JP2023120944A - 車両用排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の車両用排気装置では、中周波帯や低周波帯の吸音効果が十分に得られ難いという課題がある。【解決手段】本発明の車両用排気装置１０は、エキゾーストパイプ１３の一部を収納するチャンバ２２を有し、チャンバ２２には、第１の吸音材２６が配設される第１の空間２４及び第２の吸音材２７が配設される第２の空間２５が形成される。そして、第１の吸音材２６と第２の吸音材２７は、チャンバ２２内にて離間して配置される。この構造により、排気ガスが、チャンバ２２内を流れる過程において、排気ガスの音から低周波帯から高周波帯までの様々な音が大幅に消音される。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、車両用排気装置に関する。

特許文献１には、従来の内燃機関の排気装置が開示され、排気管が内管と外管との二重構造として構成される。そして、排気管では、内管を覆うようにセラミックウールが配設され、そのセラミックウールを覆うようにグラスウール若しくはロックウールが配設される。この構造により、内管と外管との間は、セラミックウール及びグラスウール若しくはロックウールにより充填される。

実開平７－８５２４号公報

上述した排気管の構造では、セラミックウールとグラスウール若しくはロックウールとが連続して積層されているため、吸音効果が十分に得られないという課題がある。具体的には、セラミックウールとグラスウール若しくはロックウールとの間に空気層が存在しないことで、中周波帯や低周波帯の吸音効果が十分に得られない。

また、特に、外管の内部に複数の内管が配設される構造では、内管から排気が放射される際の振動により外管が共鳴し、排気管自体から共鳴音を発生し、排気装置全体として吸音効果が十分に得られないという課題がある。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、排気装置のサイレンサのチャンバ内に、その間に空気層を介在させて２種類の吸音材を配設することで、耐熱性及び吸音性を向上させる車両用排気装置を提供することにある。

本発明の車両用排気装置では、排気ガスを車両外部へと誘導する排気管の一部をその内部に収納したチャンバとを備えた車両用排気装置であって、前記チャンバは、前記排気管が配置される第１の空間と、前記第１の空間と連通し、前記第１の空間の近傍に位置する第２の空間と、を有し、前記第１の空間には、前記排気管を覆うよう第１の吸音材が配設され、前記第２の空間には、前記第１の吸音材から離間して第２の吸音材が配設され、前記第１の吸音材は、前記第２の吸音材よりも耐熱性の高い材料であることを特徴とする。

本発明の車両用排気装置は、排気管の一部を収納するチャンバを有し、チャンバには、第１の吸音材が配設される第１の空間及び第２の吸音材が配設される第２の空間が形成される。そして、第１の吸音材と第２の吸音材は、チャンバ内にて離間して配置される。この構造により、排気ガスが、チャンバ内を流れる過程において、排気ガスの音から低周波帯から高周波帯までの様々な音が大幅に消音される。

本発明の実施形態の車両用排気装置を説明するブロック図である。 本発明の実施形態の車両用排気装置を説明する平面図である。 本発明の実施形態の車両用排気装置を説明する断面図である。 本発明の実施形態の車両用排気装置での吸音特性を説明する特性図である。

以下、本発明の一実施形態に係る車両用排気装置１０を図面に基づき詳細に説明する。尚、本実施形態の説明の際には、同一の部材には原則として同一の符番を用い、繰り返しの説明は省略する。また、以下の説明では、上下方向は車両の高さ方向を示し、左右方向は車両の車幅方向を示し、前後方向は車両の長さ方向を示す。

図１は、本実施形態の車両用排気装置１０を説明するブロック図である。図２Ａは、本実施形態の車両用排気装置１０のサイレンサ１５を説明する平面図である。図２Ｂは、本実施形態の車両用排気装置１０のサイレンサ１５を説明する断面図であり、図２Ａに示すＡ－Ａ線方向の断面である。図３は、本実施形態の車両用排気装置１０のサイレンサ１５での吸音特性を説明する特性図である。

