(57)【要約】【課題】排気管システムにおける排気ガスの流れの妨げと凝縮水の溜まりを防止または抑制することができる車両のサブマフラを実現する。【解決手段】サブマフラ１８は、車両の排気管システムの中間部に設けられており、壁面に複数のパンチング孔３４ａ、３４ｂが設けられたインナパイプ３２と、インナパイプ３２の外側に設けられたアウタパイプ３０を備える。インナパイプ３２の後端部とアウタパイプ３０の後端部とは溶接により接合して固定されている。インナパイプ３２の前端部は、アウタパイプの前端部の後方の拡形部にメッシュ部材３６を介してスライド可能に支持されており、インナパイプ３２の前端部とアウタパイプ３０の前端部は実質的に同径に設定されている。複数のパンチング孔３４ａ、３４ｂは、インナパイプ３２の壁面のうち、インナパイプ３２の後部かつ下部の領域３２ｃを除いた範囲に設けられている。【選択図】図３Ｂ
2020105941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の排気管システムの中間部に設けられるサブマフラであって、
壁面に複数の孔が設けられたインナパイプと、
前記インナパイプの外側に設けられたアウタパイプと、
を備え、
前記インナパイプの後端部と前記アウタパイプの後端部とは接合して固定され、
前記複数の孔は、前記インナパイプの前記壁面のうち、前記インナパイプの後部かつ下部を除いた範囲に設けられており、
前記インナパイプの前端部は、前記アウタパイプの前端部の後方に設けられた拡形部にメッシュ部材を介してスライド可能に支持され、
前記インナパイプの前記前端部と、前記アウタパイプの前記前端部は実質的に同径に設定されている、ことを特徴とするサブマフラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の排気管システムの中間部に設けられるサブマフラに関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の排気管システムでは、凝縮水の凍結による閉塞を防止する必要がある。下記特許文献１には、排気管システムにおける凝縮水の溜まり場において、排気管内を上下に仕切り、下側流路の下流の断面積を小さくする構成が記載されている。断面積が小さな部分では、排気ガスの流速が高まるため、凝縮水が吹き出されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−１０５２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載された排気管システムでは、排気管の下側流路の断面積を小さくすることによる圧損が生じることになる。
【０００５】
本発明の目的は、排気ガスの流れの妨げと排気管システムにおける凝縮水の溜まりを防止または抑制することができるサブマフラを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかるサブマフラは、車両の排気管システムの中間部に設けられるサブマフラであって、壁面に複数の孔が設けられたインナパイプと、前記インナパイプの外側に設けられたアウタパイプと、を備え、前記インナパイプの後端部と前記アウタパイプの後端部とは接合して固定され、前記複数の孔は、前記インナパイプの前記壁面のうち、前記インナパイプの後部かつ下部を除いた範囲に設けられており、前記インナパイプの前端部は、前記アウタパイプの前端部の後方に設けられた拡形部にメッシュ部材を介してスライド可能に支持され、前記インナパイプの前記前端部と、前記アウタパイプの前記前端部は実質的に同径に設定されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、車両が後傾した場合に、サブマフラからの凝縮水の流れ出しを防止または抑制することが可能となる。このため、例えば、冬季において、排気管システムが凝縮水の凍結により閉塞することを防止または抑制することも可能となる。また、サブマフラ前部において排気ガスの流れの妨げが防止または抑制されることになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態にかかる排気管システムの概略的な構成を示す図である。
