JP6508159B2

JP6508159B2 - 排気管構造

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Publication number: JP6508159B2
Application number: JP2016203697A
Authority: JP
Inventors: 統澤井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-10-17
Filing date: 2016-10-17
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2036-10-17
Also published as: US20180106171A1; KR102021031B1; KR20180042123A; DE102017217896A1; RU2669125C1; US10422259B2; JP2018065408A

Description

本発明は、排気管構造に関する。

特許文献１には、車両側面視にて車両後方へ向かって延び、下方側へ凸に曲がることで、車両後方へ向かって上り勾配の傾斜部が形成された排気管と、傾斜部の後端部が連通されたリヤマフラと、を有する排気管構造において、排気管の傾斜部を２つの流路に分離し且つリヤマフラの内部に開閉弁を設けた排気管構造が開示されている。

特開２０１５−１５８１４９号公報

特許文献１の排気管構造では、リヤマフラの内部の開閉弁を閉じることで、２つの流路のうち一方を閉塞して流路断面積を低減する。これにより、排気ガスの排気流速を増加させて、排気ガス中の水蒸気の凝縮により排気管に溜まった凝縮水を排出する排出性を向上させる。

しかしながら、特許文献１の排気管構造では、排気管を２つの流路に分離する構造と、２つの流路のうち一方を閉塞するための開閉弁とが必要となり、構造が複雑となる。

本発明は、上記事実を考慮して、簡易な構造で、凝縮水の排出性を向上させる排気管構造を得ることが目的である。

請求項１に係る排気管構造は、車両のフロアパネルの下側に配置され、車両側面視にて水平方向に沿って延び、排気ガスを車両後方へ流通させる第一管部と、前記第一管部の前端と連通してエンジンからの排気ガスを前記第一管部へ流通させ、前記前端の下端よりも下側に凹む底部と、前記前端の上端よりも下側へ突出する頂部と、を有する第二管部と、前記第一管部の後端と連通して前記第一管部からの排気ガスをマフラへ向けて流通させ、前記後端の下端よりも下側に凹む底部と、前記後端の上端よりも下側に突出する頂部と、を有する第三管部と、を備える。

請求項１に係る排気管構造によれば、エンジンからの排気ガスは、第二管部から第一管部、第三管部を通じてマフラへ向けて流通する。

ここで、例えば、第二管部、第一管部及び第三管部を流通する排気ガスに含まれる水蒸気が、各管部を流通する途中における温度低下などによって凝縮すると、各管部内に凝縮水が生じ、凝縮水が各管部内に溜まる場合がある。特に、第一管部は水平方向に沿って延びているため、第一管部の一端から他端までの底の部分に凝縮水が薄く溜まりやすい。

そして、車両が、例えば、傾斜地を走行することで前傾になると、第一管部の底の部分に薄く溜まった凝縮水が、第二管部における第一管部の前端の下端よりも下側に凹んだ底部に移動して、当該底部に溜まっていく。当該底部に溜まっていった凝縮水が、少なくとも、第一管部の前端の下端の高さまで達すると、第二管部の頂部が第一管部の前端の上端よりも下側へ突出していることで、第二管部の流路断面積が第一管部の流路断面積よりも減少する。これにより、凝縮水の上側を通過する排気ガスの流速が上がり、第二管部内に負圧が発生して、凝縮水の水面が持ち上がる。凝縮水の水面が持ち上がることで、第二管部での流路を閉じる水膜が形成され、排気ガスの排気圧力が瞬間的に上昇する。そして、排気ガスの排気圧力が上昇することで、水膜と共に、第二管部を含む各管部の凝縮水を一気に排水することができる。

