JP3932852B2

JP3932852B2 - 自動車の排気系構造

Info

Publication number: JP3932852B2
Application number: JP2001310298A
Authority: JP
Inventors: 雅彦杉山
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2021-10-05
Also published as: JP2003120252A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の排気系構造に関し、特に、消音室内の構造に工夫を施した排気系構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジンの排気系には、排気流による騒音を抑制するために、消音室（マフラ）が設けられる。例えば図４は自動車の排気系構造を示す模式図であり、エンジン１には吸気マニホールド２を介して排気管３が接続される。排気管３は上流側から、フロントパイプ３１，触媒コンバータ４，センターパイプ３２，消音室５，テールパイプ３３等を配した構成になっている。
【０００３】
消音室５には、センターパイプ３２の下流側部分（インレットパイプ）４１とテールパイプ３３の上流側部分（アウトレットパイプ）４２とが導入され、インレットパイプ４１から消音室５内に進入した排気ガスは、消音室５内で流れやこれに伴う音を減衰されたり、吸音されたりして、アウトレットパイプ４２から外部に排出される。
【０００４】
ところで、排気ガスが消音室５内を流入する際に、排気管３のフロントパイプ３１，触媒コンバータ４，センターパイプ３２，消音室５，テールパイプ３３等を通過する過程で、排気ガスが冷却されるので凝縮水を生じる。また、排気ガスが排気管３に介装されている触媒コンバータ４の三元触媒を通過することで、化学反応を起こし、これによっても凝縮水が発生する。この凝縮水は、排気管内を流れ、その量が多くなったりすると、排気ガスの排出を阻害し、ひいては排圧の上昇から内燃機関の出力低下、消音室５の消音効果が低下したり、冬期には停車後に凝縮水の凍結を生じる等の弊害がある。
【０００５】
凝縮水の滞留は、排気系の最後の方、例えば消音室近くで多くなる。消音室５は、例えば図５に示すように、インレットパイプ４１とアウトレットパイプ４２とがバッフルプレート４３を介して接続されているが、消音室５がセンターパイプ３２に対して傾けられて、且つインレットパイプ４１が下部に設置されていて、冬期に消音室の内部に凝縮水Ｗが滞留して凍結すると、始動時に障害を生じることや、凝縮水Ｗが消音室５からセンターパイプ３２内に逆流して滞留し冬期に凍結した場合にも同様な不都合がある。
【０００６】
凝縮水Ｗがセンターパイプ３２に滞留する排気系の構造的な原因の一つとして、インレットパイプ４１の接合部（合わせ部）が製造コストの関係から部分的にのみ溶接されているため、合わせ部が下向きになると、エンジン始動後、時間の経過とともに消音室４に滞留した凝縮水が合わせ部の非溶接部分を通じてセンターパイプ３２の方向に逆流し、センターパイプ３２内に滞留することがある。
【０００７】
そこで、図６に示すように、バッフルプレート４３のインレットパイプ４１との結合部分の形状４３ａを、インレットパイプ４１の非円形部分４１ｂと嵌合するようにして、インレットパイプ４１の合わせ部４１ａが自動的に上方に位置するようにすることで、簡単な構造により、消音室５に滞留した凝縮水が下向きの部分を通じてセンターパイプ３の方向に逆流しないようにした排気系構造（特開平７−２６９３３６号公報）等が提案されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、インレットパイプ４１の外周には、全周にわたって多数の通気孔４１ｃが配設されている。このため、図７に示すように、消音室５が水平に配置されている場合には、合わせ部４１ａを上方に位置させても、通気孔４１ｃの一部は消音室５内の下方に下向きに位置し、消音室４に滞留した凝縮水がこの下向きの通気孔４１ｂを通じてセンターパイプ３２の方向に逆流してしまい、センターパイプ３２内に滞留して、凍結することによって始動時に障害を生じてしまう。
【０００９】
また、自動車によっては、消音室４の高さが制限され、消音室５の上下方向サイズを小さく構成した上で水平に配置すべき場合もある。このような場合には、消音室５に滞留した凝縮水のセンターパイプ３２方向への逆流を防止するには、インレットパイプ４１とアウトレットパイプ４２との位置関係にも配慮する必要がある。
