JP4156785B2 - 消音器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は消音器に関するもので、より詳しくは内燃機関の排気系に設けられる消音器に関する。
【0002】
【従来の技術】
近時、内燃機関の排気系に搭載される排気ガス浄化装置は、その浄化性能が向上させられている。それにより、大気へ排出される排気ガスはよりクリーンになる一方で、排気ガスに含まれる水分が増加するため、排気管および消音器が冷えている間に水分が凝縮してその凝縮水が消音器内に溜りやすくなり、消音器が早期に腐食するおそれがある。
【0003】
そのため、消音器内に溜った凝縮水を消音器内から排出する技術として、従来、図8に示すように、消音器本体101内にインレットパイプ102とアウトレットパイプ103を設け、アウトレットパイプ103に比較的小径のドレインパイプ(水抜き管)104を垂設して該ドレインパイプ104の下端を消音器の内底面近傍に開口し、アウトレットパイプ103内を流通する排気ガスによって発生する負圧により、凝縮水Wをドレインパイプ104よりアウトレットパイプ103内に吸い上げて排出するようにしたものが、例えば実開昭62−114119号公報に開示されている。これを第1の従来の技術とする。
【0004】
また、図9に示すように、消音器本体201にインレットパイプ202とアウトレットパイプ203を設け、アウトレットパイプ203の上部にバイパス管204を並設するとともにそのバイパス管204の上流側端に圧力弁205を設け、下流側を前記アウトレットパイプ203に合流させ、通常の状態ではアウトレットパイプ203から排気ガスと凝縮水を排出し、凝縮水が凍結してアウトレットパイプ203が閉塞された場合は、排気圧によってバイパス管204の圧力弁205を内側へ開作動してバイパス管204から排気ガスを排出するようにしたものが、例えば実開昭58−92408号公報に開示されている。これを第2の従来の技術とする。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記第1の従来の技術の消音器においては、アウトレットパイプ103が比較的大径であるため、排気ガス流量がある程度大きくならないと凝縮水Wを排出可能なほどの負圧が発生しないため、凝縮水Wの排出性が悪い問題があった。また、アウトレットパイプ103を高い位置、すなわち消音器本体101の内底面からの距離Hが長い位置に配置すると、凝縮水Wの吸い上げ性が悪化するため、アウトレットパイプ103の位置を低く設定しなければならず、設計自由度が低くなる問題がある。
【0006】
また、前記第2の従来の技術の消音器においては、凝縮水が凍結していない通常時は排気ガスがアウトレットパイプ203から排出するようになっているため、アウトレットパイプ203の径は、エンジンの高回転での背圧の低減を考慮して大径に設定されている。したがって、通常のエンジンの低回転時では、排気ガスの流量が少ないことから、アウトレットパイプ203が大径であるとそのアウトレットパイプ203内での流速が低くなり、凝縮水を排出することができない。そのため、凝縮水の排水性と背圧の低減の両立を図ることは困難であった。
【0007】
そこで本発明は、前記の問題を解決して凝縮水の排水性とエンジンの高回転時の背圧低減との両立を図ることができる消音器を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項1記載の第1の発明は、排気ガスを導入するインレットパイプと、排気ガスを排出するアウトレットパイプと、該アウトレットパイプ内への排気ガスの流入口を運転状態に応じて開閉するバルブと、前記アウトレットパイプより小さい流路断面積であって、かつ前記バルブをバイパスしてアウトレットパイプに連通するバイパス流路とを設け、車両搭載状態において、前記バイパス流路の流入口を前記アウトレットパイプの流入口よりも下側になるように開口し、バイパス流路の流路断面積を前記バルブにより開閉される流入口の流路断面積よりも小さく設定した消音器であって、
前記アウトレットパイプにおける排気ガスの流入側に前板を設け、該前板に前記アウトレットパイプへの流入口とバイパス流路を開口形成したことを特徴とするものである。
【0009】
本発明において、アウトレットパイプ内への排気ガスの流入口を、エンジンの低回転時にバルブが閉作動し、エンジンの高回転時にバルブが開作動するように設定すると、エンジンの低回転時には、インレットパイプから導入された排気ガスが、アウトレットパイプの流入口から流入することなくバイパス流路を流通した後、アウトレットパイプ内に流入し、該アウトレットパイプより器外へ排出される。
