(57)【要約】【課題】排気管の共振を効果的に抑制することのできる車両を提供する。【解決手段】車両１０は、内燃機関１１を搭載し、内燃機関１１の排気管１２が複数の支持部材を介して車体３０に支持されている。複数の支持部材のうち、排気管１２の最も下流側に位置する支持部材は、排気管１２の共振を抑制する共振抑制機構として機能する緩衝部材２３である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を搭載し、前記内燃機関の排気管が複数の支持部材を介して車体に支持される車両であり、
前記複数の支持部材のうち、少なくとも前記排気管の最も下流側に位置する支持部材に、前記排気管の共振を抑制する共振抑制機構が設けられている
ことを特徴とする車両。
【請求項２】
前記共振抑制機構は、同共振抑制機構に作用する振動を流体の粘性を利用して熱に変換することにより減衰する機構である
請求項１に記載の車両。
【請求項３】
前記共振抑制機構は、同共振抑制機構に作用する振動を摩擦を利用して熱に変換することにより減衰する機構である
請求項１に記載の車両。
【請求項４】
前記共振抑制機構は、内部抵抗の大きさが調整可能である
請求項２又は３に記載の車両。
【請求項５】
前記共振抑制機構は、同共振抑制機構に作用する振動の周波数と前記排気管全体の張力とに基づいて前記内部抵抗の大きさが調整される
請求項４に記載の車両。
【請求項６】
前記共振抑制機構は、前記排気管全体の平均密度と前記共振抑制機構に作用する振動の平均伝播速度とのいずれか一方と、前記排気管全体の張力とに基づいて前記内部抵抗の大きさが調整される
請求項４に記載の車両。
【請求項７】
前記排気管に生じる振動の特性を測定するセンサを更に備え、
機関運転中に前記センサによって測定した測定値に基づいて前記内部抵抗の大きさを調整する
請求項５又は６に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関を搭載した車両であって、内燃機関の排気管の共振を抑制する共振抑制機構を有する車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、排気管を支持する支持部材としてのハンガーゴムが開示されている。このハンガーゴムには２つの孔が形成されている。そして、これら２つの孔の一方に排気管から突出する排気管側ステイが挿通され、他方に車体から突出する車体側ステイが挿通されることにより、排気管が車体につり下げられる。また、このハンガーゴムにおいて、排気管側ステイが接続される孔の周りには、金属等で形成された質量体が埋設されている。特許文献１には、この質量体の容量を適当な大きさに設定することにより、排気管の共振を抑制することが開示されている。すなわち、質量体は、排気管の共振を抑制する共振抑制機構として機能する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３７２９８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、排気管の共振を効果的に抑制するためには、共振抑制機構を有する支持部材を排気管の適切な位置に設けることが望ましい。しかし、特許文献１には、質量体を埋設したハンガーゴムの配設位置についての記載はなく、この点で改善の余地があった。
【０００５】
この発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は排気管の共振を効果的に抑制することのできる車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための車両は、内燃機関を搭載し、内燃機関の排気管が複数の支持部材を介して車体に支持されている。そして、複数の支持部材のうち、少なくとも排気管の最も下流側に位置する支持部材に、排気管の共振を抑制する共振抑制機構が設けられている。
【０００７】
上記構成によれば、振動の発生源である内燃機関から最も離れた支持部材に共振抑制機構が設けられていることになる。そのため、この最も下流側に位置する支持部材に設けられた共振抑制機構に、排気管の広い範囲の共振を抑制する機能を担わせることができる。したがって、排気管の共振を効果的に抑制することができる。
【０００８】
共振抑制機構としては、例えば、共振抑制機構に作用する振動を流体の粘性を利用して熱に変換することにより減衰する機構や、共振抑制機構に作用する振動を摩擦を利用して熱に変換することにより減衰する機構が挙げられる。
【０００９】
