JP2013540948A

JP2013540948A - 排気ガスマフラ構造

Info

Publication number: JP2013540948A
Application number: JP2013535430A
Authority: JP
Inventors: クラムラー，クルト; オーベナウス，トーマス
Original assignee: AVL List GmbH
Current assignee: AVL List GmbH
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2013-11-07
Also published as: AT510788B1; AT510788A1; EP2633162B1; CN103261593B; CN103261593A; EP2633162A1; WO2012055949A1

Abstract

本発明は、内燃エンジン、特にジェネレータ用の排気ガスマフラ構造（１）であって、前マフラ（ＶＳＤ）と後マフラ（ＮＳＤ）とを備えるものに関する。高い音減衰能力を備えるコンパクトな構成を達成するために、前マフラ（ＶＳＤ）と後マフラ（ＮＳＤ）とは、共通のハウジング（２）内に配設され、前マフラ（ＶＳＤ）はハウジング（２）の第１チャンバ（３）に配置され後マフラ（ＮＳＤ）は第２チャンバ（４）に配置されている。２つのチャンバ（３, ４）は、仕切り部（９）における少なくとも１つの流体接続部によって互いに流体接続されている。

Description

本発明は、内燃エンジン、特にジェネレータ用の排気ガスマフラ構造であって、前マフラと後マフラとを備えるものに関する。

断熱層を備える排気ガスシステムが刊行物ＣＮ２５９６０３２Ｙ、ＤＥ１０２４８７８１Ｂ３及びＧＢ２３４７９７０Ａ１により知られている。

ＤＥ１９８３４８２２Ａ１は、チェンソーの内燃エンジンの排気ガスマフラを記載しており、これは２つのハウジングシェルからなるハウジングから構成されている。一方のハウジングシェルは排気ガス入口を有し、他方のハウジングシェルは排ガス出口を有する。排気ガス入口と排気ガス出口との間に配設された内壁と触媒コンバータエレメントがマフラハウジングの内部空間に設けられている。

排気ガスマフラと触媒コンバータとの一体化ユニットが更にＥＰ０３５６６０７Ａ１により知られている。

ＣＮ２５９６０３２ＹＤＥ１０２４８７８１Ｂ３ＧＢ２３４７９７０Ａ１ＤＥ１９８３４８２２Ａ１ＥＰ０３５６６０７Ａ１

本発明の課題は、内燃エンジン用の排気ガスシステムにおいて高いレベルで音と熱の減衰特性を、最もコンパクトかつ簡単に生産して達成することにある。

これは、本発明によれば、前記前マフラと後マフラとが、共通のハウジング内に配設され、前記前マフラが前記ハウジングの第１チャンバに配置され、前記後マフラが第２チャンバに配置され、２つの前記チャンバが、分離壁において少なくとも１つの流体接続部によって互いに流体接続されている構成によって達成される。

２つの前記チャンバは、互いに上下又は左右にサンドイッチ状に配置することができる。これによってきわめてコンパクトな構成が可能となる。これにより、発電機、たとえば、電気自動車用のいわゆるレンジエクステンダ（range extender）に適用した場合において、排気ガスマフラ構造全体を車両の周部に一体化することが可能となるという利点が得られる。

前記前マフラと後マフラとの間での熱伝達を減少又は防止するためには、前記分離壁が少なくとも１つの断熱部を含む構成にすると特に有利であり、好ましくは、前記分離壁は、少なくとも３つの層を有するサンドイッチ状構造であって、２つの分離プレート間に断熱マットが配設されている構成が特に好適である。２つの前記マフラ間の互いに異なる熱膨張長さを補償するために、２つの前記チャンバ間の前記流体接続部を、前記分離壁に対して垂直に配設された変位シートを備える接続管によって形成することができる。

