JP2009275711A

JP2009275711A - 排気構造

Info

Publication number: JP2009275711A
Application number: JP2009193241A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Mabuchi; 知樹馬渕; Eiji Asai; 英二浅井; Mitsuo Suzuki; 光郎鈴木; Koji Matsuoka; 弘二松岡
Original assignee: Toyota Motor Corp; Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2009-08-24
Filing date: 2009-08-24
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】荷重入力時に入力排気管と支持排気管との結合を維持する。
【解決手段】排気構造１０では、エンジンからの排気が、各フロントパイプ１２、メインマフラ１６、リヤパイプ３８、サブマフラ４０及びテールパイプ４６を経て車両外へ送出される。ここで、リヤパイプ３８がサブマフラ４０及びテールパイプ４６を介して支持部材４８によって車体側に支持されると共に、メインマフラ１６の排出パイプ３２とリヤパイプ３８とがメインマフラ１６よりも車両後側にて圧入によって結合されている。これにより、メインマフラ１６に車両後側への荷重が入力された際には、リヤパイプ３８が車両後側への移動を阻止された状態でメインマフラ１６とリヤパイプ３８との圧入位置に圧入方向への荷重が作用するため、メインマフラ１６とリヤパイプ３８との結合を維持できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の排気構造に関する。

一般的な自動車の排気構造では、車体側からの排気が送り出されるエキゾーストパイプの車両後方端部にマフラーが結合されている（例えば、特許文献１参照）。

この排気構造では、一般に、エキゾーストパイプの全周にマフラーの周壁が溶接によって結合されることで、車両の路面干渉時にマフラーに車両後側への荷重が入力された際でも、エキゾーストパイプとマフラーとの結合が解除されることはない。

しかしながら、エキゾーストパイプとマフラーとは、線接合であり、疲労強度が他の部位に比べて小さく、肉厚を厚くする等の対策が必要になる。

さらに、エキゾーストパイプとマフラーとの結合部分における溶接のバラツキにより、エキゾーストパイプとマフラーとの結合強度のバラツキが大きい。

また、エキゾーストパイプとマフラーとの結合部分における溶接に錆びが発生しやすく、見栄えが悪くなる。

そこで、溶接以外のエキゾーストパイプとマフラーとの結合手段が望まれるが、マフラーの路面干渉時における荷重入力にも耐える結合手段は存在しなかった。

特開２００１−３２３８０９公報

本発明は、上記事実を考慮し、入力排気管とこれに連なり車体へ支持されている支持排気管とを圧入によって結合し、しかも入力排気管に軸方向の荷重が入力された際にも両排気管の結合を維持できる排気構造を得ることが目的である。

請求項１に記載の排気構造は、車体側からの排気を送出し、荷重が入力される入力排気管と、前記入力排気管の前記荷重入力方向に沿った端部に圧入によって結合されると共に、前記入力排気管以外の部分で車体に支持され、前記入力排気管との間で排気を通す支持排気管と、を備えている。

請求項２に記載の排気構造は、請求項１に記載の排気構造において、前記入力排気管と前記支持排気管との間の圧入量が軸方向圧縮力で増大可能なクリアランスが設けられた、ことを特徴としている。

請求項３に記載の排気構造は、請求項１又は請求項２に記載の排気構造において、前記入力排気管及び支持排気管の少なくとも一方の圧入位置近傍に設けられ、軸方向圧縮力で圧入される圧入量を制限する制限部を有する、ことを特徴としている。

請求項４に記載の排気構造は、車体側からの排気を送出し、荷重が入力される入力排気管と、前記入力排気管と圧入及び焼き付きによって結合されると共に、前記入力排気管以外の部分で車体に支持され、前記入力排気管との間で換気を通す支持排気管と、を備えている。

請求項１に記載の排気構造では、入力排気管と支持排気管とが結合されており、車体側からの排気が入力排気管及び支持排気管を経て送出される。また、入力排気管に荷重が入力される。

ここで、支持排気管が入力排気管以外の部分で車体に支持されると共に、入力排気管の荷重入力方向に沿った端部に支持排気管が圧入によって結合されている。

このため、入力排気管に荷重が入力された際には、支持排気管が移動を阻止された状態で、入力排気管と支持排気管との圧入位置に圧入方向側への荷重が作用する。これにより、入力排気管と支持排気管との結合を確実に維持できる。

