JP6200362B2 - 排気装置 - Google Patents

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Description

本発明は、排気装置に関する。
従来、自動二輪車等に装備される排気装置は、一例として特許文献1に開示されるように、エンジンの排気口の下流側に接続された排気パイプと、排気パイプに上流側端部が接続され、周壁部に複数の開口部が設けられた内筒と、内筒の外周を覆うようにして内筒を収容する外筒と、前記内筒と前記外筒との間の空間に配置された吸音材と、内筒の下流側端部に接続されたテールパイプと、テールパイプを覆うエンドコーンとを備えてなる。
エンジンの運転時には、排気パイプと内筒とテールパイプとの各内部を排気経路として排気ガスが流れ、外部に排出される。このとき、内筒の周壁部に設けられた複数の開口部を通じて排気ガスが吸音材の内部を通過することにより排気音が減衰される。これにより排気装置において、排気音の消音効果が発揮される。
特開2011−247161号公報
上記した構成を有する排気装置では、外筒と内筒の間の内部空間に配した吸音材に排気ガスを導くことによって排気音の一定の消音効果を得ているが、現状よりも一層高い消音効果を獲得することが望まれている。一方、排気装置では高い消音効果を得るとともに、排気ガスの排気効率を良好に維持することも望まれている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、比較的簡単な構成でありながら、排気ガスの良好な排気効率を維持しつつ、優れた消音効果を期待することが可能な排気装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る排気装置は、内部に排気経路を有し且つ周壁部に前記排気経路と連通する複数の開口部が形成された内筒と、前記内筒の外周との間に内部空間を形成しつつ、前記内筒を収容する外筒と、前記内筒の内部における1以上の領域において、前記排気経路に臨むように前記内筒の軸方向に向かって螺旋状に配された、前記排気経路を流れる排気ガスを整流するための整流部材とを備える。
上記構成を有する本発明の一態様における排気装置では、内筒の内部における排気経路を流れる排気ガスを整流するための整流部材が、前記排気経路に臨むように内筒の軸方向に向かって螺旋状に配されている。これにより、内筒の排気経路を排気ガスが流れると、整流部材によって内筒の軸芯周りを螺旋状に回転し、渦を巻くように整流されながら排気経路の下流側に向かって流れる。このとき、排気ガスには慣性力が作用するため、内筒から外部に排出された後の排気ガスが螺旋状に回転しながら排出される。
このとき、内筒の内部において、排気経路を流れる排気ガスを整流部材に当てることにより排気ガスの流れを変更し、内筒の開口部を介して排気ガスを外筒と内筒との間の内部空間に導くことができる。ここで内部空間に予め吸音材を配しておけば、吸音材内に効率よく排気ガスを吸音させることで排気音を良好に減衰できる。或いは内部空間で排気ガスを膨張させることによっても、排気音を良好に減衰できる。
さらに本発明の一態様における排気装置は、外筒の内部に内部空間をおいて内筒を収容し、内筒の排気経路に内筒の軸方向に沿って螺旋状の整流部材を配置してなる、比較的簡単な構成を有する。従って複雑な構造を有する排気装置に比べ、容易に製造できる。
尚、整流部材は内筒の内部の排気経路において内筒の軸方向に螺旋状に配されているため、内筒の断面方向においては、排気経路のある断面積に占める整流部材の占有面積を小さく抑えることができる。このため内筒の内部に整流部材を配設しても排気ガスの流通性が損なわれにくいので、排気装置における排気効率を良好に維持できる。
結果として、比較的簡単な構成でありながら、排気ガスの良好な排気効率を維持しつつ、優れた消音効果を期待することが可能な排気装置を提供できる。
