JP7727472B2 - 車両の排気管構造 - Google Patents

Description

本発明は、消音性能を向上させた車両の排気管構造に関するものである。

車両の騒音規制により法規上の車外音として、排気管から出る音は小さいことが望ましい。例えば、テールパイプを片側２本以上出す排気管構造では、より高い消音効果を得るために、各パイプの排気流量は均等になることが望ましい。

例えば、特許文献１には、二股に分けた排気管を外筒で繋いだ内燃機関のサブマフラ構造が開示されている。従来のサブマフラ構造は、サブマフラの外筒の軸線方向央部に導入した排気管の下流端を外筒内の導管により車体左右方向外方向きに二分岐させ、導管の周壁の多数の小孔により導管の内部を外筒と導管との間の空間に連通させ、この空間を利用して排気管の共鳴や高周波成分の排気騒音を消音させるようにしている。

特開２００８－８２５０号公報

しかしながら、二股に分けた２つの排気管に排気が均等に流れると、所定の周波数領域において、２つの排気管の気柱共鳴が増幅し、排気音圧が大きくなるという課題がある。

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、二股以上に分岐する排気管の気柱共鳴の増幅を低減させ、消音性能を向上させた車両の排気管構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様の車両の排気管構造は、１本の排気パイプから分岐する少なくとも二股以上に分岐する分岐パイプを備え、前記分岐パイプが前記排気パイプから分岐された、第１の分岐パイプと第２の分岐パイプとを有し、前記第１の分岐パイプが、上流側の第１の上流パイプと該第１の上流パイプの下流側に連通する第１の下流パイプとを有し、前記第２の分岐パイプが、上流側の第２の上流パイプと該第２の上流パイプの下流側に連通する第２の下流パイプとを有し、前記第１の下流パイプと前記第２の下流パイプとの下流側に、容積が異なる第１のマフラと第２のマフラとがそれぞれ設けられ、前記第１の上流パイプと前記第１の下流パイプとの第１のなす角度に対して、前記第２の上流パイプと前記第２の下流パイプとの第２のなす角度が小さく設定され、前記第１のマフラの第１の容積よりも前記第２のマフラの第２の容積が大きく設定され、前記第１のマフラ内の前記第１の下流パイプに穿孔された第１のパンチ孔の数が前記第２のマフラ内の前記第２の下流パイプに穿孔された第２のパンチ孔の数より多い。

本発明によれば、二股以上に分岐する排気管の気柱共鳴の増幅を低減させ、消音性能を向上させた車両の排気管構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係る車両の排気管を示す斜視図 同、車両の排気管構造であるテール排気ユニットを示す斜視図 同、テール排気ユニットの構成を示す部分断面図 第１の変形例のテール排気ユニットの構成を示す部分断面図 第２の変形例のテール排気ユニットを示す斜視図 第２の変形例のテール排気ユニットの構成を示す部分断面図 従来構造と本発明の構造の気柱共鳴の周波数と減衰音圧の変化の一例を示すグラフ

以下に図面を参照しながら、本発明の一態様の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図においては、各構成要素を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、構成要素毎に縮尺を異ならせてあるものであり、本発明は、これらの図に記載された構成要素の数量、構成要素の形状、構成要素の大きさの比率、および各構成要素の相対的な位置関係のみに限定されるものではない。

以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。

図１に示す、車両の排気管１は、パワーユニットである内燃機関に接続されるエキゾーストマニホールド２と、触媒を用いて有害排気成分を浄化する触媒コンバータ３と、２つのテール排気ユニット１０，２０と、を有し、複数、ここでは４つの排気管４，５，６，７がボールジョイントなどの排気管接続部材８によって接続されている。

