JP2004360531A - 内燃機関用消音装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関の排気系を構成する各要素を一体化する場合であれ、より自由度の高い車両設計を可能とする構造を有する内燃機関用消音装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】外筒１の、排気管４ａおよび４ｂとの連結部を除く部分を、長手方向に断面形状が非相似に変化して且つ、同長手方向と直交する全ての断面において周長が同一である単一の板材によって形成する。具体的には、この断面形状が、内燃機関の搭載される車両の前方から後方にかけて、略円形状（円筒部１ａ）から当該車両の幅方向に扁平となる扁平円形状（扁平円筒部１ｂ）に変化している。扁平円筒部１ｂの短径側の周面中ほどには、ビード２がそれぞれ対向して設けられる。
【選択図】 図１
【解決手段】外筒１の、排気管４ａおよび４ｂとの連結部を除く部分を、長手方向に断面形状が非相似に変化して且つ、同長手方向と直交する全ての断面において周長が同一である単一の板材によって形成する。具体的には、この断面形状が、内燃機関の搭載される車両の前方から後方にかけて、略円形状（円筒部１ａ）から当該車両の幅方向に扁平となる扁平円形状（扁平円筒部１ｂ）に変化している。扁平円筒部１ｂの短径側の周面中ほどには、ビード２がそれぞれ対向して設けられる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関用消音装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、この種の内燃機関用消音装置は、内燃機関を原動機として搭載する自動車等の車両に使用されている。図６に、こうした消音装置（マフラ）を含む内燃機関の排気系について、その一般的な平面構造を示す。
【０００３】
図６に示されるように、内燃機関の排気系は、その上流から下流にかけて、大きくは、触媒コンバータ１６、サブマフラ１１、およびメインマフラ２１を有して構成されており、それら各要素が、それぞれ排気管１４ａ、１４ｂおよび１４ｃを介して連結されている。また特に、上記サブマフラ１１にはアーム１３が、またメインマフラ２１にはアーム２３がそれぞれ設けられており、当該排気系を構成する各要素は、これらアーム１３および２３を通じて車体の床下に懸架されている。
【０００４】
排気系としてのこのような構成により、内燃機関の排気マニホールド（図示略）を介して触媒コンバータ１６へ送られた排気ガスは、該触媒コンバータ１６を通じてその大気汚染物質（ＮＯｘ等）が取り除かれた上でサブマフラ１１に至る。そして、このＮＯｘ等の取り除かれた排気ガスは、サブマフラ１１において一旦、放射音の低減処理（消音処理）が施された後、さらにメインマフラ２１に至り、該メインマフラ２１を通じて最終的な放射音の低減処理（消音処理）が施される。
【０００５】
ところで、上記排気系は、内燃機関が車体の前方に搭載されていることを想定している。このため、上記メインマフラ２１は当該車体の後方のトランク部付近に位置することとなる。ただし、このトランク部付近には通常、スペアタイヤや燃料タンク等が搭載されることが多く、該トランク部付近でのスペース的な制約が無視できないものともなっている。
【０００６】
そこで従来は、例えば特許文献１に見られるように、上記トランク部付近でのスペースをより広く確保すべく、内燃機関の排気系を構成する上述した触媒コンバータをはじめ、サブおよびメインのマフラを全て一体化した装置なども提案されている。これら要素をこうしたかたちで一体化することにより、上記トランク部付近には最下流の排気管のみが配設されることとなり、同トランク部付近でのスペース的な制約も自ずと解消されるようになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−４４４２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、内燃機関の排気系を構成する触媒コンバータや消音装置（マフラ）等を一体化することで、上記トランク部付近のスペース的な制約については確かにこれを解消することはできる。しかし、こうして各要素を一体化することで、その構造体も自ずとその体格が大型化し、また、このような構造体を車体の前方あるいは中ほどに配設するとなると、今度はこれら車体前方あるいは中ほどでのスペース的な制約が無視できなくなり、ひいては車両設計の自由度が大きく制限されることともなっている。
【０００９】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気系を構成する各要素を一体化する場合であれ、より自由度の高い車両設計を可能とする構造を有する内燃機関用消音装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
まず、請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気管に連結されて放射音の低減を行う内燃機関用消音装置において、当該消音装置の前記排気管との連結部を除く外筒が、前記排気管と連結される方向である長手方向に断面形状が非相似に変化して且つ、同外筒の前記長手方向と直交する全ての断面において周長が同一である単一の板材によって形成されてなることをその要旨とする。
【００１１】
内燃機関用消音装置としての上記構成によれば、上記外筒、正確には同外筒の前記排気管との連結部を除く部分の長手方向への断面形状の変化を通じて、その搭載（懸架）対象となる車体等の形状にも柔軟に対応することができるようになる。このため、たとえ前記従来の消音装置のように、触媒コンバータを含めてサブおよびメインのマフラ（消音装置）が一体化される場合であれ、その搭載の自由度が増し、ひいては車両設計の自由度も大幅に向上されるようになる。また、こうした外筒が単一の板材にて形成されるといった、低コスト化や軽量化にも有利な構造でありながら、同外筒の前記長手方向と直交する全ての断面において周長が同一であるといった構造を併せ持つことにより、上記材料となる板材に無理な塑性歪み等が加わることもなく、その成形性も高く維持される。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の内燃機関用消音装置において、前記外筒には、前記長手方向の少なくとも一部に、同長手方向と直交する方向に突出する１乃至複数のビードが設けられてなることをその要旨とする。
【００１３】
同消音装置としての上記構成によれば、上記ビードを通じて上記外筒としての剛性を高めることができるようになるとともに、同外筒の前記長手方向と直交する全ての断面において周長が同一であるといった構造の実現、いわば断面の周長合わせも容易となる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の内燃機関用消音装置において、前記外筒は、前記長手方向と直交する断面形状が、内燃機関の搭載される車両の前方から後方にかけて、略円形状から当該車両の幅方向に扁平となる扁平円形状に変化してなり、前記ビードは、前記外筒の前記長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどにそれぞれ対向して設けられてなることをその要旨とする。
【００１５】
同消音装置としての上記構成によれば、外筒の特に上記断面形状が扁平円形状となる部分を通じて、車両のいわゆるフラットフロア化への対応も容易となる。すなわちこの場合、外筒前方の断面形状が略円形状となる部分を車両の運転席と助手席との間のいわゆるフロアコンソールが設けられる位置に配置させることで、外筒後方の断面形状が上記扁平円形状となる部分は自ずと後部座席の足下の位置に配置されることとなる。このため、少なくともこの後部座席の足下以降についてはこれを上記フラットフロア化することが容易となり、この意味でも、車両設計の自由度の向上が図られる。またさらに、上記ビードが、外筒の長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどにそれぞれ対向して設けられることで、剛性の低下が懸念される上記断面形状が扁平円形状となる部分の、特に短径側の周面の剛性を高く維持することができるようにもなる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、上記請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用消音装置において、前記外筒の前記排気管と連結される両端部分にはさらに、前記単一の板材がスピニング加工によってテーパ状に縮径されたコーン部が設けられてなることをその要旨とする。
【００１７】
同消音装置としての上記構成によれば、排気管と連結される部分である上記コーン部も含めて単一の板材が使用されるため、当該消音装置としての低コスト化、並びに軽量化がさらに促進されることともなる。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、上記請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用消音装置において、前記外筒には触媒コンバータが内包されてなることをその要旨とする。
【００１９】
同消音装置としての上記構成によれば、内燃機関の排気系として、その外観をより簡素に保つことができるようになり、これによっても、車両設計の自由度の向上が図られるようになる。
【００２０】
なお、請求項５に記載のこのような構成は、上記請求項３に記載の外筒構造に適用して特に有効であり、外筒前方の上記断面形状が略円形状となる部分において上記触媒コンバータを内包する構造とすることで、消音装置と触媒コンバータとの好適な一体化を図ることができるようになる。
