JP5157782B2 - 車両の排気管構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両の排気管構造に関し、さらに詳しくは、車体後面にオフセット衝突を受けた場合の損傷を低減可能な車両の排気管構造に係わるものである。

車両前部にエンジンが搭載された車両では、排気マニホールドで集合された排気管は、車体中央下面のフロアトンネル内を通って車両後部に延び、車両後端部に配設されたマフラーを介して外気に連通されている。排気抵抗によるエンジンの出力損失を抑制するためには充分なマフラー容積を確保する必要があり、走行性能に重点を置いた車両では、車両後端部の左右両側にマフラーが設置され場合が多い。

このようなデュアルマフラータイプの車両の排気管は、一般に後部座席下の燃料タンク後方で分岐し、左右の分岐管を介して左右のマフラーに接続される。この分岐管のレイアウトとしては、車両中央から左右に対称に振り分けられるＹ字状またはＴ字状のレイアウトが一般的である（特許文献１参照）。

ところで、車両が他の走行車両による後面衝突を受ける場合、つまり追突される場合、車体後面にフルラップ衝突される場合とオフセット衝突される場合が想定される。例えば、前者は、車線停車中の車両に後続車が衝突する場合などが該当し、後者は、路肩停車中の車両に後続車が衝突する場合や、道路の合流地点や車線変更時における接触が該当し、この場合、運転席側後方または斜め後方からの追突が想定されことになる。

先述したデュアルマフラータイプの車両が、車体後面へのオフセット衝突を受ける場合、軽度の衝突であっても、車体後端部の衝突側に位置したマフラーには大きな荷重が作用し、マフラーと共に排気管全体が車両前方側へ押し出され、排気管上流側の一次サイレンサーや二次触媒の損傷が懸念される。特に、Ｙ字状レイアウトの分岐管を備えた車両では、分岐管を介して排気管を車両前方側へ押し出す力が強く働くため、上流側に配置された部品への影響が大きい。また、Ｔ字状の分岐管レイアウトでは、曲げ応力の集中による分岐部の破損が懸念される。

特開平９−８６１９３号公報

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、車体後部に斜め後方から衝撃荷重が作用した場合における排気管分岐部の損傷および排気管上流側の二次触媒や一次サイレンサーの損傷を低減可能な排気管構造を提供することにある。

上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、車両後端部の左右両側に配設されたマフラーと、車両前部に搭載されたエンジンの排気マニホールドから、後部座席下方に配設された燃料タンクの下側を通り、車両後部の分岐部まで延びる排気管と、前記分岐部から前記左右のマフラーに延びる左右の分岐管と、を備えた車両の排気管構造において、前記分岐部は、車幅方向の中央に対して前記左右いずれかのマフラー側にずれて配置され、前記排気管は、前記排気マニホールドから前記燃料タンク後端付近の車幅方向中央に位置した屈曲部まで延びかつ少なくともフロア前端部から前記屈曲部までの区間では車幅方向中央に直線的に配管された上流部と、前記屈曲部から前記分岐部に向かって斜めに配管された斜行部とを有し、前記左右の分岐管のうち対応するマフラーまでの距離が長い方の分岐管の長さが、前記斜行部の長さと略等しいことを特徴とする。

本発明の好適な態様では、前記各分岐管は、前記分岐部に連なる主要部分が車幅方向に直線的に配管されている。また、前記排気管は、前記屈曲部またはその近傍で角変位を許容する管継手を介して接続されている。その場合、前記左右のマフラーおよび前記左右の分岐管は、前記分岐部を中心とした水平面内の回転変位を許容すべく前後方向に変位可能に懸架されていることが好ましい。

