WO2022113689A1 - 排気管及び自動車用マフラ - Google Patents

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WO2022113689A1
WO2022113689A1 PCT/JP2021/040654 JP2021040654W WO2022113689A1 WO 2022113689 A1 WO2022113689 A1 WO 2022113689A1 JP 2021040654 W JP2021040654 W JP 2021040654W WO 2022113689 A1 WO2022113689 A1 WO 2022113689A1
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WO
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exhaust pipe
outlet end
end portion
convex portion
exhaust
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PCT/JP2021/040654
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English (en)
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正 中筋
正道 清水
暢仁 斎藤
Original Assignee
マレリ株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N1/00—Silencing apparatus characterised by method of silencing
    • F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/08—Other arrangements or adaptations of exhaust conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/20—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having flared outlets, e.g. of fish-tail shape

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust pipe that discharges exhaust gas to the outside air, and an automobile muffler provided with this exhaust pipe.
  • JP2004-360618A discloses a structure of a tail pipe in which an annular device is mounted near the outlet of the tail pipe as an exhaust pipe that discharges exhaust gas to the outside air to reduce airflow noise.
  • This tail pipe is complicated in structure because an annular device is attached to the tail pipe.
  • the present invention provides an exhaust pipe and a muffler for automobiles, which have a relatively simple structure and can obtain high sound deadening performance.
  • the exhaust pipe includes a concave portion formed in a concave shape on the outer peripheral surface of the outlet end portion from which the exhaust gas is discharged.
  • the concave recess formed on the outer peripheral surface of the outlet end of the exhaust pipe efficiently suppresses the generation of a vortex ring when the exhaust gas is discharged from the outlet end of the exhaust pipe. And high sound deadening performance can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an automobile muffler to which an exhaust pipe according to a first embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2A is a schematic perspective view showing the outlet end of the exhaust pipe.
  • FIG. 2B is a front view in FIG. 2A.
  • FIG. 2C is an enlarged view of the IIC portion in FIG. 2B.
  • FIG. 3A is an enlarged perspective view of the vicinity of the convex portion.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line IIIB-IIIB in FIG. 2B.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating the flow of exhaust gas at the outlet end of the exhaust pipe.
  • FIG. 4B is a perspective view illustrating the flow of exhaust gas at the outlet end of the exhaust pipe.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state of a vortex ring of exhaust gas discharged from an exhaust pipe according to a comparative example.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state of vortex ring collapse (vortex ring suppression) of exhaust gas discharged from the exhaust pipe according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a diagram showing the results of a comparative experiment of sound deadening performance between the exhaust pipe according to the comparative example shown in FIG. 5 and the exhaust pipe according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a diagram showing the results of a comparative experiment of muffling performance between the exhaust pipe according to the comparative example shown in FIG. 5 and the exhaust pipe according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a diagram showing the results of a comparative experiment of sound deadening performance between the exhaust pipe according to the comparative example shown in FIG. 5 and the exhaust pipe according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a diagram showing the
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the sound deadening effect sensitivity depending on the ratio of the height of the convex portion to the inner diameter of the outlet end portion.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the sound deadening effect sensitivity depending on the angle of the V-shape in the recess.
  • FIG. 10 is a side view of the exhaust pipe according to the first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A is a side view of the exhaust pipe according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • 11B is a front view of FIG. 11A.
  • FIG. 12 is a plan view of the exhaust pipe according to the third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a plane of an automobile muffler to which an exhaust pipe according to a fourth modification of the first embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 14 is a side view of the exhaust pipe according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15A is a cross-sectional view of the side surface in FIG.
  • FIG. 15B is a cross-sectional view of a side surface of an exhaust pipe according to a modified example of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 16 is a plan view of the exhaust pipe according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the side surface in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an automobile muffler 1 to which the exhaust pipe 100 is applied.
  • FIG. 2A is a schematic perspective view showing the outlet end 110 of the exhaust pipe 100.
  • FIG. 2B is a front view in FIG. 2A.
  • FIG. 2C is an enlarged view of the IIC portion in FIG. 2B.
  • FIG. 3A is an enlarged perspective view of the vicinity of the convex portion 120.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line IIIB-IIIB in FIG. 2B.
  • the automobile muffler 1 includes a muffler main body 10 and an exhaust pipe 100.
  • the exhaust pipe 100 is formed in a cylindrical shape.
  • the exhaust pipe 100 has an outlet end 110.
  • the exhaust pipe 100 purifies the exhaust gas discharged from the internal combustion engine (engine) with a catalyst and then discharges the exhaust gas from the outlet end 110 of the tail tube to the outside air.
  • the outlet end 110 is cut in a plane perpendicular to the center line of the cylindrical exhaust pipe 100 to form a substantially circular shape.
  • the inner peripheral portion of the outlet end 110 is provided with a convex portion 120 that protrudes radially inward (inner peripheral side) from the inner wall surface 111.
  • a plurality of convex portions 120 are provided along the circumferential direction of the outlet end portion 110.
  • the outer peripheral portion of the outlet end 110 is provided with a concave portion 121 formed in a concave shape from the outer peripheral surface toward the inner side (inner peripheral side) in the radial direction.
  • a plurality of recesses 121 are provided along the circumferential direction of the outlet end 110.
  • the convex portion 120 and the concave portion 121 are provided at the same position in the circumferential direction at the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100. That is, the convex portion 120 and the concave portion 121 are provided integrally on the front and back sides at the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100.
  • the protrusions 120 and 121 are provided at equal intervals in the circumferential direction at the outlet end 110 of the exhaust pipe 100.
  • the convex portion 120 and the concave portion 121 are formed by press working on the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100.
  • the flow of exhaust gas discharged from the exhaust pipe 100 is controlled by a plurality of convex portions 120 and concave portions 121 provided at the outlet end 110.
  • a collapse effect can be obtained, so that high sound deadening performance can be obtained.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view illustrating the flow of exhaust gas at the outlet end 110 of the exhaust pipe 100.
  • FIG. 4B is a perspective view illustrating the flow of exhaust gas at the outlet end 110 of the exhaust pipe 100.
  • the flow of exhaust gas passing through the inner wall surface 111 side of the exhaust pipe 100 becomes faster due to the influence of one convex portion 120 or the adjacent convex portions 120.
  • a vortex ring is generated by the speed difference that the main flow of the exhaust gas discharged from the exhaust pipe 100 (arrow F1 in FIG. 4A) receives at the outlet end 110 of the exhaust pipe 100, and the exhaust gas starts from the plurality of convex portions 120.
  • the vortex ring collapse effect can be enhanced by providing a plurality of the above-mentioned convex portions 120 in the circumferential direction of the outlet end portion 110.
  • a negative pressure is applied to the exhaust gas (mainstream) discharged from the exhaust pipe 100 in the vicinity of the downstream end portion of the convex portion 120 on the concave portion 121 side provided integrally with the convex portion 120 on the front and back sides. Occur.
  • outside air is introduced along the recess 121.
  • the speed difference between the main flow of the exhaust gas discharged from the exhaust pipe 100 (arrow F1 in FIG. 4A) and the outside air introduced from the recess 121 (arrow F2 in FIG. 4A) is the outlet end 110 of the exhaust pipe 100. It is relaxed in the vicinity, and the generation of the vortex ring in the space S1 (see FIG. 4A) can be effectively suppressed by the speed difference (vortex ring suppression effect).
  • the synergistic effect of the vortex ring collapse effect and the vortex ring suppression effect described above can be obtained, and high sound deadening can be obtained. Performance can be obtained.
  • only the plurality of convex portions 120 or only the plurality of concave portions 121 may be provided.
  • the vortex ring collapse effect can be enhanced, so that high sound deadening performance can be obtained.
  • the generation of the vortex ring can be effectively suppressed, so that high sound deadening performance can be obtained.
  • the convex portion 120 and the concave portion 121 may be provided at different positions in the circumferential direction instead of being provided at the same position in the circumferential direction at the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100. Also in this case, the synergistic effect of the vortex ring collapse effect and the vortex ring suppression effect described above can be obtained, and high sound deadening performance can be obtained.