【００２１】
一方、請求項６に記載の発明は、内燃機関の排気管に連結されて放射音の低減を行う内燃機関用消音装置を製造する方法として、矩形の単一の板材を適宜の治具を用いてその中心線からＵ字状に曲げ加工する工程と、このＵ字状に曲げ加工した板材を、前記中心線の方向に断面形状を非相似に変化させて且つ、該中心線と直交する全ての断面において周長を同一とする型に収めて圧力を加えることにより、同板材をさらにＯ字状に曲げ加工する工程と、このＯ字状への曲げ加工により互いに対向する辺を接合して、前記排気管との連結部を除く、当該消音装置としての外筒を形成する工程と、を備えることをその要旨とする。
【００２２】
上記製造方法では、上記外筒を低コスト化や軽量化に有利な単一の板材にて形成するにあたり、まずは該板材を上記Ｕ字状に曲げ加工する。そしてその後、該Ｕ字状に曲げ加工した中心線の方向に断面形状を非相似に変化させるようにこれをさらに上記Ｏ字状に曲げ加工するに際し、上記中心線と直交する全ての断面において周長を同一とする態様で、同板材を上記Ｏ字状に曲げ加工するようにしている。このため、上記材料となる板材に無理な塑性歪み（加工歪み）等が加わることもなく、その成形性も高く維持されるようになる。
【００２３】
また、請求項７に記載の発明は、上記請求項６に記載の内燃機関用消音装置の製造方法において、少なくとも前記板材を型に収めてＯ字状に曲げ加工する工程に先立ち、前記中心線の方向の少なくとも一部に、同中心線と平行に所定の長さをもって突出する１乃至複数のビードを形成する工程をさらに備えることをその要旨とする。
【００２４】
このような製造方法によれば、予め上記ビードが形成されていることで、上記外筒の長手方向と直交する全ての断面において周長が同一であるといった構造の実現、いわば同断面の周長合わせも容易となる。また、同ビードを通じて、上記外筒としての剛性を高めることができるようにもなる。換言すれば、上記単一の板材として、より板厚の薄い板材を採用することも可能となる。
【００２５】
また、請求項８に記載の発明は、上記請求項７に記載の内燃機関用消音装置の製造方法において、前記ビードを形成する工程が、前記板材を前記Ｕ字状に曲げ加工する工程に先立って行われることをその要旨とする。
【００２６】
上述のように、ビードを形成する工程は、少なくとも板材を型に収めてＯ字状に曲げ加工する工程以前に行うことで必要十分である。ただし、この製造方法のように、同ビードを形成する工程を、板材をＵ字状に曲げ加工する工程に先立って行うこととすれば、いわゆる加工前の平板状にある板材に対して上記ビードの形成を行うことができるようになり、その製造もより容易となる。
【００２７】
また、請求項９に記載の発明は、上記請求項７または８に記載の内燃機関用消音装置の製造方法において、前記板材をさらにＯ字状に曲げ加工する工程において用いる型が、前記板材の前記中心線の方向と直交する断面形状を、その一方から他方にかけて、略円形状から前記Ｕ字状のＵ字をさらに狭めた扁平円形状に変化させる型からなり、前記ビードを形成する工程が、前記板材の前記Ｏ字状に曲げ加工する工程によってその断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどのそれぞれ対向する位置に対応して前記ビードを形成するものであることをその要旨とする。
【００２８】
この製造方法は、上記請求項３に記載の消音装置の製造に特に有効である。そして、このようにして製造される消音装置が、車両のいわゆるフラットフロア化への対応等、車両設計の自由度の向上において極めて有用であることは上述した通りである。また、上記ビードを、外筒の長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどのそれぞれ対向する位置に対応して設けるようにしたことで、剛性の低下が懸念される上記断面形状が扁平円形状となる部分の、特に短径側の周面の剛性を高く維持することができるようになることも上述した。
【００２９】
また、請求項１０に記載の発明は、上記請求項６〜９のいずれか一項に記載の内燃機関用消音装置の製造方法において、前記形成された外筒の、前記排気管と連結される両端部分をスピニング成形して、テーパ状に縮径されるコーン部を形成する工程をさらに備えることをその要旨とする。
【００３０】
上記製造方法によれば、排気管と連結される部分である上記コーン部も含めて単一の板材が使用されるため、当該消音装置としての低コスト化、並びに軽量化がさらに促進されるようになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明にかかる内燃機関用消音装置についてその一実施の形態を模式的に示す。この実施の形態にかかる消音装置も、先の図６に例示した消音装置（マフラ）と同様、内燃機関を原動機として搭載する自動車等の車両に使用されるものである。ただし、この消音装置は、図１（ａ）および（ｂ）に示されるような外筒構造を採用することによって、前述のような車両設計上の制約を回避するようにしている。
【００３２】
以下、同図１（ａ）および（ｂ）を参照して、この実施の形態にかかる消音装置の構成およびその外筒の構造について詳述する。なお、図１（ａ）は先の図６に対応する平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面図である。
【００３３】
これら図１（ａ）および（ｂ）に示すように、この内燃機関の排気系は、その上流から下流にかけて、上流側排気管４ａおよび下流側排気管４ｂが連結された消音装置を有して構成されている。そして、この消音装置は、その内側に触媒コンバータを内包する外筒１と、この外筒１に設けられたアーム３とを有しており、同消音装置はこのアーム３を通じて車体の床下に懸架される。
【００３４】
ここで、上記消音装置を構成する外筒１は、上記排気管４ａおよび４ｂと連結される方向である同外筒１の長手方向と直交する断面、いわば縦断面の全てにおいて周長が同一である単一の板材によって形成されている。そして、大きくは、円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂ、並びに中継部１ｃ、そして前記排気管４ａおよび４ｂとの連結部となるテーパ状のコーン部９を有して構成されている。具体的には、上記外筒１のコーン部９を除く部分の縦断面の形状は、内燃機関の搭載される車両の前方から後方にかけて、略円形状から中継部１ｃを介して当該車両の幅方向に扁平となる扁平円形状へと変化している。なお、外筒１の縦断面の形状は、その周長を同一に保ちつつ、上記中継部１ｃにおいて、円筒部１ａの縦断面の形状である略円形状から扁平円筒部１ｂの縦断面の形状である扁平円形状へと徐々に変化している。
【００３５】
なお、こうした外筒１の底面は、上記円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂ、並びに中継部１ｃの全てにわたって、それぞれ周方向の曲率が小さくなる形状、すなわち平面に近い形状をもって形成されている。
【００３６】
また、上記扁平円筒部１ｂの短径側の周面中ほどには、上記外筒１の長手方向に沿って、それぞれ対向するようにビード２が形成されている。このビード２を形成したことにより、円筒部１ａの周面よりも剛性が弱くなっている扁平円筒部１ｂの短径側の周面の剛性が高められ、車両運転時の振動や外力等にも耐え得る剛性が維持されるとともに、放射音の低減効果も高められるようになる。また、このような剛性の向上に伴い、上記外筒１を形成する板材の板厚を薄くしてさらなる低コスト化や軽量化等を図ることも可能となる。しかも、このビード２を設けたことにより、後にその製造方法においても説明するように、上記外筒１の縦断面の周長合わせも容易となる。すなわち、外筒１の縦断面の周長を同一に保つためには通常、車両幅方向への幅が大きくなる部分では車両高さ方向への幅を小さく、逆に、車両幅方向への幅が小さくなる部分では車両高さ方向への幅を大きく設定する必要がある。しかし、上記ビード２により周長の調整を行えば、このような周長合わせに伴う外筒１の形状の制約は緩和され、外筒１の設計の自由度がより高められるとともに、外筒１自身の縦断面の周長合わせもより容易となる。
【００３７】
さらにこの実施の形態において、上記外筒１の両端部には、同外筒１を形成する単一の板材がスピニング成形によってテーパ状に縮径されたコーン部９が形成されている。このような構成によれば、排気管と連結される部分である上記コーン部９も含めて単一の板材が使用されるため、当該消音装置としての低コスト化、並びに軽量化がさらに促進されることとなる。
【００３８】
一方、図２は、このような消音装置を車両の床下に搭載したときの搭載態様を模式的に示したものである。なお、この図２において、図２（ａ）はその平面構造を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の側面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図２（ｄ）は図２（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図、図２（ｅ）は図２（ｂ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【００３９】
これら図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、当該車両の床下には、断面略台形状にトンネル部Ｔ１〜Ｔ３が形成されている車体床材５が設けられており、上記トンネル部Ｔ１〜Ｔ３の内方に、排気管４ａおよび４ｂと共々、上述した消音装置が懸架されている。なお、ここでは便宜上、上記アーム３（図１参照）等の図示は割愛している。
