JP2011117408A - 消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】 消音器内で排気ガスと熱交換を行い、冷媒（エンジン冷却水）を十分に暖めることを課題とする。
【解決手段】 筒状のマフラーシェル２と、マフラーシェルの内部空間を第１室３と第２室４とに仕切るバッフル５と、第１室３と対応する位置に第１の小孔７を有しかつ出口部分６ｂを第２室４に設け、マフラーシェル２内に排気ガスを導入させる入口パイプ６と、入口パイプ６の第１の小孔７から排出された排気ガスが直接、当たることによって熱交換を行う冷媒パイプ８と、入口パイプ６の出口部分６ｂに設け、入口パイプ６を流れる排気ガスのガス流量に応じて入口パイプ６の出口部分６ｂを開閉する制御バルブ９と、バッフル５に固定され、入口部分１０ａを第２室４に設け、第１室３と対応する位置に第２の小孔６を有する中間部分１０ｂを第１室３に設け、マフラーシェル２内で消音された排気ガスを外部へ排出させる出口パイプ１０と、
を備えた消音器。

【選択図】 図１

Description

本発明は、車両などの排気系に設けられ排気騒音を低減するとともに排気熱を回収し暖機などに利用するための内燃機関の消音器に関する。

従来、排気管の途中に熱交換器を備えた排気熱回収装置が提案されている。このような排気熱回収装置では排気熱が必要なときには排気ガスは熱交換器を通過するため熱交換器の排気抵抗と冷却効果とによって排気騒音が一層低減される。一方、排気熱が不要なときは排気ガスが熱交換器を迂回するため排気騒音が増大することになる。このような課題を解決するために消音器のシェル内に熱交換器を配置した特開２００７−１１３５５９がある。この技術では排気熱が不要なときに排気ガスは消音器のシェル内の熱交換器を迂回するが、消音器内を経由して外部に排出されるため排気熱が不要なときでも排気騒音を低減できる。

特開２００５−１６４７７号公報 特開２００７−１１３５５９号公報

ところで、特許文献２に記載の技術では入口パイプから流入した排気ガスが入口パイプの小孔、消音室を経由して熱交換器に流入するため、熱交換器までの流入経路が長く入口パイプに流入した排気ガスの温度が低下した状態で熱交換器に入る。従って熱交換器で内燃機関から流入する冷媒（冷却水）を十分暖めることができないといった問題点が生じる。特に内燃機関の冷間時にはその傾向が顕著になる。

本発明は、このような従来技術の技術的課題に鑑みてなされたもので、入口パイプに流入した排気ガスを直接冷媒流路に当て熱交換を行うことによって、冷媒を十分暖めることを目的とする。

筒状のマフラーシェルと、前記マフラーシェルの内部空間を第１室と第２室とに仕切るバッフルと、前記第１室と対応する位置に第１の小孔を有しかつ出口部分を第２室に設け、前記マフラーシェル内に排気ガスを導入させる入口パイプと、前記第１の小孔から排出された排気ガスが直接、当たることによって熱交換を行う冷媒流路と、前記入口パイプの出口部分に設け、前記入口パイプを流れる排気ガスのガス流量に応じて前記入口パイプの出口部分を開閉する制御バルブと、前記バッフルに固定され、入口部分を前記第２室に設け、前記第１室と対応する位置に第２の小孔を有する中間部分を前記第１室に設け、前記マフラーシェル内で消音された排気ガスを外部へ排出させる出口パイプと、
を備えている。

本発明によれば、入口パイプに流入した排気ガスを入口パイプに設けた小孔から排出し、直接、当たることによって熱交換を行う冷媒流路を備えたことで、内燃機関の冷媒を十分暖めることができるという作用効果がある。

第１の実施例の消音器の縦断面図。 図２（Ａ）は制御バルブを閉じて第２室を低周波型レゾネータ室としたときの排気ガスの流れを示す図、図２（Ｂ）は制御バルブを少し開いて第２室を中周波数型レゾネータ室としたときの排気ガスの流れを示す図、図２（Ｃ）は制御バルブを開いて第２室を拡張室としたときの排気ガスの流れを示す図である。 第２の実施例の消音器の縦断面図。 第３の実施例であり、入口パイプの小孔から排出された排気ガスが冷媒パイプに当たる状態を示した縦断面図である。 図５（Ａ）は第４の実施例であり、入口パイプの小孔から排出された排気ガスが冷媒パイプに当たる状態を示した縦断面図である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

