JP6557712B2 - 消音器 - Google Patents

Description

本発明は、消音器に関する。

特許文献１には、図７に示すように、消音器本体としての薄鋼板製のシェル１と、シェル１内を膨張室や共鳴室に区画する複数のセパレータ２と、排気ガスをシェル１内に導くインレットパイプ３と、排気ガスをシェル１外へ排出するアウトレットパイプ４と、を備える消音器５が開示されている。

このような消音器５において、インレットパイプ３から排出された高温の排気ガスは、シェル１の内壁に直接あたるため、排気ガスがあたった部位は高温になり、シェル１の外壁（表面）が変色することがある（以下、このような変色を局部焼けということがある）。このようなシェル１の変色は、色むらとなって消音器５の美観を損ねることから、特許文献１の消音器５には、シェル１の変色（局部焼け）により消音器５の見栄えが悪くなるという課題があった。

そこで、シェルの変色を回避可能な消音器が種々提案されている。例えば、特許文献２には、図８に示すように、インレットパイプ６の下流端をアウトレットパイプ７の外周面へ向けて屈曲させた消音器８が開示されている。インレットパイプ６から排出された排気ガスは、シェル９に直接あたらずアウトレットパイプ７の外周面にあたるので、焼けむらによるシェル９の変色を防ぐことができると記載されている。

また、上記の課題に関連して、特許文献３には、インレットパイプの下流端をキャップで閉塞する技術が開示されている。排気ガスは、インレットパイプの周側面に設けられたパンチング孔から、共鳴室へ導入される。

特開２００７−１６７５３号公報 特許第４５５３３２０号公報 特開２０１４−１４１９２７号公報

ところで、特許文献２の消音器８では、下流端を屈曲させたインレットパイプ６、すなわち、全長の長いインレットパイプ６を使用する必要がある。このため、インレットパイプ６全体の重量が増加し、製造コストが上昇するという点で課題があった。

本発明は、このような課題及び技術に鑑みてなされたものであり、小型化・軽量化・低コスト化を図りつつ、シェルの変色（局部焼け）を確実に防止することが可能な消音器を提供することを目的とする。

本発明は、エンジンに排気管を介して接続される消音器であって、消音器本体部としてのシェルと、前記エンジンからの排気ガスを前記シェル内に導くインレットパイプと、前記排気ガスを前記シェル外へ排出するアウトレットパイプと、前記インレットパイプの下流側開口端部に取り付けられ、前記排気ガスの吹き出し方向を規制するキャップと、を備え、前記キャップには、前記排気ガスを通過させて該排気ガスの吹き出し方向を整える開口部が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、インレットパイプの下流側端部にキャップを取り付ける際、キャップの開口部を所望の方向へ向けて取り付けることで、シェルの形状やインレットパイプの配置に応じて排気ガスの吹き出し方向を整えることができる。このため、下流端を湾曲させた全長の長いインレットパイプを使用する必要がないので、下流端を湾曲させた上述の従来技術と比較して小型化・軽量化・低コスト化を図りつつ、シェルの変色（局部焼け）を確実に防止することができる。

上記の発明において、前記キャップは、前記インレットパイプの下流側開口端部に取り付けられて、前記インレットパイプの軸線方向下流側へ延在する側壁部と、前記側壁部の下流側端部において前記インレットパイプの下流側開口端部から吹き出す排気ガスの流れを遮る底壁部と、を有し、前記開口部は、前記側壁部に設けられることが好ましい。

このような構成によれば、インレットパイプの下流側開口端部から吹き出す排気ガスは、底壁部によって遮られ、側壁部の開口部からシェル内に吹き出すので、インレットパイプの軸線方向下流側から底壁部に向かう方向に位置するシェルの内壁の変色（局部焼け）を確実に防止することができる。

上記の発明において、前記側壁部には、前記インレットパイプの下流側開口端部に向かって拡径するテーパー部が設けられることが好ましい。

このような構成によれば、消音したい排気ガスの排気音の周波数に応じて、インレットパイプの下流側端部を縮径させている場合であっても、キャップをインレットパイプの下流側端部の周側面(テーパー面)に沿って容易に取り付けることができる。

上記の発明において、前記開口部は、該開口部に対向する前記シェルの内壁との距離が最大となる方向を向いていることが好ましい。

このような構成によれば、開口部に対向するシェルの内壁における変色（局部焼け）を確実に防止することができる。

上記の発明において、前記開口部は、前記シェルの最外殻の表面温度が所定値以下となる方向を向いていることが好ましい。

このような構成によれば、シェルの最外殻の表面温度との関係で開口部の方向を設定するため、シェルの最外殻が排気ガスの熱で、変色（局部焼け）することを確実に防止することができる。

