(57)【要約】【課題】ロックアップ状態での排気管起因のエンジンマウントの振動や車内こもり音を低減する。【解決手段】車両前方に横置き配置されるＶ型エンジン１のフロントバンク１１の排気マニホールド１３に接続されるフロントバンク排気管２と、リアバンク１２の排気マニホールド１４とフロントバンク排気管２とを接続するリアバンク排気管３と、フロントバンク排気管２の下流側に接続されて、触媒装置４１が取り付けられる中間排気管４と、中間排気管４の下流側に接続されて、マフラー５１が取り付けられる後方排気管５と、を備え、フロントバンク排気管２と中間排気管４はボールジョイント６で接続され、中間排気管４と後方排気管５はボールジョイント６で接続され、フロントバンク排気管２は、リアバンク排気管３との合流部２１より上流側に弾性変形可能なフレキシブル管２２が取り付けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両前方に横置き配置されるＶ型エンジンに接続される排気管構造であって、
前記Ｖ型エンジンのフロントバンクの排気マニホールドに接続されるフロントバンク排気管と、
前記Ｖ型エンジンのリアバンクの排気マニホールドと前記フロントバンク排気管とを接続するリアバンク排気管と、
前記フロントバンク排気管の下流側に接続されて、触媒装置が取り付けられる中間排気管と、
前記中間排気管の下流側に接続されて、マフラーが取り付けられる後方排気管と、を備え、
前記フロントバンク排気管と前記中間排気管はボールジョイントで接続されており、
前記中間排気管と前記後方排気管はボールジョイントで接続されており、
前記フロントバンク排気管は、前記リアバンク排気管との合流部より上流側に弾性変形可能なフレキシブル管が取り付けられていること、を特徴とする排気管構造。
【請求項２】
請求項１に記載の排気管構造であって、
前記フレキシブル管が前記Ｖ型エンジンのオイルパンの下に配置されていること、を特徴とする排気管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに接続される排気管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気管の振動の伝達を抑制するために、エンジンの排気マニホールドに接続される排気管を流れ方向に複数本に分割すると共に、分割された各排気管の連結部をボールジョイント等の自在継手により折り曲げ自在に接続した排気管構造が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０１９７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、横置きＶ型エンジンの排気マニホールドに接続する排気管構造では、中間に取り付けられる触媒装置の上流側にボールジョイントを配置し、触媒装置の下流側にフレキシブル管を配置した構造が用いられている。このような構造の場合、フレキシブル管をバネ要素とした排気系全体の振動モードと、フレキシブル管の上流側までの排気管レイアウトに起因する振動モードとが発生する。これら２つの振動モードはピーク周波数が近いため、エンジンと変速機とをロックアップした際にエンジンの出力トルクが大きくなると共振し、エンジン及び排気系の連成振動起因のエンジンマウントの振動や車内こもり音の悪化が生じる場合がある。このため、エンジンと変速機をロックアップできるエンジンの運転領域に制約があり、燃費性能を向上するための制約となっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、ロックアップ状態での排気管起因のエンジンマウントの振動や車内こもり音を低減し、ロックアップできるエンジンの運転領域を広げて車両燃費性能及びドライバビリティ性能を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る排気管構造は、車両前方に横置き配置されるＶ型エンジンに接続される排気管構造であって、前記Ｖ型エンジンのフロントバンクの排気マニホールドに接続されるフロントバンク排気管と、前記Ｖ型エンジンのリアバンクの排気マニホールドと前記フロントバンク排気管とを接続するリアバンク排気管と、前記フロントバンク排気管の下流側に接続されて、触媒装置が取り付けられる中間排気管と、前記中間排気管の下流側に接続されて、マフラーが取り付けられる後方排気管と、を備え、前記フロントバンク排気管と前記中間排気管はボールジョイントで接続されており、前記中間排気管と前記後方排気管はボールジョイントで接続されており、前記フロントバンク排気管は、前記リアバンク排気管との合流部より上流側に弾性変形可能なフレキシブル管が取り付けられていること、を特徴とする。
