JP3738752B2 - 内燃機関用マフラ - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関用マフラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ケーシングと、ケーシング内を貫通して延びる排気管とを具備し、ケーシング内に位置する排気管内に拡大容積室を形成して拡大容積室内に触媒を収容し、排気管外壁面とケーシング内壁面間に画定される排気ガス室内と拡大容積室上流の排気管内とが上流側連通路により互いに連通され、排気ガス室内と拡大容積室下流の排気管内とが下流側連通路により互いに連通され、排気ガスの温度が低いときには上流側連通路を閉塞し、排気ガスの温度が高くなると上流側連通路を開放し、それにより、排気ガスの温度が低いときには排気ガスが触媒内を流通し、排気ガスの温度が高くなると排気ガスの一部が排気管から上流側連通路を介し排気ガス室内に流出し次いで触媒を迂回した後に下流側連通路を介し排気管内に戻るようにした内燃機関用マフラが公知である（特開平９−８８５６８号公報参照）。即ち、このマフラでは、触媒が過熱されるのを阻止するために、排気ガスの温度が高いときには排気ガスの一部が触媒を迂回するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このマフラでは上流側連通路が開放されるとマフラの圧損が低下し、従ってこのとき機関背圧を低下させることができる。
【０００４】
しかしながら、このマフラでは排気ガスの温度が低い限り上流側連通路は閉塞され続け、その結果例えば冷間時に機関背圧が高くなる恐れがあるという問題点がある。
【０００５】
そこで本発明の目的は、機関背圧を低く維持することができる内燃機関用マフラを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために１番目の発明によれば、ケーシングと、該ケーシング内を貫通して延びる排気管とを具備し、ケーシング内に位置する排気管内に拡大容積室を形成して該拡大容積室内に、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ又は触媒を収容し、排気管外壁面とケーシング内壁面間に画定される排気ガス室内と拡大容積室上流の排気管内とが上流側連通路により互いに連通され、該排気ガス室内と拡大容積室下流の排気管内とが下流側連通路により互いに連通されている内燃機関用マフラにおいて、前記拡大容積室上流の排気管内の圧力が予め定められたしきい値になるまでは上流側連通路を閉塞し、該圧力が該しきい値になると上流側連通路を開放する連通制御手段を設け、それにより、上流側連通路が閉塞されているときには排気ガスが拡大容積室内を流通し、上流側連通路が開放されると排気ガスの一部が排気管から上流側連通路を介し排気ガス室内に流出し次いで拡大容積室を迂回した後に下流側連通路を介し排気管内に戻るようにし、前記上流側連通路を、前記排気ガス室内でかつ前記拡大容積室上流の排気管壁内に形成された連通口により画定している。
また、２番目の発明によれば１番目の発明において、上流側連通路が開放されているときに拡張室として作用するように排気ガス室を構成している。
【０００７】
また、３番目の発明によれば１又は２番目の発明において、前記連通制御手段を、前記拡大容積室上流の排気管内の圧力が前記しきい値になるまでは閉弁して前記上流側連通路を閉塞し、拡大容積室上流の排気管内の圧力が該しきい値になると開弁して上流側連通路を開放する連通制御弁から形成している。
【０００８】
また、４番目の発明によれば３番目の発明において、前記連通制御弁を、前記拡大容積室上流の排気管内の圧力でもって開弁可能な圧力作動式弁から形成している。
【００１０】
また、５番目の発明によれば１又は２番目の発明において、前記下流側連通路を、前記拡大容積室下流の前記排気管から分岐して延びた後に前記排気ガス室内に開口する分岐管により画定している。
【００１１】
また、６番目の発明によれば５番目の発明において、前記分岐管が前記排気ガス室外でかつ前記拡大容積室下流の排気管から分岐した後にケーシングの外壁面内に開口する。
