JP2016169638A - マフラ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外層シェル及び内層シェルの層間の隙間に排気ガスが流れることによる中間シートの劣化を抑制する。
【解決手段】本発明のマフラ装置は、セパレータで区画されるスペース間に生じる圧力差を低減するために、中間シートの厚みによって形成される外層シェルと内層シェルとの間の層間スペースを利用し、スペース間を連通させる圧抜き孔が形成されている。圧抜き孔及び層間スペースを介して区画された一方のスペースから他方のスペースに向かって中間シートの端部に沿って流通する排気ガスの流通経路に対し、中間シートに、中間シートの端部から内側に凹んだ切り欠き部を形成し、切り欠き部において第１領域の一部が凸状に延設されるように構成する。層間スペース内を流通する排気ガスの経路長が長くなり、流路抵抗を高くすることができる。中間シートの端部が露出する層間スペースに排気ガスが流れ難くなり、中間シートの劣化を抑制することができる。
【選択図】図６

Description

本発明は、二層構造のシェルの間に、制振材又は吸音材としての中間シートを配置したマフラ装置に関する。

特許文献１では、２枚の金属板を重ねることにより、マフラ装置のシェルを構成している。また、特許文献２では、２枚の金属板の間に吸音材料を充填している。

特開２０１０−１９０２０５号公報（段落［００１６］等） 特開２００４−１５０３１０号公報（段落「００３６」等）

特許文献１に記載のように、筒状のシェル内部は、セパレータによって複数のスペースに区画することができる。このとき、区画されたスペース間での圧力調整のために、例えば、２枚の金属板のうち、内側の金属板にスペース毎に開口する圧抜き孔を設け、金属板間の隙間を通じ、圧抜き孔を介してスペース間の圧力を調節することができる。

一方、特許文献２に記載のように、２枚の金属板の間に吸音材料を充填することができる。この場合、２枚の金属板間に形成される隙間及び圧抜き孔を通じてスペース間の内圧を調整することができるが、排気ガスが吸音材料に接触し、吸音材料が劣化するおそれがある。

そこで、本発明の目的は、外層シェル及び内層シェルの層間の隙間に排気ガスが流れることによる制振材又は吸音材としての中間シートの劣化を抑制することができるマフラ装置を提供する。

本発明は、車両の内燃機関から排出された排気ガスが導かれるマフラ装置である。マフら装置は、マフラ装置の外面に配置され、所定方向に延びる筒状の外層シェルと、外層シェルよりもマフラ装置の内側に配置され、所定方向に延びる筒状の内層シェルと、外層シェルおよび内層シェルの間に配置された、制振材又は吸音材としての中間シートと、内層シェルの内側に形成されたスペースを、所定方向に並ぶ複数のスペースに区画するセパレータと、外層シェル及び内層シェルが中間シートを介さずに密接する第１領域と、外層シェル及び内層シェルの間に中間シートが配置される第２領域との境界であって、中間シートの端部と第１領域との間に形成される層間スペースと、区画された各スペースの内層シェルに形成され、層間スペースと連通する圧抜き孔と、を有する。

そして、中間シートは、圧抜き孔及び層間スペースを介して区画された一方のスペースから他方のスペースに向かって中間シートの端部に沿って流通する排気ガスの流通経路に対し、中間シートの端部から内側に凹んだ切り欠き部が形成されており、切り欠き部において第１領域の一部が凸状に延設されている。

セパレータで区画されるスペース間に生じる圧力差を低減するために、中間シートの厚みによって形成される外層シェルと内層シェルとの間の層間スペースを利用し、スペース間を連通させる圧抜き孔を設けることができる。このとき、層間スペース内に排気ガスが流通するため、中間シートの端部が排気ガスに直接触れてしまい、中間シートを劣化させてしまうおそれがある。

本発明によれば、圧抜き孔及び層間スペースを介して区画された一方のスペースから他方のスペースに向かって中間シートの端部に沿って流通する排気ガスの流通経路に対し、中間シートに、中間シートの端部から内側に凹んだ切り欠き部を形成し、切り欠き部において第１領域の一部が凸状に延設されるように構成している。このため、層間スペース内を流通する排気ガスの経路長が長くなり、流路抵抗を高くすることができる。したがって、中間シートの端部が露出する層間スペースに、排気ガスが流れ難くなり、中間シートの劣化を抑制することができる。