一方、車両が、例えば、傾斜地を走行することで後傾になると、第一管部の底の部分に薄く溜まった凝縮水が、第三管部における第一管部の後端の下端よりも下側に凹んだ底部に移動して、当該底部に溜まっていく。当該底部に溜まっていった凝縮水が、少なくとも、第一管部の後端の下端の高さまで達すると、第三管部の頂部が第一管部の後端の上端よりも下側へ突出していることで、第三管部の流路断面積が第一管部の流路断面積よりも減少する。これにより、凝縮水の上側を通過する排気ガスの流速が上がり、第三管部内に負圧が発生して、凝縮水の水面が持ち上がる。凝縮水の水面が持ち上がることで、第三管部での流路を閉じる水膜が形成され、排気ガスの排気圧力が瞬間的に上昇する。そして、排気ガスの排気圧力が瞬間的に上昇することで、水膜と共に、第三管部を含む各管部の凝縮水を一気に排水することができる。

このように、請求項１の構造では、凝縮水を局所的に溜め、管部の流路断面積を減少させることで、水膜を形成して、凝縮水の排水性を向上させる。

また、請求項１では、第二管部及び第三管部のそれぞれに、下側に凹む底部と下側へ突出する頂部と形成するという管部の形状の工夫により、凝縮水の排水性を向上させるので、例えば、排気管を２つの流路に分離し且つ２つの流路のうち一方を閉塞させるための開閉弁を設ける構造（特許文献１参照）に比べ、簡易な構造で、排気管に溜まった凝縮水の排出性を向上させることができる。

請求項１に係る排気管構造では、前記第二管部の底部の軸方向長さは、前記第一管部の軸方向長さよりも短い。

請求項１に係る排気管構造によれば、第二管部の底部の軸方向長さは、第一管部の軸方向長さよりも短いので、当該底部の軸方向長さが第一管部の軸方向長さ以上である構造に比べ、第二管部の底部における凝縮水が溜まる容量を小さくできる。このため、少ない凝縮水で、第二管部の流路断面積を減少させることができ、凝縮水の排水性が向上する。

請求項２に係る排気管構造では、前記第三管部の底部の軸方向長さは、前記第一管部の軸方向長さよりも短い。

請求項２に係る排気管構造によれば、第三管部の底部の軸方向長さは、第一管部の軸方向長さよりも短いので、当該底部の軸方向長さが第一管部の軸方向長さ以上である構造に比べ、第三管部の底部における凝縮水が溜まる容量を小さくできる。このため、少ない凝縮水で、第三管部の流路断面積を減少させることができ、凝縮水の排水性が向上する。

本発明は、上記構造としたので、簡易な構造で、凝縮水の排出性を向上させることができるという優れた効果を有する。

本実施形態に係る排気管構造を示す平面図である。本実施形態に係る排気管構造の一部を示す側面図である。図２に示す構造の一部を拡大して示す側断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態の一例を図面に基づき説明する。なお、各図に適宜示される矢印ＲＲ、矢印ＵＰ及び矢印ＬＨは、それぞれ、車両後方側、車両上方側及び車両右方側を示している。

また、以下の説明で用いる「車両側面視」とは、車両幅方向の一方側から他方側へ向けて見た場合をいい、構成部品の一部を透視して見た場合が含まれる。また、以下の説明で用いる「車両平面視」とは、車両の上方側から下方側へ向けて見た場合をいい、構成部品の一部を透視して見た場合が含まれる。

（排気管構造１０）
まず、本実施形態に係る排気管構造１０について説明する。

図１は、排気管構造１０を示す平面図である。図２は、排気管構造１０の一部を示す側面図である。なお、図１及び図２を含む各図では、本実施形態に係る排気管構造１０を理解しやすくするため、構造を簡略化して図示している。

排気管構造１０は、エンジン（図示省略）から排出された排気ガスを大気（車両の外）へ排出するための管構造である。具体的には、排気管構造１０は、図１に示されるように、第一排気管１１と、第二排気管２０と、メインマフラ４０（マフラの一例）と、排出管５０と、を有している。

第一排気管１１は、図１に示されるように、車両後方向に延びる管で構成されている。第一排気管１１の前端は、エンジン（図示省略）に接続されている。これにより、該エンジンからの排気ガスが、第一排気管１１の前端から流入し、車両後方側へ（第一排気管１１の後端へ）流通する。

