JP2021161931A - 排気マフラー - Google Patents

Abstract

【課題】消音部材として発泡セラミック材を用いつつ消音効果を高め、衝撃への耐性が高くない発泡セラミック材の消音部材を内筒により安定して保持可能な排気マフラーを提供する。
【解決手段】エンジン4の排気が導入される外筒11と、発泡セラミック材からなる消音部材14とを備え、外筒11内には、排気がその内部を通過する内筒13が設けられ、消音部材14の少なくとも一部は、内筒13の外壁13dに保持部材20を介して支持され、内筒13は、消音部材14と内筒13の軸方向において重なる位置に、内筒13の内外とを連通する連通孔13bが設けられた多孔壁部13aを有し、保持部材20は、多孔壁部13aの少なくとも一部と、内筒13の軸方向において重ならない位置に配置されることにより、消音効果を高め、衝撃への耐性が高くない発泡セラミック材の消音部材を内筒により安定して保持可能な排気マフラーを提供する。
【選択図】図２

Description

本発明はエンジンの排気音を消音する排気マフラーに関する。

排気マフラーの導入室に配置される消音材として、発泡セラミック材料が知られている。特許文献１には、発泡セラミックスを消音部材として用いた消音器構造において、内筒の外側にマット部材を巻き、発泡セラミックスを位置規制している構造が開示されている。発泡セラミック材料は、消音効果が高くかつ軽量であるという利点がある。

上記従来の構造の排気マフラーの消音器は、エンジンからの排気を流す排気路を筒状部材により構成し、筒状部材に多数の小孔を設けた多孔壁部を設けて、かかる多孔壁部の周囲を発泡セラミックの消音部材で覆って、吸音効果をもたせたものである。発泡セラミックスの消音部材は、スチールウール等で形成された円筒状の保持部材を介して、筒状部材の多孔壁部に支持されている。

公開実用新案昭63-132816号公報

上記従来の排気マフラーの消音器では、発泡セラミックの消音部材は、排気路の筒状部材の周囲に配置されているが、排気路の筒状部材より発泡セラミックの消音部材内に、積極的に排気ガスを流通させるものではなく、排気中の圧力波成分の高周波成分を特に吸収し、音圧レベルを低減処理するものである。

消音効果をより高めるために、エンジンの排気が導入される導入室を形成する外筒内に、排気がその内部を通過する筒状部材としての内筒を設けその周囲に発泡セラミック材からなる消音部材を配置し、内筒から発泡セラミックの消音部材内に積極的に排気ガスを流通させる構造を採用した排気マフラーに適用すると、消音部材と筒状部材の多孔壁部との間に配置された保持部材により、筒状部材から消音部材への排気ガスの流れを阻害し、消音効果を高めることが難しかった。

本発明の目的は、

上記目的を達成するために、本発明に係る排気マフラーは、エンジンの排気が導入される導入室を形成する外筒と、
前記導入室内に配設され、発泡セラミック材からなる消音部材と、
を備えた排気マフラーであって、
前記外筒内には、排気がその内部を通過する内筒が設けられ、
前記消音部材の少なくとも一部は、前記内筒の外壁に保持部材を介して支持され、
前記内筒は、前記消音部材と前記内筒の軸方向において重なる位置に、前記内筒の内部と外部とを連通する連通孔が設けられた多孔壁部を有し、
前記保持部材は、前記多孔壁部の少なくとも一部と、前記内筒の軸方向において重ならない位置に配置され、
前記消音部材の内部を通過した排気が、前記連通孔を通って前記内筒の内部に流入する
ことを特徴とするものである。

本発明は前記したように構成されているので、消音部材として発泡セラミック材を用いつつ、排気ガスが流通する内筒から、消音部材としての発泡セラミック内への排気ガスの流通を向上させて、消音効果を高めることができるとともに、衝撃への耐性が高くない発泡セラミック材の消音部材を内筒により安定して保持することができる。

前記構成において、前記消音部材は、排気ガス流入面から内部に排気が導入され、
前記内筒の軸方向において、前記保持部材に対して、前記排気ガス流入面と前記連通孔とは反対側に設けるようにしてもよい。

前記構成によれば、発泡セラミック材料の消音部材内に積極的に排気を通過させつつ、保持部材が、連通孔が設けられた多孔壁部に重ならない位置に設けられているので、排気流れの妨げになりにくく、圧力損失を低減することができる。前記構成によれば、消音部材の排気流路を長くすることができ、消音効果を高めることができる。