【００４０】
そしてここでは、上記消音装置を車両（乗用車）の車幅中心線に沿ってその車体床下に搭載した例について示しており、この場合、背の高い上記トンネル部Ｔ１は車両の運転席と助手席との間のいわゆるフロアコンソールが設けられている位置に形成されている。また、背が低く且つ幅の広い上記トンネル部Ｔ２はこの後方に位置する後部座席の足下の位置に形成されている。そして、これらトンネル部Ｔ１およびＴ２にそれぞれ対応して、消音装置の外筒１における上記円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂが配置される構造としている。これにより、扁平円筒部１ｂが配置される後部座席の足下においては、その床面の平坦性が高められ、車室内の少なくとも後部座席の足下以降についてはこれを、いわゆるフラットフロア化することも容易となる。
【００４１】
また、図２（ｃ）〜（ｅ）にそれぞれ断面図として示されるように、この消音装置は、トンネル部Ｔ１およびＴ２の内方において、同図２（ｃ）〜（ｅ）中に２点鎖線で示す車体床材５の床下平坦部と外筒１の上述した曲率を小さく設定している底面とが略同一平面となる態様で装着されている。これにより、車両の走行中、その車体下側の空気の乱れが抑制され、走行抵抗の低減、ひいては燃費の向上が図られるようになる。
【００４２】
次に、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して、この実施の形態にかかる消音装置の製造方法について説明する。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図であり、図３（ｃ）もこの断面図に対応している。
【００４３】
この製造に際しては、まず、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、例えばステンレス等からなる矩形の単一の板材Ｐに対して、適宜の型を用いたプレス加工等により、板面と直交する方向に突出する２本のビード２を、図３（ａ）中に破線で示した中心線Ｃと平行に所定の長さで形成する。なお、これらビード２は、消音装置完成時には先の図１に示したように、扁平円筒部１ｂの短径側の周面中ほどにそれぞれ対向して配置されるものであり、その長さについてもこれに対応するように形成される。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すように、予め所要の曲率に設定された弧を先端形状とする冶具Ｍ１を用いて板材Ｐの中心線上に圧力を加え、冶具Ｍ１の先端部が押し当てられた箇所ではその先端形状である弧の曲率が保たれつつ上記板材Ｐがその中心線ＣからＵ字状に曲げられるような曲げ加工を行う。
【００４５】
さらに、図３（ｄ）に示すように、このＵ字状に曲げ加工された板材Ｐを、予め前記円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂ、並びに中継部１ｃに対応した形状に象られた型Ｍ２およびＭ３に収めて圧力を加えることにより、同板材をＵ字状からさらにＯ字状へと曲げるような曲げ加工を行う。そしてその後、このＯ字状に曲げられた板材Ｐの互いに対向する辺を溶接等にて接合する。これにより、先の図１に示した外筒１の前記排気管４ａおよび４ｂとの連結部となるコーン部９を除いた部分、すなわち、円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂ、並びに中継部１ｃが形成される。
【００４６】
また、図示は割愛したが、上述の接合工程の後に、上記外筒１の両端部分、すなわち前記排気管４ａおよび４ｂとの連結部に対応する部分にはさらにスピニング成形が施される。これにより、外筒１の両端部分はそれぞれ両端部へ向けてテーパ状に縮径され、前記コーン部９が形成される。
【００４７】
なお、このスピニング成形に先立ち、外筒の中に触媒コンバータおよび消音用の配管等が配設される。また可能であれば、これら各要素はコーン部９の形成後に外筒１内に挿入するようにしてもよい。もしくは、上記外筒１の一端部分のみにコーン部９を形成した後、該外筒１のコーン部９が形成されていない他端側から触媒コンバータ等を外筒１内に挿入し、その後、この他端側にももう一方のコーン部９を形成するようにしてもよい。
【００４８】
こうして、先の図１に示した外筒１が形成されるとともに、この実施の形態にかかる内燃機関用消音装置が製造される。そして、この外筒１の両端部分であるコーン部９の縮径部で、外筒１と上流側排気管４ａおよび下流側排気管４ｂとが溶接、あるいは適宜の金具等で接合されることにより外筒１は封止され、上流側排気管４ａから送られてくる排気ガスを大気中に漏らすことなく下流側排気管４ｂへ排出することができるようになる。なお、先の図１（ａ）では便宜上、下流側排気管４ｂを、上記外筒１の後端から車両後方まで続く１本の排気管として図示しているが、この排気管４ｂについては特に、例えば上記外筒１の後端部との間にフランジ等を設け、金具等で別途に連結する構造とすることが、部品管理等の上では望ましい。
【００４９】
図４は、この実施の形態にかかる消音装置の内部構造についてその一例を参考までに示したものである。なお、この図４において、図４（ａ）はその内部の平面構造、図４（ｂ）は同じくその内部の側面構造をそれぞれ示している。
【００５０】
同図４に示されるように、外筒１には、その縦断面形状が円形状である部分に触媒コンバータ６が内包されるとともに、消音装置内部の配管として、インレットパイプ７およびアウトレットパイプ８が各々配設されている。具体的には、外筒１の一端に接合された上流側排気管４ａが、外筒１の内部において触媒コンバータ６と連結され、さらに、この触媒コンバータ６にはインレットパイプ７が連結されている。また、外筒１の他端には、下流側排気管４ｂが接合されており、この下流側排気管４ｂは外筒１の内部においてアウトレットパイプ８と連結されている。そして、外筒１の中央部には、上記インレットパイプ７およびアウトレットパイプ８の間において、インレットパイプ７から送られてきた排気ガスを膨張させる拡張室ＥＲが設けられている。このような構成により、触媒コンバータ６により大気汚染物質（ＮＯｘ等）が取り除かれた後、インレットパイプ７、拡張室ＥＲ、およびアウトレットパイプ８を通じて放射音の低減処理（消音処理）が施されるようになる。
【００５１】
以上説明したように、この実施の形態にかかる内燃機関用消音装置およびその製造方法によれば、以下に列記するような多くの優れた効果が得られるようになる。
【００５２】
（１）内燃機関用消音装置の外筒１を、排気管４ａおよび４ｂと連結される方向である同外筒１の長手方向と直交する断面の全てにおいて周長が同一である単一の板材Ｐによって形成した。そして、上記外筒１に、上記断面の形状が同外筒１の長手方向に略円形状から中継部１ｃを介して車両の幅方向に扁平となる扁平円形状へと変化するような部分を形成した。内燃機関用消音装置としての上記構成によれば、上記外筒の長手方向への断面形状の変化を通じて、その搭載（懸架）対象となる車体等の形状にも柔軟に対応することができるようになる。このため、触媒コンバータを含めてサブおよびメインのマフラ（消音装置）を一体化する場合であれ、その搭載の自由度が増し、ひいては車両設計の自由度も大幅に向上されるようになる。さらに、外筒１の特に上記断面形状が扁平円形状となる部分を通じて、車両のいわゆるフラットフロア化への対応も容易となる。
【００５３】
（２）また、外筒１が単一の板材Ｐにて形成されるといった、低コスト化や軽量化にも有利な構造でありながら、同外筒１の前記長手方向と直交する全ての断面において周長が同一であるといった構造を併せ持つことにより、上記材料となる板材に無理な塑性歪み等が加わることもなく、その成形性も高く維持される。
【００５４】
（３）上記外筒１の長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどに、それぞれ対向するようにビード２を設けた。このような構成によれば、同外筒１の前記長手方向と直交する全ての断面において周長が同一であるといった上記構造の実現、いわば断面の周長合わせも容易となる。また、上記ビード２が設けられることで、剛性の低下が懸念される上記断面形状が扁平円形状となる部分の、特に短径側の周面の剛性を高く維持することができるようにもなる。さらに、このような剛性の向上に伴い、放射音もより効率的に低減することができるようになり、上記外筒１を形成する板材Ｐの板厚を薄くして低コスト化や軽量化等を図ることも可能となる。さらには、このビード２を通じて外筒１全体の塑性歪み等を抑制することも可能となり、製造過程において外筒１への挫屈あるいは皺等の発生、並びにこれらに起因した亀裂等の発生も低減することができ、ひいては製品としての歩留り向上が図られるようにもなる。
【００５５】
（４）さらに、上記外筒１の排気管と連結される両端部分をスピニング成形によってテーパ状に縮径してコーン部９を設けた。このような構成によれば、排気管と連結される部分である上記コーン部９も含めて単一の板材Ｐが使用されるため、当該消音装置としての低コスト化、並びに軽量化がさらに促進されることとなる。
【００５６】
（５）また、上記構成によれば、板材Ｐを余すところなく利用して外筒１の全てを形成することもできる。すなわち、余分な材料を捨てる必要がなくなり、それに伴う費用等を削減できる。また、最小限の材料により外筒１を形成して材料費を節約することも可能となる。
【００５７】
