JP4325149B2 - 排気管継手装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気管継手装置、特に自動車の排気管継手装置に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
自動車エンジンの排気ガスは、エンジンから車体フレームなどに配置された排気管に導かれて大気中に排出されるが、この排気管はエンジンのトルク反力及び慣性力などにより操り返し曲げ応力を受けるので、エンジンの振動が排気管つり架具を伝わって車室内にもたらされたり、あるいは騒音の原因にもなるばかりでなく排気管の疲労折損などの不具合を生じる危険もある。このような問題を解決するために、球面管継手（環状シール体）を有した排気管継手装置を配置して応力を吸収させるなどの手段が講じられている。
【０００３】
球面管継手は、多くの場合、その凸球面状外面で、下流側排気管の端部に固着されたフランジ部材の凹球面状内面に摺動自在に接触するようにして、その内周面で上流側排気管の管端部の外周面に嵌装されて用いられ、フランジ部材の凹球面状内面に対する凸球面状外面の相対的な摺動で応力を吸収するようにしている。
【０００４】
ところで、前輪駆動横置きエンジン（ＦＦ車）では、一般に、エンジンのマニホールド近傍に排気管継手装置が配置されるのであるが、斯かるＦＦ車の場合には、マニホールドでの曲げ応力が縦置きエンジンの場合に比較してかなり大きいものとなり、マニホールドに接続される排気管には剪断方向（排気管の管軸と直交する方向）の力に加えて、特に捩り方向（排気管の管軸を中心とした回転方向）の力が大きく加わり、この力が排気管継手装置にも入力されることになる。
【０００５】
排気管継手装置に捩り方向の力が大きく加わると、互いに嵌合された球面管継手の内周面と上流側排気管の管端部の外周面との間でスティックスリップが生じ、スティックスリップに起因する異音が発生して自動車の運転者、乗客に不快感を与えることになる。
【０００６】
この問題を解決すべく種々の技術が提案されているが、提案の一つの技術には、球面管継手をその内周面で上流側排気管の管端部の外周面に装着しないで、代わりに、その外周面でフランジ部材に装着して、これによりスティックスリップに起因する異音の発生を防止するようにしたものがあるが、斯かる技術によれば、構成部材の位置ずれ及び摺動面間での隙間が生じ易く、必ずしも満足し得るものではない。
【０００７】
本発明は前記諸点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、マニホールドに接続された排気管に捩り方向及び剪断方向の力が入力された場合においても、スティックスリップ等に起因する異常音を発生させることがなく、運転者に不快感を与えることがない上に、構成部材の位置ずれ及び摺動面間での隙間の生じない排気管継手装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の態様の排気管継手装置は、上流側排気管と下流側排気管とをそれぞれの端面で隙間を残して相対峙して配置し、上流側排気管と下流側排気管とのうちの一方の排気管の管端部に凹球面を有する環状シール体を設け、上流側排気管と下流側排気管とのうちの他方の排気管の管端部に、凹球面に摺動自在に接触すると共に、凹球面の曲率中心から一方の排気管方向側に所与の距離だけ離れた軸心上の位置を中心とする円であって軸方向に直交する面内に位置する円の上を曲率中心とし且つ凹球面の曲率半径Ｒに対して小さい曲率半径ｒのトロイダル凸曲面を設け、両排気管の管端部間に、トロイダル凸曲面を凹球面に弾性的に押圧する弾性押圧手段を設けてなる。
【０００９】
第一の態様の排気管継手装置によれば、環状シール体の凹球面にトロイダル凸曲面を摺動自在に接触させるために、摺動面が限られた領域となる結果、マニホールドに接続された排気管に捩り方向及び剪断方向の力が入力された場合においても、スティックスリップ等の発生確率が減少して、スティックスリップ等に起因する異常音を実質的に発生させることがなく、運転者に不快感を与えることがない上に、トロイダル凸曲面を環状シール体の凹球面で包むようになるために、構成部材の位置ずれ及び摺動面での隙間を生じさせないようにし得る。
【００１０】
また第一の態様の排気管継手装置によれば、環状シール体と排気管の管端部の外周面との間での摺動がなくなる結果、ここでのスティックスリップの発生がなく、而して、マニホールドに接続された排気管に捩り方向の力が入力された場合においても、スティックスリップ等に起因する異常音を上記と相俟って発生させることがない。
【００１１】
