JP5762688B2 - 車両の排気パイプ構造 - Google Patents

Description

本発明は車両の排気システム構造に関し、より詳しくは、エンジンの両側から排出される排気ガスが互いに干渉することなく円滑に流動するように排気パイプの構造を改善して排気性能を向上させた車両の排気パイプ構造に関する。

車両は、エンジンの位置と駆動軸が前輪であるか後輪であるかにより、ＦＦ、ＦＲ、ＲＲ、４ＷＤなどに駆動方式が区分される。
前記のような駆動方式は各々長短所があるが、この中、乗用車両の場合、一般的にＦＲ（Ｆｒｏｎｔ ｅｎｇｉｎｅ、Ｒｅａｒ ｗｈｅｅｌ ｄｒｉｖｅ）と共にＦＦ（Ｆｒｏｎｔ ｅｎｇｉｎｅ、Ｆｒｏｎｔ ｗｈｅｅｌ ｄｒｉｖｅ）駆動方式が広く利用されている。

一方、乗用車両のエンジンの場合、シリンダー配置形態により、直列型エンジンとＶ型エンジンに区分することができる。この中、Ｖ型エンジンはシリンダーをクランク軸を中心にＶ字型に配列したものであり、エンジンの体積を減らすことが相対的に容易であり、気筒数が多く、排気量が大きいエンジンに適用される。
このようなＶ型エンジンが車両に取り付けられる場合、車両の駆動方式に応じて排気システムの配管構造は異なるように製作される。

図１に示された排気パイプはＦＦタイプの車両に適用される構造であり、図２に示された排気パイプはＦＲタイプの車両に適用される構造である。
図２に示すように、ＦＲタイプの車両は、エンジンシリンダーの配列が車両の前後方向に沿って配置されるようにエンジンが搭載されるため、エンジン両側のマニホールドから各々の排気パイプを長く延長させることができ、各々の排気パイプの中間に触媒コンバーター（ＵＣＣ：Ｕｎｄｅｒｂｏｄｙ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）（１２ａ、１２ｂ）を各々配置することができる。しかし、何よりも両側のマニホールド（１０ａ、１０ｂ）が合流する位置をエンジンのシリンダーから遠く配置して排気干渉を減らすことができる。

エンジンの各シリンダーから発生する燃焼ガスはシリンダーの点火順序に応じて発生する。前記燃焼ガスは排気バルブの開閉による燃焼ガスの密度差によって移動する。これを排気慣性効果といい、前記排気慣性効果は、排気バルブが閉じられる直前、シリンダー内の残留ガスを吸い込む現象であって、排気パイプの形状と配置によって差が発生する。例えば、１つのシリンダーの燃焼ガスが排気パイプを通過する時、他のシリンダーから排出された燃焼ガスが合流して干渉を起こすと燃焼ガスの排出効率が落ちる。したがって、このような排気干渉を減らすためには各シリンダーのマニホールドを十分に長く形成することも好ましいが、両側のマニホールドから排出される燃焼ガスがシリンダーと十分に遠い位置で合流するように排気システムを構成しなければならない。

しかし、図１に示すように、車体構造およびレイアウトを考慮してエンジンシリンダーの配列が車両と垂直をなすようにエンジンが配置されるＦＦタイプの車両においては、両側のマニホールド（１０ａ、１０ｂ）から排気される燃焼ガスが合流する部分（Ａ）が触媒コンバーター１２の前方に配置される。すなわち、図面に示すように、ＦＲタイプの車両においては、燃焼ガスが有害物質を濾過する触媒コンバーター（ＵＣＣ）を通過した後に合流するように構成されるが、ＦＦタイプの車両においては、触媒コンバーター（ＵＣＣ）に進入する前に既に燃焼ガスが合流するように構成される。したがって、ＦＦタイプ車両の排気システム構造は、ＦＲタイプ車両の排気システム構造より排気干渉の影響を大きく受ける。

前述したような理由により、ＦＦタイプ車両の排気パイプは、マニホールドから燃焼ガスが合流する位置までの長さが相対的に短いため、エンジンの低速回転領域においてトルクが低下する。
勿論、触媒コンバーターを後方に配置し、合流する部分をより後方に形成して排気干渉を減らすこともできるが、この場合、燃焼ガスの温度が下がって触媒コンバーターが正しく作動できない問題点が発生する。特許文献１参照。

特開２００４−３０８６４１号公報

本発明は前記のような点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、触媒コンバーターの位置を変更することなく、マニホールドに一体に構成されたＷＣＣ（Ｗａｒｍ−ｕｐ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を通過した燃焼ガスが触媒コンバーターに進入する前に最大限後方側において合流する排気パイプを提供することを主な目的とする。

