JP5581682B2 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気装置に関し、特に、縦置きＶ型内燃機関の一対のバンクから排気される排気ガスを独立して排気する２系統の排気経路を有する内燃機関の排気装置に関する。

従来、シリンダ室をバンク毎に独立させたＶ型内燃機関から排気ガスを大気に排出する排気装置として、並列に設置された２系統の排気管にそれぞれ消音器を設けた、所謂、デュアルマフラを採用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
図５は、デュアルマフラを有する排気装置を示す図である。図５において、図示しないＶ型内燃機関の右バンクに設けられたエキゾーストマニホールドにはフロントパイプ１が接続されているとともに、Ｖ型内燃機関の左バンクに設けられたエキゾーストマニホールドにはフロントパイプ２が接続されている。

フロントパイプ１、２には触媒コンバータ３、４が設けられており、フロントパイプ１、２の下流端は、合流管５に連結され、フロントパイプ１、２から排出される排気ガスは、合流管５で合流するようになっている。

合流管５の下流端にはリヤパイプ６、７がそれぞれ接続されており、このリヤパイプ６、７にはサブマフラ８、９が取付けられている。リヤパイプ６、７の下流端にはフランジが形成されており、このフランジは、テールパイプ１２、１３のフランジに連結されている。すなわち、リヤパイプ６、７とテールパイプ１２、１３は、フランジ１０、１１によって連結されている。また、テールパイプ１２、１３にはメインマフラ１４、１５が取付けられている。

また、リヤパイプ６、７にはサポートブラケット１６ａ、１６ｂが取付けられているとともに、メインマフラ１４、１５にはサポートブラケット１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂが取付けられており、このサポートブラケット１６ａ、１６ｂ、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂは、図示しないサポートゴムを介して床下を構成する車体フレームに弾性的に連結されている。

この排気装置は、フロントパイプ１、リヤパイプ６、サブマフラ８、テールパイプ１２およびメインマフラ１４によって第１の排気部１９ａが構成されているとともに、フロントパイプ２、リヤパイプ７、サブマフラ９、テールパイプ１３およびメインマフラ１５によって第２の排気部１９ｂが構成されており、排気装置を第１の排気部１９ａと第２の排気部１９ｂとに分割することができるため、排気装置の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置が大型化してしまうのを防止することができる。

これに加えて、排気装置を第１の排気部１９ａと第２の排気部１９ｂとに分割することにより、メインマフラ１４、１５が周辺部材と干渉しないように排気装置を車体に取付けることができ、すなわち、排気装置のレイアウトの自由度を向上させることができ、車載性を向上させることができる。

ところで、Ｖ型内燃機関は、一対のバンクの気筒列方向が車両の幅方向に延びて横置きに配置される形式と、一対のバンクの気筒列方向が車両の前後方向に延びて縦置きに配置される形式とがある。

この排気装置を縦置きのＶ型内燃機関を取付けた場合には、内燃機関が振動したときに車両の前後方向に延在するロール軸Ｇを中心に第１の排気部１９ａと第２の排気部１９ｂとが上下交互に変動することになる。

特に、第１の排気部１９ａと第２の排気部１９ｂとの最後端に位置するメインマフラ１４、１５は、第１の排気部１９ａと第２の排気部１９ｂを構成する部品の中で重量が最も大きいので、図６に示すように、ロール軸Ｇを中心にメインマフラ１４、１５が実線で示すように交互に変動を行う場合および破線で示すように上下に変動を行う場合には、メインマフラ１４、１５の上下の振れ幅が最も大きくなる。

特に、排気装置の固有振動数（共振周波数）が内燃機関の振動周波数と一致すると排気装置が共振してメインマフラ１４、１５の上下変動の振れ幅が大きくなって排気装置の振動が増幅されてしまい、車両のＮＶ（Noise and Vibration：騒音と振動）性能が悪化してしまう。

