JP4025763B2 - 消音器 - Google Patents

Description

本発明は、車両用等のエンジンの排気系に接続されて、排気音を低減する消音器に関するものである。

エンジンからの排気ガスを消音室内に導入するインレットパイプと、導入された排気ガスを消音室外に排出するアウトレットパイプとを備えた消音器の従来例として特許文献１に記載されたものが挙げられる。この特許文献１に記載された消音器においては、前記アウトレットパイプを、消音室内の排気ガスを常時消音室外に排出する第１アウトレットパイプと、消音室内の排気圧力が所定値以上に上昇し、バルブが開弁したときに消音室内の排気ガスを消音室外に排出する第２アウトレットパイプとから構成しており、エンジンの低速回転域では前記第１アウトレットパイプのみを介して排気ガスを消音室外に排出し、エンジンの高速回転域では、両方のアウトレットパイプを介して消音室内の排気ガスを消音室外に排出するようにして、エンジンの低速回転域における消音性能の向上と、高速回転域における出力損失の低減を図っている。
特開平１１−１５３０１９号公報（段落００１８〜００２０、図１）

エンジンが停止すると、高温の排気ガスが消音器内で冷却され、排気ガス中に含まれる水分が結露して消音器の底部に溜まる場合がある。この問題に対して前記構造の消音器においては、アウトレットパイプの底部に孔を穿設し、この孔からパイプ内の負圧により水を吸い上げて排水する方法を採用したものがある。本発明はこのアウトレットパイプ内の負圧を利用して消音器内の水を排水する技術に関するものであり、従来に比べて消音器内に溜まった水の排水効率に優れた消音器を提供することを目的としている。

前記課題を解決するため、本発明は、消音器本体の消音室内に排気ガスを導くインレットパイプと、消音室内の排気ガスを消音室外に排出するアウトレットパイプとを消音器本体の内部に備えた消音器であって、前記アウトレットパイプは、湾曲形成された湾曲部と、該湾曲部の上流端側に形成される上流側直線部と、前記湾曲部の下流端側に形成され、前記上流側直線部と平行で、かつ上流側直線部の斜め下方に位置する下流側直線部とを備え、前記湾曲部の外周面側に連なり、上流側直線部および下流側直線部の軸線方向から見て、該両者の軸線を結ぶ仮想線と交差する前記下流側直線部の最外側部に、消音器本体の底面に臨む水抜きパイプを設けた消音器とした。

前記湾曲部を流れる排気ガスの流速については、遠心力の作用により外周面に沿って流れる排気ガスの流速の方が内周面に沿って流れる排気ガスのそれよりも速い。したがって、湾曲部の外周面側に連なる下流側直線部の外側面が、遠心力の作用を受けず、かつ、排気ガスの流速が速いという２つの条件を満たす部位となり、この外側面に水抜きパイプを設けることで大きな負圧を得ることができ、水の吸い上げ効率（排水効率）を上げることができる。

また、本発明は、前記アウトレットパイプが、消音室内の排気ガスを常時、消音室外に排出する第１アウトレットパイプと、消音室内の排気ガスの圧力が所定値以上に達し、消音室内の開閉バルブが開弁したときにのみ消音室内の排気ガスを消音室外に排出する第２アウトレットパイプとからなり、前記水抜きパイプは前記第１アウトレットパイプ側に設けられている消音器とした。

この消音器によれば、エンジンの低速回転域においては、消音室内の排気ガスは全て低速用の管径に設定された第１アウトレットパイプのみに流入するので、排気ガスの流速が比較的速くなり、その結果大きな負圧により水抜きパイプから効率良く水を吸い上げることができる。また高速回転域においては、消音室内の排気ガスが第１アウトレットパイプおよび第２アウトレットパイプの両方に流入するので、高圧の排気ガスに対してその流路面積を大きく確保できる。したがって、排気ガスの通路抵抗を低減でき、エンジンの高速回転域における出力損失の低減を図りながら、水抜きパイプから効率良く水を吸い上げることができる。

