JP2019190277A - 消音器の構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】材料歩留まりを向上しつつ車両の空力性能を向上させ、バッテリーを搭載した車両へのレイアウト性に優れた消音器を提供することを目的とする。【解決手段】平面状の底面と、底面に隣接してガスの導入開口を有する面とガスの排出開口を有する面とが配置された消音器１において、連続する前記３面が曲げ成型により下部外殻２として成型され、消音器の外殻構造を構成する残りの面も曲げ成型により上部外殻３として成型され、前記下部外殻と前記上部外殻とが互いに接合されて外殻が形成されるよう構成した。【選択図】図２

Description

本発明は、車両の内燃機関用消音器の構造とその製造方法に関する。

車両用内燃機関の吸排気騒音、主に排気音を低減するのに用いられる消音器には、図１−（ａ）、図１−（ｂ）に示すような構造のものが多用されてきた。すなわち図１−（ａ）に示すような絞り加工により成型したシェル状の２つの部材を接合するプレスタイプや、図１−（ｂ）に示す打ち抜き加工により成型したエンドプレートやセパレーターに外壁となる部材を巻きつけて製作する巻きタイプの構造が多用されてきた。しかし従来構造の消音器においては幾つかの問題点が指摘されてきた。

すなわちプレスタイプの消音器では車体形状に対応した任意の形状に成型できる利点がある一方、個別の形状に合わせた専用の金型を製作するのに初期投資が必要になることや、絞り成型のため材料を抑える部分などが必要になることから材料歩留まりが通常７５％前後と悪化し、材料の利用効率が悪いという問題がある。

また巻きタイプの消音器ではエンドプレート製作時に廃材が発生することや、円状または楕円状の断面形状のため車両下部へのレイアウト性が良くないことや車両下部がフラットに構成できないなどの問題がある。近年空力性能への追求から、消音器が通常搭載される車両下部についてもフラット化が求められるようになり、下部形状がフラットな消音器が求められるようになっている。

また近年排ガスクリーン化への要求からＥＶ化が加速しており、内燃機関を搭載する車両においても内燃機関はＰＨＥＶのレンジエクステンダーの動力源として用いるケースが増えている。この場合内燃機関は小排気量のものが用いられ、かつ運転領域が限定された使用形態となる。このようなケースでは内燃機関の消音器はコンパクトで単純な内部構造のものが主流となっていく。また車両下部にはバッテリーが搭載される場合が多く、その隙間の部分に消音器をレイアウトする場合は、周囲の形状に合わせた矩形形状の消音器が求められる。

また特許文献１には図６に示すような、機械的に安定した構造を確保しつつ、軽量でかつ製作容易な消音器を提供する目的で、底面にフラットな部材を用いつつ上面に絞り成型した外殻を用いる消音器構造が提案されている。しかしこの構造においても上面外殻に絞り成型を用いるため、金型費用の発生及び材料歩留まり悪化の問題は解決できない。

特許第５７７０２２０号

本案は以上のような背景のもと考えられた発明であり、製造過程に金型を必要とせずかつ材料の利用効率に優れ、フラットな外形を持って車両の空力性能に貢献できる消音器を提供することを目的とする。

請求項１の発明では、平面状の底面と、該底面に隣接してガスの導入開口を有する面とガスの排出開口を有する面とが配置された消音器において、連続する前記３面が曲げ成型により下部外殻として成型され、消音器の外殻構造を構成する残りの面も曲げ成型により上部外殻として成型され、前記下部外殻と前記上部外殻とが互いに接合されて外殻が形成されたことを特徴とする。

請求項１の発明の構成では、消音器の外殻が下部外殻と上部外殻の２つの外殻で構成され、それぞれの外殻は曲げ加工により形成される。曲げ加工には専用の金型が必要ないので、上下のシェルを絞り加工で成型する場合に比べ、金型製作費用が低減できる。また材料である板材を効率よく利用できるので、ほとんど廃材が発生せず材料歩留まりが向上ずる。加えて２つの外郭を接合するだけなので、相互の外縁を基本的に１周接合すればよく、両サイドのエンドプレートの外周を接合する必要がある巻きタイプの消音器と比較しても生産効率を向上することが出来る。