  • convex portion 120 and the concave portion 121 may be provided only on a part of the circumference instead of being provided on the entire circumference of the outlet end portion 110.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state of a vortex ring of exhaust gas discharged from an exhaust pipe according to a comparative example. Specifically, FIG. 5 shows a state in which exhaust gas is discharged from a cylindrical exhaust pipe (normal type) in which the convex portion 120 and the concave portion 121 are not provided in the present embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram showing a state of vortex ring collapse (vortex ring suppression) of exhaust gas discharged from the exhaust pipe 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 7A and 7B are diagrams showing the results of a comparative experiment of muffling performance between the normal type exhaust pipe and the exhaust pipe 100 according to the comparative example.
  • the exhaust pipe 100 has a difference of 2.3 dB in muffling effect as compared with the exhaust pipe (BASE) according to the comparative example. It was found that high sound deadening performance was exhibited. Further, in the case of the exhaust pipe bent in a curved shape (see FIG. 1), the exhaust pipe 100 has a difference of 0.8 dB in the muffling effect as compared with the exhaust pipe (BASE) according to the comparative example, and has a high muffling effect. It turned out to be effective.
  • the main cause of outside noise in exhaust noise is airflow noise.
  • the main sound source frequency of the airflow noise of this exhaust is, for example, a frequency of about 1 kHz to 2 kHz in the muffler, but in addition to this, noise is generated in the wake of the tail tube.
  • the exhaust pipe 100 has a large difference in muffling effect as compared with the exhaust pipe (normal tail) according to the comparative example. It was found that it exhibits high sound deadening performance.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating the sound deadening effect sensitivity depending on the ratio of the height X of the convex portion 120 to the inner diameter Y of the outlet end portion 110.
  • the horizontal axis is the ratio [%] of the height X of the convex portion 120 to the inner diameter Y of the outlet end portion 110
  • the vertical axis is the muffling effect sensitivity [dB (A)].
  • the inner diameter of the outlet end 110 of the exhaust pipe 100 is Y (see FIG. 2B), and the height of the convex portion 120 protruding inward (inward in the radial direction) of the outlet end 110 of the exhaust pipe 100 is X. (See FIG. 2C).
  • the height X is the maximum height dimension of the convex portion 120 from the inner wall surface 111 of the exhaust pipe 100.
  • the relationship between the height X of the convex portion 120 and the inner diameter Y of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100 satisfies the relational expression of 0 ⁇ X / Y ⁇ 0.1, so that the exhaust pipe 100
  • the collapse effect of the vortex ring formed when the exhaust gas is discharged from the outlet end 110 can be enhanced, and high sound deadening performance can be obtained.
  • the height X of the convex portion 120 indicates a dimension protruding inward from the inner wall surface 111 of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100, for example, from the inner wall surface 111 of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100. It includes the maximum height of the convex portion 120 protruding inward in the radial direction.
  • the inner diameter Y of the outlet end 110 of the exhaust pipe 100 is, for example, the diameter of the exhaust pipe 100 if it has a cylindrical shape, and the minor diameter of the exhaust pipe 100 if it has an elliptical cylinder shape. That is.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating the sound deadening effect sensitivity due to the V-shaped angle ⁇ in the recess 121.
  • the horizontal axis is the V-shaped angle ⁇ [°] in the recess 121
  • the vertical axis is the muffling effect sensitivity [dB (A)].
  • the angle of the recess 121 in the circumferential direction of the exhaust pipe 100 is ⁇ (see FIG. 3A), and the angle of the recess 121 in the radial direction (depth direction) of the exhaust pipe 100 is ⁇ (see FIG. 3B).
  • the muffling effect sensitivity is lower than 0.0 [dB (A)], that is, the muffling effect is large.
  • the V-shaped angle ⁇ is larger than 60 [°]
  • the outside air cannot be sufficiently introduced into the mainstream of the exhaust gas, and the vortex ring suppressing effect may not be sufficiently obtained. Therefore, in order to obtain the desired vortex ring collapse effect, it is desirable that the V-shaped angle ⁇ in the recess 121 satisfies the range of ⁇ ⁇ 60 °.
  • the exhaust pipe 100 having a pipe diameter (diameter) of 63.5 [mm] (inner diameter 63.5 ⁇ ) or more is also targeted.
  • the recess 121 has a substantially V-shape (V-groove) even in the depth direction. Further, it is desirable that the angle ⁇ of the recess 121 in the depth direction is in the range of 5 [°] or more.
  • FIG. 10 is a side view of the exhaust pipe 100 according to the first modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 11A is a side view of the exhaust pipe 100 according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • 11B is a front view of FIG. 11A.
  • FIG. 12 is a plan view of the exhaust pipe 100 according to the third modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view of a plane of an automobile muffler 1 to which the exhaust pipe 100 according to the fourth modification of the first embodiment of the present invention is applied.
  • the exhaust pipe 100 according to the first modification is formed in a cylindrical shape.
  • the exhaust pipe 100 has an outlet end 110.
  • the outlet end 110 is cut by a plane that diagonally intersects the plane perpendicular to the center line of the cylindrical exhaust pipe 100 to form an oval shape (substantially elliptical shape).
  • the outlet end 110 is provided with a convex portion 120 and a concave portion 121.
  • the exhaust pipe 100 according to the second modification is formed in a cylindrical shape curved downward.
  • the exhaust pipe 100 has an outlet end 110.
  • the outlet end 110 is opened diagonally downward because the exhaust pipe 100 is curved downward.
  • the outlet end 110 is cut by a plane that diagonally intersects the plane perpendicular to the center line of the cylindrical exhaust pipe 100 to form an oval shape (substantially elliptical shape).
  • the outlet end 110 is provided with a convex portion 120 and a concave portion 121.
  • the exhaust pipe 100 according to the third modification is formed in a cylindrical shape curved in a lateral direction.
  • the exhaust pipe 100 has an outlet end 110.
  • the outlet end 110 is opened diagonally to the side because the exhaust pipe 100 is curved toward the side.
  • the outlet end 110 is cut by a plane that diagonally intersects the plane perpendicular to the center line of the cylindrical exhaust pipe 100 to form an oval shape (substantially elliptical shape).
  • the outlet end 110 is provided with a convex portion 120 and a concave portion 121.
  • the automobile muffler 1 according to the fourth modification includes a muffler main body 10 and an exhaust pipe 100.
  • the muffler main body 10 includes an internal exhaust pipe 11 as a first internal exhaust pipe, an internal exhaust pipe 12 as a second internal exhaust pipe, an internal exhaust pipe 13 as a third internal exhaust pipe, and a fourth internal exhaust pipe. It has an internal exhaust pipe 14 and.
  • Exhaust gas discharged from the engine and passing through the catalyst is guided to the internal exhaust pipe 11.
  • the exhaust gas discharged from the internal exhaust pipe 11 is branched into an internal exhaust pipe 12 and an internal exhaust pipe 13 and guided to each of them.
  • Exhaust gas discharged from the internal exhaust pipe 12 and the internal exhaust pipe 13 merges and is guided to the internal exhaust pipe 14.
  • the exhaust gas flowing into the internal exhaust pipe 14 is discharged to the outside through the exhaust pipe 100.
  • a plurality of convex portions 120 and concave portions 121 are respectively provided at the outlet end portion 11a of the internal exhaust pipe 11, the outlet end portion 12a of the internal exhaust pipe 12, and the outlet end portion 13a of the internal exhaust pipe 13. It will be provided. It should be noted that, instead of providing a plurality of convex portions 120 and concave portions 121 in all of the outlet end portion 11a, the outlet end portion 12a, and the outlet end portion 13a, a plurality of convex portions 120 and concave portions 121 are provided in at least one of them. Should be provided.
  • the main cause of outside noise in exhaust noise is airflow noise.
  • the main sound source frequency of the airflow noise of this exhaust is, for example, a frequency of about 1 kHz to 2 kHz in the muffler, but in addition to this, noise is generated in the wake of the tail tube.
  • the exhaust pipe 100 effectively reduces the noise generated in the wake of the tail tube. That is, the exhaust pipe 100 focuses on the vortex ring generated by the friction between the exhaust gas and the outside air with respect to the sound source generated in the space wake of the tail tube, and suppresses the generation of the vortex ring or collapses the vortex ring to cause the exhaust. It silences the sound of airflow.
