JP7213001B2 - マフラ及びマフラ用パイプ - Google Patents

Description

本発明は、マフラケースの内部が複数の消音室に仕切られたマフラ及びこのマフラに使用されるマフラ用パイプに関する。

車両用マフラとして、マフラケースと、マフラケース内に排気ガスを導入するインレットパイプと、マフラケース内の排気ガスを外部に排出するアウトレットパイプと、マフラケース内またはアウトレットパイプに設けられて排気ガスの流通を制御する制御弁とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のマフラでは、マフラケースの内部は、第１隔壁板および第２隔壁板により、第１消音室、第２消音室および第３消音室に区画され、インレットパイプは第３消音室及び第２消音室をこの順で跨いで第１消音室に開口する。インレットパイプには、第２消音室と常時連通するためのパンチング孔が形成されている。また、アウトレットパイプは第１消音室及び第２消音室をこの順で跨いで第３消音室に開口する。さらに、マフラケース内には、両端が第２消音室及び第３消音室に開口する第１連通管と、第２消音室を跨いで両端が第１消音室および第３消音室に開口する第２連通管が設けられ、第２連通管の第３消音室の端部に制御弁が設けられる。

制御弁は、第２連通管の端部外周に軸方向移動自在に嵌まり合う筒体からなる弁体を備えており、第２連通管は一端部に排気ガス流入口を有し、弁体は第２連通管の他端部外周を覆う円筒部と、第２連通管開口端を閉塞する受圧面を有する底壁とを備え、円筒部にはその内外を連通させる複数個の連通孔が円周方向に等間隔で形成されている。第２連通管の外周面と弁体の内周面との間には所定の隙間が形成されており、この隙間に圧縮状態で収納されたコイルばねの両端が、第２連通管に外向きに形成したフランジと弁体の開口端に内向きに形成した複数のフランジとに支持される。

排気ガスの圧力が低いエンジンの低負荷運転時には、弁体の受圧面に加わる圧力が小さいため、弁体はコイルばねの付勢力で閉弁位置に保持され、第２連通管による第１消音室と第３消音室の間の連通が阻止される。一方、エンジンの運転状態が低負荷運転から高負荷運転に移行すると、弁体の受圧面に加わる排気ガスの圧力が増加するため、弁体はコイルばねの弾発力に抗して移動し、円筒部に形成した連通孔が第２連通管のフランジの位置を越えると、第１消音室と第３消音室が連通管を介して相互に連通する。

特開２００１－２４８４１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のマフラでは、連通管等のパイプ端部に設けられた制御弁が、閉弁位置のときにパイプ内の排気ガスの流通を阻止することから、例えばインレットパイプやアウトレットパイプのように、排気ガスが常時流通するパイプに制御弁を設けることができない。これにより、排気ガスの流通の阻止が許容される制御弁設置用のパイプをマフラケースに増設する必要があり、スペース効率が極めて悪い。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の消音室が形成されたマフラケース内の排気ガスの流通経路を、排気ガスが常時流通するパイプを利用して切り替えることのできるマフラ及びこのマフラに使用されるマフラ用パイプを提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明によれば、インレットパイプからマフラケースに導入された排気ガスがアウトレットパイプから排出されるマフラにおいて、前記マフラケースは、内部が第１消音室及び第２消音室を含む複数の消音室に仕切られ、前記アウトレットパイプは、前記第１消音室内に吸気口が配置され、前記前記第１消音室から前記マフラケースの外部まで延び、前記インレットパイプは、前記マフラケースの外部から前記第１消音室を跨いで前記第２消音室まで延びる筒状の固定パイプと、前記固定パイプの内側又は外側に隣接して設けられ、前記固定パイプに対し排気ガスの流通方向へ所定の移動区間だけ移動自在な筒状の可動パイプと、前記可動パイプを閉塞し、前記インレットパイプ内を流通する排気ガスの圧力を下流方向へ受ける受圧部と、前記固定パイプに設けられ、前記可動パイプを排気ガスの上流方向へ付勢する付勢部材と、前記固定パイプに形成され、前記第２消音室内で前記固定パイプの内外を連通する低圧用固定孔部と、前記固定パイプに形成され、前記第１消音室内で前記固定パイプの内外を連通する高圧用固定孔部と、前記可動パイプに形成され、前記可動パイプが前記移動区間の上流側のガス低圧位置のときに前記低圧用固定孔部と重なって前記インレットパイプと前記第２消音室とを連通させる低圧用可動孔部と、前記可動パイプに形成され、前記可動パイプが前記移動区間の下流側のガス高圧位置のときに前記高圧用固定孔部と重なって前記インレットパイプと前記第１消音室とを連通させる高圧用可動孔部と、を有するマフラが提供される。

