在竖直方向和水平方向上向彼此偏置，并且前管3和主消音器7通过向上并且也向车辆宽度方向上的左侧弯曲的屈曲部31彼此连接。在这样的构造中，当振动通过发动机的脉动(排气歧管等的晃动，以及排气惯性导致的晃动)被输入到前管3时，屈曲部31在竖直和水平方向中的两个轴线方向上变形，并且，由于屈曲部31的变形，排气系统1可能发生相对大的振动。
特别地，在高发动机旋转区域(例如，在约5200rpm和6000rpm之间)，当车辆的振动和排气系统1的振动的共振发生时，可能发生大到被乘员听到的异常噪音(拨弦噪音)。
这里，为了限制屈曲部31的变形，考虑增大前管3的管厚度并且通过使用框架诸如稳固的托架以悬挂方式固定屈曲部31。并且，为了限制车辆的振动和排气系统1的振动的共振，考虑安装动力减振器用作排气系统1上的防振动装置。然而，问题在于车辆重量被增大，并且由于复杂结构和部件数目的增加导致成本增加。
因而，在根据实施例的排气系统1中，笔直部30和主消音器7通过支杆(加强构件)10彼此连接。因此，笔直部30的下游端(后端)和主消音器7的上游端(前端)之间的区段(下文中，称为屈曲区段)BC的刚性被提高。
图3是从车辆宽度方向上的右侧观看的支杆10的透视图。图4是沿着图3中的箭头IV-IV截取的截面视图。图5是沿着图3中的箭头V-V截取的截面视图。并且，图6是示意性描述支杆10的安装结构的视图，并且图7是沿着图3中的VII-VII截取的、示意性示出屈曲部31和支杆10之间的位置关系的视图。如在图3中所示，根据实施例的车辆的排气系统1包括支杆10，其被设置成横跨笔直部30的下游端部30a和主消音器7的上游端部7a。支杆10具有支杆本体部11和安装部12。安装部12从支杆本体部11的上游侧上的端部(前端部)向上游侧延伸。
如在图3和图4中所示，支杆本体部11由几乎梯形金属板制成，所述金属板被形成为具有沿着作为圆管的笔直部30的外周和筒形主消音器7的外周弯曲的弧形截面。此外，安装部12与支杆本体部11的前端部一体形成，并且由矩形金属板制成，所述矩形金属板被形成为具有沿着作为圆管的笔直部30的外周弯曲的弧形截面。因此，支杆10被形成为整体具有弧形截面，更具体地，四分之一弧形截面。
如在图7中所示，支杆10被布置成使得具有四分之一弧形截面的支杆10的突出方向(图7中的黑箭头)和屈曲部31的突出方向(图7中的轮廓箭头)变为几乎相反。屈曲部31被屈曲成从笔直部30的轴线CL1朝向下游侧分离。更具体地，如上所述，屈曲部31被从笔直部30的下游端朝向后侧向上和向车辆宽度方向上的左侧(倾斜地向左和向上方向)屈曲。因此，支杆10被布置在下侧上并且布置在车辆宽度方向上的右侧(倾斜地向右和向下方向)，其几乎与屈曲部31相反。因此，如在图7中所示，在车辆前后方向上的视图中，支杆10以一定姿势和位置被安装在笔直部30的下游端部30a和主消音器7的上游端部7a上，使得支杆10从屈曲部31的旁边几乎右侧(在车辆宽度方向上的右侧)倾斜地向下延伸到左侧，同时进行弯曲。
如在图6中的部分A中所示，在支杆10中，支杆本体部11的在下游侧上的后边缘部11a在周向方向上被通过金属惰性气体(MIG)焊接(弧焊)而安装在主消音器7的上游端部7a上。同时，如在图6中的部分B所示，安装部12的两个侧缘部12a被通过MIG焊接沿着笔直部30的纵向方向(车辆前后方向)安装在笔直部30上。
如在图3、图4和图7中所示，在支杆本体部11中，形成突筋13，突筋13具有几乎C形截面并且在从屈曲部31分离的方向上突出。突筋13在支杆10的纵向方向(横跨笔直部30和主消音器7延伸的方向)上延伸。
此外，如在图3、图4和图5中所示，凸缘部14被形成在支杆本体部11中。通过使上侧缘部11b在从屈曲部31分离的方向上屈曲来制成凸缘部14。上侧缘部11b沿着车辆前后方向(横跨笔直部30和主消音器7延伸的方向)延伸。凸缘部14不被形成在支杆本体部11的下侧缘部中。
