JP5036319B2 - マフラ組立体 - Google Patents

Description

本発明は、好ましくは複合材で作られたマフラが車両バンパと関連づけられている、バンパ／マフラ組立体に関する。

Ｚａｈｎ他の米国特許第５，７２６，３９８号が、バンパ／マフラ組立体を開示している。マフラを構成する構造体の一部はバンパの一部にもなっているため、高い衝撃荷重を吸収することが可能でなければならない。一定期間車両を運転した後、マフラに交換しなければならない不具合が生じると、これらの不具合のある部品は、音響エネルギーを減じ、高い衝撃荷重を吸収するという２つの機能を果たすことのできる高価な部品と交換しなければならない。米国特許第５，７２６，３９８号のコラム２の４１行を参照すると、バンパ／マフラ組立体を金属で形成することができることも教示されている。金属マフラについては、可能な形及びサイズに関して設計の観点から本来的に制限がある。従って、不規則な形の車両の凹部又はキャビティ内に受け入れ可能なマフラを設計できる可能性は、制限されている。また、金属マフラの生産設備費が極めて高く、それは例えば１００，０００よりも少ない限られた数だけのマフラが製造される場合に問題があるということも記されている。
米国特許第６，５４３，５７７号は、吸気管と排気管を互いに連結させるポリマー・ケーシングを含むサイレンサを開示している。ブッシュ形式の一対の耐熱性スペーサが、排気管の外側表面とサイレンサの環状部の内壁との間に位置している。ブッシュは、耐熱性ポリマー材料で形成され、排気管を通ってケーシングに流れる熱いガスによる、排気管からの熱伝達を防ぐために、チャンバ４４の端部を実質的にシールする。ブッシュは、ケーシングと比較して可撓性がありソフトで、排気管の形の不規則さに適合するように変形することが可能である。

米国特許第５，３４０，９５２号は、合成樹脂材料で形成された、内燃機関のための排気マフラを開示している。内側管は、マフラのアウターシェルよりも大きな熱膨張係数を有する金属材料で形成されている。スリーブ部材の後端部と内側管との間で、実質的に気密係合を壊すことなく、スライド運動が可能となっている。スリーブ部材の後端部は、内向きに折り返されてもよく、耐熱性及び低い摩擦係数を有する環状の部材が、スリーブ部材の折り返された部分と内側管の後端部との間に、内側管からアウターシェルへの過度の摩擦及び熱伝達なしにそれらが互いにスライドすることができるように挿入されてもよい。
米国特許第４，０４５，０５７号は、部品を構造的に互いに接続しながら、管路又はサイレンサのシェルに沿った振動を遮断するための構造体を説明している。この構造体は、隣接した板に挟まれたアスベスト充填ゴム製の振動減衰クッションを備える、一連の間隔をあけて配置されたワッシャ形状の金属板からなる。
米国特許第４，８８０，０７８号は、排気マニホルドの出口端部がエラストマ製のブッシュを通って上流のコンポーネント・ユニットに結合されている、マフラを開示している。ブッシュは、ケーシングに伝わった排気振動を弱める役割を果たす。

米国特許第４，９９３，５１３号は、マフラの外箱の付属部分の外側端部とマフラを排気パイプにつなぐ結合部材の外側リテーナとの間に挿入された、シリコンゴムで作られた耐熱性の断熱シールを有するマフラを説明している。シールはまた、遮音性も与える。
米国特許第５，１００，０４７号は、協働する雌雄管状要素の間に置かれているスペーサ・リングを開示している。スペーサ・リングは、雌雄要素の膨張及び収縮のための空間を提供し、望ましくない騒音を防ぐために両要素間の直接接触を防ぐ。スペーサ・リングは、マット状にされた糸又はワイヤで作られる。
ドイツ特許第４，３２６，３０４号は、２つの管を可撓性接続するための管接続要素を説明している。接続要素は、熱収縮プラスチックで作られた環状のバンドを含む。接続要素が管のそれぞれの端部に取り付けられ、環状のバンドが溶融されて２つの管の間の可撓性接続を形成する。

必要なのは、車両バンパと関連づけることが可能な、改良された低コストの複合マフラである。更に、マフラの排気管によって伝わった機械的衝撃及び振動が軽減される、車両バンパと関連づけられた複合マフラが必要とされている。更に、熱膨張を補償するために排気管と複合マフラのシェルとの間に熱障壁が設けられている、車両バンパと関連づけられた複合マフラが必要とされている。

