JP2007270712A - 消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス中に含まれる水分の凝縮水が消音器の外筒と内管との間の空気室に残留すること防止する。
【解決手段】内管１とその内管１の外周部に空気室３を介して設けられた外筒２を有する消音器において、内管１に、排気ガス流の上流側から順に、複数の孔１１ａを有する大径部１１、縮径部１２及び小径部１３を形成するとともに、内管１の小径部１３の下側に、空気室３内と小径部１３内とを連通する排水管５を設けている。このような構成により、空気室３内と内管１の小径部１３内との間に圧力差（空気室３内＞小径部１３内）が発生して排水管５内に排気ガスの流れが生じる。これによって空気室３内に残留した凝縮水が排水管５を通じて内管１の小径部１３に吸い上げられて、その内管１から消音器１００の外部へと排水され、吸気室３内に凝縮水が残留することを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの排気系に用いられる消音器に関する。

車両に搭載される内燃機関（以下、エンジンともいう）には、車両走行時の排気騒音を低減するため、排気系に消音装置が装着されている。

エンジンの排気系としては、例えば、エンジンのエキゾーストマニホールドに接続される触媒コンバータ、サブマフラ、メインマフラなどの構成部材を備え、その構成部材を排気管及びフランジ等を用いて相互に連結する構造が採用されている。このような排気系に用いられるサブマフラとして、ストレートタイプの消音器がある。

ストレートタイプの消音器の一例を図５に示す。この例の消音器５００は、多数の小孔５０１ａ・・５０１ａが管壁に形成された内管５０１と、その内管５０１の孔形成部の外周部に空気室（共鳴室）５０３を形成するように配設された外筒５０２によって構成されており、内管５０１の小孔５０１ａ・・５０１ａと、外筒５０２と内管５０１との間の空気室５０３による共鳴により、高周波域の騒音を低減する消音器である。

このような消音器等を備えたエンジン排気系においては、エンジンからの排気ガス中に水分が含まれているため、排気管及び消音器が冷えている間に、排気ガス中の水分が凝縮して消音器内に凝縮水が残留して消音器が腐食する場合がある。

ここで、消音器の内部への凝縮水の残留を防止する方法として、例えば下記の特許文献１がある。この特許文献１に記載の技術では、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、シェル内部から排気ガスを導出するアウトレットパイプとを備えた消音器において、アウトレットパイプの下流部の下面部に下方に延びる排水パイプを設けて、シェル内の凝縮水を排水している。
特開２００４−２８５９１６号公報 特開２００２−０７０５２６号公報 特開平０８−０８２２１０号公報

ところで、図５に示すストレートタイプの消音器５００においては、排気ガス中の水分が凝縮して外筒５０２と内管５０１との間の空気室５０３内に凝縮水が生成される。このような凝縮水は、エンジンが高回転で排気ガスのガス流速が大きいときには、そのガス流速にて消音器外部へと排水される。しかし、エンジンが低回転時で排気ガスのガス流速が小さいときには、凝縮水は消音器外部に排水されず、外筒５０２と内管５０１との間の空気室５０３内に残留する。このようにして空気室５０３内に凝縮水が残留すると、その凝縮水によって外筒５０２が腐食するという問題がある。さらに、共鳴室として機能する空気室５０３内に凝縮水が残留すると、空気室５０３の容量が変化するため、共鳴による消音性能が低下する。

ここで、ストレートタイプの消音器において、外筒と内管との間の空気室内に残留した凝縮水を排水する方法として、内管の下部に排水管を設けるという方法が考えられるが、図５に示す構造では、外筒５０２と内管５０１との間の空気室５０３内と、内管５０１内との間に圧力差が発生しないため、単に排水管を設けるだけでは、空気室５０３内に残留した凝縮水を十分に排水することはできない。

本発明はそのような実情を考慮してなされたもので、内燃機関が低回転時で排気ガスのガス流速が小さい場合であっても、外筒と内管との間の空気室に凝縮水が残留することを防止することが可能な消音器の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、内燃機関の排気ガスの排気系に用いられる消音器であって、排気ガス流の上流側から順に、複数の孔が管壁に設けられた大径部、縮径部及び小径部が形成された内管と、前記内管の大径部、縮径部及び小径部の外周部に空気室を形成するように配設された外筒とを備えているとともに、前記内管の小径部の下側に、前記空気室内と当該小径部内とを連通する導管が設けられていることを特徴としている。

本発明の消音器によれば、内管の大径部に設けた複数の小孔と、外筒と内管との間の空気室による共鳴により、排気系に流れる排気ガスの高周波域の騒音を低減することができる。しかも、内管の排気ガス流の下流側に小径部を設け、その小径部の下側に、外筒と内管との間の空気室内と当該小径部内とを連通する導管（排水管）を設けているので、排気ガス中に含まれる水分の凝縮により生成される凝縮水が空気室内に残留することを防止することができる。この点について以下に説明する。