本発明に係る車両の排気管構造は、上記特徴により、車体後部に後方または斜め後方から、長い方の分岐管に接続されたマフラー側にオフセットして衝撃荷重が作用し、当該マフラーが前方に移動することによって、分岐部を中心として長い方の分岐管を前方に回転させかつ排気管斜行部を側方に回転させるモーメントが生じた場合にも、当該分岐管の長さが相対的に長く設定されたことにより、当該分岐管および斜行部の回転角度が小さく抑えられ、排気管分岐部への曲げ応力が小さくなり、分岐部の損傷を低減できる。
また、排気管の屈曲部により、後方からの荷重に対する突っ張りが緩和され、排気管の前方への押出しとそれに伴う排気管上流側の二次触媒や一次サイレンサーの損傷を低減できる。
さらに、排気管の分岐部とそれに連なる斜行部が、車幅方向の中央に対して側方にずれて配置された構成により、当該部位の車幅方向中央にジャッキアップポイントを設置可能となる。通常、この部位には、リアサスペンションの支持フレーム（サブフレーム）が配設され、剛性の高い部位の車幅方向中央にジャッキアップポイントを設置することで、ジャッキアップ時の支持剛性および安定性を確保できる。

本発明において、前記各分岐管が、前記分岐部に連なる主要部分が車幅方向に直線的に配管されている態様では、車体後部に後方から衝撃荷重が作用した場合にも、各分岐管の主要部分への前方向への荷重が低減され、回転角度が小さく抑えられたことにより許容範囲の懸架の変位が伝達されるのみとなるので、排気管の前方への押出しとそれに伴う排気管上流側の二次触媒や一次サイレンサーの損傷を低減する上で有利である。

本発明において、前記排気管が、前記屈曲部またはその近傍で角変位を許容する管継手を介して接続されている態様では、車体後部に後方または斜め後方からオフセットして作用する衝撃荷重により、分岐部を中心として長い方の分岐管を前方に回転させかつ排気管斜行部を側方に回転させるモーメントが生じた場合に、管継手によって、排気管の上流部に対する斜行部の角変位が許容されることで、排気管上流側への荷重や振動の伝達が抑制され、排気管上流側の二次触媒や一次サイレンサーの損傷を一層低減できる。

本発明において、前記左右のマフラーおよび前記左右の分岐管が、前記分岐部を中心とした水平面内の回転変位を許容すべく前後方向に変位可能に懸架されている態様では、車体後部に後方または斜め後方からオフセットして作用する衝撃荷重により、分岐部を中心として長い方の分岐管を前方に回転させかつ排気管斜行部を側方に回転させるモーメントが生じた場合に、各分岐管の変位が許容されることで、分岐部への応力集中を緩和するうえで有利である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る排気管構造が実施される車両１をリアドア、クォーターパネル、およびリアフロアパネル９を除いた状態で左側上方から見た斜視図である。図において、車両１は、車体前部にエンジン１０が搭載されたフロントエンジン車であり、かつ、キャビン左側に運転席８１（図３）が設置された左ハンドル車である。運転席８１を含む前部座席の後方には、不図示の後部座席が設置され、該後部座席位置から後方のリアフロア９は、フロントフロア８より高位置に設定され、その両側部に沿って車体後部の構造要素であるリアフロアサイドメンバー１１，１１が配設されている。

リアフロアサイドメンバー１１，１１の後端には、それぞれ、車両後部の主要な衝撃吸収構造を構成するクラッシュボックス１５，１５が延設されており、左右のクラッシュボックス１５，１５の後端は、車幅方向に延在するリアバンパーメンバー１６で連結されている。図１に左側のみ示されているマフラー５（６）は、リアフロアサイドメンバー１１の後端付近と、クラッシュボックス１５の後端付近の前後２箇所において、後述する懸架手段により懸架されている。

左右のリアフロアサイドメンバー１１，１１の間には、車両前後方向に離間して３つのクロスメンバー１２，１３，１４が架設されている。最も前方に位置したリアフロアフロントクロスメンバー１２は、フロントフロア８とリアフロア９との間の段差部に車幅方向に延在しており、フロントフロア８の後端から傾斜して立ち上がり、上後端部においてリアフロア９の前端部に接合されている。