請求項２に記載の排気構造では、入力排気管と支持排気管との間の圧入量が軸方向圧縮力（圧入力）で増大可能なクリアランスが設けられている。このため、入力排気管に荷重が入力された際に、入力排気管と支持排気管との間の圧入量が増大して、入力排気管及び支持排気管の何れか一方に拡大変形力が作用すると共に、入力排気管及び支持排気管の何れか他方に収縮変形力が作用する。これにより、入力排気管と支持排気管との結合力が向上され、入力排気管と支持排気管との結合を一層確実に維持できる。

請求項３に記載の排気構造では、入力排気管及び支持排気管の少なくとも一方の圧入位置近傍に設けられた制限部が、軸方向圧縮力（圧入力）で圧入される圧入量を制限する。このため、入力排気管に荷重が入力された際には、入力排気管と支持排気管との間の圧入量が制限されるため、入力排気管と支持排気管との相対位置変更を抑制できる。

請求項４に記載の排気構造では、入力排気管と支持排気管とが結合されており、車体側からの排気が入力排気管及び支持排気管を経て送出される。また、入力排気管に荷重が入力される。

ここで、支持排気管が入力排気管以外の部分で車体に支持されると共に、入力排気管と支持排気管とが圧入のみならず焼き付きによっても結合されている。

このため、入力排気管の荷重入力方向に沿った端部に支持排気管が結合された場合には、入力排気管に荷重が入力された際に、支持排気管が移動を阻止された状態で、入力排気管と支持排気管との圧入位置に圧入方向側への荷重が作用する。これにより、入力排気管と支持排気管との結合を確実に維持できる。

一方、入力排気管の反荷重入力方向に沿った端部に支持排気管が結合された場合には、入力排気管に荷重が入力された際に、支持排気管が移動を阻止された状態で、入力排気管と支持排気管との圧入位置に圧入方向の反対側への荷重が作用しても、入力排気管と支持排気管との結合を維持できる。

本発明の実施の形態に係る排気構造を示す車両左側から見た側面図である。本発明の実施の形態に係る排気構造を示す車両下側から見た底面図である。本発明の実施の形態に係る排気構造におけるメインマフラを示す車両下側から見た断面図である。本発明の実施の形態に係る排気構造における排出パイプとリヤパイプとの結合部分を示す車両左側から見た側面図である。本発明の実施の形態に係る排気構造の第１別例に係る第１パイプと第２パイプとの結合部分（リブが形成されたもの）を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ部分の拡大図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。本発明の実施の形態に係る排気構造の第２別例に係る第１パイプと第２パイプとの結合部分（凹部が形成されたもの）を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。本発明の実施の形態における実験例で使用する本発明が適用された第１パイプと第２パイプとの結合部分（リブ及び凹部が形成されていないもの）を示す断面図である。本発明の実施の形態における実験例の実験状況を示す一部破断した側面図である。本発明の実施の形態における実験例の実験結果を示すグラフである。本発明の実施の形態における実験例において第１パイプと第２パイプとの結合部分（リブ及び凹部が形成されていないもの）から第１パイプが抜かれた際の第２パイプを示す斜視図であり、（Ａ）は、当該結合部分が加熱されずに常温にされた場合であり、（Ｂ）は、当該結合部分が４００℃に加熱された場合であり、（Ｃ）は、当該結合部分が４００℃に加熱された後に常温に戻された場合である。ステンレス（ＳＵＳ４０９ＬＴ）の引張強度と温度との関係を示すグラフである。

図１には、本発明の実施の形態に係る車両（自動車）の排気構造１０が車両左側から見た側面図にて示されており、図２には、排気構造１０が車両下側から見た底面図にて示されている。なお、図面では、車両前方を矢印ＦＲで示し、車両後方を矢印ＲＥで示す。

本実施の形態に係る排気構造１０は、支持排気管としての円管状のフロントパイプ１２を一対備えており、各フロントパイプ１２の一端１２Ａは、車体側に設けられたエンジンの排気口（図示省略）に固定されて、車体側に支持されている。各フロントパイプ１２の中間部分には、触媒コンバータ１４が設けられており、エンジンの排気口から送出された排気が触媒コンバータ１４によって浄化される。

各フロントパイプ１２の他端１２Ｂは、入力排気管としての略楕円筒形容器状のメインマフラ１６（消音器）の一端１６Ａ側へ連結されており、メインマフラ１６は、弾性体としてのゴム（図示省略）によって車体側に吊り下げられている。