更に、前記ハウジング壁が断熱部を有する構成、好ましくは、少なくとも３つの層を備えるサンドイッチ状構造であって、特に好ましくは、例えば金属製内壁と好ましくは金属製外壁との間に断熱マットからなる断熱層が配設される構成も、本発明の範囲内において提供することができる。前記ハウジング壁の外壁は、少なくとも１つの層を備えるステンレススチール箔であって、好ましくは、球形ドームがエンボス加工されたステンレススチール箔で構成することができる。前記ハウジング壁の断熱部によって熱放射が低減し、それによって車両への取り付け可能性が大幅に増大する。

本発明の特に好適な実施形態によれば、前記前マフラの上流側に少なくとも１つの排気ガス後処理装置が設けられ、前記後処理装置は、好ましくは、少なくとも１つの触媒コンバータユニットによって形成され、好ましくは、前記ハウジングは、前記排気ガス後処理装置の取り付けと取り外しのための少なくとも１つの閉鎖可能な取り付け開口部を備える。前記排気ガス後処理装置を前記ハウジングに一体化することによって特にコンパクトな排気ガスシステムが実現可能となる。前記ハウジング壁の断熱は、前記排気ガス後処理装置の応答特性に対しても有利な作用をもたらす。

本発明の別実施形態によれば、前記ハウジングを、少なくとも１つの好ましくはフレキシブルな排気管及び／又は排気マニホルドと一体構成することができ、ここで、熱放射を最小化するために、前記排気管及び／又は排気マニホルドは、好ましくは２つの金属層間に配設された１つの断熱層を備えるサンドイッチ状構造によって好ましくは形成される断熱部を含む。

前記前マフラが反射マフラとして構成され、前記後マフラが、少なくとも２つ、好ましくは３つ、より好ましくは４つの共振器チャンバを備える吸収器・共振器一体式マフラとして構成されるならば高レベルの音減衰性が達成される。

簡単な製造を可能にするために、前記ハウジングを、上方シェルと下方シェルとから形成することができ、これら上方シェルと下方シェルとは好ましくは、前記分離壁に対して平行な分離面の領域において互いに溶接されている。前記上方及び／又は下方シェルの内壁を、ハーフシェル、好ましくはシート・メタルからなるハーフシェルから構成すると特に有利である。

以下、図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
本発明の第１実施形態に係るマフラ構造の側面図である。マフラ構造の平面図である。本発明の第２実施形態のマフラ構造の図４中のIII-III線に沿った長手方向断面図である。前記マフラ構造の図３中のIV-IV線に沿った断面図である。前記マフラ構造の図３中のV-V線に沿った断面図である。別実施形態のマフラ構造の図３中のVI-VI線に沿った断面図である。

これらの図面は、それぞれ、その内部に第１チャンバ３と第２チャンバ４とが設けられたハウジング２を備える排気ガスマフラ構造１を示している。ハウジング２は、上方シェル２ａと下方シェル２ｂとからなり、これらシェルは、分離壁９に対して平行な分離面εの領域において互いに溶接されている。第１チャンバ３には前マフラＶＳＤが配設され、第２チャンバ４には後マフラＮＳＤが配設されている。同じハウジング２内に触媒コンバータユニット５，５ａ，５ｂから形成される排気ガス後処理装置６を設けることができる。

排気マニホルド７、排気管又はフレキシブル排気管をハウジング２と一体に設けることができる。

ハウジング２のハウジング壁８は、複数の層を備えるサンドイッチ状構造を有し、シート・メタル製のハーフシェルによって形成された内壁８ａと球形ドームがエンボス加工されたステンレススチール箔によって形成され外壁８ｂとの間に断熱マット８ｃが設けられている。

第１チャンバ３と第２チャンバ４とは、分離壁９によって互いに分離されている。分離壁９も又サンドイッチ状構造を有し、図６により詳細に図示されているように２つの分離プレート９ａ，９ｂ間に断熱マット９ｃが設けられている。

図１及び図２に示されている実施形態において、排気ガス後処理装置６は水平に配置されている。すなわち、この排気ガス後処理装置６の流れ軸心６ａは、分離壁９に対して実質的に平行に配置されている。