前記構成において、前記消音部材はその外周面に、排気の通過を抑制する外壁を設けることもできる。

前記構成によれば、消音部材は保持部材を介して内筒に支持されているので、消音部材に排気の通過を抑制する外壁を設けても、外壁に消音部材を支持するほどの剛性は必要とされず、軽量の外壁を使用することが可能となり、排気マフラーの軽量化を図ることができる。

前記構成において、前記消音部材には、前記内筒の軸方向において、前記内筒の前記連通孔に対して、前記保持部材と反対側に前記内筒と接する底壁を設けることもできる。

前記構成によれば、底壁が内筒と接しているので、底壁によっても消音部材の一部を支持することができ、底壁および保持部材により、内筒の多孔壁部を挟んで消音部材の両端を支持することができるため、消音部材の支持剛性が向上する。

前記構成において、前記内筒の前記外壁には、前記内筒の軸方向において、前記保持部材に隣接した後方に
位置する位置決め凸部を設けることもできる。

前記構成によれば、内筒の外壁に位置決め凸部があることで、保持部材が取り付けられた消音部材の内筒への組付けが容易に行うことができる。

本発明によれば、消音部材として発泡セラミック材を用いて、消音効果を高めることができるとともに、衝撃への耐性が高くない発泡セラミック材の消音部材を内筒により安定して保持することができる。

本発明の一実施の形態が適用された自動二輪車の右側面図である。 図１のA-A線断面図であり、本発明の一実施の形態に係る排気マフラーの中心軸を通る断面図である。 図２のB-B断面図である。 排気マフラー内の排気流の説明図である。 排気マフラー内の排気流の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る排気マフラーの断面図である。 図６のC-C線断面図である。

本発明の一実施の形態に係る排気マフラーについて、図１ないし図５に基づいて説明する。図１は本発明の排気マフラーが適用された一例の鞍乗り型車両としての自動二輪車１の右側面図である。なお、本発明の排気マフラーは他の鞍乗り型車両にも適用することができる。本発明の排気マフラーの説明における前方、後方とは、搭載された車両の前後方向に従うものとする。

自動二輪車１は、前輪101と後輪102と、その骨格をなす車体フレーム３を備える。車体フレーム３には、後輪102を駆動するエンジン４が支持されている。エンジン４は例えば多気筒の４サイクルエンジンであり、燃料タンク６に収容された燃料が供給されることにより駆動する。エンジン４の駆動力は、不図示の伝動機構を介して後輪102に伝達される。エンジン４の排気ポートから排出される燃焼ガス（排気ガス）は排気管９を介して排気され、その排気音は本発明の一実施形態に係る排気マフラー10で消音される。排気マフラー10は車体の側部に配置されている。

車体フレーム３の後部には、ライダーが着座するシート８を支持するシートフレーム３ａが連結されている。車体フレーム３の後部にはスイングアーム５が揺動自在に支持されており、スイングアーム５には後輪102が回転自在に支持されている。

図２および図３に示されるように、排気マフラー10は、その外壁を構成する外筒11を含む。外筒11は中空体であり、その内部空間が、エンジン４の排気が排気管９から導入される導入室Ｓを形成する。外筒11は、自動二輪車１の前後方向において、前側の前部11ａと、本体部11ｂと、後壁部11ｃとを含む。本体部11ｂは、本実施の形態の場合、円筒体であり、前部11ａは排気管９の外径から本体部11ｂの外径まで拡径したテーパ形状を有している。後壁部11ｃは、前後方向において本体部11ｂの後端を塞ぐ円盤状の壁体である。

排気管９は本実施形態の場合、中心軸線ＣＬについて本体部11ｂと同軸の円筒管であり、金属製の管である。排気管９の一部の区間である孔区間９ａにおいて周壁に複数の連通孔９ｃが形成されている。孔区間９ａは前部11ａ内に位置しており、排気管９内の排気ガスが孔区間９ａの連通孔９ｃを通って前部11ａ内に導入される。前後方向で孔区間９ａの後側となる排気管９の途中部には、排気管９内の排気ガスの通過量を制御する制御弁９ｂが配置されている。コントローラ22により制御弁９ｂの開度を制御することで、排気管９を貫通してその後端から外気に排気される排気量との割合を制御することができる。