本発明によれば、従来の消音器に比べて消音器内に溜まった水の排水効率に優れた消音器となる。

図１は本発明を実施した消音器の破断斜視図、図２は同消音器の平面説明図、図３ないし図５はそれぞれ図２におけるＡ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図、Ｃ−Ｃ断面図、図６は第１アウトレットパイプの平面説明図である。

消音器１は自動車などの内燃機関の排気系に介設されるものであり、図１および図２に示すように、両端面を開放した楕円筒状のシェル１１と、このシェル１１の両端面を閉塞する端壁１２，１３とにより、密閉筐体としての消音器本体１０が構成される。消音器１は、消音器本体１０の短径側が略上下方向に臨み、端壁１２が車両前方側に位置して、前下がりの傾斜状となるように車体（図示せず）に取り付けられる。

消音器本体１０には前記端壁１２，１３と略平行に隔壁１４が圧入嵌合され、隔壁１４と端壁１３との間に上流室Ｕが、また、隔壁１４と端壁１２との間に下流室Ｄがそれぞれ画成される。上流室Ｕと下流室Ｄとは消音室ＣＭを形成する。図３に示すように、隔壁１４の最下部とシェル１１の底面との間には隙間ｃが形成されており、前記したように消音器本体１０が車体に前下がりに取り付けられることで、消音器本体１０内に溜まった水が隙間ｃを介し、図１において上流室Ｕから下流室Ｄに流れるようになっている。

上流室Ｕは、下流室Ｄよりも容積が大きく設定されており、前記隔壁１４と平行となるように消音器本体１０に圧入嵌合された支持板１５により、車両前方側に位置する第１室Ｕ１と車両後方側に位置する第２室Ｕ２とに画成される。支持板１５には多数のパンチング孔よりなる複数の連通孔１５ａが穿設されており、第１室Ｕ１と第２室Ｕ２とはこれらの連通孔１５ａを介して連通している。つまり、第１室Ｕ１と第２室Ｕ２とにおいては、複数の連通孔１５ａを介して排気ガスの自由な流通が許容され、第１室Ｕ１と第２室Ｕ２とは実質的に１つの上流室Ｕとして機能する。図４に示すように、支持板１５の最下部とシェル１１の底面との間にも隙間ｃが形成されており、前記したように消音器本体１０が車体に前下がりに取り付けられることで、消音器本体１０内に溜まった水が隙間ｃを介し、図１において第２室Ｕ２から第１室Ｕ１に流れるようになっている。

図１および図２において、端壁１２と隔壁１４とには、それらに跨って消音器本体１０の前後方向に延びるインレットパイプ１６が貫通して溶接されている。このインレットパイプ１６は、エンジンからの排気ガスを消音室ＣＭ内に導くものであって、その前端、すなわち上流端はエンジンの排気ポートに連通する排気管（図１において仮想線にて示す）に接続し、後端、すなわち下流端は前記上流室Ｕの第１室Ｕ１内に位置する。

また、上流室Ｕにはアウトレットパイプ１７が収容されており、本実施形態においては、互いに並列状態に配置される第１アウトレットパイプ１８と第２アウトレットパイプ１９とから構成されている。第１アウトレットパイプ１８は、消音室ＣＭ内の排気ガスを常時、消音室ＣＭ外に排出する機能を担い、第２アウトレットパイプ１９は、消音室ＣＭ内の排気圧力が所定値以上に上昇した場合にのみ、後記する開閉バルブ２５が開弁することにより、消音室ＣＭ内の排気ガスを消音室ＣＭ外に排出する機能を担う。以下、第１及び第２アウトレットパイプ１８，１９の具体的な構造について説明する。

