JPH0648098Y2

JPH0648098Y2 - 排気管の接続構造

Info

Publication number: JPH0648098Y2
Application number: JP1989027345U
Authority: JP
Inventors: 祐一外薗; 哲治片山; 敏明許斐; 雅彦石川; 勇家塚
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1994-12-07
Anticipated expiration: 2004-03-13
Also published as: JPH02118123U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、複数の上流側排気管を１本の下流側排気管に
接続する、排気管の接続構造に関し、たとえば自動車の
排気管の接続構造に利用される。

［従来の技術］自動車用エンジンの排気マニホルドに接続される排気管
では、第４図に示すように、複数気筒毎、たとえば２気
筒毎に上流側排気管32A、32Bが１本の下流側排気管34A
に集合され、さらにこの下流側排気管34Aと、他の複数
気筒の上流側排気管32C、32Dを集合した下流側排気管34
Bとが、これらの下流側排気管34A、34Bを上流側排気管
として、さらに下流側の下流側排気管36Aに集合され、
最終的に１本の下流側排気管36Aにまとめられて大気に
連通される。これらの上流側排気管と下流側排気管との
接続部38A、38Bが、本考案の排気管接続構造が適用され
る部位となる。

従来の排気管の接続構造は、特開昭60-53611号公報に述
べられている如く、また第５図に示すように、流路がほ
とんど拡大されないＹ字状の合流管40から成っていた。

また、特開昭60-53611号公報は、第６図に示すような、
排気管接続構造を開示している。その接続構造は、流路
が拡大された合流管50と、２本の上流側排気管52、54
と、１本の下流側排気管56とからなる。合流管50は第１
の端部58と第２の端部60を有し、内部に排気ガスの合流
用スペース62を有する。２本の上流側排気管52、54は、
合流管50内に、合流用スペース62まで延びるように第１
の端部58から挿入されており、それらの挿入長さは互い
に等しい。また、挿入部には小孔は設けられていない。
下流側排気管56は合流管50に第２の端部60にて接続され
ている。

また、実開昭61-53516号公報は、第７図に示すように、
２本の排気管70、72を背合わせ構造とし、両壁を隔てる
壁に複数の小孔74を設けた構造を開示している。

［考案が解決しようとする課題］しかし、従来の排気管接続構造には、次のような問題が
あった。

（イ）、第５図の排気管接続構造においては、合流管40
における排気圧力波が上流側排気管を上流に向って伝播
し、他の排気圧力波と干渉して圧力波の山と山とが重な
りあって排気衝撃波が発生しやすくなる。

（ロ）、第５図の排気管接族構造においては、また、上
流側に伝播する排気圧力波によって、排気効率の低下、
エンジン出力低下を招く。

（ハ）、上記（イ）、（ロ）の問題を軽減するには、排
気圧力波を軽減しなければならないが、第６図の排気管
接続構造においては、上流側排気管52、54および下流側
排気管56が、拡大された合流用スペース62に開口されて
いるので、この開口で排気圧力波がかなり減衰されるも
のの、いまだ十分でない。すなわち、第６図の構造によ
る排気圧力波減衰効果は、波が大容積のスペースに解放
されるときに得られる減衰効果だけである。他の効果、
たとえば、消音器に用いられているような小孔による圧
力波減衰効果等は得られない。

（ニ）、第７図の排気管においては、管壁に複数の小孔
74が設けられているので、小孔74による圧力波減衰効果
は得られるが、消音器の共鳴箱のような十分なスペース
がないので、その圧力波減衰効果は十分でない。

（ホ）、たとえ、第６図の構造と第７図の構造とを組み
合せても、たとえば第６図の上流側排気管52、54の合流
用スペース62内突き出し部の管壁に第７図の小孔74を複
数個穿設しても、第６図の構造の圧力波減衰効果と第７
図の圧力波減衰効果との和の減衰効果しか得られないで
あろう。

本考案は、排気圧力波を効果的に減衰させることのでき
る、排気管の接続構造を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的は、本考案によれば、つぎの排気管の接続構造
によって、達成される。

