JP4814353B2 - 内燃機関のための排ガス装置 - Google Patents

Description

本発明は、エグゾーストマニホールドと、内燃機関に取り付けられた少なくとも１つの消音器とを備え、エグゾーストマニホールドと消音器との間に排ガス触媒が配置された、内燃機関、特に車両のリア領域に配置される内燃機関のための排ガス装置に関する。

米国特許第４５９６３０４号明細書から、車両のリア領域に配置された内燃機関のための排ガス装置が公知である。排ガス装置は、エグゾーストマニホールドと触媒と消音器とを備えている。さらに排ガス装置は、３つの保持装置によって、車両の車体に直接取り付けられている。エグゾーストマニホールドは、内燃機関と結合されている。消音器に対する排ガス触媒の相対運動を抑制するために、排ガス触媒に設けられた結合フランジと消音器との間に取付エレメントが設けられている。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０３４２６１号明細書には、２つの排ガス経路を有する内燃機関のための排ガス装置が開示されており、ここでは消音器は、堅固な保持体を介して内燃機関と結合されている。駆動アセンブリを振動技術的に調和させるために、ペンドラムサポート（Pendelstuetze）が設けられており、ペンドラムサポートは、支持部を備えており、支持部と触媒容器とが結合されている。

米国特許第４５９６３０４号明細書 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２００５０３４２６１号明細書

公知の排ガス装置における欠点によれば、車体にも内燃機関にも、排ガス装置の直接的で堅固な結合部が存在する。このことは内燃機関および車体への排ガス装置振動の集中的で不都合な伝達をもたらす。これにより排ガス装置の固有共振での運動が増幅され、したがって排ガス装置の振動によって、シリンダヘッドフランジにおける個々のマニホールド管の溶接結合部に負荷が加えられる。

したがって本発明の課題は、冒頭で述べたような内燃機関のための排ガス装置を改良して、特定の排ガス装置部分の溶接結合部における負荷を低減するために、車体への排ガス装置の振動伝達を低減させる内燃機関のための排ガス装置を提供することである。

この課題を解決するための本発明に係る内燃機関のための排ガス装置によれば、エグゾーストマニホールドを備え、内燃機関に取り付けられた少なくとも１つの消音器を備え、前記エグゾーストマニホールドと消音器との間に排ガス触媒の配置された、内燃機関、特に車両のリア領域に配置された内燃機関のための排ガス装置において、排ガス装置の振動を低減させるために、前記消音器に少なくとも１つの減衰装置が設けられている。

有利には、前記排ガス触媒は、前記エグゾーストマニホールドの内側で、特に該エグゾーストマニホールドの集合管に収容されている。

有利には、前記排ガス触媒と前記消音器との間の区分に支持装置が設けられており、該支持装置によって、前記エグゾーストマニホールドは、前記消音器と結合されるようになっている。

有利には、前記支持装置は、第１の減衰装置を備えている。

有利には、前記支持装置は、支持板、管、成形ロッド、成形板または鋳造成形体として形成されている。

有利には、前記第１の減衰装置は、前記支持装置の、前記消音器結合された端部区分に配置されている。

有利には、前記消音器は、保持体を介して前記内燃機関に取り付けられている。

有利には、前記消音器は、第２の減衰装置を介して前記保持体と結合されている。

有利には、前記保持体は、少なくとも１つの上位アームと１つの下位アームとを備えている。

有利には、前記保持体は、前記上位アームが引張支柱および圧縮支柱として働くように形成されている。

有利には、前記保持体は、前記下位アームが支持体として働くように形成されている。

有利には、前記エグゾーストマニホールドは、複数の排ガス管を備えており、該排ガス管は、前記集合管に通じており、少なくとも１本の前記排ガス管と前記集合管との間に結合装置が設けられている。

有利には、前記集合管は、前記結合装置に配置された減衰エレメントを介して、１本の前記排ガス管と結合されている。

有利には、前記消音器は、後消音器として形成されており、当該排ガス装置は、前消音器として形成された別の消音器を備えている。

有利には、前記消音器は、前記内燃機関に取り付けられている。

本発明によれば、消音器に、複数の減衰装置もしくは種々異なる態様で形成された減衰装置が配置される。これによって排ガス装置の振動運動の所望の減衰および大幅な低減がもたらされ、特に本発明によれば、排ガス触媒が有利にはエグゾーストマニホールドに組み込まれるか、もしくは収容されている場合にもたらされる。

