JP2009180138A - 内燃機関の排気系に接続される消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】 消音器内の膨張室を大気に連通させるアウトレットパイプ内に吸い上げた消音器内の貯留水を効率良く大気に排出して、アウトレットパイプ内の滞留水を少なくして貯留水の流れによる騒音を解消する。
【解決手段】 消音器の底部に溜まる貯留水を、アウトレットパイプ３０内に吸い上げるために、そのアウトレットパイプ３０に形成される吸上げ孔４０に、貯留水をアウトレットパイプ内の排気ガスの流れ方向に指向させるガイド部４２を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関，主としての車両用内燃機関の排気系に接続される消音器に関し、特に、膨張室内に貯溜する貯溜水を能率良く大気に放出できるようにした、新規な内燃機関の排気系に接続される消音器に関する。

以下の説明において、消音器底部に溜まる水とアウトレットパイプ内に溜まる水とを区分けするため、前者を「貯留水」後者を「滞留水」と称する。

従来、内燃機関の排気系に接続される消音器においては、排気ガス中に含まれる水分が凝縮して消音器の底部に貯溜することがあるため、消音器の底部近くに配置されて消音器内と大気とを連通するアウトレットパイプに、貯溜水の吸上げ孔を形成し、アウトレットパイプを通過する排気ガスの流速が大きいときにアウトレットパイプ内が負圧になることを利用して、吸上げ孔を介して貯溜水をアウトレットパイプン内に吸い上げ、排気ガスと共に大気に放出するようにしたものは公知（後記特許文献１参照）である。
特開２００６−２６１２号公報

一般に車両用内燃機関の排気系に接続される消音器は、車両の後退走行時の縁石との干渉回避、デパーチャ−アングル（車両が平坦路から急な勾配路にさしかかり、車両が上向きに傾いたときに、車両後部が平坦路と干渉しないように確保する角度）の確保などの目的に、消音器の後方部を上方へ傾けた前傾姿勢で車両に搭載される。

そこで、消音器内の仕切板下部に連通孔を設けて、貯溜水が消音器の前方底部に集まるようにすると共にアウトレットパイプの前方寄りに，前記吸上げ孔を設けるようにしている。

ところが、消音器は上記のように前傾姿勢で車両に搭載されるため、消音器内部のアウトレットパイプもその大気への排出口側を上方へ傾けた前傾姿勢となり、アウトレットパイプ内の負圧により吸上げ孔から鉛直方向にアウトレットパイプ内へ吸い上げられた消音器底部の貯溜水はアウトレットパイプ内の排ガスのガス流により排出口への付勢力を受けるものの、アウトレットパイプが排出口へ向けて上方へ傾斜しているため、吸い上げられた貯留水の一部は排出口までたどり着けずに、アウトレットパイプ内に滞留することがある。そして、アウトレットパイプ内に滞留する滞留水の量が多くなると、以下のような騒音を生じる。

(1) アウトレットパイプ内の貯留水の水面と交差する向きに排気ガスが進入する箇所（屈曲部など）では、排気ガスのガス流が水面とぶつかり、しかも、このぶつかるガス流の圧力は脈動により変動するため、アウトレットパイプ内の滞留水の水面にうねりを生じる。そして、このうねりによって水面とアウトレットパイプ内面との隙間が狭くなった箇所ではガス流の気流速度が高まるため、周辺の滞留水が飛ばされ、水の飛ばされによる騒音を生じる。

(2) 吸上げ孔から吸い上げられた貯留水がアウトレットパイプ内に噴出し、しかも、消音器内の膨張室内の排気ガスの圧力、すなわち消音器底部の貯留水の水面に作用する圧力も排気ガスの脈動により変動しているため、その噴出の勢いも変動する。これにより、アウトレットパイプ内の滞留水の水面に“暴れ”を生じ水面の暴れにより騒音を生じる。

(3) 上記水面の暴れ部分に排気ガスのガス流が衝突するため、排気ガスと水との衝突による騒音を生じる。

一方、車両の走行条件によっては消音器底部に貯留水がない、または、その量がきわめて少ない場合もあり、こうした場合はアウトレットパイプ内にも貯留水が存在しないか、ほとんど存在しないため上記(1) (2) (3) の騒音は生じないが、代わりに以下の騒音を生じる。

