JP2013256953A - 軽量消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量設計に適した、自動車の内燃機関の排気装置用の、消音器を提供する。
【解決手段】排気装置用の消音器１はハウジング２を備え、該ハウジングが自身の周方向Ｕに延びるハウジングシェル３を有し；少なくとも１枚の第１の複合板６を備え、該第１の複合板が前記ハウジングシェル３の一部を形成し；少なくとも１つの仕切り空間８を有するハウジング内空間４を備え、該ハウジング内空間が前記ハウジング２に取り囲まれており；自立型の支持構造５を備え、該支持構造に前記ハウジング内空間４内に少なくとも一部が収められた配管７が支持される。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関、特に自動車の内燃機関、の排気装置用の消音器（サイレンサー、マフラー）に関する。本発明はまたそのような消音器を備えた排気装置（エキゾーストシステム）、さらにはそのような排気装置を備えた内燃機関（エンジン）に関する。

消音器は通常、ハウジングを備え、このハウジング内に消音空間を有する。消音器はまた少なくとも１本の導入管と少なくとも１本の排出管を備える。これら導入管と排出管を介して消音器は排気装置の他の部分と流体流通可能に接続可能である。さらに消音器には少なくとも１つの固定部材を設けてもよく、これによって消音器はそれを保持する構造体、例えば自動車の内燃機関、に固定可能である。自動車での実際の使用において、排気装置は通常自動車の底部に配置される。底部の配置スペースは比較的限られているので、消音器は比較的扁平に設計されることがある。その場合消音器のハウジングは少なくとも１面の平面領域を有し、消音器を取り付けた際にその平面領域が例えば自動車の底部または路面と対向するよう構成される。

消音器を設けた自動車の燃料消費を低減するためには、自動車の重量を可能な限り減らすのが有効である。したがって自動車用に設計された消音器においても、これをできるだけ軽量に、すなわち壁部を薄くして、製作することが求められる。ここで上述のような少なくとも１面の平面領域を有するハウジングは不利である。そのような平面領域の壁部を薄くすればするほど振動が発生しやすくなり、結果として消音器の作動中に騒音が発生したり、特に機械的な固定箇所において破損が生じたりすることがあるからである。

本発明の課題は冒頭で述べたタイプの消音器について改善された実施形態、特に軽量設計に適した実施形態、を提供することである。

この目的は、本発明によれば、独立請求項に記載の構成により達せられる。より好ましい構成は従属請求項に記載のとおりである。

本発明によれば、消音器は少なくとも１枚の複合板を備え、この複合板が消音器のハウジングのハウジングシェルの一部を形成する。消音器はさらに自立型の支持構造を備え、この支持構造によって、少なくとも一部がハウジングの内部空間に配置される配管が支持される。この配管は例えば少なくとも１本の排気ガス導入管および少なくとも１本の排気ガス排出管を含む。これら導入管および排出管を介して、内燃機関の排気装置からの、消音されるべき音響を含んだ排気ガスが消音器に導入され、処理後はそこから排出される。本発明の消音器によれば、内燃機関の排気装置または内燃機関自身に由来する様々な力や曲げモーメント(トルク)を配管で吸収しつつ消音器を通過させることができる。

こうすることで、上述の力や曲げモーメントが消音器のハウジング内に伝わることが回避されるので、ハウジングの壁部をそれだけ薄くすることが可能になる。一方で自立型の支持構造により、配管は消音器のハウジングに対して機械的に安定して支持される。

配管の導入管から消音器に伝わった力や曲げモーメントは自立型の支持構造を介して直接配管の排出管に伝わりそこから消音器外に放出されるので、消音器のハウジングはそのような力や曲げモーメントを吸収するに及ばない。消音器を自動車の底部に取り付ける際に、上述の本発明の構成における複合板を利用する。この複合板は自動車の底部への消音器の固定に最適化され、平らに構成されてはいるが、極めて高い機械的安定性を有する。このため本発明の消音器は、空間的に極めて限られた自動車内の配置スペースにでも取り付け可能であり、必要であればそれに適するように扁平に構成することができる。複合板は板金壁を複数層（例えば４層から５層）重ね合わせたもので、各層の厚さは０．１ｍｍ程度であり、そのような複合板は厚さが１．５ｍｍ程度の従来の板金壁一枚と比べて格段に軽いので、広い領域の補強にとりわけ適している。消音器に（従来の板金壁の代わりに）複合板を用いることにより、重量を大幅に削減できる。したがって本発明の消音器は軽量に製作でき、しかも消音器に伝わる力や機械的な曲げモーメントの吸収および伝達に必要な機械的安定性を有する。

