JP3211055U - 消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】消音器内の配管レイアウトに大きな制約を与えず、排気抵抗の増加を招かずに凝縮水を効率よく排出できる車両用消音器を提供する。【解決手段】消音器内に溜まる凝縮水に対して、少なくともその一部が凝縮水に浸漬する状態となるように前記消音器ボディ内面に沿って配置される平板状の吸水部材６と、吸水部材６を覆うように配置され、かつ、吸水部材６の一部が前記消音器内側に露出するように複数の開口部８を備えた挟持部材７とを備え、吸水部材６に吸い上げられた凝縮水を排気ガスの熱によって蒸発させる。【選択図】図２

Description

本考案は内燃機関を搭載した自動車等の排気系に設けられる消音器に関し、特に消音器内に溜まった凝縮水の排出を促進できるようにした消音器の構造に関するものである。

内燃機関を搭載した自動車等の排気系に設けられる消音器においては、排気ガスが消音器内で冷却されることによって、排気ガスに含まれる水分が凝縮分離して凝縮水となり消音器内に溜まることがある。

この凝縮水は、排気ガスの熱によって消音器内部の温度が充分に上がれば、蒸発して排気ガスとともに消音器外に排出され、また高負荷運転により排気圧力が十分高くなれば排気圧力により消音器外に排出される。しかし短距離走行が主体の場合や、ハイブリッド車やアイドリングストップ車のように頻繁にエンジンの始動停止を繰り返す場合は、消音器内の温度、圧力が充分に上がりにくく、消音器内に凝縮水が溜まったままとなりやすい。特に外気温が低い冬季は顕著となる。

消音器内に凝縮水が溜まると、消音器内の腐食を促進させる原因となったり、寒冷地などでは凝縮水が凍結して排気経路を塞ぎ、最悪の場合エンジン始動ができなくなる等の問題があるため、従来から凝縮水を排出させる方法が提案されている。

実公Ｓ４７−２９９１公報 実開Ｓ５６−１５４５１５公報

特許文献1では、消音器内のアウトレットパイプに小管（吸水管）を設け、消音器内の排気流れによって発生する負圧を利用して凝縮水を吸出して消音器外に排出する構造となっている。

しかし、エンジンの運転状態が低回転、言い換えれば、排気ガスの流速が低い状態では、発生する負圧が低いため、充分な吸出し効果が得られない場合がある。

また、多くの凝縮水を吸上げるためには、吸水管端をできるだけ消音器ボディに近づけなければならないが、この場合は寸法管理を厳しくする必要があり、量産性に劣る。

さらに、吸水管は消音器内で凝縮水が溜まりやすい部位に設置する必要があるが、消音器の形状や消音器内部の配管の制約によって、消音器内で凝縮水が溜まりやすい部分に、適切な長さの吸水管を設置することが難しい場合も多い。

一方、特許文献２では吸水管を使用しないで凝縮水を排出する方法として、消音器内に設けた吸水部材の内部に排気ガスを導き、排気ガスの熱を利用し、吸水部材に吸われた凝縮水を蒸発させるという構成が示されている。

しかし、図８（ｂ）（特許文献２の第２図）に示された構成の場合、インレットパイプの出口側が全面的に吸水部材で覆われているため、排気抵抗の増加によってエンジン性能に悪影響を与えるおそれがある。図８（ａ）（特許文献２の第１図）の構成の場合は、図８（ｂ）（特許文献２の第２図）の構成に比べれば、排気ガス流れの一部を利用することで排気抵抗増加の懸念は少なくなるが、排気ガスから受ける熱量も少なくなるため、凝縮水が蒸発しにくくなる懸念がある。

また、吸水部材の内部にパイプを設置して排気ガスを流すという構成から、吸水部材が濾過部材として働いて、排気ガスに含まれる微粒子成分が吸水部材内に蓄積して目詰まりを起こし、排気抵抗の増加につながるおそれや、吸水部材の材質によってはガス流れの圧力によって早期に劣化するおそれもある。

さらに、凝縮水を効率よく蒸発させるためには、凝縮水が溜まりやすい部位、つまり車両搭載状態での消音器最下部に吸水部材を配置することになり、必然的に排気管も吸水部材の位置まで取り回ししなければならず、消音器内部の配管レイアウトが制約を受けやすい欠点もある。

