JPH0742853B2 - 燃焼エンジン用排気システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃焼エンジン用の排気システムに関する。

これまでに知られている排気システム、例えば、動力車
に用いられる排気システムは、排気管のみならず消音装
置も含んでいる。当該排気管は、通常、一定のタイプの
車両に合うようにされた長さと延長部を有する少なくと
も２本の管体を有する。上記排気管のこれらの管体の互
いに隣接し合う端部間に、消音装置が締付け継手によっ
て取付けられる。当該締付け継手は、Ｕ字形状部材を一
般に有し、当該Ｕ字形状部材に対して締付け部材が、２
個のナットによって固着させられる。ここで更に言及し
なければならぬ点は、排気を清浄化するための触媒装置
が、排気システムの一定のタイプのものに含まれ、そし
て当該触媒位置が、上記排気管の管体の互いに隣接し合
う端部間で、消音装置に附属的に取付けられるという点
である。排気の清浄化を触媒を用いて実施する動力車用
の排気システムは、従って、排気マニホールドから伸び
る第１排気管体と、触媒装置と、短い排気管体と、第１
消音装置と、短い排気管体と、第２消音装置と、最終排
気管体とを有する。このような排気システムは、一定タ
イプの車両に対して用いられるように製造され、それ
故、その他のタイプの車両に対しては用いることができ
ない。その結果、無数のタイプの排気システムが製造さ
れ用意されており、それらの排気システムの１つ１つ
は、特定の自動車モデルに対して用いられるように特殊
化されている。更に、一定の自動車モデルについても、
その製造年度によって当該自動車モデル間には相違が存
在する。

これらの既知のタイプの排気システムに関する不利点は
多数有り、そして主要な不利点としては、明らかに無数
のタイプの排気システムを製造し用意しなければならな
いという点が存在する。即ち、これらの既知のタイプの
排気システムにおいては、排気管の長さや、消音装置の
タイプや、触媒装置のタイプなどが無数に存在する。

更に、別の不利点は、排気システムに含まれる部品間に
存在する継手が無数にある点である。これらの無数の継
手は、気密上の問題を引き起こしたり、疲労或は腐蝕に
よって引き起こされる損傷の発生部位となる。腐蝕によ
って引き起こされる損傷の問題は、従来のタイプの排気
システムにおいて顕著であり、特に、短距離の走行にお
いては、凝縮した液状の腐蝕性生成物が形成されて、当
該生成物が排気システム内に残存するために、上記損傷
の問題は顕著になる。互いに結合させられた部品を、個
々に分離することが困難になることが従来の排気システ
ムにおいてはしばしば発生するが、このような場合に
は、排気システムに含まれる部品の１つが損傷しても、
その部分だけを交換することができなくなる。どうして
も交換したい場合には、切断するしかないが、そうする
と、隣接する部分が当該切断に際して損傷するので、こ
れらの隣接部品と共に問題の部品を交換せざるを得な
い。また、よく知られているように、古い損傷した排気
システムを新しい排気システムと交換する際には、最終
的な排気管体の長さの調節を当該排気管体を加熱して曲
げることによって行なわねばならないために、しばしば
ガス溶接装置又は同様の熱源を用いなければならない。
排気管から外方に伸びる消音装置及び触媒装置が比較的
に大きな横断面積を有する場合、凹凸のある路面を車両
が通行する時に、これらの消音装置及び触媒装置が損傷
を受けることがあり、ある場合には、排気システム全体
が引張られて緩んだり又は損傷を受けたりする。排気ガ
スを清浄化するために用いられる触媒装置は、特に損傷
を受け易い。なぜならば、触媒装置に含まれる薄肉のセ
ラミック体に圧力や打撃力を加えてはならないからであ
る。触媒装置の交換に要する費用は、相当に高額であ
る。

本発明の目的は、使用上の種々の要求に応えることがで
き、それ故、種々の車両モデルの要求にも応えることが
できる排気システムを開示することである。本発明に従
った排気モデルは、従来用いられていた継手部材を有さ
ず、単に一本の特定の長さの管を有し、所望の縦軸方向
に伸びた形状に当該管を成形するに際して、熱源を利用
する必要がない。更に、エンジンの効率を最大限に高め
るために、全ての個々のタイプのエンジンに対して排気
システムを合わせる上で必要とされる排気の背圧の調整
が、本発明の排気システムにおいては実施可能である。
当該排気システムの横断面積は、実質的に不変に保た
れ、その際、従来においては生じていた例えば、消音装
置などのタイプの横断面積の増加は全くない。更に、本
発明の排気システムにおいては、一般に用いられる技術
と比較すると、相当に低コストで排気の清浄化を触媒を
用いて達成することが可能であり、そして存在する凝結
した腐蝕性生成物を排気システムから実質的に完全に除
去することも可能である。