【0010】
このとき、バイパス流路がアウトレットパイプの流入口よりも下側に設定されているため、消音器の内底部に溜っている凝縮水はバイパス流路を通る排気ガスとともに排出される。更に、バイパス流路の流路断面積がアウトレットパイプの流入口の流路断面積よりも小さく設定されているため、バイパス流路内の排気ガス流速も高くなり、凝縮水が排出されやすい。
【0011】
更に、エンジンの高回転時には、アウトレットパイプの流入口が開口され、インレットパイプから導入された排気ガスは、前記バイパス流路より大きい流路断面積の流入口からアウトレットパイプに流入して排出される。そのため、エンジンの高回転時の背圧が低くなる。
本発明においてはバイパス流路を形成するパイプを必要としないため、その分コスト低減を図ることができる。
【0018】
請求項2記載の第2の発明は、排気ガスを導入するインレットパイプと、排気ガスを排出するアウトレットパイプと、該アウトレットパイプ内への排気ガスの流入口を運転状態に応じて開閉するバルブと、前記アウトレットパイプより小さい流路断面積であって、かつ前記バルブをバイパスしてアウトレットパイプに連通するバイパス流路とを設け、車両搭載状態において、前記バイパス流路の流入口を前記アウトレットパイプの流入口よりも下側になるように開口し、バイパス流路の流路断面積を前記バルブにより開閉される流入口の流路断面積よりも小さく設定した消音器であって、前記アウトレットパイプにおける排気ガスの流入側に前板を設け、該前板に前記アウトレットパイプへの流入口を開口形成するとともに前板にアウトレットパイプに連通するパイプからなるバイパス流路を設けたことを特徴とするものである。
【0019】
本発明においては、バイパス流路を長くしてエンジンの低回転時のこもり音を低減することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
図に示す実施例に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
【0023】
図1は本発明の消音器を設けた排気系の例を示すもので、図示しない内燃機関(エンジン)に接続されるフロントパイプ(排気管)1の下流側に触媒コンバータ2が接続され、その下流側にセンターパイプ(排気管)3が接続され、その下流側に本発明の消音器4が接続されている。5はテールパイプである。
【0024】
前記消音器4の参考例を図2及び図3により詳述する。
【0025】
消音器4を構成する外筒6は、金属製の筒状体の両端部を縮径加工して両端部に首部7,8を形成している。上流側の首部7には金属製のインレットパイプ9が嵌合して固着されており、そのインレットパイプ9の外端、すなわち上流側端は前記センターパイプ3に接続して排気ガスを導入するようになっている。また、該インレットパイプ9の下流側は外筒6内に突出している。該インレットパイプ9の下流側部には小孔10が多数個形成され、内端は閉塞板11で閉塞されており、インレットパイプ9内に導入された排気ガスが流出口である小孔10を通じて外筒6内に導入されるようになっている。
【0026】
下流側の首部8には金属製のアウトレットパイプ12が嵌合して固着されており、そのアウトレットパイプ12の外端、すなわち下流側端は前記テールパイプ5に接続され、排気ガスを排出するようになっている。また、該アウトレットパイプ12の上流側は外筒6内に突出している。該アウトレットパイプ12の上流側端と前記インレットパイプ9の下流側端は相互に離間している。
【0027】
アウトレットパイプ12の上流側は図2のように拡径され、該拡径部12aの上流側端(内側端)にはバルブハウジング13が、その外周部を拡径部12aの上流側端(アウトレットパイプ12の上流側端)と気密的にして固設されている。バルブハウジング13の前板14には第1流入口15が形成されており、アウトレットパイプ12の上流側端での排気ガスの流入は該第1流通口15のみになっている。
【0028】
前記バルブハウジング13には弁軸16が回転可能に設けられており、該弁軸16にバルブ17が備えられている。該バルブ17は前記前板14の下流側面に配置されているとともに前記第1流入口15を覆う大きさに形成されており、弁軸16の回転によりバルブ17が第1流入口15を開閉するようになっている。更に、ハウジング13の本体側と弁軸16間には、弁軸16を介してバルブ17を第1流入口15側方向へ、すなわち閉弁方向に常時付勢する付勢手段18が設けられている。該付勢手段18は図の参考例ではコイルスプリングを使用している。該付勢手段18による閉弁力は、エンジンの低回転状態での外筒6内(消音器内)の排気ガス圧力によってはバルブ17が開作動せず、エンジンの高回転状態での外筒6内の排気ガス圧力でバルブ17が開かれるように設定されている。
