JP2007085312A - 内燃機関用消音器のパイプ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関用消音器のアウトレットパイプの湾曲部での圧力損失を低減する。
【解決手段】 内燃機関用消音器１のシェル１０内にインレットパイプ２０とアウトレットパイプ３０を収容する。アウトレットパイプ３０は、直線状に延びるストレート部３１，３３，３５と、Ｕ字状に湾曲された湾曲部３２，３４とで構成する。湾曲部３２，３４の断面を、短径がストレート部と略同径で長径がストレート部より大径の楕円形状にする。
【選択図】図４

Description

この発明は、内燃機関用消音器に関するものであり、特にそのパイプ構造に関するものである。

一般に、内燃機関用消音器は、シェルを備え、これにインレットパイプとアウトレットパイプが収容されている。内燃機関からの排気ガスは、インレットパイプを通ってシェルの内部に導入される。その後、アウトレットパイプを通って外部に排出される。
特開平１０−２２７２０９ 特開２００４−２８５９１６

アウトレットパイプは、シェル内の長さを稼ぐためにＵ字状に湾曲されているものが少なくない。しかし、湾曲部では排気ガスの流通抵抗が高くなり圧力損失を生じやすいという問題があった。

上記問題点を解決するために、本発明は、シェルと、このシェル内に収容されたインレットパイプ及びアウトレットパイプを備え、内燃機関からの排気ガスが、前記インレットパイプを通ってシェルの内部に導入された後、前記アウトレットパイプを通って外部に排出される内燃機関用消音器において、
前記アウトレットパイプが、直線状に延びるストレート部と、湾曲された湾曲部とを有し、
前記湾曲部の断面が、短径がストレート部と略同径で長径がストレート部より大径の楕円形状になっていることを特徴とする。これによって、湾曲部の流通断面積をストレート部より大きくして流通をよくすることができ、排気ガスの圧力損失を低減してスムーズに排出することができる。

好ましくは、前記湾曲部の長径は、短径の約１．３〜１．６倍であり、より好ましくは短径の約１．４倍である。これによって、圧力損失を確実に低減させることができる。
好ましくは、前記湾曲部の短径方向が、該湾曲部の管軸と同じ平面上に配置される一方、長径方向が、前記平面に対し直交している。
前記楕円断面の湾曲部の管軸の曲率半径は、短径（半径）の約４．５以上が好ましい。

前記湾曲部が、一体物の管体の液圧成形により前記楕円断面形状を付与されていてもよい。
前記湾曲部が、一対の半楕円断面形状の半割管で構成され、これら半割管の周方向の同側端縁どうしが互いに接合されていてもよい。
前記一対の半割管の周方向の同側端縁どうしが、互いに径方向に重ね合わされ、直接的に接合されていてもよく、各半割管の周方向の端縁に径方向外側へ突出するフランジを設け、一対の半割管のフランジどうしが互いに重ねられ接合されていてもよい。

前記アウトレットパイプには、シェルの底に溜まった水分を該アウトレットパイプ内の排気圧にて吸引するための吸引口が形成されているのが望ましい。
前記フランジ付き半割管構造において、各フランジに半割管の内周からフランジ外端に達する溝を設け、一対のフランジを合わせるとこれらフランジの上記溝どうしが合わさり吸引口が形成されるようにしてもよい。或いは、少なくとも一方の半割管のフランジに半割管の内周からフランジ外端に達する溝を設け、一対のフランジを合わせると吸引口が形成されるようにしてもよい。前記吸引口の先端は、シェルの内底に近接して開口されるようにし、シェルの底に溜まった水分がアウトレットパイプ内の排気圧によって前記吸引口から吸引し排気ガスと共に排出されるようにする。

本発明によれば、内燃機関用消音器のアウトレットパイプの湾曲部での流通を良くすることができ、排気ガスの圧力損失を低減してスムーズに排出することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、内燃機関用消音器１を示したものである。内燃機関用消音器１は、シェル１０を備えている。シェル１０は、周壁１１と、一対の端板１２，１３と、隔壁１４を有している。

周壁１１は、一様な断面形状のストレートな筒体で構成され、軸線をほぼ前後に水平に向けて配置されている。図２に示すように、周壁１１の断面形状は、略直角三角形状に形成されているが、他の形状、例えば楕円形、円形、その他の形状であってもよい。周壁１１は、ほぼ直角の角部１１ａと、１つの鋭角の角部１１ｂとがほぼ同一高さに位置し、もう１つの鋭角の角部１１ｃが、上記角部１１ａ，１１ｂの上方に位置するように配置されている。