前記目的を達成するための本発明の車両の排気パイプ構造は、エンジンの前方に配置された左側マニホールドとエンジンの後方に配置された右側マニホールドを触媒コンバーター（ＵＣＣ）に連結する車両の排気パイプ構造であって、
左側マニホールドを連結し、エンジンの後方に向かうように延びた左側排気パイプと、
右側マニホールドを連結し、エンジンの前方に向かうように形成された直線部、直線部において折り曲げられ、左側排気パイプに平行になるように配置された折曲部とからなる右側排気パイプと、
右側排気パイプの折曲部の末端と左側排気パイプの末端部とが各々連結され、内部で合流するように開通し、触媒コンバーター（ＵＣＣ）に連結される合流部と、を含んで構成され、
右側排気パイプの折曲部と左側排気パイプは、外周面において面接触して結合し、面接触する部分は各々が互いに対向する半円管（ｓｅｍｉ−ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｉｐｅ）形状に形成され、
合流部が右側排気パイプの後方に配置されるように折曲部の長さが直線部の長さより長く形成され、
左側排気パイプと折曲部の末端が上側に持ち上げられるように曲げられ、
合流部は、左側マニホールドと左側排気パイプとが連結する部位と、右側マニホールドと右側排気パイプとが連結する部位と、の何れの部位よりも相対的に上方に配置されたことを特徴とする。

また、前記折曲部は直線部の長さと同一であるかより長く形成され、合流部が右側排気パイプの後方に配置されるように折曲部の長さが直線部の長さより長く形成されることが好ましい。

前記合流部は左側排気パイプと右側排気パイプから伝達される振動を減殺させる絶縁部材を含んで構成され、前記絶縁部材を介して触媒コンバーターに連結されることを特徴とする。

さらに、前記右側排気パイプの折曲部と左側排気パイプに形成された半円管はハイドロフォーミング（Ｈｙｄｒｏ−ｆｏｒｍｉｎｇ）加工によって製造されることを特徴とする。

前記のような構成の本発明は、排気干渉を低下させ、低速および中速領域においてエンジンのトルクと燃費を向上させる効果があり、トルク増加によって発進加速性および運転性が向上する効果がある。

前記排気パイプはハイドロフォーミング工法によって加工された二つの半円管が互いに面接触する形態に構成され、従来の排気パイプに比べて性能は改善され、体積は増加しないので空間活用効率の面でより有利である。

さらに、一つのパイプで構成され、触媒コンバーターまで温度を損失させることなく、燃焼ガスを移送する効果がある。

ＦＦ車両に搭載される従来の排気パイプを示す斜視図である。 ＦＲ車両に搭載される従来の排気パイプを示す平面図である。 本発明の好ましい実施形態による排気パイプを示す斜視図である。 図３において点線で示された部分を拡大して示す平面図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 従来の排気パイプと本発明の排気パイプの適用に応じたエンジンのトルクを比較した試験データグラフである。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態による排気パイプの構造をより詳細に説明する。
図３を参照すれば、本発明の排気パイプは、左側マニホールド１０ｂがエンジンの前方、すなわち、車両の前方側に配置され、右側マニホールド１０ａがエンジンの後方に配置されたエンジンの下部において結合される。

前記排気パイプは、両側のマニホールド（１０ａ、１０ｂ）から発生した燃焼ガスを触媒コンバーター（ＵＣＣ）（図示せず）に伝達するように構成される。したがって、両側のマニホールド（１０ａ、１０ｂ）の下方に右側排気パイプ３０と左側排気パイプ２０が各々連結され、前記右側排気パイプ３０と左側排気パイプ２０の末端は、触媒コンバーターに連結される合流部４０において内部が開通するように形成される。

図示したように、前記左側排気パイプ２０は、右側排気パイプ３０の一側において部分的に折り曲げられ、エンジンの後方側（車両の後方側）に向かって長く延びる反面、右側排気パイプ３０は、エンジンの前方側に向かって１８０度に折り曲げられ、エンジンの後方側に向かうように形成される。すなわち、前記右側排気パイプ３０は、図示したように「Ｕ」字形状を有し、左側排気パイプ２０の一側において平行するように配置される。

参考に、本明細書においては、説明の便宜上、右側排気パイプ３０の折り曲げられた部分を基準に分割し、右側マニホールド１０ａに連結された部分を直線部３１といい、前記左側排気パイプ２０と隣接する部分を折曲部３２と定義する。

