JP4199158B2 - 排気管継手 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに接続される上流側排気管と、大気に開放される下流側排気管とを継ぐ排気管継手の改良に関するものである。

従来、自動車用排気系において、エンジンに接続される上流側排気管と、大気に開放される下流側排気管とを継ぐ排気管継手にベローズ管を設け、このベローズ管によりエンジンから排気管系に伝わる振動を吸収するようにしたものは公知（たとえば、特許文献１参照）である。

また、ベローズ管を保護するために、ベローズ管の外周全体をブレードで覆い、そのブレードをステンレス製線材を所定本ずつバンド状にしたものを平織した金属製の網から構成したものも公知（たとえば特許文献２参照）である。
特許第３３８３２５２号公報公報 実公平３−５５７７８号公報

ところで、前記ベローズ管は、その長さが長いほど可撓性、伸縮性が高く、振動吸収性能に優れているが、反面コスト、重量、スペースがその分嵩むため、可撓性、伸縮性に基づく必要な振動吸収性能が得られる範囲で、その長さを可及的に短くすることが望ましい。

しかしながら、可撓性、伸縮性に基づく必要な振動吸収性能が得られても、ベローズ管の長さを短くすると、ベローズ管のバネ定数が高くなるため、ベローズ管の固有振動数におけるベローズ管の共振に対する減衰力が弱くなり、エンジンからの入力振動がベローズ管の固有振動数と一致した場合の振動吸収性能が低下するという問題がある。特に、前記特許文献１に開示されるもののように、上流側排気管と下流側排気管とをベローズ管だけでなくボールジョイント機構（変位規制手段）をも介して連結したものでは、ベローズ管の伸縮方向の変位がそのボールジョイント機構により規制されるため、ベローズ管の共振に対する減衰力がさらに弱くなり、前記問題が一層生じ易い。

ところで、特許文献２に開示されるもののように、金属製の網からなるブレードでベローズ管の外周全体を覆うようにすれば、ブレードとベローズ管の間に生じる摩擦力が、前記共振に対する減衰力として作用するとも考えられるが、このものでは、ブレードは、線材を所定本ずつバンド状にしたものを平織した金属製の網からなるため、ブレード全体として可撓性および伸縮性を有するものの、ブレードはベローズ管の蛇腹部の形状に沿って変形するほどの可撓性を備えていない。したがって、ブレードは、蛇腹部における山の頂点でのみベローズ管と接触し（特許文献２、図１参照）、ブレードとベローズ管との摩擦面積（接触面積）が小さいため、実際には、ベローズ管の共振に対する減衰力として作用するほどの摩擦力の発生を期待することが難しく、前記問題の解決策とはならない。

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、ベローズ管と、これを筒状に覆う平編のブレードとの有機的結合構成により、ブレードとベローズ管との間に発生する摩擦力が、ベローズ管の共振に対して十分な減衰力を発揮できるようにして前記問題を解決した、新規な排気管継手を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、エンジンに接続される上流側排気管と大気に開放される下流側排気管とを継ぐ排気管継手であって、
上流側排気管に固定される上流側接続管と、下流側排気管に固定される下流側接続管とを連結するベローズ管と、このベローズ管の外周を覆う可撓性のブレードとを備え、
前記ベローズ管は蛇腹部と、その蛇腹部の長手方向両側に連なり、その蛇腹部の山の径よりも小径の筒状部とを備え、
前記ブレードは鋼線を筒状に平編して構成されており、その内部に前記ベローズ管を挿入した状態でその両端部を絞り、絞った状態の両端部を前記ベローズ管の前記筒状部に固定することにより、前記ブレードは、その山が前記ベローズ管の蛇腹部の山に沿い、またその谷は前記ベローズ管の蛇腹部の谷よりも浅く、環状の空隙を存して該蛇腹部の谷に対向して、前記ベローズ管の外周を覆って変形されていることを特徴としている。

また、上記目的を達成するために、請求項２記載に発明は、前記請求項１記載のものにおいて、上流側接続管と下流側接続管との間には、ベローズ管の伸縮方向の変位を規制する変位規制手段が設けられていることを特徴としている。

