JP2015063948A

JP2015063948A - 消音装置

Info

Publication number: JP2015063948A
Application number: JP2013198452A
Authority: JP
Inventors: 明慶山本; Akiyoshi Yamamoto; 健三輪; Ken Miwa
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-09

Abstract

【課題】小型化でき、且つ高い消音効果を備えた消音装置を提供する。
【解決手段】本消音装置１では、マフラー本体２内を第１拡張室２６と第２拡張室２７とに区画する第１セパレータ２４に略矩形状の第１排気孔３２を設け、該第１排気孔３２内に、長手方向に沿って複数のフィン４０〜４２が間隔を置いて配置されているので、排気ガスが第１セパレータ２４の第１排気孔３２を通過する際、排気ガスは第１排気孔３２の各フィン４０〜４２間の開口を、各フィン４０〜４２に衝突しながら向きを変えて通過するために、排気ガスの音波の振幅（エネルギー）を低減させることができ、ひいては消音効果を高めることができる。この結果、本消音装置１を小型化でき、且つ消音効果を高めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車等に備えられる、排気ガスの消音装置に関するものである。

従来から、自動車等に備えられる、排気ガスの消音装置には、消音のために拡張、共鳴、干渉、吸音等の機能を有している。例えば、特許文献１には、共鳴室と拡張室とを備えた共鳴装置および内燃機関の排気装置が開示されている。

特開２００９−６２９２２号公報

しかしながら、従来の消音装置では、拡張室の大きさが消音効果に影響するために、消音効果は消音装置自体の大きさに依存するようになる。そのために、消音装置を小型化しようと試みると、消音効果が低下してしまう、という問題が発生するようになる。また、上述した特許文献１の発明に係る共鳴装置及び内燃機関の排気装置においても、この問題を解決することは困難である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、小型化でき、且つ高い消音効果を備えた消音装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１の発明は、複数の室を有し、当該複数の室のうち少なくとも一つが排気ガスを拡散させて消音する拡張室として機能するマフラー本体を備えた排気ガスの消音装置であって、前記拡張室は、セパレータにより区画され、該セパレータには排気孔が設けられ、該排気孔の内周縁にはセパレータと直交する方向にフランジ部が延び、該フランジ部は前記排気孔の内周縁と半径Ｒの円弧部にて接続され、前記フランジ部には、該フランジ部と同方向に延びる複数のフィンが間隔を置いて固着されており、該セパレータの平面部の高さは、前記マフラー本体内の高さから前記セパレータの板厚の２倍と前記半径Ｒの２倍とを差し引いた値に設定され、前記排気孔から上方の前記セパレータの平面部の高さと、前記排気孔から下方の前記セパレータの平面部の高さとは等しく、その高さは、前記セパレータの板厚の２倍に前記円弧部の半径Ｒを加えた値に設定され、前記排気孔の前記各フィンを除く開口面積は、前記各フィンの軸直交方向の断面積の総和よりも大きく設定されることを特徴とするものである。
請求項１の発明では、排気ガスが排気孔の各フィン間を通過する際、排気ガスは複数のフィンに衝突して、その向きを変えながら通過するので、排気ガスの音波の振幅（エネルギー）を低減することができ、ひいては消音効果を高めることができる。

また、請求項１に記載した発明において、前記各フィンには、一端側の側面に前記排気孔の前記各フィン間の開口面積が排気ガスの流動方向に沿って漸次大きくなるようにテーパ面を形成すると共に、他端面に湾曲面を形成することも可能である。
これにより、排気ガスが排気孔内の各フィン間の開口を通過する際の流動抵抗を抑制することができる。

本発明によれば、小型化でき、且つ高い消音効果を備えた消音装置を提供することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る消音装置の外観図である。図２は、本発明の実施の形態に係る消音装置の内部を示す平面図である。図３は、本消音装置に採用した、第１排出孔内に各フィンを備えた第１セパレータを示す斜視図である。図４は、図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図５は、図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。図６は、本消音装置の第１排出孔の各フィン間を通過する排気ガスの様子を示す図である。図７は、周波数（Ｈｚ）に対する音圧（ｄＢ）の大きさを、本発明の実施の形態に係る消音装置と従来の消音装置とにて比較したものである。

