JP2009203804A - 消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】 内管に外管を固定して形成した消音器において、内管と外管の熱延び量を吸収してそれらの管の変形、破損を防止する。
【解決手段】 エンジンの排気系に接続される消音器であって、外管１６の両端を内管１５に固定し、それらの管１５，１６の熱延び量の差を吸収する複数の凸部２０を外管１６に形成する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車輌用などのエンジンの排気系に接続される消音器に関し、特に、二重管構造の内管と外管との軸方向の相対変位を的確に吸収できるようにした、消音器に関する。

従来、自動車などの車両用エンジンの排気系に設けられる消音器において、一端がエンジンの排気ポートに連通される上流側排気管に接続され、他端が大気に連通される下流側排気管に接続される内管と、この内管を囲繞する外管とを備え、内管と外管との間に消音室を形成するようにしたものでは、外管の両端を内管に固定すると、排気ガスに直接晒される内管の熱延び量が、排気ガスに直接晒されることのない外管の熱延び量よりも大きいため、それらの熱延び量の差によって内管あるいは外管の特定部位に応力集中による変形、破損を生じることがある。

そこで、内管の一方の端部のみを外管に固定し、内管の他方の端部はメッシュリングや転動体などの熱延び量吸収手段を介して外管にスライド自在に嵌合支持したものが、既に提案されている（下記特許文献１、２参照）。
特許第３８１１４５２号公報 特開平２００５−１０５９１８号公報

ところが、前記特許文献１、２に示されるものは、部品点数が増加するため、消音器の生産工程の増加とコストの上昇を招くという問題がある。

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、部品点数の低減を図り、前記問題を解決できるようにした、新規な消音器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本請求項１記載の発明は、エンジンの排気系に設けられ、
一端が排気管の上流側に接続され、他端が排気管の下流側に接続される内管と、その内管の少なくとも一部を囲繞する外管とを備え、内管と外管との間に消音室を形成する消音器であって、
外管の両端を内管に固定させると共に、内管と外管との熱延び量の差を吸収する弾性変形部を外管に形成したことを特徴としている。

また、前記目的を達成するため、本請求項２記載の発明は、前記請求項１記載のものにおいて、前記弾性変形部は、外管に形成された周方向の凸部および／もしくは周方向の凹部からなることを特徴としている。

本請求項各項記載の発明によれば、内管に対して熱延び量が少ない外管は、熱延び量の不足分を弾性変形部が弾性変形することで熱延び量の差を吸収することができる。したがって、外管の両端を内管に固定させても熱延び量の差に起因する内管や外管の変形、破損を生じない。また、弾性変形部を外管自体に形成したので、部品点数の増加がなく、生産工程およびコストの低減を図れる。

また、本請求項２記載の発明によれば、外管の周方向の凸部および／もしくは周方向の凹部が形成された部分は、長手方向の剛性が下がるので、この部分が弾性変形して熱延び量を吸収することができる。

以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

本実施例は、本発明消音器を、自動車用エンジンの排気系に実施した場合であり、図１は、本発明消音器を備えたエンジンの排気系の概略平面図、図２は、図１の２矢視の拡大斜視図、図３は、図２の３矢視の一部破断平面図、図４は、図３の４−４線に沿う断面図、図５は、図４の５−５線に沿う拡大断面図、図６は、ハイドロフォーミング製法による外管の成形工程を示す図である。

図１において、全体を符号Ｅで示す自動車用のエンジンは、Ｖ型８気筒エンジンであって、その排気ポートにはその運転により排出される排気ガスを大気に放出するための排気系Ｅｘが接続されており、この排気系Ｅｘは、自動車の前後方向に沿って延長されている。

