WO2016084646A1 - 排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法および排気システム - Google Patents

排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法および排気システム Download PDF

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exhaust
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貝田　英俊
松本　幸人
昌一郎 藤田
俊也 織田
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オイレス工業株式会社
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    • F01N2260/00—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust system for exhausting exhaust gas from an engine such as an automobile, and more particularly to a spherical joint that connects exhaust pipes arranged in the middle of an exhaust system in order to reduce vibration transmitted from the engine to a vehicle body.
  • the present invention relates to a method for determining the arrangement position.
  • Patent Document 1 discloses an exhaust system for exhausting exhaust gas of an engine horizontally placed on the front of a vehicle from the rear of the vehicle, and a portion of the exhaust pipe extending substantially linearly in the front-rear direction of the vehicle and the exhaust pipe Discloses an exhaust system in which portions that extend substantially linearly in the left-right direction of the vehicle are provided, and a spherical joint is disposed in each portion.
  • the vibration in the vertical direction of the vehicle can be damped by the spherical joint disposed at the portion where the exhaust pipe extends substantially linearly in the longitudinal direction of the vehicle, and the exhaust pipe is
  • the vibration in the front-rear direction of the vehicle can be damped by the spherical joint disposed in the portion extending substantially linearly.
  • the spherical joint when the spherical joint is arranged at a location where the upstream side and the downstream side move in the vertical direction, the horizontal direction, or the front-rear direction synchronously, There may be a case where a bending moment greater than the torque that generates the maximum static frictional force does not occur between the spherical inner peripheral surface and the spherical outer peripheral surface that make up the joint. In this case, since the spherical inner peripheral surface and the spherical outer peripheral surface do not slide, vibration cannot be attenuated. This point is not taken into consideration in the conventional exhaust system using the spherical joint.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to determine the arrangement position of a spherical joint for connecting exhaust pipes in an exhaust system, which can more effectively reduce vibration transmitted from an engine to a vehicle body, and It is to provide an exhaust system.
  • a predetermined vibration is added to the exhaust system (for example, a vibration assumed in an engine to be mounted on an automobile or the like in which the exhaust system is employed).
  • the spherical joint is disposed at a location where a bending moment greater than the torque that generates the maximum static frictional force is generated between the spherical inner peripheral surface and the spherical outer peripheral surface constituting the spherical joint.
  • the present invention is a method for determining the position of a spherical joint that connects exhaust pipes in an exhaust system that exhausts exhaust gas from an engine.
  • a predetermined vibration is applied to the upstream end of the exhaust system, a maximum static frictional force is generated between the spherical inner peripheral surface and the spherical outer peripheral surface that are in contact with each other and constitute the spherical joint.
  • a point where a bending moment greater than the torque to be generated is detected from the exhaust system; The detected location is determined as an arrangement position of the spherical joint in the exhaust system.
  • strain gauges are attached to a plurality of locations of the exhaust system, and simulated vibrations simulating the vibration of the engine are applied to the upstream end of the exhaust system, and the bending strain measured at each strain gauge at that time Accordingly, a location where a bending moment greater than the torque that generates the maximum static frictional force is generated between the spherical inner peripheral surface and the spherical outer peripheral surface, which are in contact with each other, constituting the spherical joint may be detected.
  • the spherical joint is configured by performing a CAE (Computer Aided Engineering) analysis and obtaining a stress distribution when a simulated vibration imitating the vibration of the engine is applied to the upstream end of the exhaust system. You may detect the location where the bending moment more than the torque which generate
  • CAE Computer Aided Engineering
  • the present invention is also an exhaust system for exhausting engine exhaust gas, Multiple exhaust pipes, A spherical joint for connecting the exhaust pipes together,
  • the spherical joint is More than a torque that generates a maximum static frictional force between the spherical inner peripheral surface and the spherical outer peripheral surface that are in contact with each other and constitute the spherical joint when a predetermined vibration is applied to the exhaust system from the engine It is arranged at the place where the bending moment of.
  • the maximum static frictional force is generated between the spherical inner peripheral surface and the spherical outer peripheral surface that are in contact with each other and constitute the spherical joint. Since spherical joints are placed where bending moments greater than the torque to be generated occur, more sliding can occur between the spherical inner peripheral surface and spherical outer peripheral surface of the spherical joint. Accordingly, vibration transmitted from the engine to the vehicle body via the exhaust system can be more efficiently reduced.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an exhaust system 1 in which a spherical joint 2 is arranged at a position determined by an arrangement position determining method according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the spherical joint 2.
  • FIG. 3A and FIG. 3B are diagrams for explaining the operating principle of the spherical joint 2.
  • FIG. 4 is a flowchart of the arrangement position determination method according to the embodiment of the present invention.
  • the arrangement position determination method determines the arrangement position of the spherical joint 2 suitable for attenuating vibration transmitted from the engine in the exhaust system 1 such as an automobile.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of an exhaust system 1 in which a spherical joint 2 is arranged at a position determined by the arrangement position determining method according to the present embodiment.
