JP2016183564A

JP2016183564A - 消音器

Info

Publication number: JP2016183564A
Application number: JP2015062898A
Authority: JP
Inventors: 恵子遠山; Keiko Toyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-10-20
Also published as: CN106401722A; US20160281558A1; EP3073076A1

Abstract

【課題】通気抵抗の大幅な増加を伴うことなく、インナパイプ内外を連通させる小孔に煤などの微粒子が詰まり難くされた消音器を提供する。【解決手段】消音器１０は、内部に排気ガスが流れるインナパイプ１４と、インナパイプ１４の周壁２６に複数形成された連通部２８と、を備える。連通部２８は、周壁２６の一部をインナパイプ内側に変形させて形成されると共に、ガス流れの下流側端部３０Ｂが周壁２６と切り離された内側変形部３０と、内側変形部３０の下流側に隣接された周壁２６の一部をインナパイプ外側に変形させて形成されると共に、ガス流れの上流側端部３２Ｂが周壁２６と切り離された外側変形部３２と、を有する。内側変形部３０の下流側端部３０Ｂと外側変形部３２の上流側端部３２Ｂとで、インナパイプ内外を連通する孔３４が形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、消音器に関する。

従来、アウタシェルの内部を挿通するインナパイプの周壁に小孔を形成し、インナパイプ内部の排気ガス流路とインナパイプ外部の消音室とを連通させた消音器が知られている。

特開２００２−４７９１０号公報

しかしながら、上記従来の消音器では、排気ガス中に含まれる煤などの微粒子が小孔の縁に堆積しやすく、微粒子によって小孔が塞がれることがある。そのため、上記従来の消音器では、経年により排気消音性能が低下しやすい。

そこで、小孔に微粒子が詰まり難い構造を採用することが考えられるが、当該構造を採用することにより、排気ガスの通気抵抗が大幅に増加してしまうことは望ましくない。

本発明は上記事実を考慮し、通気抵抗の大幅な増加を伴うことなく、インナパイプ内外を連通させる小孔に煤などの微粒子が詰まり難くされた消音器を提供することを目的とする。

請求項１記載の消音器は、アウタシェル内を挿通し、内部に排気ガスが流れるインナパイプと、前記インナパイプの周壁に複数形成され、インナパイプ内部の排気ガス流路とインナパイプ外部の消音室とを連通する孔を有する連通部と、を備え、前記連通部は、前記周壁の一部をインナパイプ内側に変形させて形成されると共に、ガス流れの下流側端部が周壁と切り離された内側変形部と、前記内側変形部のガス流れ下流側に隣接する周壁の一部をインナパイプ外側に変形させて形成されると共に、ガス流れの上流側端部が周壁と切り離された外側変形部と、を有し、前記孔は、前記内側変形部の前記下流側端部と前記外側変形部の前記上流側端部とで形成されている。

請求項１記載の消音器では、インナパイプの周壁に複数の連通部が形成されている。そして、連通部は、インナパイプ内部の排気ガス流路とインナパイプ外部の消音室とを連通する孔を有する。すなわち、インナパイプ内部の排気ガス流路と、インナパイプ外部の消音室とが連通部の孔により連通されている。このため、インナパイプ内部の排気ガス流路を流れる排気ガスによる音波は、この孔を通り、インナパイプ外部の消音室で減衰される。

また、連通部は、内側変形部と外側変形部とを有している。内側変形部は、インナパイプの周壁の一部をインナパイプ内側に変形させて形成されると共に、ガス流れの下流側端部が周壁と切り離された部分である。他方、外側変形部は、内側変形部のガス流れ下流側に隣接する周壁の一部をインナパイプ外側に変形させて形成されると共に、ガス流れの上流側端部が周壁と切り離された部分である。そして、共に周壁と切り離された、内側変形部の下流側端部と外側変形部の上流側端部とで、連通部の孔が形成されている。したがって、インナパイプの内部かつ連通部よりも上流側から見て、孔が内側変位部に隠れている。このため、排気ガス中の煤などの微粒子は内側変形部に当たり、連通部の孔に微粒子が詰まり難い。