そこで本考案の課題は、消音器内の配管レイアウトに大きな制約を与えず、排気抵抗の増加を招かずに凝縮水を効率よく排出できる消音器構造を提供することにある。

上記課題を達成するために、本考案は次のように構成した。
まず、請求項１に記載の考案は、内部に溜まる凝縮水を排出させる機構を有する車両排気系用の消音器であって、前記消音器内に溜まる凝縮水に対して、少なくともその一部が凝縮水に浸漬する状態となるように前記消音器ボディ内面に沿って配置される平板状の吸水部材と、前記吸水部材を覆うように配置され、かつ、前記吸水部材の一部が前記消音器内側に露出するように複数の開口部を備えた挟持部材とを備えたことを特徴とする。

この考案によれば、消音器内に溜まる凝縮水に対して、吸水部材の少なくとも一部が凝縮水に浸漬する状態となるように消音器ボディ内面に沿って配置されていることで、吸水部材が凝縮水を効率よく吸い上げる。この吸水部材は挟持部材によって消音器ボディ内面に挟持されているため、吸水部材が所定の位置に固定されると共に、消音器内に導かれた排気ガスの熱が挟持部材と消音器ボディから効率よく吸水部材に伝わり、その熱によって吸水部材に含まれた凝縮水が蒸発する。さらに吸水部材の一部が消音器内側に向けて露出するように挟持部材に複数の開口部が設けてあることで、凝縮水の蒸発が一層促進される。このような構成とすることで、凝縮水が溜まる位置に配管を設けることなく、凝縮水を消音器外へ確実に排出することができる。

請求項２に記載の考案は、請求項１の考案において開口部を備えた挟持部材が、小孔を有する金属板からなることを特徴としている。

この考案によれば、パンチングメタルと呼ばれる多数の小孔を設けた金属板を挟持部材として利用することで、挟持部材の製造が容易となる利点があるとともに、伝熱性のよい金属を用いることで、排気ガスの熱を効率よく吸水部材に伝えることができる。

請求項３に記載の考案は、前記請求項１ないし２の考案において、排気ガス流路として前記消音器内に設けられた１または２以上のパイプの、排気ガスを吐出する側の開口端部が前記挟持部材または前記吸水部材に指向するように配設されたことを特徴としている。

この考案によれば、挟持部材および吸水部材の方向に排気ガスを集中して導くことができ、凝縮水の蒸発を促進する効果が得られる。

請求項４に記載の考案は、前記請求項３に記載の考案において、前記パイプ開口端部が指向する部位、およびその近傍を避けて、前記挟持部材の開口部が設けられたことを特徴としている。

この考案によれば、流速の早い排気ガスが吸水部材に当たることによる吸水部材の劣化を抑えられる効果が得られる。

請求項５に記載の考案は、上記請求項１ないし４に記載の考案において、吸水部材の材質をグラスウールとしたことを特徴としている。

この考案によれば、吸水部材としてグラスウールを使用することで、比較的安価で環境負荷の少ない材料で構成できることに加えて、吸音効果も期待できるという利点もある。

請求項６の考案は、上記請求項１ないし５に記載の考案において、消音器のボディに設けられた少なくとも二本のビード間に吸水部材が配置されたことを特徴としている。

この考案によれば、消音器ボディの強度アップのために設けられる複数のビード間に吸水部材を配置することで、製造時に吸水部材および挟持部材の位置決めが容易で、消音器内部への突出を抑えられ他の部品の構成が容易となる利点がある。

本考案によれば消音器内の配管レイアウトに大きな制約を与えず、排気抵抗の増加を招かずに、比較的安価な構成により凝縮水を効率よく排出できる。

実施例に係る消音器の外観を示す平面図（図１−（ａ））および側面図（図１−（ｂ）） 上側ボディ２ａを外した状態で内部構造を見た状態を示す図面。（凝縮水無し） 図２において凝縮水が溜まった状態を示す図面。 図１におけるＡ−Ａ断面を図示する。 図４におけるＢ−Ｂ断面を図示する。 インレットパイプ開口端部を挟持部材に投影した略図 特許文献１における従来例を示す図面（吸込管） 特許文献２における従来例を示す図面（吸音材）

以下、図面に基づいて、この考案の実施例を詳細に説明する。なお、以下の実施形態の説明は本質的な例示に過ぎず、本考案、その適用物あるいはその用途を限定することを意図するものではない。

図１に本考案に係る消音器１の外観を示す。図示しないエンジンから排出された排気ガスは、長手方向中央に設けられたインレットパイプ３を通して消音器ボディ２内に導かれ、両サイドに設けられた２つのアウトレットパイプ４を通して排出される。

本考案に係る消音器ボディ２は上側ボディ２ａと下側ボディ２ｂからなる所謂モナカ合わせ構造となっている。上下のボディはシーム溶接などの周知の接合手段により接合されている。消音器はモナカ合わせ構造のほかに、鋼板を巻いてサイドシェルとした構成などがあるが、本考案を実施するのに工程が簡単で最も適した消音器構造であるモナカ合わせ構造の実施例を用いて説明する。