以上のような必要性は、改良されたバンパ／マフラ組立体を提供する本発明によって満たされる。これらの組立体においては、マフラのアウターシェルは軽量金属又は複合材で形成することができる。このような材料は、一般に、同様に高い衝撃荷重を吸収するように設計された、より厚みのある金属よりも安価である。複合アウターシェルは、このような部品の生産設備費が一般に金属部品よりも低いという、更なる利点がある。更に、複合アウターシェルは、不規則な形の車両の凹部及びキャビティ内に受け入れられるように、複雑な形及びサイズに、より容易に設計され、形成されることができる。

本発明の第１の態様によれば、バンパと、複合材で形成されたアウターシェルを有するマフラとからなるバンパ／マフラ組立体が提供される。マフラはバンパと関連付けられる。すなわち、マフラは、バンパから独立した要素ではあるが、バンパに連結されるか、又は、バンパと一体化した部品として形成される。孔あき管は、管から小さな金属部分を完全に取り除くことによって形成された開口部を含むことができる。あるいは、孔あき管は、管の小部分を切断し、次にその部分を外向きに曲げることによって開口部が形成されている、ルーバ管を含むことができる。曲がった部分は、一般に、管に付いたまま残っている。

マフラは、排気ガスを受け入れるための孔あき管と、孔あき管とアウターシェルとの間のアウターシェル内に入れられた繊維材とを更に有する。マフラシェルは、単一部品の又は複数部品のアウターシェルを備えることができる。例えば、マフラシェルは、第１及び第２のシェル部品を備えることができる。
繊維材は、それぞれ第１及び第２のシェル部品内に受け入れられる、第１及び第２の予成形品を含むことができる。あるいは、繊維材は、アウターシェルの内部キャビティの中に入れられた、ほぐれた又はふわふわのウール状の製品を含むことができる。繊維材は、孔あき管の周りをくるむか、又はその他の方法でアウターシェルの内部キャビティを満たす、マット状の製品を含むことができる、ということも検討されている。

バンパ／マフラ組立体は、バンパとマフラのアウターシェルとの間に、及び／又は、バンパと排気管との間に配置された熱遮蔽体を更に備えることができる。また、アウターシェル内の孔あき管の一部を支持するために、少なくとも１つのブッシュを備えることもできる。組立体は、付加的に、バンパにマフラを固定するためにカバーを備えることができる。
バンパは、前面、後面、上面及び下面を備える本体を有することができる。前面は、車両から遠ざかる方に面している。後面は、車両の方に面している。上面は、地面から遠ざかる方に面しており、下面は地面の方に面している。本体はさらに、後面に形成された凹部と、マフラシェルを受け入れるための上面又は下面の一方とを含み、それにより本体がマフラシェルに対する衝撃保護を提供する。本体の一部は、少なくともマフラのアウターシェルの一部を構成することができる。

本発明のもう一つの実施形態においては、バンパ／マフラ／排気管システムが提供される。このシステムは、マフラの複合アウターシェルを通って延びる孔あき管を備えた複合マフラを有するバンパを含む。排気管は、外気に排気ガスを運ぶために孔あき管に接続される。通常広い端部及び狭い端部を備える鋼製の環状部は、狭い端部において排気管の周囲に嵌められる。低い熱伝導性を有する材料でできているブッシュは、環状部の広い端部に固定され、マフラはブッシュに取り付けられる。環状部とブッシュとの組み合わせは、複合マフラシェルと排気管との間の接続体として働いて、排気管と複合マフラシェルとの間の熱及び機械的衝撃の障壁を与える。
機械的衝撃による振動からのブッシュ及び複合マフラシェルへの緩衝を与えるだけでなく、複合マフラシェル、排気管及びブッシュの材料の熱膨張の違いを補償するための様々な他の方法がある。

一つの実施形態においては、複合マフラシェルは、排気管の中心線からマフラシェルへの距離が、マフラのいずれの端部におけるよりもその中央部において長くなるように設計される。このことは、作動中に排気管が経験する線形的膨張／収縮量の違いに適応するための可撓性を、複合マフラシェルにおいて可能にしている。
もう一つの実施形態においては、マフラの端部、又はエンドキャップは、ステンレス鋼のような材料で作られる。マフラのエンドキャップは、直接、複合マフラシェルに取り付けられる。この設計は、ブッシュを必要としない。
もう一つの実施形態においては、ブッシュは、様々な材料で構成される、すなわち、層を成す。例えば、ブッシュの第１の内側層は、マフラからの高温に耐えられるようにセラミック材料で作られている。第２の中間層は、熱の暴露に耐えられるようにフェノール樹脂からなるものとすることができる。第３の外側層は、マフラシェルの内部にブッシュの膨張可能な滑り嵌めを与えるために、ゴム引きのフェノール樹脂からなるものとすることができる。
本発明のその他の対象物及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の請求項を考慮し、かつ付属の図面を参照することで、明らかになるであろう。

