JP5018281B2 - 車両用排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンで発生した排気ガスを誘導して排出するための車両用排気装置に関する。

車両用排気装置としては、例えば特許文献１に記載される構造がある。その構造は、エンジンＥのシリンダに連通するエキゾーストマニホールドＭｅの下流側端部と、触媒Ｃａとの間を、球面継手Ｊｂ、第１の排気管１、及びフレキシブルチューブＴｆを介して接続する構造となっている。なお、フレキシブルチューブＴｆは車体に支持されている。
特許第３７５９４６８号公報（図１）

入力変位に対し発生する反力について考えると、球面継手は、入力変位が大きいときには反力が小さく球面部が滑らかに変位する傾向にあるが、入力変位が小さいときは反力が大きく球面部が相対的に変位し難いという傾向がある。
このため、エンジン振動の振幅が小さい状況においては、球面継手での振動吸収効果が弱く、上記エンジン振動が触媒Ｃａ以降の排気系に伝達される傾向にある。触媒Ｃａ以降の排気系に伝達された振動は、当該触媒Ｃａ以降の排気系を車体側部材に支持するブラケットを介して、当該車体側部材に伝達される。この車体側部材に伝達された振動は、乗員に対し、振動・騒音として認知される場合がある。

そして、上記従来技術では、フレキシブルチューブＴｆが車体に支持されていることから、上記従来技術の球面継手では入力変位が小さくなる傾向にある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、エンジン振動の振幅が小さい状況において、エンジン振動の車体側部材への伝達を低減可能な車両用排気装置を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、エンジン側から下流側に向けて、エンジンに連通する第１排気管、車体側部材に非支持状態の第２排気管、及び車体側部材に支持される第３排気管、の順に配置すると共に、第１排気管及び第２排気管、第２排気管及び第３排気管をそれぞれ個別の球面継手で接続し、且つ、上記第１排気管の下流側に対し、触媒からなる質量体を取り付ける。また、上記第１球面継手における球面部の球面凸部側を第２排気管側に向けて配置すると共に上記第２球面継手における球面部の球面凸部側を第２排気管側に向けて配置する。また、上記第３排気管に連通する後方排気経路に対し直列に２個のマフラを備える。

本発明によれば、エンジン振動の振幅が小さい状況であっても、質量体の存在によって、第１排気管の下流側の変位量は大きくなる。これによって、第１排気管と第２排気管を接続する球面継手への入力変位が大きくなる。このため、その分、上記球面継手が発生する反力を小さくすることができる結果、球面継手を介した振動伝達が低減する。すなわち、エンジン振動が、車体連結部材に伝達されにくくなり、車室内で乗員が認知する騒音・振動を低減することができる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
（構成）
図１に示すように、エンジン１にエキゾーストマニホールドの上流側端部が連結して、当該エンジン１のシリンダとエキゾーストマニホールドが連通している。そのエキゾーストマニホールドが第１排気管２を構成する。もしくはそのエキゾーストの下流側端部に、第１排気管２の上流側端部が接続される。その第１排気管２の下流側端部には、第１触媒３の上流側端部が連結されている。その第１触媒３の下流側端部は、第１球面継手４を介して第２排気管５に接続されている。これよって第１排気管２と第２排気管５とは、第１球面継手４を介して揺動可能に接続される。

また、第２排気管５の下流側端部には、第２触媒６の上流側端部が連結し、その第２触媒６の下流側端部は、第２球面継手７を介して第３排気管８に接続されている。これよって第２排気管５と第３排気管８とは、第１球面継手４を介して揺動可能に接続される。
上記第３排気管８の下流側端部は、後方排気経路９に連結して排気ガスを車両後方に誘導し外部に排気可能となっている。その後方排気経路９の途中には、センタマフラ１０及びリアマフラ１１が介装される。

上記排気経路を構成する排気管のうち、第３排気管８は、取付けブラケット１３によって車体側部材１２に弾性支持されている。
また、第２排気管５は、車体側部材１２に取り付けられることなく、車体側部材１２から自由な状態となっている。すなわち、第２排気管５は、第１排気管２及び第３排気管８にだけ支持され、その第１排気管２及び第３排気管８の揺動に応じて揺動可能な状態となっている。

ここで、上記第１及び第２球面継手４、７は、中央部に排気ガスが通過する開口を有して球面部を構成する球面座と球面受けとが球面接触することで構成され、その球面座と球面受けとが相対変位することで、連結する２つの配管の相対的な揺動を許容する。
ここで、第１触媒３は、質量体及び第１処理装置を構成する。第２触媒６は、第２質量体及び第２処理装置を構成する。
また、上記質量体を構成する第１触媒３、第２排気管５と第３排気管８とを接続する第２球面継手７、及び第２排気管５を車体側部材１２に対し非支持状態とする構成が、振動変位量増大手段を構成する。