車両のＮＶ性能が悪化するのを回避するためには、第１の排気部１９ａと第２の排気部１９ｂを連結ブレース（斜材）等の補強部材によって連結したり、フロントパイプ１、２、リヤパイプ６、７、テールパイプ１２、１３の板厚を大きくする等して、排気装置の強度を増大させることにより、メインマフラ１４、１５が上下交互に変動するのを抑制することに加えて、メインマフラ１４、１５に特定の周波数の振動を吸収するダイナミックダンパを取付けることにより、排気装置の共振振動をダイナミックダンパで吸収することが考えられる。

特開２００５−２８２５３０号公報

しかしながら、このような従来の内燃機関の排気装置にあっては、車両のＮＶ性能が悪化するのを回避するために、第１の排気部１９ａと第２の排気部１９ｂを補強部材によって連結したり、パイプの板厚を大きくすることに加えて、ダイナミックダンパを設ける必要があるため、排気装置の重量が増大してしまうという問題がある。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、簡素な構成によってＶ型内燃機関から第１の消音器および第２の消音器に振動が伝達されるのを抑制することにより、車両のＮＶ性能が悪化するのを防止することができるようにして、軽量化を図ることができる内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の排気装置は、上記目的を達成するため、（１）一対のバンクの気筒列方向が車両の前後方向に延びて位置するように縦置きされるＶ型内燃機関に接続され、前記一対のバンクから排気される排気ガスを独立して排気する２系統の排気経路を有する内燃機関の排気装置であって、前記Ｖ型内燃機関の一方のバンクに接続され、第１の消音器を備えた第１の排気管と、前記Ｖ型内燃機関の他方のバンクに接続されるとともに、前記第１の排気管に対して車両の前後方向のロール軸を挟んで前記第１の排気管と並列に設置され、第２の消音器を備えた第２の排気管とを備え、前記第１の排気管と前記第２の排気管の所定の位置にボールジョイントをそれぞれ設置し、前記ボールジョイントは、前記第１の消音器および前記第２の消音器が前記ロール軸を中心に上下交互に変動するときの変位が小さくなる位置に設置されるものから構成される。

この排気装置は、第１の排気管と第２の排気管の所定の位置にボールジョイントをそれぞれ設置し、ボールジョイントを、第１の消音器および第２の消音器がロール軸を中心に上下交互に変動するときの変位が小さくなる位置に設置しているので、Ｖ型内燃機関が振動したときに、第１の排気管および第２の排気管の途中に設けられたボールジョイントによって振動を吸収することができる。

このため、第１の消音器と第２の消音器に内燃機関の振動が伝達されてしまうのを抑制することができ、第１の消音器および第２の消音器がロール軸に対して上下交互に変動するのを抑制することができる。

このため、共振振動が発生した場合でも共振振動を低減することができ、車両のＮＶ性能が悪化するのを防止することができる。

このように、第１の排気管および第２の排気管の途中にボールジョイントを設けるだけの簡素な構成によって第１の消音器および第２の消音器の上下変動を抑制することができるため、排気装置の軽量化を図ることができる。

また、第１の排気管および第２の排気管の途中にボールジョイントを設けることにより、第１の排気管および第２の排気管を車両の前後方向に分割することができるため、第１の消音器および第２の消音器が周辺の部材と干渉しないように排気装置を車両に取付けることができる。このため、排気装置のレイアウトの自由度を向上させることができ、排気装置の車載性を向上させることができる。

上記（１）に記載の内燃機関の排気装置において、（２）前記ボールジョイントは、前記第１の排気管と前記第２の排気管が前記ロール軸に対して上下交互に変動するときの変動モードの腹となる位置に設置されるものから構成されている。

この排気装置は、ボールジョイントが、第１の排気管と第２の排気管がロール軸に対して上下交互に変動するときの変動モードの腹となる位置に設置されるので、ボールジョイントによって変動モードの腹の幅、すなわち、第１の消音器と第２の消音器の上下変動の振れ幅を小さくすることができる。このため、第１の消音器および第２の消音器がロール軸に対して上下交互に変動するのをより一層抑制することができる。