【０００７】
このように、フロントバンク排気管のリアバンク排気管と合流する合流部よりも上流側にフレキシブル管を設け、フロントバンク排気管と中間排気管とをボールジョイントで接続することで、排気管構造の振動モードは、３節曲げ振動モードとなる。この振動モードでは、中間排気管と後方排気管との間に設けられたボールジョイントによって振動が抑制でき、エンジンと変速機をロックアップした状態での排気管起因のエンジンマウントの振動や車内こもり音を低減できる。このため、ロックアップできるエンジンの運転領域を広げて車両燃費性能及びドライバビリティ性能を向上させることができる。
【０００８】
本発明の排気管構造の一態様において、前記フレキシブル管が前記Ｖ型エンジンのオイルパンの下に配置されていてもよい。
【０００９】
この態様によれば、更に確実にロックアップ領域での排気管起因のエンジンマウントの振動や車内こもり音を低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、ロックアップ状態での排気管起因のエンジンマウントの振動や車内こもり音を低減し、ロックアップできるエンジンの運転領域を広げて車両燃費性能及びドライバビリティ性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施形態の排気管構造の側面視の図である。
【図２】本実施形態の排気管構造の上面視の図である。
【図３】ボールジョイントの概略構成を示す断面図である。
【図４】本実施形態の排気管構造の振動を示して３節振動モードを説明する図である。
【図５】比較例１の排気管構造の上面視の図である。
【図６】エンジンマウントの振動レベルについて本実施形態の排気管構造と比較例１の排気管構造とを比較して示したグラフである。
【図７】完全ロックアップ状態でエンジンを使用できる領域について本実施形態の排気管構造と比較例１の排気管構造とを比較して示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、実施形態の排気管構造１０について説明する。以下説明する各図に示す矢印ＦＲ、矢印ＵＰ、矢印ＲＨは、車両の前方向（進行方向）、上方向、右方向をそれぞれ示している。また、各矢印ＦＲ、ＵＰ、ＲＨの反対方向は、それぞれ車両後方向、下方向、左方向を示す。以下、単に前後、左右、上下の方向を用いて説明する場合は、特に断りのない限り、車両前後方向の前後、車両左右方向（車両幅方向）の左右、車両上下方向の上下を示すものとする。
【００１３】
図１に示すように、排気管構造１０は、車両前方に横置き配置されるＶ型エンジン１に接続され、Ｖ型エンジン１の排気を車両後方に導く構造体である。排気管構造１０は、Ｖ型エンジン１のフロントバンク１１の排気マニホールド１３に接続されるフロントバンク排気管２と、Ｖ型エンジン１のリアバンク１２の排気マニホールド１４とフロントバンク排気管２とを接続するリアバンク排気管３と、フロントバンク排気管２の下流側に接続される中間排気管４と、中間排気管４の下流側に接続される後方排気管５とを備える。
【００１４】
フロントバンク排気管２は、フロントバンク１１の排気マニホールド１３に固定接続されている。リアバンク排気管３は、一端がリアバンク１２の排気マニホールド１４に固定接続されており、他端がフロントバンク排気管２の合流部２１に固定接続されている。中間排気管４は、フロントバンク排気管２にボールジョイント６を介して接続されている。後方排気管５は、中間排気管４にボールジョイント６を介して接続されている。
【００１５】
Ｖ型エンジン１のフロントバンク１１の気筒から排出された排気は排気マニホールド１３からフロントバンク排気管２に流れる。リアバンク１２の気筒から排出された排気は排気マニホールド１４からリアバンク排気管３に流れて、合流部２１でフロントバンク１１の気筒から排出された排気と合流する。そして、合流部２１で合流した排気は、中間排気管４と後方排気管５とを通過して車両後方へ流れ、外部に排出される。
【００１６】
