JP2009215941A - 車両用消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】 電子制御バルブを用いて排気の流通態様を様々に変更でき、排気の低騒音化及び低背圧化の要求を高いレベルで達成できる車両用消音器の提供。
【解決手段】 排気上流側のメインパイプ３からそれぞれ分岐され、消音器本体２内に排気を導入するインレットパイプ４及びインレットパイプ５と、消音器本体２内から排気をそれぞれ排出するアウトレットパイプ６及びアウトレットパイプ７と、インレットパイプ４における消音器本体２外の位置に設けられるバルブＶ１と、アウトレットパイプ７における消音器本体２外の位置に設けられるバルブＶ２と、エンジンの運転状態に応じて両バルブＶ１、Ｖ２の開閉制御を行うＥＣＵ２１を備えることとした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両用消音器に関する。

従来、消音器本体内に排圧感応型制御バルブを設けたり、電子制御バルブを設ける技術が公知となっている（特許文献１、２参照）。
特開２００６−２９１７１９号公報 特開２００５−１３９９１８号公報

しかしながら、従来の排圧感応型制御バルブは、排圧に応じて開閉するため、電子制御バルブのように任意のタイミングで開閉できないという問題点があった。
一方、電子制御バルブを消音器本体内に設ける場合には、設置スペースの確保が困難であり、各部のシール性や組立・メンテナンス性も悪くなってしまう。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、電子制御バルブを用いて排気の流通態様を様々に変更でき、排気の低騒音化及び低背圧化の要求を高いレベルで達成できる車両用消音器を提供することである。

請求項１記載の発明では、排気上流側のメインパイプからそれぞれ分岐され、消音器本体内に排気を導入する複数のインレットパイプと、上記消音器本体内から排気をそれぞれ排出する複数のアウトレットパイプと、上記複数のインレットパイプのうちのいずれかのインレットパイプにおける消音器本体外の位置に設けられる第１電子制御バルブと、上記複数のアウトレットパイプのうちのいずれかのアウトレットパイプにおける消音器本体外の位置に設けられる第２電子制御バルブと、エンジンの運転状態に応じて両電子制御バルブの開閉制御を行う制御手段を備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明では、制御手段がエンジンの運転状態に応じて、両電子制御バルブを開閉制御する。
これにより、第１電子制御バルブと第２制御バルブの開閉状態によって、少なくとも４つ以上の排気の流通態様を形成できる。
従って、電子制御バルブを用いて排気の流通態様を様々に変更でき、排気の低騒音化及び低背圧化の要求を高いレベルで達成できる。
また、電子制御バルブをそれぞれインレットパイプとアウトレットパイプにおける消音器本体外の位置に設けているため、消音器本体内に電子制御バルブを設けるスペースを確保する必要がなく、シール性の確保や組立・メンテナンス等が容易であり、実際上の採用が容易となる。

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

以下、実施例１を説明する。
図１は実施例１の車両用消音器を示す平面図、図２は実施例１の車両用消音器の内部を説明する図、図３は実施例１のバルブの開閉制御を説明するフローチャート図、図４〜７は実施例１の車両用消音器の作用を説明する図である。

先ず、全体構成を説明する。
図１、２に示すように、実施例１の車両用消音器１では、消音器本体２と、メインパイプ３と、インレットパイプ４（請求項の第１インレットパイプに相当）と、インレットパイプ５（請求項の第２インレットパイプに相当）と、アウトレットパイプ６（請求項の第２アウトレットパイプに相当）と、アウトレットパイプ７（請求項の第１アウトレットパイプに相当）等が備えられている。

消音器本体２は、筒状のシェル８と、このシェル８の開口した両端部を閉塞する略器状のエンドプレート９、１０で内部が密封されている。
シェル８は、平板状の母材を多重に巻回して筒状に形成される他、その巻回方向始端部と終端部とが軸方向に沿って設けられた複数のスポット溶接Ｘ１で固定されている。
また、シェル８の開口端部の内側にはそれぞれ対応するエンドプレート９、１０の開口端部が重ねられ、これら両者が全周に亘って図示しない溶接で固定されている。

