(57)【要約】【課題】構成部品の配置変更やマフラの大型化を抑制しつつも、排気音の発生をより抑えることができる内燃機関の排気管構造を提供する。【解決手段】内管２５と触媒ケース３１とを接続し、外管２６と触媒ケース３１の外周面から離間した状態でその外周面の全体を覆うとともに前記触媒後端パイプ３４が接続される外筒部３３とを接続する。また、外筒部３３内には、触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との間の空間３５を上流側区画室３５ａと下流側区画室３５ｂとに区画する区画板３６を設ける。また、内管２５の壁面に対し、同内管２５の外周面と外管２６の内周面との間の空間２６ａと内管２５の内部の空間２５ａとを連通する共鳴用開口３７を設け、その空間２６ａにおける共鳴用開口３７の中心よりも下流に共鳴パイプを形成する。また、上流側区画室３５ａを、上記共鳴パイプに連結される共鳴室とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気マニホールドと同機関からの排気を浄化する触媒が収容された触媒コンバータとの間を内管と外管とからなる二重管構造とし、このうちの内管の管壁に共鳴用の開口を設けることによって、それら内管と外管との間に共鳴パイプを形成したことを特徴とする内燃機関の排気管構造。
【請求項２】
前記共鳴用の開口の前記内管における軸線方向の位置および前記内管の外径および前記外管の内径は、当該排気管の共鳴周波数、および前記排気が前記二重管構造を構成する内管の内部を流通する際に生じる気柱共鳴の振動波形に応じて設定されてなる
請求項１に記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項３】
前記二重管構造を構成する内管は、前記触媒コンバータにおいて前記触媒が収容された触媒ケースに接続されてなり、該触媒ケースの外側には、前記二重管構造を構成する外管が延長されるかたちで、かつ前記触媒ケースの外周面から離間された状態でその外周面の全周を覆う外筒部が設けられてなり、該外筒部の前記外管につながる側の他端が、前記触媒ケースの外周面もしくは同触媒ケースの下流側の排気管に接続されて、前記触媒ケースと前記外筒部との間に前記共鳴パイプと連結される共鳴室であるマフラが形成されてなる
請求項１または２に記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項４】
前記外筒部は、前記触媒ケースの全体を覆うとともに、該触媒ケースの下流側直近の排気管に接続されてなり、同外筒部の内部には、前記マフラを上流側区画室と下流側区画室とに区画する区画板が設けられるとともに、同外筒部に接続された排気管と前記触媒ケースとは互いに離間した状態に維持されてなる
請求項３に記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項５】
前記触媒ケースは、その下流側の部分において下流に向かうほどその内径が徐々に小さくなるコーン部を有し、同コーン部は、その下流側先端の開口が前記外筒部に接続された排気管における上流側の開口と対向するように設けられてなる
請求項４に記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項６】
前記触媒ケースには、少なくとも該触媒ケースの内部に生じる水分を前記下流側区画室内に排出するための水抜き孔が設けられてなる
請求項４または５に記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項７】
前記外筒部に接続された排気管の下面は、前記触媒コンバータ内の触媒の下面よりも重力方向下方に設けられ、前記水抜き孔は、該外筒部に接続された排気管の下面よりも更に重力方向下方に設けられてなる
請求項６に記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項８】
前記外筒部に接続された排気管は、その上流側の端部が前記外筒部の内部に挿入された状態で接続されてなり、同排気管における前記外筒部の内部に挿入された部分は、その上流側に向かうほど拡径される態様で形成されてなる
請求項７に記載の内燃機関の排気管構造。
【請求項９】
前記外筒部に接続された排気管は、その軸線が前記外筒部の軸線よりも重力方向下方に位置するように接続されてなる
請求項８に記載の内燃機関の排気管構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気管構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、内燃機関の排気系には、同機関から排出された排気を浄化するための触媒コンバータや、排気が上記排気系内を流通することにより生じる排気音を消音するためのマフラが設けられている（例えば特許第３０７８２５３号公報や実開昭５５―１３５１１８号公報等参照）。
【０００３】
また、このような排気系にあっては、上記触媒コンバータ内の触媒が機関始動後において速やかに活性状態となるように、同触媒を排気の熱を利用して暖機することがあり、この場合には、排気の保温を目的として、上記排気系における触媒コンバータの上流側に二重管構造の排気管が用いられることも多い。
【０００４】
また一般に、前記内燃機関が搭載される車両では、前記排気系は、当該車両の床下スペースに配設されている。なお、この床下スペースには、上記排気系を構成する部品の他にも、例えば車両の足回り部品や燃料タンクなどの多くの構成部品が設けられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、内燃機関の排気系に上記マフラが設けられるとはいえ、このマフラはあくまで、上記排気音の音圧レベルを低減するためのものでしかなく、同マフラを通じて排気音が完全に消音される訳ではない。
【０００６】
一方、近年は、車両走行時等の静粛性に対する要求もより高まりつつある。そして、こうした要求に応えるべく、上記排気音の音圧レベルの更なる低減を図ろうとすると、自ずと上記マフラ自体の容量を増加させざるを得なくなる。
【０００７】
しかしながら上述のように、車両の床下スペースには十分な空きがないことが多いため、上記マフラの容量増加にも自ずと限界が生じる。結局、上記静粛性に対する要求に応えようにも、スペース的な制約から、その実現が困難なものとなっている。
【０００８】