  • a V-shaped recess (a convex portion 120 protruding inward of the outlet end 110 of the exhaust pipe 100) is provided at the rear end of the tail tube (the outlet end 110 of the exhaust pipe 100), and the tail is provided. Due to the effect of collapsing the vortex ring generated in the wake of the tube (vortex ring collapse effect), the above-mentioned exhaust airflow sound can be effectively muted.
  • the airflow noise increases in proportion to the flow velocity, it is possible to increase the tail tube diameter and reduce the flow velocity to reduce the airflow noise.
  • the diameter of the tail tube is increased, the order sound (component) that affects the muffled sound in the vehicle interior is deteriorated. Therefore, there is a limit to increasing the tail tube diameter.
  • the convex portions 120 protruding inward of the outlet end 110 of the exhaust pipe 100 are provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the outlet end 110" means that the exhaust pipe 100 is provided with a plurality of locations in the circumferential direction.
  • a part of the cylindrical outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100 is used.
  • a configuration is also included in which the convex portion 120 is provided at the remaining position, that is, at a position in front of the exhaust gas flow direction from the outlet end portion 110.
  • the relationship between the height X of the convex portion 120 (height X protruding radially from the inner wall surface 111 of the exhaust pipe 100) and the inner diameter Y of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100 is 0 ⁇ X.
  • the relationship between the height X of the convex portion 120 and the inner diameter Y of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100 should further satisfy the relationship of 0.03 ⁇ X / Y ⁇ 0.09. desirable.
  • an optimum vortex ring collapse effect can be obtained in consideration of the inner diameter of the exhaust pipe 100.
  • each convex portion 120 reaches the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100, and the outer peripheral surface side of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100.
  • an annular exhaust gas vortex vortex ring
  • it can be effectively reduced by introduction. That is, high sound deadening performance can be obtained by the synergistic effect of the vortex ring collapse effect of the convex portion 120 and the vortex ring formation suppressing effect of the introduction of outside air from the concave portion 121.
  • the convex portion 120 has a V-shape in which the width of the convex portion 120 gradually increases along the discharge direction (arrow F1 in FIG. 4A) of the exhaust gas discharged from the inside of the exhaust pipe 100 through the outlet end portion 110. It is desirable to have. Specifically, as shown in FIG. 4B, the flow velocity of the exhaust gas flowing on the inner wall surface 111 side of the exhaust pipe 100 is increased by the substantially V-shaped convex portion 120, and the exhaust gas 100 has an outlet end 110 at the outlet end 110. By guiding the flow of the exhaust gas on the inner wall surface 111 side along the V-shape, it is possible to promote the collapse of the vortex ring formed when the exhaust gas is discharged from the outlet end 110 of the exhaust pipe 100.
  • the convex portion 120 has a tapered shape in which the height of the convex portion 120 gradually increases in the discharge direction of the exhaust gas discharged from the inside of the exhaust pipe 100 through the outlet end portion 110.
  • the height X of the convex portion 120 in this case is the maximum height portion of the convex portion 120.
  • the flow of the exhaust gas discharged along the convex portion 120 near the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100 can be controlled by the tapered shape of the convex portion 120, and the vortex ring collapse effect can be enhanced.
  • the convex portion 120 has a tapered shape whose width gradually decreases even in the height direction thereof. Thereby, the vortex ring collapse effect can be promoted.
  • a recess 121 is provided on the outer peripheral portion of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100.
  • the convex portion 120 and the concave portion 121 are provided at the same position at the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100 (both sides are integrated at the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100) as described in each of the above-described embodiments. It does not have to be.
  • the positions of the convex portion 120 and the concave portion 121 may be displaced in the circumferential direction along the outer peripheral portion of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100.
  • the concave portion 121 is provided on the outer peripheral surface side of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100 corresponding to the adjacent convex portions 120, the outside air introduction effect and the vortex ring collapse effect can be obtained.
  • the recess 121 may not be provided on the outer periphery of the outlet end 110 of the exhaust pipe 100. In this case, the muffling performance can be ensured by the vortex ring collapse effect of the convex portion 120.
  • the recess 121 has a V-shape whose width gradually increases toward the downstream side in the longitudinal direction of the exhaust pipe 100. As a result, the introduction of outside air is promoted, and the effect of suppressing the vortex ring can be enhanced.
  • the V-shaped angle ⁇ in the recess 121 satisfies the range of ⁇ ⁇ 60 °.
  • a pipe diameter having an inner diameter of 63.5 ⁇ or more of the exhaust pipe 100 can also be targeted. If the V-shaped angle ⁇ is larger than 60 °, the outside air cannot be sufficiently introduced into the mainstream of the exhaust gas, and the vortex ring suppressing effect may not be sufficiently obtained.
  • the recess 121 has a substantially V-shape (V-groove) even in the depth direction. It is desirable that the angle ⁇ (see FIG. 3B) of the recess 121 in the depth direction is in the range of 5 [°] or more.
  • the convex portion 120 or the concave portion 121 is formed by press working on the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100, for example. As a result, it becomes possible to integrally provide the exhaust pipe 100, so that in the present embodiment, a high sound deadening effect can be obtained while the configuration is relatively simple.
  • the recess 121 has a shape (V-groove shape) in which the depth gradually increases in the longitudinal direction in the exhaust pipe 100.
  • V-groove shape a shape in which the depth gradually increases in the longitudinal direction in the exhaust pipe 100.
  • the relationship between the height X of the convex portion 120 (the height X protruding radially from the inner wall surface 111 of the exhaust pipe 100) and the inner diameter Y of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100 is 0.
  • the relational expression between the height X of the convex portion 120 and the inner diameter Y of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100 is not limited, and for example, it projects inward of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100.
  • a structure in which the convex portions 120 are provided at a plurality of locations in the circumferential direction of the outlet end portion 110 and the plurality of concave portions 121 are provided on the outer peripheral portion of the outlet end portion 110 of the exhaust pipe 100 can also be widely targeted.
  • the convex portion 120 and the concave portion 121 may be integrated on the front and back sides, or may be provided at different positions on the front and back sides.
  • the vortex ring collapse effect of the convex portion 120 and the vortex ring suppression effect of the concave portion 121 can be synergistically obtained, and high sound deadening performance can be obtained.
  • FIG. 14 is a side view of the exhaust pipe 200.
  • FIG. 15A is a cross-sectional view of the side surface in FIG.
  • FIG. 15B is a cross-sectional view of the side surface of the exhaust pipe 200 according to the modified example of the second embodiment of the present invention.
  • the exhaust pipe 200 has an exhaust pipe main body 210 and a finisher 220.
  • the exhaust pipe main body 210 is formed in a cylindrical shape.
  • the exhaust pipe main body 210 has an outlet end portion 210a.
  • the outlet end 210a is cut by a plane that diagonally intersects the plane perpendicular to the center line of the cylindrical exhaust pipe 200 to form an oval shape (substantially elliptical shape).
  • the outlet end portion 210a is provided with a convex portion 120 and a concave portion 121.
  • the finisher 220 has a cylindrical portion 221 and a bottom portion 222.
  • the cylindrical portion 221 is formed in a cylindrical shape having an inner diameter larger than the outer diameter of the exhaust pipe main body 210.
  • the cylindrical portion 221 is provided on the outer periphery of the exhaust pipe main body 210 in a substantially concentric shape at intervals.
  • the cylindrical portion 221 forms an annular space 223 with the exhaust pipe main body 210.
  • the cylindrical portion 221 has an outlet end portion 221a on the downstream side in the exhaust gas flow direction.
  • the outlet end portion 221a is cut by a plane that diagonally intersects the plane perpendicular to the center line of the cylindrical exhaust pipe 200 to form an oval shape (substantially elliptical shape).
  • the outlet end portion 221a is substantially parallel to the outlet end portion 210a of the exhaust pipe main body 210.
  • the outlet end portion 221a is provided with a convex portion 120 and a concave portion 121.
  • the bottom portion 222 is provided at the upstream end portion 221b on the upstream side in the exhaust gas flow direction of the cylindrical portion 221.
  • the bottom portion 222 connects the outer peripheral surface of the exhaust pipe main body 210 and the inner peripheral surface of the cylindrical portion 221, and holds the finisher 220 with respect to the exhaust pipe main body 210.