図１および図２に示すように、第１アウトレットパイプ１８は、Ｕ字状に湾曲形成されることにより、上流側直線部１８ａと、湾曲部１８ｂと、上流側直線部１８ａと平行な下流側直線部１８ｃとから構成されている。第１アウトレットパイプ１８は、上流側直線部１８ａおよび下流側直線部１８ｃが消音器本体１０の前後方向（軸線方向）に沿うように、かつ、湾曲部１８ｂと、上流側直線部１８ａおよび下流側直線部１８ｃの所定部分が第１室Ｕ１内に位置するようにして、上流側直線部１８ａおよび下流側直線部１８ｃが支持板１５を貫通してそこに溶接支持されている。したがって、上流側直線部１８ａの上流開口部１８ｄと下流側直線部１８ｃの下流開口部１８ｅ（図２）とは、ともに第２室Ｕ２内に臨む。また、図５から判るように、上流側直線部１８ａはシェル１１の側部近傍に位置し、下流側直線部１８ｃはこの上流側直線部１８ａの位置よりも下方となるシェル１１の底部近傍に位置している。

なお、上流側直線部１８ａは、図１、図２に示すように、隔壁１４に固定されて片持ち状に延びるプレート２０に支持されている。このプレート２０は上流側直線部１８ａを補強する機能を担うとともに隔壁１４の剛性を高める機能も担う。

一方、第２アウトレットパイプ１９は直線状に形成されており、前記第１アウトレットパイプ１８の下流側直線部１８ｃの上方においてこれと略平行となるように位置する。第２アウトレットパイプ１９の前端部周りは前記隔壁１４を貫通してこれに溶接され、上流開口部１９ａは下流室Ｄ内に臨む。また、第２アウトレットパイプ１９の後端部周りは前記支持板１５を貫通してこれに溶接され、下流開口部１９ｂ（図２）は第２室Ｕ２内に臨む。なお、この第２アウトレットパイプ１９の中間部と、前記インレットパイプ１６の後端部、すなわち自由端部とは、連結片２１により一体に連結されることで両者が相互に補強された構造となっており、これによりインレットパイプ１６の片持ち部位の振れが防止される。

第２室Ｕ２内において、第１アウトレットパイプ１８における下流側直線部１８ｃの下流開口部１８ｅ（図２）と、第２アウトレットパイプ１９の下流開口部１９ｂ（図２）とは、集合パイプ２２の上流側（二股入口部）に接続している。集合パイプ２２の下流側は端壁１３を貫通し、消音器本体１０の外部においてテールパイプ２３（図１）に接続している。

次いで、隔壁１４には、上流室Ｕの第１室Ｕ１と下流室Ｄとを連通するバルブ口２４（図２、図３）が開口形成されており、下流室Ｄ側においてこのバルブ口２４周りに開閉バルブ２５が設けられている。開閉バルブ２５の一例としては従来公知のリードバルブ（例えば特開２００１−１２３８１７号公報に記載のもの）が挙げられる。開閉バルブ２５の構造を簡単に説明すると、図２において、開閉バルブ２５は、バルブ口２４を囲むように隔壁１４に固定される基台２６と、基台２６に一端側が固定される板状弁２７と、基台２６に固定され、板状弁２７の開度を規制するストッパ２８と、ストッパ２８に固定され、板状弁２７に当接して板状弁２７を閉弁方向に付勢する板ばね２９とを備えており、上流室Ｕ内の排気ガスの圧力が所定値未満のときには、板ばね２９の付勢力により板状弁２７がバルブ口２４を閉じることで、上流室Ｕの第１室Ｕ１と下流室Ｄとが非連通状態となる。そして、上流室Ｕ内の排気ガスの圧力が前記所定値を超えると、該排気ガスの圧力が板ばね２９の付勢力よりも勝り、該排気ガスの圧力が板状弁２７を開弁させることにより、上流室Ｕの第１室Ｕ１と下流室Ｄとが連通状態となる。