  • the exhaust system 1 includes a center muffler 3a disposed at the center of a body (not shown) such as an automobile on which the exhaust system 1 is mounted and a rear muffler 3b disposed rearward (hereinafter referred to simply as the muffler 3).
  • the exhaust system 1 is disposed between an engine (not shown) such as an automobile (not shown) and the center muffler 3a and between the center muffler 3a and the rear muffler 3b.
  • a plurality of exhaust pipes 4a to 4d (hereinafter also simply referred to as exhaust pipes 4) for discharging from 3b, and arranged between the muffler 3 and the exhaust pipe 4 or between the exhaust pipe 4 and the exhaust pipe 4 A spherical joint 2.
  • the spherical joints 2 are arranged at a total of four locations in between.
  • the arrangement position and the number of arrangement of the spherical joints 2 are determined based on the arrangement position determination method according to the present embodiment, and FIG. It is not limited to the example shown.
  • a fixed joint is provided between the muffler 3 and the exhaust pipe 4 where the spherical joint 2 is not disposed, and between the exhaust pipe 4 and the exhaust pipe 4 (between the center muffler 3a and the exhaust pipe 4c in FIG. 1).
  • 5 is arranged. Instead of arranging the fixed joint 5, both may be welded, or both may be integrally formed.
  • the exhaust system 1 includes the two mufflers 3a and 3b and the four exhaust pipes 4a to 4d. The configuration of these exhaust systems 1 is appropriately changed depending on the automobile or the like on which the exhaust system 1 is mounted.
  • the spherical joint 2 comes into contact with each other constituting the spherical joint 2 between the muffler 3 and the exhaust pipe 4 and between the exhaust pipe 4 and the exhaust pipe 4 based on the arrangement position determination method according to the present embodiment. They are arranged at locations where a bending moment greater than the torque that generates the maximum static frictional force is generated between the spherical inner peripheral surface 26 and the spherical outer peripheral surface 27 (see FIG. 2).
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the spherical joint 2 according to the embodiment of the present invention.
  • the spherical joint 2 includes a flange 20 attached to an end of one of the two coupling objects (the muffler 3 and the exhaust pipe 4 or the exhaust pipe 4 and the exhaust pipe 4) coupled to each other.
  • An insertion port 21 that is formed inwardly in the axial direction of the one connection target (the + O direction in FIG. 2) and connects to the exhaust path of the one connection target, and the other connection target to which the flange 22 is attached.
  • the insertion part 23 which is an edge part, and the bolt 24 with a spring and the nut 25 which connect two connection object are provided.
  • Bolt holes 28 and 29 are formed in the flanges 20 and 22, and the spring-loaded bolt 24 is screwed into the nut 25 through the bolt holes 28 and 29, thereby inserting the insertion portion 23 into the insertion port 21.
  • the two objects to be connected are connected while being urged in the direction of insertion.
  • the insertion port 21 is formed with a spherical inner peripheral surface 26.
  • the insertion portion 23 is attached to an end portion of a connection target to which a flange 22 is attached by a cylindrical sliding member 30 having a spherical outer peripheral surface 27 having substantially the same diameter as the inner peripheral surface 26 of the insertion port 21. Is formed.
  • the sliding member 30 includes a reinforcing material such as a wire mesh and a heat resistant material such as expanded graphite.
  • the inner peripheral surface 26 of the insertion port 21 and the outer peripheral surface 27 of the sliding member 30 of the insertion portion 23 are biased in the direction in which the insertion portion 23 is inserted into the insertion port 21 by the spring-loaded bolt 24 and the nut 25. , Contact each other.
  • the maximum static frictional force of the inner peripheral surface 26 of the insertion port 21 and the outer peripheral surface 27 of the insertion portion 23 that are in contact with each other is determined by the friction characteristics of the inner peripheral surface 26 and the outer peripheral surface 27, the spring-loaded bolt 24 and the nut 25. And an urging force (a force pressing the insertion portion 23 against the insertion port 21).
  • the insertion port 21 is integrally formed at the end of one of the two coupling objects (the muffler 3 and the exhaust pipe 4 or the exhaust pipe 4 and the exhaust pipe 4) that are coupled to each other.
  • the formed flange 20 is attached and the sliding member 30 constituting the flange 22 and the insertion portion 23 is attached to the other end to be connected, the present invention is not limited to this.
  • the flange 20 and the insertion port 21 may be integrally formed at one end of the connection target.
  • 3 (A) and 3 (B) are diagrams for explaining the operation principle of the spherical joint 2.
  • the spherical joint 2 generates a maximum static frictional force between the inner peripheral surface 26 of the insertion port 21 and the outer peripheral surface 27 of the sliding member 30 of the insertion portion 23 that are in contact with each other. Sliding occurs when a bending moment greater than torque T (torque centered on the center O of the sphere identified by the inner peripheral surface 26) occurs. Thereby, the vibration transmitted from the upstream (engine) side to the downstream (rear muffler 3b) side of the spherical joint 2 can be attenuated.
  • torque T torque centered on the center O of the sphere identified by the inner peripheral surface 26
  • FIG. 4 is a flowchart of the arrangement position determination method according to the present embodiment.