導入室Ｓ内には内筒13が配置されている。本実施の形態の場合、内筒13は、筒状の部材であり、排気管９と同軸で大径の円筒管であって、金属製の管である。外筒11の本体部11ｂ、内筒13および排気管９は、中心軸線ＣＬを共通とする三重管構造を構成している。内筒13は、前端が閉鎖され、後端は開放されている。内筒13は、その後端側は外筒11の後壁部11ｃに支持され、前端側は排気管９を介して外筒11の前部11ａに支持されている。

内筒13は、前端側の一部の区間を構成する壁部において、複数の連通孔13ｂが形成された多孔壁部13ａとなっている。また、内筒13の内周面と排気管９の外壁面との間には、排気通路13ｃが形成されている。導入室Ｓに導入された排気ガスは、多孔壁部13ａの連通孔13ｂを介して排気通路13ｃに導入され、内筒13の後端から外気へ排気される。このように内筒13は排気通路として利用できる。排気通路13ｃの幅となる、内筒13の内壁面と排気管９の外壁面との間の距離は例えば２〜４mmの範囲内で、例えば、３mmである。

内筒13には消音部材14が保持部材20を介して支持されている。
消音部材14は発泡セラミック材料のブロックである。発泡セラミック材料としては、互いに連通した無数の気孔が形成され、排気ガスが通過可能に形成された公知の発泡セラミックスを用いることができる。
消音部材14は、略円筒形状に形成されている。消音部材14の内周面14ａには、後側の端面であって、消音部材14内に排気ガスが流入する排気ガス流入面14ｃから所定の長さで円筒状の凹部が形成され、保持部材嵌装凹部14ｅとされている。保持部材嵌装凹部14ｅは、内筒13の多孔壁部13ａの少なくとも一部を避けるように設けられている。

保持部材20は、緩衝材であって、スチールウール、ガラス繊維等のようなマット部材が保持部材嵌装凹部14ｅに対応する略円筒形状に形成されている。消音部材14の保持部材嵌装凹部14ｅ内に保持部材20が嵌装されて、消音部材14と保持部材20とで略円筒形状となる。消音部材14と保持部材20とで構成された円筒形状の内部に、内筒13が圧入されて、内筒13に消音部材14が保持部材20を介して支持される。

消音部材14は内筒13との間に保持部材20介して支持され、内筒13は金属製の管であり、発泡セラミック材料である消音部材14よりも剛性が低い部材であるため、消音部材14を内側から支持することで、保持部材20と共に、発泡セラミック材料を用いた消音部材14を、外部からの振動や衝撃を抑えて保持することができる。

さらに、消音部材14は、外筒11の内壁面11ｄから離間して配置されている。このような配置により、衝撃に対し高い強度でない発泡セラミック材料からなる消音部材14の保護性能を向上できる。例えば路上の縁石等の障害物が外筒11に衝突した場合、あるいは、自動二輪車１が転倒して外筒11が地面に衝突した場合、図２において矢印Ｆで示すように本体部11ｂに対して衝撃が作用する場合がある。しかし、消音部材14は外筒11の内壁面11ｄから離間しており、内壁面11ｄと、消音部材14の外周面14ｂとの間には隙間16が形成されている。矢印Ｆで示されるように、本体部11ｂに対して衝撃が作用しても、消音部材14に直接衝撃が作用せず、また、隙間16が外筒11のクラッシュゾーンとなって消音部材14に作用する衝撃が緩和される。この結果、消音部材14の割れの発生を低減することができる。

消音部材14の周囲には、カバー部材12が設けられている。カバー部材12は、筒状の部材であり、本実施の形態の場合、排気管９と同軸の大径で、かつ、外筒11の本体部11ｂよりも小径の円筒管である。カバー部材12は、前端の底壁部12ａと、円筒状の外壁部12ｂとを有し、後端側は開放されている。カバー部材12は例えば金属製であり、円盤形状の底壁部12ａはその中心孔12ｃの部分において内筒13に溶接等により固着される。外壁部12ｂは消音部材14の外周面14ｂを囲んでいる。消音部材14の端面14ｄは底壁部12ａに当接し、消音部材14が前後方向においてカバー部材12に保持される。カバー部材12によって消音部材14の保護性能を更に向上できる。

底壁部12ａは、導入室Ｓを、前側の第一空気室Ｓ１と後側の第二空気室Ｓ２とに区画する隔壁部としても機能する。隙間16は、第二空気室Ｓ２と外筒11の本体部11ｂとの隙間16の距離、例えば４〜６mmの範囲内で、例えば、５mmである。