なお、触媒コンバータ３は、排気管５の中途に設けられている。また、２つのテール排気ユニット１０，２０に接続される後方の排気管７は、崩れＹ字状排気管となっている。

車両の排気管１は、内燃機関が搭載される車体の下面に設けられ、エキゾーストマニホールド２からの排ガスが車体前方から車体後方に向って、４つの排気管４，５，６，７を通過して、２つのテール排気ユニット１０，２０から外部に排出される。

なお、排ガスは、排気管５を通過する過程で、触媒コンバータ３によって、炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などといった大気汚染物質が除去される。

ここで、本実施の形態の車両の排気管構造である２つのテール排気ユニット１０，２０について、以下に詳しく説明する。なお、２つのテール排気ユニット１０，２０は、左右対称の同一構成であるため、ここでは車両前方から見た右側に配置されるテール排気ユニット１０のみを例示して説明する。

テール排気ユニット１０（２０）は、ステンレスなどの金属から形成され、図２に示すように、排気管７に接続される排気パイプのメインテールパイプ１１から二股に分岐された車幅方向の外側となる一方の分岐パイプのアウトサイドテールパイプ１２および車幅方向の内側となる他方の分岐パイプのインサイドテールパイプ１３を有している。アウトサイドテールパイプ１２およびインサイドテールパイプ１３は、それぞれが同じパイプ径であり、パイプ長も等長となるように設定されている。

アウトサイドテールパイプ１２の中途には、アウトサイド側のチャンバ（サイレンサ、消音器ともいう）であるアウトサイドマフラ１４が設けられ、インサイドテールパイプ１３の中途には、インサイド側のチャンバ（サイレンサー、消音器ともいう）であるインサイドマフラ１５が設けられている。なお、アウトサイドテールパイプ１２およびインサイドテールパイプ１３のパイプエンドには、マフラーカッター１６，１７がそれぞれ設けられている。

アウトサイドテールパイプ１２は、メインテールパイプ１１から分岐するアウトサイドテール上流パイプ１２ａおよびアウトサイドテール下流パイプ１２ｂを有している。

インサイドテールパイプ１３は、メインテールパイプ１１から分岐するインサイドテール上流パイプ１３ａおよびインサイドテール下流パイプ１３ｂを有している。なお、インサイドテール上流パイプ１３ａは、メインテールパイプ１１側のアウトサイドテール上流パイプ１２ａに接続されている。

アウトサイドテール上流パイプ１２ａは、メインテールパイプ１１の長手軸である孔軸Ｏに対する長手軸の孔軸Ｐ１が所定の角度を有して車幅外側方向に延在している。アウトサイドテール下流パイプ１２ｂは、その孔軸Ｘ１がアウトサイドテール上流パイプ１２ａの孔軸Ｐ１に対する第１のなす角度θ１を有して延在している。なお、メインテールパイプ１１の孔軸Ｏと、アウトサイドテール下流パイプ１２ｂの長手軸の孔軸Ｘ１とが略平行となっている。

一方、インサイドテール上流パイプ１３ａは、メインテールパイプ１１の孔軸Ｏに対する長手軸の孔軸Ｐ２が所定の角度を有し、アウトサイドテール上流パイプ１２ａとは反対方向の車幅内側方向に延在している。なお、インサイドテール上流パイプ１３ａは、アウトサイドテール上流パイプ１２ａのメインテールパイプ１１の近傍に接続されている。

そのため、メインテールパイプ１１からの排ガスは、アウトサイドテール上流パイプ１２ａ側に多く流れ、インサイドテール上流パイプ１３ａ側の流量が少なく排気される。

また、インサイドテール下流パイプ１３ｂは、その孔軸Ｘ２がインサイドテール上流パイプ１３ａの孔軸Ｐ２に対して、第１のなす角度θ１よりも小さい角度となる第２のなす角度θ２（θ２＜θ１）を有して延在している。即ち、第１のなす角度θ１は、第２のなす角度θ２よりも大きい角度（θ１＞θ２）となっている。

