JP6373062B2 - 内燃機関用消音装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気管に設けられる内燃機関用消音装置に関する。

一般に、内燃機関用消音装置は、シェル内にインレットパイプとアウトレットパイプとを備えて構成されている。この種の消音装置において、十分な消音特性を確保するためには、アウトレットパイプの長さを十分に確保する必要がある。その一方で、アウトレットパイプを長大化させた場合、これに伴い、シェルが長大化する等、消音装置の大型化を招く虞がある。

これに対処し、シェルを長大化させることなく、アウトレットパイプの長さを十分に確保するための技術として、例えば、特許文献１には、アウトレットパイプをＵ字状、その他の形状に湾曲させた状態でシェル内に配置する技術が開示されている。

特開２００２−９７９２２号公報

しかしながら、アウトレットパイプを長大化させた場合、排気系の通路抵抗が増大し、内燃機関の高出力化の妨げとなる等の新たな問題が発生する虞がある。

また、この種の消音装置において、消音特性の更なる向上を実現するためには、所定のエンジン回転数領域で発生する高周波振動の共振等についても十分な対策を行う必要がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成により、内燃機関の高出力化と消音特性の向上とを実現することができる内燃機関用消音装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による内燃機関用消音装置は、シェルと、前記シェルの内部に排気ガスを導入するインレットパイプと、前記シェルの内部から外部に排気ガスを導出するアウトレットパイプと、を備えた内燃機関用消音装置において、前記シェルの内部において前記アウトレットパイプに設けられたサイレンサ部と、前記シェルの内部において、前記アウトレットパイプの中途の外周部であって且つ所定の高周波振動の共振を防止可能な位置に固設され、当該アウトレットパイプとの間に保持空間を形成する保持部材と、前記保持空間に前記アウトレットパイプの内部を連通する第１の連通孔と、前記保持空間を前記シェルの内部に連通する第２の連通孔と、前記保持空間に保持された消音材と、を備えたものである。

本発明の内燃機関用消音装置によれば、簡単な構成により、内燃機関の高出力化と消音特性の向上とを実現することができる。

本発明の第１の実施形態に係わり、シェルの一部を破砕して示す消音装置の側面図 同上、図１のII−II断面図 同上、アウトレットパイプの要部断面図 同上、第１の変形例に係わり、キャップの斜視図 同上、アウトレットパイプの要部断面図 同上、第２の変形例に係わり、板部材の斜視図 同上、アウトレットパイプの要部断面図 本発明の第２の実施形態に係わり、シェルの一部を破砕して示す消音装置の側面図 同上、変形例に係わり、シェルの一部を破砕して示す消音装置の側面図

以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の第１の実施形態に係わり、図１はシェルの一部を破砕して示す消音装置の側面図、図２は図１のII−II断面図、図３はアウトレットパイプの要部断面図である。なお、以下の説明において、各部の前後左右方向、及び、上下方向等に関しては、特に説明する場合を除き、図示しない車体に取り付けられた状態を基準に定義されるものとする。

図１に示す内燃機関用消音装置１は、シェル５と、シェル５の内部に排気ガスを導入するインレットパイプ６と、シェル５の内部から外部に排気ガスを導出するアウトレットパイプ７と、を有して構成されている。

シェル５は、例えば、周壁１０と、一対の端板１１，１２と、隔壁１３と、が接合された金属性の部材によって構成されている。

例えば、図１，２示すように、周壁１０は、略一様な断面形状をなすストレートな筒体によって構成され、軸線が略前後方向に指向し且つ略水平方向に指向するよう配置されている。図２に示す例では、周壁１０の断面形状は、例えば、略直角三角形状に形成されているが、他の形状、例えば、楕円形、円形、その他の形状であっても良い。この周壁１０は、例えば、略直角の角部と、１つの鋭角の角部とが略同一高さに位置し、これらの角部よりも上方に残り１つの鋭角の角部が位置するよう配置されている。