リアフロアフロントクロスメンバー１２とその後方に位置したリアフロアセンタークロスメンバー１３との間に画成される後部座席下のリアフロア下部空間に燃料タンク７が設置されている。燃料タンク７は、図２に示すように、リアフロアフロントクロスメンバー１２とリアフロアセンタークロスメンバー１３との間に架設された２本のベルトでリアフロア９の下側に支持されている。

リアフロアセンタークロスメンバー１３とその後方に位置したリアフロアリアクロスメンバー１４は、左右２箇所に架設されたリアフロアクロスメンバーブレース３４で相互に連結されている。これらリアフロアセンタークロスメンバー１３およびリアフロアリアクロスメンバー１４の下側には、図２に示すように、後輪用のサスペンションアームを枢支するサブフレーム１８が取付けられている。サブフレーム１８は、井桁状に構成され、その下面の車幅方向中央にジャッキアップポイント１９が設置されている。

図２は、本発明に係る排気管構造を実施した車両１の後部底面図である。図１に示したエンジン１０の排気マニホールドで集合された排気管２（２１）は、一次触媒２０（図１）を経由して、図２に示す車体中央下面のフロアトンネル８０内に直線的に延び、フロアトンネル８０内に設置された二次触媒３に接続され、燃料タンク７の下方でサブマフラー４（一次サイレンサー）に接続されている。

排気管２１は、サブマフラー４の下流側の燃料タンク７の後端付近で、ボールジョイント２２を介して斜行部２３に接続されている。斜行部２３は、ボールジョイント２２の直後で屈曲し、車幅方向中央に対して運転席８１側（図示例では左側）にオフセットされた分岐部２４に向かって斜めに配管され、分岐部２４にて左右の分岐管２５，２６に分岐している。

各分岐管２５，２６は、分岐部２４から左右両側に向かって直線的に延び、左右のマフラー５，６の前方でそれぞれ上後方に屈曲してマフラー５，６の前端側に接続されている。マフラー５，６の後端から後方に延出したテールパイプ２７，２８の各先端部は、それぞれ、リアバンパー１７（バンパーフェイシア）を貫通する左右の開口部７７，７８に臨んで開口されており、該各開口部７７，７８を通じて排気ガスを車両後方に排出可能である。

図４は、車両後部の排気管レイアウトを示している。図示のように、本発明に係る排気管構造では、左右の分岐管２５，２６のうち、車幅方向左側（図４では右側）に延びる長い方の分岐管２５は、分岐部２３から車幅方向に直線的に延びる主要部分の長さｂ（車幅方向の距離）が、斜行部２３の長さａ（直線距離）とほぼ同じに設定されている。

一方、図２に示すように、排気管２の斜行部２２は、サブフレーム１８を前後に跨ぐように配管され、左右の分岐管２５，２６は、サブフレーム１８の後方に位置したスペアタイヤハウス９０の前部に沿って車幅方向に配管されている。この部分の排気管２の懸架手段としては、図４に示すように、斜行部２３の前方寄りの部分にハンガー２３ａが固着され、左右の分岐管２５，２６の各マフラー５，６との接続部分にそれぞれハンガー２５ａ，２６ａが固着され、さらに、左右のマフラー５，６の後上部にそれぞれハンガー５ａ，６ａが固着されている。

斜行部２３のハンガー２３ａは、リアフロアセンタークロスメンバー１３（図２）の下部に設けたブラケットに車幅方向の移動を許容した状態で取り付けられている。これに対して、左右の分岐管２５，２６のハンガー２５ａ，２６ａは、左右のリアフロアサイドメンバー１１，１１の後端付近に設けたブラケットに車両前後方向の移動を許容した状態で取り付けられ、かつ、左右のマフラー５，６のハンガー５ａ，６ａは、左右のクラッシュボックス１５，１５の後端付近に設けたブラケットに車両前後方向の移動を許容した状態で取り付けられている。なお、各ハンガーの移動を許容する懸架手段としては、各ハンガーと車体側ブラケットとの間に弾性部材を介在させその弾性変形や回動を利用する弾性懸架を利用できる。