好ましくは、上述の少なくとも１枚の複合板が自立型の支持構造の一部を形成するようにする。そうすれば、消音器に伝わった力や曲げモーメントを自立型の支持構造を介して例えば配管の排出管へ効率よく伝達させることができる。

上記に代えてまたは加えて、自立型の支持構造が少なくとも１枚の中間壁を含むようにする。そのような中間壁を利用して配管を自立型の支持構造に支持させることができる。これにより消音器の機械的安定性が向上する。

好ましくは、消音器にシェルフードを設け、このシェルフードが第１の複合板を補完することによって本発明の消音器のハウジングのハウジングシェルが構成されるようにする。そうすると、消音器のハウジング全体が第１の複合板とそのようなシェルフードとで構成されることになる。これにより、機械的に安定でありながらも製造が極めて容易な消音器を得ることができ、そのような消音器の製造コストを比較的低く抑えることができる。

上記に代えて、消音器に第２の複合板を設けてこれにも自立型支持構造の一部を形成させ、加えて第１および第２の板金壁を設けてこれらが共に第１の複合板を補完することによってハウジングシェルが構成されるようにしてもよい。そうすれば、第２の複合板もまた自立型支持構造の一部として消音器内に伝わった力やモーメントを吸収、伝達できるので、本発明の消音器の機械的安定性が向上する。第１および第２の板金壁は荷重を受ける機能を免れ、また消音器内に伝わった力を吸収する必要もなくなるので、それらを薄く、したがってより軽量かつ低コストに、作製することができる。

機械的安定性に特に配慮して、第１および第２の複合板同士、ならびに第１および第２の板金壁同士を消音器の横断面視において互いにほぼ対向するように配置してもよい。

さらに、消音器に第１および第２の端壁を設け、これらがハウジングシェルを補完することによってハウジングが構成されるようにしてもよい。この場合第１および第２の端壁はハウジングシェルに接着、半田／ろう付け、または溶接によって接合され、ハウジングシェルはそれら両端壁と共に気密なハウジングを構成する。これらの端壁も荷重を受ける機能を免れるので、それら薄い板金壁として作製することができる。

製造容易性と軽量性に特に配慮して、シェルフードを第１および／または第２の端壁と一体に構成してもよい。これにより、シェルフードと第１および第２の端壁とが合わさって単一の部材となり、これをフードのような形で複合板に、特に溶接によって、接合することができる。第１および第２の端壁と一体に構成されたシェルフードはシェル（貝殻）状に形成される。

複合板へのシェルフードの機械的に安定した取り付けに特に配慮して、好ましくは、シェルフードに、少なくとも１枚の複合板への取り付けのために、消音器の縦断面視においてハウジング内空間から外に向かって延びる、またはハウジング空間内に向かって延びる、２つの縁部を設けてもよい。

製造容易性に特に配慮して、２枚の板金壁の少なくとも一方を第１または第２の端板と一体に構成してもよい。

本発明の消音器によって消音されるべき音響を効率よく消音器に導入するため、第１および／または第２の端壁には第１および第２の貫通孔を設けてもよい。配管は少なくとも１本の導入管と少なくとも１本の排出管を含み、これらはそれぞれ導入開口と排出開口を有する。導入管と排出管は、導入開口と排出開口が消音器内の少なくとも１つの仕切り空間内に配置されるような形で、第１および第２の貫通孔を介して外からハウジング内空間へ導かれる。