【００１２】
また、７番目の発明によれば５番目の発明において、前記上流側連通路が閉塞されているときには前記排気ガス室が共鳴室として作用しており、このとき排気ガス室の共鳴効果によって抑制される騒音の周波数が予め定められた目標周波数に一致するように前記分岐管の寸法を設定している。
【００１３】
また、８番目の発明によれば５番目の発明において、前記上流側連通路を、前記排気ガス室内でかつ前記拡大容積室上流の排気管壁内に形成された連通口により画定し、前記連通制御手段を、前記拡大容積室上流の排気管内の圧力が前記しきい値になるまでは閉弁して連通口を閉塞し、拡大容積室上流の排気管内の圧力が該しきい値になると開弁して連通口を開放する連通制御弁から形成し、連通制御弁が開弁したときに該連通制御弁の弁体でもって排気ガスを分岐管の排気ガス室側開口に向け案内するようにしている。
【００１４】
また、９番目の発明によれば１又は２番目の発明において、前記拡大容積室内にパティキュレートフィルタを収容し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒が該パティキュレートフィルタ上に担持されている。
【００１５】
なお、本明細書では排気通路の或る位置よりも上流の排気通路、燃焼室、及び吸気通路内に供給された空気と炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯとの比をその位置における排気ガスの空燃比と称している。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による実施例のマフラ１の構造を示しており、（Ａ）はマフラ１の横断面図を、（Ｂ）は図１（Ａ）の線Ｂ−Ｂに沿って見たマフラ１の縦断面図をそれぞれ示している。
【００１７】
図１を参照すると、マフラ１は例えば円筒状のケーシング２と、内燃機関の排気管に接続されるようになっている排気管３とを具備する。この排気管３はケーシング２内を貫通して延びており、このため排気管３の外壁面とケーシング２の内壁面との間には比較的大きな容積を有する環状の排気ガス室４が画定される。
【００１８】
ケーシング２内に位置する排気管３には比較的大きな容積を有する拡大容積室５が形成される。この拡大容積室５内には、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ６が収容され、このパティキュレートフィルタ６上には触媒が担持されている。パティキュレートフィルタ６上に担持される触媒はどのような触媒でもよく、例えば酸化触媒、又は流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯＸを蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯＸを還元して蓄えているＮＯＸの量が減少するＮＯＸ触媒がパティキュレートフィルタ６上に担持される。なお、拡大容積室５内にパティキュレートフィルタ６のみ又は触媒のみを収容するようにしてもよい。
【００１９】
このように拡大容積室５をケーシング２内に配置するとパティキュレートフィルタ６が排気ガス室４内のガス層により包囲されることになり、従ってパティキュレートフィルタ６の温度が低下するのを抑制することができる。
【００２０】
ここで、拡大容積室５よりも上流の排気管３部分を上流側部分３ｕと称し、拡大容積室５よりも下流の排気管３部分を下流側部分３ｄと称すると、ケーシング２外の下流側部分３ｄから分岐管７が分岐している。この分岐管７はケーシング２外を延びた後にケーシング２の周壁内に開口し、従って下流側部分３ｄ内と排気ガス室４内とが分岐管７によって互いに連通される。このように図１に示される実施例では、分岐管７全体がケーシング２外に位置することになる。
【００２１】
一方、上流側部分３ｕの管壁内には連通口８が形成されており、上流側部分３ｕ上にはこの連通口８を閉塞又は開放する連通制御弁９が取り付けられている。連通制御弁９の弁体は連通口８を覆うように上流側部分３ｕの外周面に沿いつつ拡がっており、その一側において回転可能に支持されている。