  • Step S1 Exhaust system 1 setting (without spherical joint 2)
  • the exhaust system 1 without the spherical joint 2 may be one in which the muffler 3 and the exhaust pipe 4 are integrally formed, or the exhaust system 1 between the muffler 3 and the exhaust pipe 4 by the fixed joint 5, welding, and the like.
  • the pipe 4 and the exhaust pipe 4 may be rigidly connected.
  • the exhaust system 1 is fixed to a predetermined jig via the mounter at the same mounting position of the mounter (hanging rubber or the like) as the case where the exhaust system 1 is attached to a vehicle body such as an automobile in which the exhaust system 1 is adopted. . Thereby, the attachment state to the vehicle body of the exhaust system 1 is reproduced.
  • Step S2 Strain gauge installation In the exhaust system 1, positions where the spherical joint 2 can be arranged, for example, a connection part between the muffler 3 and the exhaust pipe 4, a connection part between the exhaust pipe 4 and the exhaust pipe 4, and the exhaust pipe 4 Attach a strain gauge to the bent part.
  • Step S3 Input of engine simulated vibration A vibration assumed in an engine to be mounted on an automobile or the like in which the exhaust system 1 is employed is generated as a simulated engine vibration, and this simulated vibration is upstream of the exhaust system 1. It inputs into the exhaust pipe 4a which is (engine side).
  • Step S4 Strain measurement / bending moment calculation
  • the pipe shaft at each possible position with a strain gauge attached to each possible position of the spherical joint 2 Measure the bending strain in the direction. Then, for each position where the spherical joint 2 can be placed, a bending moment is calculated using the measured bending strain and the section modulus and Young's modulus of the muffler 3 or the exhaust pipe 4 at the place where the spherical joint 2 can be placed.
  • Step S5 Check of engine simulated vibration at all frequencies Check the engine to be installed in the engine, etc., in which the exhaust system 1 is adopted at every frequency of the engine simulated vibration, specifically, every predetermined frequency interval. It is checked whether or not Steps S3 and S4 are performed at all frequencies selected from the assumed frequency band of vibration. If steps S3 and S4 are not performed at all frequencies of engine simulation vibration ("NO" in step S5), that is, if there is a frequency at which steps S3 and S4 are not performed, the process returns to step S3. Steps S3 and S4 are performed for this frequency. On the other hand, when steps S3 and S4 are performed for all frequencies ("YES" in step S5), the process proceeds to step S6.
  • Step S6 Determination of position candidate position of spherical joint 2
  • Position position candidate positions of the spherical joint 2 are determined based on bending moments at positions where the spherical joint 2 can be arranged at each frequency of engine simulated vibration. For example, for each simulated vibration frequency of the engine, the maximum value of the bending moment is set to 1, and the bending moment ratio at each position where the spherical joint 2 can be arranged is calculated. Then, for each simulated vibration frequency of the engine, a position where the spherical joint 2 having a bending moment ratio of a predetermined value (for example, 0.9) or more can be placed is determined as a placement candidate position for the spherical joint 2.
  • a predetermined value for example, 0.9
  • the frequency of the simulated vibration for determining the arrangement candidate position of the spherical joint 2 may be narrowed down.
  • Step S7 Exhaust system 1 setting (with spherical joint 2)
  • the exhaust system 1 which is assembled without the spherical joint 2 in step S1 and is fixed to a predetermined jig via a mounter, and the state of attachment to the vehicle body is reproduced, the connection portion between the muffler 3 and the exhaust pipe 4 and the exhaust Of the connection parts between the pipe 4 and the exhaust pipe 4, the connection part determined as the position candidate position of the spherical joint 2 is replaced with the spherical joint 2.
  • Step S8 Attaching the acceleration sensor A mounter for fixing the exhaust system 1 to a predetermined jig is installed at the same position as the case where the exhaust system 1 is attached to a vehicle body such as an automobile in which the exhaust system 1 is adopted. Install the acceleration sensor.
  • Step S9 Input of engine simulated vibration A vibration assumed in an engine to be mounted on an automobile or the like that employs the exhaust system 1 is generated as a simulated engine vibration, and this simulated vibration is upstream of the exhaust system 1. To the exhaust pipe 4a.
  • Step S10 Acceleration measurement In a state where simulated engine vibration is applied from the upstream side of the exhaust system 1, acceleration is measured by an acceleration sensor attached to a mounter for fixing the exhaust system 1 to a predetermined jig. .
  • Step S11 Implementation check at all frequencies of engine simulated vibrations All frequencies of engine simulated vibrations, specifically vibration frequencies assumed for engines planned to be installed in automobiles and the like that employ exhaust system 1 It is checked whether or not Steps S9 and S10 are performed at all frequencies selected from the band at every predetermined frequency interval. When steps S9 and S10 are not performed at all frequencies of engine simulation vibration ("NO" in step S11), that is, if there is a frequency at which steps S9 and S10 are not performed, the process returns to step S9. Steps S9 and S10 are performed for this frequency. On the other hand, when steps S9 and S10 are performed at all resonance frequencies (“YES” in step S9), the process proceeds to step S12.
