(57)【要約】【課題】排気装置の重量が増大するのを防止するとともに排気装置の製造コストが増大するのを防止しつつ、外径の異なる中空状部材に外部振動が入力された場合に、中空状部材の接合部位に応力が集中するのを緩和することができ、接合部位の耐久性を向上させることができる内燃機関の排気装置を提供すること。【解決手段】メインマフラ１７のテーパ部１７ｃをＰＣＣＰシェル２９から構成するとともに、排気管の一端部１８ａをＰＣＣＰシェル２３から構成し、ＰＣＣＰシェル２９の縮径端２９ａの内周部に排気管のＰＣＣＰシェル２３の外周端部を溶接することにより、メインマフラ１７と排気管とを接合し、ＰＣＣＰシェル２３、２９を、三角形３４の面同士が一辺を共有し、三角形３４の面同士の一辺が山の稜線３４ａまたは谷３４ｂを形成するようにして凹凸状に連接されるものから構成する。【選択図】図２
2011043107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に対して排気ガスの排気方向下流側に設けられ、端部が軸線方向外方に向かって縮径するテーパ部を有する大径の中空状部材と、前記大径の中空状部材よりも小さい外径を有する小径の中空状部材とを備え、前記大径の中空状部材のテーパ部の接合部位と前記小径の中空状部材の端部の接合部位とが接合される内燃機関の排気装置において、
前記大径の中空状部材および前記小径の中空状部材は、前記テーパ部の接合部位を含んだ前記テーパ部の少なくとも一部および前記中空状部材の端部に、前記大径の中空状部材および前記小径の中空状部材の周方向に沿った多面構造を有し、
前記多面構造は、隣接する多角形の面同士が一辺を共有し、前記多角形の面同士の一辺が山の稜線または谷を形成するようにして凹凸状に連接されることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記多面構造は、前記多角形の面の一辺によって構成される山の頂部から谷までの深さをαとし、前記多面構造の板厚をｔとしたとき、α＞√２・ｔとしたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
前記テーパ部の多面構造の多角形が台形に形成され、前記小径の中空状部材の多面構造の多角形が三角形に形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
前記テーパ部の多面構造は、前記多角形の面の一辺によって構成される山の頂部から谷までの深さが、前記テーパ部の縮径する部位から拡径する部位に向かうに従って浅くなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
前記小径の中空状部材の多面構造は、前記多角形の面の一辺によって構成される山の頂部から谷までの深さが、前記小径の中空状部材の接合部位から前記小径の中空状部材の軸線方向内方に向かうに従って浅くなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気装置に関し、特に、内燃機関に対して排気ガスの排気方向下流側に設けられ、端部が軸線方向外方に向かって縮径するテーパ部を有する大径の中空状部材と、大径の中空状部材よりも小さい外径を有する小径の中空状部材との端部が接合される内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車等の車両の内燃機関に設けられる排気装置としては、フロントパイプ、触媒コンバータ、センターパイプ、マフラ、テールパイプ等の排気系部品が接続されて構成されており、この排気系部品は、通常、溶接による接合が採用されている。
ところで、溶接によって排気系部品が接合される排気装置にあっては、振動等が過度に大きいといった厳しい使用環境下において、排気系部品同士が接合された接合部位に、外部からの入力振動に起因する大きな応力が集中してしまう傾向にある。
【０００３】
特に、排気系部品同士は、中空状部材であるため、外径の大きさが異なる中空状部材を溶接によって接合する場合には、外径が大きい中空状部材（マフラ、触媒コンバータのシェル等）の外形を、例えば、外径が大きい中空状部材の一端部を先細りとなるようにテーパ部から構成し、外径が大きい中空状部材のテーパ部に外径が小さい中空状部材の一端部を溶接することによって接合することが多い。
【０００４】
このようにした場合の中空状部材の接合部位は、外径の大きい中空状部材のテーパ部の内周部に外径の小さい中空状部材の一端部を挿通した後に、外径の大きい中空状部材と外径の小さい中空状部材の一端部を溶接することが多い。
【０００５】
このときには、外径の大きい中空状部材のテーパ部に外径の小さい中空状部材の一端部を挿通してテーパ部に外径の小さい中空状部材の一端部を接合する分だけ、接合部位においてテーパ部と外径の小さい中空状部材の一端部との外径が大きく変化してしまう。
【０００６】
このように、接合部位において外径が大きく変化する場合には、接合部位に大きな応力が集中し易く、接合部位の耐久性が悪化し易い。このため、例えば、排気管の一端部にマフラのテーパ部を溶接によって接合した場合には、接合部位に応力が集中するのを防止するために、排気管の軸線方向の一部にフレキシブルチューブを設けることにより、フレキシブルチューブで接合部位に応力が集中するのを緩和するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、図１５に示すように、マフラ１の一端部に排気管２の一端部を溶接（溶接個所を溶接部３で示す）した場合に、排気管２の一端部の内周面に中空のスリーブ部材４を溶接によって接合し、接合部位を補強するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１７６６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