本発明の第１の実施形態に係わる消音器について図１乃至図２に基づいて説明する。

第１実施形態の消音器（マフラー）１は、図１に示すように、筒状のマフラーシェル２と、マフラーシェルの内部空間を第１室３と第２室４とに仕切るバッフル５と、第１室３と対応する位置に第１の小孔７を有しかつ出口部分６ｂを第２室４に設け、マフラーシェル２内に排気ガスを導入させる入口パイプ６と、入口パイプ６の第１の小孔７から排出された排気ガスが直接、当たることによって熱交換を行う冷媒パイプ８と、入口パイプ６の出口部分６ｂに設け、入口パイプ６を流れる排気ガスのガス流量に応じて入口パイプ６の出口部分６ｂを開閉する制御バルブ９と、バッフル５に固定され、入口部分１０aを第２室４に設け、第１室３と対応する位置に第２の小孔１１を有する中間部分１０bを第１室３に設け、マフラーシェル２内で消音された排気ガスを外部へ排出させる出口パイプ１０と、
で構成されている。

マフラーシェル２の内部は、バッフル５によって内部空間が第１室３と第２室４の２つの部屋に仕切られている。第１室３は、入口パイプ６に排気ガスが流入する入口側に設けられる。第２室４は、出口パイプ１０から排気ガスが排出される出口側に設けられている。

入口パイプ６は、マフラーシェル２のフロント側を貫通して設けられている。そして、この入口パイプ６の入口部分６ａをマフラーシェル２の外部に開口し図示していない排気音の発生源となる内燃機関に連通させ、出口部分６ｂがバッフル５を貫通して第２室４内に開口している。この入口パイプ６には、第１室３と対応する位置に第１の小孔７が形成されている。冷媒パイプ８は入口パイプ６の第１の小孔７上に、所定の空間を有して入口パイプ６に接触しないようにらせん状に巻かれている。

出口パイプ１０は、バッフル５に固定され入口部分１０aを第２室４に設け、第１室３と対応する位置に第２の小孔１１を有する中間部分１０bを第１室３に設け、第２室４を貫通した後、マフラーシェル２のエンド側を貫通してマフラーシェル２の外部に出口部分１０ｃが設けられている。

出口パイプ１０の第２室４と対応する位置には第３の小孔１２を有しており、第３の小孔１２をグラスウールなどの吸音材１３、及びケース１４で覆い、マフラー音の高周波成分を減衰させている。

中空パイプ１５は、入口パイプ６の出口部分６ｂに連接するように装着され、内部を中空とした円筒パイプとして形成されている。その中空パイプ１５には入口パイプ６の出口部分６ｂを開閉自在とする制御バルブ９の回動範囲に対応する位置に第４の小孔１６を形成している。第４の小孔１６からは、制御バルブ９がある角度まで開いたときに始めて入口パイプ６を通して第２室４へと排気ガスが流れる。

制御バルブ９は、入口パイプ６の出口部分６ｂの開口を閉塞する開閉蓋として形成され、ヒンジ機構部１７にて上端部を支点として開閉自在とされるように、前記入口パイプ６と中空パイプ１５との接続部分に取り付けられている。

ヒンジ機構部１７は図示しないコイルバネを有しており、そのコイルバネのバネ力で常に制御バルブ９を閉じる方向に付勢するようになっているが、入口パイプ６を流れる排気ガスのガス流量に応じて（排圧変化に応じて）制御バルブ９を開閉させる。

