JP5266263B2 - 内燃機関の排気系に接続される消音器 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関、主としての車両用内燃機関の排気系に接続される消音器に関し、特に、膨張室内に貯溜する貯溜水を能率良く大気に放出できるようにした、新規な内燃機関の排気系に接続される消音器に関する。

従来、内燃機関の排気系に接続される消音器においては、排気ガス中に含まれる水分が凝縮して消音器の底部に貯溜することがあるため、消音器の底部近くに配置されて消音器内と大気とを連通するアウトレットパイプ（３０）に、貯溜水の吸上げ孔（４０）を形成し、アウトレットパイプ（３０）を通過する排気ガスの流速が大きいときにアウトレットパイプ（３０）内が負圧になることを利用して、吸上げ孔（４０）を介して貯溜水をアウトレットパイプ（３０）内に吸い上げ、排気ガスと共に大気に放出するようにしたものは公知（後記特許文献１参照）である。

特開２００９−１８０１３８号公報

ところが、前記特許文献１のものでは、アウトレットパイプ（３０）に形成される吸上げ孔（４０）は、アウトレットパイプ（３０）内方に向けて凹入成形される凹み部を備え、この凹み部に、排気ガスの流れ方向に指向されるガイド壁（４２ｗ）が形成されているので（図６参照）、吸い上げる貯留水を、ガイド壁（４２ｗ）が上方から押さえ付けるようにガイドして、吸い上げる貯留水をアウトレットパイプ（３０）内の排気ガスの流れ方向に指向させることになり、そのため、吸い上げる貯留水の一部がガイド壁（４２ｗ）で跳ね返って、ふたたび、シェル（１１）内の底部に戻ってしまう「跳ね返り現象」があり、その分、貯留水の吸上げ効率が低下するという問題があった。

本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、前記「跳ね返り現象」を防止して、貯留水の吸上げ効率を高めるようにした、新規な内燃機関の排気系に接続される消音器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明は、シェルと、このシェルに設けられ内燃機関の排気管に連なるインレットパイプと、シェルに設けられ大気に開口するアウトレットパイプと、シェル内で前記両パイプを連通する膨張室とを備え、内燃機関からの排気ガスをインレットパイプを介して膨張室に導き、さらに、そこからアウトレットパイプを介して大気に排出すると共に、シェル内の底部に貯留する貯留水をアウトレットパイプを介してシェル外に排出するための貯留水の吸上げ孔をアウトレットパイプに設け、この吸上げ孔は、アウトレットパイプ内に吸い上げる貯留水をアウトレットパイプ内の排気ガスの流れ方向に指向させるガイド部を備える、内燃機関の排気系に接続される消音器であって、
前記シェルは、水平面に対して前傾姿勢に傾斜され、前記アウトレットパイプは、排気ガス進入パイプ部と、直状の排気ガス排出パイプ部と、それら両パイプ部を接続するＵ字状の方向変換パイプ部とを備え、前記排気ガス排出パイプ部は、前記シェルの軸線と略平行に延びて前傾姿勢に傾斜していてその前端が、前記膨張室内の前部において、前記方向変換パイプ部に接続され、この方向変換パイプ部の下面は、前記シェルの底壁に向かって下向きに凸に湾曲する湾曲面と、この湾曲面の下流側に続いてアウトレットパイプ内を流れる排気ガスの上流側から下流側に向かって上り勾配に傾斜する傾斜面を有し、その傾斜面に、前記吸上げ孔が設けられ、この吸上げ孔は、アウトレットパイプの管壁の一部を外方に向けて切り起した横断面アーチ状の切り起し部よりなり、この切り起し部は、排気ガスの下流側から上流側に向けて切り起し深さが大きくなるように形成されると共に、切り起し部の上流側の端部に開口部を備え、この開口部は、前記下向きに凸に湾曲する湾曲面の最下面よりも低い位置にあって、シェル内の底面に臨んでいて、前記湾曲面の最下部の辺りに指向しており、前記ガイド部は、前記切り起し部の内周面により形成されていることを特徴としている。