図１及び図２に示すように、中間排気管４には触媒装置４１が取り付けられている。Ｖ型エンジン１から排出された排気は、触媒装置４１で有害物質が浄化されてから後方排気管５を経由して外部に排出される。後方排気管５には、メインマフラー５１及びサブマフラー５２が取り付けられている。メインマフラー５１は主に低周波の排気音を低減し、サブマフラー５２は主に高周波の排気音を低減する。
【００１７】
図３は、フロントバンク排気管２と中間排気管４とを接続するボールジョイント６の概略構成を示した断面図である。図３に示すように、ボールジョイント６は、フロントバンク排気管２に固定されるナット側フランジ６１と、中間排気管４に固定されるボルト側フランジ６２と、ボルト側フランジ６２の球面部６２ａに球面接触するシール部材６３とを備える。ボルト６４はナット６５によりナット側フランジ６１に固定されている。また、ボルト６４の頭部６４ａとボルト側フランジ６２との間には、圧縮されたコイル状のバネ６６が配置され、ナット側フランジ６１とボルト側フランジ６２とを接近する方向に付勢している。これにより、ナット側フランジ６１及びボルト側フランジ６２がシール部材６３を保持し、気密性が確保される。そして、ボルト側フランジ６２の球面部６２ａとシール部材６３とが摺動することで、フロントバンク排気管２と中間排気管４とが折り曲げ自在に接続される。同様に、ボールジョイント６によって、中間排気管４と後方排気管５とが折り曲げ自在に接続される。
【００１８】
図１及び図２に示すように、フロントバンク排気管２の上流側端部２ｕから合流部２１までの管長は、リアバンク排気管３の上流側端部３ｕから合流部２１までの管長よりも長い。フロントバンク排気管２は、Ｖ型エンジン１のオイルパンの下を通っている。そして、フロントバンク排気管２には、リアバンク排気管３と合流する合流部２１より上流側に、弾性変形可能なフレキシブル管２２が取り付けられている。フレキシブル管２２は、Ｖ型エンジン１のオイルパンの下に配置されている。フレキシブル管２２は、円筒状の蛇腹構造のベローズの周囲を円筒形状のカバーに覆われた構造となっている。ベローズは、軸方向に伸縮したり、曲げたりすることができる。路面を跳ね返った小石などがベローズに衝突することによってベローズが破損することを防ぐため、ベローズは円筒形状のカバーに覆われている。
【００１９】
中間排気管４は、触媒装置４１より下流側に設けられた２個の中間排気管支持部４２によって、不図示の車体に支持されている。後方排気管５は、２個のメインマフラー支持部５３、後方排気管支持部５４及びサブマフラー支持部５５によって、車体に支持されている。２個のメインマフラー支持部５３は、いずれもメインマフラー５１の前側に設けられている。後方排気管支持部５４は、後方排気管５のメインマフラー５１より下流側の部分に設けられている。サブマフラー支持部５５は、サブマフラー５２の上側に設けられている。
【００２０】
排気管構造１０では、既に述べたように、フロントバンク排気管２のリアバンク排気管３と合流する合流部２１より上流側にフレキシブル管２２が設けられ、フロントバンク排気管２と中間排気管４とがボールジョイント６で接続されている。そのため、排気管構造１０の振動モードは、３節曲げ振動モードとなる。そして、排気管構造１０では、フレキシブル管２２がＶ型エンジン１のオイルパンの下の位置に配置されているため、排気管構造１０の振動モードは、図４に示すように、節Ｎ１、節Ｎ２及び節Ｎ３の３箇所を節とする３節曲げ振動モードとなる。節Ｎ１は触媒装置４１の下流側の位置であり、節Ｎ２はメインマフラー５１の位置であり、節Ｎ３はサブマフラー５２の位置である。図４は、排気管構造１０の側面視の図であり、排気管構造１０の振動していない状態を実線で示し、上下に振動した状態を破線で示している。なお、図４では、中間排気管支持部４２、メインマフラー支持部５３、後方排気管支持部５４及びサブマフラー支持部５５の記載を省略し、排気管構造１０を簡略化して示している。この３節曲げ振動モードでは、中間排気管４と後方排気管５との間に設けられたボールジョイント６によって振動が抑制できる。そのため、Ｖ型エンジン１と変速機（図示せず）をロックアップした状態での排気管起因のエンジンマウント（図示せず）の振動や車内こもり音を低減できる。なお、フロントバンク排気管２のリアバンク排気管３と合流する合流部２１より上流側において、フレキシブル管２２を設ける最適な位置は、Ｖ型エンジン１のオイルパンの下の位置である。この位置にフレキシブル管２２を設けることによって、異なる位置にフレキシブル管２２を設けた場合と比較して、Ｖ型エンジン１と変速機をロックアップした状態での排気管起因のエンジンマウントの振動や車内こもり音を更に確実に低減することができる。