図１に示すように、周壁１０の前側の開口部は端板１１によって閉塞され、後側の開口部は端板１２によって閉塞されている。これにより、シェル５の内部に密閉空間が形成されている。また、周壁１０内の軸方向の中途部には、隔壁１３が固設されている。この隔壁１３によってシェル５内の密閉空間が、後側の第１室１５と、前側の第２室１６とに区画されている。ここで、例えば、図２に示すように、隔壁１３には、第１室１５と第２室１６とを連通するための複数の連通孔１３ａが穿設されている。

図１に示すように、シェル５内には、インレットパイプ６が収容されている。このインレットパイプ６は、例えば、略全域にわたって一定の直径を有する円筒状のストレート管によって構成され、略水平な状態でシェル５内に配置されている。第２室１６側において、インレットパイプ６の上流端はシェル５の前側の端板１１を気密に貫通し、これにより、インレットパイプ６の上流側開口部がシェル５の外部に露呈されている。なお、シェル５の外部において、インレットパイプ６の上流側開口部には、図示しない内燃機関の排気管が連通されている。

一方、インレットパイプ６の下流側の周壁部には、複数のサイド孔６ａが貫通形成されている。このインレットパイプ６の下流側は隔壁１３を貫通して第１室１５内に延設され、各サイド孔６ａが第１室１５内に臨まされている。

図１，２に示すように、シェル５内には、アウトレットパイプ７が収容されている。このアウトレットパイプ７は、例えば、上流側から順に、第１のストレート管部２０と、第２の湾曲管部２１と、第２のストレート管部２２と、第２の湾曲管部２３と、第３のストレート管部２４とが連設された一連のパイプによって構成されている。

第１のストレート管部２０は、例えば、インレットパイプ６よりも下方において、略水平な状態で配置されている。この第１のストレート管部２０の上流端部には上流側に向けて拡開するテーパ部２０ａが形成され、このテーパ部２０ａの上流側開口部が第２室１６内に臨まされている。一方、第１のストレート管部２０の下流側は隔壁１３を貫通して第１室１５内に延出され、第１の湾曲管部２１の上流側に連通されている。

また、第１の湾曲管部２１の下流側は、例えば、第１室１５内の上方に向けて略Ｕ字状に湾曲され、第２のストレート管部２２の上流側に連通されている。

また、第２のストレート管部２２は、例えば、インレットパイプ６よりも上方において、略水平な状態で配置されている。この第２のストレート管部２２の下流側は隔壁１３を貫通して第２室１６内に延出され、第２の湾曲管部２３の上流側に連通されている。

また、第２の湾曲管部２３の下流側は、例えば、第２室１６内の下方に向けて略Ｕ字状に湾曲され、第３のストレート管部２４の上流側に連通されている。

また、第３のストレート管部２４は、例えば、インレットパイプ６よりも下方であって、且つ、第１のストレート管部２０と略同一の高さ位置において、略水平な状態で配置されている。この第３のストレート管部２４の下流側は隔壁１３を貫通して第１室１５内に延出されている。第１室１５内において、第３のストレート管部２４の中途には、例えば、周知のストレート排気式のサイレンサ部２４ａが形成されている。さらに、第３のストレート管部２４の下流端は、シェル５の後側の端板１２を液密に貫通している。これにより、アウトレットパイプ７（第３のストレート管部２４）の下流側開口部が、シェル５の外部に露呈されている。

このようにシェル５内に配置されたアウトレットパイプ７の外周部には、例えば、短尺な略円筒形状をなす保持部材としてのキャップ３０が固設されている。具体的には、本実施形態のキャップ３０は、基端側にフランジ部３０ａを備えた断面略ハット形状をなし、このフランジ部がアウトレットパイプ７の外周部に溶接されることによって保持されている。そして、このように保持されることにより、キャップ３０は、アウトレットパイプ７との間に保持空間３０ｓを形成する。

また、例えば、図３に示すように、アウトレットパイプ７の周壁部には、キャップ３０に対応する位置に、当該アウトレットパイプ７の内部をキャップ３０の保持空間３０ｓに連通するための第１の連通孔３１が設けられている。また、例えば、キャップ３０の突端部には当該キャップ３０の保持空間３０ｓを外部（すなわち、シェル５の内部）に連通するための第２の連通孔３２が設けられている。そして、これら、第１，第２の連通孔３１，３２を介して、アウトレットパイプ７の中途の内部が、シェル５の内部に連通されている。さらに、キャップ３０の保持空間３０ｓ内には、消音材３３が保持されている。この消音材３３は、耐熱性及び耐腐食性を有する材質で構成されていることが望ましく、例えば、グラスウールやステンレス製の金属ウール、或いは、ステンレス製の金属メッシュ等が好適に採用されている。