図３に示す如く、メインマフラ１６内には、連結管としての円管状の入気パイプ１７が一対設けられており、各入気パイプ１７は、一端１７Ａがメインマフラ１６の一端１６Ａから外部へ突出すると共に、一端１７Ａ近傍がメインマフラ１６の周壁に溶接されている。各入気パイプ１７の一端１７Ａには各フロントパイプ１２の他端１２Ｂが結合されており、各フロントパイプ１２の他端１２Ｂは、各入気パイプ１７の一端１７Ａ内に大荷重（例えば２トンから４トンの荷重）で圧入されて面接合されている。

メインマフラ１６内には車両前側から順に隔壁１８、２０、２２が設けられており、これにより、メインマフラ１６内が車両前側から順に隔室２４、２６、２８、３０に分割されている。隔壁１８、２０、２２には各入気パイプ１７が貫通されており、各入気パイプ１７の他端１７Ｂ縁は閉塞されると共に、各入気パイプ１７の隔室２８配置部分には複数の小孔（図示省略）が貫通形成されている。また、隔壁１８、２０には、所定数の貫通孔（図示省略）が貫通形成されている。

メインマフラ１６内には、結合管としての円管状の排出パイプ３２が設けられており、排出パイプ３２は、隔壁２０、２２を貫通して、一端３２Ａが隔室２６に配置されている。排出パイプ３２の他端３２Ｂはメインマフラ１６の他端１６Ｂから外部へ突出しており、排出パイプ３２の他端３２Ｂ近傍はメインマフラ１６の周壁に溶接されている。

このため、各フロントパイプ１２から各入気パイプ１７へ送出された排気は、各入気パイプ１７の複数の小孔、隔室２８、隔壁２０の貫通孔及び隔室２６を介して、又は、各入気パイプ１７の複数の小孔、隔室２８、隔壁２０の貫通孔、隔室２６、隔壁１８の貫通孔、隔室２４、隔壁１８の貫通孔及び隔室２６を介して、排出パイプ３２へ送出される。これにより、排気が膨張、共鳴、干渉等されて、エンジンの排気音が低減される。

なお、各入気パイプ１７は隔壁１８、２０、２２に軽荷重で圧入されると共に、排出パイプ３２は隔壁２０、２２に軽荷重で圧入されており、これにより、各入気パイプ１７及び排出パイプ３２と隔壁１８、２０、２２との間の熱膨張差に基づく応力の発生が緩和される。

図４に示す如く、排出パイプ３２の他端３２Ｂには、車両前側から順に、制限部としての拡径テーパ部３４、及び大径部３６が形成されており、排出パイプ３２の他端３２Ｂは、拡径テーパ部３４で車両後側へ向かうに従い径が徐々に大きくされて、大径部３６では同一外径とされている。

排出パイプ３２の他端３２Ｂには、大径部３６において、支持排気管としての円管状のリヤパイプ３８の一端３８Ａが結合されており、リヤパイプ３８の一端３８Ａは、大径部３６内に大荷重（例えば２トンから４トンの荷重）で圧入されて面接合されている。これにより、排出パイプ３２から送出された排気がリヤパイプ３８へ送出される。また、リヤパイプ３８の一端３８Ａは大径部３６内の一部に圧入されており、リヤパイプ３８の一端３８Ａと拡径テーパ部３４との間にはクリアランス３９が設けられている。

図１及び図２に示す如く、リヤパイプ３８の他端３８Ｂには、入力排気管としての略円筒形容器状のサブマフラ４０（消音器）の一端４０Ａが結合されており、リヤパイプ３８の他端３８Ｂは、サブマフラ４０の一端４０Ａ内に大荷重（例えば２トンから４トンの荷重）で圧入されて面接合されている。サブマフラ４０中央部分の径はリヤパイプ３８の径よりも大きくされており、これにより、リヤパイプ３８から送出された排気がサブマフラ４０で膨張、共鳴、干渉等されて、エンジンの排気音が一層低減される。サブマフラ４０の他端４０Ｂには、車両前側から順に、制限部としての縮径テーパ部４２、及び小径部４４が形成されており、サブマフラ４０の他端４０Ｂは、縮径テーパ部４２で車両後側へ向かうに従い径が徐々に小さくされて、小径部４４で外径が小さくされている。