  • the bottom 222 has a plurality of through holes 224 that allow the space 223 to communicate with the outside.
  • the exhaust gas is discharged from the outlet end 210a of the exhaust pipe main body 210, and the outside air is guided to the space 223 through the through hole 224 of the finisher 220 and discharged from the outlet end 221a. Therefore, the flow velocity difference between the exhaust gas discharged from the outlet end 210a and the outside air discharged from the outlet end 221a is smaller than the flow velocity difference between the exhaust gas and the outside air when the finisher 220 is not provided. .. Therefore, the frictional force between the exhaust gas that generates the vortex ring and the outside air becomes small.
  • the convex portion 120 and the concave portion 121 are provided at the outlet end portion 210a of the exhaust pipe main body 210 and the outlet end portion 221a of the finisher 220, the synergistic effect of the vortex ring collapse effect and the vortex ring suppression effect described above can be obtained. High muffling performance can be obtained.
  • a plurality of through holes 211 communicating with the space 223 are provided on the outer periphery of the exhaust pipe main body 210. Further, the finisher 220 does not have a through hole 224 in the bottom 222.
  • the exhaust gas is discharged from the outlet end 210a of the exhaust pipe main body 210, and a part of the exhaust gas is guided to the space 223 through the through hole 211 of the exhaust pipe main body 210 to the outlet end 221a. Is discharged from. Therefore, the exhaust gas is branched into the outlet end portion 210a and the outlet end portion 221a and discharged, so that the flow velocity becomes low. Therefore, the difference in flow velocity between the exhaust gas and the outside air flowing around the finisher 220 becomes small. Therefore, the frictional force between the exhaust gas that generates the vortex ring and the outside air becomes small.
  • the convex portion 120 and the concave portion 121 are provided at the outlet end portion 210a of the exhaust pipe main body 210 and the outlet end portion 221a of the finisher 220, the synergistic effect of the vortex ring collapse effect and the vortex ring suppression effect described above can be obtained. High muffling performance can be obtained.
  • the convex portion 120 and the concave portion 121 may be provided on only one of them. ..
  • FIG. 16 is a plan view of the exhaust pipe 300.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view of the side surface in FIG.
  • the exhaust pipe 300 has an exhaust pipe main body 310 and a cover 320.
  • the exhaust pipe main body 310 is formed in a cylindrical shape that bends in a curved shape toward the side.
  • the exhaust pipe main body 310 has an outlet end portion 310a.
  • the outlet end 310a is opened diagonally to the side because the exhaust pipe main body 310 is curved toward the side.
  • the outlet end portion 310a is cut by a plane that diagonally intersects the plane perpendicular to the center line of the cylindrical exhaust pipe main body 310 to form an oval shape (substantially elliptical shape).
  • the outlet end portion 310a is provided with a convex portion 120 and a concave portion 121.
  • the cover 320 is provided in a curved surface shape having a substantially arcuate cross section at intervals above the exhaust pipe main body 310.
  • the cover 320 forms a space 323 with the exhaust pipe main body 310.
  • the cover 320 has an outlet end portion 321a on the downstream side in the exhaust gas flow direction.
  • the outlet end portion 321a is provided with a convex portion 120 and a concave portion 121.
  • the exhaust gas is discharged from the outlet end portion 310a of the exhaust pipe main body 310, and the outside air is guided to the space 323 between the cover 320 and the exhaust pipe main body 310 and discharged from the outlet end portion 321a. ..