(4) アウトレットパイプ内を流れる排気ガスのガス流が吸上げ孔の縁に直接衝突するため、笛吹き音による騒音を生じる。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、前記(1) 〜(4) をすべて解消した新規な消音器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、シェルと、このシェルに設けられ内燃機関の排気管に連なるインレットパイプと、シェルに設けられ大気に開口するアウトレットパイプと、シェル内で前記両パイプを連通する膨張室とを備え、内燃機関からの排気ガスをインレットパイプを介して膨張室に導き、さらに、そこからアウトレットパイプを介して大気に排出すると共に、シェル内の底部に貯留する貯留水をアウトレットパイプを介してシェル外に排出するための貯留水の吸上げ孔をアウトレットパイプに設けた、内燃機関の排気系に接続される消音器であって、
吸上げ孔からアウトレットパイプ内に吸い上げる貯留水をアウトレットパイプ内の排気ガスの流れ方向に指向させるガイド部を吸上げ孔に設けたことを特徴としている。

上記目的を達成するために、請求項２の発明は、前記請求項１のものにおいて、
前記吸上げ孔は、アウトレットパイプの管壁に内方に向けて形成される凹み部よりなり、その凹み部は、アウトレットパイプの、排気ガスのガス流の上流側から下流側に向けて凹みの深さが大きくなるように形成されると共に、その下流側端部にアウトレットパイプ内へ通じる開口部を備え、また、前記ガイド部は、前記管壁を形成するガイド壁を有し、このガイド壁は前記貯留水を前記開口部に導くように傾斜面に形成されていることを特徴としている。

本請求項１の発明によれば、消音器底部からアウトレットパイプ内に吸上げられた貯留水がアウトレットパイプの排出口までたどり着いて、そこから排出する割合が従来のもの（たとえば、前記特許文献１に示されるもの）に比べて格段に高くなる。その結果、アウトレットパイプ内の滞留水が存在しないか、存在しても前記(1) (2) (3) の騒音を発生することのない少ない量となり、前述の(1) (2) (3) の騒音が解消される。また、恒常的に存在する消音器底部の貯留水、アウトレットパイプ内の滞留水が格段に少なくなることから、消音器の発錆などによる腐食を未然に防止することができる。

また、本請求項２の発明によれば、前記作用・効果に加え、アウトレットパイプの管壁の内方に向けて形成される凹み部よりなる吸上げ孔の存在により、アウトレットパイプ内の排気ガスのガス流が、吸上げ孔に縁に直接衝突することが回避されるため、前記(4) の騒音が解消される。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて具体的に説明する。

まず、図１〜７を参照して本発明の第１実施例について説明する。

この第１実施例は、本発明消音器を自動車用内燃機関の排気系に実施した場合であって、図１は、本発明消音器を備えた自動車用内燃機関の排気系の概略平面図、図２は、図１の２−２線に沿う消音器の断面図、図３は、図２の３−３線に沿う断面図、図４は、図２の４−４線に沿う断面図、図５は、図３の５−５線に沿う断面図、図６は、図５の６−６線に沿う断面図、図７は、図６の７線矢視図である。

図１において、自動車の車体前部に搭載される内燃機関Ｅの排気ポートには、該内燃機関Ｅより排出される排気ガスを浄化、消音して大気に放出するための排気系Ｅｘが接続されている。この排気系Ｅｘは自動車の車体Ｂの下部に支持され、車体Ｂの前後方向に延長されていてその後端は大気に開口されている。

排気系Ｅｘは、内燃機関Ｅにその上流端が接続され、車体Ｂの前後方向に伸びて後方に延長される単一の上流側排気管１と、その上流側排気管１の下流端に、分岐管３を介して接続されて車体Ｂの幅方向に離れて配置される２本の左、右下流側排気管２Ｌ，２Ｒとよりなる。上流側排気管１には、その上流側から下流側に向けて排気触媒ＣＡ、補助消音器（プリチャンバ）ＭＡ、共鳴型消音器（サイドブランチ型消音器）ＭＲが間隔をあけて直列に接続されている。また、左、右の下流側排気管２Ｌ，２Ｒには、対をなす２つの主消音器Ｍ，Ｍがそれぞれ接続され、これらの主消音器Ｍ，Ｍの下流端には、テールパイプ５，５がそれぞれ接続されている。

