JPH06108832A - 自動車の排気管構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 それぞれ触媒が配設されて、運転状態に応じ
て選択的に使用される第１、第２排気管を有する自動車
の排気管構造において、この種の排気管に必要とされる
フレキシブルジョイント部を１箇所だけとして、エンジ
ンルームもしくは車体床下における省スペース化を図る
と共に、上記触媒の排気浄化効率を向上させる。 【構成】 下流側に三元触媒１８が配設されているエン
ジン低回転時用の第１中間排気管１２を、下流側にＮＯ
ｘ触媒１８が配設されているエンジン高回転時用の第２
排気管１３内に挿通して、両排気管１２，１３を熱交換
可能に合体させると共に、この合体部分に両排気管１
２，１３のフレキシブルジョイント２０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動車の排気管構造、特
に運転状態に応じて選択的に排気ガスを排出する２系統
の排気管を有する自動車の排気管構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用のエンジンにおいては、
排気通路を例えば排気ガスの高温時用の通路と低温時用
の通路とに分割し、それぞれの通路に排気ガス温度に応
じた排気浄化特性を有する触媒装置を備えると共に、こ
れらの通路をエンジンの運転状態ないし排気ガス温度に
応じて選択的に使用することにより、排気浄化効率を一
層向上させることが試みられている。

【０００３】このような技術の一例として、例えば特開
平３−２７５９２３号公報によれば、２サイクルエンジ
ンの流出物制御装置として、排気ガスを排気行程の最初
に排出される比較的高温のブローダウンガスと、その後
に排出される比較的低温の掃気ガスとに分離してそれぞ
れ排出する２系統の排気通路を設け、ブローダウンガス
を排出する通路に第１触媒コンバータを配設すると共
に、両通路の合流部より下流側に第２触媒コンバータを
配設した構成が開示されている。

【０００４】これによれば、エンジン始動時に、高温の
ブローダウンガスにより第１触媒コンバータが迅速に作
動温度まで加熱されると共に、この第１触媒コンバータ
の加熱作用によって上記ブローダウンガスがさらに加熱
されることにより、第２触媒コンバータも一層速やかに
作動温度に達する、とされている。

【０００５】また、自動車用４サイクルエンジンの排気
管構造としては、２つの三元触媒を直列に配設した排気
管と、ＮＯｘ触媒と三元触媒とを直列に配設した排気管
とを備え、ＣＯ（一酸化炭素）やＨＣ（炭化水素）の排
出量が多くなるエンジンの低回転時ないし排気ガスの低
温時には前者の排気管を使用し、またＮＯｘ（窒素酸化
物）の排出量が多くなるエンジンの高回転時ないし排気
ガスの高温時には後者の排気管を使用することにより、
上記ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘのいずれに対しても高い浄化効
率が得られるようにしたものが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、自動車用エ
ンジンの場合、排気管は車体前部のエンジンから車体後
端部にかけて配設されるのが通例であって、これを一連
の剛体として構成して車体に結合した場合、車体の撓み
により、該排気管に曲げや捩じり等の大きな応力が作用
することになり、これが排気管の耐久性を低下させる原
因となるのである。

【０００７】そこで、この種の排気管は上流側部分と下
流側部分とに分割し、その両者をフレキシブルなジョイ
ントで結合するように構成されるのであるが、上記のよ
うに排気管が２系統に分割されている場合には、このフ
レキシブルジョイントを２つの排気管にそれぞれ設けな
ければならないことになる。そのため、エンジンルーム
内もしくは車体の床下に大きなスペースを確保しなけれ
ばならなくなる等、排気系統のレイアウト上の問題が発
生するのである。

【０００８】また、排気管を２系統として、エンジンの
運転状態に応じて選択的に使用するようにした場合、使
用されていない方の排気管は当該自動車の走行に伴う走
行風等によって冷却されることになる。そのため、エン
ジンの運転状態が切り換わって、その排気管の使用を開
始した直後に、排気ガスの温度が低下してしまって当該
排気管に設置されている触媒の温度が活性温度まで速や
かに上昇しないことになり、そのため、該触媒の排気浄
化効率が一時的に低下するのである。