また、連通部は、上述の通り、内側変形部の下流側端部と外側変形部の上流側端部とで形成されている。このため、連通部が内側変形部のみを有している態様と比較して、孔の大きさを確保したままで内側変形部の高さ（インナパイプ内側への変形量）を抑えることができる。すなわち、連通部を設けたことによる通気抵抗の増加を抑制することができる。

請求項２記載の消音器は、請求項１に記載の消音器において、前記孔の形状は、長軸方向が前記インナパイプの周方向と一致した略楕円形である。

請求項２記載の消音器では、孔の形状は略楕円形であり、略楕円形状の長軸方向はインナパイプの周方向と一致している。このため、孔の大きさを確保したままで、内側変形部の高さ（インナパイプ内側への変形量）を低く設定することができる。

請求項３記載の消音器は、請求項１又は請求項２に記載の消音器において、前記内側変形部のインナパイプ内側への変形量は、前記外側変形部のインナパイプ外側への変形量よりも少ない。

この消音器では、内側変形部のインナパイプ内側への変形量は、外側変形部のインナパイプ外側への変形量よりも少ない。したがって、外側変形部のパイプ外側への変形量を多くすれば、孔の大きさを確保したままで、内側変形部の高さ（インナパイプ内側への変形量）を低く設定することができる。

以上説明したように、請求項１記載の消音器は、通気抵抗の大幅な増加を伴うことなく、インナパイプ内外を連通させる小孔に煤などの微粒子が詰まり難くされたという優れた効果を有する。

請求項２記載の消音器は、請求項１記載の消音器が有する効果に加えて、連通部による通気抵抗の増加をより一層抑制することができるという優れた効果を有する。

請求項３記載の消音器は、請求項１又は請求項２記載の消音器が有する効果に加えて、連通部による通気抵抗の増加をより一層抑制することができるという優れた効果を有する。

本実施形態に係る消音器のインナパイプ周壁に形成された複数の連通部のうち、１つの連通部をインナパイプ内部（排気ガス流路）から見た斜視図である。図１に示される連通部を２−２線に沿って切断した状態を示す断面図である。図１に示される連通部を３−３線に沿って切断した状態を示す断面図である。本実施形態に係る消音器を示し、インナパイプを実線、アウタシェルを二点破線で表わした斜視図である。他の実施形態に係り、（Ａ）は平行部を含んで構成された連通部を示す、図２に対応する断面図であり、（Ｂ）は球面形状に形成された連通部を示す、図２に対応する断面図であり、（Ｃ）は孔の形状が略楕円形とされた連通部を示す、図３に対応する断面図であり、（Ｄ）は孔の形状が略矩形とされた連通部を示す、図３に対応する断面図である。他の実施形態に係る消音器を示し、インナパイプを実線、アウタシェルを二点破線で表わした斜視図である。

以下、図１〜図４を用いて、本発明に係る消音器の実施形態について説明する。
図４には、本実施形態の消音器１０が示されている。この図に示されるように、消音器１０は、内部を流れる排気ガスの流路が直線状とされた所謂ストレート構造の消音器であり、消音器１０の最外壁を構成するアウタシェル１２と、アウタシェル１２の内部を挿通するインナパイプ１４と、を含んで構成されている。消音器１０は、図示しないエンジンから排出された排気ガスを大気へ導くための流路の途中に配置されている。

アウタシェル１２は、大径の筒形状とされた一般部１６と、一般部１６の長手方向の両端からアウタシェル１２の両端部２０に向けて次第に縮径された縮径部１８と、小径の筒状とされてインナパイプ１４と接合される両端部２０と、を有する。インナパイプ１４は、アウタシェル１２の一般部１６よりも小径とされ、アウタシェル１２の両端部２０と略同径とされた筒形状とされており、アウタシェル１２と同軸的に配置されている。インナパイプ１４の内部は、排気ガスＧが流れる排気ガス流路２２とされ、インナパイプ１４の外部かつアウタシェル１２の内部は、消音室２４とされている。インナパイプ１４の周壁２６、すなわち図４の斜線で示した部分には、後で詳述する連通部２８（図１参照）が複数形成されている。連通部２８により、排気ガス流路２２と消音室２４とが連通されている。排気ガス流路２２を流れる排気ガスＧによる音が、連通部２８を介して消音室２４へ伝わり、消音室２４で消音されるようになっている。消音室２４には、ステンレスウールやグラスウールなどの吸音材（図示省略）が配置される。