第一排気管１１には、触媒コンバータ１４と、排熱回収器１６と、サブマフラ１８とが、この順で車両前方側から配置されている。触媒コンバータ１４は、触媒コンバータ１４を通過する排気ガスから特定の物質を除去し、排気ガスを浄化する機能を有している。

排熱回収器１６は、水などの熱媒体との間で熱交換することで排気ガスの熱を回収し、その熱を再利用する機能を有している。サブマフラ１８は、排気ガスの排気音を低減する機能を有している。

第二排気管２０は、図２に示されるように、車両側面視にて、車両前後方向に延びる管で構成されている。第二排気管２０の前端は、図１に示されるように、第一排気管１１の後端に接続されている。これにより、第一排気管１１からの排気ガスが、第二排気管２０の前端から流入し、車両後方側へ（第二排気管２０の後端へ）流通する。

本実施形態では、第二排気管２０は、図１に示されるように、車両平面視にて、一部が、車両幅方向の一方側（例えば、車両右側）に向けて曲がっている。なお、第二排気管２０としては、車両側面視にて、車両前後方向に延びていれば、車両平面視における形状は問わない。なお、第二排気管２０の具体的な構成は後述する。

メインマフラ４０は、図２に示されるように、第二排気管２０に対する車両後方側且つ上方側に配置されている。このメインマフラ４０には、第二排気管２０の後述の第二傾斜部２６の後端が連通している。これにより、第二排気管２０からメインマフラ４０の内部に排気ガスが流入する。メインマフラ４０は、内部に流入した排気ガスの排気音を低減する機能を有している。

排出管５０は、メインマフラ４０から車両右側へ延出され、さらに車両後方側へ湾曲されている。そして、排出管５０は、メインマフラ４０から排気ガスを大気へ排出する。

（第二排気管２０の具体的な構成）
第二排気管２０は、具体的には、図２に示されるように、第一傾斜部２３と、第一凹部７０（第二管部の一例）と、水平部９０（第一管部の一例）と、第二凹部８０（第三管部の一例）と、第二傾斜部２６と、を有している。

第一傾斜部２３、第一凹部７０、水平部９０、第二凹部２２及び第二傾斜部２６は、この順で車両前方側から車両後方側へ向けて配置されている。また、第二排気管２０は、第一傾斜部２３、第一凹部７０、水平部９０、第二凹部２２及び第二傾斜部２６を含む各部において、内径が略同一とされている。

水平部９０は、車両側面視にて車両前後方向へ延びている。水平部９０は、具体的には、車両側面視にて略水平方向に沿って延びている。なお、水平部９０を含む第二排気管２０は、車両のフロアパネル（図示省略）の下側に配置されている。

第一凹部７０は、図３に示されるように、後端７０Ｒが水平部９０の前端９０Ｆと連通している。この第一凹部７０の軸方向長さは、水平部９０の軸方向長さよりも短くされている（図１及び図２参照）。第一凹部７０は、具体的には、水平部９０の前端９０Ｆの下端９５よりも下側へ凹む底部７４と、水平部９０の前端９０Ｆの上端９２よりも下側へ突出する頂部７２と、を有している。

底部７４は、第一凹部７０の軸方向の一端から他端までの底の部分である。底の部分とは、第一凹部７０の軸方向の各位置において、最も低い部分である。頂部７２は、第一凹部７０の軸方向の一端から他端までの頂きの部分である。頂きの部分とは、第一凹部７０の軸方向の各位置において、最も高い部分である。

底部７４は、具体的には、水平部９０の前端９０Ｆの下端９５における内縁９５Ｎよりも下側へ凹んでいる。また、頂部７２は、具体的には、水平部９０の前端９０Ｆの上端９２における内縁９２Ｎよりも下側へ突出している。

さらに、頂部７２は、下端９５における内縁９５Ｎよりも上側に配置されている。すなわち、頂部７２の下端７２Ｄは、下端９５における内縁９５Ｎよりも上側に位置している。また、頂部７２は、具体的には、車両側面視にて略三角形状（略Ｖ字状）に下側へ突出している。底部７４は、具体的には、車両側面視にて略三角形状（略Ｖ字状）に下側へ凹んでいる。これにより、底部７４には、凝縮水ＬＷを溜めるための車両側面視にて略三角形状の空間７４Ｃが形成される。

