JP4692232B2 - 排気管構造 - Google Patents

Description

この発明は排気管構造に関し、より特定的には、車両の搭載される排気管構造に関するものである。

従来、排気管構造は、たとえば特開２００２−１６０５３６号公報（特許文献１）または実開昭６０−１２６１５号公報（特許文献２）に開示されている。
特開２００２−１６０５３６号公報 実開昭６０−１２６１５号公報

特許文献１では触媒部とマフラ部とを備えた上流排気管と排気管部下流に備えた下流排気管部を有する排気管構造において、上流排気管部の重心と排気管部を支持する３点の支持体の中心を一致させる構造が開示されている。特許文献２では、排気管構造体を支える３つの懸架部材で構成される三角形内に排気管構造体の重心を設ける構造が開示されている。

上記技術では最重量部である上流排気管部の振動は抑制されるものの、下流側の排気管部の振動を抑制することができないという問題があった。

そこで、この発明は上述のような問題点を解決するためになされたものであり、下流側の排気管部の振動を抑制することが可能な排気管構造を提供することを目的とする。

この発明の１つの局面に従った排気管構造は、マフラ部を有し、内燃機関の排気孔に接続される第一排気管部と、第一排気管部の下流側に接続される曲管の第二排気管部と、内燃機関と第一排気管部とを揺動自在に接続する第一揺動接続部と、第一排気管部と第二排気管部とを揺動自在に接続する第二揺動接続部と、第一排気管部をシャシに懸架する複数の第一懸架部材と、前記第二排気管部をシャシに懸架する第二および第三懸架部材とを備える。第一排気管部の重心と複数の第一懸架部材を結ぶ多角形の重心とがほぼ一致する。第二揺動接続部の設置位置から第二排気管部の重心を通過する延長線上に第二懸架部材が設けられる。延長線上にない第二排気管部の部位を第三懸架部材が懸架する。

このように構成された排気管構造では、第一排気管部は複数の第一懸架部材で懸架されており、第一および第二揺動接続部材には負荷がかからないような構成となっている。したがって、第二排気管部は第二揺動部材とその他第二および第三懸架部材で支持される。第二排気管部は排気管長を確保する必要性等により曲管形状となっているため所定以上の振動が加わると第二排気管部に回転力が加わるおそれがある。そこで上記構成を採用することにより、第二排気管部の振動を抑制するとともに、第三懸架部材が第二排気管部の回転を抑制することができる。

好ましくは、第二懸架部材が第二排気管部の最下流部位を懸架する。この場合、最下流部に第二懸架部材を備えることで振動をより抑制することができる。

より好ましくは、第三懸架部材は第二排気管部の重心から最もオフセットした部分を懸架する。この場合、第二排気管部の最もオフセットした位置に第三懸架部材を設けることで第二排気管部の回転を効果的に抑制することができる。

この発明の別の局面に従った排気管構造は、上流側排気管部と、上流側排気管部をシャシに懸架する第一懸架部材と、揺動部材により上流側排気管部に揺動自在に接続され、排気を大気に放出する排気孔が設けられた下流側排気管部と、揺動接続部の設置位置から第二排気管部の重心を通過する延長線上で第二排気管部をシャシに懸架する第二懸架部材と、延長線上にない第二排気管部の部位をシャシに懸架する第三懸架部材とを備える。

このように構成された排気管構造では延長線上にない第二排気管部の部位をシャシに懸架するため第二排気管部は揺動接続部ならびに第二および第三懸架部材により懸架され、第二排気管部の振動を抑えることができる。