＜連通部＞
図１には、インナパイプ１４の周壁２６に形成された複数の連通部２８のうち、１つの連通部２８をインナパイプ１４の内部（排気ガス流路２２）から見た様子が示されている。以下、各図に示される矢印Ｆはインナパイプ１４の長手方向のうちガス流れ方向を示し、矢印Ｗはインナパイプ１４の周壁２６の周方向を示し、矢印Ｈは周壁２６の板厚方向のうちインナパイプ内側を示す。なお、以下においては、ガス流れ方向を単に「流れ方向」や「下流側」、インナパイプ１４の周壁２６の周方向を単に「周方向」、周壁２６の板厚方向のうちインナパイプ内側を単に「インナパイプ内側」や「高さ方向」ということがある。

この図に示されるように、連通部２８は、周壁２６の一部がパイプ内側方向に変形して形成された内側変形部３０と、周壁２６の一部がパイプ外側方向に変形して形成された外側変形部３２と、を有している。内側変形部３０は、境界部３０Ａにおいて周壁２６と連続して形成されており、他方、内側変形部３０の下流側端部３０Ｂにおいては、周壁２６と切り離されている。また、外側変形部３２は、境界部３２Ａにおいて周壁２６と連続して形成されており、他方、外側変形部３２の上流側端部３２Ｂにおいては、周壁２６と切り離されている。

内側変形部３０及び外側変形部３２は、互いに、流れ方向に隣接して設けられている。そして、内側変形部３０の下流側端部３０Ｂと、外側変形部３２の上流側端部３２Ｂとで、周壁２６を貫通する孔３４が形成されている。この孔３４を介して、インナパイプ１４の内部の排気ガス流路２２と、インナパイプ１４の外部の消音室２４とが連通されている。このように形成されることで、インナパイプ１４の内部における連通部２８より上流側からは、その連通部２８の孔３４は視認できないようになっている。他方、インナパイプ１４内部における連通部２８より下流側からは、その連通部２８の孔３４は視認できるようになっている。なお、図１は、インナパイプ１４の内部における連通部２８よりも下流側から連通部２８を見た図であり、図１には孔３４が示されている。

なお、このような連通部２８が周壁２６に形成されたインナパイプ１４は、例えば、以下の方法で製造される。まず、長方形状の板金に対し、短手方向に延びる小さな切込みを複数形成する。次に、プレス加工により、この切込みを挟んで長手方向に対向する部分をそれぞれ、板の表面側と裏面側に変形させる。最後に、長方形状の板金を巻いて筒状にし、短手方向端部同士を接合する。このように形成されることで、内側変形部３０は、パイプ内側方向に突出し、下流側が開口されたルーバー形状とされている。また、外側変形部３２は、パイプ外側方向に突出し、上流側が開口されたルーバー形状とされている。

内側変形部３０は、パイプ内側方向に凸の曲面を形成している。すなわち、図２に示されるように、内側変形部３０は、周方向中央における周方向に直交する平面で切断した断面形状において、下流側端部３０Ｂ（孔３４）付近がガス流れ方向に略平行であり、下流側端部３０Ｂ（孔３４）から離れて上流側へ向かうに従ってガス流れ方向に対する角度が次第に大きくなっている。また、図３に示されるように、内側変形部３０は、下流側から見た場合、周方向中央において周方向に平行であり、周方向外側へ向かうに従って周方向に対する角度が次第に大きくなっている。図３に示されているのは内側変形部３０の下流側端部３０Ｂであるが、内側変形部３０をガス流れ方向に直交するどの平面で切断しても、内側変形部３０は、周方向中央において周方向に平行であり、周方向外側へ向かうに従って周方向に対する角度が次第に大きくなっている。

