JP2015158149A

JP2015158149A - 排気構造

Info

Publication number: JP2015158149A
Application number: JP2014032322A
Authority: JP
Inventors: 一稔若月; Kazutoshi Wakatsuki; 仲矢高垣; Nakaya Takagaki; 秀之幸光; Hideyuki Yukimitsu
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-02-21
Filing date: 2014-02-21
Publication date: 2015-09-03
Anticipated expiration: 2034-02-21
Also published as: JP6136975B2

Abstract

【課題】排水性を向上させた排気構造を提供する。【解決手段】本排気構造は、センターパイプ２２の後端にリヤマフラー２６の第１室５２に連通する排気通路３８と第２室５４に連通する排水通路４０が形成されている。エンジンが低回転時には第１室５２と第２室５４を連通させる開閉弁５８が閉塞することによって、センターパイプ２２からリヤマフラー２６に至る流路断面積を半減させる。これにより、排水通路４０の流速を向上させ、高低差Ｈに拘らずセンターパイプ２２の残留水Ｗをリヤマフラー２６の第２室５４に移動させることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、排気構造に関する。

一般に自動車では、エンジンの排気系として、触媒コンバータ、センターパイプ、マフラー等を備える排気構造が車体の下部に設けられている。このような排気構造部において、センターパイプは燃料タンクを回避するために燃料タンクの下側に配設され、センターパイプからリヤマフラーに至るインレットパイプはリヤサスペンションを回避するためにセンターパイプから斜め上方へ延在する構成とされている（特許文献１参照）。

特開２００５−３２９７５８号公報

上記先行技術に係る排気構造では、センターパイプからリヤマフラーまでインレットパイプが後方に向かって上昇する配管構造となっている。したがって、エンジンの低回転時やアイドリング回転時に排気ガスの圧力が不足してセンターパイプ内に水（以下、「残留水」という）が溜まるおそれがあった。

このため、センターパイプ等に高価な耐食性の高い材料を用い、かつ管体の厚みを増加させて残留水に対する防錆性能を向上させている。

これに対して、エンジンの低回転時などの排水性を向上させることで、残留水の発生を防止又は抑制して排気構造のコストダウンを図りたいという要望がある。

本発明は上記事実を考慮し、排水性を向上させた排気構造を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、エンジンの排気系を構成し、車体の下部に配設されるセンターパイプと、前記センターパイプの下流側に設けられるマフラーと、前記センターパイプから前記マフラーに向かって車両上方側に延在する排気通路と、前記センターパイプの最低領域から前記マフラーに延在し、前記排気通路より車両下方側に配設され、前記センターパイプに残留した水を前記マフラーに排水する排水通路と、前記エンジンの低回転時又はアイドリング回転時に、前記センターパイプの残留水を前記マフラーに排出する排水増強手段と、を備える。

この排気構造では、エンジンが高回転時には、センターパイプに作用する排気ガスの圧力が高く、排気ガスと共に残留水がセンターパイプから排気通路および排水通路を介してマフラーに移動する。

エンジンが低エンジン回転時又はアイドリング回転時には、センターパイプに作用する排気ガスの圧力が低下するが、流速増加手段により排水通路の流速が向上する。また、排水通路はセンターパイプにおいて残留水が溜まる最低領域に連通している。このため、センターパイプに存在する残留水は排水通路を介してマフラーに移動する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記排気通路が連通する前記マフラーの第１室と、前記第１室の下流側に設けられ当該第１室と連通されると共に前記排水通路が連通される前記マフラーの第２室と、前記第１室と前記第２室の連通口に設けられ、前記エンジンの低回転時又はアイドリング回転時に閉塞され、前記エンジンの高回転時には開放される開閉弁と、を備える。

この排気構造では、エンジンが高回転時にセンターパイプに排気ガスの高い圧力が作用するため、センターパイプの下流側に設けられた排気通路および排水通路にも高い圧力が作用する。この結果、マフラーの第１室にも高い圧力が作用して第２室との連通口に設けられた開閉弁が開放される。したがって、排気通路でも排気ガスが移動可能となり、排気通路および排水通路を介して排気ガスと共に残留水がマフラーに移動する。

