JP2004150292A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】V型内燃機関のシリンダヘッド2の側面に取り付けられた排気マニホルド7の集合部7aに、円筒状をなす触媒コンバータ11の上端が接続され、その下端に、オイルパン4の下方を通る排気管13が接続される。内燃機関のロール振動に伴う触媒コンバータ11の振動を抑制するために、触媒コンバータ11の下端部とオイルパン4とが、第1補助ステー21によって接続される。第1補助ステー21は、帯状金属板を湾曲させたもので、中間の湾曲部21cにおいて板バネ状に弾性変形するので、オイルパン4へ加わる応力が低減する。衝突時に外力が加わると、第1補助ステー21が破断ないしは塑性変形し、オイルパン4への過大な入力が回避される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の排気装置、特に排気マニホルドの集合部に触媒コンバータが接続された排気装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車用内燃機関の排気浄化のために触媒コンバータが広く用いられているが、近年、内燃機関始動後に触媒温度を速やかに上昇させて早期に活性化させることが要請されており、触媒コンバータを排気系のより上流側に配置すべく排気マニホルドの集合部に直接取り付けた構成が多く採用される傾向にある。
【0003】
このような構成では、シリンダヘッド側面にボルト等で固定された排気マニホルドの下端から重量物である触媒コンバータが吊り下げられる形となり、一種の片持ち梁状の振動系を構成するので、内燃機関の振動、特にロール振動に伴う触媒コンバータの振動が大きくなり、例えば車室内のこもり音の一因となる。
【0004】
特許文献1は、このような触媒コンバータを含む排気系の振動を抑制するために、V型内燃機関において、オイルパン下方に位置する排気管合流部に支持ブラケットを設け、この支持ブラケットの先端部をオイルパンに取り付けるようにした構成を開示している。
【0005】
【特許文献1】
特開平7−119457号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献1の技術においては、支持ブラケットを断面コ字状の剛性の高い構造とし、排気系をオイルパンに堅固に固定している。従って、排気系を強く制振できる一方で、排気系の振動がオイルパンに直に入力される形となる。
【0007】
特に、特許文献1の構成では、重量物である触媒コンバータがオイルパンの直下にあるため、支持ブラケットを介してオイルパンに加わる力は、それほど大きくないが、触媒コンバータをシリンダブロックの側方に配置して、排気マニホルドの集合部に取り付けた構成とすると、重量物である触媒コンバータが片持ち状に大きくオーバハングした状態となるため、その振動に伴う力はより大きなものとなる。そのため、このような構成において、特許文献1のように、支持ブラケットによってオイルパンに排気系を結合すると、オイルパンの支持ブラケット取付部に、繰り返し大きな応力が発生し、好ましくない。
【0008】
また、排気系に何らかの大きな外力が作用した場合に、支持ブラケットを介してオイルパンにも大きな力が伝達されることになり、オイルパンの耐久性能上好ましくない。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の排気装置は、シリンダブロックの側方に、略円筒状をなす触媒コンバータが上下方向に沿って配置され、シリンダヘッド側面に取り付けられた排気マニホルドの集合部が上記触媒コンバータの上端に接続されるとともに、オイルパンの下方を通って延びる排気管に、上記触媒コンバータの下端が接続されている。つまり、触媒コンバータが排気系の最も上流側の位置に配置されており、始動後、速やかに温度上昇する。
【0010】
そして、本発明においては、重量物である触媒コンバータの振動、特に内燃機関のロール振動に伴う振動を抑制するために、最も振幅が大きな点となる触媒コンバータの下端部と上記オイルパンとが補助ステーによって接続されている。この補助ステーは、内燃機関の幅方向に沿って延びる帯状金属板からなり、かつその中間部に、該帯状金属板を略U字形に湾曲させてなる湾曲部を備えている。
【0011】
このような湾曲部を備えた補助ステーは、湾曲部において撓み変形可能であるため、一種の板バネ状のものとなり、触媒コンバータからオイルパンへ入力される力が軽減される。つまり、補助ステーは、内燃機関の幅方向に沿って設けられ、触媒コンバータの下端部とオイルパンとを互いに連結するので、内燃機関のロール振動に伴う触媒コンバータの内燃機関幅方向に沿った振動が効果的に抑制され、かつ同時に、オイルパンの補助ステー取付部に大きな応力を生じさせることがない。