図１に示すように、周壁１１の前側（図１において左）の開口は端板１２によって塞がれ、後側（図１において右）の開口は端板１３によって塞がれている。これにより、シェル１０の内部に密閉空間が形成されている。周壁１１の軸方向の中間部には隔壁１４が設けられている。この隔壁１４によってシェル１０内の密閉空間が後側の第１室１０ａと前側の第２室１０ｂとに区分けされている。図２に示すように、隔壁１４には複数の連通孔１４ａが形成されている。これら連通孔１４ａを介して第１室１０ａと第２室１０ｂが連通されている。複数の連通孔１４ａに代えて、全ての連通孔１４ａの断面積を合計した断面積と同一の断面積を有する一つの大きな孔を隔壁１４に形成してもよい。

図１に示すように、シェル１０にはインレットパイプ２０が収容されている。インレットパイプ２０は、外部からシェル１０の前側の端板１２を気密に貫通してシェル２０内に入るとともに、そこからまっすぐ周壁１１の軸線と平行に後方へ延び、第２室１０ｂ及び隔壁１４を貫通して第１室１０ａに達し、この第１室１０ａ内で開放されている。インレットパイプ２０の断面形状は、ほぼ全長にわたって一定の直径の真円になっている。第１室１０ａ内に位置するインレットパイプ２０の周壁部には、複数のサイド孔２１が貫通形成されている。エンジン（図示せず）からの排気ガスは、インレットパイプ２０を通り、サイド孔２１から第１室１０ａに導入される。その後、隔壁１４の連通孔１４ａを通って第２室１０ｂに流入するようになっている。

図１及び図２に示すように、シェル１０にはアウトレットパイプ３０が収容されている。アウトレットパイプ３０は、上流側から順次、第１ストレート部３１と、第１湾曲部３２と、第２ストレート部３３と、第２湾曲部３４と、第３ストレート部３５を有し、これらを一列に連ねることにより構成されている。

第１ストレート部３１の上流端は、開口され、第２室１０ｂ内に配置されている。第１ストレート部３１は、この上端開口からまっすぐ周壁１１の軸線と平行に後方へ延び、隔壁１４を貫通して第１室１０ａに入り込んでいる。この第１ストレート部３１の第１室１０ａ側の端部に第１湾曲部３２が一体に連なっている。第１湾曲部３２は、第１室１０ａ内にのみ配置されるとともに、下側へＵ字状にほぼ１８０°湾曲され、前方へ折り返されている。第１湾曲部３２の前方への折り返し端部に第２ストレート部３３が一体に連なっている。第２ストレート部３３は、第１湾曲部３２との連通部からまっすぐ周壁１１の軸線と平行に前方へ延び、隔壁１４を貫通して第２室１０ｂに入り込んでいる。この第２ストレート部３３の第２室１０ｂ側の端部に第２湾曲部３４が一体に連なっている。第２湾曲部３４は、第２室１０ｂ内にのみ配置されるとともに、上側へＵ字状にほぼ１８０°湾曲され、後方へ折り返されている。この第２湾曲部３４の後方への折り返し側の端部に第３ストレート部３５が一体に連なっている。第３ストレート部３５は、第２湾曲部３４との連通部からまっすぐ周壁１１の軸線と平行に後方へ延び、隔壁１４及び第１室１０ａを貫通し、さらに端板１３を気密に貫通している。端板１３を貫通する第３ストレート部３５の下流端に排気管４０が接続されている。

第２室１０ｂ内に流入した排気ガスは、第１ストレート部３１の上端開口部からアウトレットパイプ３０内に流入し、第１ストレート部３１、第１湾曲部３２、第２ストレート部３３、第２湾曲部３４、第３ストレート部３５を順次通り、更に排気管４０を経て外部に放出されるようになっている。
ストレート部３１，３３，３５だけでなくＵ字状の湾曲部３２，３４を設けて複数箇所で折り返すことによりアウトレットパイプ３０の流路長を稼ぐことができる。なお、ストレート部及び湾曲部の数及び長さは適宜設定することができる。