  • Step S12 Determination of the Arrangement Position of the Spherical Joint 2
  • the arrangement position of the spherical joint 2 is determined based on the measured values of the acceleration sensor at each frequency of the simulated vibration of the engine. For example, it is checked whether the measured value of the acceleration sensor is equal to or lower than a predetermined reference value for each engine vibration frequency. When the measured value of the acceleration sensor is equal to or smaller than a predetermined reference value, the maximum is between the spherical inner peripheral surface 26 and the spherical outer peripheral surface 27 of the spherical joint 2 arranged at the arrangement candidate position. A bending moment greater than the torque that generates a static frictional force is generated, and the inner peripheral surface 26 and the outer peripheral surface 27 slide.
  • the arrangement candidate position is determined as the arrangement position of the spherical joint 2.
  • strain gauges are attached to a plurality of locations of the exhaust system 1, and the engine simulated vibration is applied to the upstream end of the exhaust system 1 at each frequency of the engine simulated vibration.
  • Torque that generates the maximum static frictional force between the spherical inner peripheral surface 26 and the spherical outer peripheral surface 27 that are in contact with each other and constitute the spherical joint 2 based on the bending strain in the tube axis direction measured by the gauge The position where the above bending moment occurs is detected, and the detected position is determined as the arrangement position of the spherical joint 2.
  • the frequency of the simulated vibration of the engine (specifically, a predetermined frequency interval from the frequency band of vibration assumed in an engine to be mounted on an automobile or the like in which the exhaust system 1 is employed).
  • the position at which a bending moment greater than the torque that generates the torque is generated is determined as the arrangement position of the spherical joint 2.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention provides a spherical joint 2 when a predetermined vibration (for example, any vibration assumed in an engine to be installed in an automobile or the like in which the exhaust system 1 is applied) is applied from the engine to the exhaust system 1.
  • a predetermined vibration for example, any vibration assumed in an engine to be installed in an automobile or the like in which the exhaust system 1 is applied
  • the position where the bending moment greater than the torque that generates the maximum static friction force between the inner peripheral surface 26 and the outer peripheral surface 27 is determined as the arrangement position of the spherical joint 2.
  • strain gauges are attached to a plurality of locations of the exhaust system 1, and predetermined vibrations are applied to the upstream end of the exhaust system 1, and the tube shafts measured by the respective strain gauges at that time. Based on the bending strain in the direction, the position where a bending moment greater than the torque that generates the maximum static frictional force is detected between the inner peripheral surface 26 and the outer peripheral surface 27 of the spherical joint 2 is detected.