本発明の第一の態様における環状シール体は、好ましい例ではその第二の態様の排気管継手装置のように、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と金網からなる補強材との圧縮成形物からなる潤滑すべり層を有しており、ここで、凹球面は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と金網からなる補強材とが混在一体となっている潤滑すべり層の平滑な露出面からなる。
【００１２】
上記の態様の排気管継手装置では、トロイダル凸曲面を下流側排気管の管端部に、環状シール体を上流側排気管の管端部に夫々設けてもよいのであるが、好ましくは本発明の第三の態様の排気管継手装置のように、トロイダル凸曲面は上流側排気管の管端部に、環状シール体は下流側排気管の管端部に設けられている。
【００１３】
本発明の第四の態様の排気管継手装置は、上流側排気管と下流側排気管とをそれぞれの端面で隙間を残して相対峙して配置し、上流側排気管と下流側排気管とのうちの一方の排気管の管端部に凸球面を設け、上流側排気管と下流側排気管とのうちの他方の排気管の管端部に、凸球面に摺動自在に接触すると共に、凸球面の曲率中心から一方の排気管方向側に所与の距離だけ離れた軸心上の位置を中心とする円であって軸方向に直交する面内に位置する円の上を曲率中心とし且つ凸球面の曲率半径ｒに対して大きい曲率半径Ｒのトロイダル凹曲面を有する環状シール体を設け、両排気管の管端部間に、凸球面をトロイダル凹曲面に弾性的に押圧する弾性押圧手段を設けてなる。
【００１４】
第四の態様の排気管継手装置によれば、第一の態様の排気管継手装置と同様に、環状シール体のトロイダル凹曲面を凸球面に摺動自在に接触させるために、摺動面が限られた領域となる結果、マニホールドに接続された排気管に捩り方向及び剪断方向の力が入力された場合においても、スティックスリップ等の発生確率が減少して、スティックスリップ等に起因する異常音を実質的に発生させることがなく、運転者に不快感を与えることがない上に、凸球面を環状シール体のトロイダル凹曲面で包むようになるために、構成部材の位置ずれ及び摺動面での隙間を生じさせないようにできる。
【００１５】
また第四の態様の排気管継手装置でも、環状シール体と排気管の管端部の外周面との間での摺動がなくなる結果、ここでのスティックスリップの発生がなく、而して、マニホールドに接続された排気管に捩り方向の力が入力された場合においても、スティックスリップ等に起因する異常音を上記と相俟って発生させることがない。
【００１６】
本発明の第四の態様における環状シール体も、好ましい例ではその第五の態様の排気管継手装置のように、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と金網からなる補強材との圧縮成形物からなる潤滑すべり層を有しており、ここで、トロイダル凹曲面は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と金網からなる補強材とが混在一体となっている潤滑すべり層の平滑な露出面からなる。
【００１７】
上記の第四又は第五の態様の排気管継手装置でも、凸球面を下流側排気管の管端部に、環状シール体を上流側排気管の管端部に夫々設けてもよいのであるが、好ましくは本発明の第六の態様の排気管継手装置のように、凸球面は上流側排気管の管端部に、環状シール体は下流側排気管の管端部に設けられている。
【００１８】
本発明において環状シール体は、好ましい例ではその第七の態様の排気管継手装置のように、主に膨張黒鉛を含んだ耐熱材と、この耐熱材が隙間に配されていると共に耐熱材と混在一体となった金網からなる補強材との圧縮成形物からなる。
【００１９】
次に本発明の実施の形態を、図に示す好ましい例に基づいてさらに詳細に説明する。なお、本発明はこれら例には何等限定されないのである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に示す排気管継手装置１は、上流側排気管２と下流側排気管３とをそれぞれの端面４及び５で隙間を残して相対峙して配置し、上流側排気管２と下流側排気管３とのうち、自動車エンジンのマニホールドに接続された上流側排気管２の管端部６には、トロイダル凸曲面７を有するフランジ部材８が取り付けられており、上流側排気管２と下流側排気管３とのうち、大気側に配された下流側排気管３の管端部９には、円錐凹面１０を有するフランジ部材１１が取り付けられており、円錐凹面１０には、凹球面１５を有した環状シール体１６が装着されており、フランジ部材８及び１１は、トロイダル凸曲面７を凹球面１５に弾性的に押圧するべく、一対の弾性手段１７により互いに接近するように軸方向に弾性的に付勢されている。