【図２】実施形態にかかるサブマフラの構造を示す図である。
【図３Ａ】サブマフラに凝縮水が溜まった状態を示す図である。
【図３Ｂ】車両が後傾した状態におけるサブマフラの凝縮水の状態を示す図である。
【図４】参考形態にかかるサブマフラの構造を示す図である。
【図５】車両が後傾した状態における参考形態にかかるサブマフラの図である。
【図６】車両が後傾した状態における参考形態にかかる排気管を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、図面を参照しながら、実施形態について説明する。説明においては、理解を容易にするため、具体的な態様について示すが、これらは実施形態を例示するものであり、他にも様々な実施形態をとることが可能である。
【００１０】
図１は、実施形態にかかる車両の排気管システム１０を車両左側から見た側面図である。図中の座標系におけるＦ軸は車両前方向、Ｕ軸は上方向、Ｒ軸は搭乗者の右手方向を示している。図では、説明の簡略化のため、車両の本体は図示しておらず、また排気管システム１０の構成も簡略化している。
【００１１】
排気管システム１０は、エンジンから排出される排出ガスの排出経路を構成している。実施形態では、エンジンは車両前部のエンジンルームに設置されていることを想定しており、排気管システム１０は、エンジンルームから車両後部まで延びる長形状に形成されている。排気管システム１０には、第１排気管１２、触媒コンバータ１４、第２排気管１６、サブマフラ１８、第３排気管２０及びメインマフラ２２を含んでいる。これらはいずれも、車両の下面に設けられている。
【００１２】
第１排気管１２は、上流側においてエンジンの排気ガスを集めるエキゾーストマニホールドに接続されている。第１排気管１２の下流は、触媒コンバータ１４に接続されている。第２排気管１６は、触媒コンバータ１４とサブマフラ１８を繋ぐ排気管である。
【００１３】
サブマフラ１８は、排気ガスの排気音を低減する装置であり、第２排気管１６と第３排気管２０の間に設けられている。すなわち、サブマフラ１８は、排気管システム１０の中間（排気管システム１０の途中にあることをいう。）に配置されている。サブマフラ１８の構造については後述する。
【００１４】
第３排気管２０は、サブマフラ１８とメインマフラ２２とを接続する排気管である。第３排気管２０には、サブマフラ１８の側において下流側ほど下方に向かう下り傾斜部２０ａが設けられており、メインマフラ２２の側において下流側ほど上方に向かう上り傾斜部２０ｃが設けられている。下り傾斜部２０ａと上り傾斜部２０ｃとの間に位置する長い水平部２０ｂは、車両が水平状態にある場合に略水平に保たれる部位である。メインマフラ２２は、第３排気管２０の下流に設けられており、排気ガスの排気音を低減する装置である。排気ガスは、メインマフラ２２から排出管２２ａを経て大気中に放出される。
【００１５】
図２は、サブマフラ１８を車幅方向（Ｒ軸方向）の中心を通る面（Ｕ軸とＦ軸で張られる面）で切った断面図である。サブマフラ１８は、アウタパイプ３０の中にインナパイプ３２が同軸に配置された２重構造に形成されている。
【００１６】
アウタパイプ３０は、ステンレスなどの金属により形成された円筒形状の部材である。アウタパイプ３０は、形状的特徴により、上流側から順に、第１平行部３０ａ、第１傾斜部３０ｂ、第２平行部３０ｃ、第２傾斜部３０ｄ、第３平行部３０ｅ、第３傾斜部３０ｆ、第４平行部３０ｇに区分される。
【００１７】
第１平行部３０ａは、アウタパイプ３０の前端部であり、上流の第２排気管１６との接合される部分である。第１平行部３０ａは、区間を通じて同じ径に形成されている。第１傾斜部３０ｂは、第１平行部３０ａと第２平行部３０ｃとの移行区間にある短い部分であり、下流側ほど径が大きく形成された部分である。第２平行部３０ｃは、区間を通じて同じ径に形成されている。この第２平行部３０ｃは、第１平行部３０ａに比べて拡径された拡径部の例であり、インナパイプ３２の先端部を支持する部分である。
【００１８】