一方、エンジンが低回転時又はアイドリング回転時には、センターパイプに作用する排気ガスの圧力が低下する。この場合には、センターパイプの下流側に設けられている排気通路に作用する圧力も低下し、マフラーの第１室と第２室を連通する開閉弁が閉塞する。この結果、排気通路に排気ガスが流れなくなり、排水通路のみ排気ガスが流れることになる。すなわち、センターパイプの下流側で流路断面積が減少したため、排水流路の流速が向上し、センターパイプに残留していた水をマフラーに移動させることができる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記排気通路が連通される前記マフラーの第１室と、前記第１室の下流側に設けられ当該第１室と連通されると共に前記排水通路が連通される前記マフラーの第２室と、を備え、前記エンジンの低回転時又はアイドリング回転時に、前記センターパイプが前記排気通路及び前記排水通路に分岐する分岐点と前記第１室との圧力差よりも、前記分岐点と前記第２室との圧力差が大きい。

この排気構造では、エンジンが高回転時には、センターパイプに排気ガスの高い圧力が作用するため、センターパイプの下流側に設けられた排気通路および排水通路にも高い圧力が作用する。この結果、排気ガス及び残留水は、排気通路からマフラーの第１室を介して第２室又は排水通路からマフラーの第２室に移動する。この際、残留水も排気通路及び排水通路を介してマフラーに移動する。

一方、エンジンが低回転時又はアイドリング回転時には、センターパイプに作用する排気ガスの圧力が低下する。したがって、センターパイプからセンターパイプの車両上方側に配設されている排気通路まで低下した排気ガスの圧力で残留水を移動させることができなくなる。この際、センターパイプから排気通路および排水通路に分岐する分岐点からマフラーの第１室までの圧力差よりも分岐点から第１室よりも下流側の第２室までの圧力差が大きい。したがって、センターパイプに作用する排気ガスの圧力が低下しても、排水通路は分岐点とマフラーの第２室との間で所定の圧力差を確保できる。この結果、センターパイプの最低領域に溜まった残留水が排水通路を介してマフラーの第２室に移動する。

請求項４記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記排気通路と前記排水通路は、センターパイプの下流側で管体の内部に仕切部材を設けることで形成している。

この排気構造では、従来のセンターパイプとマフラーを接続する管体の内部に仕切部材を設けるだけで、排気通路と排水通路を容易に形成することができる。

請求項１〜３記載の発明は、上記構成としたので、エンジンが低回転時にセンターパイプ等に水が残留することが防止・抑制され、防錆のために高価な耐食性の高い材料を使用しなくて済む。

請求項４記載の発明は、上記構成としたので、排気通路と排水通路とを容易に製造でき、製造コストを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係る排気構造の概略側面図である。本発明の第１実施形態に係る排気構造の要部を示す縦断面図である。本発明の第１実施形態に係る排気構造の要部の動作説明図である。本発明の第１実施形態のバリエーションに係る排気構造の縦断面図である。本発明の第１実施形態のバリエーションに係る排気構造の縦断面図である。本発明の第１実施形態のバリエーションに係る排気構造の縦断面図である。本発明の第２実施形態に係る排気構造の縦断面図である。

［第１実施形態］

本発明の第１実施形態に係る排気構造について図１〜図６を参照して説明する。

以下、各図面において、車両前方を矢印ＦＲ、車両上方を矢印ＵＰで示す。また、図中矢印は排気ガスの流れを示す。なお、排気構造の内部には、様々な部品が取り付けられるが、本実施形態に関連する部品のみ図示し、他の部品は図示を省略した。

排気構造１０は、図１に示すように、車両のエンジン１２に設けられた排気マニホールド（図示せず）に接続されるものである。排気構造１０は、上流側から、排気マニホールドに接続されたフロントパイプ１４と、フロントパイプ１４の下流側に設けられた触媒コンバータ１６、１８と、触媒コンバータ１８の下流側に設けられたプリマフラーであるセンターマフラー２０と、センターマフラー２０に接続されたセンターパイプ２２と、センターパイプ２２の下流側に設けられたインレットパイプ２４と、インレットパイプ２４が接続されたメインマフラーであるリヤマフラー２６と、リヤマフラー２６の排気側に設けられたテールパイプ２８とを備える。