【0029】
外筒6内にはパイプからなるバイパス流路19が配置されており、その上流端の第2流入口20は外筒6内に開口し、下流端は前記バルブ17部、すなわち第1流入口15をバイパスして前記アウトレットパイプ12に連通接続されている。該バイパス流路19の流路断面積は、エンジンの低回転において、その排気ガスの全てをこのバイパス流路19を通してもエンジン性能に影響を及ぼさない程度に小さく設定されている。また、該バイパス流路19の流路断面積と前記アウトレットパイプ12側の前板14に形成した第1流入口15の流路断面積の関係は、後者が前者よりも大きく設定されている。
【0030】
更に、バイパス流路19は外筒6内の下部に、図の参考例では外筒6の最低部の近傍に沿って配置されて、ステー21により外筒6に固定されている。そして、第2流入口20は、消音器4の車両搭載状態において前記第1流入口15より下側に設定され、かつ、前記インレットパイプ9の流出口である小孔10よりも下側に、図の参考例では小孔10の形成位置の略直下に位置して設定されている。更に、第2流入口20は、消音器4を車両に搭載した場合に、最下点近傍に設定するとよい。
【0031】
更に、バイパス流路19の全長L1 は、アウトレットパイプ12における第1流入口15からバイパス流路19の連通部(接続部)22までの長さL2 よりも長く設定されている。
【0032】
前記参考例の作用について説明する。
【0033】
エンジンから排出された排気ガスは、図1に示すフロントパイプ1を流通して触媒コンバータ2内を流通し、該触媒コンバータ2内を流通する際に、排気ガス中の炭化水素(HC)が酸化されて無害な水(H2 O)などに分解された後、センターパイプ3を流通して消音器4のインレットパイプ9内に流入する。
【0034】
インレットパイプ9内に流入した排気ガスと水分は、図2に示すインレットパイプ9の流出口である小孔10から消音器4の外筒6内に導入される。このとき、エンジン始動直後やアイドリングなどのエンジン低回転状態では、排気管および消音器が冷えているために排気ガス中の水分が凝縮され、消音器4の外筒6内の底部に凝縮水として溜る。
【0035】
また、エンジンの低回転状態においては、消音器4内の排気ガス圧力が所定以下であるため、コイルスプリングからなる付勢手段18によってバルブ17が第1流入口15を閉塞している。そのため、排気ガスはバイパス流路19の第2流入口20からバイパス流路19内に流入し、バイパス流路19内を流通して連通部22よりアウトレットパイプ12内に流入し、アウトレットパイプ12から消音器4外へ流出し、テールパイプ5から大気へ排出される。
【0036】
この排気ガスの流れにより、外筒6内に溜った凝縮水は、排気ガスの流れに乗って排気ガスとともにバイパス流路19内に吸い込まれた後、アウトレットパイプ12より消音器4外のテールパイプ5へ排出され、更にテールパイプ5から外部へ排出される。
【0037】
このとき、バイパス流路19の流路断面積がアウトレットパイプ12側の第1流入口15の流路断面積よりも小さく設定されているため、該バイパス流路19内の排気ガスの流速が、アウトレットパイプ12に比べて高くなり、外筒6内に溜った凝縮水が排出されやすい。
【0038】
次にエンジンが高回転になると、消音器4の外筒6内の内圧が所定値以上に増加し、その圧力によってバルブ17がコイルスプリングからなる付勢手段18の付勢力に抗して内側へ開作動され、第1流入口15は開口される。この開口により、第1流入口15とアウトレットパイプ12の流路断面積がバイパス流路19の流路断面積よりも大きく設定されているため、排気ガスは、主に流通抵抗の小さい第1流入口15からアウトレットパイプ12内に流入し、該アウトレットパイプ12内を流通してテールパイプ5より排出される。なお、バイパス流路19からも排気ガスは流出する。
【0039】
以上の構成により次のような効果を発揮する。
【0040】
前記エンジンの低回転時に凝縮水が十分に排出されているため、エンジンの高回転時には排水をする必要がない。そのため、第1流入口15及びアウトレットパイプ12の流路断面積を大きく設定してエンジンの高回転時の背圧を低減することができる。