（６）また、上記外筒１の長手方向と直交する断面形状が略円形状となる部分に触媒コンバータ６を内包する構成とした。このような構成によれば、内燃機関の排気系として、その外観をより簡素に保つことができるようになり、これによっても、車両設計の自由度の向上が図られるようになる。またこの装置は、単一の装置として触媒コンバータおよび消音装置の機能を備えるものであるため、各種の装置を別体で設けるときと比べて、その大きさをよりコンパクトにすることができるようにもなり、同様に車両設計の自由度の向上が図られる。
【００５８】
（７）また、その製造に際しては、治具Ｍ１を用いて矩形且つ単一の板材Ｐの中心線上に圧力を加え、板材Ｐをその中心線からＵ字状に曲げ加工し、このＵ字状に曲げ加工した板材を、型Ｍ２およびＭ３に収めて圧力を加えることにより、同板材をさらにＯ字状に曲げ加工を行った。そして、このＯ字状への曲げ加工により互いに対向する辺を接合して、排気管４ａおよび４ｂとの連結部を除く、当該消音装置としての外筒１を形成した。このような製造方法によると、上記中心線からＵ字状に曲げ加工された板材Ｐにさらに圧力を加え、この板材Ｐを上記中心線の方向に断面形状を略円形状から扁平円形状に変化させるようにＯ字状へ曲げ加工するに際して、上記中心線と直交する全ての断面の周長は同一となっている。このような態様で同板材をＯ字状に曲げ加工することで、上記材料となる板材に無理な塑性歪み（加工歪み）等が加わることはなく、その成形性も高く維持されるようになる。また、このような製造方法は、その製造過程で挫屈や皺等が発生し易い外筒、例えば当該消音装置の外筒１のようにその長手方向に断面の形状が非相似に変化する外筒を有する内燃機関用消音装置の形成に採用して特に有効でもある。
【００５９】
（８）また、上述のＵ字状およびＯ字状への曲げ加工の工程に先立って、板材に中心線Ｃと平行に上記ビード２を形成した。このような製造方法によれば、いわゆる加工前の平板状にある板材に対して上記ビード２の形成を行うことができるようになり、その製造はより容易となる。また、予めビード２が形成されていることで、Ｏ字状への曲げ加工に際しても上記外筒１の縦断面の周長合わせがより容易となる。
【００６０】
（９）トンネル部Ｔ１およびＴ２の内方において、車体床材５の床下平坦部と外筒１の底面とが略同一平面となるように、前記円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂ、並びに中継部１ｃについて、その底面を、それぞれ周方向の曲率が小さくなる形状に形成した。このような構成によれば、車両の走行中、その車体下側の空気の乱れが抑制され、走行抵抗の低減、ひいては燃費の向上が図られるようになる。
【００６１】
なお、本発明にかかる内燃機関用消音装置およびその製造方法は上記実施の形態に限られることなく、例えば以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施の形態では、消音装置の製造に際し、Ｕ字状およびＯ字状への曲げ加工の工程に先立って、板材にビード２を形成したが、この板材に対してビードを形成する工程は、少なくともＯ字状に曲げ加工する工程以前に行えばよく、Ｕ字状に曲げ加工する工程の後に行ってもよい。そして、この場合においても、予めビードが形成されていることで、上記外筒１の縦断面の周長合わせはより容易となる。
【００６２】
・また、上記ビードの形成方法についても、プレス加工に限られるものではなく、その方法は任意である。
・上記実施の形態では、同じく消音装置の製造に際し、上述のようなＵ字状およびＯ字状への曲げ加工を経て形成された外筒の両端部分をスピニング成形して、テーパ状に縮径されるコーン部９を形成しているが、この工程は必須の工程ではない。コーン部は、プレス加工によって塑性変形させることにより形成してもよく。また、このコーン部を別体として形成して溶接等により上記外筒と接合するようにしてもよい。さらにコーン部を有しない消音装置についても、本発明にかかる製造方法は適用できる。
【００６３】
・上記実施の形態では、単層構造の消音装置を想定して、その製造に際しても一枚の矩形の板材Ｐを加工する例について示したが、内筒および外筒の二層構造からなる消音装置についても本発明は同様に適用可能である。そして、その製造に際しては、矩形の板材を二枚重ねて加工することもできる。また、上記板材の材質も、ステンレスに限られるものではない。
【００６４】
・上記Ｏ字状への曲げ加工に用いる型Ｍ２およびＭ３も、前記板材の中心線の方向に断面形状を非相似に変化させて且つ、該中心線と直交する全ての断面において周長を同一とするものであれば、その形状は任意である。また、冶具Ｍ１も、基本的にＵ字状への曲げ加工を可能とするものであれば、その形状は任意である。
【００６５】
・上記実施の形態では、消音装置の外筒１に触媒コンバータ６を内包することとしたが、特に触媒コンバータを内包しない消音装置についても本発明は同様に適用することができる。また、先の図４に示した消音装置の内部構造も一例にすぎず、内燃機関の排気管に連結されて放射音の低減を行うことができる構造であれば、その構造は任意である。
【００６６】
・上記実施の形態では、２本のビード２を、外筒１の長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどにそれぞれ対向するように設ける構造としたが、このビードの数は任意であり、１本または３本以上であってもよい。また、上記ビードを形成する場所および長さについても、必ずしも上記実施の形態のように外筒１の長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどには限られない。基本的に前記外筒の長手方向に沿って設けられていれば、前記周長合わせ等の便宜を得ることはできる。また、こうした周長合わせ等を必要とせずに外筒１としての高い成形性や剛性が得られる場合には、こうしたビードの配設も割愛することができる。
【００６７】
・また、上記実施の形態では、外筒１は、その長手方向と直交する断面形状が、内燃機関の搭載される車両の前方から後方にかけて、略円形状から当該車両の幅方向に扁平となる扁平円形状に変化する部分を有して形成されることとした。しかし、この形状も任意であり、基本的に、外筒１の前記排気管４ａおよび４ｂとの連結部を除く部分がその長手方向に断面形状が非相似に変化して且つ、同外筒１の長手方向と直交する全ての断面において周長が同一である単一の板材によって形成することとすれば、前記に準じた効果を得ることはできる。
【００６８】
・また、外筒１の底面は前述のように、その周方向の曲率を小さくすることで車両走行時の走行抵抗を低減することが可能となるが、そのための断面形状も、例えば円筒部１ａの断面として図２（ｃ）に示した形状には限られない。他に例えば、この図２（ｃ）に対応する断面図として図５に例示するように、略三角形に近い断面形状を有するものなども適宜採用することができる。もっとも、外筒１の前記コーン部９を除く部分がその長手方向に断面形状が非相似に変化して且つ、同外筒１の長手方向と直交する全ての断面において周長が同一である範囲において、この外筒底面の形状は任意である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる内燃機関消音装置の一実施の形態について、（ａ）はその平面構造を模式的に示す平面図、（ｂ）はその側面構造を模式的に示す側面図。
【図２】同実施の形態の消音装置の車体への搭載態様について、（ａ）はその平面構造を示す平面図、（ｂ）はその側面構造を示す側面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、（ｄ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図、（ｅ）は（ｂ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図。
【図３】同実施の形態の消音装置の製造方法について、（ａ）〜（ｄ）はその製造プロセスを示す斜視図および断面図。
【図４】同実施の形態の消音装置の内部構造について、（ａ）はその平面構造を示す内部平面図、（ｂ）はその側面構造を示す内部側面図。
【図５】同実施の形態にかかる消音装置の変形例について、その一部の断面形状を示す部分断面図。
【図６】従来の内燃機関消音装置の一例についてその平面構造を示す平面図。
【符号の説明】
１…外筒、１ａ…円筒部、１ｂ…扁平円筒部、１ｃ…中継部、２…ビード、３…アーム、４ａ…上流側排気管、４ｂ…下流側排気管、６…触媒コンバータ、９…コーン部、Ｍ１…冶具、Ｍ２、Ｍ３…型、Ｐ…板材。
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関用消音装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、この種の内燃機関用消音装置は、内燃機関を原動機として搭載する自動車等の車両に使用されている。図６に、こうした消音装置（マフラ）を含む内燃機関の排気系について、その一般的な平面構造を示す。
【０００３】
図６に示されるように、内燃機関の排気系は、その上流から下流にかけて、大きくは、触媒コンバータ１６、サブマフラ１１、およびメインマフラ２１を有して構成されており、それら各要素が、それぞれ排気管１４ａ、１４ｂおよび１４ｃを介して連結されている。また特に、上記サブマフラ１１にはアーム１３が、またメインマフラ２１にはアーム２３がそれぞれ設けられており、当該排気系を構成する各要素は、これらアーム１３および２３を通じて車体の床下に懸架されている。
【０００４】
排気系としてのこのような構成により、内燃機関の排気マニホールド（図示略）を介して触媒コンバータ１６へ送られた排気ガスは、該触媒コンバータ１６を通じてその大気汚染物質（ＮＯｘ等）が取り除かれた上でサブマフラ１１に至る。そして、このＮＯｘ等の取り除かれた排気ガスは、サブマフラ１１において一旦、放射音の低減処理（消音処理）が施された後、さらにメインマフラ２１に至り、該メインマフラ２１を通じて最終的な放射音の低減処理（消音処理）が施される。