実施例１であるマフラ装置の外観図である。 実施例１であるマフラ装置の断面図である。 実施例１であるマフラ装置の断面図である。 実施例１において、外層シェルを省略したマフラ装置の外観図である。 実施例１において、マフラ装置の一部の構造を示す断面図である。 実施例１において、圧抜き孔が設けられるマフラ装置の一部の構造を示す図である。

以下、本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
本実施例のマフラ装置について説明する。図１は、マフラ装置１の外観図である。図２は、図１のＡ１−Ａ１断面図であり、図３は、図１のＡ２−Ａ２断面図である。図１は、図２に示す矢印Ｂ１の方向や、図３に示す矢印Ｂ２の方向からマフラ装置１を見たときの外観図である。

一対のエンドカバー１１，１２およびシェル２０は、マフラ装置１の外面を構成する。シェル２０は、筒状に形成されており、マフラ装置１の長手方向（図１の左右方向、本発明の所定方向に相当する）に延びている。マフラ装置１の長手方向におけるシェル２０の両端には開口部が形成されており、これらの開口部は、金属製のエンドカバー１１，１２によってそれぞれ塞がれている。ここで、各エンドカバー１１，１２は、溶接によってシェル２０に固定される。

図２および図３に示すように、シェル２０は、二層構造となっており、外層シェル２１および内層シェル２２を有する。外層シェル２１および内層シェル２２はともに筒状に形成されており、マフラ装置１の長手方向に延びている。外層シェル２１は、マフラ装置１の外面に配置され、内層シェル２２は、外層シェル２１よりもマフラ装置１の内側に配置されている。

内層シェル２２の内部には、４つの金属製のセパレータ３１〜３４が配置されている。内層シェル２２は、各セパレータ３１〜３４の外縁に沿って配置されており、各セパレータ３１〜３４の外縁には、内層シェル２２の内周面と接触するフランジが設けられている。各セパレータ３１〜３４は、内層シェル２２の内部に形成されたスペースを、５つのスペースＳ１〜Ｓ５に区画する。各スペースＳ１〜Ｓ５は、後述する排気ガスの膨張室として用いられる。

スペースＳ１は、エンドカバー１１、セパレータ３１および内層シェル２２の一部によって囲まれたスペースであり、スペースＳ２は、セパレータ３１，３２および内層シェル２２の一部によって囲まれたスペースである。スペースＳ３は、セパレータ３２，３３および内層シェル２２の一部によって囲まれたスペースであり、スペースＳ４は、セパレータ３３，３４および内層シェル２２の一部によって囲まれたスペースである。スペースＳ５は、セパレータ３４、エンドカバー１２および内層シェル２２の一部によって囲まれたスペースである。なお、本実施例では、４つのセパレータ３１〜３４を設けているが、セパレータの数は適宜設定することができる。

金属製の第１排気管４１は、エンドカバー１１および各セパレータ３１〜３４を貫通している。第１排気管４１の一端部４１ａは、マフラ装置１の外部に位置しており、導入管（図示せず）の一端部と接続される。導入管の他端部は、車両の内燃機関の排気ポートに接続されている。これにより、排気ポートから排出されたガス（排気ガス）がマフラ装置１に導かれる。

第１排気管４１の他端部４１ｂは、スペースＳ５内に位置しているため、排気ポートからの排気ガスは、第１排気管４１の内部を移動して、他端部４１ｂからスペースＳ５に排出される。スペースＳ５に排出された排気ガスは、スペースＳ４、スペースＳ３、スペースＳ２およびスペースＳ１の順に移動する。ここで、各セパレータ３１〜３４には、排気ガスを通過させるための開口部が形成されている。例えば、図２および図３に示すように、セパレータ３２は、排気ガスを通過させるための開口部３２ａを有する。

