JP2003343259A - 内燃機関用マフラ - Google Patents

内燃機関用マフラ

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JP2003343259A JP2002146170A JP2002146170A JP2003343259A JP 2003343259 A JP2003343259 A JP 2003343259A JP 2002146170 A JP2002146170 A JP 2002146170A JP 2002146170 A JP2002146170 A JP 2002146170A JP 2003343259 A JP2003343259 A JP 2003343259A
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浩二 豊島
Takeshi Inokuchi
武 井ノ口
Shinya Hirota
信也 広田
Takamitsu Asanuma
孝充 浅沼
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 機関背圧を低く維持する。 【解決手段】 マフラ１のケーシング２内を排気管３が
貫通し、排気管３外壁面とケーシング２内壁面間に排気
ガス室４が画定される。ケーシング２内の排気管３内
に、パティキュレートフィルタ６を収容する拡大容積室
５を形成する。排気管３の下流側部分３ｄから延びた後
にケーシング２の外壁面内に開口する分岐管７により、
下流側部分３ｄ内と排気ガス室４内とが互いに連通され
る。排気ガス室４内に位置する排気管３の上流側部分３
ｕの管壁内に連通口８を形成する。連通制御弁９前後の
圧力がしきい値になるまでは連通制御弁９が閉弁して連
通口８を閉塞し、排気ガスがパティキュレートフィルタ
６内を流通する。連通制御弁９前後の圧力がしきい値に
なると連通制御弁９が上流側部分３ｕ内の圧力でもって
開弁して連通口８を開放し、排気ガスの一部がパティキ
ュレートフィルタ６を迂回する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関用マフラに
関する。
【０００２】
【従来の技術】ケーシングと、ケーシング内を貫通して
延びる排気管とを具備し、ケーシング内に位置する排気
管内に拡大容積室を形成して拡大容積室内に触媒を収容
し、排気管外壁面とケーシング内壁面間に画定される排
気ガス室内と拡大容積室上流の排気管内とが上流側連通
路により互いに連通され、排気ガス室内と拡大容積室下
流の排気管内とが下流側連通路により互いに連通され、
排気ガスの温度が低いときには上流側連通路を閉塞し、
排気ガスの温度が高くなると上流側連通路を開放し、そ
れにより、排気ガスの温度が低いときには排気ガスが触
媒内を流通し、排気ガスの温度が高くなると排気ガスの
一部が排気管から上流側連通路を介し排気ガス室内に流
出し次いで触媒を迂回した後に下流側連通路を介し排気
管内に戻るようにした内燃機関用マフラが公知である
（特開平９−８８５６８号公報参照）。即ち、このマフ
ラでは、触媒が過熱されるのを阻止するために、排気ガ
スの温度が高いときには排気ガスの一部が触媒を迂回す
るようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このマフラでは上流側
連通路が開放されるとマフラの圧損が低下し、従ってこ
のとき機関背圧を低下させることができる。
【０００４】しかしながら、このマフラでは排気ガスの
温度が低い限り上流側連通路は閉塞され続け、その結果
例えば冷間時に機関背圧が高くなる恐れがあるという問
題点がある。
【０００５】そこで本発明の目的は、機関背圧を低く維
持することができる内燃機関用マフラを提供することに
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に１番目の発明によれば、ケーシングと、該ケーシング
内を貫通して延びる排気管とを具備し、ケーシング内に
位置する排気管内に拡大容積室を形成して該拡大容積室
内に、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するためのパ
ティキュレートフィルタ又は触媒を収容し、排気管外壁
面とケーシング内壁面間に画定される排気ガス室内と拡
大容積室上流の排気管内とが上流側連通路により互いに
連通され、該排気ガス室内と拡大容積室下流の排気管内
とが下流側連通路により互いに連通されている内燃機関
用マフラにおいて、前記拡大容積室上流の排気管内の圧
力が予め定められたしきい値になるまでは上流側連通路
を閉塞し、該圧力が該しきい値になると上流側連通路を
開放する連通制御手段を設け、それにより、上流側連通
路が閉塞されているときには排気ガスが拡大容積室内を
流通し、上流側連通路が開放されると排気ガスの一部が
排気管から上流側連通路を介し排気ガス室内に流出し次
いで拡大容積室を迂回した後に下流側連通路を介し排気
管内に戻るようにしている。
【０００７】また、２番目の発明によれば１番目の発明
において、前記連通制御手段を、前記拡大容積室上流の
排気管内の圧力が前記しきい値になるまでは閉弁して前
記上流側連通路を閉塞し、拡大容積室上流の排気管内の
圧力が該しきい値になると開弁して上流側連通路を開放
する連通制御弁から形成している。
【０００８】また、３番目の発明によれば２番目の発明
において、前記連通制御弁を、前記拡大容積室上流の排