このマフラによれば、可動パイプは固定部材に対して所定の移動区間だけ移動自在に構成され、付勢部材により排気ガスの上流方向へ付勢されるとともに、排気ガスの圧力が下流方向へ作用する。すなわち、可動パイプは、可動パイプに作用する排気ガスの圧力が付勢部材の付勢力より小さい場合に、可動パイプは移動区間の上流側のガス低圧位置に位置し、可動パイプに作用する排気ガスの圧力が付勢部材の付勢力より大きい場合に、移動区間の下流側のガス高圧位置に位置することとなる。
これにより、エンジンから送出される排気ガスが比較的低圧の場合は、可動パイプはガス低圧位置に位置し、可動パイプの低圧用可動孔部が固定パイプの低圧用固定孔部と重なって、インレットパイプと第２消音室が連通する。排気ガスはインレットパイプからマフラケースの第２消音室へ流入し、アウトレットパイプの吸気口が配置されている第１消音室を経由してマフラケースの外部へ排出される。このように、排気ガスはマフラケース内にて第１消音室及び第２消音室の両方を経由して排出されるので、十分に消音された状態で外部へ排出される。また、インレットパイプにおける排気ガスの流通距離が比較的長いことから、排気ガスの音圧は低周波側に制御される。
一方、エンジンの回転数が上昇する等により、可動パイプの受圧部に作用する排気ガスの圧力が付勢部材の付勢力より大きくなると、可動パイプはガス高圧位置まで移動し、可動パイプの高圧用可動孔部が固定パイプの高圧用固定孔部が重なって、インレットパイプと第１消音室が連通する。排気ガスはインレットパイプからアウトレットパイプの吸気口が配置されている第１消音室へ直接流入し、第２消音室を経由することなくマフラケースの外部へ排出される。このように、排気ガスはマフラケース内にて第１消音室のみを経由して排出されるので、マフラケース内の流通抵抗が小さくなり、エンジンの出力を増大させることができる。また、インレットパイプにおける排気ガスの流通距離が比較的短いことから、排気ガスの音圧は高周波側に制御される。

また、上記マフラにおいて、前記可動パイプは、前記固定パイプの内側に設けられてもよい。

このマフラによれば、インレットパイプの可動部分を固定パイプの内部に収めることができる。

また、上記マフラにおいて、前記インレットパイプは、前記固定パイプにおける排気ガスの下流方向端部を閉塞する閉塞部を有し、前記受圧部は、前記可動パイプにおける排気ガスの下流方向端部に設けられ、前記付勢部材は、前記固定パイプ内の前記受圧部と前記閉塞部の間に設けられたばね部材であってもよい。

このマフラによれば、ばね部材は固定パイプ内における可動パイプの外側に設けられ、可動パイプ内を流通する排気ガスに曝されることはない。従って、高温の排気ガスに繰り返しさらされて、ばね部材が早期に劣化することはなく、排気ガスの流通経路の切替機能を長期にわたって維持することができる。