第1実施形態に係る排気装置の構成を示す、一部透過図である。 内筒の構造を示す、部分断面図である。 排気装置の図1におけるIII−III矢視断面図である。 第2実施形態に係る排気装置の構成を示す、部分断面図である。 第3実施形態に係る排気装置の構成を示す、部分断面図である。 第4実施形態に係る排気装置の構成を示す、部分断面図である。 第5実施形態に係る排気装置の構成を示す、部分断面図である。
以下、各実施形態を図面を参照して説明する。
<第1実施形態>
図1〜図3に第1実施形態に係る排気装置1の構成を示す。図1では、外筒5及びエンドコーン9の内部構造を点線で示している。
排気装置1は、いわゆるストレート排気方式の構成であって、排気パイプ2と、排気パイプ2に連結された円柱状の装置本体3とを有する。
排気パイプ2の上流側の一端20は、一例として、自動二輪車に搭載されたエンジンの排気経路に接続される。排気パイプ2の下流側の他端21は装置本体3の内筒4に接続される。排気パイプ2の内部には排気ガスの排気経路G1が設けられ、排気経路G1は内筒4の排気経路G2と連通する。図1に示すように、排気パイプ2は自動二輪車の形状に合わせ、緩く曲げられた曲管状に構成されている。排気パイプ2は一例としてステンレス材料で構成される。
装置本体3は、排気パイプ2に接続された内筒4と、内筒4をその軸方向に沿って収容する外筒5と、内筒4の周壁部の外周及び外筒5の内周の間に存在する環状の内部空間Sに配された吸音材6と、外筒5の両端に配された一対のプレート部材7a、7bと、内筒4の内部に配された整流部材8と、外筒5のプレート部材7b側に配されたエンドコーン9とを有する。内筒4と、外筒5と、プレート部材7a、7bと、整流部材8と、エンドコーン9とは、一例として排気パイプ2と同様にステンレス材料で構成される。
外筒5は略円筒状に形成され、装置本体3の外装をなしている。外筒5の周壁部の外周には、車両に排気装置1を取り付けるためのブラケット5aが配される。外筒5には、内筒4の周壁部の外周と外筒5の内周との間に一定の内部空間(消音空間)Sを形成しながら内筒4が収容される。このとき、内筒4と外筒5の各軸芯が略一致するように図られている。外筒5には、軸方向に沿って、上流側の端部にプレート部材7aが配され、下流側の端部にプレート部材7bが配される。これにより、内部空間Sは外筒5の内部に閉じられた状態となっている。尚、外筒5は一例として略円筒体であるが、これに限定されず、例えば三角筒体や多角筒体、或いは楕円筒体等のいずれでもよい。
吸音材6は、一例として耐熱性を有する無機材料からなる繊維、或いはスポンジ状の充填材を用いて構成される。前記繊維としては、具体的には例えばガラスウールやスチールウールを用いることができる。吸音材6は図1及び図3に示すように、装置本体3の内部において、内部空間Sの略全域と、内筒4とプレート部材7aとの間に存在する内部空間とにわたって充填されている。尚、吸音材6は内部空間Sの一部(例えば開口部42に近接する位置)にのみ設けてもよい。また、吸音材6は、内筒4の外周上に複数種類のウールの層を重ねて構成してもよい。
内筒4は直管状の筒体であり、その周壁部に同一形状及び同一の内径を有する複数の開口部42が形成されている。内筒4は一例として円筒体であるが、これに限定されず、例えば内筒4と同様に、三角筒体や多角筒体、或いは楕円筒体のいずれでもよい。
内筒4は内部に排気経路G2を有しており、装置本体3の内部において、各開口部42を介して排気経路G2が内部空間Sと連通している。内筒4は、例えばステンレス鋼板を用いたパンチング部材を筒状に加工して作製できる。開口部42は、円形の周縁形状を有するように形成され、内筒4の軸方向に向かって千鳥状に配列している。ここで、内筒4は金網で構成してもよい。また、各開口部42の周縁形状は矩形でもよいし、多角形や曲線状、或いはスリット状のいずれでもよい。また各開口部42の内径は、内筒4において部分的に異なるように調節してもよい。さらに各開口部42の配列は限定されず、例えば内筒4の周壁部にランダムに配置してもよいし、内筒4の軸方向と円周方向とに向かって格子状に配列させてもよい。尚、図1では図示の都合上、内筒4の上流側における周壁部の一部領域のみにおいて複数の開口部42を図示しているが、実際には内筒4の全体にわたり、複数の開口部42が形成されている。また、図1では、内筒4の端部40寄りの部分を外観形状で図示している。
