(57)【要約】【課題】  重量の増加やコストの増大を抑えつつ、径が異なる構成部材同士の接続部位における応力への耐性を高めることができ、ひいては構成部材及び排気系全体の耐久性を向上できる排気系構造を提供する。【解決手段】  本発明による排気系は、エンジンの排気マニホールドに接続されたフロントパイプ、触媒コンバータ、センターパイプ、マフラ４、及びテールパイプ５等が連接されたものである。マフラ４は、最大径が比較的大きい部材であるエンドプレート４１の端部４１２に、管径がより小さいインナーパイプ４２が圧入接続されたものである。また、インナーパイプ４２にテールパイプ５が圧入されることにより、最大径が互いに異なるマフラ４とテールパイプ５とが接続されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の構成部材を備えており、
前記複数の構成部材のうち、最大径が互いに異なる複数の構成部材が圧入によって接続されたものである、
排気系構造。
【請求項２】
前記最大径が互いに異なる複数の構成部材の一部が溶接によって接合されたものである、
請求項１記載の排気系構造。
【請求項３】
前記最大径が互いに異なる複数の構成部材のうち、最大径が大きい方の構成部材の該最大径は、最大径が小さい方の構成部材との接続部位における径の２倍以上である、
請求項１又は２に記載の排気系構造。
【請求項４】
前記最大径が互いに異なる複数の排気系部材が、マフラ、及び、該マフラの前段又は後段に設けられた排気管である、
請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気系構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気系構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両等の内燃機関に設けられる排気系は、一般に、フロントパイプ、触媒コンバータ、センターパイプ、マフラ、テールパイプ等の構成部材が接続されて成っている。また、例えば、マフラ内にもインナーパイプ、アウトレットパイプ等が設けられており、これらが相互に接続されると共に、そのマフラがセンターパイプやテールパイプと接続される。これらの構成部材の相互の接続には、通常、溶接による接合が採用されている。また、例えば、特許文献１には、内部に設けられた入口側インナーパイプが出口側インナーパイプ内に圧入によって接続されて成るマフラが開示されている。このマフラは、略同径のインナーパイプ同士を接続する際に用いられてきた緩衝材を省略し、且つ、組付性を向上させてコスト低減を図ることを企図したものである。
【特許文献１】特開平６−２６３３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来の溶接によって構成部材が連結された排気系では、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、構成部材同士が接合された溶接部位に、外部からの入力振動に起因する大きな応力が発生してしまう傾向にある。よって、溶接部位における応力腐食や金属疲労を抑制して構成部材及び排気系全体の耐久性を高めるべく、構成部材の板厚を厚くしたり他の補強部材で補強したりといった対策が必要となる。こうなると、重量増やコストの増大といった不都合が生じてしまう。
【０００４】
また、径（周径）が異なる構成部材同士を接続する場合、径が大きい方の構成部材（マフラ、触媒コンバータ等）の外形を、例えば、部材の先端にかけて先細りとなるように形成して両者を接続することが多い。この場合、その接続部位には、管径が略等しい部材を接続する場合に比して大きな応力が集中し易く、強度及び耐久性を一層高める必要がある。そのため、径が異なる構成部材同士を接続するのに溶接を用いると、構成部材を更に厚くしたり補強部材を更に増加したりといった対策が必要とされる。また、この場合に、上記従来公報に記載されたようにマフラの内部に設けられた略同径のインナーパイプ同士を圧入接続したとしても、応力集中が懸念される溶接部位に対する対策としては十分ではない。
【０００５】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、重量の増加やコストの増大を抑えつつ、径が異なる構成部材同士の接続部位における応力への耐性を高めることができ、ひいては構成部材及び排気系全体の耐久性を向上できる排気系構造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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明による排気系構造は、複数の構成部材を備えており、複数の構成部材のうち、最大径が互いに異なる複数の構成部材が圧入によって接続されたものである。
【０００７】
このような排気系構造においては、構成部材が互いに接続されて排気系が構成される。それら複数の構成部材のうち最大径（例えば、管部の最大径）が互いに異なる複数の構成部材が圧入接続されており、両者の接続部位（通常、突き合わされた端部が重なる部位）では一方の内面と他方の外面とが面接触するような当接状態とされる。よって、排気系に振動が伝達され、構成部材同士の接続部位にその入力振動に起因する曲げ応力、引張応力、ねじり応力等の応力が作用したとしても、それらの応力は、構成部材同士が当接する圧入面全体に印加される。つまり、応力を圧力面全体で受けることができる。
【０００８】
したがって、最大径が異なる複数の構成部材の接続部位では、最大径の大きい方の構成部材が先細り又は絞り形状とされて最大径が小さい方の構成部材と接続される部位への応力集中が顕著となり易いものの、接続部位の肉厚を厚くする等の対策を講じなくても応力耐性及び耐久性が向上される。
