JP2005155551A - マフラ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造でありながら、排気管の湾曲部に起因する耐久性の低下を好適に抑制することのできるマフラを提供する。
【解決手段】マフラ２０は、湾曲部Ｒを有して車両の下面に沿って引き回される車載内燃機関の排気管（インレットパイプ２２及びアウトレットパイプ２４）の途中にそれぞれ連結されるアウタプレート２６，２８と、各アウタプレート２６，２８を支持する筒状のアウタシェル３０とを備える。マフラ２０内において排気のエネルギを低下させることにより排気音を低減させる。インレットパイプ２２やアウトレットパイプ２４の上記アウタプレート２６，２８との連結部近傍に位置する湾曲部Ｒをマフラ２０に内包する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、車載内燃機関の排気音を低減するためのマフラに関するものである。

従来、この種のマフラとしては、例えば特許文献１に記載されたマフラがある。図７に、この特許文献１に記載されたマフラも含めて、従来一般的に採用されているマフラについてその概要を示す。

この図７に示されるように、マフラ５０は、車両の下面に、そして車載内燃機関の排気管ＥＸ１及びＥＸ２の途中に設けられている。すなわち、このマフラ５０は、アウタシェル５３に固定支持されたアウタプレート５１及び５２を介して、それぞれこれら排気管ＥＸ１及びＥＸ２に連結されている。そして、排気管ＥＸ１（インレットパイプ）を介してマフラ５０内に排気が導入されるとともに、マフラ５０内に導入された排気は、排気管ＥＸ２（アウトレットパイプ）を介して外部に排出される。このとき、マフラ５０内において排気のエネルギが低下され、これにより排気音の低減が図られる。
特開昭５７−１１３９１９号公報

ところで、上記マフラ５０は通常、車両の下面に沿うように配設されるために、スペースの都合上、同マフラ５０を配設可能な位置は限られている。このため、内燃機関の排気管ＥＸ１及びＥＸ２は、複数の部位で湾曲されてマフラ５０に接続されることとなる。そして通常、これら排気管ＥＸ１及びＥＸ２の湾曲部Ｒはマフラ５０のごく近い部位にも形成されている。

ここで、こうした排気管ＥＸ１及びＥＸ２に機関振動や車両振動に起因する外力が加わると、上記湾曲部Ｒの剛性は他の部分よりも低いために、これら排気管ＥＸ１及びＥＸ２は、この湾曲部Ｒにおいてより大きく変形（振動）するようになる。このため、上記湾曲部Ｒがマフラ５０との連結部近傍に位置する場合には、図７のＤ部を拡大して図８に示すように、この湾曲部Ｒでの振動が直接、例えば排気管ＥＸ１とマフラ５０のアウタプレート５１との連結部ＰにモーメントＥとして作用するようになる。そして、このモーメントＥは、同図８からも明らかなように、上記連結部Ｐを歪ませる態様で作用するために、これが排気管ＥＸ１とマフラ５０との連結部Ｐの耐久性、ひいてはマフラ５０自体の耐久性を低下させる一因となっている。またこのことは、マフラ５０のアウタプレート５２（図７）と排気管ＥＸ２との連結部においても同様である。

なお、こうした不都合を回避するために、マフラ５０の上記アウタプレート５１及び５２として肉厚の厚いものを用いたり、上記湾曲部Ｒの変形（振動）を抑制するための補強部材、あるいはダンパを設けるなどの種々の対策が提案されてはいる。しかしながら、これらの対策はそれぞれ、マフラとしての重量増加や、排気系構造の複雑化を伴うものであり、効果的な対策とは言い難い。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構造でありながら、排気管の湾曲部に起因する耐久性の低下を好適に抑制することのできるマフラを提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
先ず、請求項１記載の発明は、湾曲部を有して車両の下面に沿って引き回される車載内燃機関の排気管の途中にそれぞれ連結されるアウタプレート及びそれらアウタプレートを支持する筒状のアウタシェルを有し、これらアウタプレート及びアウタシェルによって囲繞される空間を通じて排気音の低減を行うマフラにおいて、前記排気管の前記アウタプレートとの連結部近傍に位置する湾曲部の少なくとも一つを前記アウタプレート及び前記アウタシェルによって囲繞される空間に内包したことをその要旨とする。