【0041】
更に、バイパス流路19の流路断面積を前記のように小さくして凝縮水の排出がされやすいようにしたので、アウトレットパイプ12とテールパイプ5との接続位置を車両搭載状態における上方位置に設定することもでき、設計自由度も高くなる。
【0042】
更に、バイパス流路19の第2流入口20を、インレットパイプ9の流出口(本参考例では小孔)10よりも下側に配置したので、外筒底部に溜った凝縮水がバイパス流路19内へ導入されやすくなり、インレットパイプ9内へ吸い込まれてセンターパイプ3側へ逆流することを防止できる。
前記参考例の作用について説明する。
【0043】
更に、バイパス流路19の第2流入口20を車両搭載状態での最下点近傍に設定することができ、これにより、凝縮水の排水性が一層良好になる。
【0044】
更に、前記参考例のように、バイパス流路19の全長L1 を、アウトレットパイプ12における第1流入口15からバイパス流路19の接続部22までの長さL2 よりも長く設定することにより、エンジンの低回転時のこもり音を低減(ロングテール効果)することができる。したがって、このような長いバイパス流路19によれば、排水性の向上と消音性の向上の両立を図ることができる。
【0045】
更に、前記参考例のように、第1流入口15を開閉するバルブ17を、排気圧力により自動的に開閉するようにすると、バルブ17をアクチュエータなどを用いて制御するものに比べてコスト面の低減を図ることができるなど有効である。しかし、バルブ17をアクチュエータなどを用いて制御するようにしても、前記の排気圧力により自動的に開閉する効果以外の前記の効果を発揮することができる。
【0046】
図4及び図5は第実施例を示す。
【0047】
実施例は、バイパス流路を、前記参考例のようなパイプで形成することなく、前記アウトレットパイプ12の前板14に開口した第3流入口でバイパス流路23を形成したものである。また、前記の第1流入口15は前板14の略上半分部分に形成され、該第1流入口15の下側にバイパス流路23を形成して、該バイパス流路23が外筒6の内底部に近傍して設定されている。更に、バイパス流路23を形成する第3流入口の開口面積(流路断面積)は、前記第1流入口15及びアウトレットパイプ12の流路断面積よりも小さく設定されている。
【0048】
更に、第1流入口15は横長形状に形成され、バルブ17も第1流入口15の形状に合わせて横長形状に形成し、弁軸16が水平方向に配置されている。
【0049】
その他の構造は前記参考例と同様であるため、前記と同一部分には前記と同一の符号を付してその説明を省略する。
【0050】
本第実施例においては、エンジンの低回転時には、前記参考例と同様に第1流入口15がバルブ17で閉塞されるため、外筒6内の排気ガスは第3流入口であるバイパス流路23からアウトレットパイプ12内に流入し、テールパイプ5から排出される。このとき、バイパス流路23はその流路断面積が小さく、かつ外筒6の内低部近傍に設定されているため、前記参考例と同様に凝縮水が排出されやすい。
【0051】
また、エンジンの高回転時には、前記参考例と同様に第1流入口15のバルブ17が開口し、排気ガスは該第1流入口15からアウトレットパイプ12内に流入し、テールパイプ5から排出される。なお、バイパス流路23からも排気ガスは流出する。
【0052】
本第実施例においても、前記参考例のような長いパイプからなるバイパス流路19による効果を除き、前記参考例と同様の効果を発揮することができる
【0053】
更に、前記参考例においては、バイパス流路19の下流からアウトレットパイプ12内へ流出する排気ガスの流れと、アウトレットパイプ12内を流れる排気ガスの流れが交差するが、本第実施例においてはこのような流れの交差がなく、排出ガスの流れがスムースになる。
【0054】
更に、前記参考例のようなバイパス流路を形成するパイプが不要になり、参考例に比べてコスト低減を図ることができる。
【0055】
図6及び図7は第実施例を示す。
本第実施例は、前記第実施例におけるバイパス流路23に、前記参考例と同様なパイプからなるバイパス流路を接続して、前板14にパイプからなるバイパス流路24を設けたものである。
【0056】
すなわち、前記第実施例と同様に、アウトレットパイプ12の前板14に第1流入口15とこれを開閉するバルブ17を設け、前板14における前記第1流入口15の下側にパイプからなるバイパス流路24を接続してアウトレットパイプ12内と連通し、該バイパス流路24の流入口である第4流入口25を、前記参考例と同様にインレットパイプ9の小孔10よりも下側に位置して設定したものである。更に、該バイパス流路24は外筒6の最低部の近傍に配置され、かつアウトレットパイプ12及び第1流入口15より小径の直管で形成されている。