本発明は、車両のバンパと関連づけられたマフラに関する。例えば、マフラは、車両のバンパに、好ましくはリアバンパの後部（すなわち、バンパと車体との間）に取り付けられ、これにより、マフラは、バンパによって衝撃的損傷から保護され、このバンパにより地面からの隙間が最小、或いは、ほぼ最小である車両の一部ではないことによって、衝撃的損傷から保護される。マフラは、高い衝撃荷重を受けないので、マフラのシェルは、以下に例を示すいくつかのフェノール樹脂や、薄い金属、例えばおよそ１．５ｍｍよりも薄い厚さのステンレス鋼のような、高い耐衝撃性をもたない材料で形成することができる。更に、このマフラは、通常のマフラよりも長くすることができ、特に低周波数の音響エネルギーを消失させるに当たってマフラがより効率的に作動するように、例えば６０インチ（１５２．４ｃｍ）よりも大きいバンパの長さとほぼ同じ長さを有することができる。
本発明のマフラ／排気管システムの実施形態は、２００３年１２月３０日付けで公表された、米国特許第６，６６８，９７２号において開示された自動車のバンパに従って用いられるのが好ましい。しかしながら、本発明のマフラ／排気管システムをマフラが一般に用いられるあらゆる用途に使用することができることに留意されたい。

図１を参照すると、複合マフラ／排気管システム１の断面図が示されている。システム１は排気管２を有し、この排気管２には環状部４が取り付けられている。環状部４は、典型的には円錐形であり、溶接又はクランプによって排気管２に取り付けられる。図１に示されるように、環状部４は、排気管２に取り付けられる狭い端部と、ブッシュ８が固定される広い端部とを備える。マフラのシェル６、すなわち、マフラシェル６は、ブッシュ８に取り付けられる。環状部４とブッシュ８との組み合わせは、複合マフラシェル６と排気管２との間の接続体(インターフェース)として働いて、排気管と複合マフラシェルとの間に熱及び機械的衝撃の障壁を提供する。図２は、マフラ／排気管システム１の斜視図を示す。

本発明のマフラは、樹脂材料を含む複合材で形成された硬質アウターシェルを有するのが好ましい。樹脂材料は、ノボラック樹脂や、レゾール樹脂のようなフェノール・ホルムアルデヒド樹脂(これらに限定されない)を含む、市販されるあらゆるフェノール樹脂と、エポキシ樹脂と、ビニル・エステル樹脂と、ポリフェニレン・スルフィドと、高温ナイロンとを含み、高温ナイロンのうちの一つは、製品名「Ｚｙｔｅｌ ＨＴＮ」でＥ．I．Ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏ．社から市販され、別の高温ナイロンは、ポリフタルアミドとして「Ａｍｏｄｅｌ」の製品名でＡｍｏｃｏ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．社から市販され、樹脂材料はまた、ナイロン６，６を含み、ナイロン６，６の１つは製品名「Ｚｙｔｅｌ」でＥ．I．Ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏ．社から市販され、樹脂材料は更に、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）を含む。アウターシェル１２の一部を形成する強化繊維は、ガラス繊維（限定されないが、Ｅガラス繊維及びＳ−２ガラス繊維など）と、グラファイト繊維と、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）の商標で販売されるもののようなアラミド繊維と、カーボン繊維と、金属繊維と、セラミック繊維とを含む。
複合マフラシェルは、強化繊維及び樹脂を金型に注入し、又は、入れるのに先立って混合する従来の射出成形法又は圧縮成形法を用いて形成することができ、また、このような部品を形成するための他のあらゆる既知の方法を用いて形成することができる。マフラシェルを、吹込み形成、射出成形、圧縮成形、真空成形、圧搾成形、熱成形、或いは、これらと同様な方法を介して、一体のシェルとして形成することができると思われる。