まず消音器の全体構成について説明する。本実施例の構成では、図２に示すようにボディ内部は２個のセットプレート５により３つの区画に分けられる。セットプレート５は溶接などの手段で消音器ボディに固定され、消音器内を区画して拡張・共鳴などの効果により消音機能を発揮すると共に、消音器の剛性を確保して放射音の低減などの効果も発揮する。インレットパイプ３、およびアウトレットパイプ４は上側ボディ２ａと下側ボディ２ｂで挟持されて、剛性を確保するため必要に応じブラケット（図示しない）により消音器ボディに固定されている。排気ガスは図２〜４に示すように、インレットパイプ３の開口端部から中央の区画に導入され、消音器内部の各区画で消音されながら、両サイドの区画を経由して最終的に両サイドの区画に設けられたアウトレットパイプ４から消音器外に排出される。

燃焼後の排気ガスには燃焼により発生した水蒸気が含まれており、排気ガスが消音器内に導入されると拡張により流速が低くなり、かつ消音器ボディを介して常温の大気と接することで冷却されるため、消音器ボディ内面が露点温度以下に下がることにより結露を生ずる場合がある。この現象は外気温が低い冬場に発生し易く、またハイブリッド車やアイドリングストップ車のように頻繁にエンジンの始動停止を繰り返す場合、凝縮水が溜まったままとなりやすい。

次に吸水部材およびその周辺の構成について説明する。本実施例では図２〜５に示すように、平板状の吸水部材６が下側ボディ２ｂに設けられた中央の二本のビード９の間に配置され、消音器が車載された状態で最下部となる部位１２を含みかつ消音器ボディの内面に沿って上方の壁面を含む範囲で配置される。さらに挟持部材７が吸水部材６を覆うようにして挟持している。この構成により凝縮水が貯留した状態では浸水領域とそれ以外の領域を跨いで吸水部材が配置される。また、インレットパイプ開口端３ｂは挟持部材７に指向するように配設されている。

挟持部材７はビード９の上面とスポット溶接等の適宜の接合手段で接合される。挟持部材７には複数の開口部８が設けてあり、開口部においては吸水部材５が消音器内側に向けて露出した状態となっている。挟持部材７の端部はビード９の形状に沿うように折り曲げてあり、ビード９との係合を容易にする。本実施例では吸水を促進するため吸水部材６の端部が挟持部材７から露出するような構成としているが、吸水部材６の劣化が懸念される場合は挟持部材７に完全に覆われるような構成としても良い。

このように構成された消音器１の作用について説明する。背景技術で説明したように、凝縮水が発生しやすい運転状況の繰り返しにより、消音器内に凝縮水が溜まる状況を考えると、凝縮水は図４のごとく、消音器1が車両に搭載された状態で最下部となる部位１２に溜まる。ここで、吸水部材６の少なくとも一部が、消音器１内に溜まる凝縮水１０に浸漬する位置に配置されているため、凝縮水１０は毛細管現象によって吸水部材６全体に浸透していく。

消音器内の温度は排気ガスにより水の蒸発を促進するのに十分な温度に保持され、排気ガスの流れの効果も加わって、挟持部材７の開口部８から露出した吸水部材６を通して、凝縮水１０の蒸発が促進される。またインレットパイプ３において排気ガスが吐出される開口端部３ｂが、挟持部材７および吸水部材６に指向するように配設されており、挟持部材７が排気ガスの熱によって加熱される。 挟持部材７が加熱されると吸水部材６に浸透した凝縮水１０も加熱されて蒸発が更に促進される。蒸発した凝縮水は、排気流れによって、最終的にアウトレットパイプ４から消音器外へ排出される。

開口部８の形状は限定されるものではないが、パンチングメタルと呼ばれる多数の小孔が設けられた金属板を用いることで、挟持部材７の製造が容易になるとともに、金属を用いることで、排気ガスの熱を効率よく吸水部材６に伝えることができる。また実質上開口部から吸水部材６が露出した部分からしか蒸発が行われないため開口率（挟持部材全体の面積に占める開口部分の割合）の設定が重要となる。開口率を大きくとれば蒸発は促進されるが吸水部材６の把持が弱くなり、吸水部材の劣化が早まる。逆に開口率を小さく設定し把持部分を大きくすれば、吸水部材の耐久性は向上するが蒸発効率は低くなる。開口率と開口径を調整して蒸発効率と吸水部材の耐久性の両立を図ることが重要である。本実施例ではプリサイレンサーのグラスウールを用いた消音部に通常用いられる開口径３ｍｍ、開口率３０％のパンチングメタルを用いた。