【００２１】
この排気管起因のエンジンマウントの振動や車内こもり音の低減について説明するため、比較例１の排気管構造２０について以下に述べる。比較例１の排気管構造２０も、本実施形態の排気管構造１０と同様に、車両前方に横置き配置されるＶ型エンジンに接続される。そして、図５に示すように、排気管構造２０は、Ｖ型エンジンのフロントバンクの排気マニホールドに接続されるフロントバンク排気管２ａと、リアバンクの排気マニホールドとフロントバンク排気管２ａとを接続するリアバンク排気管３ａと、フロントバンク排気管２ａの下流側に接続される中間排気管４ａと、中間排気管４ａの下流側に接続される後方排気管５ａとを備える。そして、本実施形態の排気管構造１０と同様に、中間排気管４ａには触媒装置４１が取り付けられており、後方排気管５ａにはメインマフラー５１及びサブマフラー５２が取り付けられている。
【００２２】
また、比較例１の排気管構造２０でも本実施形態の排気管構造１０と同様に、フロントバンク排気管２ａは、Ｖ型エンジンのフロントバンクの排気マニホールドに固定接続されている。そして、リアバンク排気管３ａは、Ｖ型エンジンのリアバンクの排気マニホールドに固定接続されおり、フロントバンク排気管２ａに合流部２１で固定接続されている。中間排気管４ａは、フロントバンク排気管２ａにボールジョイント６を介して接続されている。
【００２３】
しかし、比較例１の排気管構造２０では、本実施形態の排気管構造１０とは異なり、後方排気管５ａは接続部７で中間排気管４ａに固定接続されている。そして、フレキシブル管２２は、フロントバンク排気管２ａには設けられておらず、中間排気管４ａに設けられている。更に、後方排気管５ａには、メインマフラー５１より上流側に振動吸収のためダイナミックダンパー５６が設けられている。
【００２４】
そして、フロントバンク排気管２ａは、リアバンク排気管３ａとの合流部２１より上流側で排気管固定ブラケット２３によってＶ型エンジンに固定されている。中間排気管４ａは、触媒装置４１より下流側に設けられた中間排気管支持部４２ａによって、車体に支持されている。後方排気管５ａは、２個のメインマフラー支持部５３ａ、後方排気管支持部５４ａ及びサブマフラー支持部５５ａによって、車体に支持されている。２個のメインマフラー支持部５３ａは、いずれもメインマフラー５１の前側に設けられている。後方排気管支持部５４ａは、後方排気管５ａのメインマフラー５１より下流側の部分に設けられている。サブマフラー支持部５５ａは、サブマフラー５２の後ろ側に設けられている。
【００２５】
フレキシブル管２２が中間排気管４ａに設けられている排気管構造２０では、フレキシブル管２２をバネ要素とした排気系全体の振動モードと、フレキシブル管２２の上流側までの排気管レイアウトに起因する振動モードとが発生する。フレキシブル管２２をバネ要素とした排気系全体の振動モードのピーク周波数と、フレキシブル管２２の上流側までの排気管レイアウトに起因する振動モードのピーク周波数とは周波数が近くなっている。このため、比較例１の排気管構造２０では、Ｖ型エンジン（以下、エンジンと略称する）と変速機とをロックアップした際に、エンジン及び排気系の連成振動起因でエンジンマウントの振動が悪化し、車内こもり音やフロア振動、ステアリング振動の悪化が生じる場合がある。これらの振動ピークをパイプ剛性やダイナミックダンパー５６の追加によりチューニングしているが、共振自体の解決には至っていない。このため、エンジンと変速機をロックアップできるエンジンの運転領域に制約があり、燃費性能を向上するための制約となっていた。
【００２６】
これに対して、本実施形態の排気管構造１０では、中間排気管４にはフレキシブル管２２を設けず、フロントバンク排気管２の合流部２１よりも上流側にフレキシブル管２２が設けられているため、フロントバンク排気管２の上流側端部２ｕから合流部２１までの剛性が変化し、比較例１の排気管構造２０で発生する上記２つの振動モードは解消される。そして、本実施形態の排気管構造１０では、既に述べたように、図４の節Ｎ１、節Ｎ２及び節Ｎ３の３箇所を節とする３節曲げ振動モードとなる。この３節曲げ振動モードでは、中間排気管４と後方排気管５との間に設けられたボールジョイント６によって振動が抑制できるため、比較例１の排気管構造２０と比較して、エンジンと変速機をロックアップした状態での排気管起因のエンジンマウントの振動や車内こもり音を低減することができる。
