JP2013536915A - コンパクトなクーロンダンパー - Google Patents

Abstract

クーロンダンパーが、排気システムのコンポーネントに取り付けられる。当該クーロンダンパーの内側表面は、当該排気システムのコンポーネントの外側表面と密に接触している。一実施の形態においては、当該クーロンダンパーの軸長に沿って伸びる一組の溶接線によって、上記密な接触が規定される。他の実施の形態においては、当該クーロンダンパーと当該排気システムのコンポーネントとの間にある少なくとも３つの接触点によって、上記密な接触が規定される。

Description

本開示は、自動車／運搬車の排気システムのためのクーロンダンパーに関するものである。より具体的には、自動車／運搬車の排気システムの排気パイプに、直接密に取り付けるコンパクトなクーロンダンパーに関するものである。

〔関連出願の相互参照〕
本出願は、２０１１年３月１７日に出願された１３／０５０,０３２号の、米国実用新案登録出願に基づく優先権を主張し、２０１０年９月２日に出願された６１／３７９,４９１号の、米国仮出願の利益を享受するものである。上記出願の開示全体は、参照によって本明細書に組み込まれる。

〔背景技術〕
この章では、必ずしも先行技術でない本開示に関連する基礎的な事情を説明する。

一般に、乗用車および運搬車を含む自動車車両は、少なくともトランスミッションおよび当該車両の駆動輪に動力を供給するためのデファレンシャル（差動装置）と連結された内燃エンジン（ガソリンまたはディーゼル）を備えている。燃焼プロセスを和らげ、排気ガスをクリーンにし、当該エンジンを避けて燃焼による生成物を排出するために、１つ以上の排気パイプ（exhaust pipes）、１つ以上のターボチャージャー（turbochargers）、１つ以上の触媒コンバーター（catalytic converters）、１つ以上のマフラー、および１つ以上の排気管（tailpipes）を通常含むエンジンの排気システムが、当該エンジンに取り付けられている。当該車両において、フレームまたは他の支持構造と当該エンジンとの間に配置された一組の軟性エンジンマウントの上に、内燃エンジンは支持されている。当該排気システムと車体のフレームまたは他の支持構造との間に配置された排気マウントによって、上記排気システムは支持されている。車体に伝わるエンジンの振動を最小限に抑えるために、上記排気マウントは、軟性の支持部材、および／または、弾性のサスペンション部材を組み込んでいる。

軟性エンジンマウントおよび軟性排気マウントを用いたとしても、エンジンの多様な動作条件における当該エンジンの動作は、耳障りなノイズ（Noise）、振動（Vibration）、または荒々しい印象（Harshness；ＮＶＨ）を生じる原因になる。当該ＮＶＨ問題に対する様々な解決策が提案されてきた。当該システムに単なる重し（dead mass weights）を追加することによって、調整されたダンパー（tuned damper）を追加することによって、および／または、クーロンダンパー（coulomb damper）を追加することによって、ＮＶＨ問題の頻度に対処できる。

上記システムに単なる重しを追加しても、当該システムの固有振動数を低周波数側にずらすに過ぎない。上記調整されたダンパーを追加しても、特定の周波数に対処できるだけである。すなわち、元の周波数を上回る及び下回る周波数において、固有振動数の振幅を低減することによって、当該調整されたダンパーは上記を達成する。クーロンダンパーは、ショット（shot）や砂（sand）などの衝撃剤（impact media）で満たされたキャニスターを備える。クーロンダンパーは広く適用される解決法であるが、キャニスター内部の衝撃剤の量、密度、配置、および抵抗に頑健でない。また、当該排気システムからクーロンダンパーの上記衝撃剤へのエネルギーの伝送効率は、当該クーロンダンパーの動作および効率に対して決定的である。

この章では、本開示の一般的な要約を記載するものであり、すべての範囲にわたって包括的に開示するもの、またはその特徴のすべてではない。

本開示は、大量の衝撃剤を含み、当該衝撃剤に効率よくエネルギーを伝えるために、排気システムに密に載置されるクーロンダンパーを提供する。衝撃剤を含む硬いキャニスターは、排気システムから当該キャニスターの壁面に接触している任意の衝撃剤に、エネルギーを伝える。クーロンダンパーが排気パイプに直接ボルトで連結されるという、少なくとも３点の載置システムを用いることによって、当該排気システムとクーロンダンパーとの間のエネルギー伝送が改善される。または、クーロンダンパーが当該排気パイプに直接溶接される場合、上記エネルギー伝送が改善される。このシステムは、ダンパーを載置するために取り付け金具（bracket）を用いるシステムに対する改善となる。当該取り付け金具は、上記エネルギー伝送を阻害するからである。