本発明の有利な形態では、エグゾーストマニホールドは、複数の排ガス管もしくはエグゾーストマニホールド管を備えており、排ガス管もしくはエグゾーストマニホールド管は、内燃機関に直接取り付けられたシリンダヘッドフランジと結合されている。排ガス管は、排ガス触媒の収容された共通の管区分もしくは集合管に通じている。有利には、共通の管区分もしくは触媒容器は、エグゾーストマニホールドに組み込まれるか、もしくはエグゾーストマニホールドと一体的に形成されている。そのような配置構造によって、排ガス装置のコンパクトな構造が実現され、高温の排ガス側への排ガス触媒の変位が実現される。したがって排ガス触媒の加熱段階が加速される。したがって特に内燃機関の暖機段階中に最適化された排ガス後処理が行われる。

本発明の１形態では、排ガス装置の振動をさらに低減させるために、排ガス触媒もしくはエグゾーストマニホールドと消音器との区分に支持装置が設けられており、有利には、減衰装置は、支持装置に組み込まれている。したがってエグゾーストマニホールドもしくはエグゾーストマニホールドの下流側の区分と、消音器とは、振動減衰された取付装置もしくは支持装置によって相互結合されている。エグゾーストマニホールドと消音器との間に本発明による支持装置を配置したことによって、有利には後消音器として形成された消音器の、内燃機関に結合された質量は補償される。この場合特に減衰装置は、支持装置の、消音器に向いた部分に配置されている。消音器に減衰装置を有利に配置したことによって、必要な補償振動が調節されるので、比較的高い減衰機能が得られる。したがって排ガス装置の個々の構成要素の溶接結合部における負荷は低減させられる。

本発明の１形態によれば、支持装置は、支持板として形成されている。選択的に、支持装置は、成形板または鋳造成形体もしくは管または成形ロッドとして形成してもよい。支持装置の態様により、必要な減衰機能の調節が実現される。したがって支持装置の態様もしくは構成は、排ガス装置の質量ならびに排ガス管の全長に応じて変化させることができるので、連結された排ガス装置の質量の最適な補償作用が得られる。

エグゾーストマニホールドと消音器もしくは後消音器との間に設けられた、本発明による支持装置によって、エグゾーストマニホールドおよび／または消音器の固有共振での運動は大幅に低減させられ、シリンダヘッドフランジにおける個々のエグゾーストマニホールド管の溶接結合部の不都合な負荷は回避される。したがって排ガス装置、特にエグゾーストマニホールドの耐久性が確保される。

本発明の別の形態によれば、消音器もしくは後消音器は、保持体を介して内燃機関に取り付けられている。有利には、消音器は、第２の減衰装置を介して保持体と結合されている。これによって消音器の、内燃機関に連結された質量の追加的な補償が得られる。特に有利には、保持装置は、少なくとも１つの上位アームと下位アームとを備えて形成されており、この場合上位アームは引張支柱および圧縮支柱として作用し、かつ／または下位アームは支持体として働く。これによって特にシリンダヘッドフランジにおける個々のエグゾーストマニホールド管の溶接結合部に掛かる負荷を低減させることができる。

特に有利な形態によれば、少なくとも１つの排ガス管と、排ガス触媒の組み込まれた共通の管区分との間に、結合装置に配置された減衰エレメントが設けられている。有利には、結合装置は、排ガス管の、エグゾーストマニホールドのシリンダフランジの直ぐ傍に位置する区分に取り付けられている。選択的に、１本のエグゾーストマニホールド管またはシリンダヘッドフランジに配置されたエグゾーストマニホールド区分と、共通の管区分との間に結合装置が設けられている。この場合排ガス管における結合箇所と共通の管区分における結合箇所との間に極めて僅かな間隔が存在する。本発明によれば、結合装置は、エグゾーストマニホールドの固有共振での運動を低減させるよう働き、有利には、減衰エレメントの態様によって、車両全体の振動特性に対する排ガス装置全体の総振動特性の調和が得られる。