第２傾斜部３０ｄは、下流側ほど径が大きく形成された部分である。第３平行部３０ｅは、アウタパイプ３０において最も拡径された部分であり、区間を通じて同じ径に形成されている。第３傾斜部３０ｆは、下流側ほど径が小さく形成された部分である。第４平行部３０ｇは、アウタパイプ３０の後端部であり、区間を通じて同じ径に形成されている。第４平行部３０ｇは、インナパイプ３２の後端を支持している。
【００１９】
インナパイプ３２は、ステンレスなどの金属により形成された円筒形状の部材である。インナパイプ３２は、全区間とも同じ径に形成されており、その径は、アウタパイプ３０の第１平行部３０ａと実質的に同じ（公差の範囲内で同径）に設定されている。インナパイプ３２の壁面には、複数のパンチング孔３４が形成されている。パンチング孔３４は、インナパイプ３２の内側の空間と、インナパイプ３２の外側かつアウタパイプ３０の内側の空間３８とを連通させる小孔である。
【００２０】
インナパイプ３２の前端部３２ａは、メッシュ部材３６を介して、アウタパイプ３０の第２平行部３０ｃに支持されている。メッシュ部材３６は、ステンレスなどの金属からなる線材を平織、綾織などをすることで形成された部材である。メッシュ部材３６は、アウタパイプ３０の第２平行部３０ｃの内壁に溶接等により固定されている。そして、インナパイプ３２の前端部３２ａは、このメッシュ部材３６に全周を囲まれるようにして、支持されている。インナパイプ３２は、メッシュ部材３６には溶接されておらず、メッシュ部材３６に対して相対的に車両前後方向にスライドすることができる。これにより、アウタパイプ３０とインナパイプ３２の熱膨張差が吸収される。インナパイプ３２の前端部３２ａには、パンチング孔３４は設けられていない。パンチング孔３４を設けないことで、インナパイプ３２は、メッシュ部材３６の表面を滑らかにスライドすることが可能となっている。
【００２１】
他方、インナパイプ３２の後端部３２ｄは、その外面が、アウタパイプ３０の後端部である第４平行部３０ｇの内面と同程度の大きさに形成されており、両者は溶接によって固定されている。すなわち、インナパイプ３２の後端部３２ｄと、アウタパイプ３０の第４平行部３０ｇは、隙間がない接合した状態で固定されている。しかも、インナパイプ３２の後端部３２ｄには、パンチング孔３４は設けられていない。このため、後述するように、インナパイプ３２とアウタパイプ３０との接合面から凝縮水が漏れ出すことを防止できている。
【００２２】
インナパイプ３２の中間部３２ｂには、ほぼ全面的にパンチング孔３４が設けられている。ただし、インナパイプ３２の中間部３２ｂにおける後部かつ下部の領域３２ｃには、パンチング孔３４は設けられていない。このため、後述するように、車両が後傾した場合に、この領域３２ｃを通じて凝縮水が流れ出すことを防止または抑制することができている。すなわち、領域３２ｃは、領域３２ｃを通じて凝縮水が流れ出すことを防止または抑制することができるようにその範囲が設定されている。
【００２３】
エンジンが起動された場合、排気ガスは、上流の第２排気管１６からサブマフラ１８に流入し、下流の第３排気管２０へと流出する。具体的には、排気ガスは、まず、アウタパイプ３０の第１平行部３０ａ及び第１傾斜部３０ｂを通った後、そのほとんどがインナパイプ３２に流入する。インナパイプ３２は、第１平行部３０ａと径が同じであり、かつ、同軸に配置されているため、第１傾斜部３０ｂから若干の影響を受けるものの、サブマフラ１８の形状に伴う排気ガスの流れの乱れはほとんど生じない。
【００２４】
インナパイプ３２に入った排気ガスの一部は、そのままインナパイプ３２の後端部３２ｄに至って、第３排気管２０へと流れ出す。しかし、排気ガスの一部は、パンチング孔３４からインナパイプ３２の外に流れ、アウタパイプ３０の内側の空間３８に至り、やがてインナパイプ３２に戻る。この過程で、排気ガスの冷却が進むため、消音効果が得られる。また、排気ガス中を伝わる爆発音の音波が、パンチング孔３４から空間３８に放出され、アウタパイプ３０の内壁やインナパイプ３２の外壁に反射しながら減衰することで、さらなる消音効果が得られる。
【００２５】