上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気装置において、（３）前記第１の消音器および前記第２の消音器が、前記第１の排気管および前記第２の排気管の排気ガスの排気方向下流端に設けられ、前記ボールジョイントは、前記第１の消音器および前記第２の消音器に対して排気ガスの排気方向上流側に設けられるものから構成されている。

この排気装置は、第１の消音器および第２の消音器が、第１の排気管および第２の排気管の後端に設けられ、ボールジョイントが第１の消音器および第２の消音器の上流側に設けられるので、Ｖ型内燃機関が振動したときに、第１の排気管および第２の排気管の途中に設けられたボールジョイントによって振動を吸収することができる。

このため、Ｖ型内燃機関から排気装置に振動が伝達されたときに、第１の消音器と第２の消音器の上流側のボールジョイントによって振動を吸収することができ、第１の消音器および第２の消音器に振動が伝達されてしまうのを抑制することができる。このため、第１の消音器および第２の消音器がロール軸に対して上下交互に変動するのを確実に抑制することができる。

本発明によれば、簡素な構成によってＶ型内燃機関から第１の消音器および第２の消音器に振動が伝達されるのを抑制することにより、車両のＮＶ性能が悪化するのを防止することができるようにして、軽量化を図ることができる内燃機関の排気装置を提供することができる。

本発明に係る内燃機関の排気装置の一実施の形態を示す図であり、排気装置の上面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の一実施の形態を示す図であり、図１のＡ方向矢視側面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の一実施の形態を示す図であり、ボールジョイントの断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の一実施の形態を示す図であり、排気装置の変動モードを表す図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の一実施の形態を示す図であり、従来の排気装置の正面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の一実施の形態を示す図であり、従来のメインマフラの上下変動を示す図である。

以下、本発明に係る内燃機関の排気装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図４は、本発明に係る内燃機関の排気装置の一実施の形態を示す図である。
まず、構成を説明する。
図１、２において、Ｖ型内燃機関としてのＶ型エンジン２１は、一対のバンクである右バンク２１ａおよび左バンク２１ｂを備えており、右バンク２１ａおよび左バンク２１ｂの気筒列方向が車両の前後方向に延びるように車両に縦置きに設置されている。

本実施の形態のＶ型エンジン２１は、右バンク２１ａおよび左バンク２１ｂにそれぞれ３つの気筒２２、２３が設けられている。なお、気筒２２、２３は、右バンク２１ａおよび左バンク２１ｂのシリンダブロック内に設けられており、気筒２２、２３にはピストンが摺動自在に設けられている。また、気筒２２、２３から排出される排気ガスは、シリンダブロックの上部に設けられたシリンダヘッドの排気ポートを通してエキゾーストマニホールド２４、２５に排出される。

このエキゾーストマニホールド２４、２５は、シリンダヘッドの排気ポートに連通するそれぞれ３つの分岐枝管と分岐枝管を集合する集合管とから構成されており、この集合管の下流端にはフランジ２４ａ、２５ａが設けられている。

このフランジ２４ａ、２５ａにはフロントパイプ２６、２７の上流端に設けられたフランジ２６ａ、２７ａが締結されており、フロントパイプ２６、２７は、フランジ２６ａ、２７ａ、２４ａ、２５ａを介してエキゾーストマニホールド２４、２５に連結されている。なお、上流は、排気ガスの排気方向の上流のことであり、下流は、排気ガスの排気方向の下流のことである。

まだフロントパイプ２６、２７には触媒コンバータ２８、２９および排気音を消音するサブマフラ３０、３１が設けられている。

触媒コンバータ２８、２９は、ハニカム基材または粒状の活性アルミナ製担体に白金、パラジウム等の触媒を付着させたものが本体ケースに収納されたものから構成されており、ＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化を行うようになっている。

また、サブマフラ３０、３１は、フロントパイプ２６、２７の周囲を取り囲む共鳴室を有し、共鳴室によって排気装置に発生する気柱共鳴を低減するようになっている。この気柱共鳴は、フロントパイプ２６、２７と後続するテールパイプとの長さに応じた周波数の排気騒音であり、通常、気柱共鳴の音圧分布の腹に位置するように排気装置に取付けられている。
また、フロントパイプ２６、２７は、プロテクタ３２によって連結されており、サブマフラ３０、３１は、連結部材３３によって連結されている。