なお、底部７４及び頂部７２の形状は、前述の略三角形状（略Ｖ字状）に限られず、種々の形状とすることができる。また、空間７４Ｃの最大深さＤ１は、内縁９２Ｎから内縁９５Ｎまでの長さＬ１（水平部９０での内径）よりも浅くなっている。

前述のように、頂部７２が略三角形状に下側へ突出し、底部７４が略三角形状に下側へ凹むことで、第一凹部７０の後部７９は、水平部９０の前端９０Ｆから車両前方側へ向かって下る下り勾配を有している。第一凹部７０の前部７７は、後部７９の前端から車両前方側へ向かって上る上り勾配を有している。

第一傾斜部２３は、図３に示されるように、後端２３Ｒが第一凹部７０の前端７０Ｆと連通している。第一傾斜部２３は、第一凹部７０の前端７０Ｆから車両前方側へ向かって上る上り勾配を有している。この上り勾配は、第一凹部７０の前部７７における上り勾配よりも大きくされている。第一傾斜部２３の前端は、図１に示されるように、第一排気管１１の後端に接続されることで、第一排気管１１と連通している。

第二凹部８０は、図３に示されるように、前端８０Ｆが水平部９０の後端９０Ｒと連通している。この第二凹部８０の軸方向長さは、水平部９０の軸方向長さよりも短くされている（図１及び図２参照）。第二凹部８０は、具体的には、水平部９０の後端９０Ｒの下端９７よりも下側へ凹む底部８４と、水平部９０の後端９０Ｒの上端９４よりも下側へ突出する頂部８２と、を有している。

底部８４は、第二凹部８０の軸方向の一端から他端までの底の部分である。底の部分とは、第二凹部８０の軸方向の各位置において、最も低い部分である。頂部８２は、第二凹部８０の軸方向の一端から他端までの頂きの部分である。頂きの部分とは、第二凹部８０の軸方向の各位置において、最も高い部分である。

底部８４は、具体的には、水平部９０の後端９０Ｒの下端９７における内縁９７Ｎよりも下側へ凹んでいる。頂部８２は、具体的には、水平部９０の後端９０Ｒの上端９４における内縁９４Ｎよりも下側へ突出している。

さらに、頂部８２は、下端９７における内縁９７Ｎよりも上側に配置されている。すなわち、頂部８２の下端８２Ｄは、下端９７における内縁９７Ｎよりも上側に位置している。また、頂部８２は、具体的には、車両側面視にて略台形状に下側へ突出している。底部８４は、具体的には、車両側面視にて略台形状に下側へ凹んでいる。これにより、底部８４には、凝縮水ＬＷを溜めるための車両側面視にて略台形状の空間８４Ｃが形成される。

なお、底部８４及び頂部８２の形状は、前述の略台形状に限られず、種々の形状とすることができる。また、空間８４Ｃの最大深さＤ２は、内縁９４Ｎから内縁９７Ｎまでの長さＬ２（水平部９０での内径）よりも浅くなっている。

前述のように、頂部８２が略台形状に下側へ突出し、底部８４が略台形状に下側へ凹むことで、第二凹部８０の前部８７が、水平部９０の後端９０Ｒから車両後方側へ向かって下る下り勾配を有している。第二凹部８０の中間部８８は、前部８７の後端から略水平に車両後方へ延びている。第二凹部８０の後部８９は、中間部８８の後端から車両後方側へ向かって上る上り勾配を有している。

第二傾斜部２６は、図３に示されるように、前端２６Ｆが第二凹部８０の後端８０Ｒと連通している。第二傾斜部２６は、第二凹部８０の後端８０Ｒから車両後方側へ向かって上る上り勾配を有している。この上り勾配は、第二凹部８０の後部８９における上り勾配と同等の勾配とされている。第二傾斜部２６の後端は、前述したように、メインマフラ４０と連通している（図１参照）。