排気構造１０を構成する各部材は、車体のフロアパネルの下側に配設されるが、センターパイプ２２は、燃料タンク３０の下方に配設されるため、上流（センターマフラー２０）側の水平な接続部２２Ａと、接続部２２Ａの下流端で斜め下方に折り曲げられた傾斜部２２Ｂと、傾斜部２２Ｂの下端から接続部２２Ａよりも一段低い位置で水平方向に延在する水平部２２Ｃとを備える。

インレットパイプ２４は、センターパイプ２２の下流側にセンターパイプ２２と一体的に形成されている。インレットパイプ２４は、図１に示すように、車体の下部に設けられているリヤサスペンション３２を回避するために、センターパイプ２２の水平部２２Ｃの下流端から斜め後方に立ち上がる傾斜部２４Ａと、傾斜部２４Ａの後端からリヤサスペンション３２の上側でリヤマフラー２６に向かって水平方向に延在する水平部２４Ｂとを備える。

このように、センターパイプ２２は燃料タンク３０の下方に、インレットパイプ２４はリヤサスペンション３２の上方に配設されるため、センターパイプ２２の水平部２２Ｃとインレットパイプ２４の水平部２４Ｂの間に、高さＨの高低差を有する。

また、インレットパイプ２４は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、センターパイプ２２と連続的に同径で形成された管体３４の内部に仕切部材３６を水平に圧入することによって、管体３４の上側に位置する排気通路３８と下側に位置する排水通路４０に分割している。

なお、仕切部材３６によって管体３４を排気通路３８と排水通路４０に分岐する位置（分岐点Ｐ）は接続部２２Ａよりも低い位置とされている。この接続部２２Ａよりも低い位置をセンターパイプ２２の最低領域Ａとする。この最低領域Ａにおいて、排水通路４０とセンターパイプ２２は接続している。なお、排水通路４０は、最低領域Ａの最低位置で接続されることが好ましい。

インレットパイプ２４は、リヤマフラー２６の後述する第２室５４を貫通して第１室５２まで挿入されている。インレットパイプ２４の排気通路３８は第１室５２に開口しているが、排水通路４０は閉塞部材４２で端部が閉塞されている。また、リヤマフラー２６の第２室５４に位置する排水通路４０を構成する管体３４の側面には、孔部４４が形成されている。すなわち、排水通路４０は、リヤマフラー２６の第２室５４に連通されている。

リヤマフラー２６は、図２（Ａ）に示すように、矩形状の箱体４６の内部に隔壁５０が設けられており、これによって箱体４６の内部が排気通路３８に連通している第１室５２と、排水通路４０に連通している第２室５４とに分割されている。第１室５２と第２室５４は、隔壁５０に設けられた連通管５６によって連通されている。さらに連通管５６の第２室５４側には、図示しない付勢手段によって連通管５６を常時閉塞する方向に付勢された開閉弁５８が設けられている。開閉弁５８は、軸体６０に軸支された板体６２からなり、図示しない付勢手段によって図面上で反時計回りに付勢された板体６２が連通管５６を閉塞するように構成されている。したがって、開閉弁５８は、第１室５２と第２室５４との圧力差が所定値以上となると、板体６２が付勢力に抗して時計回りに回動することにより開放される構成である。