他方、外側変形部３２は、パイプ外側方向に凸の曲面を形成している。すなわち、図２に示されるように、外側変形部３２は、周方向中央における周方向に直交する平面で切断した断面形状において、上流側端部３２Ｂ（孔３４）付近がガス流れ方向に略平行であり、上流側端部３２Ｂ（孔３４）から離れて下流側へ向かうに従ってガス流れ方向に対する角度が次第に大きくなっている。また、図３に２点破線で示されるように、外側変形部３２は、下流側から見た場合、周方向中央において周方向に平行であり、周方向外側へ向かうに従って周方向に対する角度が次第に大きくなっている。図３に二点破線で示されているのは、外側変形部３２の上流側端部３２Ｂであるが、外側変形部３２をガス流れ方向に直交するどの平面で切断しても、外側変形部３２は、周方向中央において周方向に平行であり、周方向外側へ向かうに従って周方向に対する角度が次第に大きくなっている。以上を換言すると、内側変形部３０と外側変形部３２とを有する連通部２８は、パイプ内側方向へ突出するように形成されたドーム形状のうち、下流側の半分をパイプ外側へ反転させたような形状とされている。

図３に示されるように、連通部２８の孔３４は、ガス流れ方向に略直交する円形状とされている。すなわち、図２に示されるように、内側変形部３０の下流側端部３０Ｂ及び外側変形部３２の上流側端部３２Ｂは、それぞれ、周壁２６に対して略直角に形成されている。また、内側変形部３０の下流側端部３０Ｂ及び外側変形部３２の上流側端部３２Ｂは、それぞれ、半円形状に形成されている。

図２に示されるように、内側変形部３０と周壁２６とが接続されている境界部３０Ａでは、内側変形部３０と周壁２６との間に角度が付けられている。すなわち、境界部３０Ａは、緩やかな曲面とされておらず、境界部３０Ａにおいて、周壁２６が急に立ち上がった形状とされている。また、外側変形部３２と周壁２６とが接続されている境界部３０Ａでも、外側変形部３２と周壁２６との間に角度が付けられている。すなわち、境界部３０Ａは、緩やかな曲面とされておらず、境界部３０Ａにおいて、周壁２６が急に立ち上がった形状とされている。

図２に示されるように、内側変形部３０のガス流れ方向の寸法Ｌｉｎは、内側変形部３０のパイプ内側方向の寸法Ｈｉｎよりも大きく形成されている。また、外側変形部３２のガス流れ方向の寸法Ｌｏｕｔは、外側変形部３２のパイプ外側方向の寸法Ｈｏｕｔよりも大きく形成されている。なお、本実施形態では、ＬｉｎとＬｏｕｔとは略同一に形成され、ＨｉｎとＨｏｕｔとは略同一に形成されている。

＜作用・効果＞
次に、本実施形態の消音器１０の作用及び効果について説明する。

本実施形態の消音器１０では、インナパイプ１４の周壁２６に、パイプ内側の排気ガス流路２２とパイプ外側の消音室２４を連通する孔３４を有する連通部２８が複数形成されている。このため、排気ガス流路２２を流れる排気ガスによる音波は、孔３４を通って消音室２４に入り、消音室２４のグラスウールやステンレスウールの吸音作用により減衰される。

また、本実施形態の連通部２８は、内側変形部３０と外側変形部３２とを有している。内側変形部３０は、インナパイプ１４の周壁２６の一部をインナパイプ内側に変形させて形成されると共に、ガス流れの下流側端部３０Ｂが周壁２６と切り離された部分である。他方、外側変形部３２は、内側変形部３０のガス流れ下流側に隣接する周壁２６の一部をインナパイプ外側に変形させて形成されると共に、ガス流れの上流側端部３２Ｂが周壁２６と切り離された部分である。そして、共に周壁２６と切り離された、内側変形部３０の下流側端部３０Ｂと外側変形部３２の上流側端部３２Ｂとで、連通部２８の孔３４が形成されている。したがって、インナパイプ１４の内部かつ連通部２８よりも上流側から見て、孔３４が内側変位部３０に隠れている。このため、排気ガスＧ中に含まれる煤などの微粒子が内側変形部３０に当たるので、煤などの微粒子が孔３４に詰まることが抑制されている。よって、消音器１０は、直噴エンジンのような排気ガスに煤が含まれやすいエンジンを備える車両において特に好適である。