【００１０】
本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、消音室の配置や上下寸法が規制された場合にも、消音室内に滞留した凝縮水がセンターパイプ方向に逆流して始動障害等を招かないようにした、自動車の排気系構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の本発明の自動車の排気系構造は、消音室と、上記消音室内に導入され該消音室内の外周面に排気ガス流出孔が配設されたインレットパイプと、上記排気ガス流出孔から排出した排気ガスを吸気口から吸入して上記消音室外へ排出するアウトレットパイプと、を備え、上記吸気口は、上記消音室内の凝縮水の水面上昇に応じて実質的な開口が狭まるように形成されるとともに、上記排気ガス流出孔は、上記インレットパイプ外周面上記吸気口よりも車両上方位置にのみ配設されているので、上記消音室内の下部に滞留した凝縮水が上記排気ガス流出孔から逆流し難くなる。
特に、アウトレットパイプの吸気口は、消音室内の凝縮水の水面上昇に応じて実質的な開口が狭まるように形成されているので、消音室内の凝縮水の水面が上昇して、吸気口の実質的な開口（凝縮水で塞がれていない部分）が狭まるほど排気圧が高くなり、この排気圧により消音室内の凝縮水が排出されるようになり、さらに、排気ガス流出孔が、インレットパイプ外周面上記吸気口よりも車両上方位置にのみ配設されているので、消音室内の下部に凝縮水が溜まっても、アウトレットパイプの吸気口から外部に排出されるようになる。
【００１２】
上記インレットパイプと上記アウトレットパイプとが、車両上下方向で略同位置に配置されるとともに、上記インレットパイプは上記消音室内の左右方向の一側に配置され、上記アウトレットパイプは上記消音室内の左右方向の他側に配置され、上記インレットパイプと上記アウトレットパイプとの間には排気ガスが流通する空間が設けられていると、上記消音室の上下寸法を小さくしながらインレットパイプとアウトレットパイプとの流路径を確保しやすくなる（請求項２）。
【００１３】
上記消音室内には、内部空間を前後方向に仕切るバッフルプレートが設けられ、上記インレットパイプ及び上記アウトレットパイプは上記バッフルプレートを貫通して設けられ、上記バッフルプレートには、前後方向に仕切る上記消音室内の空間部分どうしを連通する開口部が設けられていることも好ましい（請求項３）。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により、本発明の実施の形態について説明すると、図１〜図３は本発明の一実施形態としての自動車の排気系構造を示すもので、図１（ａ）はその消音室の水平断面図、図１（ｂ）はその消音室の横断面図、図２，図３はその消音室の縦断面図である。
【００１５】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、本排気系構造では、消音室５が上下寸法の小さい扁平な形状に形成されている。インレットパイプ５１及びアウトレットパイプ５２は、いずれも消音室５の上下方向（車両上下方向）の略中央に配置されている。したがって、インレットパイプ５１及びアウトレットパイプ５２は、消音室５の上下方向で略同位置に配置されることになる。
【００１６】
このように配置するのは、効率よい消音をするためにはインレットパイプ５１及びアウトレットパイプ５２をいずれも消音室５の壁部から所要距離離隔させる必要があり、且つ、消音室５が上下寸法を小さくしながらインレットパイプ５１及びアウトレットパイプ５２の流路径はできるだけ確保しようとしているためであり、消音室５の上下寸法に余裕があれば、その分だけインレットパイプ５１とアウトレットパイプ５２との上下方向位置をシフトさせることはできる。
【００１７】
このように、インレットパイプ５１とアウトレットパイプ５２とを上下方向で略同位置に配置することから、インレットパイプ５１は消音室５内の一側、即ち、車体前方［図１（ａ）に矢印Ｆで示す］に向いて左側に配置され、アウトレットパイプ５２は消音室５内の他側、即ち、車体前方に向いて右側に配置され、さらに、両パイプ５１，５２間には排気ガスが流通する空間が設けられている。
【００１８】
つまり、消音室５内には、内部空間を前後方向に仕切るバッフルプレート５３が適宜の数（ここでは２枚）だけ設けられ、インレットパイプ５１及びアウトレットパイプ５２はこれらのバッフルプレート５３ａ，５３ｂ（両者を区別しない場合は５３で示す）を貫通して設けられている。