なお、メインテールパイプ１１の孔軸Ｏと、インサイドテール下流パイプ１３ｂの孔軸Ｘ２も略平行となっている。即ち、アウトサイドテール下流パイプ１２ｂとインサイドテール下流パイプ１３ｂは、それぞれの孔軸Ｘ１，Ｘ２が略平行に延在する。

アウトサイドテール下流パイプ１２ｂは、中途部分に複数の孔部２３が形成されたパンチングパイプであり、これら複数の孔部２３を覆うようにアウトサイドマフラ１４のハウジング２１が接続されている。また、インサイドテール下流パイプ１３ｂも、中途部分に複数の孔部３３が形成されたパンチングパイプであり、これら複数の孔部３３を覆うようにインサイドマフラ１５のハウジング３１が接続されている。

アウトサイドマフラ１４およびインサイドマフラ１５は、所謂、共鳴式の排気音を減少させる構造となっている。なお、アウトサイドマフラ１４およびインサイドマフラ１５は、各ハウジング２１，３１内にグラスウール、スチールウールなどの消音材を充填させた、所謂、吸収式の構造、ハウジング２１，３１の両端にパイプが接続された、所謂、膨張式の構造、ハウジング２１，３１内に複数の隔壁を設けた、所謂、隔壁式の構造など、種々のマフラ構造にも適用可能である。

本実施の形態のアウトサイドマフラ１４のハウジング２１は、アウトサイドテール下流パイプ１２ｂの前後周囲を閉塞する両端面を有した内径Ｄ１を有する略筒状体である。また、インサイドマフラ１５のハウジング３１も、インサイドテール下流パイプ１３ｂの前後周囲を閉塞する両端面を有した内径Ｄ１よりも大きな内径Ｄ２を有する略筒状体である。また、各ハウジング２１，３１は、前後方向の長さが同一となるように設定されている。

本実施の形態のテール排気ユニット１０（２０）は、アウトサイドマフラ１４のハウジング２１によって形成される内部空間の容量（容積）Ａ１がインサイドマフラ１５のハウジング３１によって形成される内部空間の容量（容積）Ａ２よりも小さく（Ａ１＜Ａ２）設定されている。即ち、アウトサイドマフラ１４は、インサイドマフラ１５よりも小さい容量が設定されており、内部が異なる容積となっている。換言すると、インサイドマフラ１５は、アウトサイドマフラ１４よりも、内部空間が大きく容量が大きく設定されている。

なお、アウトサイドマフラ１４とインサイドマフラ１５は、互いの容量が異なればよく、各ハウジング２１，３１の前後方向の長さが非同一であってもよい。

以上のように構成されたテール排気ユニット１０（２０）は、２本のアウトサイドテールパイプ１２およびインサイドテールパイプ１３を有して、それぞれに設けられ、容量（容積）Ａ１，Ａ２が異なる２つのアウトサイドマフラ１４およびインサイドマフラ１５により、各パイプの共鳴で発生する特定の周波数の音を消音する構造となっている。

即ち、テール排気ユニット１０（２０）は、アウトサイドマフラ１４およびインサイドマフラ１５の容量（容積）Ａ１，Ａ２を不均一にして、流量の少ないインサイドテールパイプ１３側に設けられるインサイドマフラ１５の容量（容積）Ａ２がアウトサイドテールパイプ１２側に設けられるアウトサイドマフラ１４の容量（容積）Ａ１よりも大きく構成されている。これによりメインテールパイプ１１から二股に分岐するアウトサイドテールパイプ１２およびインサイドテールパイプ１３による共鳴の位相ずれを起こさせて、気柱共鳴の増幅を低減させている。

即ち、従来構成のテール排気ユニットは、二股に分岐するアウトサイドテールパイプおよびインサイドテールパイプが略等長であり、アウトサイドマフラの容量（容積）とインサイドマフラの容量（容積）が同一容量であると、特定の周波数帯における気柱共鳴の波長の腹と節が一致して音圧が増幅してしまう。