つぎに、本発明にかかる左、右主消音器Ｍ，Ｍの構造について説明するに、それらはいずれも同じ構造を備えているので、以下に、図２〜７を参照してそれらの一方（右）主消音器Ｍについて詳細に説明する。

前記排気系Ｅｘが内燃機関に接続されるとき、主消音器Ｍは水平面に対して傾斜角θをもって前傾姿勢に配置される。

主消音器Ｍの外殻を構成するシェル１１は、ステンレス製の板材を筒状に巻曲し、その両端縁同志を一体に接合して構成されるシェル本体１１ａと、その左右開口端に、気密にかしめ固定される前、後部端板１１ｂ，１１ｃとにより密閉状に形成されている。図３，４に示すように、シェル１１は、楕円形状をなしており、その短径側を上下方向に向けて配置されており、そして、このシェル１１の前部端板１１ｂには、下流側排気管２Ｒの下流部が、また、その後部端板１１ｃには、大気に開口されるテールパイプ５が共に気密に接続されている。

図２〜５に示すように、前記シェル１１の膨張室は、第１、第２の仕切板１３，１４により３つの膨張室、すなわち第１、第２および第３の膨張室Ａ，ＢおよびＣとに仕切られている。具体的には、シェル１１の内周には、その長手方向に間隔をあけて第１の仕切板１３および第２の仕切板１４の外周が接触して、シェル１１の内周に前、後部端板１１ｂ，１１ｃと略平行に圧入固定されている。シェル１１の長手方向の前部には、前部端板１１ｂと第１の仕切板１３とによって第１の膨張室Ａが区画され、また、第１の膨張室Ａの後側には、第１の仕切板１３と第２の仕切板１４とにより第２の膨張室Ｂが区画され、さらに、前記第２の膨張室６の後側には、第２の仕切板４と後部端板２ｃとにより第３の膨張室Ｃが区画される。

図３に示すように、第１の仕切板３には、多数のパンチング孔１５が形成され、また、図４に示すように、第２の仕切板１４には、多数のパンチング孔１６および貫通孔１７が形成されており、第１、第２および第３の膨張室Ａ，Ｂ，Ｃは、排気ガスの自由な流通が可能であり、それらの膨張室Ａ，Ｂ，Ｃは、実質的に一つの膨張室を形成している。

図２，５に示すように、下流側排気管２Ｒの後端（下流端）には、シェル１１内に配設されるインレットパイプ２０の前端（上流端）が連通して接続される。このインレットパイプ２０は、その全長にわたり直状をなし、シェル１１の長径方向一側において、前記前部端板１１ｂおよび第１、第２の仕切板１３，１４に嵌合支持されて、シェル１１内を長手方向に延びており、その後端（下流端）は、キャップ２５により閉じられている。

インレットパイプ２０の、第１、第２の膨張室Ａ，Ｂに対応する部分には、複数の小孔よりなる、排出孔２２，２３がそれぞれ形成され、これらの排出孔２２，２３を通してインレットパイプ１０内は、第１、第２の膨張室Ａ，Ｂ内に連通され、また、インレットパイプ２０の、第３の膨張室Ｃに対応する部分には、多数の小孔よりなる、排出孔２４が形成され、この排出孔２４を通してインレットパイプ２０内は、第３膨張室Ｃに連通される。

下流側排気管２Ｒからインレットパイプ２０に流入した排気ガスは、主に排出口２４から第３の膨張室Ｃへ流入し、第１および第２の膨張室Ａ，Ｂに拡散しつつ排気ガスの膨張、干渉作用により排気音の減衰がなされ、排気音の消音が行われる。そして、第２の膨張室Ｂから後述するアウトレットパイプ３０を通って大気に排出される。