本発明によれば、インレットパイプの下流側端部にキャップを取り付ける際、キャップの開口部を所望の方向へ向けて取り付けることで、シェルの形状やインレットパイプの配置に応じて排気ガスの吹き出し方向を整えることができる。このため、上述の従来技術と比較して小型化・軽量化・低コスト化を図りつつ、シェルの変色（局部焼け）を確実に防止することができる。

図１は、実施形態に係る消音器の斜視図である。 図２は、実施形態に係る消音器の内部構造を示す平面図である。 図３は、キャップの斜視図である。 図４Ａは、図２に示すインレットパイプの下流端のＩＶ−ＩＶ線断面図であり、図４Ｂは、比較例としての従来技術に係るインレットパイプの下流端の断面図である。 図５Ａは、図２に示すキャップ及びシェルのＶ−Ｖ線端面図であり、図５Ｂは、比較例としての従来技術に係るキャップ及びシェルの端面図である。 図６は、キャップの変形例を示す端面図である。 図７は、従来技術に係る消音器の断面図である。 図８は、従来技術に係る消音器の断面図である。

以下、本発明に係る消音器について、好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下においては、図１に示す前後・左右・上下の矢印に沿って、説明する。

［１．消音器１０の構成］
図１に示されるように、この消音器１０は、鋼板プレス成型品のアッパシェルハーフ１２とロワシェルハーフ１４とを接合して構成されるシェル１６と、ロワシェルハーフ１４の左前端から斜め前方に突出するインレットパイプ１８と、インレットパイプ１８の先端に溶接された接続フランジ２０と、ロワシェルハーフ１４の右後面から後方に突出するテールパイプ２２と、アッパシェルハーフ１２の左前端に溶接された前部ステー２４と、ブラケット２６（図２参照）を介してアッパシェルハーフ１２及びロワシェルハーフ１４の右後端に溶接された左右一対の後部ステー２８、３０と、を有する。

消音器１０は、前部ステー２４及び後部ステー２８、３０を介して、図示しない自動車の車体の下面に取り付けられる。

図２に示すように、シェル１６の内部には、シェル１６の内部空間を複数の室に区画する第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４と、ロワシェルハーフ１４の左前端からシェル１６の内部に排気ガスを導入するインレットパイプ１８と、シェル１６の内部で複数回屈曲しテールパイプ２２を介して排気ガスを外部へ排出するアウトレットパイプ３６と、が配置される。シェル１６の内部空間は、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４により、前方から順に第１膨張室３８、第２膨張室４０及び共鳴室４２に区画される。

インレットパイプ１８は、ロワシェルハーフ１４の左前端からシェル１６の内部に入り込み、第１膨張室３８内で後方へ向かって屈曲している。屈曲した箇所から下流側のインレットパイプ１８は、後方へ向かってさらに延在し、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４を貫通して、その下流端は共鳴室４２内に位置している。

アウトレットパイプ３６は、その上流端４４が第１膨張室３８内に開口し、下流端４６に向かって第２膨張室４０から共鳴室４２に入り込み、共鳴室４２で略Ｕ字状に屈曲している。共鳴室４２で屈曲したアウトレットパイプ３６は、第２膨張室４０から第１膨張室３８へ至り、第１膨張室３８にて再び略Ｕ字状に屈曲して、共鳴室４２にてその下流端４６がテールパイプ２２に接合される。すなわち、アウトレットパイプ３６は、シェル１６の内部において略渦巻き状に設けられている。

第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４は、インレットパイプ１８又はアウトレットパイプ３６が嵌挿される図示しない複数のパイプ孔を有し、インレットパイプ１８及びアウトレットパイプ３６をシェル１６内で支持する。

また、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４は、第１膨張室３８と第２膨張室４０との間、及び第２膨張室４０と共鳴室４２との間で排気ガスや凝縮水を流通させる図示しない小孔を有する。この実施形態では、第１セパレータ３２に多数の小孔が穿設されており、第１膨張室３８と第２膨張室４０は実質的に１つの膨張室として機能する。

［２．インレットパイプ１８の下流端の構成］
次に、シェル１６内に入り込んだインレットパイプ１８の下流側の構成について、図２、図３、図４Ａ及び図５Ａを参照しながら説明する。