また、本発明によれば、排気ガスが流通するマフラ用パイプであって、筒状の固定パイプと、前記固定パイプの内側又は外側に隣接して設けられ、前記固定パイプに対し排気ガスの流通方向へ所定の移動区間だけ移動自在な筒状の可動パイプと、前記可動パイプを閉塞し、前記マフラ用パイプ内を流通する排気ガスの圧力を下流方向へ受ける受圧部と、前記固定パイプに設けられ、前記可動パイプを排気ガスの上流方向へ付勢する付勢部材と、前記固定パイプに形成され、前記固定パイプの内外を連通する第１固定孔部と、前記固定パイプにおける前記第１固定孔部の上流側に形成され、前記固定パイプの内外を連通する第２固定孔部と、前記可動パイプに形成され、前記可動パイプが前記移動区間の上流側のガス低圧位置のときに前記第１固定孔部と重なって前記マフラ用パイプと外部とを連通させる第１可動孔部と、前記可動パイプに形成され、前記可動パイプが前記移動区間の下流側のガス高圧位置のときに前記第２固定孔部と重なって前記マフラ用パイプと外部とを連通させる第２可動孔部と、を有するマフラ用パイプが提供される。

また、上記マフラ用パイプにおいて、前記可動パイプは、前記固定パイプの内側に設けられてもよい。

また、上記マフラ用パイプにおいて、前記固定パイプにおける排気ガスの下流方向端部を閉塞する閉塞部を有し、前記受圧部は、前記可動パイプにおける排気ガスの下流方向端部に設けられ、前記付勢部材は、前記固定パイプ内の前記受圧部と前記閉塞部の間に設けられたばね部材であってもよい。

本発明によれば、複数の消音室が形成されたマフラケース内の排気ガスの流通経路を、排気ガスが常時流通するパイプを利用して切り替えることができる。

本発明の一実施形態を示すマフラの外観斜視図である。 排気ガスが低圧のときのマフラの概略構成説明図である。 排気ガスが高圧のときのマフラの概略構成説明図である。 変形例を示す排気ガスが低圧のときのマフラの概略構成説明図である。 変形例を示す排気ガスが高圧のときのマフラの概略構成説明図である。

図１から図３は本発明の一実施形態を示すものであり、図１はマフラの外観斜視図、図２は排気ガスが低圧のときのマフラの概略構成説明図、図３は排気ガスが高圧のときのマフラの概略構成説明図である。

図１に示すように、このマフラ１は自動車車両に搭載され、排気ガスの消音機能を有するマフラケース２と、マフラケース２に接続され車両のエンジン側から排気ガスが送出されるインレットパイプ３と、マフラケース２のインレットパイプ３の反対側に接続され排気ガスを車両外部へ向けて送出するアウトレットパイプ４と、を有する。図２に示すように、マフラケース２の内部は隔壁２１により複数の消音室Ｒ１，Ｒ２に仕切られている。

本実施形態においては、マフラケース２の内部は１つの隔壁２１により第１消音室Ｒ１及び第２消音室Ｒ２に仕切られている。隔壁２１には複数のパンチング孔２２が形成されており、第１消音室Ｒ１及び第２消音室Ｒ２の間で通気可能となっている。円筒状のインレットパイプ３はマフラケース２の外部から第１消音室Ｒ１を跨いで第２消音室Ｒ２まで延び、円筒状のアウトレットパイプ４は第１消音室Ｒ１内に吸気口４１が配置され、第１消音室Ｒ１から第２消音室Ｒ２を跨いでマフラケース２の外部まで延びる。

具体的に、インレットパイプ３は、マフラケース２の外部から第１消音室Ｒ１を跨いで第２消音室Ｒ２まで延びる筒状の固定パイプ５と、固定パイプ５の内側に隣接して設けられ排気ガスの流通方向へ所定の移動区間だけ移動自在な筒状の可動パイプ６と、を有する。

固定パイプ５は、マフラケース２及び隔壁２１に固定され、第１消音室Ｒ１内で固定パイプ５の内外を連通する高圧用固定孔部５１と、第２消音室Ｒ２内で固定パイプ５の内外を連通する低圧用固定孔部５２と、を有する。本実施形態においては、高圧用固定孔部５１及び低圧用固定孔部５２は、それぞれ軸方向へ延びる長孔であり、周方向に均等に並んで複数形成される。固定パイプ５の内周面には、可動パイプ６の排気ガスの上流側への移動を規制する上流側ストッパ５３と、可動パイプ６の排気ガスの下流側への移動を規制する下流側ストッパ５４と、が設けられる。これにより、可動パイプ６は、上流側ストッパ５３と下流側ストッパ５４の間で移動可能となっている。