このような従来の内燃機関の排気装置にあっては、外径の大きい中空状部材のテーパ部と外径の小さい中空状部材の一端部との接合部位に応力が集中するのを緩和するために、排気管にフレキシブルチューブを設けたり、スリーブ部材４を設けるようになっているため、排気装置の部品点数が増大してしまい、排気装置の重量が増大するとともに排気装置の製造コストが増大してしまうという問題があった。
【００１０】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、排気装置の重量が増大するのを防止するとともに排気装置の製造コストが増大するのを防止しつつ、外径の異なる中空状部材に外部振動が入力された場合に、中空状部材の接合部位に応力が集中するのを緩和することができ、接合部位の耐久性を向上させることができる内燃機関の排気装置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】
【００１１】
本発明に係る内燃機関の排気装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関に対して排気ガスの排気方向下流側に設けられ、端部が軸線方向外方に向かって縮径するテーパ部を有する大径の中空状部材と、前記大径の中空状部材よりも小さい外径を有する小径の中空状部材とを備え、前記大径の中空状部材のテーパ部の接合部位および前記小径の中空状部材の端部の接合部位とが接合される内燃機関の排気装置において、前記大径の中空状部材および前記小径の中空状部材は、前記テーパ部の接合部位を含んだ前記テーパ部の少なくとも一部と前記中空状部材の端部に、前記大径の中空状部材および前記小径の中空状部材の周方向に沿った多面構造を有し、前記多面構造は、隣接する多角形の面同士が一辺を共有し、前記多角形の面同士の一辺が山の稜線または谷を形成するようにして凹凸状に連接されるものから構成されている。
【００１２】
この構成により、大径の中空状部材および小径の中空状部材が、テーパ部の接合部位を含んだテーパ部の少なくとも一部および中空状部材の端部に、大径の中空状部材および小径の中空状部材の周方向に沿った多面構造を有し、多面構造が、隣接する多角形の面同士が一辺を共有し、多角形の面同士の一辺が山の稜線または谷を形成するようにして凹凸状に連接されるので、多面構造の曲げ剛性が大きくなるように多角形の形状を設定することにより、大径の中空状部材のテーパ部の接合部位と小径の中空状部材の端部との接合部位の強度を大きくすることができる。
【００１３】
したがって、テーパ部の接合部位と小径の中空状部材の接合部位に応力が集中するのを緩和することができ、テーパ部の接合部位と小径の中空状部材の接合部位の耐久性を向上させることができる。
【００１４】
このように、大径の中空状部材のテーパ部の少なくとも接合部位と少なくとも小径の中空状部材の接合部位とを含んだ領域を多面構造にすることで、接合部位の耐久性を向上させることができるため、従来のようにフレキシブルチューブやスリーブ部材等を不要にでき、排気装置の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置の製造コストが増大するのを防止することができる。
【００１５】
また、大径の中空状部材は、少なくともテーパ部が多面構造を有し、テーパ部以外の部位には多面構造が形成されないが、多面構造が形成されていない中空状部材の部位は、小径の中空状部材よりも大径で断面二次モーメント（曲げ剛性）が大きくなるため、多面構造の形成部位と非形成部位との境に応力が集中するのを緩和することができる。
【００１６】
上記（１）に記載の内燃機関の排気装置において、（２）前記多面構造は、前記多角形の面の一辺によって構成される山の頂部から谷までの深さをαとし、前記多面構造の板厚をｔとしたとき、α＞√２・ｔとしたものから構成されている。
【００１７】
この構成により、多角形の面の一辺によって構成される山の頂部から谷までの深さをαとし、多面構造の板厚をｔとしたとき、α＞√２・ｔとしたので、延在方向に外径が一様な中空状のパイプに比べて、多面構造の断面二次モーメントを大きくすることができ、多面構造の曲げ剛性を大きくして、大径の中空状部材のテーパ部の接合部位と小径の中空状部材の端部の接合部位との強度を大きくすることができる。
【００１８】
上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気装置において、（３）前記テーパ部の多面構造の多角形が台形に形成され、前記小径の中空状部材の多面構造の多角形が三角形に形成されるものから構成されている。
【００１９】
この構成により、大径のテーパ部の多面構造の多角形を台形に形成するとともに、小径の中空状部材の多面構造の多角形を三角形に形成したので、小径の中空状部材の多面構造の曲げ剛性を大きくすることができるとともに、大径のテーパ部に形成された多角構造の曲げ剛性が大きくなるのを抑制することができる。
【００２０】
このため、テーパ部の多面構造の傾斜方向と小径の中空状部材の多面構造の軸線方向とに加わる曲げ応力の分布を略均一化することができ、テーパ部と小径の中空状部材の接合部位に応力が集中するのをより一層緩和して、接合部位の耐久性をより一層向上させることができる。