本発明に従った排気システムは、主に次の点において特
徴付けられる。すなわち、当該排気システムは、縦軸方
向に伸びる管状部材と少なくとも１つの挿入物とを有
し、該管状部材は、波形部分と交互に配置される多数の
平滑部分を有する第１端部から該縦軸方向に伸び、該第
１端部は、燃焼エンジンの排気マニホールドに対して取
付け易いように配置され、又、該挿入物は、該縦軸方向
に伸びる該管状部材の中に挿入可能に配置されて、挿入
された位置において、挿入された該挿入物とそれを取り
囲む該管状部材との間における望ましくは摩擦接触のみ
の手段によって、保持され、更に、該挿入物は、該燃焼
エンジンから該管状部材を通って流れる排気の化学組織
を触媒作用によって変え、そして／または排気の流れ特
性を変えることによって該排気の音響レベルを下げる。

本発明に従った排気システムの実施例の多くを、以下、
添付図面を参照しながら更に詳細に説明する。

第１図は本発明に従った排気管の一実施例の斜視図であ
り、 第２図は本発明に従った排気システムを有する自動車の
大略的な側面図と平面図との組合せを示し、 第3A図は当該排気システムの管状の外部部品の斜視図で
あり、 第3B図は第3A図に示されたタイプの管状の外部部品の中
に矢印方向に挿入されるようにされた挿入物の一実施例
の斜視図であり、 第3C図は第3B図に示された挿入物の一部の拡大斜視図で
あり、 第3D図は第3B図に示された挿入物の続きの一部の、第3C
図に対応する斜視図であり、 第４図は挿入物の第２実施例の平面図と、排気管内に収
められた当該挿入物の第２実施例の縦断面および横断面
との組合せを示し、 第５図は挿入物の第３実施例の斜視図と、排気管内に収
められた当該挿入物の第３実施例の縦断面および横断面
との組合せを示し、 第６図は挿入物の第４実施例の、第５図に対応する組合
わせ図である。

本発明に従った排気システムは、外部ケーシングを含
む。当該外部ケーシングは、縦軸方向に伸びる管状部材
を完成ユニット１として有する。当該完成ユニット１
は、交互するように配置された平滑部分2,2′と波形部
分3,3′とを有する。望ましくは、波形部分3,3′は、管
状部材１を部分的にのみ取り囲むように配置され、それ
によって、第１図においてＡで示される通り、管状部材
１の縦軸方向に伸びる平滑で且つ無波形の部分を形成す
る。

このような管状部材１は、比較的に薄肉の金属シート材
から、望ましくはステンレス鋼から作られる。そして、
波形部分3,3′が存在するので、例えば、第２図に例示
されるように、所望の縦軸方向の伸長形状に容易に、管
状部材１を成形することができる。管状部材１が上記の
無波形部Ａを有する場合には、当該無波形部Ａは、下方
に位置されて、車両に設備された際には、地面に隣接す
る部品として配置される。管状部材１の燃焼エンジンへ
の取付けは、燃焼エンジンに隣接する少なくとも１つの
端部を無波形の平滑部分2,2′とすることによって可能
にされる。

消音効果を得るために、第１図および第２図を参照して
説明した管状部材１（以下、排気管１という）は、音波
を減衰させる挿入物をも有する必要がある。このような
挿入物は、排気管１に取付けることができる。このよう
な挿入物と、その取付方法を、第3A図乃至第3D図に示
す。