本発明の消音器の機械的安定性をさらに向上させ、特に強い力や曲げモーメントが消音器内に伝わってきてもそれを吸収できるように、前述の少なくとも１枚の中間壁に第１および第２の端部を設け、第１の端部を第１の複合板に支持させ、第２の端部を第２の複合板またはシェルフードに支持させてもよい。中間壁の、両端部間の領域に少なくとも１つの貫通孔を設け、そこに少なくとも１本の導入管または少なくとも１本の排出管を通す。このようにすれば、消音器内で導入管または排出管を機械的に特に安定して支持することができる。

特に好ましくは、少なくとも１枚の中間壁を、追加して（第１および第２の複合板に加えて）設けた複合板としてもよい。この場合、追加して設けた複合板により、本発明の消音器において特に優れた機械的安定性が得られる。それに代えて少なくとも１枚の中間壁を板金壁としてもよい。この形態は特に、機械的安定性の向上に中間壁を利用したくない場合に好ましい。たとえば板金壁を純然たる隔壁として設けてハウジング内空間を２つの分室に仕切ることにより消音器に導かれた音響を特に効果的に消音したい場合などである。

容易かつ低コストな製造に特に配慮して、第１の複合板を第２の複合板あるいはシェルフードに溶接、接着、または半田／ろう付けで接合してもよい。

複合板をシェルフードに特に確実に固定するために、少なくとも１枚の複合板の、消音器の縦断面視においてその長手方向の両端に、第１および第２の端部を設け、複合板のこれら両端部における厚さを、両端部間の領域における厚さより小さくしてもよい。そして複合板をその両端部において、これら両端部に対応するシェルフードの縁部にリベット止めしてもよい。

本発明によればまた、排気装置、特に自動車の内燃機関の排気装置は、排気装置からの排気ガスの排出のための排気管と、上述の様々な特徴の１つ以上を含む構成を有する消音器、を備える。この場合、消音器の配管の導入管が排気装置の排気管と流体流通可能に接続される。

本発明によればさらに、内燃機関は、燃焼室と、上述の様々な特徴の１つ以上を含む構成を有する排気装置を備え、内燃機関の燃焼室が接続管を介して排気装置と流体流通可能に接続される。

本発明の他の重要な特徴や効果は、従属請求項、図面、および図面に基づいた本明細書内の記載の該当箇所から理解されるとおりである。

上に述べた、また下にこれから述べるいずれの特徴も、具体的に言及されている組み合わせ以外のどのような組み合わせでも、あるいは単独でも、本発明の範囲を逸脱しない限り実施可能である。

本発明の消音器の一実施形態の縦断面図。 図１に示す消音器の側面図。 図１に示す消音器の変形例の平断面図。 図３に示す消音器の切断線ＩＶ−ＩＶ沿いの断面図。 図３に示す消音器の切断線Ｖ−Ｖ沿いの断面図。 図１に示す消音器の一部を示す断面図。 図６に示す部分の変形例を示す断面図。 排気装置あるいは内燃機関の一部として用いられた本発明の消音器を示す模式図。

本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１および図２に本発明の消音器１の一実施形態を示す。図１は消音器１の縦断面図、図２は消音器１の側面図である。

消音器１はハウジング２を備え、ハウジング２は自らの周方向Ｕに延びるハウジングシェル３を備える。消音器１はさらに、少なくとも１つの仕切り空間８からなりハウジング２に取り囲まれたハウジング内空間４と、自立型の支持構造５と、第１の複合板６とを備える。第１の複合板６はここではハウジング殻３の一部を形成している。支持構造５には配管７が支持されており、この配管７はその一部がハウジング内空間４内に配されているものである。消音器１はさらにシェルフード９を備え、シェルフード９が第１の複合板６を補完してハウジングシェル３を構成している（図２参照）。第１の複合板６はシェルフード９に、溶接、接着、または半田／ろう付けで接合されている。

図２から分かるように、シェル（貝殻）状のシェルフード９は第１の複合板６を補完することによりハウジングシェル３を構成するにとどまらず、ハウジング２全体をも構成している。このようにすることで、ハウジングシェル３を補完する目的で端壁を別途設ける必要がなくなり、その結果本発明の消音器１の構造および製造が簡略化される。別の見方をすれば、シェルフード９はその両端においてそれぞれ第１および第２の端壁が一体に接合されたものと考えてもよい。