消音器本体２の内部は、３つの板状のバッフルプレート１１〜１３で区分けされ、これにより、消音器本体２内には４つの室Ｒ１〜Ｒ４が形成されている。
バッフルプレート１１〜１３の外周部は、シェル８に対してそれぞれ図示しないスポット溶接で固定されている。

メインパイプ３の排気上流側端部には、図示しないエンジン側の接続管に接続されるフランジ３ａが固定される一方、排気下流側はインレットパイプ４、５に分岐されている。

インレットパイプ４は、メインパイプ３の軸方向に沿って略Ｌ字状に屈曲し、さらに、エンドプレート９及びバッフルプレート１１〜１３を貫通して、その排気下流側端部が室Ｒ４に連通されている。

また、インレットパイプ４の消音器本体２外の位置には、電子制御バルブとしてバタフライ式のバルブＶ１（請求項の第１電子制御バルブに相当）が内蔵されている。
バルブＶ１は、円盤状の弁体１４に固定された回転軸１５を軸周りに回転駆動させて開閉可能に設けられる他、この回転軸１５は図示を簡略化するアクチュエータ１６によって回転駆動するようになっている。
さらに、インレットパイプ４の中途部には室Ｒ３に連通された複数の小孔４ａが形成されている。
なお、小孔４ａの開口総面積はインレットパイプ４の開口端部よりも大きくなるように設定されている。

インレットパイプ５は、メインパイプ３の軸直方向に分岐した状態で屈曲され、さらに、エンドプレート９及びバッフルプレート１１を貫通して、その排気下流側端部が室Ｒ２に連通されている。

アウトレットパイプ６は、エンドプレート１０及びバッフルプレート１１〜１３を貫通した状態で配置される他、その排気上流側端部は室Ｒ１に連通される一方、排気下流側端部は外部に連通されている。
また、アウトレットパイプ６の中途部には室Ｒ３に連通された複数の小孔６ａが形成されている。

アウトレットパイプ７は、エンドプレート１０及びバッフルプレート１２、１３を貫通した状態で配置される他、その排気上流側端部は室Ｒ２に連通される一方、排気下流側端部は外部に連通されている。
また、アウトレットパイプ７の消音器本体２外の位置には、電子制御バルブとしてバタフライ式のバルブＶ２（請求項の第２電子制御バルブに相当）が内蔵されている。
バルブＶ２は、バルブＶ１と同様に、円盤状の弁体１７に固定された回転軸１８を軸周りに回転駆動させて開閉可能に設けられる他、この回転軸１８は図示を簡略化するアクチュエータ１９によって回転駆動するようになっている。
さらに、アウトレットパイプ７の中途部には室Ｒ４に連通された複数の小孔７ａが形成されている。

また、バッフルプレート１１には室Ｒ１、Ｒ２同士を連通状態とする連通パイプ２０が設けられている。
なお、各パイプ４〜７、２０におけるエンドプレート９、１０及びバッフルプレートの貫通部位は、全周に亘って図示しない溶接で固定されている。

アクチュエータ１６、１９の駆動制御、即ち、バルブＶ１、Ｖ２の開閉制御は、各種センサ２２の検出結果からエンジンの運転状態を検出して制御するＥＣＵ２１（Engine Control Unit、請求項の制御手段に相当）によって行われるようになっている。
その他、実施例１の車両消音器の各構成部材は全て金属製である。

次に、図３のフローチャート図に基づいてＥＣＵ２１によるバルブＶ１、Ｖ２の開閉制御の一例を説明する。
実施例１では、ＥＣＵ２１が各種センサ２２のうちの１つであるエンジンの既存の回転数センサ（請求項の検出手段に相当）の検出結果を利用して、バルブＶ１、Ｖ２の開閉制御を行う。
なお、回転数センサの代わりに既存のアクセル開度センサや吸入空気量センサ等を利用しても良いし、エンジンの運転状態を検出するセンサを新たに設けて利用しても良い。
以下に説明する制御は、ＥＣＵ２１によってエンジンの始動開始から終了までに所定時間間隔で繰り返し行われる処理である。