【０００９】そこで、本発明は、２系統の排気管を有す
る自動車用エンジンの排気管構造において、これらの排
気管のフレキシブルジョイント部をコンパクト化して、
エンジンルーム内もしくは車体床下における省スペース
化を図り、併せて触媒の排気浄化効率を向上させること
を課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明に係る自動車の排気管構造は次のように構成
したことを特徴とする。

【００１１】まず、本願の請求項１に係る発明（以下、
第１発明という）は、２つの高温活性型触媒が直列に配
設された第１排気管と、上流側に低温活性型触媒が、下
流側に高温活性型触媒がそれぞれ配設された第２排気管
とを有し、エンジンの運転状態に応じて上記両排気管を
選択して排気ガスを排出するように構成されたものにお
いて、上記第１排気管における２つの高温活性型触媒の
配設部の中間部分と、第２排気管における低温活性型触
媒の配設部より上流側の部分とを熱交換可能に合体し、
その合体部分に、両排気管の上流側部分と下流側部分と
を折曲可能に接続するフレキシブルジョイントを設けた
ことを特徴とする。

【００１２】また、請求項２に係る発明（以下、第２発
明という）は、上記第１発明における第１、第２排気管
の合体部分を、第２排気管の内部に第１排気管を挿通し
た二重構造としたことを特徴とする。

【００１３】さらに、請求項３に係る発明（以下、第３
発明という）は、上記第１発明もしくは第２発明におい
て、第１排気管の下流部に配設された高温活性型触媒
と、第２排気管の下流部に配設された高温活性型触媒と
を共用するように構成したことを特徴とする。

【００１４】そして、請求項４に係る発明（以下、第４
発明という）は、上記第１発明、第２発明もしくは第３
発明における高温活性型触媒として三元触媒を用い、低
温活性型触媒としてＮＯｘ触媒を用いたことを特徴とす
る。

【００１５】

【作用】上記の構成によれば、第１〜第４発明のいずれ
によっても、第１、第２排気管が所定の部位で合体され
ると共に、その合体部分にフレキシブルジョイントが設
けられるので、排気管が２系統に分割されているにもか
かわらず、これらの排気管のフレキシブルジョイント部
が１箇所となる。したがって、２つの排気管にそれぞれ
フレキシブルジョイントを設ける場合よりエンジンルー
ム内もしくは車体床下のスペースが節約されることにな
る。

【００１６】また、上記第１、第２排気管の合体部分に
おいては、両排気管間での熱交換が可能とされるから、
排気ガスが一方の排気管を通過しているときに、その熱
で他方の排気管が予め加熱されることになる。したがっ
て、排気ガスを通過させる排気管が切り換わったとき
に、排気ガスの温度の低下が防止されて、下流側に配設
されている触媒の温度が直ちに活性温度まで上昇し、或
は該触媒の温度の低下が防止されることになり、排気管
の切り換わり直後から良好な排気浄化効率が得られるこ
とになる。

【００１７】そして、特に第２発明によれば、第１、第
２排気管の合体部分を、その合体部分より下流側に高温
活性型触媒のみが配設されている第１排気管を第２排気
管の内部に挿通する構成としたから、排気ガスが第２排
気管を通って排出されているときに、その熱で第１排気
管が効果的に加熱されると共に、この第１排気管の使用
に切り換わったときに、該第１排気管の下流部の高温活
性型触媒に高温の排気ガスが供給されて、該触媒が直ち
に活性状態となるのである。

【００１８】また、第３発明によれば、第１排気管の下
流部に配設された高温活性型触媒と、第２排気管の下流
部に配設された高温活性型触媒とを共用するようにした
から、この高温活性型触媒が有効に使用されて、両排気
管の下流部にそれぞれ高温活性型触媒を備える場合よ
り、当該排気系統の構成が簡素化されることになる。

【００１９】さらに、第４発明においては、上記高温活
性型触媒として三元触媒を用い、低温活性型触媒として
ＮＯｘ触媒を用いるので、これらの触媒の排気浄化作用
により、排気ガス中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘが、いずれも
効率よく除去されることになる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００２１】図１は自動車に搭載されたエンジン１の排
気系統を示すもので、このエンジン１は車体２の前部の
エンジンルーム３に収容されていると共に、その排気系
統１０が、該エンジン１の前方からその下方に回り込ん
だ後、上記エンジンルーム３内から車体２の床下空間４
を通って該車体２の後端部に導かれている。