本請求項１の発明によれば、
(1) 吸い上げ孔を通してアウトレットパイプ内に吸い上げられる貯留水が、ふたたび、シェル内に戻らないように、すなわち前記「跳ね返り現象」が生じないように、切り起し部に形成したガイド部が吸い上げる貯留水を下方からガイドして、吸い上げる貯留水をアウトレットパイプ内の排気ガスの流れ方向に指向させるので、貯留水の吸い上げ効率を大幅に高めることができる。

(2) アウトレットパイプの管壁の下部に、外方に向けて切り起こした切り起し部により吸上げ孔が形成され、吸上げ孔の開口部が、アウトレットパイプ前部の方向変換パイプ部の、シェルの底壁に向かって下向きに凸に湾曲する湾曲面の最下面よりも低いので、貯留水を吸上げる入口を、前記従来技術のものよりも低く抑えることができる。

(3) 前記(1) (2) により、シェル底部の貯留水の水面を、前記従来技術のものよりも下げることができ、貯留水の絶対量を減らすことができる。その結果、消音器自体の熱による貯留水の気化も一層促進され、さらに、貯留水が減少し、消音器の発錆などに起因する腐食の防止効果を一層高めることができる。

本発明消音器を備えた自動車用内燃機関の排気系の概略平面図 １の２−２線に沿う消音器の断面図 図２の３−３線に沿う断面図 図２の４−４線に沿う断面図 図３の５−５線に沿う断面図 図５の６−６線に沿う拡大断面図 図６の７線矢視図

以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて具体的に説明する。

この実施例は、本発明消音器を自動車用内燃機関の排気系に実施した場合であって、図１において、自動車の車体前部に搭載される内燃機関Ｅの排気ポートには、該内燃機関Ｅより排出される排気ガスを浄化、消音して大気に放出するための排気系Ｅｘが接続されている。この排気系Ｅｘは自動車の車体Ｂの下部に支持され、車体Ｂの前後方向に延長されていてその後端は大気に開口されている。

排気系Ｅｘは、内燃機関Ｅにその上流端が接続され、車体Ｂの前後方向に伸びて後方に延長される単一の上流側排気管１と、その上流側排気管１の下流端に、分岐管３を介して接続されて車体Ｂの幅方向に離れて配置される２本の左、右下流側排気管２Ｌ，２Ｒとよりなる。上流側排気管１には、その上流側から下流側に向けて排気触媒ＣＡ、補助消音器（プリチャンバ）ＭＡ、共鳴型消音器（サイドブランチ型消音器）ＭＲが間隔をあけて直列に接続されている。また、左、右の下流側排気管２Ｌ，２Ｒには、対をなす２つの主消音器Ｍ，Ｍがそれぞれ接続され、これらの主消音器Ｍ，Ｍの下流端には、テールパイプ５，５がそれぞれ接続されている。

つぎに、本発明にかかる左、右主消音器Ｍ，Ｍの構造について説明するに、それらはいずれも同じ構造を備えているので、以下に、図２〜７を参照してそれらの一方（右）主消音器Ｍについて詳細に説明する。

前記排気系Ｅｘが内燃機関に接続されるとき、主消音器Ｍは水平面に対して傾斜角θ（図２参照）をもって前傾姿勢に配置される。

主消音器Ｍの外殻を構成するシェル１１は、ステンレス製の板材を楕円筒状に巻曲し、その両端縁同志を一体に接合して構成されるシェル本体１１ａと、その左右開口端に、気密にかしめ固定される前、後部端板１１ｂ，１１ｃとにより密閉状に形成されている。

図３，４に示すように、シェル１１は、楕円形状をなしており、その短径側を上下方向に向けて配置されている。そして、このシェル１１の前部端板１１ｂには、下流側排気管２Ｒの下流部が、また、その後部端板１１ｃには、大気に開口されるテールパイプ５が共に気密に接続されている。