前記シェル１１内には、前記インレットパイプ２０に並列してアウトレットパイプ３０が配設されている。このアウトレットパイプ３０は、図２，５に示すように、シェル１１内を前後方向にＵ字状に屈曲して長く形成されていて、開口端の拡開された、直状の排気ガス進入パイプ部３１と、同じく直状の排気ガス排出パイプ部３３と、それら両パイプ部３１，３３を１本に連結するＵ字状の方向変換パイプ部３２とで構成されている。

前記排気ガス進入パイプ部３１は、シェル１１の長径方向他側に配置されて、シェル１１内を前後方向に延び、第１の仕切板１３に嵌合支持されて、そこに溶接され、第２の膨張室Ｂに開口している。そして、排気ガス進入パイプ部３１の前端（上流端）は、末広状に拡開され第２の膨張室Ｂに開口されており、排気ガスの排気ガス進入パイプ部３１内への流入量を増やすようにされている。

一方、前記排気ガス排出パイプ部３３は、前記排気ガス進入パイプ部３１よりも下方において、シェル１１の長径方向中央部に配置されていて、そのシェル１１の軸線と略平行に延びており、第１、第２の仕切板１３，１４に嵌合支持されて、そこに溶接されており、さらに排気ガス排出パイプ部３３の後端（下流端）は前部端板１１ｂに嵌合支持されている。そして、その前端（上流端）は前記第１の膨張室Ａ内の方向変換パイプ部３２に接続され、またその後端（下流端）は、大気に開口されるテールパイプ５に接続されている。排気ガス排出パイプ部３３の後端、テールパイプ５の前端および後部端板１１ｂは同時溶接される。

図２，５に示すように、排気ガス排出パイプ部３３の途中には、第２、第３の膨張室Ｂ，Ｃに跨がってその外周面に、それよりも大径の吸音筒３５が溶接されている。そして、この吸音筒３５と排気ガス排出パイプ部３３の外周面との間に形成される密閉状の環状空間には、グラスウールなどの吸音材３６が充填されている。排気ガス排出パイプ部３３の吸音材３６に対応する部分には、多数の吸音孔３７が形成されている。排気ガス排出パイプ部３３内を流れる排気ガスの排気音は、吸音材３６により吸収することができる。

図２〜５に示すように、排気ガス進入パイプ部３１の下流端と、それよりも下方に位置する、排気ガス排出パイプ部３３の上流端は、シェル１１の前部に位置する第１の膨張室Ａに配置される方向変換パイプ部３２により連通接続される。この方向変換パイプ部３２はその上流側から下流側に向かって下向きに傾斜しており、排気ガス進入パイプ部３１を流れる排気ガスを下向きに方向変換させながら排気ガス排出パイプ部３３へと導くようにされている。

図２，６，７に示すように、方向変換パイプ部３２の下流側、すなわち、排気ガス排出パイプ部３３との接続側の底部には、シェル１１内の貯留水を、アウトレットパイプ３０内に吸い込むための吸上げ孔４０が形成される。

つぎに、この吸上げ孔４０の構造およびその加工について具体的に説明すると、方向変換パイプ部３２の下流側の底部壁の適所に、その周方向に沿って長い貫通孔４１をプレスにより打ち抜き加工したのち、その貫通孔４１の上流側の底部管壁に、貫通孔４１に続いて凹み部がプレス成形により内方に向けて凹入形成される。この凹み部は、方向変換パイプ部３２の、排気ガスの流れの上流側から下流側に向けて凹みの深さが漸次大きくなるように形成されており、また、その凹み部の下流側の端部には、方向変換パイプ部３２内に通じる開口部４４が開口されている。方向変換パイプ部３２の吸上げ孔４０には、そこから吸い上げる貯留水を方向変換パイプ部３２の排気ガスの流れ方向に指向させるガイド部４２が設けられている。このガイド部４２は前記凹み部より形成され、図６，７に示すように、前記開口部４４よりも排気ガスの流れ方向上流側に離れた一端ｐから排気ガス排出パイプ部３３の内方へ向けて傾斜して開口部４４に達するガイド壁４２ｗを有して横断面アーチ状に形成されており、ガイド部４２は、方向変換パイプ部３２内に吸い上げられる貯留水を、アウトレットパイプ３０の排出口へと導くように案内する。