金属製の第２排気管４２は、エンドカバー１２および各セパレータ３１〜３４を貫通している。第２排気管４２の一端部４２ａは、マフラ装置１の外部に位置しており、第２排気管４２の他端部４２ｂは、スペースＳ１内に位置している。上述したようにスペースＳ１に移動した排気ガスは、他端部４２ｂから第２排気管４２の内部に導かれ、一端部４２ａから排出される。

図１および図３に示すように、外層シェル２１には複数の曲げ部（加工部）２１ａが設けられており、曲げ部２１ａは、シェル２０の内側に向かって凸となるように、外層シェル２１の一部を曲げ加工することによって形成される。ここで、曲げ部２１ａの厚さは、曲げ部２１ａを除く外層シェル２１の厚さと等しい。図１に示すように、複数の曲げ部２１ａは、各セパレータ３１〜３４の外縁に沿って配置されており、曲げ部２１ａと、内層シェル２２と、各セパレータ３１〜３４とが互いに重なる部分が溶接されている。

図２に示すように、外層シェル２１および内層シェル２２の間には、２つの中間シート５０が配置されている。すなわち、中間シート５０は、外層シェル２１および内層シェル２２によって挟まれている。マフラ装置１は、排気ガスからの熱を受けて高温状態となるため、中間シート５０は、耐熱性を有する材料で形成されている。

中間シート５０には、振動を減衰させる機能（制振機能）を持たせることができる。制振機能を有する中間シート５０としては、例えば、炭素（膨張黒鉛等）で形成されたシートを用いることができる。排気ガスがマフラ装置１に導かれたとき、外層シェル２１および内層シェル２２が振動する。ここで、制振機能を有する中間シート５０を、外層シェル２１および内層シェル２２の間に配置することにより、中間シート５０は、外層シェル２１および内層シェル２２の振動を減衰することができる。外層シェル２１および内層シェル２２の振動を減衰すれば、この振動に伴って発生する音を低減することができる。

一方、中間シート５０には、音を吸収する機能（吸音機能）を持たせることができる。吸音機能を有する中間シート５０としては、例えば、グラスウールで形成されたシートを用いることができる。外層シェル２１および内層シェル２２の振動によって発生する音を中間シート５０によって吸収することにより、マフラ装置１の外部に伝達される音を低減することができる。

中間シート５０は、マフラ装置１において、振動や音が発生しやすい位置に配置されている。図２に示すマフラ装置１の断面において、図２の左右方向におけるマフラ装置１の長さは、図２の上下方向におけるマフラ装置１の長さよりも短い。このため、マフラ装置１では、図２の左右方向におけるシェル２０の両側面において、振動や音が発生しやすくなる。そこで、本実施例では、図２に示すように、図２の左右方向におけるシェル２０の両側面において、外層シェル２１および内層シェル２２の間に中間シート５０を配置している。

図４は、図１に示すマフラ装置１において、外層シェル２１を省略した図である。図４では、２つの中間シート５０のうち、一方の中間シート５０の外観を示している。ここで、２つの中間シート５０の構造は同じである。

図４に示すように、中間シート５０は複数の孔（受け部）５１を有し、各孔５１は、中間シート５０を貫通している。各孔５１の内側には、外層シェル２１に形成された各曲げ部２１ａが進入している。具体的には、図５に示すように、外層シェル２１の曲げ部２１ａは、内層シェル２２に向かって突出しており、孔５１の内側に進入している。図５は、マフラ装置１の長手方向においてマフラ装置１を切断したときにおいて、マフラ装置１の一部の構造を示す。

ここで、孔５１は、中間シート５０のうち、曲げ部２１ａと対向する領域に形成されており、曲げ部２１ａの外形に沿って形成されている。孔５１の内側に進入した曲げ部２１ａは、内層シェル２２の外周面に接触している。ここで、曲げ部２１ａは、中間シート５０の厚さの分だけ、内層シェル２２に向かって突出している。

図５に示すように、セパレータ３２の外縁にはフランジ３２ｂが設けられている。フランジ３２ｂは、内層シェル２２の内周面に沿って形成されているとともに、内層シェル２２の内周面に接触している。各セパレータ３１，３３，３４にも、フランジ３２ｂと同様のフランジが設けられている。