サブマフラ４０の小径部４４には、支持排気管としての円管状のテールパイプ４６の一端４６Ａが結合されており、サブマフラ４０の小径部４４全体は、テールパイプ４６の一端４６Ａ内に大荷重（例えば２トンから４トンの荷重）で圧入されて面接合されている。これにより、サブマフラ４０から送出された排気がテールパイプ４６を介してテールパイプ４６の他端４６Ｂから車両外へ送出される。テールパイプ４６は車体側に支持部材４８によって支持（固定）されており、これにより、リヤパイプ３８及びサブマフラ４０がテールパイプ４６を介して車体側に支持されている。

また、車両の運転によるエンジンの排気によって、各入気パイプ１７の一端１７Ａと各フロントパイプ１２の他端１２Ｂとの圧入部分、排出パイプ３２の他端３２Ｂとリヤパイプ３８の一端３８Ａとの圧入部分、サブマフラ４０の一端４０Ａとリヤパイプ３８の他端３８Ｂとの圧入部分、及び、サブマフラ４０の他端４０Ｂとテールパイプ４６の一端４６Ａとの圧入部分が、所定温度（例えば４００℃）以上に加熱されて焼き付けられている（溶融されることなく原子レベルで互いに接触している部分が加熱によって接合されている）。

さらに、上記メインマフラ１６の下面及び上記サブマフラ４０の下面は車両底部の最下部を構成しており、車両の前進中に車両の底部が路面に干渉する際には、メインマフラ１６やサブマフラ４０が路面に干渉して、メインマフラ１６やサブマフラ４０に荷重が車両後側へ入力される構成である。

次に、本実施の形態の作用を説明する。

以上の構成の排気構造１０では、エンジンの排気口に一端１２Ａが接続された各フロントパイプ１２の他端１２Ｂにメインマフラ１６の各入気パイプ１７が結合されると共に、メインマフラ１６の排出パイプ３２にリヤパイプ３８の一端３８Ａが結合されている。さらに、リヤパイプ３８の他端３８Ｂにサブマフラ４０の一端４０Ａが結合されると共に、サブマフラ４０の他端４０Ｂにテールパイプ４６の一端４６Ａが結合されている。これにより、エンジンの排気口からの排気は、各フロントパイプ１２、メインマフラ１６、リヤパイプ３８、サブマフラ４０及びテールパイプ４６を経て、各フロントパイプ１２の触媒コンバータ１４によって浄化されると共に排気音がメインマフラ１６及びサブマフラ４０によって低減されつつ、車両外へ送出される。

車両の前進中に車両の底部が路面に干渉する際には、メインマフラ１６やサブマフラ４０が路面に干渉して、メインマフラ１６やサブマフラ４０に荷重が車両後側へ入力される。

ここで、メインマフラ１６の各入気パイプ１７一端１７Ａと、車体側に一端１２Ａ（入気パイプ１７との結合面以外の部分）が支持された各フロントパイプ１２の他端１２Ｂとが、メインマフラ１６よりも車両前側（反荷重入力方向側）において圧入によって結合されている。一方、メインマフラ１６の排出パイプ３２他端３２Ｂと、車体側に支持部材４８によってテールパイプ４６及びサブマフラ４０を介して他端３８Ｂ（排出パイプ３２との結合面以外の部分）が支持されたリヤパイプ３８の一端３８Ａとが、メインマフラ１６よりも車両後側（荷重入力方向側）において圧入によって結合されている。

また、サブマフラ４０の一端４０Ａと、車体側に各フロントパイプ１２及びメインマフラ１６を介して一端３８Ａ（サブマフラ４０との結合面以外の部分）が支持されたリヤパイプ３８の他端３８Ｂとが、サブマフラ４０よりも車両前側（反荷重入力方向側）において圧入によって結合されている。一方、サブマフラ４０の他端４０Ａと、車体側に支持部材４８によって一端４６Ａ（サブマフラ４０との結合面以外の部分）が支持されたテールパイプ４６の一端４６Ａとが、サブマフラ４０よりも車両後側（荷重入力方向側）において圧入によって結合されている。

しかも、車両の運転によるエンジンの排気によって、各入気パイプ１７の一端１７Ａと各フロントパイプ１２の他端１２Ｂとの圧入部分、排出パイプ３２の他端３２Ｂとリヤパイプ３８の一端３８Ａとの圧入部分、サブマフラ４０の一端４０Ａとリヤパイプ３８の他端３８Ｂとの圧入部分、及び、サブマフラ４０の他端４０Ｂとテールパイプ４６の一端４６Ａとの圧入部分が、所定温度以上に加熱されて焼き付けられることで、強固に結合されている。