これらの構成によれば、共振抑制機構に作用する振動が、同共振抑制機構で熱に変換され、吸収されるため、同共振抑制機構に入力された振動が反射し難くなる。こうして振動の反射を抑えることにより、内燃機関側から排気管を下流側に向かって伝播する入射波と共振抑制機構で反射した反射波とが重なることによって共振が発生することを抑制することができ、排気管の共振を効果的に抑制することができる。
【００１０】
共振抑制機構としては、例えば内部抵抗の大きさが調整可能なものを採用することができる。
上記構成によれば、共振抑制機構の内部抵抗である摩擦や粘性の大きさを排気管に生じる振動の特性や、排気管の特性に応じて調整することができる。
【００１１】
共振抑制機構の内部抵抗値をη、排気管全体の張力をＦ、共振抑制機構に作用する振動の平均伝播速度をｃ、排気管全体の平均密度をσとしたときに、下記の式（１）に記載された関係が成り立つように内部抵抗値ηを調整すれば、共振抑制機構に入力された振動は反射しなくなる。そのため、内燃機関側から排気管を下流側に向かって伝播する入射波と、共振抑制機構で反射した反射波とが重なることによって共振が発生することが抑制されるようになる。
【００１２】
η  ＝  Ｆ／ｃ  ＝  √（Ｆ×σ）      ・・・（１）
また、周波数ωは排気管のばね定数ｋと平均伝播速度ｃとを乗算した値（ｋ×ｃ）と等しいため、上記式（１）の平均伝播速度ｃに代えて周波数ωをばね定数ｋで除算した値（ω／ｋ）を用いても、内部抵抗値ηを算出することができる。
【００１３】
したがって、内部抵抗の大きさを調整する際には、共振抑制機構に作用する振動の周波数と排気管全体の張力とに基づいて内部抵抗の大きさを調整したり、排気管全体の平均密度と共振抑制機構に作用する振動の平均伝播速度とのいずれか一方と、排気管全体の張力とに基づいて内部抵抗の大きさを調整したりすることが好ましい。
【００１４】
排気管に生じる振動の特性を測定するセンサを更に備え、機関運転中に同センサによって測定した測定値に基づいて内部抵抗の大きさを調整することも可能である。
上記構成によれば、排気管に生じる振動の特性が機関運転中に変化したとしても、その変化に応じて共振抑制機構における内部抵抗の大きさを調整し、排気管の共振を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態の車両における排気管の支持構造を示す模式図。
【図２】第２実施形態の車両における排気管の支持構造を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、内燃機関を搭載した車両の第１実施形態について図１を参照して説明する。
図１に示すように、車両１０に搭載された内燃機関１１の排気管１２には、その上流側から順に、ボールジョイント部１３、排気を浄化するための排気浄化触媒１４、マフラー１５（本実施形態では２つ）が設けられている。ボールジョイント部１３は、球状の可動部を介して上流側と下流側の排気管１２を一定の範囲で相対回動可能に接続することにより、内燃機関１１からボールジョイント部１３に伝達された振動を吸収するものである。そして、排気浄化触媒１４は、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して排気を浄化する。
【００１７】
排気管１２は、複数の支持部材を介して車体３０に支持されている。排気管１２を支持する支持部材としては、同排気管１２の上流側から順に、２つのハンガーゴム２１，２２、及び緩衝部材２３が設けられている。各ハンガーゴム２１，２２には２つの孔が形成されており、その一方の孔に排気管１２から突出する排気管側ステイが挿通され、他方の孔に車体３０から突出する車体側ステイが挿通されている。こうして各孔に各ステイが挿通されることにより、ハンガーゴム２１，２２を介して排気管１２が車体３０につり下げられている。
【００１８】
緩衝部材２３は、例えば次のような構成を有している。すなわち、緩衝部材２３は、その内部に弾性部材と、作動油が充填された液室とを備えている。液室は受圧室と平衡室との２つの空間に区画形成されており、これらは通路断面積の調整可能な連通路によって互いに連通されている。排気管１２から緩衝部材２３に振動が作用すると、弾性部材が変形するとともに受圧室の容積が変形し、連通路を通じて流体としての作動油が流動するようになる。その結果、作動油が連通路を流動する際に生じる流路抵抗によって振動が減衰される。緩衝部材２３は、上記連通路を通じて作動油が流動する際に生じる作動油の流動抵抗、すなわち緩衝部材２３の内部抵抗の大きさが調整可能となっている。要するに、緩衝部材２３は液体封入式のエンジンマウントのように、内部に封入された作動油の粘性を利用して振動を熱に変換して減衰させる機能を果たすものである。また、緩衝部材２３は、計量した作動油を液室に封入することにより、液室内に封入された作動油自体を用いて振動を減衰させる構成であってもよい。