もっとも、上記床下スペースに設けられる各種構成部品を含めて、前記車両に搭載される各種構成部品の配設態様を根本的に変更するなどすれば、容量の大きなマフラであれ、これを設けることが可能となることもある。ただし、このような設計の変更は大掛かりなものとなり、生産コスト等の面でも不利となる。
【０００９】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成部品の配置変更やマフラの大型化等を招くことなく、より高い静粛性を実現することのできる内燃機関の排気管構造を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための手段及びその作用効果について以下に記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気マニホールドと同機関からの排気を浄化する触媒が収容された触媒コンバータとの間を内管と外管とからなる二重管構造とし、このうちの内管の管壁に共鳴用の開口を設けることによって、それら内管と外管との間に共鳴パイプを形成したことを要旨とする。
【００１１】
一般に、触媒コンバータが例えば車両の床下スペースに配置される場合、排気マニホールドと触媒コンバータとの間には、内管と外管とからなる二重管構造を有する二重管が比較的長い管長を有して設けられている。これにより、前記内管の管壁に設けられる共鳴用の開口の中心から前記二重管構造を有する部分の端部までにおける内管の軸線に沿った長さ（共鳴パイプ長）を十分に確保することができる。
【００１２】
このため、内燃機関の排気系において一般的に設けられるマフラの容量を増加することなく、内燃機関からの排気が排気系内を流通する際に生じる低周波音を消すことができ、排気音の発生をより抑えることができる。また、前記マフラを大きくする必要がないため、同マフラが外部から視認されることがなく、例えば車両等の見栄えが悪化することを抑制することができる。
【００１３】
また従来では、内燃機関の排気系に触媒コンバータが設けられる場合には、排気を保温するために内燃機関と触媒コンバータとの間を二重管構造とすることが多く、その二重管構造における内管の外周面と外管の内周面との間の空間は、専ら断熱層として利用されるのみであった。
【００１４】
これに対して上記構成では、二重管構造の内管の外周面と外管の内周面との間の空間は、断熱層として利用されるのみならず、共鳴パイプとしても利用されることとなる。このため、例えば排気系における一重の排気管の外周面の一部を覆うように外管を設けるなどして、共鳴パイプとして機能する空間を格別に形成する必要がなくなる。また、前記排気系が、例えば車両の床下スペースの限られた空間に設けられる場合であっても、その床下スペースを有効に活用することができる。
【００１５】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の排気管構造において、前記共鳴用の開口の前記内管における軸線方向の位置および前記内管の外径および前記外管の内径は、当該排気管の共鳴周波数、および前記排気が前記二重管構造を構成する内管の内部を流通する際に生じる気柱共鳴の振動波形に応じて設定されてなることを要旨とする。
【００１６】
上記構成によれば、格別の装置等を設けることなく簡素な構成で所望の共鳴周波数や気柱共鳴を消音することができる。
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関の排気管構造において、前記二重管構造を構成する内管は、前記触媒コンバータにおいて前記触媒が収容された触媒ケースに接続されてなり、該触媒ケースの外側には、前記二重管構造を構成する外管が延長されるかたちで、かつ前記触媒ケースの外周面から離間された状態でその外周面の全周を覆う外筒部が設けられてなり、該外筒部の前記外管につながる側の他端が、前記触媒ケースの外周面もしくは同触媒ケースの下流側の排気管に接続されて、前記触媒ケースと前記外筒部との間に前記共鳴パイプと連結される共鳴室であるマフラが形成されてなることを要旨とする。
【００１７】
一般に、触媒コンバータは、内燃機関の排気量が大きくなるほど多くの触媒が必要とされるため、その触媒ケースも自ずと大きなものとなる。また通常、例えば内燃機関が車両に搭載され、触媒コンバータが車両の床下スペースに配置される場合には、前記床下スペースにおいて触媒コンバータが配置される部分は、同一のプラットフォーム間では、最も大きな触媒ケースを有する触媒コンバータに合わせてその搭載スペースが確保される。そして、比較的小さな触媒ケースを有する触媒コンバータが上記車両の床下スペースに配置される場合には、その床下スペースにおいて触媒ケースの周囲に空きが生じることとなる。
【００１８】
この点、上記構成によれば、上述のように床下スペースにおいて触媒ケースの周囲に空いた部分が形成される場合には、その触媒ケースの周囲の空いた部分に前記外筒部が設けられることとなる。このため、前記車両の床下スペースに配置された構成部品を配置変更することなく外筒部を設けることができる。
【００１９】
また、二重管構造の内管の外周面と外管の内周面との間に、例えばワイヤメッシュ等の介在物を設けなくてもそれら内管と外管との接触を抑制することが可能となる。これにより、二重管構造の排気管内を排気が流通している際に、その二重管構造の内管の熱が外管に直接伝わったり、前記介在物を介して伝わったりすることがない。このため、内燃機関からの排気が内管の内部を流通する際、その排気の熱が内管に伝わりにくくなり、排気の温度を低下しにくくすることができる。この結果、温度が高く維持された排気を触媒ケース内に流入させることができ、その触媒ケース内の触媒を好適に昇温することができる。また、同触媒の暖機性を向上することができる。
【００２０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の内燃機関の排気管構造において、前記外筒部は、前記触媒ケースの全体を覆うとともに、該触媒ケースの下流側直近の排気管に接続されてなり、同外筒部の内部には、前記マフラを上流側区画室と下流側区画室とに区画する区画板が設けられるとともに、同外筒部に接続された排気管と前記触媒ケースとは互いに離間した状態に維持されてなることを要旨とする。
【００２１】
上記構成によれば、触媒ケースの外周面と外筒部の内周面との間の空間における上流側区画室が共鳴室としての機能を有する一方、下流側区画室が、触媒ケースの内部を通過して触媒ケースの下流側直近の排気管の内部に流入する排気を膨張させる膨張室としての役割を担うこととなる。このため、排気が二重管構造をなす排気管内を流通する際に生じる排気音のレベルをより好適に低く抑えることができる。