内筒4は直管状のものに限定されず、曲管状のものであってもよい。また特許文献1に開示されているように、内筒4の周壁部を内筒4の内方に部分的に凹ませて凹み部を形成してもよい。このような構成とすることで、排気経路G2を流れる排気ガスを内筒4の凹み部に当て、凹み部の開口部42を介して吸音材6の内部に排気ガスを導いて、吸音材6による消音効果をさらに増大できる。
整流部材8は、内筒4の内部における1以上の領域において、排気経路G2を流れる排気ガスを整流するために配される。このため整流部材8は、排気経路G2に臨むように内筒4の内部を径方向に横断するように配され、且つ、内筒4の軸方向に向かって螺旋状に配されている。具体的に整流部材8は、排気経路G2の下流側の領域に臨むように、内筒4の周壁部に対し、内筒4の軸方向に間隔をおいて連結された複数のピン80により構成される。具体的に整流部材8は、図1及び図2に示すように、複数のピン80を内筒4の内部を径方向に横断するように配向させ、且つ、図3に示すように、隣接するピン80が所定角度をおいて内筒4の軸芯周りに互いにずれた位置に配置されている。これにより整流部材8は、全体的には内筒4の軸方向に向かって螺旋状に形成された長尺状に構成されている。一方、内筒4の径方向では、整流部材8は一本のピン80の直径分の厚みしか有さないように構成される。これにより、内筒4の内部に整流部材8を配置しても、排気経路G2の断面積が整流部材8の占有面積によって減少しにくいように図られている。尚、図2では図示の都合上、内筒4を断面形状で示し、整流部材8を外観形状で示している。
ピン80は、一例として円形断面を有する軸体であり、その一方の端部80aと他方の端部80bとの少なくとも一方が内筒4の周壁部と連結されている。ピン80の直径Dと、隣接する2本のピン80間のピッチPはいずれも適宜調節可能であるが、例えばいずれも数ミリ程度に設定できる。一例として、ピン80の直径Dは5mm、隣接する2本のピン80間のピッチPは7mmにできる。ピン80の直径Dの値が小さいと、排気経路G2を広く確保できるため望ましい。尚、ピン80は一例として円形断面を有する軸体としたが、ピン80の形状は円形断面を有する形状に限定されない。例えばピン80の形状は、矩形断面を有する角柱体や、多角形断面を有する多角柱体でもよい。また、ピン80の端部80a、80bが内筒4の周壁部と連結されている必要はなく、このうちいずれかの端部が排気経路Gに臨むように配置されていてもよい。ピン80の直径は一定に揃える必要はなく、互いのピン80で直径が異なっていてもよい。またピン80は、その軸方向に向かって直径が変化する形状でもよい。具体的には、ピン80を円錐状や多角錐状の軸体として構成できる。
また、整流部材8の螺旋の程度も適宜調節可能であるが、例えば内筒4の軸芯周りの一周分(360°)を整流部材8の螺旋の一周期とするとき、整流部材8の螺旋の周期は、例えば1/2周期以上3/4周期以下の範囲に設定できる。これを言い換えると、図3に示すように内筒4の断面方向から整流部材8を視る際、内筒4の軸方向で整流部材8の一方の端部に位置するピン80と他方の端部に位置するピン80の間の角度が180°以上270°以下の範囲となるように設定できる。
尚、排気ガスの良好な整流作用を得る観点では、整流部材8は内筒4の内部において、少なくとも内筒4の排気経路Gの中央部よりも上流側の位置に配置することが望ましい。具体的には図1に示すように、内筒4の軸方向に向かって排気経路G2の中央部Cよりも上流側の位置に配置すると、排気ガスの整流作用を得る上で好適である。一方、排気ガスを内筒4の開口部42を介して内部空間Sに効率よく導く観点では、整流作用は内筒4の内部において、内筒4の軸方向で排気経路G2の幅広い領域と重なるように配置することが望ましい。具体的には図1に示すように、内筒4の軸方向に向かって排気経路G2の中央部Cと重なる位置、または中央部Cよりも上流側の位置に整流部材8を配置すると、排気経路G2を流れる排気ガスを比較的早い段階で内部空間Sに効率よく導き、吸音材6と接触させる機会を増大できるので好適である。