  • the present invention is not limited to this.
  • CAE Computer Aided Engineering
  • a stress distribution when a predetermined vibration is applied to the upstream end of the exhaust system 1 is obtained, and based on this stress distribution, the inner peripheral surface 26 of the spherical joint 2 You may detect the location where the bending moment more than the torque which generate
  • the stress distribution of the spherical joint 2 is obtained by CAE analysis, and the bending moment at each position where the spherical joint 2 can be arranged is based on the obtained stress distribution. Is calculated.
  • the bending moment ratio at each position where the spherical joint 2 can be arranged is calculated, and the bending moment ratio is a predetermined value (for example, 0.9) or more for each frequency of engine simulated vibration.
  • the position where the spherical joint 2 can be arranged may be determined as an arrangement candidate position of the spherical joint 2.

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Abstract

　エンジンの振動をより効果的に減衰可能な、排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法および排気システムを提供する。排気システム（１）の複数箇所にひずみゲージを取り付けて、エンジンの振動を模した模擬振動を排気システム（１）の上流側の端部に加えて、各ひずみゲージで曲げひずみを測定する。そして、各ひずみゲージで測定された曲げひずみに基づいて、球面継手（２）の互いに接触する球面状の内周面（２６）と球面状の外周面（２７）との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する位置を検出し、検出した位置を球面継手（２）の配置位置に決定する。

Description

排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法および排気システム
　本発明は、自動車等のエンジンの排気ガスを排出するための排気システムに関し、特に、エンジンから車体に伝わる振動を低減させるために、排気システムの途中に配置される排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法に関する。
　自動車等の排気システムにおいて、エンジンから伝わる振動が、排気システムを車体に取り付けるためのマウンタ（吊りゴム等）を介して、車体に伝わるのを防止するために、排気システムの途中に排気管同士を連結する球面継手を配置した排気システムが知られている。例えば、特許文献１には、車両のフロントに横置きされたエンジンの排気ガスを車両のリアから排出するための排気システムにおいて、排気管が車両の前後方向に略直線的に延びる部分および排気管が車両の左右方向に略直線的に延びる部分を設け、それぞれの部分に球面継手を配置した排気システムが開示されている。この排気システムによれば、排気管が車両の前後方向に略直線的に延びる部分に配置された球面継手により、車両の上下方向の振動を減衰させることができるとともに、排気管が車両の左右方向に略直線的に延びる部分に配置された球面継手により、車両の前後方向の振動を減衰させることができる。
特開平８－２１８８６３号公報
　ところで、球面継手は、互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが加わった場合に、球面状の内周面と球面状の外周面との間で摺動が発生する。この摺動に伴う摩擦により振動エネルギーを散逸させることによって、球面状の内周面が設けられた部材および球面状の外周面が設けられた部材の一方から他方へ伝わる振動を減衰させる。
　したがって、排気システムにおいて、その上流側および下流側が同期して上下方向、左右方向あるいは前後方向に移動するような箇所に球面継手を配置した場合、その箇所が振動の大きい箇所であっても、球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生しない場合がある。この場合、球面状の内周面と球面状の外周面とが摺動しないため、振動を減衰させることができない。従来の球面継手を用いた排気システムは、この点が考慮されていなかった。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンから車体に伝わる振動をより効果的に低減可能な、排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法および排気システムを提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明は、排気システムにおいて、この排気システムに所定の振動（例えば、この排気システムが採用される自動車等に搭載予定のエンジンにて想定される振動）が加わった場合に、球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所に、球面継手を配置した。
　例えば、本発明は、エンジンの排気ガスを排出する排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法であって、
　前記排気システムの上流側の端部に所定の振動を加えた場合に、前記球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所を、前記排気システムから検出し、