  • the convex portion 120 and the concave portion 121 at the outlet end portion 321a, the flow path area of the space 323 is reduced and the flow velocity of the outside air discharged from the outlet end portion 321a is increased. Therefore, the flow velocity difference between the exhaust gas discharged from the outlet end 310a and the outside air discharged from the outlet end 321a is smaller than the flow velocity difference between the exhaust gas and the outside air when the cover 320 is not provided. .. Therefore, the frictional force between the exhaust gas that generates the vortex ring and the outside air becomes small.
  • the convex portion 120 and the concave portion 121 are provided at the outlet end portion 310a of the exhaust pipe main body 310 and the outlet end portion 321a of the cover 320, the synergistic effect of the vortex ring collapse effect and the vortex ring suppression effect described above can be obtained. High sound deadening performance can be obtained.
  • the exhaust pipe 100, the exhaust pipe main body 210, and the exhaust pipe main body 310 are formed in a cylindrical shape having a substantially circular cross-sectional shape.
  • the exhaust pipe 100, the exhaust pipe main body 210, and the exhaust pipe main body 310 are formed, for example, into a tubular shape having an oval (elliptical) cross-sectional shape or a cylindrical shape having a rectangular cross-sectional shape. May be good. That is, the exhaust pipe 100, the exhaust pipe main body 210, and the exhaust pipe main body 310 may have a tubular shape having an arbitrary cross-sectional shape.

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Abstract

排気管（１００）又は自動車用マフラ（１）は、排気ガスが排出される出口端部（１１０）の外周面に凹状に形成される凹部（１２１）を備える。

Description

排気管及び自動車用マフラ
　本発明は、排気ガスを外気に放出する排気管、及びこの排気管を備える自動車用マフラに関する。
　ＪＰ２００４－３６０６１８Ａには、排気ガスを外気に放出する排気管として、テールパイプの出口付近に円環状デバイスが装着され、気流音を低減させるテールパイプの構造が開示されている。このテールパイプは、テールパイプに対して円環状デバイスを装着されるので、構造が複雑である。
　本発明は、比較的簡単な構造で、高い消音性能を得ることができる排気管及び自動車用マフラを提供するものである。
　本発明のある態様によれば、排気管は、排気ガスが排出される出口端部の外周面に凹状に形成される凹部を備える。
　上記態様によれば、排気管の出口端部の外周面に凹状に形成される凹部によって、排気管の出口端部から排気ガスが放出される際に、渦輪の発生を効率的に抑制することができ、高い消音性能を得ることができる。
図１は、本発明の第１実施形態に係る排気管が適用される自動車用マフラの概略斜視図である。 図２Ａは、排気管の出口端部を示す概略斜視図である。 図２Ｂは、図２Ａにおける正面図である。 図２Ｃは、図２ＢにおけるＩＩＣ部の拡大図である。 図３Ａは、凸部近傍の拡大斜視図である。 図３Ｂは、図２ＢにおけるＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ断面図である。 図４Ａは、排気管の出口端部における排気ガスの流れを説明する断面図である。 図４Ｂは、排気管の出口端部における排気ガスの流れを説明する斜視図である。 図５は、比較例に係る排気管から放出される排気ガスの渦輪の状態を示す図である。 図６は、本発明の第１実施形態に係る排気管から放出される排気ガスの渦輪崩壊（渦輪抑制）の状態を示す図である。 図７Ａは、図５に示す比較例に係る排気管と本発明の第１実施形態に係る排気管とで消音性能の比較実験を行った結果を示す図である。 図７Ｂは、図５に示す比較例に係る排気管と本発明の第１実施形態に係る排気管とで消音性能の比較実験を行った結果を示す図である。 図８は、出口端部の内径に対する凸部の高さの割合による消音効果感度について説明する図である。 図９は、凹部におけるＶ字形状の角度による消音効果感度について説明する図である。 図１０は、本発明の第１実施形態の第１変形例に係る排気管の側面図である。 図１１Ａは、本発明の第１実施形態の第２変形例に係る排気管の側面図である。 図１１Ｂは、図１１Ａにおける正面図である。 図１２は、本発明の第１実施形態の第３変形例に係る排気管の平面図である。 図１３は、本発明の第１実施形態の第４変形例に係る排気管が適用される自動車用マフラの平面の断面図である。 図１４は、本発明の第２実施形態に係る排気管の側面図である。 図１５Ａは、図１４における側面の断面図である。 図１５Ｂは、本発明の第２実施形態の変形例に係る排気管の側面の断面図である。 図１６は、本発明の第３実施形態に係る排気管の平面図である。 図１７は、図１６における側面の断面図である。
　以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
　（第１実施形態）
　以下、図１から図１３を参照して、本発明の第１実施形態に係る排気管１００、及び排気管１００を備える自動車用マフラ１について説明する。
　まず、図１から図３Ｂを参照して自動車用マフラ１及び排気管１００の構成について説明する。
　図１は、排気管１００が適用される自動車用マフラ１の概略斜視図である。図２Ａは、排気管１００の出口端部１１０を示す概略斜視図である。図２Ｂは、図２Ａにおける正面図である。図２Ｃは、図２ＢにおけるＩＩＣ部の拡大図である。図３Ａは、凸部１２０近傍の拡大斜視図である。図３Ｂは、図２ＢにおけるＩＩＩＢ－ＩＩＩＢ断面図である。
　図１に示すように、自動車用マフラ１は、マフラ本体１０と、排気管１００と、を備える。
　排気管１００は、円筒形状に形成される。排気管１００は、出口端部１１０を有する。排気管１００は、図示しないが、内燃機関（エンジン）から排出された排気ガスを触媒にて浄化した後、テールチューブの出口端部１１０から外気に放出するものである。
　図２Ａに示すように、出口端部１１０は、円筒形状の排気管１００の中心線に垂直な平面でカットされて略円形に形成される。
　出口端部１１０の内周部には、内壁面１１１から径方向内側（内周側）に向けて突出する凸部１２０が設けられている。凸部１２０は、出口端部１１０の周方向に沿って複数個設けられている。
　出口端部１１０の外周部には、外周面から径方向内側（内周側）に向けて凹状に形成される凹部１２１が設けられている。凹部１２１は、出口端部１１０の周方向に沿って複数個設けられている。
　凸部１２０及び凹部１２１は、排気管１００の出口端部１１０における周方向の同じ位置に設けられる。即ち、凸部１２０及び凹部１２１は、排気管１００の出口端部１１０において表裏一体に設けられている。凸部１２０及び凹部１２１は、排気管１００の出口端部１１０にて周方向に等間隔に設けられる。凸部１２０及び凹部１２１は、排気管１００の出口端部１１０に対するプレス加工によって成形される。
　排気管１００では、出口端部１１０に設けられた複数の凸部１２０及び凹部１２１によって、排気管１００内から排出される排気ガスの流れがコントロールされる。これにより、排気管１００の出口端部１１０から排気ガスが排出される際に形成される渦輪の抑制に加えて崩壊効果も得られるため、高い消音性能を得ることができる。
　次に、図４Ａ及び図４Ｂを参照して、排気管１００の作用について説明する。
　図４Ａは、排気管１００の出口端部１１０における排気ガスの流れを説明する断面図である。図４Ｂは、排気管１００の出口端部１１０における排気ガスの流れを説明する斜視図である。
　図４Ａ及び図４Ｂに示すように、排気管１００では、一つの凸部１２０又は隣り合う凸部１２０の影響を受け、排気管１００の内壁面１１１側を通過する排気ガスの流れが速くなる。これにより、排気管１００から放出される排気ガスの主流（図４Ａの矢印Ｆ１）が、排気管１００の出口端部１１０で受ける速度差によって渦輪が発生し複数の凸部１２０を起点として排気ガスの流れが速くなる作用を受け、渦輪を崩壊させることができる（渦輪崩壊効果）。特に、排気管１００では、上述した凸部１２０を出口端部１１０の周方向に複数設けることにより、渦輪崩壊効果を高めることができる。