（本実施形態の作用効果）
次に、本実施形態の作用効果を説明する。

エンジン（図示省略）から排出された排気ガスは、第一排気管１１、第二排気管２０、メインマフラ４０及び排出管５０を通じて、大気へ排出される（図１参照）。ここで、例えば、第二排気管２０を流通する排気ガスに含まれる水蒸気が、第二排気管２０を流通する途中における温度低下などによって凝縮すると、第二排気管２０内に凝縮水ＬＷ（図３参照）が生じ、凝縮水ＬＷが第二排気管２０に溜まる場合がある。特に、本実施形態では、排熱回収器１６によって排気ガスの熱が回収されて排気ガスの温度が低下するため、水蒸気の凝縮が生じやすい。

なお、車両が水平の状態では、第二排気管２０で発生した凝縮水ＬＷは、第一凹部７０の空間７４Ｃ、水平部９０、及び第二凹部８０の空間８４Ｃに溜まる。特に、水平部９０は、水平方向に沿って延びているため、水平部９０の一端から他端までの底の部分に凝縮水が薄く溜まりやすい。

そして、車両が、例えば、傾斜地を走行又は傾斜地で停止することで、前傾になると、第二排気管２０の水平部９０の底の部分に薄く溜まった凝縮水ＬＷは、第二排気管２０の第一凹部７０の空間７４Ｃへ移動する。車両の前傾角度によっては、第二凹部８０の空間８４Ｃに溜まった凝縮水ＬＷが、第一凹部７０の空間７４Ｃへ移動する。

このように、凝縮水ＬＷが第一凹部７０の空間７４Ｃへ集められて、図３に示すように、空間７４Ｃに凝縮水ＬＷが溜まっていく。空間７４Ｃに溜まっていった凝縮水ＬＷが、少なくとも、水平部９０の前端９０Ｆにおける下端９５（具体的には内縁９５Ｎ）の高さ（図３に示す高さ）まで達すると、頂部７２が水平部９０の前端９０Ｆの上端９２よりも下側へ突出していることで、第一凹部７０の流路断面積が水平部９０の流路断面積よりも減少する。これにより、凝縮水ＬＷの上側を通過する排気ガスの流速が上がり、第一凹部７０内に負圧が発生して、凝縮水ＬＷの水面が持ち上がる。凝縮水ＬＷの水面が持ち上がることで、第一凹部７０での流路を閉じる水膜が形成され、排気ガスの排気圧力が瞬間的に上昇する。そして、排気ガスの排気圧力が上昇することで、水膜と共に、空間７４Ｃ内の凝縮水ＬＷを含む第二排気管２０内の凝縮水ＬＷが、一気に排水される。

一方、車両が、例えば、傾斜地を走行又は傾斜地で停止することで、後傾になると、第二排気管２０の水平部９０の底の部分に薄く溜まった凝縮水ＬＷは、第二排気管２０の第二凹部８０の空間８４Ｃへ移動する。車両の後傾角度によっては、第一凹部７０の空間７４Ｃに溜まった凝縮水ＬＷが、第二凹部８０の空間８４Ｃへ移動する。

このように、凝縮水ＬＷが第二凹部８０の空間８４Ｃへ集められて、図３に示すように、空間８４Ｃに凝縮水ＬＷが溜まっていく。空間８４Ｃに溜まっていった凝縮水ＬＷが、少なくとも、水平部９０の後端９０Ｒの下端９７（具体的には内縁９７Ｎ）の高さ（図３に示す高さ）まで達すると、頂部８２が水平部９０の後端９０Ｒの上端９４よりも下側へ突出していることで、第一凹部７０の流路断面積が水平部９０の流路断面積よりも減少する。これにより、凝縮水ＬＷの上側を通過する排気ガスの流速が上がり、第二凹部８０内に負圧が発生して、凝縮水ＬＷの水面が持ち上がる。凝縮水ＬＷの水面が持ち上がることで、第二凹部８０での流路を閉じる水膜が形成され、排気ガスの排気圧力が瞬間的に上昇する。そして、排気ガスの排気圧力が上昇することで、水膜と共に、空間８４Ｃ内の凝縮水ＬＷを含む第二排気管２０内の凝縮水ＬＷが、一気に排水される。