よって図2に示すように、整流部材8の長さLは、一例として、整流部材8が内筒4の軸方向に向かった排気経路G2の軸方向の中央部Cと重なり、且つ中央部Cよりも下流側に一定の長さにわたり延びるように調節できる。具体的に整流部材8の長さLは、例えば内筒4の軸方向長さの1/3以上1/2以下の範囲で設定できる。或いは整流部材8は、内筒4の内部の全体に亘って配設してもよい。この場合、排気経路G2の全域にわたって排気ガスを整流することができ、且つ、内筒4の全域にわたって開口部42を介して排気ガスを吸音材6の内部に効率よく導くことができる。
エンドコーン9は内部にテールパイプ90を有し、内筒4の下流側端部41にテールパイプ90が接続されるように、プレート部材7b及び外筒5に固定されている。テールパイプ90は内部に排気経路G3を有し、内筒4の排気経路G2と連続している。テールパイプ90は曲管状であり、排気経路G3における下流側の開口が所定方向に配向するように図られている。
以上の構成を有する排気装置1によれば、車両のエンジンの運転に伴って、エンジンから排気ガスが排気されると、排気ガスは排気パイプ2内の排気経路G1を流れ、内筒4の排気経路G2を流れる。その後、排気ガスはテールパイプ90の排気経路G3を流通し、外部に排気される。
ここで排気装置1では、内筒4の排気経路G2を流れる排気ガスを整流するための整流部材8が、排気経路G2に臨むように、内筒4の軸方向に向かって螺旋状に配されている。従って、内筒4の排気経路G2を排気ガスが流れる際、排気ガスは整流部材8によって内筒4の軸芯周りを螺旋状に回転し、渦を巻くように整流されながら排気経路G1の下流側に向かって流れる。排気ガスには慣性力が作用するため、内筒4から外部に排出された後の排気ガスが螺旋状に回転しながら排出される。このとき排気装置1では、内筒4の内部において、排気経路G2を流れる排気ガスを整流部材8の各ピン80の側部に当てることにより、内筒4の各開口部42を介して排気ガスを外筒5と内筒4との間に存在する内部空間Sに効率よく導ける。排気装置1では、内部空間Sに吸音材6が充填されているので、この吸音材6の内部に効率よく排気ガスを導き、排気音を良好に減衰できる。これにより排気経路G2の下流側に向かって真っ直ぐ流れる排気ガスでも吸音材6に効率よく導けるため、結果として吸音材6による優れた消音効果を期待できる。また、隣接する各ピン80の間隙を排気ガスが流れる際には、狭い間隙を流れた後に排気ガスが急激に膨張するため、これによっても良好な消音効果を期待できる。
また排気装置1は、外筒5の内部に内部空間Sをおいて内筒4を収容し、内筒4の排気経路G2に内筒4の軸方向に沿って螺旋状の整流部材8を配置してなる、比較的簡単な構成を有する。従って製造時には、排気装置1を比較的容易に製造できる。
さらに整流部材8は、内筒4の径断面方向における厚みがピン80の一本分の直径しかない。このため図3に示したように、内筒4の径断面方向において、排気経路G2の断面積に占める整流部材8の占有面積の割合が相当に抑制されている。従って、内筒4の内部に整流部材8を配設しても、排気経路G2における排気ガスの流れが損なわれにくく、排気効率を良好に維持することが可能である。
結果として第1実施形態によれば、比較的簡単な構成でありながら、排気ガスの良好な排気効率を維持しつつ、優れた消音効果を期待することが可能な排気装置1を提供することが可能である。
以下、本発明のその他の実施形態について、第1実施形態との差異を中心に説明する。
<第2実施形態>
図4の部分断面図に、第2実施形態に係る排気装置1Aの構成を示す。排気装置1Aでは図4に示すように、内筒4の内部において、内筒4の軸方向に向かって排気経路G2の異なる領域に整流部材8を配置している。具体的には、内筒4の軸方向に向かった排気経路G2の中央部Cよりも上流側の領域と、中央部Cよりも下流側の領域との2カ所に整流部材8を配置している。図4では整流部材8を外観形状で示している。