（球面継手の特性について）
図２に、球面継手４、７の特性を表す概念図を示す。図２中、横軸は揺動角度を示し、縦軸は入力変位を示し、中心はＯ点を示す。また、図３に、図２に対応する、球面継手の揺動の対応位置を示す。なお、図３では、第１球面継手４を例示して図示する。
揺動して、Ｏ点の示す入力変位０の状態からａの状態までは、入力変位の増加にも関わらず、揺動角度の変位は微小である。このため、入力変位が小さい場合には、スティックスリップしながら球面接触する球面座と球面受けが摺動することで、バネ定数が高い状態となっている。さらに入力変位量が大きくなって、ａ状態からｂ状態までは、入力変位の増加に対し揺動角度の変化がおおきく、比較的に滑らかなスリップ状態であることが分かる。

同様に、ｂ状態からｃ状態、ｄ状態からｅ状態まではスティックスリップ状態であり、ｃ状態からｄ状態、ｅ状態からｂ状態までは比較的に滑らかなスリップ状態である。
以上から、球面継手４，７は、入力変位が小さい状態では、スティック状態での摺動となり、球面継手の振動吸収効果を引き出しにくいことがわかる。また、球面継手は、入力変位が大きい状態では、比較的に滑らかなスリップ状態となり、球面継手の振動吸収効果を引き出せることがわかる。

（作用効果）
（１）エンジン１に固定される第１排気管２の下流側端部に、質量が大きい第１触媒３を取り付けている。このため、エンジン１の振動により第１排気管２および第１触媒３が加振されたときに、第１排気管２の下流側端部（第１触媒３の位置）の変位量は大きくなる。また、第１排気管２の下流側端部は、第１球面継手４を介して、車体側部材１２に支持されずに自由状態となっている第２排気管５に接続されている。このため、該第２排気管５は、上記第１排気管２の下流側端部の変位量の増大を妨げる力が弱い、つまり、上記第１排気管２の下流側端部の変位量の増大を確保しやすくなっている。さらに、第２排気管５の下流側端部が第２球面継手７を介して第３排気管８に接続されていることから、より上記第１排気管２の下流側端部の変位することが防止される。

以上のことから、エンジン１の振動が排気管に伝達されたときに、伝達された振動によって、第１排気管２の下流側端部に取り付けられた第１触媒３での変位が大きくなる。このため、第２排気管５との連結部である第１球面継手４への入力変位が大きくなる。よって、第１球面継手４が発生する反力を小さくすることができて、球面継手の振動吸収効果を引き出すことが出来る。
その結果、エンジン１の振動が、第３排気管８以降の車体側部材１２に支持されている部分に伝達されにくい。つまり車体連結部材に伝達されにくくなり、車室内で乗員が認知する騒音・振動を低減することができる。
ここで、第２排気管５は車体側部材１２に支持されていないので、第２排気管５から車体側部材１２に振動が直接伝達されることが防止されている。

（２）また、第２排気管５に質量が大きい第２触媒６が固定しているため、第２排気管５および第２触媒６の慣性質量が大きくなる。したがって、エンジン１の振動が排気管に伝達されたときに、第１排気管２の第１触媒３位置での変位が大きくなることに対して、第２触媒６の位置での変位は小さくなる。このことは、第１排気管２と第２排気管５とを接続する第１球面継手４への入力変位を相対的に大きくすることに繋がる。この結果、第１球面継手４が発生する反力をより小さくすることができて、第１球面継手４の効果を引き出すことが出来る。
以上のことから、エンジン１の振動が、さらに第１車体連結部材に伝達されにくくなり、車室内で乗員が認知する騒音・振動を低減することができる。

（３）マフラ１０，１１は慣性質量が大きい。このため、マフラ１０，１１にエンジン１の振動が伝わった場合、その振動に応じてマフラ１０，１１の振動振幅は大きくなる。マフラ１０，１１の振動振幅が大きい場合には、騒音・振動も大きくなることに繋がる。
本実施形態では、センタマフラ１０及びリアマフラ１１を、上記第３排気管８よりも後方側の後方排気経路９に配置している。
本実施形態の構成では、エンジン１の振動が減衰されて後方排気経路９に伝達されることから、センタマフラ１０及びリアマフラ１１にエンジン１の振動が伝達しにくい。その分、マフラ１０，１１の振動が低減し騒音・振動を抑えることが出来る。