そのため、本実施の形態のテール排気ユニット１０（２０）は、アウトサイドマフラ１４の容量（容積）Ａ１とインサイドマフラ１５の容量（容積）Ａ２を異ならせて、特定の周波数帯の気柱共鳴の波長の腹と節が一致しないようにすることで、音圧の増幅を防止する構造となっている。

従って、テール排気ユニット１０（２０）は、アウトサイドテールパイプ１２およびインサイドテールパイプ１３による共鳴で発生する特定の周波数帯の音圧を低減可能となり、車外音を低減させることができる。以上の説明から、テール排気ユニット１０（２０）は、二股に分けられた２つの排気管の気柱共鳴の増幅を低減させ、消音性能を向上させた車両の排気管構造となる。
（第１の変形例）

図４に示すように、本変形例のテール排気ユニット１０（２０）は、アウトサイドマフラ１４におけるパンチングパイプのアウトサイドテール下流パイプ１２ｂに形成する複数の孔部２３の数をインサイドマフラ１５におけるパンチングパイプのインサイドテール下流パイプ１３ｂに形成する複数の孔部３３の数よりも多くしてもよい。

このような構成としても、テール排気ユニット１０（２０）は、上述と同様に特定の周波数の音圧を低減可能となり、車外音を低減させることができる。
（第２の変形例）

図５に示すように、アウトサイドマフラおよびインサイドマフラが一体となった１つのマフラ１８としてもよい。このマフラ１８は、図６に示すように、マフラハウジング１９の内部に隔壁２５，３５が設けられており、アウトサイドテールパイプ１２側とインサイドテールパイプ１３側との内部空間が離隔されている。即ち、マフラ１８は、アウトサイドマフラおよびインサイドマフラを備えた構造となっている。

このようなマフラ１８の構成においても、アウトサイドテールパイプ１２側の内部空間の容量（容積）Ａ１がインサイドテールパイプ１３側の内部空間の容量（容積）Ａ２よりも小さく（Ａ１＜Ａ２）なるように設定されている。

このような構成としても、テール排気ユニット１０（２０）は、上述と同様に特定の周波数の音圧を低減可能となり、車外音を低減させることができる。

なお、本変形例の構成に加え、第１の変形例のアウトサイドテール下流パイプ１２ｂに形成する複数の孔部２３の数をインサイドマフラ１５におけるパンチングパイプのインサイドテール下流パイプ１３ｂに形成する複数の孔部３３の数よりも多くする構成を組み合わせてもよい。

ここで、従来構造に対して、上述の実施の形態および第１、第２の変形例のテール排気ユニット１０（２０）の構造による各周波数の減衰音圧を図７に示す。

図７に示すように、破線Ｆ０で示す、従来構造は、常用領域の周波数、例えば４５０Ｈｚ～５５０Ｈｚにおいて、気柱共鳴の波長の節と腹が一致して増幅して、アウトサイドマフラ１４およびインサイドマフラ１５による減衰量（ｄＢ）が低下する。

これに対して、一点鎖線Ｆ１で示す、上述の実施の形態の構造、２点鎖線Ｆ２で示す、第１の変形例の構造および、３点鎖線Ｆ３で示す、第２の変形例の構造のテール排気ユニット１０（２０）は、常用領域の周波数、例えば４５０Ｈｚ～５５０Ｈｚにおいても、気柱共鳴の波長の節と腹が不一致となり増幅せず、アウトサイドマフラ１４およびインサイドマフラ１５による減衰量（ｄＢ）の低下を防止することができる。
即ち、減衰音圧（ｄＢ）は、音を減衰させる量（消音量）である為、数値が大きくなると消音効果が上がる。したがって、減衰音圧（ｄＢ）が上がると消音量が上がるため、音が小さくなる。これにより、音圧を低減可能となり、車外音を低減させることができる。以上の説明から、テール排気ユニット１０（２０）は、二股に分けられた２つのテール排気ユニット１０（２０）の気柱共鳴の増幅を低減させ、消音性能を向上させた車両の排気管構造となる。