【００２２】
本発明による実施例では連通制御弁９は上流側部分３ｕ内の圧力、特に静圧でもって開弁可能な圧力作動式弁から形成される。即ち、連通制御弁９は連通口８を閉塞する閉弁位置に向けて例えばバネにより付勢されており、上流側部分３ｕ内の圧力、正確には上流側部分３ｕ内と排気ガス室４内との圧力差又は連通制御弁９前後の圧力差が予め定められたしきい値になるまでは閉弁して連通口８を閉塞し、この圧力差がしきい値になると開弁して連通口８を開放する。
【００２３】
例えば機関低回転運転時のように上流側部分３ｕ内の圧力が低く従って連通制御弁９前後の圧力差が比較的小さいときには、連通制御弁９は閉弁している。その結果、図２に示されるように、上流側部分３ｕ内に流入した全ての排気ガスがパティキュレートフィルタ６内を通過し、次いで下流側部分３ｄ内を流通する。この場合、排気ガス室４は上流側部分３ｕから隔離されており、共鳴室として作用する。その結果、排気ガス室４の共鳴効果によって騒音が抑制される。
【００２４】
ここで、排気ガス室４の共鳴効果によって抑制される騒音の周波数は共鳴管として作用する分岐管７の寸法、即ちその中心軸線に沿った長さ及び径に応じて定まる。そこで本発明による実施例では、排気ガス室４の共鳴効果によって抑制される騒音の周波数が予め定められた目標周波数に一致するように分岐管７の寸法を設定している。
【００２５】
これに対し、例えば機関高回転運転時のように上流側部分３ｕ内の圧力が高くなって連通制御弁９前後の圧力差がしきい値になると、連通制御弁９が開弁して連通口８を開放し、斯くして上流側部分３ｕ内と排気ガス室４内とが連通口８により互いに連通される。その結果、図３（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、上流側部分３ｕ内に流入した排気ガスの一部が連通口８を介し排気ガス室４内に流出し、次いで分岐管７を介し下流側部分３ｄ内に流入する。このため、排気ガスの一部がパティキュレートフィルタ６を迂回することになり、従って機関背圧を低下させることができる。
【００２６】
このとき、図３（Ｂ）に示されるように排気ガスが連通制御弁９の弁体により、分岐管７の排気ガス室４側開口に向けて案内される。その結果、機関背圧を更に低下させることができる。
【００２７】
上述したように排気ガス室４の容積は比較的大きく、連通制御弁９が開弁すると排気ガス室４は拡張室として作用する。その結果、この場合には排気ガス室４の拡張作用によって騒音が抑制されることになる。
【００２８】
図１に示される実施例では、分岐管７全体がケーシング２外に位置している。このことはケーシング２の容積を小さく維持しながら排気ガス室４の容積を大きくできることを意味している。一方、一般に、共鳴室の容積が大きくなればなるほどその共鳴効果が大きくなり、拡張室の容積が大きくなればなるほどその拡張効果が大きくなる。即ち、いずれの場合も騒音を大幅に抑制することができる。従って、図１に示される実施例では、排気ガス室４が共鳴室として作用するときにも拡張室として作用するときにも、騒音を大幅に抑制できることになる。
【００２９】
なお、本発明による実施例では、連通制御弁９が閉弁すると排気ガス室４が共鳴室として作用し、連通制御弁９が開弁すると排気ガス室４が拡張室として作用する。そうすると、連通制御弁９を、排気ガス室４を共鳴室として作用させるか拡張室として作用させるかを切り替える切替弁と見ることもできる。
【００３０】
図１に示される実施例では拡大容積室５がケーシング２内に配置されている。しかしながら、図４に示されるように拡大容積室５をケーシング２下流に、即ちケーシング２外に配置することもできる。
【００３１】
また、図１に示される実施例では分岐管７全体がケーシング２外に配置されている。しかしながら、図５に示されるように分岐管７全体をケーシング２内に配置することもできる。この場合、分岐管７はケーシング２内に位置する下流側部分３ｄから分岐することになる。或いは、分岐管７が部分的にケーシング２内に位置するようにすることもできる。図１，４，５に示される例のうちどの構成を採用するかは例えば消音しようとする音の周波数に応じて決定することができる。