以上の構成からなる消音器１について、排気ガスの一連の流れを図２を参照して説明する。先ず、エンジンから排出される排気ガスはインレットパイプ１６を経て上流室Ｕに流入する。エンジンの低速回転域においては、エンジンから排出される排気ガスの圧力が低いため、上流室Ｕにおける排気ガスの圧力も低く、該圧力が前記所定値未満の場合には、板ばね２９の付勢力により板状弁２７がバルブ口２４を閉じ、上流室Ｕの第１室Ｕ１と下流室Ｄとは非連通状態となっている。したがってこの場合には、上流室Ｕ内の排気ガスは全て上流開口部１８ｄを介して第１アウトレットパイプ１８に流入し、集合パイプ２２およびテールパイプ２３（図１）を経て大気に放出される。このように排気ガスの全てが第１アウトレットパイプ１８に流入することにより、排気ガスの流路面積が小さくなり、長い経路を流れる結果となって、エンジンの低速回転域における消音器１の消音効果が高まる。

そしてエンジンの高速回転域においては、エンジンから排出される排気ガスの圧力が高いため、上流室Ｕにおける排気ガスの圧力も高くなり、該圧力が前記所定値以上となった場合には、板ばね２９の付勢力に抗して板状弁２７がバルブ口２４を開き、上流室Ｕの第１室Ｕ１と下流室Ｄとが連通状態となる。したがってこの場合には、上流室Ｕ内の排気ガスは、一部が上流開口部１８ｄを介して第１アウトレットパイプ１８に流入し、残りはバルブ口２４を介して下流室Ｄに流入し、そこから上流開口部１９ａを介して第２アウトレットパイプ１９に流入する。第１アウトレットパイプ１８および第２アウトレットパイプ１９に流入した排気ガスは集合パイプ２２で合流し、テールパイプ２３（図１）を経て大気に放出される。このように排気ガスを第１アウトレットパイプ１８および第２アウトレットパイプ１９の両方に流入させることで、高圧の排気ガスに対してその流路面積を大きく確保できる。したがって、排気ガスの通路抵抗を低減でき、エンジンの高速回転域における出力損失の低減を図ることができる。

さて、エンジンが停止すると、高温の排気ガスが消音器１内で冷却され、排気ガス中に含まれる水分が結露してシェル１１の底部に溜まる場合がある。前記した隙間ｃ（図３および図４）はこのシェル１１の底部に溜まった水を通過させるためのものである。本発明は、シェル１１の底部に溜まった水をアウトレットパイプ１７（本実施形態では第１アウトレットパイプ１８）内の負圧を利用して排水する技術に関するものであり、図５および図６に示すように、第１アウトレットパイプ１８において、湾曲部１８ｂの外周面１８ｇ（図６）側に連なる下流側直線部１８ｃの外側面１８ｆに、消音器本体１０のシェル１１（図５）の底面に臨む水抜きパイプ３０を設けたことを主な特徴とする。

図６において、湾曲部１８ｂを流れる排気ガスの流速については、遠心力の作用により外周面１８ｇに沿って流れる排気ガスの流速の方が内周面１８ｈに沿って流れる排気ガスのそれよりも速い。ここで、仮に水抜きパイプ３０を湾曲部１８ｂの外周面１８ｇに設けた場合を想定すると、外周面１８ｇに沿って流れる排気ガスには遠心力が作用しているので、排気ガスが水抜きパイプ３０から外部に流出してしまい、所定の負圧効果は期待できない。これに対して、湾曲部１８ｂの外周面１８ｇ側に連なる下流側直線部１８ｃの外側面１８ｆは、遠心力の作用を受けず、かつ、排気ガスの流速が速いという２つの条件を満たす部位となり、この外側面１８ｆに水抜きパイプ３０を設けることで大きな負圧を得ることができ、水の吸い上げ効率（排水効率）を上げることができる。

水抜きパイプ３０を取り付ける外側面１８ｆは、具体的には、図５に示すように、上流側直線部１８ａおよび下流側直線部１８ｃの軸線方向から見て、該両者の軸線を結ぶ仮想線３１と交差する最外側部３３の部位が好ましい。本実施形態では水抜きパイプ３０は、この最外側部３３において下流側直線部１８ｃの軸線方向に対して直交するように取り付けられ、途中で屈曲形成されて下方に延設されることでシェル１１の底面に溜まった水に臨むようになっている。