図１及び図２において、排気ガス後処理装置６は水平に配置、即ち、実質的に水平な流れ軸心６ａを備えて配置されている。他方、図３〜５に図示の実施形態においては、排気ガス後処理装置６の触媒コンバータユニット５ａ，５ｂは、直立に配置されている。排気ガス後処理装置６の流れ軸心６ａは、分離壁９に対して実質的に垂直に配置され、触媒コンバータユニット５ａ，５ｂはシールリング１３を介して分離壁９に取り付けられている。カバー１４によって閉じることが可能な取り付け開口部１５が触媒コンバータユニット５ａ，５ｂの上方にそれぞれ設けられ、これによって触媒コンバータユニット５ａ，５ｂの取り付けと取り外しが可能である。

図４に示されるようにチャンバ３内の前マフラＶＳＤは、いわゆる反射式マフラ１０として構成され、分離壁９に対して垂直に配置された反射プレート１１ａ，１１ｂ，１１ｃによって規定される複数の反射チャンバ１０ａ，１０ｂを有する。反射式マフラ１０は、導入管１２ａと、接続管１２ｂと、排出管１２ｃとを有する。

図５に示されるように後マフラＮＳＤは、この実施形態において、低周波共振チャンバＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と高周波吸収チャンバとを備える吸収器-共振器一体型マフラとして構成されている。

前マフラＶＳＤと後マフラＮＳＤとは、分離壁９を貫通する接続管１６を介して互いに流体接続されている。温度によって引き起こされる長さの変化の補償を可能にするために、接続管１６は、図６に示されているように、分離壁９に対して垂直に変位シート１７に取り付けられている。

排気ガスは図３〜５に図示の矢印に従って内燃エンジンからハウジング２に到達し、触媒コンバータユニット５ａ，５ｂを介して第１チャンバ３内に配設された前マフラＶＳＤへと運ばれる。前マフラＶＳＤの出口において、排気ガスは接続管１６を介して第２チャンバ４に配設された後マフラＮＳＤに流入する。この後マフラＮＳＤを通って流れた後、排気ガスは出口１９を通ってハウジング２から出る。

上述した排気ガス減衰構造１によれば、車両の周部での、前マフラＶＳＤと後マフラＮＳＤとからなる完全な排気ガスマフラの特にコンパクトな構成と一体化が可能となる。

排気ガスマフラ構造１によれば非常に簡単な製造が可能となる。前マフラＶＳＤと後マフラＮＳＤとの間には、１０ｍｍ〜３０ｍｍの壁厚と、約１０００℃までの耐熱性とを備える断熱マット９ｃが配設され、この耐熱マットは前マフラＶＳＤと後マフラＮＳＤとの間の熱伝達を妨げる。次に、前マフラＶＳＤと後マフラＮＳＤとを、分離プレート９ａ，９ｂを介して互いに接続し、溶接する。これによって、主として前マフラＶＳＤと後マフラＮＳＤとからなるコンパクトな排気ガスマフラ構造１が提供される。次の工程は、ハウジング２の内壁８ａへの断熱層８ｃの取り付けである。これは、例えば、１０ｍｍ〜３０ｍｍの厚みを有し、片面が接着性である断熱マットによって行うことができる。その後、球形ドームがエンボス加工された単層又は複層のステンレススチール箔によって形成されるとともに、前マフラＶＳＤと後マフラＮＳＤとからなるユニットとリジッドに溶接される外壁８ｂによって永久固定が行われる。球形ドームがエンボス加工された前記ステンレススチール箔のエンボス深さは０.１ｍｍ〜０.９ｍｍである。