気管内の圧力でもって開弁可能な圧力作動式弁から形成
している。
【０００９】また、４番目の発明によれば１番目の発明
において、前記上流側連通路を、前記排気ガス室内でか
つ前記拡大容積室上流の排気管壁内に形成された連通口
により画定している。
【００１０】また、５番目の発明によれば１番目の発明
において、前記下流側連通路を、前記拡大容積室下流の
前記排気管から分岐して延びた後に前記排気ガス室内に
開口する分岐管により画定している。
【００１１】また、６番目の発明によれば５番目の発明
において、前記分岐管が前記排気ガス室外でかつ前記拡
大容積室下流の排気管から分岐した後にケーシングの外
壁面内に開口する。
【００１２】また、７番目の発明によれば５番目の発明
において、前記上流側連通路が閉塞されているときには
前記排気ガス室が共鳴室として作用しており、このとき
排気ガス室の共鳴効果によって抑制される騒音の周波数
が予め定められた目標周波数に一致するように前記分岐
管の寸法を設定している。
【００１３】また、８番目の発明によれば５番目の発明
において、前記上流側連通路を、前記排気ガス室内でか
つ前記拡大容積室上流の排気管壁内に形成された連通口
により画定し、前記連通制御手段を、前記拡大容積室上
流の排気管内の圧力が前記しきい値になるまでは閉弁し
て連通口を閉塞し、拡大容積室上流の排気管内の圧力が
該しきい値になると開弁して連通口を開放する連通制御
弁から形成し、連通制御弁が開弁したときに該連通制御
弁の弁体でもって排気ガスを分岐管の排気ガス室側開口
に向け案内するようにしている。
【００１４】また、９番目の発明によれば８番目の発明
において、前記拡大容積室内にパティキュレートフィル
タを収容し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのとき
に流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガ
スの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含ま
れていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯ
Ｘの量が減少するＮＯＸ触媒が該パティキュレートフィ
ルタ上に担持されている。
【００１５】なお、本明細書では排気通路の或る位置よ
りも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給さ
れた空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯとの比をそ
の位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は本発明による実施例のマフ
ラ１の構造を示しており、（Ａ）はマフラ１の横断面図
を、（Ｂ）は図１（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って見たマフラ
１の縦断面図をそれぞれ示している。
【００１７】図１を参照すると、マフラ１は例えば円筒
状のケーシング２と、内燃機関の排気管に接続されるよ
うになっている排気管３とを具備する。この排気管３は
ケーシング２内を貫通して延びており、このため排気管
３の外壁面とケーシング２の内壁面との間には比較的大
きな容積を有する環状の排気ガス室４が画定される。
【００１８】ケーシング２内に位置する排気管３には比
較的大きな容積を有する拡大容積室５が形成される。こ
の拡大容積室５内には、流入する排気ガス中の微粒子を
捕集するためのパティキュレートフィルタ６が収容さ
れ、このパティキュレートフィルタ６上には触媒が担持
されている。パティキュレートフィルタ６上に担持され
る触媒はどのような触媒でもよく、例えば酸化触媒、又
は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する
排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比
が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると
蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減
少するＮＯＸ触媒がパティキュレートフィルタ６上に担
持される。なお、拡大容積室５内にパティキュレートフ
ィルタ６のみ又は触媒のみを収容するようにしてもよ
い。
【００１９】このように拡大容積室５をケーシング２内
に配置するとパティキュレートフィルタ６が排気ガス室
４内のガス層により包囲されることになり、従ってパテ
ィキュレートフィルタ６の温度が低下するのを抑制する
ことができる。
【００２０】ここで、拡大容積室５よりも上流の排気管
３部分を上流側部分３ｕと称し、拡大容積室５よりも下
流の排気管３部分を下流側部分３ｄと称すると、ケーシ
ング２外の下流側部分３ｄから分岐管７が分岐してい
る。この分岐管７はケーシング２外を延びた後にケーシ
ング２の周壁内に開口し、従って下流側部分３ｄ内と排
気ガス室４内とが分岐管７によって互いに連通される。
このように図１に示される実施例では、分岐管７全体が
ケーシング２外に位置することになる。
【００２１】一方、上流側部分３ｕの管壁内には連通口
８が形成されており、上流側部分３ｕ上にはこの連通口
８を閉塞又は開放する連通制御弁９が取り付けられてい
る。連通制御弁９の弁体は連通口８を覆うように上流側