また、フロントパイプ２６、２７は、ボールジョイント３４、３５を介してテールパイプ３６、３７に接続されている。また、テールパイプ３６、３７の下流端には第１の消音器を構成するメインマフラ３８および第２の消音器を構成するメインマフラ３９がそれぞれ取付けられており、このメインマフラ３８、３９は、内部に特定の周波数の排気音を消音する共鳴室と排気ガスを拡張して消音する拡張室とを備えている。
なお、フロントパイプ２６、２７およびテールパイプ３６、３７が排気管を構成している。

図３に示すように、ボールジョイント３４、３５は、フロントパイプ２６、２７の後端部が嵌合される円筒部材４１を有しており、この円筒部材４１の外周部にはフランジ４２が設けられている。
また、ボールジョイント３４、３５は、テールパイプ３６、３７の上流端が嵌合される嵌合部４３ａおよび嵌合部４３ａからテールパイプ３６、３７側に向かって外方に広がるように湾曲する湾曲部４３ｂを有する円筒部材４３を有しており、この円筒部材４３の外周部にはフランジ４４が設けられている。

また、円筒部材４３の湾曲部４３ｂの内周面にはフロントパイプ２６、２７の外周面を取り囲むようにしてシールリング４５が設けられており、円筒部材４１および円筒部材４３はフロントパイプ２６、２７の軸方向においてシールリング４５を挟んで対向している。

また、フランジ４２およびフランジ４４はコイルスプリング４６を介してボルト４７によって連結されており、コイルスプリング４６はフランジ４４とボルト４７のヘッドとの間に圧縮した状態で装着されている。

したがって、コイルスプリング４６の付勢力によりフランジ４２とフランジ４４とはシールリング４５を挟み込む方向に付勢され、円筒部材４３の湾曲部４３ｂの内周面とシールリング４５とが圧接される。

このような構成を有するボールジョイント３４、３５にあっては、シールリング４５の外周面が円筒部材４３の湾曲部４３ｂの内周面と当接するため、シールリング４５と湾曲部４３ｂの内周面とが摺動することによって円筒部材４１および円筒部材４３が相対回動する。

このとき、ボールジョイント３４、３５は、全体としてロール軸Ｇ１（図１参照）を中心に矢印Ｂ１（図１、図３参照）で示す上下方向に揺動することにより、フロントパイプ２６、２７とテールパイプ３６、３７とを揺動させるようになっている。

すなわち、図３に示すように、ボールジョイント３４、３５の揺動中心線Ａ１に対して上下方向に揺動することにより、フロントパイプ２６、２７からテールパイプ３６、３７に伝達される振動を吸収してメインマフラ３８、３９にＶ型エンジン２１からの振動が伝達されるのを防止するようになっている。

また、揺動中心線Ａ１を中心に円筒部材４１および円筒部材４３が相対回動することに加えて、円筒部材４１および円筒部材４３の相対回動時のシールリング４５と湾曲部４３ｂの摩擦やシールリング４５自体の弾性変形、あるいはコイルスプリング４６の弾性変形等により、Ｖ型エンジン２１からフロントパイプ２６、２７およびテールパイプ３６、３７を介してメインマフラ３８、３９に伝達される振動を吸収している。

また、テールパイプ３６、３７にはＬ字形状のサポートブラケット４８、４９が取付けられており、このサポートブラケット４８、４９の先端部は、サポートゴム４８ａ、４９ａに嵌合している。

このサポートゴム４８ａ、４９ａには床下を構成する車体フレームに設けられたサポートブラケットが嵌合している。なお、車体フレームは、例えば、サイドメンバ、クロスメンバ等の部材である。

また、メインマフラ３８、３９にはＬ字形状のサポートブラケット５０、５１、５２、５３が取付けられており、このサポートブラケット５０、５１、５２、５３の先端部は、サポートゴム５０ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａに嵌合している。