【００２２】
また、触媒ケースと、同触媒ケースの下流側直近の排気管とが直接接続されていないため、二重管構造をなす排気管内を高温の排気が流通している際の内管と外管との熱膨張によって内管が外管に対して相対変位しても、その熱膨張差を好適に吸収することができる。また、この熱膨張を吸収するために格別の部品を設けなくてもよいため、排気系の部品点数の増大を抑制することができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の排気管構造において、前記触媒ケースは、その下流側の部分において下流に向かうほどその内径が徐々に小さくなるコーン部を有し、同コーン部は、その下流側先端の開口が前記外筒部に接続された排気管における上流側の開口と対向するように設けられてなることを要旨とする。
【００２４】
上記構成によれば、触媒ケース内を流通する排気は、同触媒ケースの下流側のコーン部によって、外筒部が接続された排気管の開口へと整流される。このため、触媒ケース内を流通する排気が、前記外筒部が接続された排気管の内部へ流入する際の通気抵抗が増大することを抑制することができ、ひいては、機関出力の低下を抑制することができる。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の内燃機関の排気管構造において、前記触媒ケースには、少なくとも該触媒ケースの内部に生じる水分を前記下流側区画室内に排出するための水抜き孔が設けられてなることを要旨とする。
【００２６】
一般に、内燃機関の運転停止後において、同内燃機関が夜間等の外気温度の低い環境下で放置されると、エキゾーストマニホールドおよび二重管構造を構成する排気管および触媒ケース等は、その温度の低い外気によって急速に冷却される。そして、それらエキゾーストマニホールドおよび二重管構造を構成する排気管および触媒ケース等の壁面とそれらの内部に残留している排気との温度差により、その排気中の水蒸気等が凝縮され、水分、いわゆる凝縮水が発生する。
【００２７】
この凝縮水が触媒コンバータの内部に徐々に溜まり、前記触媒が凝縮水に長時間浸かるようなことがあると、その触媒における凝縮水に浸かっている部分の成分が凝縮水中に溶出することがあり、触媒による排気の浄化性能の低下を招く要因となる。
【００２８】
この点、上記構成によれば、エキゾーストマニホールドおよび二重管構造を構成する排気管および触媒ケース等の内部に凝縮水が生じても、その凝縮水は、排気とともに触媒ケース内の触媒の内部を通過し、その後、触媒ケースに設けられた水抜き孔を介して前記外筒部内の下流側区画室へと速やかに排出される。
【００２９】
このため、凝縮水が触媒ケース内に溜まることによる触媒と凝縮水との長時間に亘る接触、および触媒の成分の凝縮水への溶出を抑制することができ、ひいては、触媒コンバータによる排気の浄化能力の低下を抑制することができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関の排気管構造において、前記外筒部に接続された排気管の下面は、前記触媒コンバータ内の触媒の下面よりも重力方向下方に設けられ、前記水抜き孔は、該外筒部に接続された排気管の下面よりも更に重力方向下方に設けられてなることを要旨とする。
【００３１】
上記構成によれば、触媒ケースの内部等にて生じた凝縮水は、同触媒ケースの内部において触媒に接触するほど溜まることなく外筒部内の下流側区画室内へと排出される。さらに、この下流側区画室へと排出された凝縮水は、触媒ケース内の触媒に接触する前に前記外筒部が接続された排気管の内部へと排出される。
【００３２】
このため、凝縮水が触媒ケース内に溜まることに起因した触媒と凝縮水との長時間に亘る接触を確実に抑制することができる。
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の内燃機関の排気管構造において、前記外筒部に接続された排気管は、その上流側の端部が前記外筒部の内部に挿入された状態で接続されてなり、同排気管における前記外筒部の内部に挿入された部分は、その上流側に向かうほど拡径される態様で形成されてなることを要旨とする。
【００３３】
上記構成によれば、触媒ケースの内部から前記外筒部内の下流側区画室へと排出された凝縮水は、排気が排気系内を流通している際において、その排気に引っ張られるかたちで前記外筒部が接続された排気管における外筒部の内部に挿入された部分の内周面上を下方から上方へと流れる。このため、上記下流側区画室内の凝縮水を、排気の流れを利用して前記外筒部が接続された排気管の内部へと容易に排出させることができる。
【００３４】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の内燃機関の排気管構造において、前記外筒部に接続された排気管は、その軸線が前記外筒部の軸線よりも重力方向下方に位置するように接続されてなることを要旨とする。
【００３５】
上記構成によれば、外筒部における内周の下面と、同外筒部が接続された排気管における内周の下面との間の距離を小さくすることができる。このため、外筒部内の下流側区画室の内部に溜まる前記凝縮水の量を減少させることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、車載内燃機関の排気管構造に具体化した一実施形態について、図１および図２を参照して説明する。
【００３７】
図１に示されるように、内燃機関１０のシリンダヘッド１１には、その排気ポート１２に連通されるように排気系２０が接続されている。
この排気系２０は、内燃機関１０側から順に、エキゾーストマニホールド２１、フロントパイプ２２、センターパイプ２３、テールパイプ（図示略）を備えて構成されている。また、これらエキゾーストマニホールド２１、フロントパイプ２２、センターパイプ２３、前記テールパイプは、それらの端部にそれぞれ設けられるフランジ２４にてボルト（図示略）により互いに接続されている。また、排気系２０は、その大部分が車両における床１５の下方の床下スペース１６内に設けられている。
【００３８】
前記フロントパイプ２２は、内燃機関１０からの排気の流れ方向の上流側の端部、すなわちエキゾーストマニホールド２１側の端部から軸線方向の中央よりもやや下流までの間において、内管２５と外管２６とからなる二重管構造を構成する二重管部２７を備えている。