消音部材14は、第二空気室Ｓ２の前側に位置しており、第二空気室Ｓ２はその後側には折返室Ｓ２１を含む。消音部材14を前側の第一空気室Ｓ１ではなく、後側の第二空気室Ｓ２に配置することで、排気ガスの排気抵抗として消音部材14の影響を小さくすることができる。消音部材14の端面である排気ガス流入面14ｃには折返室Ｓ２１から排気ガスが流入することになる。流速がより遅くなった排気ガスが消音部材14に流入するので、排気抵抗を抑えて、その消音効果を発揮することができる。本実施の形態の場合、消音部材14の内周面14ａの一部は、内筒13の多孔壁部13ａと重なっており、排気ガス流入面14ｃから消音部材14に流入した排気ガスは消音されつつ多孔壁部13ａの連通孔13ｂを通って内筒13内に流出することになる。このように消音部材14が多孔壁部13ａに近い位置に配置されることで、排気ガス流のより後側に消音部材14を配置することができ、消音部材14の排気抵抗としての影響を小さくしつつ消音効果を向上できる。

排気ガスの流れ方について図４および図５を参照して説明する。コントローラ22は、例えば、エンジン４が低・中回転域では制御弁９ｂの開度を小さくし、エンジン４が高回転域では制御弁９ｂの開度を大きくする。図４は、制御弁９ｂが全閉の場合を示しており、排気ガスの流れが矢印で示されている。排気管９内の排気ガスは孔区間９ａの連通孔９ｃを通って第一空気室Ｓ１に導入された後、隙間16を通って、折返室Ｓ２１へ導かれる。その後、排気ガスは、消音部材14の排気ガス流入面14ｃから消音部材14へ入り、内筒13の多孔壁部13ａの連通孔13ｂを通って内筒13に入る。消音部材14を排気ガスが通過する際に、その排気音が消音される。そして、内筒13の排気通路13ｃから大気へ放出される。

図５は、制御弁９ｂを開いた場合を示しており、排気ガスの流れが矢印で示されている。排気管９内の排気ガスは、そのまま排気管９を通って排気管９の下流端９ｄから大気へ放出されるものと、孔区間９ａの連通孔９ｃを通って第一空気室Ｓ１に導入されるものとに分かれる。制御弁９ｂの開度が大きいほど、そのまま排気管９を通って排気管９の下流端９ｄから大気へ放出される排気ガスの割合が高くなり、排気効率が良くなる。第一空気室Ｓ１に導入された排気ガスの流れは、図４を参照して説明したものと同じである。

本実施の形態の排気マフラー10は上記したように構成されているので、下記のような効果を奏する。

本実施の形態の排気マフラー10は、エンジン４の排気が導入される導入室Ｓを形成する外筒11と、導入室Ｓ内に配設され、発泡セラミック材からなる消音部材14と、を備え、外筒11内には、排気がその内部を通過する内筒13が設けられ、消音部材14の少なくとも一部は、内筒13に対して保持部材20を介して支持され、内筒13は、消音部材14と前後方向においてすなわち内筒13の軸方向において、重なる位置に、内筒13の内部と外部とを連通する連通孔13ｂが設けられた多孔壁部13ａを有し、保持部材20は、多孔壁部13ａの少なくとも一部と、内筒13の軸方向において重ならない位置に配置されているので、消音部材として発泡セラミック材を用いつつ、排気ガスが流通する内筒13から、消音部材14としての発泡セラミック内への排気ガスの流通を向上させて、消音効果を高めることができるとともに、衝撃への耐性が高くない発泡セラミック材の消音部材14を内筒13により安定して保持することができる。

さらに、消音部材14は、排気ガス流入面14ｃから内部に排気が導入され、消音部材14の内部を通過した排気が、連通孔13ｂを通って内筒13の内部に流入するようにされているので、発泡セラミック材の消音部材14内に積極的に排気を通過させつつ、保持部材20が、連通孔13ｂが設けられた多孔壁部13ａに重ならない位置に設けられているので、排気流れの妨げになりにくく、圧力損失を低減することができる。

内筒13の軸方向において、保持部材20に対して、消音部材14の排気ガス流入面14ｃと内筒13の連通孔13ｂとは反対側に設けているので、消音部材14内の排気ガスが通過する流路を長くすることができ、消音効果を高めることができる。