このサポートゴム５０ａ、５１ａ、５２ａ、５３ａには車体フレームに設けられたサポートブラケットが嵌合している。

したがって、排気装置は、テールパイプ３６、３７およびメインマフラ３８、３９がサポートブラケット４８〜５３およびサポートゴム４８ａ〜５３ａを介して車体フレームに弾性的に懸架される。

本実施の形態では、エキゾーストマニホールド２４、フロントパイプ２６、触媒コンバータ２８、サブマフラ３０、テールパイプ３６、メインマフラ３８が第１の排気部５４を構成しているとともに、フロントパイプ２７、触媒コンバータ２９、サブマフラ３１、テールパイプ３７、メインマフラ３９が第１の排気部５４に並列に設置された第２の排気部５５を構成しており、第１の排気部５４および第２の排気部５５が排気装置２０を構成している。すなわち、本実施の形態の排気装置２０は、第１の排気部５４および第２の排気部５５によりＶ型エンジン２１の排気ガスを排気する２系統の排気経路を有している。

また、ボールジョイント３４、３５は、排気装置２０を構成する部材の中で重量が最も大きいメインマフラ３８、３９の上流側に設けられている。

次に、作用を説明する。
縦置きのＶ型エンジン２１は、車両の運転時に車両の幅方向に交互に傾くように振動するため、第１の排気部５４と第２の排気部５５とは、車両の前後方向に延在するロール軸Ｇ１（図１参照）を中心に上下交互に変動することになる。

排気装置２０を構成する部材の中で重量が最も大きいメインマフラ３８、３９がテールパイプ３６、３７の下流端に設けられている場合には、メインマフラ３８、３９がロール軸Ｇ１を中心に上下交互に変動するときの振れ幅が最も大きくなる。

本実施の形態では、第１の排気部５４と第２の排気部５５とがロール軸Ｇ１を中心に上下交互に変動するときの変動モード（振動モード）を解析し、この変動モードに基づいてボールジョイント３４、３５を設置している。

本実施の形態では、重量が最も大きいメインマフラ３８、３９をテールパイプ３６、３７の下流端に設けたので、変動モードの腹ａは、メインマフラ３８、３９の上流側で、かつ、サブマフラ３０、３１の下流のテールパイプ３６、３７に近接する位置となる。

このように構成を有する排気装置２０にあっては、Ｖ型エンジン２１がロール軸Ｇ１を中心に車両の幅方向に交互に傾くように振動したときに、Ｖ型エンジン２１から排気装置２０に振動が伝達されると、ボールジョイント３４、３５が揺動中心線Ａ１に対して上下方向に揺動することにより、フロントパイプ２６、２７からテールパイプ３６、３７に伝達される振動を吸収してＶ型エンジン２１からメインマフラ３８、３９に振動が伝達されるのを防止することができる。

すなわち、本実施の形態のボールジョイント３４、３５を、第１の排気部５４と第２の排気部５５とがロール軸Ｇ１を中心に上下交互に変動するときの変動モードの腹ａの位置することにより、メインマフラ３８、３９がロール軸Ｇ１を中心に上下交互に変動するときの変位が小さくなる位置にボールジョイント３４、３５が設置されることになる。

以上のように、本実施の形態では、ボールジョイント３４、３５を、メインマフラ３８、３９がロール軸Ｇ１を中心に上下交互に変動するときの変位が小さくなる位置に設置することにより、フロントパイプ２６、２７からテールパイプ３６、３７に伝達される振動をボールジョイント３４、３５で遮断することができ、メインマフラ３８、３９にＶ型エンジン２１から振動が伝達されてしまうのを抑制することができる。
このため、メインマフラ３８、３９がロール軸Ｇ１に対して上下交互に変動するときの腹の幅、すなわち、メインマフラ３８、３９の上下の振れ幅を小さくしてメインマフラ３８、３９の上下変動を抑制することができる。
このため、排気装置２０に共振振動が発生した場合でも共振振動を低減することができ、車両のＮＶ性能が悪化するのを防止することができる。