　また、排気管１００では、凸部１２０と表裏一体に設けられる凹部１２１側にて、排気管１００から放出される排気ガス（主流）に対し、凸部１２０の下流側端部付近で負圧が発生する。その結果、凹部１２１に沿って外気が導入される。これにより、排気管１００から放出される排気ガスの主流（図４Ａの矢印Ｆ１）と、凹部１２１から導入される外気（図４Ａの矢印Ｆ２）との速度差が排気管１００の出口端部１１０付近で緩和され、当該速度差によって空間Ｓ１（図４Ａ参照）における渦輪の発生を効果的に抑制することができる（渦輪抑制効果）。
　即ち、本実施形態では、排気管１００の出口端部１１０に複数個の凸部１２０及び凹部１２１をそれぞれ設けたことにより、上述した渦輪崩壊効果と渦輪抑制効果の相乗効果が得られ、高い消音性能を得ることができる。
　なお、出口端部１１０に複数個の凸部１２０及び凹部１２１を共に設けるのではなく、複数個の凸部１２０のみ、若しくは複数個の凹部１２１のみを設けてもよい。出口端部１１０に凹部１２１を設けずに複数個の凸部１２０のみを設けた場合には、渦輪崩壊効果を高めることができるので、高い消音性能を得ることができる。一方、出口端部１１０に凸部１２０を設けずに複数個の凹部１２１のみを設けた場合には、渦輪の発生を効果的に抑制することができるので、高い消音性能を得ることができる。
　また、凸部１２０と凹部１２１とを、排気管１００の出口端部１１０における周方向の同じ位置に設けるのではなく、周方向の異なる位置に設けてもよい。この場合にも、上述した渦輪崩壊効果と渦輪抑制効果の相乗効果が得られ、高い消音性能を得ることができる。
　また、凸部１２０と凹部１２１とを出口端部１１０の全周にわたって設けるのではなく、周の一部のみに設けてもよい。
　次に、図５及び図６を参照して、比較例に係る排気管（標準的な排気管）から放出される排気ガスの渦輪の状態と、本実施形態の排気管１００から放出される排気ガスの渦輪崩壊（渦輪抑制）の状態とについて説明する。図５は、比較例に係る排気管から放出される排気ガスの渦輪の状態を示す図である。具体的には、図５は、本実施形態における凸部１２０及び凹部１２１が設けられていない円筒形状の排気管（ノーマルタイプ）から排気ガスを放出した状態を示すものである。図６は、本実施形態に係る排気管１００から放出される排気ガスの渦輪崩壊（渦輪抑制）の状態を示す図である。
　図５に示すように、ノーマルタイプの排気管では、出口付近から渦輪が連なるように生成されていることが分かる。これに対して、図６に示すように、排気管１００では、出口付近において渦輪が崩壊ないし抑制されていることが分かる。このように、凸部１２０による渦輪崩壊効果と凹部１２１による渦輪抑制効果とが得られることで、高い消音性能を得ることができる。
　次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、比較例に係るノーマルタイプの排気管と、排気管１００とで消音性能の比較実験を行った結果について説明する。
　図７Ａ及び図７Ｂは、比較例に係るノーマルタイプの排気管と排気管１００とで消音性能の比較実験を行った結果を示す図である。
　図７Ａに示すように、直線状に形成される排気管であるストレートチューブの場合には、排気管１００は、比較例に係る排気管（ＢＡＳＥ）と比較して消音効果に２．３ｄＢの差が生じ、高い消音性能を発揮することが分かった。また、曲線状に曲がった排気管（図１参照）の場合には、排気管１００は、比較例に係る排気管（ＢＡＳＥ）と比較して消音効果に０．８ｄＢの差が生じ、高い消音性能を発揮することが分かった。
　また、車外騒音規制の強化に伴って、例えば、タイヤ騒音、エンジン騒音、インテーク騒音、エキゾースト騒音などの車両の騒音低減が求められている。エキゾースト騒音における車外騒音の主要因は、気流騒音である。このエキゾーストの気流騒音は、例えば、マフラ内での１ｋＨｚ～２ｋＨｚ程度の周波数が主な音源周波数となるが、この他にも、テールチューブ後流で騒音が発生する。
　これに対して、図７Ｂに示すように、１ｋＨｚ～２ｋＨｚ程度の周波数にて、排気管１００は、比較例に係る排気管（ノーマルテール）と比較して消音効果に大きな差が生じており、高い消音性能を発揮することが分かった。
　続いて、主に図８及び図９を参照して、凸部１２０及び凹部１２１の形状による消音効果感度について説明する。
　まず、主に図８を参照して、出口端部１１０の内径Ｙに対する凸部１２０の高さＸの割合による消音効果感度について説明する。
　図８は、出口端部１１０の内径Ｙに対する凸部１２０の高さＸの割合による消音効果感度について説明する図である。図８では、横軸は、出口端部１１０の内径Ｙに対する凸部１２０の高さＸの割合［％］であり、縦軸は、消音効果感度［ｄＢ（Ａ）］である。
　ここで、排気管１００の出口端部１１０の内径をＹとし（図２Ｂ参照）、排気管１００の出口端部１１０の内方側（径方向内側）に突出する凸部１２０の高さをＸとする（図２Ｃ参照）。なお、高さＸは、排気管１００の内壁面１１１からの凸部１２０の最大高さ寸法である。
　図８に示すように、内径Ｙに対する高さＸが１０［％］以下である場合に、消音効果感度が０．０［ｄＢ（Ａ）］よりも低くなっている、即ち、消音効果が大きくなっていることが分かる。よって、排気管１００の出口端部１１０の内径Ｙと凸部１２０の高さＸとの関係が、０＜Ｘ／Ｙ≦０．１の関係式を満たすようにすることが望ましい。
　このように、凸部１２０の高さＸと、排気管１００の出口端部１１０の内径Ｙとの関係が、０＜Ｘ／Ｙ≦０．１の関係式を満たすことにより、排気管１００の出口端部１１０から排気ガスが放出される際に形成される渦輪の崩壊効果を高めることができ、高い消音性能を得ることができる。
　なお、凸部１２０の高さＸとは、排気管１００の出口端部１１０の内壁面１１１から内方側に突出した寸法を示し、例えば、排気管１００の出口端部１１０における内壁面１１１から径方向内方側に突出した凸部１２０の最大高さを含むものである。また、排気管１００の出口端部１１０の内径Ｙとは、例えば、排気管１００が円筒形状であればその直径のことであり、排気管１００が楕円筒形状である場合は、その短径のことである。
　次に、主に図９を参照して、凹部１２１におけるＶ字形状の角度θによる消音効果感度について説明する。
　図９は、凹部１２１におけるＶ字形状の角度θによる消音効果感度について説明する図である。図９では、横軸は、凹部１２１におけるＶ字形状の角度θ［°］であり、縦軸は、消音効果感度［ｄＢ（Ａ）］である。
　ここで、排気管１００の周方向における凹部１２１の角度をθとし（図３Ａ参照）、排気管１００の径方向（深さ方向）における凹部１２１の角度をαとする（図３Ｂ参照）。
　図９に示すように、角度θが６０［°］以下である場合に、消音効果感度が０．０［ｄＢ（Ａ）］よりも低くなっている、即ち、消音効果が大きくなっていることが分かる。Ｖ字形状の角度θが６０［°］よりも大きくなると、排気ガスの主流に対する外気導入が充分に得られず、渦輪抑制効果が十分に得られないおそれがある。よって、所望の渦輪崩壊効果を得るためには、凹部１２１におけるＶ字形状の角度θが、θ≦６０°の範囲を満たすようにすることが望ましい。この場合、排気管１００のパイプ径（直径）が６３．５［ｍｍ］（内径６３．５Φ）以上のものも対象となる。
　なお、凹部１２１は、深さ方向においても略Ｖ字形状（Ｖ溝）となっている。また、この深さ方向における凹部１２１の角度αは、５［°］以上の範囲であることが望ましい。
　次に、図１０から図１３を参照して、本発明の第１実施形態の第１から第４の変形例に係る排気管１００について各々説明する。
　図１０は、本発明の第１実施形態の第１変形例に係る排気管１００の側面図である。図１１Ａは、本発明の第１実施形態の第２変形例に係る排気管１００の側面図である。図１１Ｂは、図１１Ａにおける正面図である。図１２は、本発明の第１実施形態の第３変形例に係る排気管１００の平面図である。図１３は、本発明の第１実施形態の第４変形例に係る排気管１００が適用される自動車用マフラ１の平面の断面図である。
　図１０に示すように、第１の変形例に係る排気管１００は、円筒形状に形成される。排気管１００は、出口端部１１０を有する。
　出口端部１１０は、円筒形状の排気管１００の中心線に垂直な平面に対して斜めに交差する平面でカットされて長円形（略楕円形）に形成される。出口端部１１０には、凸部１２０及び凹部１２１が設けられる。
　このように、出口端部１１０が斜めにカットされている場合にも同様に、出口端部１１０に複数個の凸部１２０及び凹部１２１をそれぞれ設けたことにより、上述した渦輪崩壊効果と渦輪抑制効果の相乗効果が得られ、高い消音性能を得ることができる。
　図１１Ａに示すように、第２の変形例に係る排気管１００は、下方に向かって曲線状に曲がった円筒形状に形成される。排気管１００は、出口端部１１０を有する。
　出口端部１１０は、排気管１００が下方に向かって曲線状に曲がっていることによって、斜め下方に向かって開口している。出口端部１１０は、円筒形状の排気管１００の中心線に垂直な平面に対して斜めに交差する平面でカットされて長円形（略楕円形）に形成される。出口端部１１０には、凸部１２０及び凹部１２１が設けられる。
　このように、排気管１００が下方に向かって曲線状に曲がった円筒形状に形成される場合にも同様に、出口端部１１０に複数個の凸部１２０及び凹部１２１をそれぞれ設けたことにより、上述した渦輪崩壊効果と渦輪抑制効果の相乗効果が得られ、高い消音性能を得ることができる。