次に、図４〜５においては、インレットパイプ開口端部３ｂから出る排気ガスを挟持部材７に対向させる構成を示している。この構成により排気ガスの熱を挟持部材７および吸水部材６に効率良く伝えて蒸発を促進することができる。なおインレットパイプに限らず、消音器内に設けられるインレットパイプ以外の連通管の下流端を挟持部材７に指向させて排気ガスを当てる構成としても同様の効果が得られる。

また排気ガスの熱を挟持部材７に効率よく伝えるには、図４の開口端部３ｂのように端部に曲がり部分を設ける方法もあるが、排気抵抗とならないように注意を要する。シミュレーション等により排気が挟持部材７および吸水部材６全体に当たるように確認しながら、かつ極端な曲がりで排気抵抗が過大とならないよう適切な設計を行うことが重要である。

このように吸水部材６が凝縮水１０を吸い上げること、および排気ガスの熱が挟持部材７を介して吸水部材６に伝わることを組み合わせることにより、従来例のように凝縮水が溜まりやすい場所に配管を取り回すことなく、つまり消音器１内の配管レイアウトが大きな制約を受けることなく凝縮水の排出が可能となる。

また、副次的な効果として、放射音の発生源となる消音器ボディに沿って挟持部材７および吸水部材６を配置することにより剛性アップ、吸音作用の効果が利用できるため放射音低減効果が得られる。

また、流速の早い排気ガスが吸水部材６に当たって、吸水部材６の劣化懸念がある部分、つまりインレットパイプ開口端部３ｂが挟持部材７に指向する部分（図６におけるインレットパイプ開口端指向面３ｄ）およびその近傍には開口部８を設けないようにしてもよい。

吸水部材６としては、高温の排気ガスに耐え、吸水性に富む材質であれば、多孔質セラミックスなど様々な材料が適用可能である。本実施例では従来から排気系部品で吸音材として使用されているグラスウールが好適であるためこの材料を用いた。グラスウールを使用することで、大きな消音効果も期待できる。

吸水部材６を挟待する挟持部材７については、挟持部材端を適宜折曲げて、吸水部材を覆うようにして挟持部材端と消音器ボディをスポット溶接等の適宜の固定手段で固定する。本実施例では図４に示すように消音器ボディの強度アップのために設けられたビードを利用して、複数のビード間に吸水部材を配置し、ビードの上面を挟持部材で覆うようにした、この構成により吸水部材と挟持部材の位置決め、および挟持部材とボディの固定が容易となり、消音器内部への突起も回避できるので消音器の設計自由度も向上する。

以上のような構成とすることによって、消音器内のレイアウトに大きな制約を与えず、排気抵抗の増加を招かずに凝縮水の効率的な排出を実現できる。

１ 消音器
２ 消音器ボディ
２ａ 消音器ボディ上側
２ｂ 消音器ボディ下側
３ インレットパイプ
３ａ インレットパイプ上流端
３ｂ インレットパイプ開口端部
３ｃ インレットパイプ軸線
３ｄ インレットパイプ開口端指向面
４ アウトレットパイプ
５ セットプレート
６ 吸水部材
７ 挟持部材
８ 開口部
９ ビード
１０ 凝縮水
１１ 排気ガスの流れ方向
１２ 車載状態における消音器ボディ最下部

Claims (6)

1. 内部に溜まる凝縮水を排出させる機構を有する車両排気系用の消音器であって、前記消音器内に溜まる凝縮水に対して、少なくともその一部が凝縮水に浸漬する状態となるように前記消音器ボディ内面に沿って配置される平板状の吸水部材と、前記吸水部材を覆うように配置され、かつ、前記吸水部材の一部が前記消音器内側に露出するように複数の開口部を備えた挟持部材とを備える車両用消音器。
2. 前記開口部を備えた挟持部材が、小孔を有する金属板からなる請求項１に記載の車両用消音器。
3. 排気ガス流路として前記消音器内に設けられた１または２以上のパイプの、排気ガスを吐出する側の開口端部が、前記挟持部材または前記吸水部材に指向するように配設された、請求項１ないし２に記載の車両用消音器。
4. 前記開口端部が指向する部位およびその近傍を避けて前記挟持部材の開口部が設けられた、請求項３に記載の車両用消音器。
5. 前記吸水部材がグラスウールである請求項１ないし４に記載の車両用消音器。
6. 前記消音器のボディに設けられた、少なくとも二本のビード間に前記吸水部材が配置された請求項１ないし５に記載の車両用消音器。

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