このような構成によれば、内筒4の内部に異なる位置に配置した2つの整流部材8を用いることで、排気経路G2を流れる排気ガスを一層良好に螺旋状に回転させて整流でき、排気音の消音効果がさらに良好に得られる。また、排気経路G2の上流側において排気ガスを早い段階で整流部材8に当て、内部空間Sに配された吸音材6を有効に活用し、吸音材6の内部に排気ガスを効率よく導くことで排気音を減衰できる。このため、優れた排気音の消音効果が得られる。
<第3実施形態>
図5の部分断面図に、第3実施形態に係る排気装置1Bの構成を示す。排気装置1Bで用いる整流部材8は板状部材を螺旋状に加工してなり、平滑な表面を有する。排気装置1Bではこのような構成の整流部材8Bを用い、これを内筒4の内部に排気経路G2に臨むように配置し、内筒4に固定している。図5では整流部材8Bを外観形状で示している。
このような構成によれば、表面が平滑な整流部材8Bを用いたことにより、排気経路G2を流れる排気ガスを整流部材8Bに沿ってスムーズに螺旋状に回転させて整流できるので、第1実施形態と同様に高い消音効果の発揮を期待できる。また、整流部材8Bの広い面積を利用して、排気ガスを整流部材8Bの表面に当て、各開口部42を通じて内部空間Sの吸音材6の内部に効率よく導くことができるため、吸音材6における排気音の高い消音効果をも期待可能である。
<第4実施形態>
図6の部分断面図に、第4実施形態に係る排気装置1Cの構成を示す。排気装置1Cでは、表面に多数の開口部81を有する板状部材を螺旋状に加工してなる整流部材8Cを用い、これを内筒4の内部に排気経路G2に臨むように配置し、内筒4に固定している。整流部材8Cの材料としては、例えばステンレス鋼板を用いたパンチング部材を利用できる。図6では整流部材8Cを外観形状で示している。
このような構成によれば、全体として板状の整流部材8Cを用いたことにより、排気経路G2を流れる排気ガスを整流部材8Cに沿ってスムーズに螺旋状に回転させて整流できるので、第3実施形態と同様に高い消音効果の発揮を期待できる。また整流部材8Cの広い表面を利用して、排気ガスを整流部材8Bの表面に当て、各開口部42を通じて内部空間Sの吸音材6の内部に効率よく導くことで、吸音材6における排気音の高い消音効果を期待できる。さらに整流部材8Cでは、多数の開口部81を介し、排気経路G2を流れる排気ガスを整流部材8Cの両面間にわたって流せるので、整流部材8Cの厚み方向に向かって排気ガスを流し、内筒4の開口部42を介してさらに豊富に吸音材6の内部に導く効果を期待できる。
<第5実施形態>
図7の部分断面図に、第5実施形態に係る排気装置1Dの構成を示す。排気装置1Dは、いわゆる多段膨張式の構成であって、装置本体3Aにおける外筒5Aの内部をその軸方向に区画する2つの壁部W1、W2を有し、これにより装置本体3Aの前方から後方に向かって複数の内部空間S1〜S3が順次区画されている。
また、排気装置1Dは装置本体3Aの内部に配された複数の内筒4A〜4Dを有する。内筒4Aは一端が排気パイプ2に接続され、他端が内部空間S1に開放されている。内筒4Bはその周壁部において壁部W1、W2に担持され、一端が内部空間S1に開放され、他端が内部空間S3に開放されている。また内筒4Cはその周壁部において壁部W2に担持され、一端が内部空間S2、他端が内部空間S3に開放されている。さらに内筒4Dは装置本体3Aにおける排気経路の最も下流側に位置する内筒であって、一端が内部空間S2に開放され、他端がテールパイプ90に接続されている。内筒4A〜4Dは、内部に排気経路G2a〜G2dを順に有する。装置本体3Aの内部では、このように内筒4A〜4Dと内部空間S1〜S3とを所定の位置に配置することで、装置本体3Aの全長に比べて排気経路の全長が長くなるように図られている。ここで内筒4Dの内部には、第1実施形態の整流部材8と同じ構造を有する整流部材8Dが配置されている。図7では整流部材8Dを外観形状で示している。
以上の構成を有する排気装置1Dによれば、排気パイプ2側から排気経路G2aを流れた排気ガスが内部空間S1において急激に膨張することにより、排気音の消音効果が得られる。同様に、内部空間S1から排気経路G2bに入り込んで流れた排気ガスが内部空間S3において急激に膨張し、一層の排気音の消音効果が得られる。さらに内部空間S3から排気経路G2cに入り込んで流れた排気経路が内部空間S2において急激に膨張し、より一層の排気音の消音効果が得られる。