第１ストレート部３１と第３ストレート部３５は、シェル１０のほぼ中間の高さに配置されている。第２ストレート部３３は、シェル１０の下部の内周面の近くの高さに配置されている。第１湾曲部３２の前方への折り返し側の端部（第２ストレート部３３側の端部）は、第１ストレート部３１側の端部より下に位置している。第２湾曲部３４の後方への折り返し側の端部（第３ストレート部３５側の端部）は、第２ストレート部３３側の端部より上に位置している。

アウトレットパイプ３０の管軸と直交する管路断面は、ストレート部３１，３３，３５と湾曲部３２，３４とで形状が異なっている。すなわち、図２に示すように、アウトレットパイプ３０のストレート部３１，３３，３５は、一定直径の真円状の断面形状であるのに対し、図４及び図６に示すように、湾曲部３２，３４は、楕円状の断面形状になっている。図１及び図３に示すように、湾曲部３２，３４の楕円断面の短径は、ストレート部３１，３３，３５と略同径になっている。図２、図４、図５に示すように、湾曲部３２，３４の楕円断面の長径は、ストレート部３１，３３，３５より大径になっている。これによって、湾曲部３２，３４の流路断面積が、ストレート部３１，３３，３５の流路断面積より大きくなっている。
例えば、湾曲部３２，３４の長径（直径）は、約７０ｍｍであり、短径（直径）は、約５０ｍｍであり、長径は短径の約１．４倍になっている。
湾曲部３２，３４の管軸の曲率半径は、約１２０ｍｍであり、この曲率半径と短径（半径）の比率は約４．８：１になっている。

図１に示すように、第１湾曲部３２の楕円断面の短径方向は、該第１湾曲部３２の管軸と同じ平面上に配置されている。図２に示すように、第１湾曲部３２の楕円断面の長径方向は、第１湾曲部３２の管軸の配置された平面に対し直交している。
図１及び図３に示すように、第２湾曲部３４の楕円断面の短径方向は、該第２湾曲部３４の管軸と同じ平面上に配置されている。図２、図４、図５に示すように、第２湾曲部３４の楕円断面の長径方向は、第２湾曲部３４の管軸の配置された平面に対し直交している。

図２〜図５に示すように、湾曲部３２，３４は、それぞれ管軸の中間部の一定断面領域３２ａ，３４ａと、この一定断面領域の上流側の漸増断面領域３２ｂ，３４ｂと、下流側の漸減断面領域３２ｃ，３４ｃとを有している。漸増断面領域３２ｂ，３４ｂにおいては、管路断面の長径が、下流側へ向かうにしたがって漸増している。一定断面領域３２ａ，３４ａにおいては、管軸方向のどの位置でも短径及び長径が一定の楕円形状の管路断面になっている。漸減断面領域３２ｃ，３４ｃにおいては、管路断面の長径が、下流側へ向かうにしたがって漸減している。

図３は、第２湾曲部３４として提供される管体３４０を示したものである。管体３４０は、一体物の管であり、その中間部３４１を湾曲させるとともに断面が楕円になるように成形され、湾曲部３２となっている。管体３４０の一端部３４２は、第２ストレート部３３の一部となり、他端部３４３は、第３ストレート部３５の一部となっている。

湾曲部３４の楕円断面形状は、液圧成形装置（図示省略）を用いた液圧成形方法によって作り出すことができる。液圧成形装置は、一対の半割金型を有している。各半割金型には半楕円断面の凹溝状の成形面が形成されている。一対の半割金型の成形面を合わせることによって楕円断面の成形面が形成されるようになっている。これら一対の半割金型で管体３４０を挟み、この管体３４０の内部に液状の成形媒体を注入し液圧をかける。この液圧によって管体３４０の中間部３４１が上記金型の楕円断面の成形面と合致するまで膨らむ。これによって、管体３４０の中間部３４１を楕円断面の湾曲部３４にすることができる。その後、加圧を止め、液状成形媒体を抜き、一対の半割金型を分離し、管体３４０を取り出す。
詳細な図示は省略するが、第１湾曲部３２も、同様に、一体物の管体を液圧成形することによって作られている。