消音部材14はその外周面14ｂに、カバー部材12により排気を抑制する外壁部12ｂが設けられている。消音部材14は保持部材20を介して内筒13に支持されているので、消音部材14に排気を抑制する外壁部12ｂを設けても、外壁部12ｂに消音部材14を支持するほどの剛性は必要とされず、軽量の外壁部12ｂを使用することが可能となり、排気マフラー10全体の軽量化を図ることができる。消音部材14の外周面14ｂからの導入を抑制するので、消音部材14内の流路を長くすることができる。

消音部材14には、内筒13の軸方向において、内筒13の連通孔13ｂが設けられた多孔壁部13ａに対して、保持部材20と反対側に内筒13と接する底壁部12ａを設けているので、底壁部12ａが内筒13と接して、カバー部材12の底壁部12ａによっても消音部材14の一部を支持することができ、カバー部材12の底壁部12ａおよび保持部材20により、内筒13の多孔壁部13ａを挟んで消音部材14の両端を支持することができるため、消音部材14の支持剛性が向上する。

内筒13の外壁部13ｄには、内筒13の軸方向において、保持部材20に隣接して、後方に位置する位置決め凸部13ｅが設けられているので、保持部材20が取り付けられた消音部材14の内筒13への組付けを容易に行うことができる。

本発明の第二の実施の形態の排気マフラー30について、図５および図６に基づいて説明する。第一の実施の形態の排気マフラー10と同じものは同じ符号で説明する。第一の実施の形態の排気マフラー10は、消音部材14の外周面14ｂは、カバー部材12の外壁部12ｂに接して保護されていたが、第二の実施の形態の排気マフラー30では、消音部材14の外周面14ｂと、カバー部材12の外壁部12ｂとの間に、ガラスウール等の緩衝材31が充填されている。消音部材14の端面14ｄはカバー部材12の底壁部12ａに当接し、消音部材14が内筒13の軸方向において、カバー部材12に保持される。カバー部材12や緩衝材31によって消音部材14の保護性能を更に向上できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能であり、本発明の要旨の範囲で、鞍乗型車両、内燃機関等が、多様な態様で実施されるものを含むことは勿論である。
なお、説明の便宜上、図示の実施形態の左右配置のものについて説明したが、左右配置の異なるものであっても、発明の要旨の範囲であれば本発明に含まれる。

１…自動二輪車、４…エンジン、10…排気マフラー、11…外筒、12…カバー部材、12ａ…底壁、12ｂ…外壁部、13…内筒、13ａ…多孔壁部、13ｂ…連通孔、13ｄ…外壁、14…消音部材、14ｂ…外周面、14ｃ…排気ガス流入面、20…保持部材、30…排気マフラー、Ｓ…導入室。

Claims (5)

1. エンジン(4)の排気が導入される導入室(S)を形成する外筒(11)と、
   前記導入室(S)内に配設され、発泡セラミック材からなる消音部材(14)と、
   を備えた排気マフラー(10,30)であって、
   前記外筒(11)内には、排気がその内部を通過する内筒(13)が設けられ、
   前記消音部材(14)の少なくとも一部は、前記内筒(13)の外壁(13d)に保持部材(20)を介して支持され、
   前記内筒(13)は、前記消音部材(14)と前記内筒(13)の軸方向において重なる位置に、前記内筒(13)の内部と外部とを連通する連通孔(13b)が設けられた多孔壁部(13a)を有し、
   前記保持部材(20)は、前記多孔壁部(13a)の少なくとも一部と、前記内筒(13)の軸方向において重ならない位置に配置され、
   前記消音部材(14)の内部を通過した排気が、前記連通孔(13b)を通って前記内筒(13)の内部に流入することを特徴とする排気マフラー。
2. 前記消音部材(14)は、排気ガス流入面(14c)から内部に排気が導入され、
   前記内筒(13)の軸方向において、前記保持部材(20)に対して、前記排気ガス流入面(14c)と前記連通孔(13b)とは反対側に設けることを特徴とする請求項１に記載の排気マフラー。
3. 前記消音部材(14)はその外周面(14b)に、排気の通過を抑制する外壁(12b)が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の排気マフラー。
4. 前記消音部材(14)には、前記内筒(13)の軸方向において、前記内筒(13)の前記連通孔(13b)に対して、前記保持部材(20)と反対側に前記内筒(13)と接する底壁(12a)が設けられることを特徴とする請求項２に記載の排気マフラー。
5. 前記内筒(13)の前記外壁(13d)には、前記内筒(13)の軸方向において、前記保持部材(20)に隣接した後方に位置決め凸部(13e)が設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の排気マフラー。

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