インレットパイプ１８は、第１セパレータ３２と第２セパレータ３４の間の周側面に、第２膨張室４０と連通する複数のパンチング孔４８を有する。さらに、インレットパイプ１８の第２セパレータ３４から下流側には、先端に向かって徐々に径が細くなる縮径部５０を有する。

なお、インレットパイプ１８の下流端において、最も下流側のパンチング孔４８からさらに下流側の部分、すなわち縮径部５０を含むパンチング孔４８が穿設されていない部分は、ヘルツホルム共鳴器におけるくび部に相当する。図２の参照符号５２は、インレットパイプ１８のくび部を示し、参照符号Ｌは、くび部５２の長さ（くび長さ）を示す。

縮径部５０は、中空の略円錐台状である。縮径部５０の最下流端には、後方へ向かって排気ガス排出孔５４が開口すると共に、排気ガス排出孔５４から吹きだす排気ガスの吹き出し方向を規制するキャップ５６が取り付けられる。

図３に示すように、キャップ５６は、縮径部５０の周側面に取り付けられて、縮径部５０の軸線方向下流側へ延在する側壁部５８と、側壁部５８の下流側端部において排気ガス排出孔５４から吹き出す排気ガスの流れを遮って排気ガスの吹き出し方向を変更する底壁部６０と、を有する。側壁部５８には、排気ガス排出孔５４から吹き出す排気ガスを通過させて該排気ガスの吹き出し方向を整える開口部６２が設けられる。

底壁部６０は、排気ガス排出孔５４よりも径の大きい略円板状を呈し、側壁部５８は底壁部６０の外縁から立ち上がる湾曲壁（略円筒内側壁）である。すなわち、キャップ５６は、全体としては、排気ガス排出孔５４に向かう軸線方向一端側が開口し、軸線方向他端側が底壁部６０によって閉塞された有底円筒形状の部材である。詳細には、キャップ５６は、周側面としての側壁部５８に、側壁部５８の先端部から底壁部６０までが切欠かれた開口部６２を有する有底円筒形状の部材である。

側壁部５８は、排気ガス排出孔５４に向かう先端部に、排気ガス排出孔５４に向かって拡径するテーパー部６４を有する。図３に示すように、テーパー部６４には、縮径部５０の外周側面に隙間なく当接することができるよう、インレットパイプ１８の縮径部５０の縮径度合いに応じて所定角度のテーパーが付けられている。

図５Ａに示すように、キャップ５６は、キャップ５６の軸線を中心点として点対称に、２つの開口部６２（一方の開口部６６及び他方の開口部６８）を有する。ここで、キャップ５６を縮径部５０に取り付ける際に、シェル１６の内壁との距離が近い開口部６２を一方の開口部６６といい、シェル１６の内壁との距離が遠い開口部６２を他方の開口部６８ということとする。

キャップ５６は、この実施形態においては、インレットパイプ１８の縮径部５０の外周面に対して、ＭＩＧ溶接によって取り付けられる。キャップ５６の縮径部５０の取付けに際しては、キャップ５６は、一方の開口部６６と、一方の開口部６６に対向するシェル１６の内壁Ｗ（一方の開口部６６の法線方向に位置する内壁Ｗ）との距離Ｄ１が最も長くなるように、インレットパイプ１８の縮径部５０に取り付けられる。

［３．消音器１０の作用］
次に、図２を参照して、消音器１０における排気ガスの流れを説明する。

まず、図示しない自動車のエンジンが起動されると、エンジンのシリンダ内で生成された排気ガスは、図示しない排気マニホールドや触媒装置、排気管等を通過した後、排気管に接続されたインレットパイプ１８を介して消音器１０のシェル１６内に導入される。

インレットパイプ１８内を流通する排気ガスは、パンチング孔４８を介して第２膨張室４０内へ流出する。排気ガスは、さらに、縮径部５０を含むくび部５２の排気ガス排出孔５４から共鳴室４２内へ流出する。

排気ガスが共鳴室４２内に流出するとき、排気ガス排出孔５４から吹きだす排気ガスの吹き出し方向は、キャップ５６によって規制される。この場合、排気ガス排出孔５４から吹き出した排気ガスは、キャップ５６の底壁部６０によって遮られ、吹き出し方向が略９０°変更される。その上で、側壁部５８に設けられた開口部６２（一方の開口部６６及び他方の開口部６８）によって吹き出し方向が整えられて、該開口部６２（一方の開口部６６及び他方の開口部６８）から共鳴室４２に流出する。