【０００９】
また、２つではなく３つ以上の構成部材が重なった状態で接続されることもある。例えば、インナーパイプ等の内部構造を有するマフラは、それ自体が複数の構成部材を備えており、より具体的には、例えば、直管状のインナーパイプと、その周囲を覆うように設けられたエンドプレートとが部材端で接続されて成る。よって、かかる構造のマフラとテールパイプ等の排気管との接続部位では、マフラを構成する複数の部材と排気管とが言わば３重に接続され得る。
【００１０】
この場合、マフラのインナーパイプとエンドプレートとが、最大径が互いに異なる複数の構成部材の関係にあると共に、それら複数の構成部材から成るマフラ及びテールパイプ等の排気管も、最大径が互いに異なる複数の構成部材である。そして、この例では、マフラのエンドプレートは、接続部位であるマフラの端部にかけて径が徐々に小さくされるような外形状を有するので、そこに応力が集中し易くなる。よって、このような複数の構成部材の接続形態に対しても本発明は非常に有効である。
【００１１】
すなわち、一例として、最大径が互いに異なる複数の構成部材が、マフラ、及び、そのマフラの前段又は後段に設けられた排気管であるときに特に有用である。
【００１２】
ところで、そのエンドプレートを有するマフラとテールパイプとの接続のように最大径が異なる構成部材の接続部位では、最大径が大きいほうの部材の端部（接続部位にあたる）をバーリングする（例えば、所定の径を有する筒状にストレッチ又はフランジングする）必要がある。このとき、構成部材同士の圧入を確実ならしめるには、接続しろとしてのバーリング高さ（バーリングされた端部の長さ）をある程度確保する必要がある。しかし、製造上の理由等によって所望のバーリング高さを確保できない場合も生じ得る。
【００１３】
そのようなときには、最大径が互いに異なる構成部材同士の一部が溶接によって接合されたものであってもよい。例えば、上述した例で言えば、マフラのエンドプレートの端部でバーリング高さが十分に確保されない場合には、そのエンドプレートとインナーパイプとを溶接で接合し、そうして構成されたマフラとエンドプレートとを圧入接続すると好ましい。
【００１４】
さらに、最大径が互いに異なる複数の構成部材のうち、最大径が大きい方の構成部材のその最大径は、最大径が小さい方の構成部材との接続部位における径の２倍以上であるとき、その接続部位への応力集中が極めて大きくなる可能性があり、よって、この場合に本発明は一層有効である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の排気系構造によれば、最大径が互いに異なる複数の構成部材が圧入によって互いに接続されているので、外部からの入力振動によって生じ得る応力をその接続部位の圧入面全体で受けることができ、これにより、重量の増加やコストの増大を抑えつつ、径が異なる構成部材同士の接続部位における応力耐性を高めることができ、ひいては構成部材及び排気系全体の耐久性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。
【００１７】
図１は、本発明による排気系構造の好適な一実施形態を示す平面図である。排気系１（排気系構造）は、車両に備わるＶ型エンジンに設けられた２つの排気マニホールド（何れも図示せず）に接続されるものである。排気系１は、一方の排気マニホールドに連接されたフロントパイプ１１、触媒コンバータ２１、及びセンターパイプ３１、並びに、他方の排気マニホールドに連接されたフロントパイプ１２、触媒コンバータ２２、及びセンターパイプ３２を有している。また、センターパイプ３１，３２の後方端には、マフラ４（構成部材）及びテールパイプ５（構成部材、排気管）が連接されている。
【００１８】
ここで、図２は、図１におけるII−II線に沿う断面の要部を模式的に示す図である。マフラ４は、エンドプレート４１（構成部材）の内側にインナーパイプ４２（構成部材）が設けられたものである。エンドプレート４１は、テールパイプ５側の端部に向かって周径が徐々に小さくなるように湾曲した形状を成す曲面部４１１の端部４１２がバーリング加工されたものである。インナーパイプ４２は、胴部４２１の端部４２２がエンドプレート４１の端部４１２に圧入されてエンドプレート４１と一体に接続されている。そのインナーパイプ４２の端部４２２には、さらに、テールパイプ５の胴部５１の端部５２が圧入されており、これにより、最大径が互いに異なるマフラ４及びテールパイプ５が接続されている。
【００１９】
なお、これらの排気系部材同士の圧入方法は、特に制限されず、また、荷重圧は部材の厚さ等にもよるが、例えば、エンドプレート４１の厚さが１．０〜１．２ｍｍのときに１０００〜５０００ｋｇｆ／ｍ2（１０〜５０ｋＰａ）程度であると好ましい。また、エンドプレート４１の厚さ及び荷重圧がそのようなときに、圧入しろ（締めしろ）としては、−１ｍｍ程度を例示できる。さらに、インナーパイプ４２をエンドプレート４１に圧入するためにエンドプレート４１のバーリング高さＨ（端部４１２の長さ）をある程度確保することが望ましく、例えば、バーリング高さＨが好ましくは２０ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上であると好適である。このバーリング高さＨが不十分であると、端部４１２，４２２同士が当接する面すなわち圧入面の面積が過小となってしまう。
【００２０】
ただし、先述したように、製造上の理由や重量の低減を図るためにバーリング高さＨを十分に確保できない場合も考えられる。このような場合には、溶接を組み合わせるようにしてもよい。
【００２１】