以下の説明によって、応用範囲が明らかになる。当該説明および本要約における特定の例は、説明を目的としたものに過ぎず、本開示の範囲を限定しようとするものではない。

以下で説明される図面は、選ばれた実施の形態を説明する目的に過ぎず、すべての可能な実施を示すものでも、本開示の範囲を限定しようとするものでもない。

対応する符号は、図面のいくつかの視点をとおして、対応する部分を示す。

本開示に係るクーロンダンパーを含む排気システムの透視図である。 図１に示した上記クーロンダンパーの１つの透視図である。 図１に示した排気システムの排気パイプに取り付けられた、図２に示したクーロンダンパーの端面図である。 図１に示したクーロンダンパーの端断面図（end cross-sectional view）である。 本開示の他の実施の形態に係るクーロンダンパーの透視図である。 図５に示したクーロンダンパーの端断面図である。 本開示の他の実施の形態に係るクーロンダンパーの一部断面図における端面図である。

以下で、添付された図面を参照して、実施例をより詳細に説明する。

いくつかの図面をとおして、類似の符号は類似の部材または対応する部材を示す。ここで上記図面を参照すると、図１は本開示による排気システムを表し、当該排気システムは符号１０で示される。排気システム１０は、内燃エンジン１４の排気ヘッダ１２に取り付けられている。先行技術において公知であるように、トランスミッション（図示せず）および１以上のデファレンシャル（図示せず）を介して、車両が備える１以上の駆動輪に動力を与えるように、内燃エンジン１４は設計されている。

排気システム（exhaust system）１０は、一組のフロント排気パイプ（front exhaust pipes）１６、中央パイプ（mid-pipe）１８、触媒コンバーター（catalytic converter）２０、リア排気パイプ（rear exhaust pipe）２２、マフラー（muffler）２４、テールパイプ（tailpipe）２６、一組のクーロンダンパー（coulomb dampers）２８、および１以上のターボチャージャー３０（概略的に示される）を含む。排気システム１０は、排気ヘッダ１２によって集められた燃焼による生成物を、内燃エンジン１４から当該車両の外側周辺に排出する。図１に示されるように、排気システム１０は、内燃エンジン１４の燃焼による生成物を、当該車両の後方に排出する。燃焼による生成物を当該車両の後方に排出するように示されているが、排気システム１０は、側面または当該車両の側方を含む（ただしこれに限られない）当該車両の任意の外側に、燃焼による生成物を排出するように設計されてよい。

図示のように、一組のフロント排気パイプ１６は一組のターボチャージャー３０に取り付けられている。当該ターボチャージャーは１つの中央パイプ１８に取り付けられており、当該中央パイプは１つの触媒コンバーター２０に取り付けられている。当該触媒コンバーターは１つのリア排気パイプ２２に取り付けられており、当該リア排気パイプは１つのマフラー２４に取り付けられており、当該マフラーは１つのテールパイプ２６に取り付けられている。単一経路の排気システムを実現するために、触媒コンバーター２０に取り付けられた１つのターボチャージャーに取り付けられた１つのフロント排気パイプ１６を含む構成も、本開示の範囲に含まれる。二重経路の排気システムを実現するために、一組のフロント排気パイプ１６が一組のターボチャージャー３０に取り付けられ、一組のターボチャージャー３０が一組の中央パイプ１８に取り付けられ、一組の中央パイプ１８が一組の触媒コンバーター２０に取り付けられ、一組の触媒コンバーター２０が一組のリア排気パイプ２２に取り付けられ、一組のリア排気パイプ２２が一組のマフラー２４に取り付けられ、一組のマフラー２４が一組のテールパイプ２６に取り付けられるという構成も、本開示の範囲に含まれる。したがって、排気システム１０は、単一経路の排気システム、二重経路の排気システム、または先行技術として公知の排気システムの任意の他の設計により設計されてよい。