先ず、ステップＳ１ではエンジン回転数Ｎを検出する。

次に、ステップＳ２では、ステップＳ１で検出されたエンジン回転数Ｎが、予め設定された低回転域（例えば１０００ｒｐｍ≦Ｎ）かどうかを判定し、低回転域の場合にはステップＳ３に移行し、低回転域でない場合にはステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、ステップＳ１で検出されたエンジン回転数Ｎが、予め設定された中回転域１（例えば１０００ｒｐｍ<Ｎ≦３０００ｒｐｍ）かどうかを判定し、中回転域１の場合にはステップＳ５に移行し、中回転域１でない場合にはステップＳ６に移行する。
ステップＳ６では、ステップＳ１で検出されたエンジン回転数Ｎが、予め設定された中回転域２（例えば３０００ｒｐｍ<Ｎ<５０００ｒｐｍ）かどうかを判定し、中回転域２の場合にはステップＳ７に移行し、中回転域２でない場合にはステップＳ８に移行する。
ステップＳ８では、ステップＳ１で検出されたエンジン回転数Ｎが、予め設定された高回転域（例えば５０００ｒｐｍ<Ｎ）かどうかを判定し、高回転域の場合にはステップＳ９に移行し、高回転域でない場合には処理を終了する。
なお、実施例１では、ステップＳ８で高回転域でないと判定した場合には、処理を終了して、次に処理が繰り返される所定時間経過後に再びステップＳ１から処理を行うことになるが、所定時間経過前にステップＳ１に戻るようにしても良い。

ステップＳ３では、バルブＶ１、Ｖ２を閉じて処理を終了する。
ステップＳ５では、バルブＶ１を開くと共に、バルブＶ２を閉じて処理を終了する。
ステップＳ６では、バルブＶ１を閉じると共に、バルブＶ２を開いて処理を終了する。
ステップＳ９では、バルブＶ１、Ｖ２を開いて処理を終了する。

次に、作用を説明する。
<消音作用について>
このように構成された車両用消音器１では、エンジンの始動開始と共にＥＣＵ２１がエンジン回転数Ｎの検出する（ステップＳ１）。

<エンジンの低回転時>
エンジン回転数Ｎが予め設定された低回転域の場合には、図４に示すように、バルブＶ１、Ｖ２を閉じる（ステップＳ２→ステップＳ３）。

これにより、エンジンから排出された排気（破線矢印で図示）の全量は、メインパイプ３のインレットパイプ５を介して室Ｒ２に流入する。
この際、室Ｒ２に流入した排気の拡縮作用により消音でき、室Ｒ２が拡張室として機能する。
また、室Ｒ２に流入した排気の騒音エネルギーをアウトレットパイプ７の小孔７ａから室Ｒ４に進入させて、共鳴作用により消音でき、室Ｒ４がレゾネータ室として機能する。

次に、室Ｒ２に流入した排気は、連通パイプ２０を介して室Ｒ１に流入した後、さらに、アウトレットパイプ６を介して消音器本体２外へ排出される。
この際、室Ｒ１に流入した排気の拡縮作用により消音でき、室Ｒ１が拡張室として機能する。
また、アウトレットパイプ６の排気の騒音エネルギーを小孔６ａから室Ｒ３に進入させて、共鳴作用により消音でき、室Ｒ３がレゾネータ室として機能する。