【0012】
また、車両の衝突などにより大きな外力が排気系つまり触媒コンバータ側に加わった場合に、予め湾曲している補助ステーの湾曲部に応力が集中し、この部分で破断ないしは塑性変形し得ることから、補助ステーを介してオイルパンへ過大な力が伝達されることがなく、オイルパンの変形や破損、オイル漏れなどを抑制できる。
【0013】
例えば、上記補助ステーは、オイルパンの底面に形成されたボス部に一端が取り付けられることになるが、この場合、このボス部の強度よりも低い強度に補助ステーが構成されていることが望ましい。これにより、排気系が大きな外力を受けたときに、ボス部の応力が限界を越える前に、補助ステーが破断ないしは塑性変形し、大きな外力の伝達が回避される。
【0014】
本発明は、直列多気筒内燃機関の排気装置のみならず、V型内燃機関などにおいても適用することができる。V型内燃機関に適用する場合、望ましくは、V型内燃機関の一方のバンクの触媒コンバータとオイルパンとを上記補助ステーが接続している構成とし、他方のバンクの触媒コンバータの下端部とオイルパンとを第2の補助ステーによって接続するとともに、この第2の補助ステーの剛性を上記補助ステーの剛性よりも高く設定する。
【0015】
すなわち、V型内燃機関においては、内燃機関のロール振動に伴って左右バンクの触媒コンバータが振動しようとするが、本発明の補助ステーのように一種の板バネ状のものを左右バンクについて用いると、ある振動数の下で大きな共振を生じる可能性がある。これに対し、他方のバンクについて、第2の補助ステーとして相対的に剛性が高いものを用いれば、左右バンクの排気系の共振を回避することができる。
【0016】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の排気装置によれば、排気マニホルドの集合部に重量物である触媒コンバータが取り付けられて片持ち梁状に支持された構成において、内燃機関のロール振動に伴う触媒コンバータの振動を効果的に抑制し、例えば車両の車室内のこもり音を低減することができる。そして、その一方で、触媒コンバータの振動に伴ってオイルパンに繰り返し作用する応力を緩和でき、オイルパンの疲労破壊やシール面からのオイル漏れなどを防止できる。また、車両の衝突などにより排気系に大きな外力が作用したときに、オイルパンへ過大な力が伝達されず、オイルパンを保護することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0018】
図示する実施例は、本発明をV型6気筒内燃機関の排気装置に適用したもので、図1は、内燃機関の後方から見た背面図、図2は、図1の左側から見た側面図を示している。ここで、図示例の内燃機関は、車両前部のエンジンルーム内に所謂横置き形式に搭載されるようになっており、図1の左方が車両前方、右方が車両後方となる。なお、内燃機関単体としては、当業者に明らかなように、クランクシャフト軸方向に沿って、図2の左方が内燃機関の前側、右方が内燃機関の後側であり、またこの前後方向と直交する図1の左右方向を、内燃機関の幅方向と呼ぶ。
【0019】
この内燃機関は、シリンダブロック1の左右バンクの頂面にそれぞれシリンダヘッド2,3が取り付けられ、かつハーフスカート型のシリンダブロック1の底面に、オイルパン4が取り付けられている。上記オイルパン4は、シリンダブロック1下部とともにクランクケースを構成するもので、後端の略半円形をなす変速機取付部5を含めてアルミニウム合金により一体に鋳造された剛性の高い構造をなしている。そして、オイルが貯留される内燃機関前方の深底部となるタンク部6のみが金属板のプレス成形品として別体に構成され、かつボルト結合されている。
【0020】
上記シリンダヘッド2,3のVバンク外側となる側面には、それぞれ排気マニホルド7,8が取り付けられている。これらの排気マニホルド7,8は、例えば鋳鉄によりそれぞれ一体に鋳造されており、3つの気筒に対応した3本のブランチ部を略中央の集合部7a,8aに集合させた構成となっている。特に、各排気ポートから集合部7a,8aまでの通路長ができるだけ短くなるように構成されている。上記集合部7a,8aは、下方を向いたフランジ部9,10を有し、ここに、略円筒状をなす触媒コンバータ11,12の上端がそれぞれ接続されている。ここで、右バンク側の触媒コンバータ12が金属板のプレス成形品からなる軽量なケーシングを有するのに対し、左バンク側の触媒コンバータ11は金属鋳造品からなるケーシングを有しており、従って、それぞれの外形状は多少異なっている。なお、鋳造されたケーシングを有する左バンク側の触媒コンバータ11の方が、右バンク側の触媒コンバータ12よりも大きな重量を有している。また、左右の触媒コンバータ11,12は、上下方向に沿った姿勢に支持されているとともに、それぞれシリンダブロック1の側方に位置し、より具体的には、図1に示すように、クランクシャフトの左右両側となる高さ位置に配置されている。