このため、メインマフラ１６が路面に干渉してメインマフラ１６に荷重が車両後側へ入力された際には、各フロントパイプ１２が車両後側への移動を阻止された状態でメインマフラ１６（各入気パイプ１７）と各フロントパイプ１２との圧入位置に圧入方向の反対側への荷重が作用しても、メインマフラ１６（各入気パイプ１７）と各フロントパイプ１２との結合を維持できる。

また、メインマフラ１６が路面に干渉してメインマフラ１６に荷重が車両後側へ入力された際には、リヤパイプ３８が車両後側への移動を阻止された状態で、メインマフラ１６（排出パイプ３２）とリヤパイプ３８との圧入位置に圧入方向側への荷重（圧入力）が作用する。これにより、メインマフラ１６（排出パイプ３２）とリヤパイプ３８との結合を確実に維持できる。

さらに、排出パイプ３２他端３２Ｂ（大径部３６）へのリヤパイプ３８一端３８Ａの圧入量が上記圧入方向側への荷重で増大可能なクリアランス３９が設けられている。このため、当該圧入量が増大して、排出パイプ３２の他端３２Ｂ（大径部３６）に拡大変形力が作用すると共に、リヤパイプ３８の一端３８Ａに収縮変形力が作用する。これにより、排出パイプ３２の他端３２Ｂとリヤパイプ３８の一端３８Ａとの結合力が向上され、メインマフラ１６（排出パイプ３２）とリヤパイプ３８との結合を一層確実に維持できる。

しかも、排出パイプ３２の圧入位置（大径部３６）近傍に設けられた拡径テーパ部３４が、リヤパイプ３８の一端３８Ａ縁に当接することで、上記圧入方向側への荷重による上記圧入量の増大を制限できる。これにより、メインマフラ１６とリヤパイプ３８との相対位置変更を抑制できる。

一方、サブマフラ４０が路面に干渉してサブマフラ４０に荷重が車両後側へ入力された際には、リヤパイプ３８が車両後側への移動を阻止された状態でサブマフラ４０とリヤパイプ３８との圧入位置に圧入方向の反対側への荷重が作用しても、サブマフラ４０とリヤパイプ３８との結合を維持できる。

また、サブマフラ４０が路面に干渉してサブマフラ４０に荷重が車両後側へ入力された際には、テールパイプ４６が車両後側への移動を阻止された状態で、サブマフラ４０とテールパイプ４６との圧入位置に圧入方向側への荷重（圧入力）が作用する。これにより、サブマフラ４０とテールパイプ４６との結合を確実に維持できる。

さらに、サブマフラ４０の圧入位置（小径部４４）近傍に設けられた縮径テーパ部４２が、テールパイプ４６の一端４６Ａ縁に当接することで、上記圧入方向側への荷重によるテールパイプ４６一端４６Ａへのサブマフラ４０他端４０Ｂの圧入量の増大を制限できる。これにより、サブマフラ４０とテールパイプ４６との相対位置変更を抑制できる。

また、上述の如く、各入気パイプ１７と各フロントパイプ１２とが従来の溶接に代えて圧入によって結合されると共に、排出パイプ３２とリヤパイプ３８とが従来の溶接に代えて圧入によって結合されている。さらに、サブマフラ４０とリヤパイプ３８とが従来の溶接に代えて圧入によって結合されると共に、サブマフラ４０とテールパイプ４６とが従来の溶接に代えて圧入によって結合されている。

このため、従来と異なり、各入気パイプ１７と各フロントパイプ１２との結合部分、排出パイプ３２とリヤパイプ３８との結合部分、サブマフラ４０とリヤパイプ３８との結合部分、及びサブマフラ４０とテールパイプ４６との結合部分の疲労強度を高くできる（例えば従来の１．８倍にできる）と共に、当該各結合部分の結合強度にバラツキが発生することを抑制でき、かつ、当該各結合部分に錆びが発生することを抑制できる。