【００３９】
上記二重管部２７には、内管２５の熱膨張による外管２６に対しての相対変位を吸収するための熱膨張吸収機構２８が設けられている。この熱膨張吸収機構２８としては、例えば蛇腹管２９等を備える公知の構成を採用することができる。
【００４０】
また、フロントパイプ２２には、上記二重管部２７に接続されるとともに、内燃機関１０からの排気を浄化するための触媒コンバータ３０が設けられている。この触媒コンバータ３０は、その触媒ケース３１の内部にＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａと、同ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの外周面を覆うシールマット３２ｂとを備えている。ここで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａは、セラミック製の担体上に例えばカリウム（Ｋ）と白金（Ｐｔ）などの貴金属とが担持されている。なお、上記担体はメタル製であってもよく、この場合には、シールマット３２ｂを設けずにメタル製の担体を直接、触媒ケース３１にて保持する構成であってもよい。
【００４１】
また、前記センターパイプ２３および前記テールパイプの少なくとも一方には、該排気系２０内を流通する排気の排気音レベルを低くするためのマフラ（メインマフラ）（図示略）が設けられている。
【００４２】
本実施形態では、同図１に示されるように、二重管部２７の内管２５は、触媒コンバータ３０の触媒ケース３１に接続される一方、二重管部２７の外管２６は、同外管２６が下流側に延長されるかたちで、かつ前記触媒ケース３１の外周面から離間した状態でその触媒ケース３１の全体を覆う外筒部３３に接続されている。本実施形態では、上記触媒ケース３１として金属製、例えば鉄製のケースが用いられ、その肉厚が０．３ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の範囲に入るように設定されている。
【００４３】
また、外筒部３３は、前記二重管部２７の外管２６につながる側の他端が、上記触媒ケース３１の下流側直近の触媒後端パイプ３４に接続されている。この触媒後端パイプ３４は、その軸線ｍ１が外筒部３３の軸線ｍ２よりも重力方向下方に位置し、上流側の端部３４ａが外筒部３３の内部に挿入された状態で外筒部３３に接続されている。
【００４４】
また、外筒部３３の内部、すなわち、前記触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との間の空間３５内には、同空間３５を上流側区画室３５ａと下流側区画室３５ｂとに区画する環状の区画板３６が設けられている。この区画板３６は、触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との両面に当接した状態で例えば溶接やかしめ加工等により固定されている。
【００４５】
また、本実施形態では、前記触媒ケース３１と触媒後端パイプ３４とは、互いに離間した状態に維持されており、これら触媒ケース３１と触媒後端パイプ３４とは接続されていない。
【００４６】
また、本実施形態では、触媒ケース３１は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａよりも下流の部分において、下流に向かうほど内径が徐々に小さくなる後方側コーン部３１ａを有している。この後方側コーン部３１ａは、その下流側先端の開口３１ｂが前記触媒後端パイプ３４における上流側の開口３４ｂと対向するように設けられている。
【００４７】
また、本実施形態では、触媒後端パイプ３４における外筒部３３の内部の下流側区画室３５ｂ内に挿入された部分の上流側の端部３４ａは、前記外筒部３３と触媒後端パイプ３４との接続部から上記上流側の開口３４ｂに向かうほど拡径される態様で形成されている。詳しくは、この触媒後端パイプ３４の上流側の端部３４ａは、その上流側の開口３４ｂの外周面が外筒部３３の内周面における下部にほぼ接触するようにフレア状に形成されている。
【００４８】
また、本実施形態では、前記二重管部２７の内管２５の管壁には、同内管２５の外周面と外管２６の内周面との間の空間２６ａと内管２５の内部の空間２５ａとを連通するように共鳴用開口３７が形成されている。これにより、上記空間２６ａにおける内管２５の軸線方向での共鳴用開口３７の中心から前記外管２６と外筒部３３との接続部までの間に共鳴パイプを形成し、また、この共鳴パイプと連結される前記外筒部３３内の上流側区画室３５ａを共鳴室であるマフラとしている。
【００４９】
また、本実施形態では、上記共鳴用開口３７の上記内管２５における軸線方向の位置、詳しくは内管２５の軸線方向における共鳴用開口３７の中心から前記外管２６と外筒部３３との接続部までの距離Ｌ１は、二重管部２７の共鳴周波数、および二重管部２７での気柱共鳴の振動波形に応じて設定される。さらに、前記二重管部２７の内管２５の外径および外管２６の内径、詳しくは、上記内管２５の軸線方向での共鳴用開口３７の中心から外管２６と外筒部３３との接続部までの間における上記軸線と直交する面での前記空間２６ａの断面積は、共鳴周波数に応じて予め設定される。
【００５０】
また、本実施形態では、上記二重管部２７の内管２５と外管２６とは、前記エキゾーストマニホールド２１と接続される前記フランジ２４より下流において互いに当接しないように設けられている。さらに、二重管部２７の前記空間２６ａ内には、内管２５の外周面と外管２６の内周面との間の距離を一定に保つべく両面に接触するように設けられる例えばワイヤメッシュ等の接触部材が設けられていない。すなわち、二重管部２７の内管２５と外管２６とは、エキゾーストマニホールド２１側のフランジ２４と、前記外筒部３３の空間３５内に設けられる区画板３６とにより、互いに接触しないように支持されているのみである。
【００５１】
また、図２に示されるように、本実施形態では、前記触媒ケース３１には、二重管部２７（図１参照）の内管２５内の空間２５ａや触媒ケース３１自身の内部等にて生じる水分、いわゆる凝縮水を前記外筒部３３の空間３５内に排出するための水抜き孔３８が設けられている。
【００５２】
この水抜き孔３８は、詳しくは、触媒ケース３１の前記後方側コーン部３１ａにおける下面に形成され、同触媒ケース３１内に流入した前記凝縮水は、この後方側コーン部３１ａに形成された水抜き孔３８を介して外筒部３３の前記下流側区画室３５ｂ内に排出される。