また、本実施形態では、上述の通り、連通部２８の孔３４は、内側変形部３０の下流側端部３０Ｂと外側変形部３２の上流側端部３２Ｂとで形成されている。このため、連通部２８が内側変形部３０のみを有している態様と比較して、孔３４の大きさを確保したままで内側変形部３０の高さＨｉｎ（インナパイプ内側への変形量）を抑えることができる。すなわち、連通部２８を設けたことによる通気抵抗の増加を抑制することができる。すなわち、消音器１０では、消音性能を確保したまま、排気ガスＧの通気抵抗を低くすることができる。

また、本実施形態の外側変形部３２は、インナパイプ１４の外側に配置されるグラスウールやステンレスウールの配置位置を固定する役割も担っている。このため、消音器１０では、グラスウールやステンレスウールなどの吸音材が位置ズレを起こすのが防止されている。

また、本実施形態の連通部２８は、インナパイプ１４の周壁２６に切込みを入れ、プレス加工をすることで製造できる。このため、製造の際に周壁２６を切断したゴミが発生しない。また、内側変形部３０の下流側端部３０Ｂ及び外側変形部３２の上流側端部３２Ｂには、連通部２８の製造時に図示しないバリ（突起）が発生するが、このバリは孔３４の内側方向に向いて形成される。このため、バリが排気ガスＧの通気抵抗になることがない。また、バリがインナパイプ１４の外側に配置されるグラスウールやステンレスウールを傷つけることがない。

また、インナパイプ内側へ変形した内側変形部３０により、排ガス流路２２を流れる排気ガスＧに乱流が生まれることが想定される。しかし、本実施形態では、内側変形部３０はパイプ内側方向に対し凸の曲面を形成しているので、排気ガスＧに乱流が発生することが抑制されている。

〔上記実施形態の補足説明〕
なお、上述した実施形態では、内側変形部３０及び外側変形部３２を周方向に直交する平面で切断した断面形状（図２に示した断面形状）は、楕円の円弧に近似した形状とされていたが、本発明の「連通部」はこれに限られない。例えば、図５（Ａ）及び（Ｂ）に示されるような断面形状を有する連通部１２８、連通部２２８であってもよい。

このうち、図５（Ａ）に示される連通部１２８では、内側変形部１３０が、流れ方向に平行とされた平行部１３０Ｃを含んで構成されている。そして、平行部１３０Ｃの下流側の端部が内側変形部１３０の下流側端部１３０Ａとされている。また、外側変形部１３２も、流れ方向に平行とされた平行部１３２Ｃを含んで構成されている。そして、平行部１３２Ｃの上流側の端部が外側変形部１３２の上流側端部１３２Ｂとされている。このため、連通部１２８を備える消音器では、排気ガスに整流作用が働き、通気抵抗の増加が抑制されている。また、連通部１２８では、周壁２６との境界部１３０Ａ、１３２Ａが緩やかな曲面として形成されている。

また、図５（Ｂ）に示される連通部２２８では、連通部２２８を周方向に直交する平面で切断した断面形状が、円弧形状とされている。すなわち、内側変形部２３０及び外側変形部２３２は、それぞれ、球面を４分の１に分割した形状とされている。このため、連通部２２８を備える消音器では、インナパイプ長手方向に並べて多数の連通部２２８を形成することができる。

また、上述した実施形態では、連通部２８の孔３４が下流方向から見て、円形（図３参照）とされていたが、本発明はこれに限られない。例えば、図５（Ｃ）及び（Ｄ）に示されるような孔３４を有する連通部３２８、連通部４２８であってもよい。

このうち、図５（Ｃ）に示される連通部３２８では、孔３４が、高さ寸法が幅寸法よりも小さな略楕円形とされている。すなわち、孔３４の形状は、略楕円形であり、略楕円形の長軸方向は、インナパイプ１４の周壁２６の周方向と一致している。この連通部３２８では、孔の大きさを確保したままで、内側変形部３０の高さ寸法Ｈｉｎを小さく形成することができるので、消音性能を保ちつつ排気ガスＧの通気抵抗を低くすることが可能である。