　図１２に示すように、第３の変形例に係る排気管１００は、側方に向かって曲線状に曲がった円筒形状に形成される。排気管１００は、出口端部１１０を有する。
　出口端部１１０は、排気管１００が側方に向かって曲線状に曲がっていることによって、斜め側方に向かって開口している。出口端部１１０は、円筒形状の排気管１００の中心線に垂直な平面に対して斜めに交差する平面でカットされて長円形（略楕円形）に形成される。出口端部１１０には、凸部１２０及び凹部１２１が設けられる。
　このように、排気管１００が側方に曲線状に曲がった円筒形状に形成される場合にも同様に、出口端部１１０に複数個の凸部１２０及び凹部１２１をそれぞれ設けたことにより、上述した渦輪崩壊効果と渦輪抑制効果の相乗効果が得られ、高い消音性能を得ることができる。
　図１３に示すように、第４の変形例に係る自動車用マフラ１は、マフラ本体１０と、排気管１００と、を備える。
　マフラ本体１０は、第１内部排気管としての内部排気管１１と、第２内部排気管としての内部排気管１２と、第３内部排気管としての内部排気管１３と、第４内部排気管としての内部排気管１４と、を有する。
　内部排気管１１には、エンジンから排出されて触媒を通過した排気ガスが導かれる。内部排気管１１から排出される排気ガスは、内部排気管１２と内部排気管１３とに分岐して各々に導かれる。内部排気管１２と内部排気管１３とから排出される排気ガスは、合流して内部排気管１４に導かれる。内部排気管１４に流入する排気ガスは、排気管１００を通じて外部に排出される。
　このとき、内部排気管１１の出口端部１１ａと、内部排気管１２の出口端部１２ａと、内部排気管１３の出口端部１３ａと、には、複数個の凸部１２０及び凹部１２１が各々設けられる。なお、出口端部１１ａと出口端部１２ａと出口端部１３ａとのすべてに複数個の凸部１２０及び凹部１２１を設けるのではなく、少なくともいずれか一つに複数個の凸部１２０及び凹部１２１が設けられればよい。
　このように、マフラ本体１０の内部排気管１１～１３の出口端部１１ａ～１３ａのうち少なくとも一つに複数個の凸部１２０及び凹部１２１が設けられることで、マフラ本体１０の内部にて上述した渦輪崩壊効果と渦輪抑制効果の相乗効果が得られ、高い消音性能を得ることができる。
　以上の第１の実施形態によれば、以下に示す効果を有する。
　車外騒音規制の強化に伴って、例えば、タイヤ騒音、エンジン騒音、インテーク騒音、エキゾースト騒音などの車両の騒音低減が求められている。エキゾースト騒音における車外騒音の主要因は、気流騒音である。このエキゾーストの気流騒音は、例えば、マフラ内での１ｋＨｚ～２ｋＨｚ程度の周波数が主な音源周波数となるが、この他にも、テールチューブ後流で騒音が発生する。
　これに対して、排気管１００は、テールチューブ後流で発生する騒音を効果的に低減させるものである。即ち、排気管１００は、テールチューブ後流の空間で発生する音源に関して、排気ガスと外気との摩擦により発生する渦輪に着目し、この渦輪の発生を抑制又は渦輪を崩壊させることで、エキゾーストの気流音を消音させるものである。
　排気管１００では、テールチューブ後端部（排気管１００の出口端部１１０）にＶ字形状の凹み（排気管１００の出口端部１１０の内方側に突出する凸部１２０）を設け、テールチューブ後流で発生する渦輪を崩壊させる効果（渦輪崩壊効果）により、上述したエキゾーストの気流音を効果的に消音させることができる。
　なお、気流音は、流速に比例して大きくなるため、テールチューブ径を大きくし、流速を下げて気流音を低減することが可能である。一方、テールチューブ径を大きくすると、車室内こもり音に影響のある次数音（成分）が悪化する。そのため、テールチューブ径を大きくするのには限界がある。
　ここで、「排気管１００の出口端部１１０の内方側に突出する凸部１２０が出口端部１１０の周方向の複数個所に設けられる」とは、図３Ｂに示すように排気管１００の出口端部１１０と凸部１２０の下流側端部とが同じ位置となるように凸部１２０が延設された構成以外にも、例えば、排気管１００の円筒形状の出口端部１１０を一部残した位置、即ち、出口端部１１０から排気ガス流れ方向手前の位置に凸部１２０が設けられた構成も含まれる。この構成においても、凸部１２０の高さＸ（排気管１００の内壁面１１１から径方向に突出する高さＸ）と、排気管１００の出口端部１１０の内径Ｙとの関係が０＜Ｘ／Ｙ≦０．１の関係式を満たすようにすることで、所望の渦輪崩壊効果が得られる。なお、ここで、凸部１２０の高さＸと排気管１００の出口端部１１０の内径Ｙとの関係は、０．０３≦Ｘ／Ｙ≦０．０９の関係を満たすようにすることが更に望ましい。これにより、更に排気管１００の内径を考慮した最適な渦輪崩壊効果を得ることができる。
　ただし、図２Ａから図４Ｂに示すように、排気管１００の出口端部１１０に各凸部１２０が到達するように延設された構造とし、かつ排気管１００の出口端部１１０の外周面側から凸部１２０に表裏一体に凹部１２１を形成する構造とすることにより、排気管１００の出口端部１１０からの排気ガス放出時に、環状の排気ガス渦（渦輪）の形成を凹部１２１からの外気導入により効果的に低減させることができる。即ち、凸部１２０による渦輪崩壊効果と凹部１２１からの外気導入による渦輪形成抑制効果との相乗効果により、高い消音性能を得ることができる。
　また、凸部１２０は、排気管１００内から出口端部１１０を通って排出される排気ガスの排出方向（図４Ａの矢印Ｆ１）に沿って凸部１２０の幅が漸大するＶ字形状を有することが望ましい。具体的には、図４Ｂに示すように、排気管１００の内壁面１１１側を流れる排気ガスの流速が略Ｖ字形状の凸部１２０によって速くなり、かつ、排気管１００の出口端部１１０における内壁面１１１側の排気ガスの流れをＶ字形状に沿って案内することで、排気管１００の出口端部１１０からの排気ガスの排出時に形成される渦輪の崩壊を促進させることができる。
　また、凸部１２０は、排気管１００内から出口端部１１０を通って排出される排気ガスの排出方向に向かって凸部１２０の高さが漸大するテーパ形状である。この場合の凸部１２０の高さＸは、凸部１２０における最大の高さ部分である。これにより、排気管１００の出口端部１１０付近で凸部１２０に沿って放出される排気ガスの流れを凸部１２０のテーパ形状によってコントロールし、渦輪崩壊効果を高めることができる。また、凸部１２０は、その高さ方向においても幅が漸小するテーパ形状である。これにより、渦輪崩壊効果を促進させることができる。
　また、排気管１００の出口端部１１０の外周部には、凹部１２１が設けられていることが望ましい。ここで、凸部１２０と凹部１２１とは、上述した各実施形態にて説明したように、排気管１００の出口端部１１０において同じ位置（排気管１００の出口端部１１０において表裏一体）に設けなくてもよい。例えば、排気管１００の出口端部１１０の外周部に沿って、凸部１２０と凹部１２１との位置が周方向にずれて配置されていてもよい。具体的には、隣り合う凸部１２０の間に対応して排気管１００の出口端部１１０の外周面側に凹部１２１を設けても、外気導入効果と渦輪崩壊効果を得ることができる。なお、凹部１２１は、排気管１００の出口端部１１０の外周に設けなくてもよい。この場合には、凸部１２０による渦輪崩壊効果によって消音性能を確保することができる。ただし、更に高い消音効果を得るためには、凸部１２０及び凹部１２１を排気管１００の出口端部１１０に設けることが望ましい。加工上の観点からは凸部１２０及び凹部１２１を表裏一体とするのがよい。
　また、凹部１２１は、排気管１００の長手方向下流側に向かって幅が漸大するＶ字形状を有することが望ましい。これにより、外気導入が促され、渦輪抑制効果を高めることができる。
　また、所望の渦輪崩壊効果を得るためには、凹部１２１におけるＶ字形状の角度θが、θ≦６０°の範囲を満たすようにすることが望ましい。この場合、排気管１００の内径６３．５Φ以上のパイプ径も対象とすることができる。Ｖ字形状の角度θが６０°より大きくなると、排気ガスの主流に対する外気導入が充分に得られず、渦輪抑制効果が充分に得られないおそれがある。
　なお、凹部１２１は、深さ方向においても略Ｖ字形状（Ｖ溝）とすることが望ましい。この深さ方向における凹部１２１の角度α（図３Ｂ参照）は、５［°］以上の範囲とすることが望ましい。
　また、凸部１２０又は凹部１２１は、例えば、排気管１００の出口端部１１０に対してプレス加工により成形される。これにより、排気管１００に対して一体的に設けることが可能となるため、本実施形態では、その構成が比較的簡単でありながら、高い消音効果を得ることができる。
　また、凹部１２１は、排気管１００における長手方向に深さが漸大する形状（Ｖ溝形状）を有することが望ましい。これにより、外気導入効果を更に高め、渦輪形成を効果的に抑制することができる。その結果、凸部１２０によって形成される気流による渦輪崩壊効果が加わり、高い消音性能を得ることができる。
　なお、本実施形態では、凸部１２０の高さＸ（排気管１００の内壁面１１１から径方向に突出する高さＸ）と、排気管１００の出口端部１１０の内径Ｙとの関係が０＜Ｘ／Ｙ≦０．１の関係式を満たすようにすることで、所望の渦輪崩壊効果を得る点にある。しかしながら、このような凸部１２０の高さＸと排気管１００の出口端部１１０の内径Ｙとの関係式に限定されず、例えば、排気管１００の出口端部１１０の内方側に突出する凸部１２０が出口端部１１０の周方向の複数個所に設けられ、かつ、排気管１００の出口端部１１０の外周部に複数の凹部１２１が設けられる構造も広く対象とすることができる。この場合、凸部１２０と凹部１２１とは表裏一体でもよく、表裏異なる位置に設けられてもよい。いずれにしても、凸部１２０による渦輪崩壊効果と、凹部１２１による渦輪抑制効果とが相乗的に得られ、高い消音性能を得ることができる。