次に、本第１の実施形態の作用を説明する。

図２の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）では図示しない内燃機関から排出される排気ガスのガス量による排気ガスの流れ方の違いを示している。図中の黒矢印は排気ガスの概略の流れを示している。但し、説明の判り易さのため、図１の冷媒パイプ８は割愛している。エンジン回転数が低く（目安として０〜２０００回転程度）入口パイプ６に流入する排気ガスのガス流量が少ない場合（排圧が小さい場合）は、制御バルブ９は、図２（Ａ）に示すように、この制御バルブ９を付勢する図示しないコイルバネのバネ力が排圧に勝り、入口パイプ６の出口部分６ｂを閉塞する。

入口パイプ６の出口部分６ｂが制御バルブ９によって閉塞されてしまうと、排気ガス並びに排気音は、入口パイプ６に形成された第１の小孔７から第１室３へと流出し、出口パイプ１０の中間部分１０ｂにある第２の小孔１１を通って出口部分１０ｃから外部へ排出される。

この時、第１の小孔７から第１室３へと流出される排気ガスが入口パイプ６の第１の小孔７上に、らせん状に巻かれた冷媒パイプ８に直接、当たることで冷媒パイプ８内の冷媒（内燃機関の冷却水）が暖められる。

またこの時、第１室３は拡張室として作用すると共に、制御バルブ９は閉状態にあるため、第２室４は第２の小孔１１のみで第１室３と連通しており、低周波数域の吐出音を減衰させる低周波数型レゾネータ室として機能する。

エンジン回転数が高くなり（目安として２０００〜３０００回転程度）入口パイプ６に流入する排気ガスのガス流量が増えた場合（排圧が増加した場合）は、制御バルブ９は図２（Ｂ）に示すように、この制御バルブ９を付勢する図示しないコイルバネのバネ力に抗して中空パイプ１５に形成された第４の小孔１６を開放する位置まで開く。

これにより、排気ガスは、中空パイプ１５に形成された第４の小孔１６から第２室４へと排出される。第２室４に排出された排気ガスは出口パイプ１０の入口部分１０ａから中間部分１０ｂを経由して出口部分１０ｃからマフラーシェル２の外部に排出される

また、排気ガスの一部は図２（Ａ）と同様に、入口パイプ６に形成された第１の小孔７から第１室３へと流出し、出口パイプ１０の中間部分１０ｂにある第２の小孔１１を通って出口部分１０ｃから外部へ排出される。但し、エンジン回転数が低い（目安として０〜２０００回転程度）場合に比べ、らせん状に巻かれた冷媒パイプ８に直接、当たる排気ガスの流量は少ないため冷媒パイプ８内の冷媒を暖める効果は少ない。

この時、第２室４は、第４の小孔１６への排気音の入りやすさとレゾネータパイプ部（第１の小孔７の後から第２室４に臨む入口パイプ６の部分）および出口パイプ１０の入口部分１０aへの排気音の入りやすさの合わさった周波数域であるやや高い周波数域を減衰する。すなわち、第２室４は、中周波数域の吐出音を減衰させる中周波数型レゾネータ室として機能することになる。

エンジン回転数が更に高くなり（目安として３０００〜６０００回転程度）入口パイプ６に流入する排気ガスのガス流量が更に増えた場合（排圧が更に増加した場合）は、制御バルブ９は、図４（Ｃ）に示すように、この制御バルブ９を付勢する図示しないコイルバネのバネ力に抗して大きく開く。これにより、排気ガスは、中空パイプ１５の出口部分から第２室４へと排出される。

このとき、入口パイプ６に形成された第１の小孔７から第１室３へ排出される排気ガスの流量はほとんど無いため、らせん状に巻かれた冷媒パイプ８に直接、当たる排気ガスの流量はほとんど無いため冷媒パイプ８内の冷媒を暖める効果は無い。

第２室４は、先程の中周波数型レゾネータ室から拡張室へと変化し、中周波数域から高周波数域に渡る幅広い周波数域を減衰する。このように、排気ガス流量の変化に応じて低周波数域から高周波数域までを一つの部屋で消音することが可能となる。

なお、制御バルブ９を付勢する図示しないコイルバネのバネ定数を設定することで制御バルブを開閉するエンジン回転数を自在に可変することができる。

以上のように構成された消音器１によれば、入口パイプ６の第１の小孔７から排出された排気ガスが直接、冷媒パイプ８に当たる構成にしたため、内燃機関の冷媒を十分暖めることができるという作用効果がある。