なお、アウトサイドテールパイプ１２およびインサイドテールパイプ１３の気柱共鳴の増幅を低減させるには、アウトサイドマフラ１４の容量（容積）Ａ１とインサイドマフラ１５の容量（容積）Ａ２が略同一でなければよいため、アウトサイドマフラ１４の容量（容積）Ａ１をインサイドマフラ１５の容量（容積）Ａ２よりも大きくした構成でもよい。

また、車両の排気管１は、２つのテール排気ユニット１０，２０を有する構成を例示しているが、これに限定されることなく、左右いずれか片側のみに１つのテール排気ユニット１０（２０）を有する構成としてもよい。

さらに、テール排気ユニット１０，２０は、テールパイプが二股に分岐する構成に限らず、複数に分岐した構成において、各マフラの容量（容積）が異なるように設定されていればよい。なお、テール排気ユニット１０，２０に限定されることなく、排気管の中途が分岐してマフラが設けられる構成にも適用可能な技術である。

以上の実施の形態に記載した発明は、それらの形態に限ることなく、その他、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施し得ることが可能である。さらに、上記各形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合せにより種々の発明が抽出され得るものである。

例えば、各形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、述べられている課題が解決でき、述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得るものである。

１…車両の排気管
２…エキゾーストマニホールド
３…触媒コンバータ
４，５，６，７…排気管
８…排気管接続部材
１０，２０…テール排気ユニット
１１…メインテールパイプ
１２…アウトサイドテールパイプ
１２ａ…アウトサイドテール上流パイプ
１２ｂ…アウトサイドテール下流パイプ
１３…インサイドテールパイプ
１３ａ…インサイドテール上流パイプ
１３ｂ…インサイドテール下流パイプ
１４…アウトサイドマフラ
１５…インサイドマフラ
１６，１７…マフラーカッター
１８…マフラ
１９…マフラハウジング
２１，３１…ハウジング
２３，３３…孔部
２５，３５…隔壁
Ａ１，Ａ２…容量（容積）
Ｄ１，Ｄ２…内径
Ｏ，Ｐ１，Ｐ２，Ｘ１，Ｘ２…孔軸

Claims (3)

1. １本の排気パイプから分岐する少なくとも二股以上に分岐する分岐パイプを備えた車両の排気管構造において、
   前記分岐パイプが前記排気パイプから分岐された、第１の分岐パイプと第２の分岐パイプとを有し、
   前記第１の分岐パイプが、上流側の第１の上流パイプと該第１の上流パイプの下流側に連通する第１の下流パイプとを有し、
   前記第２の分岐パイプが、上流側の第２の上流パイプと該第２の上流パイプの下流側に連通する第２の下流パイプとを有し、
   前記第１の下流パイプと前記第２の下流パイプとの下流側に、容積が異なる第１のマフラと第２のマフラとがそれぞれ設けられ、
   前記第１の上流パイプと前記第１の下流パイプとの第１のなす角度に対して、前記第２の上流パイプと前記第２の下流パイプとの第２のなす角度が小さく設定され、
   前記第１のマフラの第１の容積よりも前記第２のマフラの第２の容積が大きく設定され、
   前記第１のマフラ内の前記第１の下流パイプに穿孔された第１のパンチ孔の数が前記第２のマフラ内の前記第２の下流パイプに穿孔された第２のパンチ孔の数より多いことを特徴とする車両の排気管構造。
2. 前記排気パイプの近傍の前記第１の上流パイプに前記第２の上流パイプが所定角度で接続されていることを特徴とする請求項１に記載の車両の排気管構造。
3. 前記第１のマフラと前記第２のマフラとが隔壁にて内部空間を離間されて、一体の１つの前記マフラを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両の排気管構造。