　前記検出した箇所を前記排気システムにおける前記球面継手の配置位置に決定する。
　ここで、前記排気システムの複数箇所にひずみゲージを取り付けて、前記排気システムの上流側の端部に前記エンジンの振動を模した模擬振動を加え、そのときに各ひずみゲージで測定された曲げひずみにより、前記球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所を検出してもよい。あるいは、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析を行って、前記排気システムの上流側の端部に前記エンジンの振動を模した模擬振動を加えたときの応力分布を求めることにより、前記球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所を検出してもよい。
　また、本発明は、エンジンの排気ガスを排出する排気システムであって、
　複数の排気管と、
　前記排気管同士を連結する球面継手と、を備え、
　前記球面継手は、
　前記エンジンから所定の振動が前記排気システムに加わった場合に、前記球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所に配置される。
　本発明によれば、エンジンから排気システムに所定の振動が加わった場合に、球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所に、球面継手を配置しているので、球面継手の球面状の内周面と球面状の外周面との間でより多くの摺動を発生させることができ、これにより、排気システムを介してエンジンから車体に伝わる振動をより効率よく低減させることができる。
図１は、本発明の一実施の形態に係る配置位置決定方法により決定された位置に球面継手２が配置された排気システム１の概略図である。 図２は、球面継手２の断面図である。 図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、球面継手２の動作原理を説明するための図である。 図４は、本発明の一実施の形態に係る配置位置決定方法のフロー図である。
　以下に、本発明の一実施の形態について説明する。
　本実施の形態に係る配置位置決定方法は、自動車等の排気システム１において、エンジンから伝わる振動を減衰するために好適な球面継手２の配置位置を決定する。
　図１は、本実施の形態に係る配置位置決定方法により決定された位置に球面継手２が配置された排気システム１の概略図である。
　図示するように、排気システム１は、この排気システム１が搭載される自動車等のボディ（不図示）の中央に配置されるセンターマフラー３ａおよび後方に配置されるリアマフラー３ｂ（以下、これらを単にマフラー３とも呼ぶ）と、この排気システム１が搭載される自動車等のエンジン（不図示）とセンターマフラー３ａとの間およびセンターマフラー３ａとリアマフラー３ｂとの間に配置され、エンジンの排気ガスをセンターマフラー３ａ経由でリアマフラー３ｂから排出するための複数の排気管４ａ～４ｄ（以下、これらを単に排気管４とも呼ぶ）と、マフラー３と排気管４との間あるいは排気管４と排気管４との間に配置された球面継手２と、を備えている。
　図１に示す排気システム１では、排気管４ａと排気管４ｂとの間、排気管４ｂとセンターマフラー３ａとの間、排気管４ｃと排気管４ｄとの間、および排気管４ｄとリアマフラー３ｂとの間の合計４か所に球面継手２を配置しているが、球面継手２の配置位置および配置数は、本実施の形態に係る配置位置決定方法に基づいて決定されるものであり、図１に示す例に限定されない。なお、球面継手２が配置されていないマフラー３と排気管４との間および排気管４と排気管４との間（図１では、センターマフラー３ａと排気管４ｃとの間）には、固定継手５が配置される。なお、固定継手５を配置する代わりに、両者を溶接してもよいし、あるいは、両者を一体的に形成してもよい。また、この排気システム１では、二本のマフラー３ａ、３ｂおよび四本の排気管４ａ～４ｄを備えているが、これらの構成も、この排気システム１を搭載する自動車等によって適宜変更される。
　球面継手２は、本実施の形態に係る配置位置決定方法に基づき、マフラー３と排気管４との間および排気管４と排気管４との間のうち、球面継手２を構成する互いに接触する球面状の内周面２６と球面状の外周面２７との間（図２参照）に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所に、それぞれ配置される。
　図２は、本発明の一実施の形態に係る球面継手２の断面図である。
　図示するように、球面継手２は、互いに連結する二つの連結対象（マフラー３と排気管４あるいは排気管４と排気管４）のうち、一方の連結対象の端部に装着されたフランジ２０からこの一方の連結対象の軸心方向内方（図２の＋Ｏ方向）へ向けて形成され、この一方の連結対象の排気路と繋がる挿入口２１と、フランジ２２が装着された他方の連結対象の端部である挿入部２３と、二つの連結対象を連結するばね付きボルト２４およびナット２５と、を備えている。
　フランジ２０、２２には、ボルト孔２８、２９が形成されており、ばね付きボルト２４は、これらのボルト孔２８、２９を介してナット２５と螺合することにより、挿入部２３を挿入口２１に挿入する方向に付勢しながら、二つの連結対象を連結する。
　挿入口２１は、球面状の内周面２６が形成されている。また、挿入部２３は、挿入口２１の内周面２６と略同径の球面状の外周面２７を有する筒状の摺動部材３０が、フランジ２２が装着された連結対象の端部に取り付けられることにより形成されている。摺動部材３０は、例えば金網等の補強材および膨張黒鉛等の耐熱材を備えて構成される。挿入口２１の内周面２６および挿入部２３の摺動部材３０の外周面２７は、ばね付きボルト２４およびナット２５によって挿入部２３が挿入口２１に挿入される方向へ付勢されることにより、互いに接触する。そして、この互いに接触する挿入口２１の内周面２６および挿入部２３の外周面２７の最大静止摩擦力は、内周面２６および外周面２７の摩擦特性と、ばね付きボルト２４およびナット２５による付勢力（挿入部２３を挿入口２１へ押し当てる力）と、により決定される。
　なお、図２に示す球面継手２では、互いに連結する二つの連結対象（マフラー３と排気管４あるいは排気管４と排気管４）のうち、一方の連結対象の端部に挿入口２１が一体形成されたフランジ２０を装着し、かつ他方の連結対象の端部にフランジ２２および挿入部２３を構成する摺動部材３０を装着しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、フランジ２０および挿入口２１を一方の連結対象の端部に一体的に形成してもよい。また、フランジ２２および挿入部２３を他方の連結対象の端部に一体的に形成してもよい。
　図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、球面継手２の動作原理を説明するための図である。