図１に示す実施形態の変形例を図３に示す。変形例の消音器１´はシェルフード９に代えて、これも支持構造の一部を形成する第２の複合板１０´と、第１および第２の板金壁１１´、１２´とを備える。これらは共に第１の複合板６´を補完してハウジングシェル３´を構成する。図３の消音器１´の切断線ＩＶ沿いの断面を図４に示す。図３の消音器１´の切断線Ｖ沿いの断面を図５に示す。

第１および第２の複合板６´、１０´同士、ならびに第１と第２の板金壁１１´、１２´同士は、消音器１´の横断面視（図４参照）において互いにほぼ対向するように配置するのが好ましいが、基本的にはそれ以外のいかなる配置も可能である。

図３〜図５に示す変形例では、第１および第２の板金壁１１´、１２´が第１および第２の端壁１３´、１４´をも形成し、これらがハウジングシェル３´を補完してハウジング２´を構成している。すなわち、板金壁１１´、１２´および端壁１３´、１４´は一体に構成されて、全体として枠状の、Ｕ字状の輪郭を持つ構造をなしている（図４および図５参照）。変形例として、板金壁１１´、１２´および端壁１３´、１４´をそれぞれ別々に作製して溶接で接合してもよい。板金壁１１´、１２´および端壁１３´、１４´は複合板６´、１０´に接着または半田／ろう付けで接合される。

図１および図２に戻って、シェルフード９には第１および第２の貫通孔１５、１６が設けられ、消音器１の配管７は、それぞれ導入開口１９および排出開口２０を有する導入管１７および排出管１８を備える。導入管１７および排出管１８はそれぞれ第１および第２の貫通孔１５、１６を介して外部からハウジング内空間４内へ導かれている。導入開口１９および排出開口２０は仕切り空間８内に配置される。同様の構成が図３〜図５に示す変形例にも設けられている。そこでは第１および第２の貫通孔１５´、１６´ は第１および第２の端壁１３´、１４´に設けられる（図３参照）。

機械的安定性の更なる向上を目指して、図１、図３、および図５に示すように、消音器１、１´に２つの中間壁２１、２１´を設け、これらそれぞれに第１および第２の端部２２、２３、２２´、２３´を設けるとよい。第１の端部２２、２２´は第１の複合板６、６´に支持され、第２の端部２３、２３´はシェルフード９（図１参照）または第２の複合板１０´（図４参照）に支持される。中間壁２１、２１´は複合板６、６´、１０´に接着または半田／ろう付けで接合され、シェルフード９、板金壁１１´、１２´、および端壁１３´、１４´に溶接で接合される。

中間壁２１、２１´の、第１および第２の端部の間の領域に貫通孔２４、２４´が設けられ、そこに導入管１７、１７´および排出管１８、１８´が通されている。言うまでもなく、消音器１、１´に設ける中間壁の数は２に限られない。

図１、図３、および図５においては、中間壁２１、２１´は薄い板金壁として構成されている。それらの材質として、中間壁２１、２１´の追加によってどの程度の機械的補強を得たいかに応じて、機械的安定性を採るなら複合板を、製造コストの低減をとるなら薄い板金壁を用いればよい。それらを組み合わせて、例えば、中間壁２１、２１´の一部を複合板で、一部を板金壁で構成することも可能である。

上述の実施形態の変形例として、少なくとも１枚の複合板６、６´および／または少なくとも１枚の中間壁２１，２１´が支持構造５の一部を形成するように構成してもよい。

図１に示すように、複合板６へのシェルフード９の特に安定した固定のために、シェルフード９に、消音器１の縦断面視においてハウジング内空間４から外に向かって延びる２つの縁部２５を設てもよい。言うまでもなく、他の変形例として、縁部２５を内へ、ハウジング内空間４内に向かって延びるように構成してもよい。