以上、説明してきたように内燃機関の始動直後のアイドリング時に、第１の小孔７から排出された排気ガスによって冷媒パイプ８内の冷媒、すなわち内燃機関の冷却水を暖めることができると同時に消音器１は排気音の低周波成分を減衰することができる効果を有する。また内燃機関が高回転しているときは、冷媒パイプ１６内の冷媒を暖めることなく、排気音の中周波数域から高周波数域に渡る幅広い周波数域を減衰する効果を有する。

本発明の第２の実施形態に係わる消音器について図３に基づいて説明する。

第１の実施形態との相違点は出口パイプの構造にある。第１の実施形態の出口パイプ１０は入口部分１０aから出口部分１０ｃまで連続して形成されていたが、第２の実施形態では第２室４に入口部分１８aと第１室３に出口部分１８ｂを有する中間パイプ１８と、第１室３に入口部分１９aと第２室４を貫通した後、マフラーシェル２のエンド側を貫通してマフラーシェル２の外部に出口部分１９ｂを有する出口パイプ１９の２本のパイプで構成されている。第１の実施形態と同じ構成の部分は同符号を記している。

次に、本第２の実施形態の作用を説明する。

エンジン回転数が低く（目安として０〜２０００回転程度）入口パイプ６に流入する排気ガスのガス流量が少ない場合（排圧が小さい場合）は、第１の実施形態と同様に制御バルブ９は、入口パイプ６の出口部分６ｂを閉塞する。第１の小孔７から第１室３へと流出される排気ガスが冷媒パイプ８に直接、当たることで冷媒パイプ８内の冷媒（内燃機関の冷却水）が暖められる。

またこの時、第１室３は拡張室として作用すると共に、制御バルブ９は閉状態にあるため、第２室４は中間パイプ１８の出口部分１８ｂでのみで第１室３と連通しており、低周波数域の吐出音を減衰させる低周波数型レゾネータ室として機能する。

エンジン回転数が高くなり（目安として２０００〜３０００回転程度）入口パイプ６に流入する排気ガスのガス流量が増えた場合（排圧が増加した場合）は、第１の実施形態と同様に制御バルブ９は中空パイプ１５に形成された第４の小孔１６を開放する位置まで開く。排気ガスの一部は入口パイプ６に形成された第１の小孔７から第１室３へと流出するが、エンジン回転数が低い場合に比べ、冷媒パイプ８に直接、当たる排気ガスの流量は少なく冷媒パイプ８内の冷媒を暖める効果は少ない。

この時、第２室４は、第４の小孔１６への排気音の入りやすさとレゾネータパイプ部（第１の小孔７の後から第２室４に臨む入口パイプ６の部分）および中間パイプ部１８の入口部分１８ａへの排気音の入りやすさの合わさった周波数域であるやや高い周波数域を減衰する。すなわち、第２室４は、中周波数域の吐出音を減衰させる中周波数型レゾネータ室として機能することになる。

エンジン回転数が更に高くなり（目安として３０００〜６０００回転程度）入口パイプ６に流入する排気ガスのガス流量が更に増えた場合（排圧が更に増加した場合）は、第１の実施形態と同様に、制御バルブ９は大きく開く。これにより、排気ガスは、中空パイプ１５の出口部分から第２室４へと排出される。入口パイプ６に形成された第１の小孔７から第１室３へ排出される排気ガスの流量はほとんど無いため、冷媒パイプ８に直接、当たる排気ガスの流量はほとんど無いため冷媒パイプ８内の冷媒を暖める効果は無い。

第２室４は、先程の中周波数型レゾネータ室から拡張室へと変化し、中周波数域から高周波数域に渡る幅広い周波数域を減衰する。このように、排気ガス流量の変化に応じて低周波数域から高周波数域までを一つの部屋で消音することが可能となる。