前マフラＶＳＤと後マフラＮＳＤとの内部の構造は、エンジンの仕様に応じて様々なものとすることができる。

前マフラＶＳＤと後マフラＮＳＤとがハウジング２内において互いに上下にサンドイッチ状に配設されることによって極めてコンパクトな構成を達成できる。

Claims

内燃エンジン、特にジェネレータ用の排気ガスマフラ構造（１）であって、前マフラ（ＶＳＤ）と後マフラ（ＮＳＤ）とを備えるものにおいて、前記前マフラ（ＶＳＤ）と前記後マフラ（ＮＳＤ）とが、共通のハウジング（２）内に配設され、前記前マフラ（ＶＳＤ）が前記ハウジング（２）の第１チャンバ（３）に配置され、前記後マフラ（ＮＳＤ）が第２チャンバ（４）に配置され、２つの前記チャンバ（３，４）が、分離壁（９）の少なくとも１つの流体接続部によって互いに流体接続されていることを特徴とする排気ガスマフラ構造（１）。
２つの前記チャンバ（３，４）は、互いに上下又は左右にサンドイッチ状に配置されている請求項１に記載の排気ガスマフラ構造（１）。
前記分離壁（９）は少なくとも１つの断熱部を含み、好ましくは、前記分離壁（９）は、少なくとも３つの層を有するサンドイッチ状構造であって、特に好ましくは、２つの分離プレート（９ａ，９ｂ）間に断熱マット（９ｃ）が配設されている請求項１又は２に記載の排気ガスマフラ構造構造（１）。
前記ハウジング（２）を周囲環境から分離する前記ハウジング（２）のハウジング壁（８）は段熱部を含み、好ましくは、前記ハウジング壁（８）は少なくとも３つの層を備えるサンドイッチ状構造を有し、特に好ましくは、前記ハウジング壁（８）の金属製内壁（８ａ）と好ましくは金属製外壁（８ｂ）との間に配設された断熱層（８ｃ）を備えている請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガスマフラ構造（１）。
前記ハウジング壁（８）の前記外壁（８ｂ）は、好ましくは球形ドームがエンボス加工された少なくとも単層のステンレススチール箔からなる請求項４に記載の排気ガスマフラ構造（１）。
前記前マフラ（ＶＳＤ）は反射式マフラ（１０）として構成されている請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ガスマフラ構造（１）。
前記後マフラ（ＮＳＤ）は、少なくとも２つ、好ましくは３つ、より好ましくは４つの、共振器チャンバＲ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気ガスマフラ構造（１）。
好ましくは少なくとも１つの触媒コンバータユニット（５ａ，５ｂ）によって形成された少なくとも１つの排気ガス後処理装置（６）が、前記ハウジング（２）内の前記前マフラ（ＶＳＤ）の上流側に配設されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気ガスマフラ構造（１）。
前記ハウジング（２）は、前記排気ガス後処理装置（６）の取り付けと取り外しのための少なくとも１つの閉鎖可能な取り付け開口部（１５）を有する請求項８に記載の排気ガスマフラ構造（１）。
前記ハウジング（２）は、少なくとも１つの好ましくはフレキシブルな排気管及び／又は排気マニホルド（７）と一体に構成されている請求項１〜９のいずれか一項に記載の排気ガスマフラ構造（１）。
前記排気管及び／又は排気マニホルド（７）は、好ましくはサンドイッチ状構造によって形成され、好ましくは２つの金属層間に配置された断熱層を含んだ、断熱部を有する請求項１０に記載の排気ガスマフラ構造（１）。
前記２つのチャンバ（３，４）間の前記流体接続は、前記分離壁（９）に対して好ましくは垂直な変位シート（１７）において変位可能な接続管（１６）によって形成されている請求項１〜１１のいずれか一項に記載の排気ガスマフラ構造（１）。
前記ハウジング（２）は、上方シェル（２ａ）と下方シェル（２ｂ）とから成り、前記上方シェル（２ａ）と前記下方シェル（２ｂ）とは、好ましくは前記分離壁（９）に対して平行な分離面（ε）の領域において、互いに溶接されている請求項１〜１２のいずれか一項に記載の排気ガスマフラ構造（１）。
前記ハウジング（２）の前記内壁（８ａ）は、好ましくはシート・メタルからなる少なくとも１つのハーフシェルを有する請求項１〜１３のいずれか一項に記載の排気ガスマフラ構造（１）。