本発明の別の構成によれば、排ガス装置は、前消音器として形成された第２の消音器を備えている。有利には、支持装置は、排ガス装置の、エグゾーストマニホールドと前消音器との間の区分に配置されている。この場合支持装置は、エグゾーストマニホールドと前消音器との間の結合箇所に取り付けられている。本発明による支持装置の配置構造によって、車両の振動特性に対する排ガス装置の総振動特性が調和可能である。したがって車体に対する排ガス装置振動の影響は最小化される。

本発明に共通する思想によれば、内燃機関の排ガス経路のために複数の減衰ユニットが設けられており、少なくとも２つの減衰ユニットは、内燃機関と結合された消音器もしくは後消音器に配置されており、この場合少なくとも１つの別の減衰ユニットがエグゾーストマニホールドの内側に配置されている。

もちろん前述の特徴および後述の特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、記述した組み合わせだけでなく別の組み合わせまたは単独で用いてもよい。

別の特徴および特徴の組み合わせは、本発明の有利な形態を示した図面から明らかである。

ボクサー型の内燃機関を示す斜視図である。 図１に示した内燃機関のための排ガス装置を示す斜視図である。 図２に示した排ガス装置のエグゾーストマニホールドを示す斜視図である。 図２に示した排ガス装置のエグゾーストマニホールドを別の角度から示す斜視図である。 図２に示した排ガス装置のための保持体を示す斜視図である。 図５に示した保持体を別の角度から示す斜視図である。 図１に示した内燃機関を下方から示す図である。 図１に示した内燃機関を上方から示す図である。 図１に示した内燃機関を側方から示す図である。

次に本発明の実施の形態を、図面を用いて詳しく説明する。

図１に示した内燃機関２は、ボクサー型の内燃機関として形成されている。内燃機関２は、有利には、図示していない車両のリア領域に配置されている。したがって内燃機関２の配置は、車両のリア領域において、図示していない車軸の付近または前後に行うことができる。６気筒ボクサー型エンジンの、図１に示した内燃機関２は、制限されるものではないが、水平に配置された２列のシリンダバンクを有する２つのクランクハウジング半部７から形成されている。両クランクハウジング半部７の左右もしくは両クランクハウジング半部７の側方に、シリンダヘッド３がそれぞれ配置されており、シリンダヘッド３は、図示していない排ガス排出開口を備えている。本発明に係る排ガス装置は、車両のリア領域のみならずフロント領域に設けられた内燃機関に適合していて、また特に車両のリア領域に配置される場合には、Ｖ型エンジンおよび直列型エンジンにも適している。

各シリンダヘッド３に、シリンダヘッドフランジ２５を備えたエグゾーストマニホールド４が設けられており、エグゾーストマニホールド４を通って、内燃機関の排ガスは外方へ導出される。したがって排ガス装置１は、２つの排ガス経路を有しているので、各排ガス経路は、１シリンダバンク列と結合されている。各排ガス経路は、エグゾーストマニホールド４と、前消音器６として形成された第１の消音器と、後消音器５として形成された第２の消音器とから成っており、前消音器６は、共通のハウジングにまとめられていて、内燃機関２の後方に配置されている。

図３に示したように、エグゾーストマニホールド４は、本発明では、シリンダヘッドフランジ２５と、複数のエグゾーストマニホールド管もしくは排ガス管９と、これらの共通の管区分／集合管と、触媒容器１０とを備えており、シリンダヘッドフランジ２５は、内燃機関２の、図示していない排ガス排出開口付近でシリンダヘッド３に取り付けられている。ここでは排ガス管９は、集合管および触媒容器１０に通じており、触媒容器１０内には、図示していない排ガス触媒が収容されるか、もしくは配置されている。