このような取付けは、望ましくは、排気管１が実質的に
直線的に伸長（第3A図）している時に、完成ユニット４
としての挿入物を、排気管１の一端部から当該排気管１
内に挿入することによって実施される。このような挿入
物４は、伸縮性のある織られた糸状の材料からなる緩衝
材部品5,5′であって、縦軸方向に伸びる部材を有す
る。緩衝材部品5,5′は、球状や、管状や又はその他の
望ましい形状の本体を取り囲む。上記その他の望ましい
形状の本体には、１つ又は幾つかの貫通穴を有する本体
や、多孔性構造を有する本体や糸状材料から形成された
本体なども含まれる。これらの本体は、望ましくは、セ
ラミック材から製造されるが、その他の耐熱材からも明
らかに製造され得る。特に、糸状材料から形成される本
体は、明らかに金属材料から製造することが望ましい。
この糸状材料は、望ましくは、内部の構成が不規則にさ
れることによって、鋼綿に類似した形状に成形される。

排気管１内への挿入に際して、挿入物４の第１端部は、
紐或はそれと同様のものに取付けられる。この紐或はそ
れと同様のものが、排気管１内に通される。当該紐が引
張られると、挿入物４は引き伸ばされて長くなり、そし
てそれ故、挿入物４の直径が減少して、望ましくは、排
気管１の内部面積よりも小さな横断面積を挿入物４が有
するまで挿入物４の直径が減少する。このように紐を引
張ったままにしておくことにより、挿入物４を排気管１
内の適当な位置まで移動させることができる。その移動
後、挿入物４を引き伸ばしていた力を除去する。そうす
ると、挿入物４の緩衝材部品5,5′の弾性によって、挿
入物４の長さが縮んで挿入物４の直径が増大させられ
る。それによって、これらの緩衝材部品5,5′が排気管
１の内面に押圧される。挿入物４の直径方向の膨張を、
第Ｂ図および第3D図に示す挿入物４に含まれる所定の部
品について矢印で示す。非膨張部分として第3B図および
第3D図において示される挿入物４の部分は、第3C図に示
す通り、螺旋形状に捩られた金属帯片６から作られる。
この金属帯片６は、長さ方向に緩衝材部品5,5′に結合
される。この結合状態を、第3D図に示す。

排気管１には、波形部分3,3′が存在するので、緩衝材
部品5,5′は、排気管１の内面を、極めて大きな把握力
でもってしっかりと把握し、それによって、挿入物４が
排気管１内を動くことを防ぐ。緩衝材部品5,5′は、燃
焼ガスの通過を許容する詰め物の本体を有し、そして上
記の螺旋形状に捩られた金属帯片６と組合わされて、音
の良好な減衰効果を発揮する。緩衝材部品5,5′の間の
間隔は、望ましくは不均等にされ、それによって音の減
衰効果が高められる。

上記の緩衝材部品5,5′に、例えば、セラミック製の本
体を充填することができる。このセラミック製の本体
は、白金で被覆されることによって、排気を清浄化する
触媒として働く。この白金の被覆を、中間に位置する螺
旋形状に捩じられた金属帯片６に施すこともできること
は明らかである。既に知られている通り、白金タイプの
触媒を効果的に作用させるためには、250乃至300℃の範
囲の温度に当該触媒を加熱する必要がある。それ故、排
気システムの全長にわたって当該触媒を設けることによ
り、当該触媒の一部が常に望ましい温度域に存在させら
れるという利益が得られる。但し、上記被覆は、必ずし
も白金製である必要はなく、白金−ロジウム製であって
も又はその他の既知の触媒材料製であっても良い。

螺旋形状に捩じられた金属帯片６以外のタイプの挿入物
手段も用いることができる。例えば、第４図に示す通
り、互いに結合された円形片７からなる帯片も用いるこ
とができる。当該帯片７は、表面を一部穴をあけされて
おり、そして、排気管１内にジグザグ状に収められ、そ
の際に、互いに隣接する円形片７の穴部が上下方向に互
いに違いに配置され、それによって、排気の流れ方向が
連続的に変化させられて音の良好な減衰特性が得られ
る。ジグザグ形状に屈曲させられた上記帯片７もまた、
排気管１の内面に対して大きな把握力を発揮し、特に排
気管１の波形部分3,3′において大きな把握力を発揮す
る。この帯片７を引き伸ばして長くすることにより、排
気管１内に帯片７を容易に挿入することができる。そし
て、挿入後、帯片７の弾性によって、帯片７は排気管１
内の所望の位置に設置される。