【０００５】
ところで、上記排気系は、内燃機関が車体の前方に搭載されていることを想定している。このため、上記メインマフラ２１は当該車体の後方のトランク部付近に位置することとなる。ただし、このトランク部付近には通常、スペアタイヤや燃料タンク等が搭載されることが多く、該トランク部付近でのスペース的な制約が無視できないものともなっている。
【０００６】
そこで従来は、例えば特許文献１に見られるように、上記トランク部付近でのスペースをより広く確保すべく、内燃機関の排気系を構成する上述した触媒コンバータをはじめ、サブおよびメインのマフラを全て一体化した装置なども提案されている。これら要素をこうしたかたちで一体化することにより、上記トランク部付近には最下流の排気管のみが配設されることとなり、同トランク部付近でのスペース的な制約も自ずと解消されるようになる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−４４４２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、内燃機関の排気系を構成する触媒コンバータや消音装置（マフラ）等を一体化することで、上記トランク部付近のスペース的な制約については確かにこれを解消することはできる。しかし、こうして各要素を一体化することで、その構造体も自ずとその体格が大型化し、また、このような構造体を車体の前方あるいは中ほどに配設するとなると、今度はこれら車体前方あるいは中ほどでのスペース的な制約が無視できなくなり、ひいては車両設計の自由度が大きく制限されることともなっている。
【０００９】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、内燃機関の排気系を構成する各要素を一体化する場合であれ、より自由度の高い車両設計を可能とする構造を有する内燃機関用消音装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以下、上記目的を達成するための手段およびその作用効果について記載する。
まず、請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気管に連結されて放射音の低減を行う内燃機関用消音装置において、当該消音装置の前記排気管との連結部を除く外筒が、前記排気管と連結される方向である長手方向に断面形状が非相似に変化して且つ、同外筒の前記長手方向と直交する全ての断面において周長が同一である単一の板材によって形成されてなることをその要旨とする。
【００１１】
内燃機関用消音装置としての上記構成によれば、上記外筒、正確には同外筒の前記排気管との連結部を除く部分の長手方向への断面形状の変化を通じて、その搭載（懸架）対象となる車体等の形状にも柔軟に対応することができるようになる。このため、たとえ前記従来の消音装置のように、触媒コンバータを含めてサブおよびメインのマフラ（消音装置）が一体化される場合であれ、その搭載の自由度が増し、ひいては車両設計の自由度も大幅に向上されるようになる。また、こうした外筒が単一の板材にて形成されるといった、低コスト化や軽量化にも有利な構造でありながら、同外筒の前記長手方向と直交する全ての断面において周長が同一であるといった構造を併せ持つことにより、上記材料となる板材に無理な塑性歪み等が加わることもなく、その成形性も高く維持される。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の内燃機関用消音装置において、前記外筒には、前記長手方向の少なくとも一部に、同長手方向と直交する方向に突出する１乃至複数のビードが設けられてなることをその要旨とする。
【００１３】
同消音装置としての上記構成によれば、上記ビードを通じて上記外筒としての剛性を高めることができるようになるとともに、同外筒の前記長手方向と直交する全ての断面において周長が同一であるといった構造の実現、いわば断面の周長合わせも容易となる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、上記請求項２に記載の内燃機関用消音装置において、前記外筒は、前記長手方向と直交する断面形状が、内燃機関の搭載される車両の前方から後方にかけて、略円形状から当該車両の幅方向に扁平となる扁平円形状に変化してなり、前記ビードは、前記外筒の前記長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどにそれぞれ対向して設けられてなることをその要旨とする。
【００１５】
同消音装置としての上記構成によれば、外筒の特に上記断面形状が扁平円形状となる部分を通じて、車両のいわゆるフラットフロア化への対応も容易となる。すなわちこの場合、外筒前方の断面形状が略円形状となる部分を車両の運転席と助手席との間のいわゆるフロアコンソールが設けられる位置に配置させることで、外筒後方の断面形状が上記扁平円形状となる部分は自ずと後部座席の足下の位置に配置されることとなる。このため、少なくともこの後部座席の足下以降についてはこれを上記フラットフロア化することが容易となり、この意味でも、車両設計の自由度の向上が図られる。またさらに、上記ビードが、外筒の長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどにそれぞれ対向して設けられることで、剛性の低下が懸念される上記断面形状が扁平円形状となる部分の、特に短径側の周面の剛性を高く維持することができるようにもなる。
【００１６】
また、請求項４に記載の発明は、上記請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用消音装置において、前記外筒の前記排気管と連結される両端部分にはさらに、前記単一の板材がスピニング加工によってテーパ状に縮径されたコーン部が設けられてなることをその要旨とする。
【００１７】
同消音装置としての上記構成によれば、排気管と連結される部分である上記コーン部も含めて単一の板材が使用されるため、当該消音装置としての低コスト化、並びに軽量化がさらに促進されることともなる。
【００１８】
また、請求項５に記載の発明は、上記請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用消音装置において、前記外筒には触媒コンバータが内包されてなることをその要旨とする。
【００１９】
同消音装置としての上記構成によれば、内燃機関の排気系として、その外観をより簡素に保つことができるようになり、これによっても、車両設計の自由度の向上が図られるようになる。
【００２０】
なお、請求項５に記載のこのような構成は、上記請求項３に記載の外筒構造に適用して特に有効であり、外筒前方の上記断面形状が略円形状となる部分において上記触媒コンバータを内包する構造とすることで、消音装置と触媒コンバータとの好適な一体化を図ることができるようになる。
【００２１】
一方、請求項６に記載の発明は、内燃機関の排気管に連結されて放射音の低減を行う内燃機関用消音装置を製造する方法として、矩形の単一の板材を適宜の治具を用いてその中心線からＵ字状に曲げ加工する工程と、このＵ字状に曲げ加工した板材を、前記中心線の方向に断面形状を非相似に変化させて且つ、該中心線と直交する全ての断面において周長を同一とする型に収めて圧力を加えることにより、同板材をさらにＯ字状に曲げ加工する工程と、このＯ字状への曲げ加工により互いに対向する辺を接合して、前記排気管との連結部を除く、当該消音装置としての外筒を形成する工程と、を備えることをその要旨とする。
【００２２】
上記製造方法では、上記外筒を低コスト化や軽量化に有利な単一の板材にて形成するにあたり、まずは該板材を上記Ｕ字状に曲げ加工する。そしてその後、該Ｕ字状に曲げ加工した中心線の方向に断面形状を非相似に変化させるようにこれをさらに上記Ｏ字状に曲げ加工するに際し、上記中心線と直交する全ての断面において周長を同一とする態様で、同板材を上記Ｏ字状に曲げ加工するようにしている。このため、上記材料となる板材に無理な塑性歪み（加工歪み）等が加わることもなく、その成形性も高く維持されるようになる。
【００２３】
また、請求項７に記載の発明は、上記請求項６に記載の内燃機関用消音装置の製造方法において、少なくとも前記板材を型に収めてＯ字状に曲げ加工する工程に先立ち、前記中心線の方向の少なくとも一部に、同中心線と平行に所定の長さをもって突出する１乃至複数のビードを形成する工程をさらに備えることをその要旨とする。
【００２４】
このような製造方法によれば、予め上記ビードが形成されていることで、上記外筒の長手方向と直交する全ての断面において周長が同一であるといった構造の実現、いわば同断面の周長合わせも容易となる。また、同ビードを通じて、上記外筒としての剛性を高めることができるようにもなる。換言すれば、上記単一の板材として、より板厚の薄い板材を採用することも可能となる。
【００２５】
また、請求項８に記載の発明は、上記請求項７に記載の内燃機関用消音装置の製造方法において、前記ビードを形成する工程が、前記板材を前記Ｕ字状に曲げ加工する工程に先立って行われることをその要旨とする。
【００２６】
上述のように、ビードを形成する工程は、少なくとも板材を型に収めてＯ字状に曲げ加工する工程以前に行うことで必要十分である。ただし、この製造方法のように、同ビードを形成する工程を、板材をＵ字状に曲げ加工する工程に先立って行うこととすれば、いわゆる加工前の平板状にある板材に対して上記ビードの形成を行うことができるようになり、その製造もより容易となる。
【００２７】