バッフルプレート５３ａ，５３ｂによって、消音室５内は複数（ここでは３つ）の空間部分５４ａ，５４ｂ，５４ｃに仕切られるが、各バッフルプレート５３ａ，５３ｂには、インレットパイプ５１とアウトレットパイプ５２と間に配置して開口部５５ａ．５５ｂが設けられており、空間部分５４ａ，５４ｂ，５４ｃのうち隣接する空間部分どうしを互いに連通している。
【００１９】
インレットパイプ５１は、消音室５の前端から導入され消音室５の後端付近に達するように配設される。このインレットパイプ５１には、空間部分５４ａに開口する排気ガス流出孔５６ａと、空間部分５４ｂに開口する排気ガス流出孔５６ｂと、空間部分５４ｃに開口する排気ガス流出孔５６ｃとを夫々複数そなえ、中でも最も下流部の排気ガス流出孔５６ｃは多数設けられている。
【００２０】
アウトレットパイプ５２は、消音室５の後端から導入され消音室５の前端付近に達するように配設される。このアウトレットパイプ５２には、その上流端に吸気口５７ａを有する吸気ダクト部５７が設けられ、中間部には多数の微小孔５８ａが形成されこの外周に消音材５９が周設されている。さらに、アウトレットパイプ５２の下流部には複数の通気孔５８ｂが形成されている。
【００２１】
ところで、排気ガスが消音室５内を流入する際には、排気管３のフロントパイプ３１，触媒コンバータ４，センターパイプ３２，消音室５，テールパイプ３３等を通過する過程で（図５参照）、排気ガスが冷却されることや、排気管３に介装された触媒コンバータ４の三元触媒を通過する際に化学反応を起こすことにより、凝縮水が発生し、この凝縮水が消音室５内にも滞留する。このような凝縮水が多くなると排気ガスの排出を阻害し、ひいては排圧の上昇から内燃機関の出力低下や消音室５による消音効果の低下を招いたり、寒冷時、停車後に消音室５内の凝縮水が凍結して始動時に障害を生じたりする等の弊害がある。また、凝縮水が消音室５からセンターパイプ３２内に逆流して滞留し凍結した場合にも同様な不都合がある。そこで、消音室５内において、凝縮水を外部へ確実に排出することと、消音室５からセンターパイプ３２内への凝縮水の逆流を確実に防止することとが必要になる。
【００２２】
消音室５内の凝縮水を外部へ確実に排出するため、本排気系構造では、図１（ａ），図３に示すように、吸気ダクト部５７の吸気口５７ａを消音室５の底部に接近するように屈曲させている。これによって、吸気口５７ａの下端５７ｂは消音室５の底部付近に位置し、吸気口５７ａの上端５７ｃは消音室５内の上下方向中心位置付近に位置している。
【００２３】
消音室５内に溜まった凝縮水は、排気圧が高まると吸気ダクト部５７からアウトレットパイプ５２を通じて排気ガスとともに外部に排出される。吸気口５７ａが消音室５の底部に近いほど消音室５内の凝縮水を低いレベルまで排出できる。そこで、吸気口５７ａの下端５７ｂを消音室５底部付近に位置させているのである。
【００２４】
また、エンジン負荷が高いときには排気圧も高まるため、消音室５内の凝縮水は速やかに排出されるが、アイドリング時などには、排気圧が低いため、消音室５内の凝縮水はなかなか排出されず、消音室５内の凝縮水の水面が上昇して、吸気口５７ａの実質的な開口（凝縮水で塞がれていない部分）が狭まると排気圧が高くなって消音室５内の凝縮水が排出されるようになる。
【００２５】
このため、吸気口５７ａの上端５７ｃが高位置にあると、長期間のアイドリング運転の結果、大量の凝縮水が消音室５内に溜まってしまうおそれがある。大量の凝縮水が消音室５内に溜まると、排気性能や消音性能が低減するばかりでなく、消音室５内の凝縮水がインレットパイプ５１の排気ガス流出孔５６ａ，５６ｂ，５６ｃからセンターパイプ３２内へ逆流しやすくなってしまう。
【００２６】
また、消音室５内の上下に限られたスペースの中で、吸気口５７ａの上端５７ｃをあまり低くしてしまうと、排気の流通断面積を十分に確保できず、排気性能や消音性能を確保しにくくなる。
これらの点を勘案して、吸気口５７ａの上端５７ｃを高過ぎず低すぎない位置、即ち、消音室５内の上下方向中心位置付近に位置させているのである。
【００２７】
また、消音室５内の凝縮水がセンターパイプ３２内へ逆流するのは、インレットパイプ５１に形成された開口部が凝縮水の水位以下に没する場合であり、逆に、インレットパイプ５１に形成された開口部が常に凝縮水の水位よりも高い位置にあれば、凝縮水のセンターパイプ３２側への逆流は防ぐことができる。ここで、開口部とは、主として、インレットパイプ５１の排気ガス流出孔５６ａ，５６ｂ，５６ｃであるが、インレットパイプ５１の接合部（合わせ部）が製造コストの関係等から部分的にのみ溶接されて非溶接部分を有する場合には、この合わせ部の非溶接部分も開口部に相当する。