【００２１】
フランジ部材８は、トロイダル凸曲面７に加えて、管端部６内と管端部９内とを連通する貫通孔３１を規定する内周面３２を有すると共に、トロイダル凸曲面７が設けられたフランジ基部３３と、フランジ基部３３と一体に形成されていると共に、一対の貫通孔３４を有したフランジ部３５とを具備しており、フランジ基部３３において管端部６に溶接等により固着されて取り付けられている。
【００２２】
上流側排気管２の管端部６にフランジ部材８を介して設けられていると共に、凹球面１５に摺動自在に接触したトロイダル凸曲面７は、凹球面１５の曲率中心Ｏ１から下流側排気管３方向側に所与の距離δＬ１だけ離れた軸心Ｘ上の位置３６を中心とすると共に、軸方向に直交する面（図１の紙面に直交する面）内に位置する曲率半径Δｒ１の円の上を曲率中心Ｏ２とし且つ凹球面１５の曲率半径Ｒに対して小さい曲率半径ｒを有している。
【００２３】
トロイダル凸曲面７は、上流側排気管２及び下流側排気管３間に剪断方向の相対角変位（揺動）が生じていない際に、曲率中心Ｏ１と曲率中心Ｏ２とを結ぶ線の延長線上の位置３７を略中央として凹球面１５に面接触している。
【００２４】
フランジ部材１１は、円錐凹面１０に加えて、円錐凹面１０に連接すると共に、軸方向に対して実質的に直交する面からなる環状平坦内面４１を更に有しているフランジ基部４２と、フランジ基部４２と一体に形成されていると共に、一対の貫通孔４３を有したフランジ部４４とを具備しており、フランジ基部４２において管端部９に溶接等により固着されて取り付けられている。
【００２５】
下流側排気管３の管端部９にフランジ部材１１を介して設けられていると共に、凹球面１５を有する環状シール体１６は、主に膨張黒鉛を含んだ耐熱材と、この耐熱材が隙間に配されていると共に耐熱材と混在一体となった金網からなる補強材との圧縮成形物からなって、凹球面１５を有した内面側に、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と金網からなる補強材との圧縮成形物からなる潤滑すべり層５１を有しており、凹球面１５は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と金網からなる補強材とが混在一体となっている潤滑すべり層５１の平滑な露出面からなっている。
【００２６】
また、環状シール体１６は、円錐凹面１０に対応して円錐外面５２を有している上に、軸方向に対して実質的に直交する面からなると共に、環状平坦内面４１に当接する環状平坦端面５３を有しており、円錐外面５２及び環状平坦端面５３でフランジ部材１１の円錐凹面１０及び環状平坦内面４１に接触して装着されている。
【００２７】
両排気管２及び３の管端部６及び９間に設けられた弾性手段１７は、一端部がフランジ部３５の各貫通孔３４を貫通した一対のボルト６１と、各ボルト６１の一端部に螺着されたナット６２と、各ボルト６１を囲繞していると共に各ボルト６１の頭部６３とフランジ部４４との間に配された一対のコイルばね６４とを具備しており、トロイダル凸曲面７の凹球面１５への摺動自在な接触を確保する弾性力を発生している。
【００２８】
以上の排気管継手装置１において、上流側排気管２及び下流側排気管３間に生ずる剪断方向の相対角変位（揺動）及び捩り方向の相対的回転（捩り）は、潤滑すべり層５１の露出面である環状シール体１６の凹球面１５とフランジ部材８のトロイダル凸曲面７との相対的な摺動で許容される。
【００２９】
そして、排気管継手装置１においては、環状シール体１６の凹球面１５にトロイダル凸曲面７を摺動自在に接触させるために、相互の摺動面が限られた領域となる結果、マニホールドに接続された上流側排気管２に捩り方向及び剪断方向の力が入力された場合においても、スティックスリップ等の発生確率が減少して、スティックスリップ等に起因する異常音を実質的に発生させることがなく、運転者に不快感を与えることがない上に、トロイダル凸曲面７を環状シール体１６の凹球面１５で包むようになるために、フランジ部材８を軸方向の位置及び大きな揺動に関して拘束できて、フランジ部材８の先端部が過度に環状シール体１６に嵌入されることを防止できる上に、フランジ部材８が環状シール体１６から離反することを防止でき、而して、フランジ部材８の位置ずれを生じさせないようにし得ると共に、トロイダル凸曲面７と凹球面１５との間の摺動面に隙間を生じさせないようにし得る。
【００３０】
更に、排気管継手装置１においては、環状シール体１６がフランジ部材１１の円錐凹面１０に装着されているために、環状シール体１６と上流側排気管２の管端部６の外周面との間又は下流側排気管３の管端部９の外周面との間での摺動がなくなる結果、ここでのスティックスリップの発生がなく、而して、マニホールドに接続された上流側排気管２に捩り方向の力が入力された場合においても、スティックスリップ等に起因する異常音を発生させることがない。