【００２１】
上記（１）ないし（３）に記載の内燃機関の排気装置において、（４）前記テーパ部の多面構造は、前記多角形の面の一辺によって構成される山の頂部から谷までの深さが、前記テーパ部の縮径する部位から拡径する部位に向かうに従って浅くなるものから構成されている。
【００２２】
この構成により、テーパ部の多面構造の多角形の面の一辺によって構成される山の頂部から谷までの深さが、テーパ部の縮径する部位から拡径する部位に向かうに従って浅くなるようにしたので、テーパ部の多面構造の断面二次モーメントの分布を、縮径端から拡径部に向かうに従って略均一化することができる。
【００２３】
このため、テーパ部の多面構造の傾斜方向と小径の中空状部材の多面構造の軸線方向とに加わる曲げ応力の分布を略均一化することができ、テーパ部と小径の中空状部材の接合部位に応力が集中するのをより一層緩和して、接合部位の耐久性をより一層向上させることができる。
【００２４】
上記（１）ないし（４）に記載の内燃機関の排気装置において、（５）前記小径の中空状部材の多面構造は、前記多角形の面の一辺によって構成される山の頂部から谷までの深さが、前記小径の中空状部材の接合部位から前記小径の中空状部材の軸線方向内方に向かうに従って浅くなるものから構成されている。
【００２５】
この構成により、小径の中空状部材の多面構造の多角形の面の一辺によって構成される山の頂部から谷までの深さを、小径の中空状部材の接合部位から小径の中空状部材の軸線方向内方に向かうに従って浅くなるようにしたので、小径の中空状部材の多面構造の断面二次モーメントを、小径の中空状部材の内方から連結部位に向かうに従って大きくすることができる。このため、テーパ部と小径の中空状部材との接合部位に対して小径の中空状部材の軸線方向内方側に応力を分散させることができ、接合部位に応力が集中するのをより一層緩和して、接合部位の耐久性をより一層向上させることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、排気装置の重量が増大するのを防止するとともに排気装置の製造コストが増大するのを防止しつつ、外径の異なる中空状部材に外部振動が入力された場合に、中空状部材の接合部位に応力が集中するのを緩和することができ、接合部位の耐久性を向上させることができる内燃機関の排気装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、排気装置の側面図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、メインマフラと排気管の接合構造の外観図である。
【図３】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、メインマフラと排気管の接合構造の断面図である。
【図４】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、ＰＣＣＰシェルの正面図である。
【図５】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、（ａ）は、ＰＣＣＰシェルの切断方向を示す図であり、（ｂ）は、同図（ａ）の切断面Ａ−Ａで切断されたＰＣＣＰシェルの断面を示す図である。
【図６】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、（ａ）は、一般的な中空のパイプの切断方向を示す図であり、（ｂ）は、同図（ａ）の切断面Ｂ−Ｂで切断された中空のパイプの断面を示す図である。
【図７】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、メインマフラと排気管の接合構造の他の構成の外観図である。
【図８】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、メインマフラと排気管の接合構造の他の構成の断面図である。
【図９】本発明に係る内燃機関の排気装置の第２の実施の形態を示す図であり、メインマフラと排気管の接合構造の外観図である。
【図１０】本発明に係る内燃機関の排気装置の第２の実施の形態を示す図であり、メインマフラと排気管の接合構造の断面図である。
【図１１】本発明に係る内燃機関の排気装置の第３の実施の形態を示す図であり、（ａ）は、メインマフラと排気管の接合構造の外観図、（ｂ）は、メインマフラのＰＣＣＰシェルをＰＣＣＰシェルの延在方向に沿って切断したときの要部断面図である。
【図１２】本発明に係る内燃機関の排気装置の第３の実施の形態を示す図であり、メインマフラと排気管の接合構造の断面図である。
【図１３】本発明に係る内燃機関の排気装置の第４の実施の形態を示す図であり、（ａ）は、メインマフラと排気管の接合構造の外観図、（ｂ）は、排気管のＰＣＣＰシェルをＰＣＣＰシェルの延在方向に沿って切断したときの要部断面図である。
【図１４】本発明に係る内燃機関の排気装置の第４の実施の形態を示す図であり、メインマフラと排気管の接合構造の断面図である。
【図１５】従来のマフラの断面とマフラに接続される排気管の一部を断面で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る内燃機関の排気装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図８は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図である。