従って、室Ｒ１、Ｒ２を拡張室、室Ｒ３、Ｒ４をレゾネータ室として機能させることができ、エンジン回転数が低回転域の場合に要求される低騒音化を実現できる。

<エンジンの中回転時>
エンジン回転数Ｎが中回転域１の場合には、図５に示すように、バルブＶ１を開くと共に、バルブＶ２を閉じる（ステップＳ４→ステップＳ５）。

これにより、エンジンから排出された排気（破線矢印で図示）は、メインパイプ３からインレットパイプ４とインレットパイプ５に分岐する。
インレットパイプ５に流入した排気は室Ｒ２に流入する。
この際、室Ｒ２に流入した排気の拡縮作用により消音でき、室Ｒ２が拡張室として機能する。
また、室Ｒ２に流入した排気の騒音エネルギーをアウトレットパイプ７の小孔７ａから室Ｒ４に進入させて、共鳴作用により消音でき、室Ｒ４がレゾネータ室として機能する。
次に、室Ｒ２に流入した排気は、連通パイプ２０を介して室Ｒ１に流入した後、さらに、アウトレットパイプ６を介して消音器本体２外へ排出される。
この際、室Ｒ１に流入した排気の拡縮作用により消音でき、室Ｒ１が拡張室として機能する。

一方、インレットパイプ４の排気は小孔４ａを介して室Ｒ３に流入する。
この際、室Ｒ３に流入した排気の拡縮作用により消音でき、室Ｒ３が拡張室として機能する。
また、インレットパイプ５の排気の騒音エネルギーを室Ｒ４に進入させて、共鳴作用により消音でき、室Ｒ４がレゾネータ室として機能する。
次に、室Ｒ３に流入した排気は、アウトレットパイプ６の小孔６ａに流入した後、消音器本体２外へ排出される。

従って、室Ｒ１〜Ｒ３を拡張室、室４をレゾネータ室として機能させることができ、エンジンの中回転時に要求される低騒音化を実現できる。
また、インレットパイプ４は、メインパイプ３と同径でインレットパイプ５の管径よりも大きく設定され、さらに、メインパイプ３の排気の流れ方向に沿った形状であるため、インレットパイプ４により多くの排気を流入させて消音器本体２外へ排出でき、エンジンの中回転時に要求される低背圧化を実現できる。

<エンジンの中回転時>
エンジン回転数Ｎが中回転域２の場合には、図６に示すように、バルブＶ１を閉じると共に、バルブＶ２を開く（ステップＳ６→ステップＳ７）。

これにより、エンジンから排出された排気（破線矢印で図示）の全量は、メインパイプ３のインレットパイプ５を介して室Ｒ２に流入する。
この際、室Ｒ２に流入した排気の拡縮作用により消音でき、室Ｒ２が拡張室として機能する。
次に、室Ｒ２に流入した排気の一部はアウトレットパイプ７を介して消音器本体２外へ排出される。
この際、アウトレットパイプ７の排気の騒音エネルギーを小孔７ａから室Ｒ４に進入させて、共鳴作用により消音でき、室Ｒ４がレゾネータ室として機能する。

一方、室Ｒ２に流入した排気の一部は、連通パイプ２０を介して室Ｒ１に流入した後、さらに、アウトレットパイプ６を介して消音器本体２外へ排出される。
この際、室Ｒ１に流入した排気の拡縮作用により消音でき、室Ｒ１が拡張室として機能する。
また、アウトレットパイプ６の排気の騒音エネルギーを小孔６ａから室Ｒ３に進入させて、共鳴作用により消音でき、室Ｒ３がレゾネータ室として機能する。

従って、室Ｒ１、Ｒ２を拡張室、室Ｒ３、Ｒ４をレゾネータ室として機能させることができ、エンジンの中回転時に要求される低騒音化を実現できる。
また、アウトレットパイプ７は、消音器本体２外に直接連通しているため、迂回路である連通パイプ２０側に比べて、アウトレットパイプ７により多くの排気を流入させて消音器本体２外へ排出でき、エンジンの中回転時に要求される低背圧化を実現できる。