また、請求項９に記載の発明は、上記請求項７または８に記載の内燃機関用消音装置の製造方法において、前記板材をさらにＯ字状に曲げ加工する工程において用いる型が、前記板材の前記中心線の方向と直交する断面形状を、その一方から他方にかけて、略円形状から前記Ｕ字状のＵ字をさらに狭めた扁平円形状に変化させる型からなり、前記ビードを形成する工程が、前記板材の前記Ｏ字状に曲げ加工する工程によってその断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどのそれぞれ対向する位置に対応して前記ビードを形成するものであることをその要旨とする。
【００２８】
この製造方法は、上記請求項３に記載の消音装置の製造に特に有効である。そして、このようにして製造される消音装置が、車両のいわゆるフラットフロア化への対応等、車両設計の自由度の向上において極めて有用であることは上述した通りである。また、上記ビードを、外筒の長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどのそれぞれ対向する位置に対応して設けるようにしたことで、剛性の低下が懸念される上記断面形状が扁平円形状となる部分の、特に短径側の周面の剛性を高く維持することができるようになることも上述した。
【００２９】
また、請求項１０に記載の発明は、上記請求項６〜９のいずれか一項に記載の内燃機関用消音装置の製造方法において、前記形成された外筒の、前記排気管と連結される両端部分をスピニング成形して、テーパ状に縮径されるコーン部を形成する工程をさらに備えることをその要旨とする。
【００３０】
上記製造方法によれば、排気管と連結される部分である上記コーン部も含めて単一の板材が使用されるため、当該消音装置としての低コスト化、並びに軽量化がさらに促進されるようになる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明にかかる内燃機関用消音装置についてその一実施の形態を模式的に示す。この実施の形態にかかる消音装置も、先の図６に例示した消音装置（マフラ）と同様、内燃機関を原動機として搭載する自動車等の車両に使用されるものである。ただし、この消音装置は、図１（ａ）および（ｂ）に示されるような外筒構造を採用することによって、前述のような車両設計上の制約を回避するようにしている。
【００３２】
以下、同図１（ａ）および（ｂ）を参照して、この実施の形態にかかる消音装置の構成およびその外筒の構造について詳述する。なお、図１（ａ）は先の図６に対応する平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）の側面図である。
【００３３】
これら図１（ａ）および（ｂ）に示すように、この内燃機関の排気系は、その上流から下流にかけて、上流側排気管４ａおよび下流側排気管４ｂが連結された消音装置を有して構成されている。そして、この消音装置は、その内側に触媒コンバータを内包する外筒１と、この外筒１に設けられたアーム３とを有しており、同消音装置はこのアーム３を通じて車体の床下に懸架される。
【００３４】
ここで、上記消音装置を構成する外筒１は、上記排気管４ａおよび４ｂと連結される方向である同外筒１の長手方向と直交する断面、いわば縦断面の全てにおいて周長が同一である単一の板材によって形成されている。そして、大きくは、円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂ、並びに中継部１ｃ、そして前記排気管４ａおよび４ｂとの連結部となるテーパ状のコーン部９を有して構成されている。具体的には、上記外筒１のコーン部９を除く部分の縦断面の形状は、内燃機関の搭載される車両の前方から後方にかけて、略円形状から中継部１ｃを介して当該車両の幅方向に扁平となる扁平円形状へと変化している。なお、外筒１の縦断面の形状は、その周長を同一に保ちつつ、上記中継部１ｃにおいて、円筒部１ａの縦断面の形状である略円形状から扁平円筒部１ｂの縦断面の形状である扁平円形状へと徐々に変化している。
【００３５】
なお、こうした外筒１の底面は、上記円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂ、並びに中継部１ｃの全てにわたって、それぞれ周方向の曲率が小さくなる形状、すなわち平面に近い形状をもって形成されている。
【００３６】
また、上記扁平円筒部１ｂの短径側の周面中ほどには、上記外筒１の長手方向に沿って、それぞれ対向するようにビード２が形成されている。このビード２を形成したことにより、円筒部１ａの周面よりも剛性が弱くなっている扁平円筒部１ｂの短径側の周面の剛性が高められ、車両運転時の振動や外力等にも耐え得る剛性が維持されるとともに、放射音の低減効果も高められるようになる。また、このような剛性の向上に伴い、上記外筒１を形成する板材の板厚を薄くしてさらなる低コスト化や軽量化等を図ることも可能となる。しかも、このビード２を設けたことにより、後にその製造方法においても説明するように、上記外筒１の縦断面の周長合わせも容易となる。すなわち、外筒１の縦断面の周長を同一に保つためには通常、車両幅方向への幅が大きくなる部分では車両高さ方向への幅を小さく、逆に、車両幅方向への幅が小さくなる部分では車両高さ方向への幅を大きく設定する必要がある。しかし、上記ビード２により周長の調整を行えば、このような周長合わせに伴う外筒１の形状の制約は緩和され、外筒１の設計の自由度がより高められるとともに、外筒１自身の縦断面の周長合わせもより容易となる。
【００３７】
さらにこの実施の形態において、上記外筒１の両端部には、同外筒１を形成する単一の板材がスピニング成形によってテーパ状に縮径されたコーン部９が形成されている。このような構成によれば、排気管と連結される部分である上記コーン部９も含めて単一の板材が使用されるため、当該消音装置としての低コスト化、並びに軽量化がさらに促進されることとなる。
【００３８】
一方、図２は、このような消音装置を車両の床下に搭載したときの搭載態様を模式的に示したものである。なお、この図２において、図２（ａ）はその平面構造を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の側面図、図２（ｃ）は図２（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図２（ｄ）は図２（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図、図２（ｅ）は図２（ｂ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【００３９】
これら図２（ａ）〜（ｅ）に示すように、当該車両の床下には、断面略台形状にトンネル部Ｔ１〜Ｔ３が形成されている車体床材５が設けられており、上記トンネル部Ｔ１〜Ｔ３の内方に、排気管４ａおよび４ｂと共々、上述した消音装置が懸架されている。なお、ここでは便宜上、上記アーム３（図１参照）等の図示は割愛している。
【００４０】
そしてここでは、上記消音装置を車両（乗用車）の車幅中心線に沿ってその車体床下に搭載した例について示しており、この場合、背の高い上記トンネル部Ｔ１は車両の運転席と助手席との間のいわゆるフロアコンソールが設けられている位置に形成されている。また、背が低く且つ幅の広い上記トンネル部Ｔ２はこの後方に位置する後部座席の足下の位置に形成されている。そして、これらトンネル部Ｔ１およびＴ２にそれぞれ対応して、消音装置の外筒１における上記円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂが配置される構造としている。これにより、扁平円筒部１ｂが配置される後部座席の足下においては、その床面の平坦性が高められ、車室内の少なくとも後部座席の足下以降についてはこれを、いわゆるフラットフロア化することも容易となる。
【００４１】
また、図２（ｃ）〜（ｅ）にそれぞれ断面図として示されるように、この消音装置は、トンネル部Ｔ１およびＴ２の内方において、同図２（ｃ）〜（ｅ）中に２点鎖線で示す車体床材５の床下平坦部と外筒１の上述した曲率を小さく設定している底面とが略同一平面となる態様で装着されている。これにより、車両の走行中、その車体下側の空気の乱れが抑制され、走行抵抗の低減、ひいては燃費の向上が図られるようになる。
【００４２】
次に、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して、この実施の形態にかかる消音装置の製造方法について説明する。なお、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図であり、図３（ｃ）もこの断面図に対応している。
【００４３】
この製造に際しては、まず、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、例えばステンレス等からなる矩形の単一の板材Ｐに対して、適宜の型を用いたプレス加工等により、板面と直交する方向に突出する２本のビード２を、図３（ａ）中に破線で示した中心線Ｃと平行に所定の長さで形成する。なお、これらビード２は、消音装置完成時には先の図１に示したように、扁平円筒部１ｂの短径側の周面中ほどにそれぞれ対向して配置されるものであり、その長さについてもこれに対応するように形成される。
【００４４】
次に、図３（ｃ）に示すように、予め所要の曲率に設定された弧を先端形状とする冶具Ｍ１を用いて板材Ｐの中心線上に圧力を加え、冶具Ｍ１の先端部が押し当てられた箇所ではその先端形状である弧の曲率が保たれつつ上記板材Ｐがその中心線ＣからＵ字状に曲げられるような曲げ加工を行う。
【００４５】
