JP2009250244A - 能動マフラー - Google Patents

Abstract

【課題】過熱による及び／または凝縮水によるマフラー損傷のリスクの軽減。
【解決手段】本発明は、特に動力車両における内燃機関の排気システム用のマフラーに関し、それは、鍋形の上部外殻（３）と鍋形の下部外殻（４）を有する複数外殻のハウジング（２）と、前記下部外殻（４）に挿入され、前記下部外殻（４）を通り抜けて前記ハウジング（２）の外に出る結合部（６）を有する漏斗形の導音体（５）と、前記上部外殻（３）の中に位置せしめられ、前記導音体（５）のフランジ部（７）に取り付けられたラウドスピーカー（８）であって、前記フランジ部（７）は前記結合部（６）から距離を置き、前記フランジ部（７）で囲まれた前記導音体（５）の自由内部断面が気密シールで閉ざされるようになっているものと、それを通って前記上部外殻（３）の内部空間（１６）が前記下部外殻（４）の内部空間（１７）に結合され、互いに連通するようになっている側路（３１）と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に動力車両における、内燃機関の排気システム用能動マフラーに関する。本発明はまた、特に動力車両における、内燃機関用の、かかる能動マフラーを装備した排気システムに関する。

能動マフラーは反音をもって動作するものであり、反音は少なくとも１個のラウドスピーカーで能動的に生成され、位相相殺で特定の周波数を微弱化、すなわち抑制するのに用いられ、例えば内燃機関の排気システムが環境に排出する騒音を減少させるのに用いられる。

能動マフラーは、例えば、特許文献１〜１５などから公知である。

米国特許第５６００１０６号明細書 米国特許第５２３３１３７号明細書 欧州特許第１０５５８０４号明細書 米国特許第５３３６８５６号明細書 欧州特許第７５５０４５号明細書 米国特許第５３４３５３３号明細書 欧州特許第１６２７９９６号明細書 米国特許第４１７７８７４号明細書 米国特許第５２２９５５６号明細書 米国特許第５４３２８５７号明細書 欧州特許第６７４０９７号明細書 米国特許第５６１９０２０号明細書 欧州特許第９１６８１７号明細書 独国特許発明第１９７５１５９６号明細書 欧州特許第３７３１８８号明細書

内燃機関の排気システムにおける能動マフラーで問題になることの一つに、排気の高温がもたらす前記ラウドスピーカーの熱ストレスがある。伝統的なラウドスピーカーは１００℃から２００℃の範囲でも動作可能であるが、排気温度は通常４００℃から７００℃に達する。従って、前記ラウドスピーカーの過熱を防ぐため、一層の努力が求められている。さらに、内燃機関の排気システムで能動マフラーを使用すると、稼働中に生成される凝縮水が問題となり得る。内燃機関の排気は比較的高い割合の湿気を含むことがあり、排気に比較して低温の、例えば１００℃よりも低い温度の、表面に凝縮水が発生することがある。特に、前記ラウドスピーカーのダイヤフラムにこのように凝縮水が発生することがある。前記ラウドスピーカーに結集した凝縮水は前記ダイヤフラムにとり負荷となり、前記ラウドスピーカーの効果を大きく損なうとともに、寒気の存在で凍結し、究極的には前記ラウドスピーカーの破損につながることすらある。さらに、ラウドスピーカーには、特に低周波領域で比較的高い音圧レベルが生成されるときには、比較的大きな後背空間が必要である。しかしながら、このように比較的大きな後背空間を持たせるということは、特に動力車両の排気システムにおいては、空間設計上大きな問題となり得る。

本発明は、導入部で定義された形式の能動マフラーの改良された実施形態と、それを装備した排気システムの改良された実施形態であって、特に、過熱による及び／または凝縮水によるマフラー損傷のリスクが軽減され、また、比較的大きな後背空間も実現できるものを提供するという課題に関わるものである。

本発明によれば、かかる課題は、本発明の独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は従属請求項の主題である。