図４に、第１排気管２の下流側端部に質量体を設けない場合の状態を示す。この例では、エンジン１からの入力変位が少なく、球面継手の効果を引き出しにくい状態となっている。この状態では、球面継手４は揺動しておらず、エンジン１の入力変位は少ないが、システムの共振状態にて、ブラケット１３にエンジン１の振動が伝達していることが分かる。

図５に、第１排気管２の先端に質量体としての第１触媒３を設けた概略図を示す。エンジン１の振動により第１排気管２および第１触媒３が加振されたときに、第１触媒３の変位量は大きくなる。この状態では、第１球面継手４への入力変位が大きくなり、球面継手の効果を引き出すことができる。
なお、球面継手の効果により、エンジン１の振動が、第１車体連結部材に伝達されにくくなることを破線にて示した。

図６に、さらに第２排気管５に対し、第２質量体としての第２触媒６を設けたい概念図を示す。
この場合には、第２排気管５は第２触媒６によって慣性質量が大きくなる。このため、第１球面継手４への入力変位が大きくなり、第１球面継手４の効果を引き出すことができる。
なお、球面継手の効果により、エンジン１の振動が、第１車体連結部材に伝達されにくくなることを破線にて示した。

図７に、さらに後方排気経路９に対し、慣性質量であるリアマフラ１１が設定されている概念図を示す。
振動共振状態においては、マフラ１０、１１が振動の腹となり、マフラ１０，１１にエンジン１の振動が伝わった場合のマフラ振動の振幅は大きくなる。そして、エンジン１の振動が減衰されている後方排気経路にマフラ１０，１１を配置することにより、エンジン１の振動がマフラ１０，１１に伝達しにくくしている。ここで、第１車体連結部材にエンジン１の振動が伝達されにくくなることを破線にて示す。
もっとも、この効果はセンタマフラ１０の設置の有無に関わらず同様に認められる。センタマフラ１０がある場合の状態を図８に示す。また、その場合のブラケット１３にエンジン１の振動が伝達されにくくなることを破線にて示す。

（応用）
（１）上記説明では、質量体及び第２質量体として、触媒３，６を例示した。質量体及び第２質量体としては、消音器であっても良い。
若しくは、錘を質量体として排気管２，５の外周側に取り付けても良い。もっとも、質量体としては、触媒若しくは消音器のような排気ガスを処理するための装置の方が、排気を有効に処理する観点から好ましい。
（２）また、質量体としての第１触媒３を、第１排気管２の下流端部に取り付けているが、第１排気管２の下流側の途中位置に第１触媒３を介装しても良い。
（３）同様に、第２質量体としての第２触媒６を、第２排気管５の途中位置に介装しても良い。

本発明に基づく実施形態に係る車両用排気装置を示す概念図である。 球面継手の特性を説明する図である。 球面継手の一例を示す図である。 質量体が無い場合の状態を示す概念図である。 質量体が第１排気管に取り付けられている場合の状態を示す概念図である。 質量体及び第２質量体を設けた場合の状態を示す概念図である。 リアマフラが配置されている場合の状態を示す概念図である。 リアマフラと共にフロントマフラも配置されている場合の状態を示す概念図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 第１排気管
３ 第１触媒（質量体）
４ 第１球面継手
５ 第２排気管
６ 第２触媒（第２質量体）
７ 第２球面継手
８ 第３排気管
９ 後方排気経路
１０ センタマフラ
１１ リアマフラ
１２ 車体側部材
１３ ブラケット

Claims (1)

1. エンジンからの排気ガスを誘導して排出するための車両用排気装置であって、
   排気経路として少なくとも、エンジン側から下流側に向けて、エンジンに連通する第１排気管、第２排気管、第３排気管、及び上記第３排気管に連通する後方排気経路の順に配置され、
   第１排気管と第２排気管を第１球面継手で接続すると共に、第２排気管と第３排気管を第２球面継手で接続し、上記第１球面継手における球面部の球面凸部側を第２排気管側に向けて配置すると共に上記第２球面継手における球面部の球面凸部側を第２排気管側に向けて配置し、
   上記第１排気管における下流側に質量体を取り付け、
   上記第１球面継手から下流側の第３排気管までの間は、第３排気管で車体側部材に支持され、
   上記第１排気管の下流側端部と第１球面継手との間に、触媒からなる第１処理装置を介装し、その第１処理装置を上記質量体とし、
   上記第２排気管に対して第２質量体を取り付け、
   上記第２排気管の下流側端部と第２球面継手との間に、触媒からなる第２処理装置を介装し、その第２処理装置を上記第２質量体とし、
   上記後方排気経路に対し直列に２個のマフラを備えることを特徴とする車両用排気装置。

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