前記右側排気パイプ３０をこのように折り曲げて形成した理由は、前述したように、燃焼ガスの流動経路を増やして排気干渉現象をできるだけ減らすためである。前記左側排気パイプ２０と右側排気パイプ３０の折曲部３２は、一定区間から接して合流部４０のせん断まで密着するように結合される。図３で点線で示した区間は図４に示されており、図５は図４のＡ−Ａ断面図である。図示したように、左側排気パイプ２０と折曲部３２は一定区間から面接触するように密着して結合され、結合された部分の縦断面は半円形状に形成される。すなわち、左側排気パイプ２０と折曲部３２の面接触する部分は各々が円筒を垂直方向に二等分した半円管（ｓｅｍｉ−ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｉｐｅ）形状を有し、互いに対向するように結合して一つの円筒形状を有するように構成される。このように結合された左側排気パイプ２０と折曲部３２は、円筒形状を有する合流部において各々の末端が連結されて内部が開通する。参考に、図３に示すように、左側排気パイプ２０と折曲部３２の末端が上側に持ち上げられるように曲げられていることは、前述したように、排気干渉を減らすために長さを増やすためである。また、燃焼ガスが合流する位置をできるだけ車両の後方に配置するように、右側排気パイプ３０は直線部３１より折曲部３２の長さをより長く形成させることが好ましい。

一方、前記合流部４０は、前述したように、円筒形状の管（ｐｉｐｅ）であり、中間には燃焼ガスの移動に応じた騒音および振動を減殺させるための絶縁部材１１が設けられる。したがって、右側マニホールド１０ａと左側マニホールド１０ｂから収集される燃焼ガスは右側排気パイプ３０と左側排気パイプ２０を介して移動し、合流部４０において合流した後に絶縁部材１１を通過し、騒音と振動が減殺された状態で合流部４０に連結された触媒コンバーターに移動する。

このように、本発明に係る排気パイプは、折り曲げられる部分を含む各部分において曲げ圧力が均一に伝達されるように半円管形態がハイドロフォーミング（ｈｙｄｒｏ−ｆｏｒｍｉｎｇ）工法によって製造されることが好ましい。

図６は図１に示された従来の排気パイプと本発明に係る排気パイプの比較試験データグラフである。
図示したように、燃焼ガスが多く排出され、排気パイプ内で圧力がより高いｒｐｍ領域では特に差は出ないが、排気パイプ内で圧力が相対的に低いｒｐｍ領域では排気干渉現象が抑制され、本発明の排気パイプが従来の排気パイプより４〜８％のトルク向上があることを確認することができた。

以上のように、本明細書と図面に開示された実施形態は本発明の理解を助けるために特定例を提示したに過ぎず、本発明の範囲を制限しようとするものではない。ここに開示された実施形態の他に本発明の技術的思想に基づいた他の変形例が実施可能であることは、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者にとって明らかである。

本発明は、車両の排気システム構造に関し、排気性能を向上させる車両の排気パイプ構造の分野に適用できる。

２０ ・・・左側排気パイプ
３０ ・・・右側排気パイプ
４０ ・・・合流部

Claims (3)

1. エンジンの前方に配置された左側マニホールドとエンジンの後方に配置された右側マニホールドを触媒コンバーター（ＵＣＣ）に連結する車両の排気パイプ構造であって、
   前記左側マニホールドを連結し、エンジンの後方に向かうように延びた左側排気パイプと、
   前記右側マニホールドを連結し、エンジンの前方に向かうように形成された直線部、前記直線部において折り曲げられ、前記左側排気パイプに平行になるように配置された折曲部とからなる右側排気パイプと、
   前記右側排気パイプの折曲部の末端と前記左側排気パイプの末端部とが各々連結され、内部で合流するように開通し、前記触媒コンバーター（ＵＣＣ）に連結される合流部と、を含んで構成され、
   前記右側排気パイプの折曲部と前記左側排気パイプは、一定区間から接して、外周面において面接触して結合し、面接触する部分は各々が互いに対向する半円管（ｓｅｍｉ−ｃｉｒｃｕｌａｒ ｐｉｐｅ）形状に形成され、
   前記合流部が前記右側排気パイプの後方に配置されるように折曲部の長さが直線部の長さより長く形成され、
   前記左側排気パイプと折曲部の末端が上側に持ち上げられるように曲げられ、
   前記合流部は、左側マニホールドと左側排気パイプとが連結する部位と、右側マニホールドと右側排気パイプとが連結する部位と、の何れの部位よりも上方に配置されたことを特徴とする車両の排気パイプ構造。
2. 前記合流部は左側排気パイプと右側排気パイプから伝達される振動を減殺させる絶縁部材を含んで構成され、前記絶縁部材を介して前記触媒コンバーター（ＵＣＣ）に連結されることを特徴とする請求項１に記載の車両の排気パイプ構造。
3. 前記右側排気パイプの折曲部と左側排気パイプに形成された半円管は、ハイドロフォーミング（Ｈｙｄｒｏ−ｆｏｒｍｉｎｇ）加工によって製造されたことを特徴とする請求項１に記載の車両の排気パイプ構造。
   

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