図５において、曲げ部２１ａ、内層シェル２２およびフランジ３２ｂが互いに重なっている部分は、溶接される。これにより、外層シェル２１および内層シェル２２がセパレータ３２に固定される。同様に、各セパレータ３１，３３，３４のフランジは、内層シェル２２および曲げ部２１ａと重なっており、この重なった部分が溶接されている。これにより、外層シェル２１および内層シェル２２がセパレータ３１，３３，３４に固定される。

本実施例のマフラ装置１は、外層シェル２１の曲げ部２１ａが、中間シート５０の孔５１の内側に進入して、内層シェル２２および各セパレータ３１〜３４に溶接されている。孔５１は、中間シート５０のうち、曲げ部２１ａと対向する領域に形成されており、曲げ部２１ａが孔５１の内側に進入したとき、曲げ部２１ａの周囲に孔５１が位置する。

このため、溶接された曲げ部２１ａに対して、孔５１がずれにくく、外層シェル２１および内層シェル２２の間において、中間シート５０がずれることを抑制することができる。中間シート５０のずれを抑制することで、中間シート５０を所定位置に配置したままとすることができ、中間シート５０を用いた所定機能（上述した制振機能や吸音機能）を発揮させやすくなる。

また、本実施例では、外層シェル２１に曲げ部２１ａを予め設けているため、曲げ部２１ａ、内層シェル２２および各セパレータ３１〜３４のフランジを容易に溶接でき、この溶接部分の強度を確保しやすくなる。また、外層シェル２１および内層シェル２２を溶接するときに、外層シェル２１が変形することを抑制できる。

孔５１を少なくとも２つ設ければ、中間シート５０が、マフラ装置１の長手方向（図４の左右方向）およびシェル２０の周方向にずれることを抑制できる。ここで、２つの孔５１は、マフラ装置１の長手方向およびシェル２０の周方向において、互いにずれた位置に形成すればよい。

なお、シェル２０を構成する外層シェル２１及び内層シェル２２は、１枚のシェルシートで構成することができる。例えば、一枚のシェルシートを、第１排気管４１および第２排気管４２が接続されたセパレータ３１〜３４に巻きつけて、シェル２０を構成することができる。このとき、シェルシートに中間シート５０を重ねて巻きつけることで、図２に示すような捲回されたシェル２０を形成することができる。

また、シェル２０の構成の他の例としては、外層シェル２１および内層シェル２２を、別体のシェルシートによって構成することもできる。例えば、外層シェル２１を構成するシェルシートと、内層シェル２２を構成するシェルシートとの間に中間シート５０を配置し、２つのシェルシートおよび中間シート５０を重ねる。ここで、外層シェル２１のシェルシートには、曲げ部２１ａを形成することができる。曲げ部２１ａを、中間シート５０の孔５１の内側に進入させることにより、外層シェル２１のシェルシートに対して中間シート５０を位置決めすることができる。

本実施例のマフラ装置１は、各セパレータ３１〜３４によって、内層シェル２２の内部が５つのスペースＳ１〜Ｓ５に区画されている。このとき、区画された各スペースＳ１〜Ｓ５において、例えば、入り込んだ凝結水が、排気ガスの熱で気化して体積が膨張することがある。体積の膨張によってシェル２０が変形するおそれがあるので、区画された各スペースＳ１〜Ｓ５間で内圧を調整するために、スペース毎の内層シェル２２に圧抜き孔を設けることができる。圧抜き孔及び外層シェル２１と内層シェル２２との間の隙間を通じ、スペースＳ１〜Ｓ５間で圧力差を調節することができる。例えば、図１に示すように、各スペースＳ１〜Ｓ５毎に内層シェル２２に、圧抜き孔６０を設けることができる。

また、図２に示すように、本実施例の中間シート５０は、外層シェル２１及び内層シェル２２の間の全周ではなく、図２の左右方向の両側面に個別に設けられている。このため、外層シェル２１及び内層シェル２２が中間シート５０を介さずに密接する第１領域Ｒ１と、外層シェル２１及び内層シェル２２の間に中間シート５０が配置される第２領域Ｒ２とが形成されている。