すなわち、排気ガスは、くび長さＬのくび部５２（パンチング孔４８よりも下流側のインレットパイプ１８全体であって縮径部５０を含む）から排気ガス排出孔５４を介して共鳴室４２に流出する際、底壁部６０と開口部６２とによって吹き出し方向が略９０°変更されて、くび長さＬのくび部５２よりも相対的に容積の大きい共鳴室４２に流入する。このとき、共鳴室４２内では、共鳴作用により排気ガスにおける所定の周波数音が低減される。

さらに、共鳴室４２及び第２膨張室４０に流出した排気ガスは、第１セパレータ３２及び第２セパレータ３４に穿設された図示しない小孔を介して第１膨張室３８に導入される。第１膨張室３８に導入された排気ガスは、上流端４４からアウトレットパイプ３６に流入し、アウトレットパイプ３６の屈曲に伴って第２膨張室４０や共鳴室４２、第１膨張室３８を通過した後、テールパイプ２２に流入し、最終的に、テールパイプ２２から外部に放出される。

［４．本実施形態のまとめ］
本実施形態に係る消音器１０は、図示しないエンジンに排気管を介して接続される消音器１０であって、消音器本体部としてのシェル１６と、前記エンジンからの排気ガスを前記シェル１６内に導くインレットパイプ１８と、前記排気ガスを前記シェル１６外へ排出するアウトレットパイプ３６と、前記インレットパイプ１８の縮径部５０（下流側開口端部）に取り付けられ、前記排気ガスの吹き出し方向を規制するキャップ５６と、を備え、前記キャップ５６には、前記排気ガスを通過させて該排気ガスの吹き出し方向を整える開口部６２（一方の開口部６６及び他方の開口部６８）が設けられる。

このような構成によれば、インレットパイプ１８の縮径部５０（下流側開口端部）にキャップ５６を取り付ける際、開口部６２（一方の開口部６６及び他方の開口部６８）を所望の方向へ向けて取り付けることで、シェル１６の形状やインレットパイプ１８の配置に応じて排気ガスの吹き出し方向を整えることができる。このため、上述の従来技術と比較して小型化・軽量化・低コスト化を図りつつ、シェル１６の変色（局部焼け）を確実に防止することができる。

また、前記キャップ５６は、縮径部５０の周側面（インレットパイプ１８の排気ガス排出孔５４）に取り付けられて、縮径部５０（インレットパイプ１８）の軸線方向下流側へ延在する側壁部５８と、側壁部５８の下流側端部において排気ガス排出孔５４（インレットパイプ１８の下流側開口端部）から吹き出す排気ガスの流れを遮る底壁部６０と、を有
し、前記開口部６２（一方の開口部６６及び他方の開口部６８）は、前記側壁部５８に設けられることが好ましい。

このような構成によれば、インレットパイプ１８の排気ガス排出孔５４から吹き出す排気ガスは、底壁部６０によって遮られ、側壁部５８の開口部６２（一方の開口部６６及び他方の開口部６８）から共鳴室４２内（シェル１６内）に吹き出すので、インレットパイプ１８の軸線方向下流側から底壁部６０に向かう方向に位置するシェル１６の内壁の変色（局部焼け）を確実に防止することができる。

さらに、前記側壁部５８には、前記インレットパイプ１８の排気ガス排出孔５４（下流側開口端部）に向かって拡径するテーパー部６４が設けられることが好ましい。

このような構成によれば、消音したい排気ガスの排気音の周波数に応じて、インレットパイプ１８の下流側端部を縮径させた縮径部５０が設けられている場合であっても、キャップ５６をインレットパイプ１８の縮径部５０（下流側端部）の周側面(テーパー面)に沿って容易に取り付けることができる。

またさらに、一方の開口部６６は、一方の開口部６６に対向する前記シェル１６の内壁Ｗとの距離Ｄ１が最大となる方向を向いていることが好ましい。

このような構成によれば、一方の開口部６６に対向するシェル１６の内壁Ｗにおける変色（局部焼け）を確実に防止することができる。

［５．比較例との対比］
図４Ｂは、比較例としての従来技術に係るインレットパイプの下流端を示す断面図である。この比較例では、インレットパイプのくび部１５０（縮径部１５２）の先端に、別途のパイプ１５４が設けられ、該パイプ１５４の内側にキャップ１５６が溶接されている。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、本発明の実施形態に係るキャップ５６は、比較例としてのパイプ１５４及びキャップ１５６よりも、くび部５２（縮径部５０）の先端からの長さが距離Ｄ２だけ短い。すなわち、本発明の実施形態に係る消音器１０では、比較例と比べて、インレットパイプ１８が小型化、軽量化されている。

