JP6626530B2 - エンジン用マフラ - Google Patents

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Description

本発明は、マフラ本体（シェル）からの放射音の低減を図ったエンジン用マフラに関するものである。
自動車等の車両のエンジンに用いるマフラ（消音器）として、金属板をプレス成形したプレスマフラが広く使用されている。プレスマフラは、一般に、１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度の金属薄板をプレス加工したものである。この種のマフラは、シェルからの放射音が大きくなるのを抑制するために、シェルの肉厚を増したり、シェルを２層構造にしたりすることが行われている。
例えば、単層のシェル（マフラ本体）とバッフルプレート（仕切壁）を接合した構造のシングルシェル・プレスマフラが特許文献１に、二層のシェルとバッフルプレートを接合した構造のダブルシェル・プレスマフラが特許文献２に、それぞれ記載されている。
米国特許第７９１３８１１号明細書 米国特許第７９２６６１５号明細書
ところで、前記特許文献１に記載のシングルシェル・プレスマフラは、軽量・低コストであるが、マフラサイズが大型化・マフラ形状が扁平化されると、放射音や内圧強度の問題があり、マフラとして成立しなくなってくる。
また、前記特許文献２に記載のダブルシェル・プレスマフラは、その摩擦減衰効果による低放射音効果と強度上の優位性があるが、コスト的、重量的に不利である。
本発明は、上記事情を考慮し、強度の向上及び軽量化を図ることができ、マフラ放射音を低減することができるエンジン用マフラを提供することを目的とする。
本発明は、シェルにより形成されたマフラ本体の内部空間が前記シェルの内面にフランジ部を密着させた仕切壁によって複数の室に仕切られたエンジン用マフラにおいて、前記シェルの外面の前記仕切壁のフランジ部に対向する位置に、矩形板状の補強プレートの長手方向に沿って当該補強プレートの中央である一部が前記シェルを挟んで前記フランジ部に複数箇所で溶着されると共に、前記補強プレートの長手方向で見て当該補強プレートの両端側にある他部が前記シェルの外面と溶着されることで、前記補強プレートと前記シェルの外面との間に溶着されていない部分を設けることを特徴とする。
本発明によれば、シェルの外面の仕切壁のフランジ部に対向する位置に、矩形板状の補強プレートの長手方向に沿って当該補強プレートの中央である一部がシェルを挟んでフランジ部に複数箇所で溶着されると共に、補強プレートの長手方向で見て当該補強プレートの両端側にある他部がシェルの外面と溶着されることで、補強プレートとシェルの外面との間に溶着されていない部分を設けることにより、強度の向上及び軽量化を図ることができ、マフラ放射音を低減することができる。
本発明の一実施形態のエンジン用マフラの平面図である。 前記エンジン用マフラに使用されるマフラ本体の分解斜視図である。 図１中Ａ−Ａ線に沿う断面図である。 図３中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図である。 前記エンジン用マフラに使用される仕切壁の斜視図である。 前記仕切壁のフランジ部とシェルと補強プレートの三層接合構造を一部断面で示す部分斜視図である。 前記仕切壁のフランジ部とシェルと補強プレートの三層接合後の変形抑制状態を示す説明図である。
以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１は一実施形態のエンジン用マフラの平面図、図２は同マフラに使用されるマフラ本体の分解斜視図、図３は図１中Ａ−Ａ線に沿う断面図、図４は図３中Ｂ−Ｂ線に沿う断面図、図５は同マフラに使用される仕切壁の斜視図、図６は同仕切壁のフランジ部とシェルと補強プレートの三層接合構造を一部断面で示す部分斜視図、図７は同仕切壁のフランジ部とシェルと補強プレートの三層接合後の変形抑制状態を示す説明図である。
図１、図３、図４に示すように、エンジン用マフラ１は、図示しないエンジンの排気管に取り付けられる金属板をプレス成形したプレスマフラであり、マフラ本体１０と、このマフラ本体１０の長手方向一端側に接続された上流側排気管２０と、長手方向他端側に接続された下流側排気管３０と、を備えている。