さらに、図３（ｄ）に示すように、このＵ字状に曲げ加工された板材Ｐを、予め前記円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂ、並びに中継部１ｃに対応した形状に象られた型Ｍ２およびＭ３に収めて圧力を加えることにより、同板材をＵ字状からさらにＯ字状へと曲げるような曲げ加工を行う。そしてその後、このＯ字状に曲げられた板材Ｐの互いに対向する辺を溶接等にて接合する。これにより、先の図１に示した外筒１の前記排気管４ａおよび４ｂとの連結部となるコーン部９を除いた部分、すなわち、円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂ、並びに中継部１ｃが形成される。
【００４６】
また、図示は割愛したが、上述の接合工程の後に、上記外筒１の両端部分、すなわち前記排気管４ａおよび４ｂとの連結部に対応する部分にはさらにスピニング成形が施される。これにより、外筒１の両端部分はそれぞれ両端部へ向けてテーパ状に縮径され、前記コーン部９が形成される。
【００４７】
なお、このスピニング成形に先立ち、外筒の中に触媒コンバータおよび消音用の配管等が配設される。また可能であれば、これら各要素はコーン部９の形成後に外筒１内に挿入するようにしてもよい。もしくは、上記外筒１の一端部分のみにコーン部９を形成した後、該外筒１のコーン部９が形成されていない他端側から触媒コンバータ等を外筒１内に挿入し、その後、この他端側にももう一方のコーン部９を形成するようにしてもよい。
【００４８】
こうして、先の図１に示した外筒１が形成されるとともに、この実施の形態にかかる内燃機関用消音装置が製造される。そして、この外筒１の両端部分であるコーン部９の縮径部で、外筒１と上流側排気管４ａおよび下流側排気管４ｂとが溶接、あるいは適宜の金具等で接合されることにより外筒１は封止され、上流側排気管４ａから送られてくる排気ガスを大気中に漏らすことなく下流側排気管４ｂへ排出することができるようになる。なお、先の図１（ａ）では便宜上、下流側排気管４ｂを、上記外筒１の後端から車両後方まで続く１本の排気管として図示しているが、この排気管４ｂについては特に、例えば上記外筒１の後端部との間にフランジ等を設け、金具等で別途に連結する構造とすることが、部品管理等の上では望ましい。
【００４９】
図４は、この実施の形態にかかる消音装置の内部構造についてその一例を参考までに示したものである。なお、この図４において、図４（ａ）はその内部の平面構造、図４（ｂ）は同じくその内部の側面構造をそれぞれ示している。
【００５０】
同図４に示されるように、外筒１には、その縦断面形状が円形状である部分に触媒コンバータ６が内包されるとともに、消音装置内部の配管として、インレットパイプ７およびアウトレットパイプ８が各々配設されている。具体的には、外筒１の一端に接合された上流側排気管４ａが、外筒１の内部において触媒コンバータ６と連結され、さらに、この触媒コンバータ６にはインレットパイプ７が連結されている。また、外筒１の他端には、下流側排気管４ｂが接合されており、この下流側排気管４ｂは外筒１の内部においてアウトレットパイプ８と連結されている。そして、外筒１の中央部には、上記インレットパイプ７およびアウトレットパイプ８の間において、インレットパイプ７から送られてきた排気ガスを膨張させる拡張室ＥＲが設けられている。このような構成により、触媒コンバータ６により大気汚染物質（ＮＯｘ等）が取り除かれた後、インレットパイプ７、拡張室ＥＲ、およびアウトレットパイプ８を通じて放射音の低減処理（消音処理）が施されるようになる。
【００５１】
以上説明したように、この実施の形態にかかる内燃機関用消音装置およびその製造方法によれば、以下に列記するような多くの優れた効果が得られるようになる。
【００５２】
（１）内燃機関用消音装置の外筒１を、排気管４ａおよび４ｂと連結される方向である同外筒１の長手方向と直交する断面の全てにおいて周長が同一である単一の板材Ｐによって形成した。そして、上記外筒１に、上記断面の形状が同外筒１の長手方向に略円形状から中継部１ｃを介して車両の幅方向に扁平となる扁平円形状へと変化するような部分を形成した。内燃機関用消音装置としての上記構成によれば、上記外筒の長手方向への断面形状の変化を通じて、その搭載（懸架）対象となる車体等の形状にも柔軟に対応することができるようになる。このため、触媒コンバータを含めてサブおよびメインのマフラ（消音装置）を一体化する場合であれ、その搭載の自由度が増し、ひいては車両設計の自由度も大幅に向上されるようになる。さらに、外筒１の特に上記断面形状が扁平円形状となる部分を通じて、車両のいわゆるフラットフロア化への対応も容易となる。
【００５３】
（２）また、外筒１が単一の板材Ｐにて形成されるといった、低コスト化や軽量化にも有利な構造でありながら、同外筒１の前記長手方向と直交する全ての断面において周長が同一であるといった構造を併せ持つことにより、上記材料となる板材に無理な塑性歪み等が加わることもなく、その成形性も高く維持される。
【００５４】
（３）上記外筒１の長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどに、それぞれ対向するようにビード２を設けた。このような構成によれば、同外筒１の前記長手方向と直交する全ての断面において周長が同一であるといった上記構造の実現、いわば断面の周長合わせも容易となる。また、上記ビード２が設けられることで、剛性の低下が懸念される上記断面形状が扁平円形状となる部分の、特に短径側の周面の剛性を高く維持することができるようにもなる。さらに、このような剛性の向上に伴い、放射音もより効率的に低減することができるようになり、上記外筒１を形成する板材Ｐの板厚を薄くして低コスト化や軽量化等を図ることも可能となる。さらには、このビード２を通じて外筒１全体の塑性歪み等を抑制することも可能となり、製造過程において外筒１への挫屈あるいは皺等の発生、並びにこれらに起因した亀裂等の発生も低減することができ、ひいては製品としての歩留り向上が図られるようにもなる。
【００５５】
（４）さらに、上記外筒１の排気管と連結される両端部分をスピニング成形によってテーパ状に縮径してコーン部９を設けた。このような構成によれば、排気管と連結される部分である上記コーン部９も含めて単一の板材Ｐが使用されるため、当該消音装置としての低コスト化、並びに軽量化がさらに促進されることとなる。
【００５６】
（５）また、上記構成によれば、板材Ｐを余すところなく利用して外筒１の全てを形成することもできる。すなわち、余分な材料を捨てる必要がなくなり、それに伴う費用等を削減できる。また、最小限の材料により外筒１を形成して材料費を節約することも可能となる。
【００５７】
（６）また、上記外筒１の長手方向と直交する断面形状が略円形状となる部分に触媒コンバータ６を内包する構成とした。このような構成によれば、内燃機関の排気系として、その外観をより簡素に保つことができるようになり、これによっても、車両設計の自由度の向上が図られるようになる。またこの装置は、単一の装置として触媒コンバータおよび消音装置の機能を備えるものであるため、各種の装置を別体で設けるときと比べて、その大きさをよりコンパクトにすることができるようにもなり、同様に車両設計の自由度の向上が図られる。
【００５８】
（７）また、その製造に際しては、治具Ｍ１を用いて矩形且つ単一の板材Ｐの中心線上に圧力を加え、板材Ｐをその中心線からＵ字状に曲げ加工し、このＵ字状に曲げ加工した板材を、型Ｍ２およびＭ３に収めて圧力を加えることにより、同板材をさらにＯ字状に曲げ加工を行った。そして、このＯ字状への曲げ加工により互いに対向する辺を接合して、排気管４ａおよび４ｂとの連結部を除く、当該消音装置としての外筒１を形成した。このような製造方法によると、上記中心線からＵ字状に曲げ加工された板材Ｐにさらに圧力を加え、この板材Ｐを上記中心線の方向に断面形状を略円形状から扁平円形状に変化させるようにＯ字状へ曲げ加工するに際して、上記中心線と直交する全ての断面の周長は同一となっている。このような態様で同板材をＯ字状に曲げ加工することで、上記材料となる板材に無理な塑性歪み（加工歪み）等が加わることはなく、その成形性も高く維持されるようになる。また、このような製造方法は、その製造過程で挫屈や皺等が発生し易い外筒、例えば当該消音装置の外筒１のようにその長手方向に断面の形状が非相似に変化する外筒を有する内燃機関用消音装置の形成に採用して特に有効でもある。
【００５９】
（８）また、上述のＵ字状およびＯ字状への曲げ加工の工程に先立って、板材に中心線Ｃと平行に上記ビード２を形成した。このような製造方法によれば、いわゆる加工前の平板状にある板材に対して上記ビード２の形成を行うことができるようになり、その製造はより容易となる。また、予めビード２が形成されていることで、Ｏ字状への曲げ加工に際しても上記外筒１の縦断面の周長合わせがより容易となる。
【００６０】
（９）トンネル部Ｔ１およびＴ２の内方において、車体床材５の床下平坦部と外筒１の底面とが略同一平面となるように、前記円筒部１ａおよび扁平円筒部１ｂ、並びに中継部１ｃについて、その底面を、それぞれ周方向の曲率が小さくなる形状に形成した。このような構成によれば、車両の走行中、その車体下側の空気の乱れが抑制され、走行抵抗の低減、ひいては燃費の向上が図られるようになる。
【００６１】
なお、本発明にかかる内燃機関用消音装置およびその製造方法は上記実施の形態に限られることなく、例えば以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施の形態では、消音装置の製造に際し、Ｕ字状およびＯ字状への曲げ加工の工程に先立って、板材にビード２を形成したが、この板材に対してビードを形成する工程は、少なくともＯ字状に曲げ加工する工程以前に行えばよく、Ｕ字状に曲げ加工する工程の後に行ってもよい。そして、この場合においても、予めビードが形成されていることで、上記外筒１の縦断面の周長合わせはより容易となる。