排気ガス中には、燃料の燃焼にともない生じた水蒸気が含まれる。排気管システム１０の壁面が冷たい場合、水蒸気の一部は壁面で凝縮して液体の水である凝縮水となる。凝縮水の一部は排気ガスの流れによって吹き流され、一部は排気ガスの熱によって蒸発し水蒸気となり、一部は排気管システム１０における排気ガスの吹き溜まり等に溜まることになる。
【００２６】
サブマフラ１８のアウタパイプ３０は、外壁面が外気によって冷却されており、水蒸気の凝縮が起こりやすい。また、アウタパイプ３０の内側の空間３８は、インナパイプ３２に比べて排気ガスの流れが遅いことから、排気ガスによって凝縮水が吹き流されにくい。このため、この空間３８の下部は、凝縮水が溜まりやすい傾向にある。
【００２７】
図３Ａは、空間３８の下部に凝縮水４０が溜まった状態を示す図である。凝縮水４０の水面は、インナパイプ３２の下面とほぼ一致している。凝縮水４０の水面がこれよりも高くなると、インナパイプ３２を流れる排気ガスによって吹き流されることから、図３Ａに示した状態が、通常の場合において、凝縮水４０の水面の高さが最も高くなる状態である。排気ガスの流れが比較的遅くなる低負荷走行や、排気管システム１０の温度があまり上昇しない短距離走行が続いた場合には、凝縮水４０が空間３８に溜まり続けて、このように水面が上昇する。図３Ａの状態では、凝縮水はメッシュ部材３６を通って、第１傾斜部３０ｂにまで達している。
【００２８】
図３Ｂは、図３Ａの状態から車両が後傾した（車両の前部が高くなり、車両の後部が低くなる）状態を示す図である。ただし、図３Ｂでは、凝縮水４０ａについては、アウタパイプ３０の内側の空間３８を占める範囲を図示している。
【００２９】
凝縮水４０ａは、全体的に車両後方に移動しており、車両前方側では水面がインナパイプ３２の下端よりも低く、車両後方側では水面がインナパイプ３２の下端よりも高くなっている。インナパイプ３２の下端よりも水面が高くなった部分は、インナパイプ３２におけるパンチング孔３４が設けられていない領域３２ｃである。この領域３２ｃ付近では、アウタパイプ３０が車幅方向に十分に拡がっているために、空間３８の体積が大きく、移動した凝縮水４０ａを十分に収容することができる。また、凝縮水４０ａは、アウタパイプ３０の第４平行部３０ｇとインナパイプ３２の後端部３２ｄとの接合部にかかっているが、この部分は密着して溶接された接合状態にある。このため、凝縮水４０ａは、車両が後傾しても、パンチング孔３４からもこの接合部からも流れ出すことなく、空間３８内に留まっている。
【００３０】
なお、凝縮水４０ａがインナパイプ３２のパンチング孔３４から流れ出すか否かは、領域３２ｃの広さによって変わってくる。図３Ｂに示した例では、領域３２ｃとの境界に位置するパンチング孔３４ａ、３４ｂなどは水面よりも上にあるが、水面よりも低い位置にパンチング孔３４ａ、３４ｂなどが設けられていた場合には、一部の凝縮水４０ａがインナパイプ３２の内部に流れ出すことになる。
【００３１】
領域３２ｃを広くした場合には、凝縮水４０ａの流れ出しを防止または抑制することが可能となる一方で、サブマフラ１８がもつ消音効果が低下することになる。他方、領域３２ｃを狭くした場合には、凝縮水４０ａの流れ出す量が増加する一方で、サブマフラ１８がもつ消音効果の低下を抑制することになる。領域３２ｃの広さは、これらのメリットとデメリットを比較考量して決定すればよい。
【００３２】
ここで、参考形態にかかるサブマフラ５０について説明する。図４は、サブマフラ５０の内部構造を示す図である。サブマフラ５０は、アウタパイプ５２とインナパイプ５４からなる二重構造を有する点は、サブマフラ１８と同様である。ただし、サブマフラ５０では、インナパイプ５４は、サブマフラ５０の前端部５０ａにおいてアウタパイプ５２と溶接されており、後端部５０ｂにおいてメッシュ部材５８を介してアウタパイプ５２にスライド可能に支持されている。また、インナパイプ５４では、アウタパイプ５２に支持された部位を除いて、全面的にパンチング孔５６が設けられている。サブマフラ５０の形状及び大きさは、サブマフラ１８とほぼ同様である。
【００３３】
ここで、サブマフラ５０において、インナパイプ５４の外側かつアウタパイプ５２の内側の空間６０の下部に凝縮水が溜まり、水面がインナパイプ５４の下端に達した状態を想定する。図５は、この状態で、車両が後傾した場合を示す図である。