本発明は、前記ラウドスピーカーを保持するハウジングを、２個の鍋形外殻を備えた外殻構造で構成し、前記ハウジングの内部に漏斗形の導音体を配備するという、一般的なアイデアに基づく。この導音体は、一方では前記ハウジングの下部外殻を結合部で外に突き抜け、他方では前記ラウドスピーカーのフランジ部に取り付けられる。前記フランジ部をバイパスする側路が設けられ、これは前記上部外殻の内部空間と前記下部外殻の内部空間の間に連通関係を生じさせる。前記下部外殻の、前記導音体の外側の内部空間容積と、前記上部外殻の、前記ラウドスピーカー以外の内部空間容積は、共に前記ラウドスピーカーの後背空間を形成する。前記ラウドスピーカーの、比較的大きな後背空間は、このようにして、比較的コンパクトな設計で実現される。高温の排気は、多かれ少なかれ、底から前記ラウドスピーカーの前記ダイヤフラムまで前記導音体を通るため、前記導音体には最小限の長さが設定され、前記ダイヤフラム及び／またはラウドスピーカーに高温排気が影響を与えることを防いでいる。同時に、このような設置状態は、凝縮水が、前記ラウドスピーカー及び／若しくはそのダイヤフラムから比較的容易に流出すること、並びに／又は、前記導音体を通って除去されることを保証する。前記ラウドスピーカーを、前記導音体と共に、独立のハウジング内に配置することは、前記能動マフラーを排気システムに位置させることを特に容易にもし、前記ラウドスピーカーの過熱が防止される。例えば、排気を運ぶ熱配管から最小限の距離を維持することが特に容易になる。さらに、前記ハウジングを、前記乗り物の動作中その随伴流にさらされるように前記乗り物に装着することが特に容易になる。さらに前記マフラーは、予備組立できるユニットを形成し、個別の設置状態に関わらず、多かれ少なかれ汎用的に使用される。

前記マフラーに搭載された状態の前記導音体が、その内部に、前記フランジ部から前記結合部に至る排水路を形成するという実施形態は、特に有利である。このやり方では、前記マフラーが例えば排気の端で稼働中、前記ダイヤフラムに結集する凝縮水は、前記マフラーから特に容易に除去される。

前記排水路は、特に、段差及び／またはアンダーカットがない形で実現でき、前記マフラー内に水が溜まるのを防いで、それに伴う凍結のリスクを軽減できる。

前記ハウジングをほぼ球形に設計する実施形態は、特に有利である。例えば、前記ハウジングの主寸法、すなわち高さ、幅、及び長さは、３０％未満の違い、または２５％未満の違い、または２０％未満の違いとすることができる。前記ハウジングがこのように本質的に球形であることは、比較的小さな表面積に比して、特に、前記ラウドスピーカーの後背空間として利用できる、比較的大きな空間を、前記ハウジング内に産出する。

他の有利な実施形態においては、前記フランジ部に、円周方向に間隔を置いて、外側で半径方向に突き出し、その外面で前記下部外殻の内面に半径方向において支えられる半径方向突部が複数設けられている。この支持は、特に、しまりばめ及び／または摩擦ばめとして設計され、前記導音体を固定するのに、別個の結合要素、例えばねじを、追加する必要がない。これにより、前記ハウジングと前記導音体の間の熱伝導が防がれ、前記ラウドスピーカーへの熱伝導が低減される。

本発明の他の重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、及び図面に基づく個々の形象の説明より明らかとなる。

前述の、あるいは後述する特徴は、ここに示された特定の組み合わせでのみ用いられるのではなく、本発明の範囲を逸脱しない限り、他の組み合わせでも、あるいは単独でも、用いられることは自明である。

本発明によると、導入部で定義された形式の能動マフラーの改良された実施形態と、それを装備した排気システムの改良された実施形態であって、特に、過熱による及び／または凝縮水によるマフラー損傷のリスクが軽減され、また、比較的大きな後背空間も実現できるものを提供することができる。

能動マフラーの側面図である。 ハウジングを透明化した図１と同様の側面図である。 前記下部外殻を除去した状態の前記マフラーの下面図である。 前記上部外殻を除去した状態の前記マフラーの斜視図である。 前記マフラーを備えた排気システムの、結合部材の上部外殻を除去した状態の斜視図である。

本発明の好ましい典型的実施形態は、図面に描写され、以後の記述で詳細に説明される。そこでは、同一の引用符号は同一または類似の部品または同じ機能を有する部品を示す。

模式図において、図１は能動マフラーの側面図であり、図２は、ハウジングを透明化した図１と同様の側面図であり、図３は前記下部外殻を除去した状態の前記マフラーの下面図であり、図４は前記上部外殻を除去した状態の前記マフラーの斜視図であり、図５は、前記マフラーを備えた排気システムの、結合部材の上部外殻を除去した状態の斜視図である。