第１および第２の仕切板１３，１４の底部には、複数の流通孔１８，１９がそれぞれ形成されており、これらの流通孔１８，１９は、シェル１１の底部に貯留する貯留水が自由に流通するようにされている。シェル１１は、前傾姿勢に傾斜されていることから、シェル１１内に残留する貯留水は、前記流通孔１８，１９を通ってシェル１１内の前部に集められる。

つぎに、この実施例の作用について説明する。

いま、内燃機関Ｅが運転され、そこから排出した排気ガスは、排気系Ｅｘへと導かれる。そして排気系Ｅｘを流れる排気ガスは、対をなす主消音器Ｍ，Ｍ内に分流して流れ、各主消音器Ｍ内で排気音の主たる消音が行われる。

図２，５に矢印ａで示すように、下流側排気管２Ｒよりインレットパイプ２０に流入した排気ガスは、その大部分が多数の排出孔２４を通って第３の膨張室Ｃへ流れ、またその一部が複数の排出孔２２，２３を通って第１、第２の膨張室Ａ，Ｂへ流れ、第１，３の膨張室Ａ，Ｃに流入した排気ガスは第１の仕切板１３のパンチング孔１５および第２の仕切板１４のパンチング孔１６および貫通孔１７を通って第２の膨張室Ｂに流れる。そして、その間に排気ガスの膨張、干渉の複合作用により、排気音の効果的な減衰が行われ、排気音の消音がなされる。

この後、排気ガスは、第２の膨張室Ｂより、図２，５に矢印ｂで示すように、排気ガス進入パイプ部３１の開口端よりアウトレットパイプ３０内に流入する。このとき、アウトレットパイプ３０の上流端（流入端）は、末広状に拡開されていることにより、排気ガスのアウトレットパイプ３０への流入量が増加する。また、アウトレットパイプ３０は、前述したように、Ｕ字状に屈曲させて長く延長したことにより、アウトレットパイプ３０内の排気ガスは、該パイプ３０内を流れる間に、排気音がさらに減衰されて、その消音が効果的に行われる。そして充分に消音された排気ガスは、排気ガス排出パイプ部３３の後端より、図２，５に矢印ｃで示すように、テールパイプ５を通って大気に排出される。

前記排気ガスの消音過程において、消音器Ｍ内には、高温の排気ガスがシェル１１内で冷却されて、そこに含まれる水分が露化し凝縮した水や、洗車時にアウトレットパイプ３０からシェル１１内に進入した水が残留する。

シェル１１内に残留した貯留水は、シェル１１が水平面に対して前傾姿勢に傾斜（図１，７参照）されていることにより、第１、第２仕切板１３，１４の流通孔１８，１９を通ってシェル１１内を前方に移動して、シェル１１の前部に集められる。そして、その貯留水は、方向変換パイプ３２に形成した吸上げ孔４０（図６，７参照）からアウトレットパイプ３０内に引き込まれて、アウトレットパイプ３０内を流れる排気ガスと共にテールパイプ５を通って外部に効率良く排出することができる。

ところで、本発明に従うこの実施例では、吸上げ孔４０に前記ガイド部４２を設けたことにより、シェル１１底部の貯留水は、吸上げ孔４０から排気ガスの流れ方向に傾斜してアウトレットパイプ３０内に吸い上げられ、吸上げられた貯留水自体が排気ガスの流れ方向への勢いを備えており、これに排気ガスのガス流による付勢力がさらに加わるため、吸上げられた貯留水がアウトレットパイプ３０の排出口までたどり着いて、そこから排出する割合が従来のもの（たとえば、前記特許文献１に示されるもの）に比べて格段に高くなる。その結果、アウトレットパイプ３０内の滞留水が存在しないか、存在しても前記(1) (2) (3) の騒音を発生することのない少ない量となり、前記(1) (2) (3) の騒音が解消される。また、恒常的に存在するシェル１１底部の貯留水、アウトレットパイプ３０内の滞留水の量が格段に少なくなることから、消音器の発錆などによる腐食の防止効果を可及的に高めることができる。