上記に代えてあるいは加えて、複合板６、６´の、消音器１の縦断面視において消音器１の長手方向Ｌの両端に、第１および第２の端部２６を設けてもよい。複合板６はこれら両端部２６において、両端部２６間の領域における厚さＤより小さな厚さＤ１を有する。これを図６の模式図に示す。図６は複合板６の端部２６の一方を示す。変形例として、端部２６を、シェルフード９の縁部２５を挟み込む折り返し部として構成してもよい。これを図７の概略図に示す。この場合さらに、端部２６の領域において、シェルフード９を複合板６に接着または半田／ろう付けで固定してもよい。言うまでもなく、反対にシェルフード９の縁部２５のほうを、複合板６の端部２６を挟み込む折り返し部として構成してもよい。

図６から分かるように、複合板６をシェルフード９に特に安定に固定するために、縁部２５および端部２６の領域においてリベット３２で止めてもよい（図６参照）。

図８の概略図に示すように、消音器１を排気装置２７、特に自動車の内燃機関の排気装置２７、の一部として用いることができる。排気装置２７はそれから排気を排出するための排気管３０を備えており、この排気管３０が消音器１の導入管１７と流体流通可能に接続される。排気装置２７は、燃焼室２９を備えた内燃機関２８の一部であって、内燃機関２８の燃焼室２９は接続管３１を介して排気装置２７と流体流通可能に接続されている。

１、１´ 消音器
２、２´ ハウジング
３、３´ ハウジングシェル
４ ハウジング内空間
５ 支持構造
６、６´、１０´ 複合板
７ 配管
８ 仕切り空間
９ シェルフード
１１´、１２´ 板金壁
１３´、１４´ 端壁
１５、１５´、１６、１６´ 貫通孔
１７、１７´ 導入管
１８、１８´ 排出管
１９、１９´ 導入開口
２０、２０´ 排出開口
２１、２１´ 中間壁
２２、２２´、２３、２３´ 端部
２４、２４´ 貫通孔
２５ 縁部
２６ 端部
２７ 排気装置
２８ 内燃機関
２９ 燃焼室
３０ 排気管
３１ 接続管
３２ リベット

Claims (17)