上記構成の内燃機関用消音器１によれば、アウトレットパイプ３０の湾曲部３２，３４が楕円断面になり、流路断面積がストレート部３１，３３，３５より大きくなっているので、排気ガスの湾曲部３２，３４での流通を良くし圧力損失を低減することができ、スムーズに排出することができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の実施形態と重複する構成に関しては図面に同一符号を付して説明を省略する。
第２実施形態
図７〜図１０は、第２実施形態に係る第２湾曲部３４を示したものである。
この湾曲部３４は、一対の半割管３４４，３４５で構成されている。図１１に示すように、各半割管３４４，３４５は、プレスにて断面が半楕円形状になるように成形されている。片側の半割管３４４の周方向両端の縁３４４ａは、径方向外側に膨らまされている。図１０及び図１２に示すように、この半割管３４４の膨らんだ縁３４４ａの内周側に他方の半割管３４５の縁３４５ａが重ねられ、両者が溶接等の接合手段にて接合されている。一対の半割管３４４，３４５を合わせることによって楕円断面の第２湾曲部３４が形成されている。

一対の半割管３４４，３４５は、湾曲部３４を長軸方向に２分割した構成になっているが、短軸方向に２分割した構成になっていてもよく、長軸と短軸の間の斜め方向に２分割した構成になっていてもよい。
図示は省略するが、第２実施形態では第１湾曲部３２についても同様の一対の半割管で構成されている。

第３実施形態
図１３〜図１８は、第３実施形態に係る第２湾曲部３４を示したものである。
この第２湾曲部３４は、一対の半割管３４６，３４７で構成されている。図１６に示すように、各半割管３４６，３４７は、プレスにて断面が半楕円形状になるように成形されている。図１８に示すように、各半割管３４６，３４７の周方向両端の縁には径方向の外側へ突出するフランジ３４８が設けられている。図１７に示すように、一対の半割管３４６，３４７のフランジ３４８どうしが重ね合わされ溶接等の接合手段にて接合されている。一対の半割管３４６，３４７を合わせることによって楕円断面の第２湾曲部３４が形成されている。

一対の半割管３４６，３４７は、湾曲部３４を長軸方向に２分割した構成になっているが、短軸方向に２分割した構成になっていてもよく、長軸と短軸の間の斜め方向に２分割した構成になっていてもよい。
図示は省略するが、第３実施形態では第１湾曲部３２についても同様の一対の半割管で構成されている。

図１８に示すように、各半割管３４６，３４７のフランジ３４８の下側部には半円筒状の凹溝３４９が形成されている。凹溝３４９は、半割管３４６，３４７の内周から径方向外側へ延び、フランジ３４８の外端縁に達している。図１４及び図１７に示すように、一対の半割管３４６，３４７を合わせて湾曲部３４を形成した状態で、一対の凹溝３４９，３４９が合わさり、断面円形状の吸引口３９が形成されている。
片側の半割管３４６又は３４７のフランジ３４８にだけ凹溝３４９を設け、他方のフランジ３４８は平らにし、半円断面状の吸引口３９が形成されるようにしてもよい。
なお、第３実施形態において、図示しない第１湾曲部３２には、吸引口３９を設けなくてもよい。

吸引口３９の内径は、アウトレットパイプ３０より十分に小さい。図１３に示すように、吸引口３９は、上下に延びている。吸引口３９の上端は、湾曲部３４の内部に連なり、下端は、フランジ３４８の下側の端縁に達して開口し、シェル１０の内部の底部分に連なっている。吸引口３９の下端開口は、シェル１０の周壁１１の下側の内周面から少し離れて配置されている。

第３実施形態において、エンジンが起動されて排気ガスがアウトレットパイプ３０内を流れると、吸引口３９の内部が第２室１０ｂの内部（インレットパイプ２０及びアウトレットパイプ３０を除く第２室１０ｂの内部）より低圧になる。一方、シェル１０の内部には凝縮水が溜まる。この凝縮水が吸引口３９にほぼ達したとき、上記圧力差によって凝縮水が吸引口３９に吸い込まれ、アウトレットパイプ３０に流入する。そして、アウトレットパイプ３０及び排気管４０を通って外部に排出される。これによって、凝縮水の水位を低く抑えることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、適宜変更可能である。
例えば、アウトレットパイプ３０の第１湾曲部３２をも楕円断面形状に形成してもよい。インレットパイプ２０にも湾曲部を設け、このインレットパイプ２０の湾曲部をも楕円断面形状に形成してもよい。
上記実施形態においては、シェル１０の内部を第１、第２室１０ａ，１０ｂに２分割しているが、３つ以上に分割してもよい。
上記実施形態では湾曲部の管壁の厚さは周方向にほぼ一定であり、湾曲部の外周面も内周面も楕円断面になっていたが、湾曲部の少なくとも内周面が楕円断面になっていればよい。
第１、第２実施形態のアウトレットパイプ３０においても、シェル１０の底に溜まった水分を該アウトレットパイプ３０内の排気圧にて吸引するための吸引口３９を形成することにしてもよい。