【００２２】この排気系統１０は、上記エンジン１の排
気ポートに接続された上流側排気管１１と、該上流側排
気管１１が分岐されてなる第１、第２中間排気管１２，
１３と、該第１、第２中間排気管１２，１３が合流して
車体後端部まで延びる下流側排気管１４とで構成されて
いる。

【００２３】そして、上記第１、第２中間排気管１２，
１３の分岐部Ｘには、これらの排気管１２，１３を上流
側排気管１１に選択的に連通させる切り換え装置１５が
設けられていると共に、第１中間排気管１２における上
記分岐部Ｘの直下流部には下流側には第１三元触媒１６
が設置されている。また、第２中間排気管１３における
第１中間排気管１２との合流部Ｙの直上流部にはＮＯｘ
触媒１７が設置されていると共に、第１、第２中間排気
管１２，１３の合流部Ｙの直下流部における下流側排気
管１４には第２三元触媒１８が設置されている。

【００２４】ここで、上記第１、第２三元触媒１６，１
８は、ＣＯ，ＨＣ及びＮＯｘに対して浄化作用を有する
もので、図２に示すように、排気ガスの高温時に高い浄
化効率を示す高温活性型の触媒であり、また、ＮＯｘ触
媒１７は、もっぱらＮＯｘに対して浄化作用を有するも
ので、図３に示すように、排気ガスの低温時に高い浄化
効率を示す低温活性型の触媒である。

【００２５】一方、この排気系統１０においては、上記
第１中間排気管１２が、第１三元触媒１６の配設部より
下流側で第２中間排気管１３内に突入し、該第２中間排
気管１３内を通過した後、該第２中間排気管１３におけ
るＮＯｘ触媒１７の配設部の直上流部から外部に突出す
るように設けられている。そして、第２中間排気管１３
におけるＮＯｘ触媒１７の側方を通過した後、その下流
側の合流部Ｙで該第２中間排気管１３と合流するように
なっている。つまり、第１中間排気管１２における第１
三元触媒１６の配設部から第２中間排気管１３との合流
部Ｙまでの間の所定の部分と、第２中間排気管１３にお
ける第１中間排気管１２との分岐部ＸからＮＯｘ触媒１
７の配設部までの間の所定の部分とが、前者を内側、後
者を外側として、二重構造とされているのである。

【００２６】そして、この二重構造部分に、図４に拡大
して示すような両中間排気管１２，１３の上、下流部を
折曲可能に連結するフレキシブルジョイント２０が設け
られているのであり、次に、このフレキシブルジョイン
ト２０の構造について説明する。

【００２７】図５に示すように、第１、第２中間排気管
１２，１３の二重構造部分において、両排気管１２，１
３は上流側部分１２ａ，１３ａと下流側部分１２ｂ，１
３ｂとに分割されていると共に、第１中間排気管１２の
上流側部分１２ａにおける下流端部には小径の球面状拡
開部２１が設けられ、また、第２中間排気管１３の上流
側部分１３ａにおける同じく下流端部には大径の球面状
拡開部２２が設けられて、両拡開部２１，２２が同心状
に配置されている。

【００２８】また、第１中間排気管１２の下流側部分１
２ｂにおける上流端部には、先端に開口部２３ａが設け
られた小径の中空球体部２３が設けられ、また、第２中
間排気管１３の下流側部分１３ｂにおける上流端部に
は、同じく先端に開口部２４ａが設けられた大径の中空
球体部２４が設けられて、後者の球体部２４内に前者の
球体部２３が同心状に位置するように配置されている。
その場合に、第１中間排気管１２の上流側部分１２ａに
おける球面状拡開部２１の内面と、下流側部分１２ｂに
おける球体部２３の外面とは径が等しくされ、また、第
２中間排気管１３の上流側部分１３ａにおける球面状拡
開部２２の内面と、下流側部分１３ｂにおける球体部２
４の外面も径が等しくされている。

【００２９】そして、第１中間排気管１２の上流側部分
１２ａにおける球面状拡開部２１に、同じく第１中間排
気管１２の下流側部分１２ｂにおける球体部２３の先端
が球面接触で密接されて、上流側部分１２ａにおける管
内通路が、下流側部分１２ｂの球体部２３における開口
部２３ａ及び該球体部２３内を介して下流側部分１２ｂ
の管内通路に連通されている。同様に、第２中間排気管
１３の上流側部分１３ａにおける球面状拡開部２２に、
同じく第２中間排気管１３の下流側部分１３ｂにおける
球体部２４の先端が球面接触で密接されて、上流側部分
１３ａにおける管内通路が、下流側部分１３ｂの球体部
２４における開口部２４ａ及び該球体部２４内を介して
下流側部分１３ｂの管内通路に連通されている。