部分３ｕの外周面に沿いつつ拡がっており、その一側に
おいて回転可能に支持されている。
【００２２】本発明による実施例では連通制御弁９は上
流側部分３ｕ内の圧力、特に静圧でもって開弁可能な圧
力作動式弁から形成される。即ち、連通制御弁９は連通
口８を閉塞する閉弁位置に向けて例えばバネにより付勢
されており、上流側部分３ｕ内の圧力、正確には上流側
部分３ｕ内と排気ガス室４内との圧力差又は連通制御弁
９前後の圧力差が予め定められたしきい値になるまでは
閉弁して連通口８を閉塞し、この圧力差がしきい値にな
ると開弁して連通口８を開放する。
【００２３】例えば機関低回転運転時のように上流側部
分３ｕ内の圧力が低く従って連通制御弁９前後の圧力差
が比較的小さいときには、連通制御弁９は閉弁してい
る。その結果、図２に示されるように、上流側部分３ｕ
内に流入した全ての排気ガスがパティキュレートフィル
タ６内を通過し、次いで排気管３ｄ内を流通する。この
場合、排気ガス室４は上流側部分３ｕから隔離されてお
り、共鳴室として作用する。その結果、排気ガス室４の
共鳴効果によって騒音が抑制される。
【００２４】ここで、排気ガス室４の共鳴効果によって
抑制される騒音の周波数は共鳴管として作用する分岐管
７の寸法、即ちその中心軸線に沿った長さ及び径に応じ
て定まる。そこで本発明による実施例では、排気ガス室
４の共鳴効果によって抑制される騒音の周波数が予め定
められた目標周波数に一致するように分岐管７の寸法を
設定している。
【００２５】これに対し、例えば機関高回転運転時のよ
うに上流側部分３ｕ内の圧力が高くなって連通制御弁９
前後の圧力差がしきい値になると、連通制御弁９が開弁
して連通口８を開放し、斯くして上流側部分３ｄ内と排
気ガス室４内とが連通口８により互いに連通される。そ
の結果、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、上流
側部分３ｕ内に流入した排気ガスの一部が連通口８を介
し排気ガス室４内に流出し、次いで分岐管７を介し下流
側部分３ｄ内に流入する。このため、排気ガスの一部が
パティキュレートフィルタ６を迂回することになり、従
って機関背圧を低下させることができる。
【００２６】このとき、図３（Ｂ）に示されるように排
気ガスが連通制御弁９の弁体により、分岐管７の排気ガ
ス室４側開口に向けて案内される。その結果、機関背圧
を更に低下させることができる。
【００２７】上述したように排気ガス室４の容積は比較
的大きく、連通制御弁９が開弁すると排気ガス室４は拡
張室として作用する。その結果、この場合には排気ガス
室４の拡張作用によって騒音が抑制されることになる。
【００２８】図１に示される実施例では、分岐管７全体
がケーシング２外に位置している。このことはケーシン
グ２の容積を小さく維持しながら排気ガス室４の容積を
大きくできることを意味している。一方、一般に、共鳴
室の容積が大きくなればなるほどその共鳴効果が大きく
なり、拡張室の容積が大きくなればなるほどその拡張効
果が大きくなる。即ち、いずれの場合も騒音を大幅に抑
制することができる。従って、図１に示される実施例で
は、排気ガス室４が共鳴室として作用するときにも拡張
室として作用するときにも、騒音を大幅に抑制できるこ
とになる。
【００２９】なお、本発明による実施例では、連通制御
弁９が閉弁すると排気ガス室４が共鳴室として作用し、
連通制御弁９が開弁すると排気ガス室４が拡張室として
作用する。そうすると、連通制御弁９を、排気ガス室４
を共鳴室として作用させるか拡張室として作用させるか
を切り替える切替弁と見ることもできる。
【００３０】図１に示される実施例では拡大容積室５が
ケーシング２内に配置されている。しかしながら、図４
に示されるように拡大容積室５をケーシング２下流に、
即ちケーシング２外に配置することもできる。
【００３１】また、図１に示される実施例では分岐管７
全体がケーシング２外に配置されている。しかしなが
ら、図５に示されるように分岐管７全体をケーシング２
内に配置することもできる。この場合、分岐管７はケー
シング２内に位置する下流側部分３ｄから分岐すること
になる。或いは、分岐管７が部分的にケーシング２内に
位置するようにすることもできる。図１，４，５に示さ
れる例のうちどの構成を採用するかは例えば消音しよう
とする音の周波数に応じて決定することができる。
【００３２】
【発明の効果】機関背圧を低く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例のマフラの構造を示す図で
ある。
【図２】排気ガスの流れを示す図である。
【図３】排気ガスの流れを示す図である。
【図４】本発明による別の実施例のマフラの構造を示す
図である。
【図５】本発明による別の実施例のマフラの構造を示す
図である。