【００３１】
また、排気管継手装置１においては、フランジ部材１１の環状平坦内面４１に環状シール体１６の環状平坦端面５３が当接しているために、弾性手段１７による環状シール体１６の軸方向の移動を確実に阻止でき、環状シール体１６の位置がフランジ部材１１に対して弾性手段１７による弾性力により軸方向にずれることがなくなる。
【００３２】
ところで、上記の排気管継手装置１においては、トロイダル凸曲面７を有してフランジ部材８を構成する一方、凹球面１５を有して環状シール体１６を構成したが、これに代えて、図２に示すように、凸球面７１を有してフランジ部材８を構成する一方、トロイダル凹曲面７２を有して環状シール体１６を構成してもよい。
【００３３】
即ち、図２に示す排気管継手装置１においては、上流側排気管２の管端部６には、凸球面７１を有するフランジ部材８が取り付けられており、下流側排気管３の管端部９に取り付けられたフランジ部材１１の円錐凹面１０には、トロイダル凹曲面７２を有した環状シール体１６が装着されている。
【００３４】
上流側排気管２の管端部６にフランジ部材８を介して設けられた凸球面７１は、一対の弾性手段１７によりトロイダル凹曲面７２に弾性的に押圧されて当該トロイダル凹曲面７２に摺動自在に接触しており、下流側排気管３の管端部９にフランジ部材１１を介して設けられた環状シール体１６のトロイダル凹曲面７２は、凸球面７１の曲率中心Ｏ３から上流側排気管２方向側に所与の距離δＬ２だけ離れた軸心Ｘ上の位置７５を中心とすると共に、軸方向に直交する面（図２の紙面に直交する面）内に位置する曲率半径Δｒ２の円の上を曲率中心Ｏ４とし且つ凸球面７１の曲率半径ｒに対して大きい曲率半径Ｒを有しており、本例においても、主に膨張黒鉛を含んだ耐熱材と、この耐熱材が隙間に配されていると共に耐熱材と混在一体となった金網からなる補強材との圧縮成形物からなる環状シール体１６は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と金網からなる補強材との圧縮成形物からなる潤滑すべり層７６をトロイダル凹曲面７２側に有しており、潤滑すべり層７６の平滑な露出面からなるトロイダル凹曲面７２は、上流側排気管２及び下流側排気管３間に剪断方向の相対角変位（揺動）が生じていない際に、曲率中心Ｏ４と曲率中心Ｏ３とを結ぶ線の延長線上の位置７７を略中央として凸球面７１に面接触している。
【００３５】
図２に示す排気管継手装置１でも、図１に示す排気管継手装置１と同様に、上流側排気管２及び下流側排気管３間に生ずる剪断方向の相対角変位（揺動）及び捩り方向の相対的回転（捩り）は、フランジ部材８の凸球面７１と潤滑すべり層７６の露出面である環状シール体１６のトロイダル凹曲面７２との相対的な摺動で許容される。
【００３６】
そして、図２に示す排気管継手装置１においては、環状シール体１６のトロイダル凹曲面７２に凸球面７１を摺動自在に接触させるために、相互の摺動面が限られた領域となる結果、マニホールドに接続された上流側排気管２に捩り方向及び剪断方向の力が入力された場合においても、スティックスリップ等の発生確率が減少して、スティックスリップ等に起因する異常音を実質的に発生させることがなく、運転者に不快感を与えることがない上に、フランジ部材８の凸球面７１を環状シール体１６のトロイダル凹曲面７２で包むようになるために、フランジ部材８を軸方向の位置及び大きな揺動に関して拘束できて、フランジ部材８の先端部が過度に環状シール体１６に嵌入されることを防止できる上に、フランジ部材８が環状シール体１６から離反することを防止でき、而して、フランジ部材８の位置ずれを生じさせないようにし得ると共に、凸球面７１とトロイダル凹曲面７２との間の摺動面に隙間を生じさせないようにし得る。
【００３７】
更に、図２に示す排気管継手装置１においても、環状シール体１６がフランジ部材１１の円錐凹面１０に装着されているために、環状シール体１６と上流側排気管２の管端部６の外周面との間又は下流側排気管３の管端部９の外周面との間での摺動がなくなる結果、ここでのスティックスリップの発生がなく、而して、マニホールドに接続された上流側排気管２に捩り方向の力が入力された場合においても、スティックスリップ等に起因する異常音を発生させることがない上に、フランジ部材１１の環状平坦内面４１に環状シール体１６の環状平坦端面５３が当接しているために、弾性手段１７による環状シール体１６の軸方向の移動を確実に阻止でき、環状シール体１６の位置がフランジ部材１１に対して弾性手段１７による弾性力により軸方向にずれることがなくなる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、マニホールドに接続された排気管に捩り方向及び剪断方向の力が入力された場合においても、スティックスリップ等に起因する異常音を発生させることがなく、運転者に不快感を与えることがない上に、構成部材の位置ずれ及び摺動面間での隙間の生じない排気管継手装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の好ましい一例の縦断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の好ましい他の例の縦断面図である。