図２〜５に示すように、前記シェル１１内の膨張室は、第１、第２の仕切板１３，１４により３つの膨張室、すなわち第１、第２および第３の膨張室Ａ，ＢおよびＣとに仕切られている。具体的には、シェル１１の内周には、その長手方向に間隔をあけて第１の仕切板１３および第２の仕切板１４の外周が接触して、シェル１１の内周に前、後部端板１１ｂ，１１ｃと略平行に圧入固定されている。シェル１１の長手方向の前部には、前部端板１１ｂと第１の仕切板１３とによって第１の膨張室Ａが区画され、また、第１の膨張室Ａの後側には、第１の仕切板１３と第２の仕切板１４とにより第２の膨張室Ｂが区画され、さらに、前記第２の膨張室Ｂの後側には、第２の仕切板４と後部端板１１ｃとにより第３の膨張室Ｃが区画される。

図３に示すように、第１の仕切板１３には、多数のパンチング孔１５が形成され、また、図４に示すように、第２の仕切板１４には、多数のパンチング孔１６および貫通孔１７が形成されており、第１、第２および第３の膨張室Ａ，Ｂ，Ｃは、排気ガスの自由な流通が可能であり、それらの膨張室Ａ，Ｂ，Ｃは、実質的に一つの膨張室を形成している。

図２，５に示すように、下流側排気管２Ｒの後端（下流端）には、シェル１１内に配設されるインレットパイプ２０の前端（上流端）が連通して接続される。このインレットパイプ２０は、その全長にわたり直状をなし、シェル１１の長径方向一側において、前記前部端板１１ｂおよび第１、第２の仕切板１３，１４に嵌合支持されて、シェル１１内を長手方向に延びており、その後端（下流端）は、キャップ２５により閉じられている。

インレットパイプ２０の、第１、第２の膨張室Ａ，Ｂに対応する部分には、複数の小孔よりなる、排出孔２２，２３がそれぞれ形成され、これらの排出孔２２，２３を通してインレットパイプ１０内は、第１、第２の膨張室Ａ，Ｂ内に連通され、また、インレットパイプ２０の、第３の膨張室Ｃに対応する部分には、多数の小孔よりなる、排出孔２４が形成され、この排出孔２４を通してインレットパイプ２０内は、第３膨張室Ｃに連通される。

下流側排気管２Ｒからインレットパイプ２０に流入した排気ガスは、主に排出口２４から第３の膨張室Ｃへ流入し、第１および第２の膨張室Ａ，Ｂに拡散しつつ排気ガスの膨張、干渉作用により排気音の減衰がなされ、排気音の消音が行われる。そして、第２の膨張室Ｂから後述するアウトレットパイプ３０を通って大気に排出される。

前記シェル１１内には、前記インレットパイプ２０に並列してアウトレットパイプ３０が配設されている。このアウトレットパイプ３０は、図２，５に示すように、シェル１１内を前後方向にＵ字状に屈曲して長く形成されていて、開口端の拡開された、直状の排気ガス進入パイプ部３１と、同じく直状の排気ガス排出パイプ部３３と、それら両パイプ部３１，３３を１本に連結するＵ字状の方向変換パイプ部３２とで構成されている。

前記排気ガス進入パイプ部３１は、シェル１１の長径方向他側に配置されて、シェル１１内を前後方向に延び、第１の仕切板１３に嵌合支持されて、そこに溶接され、第２の膨張室Ｂに開口している。そして、排気ガス進入パイプ部３１の前端（上流端）は、末広状に拡開され第２の膨張室Ｂに開口されており、排気ガスの排気ガス進入パイプ部３１内への流入量を増やすようにされている。