まず、構成を説明する。
【００２９】
図１において、内燃機関の排気装置１１は、内燃機関としてのエンジン１２から排気される排気ガスを外部に排出するものであり、エンジン１２に対して排気ガスの排気方向下流側の排気系部品から構成されるものである。
なお、本実施の形態で排気ガスの排気方向上流というのは、排気ガスの排気方向（流通方向）の上流を表し、排気ガスの排気方向下流というのは、排気ガスの排気方向の下流を表す。
【００３０】
エンジン１２のシリンダブロックに設けられた燃焼室に連通する排気ポートには排気マニホールド１３が接続されており、この排気マニホールド１３は、例えば、４気筒エンジンであれば、エンジン１２の内部に設けられた４つの燃焼室に、エンジン１２のシリンダヘッドに設けられた排気ポートを介して接続される４つの枝管および枝管を集合する集合管とを含んで構成されている。
【００３１】
排気マニホールド１３にはフロントパイプを構成する排気管１４の一端部１４ａが接続されており、この排気管１４の一端部１４ａは、ＰＣＣＰシェル（Ｐｓｅｕｄｏ−Ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  Ｃｏｎｃａｖｅ  Ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ  Ｓｈｅｌｌ）２１から構成され、このＰＣＣＰシェル２１には触媒コンバータ１５の一端部が溶接によって接合されている。
【００３２】
この触媒コンバータ１５は、円筒状のシェル１５ａを有しており、このシェル１５ａ内に三元触媒が内蔵されている。この三元触媒は、エンジン１２から排気マニホールド１３および排気管１４を介して排出される排気ガス中の一酸化炭素、炭化水素、窒素酸化物等を浄化するようになっている。
【００３３】
また、シェル１５ａの両端部にはテーパ部１５ｂ、１５ｃが設けられており、このテーパ部１５ｂ、１５ｃは、シェル１５ａの軸線方向外方に向かって縮径するようになっている。
このテーパ部１５ｂ、１５ｃは、ＰＣＣＰシェル２７、２８から構成されており、排気管１４のＰＣＣＰシェル２１は、シェル１５ａのＰＣＣＰシェル２７の最も縮径した部位である縮径端２７ａに溶接によって接合されている。
【００３４】
また、シェル１５ａのＰＣＣＰシェル２８の最も縮径した部位である縮径端２８ａにはセンターパイプを構成する排気管１６の一端部１６ａが溶接によって接合されており、この排気管１６の一端部１６ａは、ＰＣＣＰシェル２２から構成されている。
【００３５】
また、排気管１６の他端部１６ｂにはメインマフラ１７の一端部が溶接によって接合されており、排気管１６の他端部１６ｂは、ＰＣＣＰシェル２３から構成されている。メインマフラ１７は、円筒状のシェル１７ａを備えており、このシェル１７ａの中央部分の外径は排気管１６の外径よりも大きく形成され、シェル１７ａの内部には拡張室１７ｂ（図３参照）が形成されている。したがって、排気管１６からメインマフラ１７に導入される排気ガスは、メインマフラ１７の拡張室１７ｂで膨張、共鳴、干渉等されることにより、エンジン１２の排気音が消音される。
【００３６】
シェル１７ａの両端部にはテーパ部１７ｃ、１７ｄが設けられており、このテーパ部１７ｃ、１７ｄは、シェル１７ａの軸線方向外方に向かって縮径するようになっている。このテーパ部１７ｃ、１７ｄは、ＰＣＣＰシェル２９、３０から構成されており、排気管１６のＰＣＣＰシェル２３は、シェル１７ａのＰＣＣＰシェル２９の最も縮径した部位である縮径端２９ａに溶接によって接合されている。
【００３７】
また、シェル１７ａのＰＣＣＰシェル３０の最も縮径した部位である縮径端３０ａにはリヤパイプを構成する排気管１８の一端部１８ａが溶接によって接合されており、この排気管１８の一端部１８ａは、ＰＣＣＰシェル２４から構成されている。
【００３８】
排気管１８の他端部１８ｂは、サブマフラ１９の一端部に溶接によって接合されており、この排気管１８の他端部１８ｂは、ＰＣＣＰシェル２５から構成されている。
【００３９】
サブマフラ１９は、円筒状のシェル１９ａを備えており、このシェル１９ａの中央部分の外径は排気管１８の外径よりも大きく形成され、シェル１９ａの内部にはメインマフラ１７と同様に拡張室が形成されている。したがって、排気管１８からサブマフラ１９に導入される排気ガスは、サブマフラ１９の拡張室で膨張、共鳴、干渉等されることにより、エンジン１２の排気音が消音される。
また、シェル１９ａの両端部にはテーパ部１９ｂ、１９ｃが設けられており、このテーパ部１９ｂ、１９ｃは、シェル１９ａの軸線方向外方に向かって縮径するようになっている。
【００４０】
このテーパ部１９ｂ、１９ｃは、ＰＣＣＰシェル３１、３２から構成されており、排気管１８のＰＣＣＰシェル２５は、シェル１９ａのＰＣＣＰシェル３１の最も縮径した部位である縮径端３１ａに溶接によって接合されている。
【００４１】
また、シェル１７ａのＰＣＣＰシェル３２の最も縮径した部位である縮径端３２ａにはテールパイプ２０の一端部２０ａが溶接によって接合されており、このテールパイプ２０の一端部２０ａは、ＰＣＣＰシェル２６から構成されている。
また、テールパイプ２０の他端部２０ｂは、外気に連通しており、エンジン１２から排気マニホールド１３に排気された排気ガスは、排気管１４、触媒コンバータ１５、排気管１６、メインマフラ１７、排気管１８、サブマフラ１９およびテールパイプ２０を介して外部に排出される。
【００４２】