在截止目前所述构造的排气系统1中，支杆10被设置成横跨笔直部30的下游端部30a和主消音器7的上游端部7a。因此，如在图7中所示，笔直部30的下游端和主消音器7的上游端之间的屈曲区段BC的横截面(与车辆前后方向正交的截面)包括屈曲部31和布置在距屈曲部31一距离处的支杆10。因此，与屈曲区段BC仅包括屈曲部31的情形或者支杆10被直接安装在屈曲部31上的情形相比，与车辆前后方向正交的屈曲区段BC的截面的面积二次矩变高。因此，在不增加前管3的管厚度的情况下，能够提高屈曲区段BC在车辆前后方向上的屈曲刚度。
另外，因为支杆10被形成为具有弧形截面，换言之，具有三维弯曲表面形状，所以能够更可靠地提高屈曲区段BC在车辆前后方向上的屈曲刚度。
此外，支杆10被布置成使得支杆10的突出方向几乎与屈曲部31的突出方向相反。因此，能够有效地在从屈曲部BC的形心分离的位置处设定块体(支杆10)，并且因而能够更可靠地增强屈曲区段BC的面积二次矩。此外，利用有效设定支杆10的位置和将支杆10形成为具有四分之一弧形截面的组合，块体(支杆10)关于屈曲部31存在Y方向(水平方向)和Z方向(竖直方向)上，如在图7中所示。因此，能够增强屈曲区段BC在Y和Z方向上的面积二次矩。因而，如上所述，能够更可靠地限制屈曲部31的变形，尽管屈曲部31容易在竖直和水平方向上的两个轴线方向上变形。
并且，在支杆10中，形成突筋13，突筋13突出到从屈曲部31分离的一侧。因此，能够有效地在与屈曲区段BC的形心分离的位置处设置块体(突筋13)。因此，能够进一步提高屈曲区段BC的面积二次矩。此外，突筋13被形成为在支杆10的纵向方向(横跨笔直部30和主消音器7延伸的方向)上延伸。因此，能够提高屈曲区段BC的贯穿整个长度的屈曲刚度。此外，在从屈曲部31分离的方向上屈曲的凸缘部14被形成在支杆10中。因此，能够进一步提高屈曲区段BC的贯穿整个长度的屈曲刚度。
如截止目前描述的那样，利用根据实施例的排气系统1，支杆10被形成为具有四分之一弧形截面，并且具有突筋13和凸缘部14，并且支杆10被设置成横跨笔直部30的下游端部30a和主消音器7的上游端部7a延伸。利用该简单构造，屈曲区段BC的屈曲刚度被提高而不增加前管3的管厚度，并且因而能够确保屈曲部31的变形被限制。相应地，确保排气系统1的振动被减少。
在车辆的排气系统1中，在发动机的启动之后即刻地，前管3被冷却并且在纵向方向上收缩。同时，在发动机被预热之后，前管3的温度随着前管3从排气接收热而升高，并且前管3因而在纵向方向上膨胀。在前管3和支杆10之间存在温度差，并且前管3和支杆10之间的膨胀和收缩量也不同。因此，在前管3重复膨胀和收缩时，前管3和支杆10之间的连接可能破坏。然而，在实施例中，如早先描述的，沿着笔直部30的纵向方向，换言之，沿着笔直部30的膨胀和收缩方向，通过MIG焊接来焊接支杆10的安装部12的两个侧缘部12a。因而，笔直部30的膨胀和收缩被吸收，并且确保前管3和支杆10之间的连接的破坏被限制。
此外，在车辆前后方向上的视图中，支杆10处在一位置中以便从屈曲部31旁边的几乎右侧(车辆宽度方向上的右侧)倾斜向下并且向左延伸，同时进行弯曲。因此，如由图7中的阴影箭头所示，由例如轮胎溅起的泥浆D等容易被排出并且不能容易地积累。另外，凸缘部14仅被设置在上侧缘部11b中，并且由图7中的部分A中的虚线(两点划线)所示的凸缘部X不被设置在下侧缘部中。因而，能够限制泥浆D等积累。因此，在实施例中，能够限制支杆10由于泥浆的积累导致生锈。
示例
接下来描述的是测试的结果，该测试被实施以确认根据实施例的车辆的排气系统1的效果。在以下描述中，示例意味着排气系统1，且对比示例意味着没有支杆10的排气系统1。