車両および内燃エンジン１４の動作時において、内燃エンジン１４によって発生する振動、ターボチャージャー３０、および当該車両は、耳障りなノイズ（Noise）、振動（Vibration）、または荒々しい印象（Harshness；ＮＶＨ）の問題を生じる。上記の不快なＮＶＨ問題に対処するために、クーロンダンパー２８は、排気システム１０のコンポーネントに密に取り付けられている。クーロンダンパー２８は、中央パイプ１８に密に取り付けられるように示されているが、フロント排気パイプ１６、中央パイプ１８、触媒コンバーター２０、リア排気パイプ２２、マフラー２４、および／または、テールパイプ２６を含む（ただしこれに限られない）排気システム１０の任意のコンポーネントに、クーロンダンパー２８を取り付ける構成も、本開示の範囲に含まれる。

ここで、図２〜図４を参照すると、クーロンダンパー２８がより詳細に表されている。クーロンダンパー２８は、外側部材（outer member）３２、内側部材（inner member）３４、および所定の量または塊の衝撃剤（impact media）３６によって構成されるキャニスター（canister）を含む。外側部材３２は、クーロンダンパー２８に必須の剛性または強度を与えるとともに、内側部材３４に対するアライメント特性として振る舞う複数の補強用肋材３８を構成する、弓形または湾曲形状の金属スタンピング（metal stamping）である。クーロンダンパー２８への衝撃材３６の注入が容易となるような特定の位置において、注入口４０が外側部材３２を貫いて開口している。衝撃剤３６を注入した後、ボタンキャップ４２が注入口４０を閉栓する。クーロンダンパー２８によって規定されるチャンバー４４の中の衝撃剤３６を維持するために、ボタンキャップ４２は外側部材３２に溶接されているか、または取り付けられている。長手方向の長さ、湾曲した長さ、および外側部材３２と内側部材３４と間の空間は、衝撃剤３６の所定量を確保するために選択され、同時に、排気システム１０が車両に導入されたとき、当該車両の他のコンポーネントに特定の除去を提供する。さらに、クーロンダンパー２８を設計する場合、排気システム１０の組み立て位置における除去、および、日常保守および／または当該車両の部品交換を行うために必要となる除去が考慮される。

内側部材３４は、中央パイプ１８に適合した弓形または湾曲形状の金属スタンピングであり、チャンバー４４を規定する外側部材３２に溶接されている、または取り付けられている。内側部材３４は、当該内側部材３４の長手方向（すなわちクーロンダンパー２８）の長さに沿って広がる一組の小さな範囲４６（本実施の形態においては５ｍｍが好ましい）を規定する。図３および図４に示されるように、内側部材３４の弓形部または湾曲部の直径は、中央パイプ１８の外側の湾曲よりも若干小さく設計されている。中央パイプ１８とクーロンダンパー２８とを密着させるために、内側部材３４の全長を広げる一組の接触領域に完全に沿って、範囲４６によって規定される内側部材３４の外側表面が中央パイプ１８に接触することが、この機構によって可能になる。また、当該機構は、クーロンダンパー２８を中央パイプ１８に溶接することを容易にする溶接された隅肉（weld fillet）を最小化できる。

衝撃剤３６は、先行技術において公知のスチールショット（steel shot）、砂、または任意の他の衝撃剤でよい。中央パイプ１８から衝撃剤３６に高い効率でエネルギーを伝送するために、クーロンダンパー２８の設計は、中央パイプ１８に密接に取り付けられた（溶接された）大量の衝撃剤３６（本実施の形態においては２５立方インチが好ましい）を提供する。外側部材３２および内側部材３４の設計によって、外側部材３２および内側部材３４の内側表面に直接接触する任意の衝撃剤３６に、エネルギーが伝わる。クーロンダンパー２８は、中央パイプ１８と密に接触するように制約されたキャニスターの容量を大きく確保し、任意の応用においてコンパクトに設計される。高い効率でエネルギーを伝送するために、クーロンダンパー２８は中央パイプ１８に溶接されている。外側部材３２および内側部材３４は、密度、配置、量、動作のための空隙、および衝撃剤３６のための摩擦を最適化するように設計されている。

ここで図５〜図７を参照すると、中央パイプ１１８に取り付けられたクーロンダンパー１２８および１２８’が描かれている。排気システム１０において、中央パイプ１１８は中央パイプ１８と置き換えることができ、クーロンダンパー１２８および１２８’は、クーロンダンパー２８と置き換えることができる。また、クーロンダンパー１２８および１２８’は、上述したクーロンダンパー２８と同様に、排気システム１０の任意のコンポーネントに取り付けられる。クーロンダンパー１２８および１２８’は、外側部材１３２、内側部材１３４、内部チューブ１３６、および衝撃剤３６によって構成されるキャニスターを含む。