図１から図４によれば、能動マフラー７はハウジング２を備え、そのハウジング２は複数の外殻、好ましくは２個の外殻を有するものとして設計され、従って、少なくとも１個の上部外殻３と１個の下部外殻４を有する。前記上部外殻３と前記下部外殻４は各々鍋形に設計される。全体として、これにより前記ハウジング２の、本質的に球である形状が生み出される。

前記マフラー１は、そのハウジング２の内部に、漏斗形に設計され、結合部６とフランジ部７を有する導音体５を備えている。前記結合部６は、空中伝播音（この音は前記マフラー１の助けで能動的に抑制されるべきものである）が伝わる空間または管路に前記マフラー１を結合する働きをする。

能動的音響抑制のため、前記マフラー１は通常設計のラウドスピーカー８を有している。従って、前記ラウドスピーカー８は電気−機械コンバータ９を有し、その電気−機械コンバータ９はかごに取り付けられ、ダイヤフラム１１を励振させ得るものであり、前記ダイヤフラムは前記かご１０一杯に広がる。さらに、前記ラウドスピーカー８は前記ラウドスピーカー８に設けられた電気端子を介して電気的に動作せしめられる。

前記導音体５は前記下部外殻４の中で用いられる。前記下部外殻４は、そこを通って前記結合部６が前記ハウジング２の外に導き出される開口部１３を有する。このようにして、前記結合部６は前記下部外殻４を貫通する。これと対照をなす形で、前記ラウドスピーカー８は前記上部外殻３の中に配置され、前記結合部６から反対となる側で、前記フランジ部７に取り付けられている。前記ラウドスピーカー８は前記フランジ部７に装着されるものであり、そのやり方は、前記導音体５の自由内部断面が前記フランジ部７で囲まれ、ここではこれ以上詳細に指定しない手法で、前記ラウドスピーカー８及び／またはそのダイヤフラム１１により気密にシールされる、というものである。そのようにするため、対応するガスケット（ここには図示しない）が、前記フランジ部７と、それにより前記ラウドスピーカー８が前記導音体５に取り付けられる前記ラウドスピーカーかご１０の一つの縁１４の間に配置されてもよい。

前記ハウジング２は前記フランジ部７をバイパスする側路３１を有する。ここに示す例では、前記フランジ部７は、前記側路３１を実現するための複数の凹部１５を有する。これらの凹部１５は貫通穴を形成する。前記上部外殻３の内部空間１６は前記下部外殻４の内部空間１７に結合され、それらは前記側路３１を介して、これらの貫通穴１５を通じて連通する。前記上部外殻３の前記内部空間１６はこのようにしてラウドスピーカー８を囲み、他方前記下部外殻４の前記内部空間１７は前記導音体５を囲む。二つの内部空間１６、１７は一緒になって前記ラウドスピーカー８の後背空間を形成する。この後背空間は前記導音体５の内部空間と気密に分離され、音響的短絡を防いでいる。

前記導音体５は、都合良く、稼働中前記ダイヤフラム１１の排気側に形成され得る凝縮水の排水路としても利用され得る。この目的で、前記導音体５は、その内部が、ここではこれ以上詳細に示さないが、搭載状態において傾斜配置されており、その表面に結集した液体は重力で流れ落ちるようになっている。本例では、前記結合部６は長手方向中心軸１８を有し、それはその中に前記フランジ部７が位置する平面１９に対し約４５°傾いている。この長手方向中心軸１８と前記平面１９の間の３０°から６０°までの傾斜角は、前記下部外殻４の、ひいては前記ハウジング２の、格別コンパクトな設計を許容する。しかしながら、９０°までの傾斜角も、本質的に観念可能である。

前記導音体５の内部に設計された前記排水路は、段差及び／またはアンダーカットのない設計とするのが好ましい。前記導音体５の内部に、ひいては前記ハウジング２の内部に、水その他の液体が溜まることは、このようにして防止される。従って、前記マフラー１の内部に氷が形成されるリスクが軽減される。