【００３４】
図５では、凝縮水６２は、インナパイプ５４の後方かつ下部にあるパンチング孔５６ａ、５６ｂなどから速やかに流れ出すとともに、メッシュ部材５８からも流れ出したことで、水面がメッシュ部材５８の下端にまで下がっている。水面より下の部分は、アウタパイプ５２の車幅方向の幅が狭く体積が小さいため、残った凝縮水６２は非常に少ない。すなわち、凝縮水６２のほとんどが下流の第３排気管２０に流れ出したことになる。
【００３５】
図６は、図５に示した状態における第３排気管２０の後部付近を示す図である。第３排気管２０は上述のように、水平部２０ｂの後方に上り傾斜部２０ｃが設けられている。図６では、車両が後傾していることを想定しているため、水平部２０ｂも後傾している。このため、サブマフラ５０から流れ出した凝縮水６２ａが、水平部２０ｂの後端付近及び上り傾斜部２０ｃの下部に溜まっている。
【００３６】
車両が高負荷走行し、排気ガスが高速で流れる状態では、凝縮水６２は排気ガスによって吹き流されるとともに、高温化した第３排気管２０によって凝縮水６２の蒸発が促される。したがって、凝縮水６２ａの溜まりが問題とはならない。しかし、低負荷走行で排気ガスの流れが遅い場合、あるいは、短距離走行を繰り返しているような場合には、第３排気管２０には若干の凝縮水６２ａが溜まり続けた状態となる。この状態で車両が後傾すると、サブマフラ５０から流れ出した分と合わせて、大量の凝縮水６２ａが第３排気管２０の後部に集中して溜まることになる。また、後傾前には凝縮水６２ａが無い状態であっても、サブマフラ５０から大量の凝縮水６２ａが流れた場合には、第３排気管２０の後部に溜まる凝縮水６２ａも多くなる。
【００３７】
ここで、車両が図６に示した状態で停車し、エンジンが停止されたとする。冬季や寒冷地など気温が氷点下となる場合には、時間の経過とともに第３排気管２０及び凝縮水６２ａの温度が低下し、やがて凝縮水６２ａが凍結する。この結果、第３排気管２０が閉塞してしまい、エンジンの再始動ができない状況に陥る。
【００３８】
図２、図３Ａ、図３Ｂに示した実施形態にかかるサブマフラ１８では、車両が後傾しても凝縮水４０が第３排気管２０に流れ出さないか、あるいは流れ出す量が抑制される。このため、第３排気管２０には凝縮水が溜まらないか、溜まってもごくわずかな量となる。したがって、第３排気管２０の閉塞を防止または抑制することが可能となる。
【００３９】
なお、実施形態にかかるサブマフラ１８では、車両が前傾した場合には、凝縮水４０が前方の第２排気管１６の側に流れ出すことになる。しかし、第２排気管１６、触媒コンバータ１４、第１排気管１２などは、エンジンに近く、第３排気管２０に比べて高温であるため、エンジンを停止した場合にも、凝縮水４０の多くが蒸発する。したがって、一般に、凝縮水４０が凍結することによる閉塞の問題は生じない。
【符号の説明】
【００４０】
１０  排気管システム、１２  第１排気管、１４  触媒コンバータ、１６  第２排気管、１８  サブマフラ、２０  第３排気管、２０ａ  下り傾斜部、２０ｂ  水平部、２０ｃ  上り傾斜部、２２  メインマフラ、２２ａ  排出管、３０  アウタパイプ、３０ａ  第１平行部、３０ｂ  第１傾斜部、３０ｃ  第２平行部、３０ｄ  第２傾斜部、３０ｅ  第３平行部、３０ｆ  第３傾斜部、３０ｇ  第４平行部、３２  インナパイプ、３２ａ  前端部、３２ｂ  中間部、３２ｃ  領域、３２ｄ  後端部、３４  パンチング孔、３６  メッシュ部材、３８  空間、４０，４０ａ  凝縮水、５０  サブマフラ、５０ａ  前端部、５０ｂ  後端部、５２  アウタパイプ、５４  インナパイプ、５６  パンチング孔、５８  メッシュ部材、６０  空間、６２，６２ａ  凝縮水。
【図１】
2020105941.tif 000003
【図２】
2020105941.tif 000004
【図３Ａ】
2020105941.tif 000005
【図３Ｂ】
2020105941.tif 000006
【図４】
2020105941.tif 000007
【図５】
2020105941.tif 000008
【図６】
2020105941.tif 000009