【００２７】
図６は、エンジンの後ろ側のエンジンマウントの上下方向の振動の振動レベルを、本実施形態の排気管構造１０と比較例１の排気管構造２０とで測定して、両者を比較して示したグラフである。図６の縦軸は振動レベル（ｄＢ）であり、横軸はエンジンの回転速度（ｒｐｍ）である。図６の実線ａのグラフが本実施形態の排気管構造１０で測定した結果を示しており、破線ｂのグラフが比較例１の排気管構造２０で測定した結果を示している。図６に示すように、エンジンマウントの上下方向の振動の振動レベルが、比較例１の排気管構造２０よりも、本実施形態の排気管構造１０の方が低減している。なお、参考のために、図６には、本実施形態の排気管構造１０でエンジンマウントの左右方向の振動の振動レベルと、前後方向の振動の振動レベルとを測定した結果も示している。図６の点線ｃのグラフが左右方向の振動の振動レベルの測定結果を示しており、一点鎖線ｄのグラフが前後方向の振動の振動レベルの測定結果を示す。図６に示すように、本実施形態の排気管構造１０では、エンジンマウントの上下方向の振動の振動レベルよりも、左右方向の振動の振動レベルや、前後方向の振動の振動レベルの方が低くなっている。
【００２８】
このように本実施形態の排気管構造１０では、比較例１の排気管構造２０よりも、エンジンと変速機をロックアップした状態での排気管起因のエンジンマウントの振動や車内こもり音を低減することができるため、完全ロックアップの状態でエンジンを使用できる領域を拡大できる。図７は、完全ロックアップの状態でエンジンを使用できる領域を、本実施形態の排気管構造１０と比較例１の排気管構造２０とで比較して示した図である。図７のグラフの縦軸はエンジントルク（Ｎｍ）であり、横軸はエンジンの回転速度（ｒｐｍ）である。図７では、本実施形態の排気管構造１０を接続した場合に完全ロックアップの状態でエンジンを使用できる領域を実線ｅで示しており、比較例１の排気管構造２０を接続した場合に完全ロックアップの状態でエンジンを使用できる領域を破線ｆで示している。図７に示すように、実線ｅで示す本実施形態の排気管構造１０を接続した場合に完全ロックアップの状態でエンジンを使用できる領域の方が、破線ｆで示す比較例１の排気管構造２０を接続した場合に完全ロックアップの状態でエンジンを使用できる領域よりも広くなっている。
【００２９】
このように本実施形態の排気管構造１０では、比較例１の排気管構造２０と比較して、完全にロックアップした状態でエンジンを使用できる領域が広がるため、車両燃費性能及びドライバビリティ性能を向上させることができる。また、比較例１の排気管構造２０で振動低減のために設けられていたダイナミックダンパー５６が、本実施形態の排気管構造１０では不要となるため、ダイナミックダンパー５６の分の質量を削減して軽量化することができる。
【００３０】
本開示の排気管構造は、上述した形態に限定されず、本開示の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、中間排気管４及び後方排気管５は本実施形態とは異なる位置で車体に支持されていてもよい。
【符号の説明】
【００３１】
１  Ｖ型エンジン、２、２ａ  フロントバンク排気管、２ｕ、３ｕ  上流側端部、３、３ａ  リアバンク排気管、４、４ａ  中間排気管、５、５ａ  後方排気管、６  ボールジョイント、７  接続部、１０、２０  排気管構造、１１  フロントバンク、１２  リアバンク、１３、１４  排気マニホールド、２１  合流部、２２  フレキシブル管、２３  排気管固定ブラケット、４１  触媒装置、４２、４２ａ  中間排気管支持部、５１  メインマフラー、５２  サブマフラー、５３、５３ａ  メインマフラー支持部、５４、５４ａ  後方排気管支持部、５５、５５ａ  サブマフラー支持部、５６  ダイナミックダンパー、６１  ナット側フランジ、６２  ボルト側フランジ、６２ａ  球面部、６３  シール部材、６４  ボルト、６４ａ  頭部、６５  ナット、６６  バネ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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