【００３０】その場合に、両中間排気管１２，１３の下
流側部分１２ｂ，１３ｂにおける球体部２３，２４は同
心状に配置されており、かつ、これらの球体部２３，２
４に上流側部分１２ａ，１３ａの拡開部２１，２２がそ
れぞれ球面接触しているから、両排気管１２，１３の上
流側部分１２ａ，１３ａと下流側部分１２ｂ，１３ｂと
が、それぞれ一体化した状態で、上記両球体部２３，２
４の共通の中心点を中心として、かつ、２箇所の球面接
触部を密接状態に保持しながら、互いに任意の方向に折
れ曲がり可能となっているのである。

【００３１】さらに、二重構造の外側に位置する第２中
間排気管１３の上流側部分１３ａにおける球面状拡開部
２２の外周と、該拡開部２２に球面接触する同じく第２
中間排気管１３の下流側部分１３ｂにおける球体部２４
の外周とには、互いに一定の間隙ａを隔てて対向する第
１、第２フランジ部２５，２６が設けられている。そし
て、両フランジ部２５，２６は、周方向の複数箇所で連
結ピン２７…２７によって連結されているが、これらの
連結ピン２７…２７は、第１フランジ部２５に固着さ
れ、かつ、第２フランジ部２６に設けられた孔内を隙間
を設けて貫通されて、上記のような第１、第２中間排気
間１２，１３の上流側部分１２ａ，１３ａと下流側部分
１２ｂ，１３ｂとの折れ曲がりを許容するようになって
いる。そして、各連結ピン２７…２７の端部と第２フラ
ンジ部２６との間に装着されたスプリング２８…２８に
より、両フランジ部２５，２６が互いに接近するよう
に、つまり、第１、第２中間排気管１２，１３の上、下
流側部分における各対応する拡開部２１，２２と球体部
２３，２４とが密接するように付勢されている。

【００３２】以上の構成に加えて、この排気系統には、
図１に示す切り換え装置１５を作動させるコントロール
ユニット３０が備えられ、このコントロールユニット３
０にエンジン回転数を検出するセンサ３１からの信号が
入力されるようになっている。

【００３３】そして、このコントロールユニット３０
は、エンジン回転数が所定値以下の低回転時には、上流
側排気管１１を第１中間排気管１２に連通させ、エンジ
ン回転数が上記所定値以上の高回転時には、上流側排気
管１１を第２中間排気管１３に連通させるように作動す
る。

【００３４】次に、この実施例の作用を説明する。

【００３５】エンジン回転数が所定値以下の低回転時に
は、コントロールユニット３０からの信号で切り換え装
置１５が上流側排気管１１を第１中間排気管１２に連通
させるので、エンジン１から排出される排気ガスは、上
記上流側排気管１１、第１中間排気管１２及び下流側排
気管１４を通って排出されることになる。その場合に、
第１中間排気管１２には第１三元触媒１６が、下流側排
気管１４には第２三元触媒１８がそれぞれ設置されてい
るので、特に低回転時に排出量が多くなるＣＯ，ＨＣが
これら２つの三元触媒１６，１８によって効果的に除去
されることになるまた、エンジン回転数が所定値以上の
高回転時には、上記切り換え装置１５がコントロールユ
ニット３０からの信号で上流側排気管１１を第２中間排
気管１３に連通させるので、排気ガスは、上流側排気管
１１から第２中間排気管１３及び下流側排気管１４を通
って排出されることになる。その場合に、第２中間排気
管１３には、ＮＯｘ触媒１７が設置され、また、下流側
排気管１４には上記のように第２三元触媒１８が設置さ
れているので、ＣＯ，ＨＣと共に、特に高回転時に排出
量が多くなるＮＯｘが効果的に除去されることになる。