ここで、第１の連通孔３１の穿設位置は、例えば、実験やシミュレーション等に基づいて設定されるものである。具体的には、第１の連通孔３１の穿設位置は、所定のエンジン回転数領域で発生する高周波振動の波長等に基づいて設定されるものであり、当該高周波振動の共振を防止することが可能な位置に設定されている。換言すれば、キャップ３０は、アウトレットパイプ７の外周部において、当該アウトレットパイプ７の共振を防止可能な位置に穿設された第１の連通孔３１を覆う位置に固設されている。

このような構成において、内燃機関から排出された排気ガスは、インレットパイプ６内を流通した後、複数のサイド孔６ａから第１室１５内に導入される。このとき、サイド孔６ａを介して第１室１５内に導入される排気ガスは、急激に膨張され、これにより、音の圧力波が減衰される。

その後、第１室１５内に導入された排気ガスは、隔壁１３の連通孔１３ａを介して第２室１６内に導入される。第２室１６内に導入された排気ガスは、主として、第１のストレート管部２０のテーパ部２０ａを介してアウトレットパイプ７内に導入される。そして、アウトレットパイプ７内を排気ガスが流通する過程において（すなわち、第１のストレート管部２０、第１の湾曲管部２１、第２のストレート管部２２、第２の湾曲管部２３、及び、第３のストレート管部２４内を排気ガスが順次流通する過程において）音の圧力波が減衰され、さらに、サイレンサ部２４ａにおいて音の圧力波がより減衰される。

また、アウトレットパイプ７の中途に第１の連通孔３１が設けられていることにより、所定のエンジン回転数領域で高周波振動が発生した場合にも、当該高周波振動の共振が第１の連通孔３１において遮断されて好適に抑制される。この場合において、例えば、図３に示すように、第１の連通孔３１が第２の湾曲管部２３のような湾曲した経路に設けられている場合には、特に、アウトレットパイプ７内の排気ガスが第１の連通孔３１を横切る際の風切り音の発生が懸念されるが、このような風切り音は、キャップ３０に保持された消音材３３によって好適に吸収される。

加えて、キャップ３０に第２の連通孔３２を設け、第１，第２の連通孔３１，３２を介してアウトレットパイプ７の中途を第２室１６内に連通することにより、第２室１６内に導入された排気ガスの一部が、テーパ部２０ａを経ることなく（すなわち、テーパ部２０ａをショートカットして）、アウトレットパイプ７の中途に直接的に導入される。そして、このように排気ガスの一部をショートカットさせてアウトレットパイプ７内に流入させることにより、アウトレットパイプ７の管路長を長く設定した場合にも、排気系の通路抵抗の増大が抑制される。加えて、キャップ３０の保持空間３０ｓ内に消音材を保持することにより、排気ガスが第２，第１の連通孔３２，３１を通過する際の風切り音についても好適に消音することができる。

このように、本実施形態による消音装置１は、シェル５の内部においてアウトレットパイプ７の外周部に固設されて当該アウトレットパイプ７との間に保持空間３０ｓを形成するキャップ３０と、保持空間３０ｓにアウトレットパイプ７の内部を連通する第１の連通孔３１と、保持空間３０ｓをシェル５の内部に連通する第２の連通孔３２と、保持空間３０ｓに保持された消音材３３と、を有することにより、内燃機関の高出力化と、消音特性の向上とを両立して実現することができる。