以下、本発明を実施するための形態を図１〜図７に基づいて詳細に説明する。
本発明の実施の形態に係る消音装置１は、図１及び図２に示すように、箱状のマフラー本体２と、該マフラー本体２内に排気ガスを案内する流入管３と、排気ガスをマフラー本体２内から外部に排出する排出管４とから構成される。

図１及び図２に示すように、マフラー本体２は、共に平面視台形状に形成される上壁部９及び下壁部１０と、長手方向の長さが相違する長側壁部１１及び短側壁部１２と、共に湾曲状に延びる一端側湾曲壁部１３及び他端側湾曲壁部１４とからなる箱状に形成される。なお、マフラー本体２の短側壁部１２には流入管３が挿通される貫通孔２０が形成される。この貫通孔２０は、短側壁部１２の、後述する第１セパレータ２４と第２セパレータ２５との間の位置に形成される。また、マフラー本体２の他端側湾曲壁部１４には、長側壁部１１寄りに、排出管４が挿通される貫通孔２１が形成される。

マフラー本体２の内部は、長手方向に沿って間隔を置いて第１セパレータ２４及び第２セパレータ２５が配置されている。第１セパレータ２４及び第２セパレータ２５は矩形状で、同じ厚みを有する板材でそれぞれ構成される。第１及び第２セパレータ２４、２５の全高Ｈ（図４参照）は、マフラー本体２内の高さと略一致する。そして、マフラー本体２の内部は、長手方向に沿って第１〜第３拡張室２６〜２８にそれぞれ区画される。なお、第１セパレータ２４の、第１拡張室２６側の面及び第２拡張室２７側の面にはそれぞれ吸音材（図３には第２拡張室２７側の面に設けられた吸音材１５が示されている）が設けられている。また、第２セパレータ２５の、第２拡張室２７側の面及び第３拡張室２８側の面にはそれぞれ吸音材（図示略）が設けられている。マフラー本体２の短側壁部１２には端部がＬ字状に形成される流入管３が挿通される。流入管３は、短側壁部１２の、第１セパレータ２４と第２セパレータ２５との間の位置に設けた貫通孔２０に挿通される。流入管３のＬ字状の屈曲位置はマフラー本体２内に配置され、その流入管３の端部が第２セパレータ２５の、マフラー本体２の短側壁部１２寄りに設けた貫通孔３０に挿通される。流入管３の開口端部が第３拡張室２８に臨むようになる。また、第２セパレータ２５には、マフラー本体２の長側壁部１１寄りに、排出管４が挿通される貫通孔３１が形成され、流入管３用の貫通孔３０と排出管４用の貫通孔３１との間に排気ガスが通過する第２排気孔３３が形成される。

図２〜図５に示すように、第１セパレータ２４には、排出ガスが通過する第１排気孔３２と、排出管４が挿通する貫通孔２９とが形成されている。第１排気孔３２がマフラー本体２の短側壁部１２寄りに形成され、排出管４用の貫通孔２９がマフラー本体２の長側壁部１１寄りに形成される。第１排気孔３２は略矩形状に形成される。第１排気孔３２の長手方向が第１セパレータ２４の長手方向と一致する。本実施の形態では、第１排気孔３２は、マフラー本体２の短側壁部１２側の一辺が開放されて構成されている。該第１排気孔３２の内周縁にはその全域（短側壁部１２側の一辺を除く）から第１セパレータ２４と直交する方向にフランジ部３５が延びている。フランジ部３５は、マフラー本体２の他端側湾曲壁部１４（第２拡張室２７）に向かって延びている。フランジ部３５は第１排気孔３２の内周縁と半径Ｒの円弧部３６にて一体的に接続されている。また、第１セパレータ２４の外周縁には、マフラー本体２との溶接用のフランジ部３４が半径Ｒの円弧部３６を介して一体的に延びている。該フランジ部３４は第１排気孔３２の内周縁から延びるフランジ部３５と同方向に延びている。そこで、図４から解るように、第１セパレータ２４の平面部２４ａの高さＨ１は、マフラー本体２内の高さ（第１セパレータ２４の全高Ｈ）から第１セパレータ２４（フランジ部３４）の板厚ｔの２倍と円弧部３６の半径Ｒの２倍とを差し引いた値に設定される。また、図５に示すように、第１排気孔３２から上方の平面部２４ａ’の高さＨ２と、第１排気孔３２から下方の平面部２４ａ”の高さＨ３とは等しく設定されている。その高さＨ２、Ｈ３は、第１セパレータ２４の板厚ｔの２倍に円弧部３６の半径Ｒを加えた値に設定されている。