合流管と、複数の上流側排気管と、１本の下流側排気管
とから成る排気管の接続構造であって；前記合流管は、
第１の端部と第２の端部を有し、内部に排気ガス流れの
合流用スペースを有しており；前記上流側排気管は、それらの下流側端部に、合流管内
の挿入長さが互いに異なるようにして合流管の第１の端
部から合流管内に挿入されかつ少なくとも１本が合流用
スペース内まで突き出している挿入部を有しており、挿入部のうち合流用スペース内に突き出している部分の
管壁には複数の貫通穴が設けられており、該貫通穴が設
けられている部分の挿入部の外壁面と合流管の内壁面と
の間には隙間が設けられており、挿入部の長さが長い方の上流側排気管の挿入部は、該挿
入部の長さが長い方の上流側排気管の挿入部の管壁の一
部が挿入部の長さが短い方の上流側排気管の挿入部の軸
芯の延長線と交さするように湾曲されており；前記下流側排気管は、その上流側端部が合流管の第２の
端部にて合流管に接続されている；ことを特徴とする排気管の接続構造。

［作用］上流側排気管、下流側排気管は、それらの流路断面積が
合流用スペース部で急激に拡大されるので、流路の大ス
ペース部への開口による圧力波減衰効果が得られる。

上流側排気管の合流用スペースへの突き出し部の管壁に
は複数の貫通穴が設けられているので、圧力波がこの貫
通穴を通って管内、外に通過するときに減衰を受け、排
気圧力波が大幅に減衰される。この貫通穴が設けられた
管壁と合流管内壁との間には、隙間があるので、圧力波
は貫通穴を自由に通過できる。

上流側排気管は挿入部の長さを異ならせて合流管内に挿
入されているので、挿入長の長い方の管にはそれだけ多
数の貫通穴を設けることができ、貫通穴による圧力波減
衰効果が増大する。この場合全ての上流側排気管の挿入
長を長くすると、合流用スペースの容積が減少して従来
のＹ字合流管に近づいていき、流路拡大による圧力波減
衰効果の方が低減してしまうが、本考案では挿入長を異
ならせてあるので、合流用スペースを大に維持したま
ま、挿入長が長いほうの管の貫通穴の数を増やして貫通
穴による圧力波減衰効果を増すことができるという、従
来にない効果を生じている。

挿入長の短い方の管の貫通穴の数は挿入長の長い方の管
に比べて少ないが、挿入長の短い方の管の軸芯の延長線
が挿入長の長い方の管の挿入部と交さするので、挿入長
の短い方の管に伝播する圧力波は挿入長の短い方の管の
延長線上で挿入長の長い方の管の貫通穴を通過し、挿入
長の長い方の管の貫通穴をも利用して圧力波減衰を行な
うことができる。すなわち、挿入長の長い方の管の挿入
部に設けた貫通穴は、挿入長の長い方の管を伝播する圧
力波の減衰に寄与するばかりでなく、挿入長の短い方の
管を伝播する圧力波の減衰にも寄与し、相乗効果を生じ
ている。

［実施例］以下に、本考案に係る排気管の接続構造の望ましい実施
例を、第１図から第３図までを参照して説明する。この
うち、第１図、第２図は構造を示し、第３図は圧力波減
衰特性を示す。

第１図および第２図において、複数（図示例では２本で
あるが、６気筒、８気筒エンジンにおけるように３本以
上でもよい）の上流側排気管12、14は、合流管10を介し
て、１本の下流側排気管16と接続されている。

合流管10は、上流側の第１の端部18と下流側の第２の端
部20を有し、両端部18、20の間の合流管内に合流用スペ
ース22を有する。

合流用スペース22は、上流側排気管12、14、下流側排気
管16のそれぞれ流路断面積よりも大きな流路断面積を有
する。したがって、上流側排気管12、14および下流側排
気管16は、それぞれ合流用スペース22への各開口端にお
いて流路断面積を拡大される。これは、管路の大スペー
スへの開口による圧力波減衰効果が、各管端において得
られるようにするためである。

合流管10は、たとえば第２図に示すように２枚の部材を
合せた構造から成り、第１の端部18側において、複数の
上流側排気管12、14の間の部分24は管壁が互いに合わさ
るように押しつぶされてシールされている。