【００６２】
・また、上記ビードの形成方法についても、プレス加工に限られるものではなく、その方法は任意である。
・上記実施の形態では、同じく消音装置の製造に際し、上述のようなＵ字状およびＯ字状への曲げ加工を経て形成された外筒の両端部分をスピニング成形して、テーパ状に縮径されるコーン部９を形成しているが、この工程は必須の工程ではない。コーン部は、プレス加工によって塑性変形させることにより形成してもよく。また、このコーン部を別体として形成して溶接等により上記外筒と接合するようにしてもよい。さらにコーン部を有しない消音装置についても、本発明にかかる製造方法は適用できる。
【００６３】
・上記実施の形態では、単層構造の消音装置を想定して、その製造に際しても一枚の矩形の板材Ｐを加工する例について示したが、内筒および外筒の二層構造からなる消音装置についても本発明は同様に適用可能である。そして、その製造に際しては、矩形の板材を二枚重ねて加工することもできる。また、上記板材の材質も、ステンレスに限られるものではない。
【００６４】
・上記Ｏ字状への曲げ加工に用いる型Ｍ２およびＭ３も、前記板材の中心線の方向に断面形状を非相似に変化させて且つ、該中心線と直交する全ての断面において周長を同一とするものであれば、その形状は任意である。また、冶具Ｍ１も、基本的にＵ字状への曲げ加工を可能とするものであれば、その形状は任意である。
【００６５】
・上記実施の形態では、消音装置の外筒１に触媒コンバータ６を内包することとしたが、特に触媒コンバータを内包しない消音装置についても本発明は同様に適用することができる。また、先の図４に示した消音装置の内部構造も一例にすぎず、内燃機関の排気管に連結されて放射音の低減を行うことができる構造であれば、その構造は任意である。
【００６６】
・上記実施の形態では、２本のビード２を、外筒１の長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどにそれぞれ対向するように設ける構造としたが、このビードの数は任意であり、１本または３本以上であってもよい。また、上記ビードを形成する場所および長さについても、必ずしも上記実施の形態のように外筒１の長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどには限られない。基本的に前記外筒の長手方向に沿って設けられていれば、前記周長合わせ等の便宜を得ることはできる。また、こうした周長合わせ等を必要とせずに外筒１としての高い成形性や剛性が得られる場合には、こうしたビードの配設も割愛することができる。
【００６７】
・また、上記実施の形態では、外筒１は、その長手方向と直交する断面形状が、内燃機関の搭載される車両の前方から後方にかけて、略円形状から当該車両の幅方向に扁平となる扁平円形状に変化する部分を有して形成されることとした。しかし、この形状も任意であり、基本的に、外筒１の前記排気管４ａおよび４ｂとの連結部を除く部分がその長手方向に断面形状が非相似に変化して且つ、同外筒１の長手方向と直交する全ての断面において周長が同一である単一の板材によって形成することとすれば、前記に準じた効果を得ることはできる。
【００６８】
・また、外筒１の底面は前述のように、その周方向の曲率を小さくすることで車両走行時の走行抵抗を低減することが可能となるが、そのための断面形状も、例えば円筒部１ａの断面として図２（ｃ）に示した形状には限られない。他に例えば、この図２（ｃ）に対応する断面図として図５に例示するように、略三角形に近い断面形状を有するものなども適宜採用することができる。もっとも、外筒１の前記コーン部９を除く部分がその長手方向に断面形状が非相似に変化して且つ、同外筒１の長手方向と直交する全ての断面において周長が同一である範囲において、この外筒底面の形状は任意である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる内燃機関消音装置の一実施の形態について、（ａ）はその平面構造を模式的に示す平面図、（ｂ）はその側面構造を模式的に示す側面図。
【図２】同実施の形態の消音装置の車体への搭載態様について、（ａ）はその平面構造を示す平面図、（ｂ）はその側面構造を示す側面図、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、（ｄ）は（ｂ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図、（ｅ）は（ｂ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図。
【図３】同実施の形態の消音装置の製造方法について、（ａ）〜（ｄ）はその製造プロセスを示す斜視図および断面図。
【図４】同実施の形態の消音装置の内部構造について、（ａ）はその平面構造を示す内部平面図、（ｂ）はその側面構造を示す内部側面図。
【図５】同実施の形態にかかる消音装置の変形例について、その一部の断面形状を示す部分断面図。
【図６】従来の内燃機関消音装置の一例についてその平面構造を示す平面図。
【符号の説明】
１…外筒、１ａ…円筒部、１ｂ…扁平円筒部、１ｃ…中継部、２…ビード、３…アーム、４ａ…上流側排気管、４ｂ…下流側排気管、６…触媒コンバータ、９…コーン部、Ｍ１…冶具、Ｍ２、Ｍ３…型、Ｐ…板材。
Claims (10)
- 内燃機関の排気管に連結されて放射音の低減を行う内燃機関用消音装置において、
当該消音装置の前記排気管との連結部を除く外筒が、前記排気管と連結される方向である長手方向に断面形状が非相似に変化して且つ、同外筒の前記長手方向と直交する全ての断面において周長が同一である単一の板材によって形成されてなる
ことを特徴とする内燃機関用消音装置。 - 前記外筒には、前記長手方向の少なくとも一部に、同長手方向と直交する方向に突出する１乃至複数のビードが設けられてなる
請求項１に記載の内燃機関用消音装置。 - 前記外筒は、前記長手方向と直交する断面形状が、内燃機関の搭載される車両の前方から後方にかけて、略円形状から当該車両の幅方向に扁平となる扁平円形状に変化してなり、前記ビードは、前記外筒の前記長手方向への断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどにそれぞれ対向して設けられてなる
請求項２に記載の内燃機関用消音装置。 - 前記外筒の前記排気管と連結される両端部分にはさらに、前記単一の板材がスピニング成形によってテーパ状に縮径されたコーン部が設けられてなる
請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関用消音装置。 - 前記外筒には触媒コンバータが内包されてなる
請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関用消音装置。 - 内燃機関の排気管に連結されて放射音の低減を行う内燃機関用消音装置を製造する方法であって、
矩形の単一の板材を適宜の治具を用いてその中心線からＵ字状に曲げ加工する工程と、
このＵ字状に曲げ加工した板材を、前記中心線の方向に断面形状を非相似に変化させて且つ、該中心線と直交する全ての断面において周長を同一とする型に収めて圧力を加えることにより、同板材をさらにＯ字状に曲げ加工する工程と、
このＯ字状への曲げ加工により互いに対向する辺を接合して、前記排気管との連結部を除く、当該消音装置としての外筒を形成する工程と、
を備えることを特徴とする内燃機関用消音装置の製造方法。 - 少なくとも前記板材を型に収めてＯ字状に曲げ加工する工程に先立ち、前記中心線の方向の少なくとも一部に、同中心線と平行に所定の長さをもって突出する１乃至複数のビードを形成する工程をさらに備える
請求項６に記載の内燃機関用消音装置の製造方法。 - 前記ビードを形成する工程が、前記板材を前記Ｕ字状に曲げ加工する工程に先立って行われる
請求項７に記載の内燃機関用消音装置の製造方法。 - 前記板材をさらにＯ字状に曲げ加工する工程において用いる型が、前記板材の前記中心線の方向と直交する断面形状を、その一方から他方にかけて、略円形状から前記Ｕ字状のＵ字をさらに狭めた扁平円形状に変化させる型からなり、前記ビードを形成する工程が、前記板材の前記Ｏ字状に曲げ加工する工程によってその断面形状が前記扁平円形状となる部分の短径側の周面中ほどのそれぞれ対向する位置に対応して前記ビードを形成するものである
請求項７または８に記載の内燃機関用消音装置の製造方法。 - 前記形成された外筒の、前記排気管と連結される両端部分をスピニング成形して、テーパ状に縮径されるコーン部を形成する工程をさらに備える
請求項６〜９のいずれか一項に記載の内燃機関用消音装置の製造方法。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2015213923A (ja) * | 2014-05-08 | 2015-12-03 | トヨタ自動車株式会社 | サブマフラ及びサブマフラの製造方法 |
-
2003
- 2003-06-03 JP JP2003158647A patent/JP2004360531A/ja not_active Withdrawn
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| US9470124B2 (en) | 2014-05-08 | 2016-10-18 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Sub-muffler and manufacturing method of sub-muffler |
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