好ましくは第二懸架部材が第二排気管部の最下流部位を懸架する。
より好ましくは第三懸架部材は第二排気管部の重心から最もオフセットした部分を懸架する。

この発明に従えば、下流側の排気管部の振動を抑制することが可能な排気管構造を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の実施の形態では同一または相当する部分については同一の参照番号を付し、その説明については繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態に従った排気管構造の平面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態に従った排気管構造１はマフラ部としてのメインマフラ１１０を有し、内燃機関１０の排気孔１１に接続される第一排気管部１００と、第一排気管部１００の下流側に接続される曲管の第二排気管部２００と、内燃機関１０と第一排気管部１００とを揺動自在に接続する第一揺動接続部としての第一ボールジョイント１０００と、第一排気管部１００と第二排気管部２００とを揺動自在に接続する第二揺動接続部としての第二ボールジョイント２０００と、第一排気管部１００をシャシに懸架する複数の第一懸架部材としての懸架部材１２１，１２２，１２３と、第二排気管部２００をシャシに懸架する第二懸架部材としての懸架部材１２５および第三懸架部材としての懸架部材１２４とを備える。第一排気管部１００の重心Ｇ１と複数の懸架部材１２１，１２２，１２３を結ぶ多角形の重心Ｃ１とが一致する。重心Ｇ１とＣ１はほぼ一致していればよい。第二ボールジョイント２０００の設置位置から第二排気管部２００の重心Ｇ２を通過する延長線２０１上に懸架部材１２５が設けられる。延長線２０１上にない第二排気管部２００の部位を懸架部材１２４が懸架する。

懸架部材１２５が第二排気管部２００の最下流部位を懸架する。
懸架部材１２４は第二排気管部２００の重心Ｇ２から最もオフセットした部分を懸架する。

排気管構造１は、上流側排気管部としての第一排気管部１００と、第一排気管部１００をシャシに懸架する第一懸架部材としての懸架部材１２１，１２２，１２３と、第二ボールジョイント２０００により第一排気管部１００に揺動自在に接続され、排気を大気に放出する排気孔３４が設けられた下流側排気管部としての第二排気管部２００と、第二ボールジョイント２０００の設置位置から第二排気管部２００の重心Ｇ２を通過する延長線２０１上で第二排気管部２００をシャシに懸架する懸架部材１２５と、延長線２０１上にない第二排気管部２００の部位をシャシに懸架する懸架部材１２４とを備える。

内燃機関１０はディーゼルエンジンまたはガソリンエンジンであり、燃料を燃焼させてその排気ガスを排気孔１１から放出する。内燃機関１０の形状としては、直列型、Ｖ型、水平対向型またはＷ型などのさまざまな形状を採用することができる。さらに、ピストンの本数も限定されるものではなく、複数のピストンを備えていてもよく、１本のピストンのみを備えていてもよい。

また、内燃機関１０としてはレシプロエンジンだけでなくロータリーエンジンも採用することが可能である。

排気孔１１にはエキゾーストマニホールド２１が接続されている。エキゾーストマニホールド２１は複数の排気孔１１からの排気を１つにまとめる案内管の役割を果たす。

第一排気管部１００がエキゾーストマニホールド２１に接続されて内燃機関１０の排気孔１１と接続されている。第一排気管部１００は複数の管部３１，３２と、管部３２に設けられた三元触媒１２０と、管部３２に設けられたメインマフラ１１０とを有する。第一排気管部１００は揺動自在な第一ボールジョイント１０００により接続されており、第一排気管部１００は内燃機関１０およびエキゾーストマニホールド２１に対して若干の角度だけ揺動することが可能である。第一ボールジョイント１０００は耐熱性フレキシブルチューブで置き換えることが可能であり、第一排気管部１００を内燃機関１０に対して揺動自在に接続していればよい。三元触媒１２０は内燃機関１０から排出される一酸化炭素、炭化水素および窒素酸化物を処理する触媒である。なお、内燃機関１０がディーゼルエンジンである場合には、ＮＳＲ（NOx Storage Reduction）触媒、ＤＰＮＲ（Diesel Particulate NOx Reduction）、ＤＰＲ（Diesel Particulate active Reduction-system）、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）または酸化触媒などで三元触媒１２０を置き換えてもよい。

メインマフラ１１０は内燃機関１０から放出される高温高圧の排気ガスの圧力を抑えて消音を図る部材である。なお、このメインマフラ１１０に代わってサブマフラを設けていてもよい。

また、第一排気管部１００から枝分かれするように別の排気管部が設けられて、排気ガスを２系統へ排出する構造とされてもよい。

第一排気管部１００は３つの懸架部材１２１，１２２，１２３によりシャシに懸架されている。なお、懸架部材の個数はこれに限られるものではなく、３つ以上の懸架部材を設けてもよい。第一排気管部１００の重心Ｇ１と、３つの懸架部材１２１，１２２，１２３を結ぶ多角形の重心Ｃ１とはほぼ一致している。