第２の端部20の開口の中心線は第１の端部18の中心線と
斜めに交わっていてもよく、このように斜めにすること
によって、上流側排気管12、14と下流側排気管16との相
対的配設を自由にすることができ、配管系の配設の設計
の自由度を向上できる。

上流側排気管12、14は、それらの下流側端部に、合流管
10内への挿入長さが互いに異なるようにして合流管10内
の第１の端部18から合流管10内に挿入されかつ少なくと
も１本（図示例では全体）が合流用スペース22内まで突
き出された挿入部12a、14aを有している。各挿入部12
a、14aのうち、合流用スペース22に突き出している部分
の管壁には、複数の貫通穴26が設けられている。貫通穴
26は、この貫通穴26を圧力波が通過するときに圧力波を
減衰させる。貫通穴26が設けられている部分の挿入部12
a、14aの外壁面と合流管10の内壁面との間には隙間28が
設けられる。隙間28は圧力波が貫通穴26を通過すること
を可能にしている。挿入部の長さL₁の長い方の上流側排
気管12の挿入部12aは、挿入部12aの管壁の一部が挿入部
の長さL₂の短い方の上流側排気管14の挿入部14aの軸芯
の延長線と交さするように湾曲されている。上記のう
ち、異なる挿入長構造は、合流用スペース22の容積を大
に維持したまま、片方の上流側排気管12の挿入長を長く
とることを可能にする。そして、片方の上流側排気管12
の挿入長を長くした構造は、この挿入長の長い方の上流
側排気管12の挿入部12aにより、多数の貫通穴26を設け
ることを可能にしており、貫通穴26による圧力波減衰効
果を大にする。挿入長が短い方の上流側排気管14の挿入
部14aの軸芯の延長が挿入長の長い方の上流側排気管12
の挿入部12aの管壁の一部に交さする構造は、挿入長が
短い方の挿入部14aに出入りする圧力波が挿入長が長い
方の挿入部12aの貫通穴26を利用してさらなる圧力波減
衰が行なわれることを可能にしている。

貫通穴26は、上流側排気管12、14の挿入部12a、14aのう
ち、合流管10の管壁と接触しない部分に、全面にわたっ
て穿設される。これは、できるだけ多くの、貫通穴26に
よる圧力波減衰効果を得るためである。

貫通穴26の穴径は望ましくは２〜5mm程度とされてい
る。これは、貫通穴26が良好な圧力波減衰機能を有する
ための条件である。とくに3mm径近辺において、圧力波
減衰効果が良好である。

合流管10の第２の端部20の中心線が第１の端部18の中心
線に対して斜めに傾けられている場合には、挿入長の長
い方の上流側排気管12の挿入部12aの曲がりの方向は、
挿入部12a開口端の中心線が、下流側排気管16の開口端
の中心線の向きに平行かまたは平行に近づく方向であ
る。これは、排気ガス流れの抵抗を小にするためであ
る。

挿入長の長い方の上流側排気管12の挿入部12aの開口端
近傍には、排気ガス流れ方向前方に、なお十分な容積の
拡大された流路面積をもつ合流用スペース部分22aが設
けられている。これは、この上流側排気管12に、流路拡
大による圧力波減衰効果を、充分に持たさせるためであ
る。

上流側排気管12、14は、従来例の第６図のものと異な
り、その開口端を絞られていない。開口端の絞りは下流
側から上流側へと向かう圧力波の伝播を若干低減する効
果はあるものの、排気ガス流れの抵抗を増やしてしまう
ので、それを避けるためである。

下流側排気管16はその上流側端部が合流管10の第２の端
部20にて、合流管10に接続されている。

下流側排気管16は合流管10内の合流用スペース22内まで
は突出しない。すなわち、合流管10の内壁面は下流側排
気管16への内壁面へとほぼなめらかに、（下流側排気管
16の壁厚分だけの段差は当然に残っているが）、つなが
る。これは、排気ガス流れの抵抗を増さないためであ
る。