上記構成によれば、マフラ近傍の湾曲部をマフラ内に取り込むとともに、例えばアウタプレート等といったマフラの各壁部によって排気管の上記湾曲部に至る部分を支持することにより、同湾曲部の変形（振動）を抑制することが可能になる。このため、機関振動や車両振動に起因する外力が排気管に加わったとしても、該排気管とアウタプレートとの連結部には前述したモーメント自体が生じ難くなり、同連結部に作用する荷重を好適に抑制することができるようになる。すなわち、マフラに湾曲部を内包するといった簡易な構造をもって、該湾曲部に起因するマフラの耐久性の低下を好適に抑制することができるようになる。

また、請求項２記載の発明は、請求項１に記載のマフラにおいて、前記アウタプレートの少なくとも一方は当該マフラの軸方向に膨出される態様で形成されてなり、前記排気管の湾曲部がアウタプレートのこの膨出された空間内に位置するように、同排気管の湾曲部を内包してなることをその要旨とする。

上記構成によれば、アウタプレートの膨出によってその強度を高めることができるとともに、マフラとしての容量、並びに放熱面積も大きく確保でき、排気音の低減効果が更に促進されるようになる。また、排気管の湾曲部を、アウタプレートのこの膨出された空間内に位置させることで、マフラ内でのスペース効率も高く維持される。そして、この膨出されるアウタプレートが少なくともインレットパイプに連結される側であった場合には、車両走行時の空気の流動抵抗を低く抑えることができるようにもなる。

また、請求項３記載の発明は、請求項２に記載のマフラにおいて、前記アウタプレートが略球面状に膨出されてなることをその要旨とする。
上記構成によれば、特に面剛性の高い球面状あるいはそれに近い形状に形成されたアウタプレートによって排気管が支持されることとなり、マフラ全体の剛性の更なる向上が図られる。

また、請求項４記載の発明は、請求項２または３に記載のマフラにおいて、前記膨出されたアウタプレートの表面には、前記排気管を支持するためのバーリングが設けられてなることをその要旨とする。

上述のように、球面状の壁部は平面状の壁部よりも剛性が高いために、アウタプレートを球面状に形成することによりその面剛性が高くなる。ただし、アウタプレートの一部でも平面状に形成された部分があると、同部分で振動が発生し、更にはその振動がマフラ全体に伝わってしまうために振動抑制効果も著しく低減してしまう。この点、上記構成によれば、上記膨出されたアウタプレートの表面にバーリングを設けることにより、同アウタプレートに平面となる部分を形成することなく排気管を支持することができるようになり、マフラの振動を好適に低減することができるようになる。

また、請求項５記載の発明は、請求項２〜４のいずれか一項に記載のマフラにおいて、前記膨出されたアウタプレートの表面には１乃至複数の補強リブが形成されてなることをその要旨とする。

上記構成によれば、アウタプレートの面剛性を更に向上させることができるとともに、上記放熱面積についてもその更なる拡大を図ることができるようになる。ちなみに、こうして放熱面積が拡大されることで、排気温度の低減効果が促進され、ひいては排気エネルギの低減に伴う排気音の低減効果も更に促進される。

また、請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマフラにおいて、前記アウタプレートと前記アウタシェルとはレーザ溶接によって接続されてなることをその要旨とする。

上記構成によれば、アウタシェルに対するアウタプレートの位置決めが容易になるとともに、その接合強度も高く維持される。特に、排気管の湾曲部を内包する上記各請求項にかかるマフラにおいては、その構造上、アウタシェルに対するアウタプレートの組み付け、固定が難しくなるが、上記レーザ溶接の採用によって、こうした困難性も好適に解消される。また、こうしたレーザ溶接はマフラ自体の軽量化の点でも有利である。

