JP2020111188A

JP2020111188A - 車両の排気構造

Info

Publication number: JP2020111188A
Application number: JP2019003463A
Authority: JP
Inventors: 暁彦林; Akihiko Hayashi; 浅野　義彦; Yoshihiko Asano; 義彦浅野
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2020-07-27

Abstract

【課題】排気による凝縮水の巻き上げに伴う、排気通路の閉塞を従来よりも抑制可能とする。【解決手段】排気管１０は、車体前後方向に延設される前方部１２と、前方部１２の後方に設けられ前方部１２から車高方向上方に屈曲される屈曲部１４を有する。バイパス管３０は、排気管１０に接続され、屈曲部１４を跨いで屈曲部１４より上流側及び下流側を結ぶ。バイパス管３０は、排気管１０の管軸中心よりも上方に上流側接続口３２及び下流側接続口３４が設けられる。さらに上流側接続口３２は車高方向下向きに開口される。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の排気構造に関する。

車両底面には排気管が車両前後方向に延設される。車両前方のエンジンコンパートメントに設けられた内燃機関から排出された排気は、排気管を経由して車両後方から排出される。

例えば図７を参照して、排気系の後端には消音器であるマフラー１１０が設けられる。排気管１００に対してマフラー１１０が高い位置、例えばリアバンパ１２０の前方に配置される場合、排気管１００の後端には、上方に屈曲する屈曲部１０４が形成される。

この屈曲部１０４に、排気に含まれる水が溜まり、その結果、内燃機関の始動が困難になるおそれがある。例えば排気管１００の上流に設けられた触媒コンバータ（図示せず）によって、排気中の炭化水素が分解（言い換えると浄化）され水（より正確には水蒸気）が発生する。さらに、排気管１００を流れる排気が徐々に冷やされて排気内の水蒸気が凝縮し、その凝縮水が排気管１００内に溜まる。

車両が傾斜路を登坂する際に、図８に例示されるように、排気管１００の前方部分１０２に溜まった凝縮水１３０が屈曲部１０４に流れ込む。このとき、内燃機関が稼働中であれば、排気の圧力（いわゆる排圧）によって屈曲部１０４に流れ込んだ凝縮水１３０はマフラー１１０まで吹き飛ばされる。一方、傾斜路にて駐車する等内燃機関が停止されると、排気管１００の前方部分１０２に溜まった凝縮水１３０は屈曲部１０４に流れ込んでそこに滞留する。さらに寒冷地等において屈曲部１０４に溜まった凝縮水１３０が凍結すると、排気通路が屈曲部１０４において閉塞され、内燃機関の始動が困難となる。

そこで例えば特許文献１では、屈曲部を上下に仕切る仕切板が設けられる。このように仕切板が設けられることで、屈曲部は上側通路と下側通路とに仕切られ、凝縮水は主に下側通路を流れる。

特開２００６−１６９９８４号公報

ところで、排気管の底部に溜まる凝縮水は排気によって巻き上げられる。この巻き上げられた凝縮水が、気流に乗って屈曲部の上側通路にも入り込み当該通路を閉塞させるおそれがある。特に上側通路の流入口が排気の流れに相対するようにして開口されている場合、凝縮水の進入は顕著となる。そこで本発明は、排気による凝縮水の巻き上げに伴う、排気通路の閉塞を従来よりも抑制可能な、車両の排気構造を提供することを目的とする。

本発明は車両の排気構造に関する。当該構造は、排気管とバイパス管を備える。排気管は、車体前後方向に延設される前方部と、前方部の後方に設けられ前方部から車高方向上方に屈曲される屈曲部を有する。バイパス管は、排気管に接続され、屈曲部を跨いで屈曲部より上流側及び下流側を結ぶ。バイパス管は、排気管の管軸中心よりも上方に上流側接続口及び下流側接続口が設けられる。上流側接続口は車高方向下向きに開口される。

上記構成によれば、バイパス管の上流側接続口が下向きに開口される。すなわち、排気管を流れる排気の流れ方向に対して角度を持った開口となり、排気の流れに乗った凝縮水の進入が抑制される。加えて、仮に開口に液滴が付着しても、液滴の成長に従って自重により開口から排気管内に滴下されるので、バイパス管への進入が抑制される。