図５Ｂは、比較例としての従来技術に係るインレットパイプの下流端を、図４Ｂとは異なる方向から見た端面図である。この比較例では、インレットパイプのくび部１５０（縮径部１５２）の先端に、別途のパイプ１５４が設けられ、該パイプ１５４には複数のパンチング孔１６２が設けられている。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、本発明の実施形態に係るキャップ５６の一方の開口部６６とシェル１６の内壁Ｗとの距離Ｄ１は、従来技術に係るパイプ１５４のパンチング孔１６２とシェルの内壁Ｗとの距離Ｄ３よりも長い。すなわち、本発明の実施形態に係る消音器１０では、比較例と比べてシェル１６の内壁Ｗにおける変色（局部焼け）が回避される。

［６．変形例］
なお、この実施形態に係る消音器１０として、一方の開口部６６が、一方の開口部６６に対向するシェル１６の内壁Ｗとの距離Ｄ１が最大となる方向を向いている例を示したが、開口部６２の開口方向はこれに限られるものではない。

例えば、キャップ５６の取付け角度（一方の開口部６６が開口する方向）と、シェル１６の最外殻の表面温度との関係を予め把握した上で、一方の開口部６６がシェル１６の最外殻の表面温度が所定値以下となる方向を向いているようにしてもよい。このような構成によれば、シェルの最外殻が排気ガスの熱で所定値以上の高温となり、変色（局部焼け）することを確実に防止することができる。

また、この実施形態に係る消音器１０では、キャップ５６に開口部６２が２つ設けられる例を示したが、必ずしも２つに限るものではない。例えば、図６に示すキャップ２５６のように、側壁部２５８に開口部２６２が１つ設けられていてもよい。

また、この実施形態に係る消音器１０では、２つの開口部６２（一方の開口部６６及び他方の開口部６８）がキャップ５６の軸線を中心点として点対称に設けられる例を示したが、必ずしもこれに限られない。換言すると、一方の開口部６６の中央とキャップ５６の軸線とを結ぶ仮想線と、他方の開口部６８の中央とキャップ５６の軸線とを結ぶ仮想線とがなす中心角を考えた時に、当該中心角は必ずしも１８０°である必要はない。シェル１６の形状やインレットパイプ１８の取付位置に応じて、中心角が例えば１２０°や９０°等所定の角度となるように一方の開口部６６及び他方の開口部６８を形成しても構わない。

本発明に係る消音器は、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

１０…消音器 １６…シェル
１８…インレットパイプ ３６…アウトレットパイプ
５０…縮径部 ５２…くび部
５４…排気ガス排出孔 ５６…キャップ
６２…開口部 ６６…一方の開口部
６８…他方の開口部

Claims (4)

1. エンジンに排気管を介して接続される消音器であって、
   内部が共鳴室と膨張室とに区画された消音器本体部としてのシェルと、
   前記エンジンからの排気ガスを前記シェル内に導くインレットパイプと、
   前記排気ガスを前記シェル外へ排出するアウトレットパイプと、
   を備え、
   前記インレットパイプは、
   前記排気管に接続され、前記膨張室内に位置する円筒部と、
   前記円筒部に連続して前記共鳴室内に延在し、前記円筒部の下流側に向かって徐々に径が細くなる中空円錐台状の縮径部と、
   を有し、
   前記縮径部の軸線方向下流側の端面には、前記排気ガスを前記共鳴室内へ導く排気ガス排出孔が設けられ、
   前記縮径部の周側面には、前記排気ガス排出孔の軸線と同軸状に、前記排気ガス排出孔を覆う有底円筒形状のキャップが取り付けられ、
   前記キャップの側壁部には、前記排気ガス排出孔から吹き出す前記排気ガスの吹き出し方向を整える開口部が設けられる
   ことを特徴とする消音器。
2. 請求項１記載の消音器において、
   前記キャップは、
   前記排気ガス排出孔から前記排気ガス排出孔の軸線方向下流側へ吹き出す排気ガスの流れを遮って、前記側壁部に設けられた前記開口部へ導く底壁部を有し、
   前記底壁部は、前記排気ガス排出孔よりも外径の大きい略円板状である
   ことを特徴とする消音器。
3. 請求項２記載の消音器において、
   前記側壁部には、前記縮径部の軸線方向下流側の端部に向かって拡径するテーパー部が設けられることを特徴とする消音器。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の消音器において、
   前記開口部は、該開口部に対向する前記シェルの内壁との距離が最大となる方向を向いていることを特徴とする消音器。

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