【0021】
図3は、内燃機関全体を下方から見た底面図であり、この図3に示すように、左バンク側の触媒コンバータ11の下端は、オイルパン4の下方を通って車両後方へ延びる左バンク用の排気管13に接続されており、また、右バンク側の触媒コンバータ12の下端は、オイルパン4の下方でU字状に折り返す右バンク用の排気管14に接続されている。そして、これらの左バンク用の排気管13と右バンク用の排気管14との下流側部分は、オイルパン4の下方で互いに平行に並べられているとともに、さらに下流の合流部16において1本の排気管として集合し、車両後方へと延びている。そして、図1,図3に図示された範囲よりもさらに下流側の位置において、車体側から吊り下げられるようにして支持されている。左右バンクの排気管13,14は、互いに平行に並んだ部分で、連結用ブラケット15によって互いに一体に連結されているものの、この図示の範囲では車体側には特に支持されていない。なお、排気管13,14の一部、詳しくは連結用ブラケット15直後の部分が、可撓性を有するフレキシブルチューブとして構成されており、ここで振動の遮断が図られている。
【0022】
上記のように触媒コンバータ11,12が排気マニホルド7,8とともにシリンダヘッド2,3側面から片持ち梁状に支持されていることから、内燃機関がロール振動すると、触媒コンバータ11,12が、内燃機関の幅方向に沿って揺動しやすい。特に、より重量の大きな左バンク側の触媒コンバータ11において、その振動が顕著となる。また、車両の衝突の際にも、車両前方に位置する左バンク側の触媒コンバータ11の方が大きな外力を受けやすい。そのため、この実施例では、左バンク側の触媒コンバータ11を、「補助ステー」つまり第1補助ステー21によってオイルパン4に接続してある。そして、相対的に重量が軽く、かつ衝突の際に外力を受けにくい右バンク側の触媒コンバータ12を、より剛性の高い「第2の補助ステー」つまり第2補助ステー22によってオイルパン4に接続してある。
【0023】
図4〜図6は、第1補助ステー21および第2補助ステー22の取付状態を示している。また、図7〜図9は、第1補助ステー21のみを示し、図10,図11は、第2補助ステー22のみを示している。
【0024】
第1補助ステー21は、一定幅の帯状金属板、例えば適宜なバネ性を有するように薄い鋼板(例えば板厚1.6mm程度のもの)からなり、一端のオイルパン側取付部21aと他端の触媒コンバータ側取付部21bとの間の中間部に、略U字形に湾曲した湾曲部21cを備えている。上記触媒コンバータ側取付部21bは、この湾曲部21cの略U字形の一方の辺を直線状に延ばした形状に形成されている。これに対し、オイルパン側取付部21aは、上記湾曲部21cからS字形をなすように反対側へ湾曲した形に連続している。従って、オイルパン側取付部21aの取付面と触媒コンバータ側取付部21bの取付面とは、同一平面上になく、互いに異なる方向を指向している。また、各取付部21a,21bに、それぞれ後述するボルトが貫通する取付孔23,24が開口形成されているが、取付時の位置調整を容易とするために、オイルパン側取付部21aの取付孔23は第1補助ステー21の長手方向に沿って細長い長孔として形成され、触媒コンバータ側取付部21bの取付孔24は、これと直交する方向に沿って細長い長孔として形成されている。なお、この第1補助ステー21は、湾曲部21cの弾性変形を損なうようなリブやフランジは具備しておらず、金属板を単純に湾曲させたものとなっている。
【0025】
上記第1補助ステー21に対し、オイルパン4底面、特に左バンク側の位置に、下方へ突出したオイルパン側ボス部25が形成されているとともに、触媒コンバータ11の下端部に、斜め下方へ突出した触媒コンバータ側ボス部26が形成されており、これらのボス部25,26に、ボルト27,28によって上記第1補助ステー21が取り付けられている。上記オイルパン側ボス部25は、オイルパン4自体と一体に鋳造されており、その先端(下端)に、下方を向いた略水平な取付座面25a(図6参照)を備えている。触媒コンバータ側ボス部26は、触媒コンバータ11のオイルパン4寄りの位置においてケーシングに一体に鋳造されており、その先端に、斜め下方を向いた傾斜した取付座面26a(図6参照)を備えている。図6に明らかなように、それぞれのボス部25,26は、互いに略等しい高さ位置にあり、かつオイルパン4と触媒コンバータ11との間の間隙を介して互いに隣接している。さらに図4に示すように、内燃機関の前後方向に見て、互いに整列した位置にある。これらのボス部25,26に取り付けられた第1補助ステー21は、図5,図6に明らかなように、その湾曲部21cが上方へ凸となるような姿勢で設けられており、かつ図4に示すように、クランクシャフト軸方向と直交する方向、つまり内燃機関の幅方向に沿って直線状に延びた形に配置されている。
