JP2004225643A

JP2004225643A - 電気制御式自動車用マフラー装置

Info

Publication number: JP2004225643A
Application number: JP2003015806A
Authority: JP
Inventors: Isao Fujitsubo; 藤壷勇雄
Original assignee: Fujitsubo Giken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Fujitsubo Giken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2003-01-24
Filing date: 2003-01-24
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】開閉弁の開度をモーター制御ユニットにより制御又は固定し、排気性能と消音効果を向上させたマフラーを提供する。
【解決手段】マフラーに取り付けた開閉弁の作動用モーターと、エンジンの吸気圧に対応して自動的に開閉弁を作動させる自動モードと吸気圧に関係なく弁の開度を固定できる手動モードに切り替えるモーターの切り替えスイッチと、（１）３室に仕切られたケーシング内に、１対の、周面に小孔が穿設されたインナー導管と、（２）ケーシングに連通し、かつ、その吐出口をフレア状に絞り、開閉弁を内設したエンジンからの排気管と、（３）エンジンからの排気管の吐出口を嵌装して排気の流れの主要通路を形成するメーン排気管と、（４）１対のインナー導管の一方に継合させ排気の分岐通路を形成する分岐管と、からなるマフラー本体と、により構成する
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンの吸入空気圧力を、モーター制御ユニットを介し、モーターに連動させ、モーターにより開閉弁の作動を制御することにより、排気効率と消音作用の向上を図った自動車用マフラー装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術によれば、エンジンからの排気管の外側に、エンジンの吸入空気圧力に応じ作動する圧力式アクチュエータを取り付けて、前記排気管内に設けた開閉弁と連動させ、前記アクチュエータを取り付けた位置よりやや上流側に、前記排気管からの分岐管を形成し、前記排気管及び分岐管を自動車用消音器内に取り付けた一体型自動車用消音装置が開示されている。すなわち、この考案においては、消音及び排気特性の作動モードを制御することを目的とし、エンジンからの排気を、２系統に分岐された入口パイプからマフラーに取り入れ、一方の入口パイプに開閉弁を設け、ターボチャージャーの吸入空気圧力に応じて前記開閉弁の開閉操作を制御するダイヤフラム式アクチュエータを用い、その開閉状態に応じて異なる消音及び排気特性を示すような、消音装置の適切な消音、排気の作動モードを制御する開閉弁を用いた内燃機関のマフラー装置として提供されている。（登録実用新案第３０２２１７号）
【０００３】
吸入空気圧力に対応して作動する開閉弁を設けたマフラー装置付き自動車は、高速走行時にエンジン回転数のみが上昇し吸入空気圧力はさほど上昇しないから、開閉弁は閉じたままの状態にあり、排気圧が上昇している。開閉弁を開いて排気圧を下げようとしてアクセルを踏み込んでも、サージタンクに連通している連通管が一定の長さを有しているので、瞬時に開閉弁を開くことはできない。アクセルを全開し開閉弁を開放するまでに、却って排気圧は上昇することになり、一時的に排気抵抗が増大してしまう。
【０００４】
このようなマフラー装置の不具合を改善するために、ダイヤフラム式のアクチュエータの作動圧を低く設定すると、低い吸入空気圧力でも開閉弁が作動することになる。すなわち、閉じた状態にある開閉弁は、わずかな吸入空気圧力で作動し開放されるようになり、排気、消音作用に不具合が生じる。
【０００５】
さらに、開閉弁の制御をアクチュエータによって行う方式を利用している従来の技術においては、ので、運転者の任意の開度に固定するような制御ができない。
【０００６】
また、エンジンの吸入空気圧力を複数の圧力モードに区分し、圧力センサーを介しモーター制御ユニットに設定し、エンジンの吸入空気圧力が、圧力モードのいずれか一つに達したことが前記モーター制御ユニットに検知されたときは、アクチュエータが作動して、エンジンからの排気管に内設された開閉弁が全開するような電気制御式自動車用マフラー装置が開示されている。（特開２００２−２３５５２３号）