一方、前記排気ガス排出パイプ部３３は、前記排気ガス進入パイプ部３１よりも下方において、シェル１１の長径方向中央部に配置されていて、そのシェル１１の軸線と略平行に延びており、第１、第２の仕切板１３，１４に嵌合支持されて、そこに溶接されており、さらに排気ガス排出パイプ部３３の後端（下流端）は前部端板１１ｂに嵌合支持されている。そして、その前端（上流端）は前記第１の膨張室Ａ内の方向変換パイプ部３２に接続され、またその後端（下流端）は、大気に開口されるテールパイプ５に接続されている。排気ガス排出パイプ部３３の後端、テールパイプ５の前端および後部端板１１ｂは同時溶接される。

図２，５に示すように、排気ガス排出パイプ部３３の途中には、第２、第３の膨張室Ｂ，Ｃに跨がってその外周面に、それよりも大径の吸音筒３５が溶接されている。そして、この吸音筒３５と排気ガス排出パイプ部３３の外周面との間に形成される密閉状の環状空間には、グラスウールなどの吸音材３６が充填されている。排気ガス排出パイプ部３３の吸音材３６に対応する部分には、多数の吸音孔３７が形成されている。排気ガス排出パイプ部３３内を流れる排気ガスの排気音は、吸音材３６により吸収することができる。

図２〜５に示すように、排気ガス進入パイプ部３１の下流端と、それよりも下方に位置する、排気ガス排出パイプ部３３の上流端は、シェル１１の前部に位置する第１の膨張室Ａに配置される方向変換パイプ部３２により連通接続される。この方向変換パイプ部３２はその上流側から下流側に向かって下向きに傾斜しており、排気ガス進入パイプ部３１を流れる排気ガスを下向きに方向変換させながら排気ガス排出パイプ部３３へと導くようにされている。

図２，６，７に示すように、方向変換パイプ部３２の下流側、すなわち、排気ガス排出パイプ部３３との接続側の底部の下面には、前記シェルの底壁に向かって下向きに凸に湾曲する湾曲面３０ａと、この湾曲面の下流側（後方側）に続いてアウトレットパイプ３０内を流れる排気ガスの上流側から下流側に向かって上り勾配に傾斜する傾斜面３０ｂが形成されており、その傾斜面３０ｂに、シェル１１内の貯留水を、アウトレットパイプ３０内に吸い込むための吸上げ孔４０が形成される。

つぎに、この吸上げ孔４０について説明すると、この吸上げ孔４０は、シェル１１内の貯留水を効率よく排気ガス排出パイプ部３３内、すなわちアウトレットパイプ３０内に吸い上げるべく構成され、その吸い上げた貯留水を、アウトレットパイプ３０内の排気ガスの流れ方向に指向させるガイド部Ｇを備えている。

吸上げ孔４０は、方向変換パイプ部３２の下流側の底部壁の適所に、その周方向に沿って長い切り込み４１を入れ、その切り込み４１よりも下流側の底部管壁に、外方に向けて横断面アーチ状の切り起し部４２を切り起して形成され、この切り起し部４２は、方向変換パイプ部３２の、排気ガスの流れの下流側から上流側に向けて切り起しの深さが漸次深くなるように形成されると共に、その切り起し部４２の上流側の端部には、シェル１１内の底部に臨む開口部４４が開口されており、この開口部４４は、方向変換パイプ部３２の下向きに凸に湾曲する湾曲面３０ａの最下面よりも低い位置にあって、前記湾曲面３０ａの最下部の辺りに指向している（図２、図６参照）。そして、前記切り起し部４２の内周面にガイド部Ｇが形成されている。

図２に示すように、第１および第２の仕切板１３，１４の底部には、複数の流通孔１８，１９がそれぞれ形成されており、これらの流通孔１８，１９は、シェル１１の底部に貯留する貯留水が自由に流通するようにされている。シェル１１は、前傾姿勢に傾斜されていることから、シェル１１内に残留する貯留水は、前記流通孔１８，１９を通ってシェル１１内の前部に集められる。

つぎに、この実施例の作用について説明する。

いま、内燃機関Ｅが運転され、そこから排出した排気ガスは、排気系Ｅｘへと導かれる。そして排気系Ｅｘを流れる排気ガスは、対をなす主消音器Ｍ，Ｍ内に分流して流れ、各主消音器Ｍ内で排気音の主たる消音が行われる。