マフラ／排気管システム１のブッシュ８は、クランプを用いて環状部４に固定することができる２部品(からなる)ブッシュであっても良い。単一要素のブッシュを用いるときには、その内径は、環状部４をブッシュ８に圧嵌めできるように、寸法決めされる。ブッシュ８は、環状部４に溶接され、クランプされ、或いは、接着剤によって接着される。ブッシュ８は、ポリマー又はセラミック材料で形成されるのが好ましい。ブッシュ８は、ジルコニア、安定化ジルコニア又は変性ジルコニアのようなセラミック材料、或いは、高温ポリマーで形成された単一の環状要素を有しても良く、この高温ポリマーには、例えば、Ｅ．I．Ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏ．社が「ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）」の製品名で販売するポリテトラフルオロエチレン(国際出願ＷＯ９９／２７２３８Ａ１号参照／その開示をここに引用する)、Ｅ．I．Ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏ．社が「Ｖｅｓｐｅｌ」の製品名で販売するポリイミド、Ａｍｏｃｏ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．社が「Ｋａｄｅｌ」の製品名で販売するポリケトン、Ｖｉｃｔｒｅｘ ＵＳＡ Ｉｎｃ．社が「ＰＥＥＫ」の製品名で販売するポリエーテルエーテルケトン、Ｖｉｃｔｒｅｘ ＵＳＡ Ｉｎｃ．社が「ＰＥＫ」の製品名で販売するポリエーテルケトン、Ａｍｏｃｏ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．社が「Ｔｏｒｌｏｎ」の製品名で販売するポリアミドイミド、Ａｍｏｃｏ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，Ｉｎｃ．社が「Ｘｙｄａｒ」の製品名で販売する液晶ポリマーを含まれる。ブッシュはまた、耐熱性ポリウレタン材料で構成しても良い。

環状部とブッシュとの組み合わせは、排気管２を通る高温の排気ガスから伝達される熱の形態のエネルギーからマフラシェル６を熱的に保護する、すなわち、断熱するように機能する。
環状部４は、溶接によって、或いは、標準的なマフラ・クランプ（図示せず）によって排気管２に取り付けられる。環状部４は、ステンレス鋼で構成されるのが好ましいが、ポリマー又はセラミック材料のようなその他の耐熱性材料で作られても良い。説明するように、環状部４は全体的に円錐形であるが、正方形又は長方形であっても良い。

本発明の別の実施形態が図３に示されている。図３で示されるマフラ／排気管システムは、米国特許第６，６６８，９７２号に説明されるようなバンパと組み合わせて使用される。説明の目的で、本発明の図３にはバンパを示さない。図３に示されるように、排気管／マフラ組立体システム２１は、アウターシェル２２を備えるマフラ２３と、アウターシェル２２を通って延びる孔あき管２５とを有する。排気管２９が、可撓性部分２７によって孔あき管２５に連結されている。孔あき管と複合マフラのシェルとを通る中心線Ａ−Ａからの距離は、複合マフラシェルの中央部分２４において、複合マフラシェル２２の両端部２６、２８におけるよりも長い。これにより、複合マフラシェルは、作動中に排気管が受ける線形的膨張／収縮量の違いに適応するように撓むことができる。

図４は、本発明の別の実施形態を示している。マフラ３０は、エンドキャップ３４、３５を備える複合シェル３２で構成されている。エンドキャップ３４、３５は、ステンレス鋼又はアルミニウムのような金属材料で構成されており、典型的には吸気管３６及び排気管３８に溶接によって結合されている。マフラ３０は、ブッシュを必要としない。
図５は、本発明の別の実施形態を示している。図５は、複数の材料の層で構成されたブッシュ４０を示している。図５には３層の材料が示されているけれども、３層よりも多い、又は、少ない層を利用することができる。ブッシュの第１の、内側層４２は、マフラ及び孔あき排気管５４からの高熱に耐えられる材料で作られている。第１の内側層は、セラミック材料で作られるのが好ましい。ブッシュ４０の第２の、中間層４４は、熱の暴露及び／又は機械的衝撃に耐えられる別の材料で構成されている。この材料はフェノール材料が好ましい。ブッシュ４０の第３の、外側層４６は、マフラシェルに対する膨張滑り嵌めを提供し、ブッシュ組立体に対する気密特性を提供するように、ゴム引きされのフェノール樹脂のような膨張可能な材料で構成される。任意に、図示しない、好ましくはセラミック又はチタン材料で作られた第４の層が耐熱衝撃抵抗性を提供し、また、好ましくはステンレス鋼で作られるか、或いは、銅合金、亜鉛合金、クロム又はその他の公知の耐食金属で被覆された第５の層が化学耐食性を提供しても良い。