図１に示す如く、車両用排気装置１０は、エンジン１１の燃焼室から排気ポートを経由して排出される排気ガスを車両外へと排出する装置である。そして、車両用排気装置１０は、主に、エキゾーストマニホールド１２と、エキゾーストパイプ１３と、触媒コンバータ１４と、サイレンサ１５と、空燃比センサ１６と、リア酸素センサ１７と、を備える。

エンジン１１は、例えば、乗用車等の自動車に走行用動力源として搭載される４ストローク水平対向４気筒の直噴ガソリンエンジンである。そして、エンジン１１は、ＥＣＵ１８によって電子制御され、エンジン１１からの出力は、図示しない変速機、プロペラシャフト２１（図２Ａ参照）等の駆動力伝達機構を介して車両の駆動輪へと伝達される。

エキゾーストマニホールド１２は、エンジン１１の各気筒１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄの排気ポートから排出された排気ガスを集合させる排気多岐管である。そして、エキゾーストパイプ１３は、エキゾーストマニホールド１２を介して集合した排気ガスを車両外部へと流す排気管である。

触媒コンバータ１４は、エキゾーストパイプ１３の中間部に設けられた排気ガス処理装置である。そして、触媒コンバータ１４は、例えば、アルミナ等の担体に対して白金、ロジウム、パラジウム等の貴金属を担持させた三元触媒を用いて、排気ガス中の有害排気成分の無害化処理を行う。

サイレンサ１５は、エキゾーストパイプ１３の中間部であり、触媒コンバータ１４の下流側に配設される。詳細は後述するが、サイレンサ１５は、エキゾーストパイプ１３の一部をその内部に収納するチャンバ構造であり、排気ガスから発生する音を低減させる消音器である。

空燃比センサ１６は、触媒コンバータ１４の入口近傍に設けられ、エンジン１１における空燃比に応じて異なった出力電圧を発生する。そして、ＥＣＵ１８は、空燃比センサ１６の出力値に応じて、エンジン１１における空燃比が三元触媒の活性範囲内となるように燃料噴射量を制御する。

リア酸素センサ１７は、触媒コンバータ１４の出口近傍に設けられ、排気ガス中の酸素濃度に応じて異なった出力電圧を発生する。そして、リア酸素センサ１７からの出力値は、ＥＣＵ１８へフィードバックされる。

図２Ａに示す如く、プロペラシャフト２１及びエキゾーストパイプ１３は、例えば、車両の車幅方向の中央部を車両の前後方向に延在する。そして、サイレンサ１５は、エキゾーストパイプ１３の中間部に形成され、エキゾーストパイプ１３の一部をその内部に収納するチャンバ２２を有する。

チャンバ２２は、上部フレーム２２Ａ（図２Ｂ参照）と下部フレーム２２Ｂ（図２Ｂ参照）とがその端部にて溶接接合して形成される。そして、チャンバ２２は、車両の前後方向に延在して形成されると共に、プロペラシャフト２１の下方であり、プロペラシャフト２１に対して車両の車幅方向に渡り形成される。

プロペラシャフト２１の下方のチャンバ２２には、３本のリンフォース２３が、車両の前後方向に等間隔に配設される。リンフォース２３は、例えば、円柱パイプから形成され、リンフォース２３の上端部側が上部フレーム２２Ａに溶接接合され、リンフォース２３の下端部側が下部フレーム２２Ｂに溶接接合される。尚、リンフォース２３は、本願発明の補強部材に対応する。

チャンバ２２は、リンフォース２３よりも車両の左側の第１の空間２４と、リンフォース２３よりも車両の右側の第２の空間２５と、を有する。第１の空間２４と第２の空間２５とは、３本のリンフォース２３の間を通じて連通状態となる。そして、チャンバ２２の車両の後方側の側面の外側には、エキゾーストパイプ１３が、チャンバ２２の第１の空間２４と連通状態にて配設される。

詳細は後述するが、エキゾーストパイプ１３からチャンバ２２の第１の空間２４に放出された排気ガスは、第１の空間２４からその近傍に位置する第２の空間２５に流れる。その後、排気ガスは、第２の空間２５から第１の空間２４へと戻り、チャンバ２２から上記エキゾーストパイプ１３を介して車両の外部へと排出される。