前記排気系Ｅｘは、以下の構成を備えている。すなわち、前記エンジンＥの左右バンクＢｌ，Ｂｒの排気ポートに連なる排気マニホールド１，１には、ジョイント２，２を介して一対の触媒コンバータＣ，Ｃの上流側がそれぞれ接続されている。一対の触媒コンバータＣ，Ｃの下流側には、上流側排気管３の上流側３Ｕの二又に分岐された上流端がそれぞれ接続され、この上流側排気管３には一次補助消音器（一次プリチャンバ）Ｍ１が接続されている。また、上流側排気管３の下流側３Ｄは二又に分岐されて、その下流端には、ジョイント４，４を介して一対の二次補助消音器（二次プリチャンバ）Ｍ２，Ｍ２がそれぞれ接続されている。一対の二次補助消音器Ｍ２，Ｍ２の下流端には下流側排気管５，５がそれぞれ接続され、これらの下流側排気管５，５は、互いに横方向に離れる方向の後方に延長されており、それらの下流側排気管５，５の下流端には、主消音器Ｍ３の上流端が接続されている。そして主消音器Ｍ３の下流端には、大気に開口するテールパイプ７がそれぞれ接続されている。

なお、一次補助消音器Ｍ１の消音容積は、各二次補助消音器Ｍ２の消音容積よりも大きくされている。

下流側排気管５の上流側および主消音器Ｍ３の後端には、支持部９，１０がそれぞれ設けられ、これらの支持部９，１０を介して排気系Ｅｘが図示しない自動車の車体に懸吊支持される。

そして、エンジンＥの運転により、そこから排出された排気ガスは、触媒コンバータＣ，Ｃにより、そこに含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害成分が浄化されたのち、一次補助消音器Ｍ１を通って一次的に消音され、二次補助消音器Ｍ２を通って二次的に消音されたのち、主消音器Ｍ３により最終的に消音されて大気に排出される。

ところで、エンジンＥより排出される排気ガスは、高温であるため、前記排気系Ｅｘの消音器（一次補助消音器）Ｍ１において、後に述べるように、内管１５と外管１６との二重管構造とした部分は、高温の排気ガスが直接流れる内管１５と、その外周を囲繞する外管１６との間に温度差を生じ、これに起因して内管１５と外管１６とが軸方向に相対的に変位するので、この変位を吸収するための対策を講じる必要があり、かかる対策を講じた、本発明にしたがう一次補助消音器（一次プリチャンバ）Ｍ１の構造を、図２〜５を参照して以下に詳細に説明する。

前記一次補助消音器Ｍ１は、排気ガスが直接流通する内管１５と、該内管１５の外周を環状の消音室１８を存して囲繞する外管１６と、その環状の消音室１８に充填される、断熱性の吸音材１７とを備えて、横断面が、上下面を平坦面とした楕円形状に形成されており、図５に示すように、前記内管１５は、その上下方向、すなわち短径方向に２分割される、上下の半割り内管１５Ｈ，１５Ｈを溶接Ｗして密閉中空状に構成され、また、前記外管１６は、その上下方向、すなわり短径方向に２分割される、上下の半割り外管１６Ｈ，１６Ｈを溶接Ｗして密閉中空状に構成されていて、全長が等径の胴部１６Ｍと、その前、後端部に溶接Ｗされる、コーン状部分を有する前、後端部１６Ｆ，１６Ｒを有している。そして、これらの内、外管１５，１６はいずれもステンレス鋼などの耐熱性の金属板のプレス成形により形成されている。また、消音室１８内に充填される吸音材１７は、内層１７Ｉおよび外層１７Ｏを密に積層して構成されており、内層１７Ｉは、耐熱性の高いステンレスウールにより形成され、また外層１７Ｏは、耐熱性のグラスウールにより形成されている。そして、前記吸音材１７の内層１７Ｉの内面は、内管１５の外面に接し、また、吸音材１７の外層１７Ｏの外面は外管１６の内面に接している。内管１５の左右方向、すなわち長径方向の両側部には、パンチング孔よりなる多数の小孔１９が穿設され、それらの小孔１９を通して内管１５の内部が消音室１８に連通されており、内管１５内を流れる排気ガスの排気音をそれらの小孔１９を通じて消音室１８内の吸音材１７により吸収でき、また、排気熱が、耐熱性の吸音材１７により遮熱されて内管１５から外管１６へ伝わり難いようにされている。