ここで、本実施形態において適用が可能な保持部材としては、上述のような断面略ハット形状のキャップ以外にも、種々の形態のものを採用することが可能である。

例えば、図４，５に示すように、平板状の金属板にプレス加工等を施すことにより、頂部に第２の連通孔３２が開口する山状の膨出部４０ａを形成したキャップ４０を保持部材として採用することも可能である。そして、このキャップ４０をアウトレットパイプ７の外周部に固設し、このキャップ４０の膨出部４０ａとアウトレットパイプ７との間に形成された保持空間４０ｓ内に消音材３３を保持することにより、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。この場合、特に、膨出部４０ａをなだらかな山状に形成すれば、保持空間４０ｓの容積を確保しつつ、アウトレットパイプ７に対する突出量を抑制することができる。

また、例えば、図６，７に示すように、平板状の金属板にプレス加工等を施すことにより、中央部に第２の連通孔３２を開口するとともに、アウトレットパイプ７の外周部に倣って全体を所定に湾曲させた板部材４１を保持部材として採用することも可能である。そして、この板部材４１を、溶接部４２を介して所定間隔隔てた状態にてアウトレットパイプ７に固設し、この板部材４１とアウトレットパイプ７との間に形成された保持空間４１ｓ内に消音材３３を保持することにより、上述の実施形態と同様の効果を奏することができる。この場合、特に、アウトレットパイプ７に対する突出量をより抑制しつつ、簡素な構成により消音材３３を保持することができる。

次に、図８は、本発明の第２の実施形態に係わり、シェルの一部を破砕して示す消音装置の側面図である。なお、本実施形態において、上述の第１の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。なお、本実施形態は、内燃機関の冷態時等にシェル５内に発生する凝縮水を排出するための機構をアウトレットパイプ７に追加した点が上述の第１の実施形態に対して主として異なる。その他、上述の第１の実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。

図８に示すように、本実施形態のアウトレットパイプ７において、第３のストレート管部２４の底面側には、下方に延在する排水パイプ３５が設けられている。具体的には、本実施形態の排水パイプ３５は、基端側にフランジ部３５ａを有し、このフランジ部３５ａがアウトレットパイプ７（第３のストレート管部２４）の外周部に溶接されることによって保持されている。

また、アウトレットパイプ７の周壁部には、排水パイプ３５に対応する位置に、当該アウトレットパイプ７の内部を排水パイプ３５の内部に連通するための連通孔３６が設けられている。

これにより、排水パイプ３５の先端部は、シェル５内に貯留された凝縮水をアウトレットパイプ７の内部に導く吸込口３７として機能する。すなわち、アウトレットパイプ７内に排気ガスが流通されると、この排気ガスの流通によって排水パイプ３５内に負圧が発生する。そして、この負圧により、冷態時等にシェル５の底部に貯留された凝縮水は、吸込口３７を介してアウトレットパイプ７内に導入された後、第３のストレート管部２４を介して外部に排出される。ここで、このような凝縮水の排水機構はアウトレットパイプ７の中途に連通孔３６を有するが、このような連通孔３６は、ストレート状の管部（例えば、第３のストレート管部２４）に設けられているため、第１，第２の湾曲管部２１，２３等に設けられる場合に比べ、風切り音の発生が抑制される。

なお、図８に示す例では、排水パイプ３５の先端部が吸込口３７として設定されているが、例えば、シェル５の底部に対して第３のストレート管部２４が十分に低い位置に配置されている場合には、排水パイプ３５を省略し、連通孔３６をそのまま吸込口として機能させることも可能である。さらに、風切り音等の影響が低い場合には、吸込口を第２の湾曲管部２３の下面側に設けることも可能である。

このような排水機構が設けられた本実施形態のアウトレットパイプ７上において、図８に示すように、キャップ３０は、排水パイプ３５よりも上流側（すなわち、吸込口３７よりも上流側）に配置されている。より具体的には、本実施形態のキャップ３０は、第３のストレート管部２４よりも上流側に位置する第２の湾曲管部２３に配置され、且つ、キャップ３０の下端に開口する第２の連通孔３２が吸込口３７よりも高い位置に設定されている。

このような実施形態によれば、シェル５内に貯留された凝縮水をアウトレットパイプ７の内部に導く吸込口３７を設けたことにより、アウトレットパイプ７を上下方向に湾曲させて管路長を確保した場合にも、凝縮水を的確に排出することが可能となる。