【００２８】
そこで、本排気系構造では、図１（ａ），（ｂ），図２に示すように、インレットパイプ５１の排気ガス流出孔５６ａ，５６ｂ，５６ｃ及び合わせ部に非溶接部分がある場合はこの合わせ部を、凝縮水の水位以上になるように、インレットパイプ５１外周面の下部を除いて配設している。
特に、本実施形態では、排気ガス流出孔５６ａ，５６ｂ，５６ｃ等（合わせ部に非溶接部分がある場合はこの合わせ部を含む）を、吸気口５７ａよりも車両上方位置にのみ、即ち、吸気口５７ａの上端５７ｃよりも上方位置にのみ配設している。
【００２９】
これは、上述のように、アイドリング時などの排気圧が低い場合、消音室５内の凝縮水はなかなか排出されないが、消音室５内の凝縮水の水面が上昇して、吸気口５７ａの実質的な開口が狭まると排気圧が高くなって排出されるようになる。したがって、消音室５内の凝縮水の水位は、吸気口５７ａの上端５７ｃよりも下方の図１（ｂ），図２，図３中に示すレベルＬ_Hを上限とすることになる。
【００３０】
そこで、排気ガス流出孔５６ａ，５６ｂ，５６ｃ等を、吸気口５７ａの上端５７ｃよりも上方位置にのみ配設すれば、排気ガス流出孔５６ａ，５６ｂ，５６ｃ等まで凝縮水が達することはなく、消音室５内の凝縮水がセンターパイプ３２内へ逆流するのを防止することができるのである。
なお、排気ガス流出孔は一般に円形孔が採用されるが、ここでは、インレットパイプ５１の最下流部の排気ガス流出孔５６ｃを、パイプ長手方向に延びる長孔に形成している。これは、この部分は各排気ガス流出孔５６ｃを合わせた全開口面積を十分に大きくとる必要があるため、円形孔よりも全開口面積を確保し易い長孔を採用しているのである。全開口面積を必要量取れれば最下流部の排気ガス流出孔５６ｃを、円形孔で構成しても良い。
【００３１】
本発明の一実施形態としての自動車の排気系構は、上述のように構成されているので、排気ガスは、インレットパイプ５１から消音室５内に進入し、主に、インレットパイプ５１の各排気ガス流出孔５６ａ，５６ｂ，５６ｃから空間部分５４ａ，５４ｂ，５４ｃ及び開口部５５ａ．５５ｂを経て吸気口５７ａからアウトレットパイプ５２に流入し外部へと排出される。排気ガスは、このような複雑な流れによって、流速やこれに伴う音を減衰され、またアウトレットパイプ５２の吸音材５９で吸音され、消音される。
【００３２】
排気ガスが消音室５内を流入する際には、排気管３のフロントパイプ３１，触媒コンバータ４，センターパイプ３２，消音室５，テールパイプ３３等を通過する過程で（図５参照）、排気ガスが冷却されることや、排気管３に介装された触媒コンバータ４の三元触媒を通過する際に化学反応を起こすことにより、凝縮水が発生し、この凝縮水が消音室５内にも滞留するが、この凝縮水は、吸気口５７ａからアウトレットパイプ５２を通じて排気ガスとともに外部へと排出される。
【００３３】
アイドリング時などの排気圧が低い場合には、消音室５内の凝縮水はなかなか排出されないが、消音室５内の凝縮水の水面が上昇して、吸気口５７ａの実質的な開口が狭まると排気圧が高くなって排出される。したがって、消音室５内の凝縮水の水位は、吸気口５７ａの上端５７ｃよりも下方の図１（ｂ），図２，図３中に示すレベルＬ_Hを上限とすることになる。吸気口５７ａの上端５７ｃは位置が高くならないように設定されているので、レベルＬ_Hは高くはなく凝縮水が消音室５内に大量に溜まることはない。
【００３４】
したがって、このような凝縮水が消音室５内で大量に溜まることで、排気ガスの排出を阻害したり、排圧の上昇から内燃機関の出力低下や消音室５による消音効果の低下を招いたりする不具合を回避できる。また、寒冷時、停車後に消音室５内の凝縮水が凍結して始動時に障害を生じたりする等の弊害も招きにくくなる効果もある。
【００３５】
そして、排気ガス流出孔５６ａ，５６ｂ，５６ｃ等（合わせ部に非溶接部分がある場合はこの合わせ部を含む）を、吸気口５７ａの上端５７ｃよりも上方位置にのみ配設しているので、これらの排気ガス流出孔５６ａ，５６ｂ，５６ｃ等まで凝縮水が達することはなく、消音室５内の凝縮水がセンターパイプ３２内へ逆流するのを防止することができる。
【００３６】