【００１９】
緩衝部材２３は、次のように内部抵抗の大きさが調整されることにより、排気管１２の共振を抑制する共振抑制機構として機能する。すなわち、緩衝部材２３の内部抵抗値をη、排気管１２全体の張力をＦ、緩衝部材２３に作用する振動の平均伝播速度をｃ、排気管１２全体の平均密度をσとしたときに、下記の式（１）に記載された関係が成り立つように緩衝部材２３の内部抵抗値ηを調整すれば、緩衝部材２３に入力された振動は反射しなくなる。
【００２０】
η  ＝  Ｆ／ｃ  ＝  √（Ｆ×σ）      ・・・（１）
ここで、周波数ωは排気管１２のばね定数ｋと平均伝播速度ｃとを乗算した値（ｋ×ｃ）と等しいため、上記式（１）の平均伝播速度ｃに代えて周波数ωをばね定数ｋで除算した値（ω／ｋ）を用いても、内部抵抗値ηを算出することができる。
【００２１】
そこで、本実施形態の車両１０では、予め行う評価試験やコンピュータシミュレーションにおいて排気管１２における共振の発生を確認する。そして、排気管１２における共振の発生を確認した後、その共振の周波数である共振周波数ω１を排気管１２のばね定数ｋで除算した値（ω１／ｋ）を用いて上記式（１）に記載された関係が成立する内部抵抗値ηを算出する。そして、緩衝部材２３の内部抵抗の大きさを算出された内部抵抗値ηと等しくなるように調整する。具体的には、受圧室と平衡室とをつなぐ連通路の通路断面積を調整することや、液室に封入する作動油の量を計量することによって内部抵抗の大きさを調整する。
【００２２】
次に、緩衝部材２３の作用について説明する。
振動の発生源である内燃機関１１から排気管１２に振動が入力されると、その振動が排気管１２を伝達し、支持部材のうち排気管１２の最も下流側に位置する緩衝部材２３にも振動が作用する。そして、緩衝部材２３に入射した振動は同緩衝部材２３内の連通路を通じて流動する作動油の流動抵抗により、熱に変換される。こうして緩衝部材２３に入射した振動が熱に変換されて吸収されることにより、排気管１２に生じた振動が減衰される。上記式（１）に記載の関係が成り立つときには、緩衝部材２３に入力された振動は反射しなくなる。そのため、特に、緩衝部材２３に入射する振動の周波数が共振周波数ω１近傍の周波数であるときには、緩衝部材２３からは反射波がほとんど生じなくなる。
【００２３】
上述した車両１０によれば以下の効果を奏することができる。
（１）緩衝部材２３には、内部に作動油の粘性を利用して振動を減衰させる共振抑制機構が設けられている。すなわち、振動の発生源である内燃機関１１から最も離れた支持部材である緩衝部材２３に共振抑制機構が設けられていることになる。そのため、この緩衝部材２３に、排気管１２の広い範囲の共振を抑制する機能を担わせることができる。したがって、排気管１２の共振を効果的に抑制することができる。
【００２４】
（２）緩衝部材２３に作用する振動が、同緩衝部材２３で熱に変換され、吸収されるため、同緩衝部材２３に入力された振動が反射し難くなる。こうして振動の反射を抑えることにより、内燃機関１１側から排気管１２を下流側に向かって伝播する入射波と緩衝部材２３で反射した反射波とが重なることによって共振が発生することを抑制することができ、排気管１２の共振を効果的に抑制することができる。
【００２５】
（３）上記の式（１）に基づいて緩衝部材２３の内部抵抗値ηを調整することにより、緩衝部材２３の内部抵抗の大きさを排気管１２に生じる振動の特性や、排気管１２の特性に応じて調整することができる。すなわち、計測した共振周波数ω１に合わせて緩衝部材２３の内部抵抗の大きさを調整することにより排気管１２の共振を抑制することができるため、共振抑制機構の特性を変更する度に評価試験やコンピュータシミュレーションを繰り返す従来の方法と比較して、容易に有効な共振対策を施すことができる。
【００２６】
（４）共振周波数ω１近傍の周波数の振動が入射したときの緩衝部材２３からの反射を大幅に抑制し、入射波と反射波が重なることによる共振の発生を大幅に抑制することができる。
【００２７】
（第２実施形態）
上述した第１実施形態では、共振抑制機構として機能する緩衝部材２３の内部抵抗を評価試験やシミュレーションの結果に基づいて予め調整しておくようにしていたが、第２実施形態では、内部抵抗の算出に用いる値を機関運転中に測定することにより、共振抑制機構の内部抵抗を機関運転中に調整可能としている。以下では第１実施形態との相違点を中心に説明する。