<エンジンの高回転時>
エンジン回転数Ｎが高回転域の場合には、図７に示すように、バルブＶ１、Ｖ２を開く（ステップＳ８→ステップＳ９）。

これにより、エンジンから排出された排気（破線矢印で図示）は、メインパイプ３からインレットパイプ４とインレットパイプ５に分岐する。
インレットパイプ５の排気は室Ｒ２に流入する。
この際、室Ｒ２に流入した排気の拡縮作用により消音でき、室Ｒ２が拡張室として機能する。
次に、室Ｒ２に流入した排気の全量は、アウトレットパイプ７を介して消音器本体２外へ排出される。
この際、室Ｒ２の排気の騒音エネルギーを連通パイプ２０から室Ｒ１に進入させて、共鳴作用により消音でき、室Ｒ１がレゾネータ室として機能する。

一方、インレットパイプ４の排気は、小孔４ａを介して消音器本体２内の室Ｒ３、Ｒ４にそれぞれ流入する。
この際、小孔４ａから室Ｒ３に流入した排気の拡縮作用により消音でき、室Ｒ３が拡張室として機能する。
また、インレットパイプ４から室Ｒ４に流入した排気の拡縮作用により消音でき、室Ｒ４が拡張室として機能する。
次に、室Ｒ３に流入した排気は、アウトレットパイプ６の小孔６ａに流入した後、消音器本体２外へ排出される。
この際、アウトレットパイプ６から排気の騒音エネルギーを室Ｒ１に進入させて、共鳴作用により消音でき、室Ｒ１がレゾネータ室として機能する。
一方、室４に流入した排気は、アウトレットパイプ７の小孔７ａに流入した後、消音器本体２外へ排出される。

従って、室Ｒ２〜Ｒ４を拡張室、室Ｒ１をレゾネータ室として機能させることができ、エンジンの高回転時における低騒音化を実現できる。
また、アウトレットパイプ７は、消音器本体２外に直接連通しているため、連通パイプ２０側に比べて、アウトレットパイプ７により多くの排気を流入させて消音器本体２外へ排出でき、エンジンの高回転時に要求される低背圧化を実現できる。
また、インレットパイプ４は、メインパイプ３と同径でインレットパイプ５の管径よりも大きく設定され、さらに、メインパイプ３の排気の流れ方向に沿った形状であるため、インレットパイプ４により多くの排気を流入させて消音器本体２外へ排出でき、エンジンの高回転時に要求される低背圧化を実現できる。

このように実施例１では、バルブＶ１、Ｖ２の開閉状態により、エンジンの回転数、即ちエンジンの運転状態に応じて４つの排気の流通態様を形成できる。
また、エンジン回転数が低回転域の場合に要求される低騒音化と、中回転域の場合に要求される低騒音化と低背圧化の両立と、高回転域の場合に要求される低背圧を実現でき、排気の低騒音化及び低背圧化の要求を高いレベルで達成できる。

<室の機能変化について>
また、バルブＶ１、Ｖ２の開閉状態により、室Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４を拡張室とレゾネータ室に変化させて機能させることができ、新たな室を設けることなく、拡張室とレゾネータ室の特性（容量）を変化させることができる。

<バルブの設置位置について>
また、インレットパイプ４とアウトレットパイプ７の消音器本体２外の位置にそれぞれ対応するバルブＶ１、Ｖ２を設けているため、消音器本体２内に設ける場合に比べて、設置スペースやシール性の確保、組立・メンテナンスが容易であり、実際上の採用が容易となる。

次に、効果を説明する。
以上、説明したように、実施例１の発明では、排気上流側のメインパイプ３からそれぞれ分岐され、消音器本体２内に排気を導入するインレットパイプ４、５と、消音器本体２内から排気をそれぞれ排出するアウトレットパイプ６、７と、インレットパイプ４における消音器本体２外の位置に設けられるバルブＶ１と、アウトレットパイプ７における消音器本体２外の位置に設けられるバルブＶ２と、エンジンの運転状態に応じて両バルブＶ１、Ｖ２の開閉制御を行うＥＣＵ２１を備えるため、電子制御バルブを用いて排気の流通態様を様々に変更でき、排気の低騒音化及び低背圧化の要求を高いレベルで達成できる。