これによって、凝縮水が消音室５からセンターパイプ３２内に逆流して滞留することによる上記同様の不具合、つまり、排気ガスの排出を阻害したり、されには、排圧の上昇から内燃機関の出力低下や消音室５による消音効果の低下を招いたりする不具合や、寒冷時、停車後にセンターパイプ３２内の凝縮水が凍結して始動時に障害を生じたりする等の不具合を回避することができる。
【００３７】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
たとえば、上記実施形態では、排気ガス流出孔５６ａ，５６ｂ，５６ｃ等を吸気口５７ａの上端５７ｃよりも上方位置にのみ配設しているが、これらは凝縮水の水位以上になるように設定すればよく、上記実施形態の構成に限定されない。
【００３８】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の自動車の排気系構造（請求項１）によれば、上記消音室内の下部に滞留した凝縮水が上記排気ガス流出孔から逆流し難くなり、寒冷時の排気凝縮水の凍結によるエンジン不始動を回避することができるようになる。
【００３９】
本発明の自動車の排気系構造（請求項２）によれば、請求項１のものの効果に加えて、車両上下方向の省スペース化を実現しながら、インレットパイプとアウトレットパイプとの流路径を確保して、消音性能を確保することができ、消音室の配置に車両上下方向の省スペース化を図る必要がある車両においても、車両上下方向の省スペース化と、寒冷時の排気凝縮水凍結によるエンジン不始動の回避との両方を達成できる。
【００４０】
また、本発明の自動車の排気系構造（請求項１）によれば、排気ガス流出孔から排出した排気ガスを吸気口から吸入して上記消音室外へ排出するアウトレットパイプでは、その吸気口が、上記消音室内の凝縮水の水面上昇に応じて実質的な開口が狭まるように形成され、さらに、排気ガス流出孔は、インレットパイプ外周面の上記吸気口よりも車両上方位置にのみ配設されることから、消音室内で凝縮水が排気ガス流出孔よりも上方まで滞留しないようになり、消音室内の凝縮水の排気ガス流出孔からの逆流を確実に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての自動車の排気系構造を示す図であって、（ａ）はその消音室の水平断面図、（ｂ）はその消音室の横断面図［図１（ａ）のＡ−Ａ矢視断面図］である。
【図２】本発明の一実施形態にかかる消音室の縦断面図［図１（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図］である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる消音室の縦断面図［図１（ａ）のＣ−Ｃ矢視断面図］である。
【図４】一般的な自動車の排気系構造を示す模式的側面図である。
【図５】第１従来例の自動車の排気系構造を示す縦断面図である。
【図６】第２従来例の自動車の排気系構造を示す斜視図である。
【図７】本発明の課題を説明する自動車の排気系構造の縦断面図である。
【符号の説明】
５消音室
５１インレットパイプ
５２アウトレットパイプ
５３，５３ａ，５３ｂバッフルプレート
５５ａ．５５ｂ開口部
５６ａ，５６ｂ，５６ｃ排気ガス流出孔
５７ａ吸気口

Claims

消音室と、
上記消音室内に導入され該消音室内の外周面に排気ガス流出孔が配設されたインレットパイプと、
上記排気ガス流出孔から排出した排気ガスを吸気口から吸入して上記消音室外へ排出するアウトレットパイプと、を備え、
上記吸気口は、上記消音室内の凝縮水の水面上昇に応じて実質的な開口が狭まるように形成されるとともに、
上記排気ガス流出孔は、上記インレットパイプ外周面の上記吸気口よりも車両上方位置にのみ配設されている
ことを特徴とする、自動車の排気系構造。
上記インレットパイプと上記アウトレットパイプとが、車両上下方向で略同位置に配置されるとともに、
上記インレットパイプは上記消音室内の左右方向の一側に配置され、上記アウトレットパイプは上記消音室内の左右方向の他側に配置され、上記インレットパイプと上記アウトレットパイプとの間には排気ガスが流通する空間が設けられている
ことを特徴とする、請求項１記載の自動車の排気系構造。
上記消音室内には、内部空間を前後方向に仕切るバッフルプレートが設けられ、上記インレットパイプ及び上記アウトレットパイプは上記バッフルプレートを貫通して設けられ、
上記バッフルプレートには、前後方向に仕切る上記消音室内の空間部分どうしを連通する開口部が設けられている
ことを特徴とする、請求項１又は２記載の自動車の排気系構造。