【００２８】
図２に示すように、本実施形態においても、排気管１２を支持する複数の支持部材として、同排気管１２の上流側から順に、２つのハンガーゴム２１，２２、及び緩衝部材４３が設けられている。緩衝部材４３の構成は、上述した第１実施形態における緩衝部材２３と同様の構成である。
【００２９】
しかし、本実施形態の排気管１２には、排気管１２に生じる振動の特性を測定するセンサとして加速度センサ４４が設けられている。加速度センサ４４による測定値は制御装置５０に入力される。そして、入力された加速度センサ４４の測定値に基づいて、緩衝部材４３における上記連通路の通路断面積の調整が制御装置５０からの指令に基づいて行われる。これにより、上記連通路を通じて作動油が流動する際に生じる作動油の流動抵抗、すなわち緩衝部材４３の内部抵抗の大きさが機関運転中に調整可能となっている。尚、加速度センサ４４による測定は、機関運転中に所定周期で行われる。
【００３０】
緩衝部材４３は、次のように内部抵抗の大きさが調整されることにより、排気管１２の共振を抑制する共振抑制機構として機能する。
緩衝部材４３の内部抵抗値をη、排気管１２全体の張力をＦ、緩衝部材４３に作用する振動の平均伝播速度をｃとしたときに、上述した式（１）に記載された関係が成り立つように内部抵抗値ηを調整すれば、緩衝部材４３に入力された振動は反射しなくなる。そのため、内燃機関１１側から排気管１２を下流側に向かって伝播する入射波と、共振抑制機構で反射した反射波とが重なることによって共振が発生することが抑制されるようになる。そこで、本実施形態では、加速度センサ４４によって測定した排気管１２の振動の周波数ωに基づいて上記式（１）に記載された関係が成立するように、緩衝部材４３の内部抵抗を調整する。尚、平均伝播速度をｃとしては、加速度センサ４４によって測定した排気管１２の振動の周波数ωを排気管１２のばね定数ｋで除算した値（ω／ｋ）を用いている。
【００３１】
次に、緩衝部材４３の作用について説明する。
振動の発生源である内燃機関１１から排気管１２に振動が入力されると、その振動が排気管１２を伝達し、支持部材のうち排気管１２の最も下流側に位置する緩衝部材４３にも振動が作用する。そして、緩衝部材４３に入射した振動は同緩衝部材４３内の連通路を通じて流動する作動油の流動抵抗により、熱に変換される。こうして緩衝部材４３に入射した振動が熱に変換されて吸収されることにより、排気管１２に生じた振動が減衰される。上述したように上記式（１）に記載の関係が成り立つときには、緩衝部材４３に入力された振動は反射しなくなる。本実施形態では、加速度センサ４４によって測定した排気管１２の振動の周波数ωに基づいて、上記式（１）に記載された関係が成立するように緩衝部材４３の内部抵抗を調整しているため、緩衝部材４３からは反射波がほとんど生じない。
【００３２】
上述した支持部材を備える車両１０によれば、上述した第１実施形態で得ることのできる効果（１）〜（３）に加えて、以下の効果を奏することができる。
（５）排気管１２に生じる振動の特性が機関運転中に変化したとしても、その変化に応じて緩衝部材４３における内部抵抗の大きさを調整し、排気管１２の共振を効果的に抑制することができる。
【００３３】
尚、上述の各実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・第１実施形態において、緩衝部材２３に代えて、流体の粘性を利用して振動を減衰する他の共振抑制機構を有する支持部材を採用してもよい。例えば、内部に液体が封入されたハンガーゴムや、液体が封入された筒体の内部を移動可能なピストンを備えるオイルダンパ等を採用してもよい。これら共振抑制機構も、その内部で生じる流動抵抗の大きさ、すなわち共振抑制機構の内部抵抗の大きさを調整可能にすることが好ましい。そして、予め行う評価試験やコンピュータシミュレーションにおいて排気管１２における共振の発生を確認し、その共振の周波数である共振周波数ω１を排気管１２のばね定数ｋで除算した値（ω１／ｋ）を用いて上記式（１）に記載された関係が成立する内部抵抗値ηを算出する。そして、共振抑制機構が算出された内部抵抗値ηを有するように、同共振抑制機構の内部の液体の粘性の大きさを調整する。こうした形態によっても、上述した第１実施形態で得ることのできる効果と同様の効果を奏することができる。
【００３４】