図２Ｂに示す如く、チャンバ２２は、車両の車幅方向の中央部にてプロペラシャフト２１の下方に配設されるため、車両の構造上、車幅方向に扁平形状にて幅広く形成される。上述したように、チャンバ２２の車幅方向の略中央部には、複数のリンフォース２３が一定間隔にて配設される。この構造により、チャンバ２２の略中央部が車両の長さ方向に渡り補強されることで、チャンバ２２の剛性が高められる。

チャンバ２２の第１の空間２４には、エキゾーストパイプ１３の先端側の一部が、挿入された状態となる。チャンバ２２の内部に配設されるエキゾーストパイプ１３の先端は塞がれると共に、エキゾーストパイプ１３の周方向には、排気ガスが第１の空間２４の内部に放出されるための複数の小孔（図示せず）が形成される。そして、エキゾーストパイプ１３を流れる排気ガスは、上記小孔を介して放射状にチャンバ２２の第１の空間２４へと放出される。

チャンバ２２内へと挿入されたエキゾーストパイプ１３は、第１の空間２４の中心部であり、その側面から離間した状態にて配設される。そして、少なくともエキゾーストパイプ１３の小孔の形成領域には、全周に渡り第１の吸音材２６が被覆される。この構造により、エキゾーストパイプ１３の小孔から放出された排気ガスは、第１の吸音材２６の線材の隙間を通過して第１の空間２４へと流れる。

図示したように、チャンバ２２の第２の空間２５には、例えば、圧縮して丸められた状態の第２の吸音材２７が配設される。図示したように、第２の空間２５には、第２の吸音材２７が詰め込まれた状態となる。上述したように、第１の空間２４と第２の空間２５との間には、３本のリンフォース２３が配設される。そして、第１の空間２４に配設された第１の吸音材２６と第２の空間２５に配設された第２の吸音材２７とは、チャンバ２２の内部にて離間して配設される。つまり、第１の吸音材２６と第２の吸音材２７との間には、チャンバ２２内部の空気層が介在する。

ここで、本実施形態では、第１の吸音材２６及び第２の吸音材２７としては、例えば、線材のグラスウールが用いられる。そして、第１の吸音材２６は、第２の吸音材２７よりも耐熱性の高い材料となる。

また、第１の吸音材２６は、第２の吸音材２７よりも細く、第２の吸音材２７よりも低密度な状態にてエキゾーストパイプ１３の周囲に配設される。逆に、第２の吸音材２７は、第１の吸音材２６よりも太く、第１の吸音材２６よりも高密度な状態にて第２の空間２５の内部に配設される。

図３は、グラスウールの充填密度と吸音特性の関係を示す特性図である。尚、本試験では、第１の吸音材２６を使用している。図３では、閉空間内に配設させたグラスウールを通過させた際の試験音の吸音率を示す。そして、２００Ｈｚ以下の低周波帯の音に対しては、グラスウールの充填密度が高密度となる程、吸音特性が向上することが分かった。一方、６００Ｈｚ以上の高周波帯の音に対しては、グラスウールの充填密度が低密度となる程、吸音特性が向上することが分かった。

上記試験結果により、本実施形態では、第１の吸音材２６は、第２の吸音材２７よりも充填密度が低密度になる様に、エキゾーストパイプ１３の周囲に配置される。そして、排気ガスは、エキゾーストパイプ１３の小孔から第１の空間２４へと放出される際に、放出音や流音が発生する。このとき、排気ガスは、第１の吸音材２６の線材の隙間を通過して第１の吸音材２６の周囲の空気層へと流れる。そして、排気ガスが、第１の吸音材２６を流れる過程において、排気ガスの上記音から高周波帯の音が大幅に吸音される。

その後、排気ガスは、チャンバ２２の第２の空間２５へと流れ込み、主に、第２の吸音材２７の線材の隙間を通過する。そして、第２の空間２５は、チャンバ２２の外部へと連通してなく、排気ガスは、再び、第１の空間２４へと流れた後、チャンバ２２の外側のエキゾーストパイプ１３へと流れる。このとき、排気ガスは、第２の吸音材２７の線材の隙間を通過する。そして、排気ガスが、第２の吸音材２７の線材の隙間を流れる過程において、排気ガスの上記音から低周波帯の音が大幅に吸音される。