本発明によれば、排気による凝縮水の巻き上げに伴う、排気通路の閉塞を従来よりも抑制可能となる。

本実施形態に係る排気構造を例示する側面図である。屈曲部周辺を拡大した側面図である。図２をさらに拡大したものであって、バイパス管及びその周辺構造を例示する側面図である。登坂路駐車時における排気通路について説明する側面図である。本実施形態の別例に係る排気構造を例示する側面図である。本実施形態の別例に係る排気構造の、登坂路駐車時における排気通路について説明する側面図である。従来の排気構造について説明する側面図である。屈曲部における凝縮水の滞留を説明する側面図である。

図１に、本実施形態に係る排気構造が例示される。なお、図１−図６において、車体前後方向が記号ＦＲで表される軸で示され、車幅方向が記号ＲＷで表される軸で示され、車高方向が記号ＵＰで表される軸で示される。車体前後軸ＦＲは車体前方方向を正方向とする。車幅軸ＲＷは右幅方向を正方向とする。また車高軸ＵＰは上方向を正方向とする。これら３軸は互いに直交する。

本実施形態に係る排気構造は、車体前方に内燃機関が搭載された車両に設けられる。例えば、後述するように、ハイブリッド車両等の、環境負荷の低いいわゆるエコカーでは、排気管１０と比較してメインマフラー６０が車体上方に配置される場合があり、これに伴い排気管１０には屈曲部１４が形成される。そのような屈曲部１４を備える車両に、本実施形態に係る排気構造が適用され得る。

図１には本実施形態に係る排気構造が例示される。なお車体に対する排気構造の位置を明確にするために、車両の側面輪郭が破線で例示される。排気構造は図示しない内燃機関から排出された排気を、車両後方まで送り出す。本実施形態に係る排気構造は、上流側から、エキゾーストマニホールド５０、触媒コンバータ５２、サブマフラー５４、排気管１０、及びメインマフラー６０を含んで構成される。

エキゾーストマニホールド５０は、多気筒の内燃機関から排出された排気を集合させる多岐管である。エキゾーストマニホールド５０を通過し集合された排気は触媒コンバータ５２に送られる。

触媒コンバータ５２は例えば三元触媒であってよい。触媒コンバータ５２では排気中に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、酸化窒素（ＮＯｘ）等の有害物質が分解（浄化）される。具体的には、触媒コンバータ５２における触媒反応により、これらの有害物質は、水（Ｈ_２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ_２）、窒素（Ｎ_２）等に転化される。すなわち、触媒反応により、排気中には水蒸気が含まれる。後述するように、この水蒸気が凝縮して排気管１０中に溜まる。

触媒コンバータ５２の下流にはサブマフラー５４が設けられる。サブマフラー５４はメインマフラー６０では低減し切れない排気騒音を低減させるための補助消音器である。例えばサブマフラー５４は、メインマフラー６０とは消音対象の周波数成分が異なっていてもよい。例えばサブマフラー５４は、排気騒音のうち高周波成分を主に低減させる構造を備える。また、サブマフラー５４に排気熱回収器を設けて、回収した排気熱をヒーターや内燃機関の暖機に充ててもよい。

メインマフラー６０はサブマフラー５４とともに排気騒音を低減させるための消音器である。メインマフラー６０は、排気構造の後端（言い換えると下流端）に設けられ、排気管１０の下流端に接続される。

図２を参照して、例えばメインマフラー６０は、いわゆる太鼓型のケーシングに複数本のマフラーパイプ６２が収容される。排気管１０の最下流端である後方部１６は、マフラーパイプ６２の上流端に接続される。

また、メインマフラー６０は、排気管１０に対して車体上方に配置される。例えばハイブリッド車両等の、環境負荷の低いいわゆるエコカーでは、そのコンセプトとの調和を図るために、排気系の露出を抑制するようなレイアウトが採用される。例えば図２に例示されるように、排気系後端のメインマフラー６０は、排気管１０に対して車高方向上方に持ち上げられ、リアバンパ７０の前方に配置される。

サブマフラー５４とメインマフラー６０とが排気管１０で接続される。排気管１０は図１に例示される排気構造の全長のうち半分以上を占める長尺のパイプであり、例えばフロントシート下からラゲッジルーム下まで延設される。

排気管１０は例えばステンレス等の耐蝕性、耐熱性を備える材料から構成される。また、図１では、排気管１０は車体前後方向に亘って直線状に延設されているが、例えば車両底部に配置されるバッテリやサスペンション機構等の車両部品を避けるようにして、車幅方向に蛇行するように延設されてもよい。