【００５３】
さらに、この水抜き孔３８と前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａと触媒後端パイプ３４とは、前記内燃機関１０と排気系２０とがそれぞれ使用位置に配置された状態において、以下のような関係を有するように設けられている。
【００５４】
すなわち、同図２に示されるように、前記触媒後端パイプ３４は、外筒部３３との接続部よりも下流の一般部における下面が触媒ケース３１内のＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの下面よりも重力方向下方に位置するように設けられている。また、前記水抜き孔３８は、その下部が触媒後端パイプ３４の前記一般部における下面よりも更に重力方向下方に位置するように設けられている。これにより、水平な路面４０に対するＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの下面の高さおよび触媒後端パイプ３４における一般部の下面の高さおよび水抜き孔３８の下部の高さをそれぞれＨ１、Ｈ２、Ｈ３とすると、Ｈ１＞Ｈ２＞Ｈ３となっている。
【００５５】
以上詳述したように、この実施形態にかかる内燃機関の排気管構造によれば、以下に示すような優れた効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、二重管部２７の内管２５と触媒ケース３１とを、一方、外管２６と触媒コンバータ３０の触媒ケース３１の外周面から離間された状態でその外周面の全体を覆うとともに前記触媒後端パイプ３４に接続される外筒部３３とを接続している。また、触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との間の空間３５内には、それら触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との両面に接触して前記空間３５内を上流側区画室３５ａと下流側区画室３５ｂとに区画する区画板３６を設けている。また、内管２５の管壁には、同内管２５の外周面と外管２６の内周面との間の空間２６ａと内管２５の内部の空間２５ａとを連通する共鳴用開口３７を設けている。
【００５６】
これにより、触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との間の上流側区画室３５ａと、二重管部２７における内管２５の外周面と外管２６の内周面との間の空間２６ａとが連通された状態となる。そして、上記上流側区画室３５ａが共鳴室としての機能を有するようになる一方、上記空間２６ａにおける共鳴用開口３７より下流の部分が共鳴パイプとしての機能を有するようになる。また、上記空間２６ａにおける共鳴用開口３７より上流の部分がサイドブランチ型のマフラとしての機能を有するようになる。ここで、二重管部２７はある程度の長さを有しているため、排気系２０からの排気音に含まれる低周波音を消すのに十分な内管２５の軸線方向における共鳴用開口３７の中心から前記外管２６と外筒部３３との接続部までの距離（共鳴パイプ長）Ｌ１を容易に確保することができる。
【００５７】
このため、排気系２０に設けられる前記マフラ（メインマフラ）の容量を増加せずとも、上記低周波音を消すことができ、排気音の発生をより抑えることができる。また、上記マフラを大きくする必要がないため、同マフラが外部から視認されることがなく、車両の見栄えが悪化することを抑制することができる。
【００５８】
また従来では、内燃機関の排気系において触媒コンバータが設けられる場合には、排気を保温するために内燃機関と触媒コンバータとの間に二重管が使用されることが多く、その二重管部における内管の外周面と外管の内周面との間の空間は、専ら断熱層として利用されるのみであった。
【００５９】
これに対して本実施形態では、二重管部２７における内管２５の外周面と外管２６の内周面との間の空間２６ａは、断熱層として利用されるのみならず、排気音のレベルを低く抑える共鳴パイプとしても利用されることとなる。このため、例えば排気系２０のセンターパイプ２３や前記テールパイプ等の一重の排気管部に対してその外周面の一部を覆うように外管を新たに設けるなどして、共鳴パイプとして機能する空間を格別に形成する必要がなくなる。また、排気系２０のみならず多数の構成部品が設けられる前記車両の床下スペース１６を有効に活用することができる。
【００６０】
また一般に、触媒コンバータは、内燃機関の排気量が大きくなるほど多くの触媒が必要とされるため、自ずと触媒ケースも大きなものが用いられる。通常、車載内燃機関の排気系に設けられる触媒コンバータが車両の床下スペースに配置される場合には、その床下スペースにおいて触媒コンバータが配置される部分は、同一のプラットフォーム間では、最も大きな触媒ケースを有する触媒コンバータに合わせてその搭載スペースが確保される。
【００６１】
これにより、比較的小さな触媒ケースを有する触媒コンバータが上記車両の床下スペースに配置される場合には、その触媒ケースの周囲に空きが生じることとなる。この触媒ケースの周囲の空いた部分に本実施形態の外筒部３３を設ける構成とすれば、前記車両の床下スペースに配置される構成部品を配置変更することなく外筒部３３を設けることができる。
【００６２】
（２）本実施形態では、内管２５の軸線方向における共鳴用開口３７の中心から前記外管２６と外筒部３３との接続部までの距離Ｌ１を、二重管部２７での共鳴周波数、および排気が二重管部２７の内管２５内を流通する際に生じる気柱共鳴の振動波形に応じて設定している。また、二重管部２７の内管２５の外径及び外管２６の内径即ち、内管２５の軸線方向での共鳴用開口３７の中心から外管２６と外筒部３３との接続部までの間の二重管部２７の軸線と直交する面での内管２５の外周面と外管２６の内周面との間の空間２６ａの断面積を、二重管部２７での共鳴周波数に応じて設定している。
【００６３】
これにより、共鳴用開口３７の内管２５における軸線方向の位置、および内管２５の外径および外管２６の内径をそれぞれ設定することにより、同一の大きさの触媒ケース３１と外筒部３３とを用いながらも、異なる周波数の音を消すことができる。また、共鳴用開口３７の内管２５における軸線方向の位置を二重管部２７にて発生する気柱共鳴の振動波形に応じて設定することにより、その気柱共鳴も好適に消音することができる。また、格別の装置等を設けることなく簡素な構成で所望の共鳴周波数や気柱共鳴を消音することができる。