以下、本発明の一実施の形態について説明する。
先ず、本実施の形態にかかるマフラが適用される車両の排気構造について、図１を参照して説明する。

同図１に示すように、本実施の形態にかかるマフラ２０も、先の図７に例示した従来のマフラ５０と同様に、車両の下面に、そして車載内燃機関の排気管１２，１４の途中に設けられている。

次に、上記マフラ２０の具体的な構造について、図２を参照して説明する。
図２に示すように、マフラ２０は排気管１２に連結されるインレットパイプ２２や、排気管１４に連結されるアウトレットパイプ２４、これらインレットパイプ２２やアウトレットパイプ２４にそれぞれ連結されるアウタプレート２６，２８、そしてこれらアウタプレート２６，２８を支持するアウタシェル３０等により構成されている。

ここで、インレットパイプ２２は上述のように、排気管１２（図１）に連結されて同排気管１２の一部をなすものである。そして、本実施の形態にかかるマフラ２０では、このインレットパイプ２２として２本のパイプを備えている。他方、上記アウトレットパイプ２４も上述のように、排気管１４（図１）に連結されて同排気管１４の一部をなすものである。また、上記アウタプレート２６は上記インレットパイプ２２の途中に連結され、アウタプレート２８は上記アウトレットパイプ２４の途中に連結されている。そして、上記アウタシェル３０は、断面が略楕円形をなす筒状に形成され、同アウタシェル３０によって上記各アウタプレート２６，２８が支持されている。なお、上記各アウタプレート２６，２８やアウタシェル３０は、二枚の金属製の薄板が重ね合わされて形成されている。

一方、この実施の形態のマフラ２０にあって、上記各アウタプレート２６，２８及び上記アウタシェル３０によって囲繞される空間内、すなわちマフラ２０内には複数のセパレータ３２が設けられており、このセパレータ３２によって、マフラ２０内がその軸方向に連設される複数の共鳴室に仕切られている。

そして、各アウタプレート２６，２８は共に、同マフラ２０の軸方向に膨出された形状に形成されており、その全体が略球面状、具体的には略楕円面状に形成されている。これにより、アウタプレート２６，２８が平面状に形成される場合と比べて放熱面積が大きくなり、消音性能が向上される。また、アウタプレート２６，２８に走行風が吹き付けられる際に、各アウタプレートが平面状に形成されるマフラと比べて、走行風の流れがマフラ２０外壁に添う方向に円滑に偏向され易くなり、マフラ２０の空力抵抗が低減されるようになる。しかも、面剛性の高い形状に形成されたアウタプレート２６，２８によってインレットパイプ２２やアウトレットパイプ２４が支持されるために、マフラ２０全体の剛性が高められ、これによってもマフラ２０としての耐久性が向上されている。

また、上記アウタプレート２６には、その一部がマフラ２０外方へ向けて突出形成された形状の凸部３４が、また、アウタプレート２８には同様に突出形成された形状の凸部３６がそれぞれ設けられている。これら凸部３４，３６は、それぞれ図３及び図４にその正面構造を示すように、帯状に延びるように形成されており、しかも補強リブとして機能するために、これによって上記アウタプレート２６，２８の面剛性が更に高められている。また、上記膨出されたアウタプレート２６，２８に加え、これら凸部３４，３６が設けられる分だけ、各アウタプレート２６，２８の表面積、すなわち放熱面積が拡大され、マフラ２０としての排気冷却性能、ひいては消音性能の向上が図られている。

他方、図２に示すように、上記各インレットパイプ２２はアウタプレート２６に、またアウトレットパイプ２４はアウタプレート２８に、それぞれ貫通された状態で連結されている。具体的には、図５に一例としてインレットパイプ２２とアウタプレート２６との連結部（図２のＣ部）を拡大して示すように、各アウタプレート２６，２８の貫通孔３８にはその周縁にそれぞれ、バーリング加工によるバーリング４０が形成されている。そして、インレットパイプ２２やアウトレットパイプ２４は、各対応する貫通孔３８に挿入された状態で、バーリング４０に溶接されることにより各アウタプレート２６，２８に固定されている。また、インレットパイプ２２及びアウトレットパイプ２４は、マフラ２０内においては、上記セパレータ３２にも貫通された状態で固定されている。