図２，５に矢印ａで示すように、下流側排気管２Ｒよりインレットパイプ２０に流入した排気ガスは、その大部分が多数の排出孔２４を通って第３の膨張室Ｃへ流れ、またその一部が複数の排出孔２２，２３を通って第１、第２の膨張室Ａ，Ｂへ流れ、第１，３の膨張室Ａ，Ｃに流入した排気ガスは第１の仕切板１３のパンチング孔１５および第２の仕切板１４のパンチング孔１６および貫通孔１７を通って第２の膨張室Ｂに流れる。そして、その間に排気ガスの膨張、干渉の複合作用により、排気音の効果的な減衰が行われ、排気音の消音がなされる。

この後、排気ガスは、第２の膨張室Ｂより、図２，５に矢印ｂで示すように、排気ガス進入パイプ部３１の開口端よりアウトレットパイプ３０内に流入する。このとき、アウトレットパイプ３０の上流端（流入端）は、末広状に拡開されていることにより、排気ガスのアウトレットパイプ３０への流入量が増加する。また、アウトレットパイプ３０は、前述したように、Ｕ字状に屈曲させて長く延長したことにより、アウトレットパイプ３０内の排気ガスは、該パイプ３０内を流れる間に、排気音がさらに減衰されて、その消音が効果的に行われる。そして充分に消音された排気ガスは、排気ガス排出パイプ部３３の後端より、図２，５に矢印ｃで示すように、テールパイプ５を通って大気に排出される。

前記排気ガスの消音過程において、消音器Ｍ内には、高温の排気ガスがシェル１１内で冷却されて、そこに含まれる水分が露化し凝縮した水や、洗車時にアウトレットパイプ３０からシェル１１内に進入した水が残留する。

シェル１１内に残留した貯留水は、シェル１１が水平面に対して前傾姿勢に傾斜（図２参照）されていることにより、第１、第２仕切板１３，１４の流通孔１８，１９を通ってシェル１１内を前方に移動して、シェル１１の前部に集められる。そして、その貯留水は、方向変換パイプ部３２に形成した吸上げ孔４０からアウトレットパイプ３０内に引き込まれて、アウトレットパイプ３０内を流れる排気ガスと共にテールパイプ５を通って外部に効率良く排出することができる。

本発明に従うこの実施例では、
(1) 吸い上げ孔４０を通してアウトレットパイプ３０内に吸い上げられる貯留水が、ふたたび、シェル１１内に戻らないように、すなわち前記「跳ね返り現象」が生じないように、切り起し部４２に形成したガイド部Ｇが吸い上げる貯留水を下方からガイドして、吸い上げる貯留水をアウトレットパイプ３０内の排気ガスの流れ方向（図６，７、矢印ｇ方向）に案内して同方向に指向させるので、貯留水の吸い上げ効率を大幅に高めることができる。

(2) アウトレットパイプ３０の管壁の下部に、外方に向けて切り起こした切り起し部４２により吸上げ孔４０が形成され、吸上げ孔４０の開口部４４が、アウトレットパイプ３０の前部の方向変換パイプ部３２の、シェル１１の底壁に向かって下向きに凸に湾曲する湾曲面３０ａの最下面よりも低いので、貯留水を吸上げる入口を、前記従来技術のものよりも低く抑えることができる。

(3) 前記(1) (2) により、シェル１１底部の貯留水の水面を、前記従来技術のものよりも下げることができ、貯留水の絶対量を減らすことができる。その結果、消音器自体の熱による貯留水の気化も一層促進され、さらに、貯留水が減少し、消音器の発錆などに起因する腐食の防止効果を一層高めることができる。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。