【００６４】
なお、共鳴用開口３７の内管２５における軸線方向の位置が前記エキゾーストマニホールド２１に対して接近するほど、すなわち、前記内管２５の軸線方向における共鳴用開口３７の中心から前記外管２６と外筒部３３との接続部までの距離Ｌ１が大きくなるほど共鳴周波数は低くなる。また、外管２６の内径と内管２５の外径との差、すなわち、二重管部２７の軸線に直交する平面での内管２５の外周面と外管２６の内周面との間の断面積が大きくなるほど共鳴周波数は高くなる。
【００６５】
（３）本実施形態では、二重管部２７の内管２５と外管２６とを、エキゾーストマニホールド２１と接続される前記フランジ２４より下流において互いに当接しないように設けている。さらに、二重管部２７の前記空間２６ａ内において、内管２５の外周面と外管２６の内周面との両面に接触する例えばワイヤメッシュ等の介在物を設けていない。
【００６６】
これにより、二重管部２７に排気が流通している際に、内管２５の熱が外管２６に直接伝わったり、上記接触部材を介して伝わったりすることがない。このため、内管２５の内部を排気が流通する際、その排気の熱が内管２５に伝わりにくくなり、同排気の温度をより低下しにくくすることができる。
【００６７】
この結果、排気は、その温度が高く維持された状態で内管２５の内部から触媒ケース３１の内部に流入してＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの内部を通過することとなり、同ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａを好適に昇温することができるとともに、そのＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの暖機性を向上することができる。
【００６８】
（４）本実施形態では、触媒ケース３１と触媒後端パイプ３４とを互いに離間した状態に維持されるように設けている。これにより、触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との間の空間３５における下流側区画室３５ｂは、触媒ケース３１の内部を通過して触媒後端パイプ３４の内部に流入する排気を膨張させる膨張室としての役割を担うこととなる。このため、排気が二重管部２７内を流通する際に生じる排気音のレベルをより好適に低く抑えることができる。
【００６９】
（５）本実施形態では、触媒ケース３１には、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａよりも下流の部分において、下流に向かうほど内径が徐々に小さくなるとともに、その先端の開口３１ｂが触媒後端パイプ３４における上流側の開口３４ｂと対向する後方側コーン部３１ａを設けている。
【００７０】
これにより、触媒ケース３１内を流通する排気は、その後方側コーン部３１ａによって触媒後端パイプ３４の開口３４ｂへと整流される。このため、触媒ケース３１内を流通する排気が触媒後端パイプ３４の内部へ流入する際の通気抵抗の増大を抑制することができ、ひいては、機関出力の低下を抑制することができる。
【００７１】
（６）本実施形態では、触媒ケース３１には、二重管部２７の内管２５内の空間２５ａおよび触媒ケース３１自身の内部にて生じる水分を外筒部３３内の下流側区画室３５ｂ内に排出するための水抜き孔３８を設けている。
【００７２】
一般に、内燃機関１０の運転停止後において、同内燃機関１０が夜間等の外気温度の低い環境下で放置されると、エキゾーストマニホールド２１および二重管部２７および触媒ケース３１は、その温度の低い外気によって急速に冷却される。そして、それらエキゾーストマニホールド２１および二重管部２７および触媒ケース３１の壁面とそれらの内部に残留している排気との温度差により、その排気中の水蒸気等が凝縮され、水分、いわゆる凝縮水が発生する。
【００７３】
この凝縮水が触媒コンバータ３０の内部に徐々に溜まり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａが上記凝縮水に長時間浸かるようなことがあると、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａにおける凝縮水に浸かっている部分の成分（例えばカリウム（Ｋ）等）が凝縮水中に溶出することがある。そして、こうしたＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの成分の凝縮水への溶出は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａによる排気の浄化性能の低下を招く要因となる。
【００７４】
これに対して本実施形態では、上記凝縮水が生じても、その凝縮水は、排気とともに触媒ケース３１内のＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの内部を通過し、その後、触媒ケース３１の水抜き孔３８を介して該触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との間の下流側区画室３５ｂへと速やかに排出される。
【００７５】
このため、凝縮水が触媒ケース３１内に溜まることによる前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａと凝縮水との長時間に亘る接触、および同ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの成分の凝縮水への溶出を抑制することができ、ひいては、触媒コンバータ３０による排気の浄化能力の低下を抑制することができる。
【００７６】
（７）本実施形態では、水抜き孔３８とＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａと触媒後端パイプ３４とを、排気系２０を使用位置に配置した状態で路面４０に対し、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの下面の高さＨ１＞触媒後端パイプ３４における一般部の下面の高さＨ２＞水抜き孔３８の下部の高さＨ３となるように設けている。
【００７７】