第二排気管部２００は第二ボールジョイント２０００により第一排気管部１００に接続されている。第二ボールジョイント２０００は第二排気管部２００を第一排気管部１００に対して揺動自在に保持する。第二排気管部２００は管部３３、サブマフラ１３０を有する。管部３３は最も曲げが大きい曲げ部３３０を有する。管部３３の端部は、排気を空気へ放出するための排気孔３４である。サブマフラ１３０に代えてこの部分にメインマフラを設けてもよい。第二ボールジョイント２０００以下の第二排気管部２００が２系統に分かれていてもよい。第二排気管部２００は懸架部材１２４，１２５によりシャシに懸架されている。第二ボールジョイント２０００と懸架部材１２５を通る延長線２０１上に第二排気管部２００の重心Ｇ２が位置している。延長線２０１から最も離れた位置、すなわち延長線２０１からの距離ｄが最も大きい位置に懸架部材１２４が設けられている。

この実施の形態では、第一および第二ボールジョイント１０００，２０００間をサポートとしての懸架部材１２１，１２２，１２３で完全バランス化し、第二ボールジョイント２０００以降を懸架部材１２５で懸架している。テールパイプとしての第二排気管部２００の回転止めとして懸架部材１２４を設定している。懸架部材１２５は第二排気管部２００の最も後ろ部分を懸架しているがこれに限られるものではなく、サブマフラ１３０の上流側を懸架部材１２５が懸架していてもよい。さらに、延長線２０１から最も離れた位置を懸架部材１２４が懸架しているが、これに限られるものではなく、延長線２０１から離れた位置であれば第二排気管部２００のどの部分を懸架部材１２４が懸架していてもよい。

排気管を第一および第二ボールジョイント１０００，２０００で接続することにより振動を遮断している。第一ボールジョイント１０００，第二ボールジョイント２０００間に三元触媒１２０およびメインマフラ１１０を搭載しており、第二ボールジョイント２０００以降はパイプとなる構成を採用している。第一ボールジョイント１０００，第二ボールジョイント２０００間を３点以上で支持することにより前後のボールジョイントに荷重がかからないように設定している。さらに、第二ボールジョイント２０００以降の第二排気管部２００を、第二ボールジョイント２０００と、第二排気管部２００の重心Ｇ２とを結ぶ延長線２０１の重心以降に懸架部材１２５を設定している。上記の延長線２０１より最もオフセットした部位に回転止め用の懸架部材１２４を設定している。

図２は、図１中の第一ボールジョイント１０００の一部断面を含む側面図である。図２を参照して、第一ボールジョイント１０００は球面１０３１を有するフランジ１０３０と、ガスケットのシール部を保持するボルト１０１０とスプリング１０２０とで構成されている。このような第一ボールジョイント１０００を採用することによりフレキシブルパイプに比べてコンパクト化を図るとともに、振動に対して最適地に搭載することができる。エキゾーストマニホールド２１側にはフランジ１０５０が設けられ、エキゾーストマニホールド２１側のガスケット１０６０がフランジ１０３０の球面１０３１に接触している。エキゾーストマニホールド２１および管部３１内を矢印１１００で示す方向に排気ガスが流れる。

図３は、図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見た第一ボールジョイントの一部断面を含む側面図である。図３を参照して、管部３１に対してエキゾーストマニホールド２１は角度θだけ揺動することが可能である。エキゾーストマニホールド２１が揺動すればガスケット１０６０が球面１０３１に接触した状態で移動する。すなわち内燃機関からの振動および排気管の共振振動を第一ボールジョイント１０００（フランジ１０３０とガスケット１０６０の球面部）で吸収することにより、振動および騒音の低減を図ることが可能となっている。

図４は、この発明の実施の形態に従った排気管構造が搭載される車両の平面図、図５は図４中の矢印Ｖで示す方向から見た車両の側面図である。図４および図５を参照して、車両はシャシ５０を有し、シャシ５０に前輪５１および後輪５２が回転自在に保持されている。シャシ５０には懸架部材１２１，１２２，１２３，１２４および１２５が取付けられており、懸架部材１２１，１２２，１２３，１２４，１２５が第一排気管部１００および第二排気管部２００を保持している。第一排気管部１００および第二排気管部２００はシャシ５０の中心線５３に対して進行方向に向かって右側にオフセット配置されているがこれに限られるものではなく、左右のいずれにオフセット配置されていてもよい。第一排気管部１００および第二排気管部２００はシャシの下側に配置される。Ｖ型エンジンまたは水平対向型のエンジンを搭載する場合には管部３１が縦に分かれることとなり、２系統の排気が第一ボールジョイント１０００を介して管部３１へ集められることとなる。