本発明の第１実施形態に係る内燃機関用消音器の側面図である。 図１のII−II線に沿う背面断面図である。 上記消音器の第２湾曲部を構成する管体の側面図である。 上記管体を図３のIV−IV線に沿って矢視した底面図である。 上記管体を図３のV−V線に沿って矢視した背面図である。 図３のVI−VI線に沿う上記管体の断面図である。 本発明の第２実施形態を示し、アウトレットパイプの湾曲管として提供される管体の側面図である。 図７に示す管体の底面図である。 図７に示す管体の背面図である。 図７の管体のX-X線に沿う断面図である。 図７の管体の分解断面図である。 図１０の円XIIで囲んだ部分を拡大して示す断面図である。 本発明の第３実施形態を示し、アウトレットパイプの湾曲管として提供される管体及びシェル周壁の底部断面の側面図である。 図１３のXIV-XIV線に沿う上記管体の底面図である。 図１３に示す管体及びシェル周壁の底部断面の背面図である。 図１３の管体のXVI-XVI線に沿う断面図である。 図１３の管体の斜視図である。 図１３の管体の分解斜視図である。

符号の説明

１ 内燃機関用消音器
１０ シェル
１１ 周壁
１１ａ 角部
１１ｂ 角部
１１ｃ 角部
１０ａ 第１室
１０ｂ 第２室
１２ 端板
１３ 端板
１４ 隔壁
１４ａ 連通孔
２０ インレットパイプ
２１ サイド孔
３０ アウトレットパイプ
３１ 第１ストレート部
３２ 第１湾曲部
３２ａ 一定断面領域
３２ｂ 漸増断面領域
３２ｃ 漸減断面領域
３３ 第２ストレート部
３４ 第２湾曲部
３４ａ 一定断面領域
３４ｂ 漸増断面領域
３４ｃ 漸減断面領域
３４０ 管体
３４１ 中間部
３４２ 一端部
３４３ 他端部
３４４ 半割管
３４４ａ 縁
３４５ 半割管
３４５ａ 縁
３４６ 半割管
３４７ 半割管
３４８ フランジ
３４９ 凹溝
３５ 第３ストレート部
３９ 吸引口
４０ 排気管

Claims (9)

1. シェルと、このシェル内に収容されたインレットパイプ及びアウトレットパイプを備え、内燃機関からの排気ガスが、前記インレットパイプを通ってシェルの内部に導入された後、前記アウトレットパイプを通って外部に排出される内燃機関用消音器において、
   前記アウトレットパイプが、直線状に延びるストレート部と、湾曲された湾曲部とを有し、
   前記湾曲部の断面が、短径がストレート部と略同径で長径がストレート部より大径の楕円形状になっていることを特徴とする内燃機関用消音器。
2. 前記湾曲部の長径が、短径の１．３〜１．６倍であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用消音器。
3. 前記湾曲部の短径方向が、該湾曲部の管軸と同じ平面上に配置される一方、長径方向が、前記平面に対し直交していることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関用消音器。
4. 前記湾曲部が、一体物の管体の液圧成形により前記楕円断面形状を付与されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関用消音器。
5. 前記湾曲部が、一対の半楕円断面形状の半割管で構成され、これら半割管の周方向の同側端縁どうしが互いに接合されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関用消音器。
6. 前記一対の半割管の周方向の同側端縁どうしが、互いに径方向に重ね合わされ、接合されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用消音器。
7. 各半割管の周方向の端縁に径方向外側へ突出するフランジが設けられ、一対の半割管のフランジどうしが互いに重ねられ接合されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関用消音器。
8. 前記アウトレットパイプには、シェルの底に溜まった水分を該アウトレットパイプ内の排気圧にて吸引するための吸引口が形成されていることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の内燃機関用消音器。
9. 少なくとも一方の半割管のフランジの前記接合面には、半割管の内周からフランジ外端に達する溝が形成され、この溝が、シェルの底に溜まった水分をアウトレットパイプ内の排気圧にて吸引するための吸引口となっていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関用消音器。

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