第１排気孔３２内には、その長手方向に沿って間隔を置いて複数のフィン４０〜４２が配置されている。本実施の形態では、フィン４０〜４２は３つ備えられている。各フィン４０〜４２は板材が立設するように配置される。各フィン４０〜４２の高さは第１排気孔３２の高さに相当する。３つのフィン４０〜４２のうち、幅方向中央に位置するフィン４１は、そのマフラー本体２の一端側湾曲壁部１３側の両側面が互いに近接する方向に向かうテーパ面４１ａ、４１ａにそれぞれ形成され、そのマフラー本体２の他端側湾曲壁部１４側の端面が半円弧面４１ｂに形成されている。一方、幅方向両側に位置する各フィン４０、４２は、中央に位置するフィンを幅方向中央から分割した形状に相当する。すなわち、幅方向両側に位置する各フィン４０、４２は、そのマフラー本体２の一端側湾曲壁部１３側の内側を向く一側面が第１排出孔３２から外方に向かうテーパ面４０ａ、４２ａに形成され、そのマフラー本体２の他端側湾曲部側の端面が１／４円弧面４０ｂ、４２ｂに形成されている。そして、幅方向中央に位置するフィン４１は、上側及び下側のフランジ部３５にそれぞれ溶接されて固定される。一方、マフラー本体２の長側壁部１１側のフィン４２は、テーパ面となる一側面４２ａ及び１／４円弧面４２ｂが第１排気孔３２の内側を向くように、上側、下側及び側方のフランジ部３５にそれぞれ溶接されて固着される。また、マフラー本体２の短側壁部１２側のフィン４０も、テーパ面となる一側面４０ａ及び１／４円弧面４０ｂが第１排気孔３２の内側を向くように、上側及び下側の各フランジ部３５に溶接され、しかも、このフィン４０はその略矩形状の他側面４０ｃがマフラー本体２の短側壁部１２に直接溶接されて固着される。要するに、各フィン４０〜４２は、マフラー本体２の一端側湾曲壁部１３側の両側面または一側面に第１排気孔３２の各フィン４０〜４２間の開口面積が排気ガスの流動方向に沿って漸次大きくなるようにテーパ面４０ａ、４１ａ、４２ａが形成され、マフラー本体２の他端側湾曲壁部１４側の端面に湾曲面である半円弧面４１ｂ、１／４円弧面４０ｂ、４２ｂが形成されることになる。なお、第１排気孔３２の各フィン４０〜４２を除く開口面積は、各フィン４０〜４２の軸直交方向の断面積の総和よりも大きくなるように設定される。

図２に示すように、排出管４が、第１及び第２セパレータ２４、２５の各貫通孔２９、３１と、マフラー本体２の他端側湾曲壁部１４の貫通孔２１とを挿通して外部に延びている。排出管４の一端開口は第１拡張室２６内に配置される。排出管４はマフラー本体２内では直線的に延び、マフラー本体２の他端側湾曲壁部１４から外部に延出された部位でＬ字状に屈曲される。

そして、流入管３からマフラー本体２に流入した排気ガスは、まず、マフラー本体２内の第３拡張室２８に流入する。続いて、第３拡張室２８からの排気ガスは第２セパレータ２５の第２排気孔３３から第２拡張室２７に流入する。続いて、第２拡張室２７からの排気ガスは第１セパレータ２４の第１排気孔３２を通過して第１拡張室２６に流入する。この時、図６に示すように、排気ガスは第１排気孔３２の各フィン４０〜４２間の開口を各フィン４０〜４２に衝突しながら向きを変えて通過するために、排気ガスの音波の振幅を低減させながら通過するようになる。続いて、第１拡張室２６に流入した排気ガスは排出管４内を通過してマフラー本体２から外部に排出されるようになる。