車両が他の走行車両の後面衝突を受ける場合、運転席側後方または斜め後方からのオフセット衝突の可能性が高いことは既に述べた。例えば、図３に示すように、右側走行の高速道路などで右側からランプ合流する車両１（左ハンドル）に、走行車線を高速走行中の車両７０が追突する場合や、右側走行の道路の右路肩に停車中の車両１に、後続車両７０（衝突試験機のバリア）が追突する場合、車両１には、車体後部の運転席８１側の斜め後方から衝撃荷重が作用することになる。

その場合、図４（底面図）に示すように、運転席８１側のテールパイプ２７およびマフラー５に衝撃荷重が作用すると、分岐管２５には、分岐部２４を中心として前方に回転するモーメントが生じ、これに伴い、排気管２の斜行部２３には、分岐部２４を中心として側方に回転しようとするモーメントが生じることになる。
その際の回転角度θは、マフラー５の移動量をｘ、分岐管２５の長さｂをとすると、
θ＝ａｔａｎ（ｘ／ｂ）
であるので、分岐管２５の長さｂが長い程、回転角度θが小さくなり、分岐部２４の損傷を低減することができる。
図示例のように、左右の分岐管２５，２６の長さの比が２：１の場合（すなわち左側の分岐管２５の長さｂが右側の分岐管２６の長さの２倍の場合）には、左右の分岐管２５，２６の長さが等しい場合（すなわち車幅方向の中央に分岐部２４が配置されている場合）に比べて回転角度θを２５％以上低減され、分岐部２４の曲げ応力が軽減される。

ここで、斜行部２３の長さａが分岐管２５の主要部分の長さｂよりも有意に短い場合には、分岐部２４に図示例と同程度のオフセットを確保しようとすると、その分、斜行部２３の傾斜角度を大きくする必要が生じる。斜行部２３の傾斜角度が大きいと、図４に示されるように、分岐管２５側のマフラー５に後方から荷重が作用した場合に、分岐管２５の前方への回転に伴う斜行部２３の側方への回転によって、斜行部２３前端のボールジョイント２２が前方に移動する成分が多くなり、排気管２１が上流側に押出されて二次触媒３やサブマフラー４を破損させる傾向が大きくなる。

一方、斜行部２３の長さａが分岐管２５の主要部分の長さｂよりも有意に長い場合には、分岐管２５の前方への回転に伴う斜行部の側方への回転によって、斜行部２３前端のボールジョイント２２の側方への移動量が大きくなり、燃料タンク７の下側にクリアランスを大きく確保する必要が生じ、設計の自由度が損なわれる。また、分岐部２４のオフセットを図示例と同程度に留めようとすると、斜行部２３の傾斜角度が小さくなり、後方からの荷重によって排気管２１が直接的に上流側に押出される成分が多くなり、二次触媒３やサブマフラー４を破損させる傾向が大きくなる。

上記のような理由から、斜行部２３の長さａが分岐管２５の主要部分の長さｂと同程度に設定されることが好ましく、斜行部２３の設置状態における水平面内での傾斜角度は、車両前後方向に対して１０〜２０度に設定されることが好ましい。このような排気管レイアウトは、車体後面にフルラップ衝突を受けた場合には、排気管２の屈曲部（２２）が左側（図４中右側）に変位することによって、排気管２１の上流側への押出を緩和でき、二次触媒３やサブマフラー４の損傷を低減する上でも有利である。

また、分岐管２５および斜行部２３に分岐部２４を中心とした前述したようなモーメントが生じた場合に、斜行部２３がハンガー２３ａを介して車幅方向の移動が許容された状態で懸架され、かつ、斜行部２３と排気管２１とがボールシール２２を介して角変位を許容した状態で接続されていることにより、斜行部２３および排気管２１は、側方（図４中左方）に変位可能であり、この変位によっても、分岐部２４の曲げ応力が軽減されることになる。