また、図５（Ｄ）に示される連通部４２８では、孔３４が略矩形に形成されている。このような連通部４２８を有する消音器も、本発明に含まれる。

また、上記実施形態では、内側変形部３０の高さ寸法Ｈｉｎと外側変形部３２の高さ寸法Ｈｏｕｔが略同一に設定されていたが、本発明はこれに限られない。例えば、外側変形部３２の高さ寸法Ｈｏｕｔに対して、内側変形部３０の高さ寸法Ｈｉｎが小さく設定されていてもよい。この場合、孔の大きさを確保しつつ、内側変形部３０の高さを低く形成できるので、通気抵抗の増加をより一層抑えることができる。

また、上記実施形態では、消音器１０は、所謂ストレート型の消音器とされていたが、本発明の「消音器」はこれに限られない。例えば、図６に示されるように、ストレート構造とされていない消音器５１０でもよい。この消音器５１０は、アウタシェル５１２の内部が、第１セパレータ５４０及び第２セパレータ５４２により、第１消音室５２４Ａ、第２消音室５２４Ｂ及び第３消音室５２４Ｃに分割されている。この消音器５１０での排気ガスＧの流れを説明すると、まず、排気ガスＧは導入パイプ５１４Ａの内部を流れて、第３消音室５２４Ｃに導入される。次に、第３消音室５２４Ｃに導入された排気ガスＧは，中間パイプ５１４Ｂの内部を流れて、第１消音室５２４Ａに導入される。最後に、第１消音室５２４Ａに導入された排気ガスＧは，導出パイプ５１４Ｃの内部を流れて、消音器５１０の外部に導出される。すなわち、導入パイプ５１４Ａ、中間パイプ５１４Ｂ及び導出パイプ５１４Ｃは、いずれも、内部を流れる排気ガスＧの流れ方向が明確である。

このように形成された消音器５１０において、導入パイプ５１４Ａ、中間パイプ５１４Ｂ及び導出パイプ５１４Ｃのうち、全部又はいずれかの周壁（図６の斜線部分）に連通部が形成されていてもよい。すなわち、本発明の消音器が備えるインナパイプは、エンジン運転時に、内部を排気ガスが特定の方向に流れ、外部に消音室が形成されたものであればよく、消音器１０の具体的構造は特に限定されない。

また、上記実施形態では、消音室の内部にグラスウールやステンレスウールなどの吸音材が配置されていたが、本発明の「消音室」はこれに限られず、消音室の内部が中空とされていてもよい。また、上記実施形態では、消音室２４がアウタシェル１２とインナパイプ１４とで形成されていたが、本発明の「消音室」はこれに限られず、インナパイプの外部に形成されたものであれば本発明の「消音室」に含まれる。

１０消音器
１２アウタシェル
１４インナパイプ
２２排気ガス流路
２４消音室
２６周壁
２８連通部
３０内側変形部
３０Ｂ下流側端部
３２外側変形部
３２Ｂ上流側端部
３４孔
Ｈｉｎ内側変形部のインナパイプ内側への変形量
Ｈｏｕｔ外側変形部のインナパイプ外側への変形量
５１０消音器
５１２アウタシェル
５１４Ａ導入パイプ（インナパイプ）
５１４Ｂ中間パイプ（インナパイプ）
５１４Ｃ導出パイプ（インナパイプ）
５２４Ｂ第２消音室（消音室）

Claims

アウタシェル内を挿通し、内部に排気ガスが流れるインナパイプと、
前記インナパイプの周壁に複数形成され、インナパイプ内部の排気ガス流路とインナパイプ外部の消音室とを連通する孔を有する連通部と、
を備え、
前記連通部は、
前記周壁の一部をインナパイプ内側に変形させて形成されると共に、ガス流れの下流側端部が周壁と切り離された内側変形部と、
前記内側変形部のガス流れ下流側に隣接する周壁の一部をインナパイプ外側に変形させて形成されると共に、ガス流れの上流側端部が周壁と切り離された外側変形部と、
を有し、
前記孔は、前記内側変形部の前記下流側端部と前記外側変形部の前記上流側端部とで形成されている、
消音器。
前記孔の形状は、長軸方向が前記インナパイプの周方向と一致した略楕円形である、
請求項１に記載の消音器。
前記内側変形部のインナパイプ内側への変形量は、前記外側変形部のインナパイプ外側への変形量よりも少ない、
請求項１又は請求項２に記載の消音器。