なお、本実施の形態では、触媒コンバータ１５のシェル１５ａ、メインマフラ１７のシェル１７ａおよびサブマフラ１９のシェル１９ａが大径の中空状部材を構成しており、排気管１４、１６、１８およびテールパイプ２０が小径の中空状部材を構成している。
【００４３】
なお、ＰＣＣＰシェル２１〜２６以外の排気管１４、１６、１８の部位は、延在方向に外径が一様で凹凸が形成されていない中空状のパイプから構成されており、それぞれ円筒部１４ｃ、１６ｃ、１８ｃを構成している。
【００４４】
また、触媒コンバータ１５のＰＣＣＰシェル２７、２８、メインマフラ１７のＰＣＣＰシェル２９、３０およびサブマフラ１９のＰＣＣＰシェル３１、３２以外の部位は、外径が一様で凹凸が形成されていない円筒状に形成されており、それぞれ円筒部１５ｄ、１７ｅ、１９ｄから構成されている。
【００４５】
ＰＣＣＰシェル２１〜２６、２７〜３２は、所謂、疑似円筒凹多面体と称するものであり、図４に示すように、ＰＣＣＰシェル２１〜２６は、隣接する三角形（多角形）３４の面同士が一辺を共有し、三角形３４の面同士の一辺の山の稜線３４ａ（実線で示す）または谷３４ｂ（破線で示す）を形成するようにして凹凸状に連接される多面構造となっている。なお、多角形は、三角形３４に限らず、四角形以上であってもよい。
【００４６】
ここで、ＰＣＣＰシェル２１〜２６の断面二次モーメント（曲げ剛性）は、三角形３４の面の一辺によって構成される山の頂部３４ｃと谷３４ｂの深さを調整することにより、小さくすることができるものと考えられる。
【００４７】
具体的には、図５（ａ）に示すように、ＰＣＣＰシェル２１〜２６を矢視Ａ−Ａ方向に切断したときのＰＣＣＰシェル２１〜２６の断面を図５（ｂ）で示したときに、三角形３４の山の頂部３４ｃと谷３４ｂとの深さをα、山の稜線３４ａの長さをλ、多面構造の板厚をｔ、山の稜線３４ａ（λ）の傾斜角をθとしたときに、ＰＣＣＰシェル２１〜２６の断面二次モーメントの平均値は、概ね下記の（１）で表される。
【数１】
2011043107.tif 000003
また、図６（ａ）に示すように、延在方向に外径が同一の一般的な中空状のパイプ３６の矢視Ｂ−Ｂ方向に切断したときの中空状のパイプ３６の断面を図６（ｂ）で示し、中空状のパイプ３６の平板３６ａの軸線方向長さをλ、平板３６ａの板厚をｔとしたときに、中空状のパイプ３６の断面二次モーメントは、下記の（２）で表される。
【数２】
2011043107.tif 000004
上記の（１）に基づいて求められるＰＣＣＰシェル２１〜２６の断面二次モーメントを、上記の（２）で求められる中空状のパイプ３６の断面二次モーメントよりも大きくするには、以下のようにすることが考えられる。
【数３】
2011043107.tif 000005
すなわち、上記の式（３）にα＝λｓｉｎθを代入して、ＰＣＣＰシェル２１〜２６の山の頂部３４ｃと谷３４ｂの深さがα＞√２ｔの場合に、中空状のパイプ３６に比べてＰＣＣＰシェル２１〜２６の断面二次モーメントを大きくすることができる。すなわち、ＰＣＣＰシェル２１〜２６の曲げ剛性を大きくすることができるものと考えられる。
【００４８】
また、ＰＣＣＰシェル２７〜３２は、テーパ状になっているが、基本原理は、ＰＣＣＰシェル２１〜２６と同一の原理によって中空状のパイプ３６よりも断面二次モーメントが大きくなっている。但し、ＰＣＣＰシェル２７〜３２は、拡径するに従って三角形の面積が大きくなっている。
【００４９】
以下、メインマフラ１７と排気管１６、１８との接合構造について説明する。
図２、図３に示すように、メインマフラ１７は、ＰＣＣＰシェル２９の縮径端（接合部位）２９ａの内周部に排気管１６のＰＣＣＰシェル２３の外周端部（接合部位）２３ａが溶接部３７によって接合されており、ＰＣＣＰシェル３０の縮径端（接合部位）３０ａの内周部に排気管１８のＰＣＣＰシェル２４の外周端部（接合部位）２４ａが溶接部３８によって接合されている。
【００５０】
また、ＰＣＣＰシェル２９は、円筒部１７ｅに向かうに従って、すなわち、拡径するに従って三角形３４の断面積が大きくなっており、ＰＣＣＰシェル２９の周方向の三角形３４の数と排気管１６のＰＣＣＰシェル２３の周方向の三角形３４の数は、同一となっている。
【００５１】
また、ＰＣＣＰシェル３０は、円筒部１７ｅに向かうに従って、すなわち、拡径するに従って三角形３４の断面積が大きくなっており、ＰＣＣＰシェル２３の周方向の三角形３４の数と排気管１８のＰＣＣＰシェル２４の周方向の三角形３４の数は、同一となっている。
【００５２】
なお、触媒コンバータ１５は、シェル１５ａのＰＣＣＰシェル２７の縮径端２７ａと排気管１４のＰＣＣＰシェル２１の外周端部とが溶接によって接合されており、シェル１５ａのＰＣＣＰシェル２８の縮径端２８ａと排気管１６のＰＣＣＰシェル２２の外周端部とが溶接によって接合されている。
【００５３】
また、サブマフラ１９は、シェル１９ａのＰＣＣＰシェル３１の縮径端３１ａと排気管１８のＰＣＣＰシェル２５の外周端部とが溶接によって接合されており、シェル１９ａのＰＣＣＰシェル３２の縮径端３２ａとテールパイプ２０のＰＣＣＰシェル２６の外周端部とが溶接によって接合されている。
【００５４】
なお、触媒コンバータ１５のＰＣＣＰシェル２７、２８とＰＣＣＰシェル２１、２２との接合構造およびサブマフラ１９のＰＣＣＰシェル３１、３２とＰＣＣＰシェル２５、２６との接合構造は、メインマフラ１７のＰＣＣＰシェル２９、３０とＰＣＣＰシェル２３、２４との接合構造と同一の構成である。
【００５５】
また、触媒コンバータ１５にはサポートブラケット３３ａ、３３ｂが溶接等によって接合されており、このサポートブラケット３３ａ、３３ｂは、触媒コンバータ１５に対して排気ガスの排気方向の上流側と下流側とに設けられている。