また一方、図２に示すように、上記各インレットパイプ２２にはそのアウタプレート２６との連結部近傍に、延設方向を変更するための湾曲部Ｒがそれぞれ形成されている。また、アウトレットパイプ２４のアウタプレート２８との連結部近傍にも同様に、その延設方向を変更するための湾曲部Ｒが形成されている。そして、本実施の形態では、それら湾曲部Ｒが、各アウタプレート２６，２８によって膨出された空間内に位置するようにマフラ２０に内包されている。

これにより、図１あるいはその一部を拡大した図６に示されるように、排気管１２や排気管１４にあって、そのインレットパイプ２２とアウタプレート２６との連結部近傍、及びアウトレットパイプ２４とアウタプレート２８との連結部近傍に湾曲部Ｒが形成されることはなくなる。また、マフラ２０内にあっては、そのスペース効率が高く維持されるとともに、インレットパイプ２２（排気管１２）やアウトレットパイプ２４（排気管１４）のうちの湾曲部Ｒ（図２）を含む部分が、上記セパレータ３２に対応する複数の部位で支持されるようになる。このため、マフラ２０に内包される湾曲部Ｒについてはその変形や振動も自ずと抑制されるようになる。したがって、マフラ２０に湾曲部Ｒを内包するといった簡易な構造をもってマフラ２０の耐久性を向上させることができる。また、排気管に形成される複数の湾曲部のうちの幾つかをマフラ２０内に取り込み、その変形を抑制することができるようになるために、排気構造全体の振動抑制を図ることもできるようになる。

ところで、従来より上記アウタシェルとアウタプレートとの接合を、いわゆる「かしめ接合」を用いて行う手法が多用されている。この「かしめ接合」は、具体的には、予め筒状に形成されたアウタシェルにアウタプレートを嵌め込むとともに、アウタシェルから抜けないように同アウタプレートの端部全周を型によって強く押さえつつ行われる。そして通常、アウタプレートの型によって押圧される部分は平面状に形成される。

こうした「かしめ接合」を上記マフラ２０の形成に用いると、インレットパイプ２２やアウトレットパイプ２４によって上記型の使用が妨げられ、その接合が困難なものとなるおそれがある。また各アウタプレート２６，２８が略楕円面状に形成されているために、上記型による押圧のための平面部を確保できず、その押圧を適正に行えないおそれもある。またアウタプレートに平面部が形成されるマフラは、同平面部が振動することによってアウタプレート全体、ひいてはマフラ全体が振動してしまうことから、その剛性が低くなり易いといった実情もある。

そこで、本実施の形態では、アウタシェル３０と各アウタプレート２６，２８とをレーザ溶接により接合するようにしている。
このレーザ溶接による接合は、アウタプレート２６，２８の端部全周を強く押さえずとも、その位置決めが適正になされるようにアウタプレート２６，２８を固定保持するだけで、容易且つ適切に行うことができる。そして、その保持に際しては、アウタプレート２６，２８の押圧位置を任意に設定することができるために、これに用いる型は、その使用がインレットパイプ２２やアウトレットパイプ２４によって妨げられることもない。

したがって、上記マフラ２０を比較的容易に形成することができるようになり、且つアウタシェル３０と各アウタプレート２６，２８との接合強度も高く維持されるようになる。また、インレットパイプ２２（排気管１２）やアウトレットパイプ２４（排気管１４）のマフラ２０外方における延設方向の自由度についてもこれが高められるようになる。更に、アウタシェル３０との接合のためにアウタプレート２６，２８に平面部を形成する必要もなくなり、略楕円面状に形成されたアウタプレート２６，２８の組み付けを極めて容易なものとすることができるようになる。

以下、こうしたマフラ２０の形成手順について、その一例を参考までに説明する。
本実施の形態にかかるマフラ２０は、例えば以下の＜工程１＞〜＜工程３＞を経て組み立てられる。