前消音器６と触媒容器１０との間に結合フランジ１１が設けられており、結合フランジ１１と中間管２０とが結合されており、中間管２０は、前消音器６に向かって延びている。図２に示した前消音器６は、両排ガス装置半部のための前消音器として機能し、有利には図示していない仕切壁を有しており、仕切壁は、両シリンダバンク列の排ガス混合を防止する。本発明の別の思想によれば、仕切壁は、排ガス通過式に形成してもよく、前消音器において個々の排ガス経路の排ガス流が混合される。各排ガス質量体の流れ方向は、図７および図８において矢印Ａで示した。有利には内燃機関２は、車両のリア領域において図示していない車軸の後方に配置されており、ここでは走行方向は矢印Ｆで示した。後消音器５は、内燃機関２の側方に配置されていて、スライドスリーブを介して前消音器６とそれぞれ結合されている。

有利には、後消音器５に、固有共振での排ガス装置の振動を低減させるために、複数の、有利には２つの減衰装置１６，１７が設けられており、この場合第１の減衰装置１６は、支持装置８と結合されている。支持装置８は、有利には支持板１５として形成されており、支持板１５によって、エグゾーストマニホールド４は、後消音器５に支持されている。

選択的に、支持装置８は、成形板または鋳造成形部材として、もしくは管または成形ロッドとして形成してもよい。支持装置８の態様に応じて、必要な減衰機能の調節が実現される。したがって支持装置８の態様もしくは構成は、排ガス装置１の質量ならびに排ガス管の全長に応じて変化させることができる。これによって固有共振での排ガス装置の運動を大幅に抑制することができる。このような振動抑制は、結合された後消音器５の質量が補償されることに起因する。

結合された消音器の質量の別の補償は、第２の減衰装置１７を介して得られ、第２の減衰装置１７を介して、後消音器５は、保持体１２と結合されている。ここでは保持体１２は、内燃機関２に後消音器５を取り付けるよう働く。この場合保持体１２は、図５および図６に示したように、２つの上位アーム１３と１つの下位アーム１４とを備えている。有利には、両上位アーム１３は、屈曲された一体的な管から形成されている。保持体１２の上位領域で、両上位アーム１３は結合フランジ２１と結合されており、結合フランジ２１は、内燃機関２の適切な箇所に、特にシリンダヘッド３に取り付けられている。これに対して下位アーム１４は、別の結合フランジ２２と結合されており、別の結合フランジ２２もまたシリンダヘッド３に取り付けられている。有利には、上位アーム１３と下位アーム１４とは、１つの管から一体的に形成されている。さらに保持体１２は、Ｕ字形の保持区分２３を有しており、保持区分２３に、第２の減衰装置１７が収容されている。Ｕ字形の保持区分２３で、両上位アーム１３と下位アーム１４とは、固定板２４によってねじ止めされている。

図３に示したように、１本の排ガス管９に結合装置１８が設けられており、結合装置１８によって、エグゾーストマニホールド４の触媒容器１０は排ガス管９とそれぞれ結合されている。排ガス装置の固有共振をさらに減衰するために、触媒容器１０は、減衰エレメント１９を介して結合装置１８と結合されている。詳細には図示していない減衰エレメント１９は、有利にはスリーブ内に収容された網体から成っている。選択的に、あらゆる種類の減衰装置を用いてもよい。

したがって排ガス装置１の各排ガス経路は、複数、ここでは３つの減衰ユニットもしくは減衰装置１６，１７，１９を備えており、減衰ユニットもしくは減衰装置１６，１７，１９によって、排ガス装置の総振動特性が最適化され、車両の振動特性に調和される。ここでは少なくとも２つの減衰ユニットが、消音器もしくは内燃機関と結合された後消音器５に配置されている。さらに少なくとも１つの別の減衰ユニットが、エグゾーストマニホールド４の内側に配置されている。エグゾーストマニホールド４は、その構造に基づいて、つまりエグゾーストマニホールド４の内側に排ガス触媒を組み込んだ構造によって、比較的高い質量を有していて、かつ前消音器の配置構造によって比較的長い個々の管を有している。したがって３つの消音ユニットはまとめられ、これによってシリンダヘッドフランジ２５における個々の排ガス管９の溶接結合部が比較的僅かにしか負荷を与えられていない。特に支持装置８によって、エグゾーストマニホールド４および／または後消音器５の固有共振での運動は大幅に抑制される。