図３，４に示すように、内管１５の前端部１５Ｆの内周面には、前記上流側排気管３の上流側３Ｕが内嵌合され、また、その外周面には、外管１６の前端部１６Ｆが外嵌合され、内管１５の前端部１５Ｆ、外管１６の前端部１６Ｆおよび前記上流側排気管３の上流側３Ｕの三者は、それらの全周が溶接Ｗにより一体に気密に結合されている。一方、内管１５の後端部１５Ｒの内周面には、上流側排気管３の下流側３Ｄが内嵌合され、また、その外周面には、外管１６の後端部１６Ｒが外嵌合され、内管１５の後端部１５Ｒ、外管１６の後端部１６Ｒおよび上流側排気管３の下流側３Ｄの三者は、それらの全周が溶接Ｗにより一体に気密に結合されている。したがって、一次補助消音器Ｍ１は、上流側排気管３に気密に一体に介装されて、内管１５と外管１６との間に、吸音材１７の充填される環状の消音室１８が形成される。

外管１６には、その外管１６と内管１５との熱延び量を吸収するための弾性変形部Ｆが形成されている。

図２〜４に示すように、外管１６は、その大部分を構成する、全長にわたって等径の胴部１６Ｍと、コーン状部分を有する前端部１６Ｆと、同じくコーン状部分を有する後端部１６Ｒとよりなり、胴部１６Ｍの前後端に、前端部１６Ｆ，１６Ｒをそれぞれ溶接Ｗして構成される。胴部１６Ｍには、前記弾性変形部Ｆが一体に形成され、この弾性変形部Ｆは、本実施例では、胴部１６Ｍの長手方向に間隔をあけてそれと一体に形成される複数の凸部２０…よりなり、これらの凸部２０…は、図２，３に最も明瞭に示すように、胴部１６Ｍの周方向の全周にわたり、その径方向外方に断面円弧状に膨出形成されている。そして、その凸部２０…の形成されている部分は、胴部１６Ｍの長手方向の剛性が、他の部分よりも下がるので、この部分が弾性変形して熱延び量の差を吸収することができる。また、前記凸部２０…は、胴部１６Ｍの長手方向に間隔をあけて複数形成されているので、一つの凸部２０の変形量が小さくなり、それらの変形量を弾性変形の範囲に収めて凸部２０…の塑性変形を確実に防止できる。

この実施例では、前記外管１６に形成される凸部２０…は、プレス加工により、半割り外管１６Ｈ，１６Ｈの成形時に同時に成形されるが、ハイドロフォーミング製法により成形してもよい。

図６には、ハイドロフォーミング製法による外管１６の成形工程が示されている。

この製法によれば、外管１６の成形と同時に凸部２０を成形することが可能であって、図６（Ａ）に示すように、上下成形金型３０，３１内に、外管１６の素材であるパイプ１６Ｐをセットし、それらの金型３０，３１に設けた左右軸押しシリンダ３３，３４により、パイプ１６Ｐにその両端から軸圧縮力を加えると共にそれらの軸押しシリンダ３３，３４に設けた液圧路３５，３６よりパイプ１６Ｐの内側に加圧液を加えれば、図６（Ｂ）に示すように、パイプ１６Ｐは、成長シリンダ３９を後退させつつ上下成形金型３０，３１内のキャビティー３８に倣って所定の形状に成形され、凸部２０を有する外管１６を成形することができる。そして、このハイドロフォーミング製法によれば、プレス加工後に２つの半割り外管１６Ｈ，１６を溶接する工程が不要になる。

なお、図６には、パイプ１６Ｐに一つの凸部を成形する場合が示されるが、このハイドロフォーミング製法により複数の凸部を同時に成形することが可能である。

以上のように、外管１６に形成される周方向の凸部２０…は、前述のように、プレス、あるいはハイドロフォーミング製法によっても外管１６の成形時に同時に形成できるので生産性を高めることができる。