【０００７】
この電気制御式自動車用マフラー装置においては、エンジンのスロットル開度９０％以上を示す開度モードを、エンジンコンピュータ装置を介して電気信号に変換して前記モーター制御ユニットに設定し、開度モードに達したことが前記モーター制御ユニットに検知されたときは、アクチュエータが作動して開閉弁が全開する。
【０００８】
この発明による電気制御式自動車用マフラー装置は、吸入空気圧力、及びスロットル開度が電気的に検知されたときアクチュエータに連動する開閉弁の開放が瞬時に行えるため、エンジンの出力や排気効率が顕著に向上した。また、走行環境などを考慮して、開閉弁を閉鎖し排気音を制御しながら環境にやさしい静粛音を優先的に発生させる作動モードを選択することができるなどの顕著な改良が加えられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術によるアクチュエータ制御のマフラー装置は、上述したように、高速運転をおこなった場合でも、エンジン回転数のみが上昇して吸入空気圧力の上昇が伴わないから開閉弁が瞬時に開かず、その間排気圧が上昇して排気効果が著しく損なわれる。
【００１０】
また、ダイヤフラム式アクチュエータは、サージタンクを介して導き出された吸入空気圧力のみで開閉弁の開閉を制御できる装置であり、その作動圧を低く設定すると頻繁に開閉弁が全開しやすくなり、その度に空気漏れを起こす場合が少なくない。
【００１１】
さらに、上述した従来の技術によるアクチュエータ装備のマフラー装置は、開閉弁の制御をアクチュエータによって行う方式を利用しているので、運転者の任意の開度に開閉弁を固定するような制御ができない。
【００１２】
また、吸入空気圧力、及びスロットル開度を電気的に検知させ、アクチュエータに連動する開閉弁を効率よく開放させる方式による電気制御式マフラー装置は、ターボチャージャーの吸入空気圧力のみによって作動するアクチュエータに連動させて開閉弁を制御する考案よりも、エンジンの出力や排気効率を向上させた点において顕著な改良がみられるが、このマフラー装置も同様に、アクチュエータによって開閉弁の開度制御を行う方式を利用しているので、運転者の任意の開度に開閉弁を固定することはできない
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明による電気制御式自動車用マフラー装置は、エンジンの吸入空気圧力を、一定数値領域に区分して圧力センサーを介し電気信号に変換してモーター制御ユニットの電気回路に設定し、車両走行中エンジンの吸入空気圧力が、前記モーター制御ユニットを介して検知されたとき、前記開閉弁を開閉させるモーターが配設されている。
【００１４】
さらに、この発明による電気制御式自動車用マフラー装置は、前記モーターの作動を、自動及び手動の二つの作動モードに切り替えることができる切り替えスイッチが配設されている。
【００１５】
また、この発明による電気制御式自動車用マフラー装置は、前記切り替えスイッチを自動モードに切り替えた場合、車両の走行中のエンジンの吸入空気圧力が、一定基準値に達したことが前記モーター制御ユニットを介し検知されたとき前記開閉弁が自動的に開き始め、さらに上昇し最高基準値以上に達すると開閉弁が全開する。
【００１６】
この発明による電気制御式自動車用マフラー装置は、前記切り替えスイッチを手動モードに切り替えることによって、運転者が前記開閉弁を、エンジンの吸入空気圧力と関係なく任意の開度に固定するように制御することできる。
【００１７】
さらに、この発明による電気制御式自動車用マフラー装置においては、エンジンの吸入空気圧力が、一定基準値に達したことが前記モーター制御ユニットを介し検知されたとき開閉弁が自動的に開き始め、さらに上昇し最高基準値以上に達すると開閉弁が全開するプログラム及びエンジンの吸入空気圧力と関係なく運転者が自由に開閉弁の開度を固定することができるプログラムが組み込まれているモーター制御ユニットが配設されている。
【００１８】
この発明による電気制御式自動車用マフラー装置は、マフラー本体の構造が、
（１）排気の流れに沿ってケーシングを仕切り板で仕切って形成される前室、中室、後室を貫通して、前記ケーシング内に並設された、１対の、周面に小孔が穿設されたインナー導管と、
（２）その吐出口１９をフレア状に絞り前記ケーシングの上流側の側板のほぼ中央部位に突接させ前記前室へ貫通させた、前記開閉弁を内設したエンジンからの排気管と、