【0057】
その他の構造は前記参考例と同様であるため、同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【0058】
本第実施例においても前記参考例と同様の作用、効果を発揮することができる。
【0059】
また、アウトレットパイプ12における第1流入口15からバイパス流路24との合流部までの距離は略0であるため、前板14に接続されるパイプ状のバイパス流路24の長さは、前記の距離に比べて長くなり、このバイパス流路24が前記参考例と同様に、ロングテール効果によるこもり音の低減に効果がある上に、アウトレットパイプ12内を流れる排気ガスの流れとバイパス流路24からの排気ガスの流れが交差しないため、前記第実施例と同様に排気ガスの流れがスムースになる。
【0060】
更に、前記参考例のように、バイパス流路19の下流端をアウトレットパイプ12の途中に接合するには、その接合部の両パイプを曲面加工する必要があるが、第実施例においては平板状の前板14にバイパス流路19のパイプを接合するため、その接合部は平面加工でよい。したがって、本第実施例によれば、前記参考例に比べて加工が容易であり、製品コストの低減を図ることができる。
【0061】
なお、前記のバルブ17はアクチュエータなどで制御してもよい。更に、消音器の外筒6は、前記実施例のような円筒部の両端を絞ったものに限らず、金属薄板よりなる両端が開口したシェルの両端に、金属板をプレス成形してなるアウタープレートを固着したものであってもよい。更に、消音器内をセパレータなどで仕切った多室構造としてもよい。
【0062】
【発明の効果】
以上のようであるから、本発明においては、消音器内に溜った凝縮水の排出向上とエンジンの高回転時の背圧低減の両立を図ることができる。
【0063】
更に、請求項記載の発明によれば、バイパス流路としてパイプを使用するものに比べてコスト低減を図ることができる。
【0064】
更に、請求項記載の発明によれば、排気音の静粛性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の消音器を設けた排気系を示す図。
【図2】本発明の消音器の参考例を示す側断面図。
【図3】図2におけるA−A線断面図。
【図4】本発明の消音器の第実施例を示す側断面図。
【図5】図5におけるB−B線断面図。
【図6】本発明の消音器の第実施例を示す側断面図。
【図7】図6におけるC−C線断面図。
【図8】第1の従来の消音器を示す側断面図。
【図9】第2の従来の消音器を示す側断面図。

Claims (2)

  1. 排気ガスを導入するインレットパイプと、排気ガスを排出するアウトレットパイプと、該アウトレットパイプ内への排気ガスの流入口を運転状態に応じて開閉するバルブと、前記アウトレットパイプより小さい流路断面積であって、かつ前記バルブをバイパスしてアウトレットパイプに連通するバイパス流路とを設け、車両搭載状態において、前記バイパス流路の流入口を前記アウトレットパイプの流入口よりも下側になるように開口し、バイパス流路の流路断面積を前記バルブにより開閉される流入口の流路断面積よりも小さく設定した消音器であって、
    前記アウトレットパイプにおける排気ガスの流入側に前板を設け、該前板に前記アウトレットパイプへの流入口とバイパス流路を開口形成したことを特徴とする消音器
  2. 排気ガスを導入するインレットパイプと、排気ガスを排出するアウトレットパイプと、該アウトレットパイプ内への排気ガスの流入口を運転状態に応じて開閉するバルブと、前記アウトレットパイプより小さい流路断面積であって、かつ前記バルブをバイパスしてアウトレットパイプに連通するバイパス流路とを設け、車両搭載状態において、前記バイパス流路の流入口を前記アウトレットパイプの流入口よりも下側になるように開口し、バイパス流路の流路断面積を前記バルブにより開閉される流入口の流路断面積よりも小さく設定した消音器であって、
    前記アウトレットパイプにおける排気ガスの流入側に前板を設け、該前板に前記アウトレットパイプへの流入口を開口形成するとともに前板にアウトレットパイプに連通するパイプからなるバイパス流路を設けたことを特徴とする消音器。
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