請求項２の発明では、平面状の底面と、該底面に隣接してガスの導入開口を有する面とガスの排出開口を有する面とが配置された消音器の製造方法であって、曲げ成型により連続する前記３面を有する下部外殻を成型する工程と、同じく曲げ成型により消音器外郭構造の残りの面を有する上部外殻を成型する工程と、その後前記下部外殻と前記上部外殻とを互いに接合する工程と、を有する消音器の製造方法であることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１の発明を製造方法として規定したものだが、下部外殻と上部外殻をそれぞれ曲げ加工により製作する工程と、上下２つの外郭を溶接等の手段で接合する工程を含むことを特徴とする。
よって請求項１で前述した効果と同様に、金型費用の低減、材料歩留まりの向上、および接合工程の生産効率の向上といった効果を得ることができる。

請求項３の発明では、請求項２に記載の消音器の製造方法に加えて、前記下部外殻を成型する工程及び前記上部外殻を成型する工程と前記下部外殻と前記上部外殻とを互いに接合する工程との間に、予め組み立てられた消音器内部構造を前記下部外殻に組み付ける工程を更に有することを特徴とする。

すなわち請求項３の発明は、上下の外殻を成型した後に、予め組み立てた消音器内部構造を下部外殻の導入開口と排出開口にはめ込み組み付けて、その後上部外殻を当接して接合する。これにより消音器内部構造を部品毎バラバラに下部外殻に組みつける方法に比べ、効率的に内部構造の組み付け作業を行うことが出来る。

請求項４の発明は請求項３に記載の消音器の製造方法において、前記消音器内部構造を前記下部外殻に組み付ける工程は、中間位置まで曲げ成型を行った下部外殻に前記消音器内部構造を配置した後、前記下部外殻を最終形状まで曲げ加工する工程を含むことを特徴とする。

すなわち本発明では、消音器内部構造のガスの導入パイプまたは／およびガスの排出パイプが組み付け時に下部外殻と干渉しないよう、底面と連接した２つの面の曲げ加工を中間位置で留めておく。そして消音器内部構造を所定の位置に配置した後に底面と連接した２つの面の曲げ加工を最終位置まで行い、ガスの導入パイプおよびガスの排出パイプをそれぞれ導入開口と排出開口に挿入させる。この方法によれば消音器内部構造のセットを効率よく行うことが出来る。

請求項５の発明は、請求項１に記載の消音器の構成に加え、前記下部外殻と前記上部外殻との接合は、溶接で行われることを特徴とする。
これにより接合をカールシームなどのシーミング接合を行う場合に比べ、材料を節約でき、加工時間も短縮できる。

請求項６の発明は、請求項２から請求項４のいずれかに記載の消音器の製造方法において、前記下部外殻と前記上部外殻とを接合する工程は、溶接で行うことを特徴とする。
これにより請求項５の発明と同様、接合をカールシームなどのシーミング接合を行う場合に比べ、材料を節約でき、加工時間も短縮できる。

請求項７の発明は、請求項１または請求項５に記載の消音器の構成に加え、前記ガスの導入開口を有する面と排出開口を有する面とが、長方形、台形、かまぼこ型、または３角形のいずれかの形状であることを特徴とする。
これにより車載上の要求に対応し様々な断面形状の消音器が製作でき、設計自由度を向上させることが出来る。

本発明に係る消音器では、金型費用の低減、材料歩留まりの向上、および工程の効率向上といった効果を得ることができる。また底面がフラットな形状なので車両の空力性能への寄与が期待できる。

(ａ)は従来構造のプレスタイプの消音器を、（ｂ）は従来構造の巻きタイプの消音器を(ｃ)は本案構造の曲げタイプの消音器の斜視図である。 本案に係る曲げタイプ消音器の構成を示す分解図である。 本案に係る曲げタイプ消音器の製造工程を示す工程図である。 本案に係る曲げタイプ消音器の溶接工程における溶接継ぎ手形状を示す概略図である。 本案に係る曲げタイプ消音器のガス導入開口を有する面およびガス排出開口を有する面を示す概略図である。 特許文献１に係る消音器の断面図である。