外側部材１３２は、弓形または湾曲形状の金属スタンピングである。図５〜図７には示されていないが、外側部材３２において上述したように、アライメントおよび剛性を増すため、外側部材１３２は補強用肋材３８を含んでよい。衝撃剤３６をクーロンダンパー１２８および１２８’に注入することを容易にする特定の位置において、注入口４０が外側部材１３２を貫いて開口している。衝撃剤３６を注入した後、ボタンキャップ４２が注入口４０を閉栓する。クーロンダンパー１２８および１２８’によって規定されるチャンバー１４４の中の衝撃剤３６を維持するために、ボタンキャップ４２は外側部材１３２に溶接されているか、または取り付けられている。長手方向の長さ、湾曲した長さ、および外側部材１３２と内側部材１３４と間の空間は、衝撃剤３６の所定量を確保するために選択され、同時に、排気システム１０が車両に導入されたとき、当該車両の他のコンポーネントに特定の除去を提供する。さらに、クーロンダンパー１２８および１２８’を設計する場合、排気システム１０の組み立て位置における除去、および、日常保守および／または当該車両の部品交換を行うために必要となる除去が考慮される。

内側部材１３４は、弓形または湾曲形状の金属スタンピングであり、チャンバー１４４を規定する外側部材１３２に溶接されている、または取り付けられている。内側部材１３４は、当該内側部材３４の長手方向（すなわちクーロンダンパー１２８および１２８’）の長さに沿って広がる内側湾曲表面１４６を規定する。図６に示されるように、内側湾曲表面１４６のサイズは、中央パイプ１１８の外側直径と同じになるように設計される。図５における低位置１４８および高位置１４８’として図示されるように、この設計によって、クーロンダンパー１２８および１２８’と中央パイプ１１８とが３点で接触する。図５に示される低位置１４８によって描かれる初期接触点を作るために、クーロンダンパー１２８および１２８’は、中央パイプ１１８で曲げられたパイプの上部に接触する障害とともに設計される。載置ボルト（mounting bolt）から乖離する安定した三点立地（tripod footing）を実現するために、離昇することによって、図５の高位置１４８’によって示される第２の接触位置および第３の接触位置が作られる。上記三点接触によって、載置ボルトから乖離する上記安定した三点立地が、当該載置ボルトにのみ引っ張り荷重を生じさせる。当該載置ボルトには、カンチレバー荷重は存在しない。上記３点接触および後述する載置ボルトにおける止めナットの締め付けによって、中央パイプ１１８とクーロンダンパー１２８および１２８’との密な接触が実現される。図７の実施の形態は、前述した３点接触を含む。

図６および図７に示されるように、外側部材１３２および内側部材１３４の間に、内部チューブ１３６が伸びている。図６において、中央パイプ１１８に溶接された、または固定された載置ボルトを挿入可能となるように、内部チューブ１３６は設計されている。図７において、中央パイプ１１８に溶接された、ねじ式で固定された、または他の方法で取り付けられた載置ボルトを挿入可能に設計されたチューブ状の軸受筒（tubular bushing）１５０が挿入可能となるように、内部チューブ１３６は設計されている。内側部材１３４は、内部チューブ１３６によって形成される引出口（drawn hole）１５２を規定する。外側部材１３２は、開口部１５４を規定する。図６の実施の形態において、内部チューブ１３６は外側部材１３２の外に向かって伸びており、開口部１５４を規定する外側部材１３２の一部と溶接され、または他に固定されている。図７の実施の形態において、チューブ状の軸受筒１５０は、内部チューブ１３６、引出口１５２、および開口部１５４を通って伸びている。軸受筒１５０は、内部チューブ１３６に溶接されているか、または固定されている。そして、軸受筒１５０は、開口部１５４を規定する外側部材１３２の一部に溶接されているか、または固定されている。図６において、内部チューブ１３６および軸受筒１５０は、載置ボルトの保証荷重を耐えるようには設計されていない。したがって、載置ボルトにおける止めナットに加わった過剰なトルクによって、内部チューブ１３６および軸受筒１５０が崩れるため、載置ボルトが役に立たなくなる原因にならない。図７の実施の形態において、内部チューブ１３６、軸受筒１５０、および外側部材１３２は、当該載置ボルトの保証荷重を超過するよう設計されている。したがって、載置ボルトにおける止めナットに加わった過剰なトルクによって、載置ボルトが壊れる。図７における載置ボルトは、容易に取り替えることができる。図７の実施の形態において、内部チューブ１３６は、載置ボルトの溶接突起（welding boss）を除去するために、内部チューブ１３６の外側の一部を大きくする。