可動パイプ６は、排気ガスの下流方向端部を閉塞し、インレットパイプ３内を流通する排気ガスの圧力を下流方向へ受ける受圧部６１を有する。また、可動パイプ６は、移動区間の上流側のストッパ５３と接触したガス高圧位置のときに高圧用固定孔部５１と重なってインレットパイプ３と第１消音室Ｒ１とを連通させる高圧用可動孔部６２と、移動区間の下流側のストッパ５４と接触したガス低圧位置のときに低圧用固定孔部５２と重なってインレットパイプ３と第２消音室Ｒ２とを連通させる低圧用可動孔部６３と、を有する。本実施形態においては、高圧用可動孔部６２及び低圧用可動孔部６３は、円形のパンチング孔であり、軸方向及び周方向に均等に並んで複数形成される。

尚、可動パイプ６の上流側端部と下流側端部の外側には、それぞれリング状の緩衝部材８１，８２が設けられている。リング状の緩衝部材８１の材質は任意であるが、例えばサスウール、スチールウール等の金属ウールが好適に用いられる。可動パイプ６は、ばね部材としてのコイルばね７により排気ガスの上流方向へ付勢される。

固定パイプ５は排気ガスの下流方向端部を閉塞する閉塞部５５を有し、コイルばね７は閉塞部５５に設けられている。本実施形態においては、コイルばね７は固定パイプ５内の受圧部６１と閉塞部５５の間に圧縮された状態で設置される。

以上のように構成されたマフラ１によれば、可動パイプ５は各ストッパ５３，５４の間に設定された移動区間だけ移動自在に構成され、コイルばね７により排気ガスの上流方向へ付勢されるとともに、排気ガスの圧力が下流方向へ作用する。すなわち、可動パイプ５は、可動パイプ５に作用する排気ガスの圧力がコイルばね７の付勢力より小さい場合に、可動パイプ５は移動区間上流側のガス低圧位置に位置し、可動パイプ５に作用する排気ガスの圧力がコイルばね７の付勢力より大きい場合に、移動区間の下流側のガス高圧位置に位置することとなる。

これにより、エンジンから送出される排気ガスが比較的低圧の場合は、図２に示すように、可動パイプ５はガス低圧位置に位置し、可動パイプ６の低圧用可動孔部６３が固定パイプ５の低圧用固定孔部５２と重なって、インレットパイプ３と第２消音室Ｒ２が連通する。このとき、高圧用可動孔部６２及び高圧用固定孔部５１は塞がっている。排気ガスはインレットパイプ３からマフラケース２の第２消音室Ｒ２へ流入し、アウトレットパイプ４の吸気口４１が配置されている第１消音室Ｒ１を経由してマフラケース２の外部へ排出される。このように、排気ガスはマフラケース２内にて第１消音室Ｒ１及び第２消音室Ｒ２の両方を経由して排出されるので、十分に消音された状態で外部へ排出される。また、インレットパイプ３における排気ガスの流通距離が比較的長いことから、排気ガスの音圧は低周波側が抑制される。

一方、エンジンの回転数が上昇する等により、可動パイプ５の受圧部に作用する排気ガスの圧力が付勢部材の付勢力より大きくなると、図３に示すように、可動パイプ６はガス高圧位置まで移動し、可動パイプ６の高圧用可動孔部６２が固定パイプ５の高圧用固定孔部５１と重なって、インレットパイプ３と第１消音室Ｒ１が連通する。このとき、低圧用可動孔部６３及び低圧用固定孔部５２は塞がっている。ここで、可動パイプ５がガス低圧位置とガス高圧位置の中間に位置するとき、低圧用可動孔部５２の一部が低圧用固定孔部６３と重なるとともに、高圧用可動孔部５１の一部が高圧用固定孔部６２と重なり、インレットパイプ３は第１消音室Ｒ１及び第２消音室Ｒ２の両方と連通するようになっている。インレットパイプ３と第１消音室Ｒ１が連通すると、排気ガスはインレットパイプ３からアウトレットパイプ４の吸気口４１が配置されている第１消音室Ｒ１へ直接流入し、第２消音室Ｒ２を経由することなくマフラケース２の外部へ排出される。このように、排気ガスはマフラケース２内にて第１消音室Ｒ１のみを経由して排出されるので、マフラケース２内の流通抵抗が小さくなり、エンジンの出力を増大させることができる。また、インレットパイプ３における排気ガスの流通距離が比較的短いことから、排気ガスの音圧は高周波側が抑制される。