これにより、エキゾーストマニホールド２１および二重管部２７および触媒ケース３１の内部にて生じた凝縮水は、触媒ケース３１の内部においてＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａに接触するほど溜まることなく触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との間の下流側区画室３５ｂへと排出される。また、同下流側区画室３５ｂへと排出された凝縮水は、上記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａに接触する前に触媒後端パイプ３４の内部へ流入する。
【００７８】
このため、凝縮水が触媒ケース３１内に溜まることによるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａと凝縮水との長時間に亘る接触を確実に抑制することができる。
（８）本実施形態では、外筒部３３と触媒後端パイプ３４とを、同触媒後端パイプ３４の上流側の端部３４ａが触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との間の下流側区画室３５ｂ内に挿入された状態で接続している。また、触媒後端パイプ３４における外筒部３３内の下流側区画室３５ｂ内に挿入された上流側の端部３４ａを、その開口３４ｂに向かうほど拡径されるフレア状に形成している。
【００７９】
これにより、触媒ケース３１の内部から同触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との間の下流側区画室３５ｂ内へ排出された凝縮水は、その下流側区画室３５ｂ内を流通する排気に引っ張られるかたちで触媒後端パイプ３４の上流側の端部３４ａの内周面上を開口３４ｂから下流へ向かって流れる。このため、外筒部３３の下流側区画室３５ｂ内の凝縮水を、排気の流れを利用して触媒後端パイプ３４の内部へと容易に流出させることができる。
【００８０】
（９）本実施形態では、外筒部３３と触媒後端パイプ３４とを、同触媒後端パイプ３４の軸線ｍ１が外筒部３３の軸線ｍ２に対して重力方向下方に位置するように接続している。これにより、外筒部３３における内周の下面と触媒後端パイプ３４における内周の下面との間の距離Ｌ２（図１参照）を小さくすることができる。このため、触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との間の下流側区画室３５ｂ内に溜まる前記凝縮水の量を減少させることができる。
【００８１】
（１０）本実施形態では、触媒コンバータ３０の触媒ケース３１を金属製ケースとし、その触媒ケース３１の肉厚を０．３ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の範囲に入るように設定している。
【００８２】
上述のように、触媒コンバータ３０の触媒ケース３１は、その全体が外筒部３３により覆われているため、触媒ケース３１の外周面と外筒部３３の内周面との間の空間３５が断熱層としての機能を有するようになり、触媒ケース３１の熱が外筒部３３に伝わりにくくなる。
【００８３】
また、このように触媒ケース３１は、その全体が外筒部３３により覆われているため、同触媒ケース３１の肉厚を薄くすることが可能となり、触媒ケース３１自身の熱容量を低減することができる。そして、この触媒ケース３１の肉厚を上述の０．３ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の範囲内に設定すれば、触媒ケース３１自身の熱容量低減と上記断熱層の形成とにより、触媒ケース３１内に流入した排気の熱が同触媒ケース３１に伝わりにくくなり、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの暖機性をより向上することができる。
【００８４】
なお、触媒ケース３１の肉厚を０．３ｍｍ未満にした場合には、二重管部２７の内管２５内の空間２５ａや触媒ケース３１の内部にて発生した凝縮水により触媒ケース３１に錆が生じ、同触媒ケース３１に穴が形成されるおそれがある。一方、触媒ケース３１の肉厚を０．８ｍｍよりも大きくした場合には、触媒ケース３１自身の熱容量があまり低減されないため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの暖機性の向上効果が半減する。
【００８５】
なお、上記実施形態は、例えば以下のように適宜変更することもできる。
・上記実施形態において、触媒コンバータ３０の触媒ケース３１は、その肉厚が０．３ｍｍ以上かつ０．８ｍｍ以下の範囲に入るように設定されたものには限定されない。また、この触媒ケース３１は、金属製ケースには限定されず、金属以外の材料から形成されるものであってもよい。
【００８６】
・上記実施形態において、路面４０に対するＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの下面の高さＨ１と触媒後端パイプ３４の一般部の下面の高さＨ２と水抜き孔３８の下部の高さＨ３とがＨ１＞Ｈ２＝Ｈ３、またはＨ１＞Ｈ３≧Ｈ２となるように水抜き孔３８とＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａと触媒後端パイプ３４とを設けてもよい。要は、路面４０に対するＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの下面の高さＨ１が触媒後端パイプ３４の一般部の下面の高さＨ２および水抜き孔３８の下部の高さＨ３よりも大きくなるように水抜き孔３８とＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａと触媒後端パイプ３４とを設ける構成であればよい。
【００８７】
・上記実施形態において、触媒ケース３１の水抜き孔３８が設けられる位置は、必ずしも後方側コーン部３１ａでなくてもよい。この水抜き孔３８を、例えば、触媒ケース３１のＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａと対応する大径部３１ｃ（図２参照）におけるＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａよりも下流に設ける構成としてもよい。
【００８８】