　図３（Ａ）に示すように、球面継手２は、互いに接触する挿入口２１の内周面２６と挿入部２３の摺動部材３０の外周面２７との間に最大静止摩擦力を発生させるトルクＴ（内周面２６により特定される球の中心Ｏを回転中心とするトルク）以上の曲げモーメントが生じた場合に摺動が発生する。これにより、球面継手２より上流（エンジン）側から下流（リアマフラー３ｂ）側へ伝わる振動を減衰させることができる。一方、図３（Ｂ）に示すように、球面継手２より上流側と下流側とが同期して上下方向、左右方向あるいは前後方向に平行移動する場合、球面継手２の配置位置における振動Ｖが大きくても、球面継手２の挿入口２１の内周面２６と挿入部２３の摺動部材３０の外周面２７との間に最大静止摩擦力を発生させるトルクＴ以上の曲げモーメントが発生しない場合がある。この場合、球面継手２の挿入口２１の内周面２６と挿入部２３の外周面２７とが摺動しないため、球面継手２より上流側の振動が球面継手２で減衰されることなく下流側へ伝わってしまう。そこで、本実施の形態に係る配置位置決定方法では、所定の振動（例えば、排気システム１が採用される自動車等に搭載予定のエンジンにて想定される振動）が排気システム１に加わった場合に、球面継手２の挿入口２１の内周面２６と挿入部２３の摺動部材３０の外周面２７との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所を、球面継手２の配置位置に決定している。
　図４は、本実施の形態に係る配置位置決定方法のフロー図である。
　・ステップＳ１：排気システム１のセッティング（球面継手２なし）
　まず、球面継手２なしの排気システム１を用意する。球面継手２なしの排気システム１は、マフラー３および排気管４が一体的に形成されたものでもよいし、あるいは、固定継手５、溶接等により、マフラー３と排気管４との間、および排気管４と排気管４との間を剛結したものでもよい。つぎに、排気システム１が採用される自動車等の車体にこの排気システム１を取り付ける場合と同じマウンタ（吊ゴム等）の取付位置において、マウンタを介して所定の治具に排気システム１を固定する。これにより、排気システム１の車体への取り付け状態を再現する。
　・ステップＳ２：ひずみゲージの取り付け
　排気システム１において、球面継手２の配置可能位置、例えば、マフラー３と排気管４との連結部、排気管４と排気管４との連結部、および排気管４の屈曲部等に、ひずみゲージを取り付ける。
　・ステップＳ３：エンジンの模擬振動の入力
　排気システム１が採用される自動車等に搭載予定のエンジンにて想定される振動を、エンジンの模擬振動として生成し、この模擬振動を排気システム１の上流側（エンジン側）である排気管４ａに入力する。
　・ステップＳ４：ひずみ測定・曲げモーメント算出
　排気システム１の上流側からエンジンの模擬振動が加えられた状態において、球面継手２の各配置可能位置に取り付けられたひずみゲージで各配置可能位置における管軸方向の曲げひずみを測定する。そして、球面継手２の配置可能位置毎に、測定した曲げひずみと、配置可能位置にあるマフラー３あるいは排気管４の断面係数およびヤング率とを用いて、曲げモーメントを算出する。
　・ステップＳ５：エンジンの模擬振動の全周波数での実施チェック
　エンジンの模擬振動の全周波数、具体的には、所定の周波数間隔毎に、排気システム１が採用される自動車等に搭載予定のエンジンにて想定される振動の周波数帯域から選択されたすべての周波数において、ステップＳ３、Ｓ４が実施されているか否かをチェックする。エンジンの模擬振動の全周波数において、ステップＳ３、Ｓ４が実施されていない場合（ステップＳ５で「ＮＯ」）、つまり、ステップＳ３、Ｓ４が実施されていない周波数があるならば、ステップＳ３に戻り、この周波数についてステップＳ３、Ｓ４を実施する。一方、全周波数においてステップＳ３、Ｓ４が実施されている場合（ステップＳ５で「ＹＥＳ」）、ステップＳ６に進む。
　・ステップＳ６：球面継手２の配置候補位置の決定
　エンジンの模擬振動の各周波数における球面継手２の配置可能位置各々における曲げモーメントに基づいて、球面継手２の配置候補位置を決定する。例えば、エンジンの模擬振動の周波数毎に、曲げモーメントの最大値を１として、球面継手２の配置可能位置各々における曲げモーメント比を算出する。そして、エンジンの模擬振動の周波数毎に、曲げモーメント比が所定値（例えば０．９）以上である球面継手２の配置可能位置を、球面継手２の配置候補位置に決定する。この際、エンジンの模擬振動の各周波数における曲げモーメントの最大値に基づいて（例えば曲げモーメントの最大値の大きい順に）、球面継手２の配置候補位置を決定する模擬振動の周波数を絞り込んでもよい。
　・ステップＳ７：排気システム１のセッティング（球面継手２あり）
　ステップＳ１により球面継手２なしで組み立てられ、マウンタを介して所定の冶具に固定されることにより車体への取り付け状態が再現された排気システム１において、マフラー３と排気管４との連結部分および排気管４と排気管４との連結部分のうち、球面継手２の配置候補位置に決定された連結部分を固定継手５から球面継手２に置き換える。
　・ステップＳ８：加速度センサの取り付け
　排気システム１が採用される自動車等の車体にこの排気システム１を取り付ける場合と同じ位置に設置され、排気システム１を所定の治具に固定するためのマウンタに、加速度センサを取り付ける。
　・ステップＳ９：エンジンの模擬振動の入力
　排気システム１が採用される自動車等に搭載予定のエンジンにて想定される振動を、エンジンの模擬振動として生成し、この模擬振動を排気システム１の上流側である排気管４ａに入力する。
　・ステップＳ１０：加速度測定
　排気システム１の上流側からエンジンの模擬振動が加えられた状態において、この排気システム１を所定の治具に固定するためのマウンタに取り付けられた加速度センサで加速度を測定する。
　・ステップＳ１１：エンジンの模擬振動の全周波数での実施チェック
　エンジンの模擬振動の全周波数、具体的には、排気システム１が採用される自動車等に搭載予定のエンジンにて想定される振動の周波数帯域から、所定の周波数間隔毎に選択されたすべての周波数において、ステップＳ９、Ｓ１０が実施されているか否かをチェックする。エンジンの模擬振動の全周波数において、ステップＳ９、Ｓ１０が実施されていない場合（ステップＳ１１で「ＮＯ」）、つまり、ステップＳ９、Ｓ１０が実施されていない周波数があるならば、ステップＳ９に戻り、この周波数についてステップＳ９、Ｓ１０を実施する。一方、全共振周波数において、ステップＳ９、Ｓ１０が実施されている場合（ステップＳ９で「ＹＥＳ」）、ステップＳ１２に進む。
　・ステップＳ１２：球面継手２の配置位置の決定
　エンジンの模擬振動の各周波数における加速度センサの測定値に基づいて、球面継手２の配置位置を決定する。例えば、エンジンの模擬振動の周波数毎に、加速度センサの測定値が所定の基準値以下となっているか否かを調べる。加速度センサの測定値が所定の基準値以下となっている場合、配置候補位置に配置された球面継手２の互いに接触する球面状の内周面２６と球面状の外周面２７との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生して、この内周面２６と外周面２７とが摺動し、その結果、マウンタを介して排気システム１から所定の治具に伝わる振動が低減しているものと考えられる。そこで、エンジンの模擬振動の各周波数において、加速度センサの測定値が所定の基準値以下となっている場合は、配置候補位置を球面継手２の配置位置に決定する。