（３）前記ケーシングの下流側の側板のほぼ中央部位に突接させ前記前室及び中室を貫通する部分の周面に小孔が穿設され、大気中への排気排出口が形成され、かつ、前記吐出口を嵌装して排気の流れの主要な通路を形成するメーン排気管と、
（４）及び前記上流側の側板に突接させて前記前室へ貫通させ、前記１対のインナー導管の一方に継合させることによって排気の分岐通路を形成する、前記開閉弁よりやや上流側に位置するエンジンからの排気管の分岐管と、
から構成されることを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下添付図面によって、この発明の電気制御式自動車用マフラー装置を説明する。
【００２０】
図１は、この発明による電気制御式自動車用マフラー装置の構成図、図２は、自動モードにおける吸入空気圧力と開閉弁の開度の相関値を示すグラフである。
【００２１】
図１において、１は開閉弁、２はエンジンからの排気管、３は分岐管、４はマフラー本体、５はマフラーの排気吐出口、６は車内切替えスイッチ、７はモーター制御ユニット、８はサージタンク、９はサージタンクへの連通管、１０は圧力センサー、１１はモーター、１２は、シャフト、１３はケーシング、１４はマフラー本体の前室、１５は中室、１６は後室、１７は仕切り板、１８又は１８ａ、１８ｂは、インナー導管、１９は排出口、２０は上流側の側板、２１下流側の側板、２２はメーン排気管である。
【００２２】
図１に示されているように、この発明による電気制御式自動車用マフラー本体の構造は、ケーシング１３を、排気の流れに沿って仕切り板１７で仕切られて形成される前室１４、中室１５、後室１６と、これら３室１４、１５、１６を貫通して、ケーシング１３内に並設された、１対の、周面に小孔が穿設されたインナー導管１８ａ、１８ｂと、その吐出口１９をフレア状に絞りケーシング１３の上流側の側板２０のほぼ中央部位に突接させ前室１４へ貫通させた、開閉弁１を内設したエンジンからの排気管２と、ケーシング１３の下流側の側板２１のほぼ中央部位に突接させ前室１４及び中室１５を貫通する部分の周面に小孔が穿設され、大気中への排気排出口５が形成され、かつ、フレア状に絞られた吐出口１９を嵌装して排気の流れのメーン通路を形成するメーン排気管２２と、さらにケーシング１３の上流側の側板２０に突接させて前室１４へ貫通させ１対のインナー導管１８の一方に継合させて排気の分岐通路を形成する、開閉弁１よりやや上流側に位置するエンジンからの排気管２の分岐管３から構成される。
【００２３】
この発明による電気制御式自動車用マフラー装置においては、エンジンからの排気管２に内設された開閉弁１を開閉させるステッピングモーター１１が配設されている。さらに、サージタンク８に導き出されたエンジンの吸入空気圧力を、サージタンクへの連通管９に連通する圧力センサー１０を介し電気信号に変換する電気回路が、一つのプログラムとしてモーター制御ユニット７に組み込まれている。車両の走行中前記吸入空気圧力が、モーター制御ユニット７に検知されたとき、シャフト１２を通じ開閉弁１と連結されているモーター１１が作動し、吸入空気圧に対応して、エンジンからの排気管に内設された開閉弁１をプログラムに組み込まれた開度に開閉させる。
【００２４】
また、上述のモーター制御ユニット７には、エンジンの吸入空気圧力と関係なく、モーター１１を介して開閉弁１の開度を設定できる他のプログラムが組み込まれていて、運転者が車両走行中に選択した開度に自由に開閉弁を固定できる。
【００２５】
運転者の選択により、モーター１１の作動を、自動又は手動のいずれかの作動モードに切り替えることができる切り替えスイッチ６が設けられている。
【００２６】
運転者が切り替えスイッチ６を自動モードにセットして車両を走行しているとき、エンジンの吸入空気圧力が、一定基準値に達したことがモーター制御ユニットに検知されると、上述のように、モーター制御ユニット６に組み込まれたプログラムにより、モーター１１が作動して開閉弁１が自動的に開き始め、エンジンの吸入空気圧力がさらに上昇して最高基準値以上に達すると開閉弁１が全開する。
【００２７】
また、運転者が切り替えスイッチ６を手動モードにセットすると、上述したように、モーター制御ユニット７に組み込まれたプログラムによってモーター１１が作動して、車両走行中のエンジンの吸入空気圧力に関係なく、運転者が開閉弁１の開度を任意に固定して車両を走行させることができる。
【００２８】