まず、本発明の消音器において、排気ガスが内管に流れると、内管の縮径部が抵抗となって縮径部の上流側の大径部内の圧力が上昇するとともに、大径部の複数の小孔を通じて空気室内に流入して空気室内の圧力も上昇する。一方、内管を流れる排気ガスの流れは、縮径部を通過した後に小径部において流速が増加するので、内管の小径部内の圧力が低下する。

このような空気室内の圧力上昇と、内管の小径部内の圧力低下により、空気室内と内管の小径部内との間に圧力差（空気室内＞小径部内）が発生して、導管の内部に排気ガスの流れ（空気室内から小径部内に向かう流れ）が生じる。このようにして導管内に排気ガスの流れが生じると、外筒と内管との間の空気室内に残留した凝縮水が導管を通じて内管の小径部内に吸い上げられ、その内管の小径部から消音器外部へと排水されるので、空気室内に凝縮水が残留しなくなる。しかも、エンジンが低回転時で排気ガスの流速が小さい場合であっても、排気ガスの流れによって、上記した空気室内の圧力上昇及び内管の小径部内の圧力低下が生じて、空気室内と内管の小径部内との間に圧力差（空気室内＞小径部内）が発生するので、空気室内に凝縮水が残留することを防止することができる。

本発明において、内管の大径部の下流部に、当該大径部内の圧力を高めるための圧損上昇部材（例えば、複数の貫通孔を有する圧損上昇プレート）を設けておいてもよい。このような構成を採用すると、内管の大径部の圧力をより一層高くすることができ、これによって空気室内と内管内との間に生じる圧力差が大きくなる結果、凝縮水の排水性が更に向上する。

本発明の消音器によれば、外筒と内管との間の空気室内に凝縮水が残留することを抑制することが可能であるので、凝縮水による外筒の腐食を防止することができる。さらに、空気室内への凝縮水の残留がなくなることから、共鳴室として機能する空気室の容量が変化することがなくなり、常に適正な消音性能を確保することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の消音器を適用するエンジンの排気系の概略構成図である。

エンジン２００にはエキゾーストマニホールド２０１が設けられており、このエキゾーストマニホールド２０１に排気系３００が接続されている。排気系３００には、排気ガス流の上流側から順に、触媒コンバータ３０１、サブマフラ１００及びメインマフラ３０２が配置されている。

触媒コンバータ３０１はエキゾーストマニホールド２０１に一対のフランジ３２１，３２１及び排気管（フロントパイプ）３１１を介して接続されている。触媒コンバータ３０１には、サブマフラ１００が一対のフランジ３２２，３２２を介して接続されている。さらに、サブマフラ１００にメインマフラ３０２が排気管（センターパイプ）３１２及び一対のフランジ３２３，３２３を介して接続されており、このメインマフラ３０２にテールパイプ３１３が接続されている。

このような排気系３００の触媒コンバータ３０１により、エンジン２００からの排気ガスが浄化される。さらに、排気系３００に配置された触媒コンバータ３０１、サブマフラ１００及びメインマフラ３０２によって排気音が減衰される。

そして、この例では、排気系３００のサブマフラ１００に本発明の消音器を適用している点に特徴がある。以下、サブマフラ１００を消音器１００という。

次に、消音器１００について図２を参照しながら説明する。

この例に用いる消音器１００は金属製の内管１と外筒２とを備えている。内管１は、排気ガス流の上流側から順に、大径部１１、縮径部１２及び小径部１３が形成されている。内管１の大径部１１の管壁には、多数の小孔１１ａ・・１１ａが形成されている。

外筒２は、内管１の大径部１１、縮径部１２及び小径部１３を覆うように設けられており、これら外筒２と内管１との間に空気室（共鳴室）３が形成されている。外筒２には、排気ガス流の上流側及び下流側がそれぞれテーパ形状に加工されており、その上流側端部２１は内管１の外周面に溶接等によって固着されている。また、外筒２の下流側端部２２は、内管１の外周面にワイヤメッシュリング４を介して支持されている。

そして、この例の消音器１００では、内管１の小径部１３の下側に、下方に延びる排水管（導管）５を設けている点に特徴がある。排水管５の上端は内管１の内部に連通している。排水管５の下端は、外筒２と内管１（小径部１３）との間の空気室３内に、外筒２の底面に対して所定の間隔をあけた状態で配置されており、この排水管５によって空気室３内と内管１の縮径部１３内とは相互に連通している。そして、排水管５は、消音器１００を車両に搭載されるエンジン２００の排気系３００に取り付けた状態で、略鉛直方向に沿うように配置される。

以上の構造の消音器１００によれば、内管１の大径部１１の管壁に小孔１１ａ・・１１ａを設けるとともに、その大径部１１の外周部に空気室３を設けているので、内管１の小孔１１ａ・・１１ａと、外筒２と内管１との間の空気室３による共鳴により、高周波域の騒音を低減することができる。