このように、本実施形態のマフラ１によれば、マフラケース２内の排気ガスの流通経路を、排気ガスが常時流通するインレットパイプ３を利用して切り替えることができる。

また、本実施形態のマフラ１によれば、可動パイプ６を固定パイプ５の内側に配置したので、インレットパイプ３の可動部分を固定パイプ５の内部に収めることができる。また、コイルばね７が固定パイプ５内における可動パイプ６の外側に設けられ、コイルばね７が可動パイプ６内を流通する排気ガスに曝されることはない。従って、高温の排気ガスに繰り返しさらされて、コイルばね７が早期に劣化することはなく、排気ガスの流通経路の切替機能を長期にわたって維持することができる。

尚、前記実施形態においては、固定パイプ５と可動パイプ６に第１消音室Ｒ１または第２消音室Ｒに排気ガスを流通させるための孔部５１，５２，６２，６３を形成したものを示したが、例えば図４及び図５に示すように、これらとは別に音圧周波数等を調整するための調整孔１５６，１６４を別途設けてもよい。図４及び図５のマフラ１０１では、可動パイプ６がガス高圧位置のときに、可動パイプ６の可動調整孔１６４が固定パイプ５の固定調整孔１５６と重なって、これらの形成箇所においてもインレットパイプ３と第１消音室Ｒ１とが連通する。これにより、各調整孔１５６，１６４が形成されていない場合に対して排気ガスの音色を変えることができる。

また、前記実施形態においては、固定パイプ５と可動パイプ６の孔部５１，５２，６２，６３を周方向に均等に並べて形成したものを示したが、孔部の形成位置は適宜変更することができ、例えば図４及び図５に示すように、周方向所定区間にのみ形成してもよい。図４及び図５のマフラ１０１では、第１消音室Ｒ１におけるアウトレットパイプ４側にのみ高圧用固定孔部１５１及び高圧用可動孔部１６２が形成されている。可動パイプ６の高圧用可動孔部１６２は、軸方向及び周方向へ延びる四角形状に形成されている。これにより、排気ガスのマフラケース２内の流通抵抗をより小さくし、エンジンの出力をより増大させることができる。さらに、図４及び図５のマフラ１０１では、第２消音室Ｒ１におけるアウトレットパイプ４と反対側にのみ低圧用固定孔部１５２及び低圧用可動孔部１６３が形成されている。これにより、マフラケース２内の排気ガスの流通距離をより長くし、排気ガスの音圧はより低周波側が抑制される。

さらに、固定パイプ５と可動パイプ６の孔部５１，５２，６２，６３の大きさを軸方向で変化させることも可能である。例えば、低圧用可動孔部６３及び高圧用可動孔部６２のうち、可動パイプ５がガス低圧位置とガス高圧位置の中間に位置するときに低圧用固定孔部５２または高圧用固定孔部５１と重なる部分を、他の部分より大きく形成してもよい。