【符号の説明】
１ 排気管継手装置
２ 上流側排気管
３ 下流側排気管
４、５ 端面
６、９ 管端部
８、１１ フランジ部材
１０ 円錐凹面
１５ 凹球面
１６ 環状シール体
１７ 弾性手段

Claims (6)

1. 上流側排気管と下流側排気管とをそれぞれの端面で隙間を残して相対峙して配置し、上流側排気管と下流側排気管とのうちの一方の排気管の管端部に凹球面を有する環状シール体を設け、上流側排気管と下流側排気管とのうちの他方の排気管の管端部に、凹球面に摺動自在に接触すると共に、凹球面の曲率中心から一方の排気管方向側に所与の距離だけ離れた軸心上の位置を中心とする円であって軸方向に直交する面内に位置する円の上を曲率中心とし且つ凹球面の曲率半径Ｒに対して小さい曲率半径ｒのトロイダル凸曲面を設け、両排気管の管端部間に、トロイダル凸曲面を凹球面に弾性的に押圧する弾性押圧手段を設けてなり、一方の排気管の管端部には、円錐凹面と円錐凹面に連接すると共に軸方向に対して直交する面からなる環状平坦内面とが設けられており、環状シール体は、円錐外面と、軸方向に対して直交する面からなる環状平坦端面とを有しており、円錐外面及び環状平坦端面で円錐凹面及び環状平坦内面に接触して上流側排気管と下流側排気管とのうちの一方の排気管の管端部に設けられており、環状シール体は、主に膨張黒鉛を含んだ耐熱材と、この耐熱材が隙間に配されていると共に耐熱材と混在一体となった金網からなる補強材との圧縮成形物からなる排気管継手装置。
2. 環状シール体は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と金網からなる補強材との圧縮成形物からなる潤滑すべり層を有しており、凹球面は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と金網からなる補強材とが混在一体となっている潤滑すべり層の平滑な露出面からなる請求項１に記載の排気管継手装置。
3. トロイダル凸曲面は上流側排気管に、環状シール体は下流側排気管に夫々設けられている請求項１又は２に記載の排気管継手装置。
4. 上流側排気管と下流側排気管とをそれぞれの端面で隙間を残して相対峙して配置し、上流側排気管と下流側排気管とのうちの一方の排気管の管端部に凸球面を設け、上流側排気管と下流側排気管とのうちの他方の排気管の管端部に、凸球面に摺動自在に接触すると共に、凸球面の曲率中心から一方の排気管方向側に所与の距離だけ離れた軸心上の位置を中心とする円であって軸方向に直交する面内に位置する円の上を曲率中心とし且つ凸球面の曲率半径ｒに対して大きい曲率半径Ｒのトロイダル凹曲面を有する環状シール体を設け、両排気管の管端部間に、凸球面をトロイダル凹曲面に弾性的に押圧する弾性押圧手段を設けてなり、他方の排気管の管端部には、円錐凹面と円錐凹面に連接すると共に軸方向に対して直交する面からなる環状平坦内面とが設けられており、環状シール体は、円錐外面と、軸方向に対して直交する面からなる環状平坦端面とを有しており、円錐外面及び環状平坦端面で円錐凹面及び環状平坦内面に接触して上流側排気管と下流側排気管とのうちの他方の排気管の管端部に設けられており、環状シール体は、主に膨張黒鉛を含んだ耐熱材と、この耐熱材が隙間に配されていると共に耐熱材と混在一体となった金網からなる補強材との圧縮成形物からなる排気管継手装置。
5. 環状シール体は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と金網からなる補強材との圧縮成形物からなる潤滑すべり層を有しており、トロイダル凹曲面は、ポリテトラフルオロエチレン樹脂と金網からなる補強材とが混在一体となっている潤滑すべり層の平滑な露出面からなる請求項４に記載の排気管継手装置。
6. 凸球面は上流側排気管に、環状シール体は下流側排気管に夫々設けられている請求項４又は５に記載の排気管継手装置。

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