１ 曲げタイプ消音器
２ 下部外殻
３ 上部外殻
４ 内部構造
５ セパレーター
６ インナーパイプ

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の実施形態の説明は、本質的な例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を限定することを意図するものではない。

（本願消音器の構造）
図１−（ｃ）に本願の曲げタイプ消音器の実施例の斜視図を示す。手前に見える面に導入開口を有し、反対側の面に排出開口を有する。この２つの面は平面状の底面と連続して下部外殻を構成しており、折り曲げ加工により成型される。底面が平面または平面に近い形状で構成されていることがこの折り曲げ加工を円滑に行うための条件となる。

また上部の残りの３面も曲げ加工により成型され上部外殻を構成し、下部外殻と組み合わされて溶接等の接合手段で接合されている。材質はスチールをはじめとし、アルミやマグネシウムなど種々の金属材料を用いることが出来る。本実施例では外殻については板厚１ｍｍのスチール材を用いた。

次に図２を基に内部構造を含めた全体構造について詳述する。下部外殻２は前述のように板厚１ｍｍのスチール材用い、底面と連続する導入開口を有する面と排出開口を有する面が構成されるような展開形状にて、ブランク加工等により成型される。同時に導入開口および排出開口など孔部もピアス加工、バーリング加工などで成型される。

次に展開形状に成型された下部外殻２が折り曲げ加工機により曲げ加工され図２に示す形状に成型される。

また消音器内にはガスを消音器内に導入し消音効果を発揮するための内部構造４が配設される。内部構造は消音器に求められる性能により様々な構成態様で設計されるが、基本的にはガス導入管・排出管およびその他のパイプや、消音器内部の空間を隔てかつ内部のパイプ等を保持するためのセパレーター等で構成される。これらの構成によって内部をガスが通過する際に共鳴効果や拡張効果を発生させ、所望の消音性能を発揮させる。これら内部構造は通常シミュレーションツール等で設計される。

内部構造４は前工程で事前に組み立てられた状態で下部外殻２に配設される。
内部構造４が下部外殻２にセットされた後に、予め曲げ加工により成型された上部外殻３が下部外殻２にセットされ、互いに対応する外縁部が当接した状態で保持される。互いに当接した端部が全周溶接等で接合されることで曲げタイプ消音器が完成する。

（本願消音器の製造方法）
次に本願消音器の製造方法を図３の工程図を基に説明する。
図３−（ａ）に示すように下部外殻は、予めブランク加工などで所定の形状に成型し、かつ開口部をピアス加工・バーリング加工した平面状のブランク材に通常の折り曲げ加工機で曲げ加工を施工し、一方の端部に導入開口を有する面を、他方の端部に排出開口を有する面を成型することにより製作する。

次に予め組み立てた状態の内部構造を下部外殻に組み付ける工程が必要となるが、導入パイプと排出パイプが下部外殻の両端面を貫通する構造となるため、下部外殻が最終形状まで折り曲げられた状態で組みつけようとすると互いに干渉して作業が妨げられる。

従ってこの曲げ加工を一旦中間位置まで行い、前記両端部の２つの面のうち一方の面を所定の角度で開いた位置に留める。本実施例では図３に示すように図面上左側の面が５度開いた状態で留める。この状態で図３−（ｂ）に示すように予め組み立てた状態の消音器内部構造を上方から下部外殻に配設する。その際内部構造の姿勢をコントロールしながら先ず一方のパイプ端部を曲げ加工が完了した面の開口に挿入し、その後に他方のパイプ端部を他方の中間位置で保持した面の開口に挿入する。この方法により前記２つの面に妨げられることなく、または２つの面とわずかに干渉して弾性変形内の微小な変形を行わせつつ、内部構造を所定の位置に設置することが出来る。このように導入開口と排出開口を有する面の一方が中間位置に留まっているので、２つの面との干渉により作業が妨げられることなく、作業を円滑に行うことが出来る。

また前記両端面を中間位置で留める態様は様々の態様をとりうる。両端面の双方を中間位置で留めた場合は、挿入時の姿勢の調整を要することなく内部構造の設置が容易に行えるが、この場合は内部構造の位置の保持や、両端面を最終形状まで曲げる際の工程の負荷が増えることになる。