【符号の説明】 １…マフラ ２…ケーシング ３…排気管 ３ｕ…上流側部分 ３ｄ…下流側部分 ４…排気ガス室 ５…拡大容積室 ６…パティキュレートフィルタ ７…分岐管 ８…連通口 ９…連通制御弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｎ 3/02 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/08 Ａ Ｂ ３２１ 3/20 Ｍ 3/08 Ｑ 3/24 Ｅ 3/20 Ｊ 3/28 ３０１Ｃ 3/24 7/08 Ｂ Ｂ０１Ｄ 53/34 １２９Ｂ 3/28 ３０１ ＺＡＢ 7/08 53/36 １０３Ｂ (72)発明者 井ノ口 武 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 広田 信也 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 浅沼 孝充 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G004 BA03 BA06 CA02 DA00 DA01 DA06 DA14 DA24 EA02 3G090 AA01 BA01 CB22 CB23 EA01 3G091 AB06 AB09 AB13 BA00 BA14 CA16 CB01 GA06 HA05 HA14 HB03 4D002 AA12 BA06 BA14 CA07 EA07 4D048 AA06 AB02 AB05 AB07 BB02 BB14 CC34 CC41 EA04

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ケーシングと、該ケーシング内を貫通し
    て延びる排気管とを具備し、ケーシング内に位置する排
    気管内に拡大容積室を形成して該拡大容積室内に、流入
    する排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレ
    ートフィルタ又は触媒を収容し、排気管外壁面とケーシ
    ング内壁面間に画定される排気ガス室内と拡大容積室上
    流の排気管内とが上流側連通路により互いに連通され、
    該排気ガス室内と拡大容積室下流の排気管内とが下流側
    連通路により互いに連通されている内燃機関用マフラに
    おいて、前記拡大容積室上流の排気管内の圧力が予め定
    められたしきい値になるまでは上流側連通路を閉塞し、
    該圧力が該しきい値になると上流側連通路を開放する連
    通制御手段を設け、それにより、上流側連通路が閉塞さ
    れているときには排気ガスが拡大容積室内を流通し、上
    流側連通路が開放されると排気ガスの一部が排気管から
    上流側連通路を介し排気ガス室内に流出し次いで拡大容
    積室を迂回した後に下流側連通路を介し排気管内に戻る
    ようにした内燃機関用マフラ。
  2. 【請求項２】 前記連通制御手段を、前記拡大容積室上
    流の排気管内の圧力が前記しきい値になるまでは閉弁し
    て前記上流側連通路を閉塞し、拡大容積室上流の排気管
    内の圧力が該しきい値になると開弁して上流側連通路を
    開放する連通制御弁から形成した請求項１に記載の内燃
    機関用マフラ。
  3. 【請求項３】 前記連通制御弁を、前記拡大容積室上流
    の排気管内の圧力でもって開弁可能な圧力作動式弁から
    形成した請求項２に記載の内燃機関用マフラ。
  4. 【請求項４】 前記上流側連通路を、前記排気ガス室内
    でかつ前記拡大容積室上流の排気管壁内に形成された連
    通口により画定した請求項１に記載の内燃機関用マフ
    ラ。
  5. 【請求項５】 前記下流側連通路を、前記拡大容積室下
    流の前記排気管から分岐して延びた後に前記排気ガス室
    内に開口する分岐管により画定した請求項１に記載の内
    燃機関用マフラ。
  6. 【請求項６】 前記分岐管が前記排気ガス室外でかつ前
    記拡大容積室下流の排気管から分岐した後にケーシング
    の外壁面内に開口する請求項５に記載の内燃機関用マフ
    ラ。
  7. 【請求項７】 前記上流側連通路が閉塞されているとき
    には前記排気ガス室が共鳴室として作用しており、この
    とき排気ガス室の共鳴効果によって抑制される騒音の周
    波数が予め定められた目標周波数に一致するように前記
    分岐管の寸法を設定した請求項５に記載の内燃機関用マ
    フラ。
  8. 【請求項８】 前記上流側連通路を、前記排気ガス室内
    でかつ前記拡大容積室上流の排気管壁内に形成された連
    通口により画定し、前記連通制御手段を、前記拡大容積
    室上流の排気管内の圧力が前記しきい値になるまでは閉
    弁して連通口を閉塞し、拡大容積室上流の排気管内の圧
    力が該しきい値になると開弁して連通口を開放する連通
    制御弁から形成し、連通制御弁が開弁したときに該連通
    制御弁の弁体でもって排気ガスを分岐管の排気ガス室側
    開口に向け案内するようにした請求項５に記載の内燃機
    関用マフラ。
  9. 【請求項９】 前記拡大容積室内にパティキュレートフ
    ィルタを収容し、流入する排気ガスの空燃比がリーンの
    ときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排
    気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が
    含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えている
    ＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒が該パティキュレート
    フィルタ上に担持されている請求項１に記載の内燃機関
    用マフラ。
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