・第１実施形態や第２実施形態において、緩衝部材２３や緩衝部材４３に代えて、摩擦を利用して振動を減衰する他の共振抑制機構を有する支持部材を採用してもよい。例えば、車両の制動用のブレーキのように、一対の対向部材と同対向部材に固定された摩擦部材とを備えるブレーキ機構を有する支持部材を採用してもよい。このブレーキ機構においては、一対の対向部材の間に排気管１２から突出する突出部が狭持されることにより、排気管１２が支持されることになる。そして、一対の対向部材にボルトを挿通させ、このボルトにナットを螺合させた構成を採用すれば、このナットの締め込み具合を調整することにより、一対の対向部材の間の隙間を調整できるようになる。すなわち、ブレーキ機構の摩擦部材と排気管１２との間に生じさせる摩擦の大きさを調整可能にすることができる。こうしたブレーキ機構を有する支持部材によれば、排気管１２との間に生じさせる摩擦の大きさ、すなわち内部抵抗値ηの大きさを上述した式（１）に記載された関係が成り立つように調整することにより、ブレーキ機構に入力された振動が反射しなくなる。したがって、こうした形態によっても、上述した第１実施形態や第２実施形態で得ることのできる効果と同様の効果を奏することができる。
【００３５】
・第１実施形態と第２実施形態と上記各変形例とにおいて、排気管１２における最も下流の位置を支持する支持部材として、内部抵抗が調整可能である共振抑制機構を有するものを採用していたが、内部抵抗が調整可能でない共振抑制機構を有するものを採用することも可能である。こうした形態では、共振抑制機構の内部抵抗の大きさの異なる複数の支持部材を用意して、その中から排気管１２の振動特性に最適なものを選択して排気管１２における最も下流の位置を支持させる。こうした形態によっても、共振抑制機構に作用する振動が、同共振抑制機構で熱に変換され、吸収されるため、同共振抑制機構に入力された振動が反射し難くなる。こうして振動の反射を抑えることにより、内燃機関１１側から排気管１２を下流側に向かって伝播する入射波と共振抑制機構で反射した反射波とが重なることによって共振が発生することを抑制することができ、排気管１２の共振を効果的に抑制することができる。
【００３６】
・支持部材の共振抑制機構として、粘性や摩擦を利用して振動を減衰する機構以外のものを採用することも可能である。要するに、排気管１２における最も下流の位置を支持する支持部材として、排気管１２の共振を抑制することのできる共振抑制機構を有する支持部材を採用すれば、排気管１２の広い範囲の共振を抑制する機能を共振抑制機構に担わせることができる。
【００３７】
・第２実施形態において排気管１２に生じる振動の特性を測定するセンサとして排気管１２に加速度センサ４４を設ける構成を示した。排気管１２に取り付けられたセンサに限らず、車両１０に作用する加速度を測定する加速度センサの検出値に基づいて排気管１２の振動特性を検出し、その検出値に基づいて緩衝部材４３の内部抵抗を調整するようにしてもよい。また、吸入空気量や機関負荷等、内燃機関の各種検出値に基づいて排気管１２の振動特性を推定し、その推定値に基づいて緩衝部材４３の内部抵抗を調整するようにしてもよい。こうした形態によれば、別途センサを設けなくとも、排気管１２の振動特性を把握することができる。
【００３８】
・第２実施形態と上記変形例とにおいて、緩衝部材４３の内部抵抗の大きさを次のように調整するようにしてもよい。すなわち、緩衝部材４３に作用する振動の平均伝播速度ｃを測定するとともに、その測定された平均伝播速度ｃと、排気管１２全体の張力Ｆとに基づいて上記式（１）に記載された関係が成り立つように緩衝部材４３の内部抵抗値ηを調整するようにしてもよい。また、排気管１２全体の平均密度σを測定するとともに、その測定された平均密度σと、排気管１２全体の張力Ｆとに基づいて上記式（１）に記載された関係が成り立つように緩衝部材４３の内部抵抗値ηを調整するようにしてもよい。
【００３９】
・排気管１２に設けられるボールジョイント部１３、排気浄化触媒１４、及びマフラー１５は、その数及び位置は自由に設定可能である。
・排気管を車両に支持するための複数の支持部材のうちで、２つ以上の支持部材が共振抑制機構を有するようにしてもよい。要するに、複数の支持部材のうちで、少なくとも排気管１２における最も下流の位置を支持する支持部材が共振抑制機構を有していれば、共振抑制機構を有する支持部材の数は自由に設定可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１０…車両、１１…内燃機関、１２…排気管、２１，２２…ハンガーゴム、２３，４３…緩衝部材、３０…車体、４４…加速度センサ。
【図１】
2015013542.tif 000003
【図２】
2015013542.tif 000004