つぎに、この実施例の作用について説明する。

いま、エンジンＥの運転により、高温の排気ガスが排気系Ｅｘを流れ、上流側排気管３から一次補助消音器Ｍ１に流入した排気ガスの排気熱の影響により、内管１５はその軸方向に熱伸縮するのに対し、外管１６は断熱性吸音材１７により遮熱されて、その外管１６への熱伝達が抑制されることにより、外管１６は、殆ど軸方向に熱伸縮しないため、内管１５と外管１６との間にはそれらの軸方向に相対的な変位が発生するが、内管１５に対して熱延び量の少ない外管１６は、熱延び量の不足分を、弾性変形部、すなわち複数の凸部２０…が弾性変形することで熱延び量の差を吸収することができる。したがって、外管１６の前後両端部を内管１５に固定させても、熱延び量の差に起因する内管１５や外管１６の変形、破損を生起することがない。また、凸部２０…は外管１６自体に形成されるので、部品点数が少なく軽量に形成することができ、生産が容易である上にコストが低減される。

また、外管１６の複数の凸部２０…は、その長手方向に間隔をあけて形成されるので、一つあたりの凸部２０の変形量が少なく、それらの凸部２０…の変形量を弾性変形の範囲に収めて、凸部２０…の塑性変形を防止することができる。

なお、前記実施例と同じ構造の消音器は、前記二次次補助消音器Ｍ２にも実施することができる。

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、本発明消音器を自動車用エンジンの排気系に実施した場合を説明したが、これを他の車両用、汎用など、他の用途のエンジンの排気系にも実施できることは勿論である。

また、前記実施例では、弾性変形部を周方向の凸部で構成しているが、これに代えて周方向の凹部で弾性変形部を構成してもよい。さらに、周方向の凸部と周方向の凹部を混在させてもよく、たとえば、周方向の凸部と周方向の凹部を外管の長手方向の交互に形成する波型形状にしてもよい。

さらに、本実施例では、内管に多数の小孔を形成して内管と外管との間に形成される消音室を膨張型の消音室に形成すると共に、消音室に吸音材を充填して消音効果を高めているが、内管と消音室を連通する連通孔を内管に一つだけ形成するようにして、さらに消音室を空洞にすれば、特定周波数の排気音の消音を目的とした共鳴型の消音室にも構成できる。

本発明消音器を備えたエンジンの排気系の概略平面図 図１の２矢視の拡大斜視図 図２の３矢視の一部破断平面図 図３の４−４線に沿う断面図 図４の５−５線に沿う拡大断面図 ハイドロフォーミング製法による外管の弾性変形部の成形工程を示す図

符号の説明

３・・・・・排気管（上流側排気管）
３Ｕ・・・・上流側
３Ｄ・・・・下流側
１５・・・・内管
１６・・・・外管
２０・・・・凸部
Ｅ・・・・・エンジン
Ｅｘ・・・・排気系
Ｆ・・・・・弾性変形部

Claims (2)

1. エンジン（Ｅ）の排気系（Ｅｘ）に設けられ、
   一端が排気管（３）の上流側（３Ｕ）に接続され、他端が排気管（３）の下流側（３Ｄ）に接続される内管（１５）と、その内管（１５）の少なくとも一部を囲繞する外管（１６）とを備え、
   内管（１５）と外管（１６）との間に消音室（１８）を形成する消音器であって、
   外管（１６）の両端を内管（１５）に固定させると共に、内管（１５）と外管（１６）との熱延び量の差を吸収する弾性変形部（Ｆ）を外管（１６）に形成したことを特徴とする、消音器。
2. 前記弾性変形部（Ｆ）は、外管（１６）に形成された周方向の凸部（２０）および／もしくは周方向の凹部からなることを特徴とする、前記請求項１記載の消音器。

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