例えば排気管１０は、後述する屈曲部１４や後方部１６を除いて、車両が水平面上を走行している際に、排気構造の最下部となるように配置される。排気管１０を流れる排気は排気管１０周りの空気等によって徐々に冷やされて、排気中の水蒸気が凝縮する。この凝縮水が排気管１０内に溜まる。

図２には、排気管１０の下流側（言い換えると車体後方側）の拡大側面図が例示される。排気管１０の下流側はメインマフラー６０との接続箇所となり、車高方向上方に屈曲される。すなわち、排気構造の最下部である排気管１０の前方部１２が、車体前後方向に延設される。さらに前方部１２の車体後方には、前方部１２から車高方向上方に屈曲される屈曲部１４が形成される。さらに屈曲部１４の下流に設けられ、直線状に延設される後方部１６が、メインマフラー６０のマフラーパイプ６２に接続される。

屈曲部１４を挟んで前方部１２及び後方部１６によってＶ字状の配管構造が構成される。例えば図２に例示されるように、前方部１２の下流側、つまり屈曲部１４の近傍はわずかに車高方向上方に傾斜するように延設され、車両が水平面上にいる際には、屈曲部１４は前方部１２よりも車高方向上方に位置される。したがって、仮に屈曲部１４周辺にて排気から凝縮水が発生しても、当該凝縮水は屈曲部１４の配管傾斜に従って前方部１２側に流れ込む。または、排気圧が十分に高い場合は、屈曲部１４に流れ込んだ凝縮水はメインマフラー６０まで吹き飛ばされる。

一方、図４に例示されるように、車両が登坂路を走行する際には、屈曲部１４が排気管１０全体の最下部となる。このとき、前方部１２に溜まった凝縮水４０が屈曲部１４に流れ込む。上述したように、排気圧力（いわゆる排圧）が十分に高い場合には、屈曲部１４に溜まった凝縮水４０はメインマフラー６０まで吹き飛ばされるが、登坂路にて駐車するなど、内燃機関が停止された際（つまり排圧ゼロの場合）には、前方部１２から屈曲部１４に凝縮水４０が徐々に溜まる。凝縮水４０の水位が屈曲部１４の内径以上になり、さらにそのまま凝縮水が凍結すると、排気管１０は屈曲部１４にて排気通路が閉塞される。その結果、内燃機関の始動が困難となる。

そこで本実施形態に係る排気構造では、屈曲部１４を跨いで当該屈曲部１４より上流側、及び屈曲部１４より下流側を結ぶバイパス管３０が、排気管１０に接続される。つまり、バイパス管３０の上流側接続口３２は前方部１２に設けられ、下流側接続口３４は後方部１６に設けられる。図２−図４に示す例では、排気管１０の外部にバイパス管３０が取り付けられる。

バイパス管３０は、屈曲部１４に溜まった凝縮水４０を跨いで排気通路を確保するために設けられる。したがって、バイパス管３０の上流側接続口３２及び下流側接続口３４は、屈曲部１４における凝縮水４０の滞留態様を反映させた上で設けられる。

例えばＪＩＳで定める急坂路試験にて設定される勾配の登坂路に車両を駐車させて、その際に図４に例示されるような、屈曲部１４を閉塞させる水位を求める。当該水位よりも上方となるように、上流側接続口３２及び下流側接続口３４が設けられる。

このようにバイパス管３０を設けることで、図４に例示されるように、屈曲部１４に凝縮水４０が溜まりさらに凍結して当該屈曲部１４を閉塞させた際にも、排気はバイパス管３０を経由してメインマフラー６０に流れることができる。さらに排気熱により屈曲部１４にて凍結された凝縮水が次第に融解して液体に戻る。そして排気圧によって融解した凝縮水４０が屈曲部１４からメインマフラー６０まで吹き飛ばされる。これにより屈曲部１４の閉塞が解消される。

なお、排気は排気管１０のみならずバイパス管３０も通過する。したがって、バイパス管３０を通過する排気から凝縮水が発生して、バイパス管３０を閉塞させるおそれがある。加えて、排気管１０の底に滞留する凝縮水が排気によって巻き上げられ、バイパス管３０に進入するおそれがある。

そこで、本実施形態に係るバイパス管３０は、凝縮水の進入及び滞留を抑制する構造を備える。図３には、バイパス管３０の上流側接続口３２周辺及び下流側接続口３４周辺を一部切り欠いた図が例示される。

この図に示されるように、バイパス管３０の上流側接続口３２及び下流側接続口３４は、その接続箇所において排気管１０の管軸中心よりも上方に設けられる。さらに、上流側接続口３２は、車高方向下向きに開口される。