また、下流側直線部１８ｃの軸線方向に関する水抜きパイプ３０の取り付け部位については、湾曲部１８ｂの形成の終わり直後の部位、つまり下流側直線部１８ｃにおける上流端周りが、排気ガスの流速が最も速くなった直後の部位となるので、この下流側直線部１８ｃにおける上流端周りに水抜きパイプ３０を取り付けることが好ましい。

以上のように、アウトレットパイプ１７（第１アウトレットパイプ１８）において、湾曲部１８ｂの外周面１８ｇ（図６）側に連なる下流側直線部１８ｃの外側面１８ｆに、消音器本体１０の底面に臨む水抜きパイプ３０を設ける構成とすれば、水抜きパイプ３０において大きな負圧を発生させることができ、アウトレットパイプ１７の底部に孔を穿設する従来の構造に比べて、消音器本体１０の底面に溜まった水の吸い上げ効率を向上させることができる。

また、図１、図２において、本実施形態のように、アウトレットパイプ１７が、消音室ＣＭ内の排気ガスを常時、消音室ＣＭ外に排出する第１アウトレットパイプ１８と、消音室ＣＭ内の排気ガスの圧力が所定値以上に達し、消音室ＣＭ内の開閉バルブ２５が開弁したときにのみ消音室ＣＭ内の排気ガスを消音室ＣＭ外に排出する第２アウトレットパイプ１９とからなり、水抜きパイプ３０を第１アウトレットパイプ１８に設ける構成とすれば、エンジンの低速回転域においては、消音室ＣＭ内の排気ガスは全て低速用の管径に設定された第１アウトレットパイプ１８のみに流入するので、排気ガスの流速が比較的速くなり、その結果大きな負圧により水抜きパイプ３０から効率良く水を吸い上げることができる。また高速回転域においては、消音室ＣＭ内の排気ガスが第１アウトレットパイプ１８および第２アウトレットパイプ１９の両方に流入するので、高圧の排気ガスに対してその流路面積を大きく確保できる。したがって、排気ガスの通路抵抗を低減でき、エンジンの高速回転域における出力損失の低減を図りながら、水抜きパイプ３０から効率良く水を吸い上げることができる。このように、エンジンの低速回転域と高速回転域の全回転領域において、消音器本体１０の底面に溜まった水の吸い上げ効率を向上させることができる。

本発明を実施した消音器の破断斜視図である。 本発明を実施した消音器の平面説明図である。 図２におけるＡ−Ａ断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ断面図である。 図２におけるＣ−Ｃ断面図である。 第１アウトレットパイプの平面説明図である。

符号の説明

１ 消音器
１０ 消音器本体
１１ シェル
１６ インレットパイプ
１７ アウトレットパイプ
１８ 第１アウトレットパイプ
１８ｂ 湾曲部
１８ｃ 下流側直線部
１８ｆ 外側面
１８ｇ 外周面
１９ 第２アウトレットパイプ
３０ 水抜きパイプ
ＣＭ 消音室

Claims (2)

1. 消音器本体の消音室内に排気ガスを導くインレットパイプと、消音室内の排気ガスを消音室外に排出するアウトレットパイプとを消音器本体の内部に備えた消音器であって、
   前記アウトレットパイプは、湾曲形成された湾曲部と、該湾曲部の上流端側に形成される上流側直線部と、前記湾曲部の下流端側に形成され、前記上流側直線部と平行で、かつ上流側直線部の斜め下方に位置する下流側直線部とを備え、
   前記湾曲部の外周面側に連なり、上流側直線部および下流側直線部の軸線方向から見て、該両者の軸線を結ぶ仮想線と交差する前記下流側直線部の最外側部に、消音器本体の底面に臨む水抜きパイプを設けたことを特徴とする消音器。
2. 前記アウトレットパイプは、消音室内の排気ガスを常時、消音室外に排出する第１アウトレットパイプと、消音室内の排気ガスの圧力が所定値以上に達し、消音室内の開閉バルブが開弁したときにのみ消音室内の排気ガスを消音室外に排出する第２アウトレットパイプとからなり、
   前記水抜きパイプは前記第１アウトレットパイプ側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の消音器。

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