图8是示意性示出关于排气系统1的发动机转速和惯性之间的关系的图，并且图9是图8中的部分A的放大视图。在图8和图9中，实线代表示例，单点划线代表对比示例。在图8中，水平轴线代表发动机转速(rpm)，并且竖直轴线代表惯性(dB)。然而，发动机转速(rpm)和频率(Hz)之间存在关联(1(rpm)≈30(Hz))，并且惯性(dB)和振动水平之间也存在关联。因此，可以说图8也示出发动机转速和惯性之间的关系。
如在图8中所示，在示例中，不像对比示例，发现共振频带可以从容易与车辆的振动发生共振的频带(图8中的阴影部分)移位(见图8中的轮廓箭头)。此外，利用该示例，如在图9中所示，发现尽管这仅是示例，但是振动水平可以从对比示例的振动水平减少如5(dB)那么大。
基于以上情况，确认的是，利用根据实施例的车辆的排气系统1，能够确保在不增加前管3的管厚度的情况下用简单构造使得排气系统1的振动减少。同时，还确认的是，在不使用动力减振器等的情况下限制与车辆的振动的共振。
其他示例
本发明不限于所述实施例，并且可以在不背离本发明的精神和主要特征的情况下被以各种形式实施。
在所述实施例中，本发明被应用到具有在竖直方向和水平方向(车辆宽度方向)上弯曲的屈曲部31的排气系统1。然而，本发明不限于此，并且本发明可以应用到例如具有仅在竖直方向上屈曲的屈曲部或者仅在水平方向上屈曲的屈曲部的排气系统。
此外，在所述实施例中，支杆10通过MIG焊接(弧焊)安装在笔直部30和主消音器7上。然而，本发明不限于此，并且支杆10可以例如通过螺栓紧固、点焊和铆接安装。
此外，在所述实施例中，本发明被应用到布置在车辆的中央部中的主消音器7和前管3。然而，本发明不限于此，并且可以应用到例如布置在车辆的后部中的后管9和主消音器，只要排气管的笔直部通过屈曲部与消音器连接即可。
因而，所述实施例在所有方面仅是示例，并且不应被限定地解释。此外，在与权利要求等同的范围内的所有修改和改变都在本发明的范围内。
根据本发明，能够以简单构造来限制屈曲部的变形并且因而减少排气系统的振动。因此，非常有利的是将本发明应用到车辆的排气系统，其中排气管的笔直部通过屈曲部与消音器连接。

Claims (5)

1.一种排气系统，其特征在于包括：
排气管，所述排气管包括笔直部和屈曲部，所述屈曲部从所述笔直部的下游端屈曲和延伸；
消音器，所述消音器被设置在所述排气管的下游侧上；和
加强构件，其中：
所述排气管的笔直部通过所述屈曲部而与所述消音器的上游端连接；
所述加强构件被设置成横跨所述笔直部的下游端部和所述消音器的上游端部延伸；并且
所述加强构件被形成为具有弧形截面，所述弧形截面沿着所述笔直部的外周和所述消音器的外周弯曲。
2.根据权利要求1所述的排气系统，其特征在于：
所述屈曲部屈曲成朝向所述排气管的下游侧从所述笔直部的轴线分离；并且
所述加强构件被布置成使得所述加强构件的弧形截面的突出方向和所述屈曲部从所述笔直部的轴线分离的方向彼此相反。
3.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于：
突筋被形成在所述加强构件中，所述突筋向从所述屈曲部分离的一侧突出；并且
所述突筋在横跨所述笔直部和所述消音器延伸的方向上延伸。
4.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于：
凸缘部被形成在所述加强构件中；并且
所述凸缘部是所述加强构件的侧缘部，所述侧缘部在从所述屈曲部分离的方向上屈曲并且沿着横跨所述笔直部和所述消音器延伸的方向延伸。
5.根据权利要求1或2所述的排气系统，其特征在于，所述加强构件沿着所述笔直部的纵向方向焊接到所述笔直部。
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