請求項１記載の発明によれば、蛇腹部と、その蛇腹部の長手方向両側に連なり、その蛇腹部の山の径よりも小径の筒状部とを備えたベローズ管を覆うブレードを、鋼線の平編により構成したので、ブレードは鋼線間の引っ掛かり箇所での摺動による折れ曲がりに起因して可撓性が高まり、ベローズ管の蛇腹部の形状に沿って変形がし易くなる。したがって筒状に構成した前記ブレードが、その内部に前記ベローズ管を挿入した状態でその両端部を絞られ、絞られた状態の両端部が前記ベローズ管の筒状部に固定されることで、その山が前記ベローズ管の蛇腹部の山に沿い、またその谷は前記ベローズ管の蛇腹部の谷よりも浅く、環状の空隙を存して該蛇腹部の谷に対向して、前記ベローズ管の外周を覆って変形され、これによりベローズ管とブレードとの摩擦面積（接触面積）が増え、それら間に生じる摩擦力が、ベローズ管の共振に対して十分な減衰力を発揮するようになり、エンジン側からの入力振動がベローズ管の固有振動数と一致する場合の振動吸収性能が低下するという前記問題を解決することができる。

また、請求項２記載の発明によれば、上流側接続管と下流側接続管とをベローズ管だけでなく、ベローズ管の伸縮方向の変位を規制する変位規制手段を介して連結して、ベローズ管の共振に対する減衰力がさらに弱くなる場合にも、前記請求項１記載の発明と同じ効果を達成することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて以下に具体的に説明する。

添付図面において、図１は、本発明排気管継手を備えた自動車用排気系の側面図、図２は、図１の２−２線に沿う拡大断面図、図３は、図２の３−３線に沿う断面図、図４は、図２の４−４線に沿う断面図、図５は、図２の５矢視仮想線囲い部分の拡大図である。

図１において、自動車用エンジンＥには、そこから排出される排気ガスを清浄化し、消音して大気に放出する排気系Ｅｘが接続される。この排気系Ｅｘは、エンジンＥの排気ポートに接続される上流側排気管１（排気マニホールド）と、大気に開放される下流側排気管２と、それら両排気管１，２を継ぐ本発明にかかる排気管継手Ｊを備えている。上流側排気管１は、エンジンＥの後側（自動車の進行方向後側）から下向きに延長されており、また、下流側排気管２は、自動車の床面下を前後方向に延長されていて、その途中に触媒コンバータ（図示せず）および消音器Ｍが接続される。また、下流側排気管２の後部は、ステー３および緩衝部材４を介して自動車の車体フレームＦに懸吊されている。

上流側排気管１と下流側排気管２とを継ぐ、本発明にかかる排気管継手Ｊは、エンジンＥの後方を上下方向に延長されており、両排気管１，２の前後および左右方向の相対変位を許容すると共に排気系Ｅｘに加わる振動を吸収できるように構成されており、以下、この排気管継手Ｊの構造を図１に、図２〜５を併せ参照して詳細に説明する。

図２において、全体を符号Ｊで示す排気管継手は、上下方向の同一軸線上に対向して設けられる上流側接続管１０と下流側接続管２０とを備えており、上流側接続管１０の上端（上流端）には、接続フランジ７が固定され、この接続フランジ７は、上流側排気管（排気マニホールド）１の下端（下流端）に固定される他の接続フランジ６に接合され、それら両接続フランジ６，７は、複数のボルト・ナット８により一体に結合されている。また、前記下流側接続管２０の下端（下流端）は、下流側排気管２の上端（上流端）に一体に接続されている。

上流側接続管１０は下に向かって漸次拡開されるコーン状に形成されており、その下端に上流側継手管１１の上端が全周ミグ溶接１６により固定され、一方、下流側接続管２０は上に向かって漸次拡開されるコーン状に形成されており、その上端に下流側継手管２１の下端がミグ溶接２６により固定されている。上流側継手管１１は、下向きに延長され、一方、下流側継手管２１は上向きに延長されており、上流側継手管１１の下面１１ｄと、下流側継手管２１の上面２１ｕは間隙を存して相対向しており、それら間に相対的な角度変位があっても相互に干渉しないようにしてある。