請求項３及び請求項５に記載されているように、運転者が切り替えスイッチ６を自動モードに切り替えて車両を走行させた場合、車両の走行速度が増大すると、それにともなってエンジンの吸入空気圧力が上昇し、開閉弁１が自動的に開き始め、さらに一定値以上に上昇すると開閉弁が全開するようなプログラムがモーター制御ユニット７に組み込まれている。図２に示されているように、この発明の一つの実施例によれば、車両の走行速度が増し、吸入空気圧力が一定基準値として設定した、たとえば、２０ｋＰａ以上に上昇し、圧力センサー１０で感知されると、圧力センサー１０と連動するモーター制御ユニット７に制御されて、モーター１１がシャフト１２を介して自動的に作動して開閉弁１を開き始めるように作用する。なお、上述した一定基準値及び最高基準値は、車種によりエンジンの空気圧力が異なり、また発生音やエンジン出力など運転者が求めるマフラーの性能選好が多岐にわたるため、一つの実施例として例示したものであり数値限定したものではない。
【００２９】
さらに、車両の走行速度が増大し、吸入空気圧力が、最高基準値として設定した、たとえば、７０ｋＰａ以上に達したとき、同様にモーター制御ユニット７に制御されてモーター１１が自動的に作動し、開閉弁１を瞬時に全開させる。
【００３０】
上述のように、この発明の１実施例として、モーター制御ユニット７に組み込まれるプログラムに、エンジンの吸入空気圧力の一定基準値を２０ｋＰａ、その最高基準値を７０ｋＰａとそれぞれ設定した場合の、開閉弁１の開度の相関値を示したグラフは図１に表示されている。
【００３１】
また、次の表は、この発明の一つの実施例における、吸入空気圧力と開閉弁の開度との相関値を示したものである。上述したとおり、車種によりエンジンの吸入空気圧力は異なるので表中吸入空気圧力の単位は、１００ｋＰａの倍数として表示した。
【表１】

【００３２】
運転者が自動モードを選択し吸入空気圧力が、たとえば２０ｋＰａ以下であるとき、すなわち停車時又は市街地を通常走行するようなときは、開閉弁１は閉じており、それだけメーン排気管２２を流れる排気ガスは制限されるから排気音は静かであり、市街地において環境にやさしい車両の運転操作ができる。この場合排気抵抗は大きいから低速トルク、レスポンスは向上する。
【００３３】
また、運転者が自動モードを選択して、さらに走行速度を加速して吸入空気圧力が２０ｋＰａ以上になると、モーター制御ユニットに組み込まれたプログラムにより、吸入空気圧力の上昇に対応した開度で開閉弁１が開き始め、エンジン出力は向上し排気音は大きくなり、運転者にスポーツマフラー装備の車両走行の快感を与えることができる。この場合吸入空気圧力が最高基準値、たとえば７０ｋＰａを超えると開閉弁１は全開し、それだけ排気抵抗が減殺され高回転でもトルクが減少しにくくなる。
【００３４】
切り替えスイッチ６により手動モードに切り替えたとき、モーター制御ユニット７に組み込まれたプログラムにより、運転者は、エンジンの吸入空気圧力に関係なく開閉弁１の開度を自由に固定することができるので、走行速度や運転者の選好に対応して排気抵抗の最適化が可能となり、エンジン出力を向上させ、またエンジン音を調整することができ、低回転から高回転までトルクのあるマフラーを提供する。
【００３５】
この発明による電気制御式自動車用マフラー本体４は、上述したように、３室１４，１５，１６仕切り構造からなり、かつ開閉弁１を内設したエンジンからの排気管２と、それを嵌装したメーン排気管２３が形成する直管構造の排気のメーン系路と、エンジンからの排気管２の分岐管３が、１対のインナー導管１５の一方と継合されて形成する排気の分岐系路と、３室を連通させるインナー導管１５の他方が形成する排気の連通系路と、排気が大気中へ排出される１つの排出口５から構成されるコンパクトなマフラー構造を提供しており、モーター制御ユニット７により制御される開閉弁１の開度に応じ、エンジンからの排気管２又は分岐管３を通りマフラー内に流入する排気ガスの流量又は流速が調整され、車両走行環境や運転者の選好に対応して最適の排気効果と消音効果が得られる。また、このコンパクトな構造によって、マフラーの部品点数を減らし、小型、軽量化が容易であって、経済的な製品を提供でき、かつマフラー本体の小型化により最低地上高のマフラー設計が可能である。
【００３６】
【発明の効果】
この発明による電気制御式自動車用マフラー装置は、モーターを装備し、モーターにより開閉弁を作動させる構造になっているため、切り替えスイッチにより手動モードに切り替えてとき、モーター制御ユニットに組み込まれたプログラムにより、運転者は、エンジンの吸入空気圧力に関係なく開閉弁の開度を自由に固定することができるので、走行速度や運転者の選好に対応して排気抵抗の最適化が可能となりエンジン出力を向上させることができ、低回転から高回転までトルクのあるマフラーを提供する。また、走行環境などを考慮して、開閉弁を閉鎖し排気音を制御しながら環境にやさしい静粛音を優先的に発生させることができる。