すなわち、上流側接続口３２は、排気の流れ方向に対して角度を付けた状態で形成される。したがって、排気の流れに沿った凝縮水の液滴の、上流側接続口３２への進入が抑制される。加えて、仮に上流側接続口３２周辺に凝縮水が付着しても、上流側接続口３２が車高方向下方に開口されるので、液滴の成長に伴い自重により排気管１０内に滴下される。なお、上流側接続口３２に加えて、下流側接続口３４もこれと同様に、車高方向下方に開口されていてもよい。

また、バイパス管３０を流れる排気から生じた凝縮水の滞留を防ぐために、バイパス管３０は車高方向上方に屈曲する、山なりの構造となっている。図３を参照して、バイパス管３０は、上に凸の形状であって、車高方向の最高点となる最頂部３６を備える。

したがって、内燃機関の停止時、つまり排圧ゼロのときに、バイパス管３０内に凝縮水が発生しても、当該凝縮水は、最頂部３６から、バイパス管３０の傾斜に沿って車両前後方向に流れ落ちる。したがって、バイパス管３０内における凝縮水の滞留が抑制される。

＜本実施形態に係る車両の排気構造の別例＞
図５、図６には、本実施形態に係る車両の排気構造の別例が例示される。図５、図６には、排気管１０の側面の一部断面図が例示される。この実施形態では、排気管１０の内部にバイパス管３０が設けられる。バイパス管３０が排気管１０から飛び出さないような配置となることで、排気管１０とは別にバイパス管３０の配置スペースを確保する必要がなくなる。

この実施形態においても、バイパス管３０は、屈曲部１４を跨いで当該屈曲部１４より上流側、及び屈曲部１４より下流側を結ぶように設けられる。つまり、バイパス管３０の上流側接続口３２は前方部１２に設けられ、下流側接続口３４は後方部１６に設けられる。

排気管１０の内部にバイパス管３０を配置するために、例えば、排気管１０は上下２つの分割体から構成されてよい。また、バイパス管３０は、例えば上流側接続口３２より上流側、及び、下流側接続口３４より下流側にフランジ３８を備える。このフランジ３８と、排気管１０の内壁上端とがスポット溶接等で接合される。

このようにバイパス管３０を設けることで、図６に例示されるように、屈曲部１４に凝縮水４０が溜まりさらに凍結して当該屈曲部１４を閉塞させた際にも、排気はバイパス管３０を経由してメインマフラー６０に流れることができる。

また、排気管１０の底に滞留する凝縮水が排気によって巻き上げられ、バイパス管３０に進入することを抑制するために、バイパス管３０の上流側接続口３２及び下流側接続口３４は、その接続箇所において排気管１０の管軸中心よりも上方に設けられる。さらに図６を参照して、上流側接続口３２は、車高方向下向きに開口される。

すなわち上流側接続口３２は、排気の流れ方向に対して角度を付けた状態で形成される。したがって、排気の流れに沿った凝縮水の液滴の、上流側接続口３２への進入が抑制される。加えて、仮に上流側接続口３２周辺に凝縮水が付着しても、上流側接続口３２が車高方向下方に開口されるので、液滴の成長に伴い自重により排気管１０内に滴下される。

また、下流側接続口３４は、車高方向上方に開口されていてよい。このような開口を介した排気の流通を可能にするために、バイパス管３０と排気管１０の内壁とは、フランジ３８を除いて車高方向に離間される。例えば図６に示されるように、下流側接続口３４を車高方向上方に設けることで、下方に設ける場合と比較して、その開口が凝縮水４０から離間される。

１０排気管、１２前方部、１４屈曲部、１６後方部、３０バイパス管、３２上流側接続口、３４下流側接続口、３６最頂部、３８フランジ、４０凝縮水、５０エキゾーストマニホールド、５２触媒コンバータ、５４サブマフラー、６０メインマフラー、６２マフラーパイプ、７０リアバンパ。

Claims

車体前後方向に延設される前方部と、前記前方部の後方に設けられ前記前方部から車高方向上方に屈曲される屈曲部を有する排気管と、
前記排気管に接続され、前記屈曲部を跨いで前記屈曲部より上流側及び下流側を結ぶバイパス管と、
を備え、
前記バイパス管は、前記排気管の管軸中心よりも上方に上流側接続口及び下流側接続口が設けられ、
前記上流側接続口は、車高方向下向きに開口される、
車両の排気構造。