また、図２に示すように、上流側接続管１０の下端（下流端）と下流側接続管２０の上端（上流端）との間には、可撓性を有するベローズ管３０の両端の筒状部が一体に接続されている。このベローズ管３０は、ステンレス鋼板などの耐熱金属板により形成されて、上流側接続管１０と下流側接続管２０との間を気密に封緘すると共に上流側継手管１１と下流側継手管２１の外周をその全域にわたり覆っていて、その中間部に蛇腹部３１を備えている。この蛇腹部３１はその長手方向の中央部が最も径の大きい、ビアだる形状に形成されている。

ベローズ管３０の外周面は、その全域にわたり可撓性を有するブレード４０により被覆される。このブレード４０は、直径０．２ｍｍのステンレス線材を平編（メリアス編）して筒状に構成される。

ところで、ブレード４０はステンレス線材を平編して構成したことにより、図５に示すように、互いに接触する鋼線間の複数の引っ掛かり箇所ｅ…で摺動することが可能となり、それらの引っ掛かり箇所ｅ…を通る線Ｌ−Ｌ周りに折れ曲がり生じるため、平織したもの（前記特許文献２の開示のもの）に比べて可撓性が大幅に高くなり、これによりブレード４０は、平織したものに比べて図２に示すように、ベローズ管３０の蛇腹部３１の形状に沿って変形し易くなり、ベローズ管３０の表面との摩擦面積（接触面積）を増大させることができる。

ベローズ管３０の両端部の筒状部の外周には、環状のエンドカバー１４，２４がそれぞれ装着されて、スポット溶接１５，２５により、エンドカバー１４，２４とベローズ管３０の筒状部とブレード４０とが仮固定される。また、上流側接続管１０の下端外周面と、上流側継手管１１、ベローズ管３０の筒状部、ブレード４０およびエンドカバー１４の上端間、ならびに下流側接続管２０の上端外周面と、下流側継手管２１、ベローズ管３０の筒状部、ブレード４０およびエンドカバー２４の下端間は、それぞれミグ溶接１６，２６により固定されて、上流側接続管１０と下流側接続管２０との間に、ベローズ管３０の両端部が堅固に気密に接続されている。

図２に示すように、前記ベローズ管３０内において、上流側接続管１１と下流側接続管２１とは、変位規制手段としての第１および第２のボールジョイント機構Ｂ１，Ｂ２を介して相対的に曲げ変位可能であり、かつ伸縮方向（長手方向）の変位が規制されるように連結されている。上流側継手管１１と下流側継手管２１との外周には、それらの間に環状の間隙を存してガイドパイプ５０が配設される。図２，３に示すように、前記上流側継手管１１の、ガイドパイプ５０の内周面に対向する外周面には、周方向に１８０°の位相差を存して球面状の凹部よりなる一対のボール受部１１ｂ，１１ｂが形成され、また、ガイドパイプ５０には、前記一対のボール受部１１ｂ，１１ｂに対向する球面状の凹部を形成した一対のボール保持部材５１，５１が設けられており、互いに対向する各ボール受部１１ｂ，１１ｂとボール保持部材５１，５１間には、ボール５２，５２が回転自在に挟持され、前記一対のボール受部１１ｂ，１１ｂ、一対のボール保持部材５１，５１および一対のボール５２，５２により第１のボールジョイント機構Ｂ１を構成している。また、図２，４に示すように、前記下流側排気管２の、ガイドパイプ５０の内周面に対向する外周面には、前記上流側継手管１１のボール受部１１ｂ，１１ｂに対して９０°の位相差を存して球面状の凹部よりなる他の一対のボール受部２１ｂ，２１ｂが形成され、また、ガイドパイプ５０には、前記他の一対のボール受部２１ｂ，２１ｂに対向する球面状の凹部を形成した他の一対のボール保持部材５３，５３が設けられており、互いに対向する他のボール受部２１ｂ，２１ｂと他のボール保持部材５３，５３間には、他のボール５４，５４がそれぞれ回転自在に挟持され、前記他の一対のボール受部２１ｂ，２１ｂ、他の一対のボール保持部材５３，５３および他の一対のボール５４，５４により第２のボールジョイント機構Ｂ２を構成している。そして、図２に示すように、第１のボールジョイント機構Ｂ１と第２のボールジョイント機構Ｂ２とは、上流側および下流側継手管１１，２１の軸方向に互いに離間している。