既に説明したように、前記ハウジング２は本質的に球形であるものとして設計される。これは、例えば、前記ハウジング２の幅、前記ハウジング２の高さ、及び前記ハウジング２の長さの、比較的小さな寸法差により達成される。例えば、前記ハウジング２の高さ、幅、及び長さは、互いに、３０％未満の違い、特に２５％未満の違い、好ましくは２０％未満の違いとされる。さらに、前記ハウジング２は、前記フランジの平面１９と直角に立ち上がる垂直軸２０に関して本質的に回転対称であるように設計されてもよい。この回転対称性は前記下部外殻４の前記開口１３の領域で終了し、また、前記上部外殻３のケーブル接続部２１の領域で終了する。前記ケーブル接続部２１は前記ラウドスピーカー８を動作させるため、前記ハウジング２を通じて電気ケーブル（図示せず）を供給するのに用いられる。このケーブル接続部２１が、前記上部外殻３の内部空間１６と前記ハウジング２の外部環境との間の圧力同一化をももたらすように設計されている実施形態は、特に有利である。このように、前記ケーブル接続部２１は二つの機能を有する。あるいは、前記上部外殻３及び／または前記下部外殻４に、少なくとも１個の圧力同一化用開口（ここでは図示しない）であって、特に、防滴構造とされたものを設けることも、同様に可能である。例えば、このような圧力同一化用開口は、気体は通すが液体は通さない膜で塞ぐことができる。

前記導音体５を排水路として使用することが不可能な、特別の設置状態の場合は、前記マフラー１に吸引パイプを装備し、前記導音体５の内部から凝縮水を吸引除去するようにすることもできる。しかしながら、かかる実施形態はここには示さない。

前記フランジ部７は、外側に半径方向への突部２２を複数有する。これらは円周方向において互いの間に間隔を置き、フランジ部７の残りの部分に対し半径方向に突き出している。前記下部外殻４の中に軸線方向に挿入された前記導音体５は、前記下部外殻４の内側にこれらの突部２２を介して、ここではこれ以上指定しないがその半径方向外側で、支持される。前記突部２２が半径方向の予圧をもって前記下部外殻４に半径方向に支持されるよう、前記フランジ部７を前記下部外殻４に圧入することは、基本的に可能である。この方法により、前記導音体５の前記下部外殻４の内部及び／または内面における純粋に摩擦的な係合及び／または強制係合による固定が実現される。加えて、またはそれに代えて、前記下部外殻４の縁部２３に、前記突部２２が軸線方向に載る段部（ここでは図示しない）を設けることも同様に可能である。前記導音体５を前記下部外殻４の内面に、及び／またはそれに対して、型どり嵌合することも、この方法で実現できる。

前記側路３１を形成するため、前記凹部１５及び／または貫通穴１５が、円周方向において２個の突部２２の間に配置され、及び／または、隣接する突部２２の間に間隔を置いて形成される。

ここに示される実施形態では、前記上部外殻３は前記下部外殻４に対し軸線方向に取り付けられる。前記上部外殻３の縁部２４は、ここでは、前記下部外殻４の前述縁部２３の外側に延びている。加えて、前記上部外殻３と前記下部外殻４を結合するのに、迅速固定手段（ここでは図示しない）も用いられ得る。

ここで例示する前記上部外殻３は平らな底部２５を有する。前記上部外殻３と前記ラウドスピーカー８の寸法は、前記上部外殻３が前記ハウジング２を密封したとき、前記ラウドスピーカー８が前記底部２５に特に平らに支持されることとなるように、互いに関連させておくのがよい。

図５によれば、排気システム２６―ここでは部分的にのみ示され、内燃機関の排気除去に用いられるものである―は、排気を運ぶ管２７に加えて、少なくとも１個のかかる能動マフラー１も含む。前記マフラー１は前記管２７に結合部６で結合される。この目的のため、前記排気管２７は結合部材２８―ここでは半分のみが断面図で示される―を有する。前記結合部材２８は、前記排気管２７を尾管２９に結合し、また前記マフラー１の結合も許容するため、本質的にＹ字形に設計されている。ここに示す実施形態では、前記マフラー１は、前記結合部６が前記管２７の一端３０と本質的に同じ方向を向くように前記排気システム２６に結合されている。高温の排気が前記結合部６に直接流入し、前記ラウドスピーカー８が高温排気に直接さらされることは、この方法で防がれる。

ここに示す例では、前記マフラー１は、前記尾管２９に比較的近い位置に置かれた、いわゆる後部マフラーである。前記マフラー１は乗り物の底部に装着され、随伴流にさらされるようにすることもできる。加えて、前記乗り物の底部に導風体を装着し、前記ハウジングが前記随伴流に直接さらされることが促進されるようにしてもよい。

前記排気システム２６への前記マフラー１の装着すなわち配置は、前記ハウジング２が排気を運ぶ管、すなわちここでは排気管２７から、約１０mmから２０mmの所定最小間隔を
保つように実施するのがよい。加えて、前記結合部６は、例えば１００mmから２００mmの
、最小長さを有する。前記ラウドスピーカー８の過熱は、これらの方策により防ぐことができる。