さらに、分岐部２４を中心とした上記のようなモーメントが生じた場合に、図４に示すように、分岐部２４に分岐管２６を介して接続されている右側のマフラー６には、相対的に車両後方に向かう応力を生じるが、分岐管２６およびマフラー６が、ハンガー２６ａおよび６ａを介して、車両前後方向の移動が許容されるように懸架されていることにより、分岐管２６およびマフラー６が車両後方に変位でき、この変位によっても、分岐部２４の曲げ応力が軽減されることになる。

また、本発明に係る排気管２は、斜行部２３が、車幅方向中央に対して左側にオフセットされた分岐部２４に向かって斜めに配管された構成により、サブフレーム１８の車幅方向中央へのジャッキアップポイント１９の設置に支障が無いばかりか、ジャッキアップポイント１９へのジャッキのアクセスが容易となり、安定的にジャッキアップを行う上で有利である。

以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。

本発明に係る排気管構造が実施される車両をリアドアおよびクォーターパネルを除いた状態で側上方から見た斜視図である。 本発明に係る排気管構造を実施した車両後部を示す底面図である。 車体後部に斜め後方から衝撃荷重が作用する状況を示す平面図である。 本発明に係る排気管構造を示す要部底面図である。

符号の説明

１ 車両
２，２１ 排気管
３ 二次触媒
４ サブマフラー（一次サイレンサー）
５，６ マフラー
５ａ，６ａ，２３ａ，２５ａ，２６ａ ハンガー
７ 燃料タンク
９ リアフロアパネル
１０ エンジン
１１ リアフロアサイドメンバー
１５ クラッシュボックス
１６ リアバンパーメンバー
１７ リアバンパー
１８ サブフレーム
１９ ジャッキアップポイント
２０ 一次触媒
２２ ボールジョイント（管継手、屈曲部）
２３ 斜行部
２４ 分岐部
２５，２６ 分岐管
２７，２８ テールパイプ

Claims (5)

1. 車両後端部の左右両側に配設されたマフラーと、
   車両前部に搭載されたエンジンの排気マニホールドから、後部座席下方に配設された燃料タンクの下側を通り、車両後部の分岐部まで延びる排気管と、
   前記分岐部から前記左右のマフラーに延びる左右の分岐管と、
   を備えた車両の排気管構造において、
   前記分岐部は、車幅方向の中央に対して前記左右いずれかのマフラー側にずれて配置され、前記排気管は、前記排気マニホールドから前記燃料タンク後端付近の車幅方向中央に位置した屈曲部まで延びかつ少なくともフロア前端部から前記屈曲部までの区間では車幅方向中央に直線的に配管された上流部と、前記屈曲部から前記分岐部に向かって斜めに配管された斜行部とを有し、前記左右の分岐管のうち対応するマフラーまでの距離が長い方の分岐管の長さが、前記斜行部の長さと略等しいことを特徴とする車両の排気管構造。
2. 前記各分岐管は、前記分岐部に連なる主要部分が車幅方向に直線的に配管されていることを特徴する請求項１に記載の車両の排気管構造。
3. 前記排気管は、前記屈曲部またはその近傍で角変位を許容する管継手を介して接続されていることを特徴する請求項１に記載の車両の排気管構造。
4. 前記左右のマフラーおよび前記左右の分岐管は、前記分岐部を中心とした水平面内の回転変位を許容すべく前後方向に変位可能に懸架されていることを特徴する請求項３に記載の車両の排気管構造。
5. 前記分岐部は、車幅方向の中央に対して運転席と反対側にずれて配置され、前記左右の分岐管のうち、運転席側に配管された長い方の分岐管の長さが、前記斜行部の長さと略等しいことを特徴する請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両の排気管構造。

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