一例として、図３は、図２に示すマフラと異なる形態のマフラを備える排気系の要部断面（図１に示すIII−III線に沿う断面）を模式的に示す図である。この排気系は、マフラ４の代わりにマフラ６（構成部材）を備えること以外は、図１に示す排気系と同様に構成されたものである。マフラ６は、バーリング高さがエンドプレート４１よりも短い端部４３２を有する曲面部４３１を備えるエンドプレート４３（構成部材）に、端部まで一定の管径とされた状態でインナーパイプ４４（構成部材）が溶接によって接合されたものである。溶接部Wは、マフラ６の端部４３２に沿って全周に施されている。このようにマフラ６の構成部材同士を溶接で接合すると共に、インナーパイプ４４の管端部にテールパイプ５が圧入されており、これにより、最大径が互いに異なるマフラ６及びテールパイプ５が接続されている。
【００２２】
このように構成された排気系１によれば、曲面部４１１を有するために端部４１２への応力が集中し易い傾向にあるエンドプレート４１にインナーパイプ４２が圧入接続されてマフラ４が構成されているので、排気系１への入力振動に起因して両部材４１，４２の接続部位に曲げ応力、引張応力、ねじり応力等が作用したとしても、端部４１２内面と端部４２２外面とが当接した圧入面全体でそれらの応力を受けることができる。よって、応力集中が顕著であっても、エンドプレート４１とインナーパイプ４２との接続部位の肉厚を厚くするといった対策を講じなくても、その接続部位の応力耐性が高められ、ひいてはマフラ４及び排気系１全体の耐久性を向上できる。
【００２３】
また、エンドプレート４１及びインナーパイプ４２が接続されて成るマフラ４とテールパイプ５も最大径が互いに異なる関係にあるが、テールパイプ５がマフラ４のインナーパイプ４２に圧入されて両者が接続されているので、上述したのと同様に、接続部位である端部４２２，５２の当接部における応力耐性が十分に強化され、排気系１の耐久性を一層向上できる。
【００２４】
さらに、エンドプレート４３及びインナーパイプ４４が接続されて成るマフラ６とテールパイプ５も最大径が互いに異なる関係にあるが、テールパイプ５がマフラ６のインナーパイプ４４に圧入されて両者が接続されているので、この場合にも、接続部位である端部５２とインナーパイプ４４との当接部における応力耐性が十分に強化され、排気系１の耐久性を一層向上できる。
【００２５】
特に、マフラ４の最大径（つまりエンドプレート４１の最大径）が、テールパイプ５との接続部位である端部４１２の最大径（管径）の２倍以上のときに、その端部４１２への応力集中が極めて顕著となり易い傾向にある。よって、このような場合でも、振動入力によって生じた応力がエンドプレート４１、インナーパイプ４２、及びテールパイプ５の圧入面全体で受けられるので、応力耐性が十分に強化され、排気系１の耐久性を十分に高めることができる。
【００２６】
さらに、バーリング高さＨが好ましくは２０ｍｍ以上であると、端部４１２，４２２が当接する圧入面、つまり応力の受面の面積を確実に広くできるので、その接続部位ひいてはマフラ４及び排気系１の耐久性をより一層向上させ易くなる。
【００２７】
またさらに、マフラ６では、端部４３２のバーリング高さが短いときに、エンドプレート４３とインナーパイプ４４とを溶接で接合するようにしたので、製造上の制約によってバーリング高さを十分に確保できない場合でも、マフラ６とテールパイプ５との接続を圧入で行うことで両者の接続部位の応力耐性を高めることができる。また、バーリング高さが小さい分、端部４３２の重量が低減されるので、軽量化を図ることができる。
【００２８】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、本発明は、マフラ４，６とテールパイプ５との接続だけではなく、マフラ４，６とセンターパイプ３１，３２との接続、触媒コンバータ２１，２２とフロントパイプ１１，１２又はセンターパイプ３１，３２との接続に適用してもよい。また、排気系１がサブマフラを備える場合には、そのサブマフラと排気管との接続に本発明を適用してももちろんよい。さらに、Ｖ型エンジンに接続される排気系だけではなく、直列型エンジンに接続される排気系に本発明を用いてももちろんよい。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明による排気系構造は、重量の増加やコストの増大を抑えつつ、径が異なる構成部材同士の接続部位における応力への耐性を高めることができ、ひいては構成部材及び排気系全体の耐久性を向上できるので、内燃機関に接続された排気系等を備える車両等の機器、動機、設備等に広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による排気系構造の好適な一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１におけるII−II線に沿う断面の要部を模式的に示す図である。
【図３】図２に示すマフラと異なる形態のマフラを備える排気系の要部断面（図１に示すIII−III線に沿う断面）を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…排気系（排気系構造）、４，６…マフラ（構成部材）、５…テールパイプ（構成部材、排気管）、１１，１２…フロントパイプ、２１，２２…触媒コンバータ、３１，３２…センターパイプ、４１，４３…エンドプレート（構成部材）、４２，４４…インナーパイプ（構成部材）、４３…エンドプレート（構成部材）、５１，４２１…胴部、５２，４１２，４２２，４３２…端部、４１１，４３１…曲面部、W…溶接部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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