上流側接続管１０の内側には、変位規制手段としての第１および第２のボールジョイント機構Ｂ１，Ｂ２が排気ガスに曝されることを防止するために、上流側および下流側継手管１１，２１の内側を貫通して下流側接続管２０の近傍まで延びる上流側排気ガイド管１８が設けられ、この上流側排気ガイド管１８の上端が、上流側接続管１０の内面に溶接により固定されている。したがって、本発明にかかる排気継手管Ｊに流入した排気ガスは、上流側排気ガイド管１８により、前記第１および第２のボールジョイント機構Ｂ１，Ｂ２およびベローズ管３０が、排気ガスに曝されないようにされている。

前記構成により、上流側継手管１１に対して前記ガイドパイプ５０は、第１のボールジョイント機構Ｂ１の一対のボール５２，５２を結ぶ線を中心にして回転変位自在であり、さらに、ガイドパイプ５０に対して下流側継手管２１は第２のボールジョイント機構Ｂ２の一対のボール５４，５４を結ぶ線を中心にして回転変位自在であり、したがって、上流側継手管１１と下流側継手管２１とは相互に左右および前後方向に曲げ変位自在であり、前記ベローズ管３０は、その曲げ変位に追従して自在に撓曲可能である。また、第１および第２のボールジョイント機構Ｂ１，Ｂ２は、ベローズ管３０の伸縮方向（長手方向）の変位規制手段を構成しており、上流側継手管１１と下流側継手管２１の伸縮方向（長手方向）の変位が規制されると共に両継手管１１，２１に対するガイドパイプ５０の干渉により両継手管１１，２１の回転変位が所定の範囲内に制限されることにより、ベローズ管３０の湾曲量は所定の範囲に納まるようにされており、これによりベローズ管３０は長さを短くしても、過度な負荷がかからないようにされている。

ここで、本発明にかかる排気管継手Ｊの組付方法の一例について説明する。

（１）ベローズ管３０の山部の径に合わせて平編により筒状に編んだブレード４０の内部に、ベローズ管３０を挿入する。

（２）筒状ブレード４０の両端部を絞る。このときブレード４０は、その山が前記ベローズ管３０の蛇腹部３１の山に沿い、またその谷は前記ベローズ管３０の蛇腹部３１の谷よりも浅く、環状の空隙を存して該蛇腹部３１の谷に対向して、ベローズ管３０の蛇腹部に沿って変形する。

（３）筒状のブレード４０を絞った状態で、ブレード４０の両端外周に、エンドカバー１４，２４をそれぞれ装着し、エンドカバー１４，２４、ブレード４０およびベローズ管３０の筒状部の三つの部材を、それらの周方向の四カ所にてスポット溶接１５，２５してそれらを一体に固定する。

（４）第１および第２のボールジョイント機構Ｂ１，Ｂ２（変位規制手段）を介して連結されている上流側継手管１１および下流側継手管２１をベローズ管３０内に挿入し、エンドカバー１４、ブレード４０、ベローズ管３０の筒状部および上流側接続管１０の四つの部材と、エンドカバー２４、ブレード４０、ベローズ管３０の筒状部および下流側接続管２０の四つの部材をそれぞれ全周ミグ溶接１６，２６により一体に固定する。