本発明の第３の実施形態に係わる消音器について図４に基づいて説明する。

図４は、入口パイプ２０の第１の小孔２１から排出された排気ガスが冷媒入口２２ａ、冷媒出口２２ｂを有する冷媒パイプ２２に当たる状態を示した縦断面図である。この実施例では冷媒パイプ２２は入口パイプ２０の第１の小孔２１上に、入口パイプ２２に接触しないように入口パイプ２０と並行に設け、排出された排気ガスができるかぎり広い範囲でかつコンパクトに冷媒パイプ２２に当たるように構成している。

本発明の第４の実施形態に係わる消音器について図５に基づいて説明する。

図５（Ａ）は入口パイプ２３の第１の小孔２４から排出された排気ガスが冷媒パイプ２５に当たる状態を示した縦断面図である。図５（Ｂ）は図５（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
冷媒入口２５ａ、冷媒出口２５ｂを有する冷媒パイプ２５は入口パイプ２３の第１の小孔２４の上に、入口パイプ２３に接触しないように同心円状に取り囲んでいる。また、入口パイプ２３と冷媒パイプ２５は図５（Ｂ）のように支持板で固定されている。このような構成にすることで入口パイプ２３から全方位に排出された排気ガスを効率よく冷媒パイプ２５に当てることができる。

以上、本発明を適用した具体的な実施形態で説明したように、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を消音器の中で行い、かつ入力パイプの小孔から排出される排気ガスを直接、冷媒パイプに当てることで、熱交換を行わないときの消音効果と冷媒の即暖効果の両方の得ることができるものである。

１・・・消音器
２・・・マフラーシェル
３・・・第１室
４・・・第２室
５・・・バッフル
６、２０、２３・・・入口パイプ
７、２１、２４・・・第１の小孔
８、２２、２５・・・冷媒パイプ
９・・・制御バルブ
１０、１９・・・出口パイプ
１１・・・第２の小孔
１２・・・第３の小孔
１５・・・中空パイプ
１６・・・第４の小孔
１８・・・中間パイプ

Claims (5)

1. 筒状のマフラーシェルと、
   前記マフラーシェルの内部空間を第１室と第２室とに仕切るバッフルと、
   前記第１室と対応する位置に第１の小孔を有しかつ出口部分を第２室に設け、前記マフラーシェル内に排気ガスを導入させる入口パイプと、
   前記第１の小孔から排出された排気ガスが直接、当たることによって熱交換を行う冷媒流路と、
   前記入口パイプの出口部分に設け、前記入口パイプを流れる排気ガスのガス流量に応じて前記入口パイプの出口部分を開閉する制御バルブと、
   前記バッフルに固定され、入口部分を前記第２室に設け、前記第１室と対応する位置に第２の小孔を有する中間部分を前記第１室に設け、前記マフラーシェル内で消音された排気ガスを外部へ排出させる出口パイプと、
   を備えたことを特徴とする消音器。
2. 筒状のマフラーシェルと、
   前記マフラーシェルの内部空間を第１室と第２室とに仕切るバッフルと、
   前記第１室と対応する位置に第１の小孔を有しかつ出口部分を第２室に設け、前記マフラーシェル内に排気ガスを導入させる入口パイプと、
   前記第１の小孔から排出された排気ガスが直接、当たることによって熱交換を行う冷媒流路と、
   前記入口パイプの出口部分に設け、前記入口パイプを流れる排気ガスのガス流量に応じて前記入口パイプの出口部分を開閉する制御バルブと、
   前記バッフルに固定され、前記第１室と前記第２室を連通させる中間パイプと、
   前記第１室に入口部分を設け、前記マフラーシェル内で消音された排気ガスを外部へ排出させる出口パイプと、
   を備えたことを特徴とする消音器。
3. 前記冷媒流路は前記入口パイプの前記第１の小孔上に、前記入口パイプに接触しないようにらせん状に巻かれていることを特徴とする請求項１乃至２に記載の消音器。
4. 前記冷媒流路は前記入口パイプの前記第１の小孔上に、前記入口パイプに接触しないように前記入口パイプと並行に設けられていることを特徴とする請求項１乃至２に記載の消音器。
5. 前記冷媒流路は前記入口パイプの前記第１の小孔上に、前記入口パイプに接触しないように取り囲んでいることを特徴とする請求項１乃至２に記載の消音器。
   
   
   
   

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