・上記実施形態では、カリウム（Ｋ）が担持されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの例を示したが、本発明は、上記カリウム（Ｋ）以外で前記凝縮水中に溶出可能な成分が担持されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａを備える排気系にも同様に適用することができる。
【００８９】
また、本発明は、前記凝縮水中に溶出不能な成分が担持されたＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａを備える排気系にも同様に適用することができる。なお、この場合には、触媒ケース３１の水抜き孔３８を省略する構成としてもよい。
【００９０】
・上記実施形態において、例えば触媒後端パイプ３４の開口３４ｂが触媒ケース３１の前記大径部３１ｃにおける内径とほぼ同寸の内径を有するように形成される場合等には、触媒ケース３１の後方側コーン部３１ａを省略する構成としてもよい。
【００９１】
・上記実施形態において、触媒後端パイプ３４を外筒部３３に対して、触媒後端パイプ３４の軸線ｍ１が外筒部３３の軸線ｍ２よりも重力方向下方に位置するように接続する構成には限定されない。この外筒部３３に対する触媒後端パイプ３４の接続される位置は、前記路面４０に対するＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの下面の高さＨ１が触媒後端パイプ３４の一般部の下面の高さＨ２および水抜き孔３８の下部の高さＨ３より大きくなる関係が成立する範囲内で任意である。
【００９２】
・上記実施形態では、触媒後端パイプ３４の上流側の端部３４ａを、その内径が触媒後端パイプ３４の軸線方向において曲線的に変化するように設ける構成としたが、この上流側の端部３４ａを、例えばその内径が触媒後端パイプ３４の軸線方向において直線的に変化するように設ける構成等としてもよい。
【００９３】
・上記実施形態において、触媒後端パイプ３４を、その上流側の端部３４ａを外筒部３３の下流側区画室３５ｂ内に挿入せずに、同端部３４ａの先端にて外筒部３３に接続する構成としてもよい。
【００９４】
・上記実施形態において、例えば、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａの前記担体に担持される成分が前記凝縮水中に溶出不能である場合や、触媒ケース３１の後方側コーン部３１ａの下部が下流に向かって下り勾配を有する場合等には、触媒ケース３１と触媒後端パイプ３４とを接続する構成としてもよい。なお、後者の場合には、水抜き孔３８を省略する構成としてもよい。また、前者および後者のいずれの場合であっても、触媒後端パイプ３４の上流側の端部３４ａをフレア状に形成する構成でなくてもよい。
【００９５】
・上記実施形態において、例えば、二重管部２７の軸線方向の一部にて内管２５および外管２６の少なくとも一方を変形させてそれら内管２５と外管２６とを当接させる構成としてもよい。また、二重管部２７の軸線方向の一部にて内管２５の外周面と外管２６の内周面との間の空間２６ａ内にそれら両面に接触する介在物（例えばワイヤメッシュ等）を設ける構成としてもよい。なお、これらいずれかの構成を採用した場合には、排気の保温性の観点から、二重管部２７の軸線方向における内管２５と外管２６との当接位置や上記接触部材を設ける位置は、なるべく内管２５の共鳴用開口３７よりも上流側に設定することが望ましい。
【００９６】
・上記実施形態において、外筒部３３の空間３５内に区画板３６を設ける代わりに、例えば外筒部３３をその内周面が触媒ケース３１の大径部３１ｃにおける外周面の全周に当接するように形成し、該外筒部３３の内部の空間３５を上流側区画室３５ａと下流側区画室３５ｂとに区画する構成としてもよい。
【００９７】
・また、例えば触媒ケース３１の後方側コーン部３１ａの下面が下流に向かって下り勾配を有するように設けられる場合等には、外筒部３３の下流側の端部を例えば触媒ケース３１における大径部３１ｃ等の外周面に接続するとともに、触媒ケース３１と触媒後端パイプ３４とを接続する構成としてもよい。なお、このようにした場合には、触媒後端パイプ３４の上流側の端部３４ａをフレア状に形成する構成でなくてもよいし、触媒ケース３１の水抜き孔３８を省略する構成としてもよい。
【００９８】
・上記実施形態において、外筒部３３の空間３５内の区画板３６を、外筒部３３の内周面または触媒ケース３１の外周面のどちらか一方の面に対してのみ摺動可能に設けるとともに、熱膨張吸収機構２８を省略する構成としてもよい。このようにした場合でも、触媒ケース３１と触媒後端パイプ３４とが離間した状態で設けられているため、二重管部２７内を高温の排気が流通することによって内管２５と外管２６とが熱膨張し、内管２５が外管２６に対して相対変位しても、その熱膨張差を好適に吸収することができる。また、この熱膨張を吸収するために格別の部品を設けなくてもよいため、排気系２０の部品点数の増大を抑制することができる。
【００９９】
・上記実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒３２ａが収容された触媒コンバータ３０を備える排気系２０の例を示したが、本発明は、例えば三元触媒やディーゼル酸化触媒等が収容された触媒コンバータを備える排気系にも同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態が適用されたフロントパイプおよびその周辺の構成を示す概略構成図。
【図２】同実施形態のフロントパイプの一部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１１…シリンダヘッド、１２…排気ポート、１５…床、１６…床下スペース、２０…排気系、２１…エキゾーストマニホールド、２２…フロントパイプ、２３…センターパイプ、２４…フランジ、２５…内管、２５ａ…空間、２６…外管、２６ａ…空間、２７…二重管部、２８…熱膨張吸収機構、２９…蛇腹管、３０…触媒コンバータ、３１…触媒ケース、３１ａ…後方側コーン部、３１ｂ…開口、３１ｃ…大径部、３２ａ…ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、３２ｂ…シールマット、３３…外筒部、３４…触媒後端パイプ、３４ａ…端部、３４ｂ…開口、３５…空間、３５ａ…上流側区画室、３５ｂ…下流側区画室、３６…区画板、３７…共鳴用開口、３８…水抜き孔、４０…路面。
【図１】
2004076587.tif 000003
【図２】
2004076587.tif 000004