さらに、上述の如く、車両の運転によるエンジンの排気によって、各入気パイプ１７と各フロントパイプ１２との圧入部分、排出パイプ３２とリヤパイプ３８との圧入部分、サブマフラ４０とリヤパイプ３８との圧入部分、及び、サブマフラ４０とテールパイプ４６との圧入部分が、所定温度以上に加熱されて焼き付けられている。このため、当該各圧入部分が良好に密着するため、当該各圧入部分からの排気の漏れを抑制又は防止することができる。

なお、本実施の形態では、車両の運転によるエンジンの排気によって、各入気パイプ１７と各フロントパイプ１２との圧入部分、排出パイプ３２とリヤパイプ３８との圧入部分、サブマフラ４０とリヤパイプ３８との圧入部分、及びサブマフラ４０とテールパイプ４６との圧入部分を所定温度以上に加熱して焼き付けた構成としたが、車両の初運転の前（例えば当該各圧入部分の圧入作業直後）に当該各圧入部分を所定温度以上（特に４００℃）に加熱して焼き付けた構成としてもよい。これにより、車両の初運転の前でも、当該各圧入部分を強固に結合することができる。

また、本実施の形態では、排出パイプ３２のリヤパイプ３８との圧入位置近傍又はサブマフラ４０のテールパイプ４６との圧入位置近傍に拡径テーパ部３４又は縮径テーパ部４２を設けた構成としたが、これと共に又はこれに代えて、リヤパイプ３８（支持排気管）の排出パイプ３２（入力排気管）との圧入位置近傍又はテールパイプ４６（支持排気管）のサブマフラ４０（入力排気管）との圧入位置近傍に拡径テーパ部３４又は縮径テーパ部４２（制限部）を設けた構成としてもよい。しかも、制限部は、拡径テーパ部３４や縮径テーパ部４２に限らず、突出部や屈曲部等であってもよい。

さらに、本実施の形態では、テールパイプ４６をサブマフラ４０以外に支持部材４８によって車体側に支持した構成としたが、テールパイプ４６（支持排気管）をサブマフラ４０（入力排気管）のみが支持して車体側が支持しない構成としてもよい。

また、本実施の形態における、各入気パイプ１７と各フロントパイプ１２との結合部分、排出パイプ３２とリヤパイプ３８との結合部分、サブマフラ４０とリヤパイプ３８との結合部分、及び、サブマフラ４０とテールパイプ４６との結合部分の少なくとも１つに、図５に示す排気構造６０を適用してもよい。

排気構造６０では、本実施の形態と同様に、排出パイプ３２における拡径テーパ部３４及び大径部３６が円管状の第１パイプ６２（入力排気管又は支持排気管）に形成されて、第１パイプ６２内に円管状の第２パイプ６４（支持排気管又は入力排気管）が圧入されており、第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分（圧入部分）に周方向に沿った係合部としての凹状のリブ６６が形成されている。さらに、リブ６６は、例えば、図５（Ａ）に示す如く第１パイプ６２と第２パイプ６４との圧入部分の圧入方向中央に配置され、かつ、図５（Ｂ）に示す如く第１パイプ６２及び第２パイプ６４の軸方向に沿った断面周囲が円弧状にされると共に、図５（Ｃ）に示す如く第１パイプ６２及び第２パイプ６４の周方向に等間隔に一対配置されている。

また、本実施の形態における、各入気パイプ１７と各フロントパイプ１２との結合部分、排出パイプ３２とリヤパイプ３８との結合部分、サブマフラ４０とリヤパイプ３８との結合部分、及び、サブマフラ４０とテールパイプ４６との結合部分の少なくとも１つに、図６に示す排気構造７０を適用してもよい。

排気構造７０では、図５に示す排気構造６０と同様の第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分（圧入部分）に、リブ６６に代えて、軸方向に沿った係合部としての凹部７２が形成されている。さらに、凹部７２は、例えば、図６（Ａ）に示す如く第１パイプ６２と第２パイプ６４との圧入部分の圧入方向中央に配置され、図６（Ｂ）に示す如く第１パイプ６２及び第２パイプ６４の軸方向に沿った断面が略矩形状にされ、図６（Ｃ）に示す如く第１パイプ６２及び第２パイプ６４の周方向に沿った断面周囲が略円弧状にされ、かつ、第１パイプ６２及び第２パイプ６４の周方向に沿って等間隔に一対配置されている。

（実験例）
図７（Ａ）には、本実験例で使用する本発明が適用された排気構造８０における第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分が断面図にて示されている。