＜工程１＞先ず、各インレットパイプ２２及びアウトレットパイプ２４がセパレータ３２に取り付けられる。なお、各インレットパイプ２２は湾曲部Ｒを含むアウタプレート２６側のベンド部２２ａとマフラ２０内部側のストレート部２２ｂとに各別に形成されており、この工程ではストレート部２２ｂのみが取り付けられる。

＜工程２＞次に、これに二枚重ねの金属製の薄板が巻き付けられるとともにその端部同士が溶接によって接合されて、アウタシェル３０が形成される。
＜工程３＞次に、これに両アウタプレート２６，２８が嵌め込まれる。なお、この工程に先立ち、一方のアウタプレート２６には各インレットパイプ２２のベンド部２２ａがそれぞれ組み付けられている。また、このアウタプレート２６の組み付けに際しては、ベンド部２２ａとストレート部２２ｂとが一本の管をなすようにベンド部２２ａの端部がストレート部２２ｂの端部に嵌め込まれる。その後、アウタシェル３０と各アウタプレート２６，２８とが溶接により接合される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）湾曲部Ｒでの振動が直接、インレットパイプ２２とアウタプレート２６との連結部や、アウトレットパイプ２４とアウタプレート２８との連結部を歪ませる態様で作用するモーメントとして、それら連結部に作用することを抑制することができる。したがって、マフラ２０に湾曲部Ｒを内包するといった簡易な構造をもって、マフラ２０の耐久性を向上させることができるようになる。

（２）各アウタプレート２６，２８の膨出によってその強度を高めることができるとともに、マフラ２０としての容量、並びに放熱面積も大きく確保でき、排気音の低減効果が更に促進されるようになる。また、インレットパイプ２２やアウトレットパイプ２４の湾曲部Ｒを、アウタプレート２６，２８の上記膨出された空間内に位置させることで、マフラ２０内でのスペース効率も高く維持される。しかも、上記膨出された形状により、走行風の流れがマフラ２０外壁に添う方向に偏向され易くなることから、マフラ２０の空力抵抗が低減され、車両走行時の空気の流動抵抗を低く抑えることができるようにもなる。

（３）各アウタプレート２６，２８を略楕円面状に形成するようにした。このため、面剛性の高いアウタプレート２６，２８によってインレットパイプ２２やアウトレットパイプ２４を支持させることができ、マフラ２０全体の剛性を高めて、その耐久性をより好適に向上させることができる。

（４）略楕円面状のアウタプレート２６，２８に、インレットパイプ２２あるいはアウトレットパイプ２４を支持するためのバーリング４０を設けるようにした。これにより、アウタプレート２６，２８に平面を形成することなくインレットパイプ２２やアウトレットパイプ２４を支持することができるようになり、マフラ２０の振動を好適に低減することができるようになる。

（５）アウタプレート２６に凸部３４（補強リブ）を、またアウタプレート２８に凸部３６（補強リブ）をそれぞれ形成した。このため、それらアウタプレート２６，２８の面剛性を更に向上させることができるとともに、上記放熱面積についてもその更なる拡大を図ることができるようになる。

（６）アウタプレート２６，２８とアウタシェル３０とをレーザ溶接により接合するようにした。このため、アウタシェル３０に対するアウタプレート２６，２８の位置決めが容易になるとともに、その接合強度も高く維持される。特に、前記湾曲部Ｒを内包するマフラ２０においては、その構造上、アウタシェル３０に対するアウタプレート２６，２８の組み付け、固定が難しくなるが、レーザ溶接の採用によって、こうした困難性も好適に解消される。また、こうしたレーザ溶接を採用することにより、例えば「かしめ接合」を採用する場合などと比べて、マフラ２０自体の軽量化を図ることもできる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記実施の形態では、凸部３４，３６を帯状に延びるように形成したが、その形成態様は適宜変更可能である。

・また、上記凸部３４，３６に代えて、若しくは併せて、アウタプレート２６，２８にマフラ２０内方に向けて窪んだ形状の凹部を形成するようにしてもよい。同構成によっても、凹部が補強リブとして機能するために、アウタプレート２６，２８の面剛性を高めることができる。また、凹部によって上記放熱面積の拡大を図ることもできる。