【0026】
上記のような構成においては、内燃機関のロール振動に伴って触媒コンバータ11が内燃機関の幅方向に沿って振動しようとしたときに、第1補助ステー21によって触媒コンバータ11の動きが拘束され、その振動が確実に抑制される。これにより、触媒コンバータ11の振動に起因する車室内のこもり音が効果的に低減する。一方、第1補助ステー21は、一種の板バネ状のものとなっており、触媒コンバータ11の振動に対し、上記湾曲部21cにおいて弾性変形し得るので、オイルパン4に繰り返し作用する応力を緩和でき、オイルパン4の疲労破壊やシール面からのオイル漏れなどを防止できる。なお、触媒コンバータ11は上方の点を支点として揺動するように振動するので、第1補助ステー21の傾斜した触媒コンバータ側取付部21bがその取付面に対し略垂直方向から力を受けることになり、湾曲部21cが容易に弾性変形する。ここで、上記実施例の第1補助ステー21の形状では、湾曲部21cから触媒コンバータ側取付部21bが直線状に連続しているため、ボルト28で拘束されている箇所の直前位置まで板バネ状に弾性変形可能であり、両ボス部25,26の間の限られた長さの中で、比較的大きな変位を確保することができる。
【0027】
さらに、車両の衝突などに際して触媒コンバータ11に大きな外力が作用したときには、第1補助ステー21の湾曲部21cに応力が集中し、ここで塑性変形ないしは破断が生じる。そのため、オイルパン4へ過大な力が伝達されず、オイルパン4の破損を回避できる。特に、この実施例では、オイルパン4の一部として形成されているオイルパン側ボス部25の強度よりも第1補助ステー21の強度が低くなるように、第1補助ステー21の寸法(板厚など)や材質が選択されており、オイルパン側ボス部25が破損に至る前に、第1補助ステー21が破断ないしは塑性変形し、オイルパン4を確実に保護することができる。
【0028】
一方、右バンク側の触媒コンバータ12を支持する第2補助ステー22は、図10,11および図5に明らかなように、鋼板等の帯状金属板からなり、一端にオイルパン側取付部22aを有するとともに他端に触媒コンバータ側取付部22bを有し、各取付部22a,22bに、それぞれ取付孔31,32が開口している。特に、この第2補助ステー22は、触媒コンバータ側取付部22bを除く大部分において、帯状金属板の一方の側縁を折り曲げてフランジ部22dを形成することにより、その剛性が高められている。また触媒コンバータ側取付部22bは、フランジ部22dを具備していないとともに、斜めに立ち上がるように折り曲げて形成されている。なお、上記取付孔31,32は、やはり取付時の調整のために、内燃機関の幅方向および前後方向に沿って細長い長孔として形成されている。
【0029】
上記第2補助ステー22に対し、オイルパン4底面、特に右バンク側の位置に、下方へ突出したオイルパン側ボス部33が形成されているとともに、触媒コンバータ12の下端のフランジ部34の一部として触媒コンバータ側ボス部35が形成されており、これらのボス部33,35に、ボルト36,37によって上記第2補助ステー22が取り付けられている。上記オイルパン側ボス部33は、やはりオイルパン4自体と一体に鋳造されており、その先端の下方を向いた略水平な取付座面33a(図6参照)に上記第2補助ステー22が固定されている。ここで、この第2補助ステー22用のオイルパン側ボス部33は、図4に示すように、第1補助ステー21用のオイルパン側ボス部25の位置に対し、内燃機関の後方にオフセットした位置にある。換言すれば、両ボス部25,33が内燃機関の前後方向に離れて位置している。また、第2補助ステー22用の触媒コンバータ側ボス部35は、内燃機関の前後方向について、第1補助ステー21用の触媒コンバータ側ボス部26と略同じ位置にあるので、この触媒コンバータ側ボス部35に対してもオイルパン側ボス部33は内燃機関の後方へオフセットした位置にある。従って、第2補助ステー22は、図4に示すように、内燃機関の幅方向に対し45°程度傾いた斜め方向に延びている。
【0030】