【００５６】
また、メインマフラ１７にはサポートブラケット３５ａ、３５ｂが溶接等によって接合されており、このサポートブラケット３５ａ、３５ｂは、メインマフラ１７に対して排気ガスの排気方向の上流側と下流側に設けられている。
【００５７】
このサポートブラケット３３ａ、３３ｂ、３５ａ、３５ｂは、それぞれ図示しないサポートゴムを介してサイドメンバーやクロスメンバー等の車体から垂下されたサポートブラケットに連結されており、排気装置１１は、サポートブラケット３３ａ、３３ｂ、３５ａ、３５ｂ、サポートゴムおよび車体から垂下されたサポートブラケットを介して車体に弾性的に支持され、車体と排気装置１１との間で振動が伝達されることが抑制される。
【００５８】
次に、作用を説明する。
エンジン１２や車体から排気装置１１に外部振動が入力した場合には、この外部振動は、従来においては、外径が大きく変化する接合部位に大きな応力が集中し易く、接合部位の耐久性が悪化し易い。
【００５９】
本実施の形態では、図２、図３において、メインマフラ１７のテーパ部１７ｃをＰＣＣＰシェル２９から構成するとともに、排気管１６の一端部１６ａをＰＣＣＰシェル２３から構成し、ＰＣＣＰシェル２９の縮径端２９ａの内周部に排気管１６のＰＣＣＰシェル２３の外周端部２３ａを溶接することにより、メインマフラ１７と排気管１６とを接合し、ＰＣＣＰシェル２３、２９を、三角形３４の面同士が一辺を共有し、三角形３４の面同士の一辺が山の稜線３４ａまたは谷３４ｂを形成するようにして凹凸状に連接されるものから構成した。
【００６０】
このため、ＰＣＣＰシェル２３、２９の山の頂部３４ｃから谷３４ｂまでの深さをα＞√２ｔに設定することで、ＰＣＣＰシェル２３、２９の曲げ剛性が大きくなるように三角形３４を形成することにより、排気管１６の円筒部１６ｃに比べてＰＣＣＰシェル２３の断面二次モーメントを大きくすることができ、接合部位であるＰＣＣＰシェル２３の外周端部２３ａとＰＣＣＰシェル２９の縮径端２９ａの曲げ剛性を大きくすることができる。
【００６１】
これに加えて、メインマフラ１７と排気管１６とに入力される外部振動の応力を、排気管１６の円筒部１６ｃとＰＣＣＰシェル２３との連接部位Ａと、縮径端２９ａよりも曲げ剛性の大きいシェル１７ａの円筒部１７ｅとＰＣＣＰシェル２９との連接部位Ｂとに分散することができる。
【００６２】
したがって、溶接部３７によって接合されるＰＣＣＰシェル２３の外周端部２３ａとＰＣＣＰシェル２９の縮径端２９ａに応力が集中するのを緩和することができ、ＰＣＣＰシェル２３の外周端部２３ａとＰＣＣＰシェル２９の縮径端２９ａとの耐久性を向上させることができる。
【００６３】
また、接合部位であるＰＣＣＰシェル２３の外周端部２３ａとＰＣＣＰシェル２９の縮径端２９ａの曲げ剛性を大きくすることができるのと同様に、接合部位であるＰＣＣＰシェル２４の外周端部２４ａとＰＣＣＰシェル３０の縮径端３０ａとの曲げ剛性を大きくすることができる。
これに加えて、メインマフラ１７と排気管１８とに入力される外部振動の応力を、排気管１８の円筒部１８ｃとＰＣＣＰシェル２３との連接部位Ｃと、縮径端３０ａよりも曲げ剛性の大きいシェル１７ａの円筒部１７ｅとＰＣＣＰシェル３０との連接部位Ｄとに分散することができる。
【００６４】
したがって、溶接部３８によって接合されるＰＣＣＰシェル２４の外周端部２４ａとＰＣＣＰシェル３０の縮径端３０ａに応力が集中するのを緩和することができ、ＰＣＣＰシェル２４の外周端部２４ａとＰＣＣＰシェル３０の縮径端３０ａとの耐久性を向上させることができる。
【００６５】
また、上述したものと同様に、溶接部によって接合される触媒コンバータ１５のＰＣＣＰシェル２７、２８の縮径端２７ａ、２８ａとＰＣＣＰシェル２１、２２の外周端部と、溶接部によって接合されるサブマフラ１９のＰＣＣＰシェル３１、３２の縮径端３１ａ、３２ａとＰＣＣＰシェル２５、２６の外周端部とに応力が集中するのを緩和することができ、触媒コンバータ１５のＰＣＣＰシェル２７、２８の縮径端２７ａ、２８ａとＰＣＣＰシェル２１、２２の外周端部と、サブマフラ１９のＰＣＣＰシェル３１、３２の縮径端３１ａ、３２ａとＰＣＣＰシェル２５、２６の外周端部との耐久性を向上させることができる。
【００６６】
このように本実施の形態では、メインマフラ１７のＰＣＣＰシェル２３、２４の外周端部２３ａ、２４ａとＰＣＣＰシェル２９、３０の縮径端２９ａ、３０ａ、触媒コンバータ１５のＰＣＣＰシェル２７、２８の縮径端２７ａ、２８ａとＰＣＣＰシェル２１、２２の外周端部、およびサブマフラ１９のＰＣＣＰシェル３１、３２の縮径端３１ａ、３２ａとＰＣＣＰシェル２５、２６の外周端部とのそれぞれの耐久性を向上させることができる。
【００６７】
したがって、従来のようにフレキシブルチューブやスリーブ部材等を不要にでき、排気装置１１の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置１１の製造コストが増大するのを防止することができる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、例えば、メインマフラ１７のテーパ部１７ｃ、１７ｄの全てをＰＣＣＰシェル２９、３０から構成しているが、図７、図８に示すように、例えば、テーパ部１７ｃ、１７ｄの縮径する部位のみをＰＣＣＰシェル３９、４０から構成してもよい。すなわち、ＰＣＣＰシェルは、縮径端３９ａ、４０ａを含んだ少なくともテーパ部１７ｃ、１７ｄの一部に形成されていればよい。