外側層４６は、マフラシェル５０の端部において矢印Ａによって示されるように溝５２内に嵌まり、複合マフラシェルへのブッシュ４０の滑り嵌めを提供する。溝５２は、ゴム引きのフェノール樹脂のような可撓性材料で作られることが好ましい。ブッシュ４０の内側層４２は、好ましくはクランプ又はボルト（図示せず）によって、孔あき排気管５４に連結される。
本発明を好ましい実施形態によって説明したけれども、勿論、本発明はこれらの実施形態に限定されず、特に上述した教示の見地から当業者が種々の変更を行うことができることが理解されよう。

本発明の実施形態の断面図である。 図１に示す本発明の実施形態の斜視図である。 本発明の別の実施形態の断面図である。 本発明の別の実施形態の斜視図である。 本発明の別の実施形態の斜視図である。 図５の本発明の別の斜視図である。

Claims (17)

1. マフラ／排気管システム（２１）であって、
   複合材から形成されたアウターシェル（２２）を備え、孔あき管（２５）が前記アウターシェルを通って延びるマフラ（２３）と、
   前記孔あき管に接続された少なくとも１つの排気管（２９）と、
   広い端部と、狭い端部とを備える環状部（４）とを有し、前記狭い端部は前記排気管の周りに嵌められ、
   前記環状部の前記広い端部に嵌められたブッシュ（８）を有し、
   前記ブッシュは、第１の層及び第２の層を含む、各々異なる材料で作られた複数の層を備え、
   前記第１の層は、前記環状部の前記広い端部と接触するが、前記マフラの前記アウターシェルとは接触せず、前記第２の層は、前記マフラの前記アウターシェルと接触するが、前記環状部とは接触しないようになっている、マフラ／排気管システム（２１）。
2. 前記環状部が前記排気管にクランプされた、請求項１に記載のマフラ／排気管システム。
3. 前記環状部が前記排気管に溶接された、請求項１に記載のマフラ／排気管システム。
4. 前記環状部が鋼で構成された、請求項１に記載のマフラ／排気管システム。
5. 前記環状部が円錐状に形作られた環状部である、請求項１に記載のマフラ／排気管システム。
6. 前記ブッシュの前記層の少なくとも一つが、ジルコニア、安定ジルコニア又は変性ジルコニア、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ポリケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン及びポリアミドイミドからなる群から選択された材料で構成された、請求項１に記載のマフラ／排気管システム。
7. 前記孔あき管が排気ガスを受け入れ、繊維材が、前記孔あき管と前記アウターシェルとの間で前記アウターシェル内に設けられた、請求項１に記載のマフラ／排気管システム。
8. 前記繊維材が針フェルト材料からなる、請求項７に記載のマフラ／排気管システム。
9. 前記繊維材が、テクスチャライジング装置を介して前記アウターシェルに送給された、ほぐれたウール状の製品からなる、請求項７に記載のマフラ／排気管システム。
10. 前記マフラの前記アウターシェルが第１部分と第２部分とを備える、請求項７に記載のマフラ／排気管システム。
11. 前記繊維材が第１、第２の予成形品を有し、該第１、第２の予成形品は、夫々、前記第１、第２のシェル部分に受け入れられる、請求項１０に記載のマフラ／排気管システム。
12. 前記マフラがバンパ／マフラ組立体を有し、該バンパ／マフラ組立体が、前記バンパと前記マフラのアウターシェルとの間に設けられた熱遮蔽体を備える、請求項１に記載のマフラ／排気管システム。
13. 前記マフラがバンパ／マフラ組立体を有し、該バンパ／マフラ組立体が、前記マフラを前記バンパに固定するためのカバーを備える、請求項１に記載のマフラ／排気管システム。
14. 前記マフラがバンパ／マフラ組立体を有し、該バンパ／マフラ組立体は、前面、後面、上面及び下面を備える本体を有し、前記前面は車両から遠ざかる方向を向き、前記後面は車両の方に面しており、前記上面は地面から遠ざかる方に面し、前記下面は地面を向き、前記本体は、前記後面に形成された凹部と、前記本体が前記マフラの前記アウターシェルに衝撃保護を提供するように、前記マフラの前記アウターシェルを受け入れるための前記上面又は下面の一方とを備える、請求項１に記載のマフラ／排気管システム。
15. 前記本体の一部が、少なくとも前記マフラの前記アウターシェルの一部を構成する、請求項１４に記載のマフラ／排気管システム。
16. 前記ブッシュは、第３の層をさらに有する、請求項１に記載のマフラ／排気管システム。
17. 前記第３の層は、前記第１の層と前記第２の層を分離する、請求項１６に記載のマフラ／排気管システム。

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