また、バルブＶ１、Ｖ２をそれぞれインレットパイプ４とアウトレットパイプ７における消音器本体２外の位置に設けているため、消音器本体２内にバルブの設置スペースを確保する必要がなく、シール性の確保や組立・メンテナンス等が容易であり、実際上の採用が容易となる。

また、ＥＣＵ２１は、回転数センサ２２で検出されたエンジン回転数が低回転域の場合には、バルブＶ１、Ｖ２を閉じた状態とし、エンジン回転数が中回転域の場合には、バルブＶ１、Ｖ２のうちのいずれか一方を開いた状態にすると共に、他方を閉じた状態とし、エンジン回転数が高回転域の場合には、バルブＶ１、Ｖ２を開いた状態にするため、エンジン回転数が低回転域の場合に要求される低騒音化と、中回転域の場合に要求される低騒音化と低背圧化の両立と、高回転域の場合に要求される低背圧を達成できる。

以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、消音器本体内の具体的な構造については適宜設定できる。
また、インレットパイプ及びアウトレットパイプの本数は適宜設定できる。
また、バルブＶ１、Ｖ２の開閉を段階的または連続的にすることもできる。

実施例１の車両用消音器を示す平面図である。 実施例１の車両用消音器の内部を説明する図である。 実施例１のバルブの開閉制御を説明するフローチャート図である。 実施例１の車両用消音器の作用を説明する図である。 実施例１の車両用消音器の作用を説明する図である。 実施例１の車両用消音器の作用を説明する図である。 実施例１の車両用消音器の作用を説明する図である。

符号の説明

Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ 室
Ｖ１、Ｖ２ バルブ（電子制御バルブ）
Ｘ１ スポット溶接
１ 車両用消音器
２ 消音器本体
３ メインパイプ
３ａ フランジ
４、５ インレットパイプ
６、７ アウトレットパイプ
６ａ、７ａ 小孔
８ シェル
９、１０ エンドプレート
１１、１２、１３ バッフルプレート
１４ 弁体
１５ 回転軸
１６ アクチュエータ
１７ 弁体
１８ 回転軸
１９ アクチュエータ
２０ 連通パイプ
２１ ＥＣＵ
２２ 各種センサ（回転数センサ）

Claims (2)

1. 排気上流側のメインパイプからそれぞれ分岐され、消音器本体内に排気を導入する複数のインレットパイプと、
   前記消音器本体内から排気をそれぞれ排出する複数のアウトレットパイプと、
   前記複数のインレットパイプのうちのいずれかのインレットパイプにおける消音器本体外の位置に設けられる第１電子制御バルブと、
   前記複数のアウトレットパイプのうちのいずれかのアウトレットパイプにおける消音器本体外の位置に設けられる第２電子制御バルブと、
   エンジンの運転状態に応じて両電子制御バルブの開閉制御を行う制御手段を備えることを特徴とする車両用消音器。
2. 請求項１記載の車両用消音器において、
   少なくともエンジン回転数を検出可能な検出手段を備え、
   複数のインレットパイプを第１インレットパイプと第２インレットパイプの２つで構成すると共に、第１インレットパイプに前記第１電子制御バルブを設け、
   複数のアウトレットパイプを第１アウトレットパイプと第２アウトレットパイプの２つで構成すると共に、第１アウトレットパイプに前記第２電子制御バルブを設け、
   前記制御手段は、検出手段で検出されたエンジン回転数が低回転域の場合には、両電子制御バルブを閉じた状態とし、
   エンジン回転数が中回転域の場合には、両電子制御バルブのうちのいずれか一方を開いた状態とすると共に、他方を閉じた状態とし、
   エンジン回転数が高回転域の場合には、両電子制御バルブを開いた状態にすることを特徴とする車両用消音器。

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