排気構造８０では、上記排気構造６０及び排気構造７０と同様の第１パイプ６２及び第２パイプ６４を有しており（リブ６６及び凹部７２は形成されていない）、第１パイプ６２の大径部３６内に第２パイプ６４が２７．５ＫＮの荷重で圧入されて、第１パイプ６２の大径部３６と第２パイプ６４とが面接合されている。さらに、第１パイプ６２の拡径テーパ部３４及び大径部３６以外の外周径Ａが４８．６ｍｍ、第１パイプ６２の周壁肉厚Ｂが１．２ｍｍ、第１パイプ６２の拡径テーパ部３４の長さＣが１５ｍｍ、第１パイプ６２の大径部３６の長さＤが４５ｍｍ、第１パイプ６２の大径部３６の内周径Ｅが４７．４ｍｍにされている。一方、第２パイプ６４の外周径Ｆが４８．６ｍｍ、第２パイプ６４の周壁肉厚Ｇが１．２ｍｍ、第２パイプ６４の圧入部分の長さＨが４０ｍｍ、第２パイプ６４の外周径Ｆと第１パイプ６２大径部３６の内周径Ｅとの差（圧入代）が１．２ｍｍにされている。

本実験例では、上記排気構造６０及び排気構造７０をも使用するが、排気構造６０及び排気構造７０の第１パイプ６２及び第２パイプ６４の圧入荷重及びサイズは、排気構造８０と同様にされている。

さらに、排気構造６０におけるリブ６６は、図５（Ｂ）に示す如く、第１パイプ６２の外周面において、第１パイプ６２の軸方向に沿った幅Ｉが４．５ｍｍ、最大深さＪが１．５ｍｍ、第１パイプ６２の軸方向に沿った断面周囲の曲率半径Ｋが３ｍｍにされている。さらに、リブ６６は、図５（Ｃ）に示す如く、第１パイプ６２の外周面において、第１パイプ６２の中心角１２０°の範囲Ｌに形成されている。

また、排気構造７０における凹部７２は、図６（Ｂ）に示す如く、第１パイプ６２の外周面において、第１パイプ６２の軸方向に沿った最深部の長さＭが４ｍｍ、第１パイプ６２の軸方向に沿った断面周囲における当該最深部の第１パイプ６２軸方向両側の曲率半径Ｎが１．８ｍｍにされている。さらに、凹部７２は、図６（Ｃ）に示す如く、第１パイプ６２の外周面において、最大深さＰが２ｍｍ、第１パイプ６２の周方向に沿った断面周囲の曲率半径Ｑが１．８ｍｍにされている。

図８に示す如く、本実験例では、第２パイプ６４の反第１パイプ６２側端を治具８２に固定すると共に、第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分を電気炉８４内に挿入して加熱可能にした状態で、第１パイプ６２の反第２パイプ６４側端を反第２パイプ６４側へ油圧シリンダ（図示省略）によって１０ｍｍ／分の速度で引っ張ることで、第１パイプ６２と第２パイプ６４との抜け荷重（第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分から第１パイプ６２が抜ける際の第１パイプ６２の引張荷重）を測定した。

第１パイプ６２と第２パイプ６４との抜け荷重の測定は、電気炉８４を制御して第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分の雰囲気の温度を目標温度に維持することで当該結合部分の温度を当該目標温度に維持し、かつ、当該結合部分が膨張又は収縮をしなくなった際に、行った。

図９には、本実験例における実験結果が示されている。図９の印Ａは、排気構造８０において加熱によって焼き付けられていない第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分を各温度にした際の第１パイプ６２と第２パイプ６４との抜け荷重を示している。図９の印Ｂは、排気構造６０において加熱によって焼き付けられていない第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分を各温度にした際の第１パイプ６２と第２パイプ６４との抜け荷重を示している。図９の印Ｃは、排気構造７０において加熱によって焼き付けられていない第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分を各温度にした際の第１パイプ６２と第２パイプ６４との抜け荷重を示している。図９の印Ｄは、排気構造８０において第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分を４００℃に加熱した後に常温に戻した際の第１パイプ６２と第２パイプ６４との抜け荷重を示している。図９の印Ｅは、排気構造８０において第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分を５００℃に加熱した後に常温に戻した際の第１パイプ６２と第２パイプ６４との抜け荷重を示している。

図９に示す如く、排気構造８０、排気構造６０及び排気構造７０の何れの場合でも、加熱によって焼き付けられていない第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分を４００℃以上に加熱して焼き付けると、第１パイプ６２と第２パイプ６４との抜け荷重が相当大きくなった。