減衰装置１６，１７および／または減衰エレメント１９に関して、個別的に、または組み合わせて、排ガス装置１における必要な補償共振および特定の減衰機能が調節される。同様に振動特性は、支持板１５の態様に基づいて調和可能である。詳細には図示していない減衰装置１６，１７ならびに減衰エレメント１９は、有利にはスリーブの内側に収容された網体から成っている。選択的に、あらゆる種類の減衰装置を用いてもよく、この場合減衰装置１６，１７および減衰エレメント１９は、減衰特性または寸法設定に関して様々に構成することができる。

２ 内燃機関、 ３ シリンダヘッド、 ４ エグゾーストマニホールド、 ５ 後消音器、 ６ 前消音器、 ７ クランクハウジング半部、 ８ 支持装置、 ９ 排ガス管、 １０ 触媒容器、 １１ 結合フランジ、 １２ 保持体、 １３ 上位アーム、 １４ 下位アーム、 １５ 支持板、 １６，１７ 減衰装置、 １８ 結合装置、 １９ 減衰エレメント、 ２０ 中間管、 ２１，２２ 結合フランジ、 ２３ 保持区分、 ２４ 固定板、 ２５ シリンダヘッドフランジ

Claims (15)

1. エグゾーストマニホールド（４）と、内燃機関（２）に取り付けられた少なくとも１つの消音器（５）とを備え、前記エグゾーストマニホールド（４）と消音器（５）との間に排ガス触媒の配置された、内燃機関（２）、特に車両のリア領域に配置された内燃機関のための排ガス装置（１）において、
   排ガス装置の振動を低減させるために、前記消音器（５）に複数の減衰装置（１６，１７）が設けられており、第１の減衰装置（１６）を介して、該消音器（５）に、エグゾーストマニホールド（４）が支持されており、第２の減衰装置（１７）を介して、消音器（５）が、内燃機関（２）のシリンダヘッド（３）に支持されていることを特徴とする、内燃機関のための排ガス装置。
2. 前記排ガス触媒は、前記エグゾーストマニホールド（４）の内側で、特に該エグゾーストマニホールド（４）の集合管（１０）に収容されている、請求項１記載の排ガス装置。
3. 前記排ガス触媒と前記消音器（５）との間の区分に支持装置（８）が設けられており、該支持装置（８）によって、前記エグゾーストマニホールド（４）は、前記消音器（５）と結合されるようになっている、請求項１または２記載の排ガス装置。
4. 前記支持装置（８）は、第１の減衰装置（１６）を備えている、請求項３記載の排ガス装置。
5. 前記支持装置（８）は、支持板（１５）、管、成形ロッド、成形板または鋳造成形体として形成されている、請求項３または４記載の排ガス装置。
6. 前記第１の減衰装置（１６）は、前記支持装置（８）の、前記消音器（５）と結合された端部区分に配置されている、請求項５記載の排ガス装置。
7. 前記消音器（５）は、保持体（１２）を介して前記内燃機関（２）に取り付けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の排ガス装置。
8. 前記消音器（５）は、第２の減衰装置（１７）を介して前記保持体（１２）と結合されている、請求項７記載の排ガス装置。
9. 前記保持体（１２）は、少なくとも１つの上位アーム（１３）と１つの下位アーム（１４）とを備えている、請求項７または８記載の排ガス装置。
10. 前記保持体（１２）は、前記上位アーム（１３）が引張支柱および圧縮支柱として働くように形成されている、請求項９記載の排ガス装置。
11. 前記保持体（１２）は、前記下位アーム（１４）が支持体として働くように形成されている、請求項９または１０記載の排ガス装置。
12. 前記エグゾーストマニホールド（４）は、複数の排ガス管（９）を備えており、該排ガス管（９）は、前記集合管（１０）に通じており、少なくとも１本の前記排ガス管（９）と前記集合管（１０）との間に結合装置（１８）が設けられている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の排ガス装置。
13. 前記集合管（１０）は、前記結合装置（１８）に配置された減衰エレメント（１９）を介して、１本の前記排ガス管（９）と結合されている、請求項１２記載の排ガス装置。
14. 前記消音器（５）は、後消音器として形成されており、当該排ガス装置は、前消音器（６）として形成された別の消音器を備えている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の排ガス装置。
15. 前記前消音器（６）は、前記内燃機関（２）に取り付けられている、請求項１４記載の排ガス装置。

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