さらに、リヤマフラー２６には、図２（Ａ）に示すように、第２室５４の下部に一端が開口し、第１室５２を貫通して外部に連通するテールパイプ２８が配設されている。

このように構成された排気構造１０の作用について説明する。

先ず、エンジン１２が高回転時について説明する。この場合には、エンジン１２からの排気ガスがフロントパイプ１４、触媒コンバータ１６、１８、センターマフラー２０を介してセンターパイプ２２に到達する。この場合、エンジン１２の回転数が高いため、排気ガスの圧力が高い。したがって、図３に示すように、排気通路３８を介してリヤマフラー２６の第１室５２にも高い圧力が作用する。一方、リヤマフラー２６の第２室５４は、テールパイプ２８を介して外部に連通しているため、第１室５２よりも圧力が低い。この結果、第１室５２と第２室５４の圧力差が所定値以上となって開閉弁５８が開放される。

したがって、排気ガスは、センターパイプ２２から排気通路３８、リヤマフラー２６の第１室５２、連通管５６を介して第２室５４に排出される。

また、排気ガスは、センターパイプ２２から排水通路４０、管体３４の側面に設けられた孔部４４を介してリヤマフラー２６の第２室５４に排出される。

ここで、エンジン１２の回転速度が高い場合には、センターパイプ２２に十分高い排気ガスの圧力が作用しているため、排気通路３８、排水通路４０に作用する排気ガスの圧力も高く、高い流速が得られる。

したがって、センターパイプ２２（水平部２２Ｃ）の下方に溜まっていた残留水Ｗが排水通路４０の傾斜部２４Ａの高低差Ｈを上り、水平部２４Ｂの側面に設けられた孔部４４から第２室５４に落下（移動）する。

このように、エンジン１２が高回転している場合には、開閉弁５８を開放することにより排気通路３８、排水通路４０を双方利用しても、センターパイプ２２とリヤマフラー２６間の圧力差が十分に大きい。したがって、センターパイプ２２の水平部２２Ｃとインレットパイプ２４の水平部２４Ｂとの高低差Ｈに拘わらず、センターパイプ２２に溜まった残留水Ｗをリヤマフラー２６に排出することができる。

次に、エンジン１２が低回転時やアイドリング回転時について説明する。

エンジン１２の回転速度が低下すると、センターパイプ２２に作用する排気ガスの圧力が低下する。また、排気通路３８を介してリヤマフラー２６の第１室５２に作用する圧力が低下する。この結果、テールパイプ２８を介して外部に連通している第２室５４と第１室５２との圧力差が減少し、開閉弁５８が閉塞する。

この結果、排水通路４０のみが、センターパイプ２２とリヤマフラー２６の第２室５４を連通させていることになる。したがって、排気通路３８と排水通路４０が双方利用可能だった場合と比較して流路の断面積が減少し、排水通路４０における排気ガスの流速が増加する。この結果、センターパイプ２２の水平部２２Ｃとインレットパイプ２４の水平部２４Ｂとの高低差Ｈに拘わらず、センターパイプ２２の最低領域Ａに溜まった残留水Ｗを排水通路４０を介してリヤマフラー２６に排出することができる。

エンジン１２の高回転時には、開閉弁５８を開放することによって、大量の排気ガスを効率良くリヤマフラー２６に排出すると共に、排水通路４０からリヤマフラー２６の第２室５４にセンターパイプ２２の残留水Ｗを排出することができる。また、エンジン１２の低回転時やアイドリング回転時には、開閉弁５８を閉塞することによってインレットパイプ２４の流路断面積を減少させることで排水通路４０の流速を増加させることができる。この結果、リヤマフラー２６の第２室５４にセンターパイプ２２の残留水Ｗを排出することができる。

特に、排水通路４０は、センターパイプ２２の最低領域Ａに一端が開口しているため、最低領域Ａに溜まった残留水Ｗが排水通路４０内に確実に案内され、リヤマフラー２６の第２室５４に排出される。

このように、排気構造１０ではエンジン１２の回転速度に拘わらず、センターパイプ２２の残留水Ｗがリヤマフラー２６に排出できるため、センターパイプ２２に残留水Ｗに対する防錆構造を採用する必要がなくなり、高価な防食性が高い材料を使用しなくても良くなる。