第１領域Ｒ１は、外層シェル２１の内面と内側シェル２２の外面とが接触して密接しており、外層シェル２１と内層シェル２２との間において、空間が形成されていない。一方、第２領域Ｒ２は、外層シェル２１の曲げ部２１ａに対応する位置以外は、外層シェル２１と中間シート５０が接触し、かつ中間シート５０と内層シェル２２とが接触している。

このとき、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との境界には、中間シート５０の厚みによって層間スペースＤＳが形成される。この層間スペースＤＳは、中間シート５０の端部５２と第１領域Ｒ１との間に形成されるスペースであり、中間シート５０を介した外層シェル２１と内層シェル２２との間の段差によって形成される。

図４に示したように、中間シート５０の端部５２は、マフラ装置１の長手方向に延びているので、層間スペースＤＳは、各スペースＳ１〜Ｓ５が並ぶ方向に延びている。圧抜き孔６０を利用した圧力差の調整は、層間スペースＤＳを利用して行うことができる。スペースＳ１〜Ｓ５毎に内層シェル２２に、層間スペースＤＳに連通する圧抜き孔６０を形成することで、スペースＳ１〜Ｓ５間の内圧調整を行うことができる。

しかしながら、圧抜き孔６０を介して層間スペースＤＳ内に排気ガスが流通してしまうため、中間シート５０の端部５２が排気ガスに直接触れてしまい、中間シート５０を劣化させてしまうおそれがある。したがって、必要な内圧調整以外では、極力層間スペースＤＳに排気ガスを流通させないようにすることが好ましい。

そこで、本実施例では、圧抜き孔６０及び層間スペースＤＳを介して区画された一方のスペース（例えば、Ｓ５）から他方のスペース（例えば、Ｓ４）に向かって中間シート５０の端部５２に沿って流通する排気ガスの流通経路に対し、中間シート５０の端部５２から内側に凹んだ切り欠き部５１１を形成し、切り欠き部５１１において第１領域Ｒ１の一部が凸状に延設されるように構成する。

具体的には、図１に示すように、外層シェル２１には曲げ部（加工部）２１１ａが設けられており、曲げ部２１１ａは、曲げ部２１ａ同様、シェル２０の内側に向かって凸となるように、外層シェル２１の一部を曲げ加工することによって形成される。また、曲げ部２１１ａは、曲げ部２１ａと共に各セパレータ３１〜３４の外縁に沿って配置されており、曲げ部２１１ａ、内層シェル２２およびフランジ３２ｂが互いに重なっている部分が溶接される。

中間シート５０には、曲げ部２１１ａの受け部として、切り欠き部５１１が形成されており、切り欠き部５１１は、内層シェル２２の露出部である。図４に示すように、曲げ部２１１ａは、少なくとも一部が、中間シート５０の端部５２よりも内側に位置している。このとき、切り欠き部５１１の領域に対して曲げ部２１１ａは、小さく形成されており、曲げ部２１１ａが内層シェル２２と共にセパレータ３１〜３４のフランジ部と溶接された状態で、切り欠き部５１１と曲げ部２１１ａとの間には、層間スペースＤＳの迂回路ＤＳａが形成される。

図６は、圧抜き孔６０が設けられるマフラ装置の一部の構造を示す図であり、外層シェル２１を省略している。図６に示すように、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒとの境界に、層間スペースＤＳが形成されている。ここで、一点鎖線は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２において、層間スペースＤＳが形成される境界線を示している。

切り欠き部５１１が形成されていないと、スペースＳ５に形成された圧抜き孔６０からスペースＳ４に形成された圧抜き孔６０へ向かう層間スペースＤＳ内の流通経路は、中間シート５０の端部５２に沿って平行の直線的な経路となり、経路長が短い（図６の太点線）。

一方、切り欠き部５１１が形成され、曲げ部２１１ａの少なくとも一部が、切り欠き部５１１において中間シート５０の端部５２よりも内側に位置して溶接されているので、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２において、層間スペースＤＳが形成される境界線が、切り欠き部５１１及び曲げ部２１１ａによって端部５２よりも内側に位置している。