以上説明したように、本発明の実施の形態に係る消音装置１では、マフラー本体２内を第１拡張室２６と第２拡張室２７とに区画する第１セパレータ２４に略矩形状の第１排気孔３２を設け、該第１排気孔３２内に、長手方向に沿って複数のフィン４０〜４２が間隔を置いて配置されているので、排気ガスが第１セパレータ２４の第１排気孔３２を通過する際、排気ガスは第１排気孔３２の各フィン４０〜４２間の開口を、各フィン４０〜４２に衝突しながら向きを変えて通過するために、排気ガスの音波の振幅（エネルギー）を低減させることができ、ひいては消音効果を高めることができる。この結果、本消音装置１を小型化でき、且つ消音効果を高めることができる。しかも、本消音装置１では、第１排気孔３２の各フィン４０〜４２を除く開口面積は、各フィン４０〜４２の軸直交方向の断面積の総和よりも大きく設定されるので、排気ガスが第１排気孔３２の各フィン４０〜４２間の開口を通過する際の各フィン４０〜４２による流動抵抗を適宜抑制することができる。

なお、図７には、周波数（Ｈｚ）に対する音圧（ｄＢ）の大きさを、本発明の実施の形態に係る消音装置１（実線）と従来の消音装置（点線）とにて比較したものを示すが、図７から解るように、本発明の実施の形態に係る消音装置１では、従来の消音装置よりも、１０００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの周波数領域における音圧が大幅に低く推移していることが理解できる。これは、上述したように、排気ガスが第１セパレータ２４の第１排気孔３２の各フィン４０〜４２間の開口を通過する際、各フィン４０〜４２に衝突しながら向きを変えて通過するために、排気ガスの音波の振幅が減少したからである。

また、本発明の実施の形態に係る消音装置１では、第１排気孔３２内に備えた、幅方向中央に位置するフィン４１は、そのマフラー本体２の一端側湾曲壁部１３側の両側面が互いに近接する方向に向かうテーパ面４１ａ、４１ａにそれぞれ形成され、そのマフラー本体２の他端側湾曲壁部１４側の端面が半円弧面４１ｂに形成されており、一方、幅方向両側に位置する各フィン４０、４２は、そのマフラー本体２の一端側湾曲壁部１３側の内側を向く一側面が第１排出孔３２から外方に向かうテーパ面４０ａ、４２ａにそれぞれ形成され、そのマフラー本体２の他端側湾曲壁部１４側の端面が内側を向く１／４円弧面４０ｂ、４２ｂに形成されている。これにより、排気ガスが第１排気孔３２の各フィン４０〜４２間の開口を通過する際の各フィン４０〜４２による流動抵抗をさらに抑制することができる。

１消音装置，２マフラー本体，３流入管，４排出管，２４第１セパレータ，２４ａ、２４ａ’、２４ａ” 平面部，２６第１拡張室，２７第２拡張室，２８第３拡張室，３２第１排気孔，３５フランジ部，３６円弧部，４０フィン，４０ａテーパ面，４０ｂ１／４円弧面，４１フィン，４１ａテーパ面，４１ｂ半円弧面，４２フィン，４２ａテーパ面，４２ｂ１／４円弧面

Claims

複数の室を有し、当該複数の室のうち少なくとも一つが排気ガスを拡散させて消音する拡張室として機能するマフラー本体を備えた排気ガスの消音装置であって、
前記拡張室は、セパレータにより区画され、
該セパレータには排気孔が設けられ、該排気孔の内周縁にはセパレータと直交する方向にフランジ部が延び、該フランジ部は前記排気孔の内周縁と半径Ｒの円弧部にて接続され、
前記フランジ部には、該フランジ部と同方向に延びる複数のフィンが間隔を置いて固着されており、
該セパレータの平面部の高さは、前記マフラー本体内の高さから前記セパレータの板厚の２倍と前記半径Ｒの２倍とを差し引いた値に設定され、
前記排気孔から上方の前記セパレータの平面部の高さと、前記排気孔から下方の前記セパレータの平面部の高さとは等しく、その高さは、前記セパレータの板厚の２倍に前記円弧部の半径Ｒを加えた値に設定され、
前記排気孔の前記各フィンを除く開口面積は、前記各フィンの軸直交方向の断面積の総和よりも大きく設定されることを特徴とする消音装置。