また、エンジン１２が低回転時やアイドリング回転時には開閉弁５８が閉塞するため、リヤマフラー２６の第１室５２が共鳴室となり、排気通路３８が共鳴管となる。ここで、アイドリング回転時の低周波の排気音を消音するためには、共鳴室（第１室５２）の体積を大きくとる必要がある。しかしながら、排気構造１０では、排気通路３８がリヤマフラー２６の第１室５２からセンターパイプ２２の水平部２２Ｃに至るまでの長さを有している。したがって、リヤマフラー２６（第１室５２）の体積をさほど大きくせずにアイドリング回転時の騒音を消音又は抑制することができる。

なお、本実施形態にいうエンジンの高回転と低回転の閾値は、車種や配管形状に依存するが、１５００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍである。

［第１実施形態のバリエーション］

なお、本実施形態に係る排気構造１０のバリエーションとして以下のものが考えられる。すなわち、図４に示すように、開閉弁５８を連通管５６に設けるのに換えて排気通路３８（インレットパイプ２４）の端部に設けることが考えられる。

また、図５に示すように、排気通路３８と排水通路４０を別の管体で形成することも考えられる。すなわち、インレットパイプ２４が排気通路３８として用いられ、インレットパイプ２４の下側にインレットパイプ２４と平行に排水パイプ６６が配設されている。第１実施形態と同様の作用を奏すると共に、排気通路３８の流路断面積よりも排水パイプ６６の流路断面積を小さく形成することで、エンジン１２の低回転時における排水性能を一層向上させることができる。

さらに、本実施形態ではインレットパイプ２４の内部に仕切部材３６を設けることによって排気通路３８と排水通路４０を管体３４の内部に設けたが、図６に示すように、管体３４の内部に管体６４を設けることにより管体３４を二重管として形成することが考えられる。なお、管体６４の内側が排気通路３８であり、管体６４と管体３４の間が排水通路４０となる。なお、インレットパイプ２４の端部では、管体６４が拡径して管体３４に接合されることで、排水通路４０の端部を閉塞している。

［第２実施形態］

本発明の第２実施形態に係る排気構造について説明する。第１実施形態と同様な構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

排気構造７０は、図７に示すように、センターパイプ２２の下流側に、リヤサスペンション３２の上方側に配設されるインレットパイプ２４と、リヤサスペンション３２の下方を配設される排水パイプ７２とを備える。

インレットパイプ２４は、センターパイプ２２と同一径でセンターパイプ２２と一体的に形成されている。インレットパイプ２４は、図７に示すように、車体の下部に設けられているリヤサスペンション３２を回避するために、センターパイプ２２の水平部２２Ｃの下流端から斜め後方に立ち上がる傾斜部２４Ａと、傾斜部２４Ａの後端からリヤサスペンション３２の上部で水平方向に延在する水平部２４Ｂと、水平部２４Ｂの後端から下方に傾斜する傾斜部２４Ｃと、傾斜部２４Ｃの下端から水平方向に延在しリヤマフラー２６の第１室５２まで延在する水平部２４Ｄとを備える。

一方、排水パイプ７２は、リヤサスペンション３２の下側に配設され、センターパイプ２２の最低領域Ａから水平方向に延在してリヤマフラー２６の第２室５４に連通している。なお、排水パイプ７２の管径は、リヤサスペンション３２の下側に配索可能とするために、インレットパイプ２４の管径よりも小さく形成されている。

このように構成された排気構造７０の作用について説明する。

エンジンの高回転時には、センターパイプ２２に排気ガスの高い圧力が作用するため、インレットパイプ２４および排水パイプ７２に高い圧力が作用する。

したがって、排気通路であるインレットパイプ２４では、センターパイプ２２の残留水Ｗが高低差Ｈに拘わらず水平部２４Ｂに上昇し、傾斜部２４Ｃ、水平部２４Ｄを介してリヤマフラー２６の第１室５２に移動する。同時に、センターパイプ２２から排水パイプ７２を介してリヤマフラー２６の第２室５４にセンターパイプ２２の残留水Ｗが移動する。