更に、別の実施例を第５図に示す。当該実施例は、互い
に結合された円錐片８からなる帯片を有する。この帯片
において、円錐片８は互い違いの向きに配列される。そ
の他の点では、当該実施例は、第４図の実施例に対応し
ている。即ち、各円錐片８は、表面の一部を穴あけされ
ており、且つ、排気管１内にジグザグ形状に収められ、
そして、排気管１内への取付けは、第４図に参照して説
明したのと同様の方法で行なわれる。

第６図は、更に別の実施例を示す。当該実施例は、多数
の円錐形部材9,9′を有する。これらの円錐形部材9,9′
の各々は、表面の一部を穴あけされており、且つ、各々
の中央部を通って伸びる紐すなわちワイアー10によって
相互に結合される。円錐形部材9,9′の互いに隣接し合
うものの穴あけ部は、上下方向に互い違いに配列され、
それによって排気の流れが連続的に変化させられる。円
錐形部材9,9′は、排気管１内の内面に対して、特にそ
の波形部分3,3′において、明らかに大きな把握力を発
揮する。

第６図を参照して説明した実施例において言及した紐す
なわちワイアー10を、第４図および第５図を参照して説
明した実施例に関連させて用いることができることは明
らかである。この紐すなわちワイヤー10は、外方の円形
片７或は円錐片８にそれぞれ結合され、そして挿入物４
の両端において、これらの外方の片７或は片８に引張力
を加えることによって、これらの片7,8が更に隣接し合
う位置を占めるようにさせ、それによって、排気管１の
内面に対する挿入物４の把握力が更に向上させられる。

上記において図示され説明された挿入物４の各々の実施
例は、種々の方法で更に変化させることができ、そして
交互に組合わすこともでき、更に、それらの形状も又変
形可能である。更に、上記において説明された穴あけ部
を、他の形状を有する貫通凹所或は周辺切欠き部と置換
えることも可能である。挿入物４に含まれる部品を、少
なくとも一本の紐すなわちワイアー10で相互に結合する
場合、当該部品の形状を、第６図に示される円錐形部品
9,9′の形状と異ならせることもできる。更にその上、
第４図乃至第６図に示された実施例は、それらの変形例
と共に、記述の緩衝材部品5,5′と組合せて使用するこ
とも可能である。これらの緩衝材部品5,5′を相互に結
合させて用いることも可能である。排気を触媒に用いて
清浄化させるために、挿入物は常に、完全に又は部分的
に、白金製か、白金−ロジウム製か又はその他の触媒材
料製かのいずれかからなる被覆によって覆われ得る。

無波形部Ａに言及すると、当該無波形部Ａは、排気シス
テムの下部として上記において説明されている。無波形
Ａによって、排気システムから、凝結した液状生成物を
容易に排出させることができる。更に、排気システムを
通って流れる排気に対して、無波形部Ａを動かすことも
できる。継手は全く存在せず、排気システムは、凝結し
た排気の生成物が集積されて腐蝕性損傷の原因となる
「ポケット」を形成する横断面積の変化を全く有さない
単一部材を有する。排気システムをステンレス鋼から作
ることによって、腐蝕性損傷に対する排気システムの抵
抗力を高めることができる。設置に際しては、排気管と
挿入物の長さだけ調節すればよいので、排気システムの
全体のコストも低い。本発明に係る排気システムの重量
も低く維持することができる。なぜならば、用いられて
いる材料の肉厚が、従来の排気システムのそれに比して
相当に薄いからである。

挿入物４のタイプとその長さとを適当に選択することに
よって、排気システムの排気の背圧を調整して、ある特
定のエンジン回転域において、当該排気システムに結合
されたエンジンの効率を最大限に高めることもできる。
このような排気システムの背圧の調整は、通常は自動車
競技においてのみ用いられる比較的に高価な調整された
排気システムにおいてのみ実施される。本発明に係る排
気システムにおいては、上記に対応する背圧の調整を容
易に実施することができる。更に、挿入物４の適切なタ
イプやその適切な長さのデータを、現在の自動車モデル
の種々のタイプを全てカバーする表として供給すること
ができる。

明らかに、必要に応じて、挿入物４を排気管１内から除
去することも可能であり、又、緩衝材部品5,5′に、白
金か又は同様の物質によって被覆されたセラミック製の
本体を充填したり、又は、当該セラミック製の本体を緩
衝材部品5,5′から取り出して清掃したり、あるいは当
該本体の被覆を再処理して排気の清浄化を当該本体にや
らせたりすることができる。