その際、アウトレットパイプ７上において、キャップ３０を吸込口３７よりも上流側に配置することにより、アウトレットパイプ７内に導入された凝縮水が第１の連通孔３１内に流入する等の不具合を的確に防止することができる。

ここで、図９に示すように、例えば、設計上の要請からアウトレットパイプ７内をキャップ３０内に連通する第１の連通孔３１が第３のストレート管部２４に配置される場合等には、キャップ３０を第３のストレート管部２４の底面側に設けることにより、当該キャップ３０を排水パイプと兼用し、さらに、このキャップ３０に設けられた第２の連通孔３２を凝縮水の吸込口として兼用することも可能である。

このように構成すれば、内燃機関の冷態時等のようにシェル５内に凝縮水が発生する運転状態においてはキャップ３０（及び、第１，第２の連通孔３１，３２）を凝縮水の排出機構として機能させ、凝縮水の排出後は、キャップ３０（及び、第１，第２の連通孔３１，３２）に、高周波振動の共振抑制、及び、排気ガスのショートカットを行うための機構として機能させることが可能である。

なお、本発明は、以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲内である。

１ … 内燃機関用消音装置
５ … シェル
６ … インレットパイプ
６ａ … サイド孔
７ … アウトレットパイプ
１０ … 周壁
１１ … 端板
１２ … 端板
１３ … 隔壁
１３ａ … 連通孔
１５ … 第１の室
１６ … 第２の室
２０ … 第１のストレート管部
２０ａ … テーパ部
２１ … 第１の湾曲管部
２２ … 第２のストレート管部
２３ … 第２の湾曲管部
２４ … 第３のストレート管部
２４ａ … サイレンサ部
３０ … キャップ（保持部材）
３０ａ … フランジ部
３０ｓ … 保持空間
３１ … 第１の連通孔
３２ … 第２の連通孔
３３ … 消音材
３５ … 排水パイプ
３５ａ … フランジ部
３６ … 連通孔
３７ … 吸込口
４０ … キャップ（保持部材）
４０ａ … 膨出部
４０ｓ … 保持空間
４１ … 板部材（保持部材）
４１ｓ … 保持空間
４１ … 溶接部

Claims (7)

1. シェルと、前記シェルの内部に排気ガスを導入するインレットパイプと、前記シェルの内部から外部に排気ガスを導出するアウトレットパイプと、を備えた内燃機関用消音装置において、
   前記シェルの内部において前記アウトレットパイプに設けられたサイレンサ部と、
   前記シェルの内部において、前記アウトレットパイプの中途の外周部であって且つ所定の高周波振動の共振を防止可能な位置に固設され、当該アウトレットパイプとの間に保持空間を形成する保持部材と、
   前記保持空間に前記アウトレットパイプの内部を連通する第１の連通孔と、
   前記保持空間を前記シェルの内部に連通する第２の連通孔と、
   前記保持空間に保持された消音材と、を備えたことを特徴とする内燃機関用消音装置。
2. 前記アウトレットパイプに連通されて当該アウトレットパイプを流通する排気ガスの負圧によって前記シェル内に貯留された凝縮水を前記アウトレットパイプの内部に導く吸込口を備え、
   前記保持部材は、車体に取り付けられた状態において前記吸込口よりも上方に位置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用消音装置。
3. 前記保持部材は、前記アウトレットパイプ上において、前記吸込口よりも上流側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関用消音装置。
4. 前記第２の連通孔は、前記アウトレットパイプを流通する排気ガスの負圧によって前記シェル内に貯留された凝縮水を前記アウトレットパイプの内部に導く吸込口を兼用することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用消音装置。
5. 前記アウトレットパイプは、下流側が下方に向けて湾曲する湾曲部と、前記湾曲部の前記下流側に上流側が連通されて略水平方向に延在するストレート管部を下流側に有し、
   前記吸込口は、前記湾曲部から前記ストレート管部のいずれかの下面側において前記アウトレットパイプの内部に連通することを特徴とする請求項２乃至請求項４の何れか１項に記載の内燃機関用消音装置。
6. 前記消音材は、耐熱性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載の内燃機関用消音装置。
7. 前記消音材は、耐腐食性を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか１項に記載の内燃機関用消音装置。

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