ところで、上述したように、エンジン２００からの排気ガス中には水分が含まれているため、排気管３１２及び消音器１００などが冷えている間に、排気ガス中の水分が凝縮して、消音器１００内に凝縮水が生成される。このような凝縮水は、エンジン２００が高回転で排気ガスのガス流速が大きいときには、そのガス流速にて消音器１００の外部へと排水される。一方、エンジン２００が低回転時で排気ガスのガス流速が小さいときには、凝縮水は消音器１００の外部に排水されず、外筒２と内管１との間の空気室３内に残留するという問題が発生する。このような問題を解消するため、この例の消音器１００では、内管１に縮径部１２を介して小径部１３を設けるとともに、その小径部１３の下側に排水管５を配設することで、空気室３内への凝縮水の残留を抑制している。この点について以下に説明する。

まず、図２に示す消音器１００において、排気ガスが内管１内に流入すると、縮径部１２が抵抗となって、内管１の縮径部１２の上流側の大径部１１内の圧力が上昇するとともに、大径部１１の小孔１１ａ・・１１ａを通じて排気ガスが空気室３内に流入して空気室３内の圧力も上昇する。一方、内管１を流れる排気ガスの流れは、縮径部１２を通過した後に小径部１３において流速が増加するので、内管１の小径部１３内の圧力が低下する。

このような空気室３内の圧力上昇と、内管１の小径部１３内の圧力低下により、空気室３内と内管１の小径部１３内との間に圧力差（空気室３内＞小径部１３内）が発生して排水管５内に排気ガスの流れ（空気室３内から小径部１３内に向かう流れ）が生じる。このようにして排水管５内に排気ガスの流れが生じると、図３に示すように、空気室３内の凝縮水が排水管５を通じて内管１の小径部１３内に吸い上げられて、その内管１の小径部１３から消音器１００の外部へと排水されるので、空気室３内に凝縮水が残留しなくなる。しかも、エンジン２００が低回転時で排気ガスの流速が小さい場合であっても、排気ガス流によって、上記した空気室３内の圧力上昇と、内管１の小径部１３内の圧力低下が生じて、空気室３内と内管１の小径部１３内との間に圧力差（空気室３内＞小径部１３内）が発生するので、空気室３内に凝縮水が残留することを防止することができる。

以上のように、この例の消音器１００では、空気室３内（外筒２の底部）に凝縮水が残留することを防止することができるので、外筒２の腐食を防ぐことができる。さらに、空気室３内への凝縮水の残留がなくなることから、共鳴室として機能する空気室３の容量が変化することがなくなり、常に適正な消音性能を確保することができる。

−他の実施形態−
以上の図２の構成に加えて、図４に示すように、大径部１１の排気ガス流の下流部（小孔１１ａの形成部の下流側）に、多数の貫通孔６ａ・・６ａを有する圧損上昇プレート６を設けておいてもよい。このような圧損上昇プレータ６を設けておくと、内管１の大径部１１の圧力をより一層高くすることができ、これによって空気室３内と内管１の小径部１３内との間に生じる圧力差が大きくなる結果、凝縮水の排水性が更に向上する。

以上の例では、エンジン排気系のメインマフラの上流側に配設されるサブマフラに、本発明の消音器を適用した例を示したが、これに限られることなく、サブマフラがメインマフラの下流側に配設される場合には、その下流側のサブマフラに本発明の消音器を適用してもよい。また、複数のサブマフラがメインマフラの上流側と下流側に配設される場合であっても、それら上流側と下流側の各サブマフラに本発明の消音器を適用してもよい。

以上の例では、エンジン排気系においてメインマフラと対に配設されるサブマフラに本発明を適用した例を示したが、これに限られることなく、エンジン排気系に１つのストレートタイプのマフラが配設される場合には、そのストレートタイプのマフラに本発明の消音器を適用してもよい。

本発明の消音器を適用するエンジンの排気系の概略構成図である。 本発明の消音器の一例を示す縦断面図である。 図２の消音器の作用説明図である。 本発明の消音器の他の例を示す縦断面図である。 従来のストレートタイプの消音器の一例を示す縦断面図である。

符号の説明

１００ 消音器（サブマフラ）
１ 内管
１１ 大径部
１１ａ 小孔
１２ 縮径部
１３ 小径部
２ 外筒
３ 空気室（共鳴室）
４ ワイヤメッシュリング
５ 排水管（導管）
２００ エンジン
３００ 排気系
３０１ 触媒コンバータ
３０２ メインマフラ

Claims (2)

1. 内燃機関の排気ガスの排気系に用いられる消音器であって、排気ガス流の上流側から順に、複数の孔が管壁に設けられた大径部、縮径部及び小径部が形成された内管と、前記内管の大径部、縮径部及び小径部の外周部に空気室を形成するように配設された外筒とを備えているとともに、前記内管の小径部の下側に、前記空気室内と当該小径部内とを連通する導管が設けられていることを特徴とする消音器。
2. 前記内管の大径部の下流部に、当該大径部内の圧力を高めるための圧損上昇部材が設けられていることを特徴とする請求項１記載の消音器。

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