　以上、本発明の一実施の形態について説明した。
　本実施の形態では、排気システム１の複数箇所にひずみゲージを取り付けて、エンジンの模擬振動の周波数毎に、エンジンの模擬振動を排気システム１の上流側の端部に加え、そのときに各ひずみゲージで測定された管軸方向の曲げひずみに基づいて、球面継手２を構成する互いに接触する球面状の内周面２６と球面状の外周面２７との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する位置を検出し、検出した位置を球面継手２の配置位置に決定している。このため、排気システム１に配置された球面継手２の内周面２６と外周面２７との間でより多くの摺動を発生させ、エンジンから排気システム１に伝わった加速度を低減させることができるとともに、エンジンを含む排気システムの振動の周波数をシフトさせることができる。これにより、排気システムを介してエンジンから車体に伝わる振動をより効率よく低減させることができるとともに、搭乗者に不快な周波数の振動を不快と感じない周波数の振動にシフトさせることができる。
　なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で数々の変形が可能である。
　例えば、上記の実施の形態では、エンジンの模擬振動の周波数（具体的には、排気システム１が採用される自動車等に搭載予定のエンジンにて想定される振動の周波数帯域から、所定の周波数間隔毎に選択された周波数）毎に、エンジンの模擬振動を排気システム１の上流側の端部に加えた場合に、球面継手２の内周面２６と外周面２７との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する位置を、球面継手２の配置位置に決定している。しかし、本発明はこれに限定されない。本発明は、エンジンから排気システム１に、所定の振動（例えば、排気システム１が採用される自動車等に搭載予定のエンジンにて想定されるいずれかの振動）が加わった場合に、球面継手２の内周面２６と外周面２７との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する位置を、球面継手２の配置位置に決定するものであればよい。
　また、上記の実施の形態では、排気システム１の複数箇所にひずみゲージを取り付けて、排気システム１の上流側の端部に所定の振動を加え、そのときに各ひずみゲージで測定された管軸方向の曲げひずみに基づいて、球面継手２の内周面２６と外周面２７との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する位置を検出している。しかし、本発明はこれに限定されない。例えば、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析により、排気システム１の上流側の端部に所定の振動を加えたときの応力分布を求め、この応力分布に基づいて、球面継手２の内周面２６と外周面２７との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所を検出してもよい。例えば、図４のステップＳ２～Ｓ５において、エンジンの模擬振動の周波数毎に、ＣＡＥ解析により球面継手２の応力分布を求め、求めた応力分布に基づいて球面継手２の配置可能位置各々の曲げモーメントを算出する。そして、曲げモーメントの最大値を１として、球面継手２の配置可能位置各々における曲げモーメント比を算出し、エンジンの模擬振動の周波数毎に曲げモーメント比が所定値（例えば０．９）以上である球面継手２の配置可能位置を、球面継手２の配置候補位置に決定してもよい。
　１：排気システム、　２：球面継手、　３ａ：センターマフラー、３ｂ：リアマフラー、　４ａ～４ｄ：排気管、　５：固定継手、　２０、２２：フランジ、　２１：挿入口、　２３：挿入部、　２４：ばね付きボルト、　２５：ナット、　２６：球面状の内周面、　２７：球面状の外周面、　２８、２９：ボルト孔、　３０：摺動部材

Claims (5)

  1. 　エンジンの排気ガスを排出する排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法であって、
    　前記排気システムの上流側の端部に所定の振動を加えた場合に、前記球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所を、前記排気システムから検出し、
    　前記検出した箇所を前記排気システムにおける前記球面継手の配置位置に決定する
    　ことを特徴とする排気システムにおける球面継手の配置位置決定方法。
  2. 　請求項１に記載の排気システムにおける球面継手の配置位置決定方法であって、
    　前記排気システムの複数箇所にひずみゲージを取り付けて、前記排気システムの上流側の端部に前記エンジンの振動を模した模擬振動を加え、そのときに各ひずみゲージで測定された曲げひずみに基づいて、前記球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所を検出する
    　ことを特徴とする排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法。
  3. 　請求項１に記載の排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法であって、
    　ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）解析により、前記排気システムの上流側の端部に前記エンジンの振動を模した模擬振動を加えたときの応力分布を求め、当該応力分布に基づいて、前記球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所を検出する
    　ことを特徴とする排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法。
  4. 　請求項２または３に記載の排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法であって、
    　前記エンジンの模擬振動の周波数毎に、前記エンジンの模擬振動を前記排気システムの上流側の端部に加えた場合に、前記球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所を、前記排気システムから検出する
    　ことを特徴とする排気システムにおける排気管同士を連結する球面継手の配置位置決定方法。
  5. 　エンジンの排気ガスを排出する排気システムであって、
    　複数の排気管と、
    　前記排気管同士を連結する球面継手と、を備え、
    　前記球面継手は、
    　前記エンジンから前記排気システムに所定の振動が加わった場合に、前記球面継手を構成する互いに接触する球面状の内周面と球面状の外周面との間に最大静止摩擦力を発生させるトルク以上の曲げモーメントが発生する箇所に配置される
    　ことを特徴とする排気システム。
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