上記の第2補助ステー22は、第1補助ステー21と同様に、内燃機関のロール振動に伴って触媒コンバータ12が内燃機関の幅方向に沿って振動しようとしたときに、触媒コンバータ12の動きを拘束し、その振動を確実に抑制する。そして、この第2補助ステー22は、フランジ部22dの形成などにより全体として第1補助ステー21よりも高い剛性を有しているため、これらの補助ステー21,22を振動系におけるバネとしてみたときに、左バンクの排気マニホルド7と触媒コンバータ11とからなる振動系の共振周波数と、右バンクの排気マニホルド8と触媒コンバータ12とからなる振動系の共振周波数と、が互いに異なるものとなる。従って、下方の排気管13,14を介して一体に連結されている左右バンクの排気系が、特定の周波数において大きく共振する現象を回避できる。しかも、左右バンクの排気系からの力の入力点となる一対のオイルパン側ボス部25,33が、ロール振動に沿った直線上に並んでおらず、内燃機関の前後にずれて位置するので、左右バンクの排気系全体の共振がより一層生じにくい。また、一対のオイルパン側ボス部25,33が前後に離れて位置することで、オイルパン4の一部に応力が集中することを回避でき、この点でも有利となる。
【0031】
以上、この発明の一実施例を説明したが、態様によっては、左右バンクの排気系に対し、上記第1補助ステー21のような湾曲部21cを有する全く同一の補助ステーを用いることも可能である。また、前述したように、直列多気筒内燃機関などにおいても本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る排気系を備えたV型内燃機関全体の背面図。
【図2】図1の左側から見た側面図。
【図3】同じく底面図。
【図4】触媒コンバータとオイルパンとの補助ステーによる接続状態を示す底面図。
【図5】同じく斜め下方から見た斜視図。
【図6】同じくオイルパンを断面で示した背面図。
【図7】第1補助ステーを単体状態で示す正面図。
【図8】図7の下側から見た底面図。
【図9】図7の矢印A方向から見た図。
【図10】第2補助ステーを単体状態で示す底面図。
【図11】図10の矢印B方向から見た図。
【符号の説明】
4…オイルパン
11,12…触媒コンバータ
21…第1補助ステー
21c…湾曲部
22…第2補助ステー
25,33…オイルパン側ボス部
26,35…触媒コンバータ側ボス部
Claims (6)
- シリンダブロックの側方に、略円筒状をなす触媒コンバータが上下方向に沿って配置され、シリンダヘッド側面に取り付けられた排気マニホルドの集合部が上記触媒コンバータの上端に接続されるとともに、オイルパンの下方を通って延びる排気管に、上記触媒コンバータの下端が接続されてなる内燃機関の排気装置において、
上記触媒コンバータの下端部と上記オイルパンとが補助ステーによって接続されているとともに、この補助ステーは、内燃機関の幅方向に沿って延びる帯状金属板からなり、かつその中間部に、該帯状金属板を略U字形に湾曲させてなる湾曲部を備えていることを特徴とする内燃機関の排気装置。 - 上記補助ステーは、オイルパンの底面に形成されたボス部に一端が取り付けられており、かつこのボス部の強度よりも低い強度に補助ステーが構成されていることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気装置。
- 内燃機関の幅方向に沿った触媒コンバータの振動に対し上記補助ステーが上記湾曲部において弾性変形するように構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関の排気装置。
- 略等しい高さ位置で互いに隣接するようにオイルパンの底面と触媒コンバータの下端部とにそれぞれボス部が形成され、かつオイルパン側ボス部は、下方を向いた略水平な取付座面を有し、触媒コンバータ側ボス部は、斜め下方を向いた傾斜した取付座面を有し、上記補助ステーの湾曲部からS字形をなすように延びた一端部が上記オイルパン側ボス部に取り付けられているとともに、上記湾曲部から直線状に延びた他端部が上記触媒コンバータ側ボス部に取り付けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。
- V型内燃機関の一方のバンクの触媒コンバータとオイルパンとを上記補助ステーが接続しているとともに、他方のバンクの触媒コンバータの下端部とオイルパンとを接続する第2の補助ステーを備えており、この第2の補助ステーの剛性が上記補助ステーの剛性よりも高く設定されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。
- 上記補助ステーおよび第2の補助ステーは、オイルパンの底面の各バンク側にそれぞれ形成されたボス部に取り付けられており、第2の補助ステー用のボス部は、補助ステー用のボス部の位置に対し内燃機関の前後方向に離れた位置に配置されていることを特徴とする請求項5に記載の内燃機関の排気装置。
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