また、吸上げ孔４０は、ガイド部４２の存在により、アウトレットパイプ３０内の排気ガスのガス流が吸上げ孔４０の縁に直接衝突することが回避されるため、前記(4) の騒音が回避される。

つぎに、図８，９を参照して本発明の第２実施例について説明する。

図８はアウトレットパイプの一部破断部分図、図９は、図８の９−９線に沿う断面図である。

この第２実施例は、アウトレットパイプ３０の、方向変換パイプ部３２の下流端、すなわち排気ガス排出パイプ部３３の上流端との接続端に、吸上げ孔４０を設ける共にその上流端の管壁に吸上げ孔４０のガイド部４２を内方に向けて形成したものであり、この第２実施例によれば、前記第１実施例の、吸上げ孔４０を形成するための貫通孔が不要になる。

しかして、この第２実施例のものも、前記第１実施例と同等の作用効果を奏する。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。

たとえば、前記実施例では、本発明を自動車用内燃機関の消音器に実施した場合を説明したが、これを他の内燃機関の消音器にも実施でき、また、前記実施例では、本発明をシェル内の膨張空間を第１、第２、すなわち２枚の仕切板で仕切る消音器に実施した場合を説明したが、前記膨張空間を１枚あるいは３枚以上の仕切板で仕切る消音器にも実施できることは勿論である。

本発明消音器を備えた自動車用内燃機関の排気系の概略平面図（第１実施例） 図１の２−２線に沿う消音器の断面図 図２の３−３線に沿う断面図 図２の４−４線に沿う断面図 図３の５−５線に沿う断面図 図５の６−６線に沿う断面図 図６の７線矢視図 アウトレットパイプの一部破断部分図（第２実施例） 図８の９−９線に沿う断面図

符号の説明

１・・・・・・・・・排気管
１１・・・・・・・・・シェル
２ａ・・・・・・・・・シェル本体
２０・・・・・・・・・インレットパイプ
３０・・・・・・・・・アウトレットパイプ
４０・・・・・・・・・吸上げ孔
４２・・・・・・・・・ガイド部
４２ｗ・・・・・・・・ガイド壁
Ｅ・・・・・・・・・・内燃機関

Claims (2)

1. シェル（１１）と、このシェル（１１）に設けられ内燃機関（Ｅ）の排気管（１）に連なるインレットパイプ（２０）と、シェルに設けられ大気に開口するアウトレットパイプ（３０）と、シェル（１１）内で前記両パイプ（２０，３０）を連通する膨張室とを備え、内燃機関（Ｅ）からの排気ガスをインレットパイプ（２０）を介して膨張室に導き、さらに、そこからアウトレットパイプ（３０）を介して大気に排出すると共に、シェル（１１）内の底部に貯留する貯留水をアウトレットパイプ（３０）を介してシェル（１１）外に排出するための貯留水の吸上げ孔（４０）をアウトレットパイプ（３０）に設けた、内燃機関の排気系に接続される消音器であって、
   吸上孔（４０）からアウトレットパイプ（３０）内に吸い上げる貯留水をアウトレットパイプ（３０）内の排気ガスの流れ方向に指向させるガイド部（４２）を吸上げ孔（４０）に設けたことを特徴とする、内燃機関の排気系に接続される消音器。
2. 前記吸上げ孔（４０）は、アウトレットパイプ（３０）の管壁に内方に向けて形成される凹み部よりなり、その凹み部は、アウトレットパイプ（３０）の、排気ガスのガス流の上流側から下流側に向けて凹みの深さが大きくなるように形成されると共に、その下流側端部にアウトレットパイプ（３０）内へ通じる開口部（４４）を備え、また、前記ガイド部（４２）は、前記管壁を形成するガイド壁（４２ｗ）を有し、このガイド壁（４２ｗ）は前記貯留水を前記開口部（４４）に導くように傾斜面に形成されていることを特徴とする、前記請求項１記載の内燃機関の排気系に接続される消音器。

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