【００６９】
このようにしても、ＰＣＣＰシェル３９、４０とＰＣＣＰシェル２３、２４の断面二次モーメントを大きくすることができ、接合部位であるＰＣＣＰシェル２３、２４の外周端部２３ａ、２４ａとＰＣＣＰシェル３９、４０の縮径端３９ａ、４０ａとの曲げ剛性を大きくすることができる。
【００７０】
これに加えて、メインマフラ１７と排気管１６、１８とに入力される外部振動の応力を、排気管１６、１８の円筒部１６ｃ、１８ｃとＰＣＣＰシェル２３、２４との連接部位Ｅ、Ｇと、縮径端２９ａ、３０ａよりも曲げ剛性の大きいシェル１７ａの円筒部１７ｅとＰＣＣＰシェル３９、４０との連接部位Ｆ、Ｈとに分散することができる。
【００７１】
このようにしても、溶接部３７、３８によって接合されるＰＣＣＰシェル２３、２４の外周端部２３ａ、２４ａとＰＣＣＰシェル３９、４０の縮径端３９ａ、４０ａとに応力が集中するのを緩和することができ、ＰＣＣＰシェル２３、２４の外周端部２３ａ、２４ａとＰＣＣＰシェル３９、４０の縮径端３９ａ、４０ａとの耐久性を向上させることができる。
【００７２】
なお、本実施の形態では、多面構造としてＰＣＣＰシェル２１〜２６、ＰＣＣＰシェル２７〜３２、ＰＣＣＰシェル３９、４０を採用しているが、この多面構造としては、円筒状のものである必要はなく、角筒状のものであってもよい。
【００７３】
（第２の実施の形態）
図９、図１０は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第２の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、触媒コンバータ１５と排気管１４、１６との接合構造およびサブマフラ１９と排気管１８、テールパイプ２０との接合構造は、メインマフラ１７と排気管１６、１８との接合構造と同一であるため、メインマフラ１７と排気管１６、１８との接合構造について説明する。
【００７４】
図９、図１０において、メインマフラ１７のシェル１７ａのテーパ部１７ｃ、１７ｄは、ＰＣＣＰシェル４１、４２から構成されており、ＰＣＣＰシェル４１、４２の縮径端（接合部位）４１ａ、４２ａにはＰＣＣＰシェル２３、２４の外周端部２３ａ、２４ａが溶接部４４、４５によって接合されている。
【００７５】
本実施の形態では、ＰＣＣＰシェル４１、４２は、台形４３の面同士が一辺を共有し、台形４３の面同士の一辺が山の稜線４３ａ（実線で示す）または谷４３ｂ（破線で示す）を形成するようにして凹凸状に連接されるものから構成されている。
【００７６】
また、ＰＣＣＰシェル４１、４２の山の頂部４３ｃから谷４３ｂまでの深さをα＞√２ｔに設定することで、延在方向に外径が一様な中空状のパイプに比べて、ＰＣＣＰシェル４１、４２の断面二次モーメントを大きくして、ＰＣＣＰシェル４１、４２の曲げ剛性を大きくすることができる。
【００７７】
一方、排気管１６、１８のＰＣＣＰシェル２３、２４の三角形３４は、台形４３に比べて曲げ剛性が大きくなっている。すなわち、三角形３４の山の稜線３４ａは、シェル１７ａの軸線方向に対して傾斜角が大きいのに対して、台形４３の山の稜線４３ａは、シェル１７ａの軸線方向に対する傾斜角が小さいため、三角形３４に比べて中空のパイプに近い曲げ剛性となる。
【００７８】
本実施の形態では、ＰＣＣＰシェル２３、２４よりも大径のＰＣＣＰシェル４１、４２の多角形を台形４３に形成するとともに、ＰＣＣＰシェル２３、２４の多角形を三角形３４に形成したので、小径のＰＣＣＰシェル２３、２４の曲げ剛性を大きくすることができるとともに、大径のＰＣＣＰシェル４１、４２の曲げ剛性が大きくなるのを抑制することができる。
【００７９】
このため、ＰＣＣＰシェル４１、４２の傾斜方向とＰＣＣＰシェル２３、２４の軸線方向とに加わる曲げ応力の分布を略均一化することができ、ＰＣＣＰシェル４１、４２の縮径端４１ａ、４２ａとＰＣＣＰシェル２３、２４の外周端部２３ａ、２４ａに応力が集中するのをより一層緩和して、ＰＣＣＰシェル４１、４２の縮径端４１ａ、４２ａとＰＣＣＰシェル２３、２４の外周端部２３ａ、２４ａの耐久性をより一層向上させることができる。
【００８０】
（第３の実施の形態）
図１１、図１２は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第３の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、触媒コンバータ１５と排気管１４、１６との接合構造およびサブマフラ１９と排気管１８、テールパイプ２０との接合構造は、メインマフラ１７と排気管１６、１８との接合構造と同一であるため、メインマフラ１７と排気管１６、１８との接合構造について説明する。
【００８１】
図１１、図１２において、メインマフラ１７のシェル１７ａのテーパ部１７ｃ、１７ｄはＰＣＣＰシェル５１、５２から構成されており、ＰＣＣＰシェル５１、５２の縮径端５１ａ、５２ａにはＰＣＣＰシェル２３、２４の外周端部２３ａ、２４ａが溶接部５３、５４によって接合されている。
【００８２】
図１１（ｂ）に示すように、ＰＣＣＰシェル５１、５２は、三角形３４の面の一辺によって構成される山の頂部３４ｃから谷３４ｂまでの深さαが、ＰＣＣＰシェル５１、５２の縮径する部位から拡径する部位に向かうに従って浅くなるようになっている。
【００８３】
また、通常、テーパ部１７ｃ、１７ｄは、縮径する部位から拡径する部位に向かって断面二次モーメントが徐々に大きくなるが、本実施の形態では、ＰＣＣＰシェル５１、５２の山の頂部３４ｃから谷３４ｂまでの深さをα＞√２ｔに設定し、αをＰＣＣＰシェル５１、５２の縮径する部位から拡径する部位に向かうに従って浅くしているため、ＰＣＣＰシェル５１、５２の傾斜方向の断面二次モーメントの分布を略均一化することができる。