つぎに、上記実施例の作用について説明する。

エンジンにおいては各気筒の行程が他の気筒の行程と時
間的にずれるので、１つの気筒の排気圧力波は合流部か
ら他の気筒の上流側排気管を上流に向って伝播し、他の
気筒の排気圧力波と干渉する。上流側へと伝播する排気
圧力波は、合流部からの排気圧力波の他に、合流部より
下流側の別の合流部からの圧力波、およびさらにそれよ
り下流側の触媒コンバータ等の他の機器からの圧力波の
反射波第１図のW₂を、含む。このような排気圧力波の干
渉は、排気衝撃波、騒音、排気効率の低下、出力低下を
招くことがあるので、排気脈動によるエンジン性能の向
上をそこなわないように、うまく圧力波をとりたい。

本考案においては、排気圧力波は、合流管10の位置で、
管路断面積拡大による圧力波減衰効果と、貫通穴26によ
る圧力波減衰効果と、それらの相剰によるさらなる圧力
波減衰効果とによって効果的に減衰される。

より詳しくは、第１図に示すように、上流側排気管12、
14を通ってきた排気圧力波W₁は合流管10内の合流用スペ
ース22に達した時、合流用スペース22のもつ容積により
減衰を受ける。また、触媒コンバータ等からの下流側か
らの反射圧力波W₂は、第１図に示すように、下流側排気
管16から合流用スペース22に達したときに、合流用スペ
ース22のもつ容積により減衰を受ける。第７図のような
従来例では、このような減衰は得られない。

また、上流側排気管12、14の合流管10への挿入部12a、1
4aのうち、合流用スペース22内に突き出した部分には、
管壁全面にわたって、貫通穴26が設けられているので、
第１図に示すように圧力波W₃がこの貫通穴26を通過する
ときに減衰を受ける。

貫通穴26を通過することによる圧力波の減衰量を大きく
するためには、上流側排気管12、14の合流用スペース22
内への突き出し量を大にすればよさそうにみえるが、そ
うすると合流用スペース22の実質的な容積が突き出した
パイプによって減少されてしまい、上記の管路拡大によ
る圧力波減衰効果が減少してしまう。また、限られたス
ペース内で両方の突き出し部が長いと、排気ガスの流れ
る通路断面積が小さくなり、背圧の上昇を招き、エンジ
ン性能を低下させてしまう。本考案のように、片方の上
流側排気管12だけ、突き出し量を長くしておけば、合流
用スペース22の通路断面積を大に保ったまま、すなわち
流路拡大による圧力波減衰効果を良好に保ったまま、突
き出し量の長い方の挿入部12aにより多数の貫通穴26を
設けることができ、貫通穴26による圧力波減衰効果を増
すことができる。また。突き出し量が短い方の上流側排
気管14は、その軸芯の延長線が、突き出し量の長い方の
上流側排気管12の挿入部12aの管壁の一部に交さしてい
るので、圧力波の一部がそこに達して（第１図のW₄）、
該挿入部12aに多数設けられた貫通穴26を利用しても圧
力波減衰を行なうことができる。すなわち、突き出し量
が長い方の上流側排気管12の挿入部12aに設けた貫通穴2
6は、上流側排気管12を伝播する圧力波のみならず、上
流側排気管14を伝播する圧力波の減衰にも有効に作用す
る。

第３図は、本考案における貫通穴26による排気圧力波減
衰効果を、排気圧力波によって生じる騒音の音圧レベル
で示している。第３図中、破線は貫通穴を設けない均
合、実線は貫通穴26を設けた場合を示している。横軸に
はエンジン回転数をとり縦軸には音圧レベル［dB］をと
ってある。第３図から明らかなように、本考案によれ
ば、エンジンの全回転数域で、良好な騒音低下が得られ
ることがわかる。