前記ハウジング外殻３、４は、例えば合成樹脂製部品とすることができる。同様にそれらは、板金の成型部品であってもよい。前記導音体５は板金成型部品であることが好ましく、複数の個別部品から前記導音体５を組み立てることとしてもよい。同様に、単一部材の形で製造した変形態様も考え得る。さらに、特に有利な実施形態では、前記ハウジング２は、３個または４個に細分された部分、すなわち、前記上部外殻３、前記下部外殻４、及び前記導音体５と、場合によっては前記結合部６の組み合わせとするのがよい。これにより、前記ハウジング２を極めて安価に構成できる。

１ マフラー
２ ハウジング
３ 上部外殻
４ 下部外殻
５ 導音体
６ 結合部
７ フランジ部
８ ラウドスピーカー
９ 電気−機械コンバータ
１０ かご
１１ ダイヤフラム
１２ 接続部
１３ 開口部
１４ 縁
１５ 凹部
１６ 上部外殻３の内部空間
１７ 下部外殻４の内部空間
１８ 結合部６の長手方向中心軸
１９ フランジ部７の平面
２０ 対称軸
２１ ケーブル接続部
２２ 突部
２３ 縁部
２４ 縁部
２５ 底部
２６ 排気システム
２７ 排気管
２８ 結合部材
２９ 尾管
３０ 排気管の一端
３１ 側路

Claims (12)

1. 特に動力車両における内燃機関の排気システム（２６）用の能動マフラーであって、
   鍋形の上部外殻（３）と鍋形の下部外殻（４）を有する複数外殻のハウジング（２）と、
   前記下部外殻（４）に挿入され、前記下部外殻（４）を通り抜けて前記ハウジング（２）の外に出る結合部（６）を有する漏斗形の導音体（５）と、
   前記上部外殻（３）の中に位置せしめられ、前記導音体（５）のフランジ部（７）に取り付けられたラウドスピーカー（８）であって、前記フランジ部（７）は前記結合部（６）から距離を置き、前記フランジ部（７）で囲まれた前記導音体（５）の自由内部断面が気密シールで閉ざされるようになっているものと、
   それを通って前記上部外殻（３）の内部空間（１６）が前記下部外殻（４）の内部空間（１７）に結合され、互いに連通するようになっている側路（３１）とを備える。
2. 請求項１に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記側路（３１）は前記フランジ部（７）の凹部（１５）により形成される。
3. 請求項１または請求項２に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記マフラー（１）の搭載状態では、前記導音体（５）は前記フランジ部（７）から前記結合部（６）に至る排水路を内部に形成する。
4. 請求項３に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記排水路は、段差及び／またはアンダーカットがないように設計される。
5. 請求項１〜４のいずれかに１項に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記ハウジング（２）は、前記ハウジング（２）の高さ、幅、及び長さが３０％未満の違いまたは２０％未満の違いとなるように球形に設計される。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記フランジ部（７）は、互いに円周方向に間隔を置いて、外側で半径方向に延び、前記下部外殻（４）の内面に半径方向外側において支えられる複数の突部（２２）を有する。
7. 請求項２に記載のマフラーであって、
   前記フランジ部（７）は、互いに円周方向に間隔を置いて、外側で半径方向に延び、前記下部外殻（４）の内面に半径方向外側において支えられる複数の突部（２２）を有するマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記凹部（１５）の一つは円周方向において隣り合う２個の突部（２２）の間に配置される。
8. 請求項６または請求項７に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記フランジ部（７）は前記下部外殻（４）に圧入され、前記突部（２２）は半径方向の予圧をもって前記下部外殻（４）に支持される。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記上部外殻（３）の縁部（２４）は、前記下部外殻（４）の縁部（２３）の外側に位置する。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
    前記上部外殻（３）は、前記ラウドスピーカー（８）を支える平らな底部（２５）を有する。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
    前記上部外殻（３）は、そこを通って前記ラウドスピーカー（８）の電気的動作のためのケーブルが供給されるケーブル接続部（２１）を有し、それは前記上部外殻（３）の内部空間と前記ハウジング（２）の外部環境との間の圧力同一化を許容するように設けられている。
12. 特に動力車両における内燃機関の排気システムであって、排気を運ぶ管（２７）を有し、これに、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の能動マフラー（１）が少なくとも１個接続されているもの。

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