このように構成された排気管構造では、通常は第二ボールジョイント２０００以降の第二排気管部２００を懸架部材１２５で懸架している。入力が一定値を超え、第一排気管部１００および第二排気管部２００が大きく動く、または回転する条件時には、懸架部材１２４が働き動きを抑制する。

通常は懸架部材１２４では第二排気管部２００の荷重を分担していないか、またはわずかに分担しているので、懸架部材１２４のブラケットの剛性を上げなくとも振動の伝達に影響がなく形状を簡素化でき、コストおよび質量を低減することができる。

また、振動の伝達に影響がないため、サポート後も硬くでき、動きをより抑制することができる。

また通常はテールパイプである第二排気管部２００を懸架部材１２５で保持しているため、排気管の振動伝達は４つの懸架部材１２１から１２４によってなされるため、こもり音を低減することが可能となる。

一定値を超える入力があった場合には懸架部材１２４が働き動きを抑制する。こもり音がないために、懸架部材１２４のブラケット部の剛性を上げる必要がなく、コストおよび質量を低下させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明の実施の形態に従った排気管構造の平面図である。 図１中の第一ボールジョイント１０００の一部断面を含む側面図である。 図２中の矢印ＩＩＩで示す方向から見た第一ボールジョイントの一部断面を含む側面図である。 この発明の実施の形態に従った排気管構造が搭載される車両の平面図である。 図４中の矢印Ｖで示す方向から見た車両の側面図である。

符号の説明

１ 排気管構造、１０ 内燃機関、１１ 排気孔、２１ エキゾーストマニホールド、３１，３２，３３ 管部、１００ 第一排気管部、１１０ メインマフラ、１２０ 触媒部、１２１，１２２，１２３，１２４，１２５ 懸架部材、１３０ サブマフラ、１０００ 第一ボールジョイント、１０６０ ガスケット、２０００ 第二ボールジョイント。

Claims (6)

1. マフラ部を有し、内燃機関の排気孔に接続される第一排気管部と、
   前記第一排気管部の下流側に接続される曲管の第二排気管部と、
   前記内燃機関と前記第一排気管部とを揺動自在に接続する第一揺動接続部と、
   前記第一排気管部と前記第二排気管部とを揺動自在に接続する第二揺動接続部と、
   前記第一排気管部をシャシに懸架する複数の第一懸架部材と、
   前記第二排気管部をシャシに懸架する第二および第三懸架部材とを備え、
   前記第一排気管部の重心と前記複数の第一懸架部材を結ぶ多角形の重心とがほぼ一致し、
   前記第二揺動接続部の設置位置から前記第二排気管部の重心を通過する延長線上に前記第二懸架部材が設けられ、前記延長線上にない前記第二排気管部の部位を前記第三懸架部材が懸架する、排気管構造。
2. 前記第二懸架部材が前記第二排気管部の最下流部位を懸架する、請求項１に記載の排気管構造。
3. 前記第三懸架部材は前記第二排気管部の重心から最もオフセットした部分を懸架する、請求項１または２に記載の排気管構造。
4. 上流側排気管部と、
   前記上流側排気管部をシャシに懸架する第一懸架部材と、
   揺動接続部により前記上流側排気管部に揺動自在に接続され、排気を大気に放出する排気孔が設けられた下流側排気管部と、
   前記揺動接続部の設置位置から前記第二排気管部の重心を通過する延長線上で前記第二排気管部をシャシに懸架する第二懸架部材と、
   前記延長線上にない第二排気管部の部位をシャシに懸架する第三懸架部材とを備えた、排気管構造。
5. 前記第二懸架部材が前記第二排気管部の最下流部位を懸架する、請求項４に記載の排気管構造。
6. 前記第三懸架部材は前記第二排気管部の重心から最もオフセットした部分を懸架する、請求項４または５に記載の排気管構造。

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