つぎに、この実施例の作用について説明する。

エンジンＥの運転により発生する排気ガスは、排気系Ｅｘへと流れる。排気系Ｅｘを流れる排気ガスは、上流側排気管１、本発明にかかる排気管継手Ｊ、下流側排気管２をへて大気へと放出される。そして、その間に、排気ガスは触媒コンバータ（図示せず）により有害成分が清浄化され、消音器Ｍにより消音される。そして、エンジンＥ側から排気系Ｅｘに伝播される振動は、排気管継手Ｊにより効果的に吸収される。すなわち、排気管継手Ｊにおいて、上流側接続管１０に固定される上流側継手管１１と、下流側接続管２０に固定される下流側継手管２１とは、蛇腹部３１と、その蛇腹部３１の長手方向両側に連なり、その蛇腹部３１の山の径よりも小径の筒状部とを備えたベローズ管３０により連結され、このベローズ管３０の外周は、鋼線を平編してなる可撓性のブレード４０により覆われていることにより、前述したように、ブレード４０がベローズ管３０の蛇腹部３１の形状に沿って変形しやすくなるので、筒状に構成したブレード４０を、その内部にベローズ管３０を挿入した状態でその両端部を絞り、絞った状態の両端部を前記ベローズ管３０の筒状部に固定することにより、該ブレード４０を、その山が前記ベローズ管３０の蛇腹部３１の山に沿い、またその谷が前記ベローズ管３０の蛇腹部３１の谷よりも浅く、環状の空隙を存して該蛇腹部３１の谷に対向して、前記ベローズ管３０の外周を覆って変形されるように構成して、ベローズ管３０とブレード４０との間に生じる摩擦力を増大させることができ、この摩擦力がベローズ管３０の共振に対して十分な減衰力を発揮することができ、エンジンＥ側からの入力振動が、ベローズ管３０の固有振動数と一致する場合にも振動吸収性能が低下することが少ない。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。

たとえば、前記実施例では、ブレード４０を、ステンレス線材の平編により構成した場合を説明したが、これをステンレス線材に代えて他の同効の鋼線の平編により構成してもよい。

本発明排気管継手を備えた、自動車用排気系の側面図 図１の２−２線に沿う拡大断面図 図２の３−３線に沿う断面図 図２の４−４線に沿う断面図 図２の５矢視仮想線囲い部分の拡大図

符号の説明

１・・・・上流側排気管
２・・・・下流側排気管
１０・・・・上流側接続管
２０・・・・下流側接続管
３０・・・・ベローズ管
３１・・・・蛇腹部
４０・・・・ブレード
Ｂ１・・・・変位規制手段（第１のボールジョイント機構）
Ｂ２・・・・変位規制手段（第２のボールジョイント機構）
Ｅ・・・・エンジン

Claims (2)

1. エンジン（Ｅ）に接続される上流側排気管（１）と、大気に開放される下流側排気管（２）とを継ぐ排気管継手であって、
   上流側排気管（１）に固定される上流側接続管（１０）と下流側排気管（２）に固定される下流側接続管（２０）とを連結するベローズ管（３０）と、このベローズ管（３０）の外周を覆う可撓性のブレード（４０）とを備え、
   前記ベローズ管（３０）は蛇腹部（３１）と、その蛇腹部（３１）の長手方向両側に連なり、その蛇腹部（３１）の山の径よりも小径の筒状部とを備え、
   前記ブレード（４０）は鋼線を筒状に平編して構成されており、その内部に前記ベローズ管（３０）を挿入した状態でその両端部を絞り、絞った状態の両端部を前記ベローズ管（３０）の前記筒状部に固定することにより、前記ブレード（４０）は、その山が前記ベローズ管（３０）の蛇腹部（３１）の山に沿い、またその谷は前記ベローズ管（３０）の蛇腹部（３１）の谷よりも浅く、環状の空隙を存して該蛇腹部（３１）の谷に対向して、前記ベローズ管（３０）の外周を覆って変形されていることを特徴とする、排気管継手。
2. 上流側接続管（１０）と下流側接続管（２０）との間には、ベローズ管（３０）の伸縮方向の変位を規制する変位規制手段（Ｂ１，Ｂ２）が設けられていることを特徴とする、前記請求項１記載の排気管継手。

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