上記の圧力波減衰作用の他に、本考案の構造にはさら
に、次に述べる設計自由度を高める効果と、排気管長を
実質的に大にする効果がある。

排気異音の中には、気柱共鳴により排気管内圧力波が増
幅されて起こるものがある。気柱共鳴の起こるエンジン
回転数Ｎは、Ｎ＝15nc/2l であらわされる。ただし、ｌはエキゾーストバルブと合
流部間の距離、ｎは共鳴の次数、ｃは音速である。通常
のエンジンでは、エキゾートバルブを腹とし、フロント
パイプの合流部を節とする気柱共鳴が騒音の原因である
ことが、ｌの値から推定できる。しかし、近年、排気脈
動を利用しエンジン性能を上げるためにエキゾーストマ
ニホルドのブランチを長くするものがある。このような
エンジンでは、エキゾーストマニホルドの集合部が節と
なる気柱共鳴が騒音の原因となる。第７図に示す従来構
造をエキゾーストマニホルドの集合部に適用すると、ど
うしても所定の長さの直線部分が必要となる。何故なら
ば、第７図の構造はパイプの半分をつぶして平面にした
もの同志を突き合わせているため、この突き合せ部にＲ
部をかけることがでぎないからである。近年多勢を占め
るフロントエンジンフロントドライブ（FF）車でのエン
ジンを考えると、搭載性から、このような直線部を確保
することは難しい。しかし、本考案の構造では、合流管
10の形状を変えるだけで任意の方向へガス流線を向ける
ことができ、設計の自由度が高い。

また、搭載性上の制約から排気管長さを充分にとれない
均合、片方の上流側排気管12のみを合流用スペース22内
に長く突き出させ、他方の上流側排気管14を合流用スペ
ース22内まで突き出させない構造をとっても、エキゾー
ストバルブから実質的な集合部（挿入長の長い方の管の
先端部）までの距離を長くでき、排気干渉による性能低
下を防止できる。

［考案の効果］本考案によれば、次の特有の効果が得られる。（イ）、
上流側排気管12、14を挿入長を異ならせて合流管10内に
挿入し、この挿入部の、合流用スペース22内への突き出
し部に複数の貫通穴26を設けたので、合流用スペース22
という拡大された流路断面積による圧力波減衰効果を良
好に保ったまま、挿入長の長い方の上流側排気管12に、
より多くの貫通穴26を穿設でき、貫通穴26による圧力波
減衰効果を増大することができる。

（ロ）、また、挿入長が短い方の上流側排気管14の延長
線を挿入長が長い方の上流側排気管12の挿入部の管壁の
一部に交ささせたので、挿入長が方い方の上流側排気管
12に穿設された貫通穴26を、両方の上流側排気管12、14
の圧力波減衰に利用することができ、圧力波減衰効果を
さらに高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る排気管の接続構造の断
面図、第２図は第１図のII-II線に沿う断面図、第３図はエンジン回転数−音圧レベル特性図、第４図はエンジン排気系の一例を示す斜視図、第５図は従来のＹ字状合流管による排気管の接続構造の
断面図、第６図は特開昭60-53611号公報に開示された排気管の接
続構造の断面図（ただし部番は変えてある）、第７図は実開昭61-53516号公報に開示された排気管接続
構造の断面図（ただし部番は変えてある）、である。 10……合流管 12……（挿入長の長い方の）上流側排気管 12a……挿入部 14……（挿入長の短い方の）上流側排気管 14a……挿入部 16……下流側排気管 18……（合流管10の）第１の端部 20……（合流管10の）第２の端部 22……合流用スペース 26……貫通穴 28……隙間

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者石川雅彦愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)考案者家塚勇愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭60−53611（ＪＰ，Ａ) 実開昭62−114115（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】合流管と、複数の上流側排気管と、１本の
下流側排気管とから成る排気管の接続構造であって；前記合流管は、第１の端部と第２の端部を有し、内部に
排気ガス流れの合流用スペースを有しており；前記上流側排気管は、それらの下流側端部に、合流管内
の挿入長さが互いに異なるようにして合流管の第１の端
部から合流管内に挿入されかつ少なくとも１本が合流用
スペース内まで突き出している挿入部を有しており、挿入部のうち合流用スペース内に突き出している部分の
管壁には複数の貫通穴が設けられており、該貫通穴が設
けられている部分の挿入部の外壁面と合流管の内壁面と
の間には隙間が設けられており、挿入部の長さが長い方の上流側排気管の挿入部は、該挿
入部の長さが長い方の上流側排気管の挿入部の管壁の一
部が挿入部の長さが短い方の上流側排気管の挿入部の軸
芯の延長線と交さするように湾曲されており；前記下流側排気管は、その上流側端部が合流管の第２の
端部にて合流管に接続されている；ことを特徴とする排気管の接続構造。