【００３７】
また、この発明による電気制御式自動車用マフラー装置は、切り替えスイッチにより自動モードに切り替えてとき、モーター制御ユニットに組み込まれたプログラムにより、特定吸入空気圧力が電気的に検知されたときモーター作動して開閉弁の開放が最適に行えるため、エンジンの出力や排気効率が顕著に向上する。
【００３８】
さらに、この発明による電気制御式自動車用マフラー装置は、消音室が３室構造からなり、開閉弁を内設したエンジンからの排気管を嵌装したメーン排気管が形成する排気のメーン系路と、エンジンからの排気管の分岐管が、１対のインナー導管の一方と継合されて形成する排気の分岐系路と、３室を連通させるインナー導管の他方が形成する排気の連通系路と、排気が大気中へ排出される１つの排出口とから構成されるコンパクトな構造を提供しており、モーターにより作動する開閉弁の開度に応じ、メーン排気系路又は分岐系路を通りマフラー内に流入する排気ガスの流量、流れの方向又は流速は制御され、走行環境や運転者の選好に対応して排気効果と消音効果が最適に調整される。このコンパクトな構造によって、マフラーの部品点数を減らし、小型、軽量化が容易であって、経済的な製品を提供でき、かつマフラー本体の小型化により最低地上高のマフラー設計が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気制御式自動車用マフラー装置の構成図
【図２】一実施例による自動モード時のスロットル開度と吸入空気圧力と相関を示すグラフ

Claims

エンジンの吸入空気圧力を、圧力センサーを介し電気信号に変換してモーター制御ユニットの電気回路に設定し、車両の走行中前記吸入空気圧力が、前記モーター制御ユニットを介して検知されたとき、エンジンからの排気管に内設された開閉弁が作動し開閉する仕組みの電気制御式自動車用マフラー装置において、
前記開閉弁の作動用モーターが配設されていることを特徴とする電気制御式自動車用マフラー装置。
前記モーターの作動を、自動及び手動の二つの作動モードに切り替えることができる切り替えスイッチが配設されていることを特徴とする請求項１に記載された電気制御式自動車用マフラー装置。
前記切り替えスイッチを自動モードに切り替えた場合、車両の走行中のエンジンの吸入空気圧力が、一定基準値に達したことが前記モーター制御ユニットを介し検知されたとき前記開閉弁が自動的に開き始め、さらに上昇し最高基準値以上に達すると開閉弁が全開することを特徴とする請求項１及び請求項２に記載された電気制御式自動車用マフラー装置。
前記切り替えスイッチを手動モードに切り替えることによって、運転者が前記開閉弁を、エンジンの吸入空気圧力に関係なく任意の開度に固定するように制御することできることを特徴とする請求項１及び請求項２に記載された電気制御式自動車用マフラー装置。
エンジンの吸入空気圧力が、一定基準値に達したことが前記モーター制御ユニットを介し検知されたとき開閉弁が自動的に開き始め、さらに上昇し最高基準値以上に達すると開閉弁が全開するプログラム、及びエンジンの吸入空気圧力と関係なく運転者が自由に開閉弁の開度を固定することができるプログラムがそれぞれ組み込まれているモーター制御ユニットが配設されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４に記載された電気制御式自動車用マフラー装置。
マフラー本体の構造が、
（１）排気の流れに沿ってケーシングを仕切り板で仕切って形成される前室、中室、後室を貫通して、前記ケーシング内に並設された、１対の、周面に小孔が穿設されたインナー導管と、
（２）その吐出口をフレア状に絞り前記ケーシングの上流側の側板のほぼ中央部位に突接させ前記前室へ貫通させた、開閉弁を内設したエンジンからの排気管と、
（３）前記ケーシングの下流側の側板のほぼ中央部位に突接させ前記前室及び中室を貫通する部分の周面に小孔が穿設され、大気中への排気排出口が形成され、かつ、前記吐出口を嵌装して排気の流れの主要な通路を形成するメーン排気管と、
（４）前記上流側の側板に突接させて前記前室へ貫通させ、前記１対のインナー導管の一方に継合させることによって排気の分岐通路を形成する、前記開閉弁よりやや上流側に位置するエンジンからの排気管の分岐管と、
から構成されることを特徴とする請求項１ないし請求項５に記載された電気制御式自動車用マフラー装置。