また、本実施の形態では、フロントパイプ２６、２７とテールパイプ３６、３７とをボールジョイント３４、３５によって連結するだけの簡素な構成によってメインマフラ３８、３９の上下変動を抑制することができるため、排気装置２０の軽量化を図ることができる。

また、本実施の形態では、フロントパイプ２６、２７とテールパイプ３６、３７とをボールジョイント３４、３５によって連結することにより、フロントパイプ２６、２７とテールパイプ３６、３７とを車両の前後方向に分割することができるため、メインマフラ３８、３９が周辺の部材と干渉しないように排気装置２０を車両に取付けることができる。このため、排気装置２０のレイアウトの自由度を向上させることができ、排気装置２０の車載性を向上させることができる。

また、本実施の形態では、メインマフラ３８、３９をテールパイプ３６、３７の下流端に設け、ボールジョイント３４、３５をメインマフラ３８、３９の上流側に設けたので、Ｖ型エンジン２１が振動したときに、メインマフラ３８、３９の上流側でメインマフラ３８、３９に伝達される振動を遮断することができる。このため、メインマフラ３８、３９がロール軸Ｇ１に対して上下交互に変動するのを確実に抑制することができる。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの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全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、簡素な構成によってＶ型内燃機関から第１の消音器および第２の消音器に振動が伝達されるのを抑制することにより、車両のＮＶ性能が悪化するのを防止することができるようにして、軽量化を図ることができるという効果を有し、特に、縦置きＶ型内燃機関の一対のバンクから排気される排気ガスを独立して排気する２系統の排気経路を有する内燃機関の排気装置等として有用である。

２０ 排気装置
２１ Ｖ型エンジン（Ｖ型内燃機関）
２１ａ 右バンク
２１ｂ 左バンク
２２、２３ 気筒
２４、２５ エキゾーストマニホールド（排気装置）
２６、２７ フロントパイプ（排気管、排気装置）
２８、２９ 触媒コンバータ（排気装置）
３０、３１ サブマフラ（排気装置）
３４、３５ ボールジョイント
３６、３７ テールパイプ（排気管、排気装置）
３８ メインマフラ（第１の消音器、排気装置）
３９ メインマフラ（第２の消音器、排気装置）

Claims (3)

1. 一対のバンクの気筒列方向が車両の前後方向になるように縦置きされるＶ型内燃機関に接続され、前記一対のバンクから排気される排気ガスを独立して排気する２系統の排気経路を有する内燃機関の排気装置であって、
   前記Ｖ型内燃機関の一方のバンクに接続される第１のフロントパイプと第１の消音器が装着された第１のテールパイプとを有する第１の排気管と、
   前記Ｖ型内燃機関の他方のバンクに接続される第２のフロントパイプと前記第１の排気管に対して車両の前後方向のロール軸を挟んで並列に設置されるとともに第２の消音器が装着された第２のテールパイプとを有する第２の排気管とを備え、
   前記第１および第２のフロントパイプが排気方向の途中で互いに連結された連結部分を有しており、
   前記第１のフロントパイプおよび前記第２のフロントパイプと前記第１および第２のテールパイプとが、左右のボールジョイントによってそれぞれ揺動可能に接続され、
   前記第１および第２のテールパイプの上流端側を支持するブラケットが前記車両の車体フレーム側のサポートブラケットに支持される左右の支持点が、前記第１の消音器および前記第２の消音器より前記車両の車幅方向の中心側に配設され、
   前記左右のボールジョイントは、前記車幅方向における前記左右の支持点と前記ロール軸との間であって、前記第１の排気管および前記第２の排気管が前記ロール軸を中心に上下交互に変動するときの変動モードの腹となる位置にそれぞれ設置されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 前記第１のフロントパイプおよび前記第２のフロントパイプの下流端側に第１および第２のサブマフラがそれぞれ設置されるとともに、両サブマフラが互いに連結されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
3. 前記ボールジョイントが、前記車両の前後方向で前記左右の支持点と前記第１および第２のサブマフラとの間に配設されており、前記第１の消音器および前記第２の消音器が、前記第１の排気管および前記第２の排気管の排気ガスの排気方向下流端に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気装置。

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