つまり、切り欠き部５１１において外層シェル２１及び内層シェル２２が密接する第１領域Ｒ１の一部が凸状に延設され、層間スペースＤＳの途中で曲げ部２１１ａを迂回する層間スペースＤＳａが形成される。このため、スペースＳ５に形成された圧抜き孔６０からスペースＳ４に形成された圧抜き孔６０へ向かう層間スペースＤＳの経路長が長くなり、流路抵抗を高くすることができる（図６の実線矢印で示す経路）。

このように本実施例のマフラ装置１は、圧抜き孔６０及び層間スペースＤＳを介して、区画された一方のスペース（Ｓ５）から他方のスペース（Ｓ４）に向かって中間シート５０の端部５２に沿って流通する排気ガスの流通経路に対し、中間シート５０に、中間シート５０の端部５２から内側に凹んだ切り欠き部５１１を形成し、切り欠き部５１１において外層シェル２１及び内層シェル２２が密接する第１領域Ｒ１の一部が凸状に延設されている。このため、層間スペースＤＳ内を流通する排気ガスの経路長が迂回路ＤＳａ分長くなり、流路抵抗を高くすることができる。したがって、中間シート５０の端部５２が露出する層間スペースＤＳに、排気ガスが流れ難くなり、中間シート５０の劣化を抑制することができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、上記説明において、図２に示すように、層間スペースＤＳは、中間シート５０の端部５２と第１領域Ｒ１との間に形成されるため、図２の上下方向に２つ、左右方向に２つの合計４つの層間スペースＤＳが形成され、これに対応して圧抜き孔６０がそれぞれ設けられているが、いずれか１つ又は任意の組み合わせで、層間スペースＤＳを利用し、圧抜き孔６０を介したスペースＳ１〜Ｓ５間の圧力調整を行うことができる。

また、曲げ部２１ａ，２１１ａは、例えば、内層シェル２２に向かう凹部ではなく、内層シェルに向かって突出する突出部として構成してもよい。この場合、外層シェル２１の外面は、図３に示すように凹んでいない。また、外層シェル２１に曲げ部２１ａ，２１１ａを形成しているが、これに限らず、外層シェル２１の曲げ部２１ａ，２１１ａを省略し、内層シェル２２に、曲げ部２１ａ，２１１ａに相当する曲げ部を形成してもよい。

１：マフラ装置、２０：シェル、２１：外層シェル、２１ａ，２１１ａ：曲げ部（加工部）、２２：内層シェル、３１〜３４：セパレータ、４１：第１排気管、４２：第２排気管、５０：中間シート、５１：孔（受け部）、５１１：切り欠き部、５２：端部、６０：圧抜き孔、Ｒ１：第１領域、Ｒ２：第２領域、ＤＳ：層間スペース、ＤＳａ：迂回路

Claims (1)

1. 車両の内燃機関から排出された排気ガスが導かれるマフラ装置であって、
   前記マフラ装置の外面に配置され、所定方向に延びる筒状の外層シェルと、
   前記外層シェルよりも前記マフラ装置の内側に配置され、前記所定方向に延びる筒状の内層シェルと、
   前記外層シェルおよび前記内層シェルの間に配置された、制振材又は吸音材としての中間シートと、
   前記内層シェルの内側に形成されたスペースを、前記所定方向に並ぶ複数のスペースに区画するセパレータと、
   前記外層シェル及び前記内層シェルが前記中間シートを介さずに密接する第１領域と、前記外層シェル及び前記内層シェルの間に前記中間シートが配置される第２領域との境界であって、前記中間シートの端部と前記第１領域との間に形成される層間スペースと、
   前記区画された各スペースの前記内層シェルに形成され、前記層間スペースと連通する圧抜き孔と、を有し、
   前記中間シートは、前記圧抜き孔及び前記層間スペースを介して前記区画された一方のスペースから他方のスペースに向かって前記中間シートの端部に沿って流通する前記排気ガスの流通経路に対し、前記中間シートの端部から内側に凹んだ切り欠き部が形成され、
   前記切り欠き部において前記第１領域の一部が凸状に延設されていることを特徴とするマフラ装置。