また、排気構造８０において加熱されずに常温の状態における第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分から第１パイプ６２を抜いた際には、図１０（Ａ）に示す如く、第１パイプ６２によって第２パイプ６４が殆ど損傷８６を受けなかった。一方、排気構造８０において４００℃に加熱された状態における第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分から第１パイプ６２を抜いた際には、図１０（Ｂ）に示す如く、第１パイプ６２によって第２パイプ６４が筋状に損傷８６を受けた。

以上のことは、第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分が、圧入による加圧によって原子レベルでの接触面積を大きくされると共に各金属の再結晶温度を下げられた状態で、加熱されることで、原子の転位（移動）を補助されて変形を増大されると共に原子拡散を促進され、再結晶や変態（変形）によって接合される（焼き付けられる）ことによると解される。

ここで、第１パイプ６２と第２パイプ６４との抜け荷重は、第１パイプ６２と第２パイプ６４との接合状態の他、第１パイプ６２及び第２パイプ６４の母材強度にも依存すると解される。

図１１には、第１パイプ６２及び第２パイプ６４の母材であるステンレス（一般に車両の排気管に使用されるＳＵＳ４０９ＬＴ）の引張強度と温度との関係が示されている。図１１に示す如く、ステンレスの引張強度は温度が高くなる程小さくなる。なお、ステンレスの引張強度は、特に温度が５００℃を越えてから急激に低下する。

図９に示す如く、排気構造８０、排気構造６０及び排気構造７０においては、第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分の温度が４００℃を越えてから、第１パイプ６２と第２パイプ６４との抜け荷重が小さくなった。これは、第１パイプ６２及び第２パイプ６４において温度が高くなると母材強度が小さくなるためと解される。

また、排気構造８０における第１パイプ６２と第２パイプ６４との抜け荷重は、第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分を４００℃又は５００℃に加熱した後に常温に戻した際の方が、当該結合部分を４００℃又は５００℃に加熱した際よりも、大きくなった。なお、当該結合部分を４００℃又は５００℃に加熱した後に常温に戻した際の当該抜け荷重は、当該結合部分を加熱しないで常温にした際の当該抜け荷重の約４倍になった。

さらに、排気構造８０において４００℃に加熱した後に常温に戻した状態における第１パイプ６２と第２パイプ６４との結合部分から第１パイプ６２を抜いた際には、図１０（Ｃ）に示す如く、第１パイプ６２によって第２パイプ６４が図１０（Ｂ）の場合（４００℃に加熱された状態）よりも太く筋状に損傷８６を受けた。

以上のことは、当該結合部分が、４００℃又は５００℃に加熱された後に常温に戻された際及び４００℃又は５００℃に加熱された際の何れの際でも、同様に焼き付けられているが、第１パイプ６２及び第２パイプ６４の母材強度は常温の際の方が４００℃又は５００℃の際よりも大きいためと解される。

１０排気構造
１２フロントパイプ（支持排気管）
１６メインマフラ（入力排気管）
３４拡径テーパ部（制限部）
３８リヤパイプ（支持排気管）
３９クリアランス
４０サブマフラ（入力排気管）
４２縮径テーパ部（制限部）
４６テールパイプ（支持排気管）
６０排気構造
６２第１パイプ（入力排気管又は支持排気管）
６４第２パイプ（支持排気管又は入力排気管）
７０排気構造
８０排気構造

Claims

車体側からの排気を送出し、荷重が入力される入力排気管と、
前記入力排気管の前記荷重入力方向に沿った端部に圧入によって結合されると共に、前記入力排気管以外の部分で車体に支持され、前記入力排気管との間で排気を通す支持排気管と、
を備えた排気構造。
前記入力排気管と前記支持排気管との間の圧入量が軸方向圧縮力で増大可能なクリアランスが設けられた、ことを特徴とする請求項１記載の排気構造。
前記入力排気管及び支持排気管の少なくとも一方の圧入位置近傍に設けられ、軸方向圧縮力で圧入される圧入量を制限する制限部を有する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の排気構造。
車体側からの排気を送出し、荷重が入力される入力排気管と、
前記入力排気管と圧入及び焼き付きによって結合されると共に、前記入力排気管以外の部分で車体に支持され、前記入力排気管との間で換気を通す支持排気管と、
を備えた排気構造。