一方、エンジン１２の低回転時又はアイドリング回転時には、センターパイプ２２に作用する排気ガスの圧力が低いため、インレットパイプ２４に作用する排気ガスの圧力も低い。この結果、センターパイプ２２の残留水Ｗは、インレットパイプ２４の傾斜部２４Ａ（高低差Ｈ）を上昇して水平部２４Ｂに到達することができない。

一方、リヤマフラー２６では、第１室５２の下流側でテールパイプ２８が外部に連通している第２室５４は、上流側の第１室５２よりも圧力が低い。

この結果、センターパイプ２２の下流端側の分岐点Ｐと第２室５４との圧力差が分岐点Ｐと第１室５２との圧力差よりも大きくなる。また、インレットパイプ２４（排気通路３８）と比較して排水パイプ７２の径（流路断面積）が小さい。さらに、排水パイプ７２は、センターパイプ２２の最低領域Ａからリヤマフラー２６の第２室５４まで水平方向に延在している。したがって、センターパイプ２２に作用する排気ガスの圧力が低下してもセンターパイプ２２の残留水Ｗが排水パイプ７２を流れてリヤマフラー２６の第２室５４に排出される。

このように、リヤサスペンション３２の上側を配設されるインレットパイプ２４と別に、インレットパイプ２４よりも径が小さい排水パイプ７２をリヤサスペンション３２の下側に配索することによって、エンジン１２の回転数が低い場合等に排水パイプ７２を介してセンターパイプ２２の残留水Ｗを排水することができる。

このように、排気構造７０ではエンジン１２の回転速度に拘わらず、センターパイプ２２の残留水Ｗがリヤマフラー２６に排出できるため、センターパイプ２２に残留水Ｗに対する防錆構造を採用する必要がなくなり、高価な防食性が高い材料を使用しなくても良くなる。

なお、排水パイプ７２は、センターパイプ２２の最低領域Ａからリヤマフラー２６まで水平方向に延在しているが、リヤマフラー２６側に下り傾斜に形成されていても良い。さらに、排水パイプ７２がリヤマフラー２６に向かって上り傾斜であっても、エンジン１２の低回転時やアイドリング回転時に第２室５４とセンターパイプ２２の分岐点Ｐとの圧力差によって残留水Ｗが上れる（移動可能な）傾斜であれば、それも本実施形態に含まれる。

１０、７０排気構造
２２センターパイプ
２６リヤマフラー（マフラー）
３６仕切部材
３８排気通路
４０排水通路
５８開閉弁（排水増強手段）
５２第１室
５４第２室
７２排水パイプ（排水増強手段）
Ａ最低領域
Ｐ分岐点

Claims

エンジンの排気系を構成し、車体の下部に配設されるセンターパイプと、
前記センターパイプの下流側に設けられるマフラーと、
前記センターパイプから前記マフラーに向かって車両上方側に延在する排気通路と、
前記センターパイプの最低領域から前記マフラーに延在し、前記排気通路より車両下方側に配設され、前記センターパイプに残留した水を前記マフラーに排水する排水通路と、
前記エンジンの低回転時又はアイドリング回転時に、前記センターパイプの残留水を前記マフラーに排出する排水増強手段と、
を備える排気構造。
前記排気通路が連通する前記マフラーの第１室と、
前記第１室の下流側に設けられ当該第１室と連通されると共に前記排水通路が連通される前記マフラーの第２室と、
前記第１室と前記第２室の連通口に設けられ、前記エンジンの低回転時又はアイドリング回転時に閉塞され、前記エンジンの高回転時には開放される開閉弁と、
を備える請求項１記載の排気構造。
前記排気通路が連通される前記マフラーの第１室と、
前記第１室の下流側に設けられ当該第１室と連通されると共に前記排水通路が連通される前記マフラーの第２室と、
を備え、前記エンジンの低回転時又はアイドリング回転時に、前記センターパイプが前記排気通路及び前記排水通路に分岐する分岐点と前記第１室との圧力差よりも、前記分岐点と前記第２室との圧力差が大きい請求項１記載の排気構造。
前記排気通路と前記排水通路は、センターパイプの下流側で管体の内部に仕切部材を設けることで形成した請求項１又は２記載の排気構造。