ここで、内部空間S2から排気経路G2dに入り込んだ排気ガスは、最終的に整流部材8Dによって螺旋状に回転しながら整流され、テールパイプ90の排気経路G3を介して外部に排出される。従って、排気ガスは第1実施形態と同様に螺旋状に回転しながら外部に排出されるため、良好な排気音の消音効果が発揮される。
また、整流部材8Dを配設しても内筒4Dの径方向断面において排気経路G2dの排気効率良好に維持されているため、排気装置1Dの全体における排気効率も良好に維持可能である。
<その他の事項>
本発明の排気装置は、自動二輪車に限定されず、三輪車や四輪車等、各種の車両の他、船舶、航空機等に搭載して利用可能である。さらに設置型や携帯型のエンジンに適用することも可能である。
本発明の整流部材の形状において言及する「螺旋状」とは、数学的に厳密に定義された螺旋形状のみを指すのではなく、若干の歪を持った螺旋形状も指すものとする。従って、例えば第1及び第2実施形態において、整流部材8を構成する複数のピン80はいずれも直線状の軸体である場合に限定されず、少なくともいずれかのピン80が若干屈曲していてもよい。或いは内筒4をその軸方向から見た場合において、内筒4に配設されたピン80同士の間の角度が一定ではなく、若干ばらついていてもよい。言い換えると、整流部材8におけるピン80のピッチPは一定に限定されず、ある領域ごとにばらついていてもよいし、ランダムであってもよい。
以上のように本発明に係る排気装置は、比較的簡単な構成でありながら、排気ガスの良好な排気効率を維持しつつ、優れた消音効果を期待できる優れた効果を奏する。従って本発明に係る排気装置は、この効果の意義を発揮できる排気装置として広く適用すると有益である。
G1〜G3、G2a〜G2d 排気経路
S、S1〜S3 内部空間
1、1A〜1D 排気装置
2 排気パイプ
3、3A 装置本体
4、4A〜4D 内筒
42 開口部
5、5A 外筒
6 吸音材
8、8A〜8D 整流部材
80 ピン

Claims (7)

  1. 内部に排気経路を有し且つ周壁部に前記排気経路と連通する複数の開口部が形成された内筒と、
    前記内筒の外周との間に内部空間を形成しつつ、前記内筒を収容する外筒と、
    前記内筒の内部における1以上の領域において、前記排気経路に臨むように前記内筒の軸方向に向かって螺旋状に配された、前記排気経路を流れる排気ガスを整流するための整流部材とを備え
    前記整流部材が、前記内筒の前記軸方向に間隔をおいて螺旋状に配置されながら前記排気ガスと接触して前記排気ガスを整流する複数のピンにより構成されている、排気装置。
  2. 前記整流部材は、少なくとも前記内筒の前記排気経路の中央部よりも下流側の位置に配されている、請求項1に記載の排気装置。
  3. 前記整流部材は、前記内筒の内部を径方向に横断するように配されている、請求項1または2に記載の排気装置。
  4. 内部に排気経路を有し且つ周壁部に前記排気経路と連通する複数の開口部が形成された内筒と、
    前記内筒の外周との間に内部空間を形成しつつ、前記内筒を収容する外筒と、
    前記内筒の内部における1以上の領域において、前記排気経路に臨むように前記内筒の軸方向に向かって螺旋状に配された、前記排気経路を流れる排気ガスを整流するための整流部材とを備え、
    前記整流部材は、前記内筒の前記周壁部に対し、前記内筒の軸方向に間隔をおいて連結された複数のピンにより構成されている、排気装置。
  5. 複数の前記ピンは、前記内筒の軸方向から見た際、前記内筒の軸芯周りに互いにずれた位置に配置されている、請求項4に記載の排気装置。
  6. 複数の前記ピンは円形断面を有する、請求項4または5に記載の排気装置。
  7. 前記内部空間に配置された吸音材をさらに備える、請求項1〜6のいずれか1項に記載の排気装置。
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