更には、本実施形態では、第１の吸音材２６と第２の吸音材２７との間には、リンフォース２３の間等のチャンバ２２内部の空気層が介在する。この構造により、排気ガスが、上記空気層を流れる過程において、排気ガスの上記音から中周波帯や低周波帯の音が大幅に吸音される。上述したように、排気ガスは、第１の空間２４から第２の空間２５へと流れる過程及び第２の空間２５から第１の空間２４へと流れる過程の２回に渡り空気層を流れる。

つまり、チャンバ２２の第１の空間２４に放出された排気ガスは、第１の吸音材２６、空気層、第２の吸音材２７、空気層を順次通過した後、チャンバ２２の外部へと流れることで、チャンバ２２内にて、排気ガスの上記音から、低周波帯から高周波帯までの様々な音が大幅に吸音される。その結果、エキゾーストパイプ１３から車外へと排出される排気ガスは、所望の範囲内に消音された状態にて放出される。

また、本実施形態では、高温状態の排気ガスが流れる第１の空間２４には、耐熱性の高い第１の吸音材２６を用い、第１の空間２４よりも温度が下がる第２の空間２５には、第２の吸音材２７を用いる。そして、第１の吸音材２６は、第２の吸音材２７よりも価格が高いが、第１の吸音材２６の使用量を低減することで、製造コストが低減される。

最後に、上述したように、排気ガスは、第１の空間２４にてエキゾーストパイプ１３から複数の小孔を介して放射状に放出される。そして、放射状に放出される排気ガスは、圧縮されて放出されることで、その流速が速まると共に、チャンバ２２の扁平形状によりチャンバ２２と衝突し、チャンバ２２に振動を発生させる恐れがある。

しかしながら、チャンバ２２の略中央部には、３本のリンフォース２３が形成されることで、チャンバ２２の剛性が高められる。この構造により、チャンバ２２は、上記扁平形状であるが、放出された排気ガスにより振動し難くなり、チャンバ２２自体が共鳴音を発生し難くなる。

尚、本実施形態では、車両のプロペラシャフト２１等の駆動力伝達機構が車両の中央部に配設される構造上、サイレンサ１５のチャンバ２２が扁平形状となる場合について説明したが、この場合に限定するものではない。チャンバ２２の形状に関係なく、本実施形態と同様に、チャンバ内に２種類の吸音材を空気層を介在させて配置することで、上記効果と同様な効果を得ることが出来る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲にて種々の変更が可能である。

１０ 車両用排気装置
１１ エンジン
１２ エキゾーストマニホールド
１３ エキゾーストパイプ
１５ サイレンサ
２２ チャンバ
２３ リンフォース
２４ 第１の空間
２５ 第２の空間
２６ 第１の吸音材
２７ 第２の吸音材

Claims (4)

1. 排気ガスを車両外部へと誘導する排気管の一部をその内部に収納したチャンバとを備えた車両用排気装置であって、
   前記チャンバは、
   前記排気管が配置される第１の空間と、
   前記第１の空間と連通し、前記第１の空間の近傍に位置する第２の空間と、を有し、
   前記第１の空間には、前記排気管を覆う第１の吸音材が配設され、
   前記第２の空間には、前記第１の吸音材から離間して第２の吸音材が配設され、
   前記第１の吸音材は、前記第２の吸音材よりも耐熱性の高い材料であることを特徴とする車両用排気装置。
2. 前記第１の吸音材は、前記第２の吸音材よりも細く、
   前記第１の吸音材は、前記第２の吸音材よりも低密度な状態にて配設されることを特徴とする請求項１に記載の車両用排気装置。
3. 前記第１の吸音材及び前記第２の吸音材は、グラスウールから成ることを特徴とする請求項２に記載の車両用排気装置。
4. 前記チャンバの前記第１の空間と前記第２の空間の間には、前記チャンバの高さ方向に延在する補強部材が配設されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車両用排気装置。

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