【００８４】
このため、ＰＣＣＰシェル５１、５２の傾斜方向とＰＣＣＰシェル２３、２４の軸線方向とに加わる曲げ応力の分布を略均一化することができ、溶接部５３、５４によって接合されるＰＣＣＰシェル５１、５２の縮径端５１ａ、５２ａとＰＣＣＰシェル２３、２４の外周端部２３ａ、２４ａとに応力が集中するのをより一層緩和して、ＰＣＣＰシェル５１、５２の縮径端５１ａ、５２ａとＰＣＣＰシェル２３、２４の外周端部２３ａ、２４ａとの耐久性をより一層向上させることができる。
【００８５】
（第４の実施の形態）
図１３、図１４は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第４の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。なお、本実施の形態では、触媒コンバータ１５と排気管１４、１６との接合構造およびサブマフラ１９と排気管１８、テールパイプ２０との接合構造は、メインマフラ１７と排気管１６、１８との接合構造と同一であるため、メインマフラ１７と排気管１６、１８との接合構造について説明する。
【００８６】
図１３、図１４において、排気管１６の他端部１６ｂおよび排気管１８の一端部１８ａは、ＰＣＣＰシェル６１、６２から構成されており、このＰＣＣＰシェル６１、６２の外周端部（接合部位）６１ａ、６２ａは、シェル１７ａのＰＣＣＰシェル２９、３０の縮径端２９ａ、３０ａに溶接部６３、６４によって接合されている。
【００８７】
図１３（ｂ）に示すように、ＰＣＣＰシェル６１、６２は、三角形３４の面の一辺によって構成される山の頂部３４ｃから谷３４ｂまでの深さαが、排気管１６、１８の軸線方向内方に向かうに従って浅くなるようになっている。
【００８８】
また、ＰＣＣＰシェル６１、６２の山の頂部３４ｃから谷３４ｂまでの深さは、α＞√２ｔに設定されており、本実施の形態では、αが排気管１６、１８の軸線方向内方に向かうに従って浅くなるようになっているため、ＰＣＣＰシェル６１、６２の断面二次モーメントは、排気管１６、１８の軸線方向内方に向かうに従って徐々に小さくなっている。
【００８９】
このため、本実施の形態では、ＰＣＣＰシェル６１、６２の断面二次モーメントを排気管１６、１８の軸線方向内方から外周端部６１ａ、６２ａに向かうに従って大きくすることができる。
【００９０】
したがって、メインマフラ１７および排気管１６、１８に外部振動が入力した場合に、ＰＣＣＰシェル６１、６２の外周端部６１ａ、６２ａとＰＣＣＰシェル２９、３０の縮径端２９ａ、３０ａから排気管１６、１８の軸線方向内方側に離れたＰＣＣＰシェル６１、６２の部位に応力を分散させることができ、溶接部６３、６４によって接合されるＰＣＣＰシェル６１、６２の外周端部６１ａ、６２ａとＰＣＣＰシェル２９、３０の縮径端２９ａ、３０ａに応力が集中するのをより一層緩和して、ＰＣＣＰシェル６１、６２の外周端部６１ａ、６２ａとＰＣＣＰシェル２９、３０の縮径端２９ａ、３０ａの耐久性をより一層向上させることができる。
【００９１】
なお、上記各実施の形態では、ＰＣＣＰシェル２７、２８の縮径端２７ａ、２８ａとＰＣＣＰシェル２１、２２の外周端部、ＰＣＣＰシェル２９、３０の縮径端２９ａ、３０ａとＰＣＣＰシェル２３、２４の外周端部２３ａ、２４ａ、およびＰＣＣＰシェル３１、３２の縮径端３１ａ、３２ａとＰＣＣＰシェル２５、２６の外周端部を、それぞれ溶接によって接合しているが、接合部位は、溶接以外の方法によって接合するようにしてもよい。
【００９２】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００９３】
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、排気装置の重量が増大するのを防止するとともに排気装置の製造コストが増大するのを防止しつつ、外径の異なる中空状部材に外部振動が入力された場合に、中空状部材の接合部位に応力が集中するのを緩和することができ、接合部位の耐久性を向上させることができるという効果を有し、内燃機関に対して排気ガスの排気方向下流側に設けられ、端部が軸線方向外方に向かって縮径するテーパ部を有する大径の中空状部材と、大径の中空状部材よりも小さい外径を有する小径の中空状部材との端部が接合される内燃機関の排気装置等として有用である。
【符号の説明】
【００９４】
１１  排気装置
１２  エンジン（内燃機関）
１４、１６、１８  排気管（小径の中空状部材）
１４ａ、１６ａ、１８ａ、２０ａ  一端部
１４ｂ、１６ｂ、１８ｂ  他端部
１５ａ、１７ａ、１９ａ  シェル（大径の中空状部材）
１５ｂ、１５ｃ、１７ｃ、１７ｄ、１９ｂ、１９ｃ  テーパ部
２１〜２６、２７〜３２、４１、４２、５１、５２、６１、６２  ＰＣＣＰシェル
２３ａ、２４ａ、６１ａ、６２ａ  外周端部（接合部位）
２７ａ、２８ａ、２９ａ、３０ａ、３１ａ、３２ａ、４１ａ、４２ａ、５１ａ、５２ａ  縮径端（接合部位）
３４  三角形（多角形）
３４ａ、４３ａ  山の稜線
３４ｂ、４３ｂ  谷
３４ｃ、４３ｃ  山の頂部
４３  台形（多角形）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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