　（第２実施形態）
　以下、図１４から図１５Ｂを参照して、本発明の第２実施形態に係る排気管２００について説明する。以下に示す各実施形態では、第１実施形態と異なる点を中心に説明し、同様の機能を有する構成には同一の符号を付して説明を省略する。
　図１４は、排気管２００の側面図である。図１５Ａは、図１４における側面の断面図である。図１５Ｂは、本発明の第２実施形態の変形例に係る排気管２００の側面の断面図である。
　図１４に示すように、排気管２００は、排気管本体２１０と、フィニッシャ２２０と、を有する。
　図１５Ａに示すように、排気管本体２１０は、円筒形状に形成される。排気管本体２１０は、出口端部２１０ａを有する。
　出口端部２１０ａは、円筒形状の排気管２００の中心線に垂直な平面に対して斜めに交差する平面でカットされて長円形（略楕円形）に形成される。出口端部２１０ａには、凸部１２０及び凹部１２１が設けられる。
　フィニッシャ２２０は、円筒部２２１と、底部２２２と、を有する。
　円筒部２２１は、排気管本体２１０の外径よりも大きな内径を有する円筒形状に形成される。円筒部２２１は、排気管本体２１０の外周に間隔をあけて略同心円状に設けられる。円筒部２２１は、排気管本体２１０との間に環状の空間２２３を形成する。円筒部２２１は、排気ガス流れ方向における下流側に出口端部２２１ａを有する。
　出口端部２２１ａは、円筒形状の排気管２００の中心線に垂直な平面に対して斜めに交差する平面でカットされて長円形（略楕円形）に形成される。出口端部２２１ａは、排気管本体２１０の出口端部２１０ａと略平行である。出口端部２２１ａには、凸部１２０及び凹部１２１が設けられる。
　底部２２２は、円筒部２２１の排気ガス流れ方向における上流側の上流端部２２１ｂに設けられる。底部２２２は、排気管本体２１０の外周面と円筒部２２１の内周面とを連結し、排気管本体２１０に対してフィニッシャ２２０を保持する。底部２２２は、空間２２３と外部とを連通させる複数の貫通孔２２４を有する。
　排気管２００では、排気管本体２１０の出口端部２１０ａから排気ガスが排出されると共に、フィニッシャ２２０の貫通孔２２４を介して空間２２３に外気が導かれて出口端部２２１ａから排出される。そのため、出口端部２１０ａから排出される排気ガスと出口端部２２１ａから排出される外気との流速差が、フィニッシャ２２０が設けられない場合の排気ガスと外気との流速差と比較して小さくなる。よって、渦輪を発生させる排気ガスと外気との間の摩擦力が小さくなる。
　また、排気管本体２１０の出口端部２１０ａとフィニッシャ２２０の出口端部２２１ａとには、凸部１２０及び凹部１２１が設けられるので、上述した渦輪崩壊効果と渦輪抑制効果の相乗効果が得られ、高い消音性能を得ることができる。
　図１５Ｂに示す変形例では、排気管本体２１０の外周に、空間２２３と連通する複数の貫通孔２１１が設けられる。また、フィニッシャ２２０は、底部２２２に貫通孔２２４を有さない。
　この変形例では、排気管本体２１０の出口端部２１０ａから排気ガスが排出されると共に、排気管本体２１０の貫通孔２１１を介して空間２２３に排気ガスの一部が導かれて出口端部２２１ａから排出される。そのため、排気ガスが、出口端部２１０ａと出口端部２２１ａとに分岐して排出されるので、流速が低くなる。そのため、排気ガスとフィニッシャ２２０の外周を流れる外気との流速差が小さくなる。よって、渦輪を発生させる排気ガスと外気との間の摩擦力が小さくなる。
　また、排気管本体２１０の出口端部２１０ａとフィニッシャ２２０の出口端部２２１ａとには、凸部１２０及び凹部１２１が設けられるので、上述した渦輪崩壊効果と渦輪抑制効果の相乗効果が得られ、高い消音性能を得ることができる。
　なお、排気管本体２１０の出口端部２１０ａとフィニッシャ２２０の出口端部２２１ａとに共に凸部１２０及び凹部１２１を設けるのではなく、いずれか一方のみに凸部１２０及び凹部１２１を設けてもよい。
　（第３実施形態）
　以下、図１６及び図１７を参照して、本発明の第３実施形態に係る排気管３００について説明する。
　図１６は、排気管３００の平面図である。図１７は、図１６における側面の断面図である。
　図１６に示すように、排気管３００は、排気管本体３１０と、カバー３２０と、を有する。
　排気管本体３１０は、側方に向かって曲線状に曲がった円筒形状に形成される。排気管本体３１０は、出口端部３１０ａを有する。
　出口端部３１０ａは、排気管本体３１０が側方に向かって曲線状に曲がっていることによって、斜め側方に向かって開口している。出口端部３１０ａは、円筒形状の排気管本体３１０の中心線に垂直な平面に対して斜めに交差する平面でカットされて長円形（略楕円形）に形成される。出口端部３１０ａには、凸部１２０及び凹部１２１が設けられる。
　カバー３２０は、排気管本体３１０の上方に間隔をあけて略円弧形状の断面を有する曲面状に設けられる。カバー３２０は、排気管本体３１０との間に空間３２３を形成する。カバー３２０は、排気ガス流れ方向における下流側に出口端部３２１ａを有する。出口端部３２１ａには、凸部１２０及び凹部１２１が設けられる。
　排気管３００では、排気管本体３１０の出口端部３１０ａから排気ガスが排出されると共に、カバー３２０と排気管本体３１０との間の空間３２３に外気が導かれて出口端部３２１ａから排出される。出口端部３２１ａでは、凸部１２０及び凹部１２１が設けられることで、空間３２３の流路面積が小さくなり、出口端部３２１ａから排出される外気の流速が高くなる。そのため、出口端部３１０ａから排出される排気ガスと出口端部３２１ａから排出される外気との流速差が、カバー３２０が設けられない場合の排気ガスと外気との流速差と比較して小さくなる。よって、渦輪を発生させる排気ガスと外気との間の摩擦力が小さくなる。
　また、排気管本体３１０の出口端部３１０ａとカバー３２０の出口端部３２１ａとには、凸部１２０及び凹部１２１が設けられるので、上述した渦輪崩壊効果と渦輪抑制効果の相乗効果が得られ、高い消音性能を得ることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
　例えば、上述した各実施形態では、排気管１００，排気管本体２１０，及び排気管本体３１０は、略円形の断面形状を有する円筒形状に形成される。これに限らず、排気管１００，排気管本体２１０，及び排気管本体３１０は、例えば、長円形（楕円形）の断面形状を有する筒形状や、矩形の断面形状を有する筒形状に形成されてもよい。即ち、排気管１００，排気管本体２１０，及び排気管本体３１０は、任意の断面形状を有する筒形状であればよい。
　本願は、２０２０年１１月３０日に日本国特許庁に出願された特願２０２０－１９７９１７及び２０２１年９月９日に日本国特許庁に出願された特願２０２１－１４６７８１に基づく優先権を主張し、これらの出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (12)

  1. 　排気管であって、
    　排気ガスが排出される出口端部の外周面に凹状に形成される凹部を備える、
    排気管。
  2. 　請求項１に記載の排気管であって、
    　排気ガスが排出される前記出口端部の内周面に突出する凸部を備える、
    排気管。
  3. 　請求項２に記載の排気管であって、
    　前記凸部と前記凹部とは、前記出口端部の周方向に複数設けられる、
    排気管。
  4. 　請求項２又は３に記載の排気管であって、
    　前記凸部と前記凹部とは、前記出口端部の周方向の同じ位置に設けられる、
    排気管。
  5. 　請求項４に記載の排気管であって、
    　前記凸部と前記凹部とは、前記出口端部の周方向に等間隔に設けられる、
    排気管。
  6. 　請求項２から５のいずれか一つに記載の排気管であって、
    　前記凸部の高さＸと前記出口端部の内径Ｙとが、０＜Ｘ／Ｙ≦０．１の関係式を満たす、
    排気管。
  7. 　請求項６に記載の排気管であって、
    　前記凸部は、前記排気管内から前記出口端部を通って排出される排気ガスの排出方向に向かって高さが漸大する形状であり、
    　前記凸部の高さＸは、前記凸部における最大の高さ部分である、
    排気管。
  8. 　請求項２から７のいずれか一つに記載の排気管であって、
    　前記凸部は、前記排気管内から前記出口端部を通って排出される排気ガスの排出方向に沿って幅が漸大するＶ字形状である、
    排気管。
  9. 　請求項１から８のいずれか一つに記載の排気管であって、
    　前記凹部は、前記排気管内から前記出口端部を通って排出される排気ガスの排出方向に向かって幅が漸大するＶ字形状を有する、
    排気管。
  10. 　請求項９に記載の排気管であって、
    　前記凹部におけるＶ字形状の角度θは、θ≦６０°の範囲である、
    排気管。
  11. 　請求項１から１０のいずれか一つに記載の排気管であって、
    　前記凹部は、前記排気管内から前記出口端部を通って排出される排気ガスの排出方向に向かって深さが漸大する形状である、
    排気管。
  12. 　請求項１から１１のいずれか一つに記載の排気管を備える、
    自動車用マフラ。
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