たとえば、前記実施例では、本発明を自動車用内燃機関の消音器に実施した場合を説明したが、これを他の内燃機関の消音器にも実施でき、また、前記実施例では、本発明をシェル内の膨張空間を第１、第２、すなわち２枚の仕切板で仕切る消音器に実施した場合を説明したが、前記膨張空間を１枚あるいは３枚以上の仕切板で仕切る消音器にも実施できることは勿論である。

１・・・・・・・・・排気管
１１・・・・・・・・・シェル
２０・・・・・・・・・インレットパイプ
３０・・・・・・・・・アウトレットパイプ
３０ａ・・・・・・・・湾曲面
３０ｂ・・・・・・・・傾斜面
３１・・・・・・・・・排気ガス進入パイプ部
３２・・・・・・・・・方向変換パイプ部
３３・・・・・・・・・排気ガス排出パイプ部
４０・・・・・・・・・吸上げ孔
４２・・・・・・・・・切り起し部
４４・・・・・・・・・開口部
Ａ、Ｂ、Ｃ・・・・・・膨張室
Ｅ・・・・・・・・・・内燃機関
Ｇ・・・・・・・・・・ガイド部

Claims (1)

1. シェル（１１）と、このシェル（１１）に設けられ内燃機関（Ｅ）の排気管（１）に連なるインレットパイプ（２０）と、シェル（１１）に設けられ大気に開口するアウトレットパイプ（３０）と、シェル（１１）内で前記両パイプ（２０，３０）を連通する膨張室（Ａ、Ｂ、Ｃ）とを備え、内燃機関（Ｅ）からの排気ガスをインレットパイプ（２０）を介して膨張室（Ａ、Ｂ、Ｃ）に導き、さらに、そこからアウトレットパイプ（３０）を介して大気に排出すると共に、シェル（１１）内の底部に貯留する貯留水をアウトレットパイプ（３０）を介してシェル（１１）外に排出するための貯留水の吸上げ孔（４０）をアウトレットパイプ（３０）に設け、この吸上げ孔（４０）は、アウトレットパイプ（３０）内に吸い上げる貯留水をアウトレットパイプ（３０）内の排気ガスの流れ方向に指向させるガイド部（Ｇ）を備える、内燃機関の排気系に接続される消音器であって、
   前記シェル（１１）は、水平面に対して前傾姿勢に傾斜され、前記アウトレットパイプ（３０）は、排気ガス進入パイプ部（３１）と、直状の排気ガス排出パイプ部（３３）と、それら両パイプ部（３１、３３）を接続するＵ字状の方向変換パイプ部（３２）とを備え、前記排気ガス排出パイプ部（３３）は、前記シェル（１１）の軸線と略平行に延びて前傾姿勢に傾斜していてその前端が、前記膨張室（Ａ、Ｂ、Ｃ）内の前部において、前記方向変換パイプ部（３２）に接続され、この方向変換パイプ部（３２）の下面は、前記シェル（１１）の底壁に向かって下向きに凸に湾曲する湾曲面（３０ａ）と、この湾曲面（３０ａ）の下流側に続いてアウトレットパイプ（３０）内を流れる排気ガスの上流側から下流側に向かって上り勾配に傾斜する傾斜面（３０ｂ）を有し、その傾斜面（３０ｂ）に、前記吸上げ孔（４０）が設けられ、この吸上げ孔（４０）は、アウトレットパイプ（３０）の管壁の一部を外方に向けて切り起した横断面アーチ状の切り起し部（４２）よりなり、この切り起し部（４２）は、排気ガスの下流側から上流側に向けて切り起し深さが大きくなるように形成されると共に、切り起し部（４２）の上流側の端部に開口部（４４）を備え、この開口部（４４）は、前記下向きに凸に湾曲する湾曲面（３０ａ）の最下面よりも低い位置にあって、シェル（１１）内の底面に臨んでいて、前記湾曲面（３０ａ）の最下部の辺りに指向しており、前記ガイド部（Ｇ）は、前記切り起し部（４２）の内周面により形成されていることを特徴とする、内燃機関の排気系に接続される消音器。

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