消音器内部構造が下部外殻の所定の位置に配設された状態で図３−（ｄ）に示すように２つの部品の固定を行う。本実施例では外殻に沿ったセパレーターの部分と下部外殻を抵抗スポット溶接により必要な箇所を溶接することで接合する。
次に予め最終形状に曲げ加工した上部外殻を、図３−（ｅ）に示すように下部外殻に当接させ、次いで加圧装置（図示しない）により中間位置に留められた面を加圧し最終形状に曲げ加工し、上部外殻と下部外殻の対応する外縁部が互いに当接した状態とする。この状態を保持しながら図３−（ｆ）に示すように上部外殻と下部外殻の当接部分を溶接により全周接合する。

接合方法としては本実施例ではＭＩＧ溶接を適用し確認した。また溶接継ぎ手形状については図４−（ａ）に示す突合せ溶接と図４−（ｂ）に示す隅肉溶接を確認した。なお隅肉溶接にする場合は溶接作業の容易性や空力性能への影響を考慮し、下部外殻が角部から突出するよう下部外殻の方を大きめに設定している。
板厚１ｍｍのＳＵＳ材を用いた実験結果では、ＭＩＧ溶接を用いて３ｍ／ｍｉｎ程度の速度で溶接が可能であり十分な実用性が確認できた。

最後に図３−（ｇ）に示すように外殻に沿ったセパレーターの部分と上部外殻との固定を行う。本実施例では栓溶接により行っているが、レーザー溶接など他の接合方法も適用可能である。

また下部外殻の折り曲げ加工される導入開口を有する面と、排出開口を有する面とは両方共に本実施例では長方形形状を有しているが、図５に示すようにその他（ａ）台形形状、（ｂ）三角形形状、（ｃ）かまぼこ型形状などで構成できる。また前記２つの面を同様の外形で構成しているが、２つの面を異なった外形で構成することも可能である。

また下部外殻の底面は完全な平面ではなく、図５（ｄ）に示すように湾曲した面であっても曲げ加工で導入開口を有する面と排出開口を有する面とを構成でき、溶接による上部外郭との接合が出来ることを確認している。曲げ加工による消音器はこのように形状の設計自由度にも優れており、必要に応じて様々な形状に設計・製作することが可能である。

Claims (7)

1. 平面状の底面と、該底面に隣接してガスの導入開口を有する面とガスの排出開口を有する面とが配置された消音器において、
   連続する前記３面が曲げ成型により下部外殻として成型され、消音器の外殻構造を構成する残りの面も曲げ成型により上部外殻として成型され、前記下部外殻と前記上部外殻とが互いに接合されて外殻が形成された消音器。
2. 平面状の底面と、該底面に隣接してガスの導入開口を有する面とガスの排出開口を有する面とが配置された消音器の製造方法であって、
   曲げ成型により連続する前記３面を有する下部外殻を成型する工程と、同じく曲げ成型により消音器外郭構造の残りの面を有する上部外殻を成型する工程と、その後前記下部外殻と前記上部外殻とを互いに接合する工程と、
   を有する消音器の製造方法。
3. 前記下部外殻を成型する工程及び前記上部外殻を成型する工程と前記下部外殻と前記上部外殻とを互いに接合する工程との間に、予め組み立てられた消音器内部構造を前記下部外殻に組み付ける工程を更に有することを特徴とする、
   請求項２に記載の消音器の製造方法。
4. 前記消音器内部構造を前記下部外殻に組み付ける工程は、中間位置まで曲げ成型を行った下部外殻に前記消音器内部構造を配置した後、前記下部外殻を最終形状まで曲げ加工する工程を含むことを特徴とする、
   請求項３に記載の消音器の製造方法。
5. 前記下部外殻と前記上部外殻との接合は、溶接で行われることを特徴とする請求項１に記載の消音器。
6. 前記下部外殻と前記上部外殻とを接合する工程は、溶接で行うことを特徴とする、
   請求項２から請求項４のいずれかに記載の消音器の製造方法。
7. 前記ガスの導入開口を有する面と排出開口を有する面とが、長方形、台形、かまぼこ型、または３角形のいずれかの形状であることを特徴とする、
   請求項１または請求項５に記載の消音器。
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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