また、前記実施形態においては、マフラケース２の内部が２つの消音室に仕切られるものを示したが、３つ以上の消音室に仕切られるものであっても本発明を適用することができる。この場合、２つの消音室に対して、前記実施形態のインレットパイプ３と同様の固定パイプ５及び可動パイプ６を有するマフラ用パイプを適用して排気ガスの低圧時と高圧時で流通経路を切り替えるようにすることができる。本発明のマフラ用パイプは、インレットパイプの他、消音室同士を接続する連通パイプにも適用することができる。すなわち、マフラ用パイプは、筒状の固定パイプと、固定パイプの内側又は外側に隣接して設けられ固定パイプに対し排気ガスの流通方向へ所定の移動区間だけ移動自在な筒状の可動パイプと、可動パイプを閉塞しマフラ用パイプ内を流通する排気ガスの圧力を下流方向へ受ける受圧部と、固定パイプに設けられ可動パイプを排気ガスの上流方向へ付勢する付勢部材と、固定パイプに形成され固定パイプの内外を連通する第１固定孔部と、固定パイプにおける第１固定孔部の上流側に形成され固定パイプの内外を連通する第２固定孔部と、可動パイプに形成され可動パイプが移動区間の下流側のガス低圧位置のときに第１固定孔部と重なってマフラ用パイプと外部とを連通させる第１可動孔部と、可動パイプに形成され可動パイプが移動区間の上流側のガス高圧位置のときに第２固定孔部と重なってマフラ用パイプと外部とを連通させる第２可動孔部と、を有していればよい。さらに、例えば、３つの消音室に対して低圧時と高圧時に加えて中間圧力時で流通経路を切り替える構成とすることも可能である。

また、前記実施形態においては、可動パイプ６が固定パイプ５の内側に設けられるものを示したが、可動パイプ６は固定パイプ５の外側に設けられていてもよい。さらに、ばね部材としてコイルばね７を用いたものを示したが、他の形式のばねであってもよいし、付勢力を生じさせる他の部材であってもよく、要は可動パイプ６が付勢部材により排気ガスの上流方向へ付勢されてればよい。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１ マフラ
２ マフラケース
３ インレットパイプ
４ アウトレットパイプ
５ 固定パイプ
６ 可動パイプ
７ コイルばね
４１ 吸気口
５１ 高圧用固定孔部
５２ 低圧用固定孔部
５５ 閉塞部
６１ 受圧部
６２ 高圧用可動孔部
６３ 低圧用可動孔部
１５１ 高圧用固定孔部
１５２ 低圧用固定孔部
１６２ 高圧用可動孔部
１６３ 低圧用可動孔部
Ｒ１ 第１消音室
Ｒ２ 第２消音室

Claims (3)

1. インレットパイプからマフラケースに導入された排気ガスがアウトレットパイプから排出されるマフラにおいて、
   前記マフラケースは、内部が第１消音室及び第２消音室を含む複数の消音室に仕切られ、
   前記アウトレットパイプは、前記第１消音室内に吸気口が配置され、前記前記第１消音室から前記マフラケースの外部まで延び、
   前記インレットパイプは、
   前記マフラケースの外部から前記第１消音室を跨いで前記第２消音室まで延びる筒状の固定パイプと、
   前記固定パイプの内側又は外側に隣接して設けられ、前記固定パイプに対し排気ガスの流通方向へ所定の移動区間だけ移動自在な筒状の可動パイプと、
   前記可動パイプを閉塞し、前記インレットパイプ内を流通する排気ガスの圧力を下流方向へ受ける受圧部と、
   前記固定パイプに設けられ、前記可動パイプを排気ガスの上流方向へ付勢する付勢部材と、
   前記固定パイプに形成され、前記第２消音室内で前記固定パイプの内外を連通する低圧用固定孔部と、
   前記固定パイプに形成され、前記第１消音室内で前記固定パイプの内外を連通する高圧用固定孔部と、
   前記可動パイプに形成され、前記可動パイプが前記移動区間の上流側のガス低圧位置のときに前記低圧用固定孔部と重なって前記インレットパイプと前記第２消音室とを連通させる低圧用可動孔部と、
   前記可動パイプに形成され、前記可動パイプが前記移動区間の下流側のガス高圧位置のときに前記高圧用固定孔部と重なって前記インレットパイプと前記第１消音室とを連通させる高圧用可動孔部と、を有するマフラ。
2. 前記可動パイプは、前記固定パイプの内側に設けられる請求項１に記載のマフラ。
3. 前記インレットパイプは、前記固定パイプにおける排気ガスの下流方向端部を閉塞する閉塞部を有し、
   前記受圧部は、前記可動パイプにおける排気ガスの下流方向端部に設けられ、
   前記付勢部材は、前記固定パイプ内の前記受圧部と前記閉塞部の間に設けられたばね部材である請求項２に記載のマフラ。

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