【００３２】
【発明の効果】
機関背圧を低く維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による実施例のマフラの構造を示す図である。
【図２】排気ガスの流れを示す図である。
【図３】排気ガスの流れを示す図である。
【図４】本発明による別の実施例のマフラの構造を示す図である。
【図５】本発明による別の実施例のマフラの構造を示す図である。
【符号の説明】
１…マフラ
２…ケーシング
３…排気管
３ｕ…上流側部分
３ｄ…下流側部分
４…排気ガス室
５…拡大容積室
６…パティキュレートフィルタ
７…分岐管
８…連通口
９…連通制御弁

Claims (9)

  1. ケーシングと、該ケーシング内を貫通して延びる排気管とを具備し、ケーシング内に位置する排気管内に拡大容積室を形成して該拡大容積室内に、流入する排気ガス中の微粒子を捕集するためのパティキュレートフィルタ又は触媒を収容し、排気管外壁面とケーシング内壁面間に画定される排気ガス室内と拡大容積室上流の排気管内とが上流側連通路により互いに連通され、該排気ガス室内と拡大容積室下流の排気管内とが下流側連通路により互いに連通されている内燃機関用マフラにおいて、前記拡大容積室上流の排気管内の圧力が予め定められたしきい値になるまでは上流側連通路を閉塞し、該圧力が該しきい値になると上流側連通路を開放する連通制御手段を設け、それにより、上流側連通路が閉塞されているときには排気ガスが拡大容積室内を流通し、上流側連通路が開放されると排気ガスの一部が排気管から上流側連通路を介し排気ガス室内に流出し次いで拡大容積室を迂回した後に下流側連通路を介し排気管内に戻るようにし、前記上流側連通路を、前記排気ガス室内でかつ前記拡大容積室上流の排気管壁内に形成された連通口により画定した内燃機関用マフラ。
  2. 上流側連通路が開放されているときに拡張室として作用するように排気ガス室を構成した請求項１に記載の内燃機関用マフラ。
  3. 前記連通制御手段を、前記拡大容積室上流の排気管内の圧力が前記しきい値になるまでは閉弁して前記上流側連通路を閉塞し、拡大容積室上流の排気管内の圧力が該しきい値になると開弁して上流側連通路を開放する連通制御弁から形成した請求項１又は２に記載の内燃機関用マフラ。
  4. 前記連通制御弁を、前記拡大容積室上流の排気管内の圧力でもって開弁可能な圧力作動式弁から形成した請求項３に記載の内燃機関用マフラ。
  5. 前記下流側連通路を、前記拡大容積室下流の前記排気管から分岐して延びた後に前記排気ガス室内に開口する分岐管により画定した請求項１又は２に記載の内燃機関用マフラ。
  6. 前記分岐管が前記排気ガス室外でかつ前記拡大容積室下流の排気管から分岐した後にケーシングの外壁面内に開口する請求項５に記載の内燃機関用マフラ。
  7. 前記上流側連通路が閉塞されているときには前記排気ガス室が共鳴室として作用しており、このとき排気ガス室の共鳴効果によって抑制される騒音の周波数が予め定められた目標周波数に一致するように前記分岐管の寸法を設定した請求項５に記載の内燃機関用マフラ。
  8. 前記上流側連通路を、前記排気ガス室内でかつ前記拡大容積室上流の排気管壁内に形成された連通口により画定し、前記連通制御手段を、前記拡大容積室上流の排気管内の圧力が前記しきい値になるまでは閉弁して連通口を閉塞し、拡大容積室上流の排気管内の圧力が該しきい値になると開弁して連通口を開放する連通制御弁から形成し、連通制御弁が開弁したときに該連通制御弁の弁体でもって排気ガスを分岐管の排気ガス室側開口に向け案内するようにした請求項５に記載の内燃機関用マフラ。
  9. 前記拡大容積室内にパティキュレートフィルタを収容し、流入する排気ガスの空燃比がリーンのときに流入する排気ガス中のＮＯ Ｘ を蓄え、流入する排気ガスの空燃比が低下したときに排気ガス中に還元剤が含まれていると蓄えているＮＯ Ｘ を還元して蓄えているＮＯ Ｘ の量が減少するＮＯ Ｘ 触媒が該パティキュレートフィルタ上に担持されている請求項１又は２に記載の内燃機関用マフラ。
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