衝撃剤３６は、先行技術において公知のスチールショット、砂、または任意の他の衝撃剤でよい。中央パイプ１１８から衝撃剤３６に高い効率でエネルギーを伝送するため、クーロンダンパー１２８および１２８’の設計は、中央パイプ１１８と３点接触で密に取り付けられた、またはボルト連結された大量の衝撃剤３６（本実施の形態においては２５立方インチが好ましい）を提供する。外側部材１３２および内側部材１３４の設計によって、外側部材３２および内側部材３４の内側表面に、直に接触する任意の衝撃剤３６に、エネルギーが伝送される。クーロンダンパー１２８および１２８’は、中央パイプ１８と密に接触するように制約されたキャニスターの容量を大きく確保し、任意の応用においてコンパクトに設計される。高い効率でエネルギーを伝送するために、クーロンダンパー１２８および１２８’は、中央パイプ１１８にボルトで連結されている。外側部材１３２および内側部材１３４は、密度、配置、量、動作のための空隙、および衝撃剤３６のための摩擦を最適化するように設計されている。

上記実施の形態は、解説および説明を目的として記載されている。当該記載は包括的な開示でもなく、開示を限定するものでもない。ある実施の形態における個々の要素または特徴は、その特定の実施の形態に限定されるものではなく、特定のことが示され、説明されていなくとも、選択された実施の形態において適用可能であるように、あるいは交換可能であるように用いられ得る。同じものが、多様な方法においては変化し得る。そうした変化は、本開示から乖離したものとみなされず、そうした変形も本開示の範囲に含まれるとみなされる。

Claims (12)

1. 排気システムと組み合わせるクーロンダンパーであって、
   当該組み合わせは、
   キャニスターと、
   前記キャニスターの中に含まれた衝撃剤と、
   前記排気システムのコンポーネントとを含み、
   前記キャニスターは、前記排気システムの前記コンポーネントと密に接触していることを特徴とする排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。
2. 前記密な接触は、前記キャニスターの軸長に沿って広がる一組の接触領域を構成することを特徴とする請求項１に記載の排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。
3. 前記一組の接触領域のそれぞれに沿って広がる溶接部をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。
4. 前記キャニスターは、第１の湾曲部を有する内側表面を規定し、
   前記排気システムの前記コンポーネントは、第２の湾曲部を有する外側表面を規定し、
   前記第２の湾曲部は、前記第１の湾曲部を嵌合し、
   前記第１の湾曲部の直径は、前記第２の湾曲部の直径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。
5. 前記キャニスターは、第１の湾曲部を有する内側表面を規定し、
   前記排気システムの前記コンポーネントは、第２の湾曲部を有する外側表面を規定し、
   前記第２の湾曲部は、前記第１の湾曲部を嵌合し、
   前記第１の湾曲部の直径は、前記第２の湾曲部の直径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。
6. 前記キャニスターは、前記排気システムの前記コンポーネントの形状に一致するように湾曲していることを特徴とする請求項１に記載の排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。
7. 前記キャニスターは、前記排気システムの前記コンポーネントに溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。
8. 前記キャニスターは、前記排気システムの前記コンポーネントにボルトで連結されていることを特徴とする請求項１に記載の排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。
9. 前記密な接触は、前記キャニスターと前記排気システムの前記コンポーネントとの間にある、少なくとも３つの接触点であることを特徴とする請求項１に記載の排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。
10. 前記キャニスターは、第１の湾曲部を有する内側表面を規定し、
    前記排気システムの前記コンポーネントは、第２の湾曲部を有する外側表面を規定し、
    前記第２の湾曲部は、前記第１の湾曲部を嵌合し、
    前記第１の湾曲部の直径は、前記第２の湾曲部の直径と同じであることを特徴とする請求項９に記載の排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。
11. 前記キャニスターは、第１の湾曲部を有する内側表面を規定し、
    前記排気システムの前記コンポーネントは、第２の湾曲部を有する外側表面を規定し、
    前記第２の湾曲部は、前記第１の湾曲部を嵌合し、
    前記第１の湾曲部の直径は、前記第２の湾曲部の直径と同じであることを特徴とする請求項１に記載の排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。
12. 前記キャニスターは、ボルト穴を規定し、
    前記排気システムの前記コンポーネントは、前記ボルト穴を通って伸びるボルトを含むことを特徴とする請求項１に記載の排気システムと組み合わせるクーロンダンパー。

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