1. 内燃機関、特に自動車の内燃機関、の排気装置用の消音器（１；１´）であって、
   ハウジング（２；２´）を備え、該ハウジングが自身の周方向（Ｕ）に延びるハウジングシェル（３；３´）を有し、
   少なくとも１枚の第１の複合板（６；６´）を備え、該第１の複合板が前記ハウジングシェル（３；３´）の一部を形成し、
   少なくとも１つの仕切り空間（８）を有するハウジング内空間（４）を備え、該ハウジング内空間が前記ハウジング（２）に取り囲まれており、
   自立型の支持構造（５）を備え、該支持構造に前記ハウジング内空間（４）内に少なくとも一部が収められた配管（７）が支持されている
   ことを特徴とする消音器。
2. 請求項１に記載の消音器（１；１´）において、
   少なくとも１枚の前記第１の複合板（６；６´）は前記自立型支持構造（５）の一部も形成する。
3. 請求項１または請求項２に記載の消音器（１；１´）において、
   前記自立型支持構造（５）は少なくとも１枚の中間壁（２１；２１´）を含む。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の消音器（１）において、
   前記消音器（１）はシェルフード（９）を含み、該シェルフードが前記第１の複合板（６）を補完することによって前記ハウジングシェル（３）が構成される。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の消音器（１´）において、
   前記消音器（１´）はさらに
   第２の複合板（１０´）を備え、該第２の複合板が前記支持構造の一部を形成し、
   第１および第２の板金壁（１１´、１２´）を備え、該第１および第２の板金壁が共に前記第１の複合板（６´）を補完することによって前記ハウジングシェル（３´）が構成される。
6. 請求項５に記載の消音器（１´）において、
   前記第１および第２の複合板（６´、１０´）同士、ならびに前記第１および第２の板金壁（１１´、１２´）同士、は前記消音器（１´）の横断面視において互いにほぼ対向するように配置される。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の消音器（１´）において、
   前記消音器（１´）はさらに第１および第２の端壁（１３´、１４´）を備え、該第１および第２の端壁が前記ハウジングシェル（３´）を補完することによって前記ハウジング（２´）が構成される。
8. 請求項７に記載の消音器（１）において、
   前記シェルフード（９）は前記第１および第２の端壁と一体に構成される。
9. 請求項４から請求項８のいずれかに記載の消音器（１）において、
   前記シェルフード（９）は、少なくとも１枚の前記第１の複合板（６）への固定のために、前記消音器（１）の縦断面視において前記ハウジング内空間（４）から外に向かって延びる、または前記ハウジング内空間（４）内に向かって延びる、２つの縁部（２５）を備える。
10. 請求項５から請求項９のいずれかに記載の消音器（１´）において、
    前記第１および第２の板金壁（１１´、１２´）の少なくとも一方が前記第１および第２の端壁（１３´、１４´）のいずれかと一体に構成されている。
11. 請求項７から請求項１０のいずれかに記載の消音器（１´）において、
    前記第１および第２の端壁（１３´、１４´）はそれぞれ第１および第２の貫通孔（１５、１６；１５´、１６´）を備え、
    前記配管（７）は少なくとも１本の導入管（１７；１７´）および１本の排出管（１８；１８´）を含み、該導入管および該排出管はそれぞれ導入開口（１９；１９´）および排出開口（２０；２０´）を有するとともに前記第１および第２の貫通孔（１５、１６；１５´、１６´）を介して外部から前記ハウジング内空間（４）内へ導かれ、該導入開口および該排出開口は少なくとも１つの前記仕切り空間（８）内に配置されている。
12. 請求項１１に記載の消音器（１：１´）において、
    少なくとも１枚の前記中間壁（２１；２１´）は第１および第２の端部（２２、２３；２２´、２３´）を備え、該第１の端部が前記第１の複合板（６）に支持される一方、該第２の端部が前記第２の複合板（１０´）またはシェルフード（９）に支持され、
    前記中間壁（２１；２１´）は、前記第１および第２の端部（２２、２３；２２´、２３´）の間の領域において少なくとも１つの貫通孔（２４；２４´）を備え、該貫通孔に少なくとも１本の前記導入管（１７；１７´）または少なくとも１本の前記排出管（１８；１８´）が通される。
13. 請求項３から請求項１２のいずれかに記載の消音器（１；１´）において、
    少なくとも１枚の前記中間壁（２１；２１´）は追加して設けられた複合板または板金壁からなる。
14. 請求項５から請求項１３のいずれかに記載の消音器（１；１´）において、
    前記複合板（６；６´）は前記板金壁（１１´、１２´）または前記シェルフード（９）に、溶接、接着、または半田／ろう付けで接合される。
15. 請求項１から請求項１４のいずれかに記載の消音器（１；１´）において、
    少なくとも１枚の前記第１の複合板（６）は、前記消音器（１；１´）の縦断面視においてその長手方向（Ｌ）の両端に、第１および第２の端部（２６；２６´）を備え、前記複合板（６）は該両端部（２６）において、該両端部（２６；２６´）間の領域における厚さ（Ｄ）より小さな厚さ（Ｄ１）を有し、
    少なくとも１枚の前記第１の複合板（６）は前記両端部（２６；２６´）において、前記両端部（２６；２６´）に対応する前記シェルフード（９）の前記縁部（２５）にリベット止めされる。
16. 排気装置（２７）、特に自動車の内燃機関（２８）の排気装置（２７）であって、
    排気装置（２７）からの排気ガスの排出のための排気管（３０）と、
    請求項１から請求項１５のいずれかに記載の消音器（１；１´）と
    を備え、
    前記配管（７）の前記導入管（１７）が、前記排気管（３０）と流体流通可能に接続されていることを特徴とする排気装置。
17. 内燃機関（２８）であって、
    燃焼室（２９）と、
    請求項１６に記載の排気装置（２７）と
    を備え、
    前記燃焼室（２９）が前記排気装置（２７）と接続管（３１）を介して流体流通可能に接続されていることを特徴とする内燃機関。

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