本発明に係る排気システムの上記実施例は、下記の請求
の範囲に記載された本発明の範囲内の非限定的な実施例
としてのみ記載されたものであるので、記述の通り、明
らかに、更に変形させることができる。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】下記の点において特徴付けられる燃焼エン
   ジン用の排気システムであって、該排気システムは、縦
   軸方向に伸びる管状部材（１）と、少なくとも１つの挿
   入物（４）とを有し、該管状部材（１）は、波形部分
   （3,3′）と交互に配置される多数の平滑部分（2,2′）
   を有する第１端部から該縦軸方向に伸び、該第１端部
   は、燃焼エンジンの排気マニホールドに対して取付け易
   いように配置され、該挿入物（４）は、該縦軸方向に伸
   びる該管状部材（１）の中に挿入可能にされて、挿入さ
   れた位置において、挿入された該挿入物（４）とそれを
   取り囲む管状部材（１）との間における望ましくは摩擦
   接触のみの手段によって保持され、更に該挿入物（４）
   は、該燃焼エンジンから該管状部材（１）を通って流れ
   る排気の化学組成を、触媒作用によって変化させ、そし
   て／または、該排気の流れ特性を変化させることによっ
   て、排気の音響レベルを低下させることを特徴とする燃
   焼エンジンの排気システム。
2. 【請求項２】該挿入物（４）が、自己の長さを増大させ
   る外力にさらされた時に、該管状部材（１）の内部横断
   面積の大きさよりも小さい横断面積を有し、そして該外
   力が除去された際に、該管状部材（１）の該内部横断面
   積の大きさに対応する大きさか又はそれよりも大きな横
   断面積を有する特許請求の範囲第１項記載の排気システ
   ム。
3. 【請求項３】該挿入物（４）が、完全に又は部分的に、
   弾性を有する織られた糸状材料からなる緩衝材部品（5,
   5′）から構成され、該緩衝材部品（5,5′）が本体を取
   り囲み、該本体が球状か管状か或はその他の望ましい形
   状を有し、更に、１つ又は多数の貫通孔を有する形状
   か、多孔性構造を有する形状か或は糸状材料からなる形
   状を該本体がとる特許請求の範囲第２項記載の排気シス
   テム。
4. 【請求項４】該挿入物（４）が、完全に又は部分的に、
   螺旋状に伸びた金属帯片（６）から構成される特許請求
   の範囲第２項記載の排気システム。
5. 【請求項５】該挿入物（４）が、完全に又は部分的に、
   実質的に平面の広がりを有する相互に結合された部分
   （７）を含むジグザグに伸びた帯片から構成される特許
   請求の範囲第２項記載の排気システム。
6. 【請求項６】該挿入物（４）が、完全に又は部分的に、
   円錐状又はその他の形態に変形された広がりを有する相
   互に結合された部分（８）を含むジグザグに伸びた帯片
   から構成される特許請求の範囲第２項記載の排気システ
   ム。
7. 【請求項７】該挿入物（４）が、完全に又は部分的に、
   少なくとも一本の紐或はワイアー（10）によって相互に
   結合され、且つ平面状か、円錐状か或はその他の形状に
   変形された表面を有する互いに隔てられた多数の座金状
   部分（9,9′）によって構成される特許請求の範囲第２
   項記載の排気システム。
8. 【請求項８】該挿入物（４）に含まれる該帯片（６）或
   は該部分（7,8,9,9′）が、少なくとも一部穴あけされ
   た表面を有するか又は排気を流通させるための凹所或は
   それと同様のものを備えている特許請求の範囲第４項乃
   至第７項記載の排気システム。
9. 【請求項９】該挿入物（４）に含まれる該帯片（６）或
   は該部分（7,8,9,9′）が、触媒作用に有する材料、例
   えば白金や、白金−ロジウムや、それと同様な材料から
   なる層によって被覆されている特許請求の範囲第１項乃
   至第８項記載の排気システム。
10. 【請求項１０】該縦軸方向に伸びる該管状部材（１）の
    該波形部（3,3′）が、無波形部（Ａ）を有し、該無波
    形部（Ａ）は、該無波形部（2,2′）に一致し、且つ該
    管状部材（１）の縦軸方向に伸びる平滑部分を形成して
    該排気システムが設置された際に下面として位置付けら
    れる特許請求の範囲第１項乃至第９項記載の排気システ
    ム。