【００３６】さらに、上記の構成によれば、第１中間排
気管１２における第１三元触媒１６の配設部の下流側か
ら第２中間排気管１３との合流部Ｙまでの間の所定の部
分と、第２中間排気管１３における第１中間排気管１２
との分岐部ＸからＮＯｘ触媒１７の配設部の上流部まで
の間の所定の部分とが二重構造とされて、第１中間排気
管１２の上記部分が第２中間排気管１３内を通過してい
るので、第２中間排気間１３を通って排気ガスが排出さ
れるエンジンの高回転時に、その排気ガスの熱によって
内側の第１中間排気管１２が効果的に加熱されることに
なる。そのため、次にエンジン回転数が所定値以下に低
下して、排気ガスが第１中間排気管１２によって排出さ
れる状態となったときに、該第１中間排気管１２は予め
加熱されているので、その内部を通過する排気ガスが加
熱され、或は温度の低下が抑制されることになる。これ
により、下流側排気管１４に設置された高温活性型の第
２三元触媒１８に、排気管の切り換わり直後から高温の
排気ガスが供給されることになって、該第２三元触媒１
８直ちに良好な排気浄化性能を発揮することになるので
ある。

【００３７】また、上記の構成によれば、第１中間排気
管１２と第２中間排気管１３とで２重構造とされている
部分にフレキシブルジョイント２０が設けられているの
で、排気管が２系統に分割されているにもかかわらず該
ジョイント部分が１箇所となり、したがって、エンジン
ルーム２ないし車体１の床下空間４における省スペース
化が実現されることになる。

【００３８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、排気管が
運転状態に応じて選択的に使用される第１、第２排気管
に分割されているにもかかわらず、両排気管が所定の部
位で合体されているので、この種の排気管に必要とされ
るフレキシブルジョイント部が１箇所だけとなる。した
がって、２つの排気管にそれぞれフレキシブルジョイン
トを設ける場合に比較して、エンジンルーム内もしくは
車体床下のスペースが節約され、或は当該排気系統のレ
イアウトが容易化されることになる。

【００３９】また、上記第１、第２排気管の合体部分に
おいては、両排気管間で熱交換が行われるから、排気ガ
スが一方の排気管を通過しているときに、その熱で他方
の排気管が予め加熱されることになり、したがって、排
気ガスを通過させる排気管が切り換わったときに、下流
側に配設されている触媒に直ちに高温の排気ガスが供給
されることになって、該触媒が排気管の切り換え直後か
ら良好な排気浄化性能を発揮することになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例における概略排気系統図で
ある。

【図２】 三元触媒の浄化効率特性図である。

【図３】 ＮＯｘ触媒の浄化効率特性図である。

【図４】 フレキシブルジョイント部の外観斜視図で
ある。

【図５】 同横断平面図である。

【符号の説明】

１ エンジン １２ 第１排気管（第１中間排気管） １３ 第２排気管（第２中間排気管） １６，１８ 高温活性型触媒（三元触媒） １７ 低温活性型触媒（ＮＯｘ触媒） ２０ フレキシブルジョイント

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０１Ｎ 7/08 Ａ Ｆ Ｆ１６Ｌ 27/10 Ｚ 7123−3Ｊ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの高温活性型触媒が直列に配設され
   た第１排気管と、上流側に低温活性型触媒が、下流側に
   高温活性型触媒がそれぞれ配設された第２排気管とを有
   し、エンジンの運転状態に応じて上記両排気管を選択し
   て排気ガスを排出するようになっている自動車の排気管
   構造であって、上記第１排気管における２つの高温活性
   型触媒の配設部の中間部分と、第２排気管における低温
   活性型触媒の配設部より上流側の部分とが熱交換可能に
   合体され、その合体部分に、両排気管の上流側部分と下
   流側部分とを折曲可能に接続するフレキシブルジョイン
   トが設けられていることを特徴とする自動車の排気管構
   造。
2. 【請求項２】 第１、第２排気管の合体部分は、第２排
   気管の内部に第１排気管を挿通した二重構造とされてい
   る請求項１に記載の自動車の排気管構造。
3. 【請求項３】 第１排気管の下流部に配設された高温活
   性型触媒と、第２排気管の下流部に配設された高温活性
   型触媒とが共用されている請求項１または請求項２に記
   載の自動車の排気管構造。
4. 【請求項４】 高温活性型触媒は三元触媒であり、低温
   活性型触媒はＮＯｘ触媒である請求項１から請求項３の
   いずれかに記載の自動車の排気管構造。