以上のように、本実施形態では、車両が前傾又は後傾となることで、第一凹部７０又は第二凹部８０に凝縮水ＬＷが移動することを利用して、凝縮水ＬＷを局所的に溜め、第二排気管２０の流路断面積を減少させることで、水膜を形成して、凝縮水ＬＷの排水性を向上させる。

本実施形態では、第二排気管２０に第一凹部７０及び第二凹部８０を形成するという第二排気管２０の形状の工夫により、凝縮水ＬＷの排水性を向上させるので、例えば、第二排気管２０を２つの流路に分離し且つ２つの流路のうち一方を閉塞させるための開閉弁を設ける構造（特許文献１参照）に比べ、簡易な構造で、第二排気管２０に溜まった凝縮水ＬＷの排出性を向上させることができる。

また、第一凹部７０及び第二凹部８０の一方のみが形成されている場合では、車両が前傾となった場合か後傾となった場合の一方でしか、凝縮水ＬＷが排水されないが、本実施形態では、第一凹部７０及び第二凹部８０が形成されているので、車両が前傾又は後傾になれば、凝縮水ＬＷを排水することができる。

また、本実施形態では、第一凹部７０の軸方向長さは、水平部９０の軸方向長さよりも短くされているので、第一凹部７０の軸方向長さが水平部９０の軸方向長さ以上である構造に比べ、第一凹部７０の空間７４Ｃの凝縮水ＬＷが溜まる容量を小さくできる。このため、少ない凝縮水ＬＷで、第一凹部７０の流路断面積を減少させることができ、凝縮水の排水性が向上する。

また、本実施形態では、第二凹部８０の軸方向長さは、水平部９０の軸方向長さよりも短くされているので、第二凹部８０の軸方向長さが水平部９０の軸方向長さ以上である構造に比べ、第二凹部８０の空間８４Ｃの凝縮水ＬＷが溜まる容量を小さくできる。このため、少ない凝縮水ＬＷで、第二凹部８０の流路断面積を減少させることができ、凝縮水の排水性が向上する。

本発明は、上記の実施形態に限るものではなく、その主旨を逸脱しない範囲内において種々の変形、変更、改良が可能である。

１０排気管構造
４０メインマフラ（マフラの一例）
７０第一凹部（第二管部の一例）
７２頂部
７４底部
８０第二凹部（第三管部の一例）
８２頂部
８４底部
９０水平部（第一管部の一例）
９０Ｆ前端
９０Ｒ後端
９２上端
９４上端
９５下端
９７下端
ＬＷ凝縮水

Claims

車両のフロアパネルの下側に配置され、車両側面視にて水平方向に沿って延び、排気ガスを車両後方へ流通させる第一管部と、
前記第一管部の前端と連通してエンジンからの排気ガスを前記第一管部へ流通させ、前記前端の下端よりも下側に凹む底部と、前記前端の上端よりも下側へ突出する頂部と、を有する第二管部と、
前記第一管部の後端と連通して前記第一管部からの排気ガスをマフラへ向けて流通させ、前記後端の下端よりも下側に凹む底部と、前記後端の上端よりも下側に突出する頂部と、を有する第三管部と、
を備え、
前記第二管部の底部の軸方向長さは、前記第一管部の軸方向長さよりも短い
排気管構造。
車両のフロアパネルの下側に配置され、車両側面視にて水平方向に沿って延び、排気ガスを車両後方へ流通させる第一管部と、
前記第一管部の前端と連通してエンジンからの排気ガスを前記第一管部へ流通させ、前記前端の下端よりも下側に凹む底部と、前記前端の上端よりも下側へ突出する頂部と、を有する第二管部と、
前記第一管部の後端と連通して前記第一管部からの排気ガスをマフラへ向けて流通させ、前記後端の下端よりも下側に凹む底部と、前記後端の上端よりも下側に突出する頂部と、を有する第三管部と、
を備え、
前記第三管部の底部の軸方向長さは、前記第一管部の軸方向長さよりも短い
排気管構造。