・また、アウタプレート２６，２８の必要な面剛性、及び放熱面積が共に確保されるのであれば、上記凸部３４，３６や凹部を省略してもよい。
・上記実施の形態において、バーリング４０を省略することや、バーリング４０に代えて他のフランジ部を設けること等も可能である。要は、インレットパイプ２２やアウトレットパイプ２４を適切に固定保持することができればよい。

・上記実施の形態において、マフラ２０内のスペース効率の悪化が特に問題とならない場合には、各湾曲部Ｒが必ずしもアウタプレート２６，２８によって膨出した部分に位置する必要はない。湾曲部Ｒをマフラ２０に内包することにより、上記実施の形態に準じた効果は得られる。

・また、複数の湾曲部Ｒの幾つかのみをマフラ２０に内包するようにしてもよい。こうした構成によっても、内包された湾曲部Ｒにおける振動が直接、前記連結部を歪ませる態様で作用するモーメントとして、同連結部に作用することを抑制することはできる。

・上記実施の形態において、アウタプレート２６，２８のうち一方のみをマフラ２０の軸方向に膨出する形状に形成するようにしてもよい。
・上記実施の形態では、アウタプレート２６，２８を略楕円面状に形成するようにしたが、その一部或いは全部を円錐面状や楕円錘面状等で形成するようにしてもよい。要は、アウタシェル３０の断面形状に合わせてアウタプレート２６，２８を略球面状に形成することにより、平面で形成する場合と比べて、それらアウタプレート２６，２８の面剛性を高めることができるようになる。

・上記実施の形態では、アウタシェル３０と各アウタプレート２６，２８とをレーザ溶接により接合するようにしたが、これに準じた他の溶接によって接合するようにしてもよい。

・本発明は、インレットパイプ２２を一本のみ有するマフラや、アウトレットパイプ２４を複数有するマフラにも適用可能である。

本発明の一実施の形態が適用される車両の排気構造を示す平面図。 同実施の形態にかかるマフラの内部構造を示す平面一部断面図。 図２のマフラを矢印Ａ方向から見た正面図。 図２のマフラを矢印Ｂ方向から見た正面図。 図２のＣ部を拡大して示す断面図 マフラ近傍における排気管の延設態様を示す平面図。 従来の車両の排気構造を示す平面図。 従来のマフラと排気管との連結部に作用するモーメントを示す略図。

符号の説明

１２，１４…排気管、２０…マフラ、２２…インレットパイプ、２２ａ…ベンド部、２２ｂ…ストレート部、２４…アウトレットパイプ、２６，２８…アウタプレート、３０…アウタシェル、３２…セパレータ、３４，３６…凸部、３８…貫通孔、４０…バーリング。

Claims (6)

1. 湾曲部を有して車両の下面に沿って引き回される車載内燃機関の排気管の途中にそれぞれ連結されるアウタプレート及びそれらアウタプレートを支持する筒状のアウタシェルを有し、これらアウタプレート及びアウタシェルによって囲繞される空間を通じて排気音の低減を行うマフラにおいて、
   前記排気管の前記アウタプレートとの連結部近傍に位置する湾曲部の少なくとも一つを前記アウタプレート及び前記アウタシェルによって囲繞される空間に内包した
   ことを特徴とするマフラ。
2. 前記アウタプレートの少なくとも一方は当該マフラの軸方向に膨出される態様で形成されてなり、前記排気管の湾曲部がアウタプレートのこの膨出された空間内に位置するように、同排気管の湾曲部を内包してなる
   請求項１に記載のマフラ。
3. 前記アウタプレートが略球面状に膨出されてなる
   請求項２に記載のマフラ。
4. 前記膨出されたアウタプレートの表面には、前記排気管を支持するためのバーリングが設けられてなる
   請求項２または３に記載のマフラ。
5. 前記膨出されたアウタプレートの表面には１乃至複数の補強リブが形成されてなる
   請求項２〜４のいずれか一項に記載のマフラ。
6. 前記アウタプレートと前記アウタシェルとはレーザ溶接によって接続されてなる
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のマフラ。

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