図２及び図３に示すように、マフラ本体１０は、例えば、厚さ０．８ｍｍの金属薄板をプレス加工することで、半割りされた上側半筒板としてのシェル１１と下側半筒板としてのシェル１２の２つのシェル１１，１２の対向側周縁１１ｓ，１２ｓを合わせて溶接又は加締めにより接合することで、内部空間Ｋを有した断面略長楕円形の対向側周縁１１ｓ，１２ｓ以外は平坦で袋状に形成されている。このマフラ本体１０の内部空間Ｋは、各シェル１１，１２の内面１１ａ，１２ａにフランジ部１５ｂを密着させた複数のバッフルプレート（仕切壁）１５によって複数の膨張室（室）１７，１８，１９に仕切られている。
また、図３及び図４に示すように、上流側排気管２０の先端２０ａは、一端側のエンドプレート１３部を貫通し、バッフルプレート１５の貫通孔１５ｆを通って、他端側の膨張室１９に連通している。下流側排気管３０の先端３０ａは、他端側のエンドプレート部１４を貫通し、バッフルプレート１５の貫通孔１５ｅを通って、一端側の膨張室１７に連通している。さらに、隣接する膨張室１７，１８，１９間は、バッフルプレート１５を貫通する連通管４０，４１で連通している。これにより、上流側排気管２０から導入された排気ガスＧは、連通管４０，４１を通り図中矢印のルートで下流側排気管３０から外へ出て行く。その際、各室１７，１８，１９を通過する間に消音がなされる。
図５に示すように、バッフルプレート１５は、シェル１１の内面１１ａに対して垂直なプレート本体１５ａと、このプレート本体１５ａの周縁からシェル１１の内面１１ａに沿って軸線方向（マフラ本体１０の長手方向）に延びる短筒状のフランジ部１５ｂとを有する。このバッフルプレート１５のフランジ部１５ｂが設けられた各シェル１１，１２の外面１１ｂ，１２ｂには、補強プレート５０が溶着されている。この補強プレート５０は、例えば、厚さ１ｍｍの矩形の金属板であり、また、バッフルプレート１５の厚さは、例えば、１．２ｍｍである。
さらに、図１〜図３に示すように、各シェル１１，１２のバッフルプレート１５のフランジ部１５ｂの両端側のマフラ本体１０の長手方向に直交する方向の位置には、内側にＵ字状に凹む各一対の凹溝部１１ｃ，１１ｃ、１２ｃ，１２ｃをそれぞれ平行に形成してある。この各一対の凹溝部１１ｃ，１１ｃ、１２ｃ，１２ｃ間の各外面１１ｂ，１２ｂに、バッフルプレート１５のフランジ部１５ｂの幅と同等かそれ以上の幅を有した矩形板状の補強プレート５０がバッフルプレート１５のフランジ部１５ｂに対向する位置を全て覆うようにスポット溶接とプラグ溶接の２種類の溶接により接合されている。
図６に示すバッフルプレート１５のフランジ部１５ｂとシェル１１，１２と補強プレート５０の三層接合構造の溶接による接合手順を詳述すると、まず、図２に示すように、矩形板状の補強プレート５０の中央の長手方向の部位に長孔（溶接用孔）５１を等間隔毎に複数形成する。また、補強プレート５０の各長孔５１に相対向するように、シェル１１，１２の各一対の凹溝部１１ｃ，１１ｃ、１２ｃ，１２ｃ間の中央に長孔（溶接用孔）１１ｄ，１２ｄを等間隔毎に複数形成する。
そして、シェル１１，１２の各一対の凹溝部１１ｃ，１１ｃ、１２ｃ，１２ｃ間の外面１１ｂ，１２ｂに、シェル１１，１２の各長孔１１ｄ，１２ｄと矩形板状の補強プレート５０の各長孔５１を合わせた状態で補強プレート５０をそれぞれ重ね付けて、補強プレート５０の長手方向の両側をシェル１１，１２にスポット溶接（この溶接部分を図中符号Ｓで示す）にて予め複数箇所（この実施形態では５箇所）等間隔毎にそれぞれ接合する。
次に、矩形板状の補強プレート５０をシェル１１，１２を挟んでバッフルプレート１５のフランジ部１５ｂと各長孔５１，１１ｄ，１２ｄを介してプラグ溶接（この溶接部分を図中符号Ｐで示す）にて複数箇所（この実施形態では５箇所）等間隔毎にそれぞれ接合することで、図６に示すバッフルプレート１５のフランジ部１５ｂとシェル１１，１２と補強プレート５０の三層接合構造となる。
このような構成のエンジン用マフラ１のマフラ本体１０において、図７に示すように、プレスマフラであるシェル１１，１２にガス圧や熱荷重や振動入力の機械荷重の内圧荷重Mが作用した際に、その反作用でバッフルプレート１５に張力Nがかかるが、図６に示すシェル１１，１２とバッフルプレート１５のフランジ部１５ｂと補強プレート５０の三層接合構造としたことにより、シェル１１，１２とバッフルプレート１５のフランジ部１５ｂの溶接部分Ｐきわの変形を抑制することができると共に、歪の集中を分散・緩和して、溶接部分Ｐからのシェル１１，１２及びバッフルプレート１５のフランジ部１５ｂの亀裂・破損を確実に防止することができる。その結果、ガス圧や熱荷重や振動入力に対するシェル１１，１２の強度を向上させることができ、また、シェル１１，１２の単層部の板厚を下げて、マフラ本体１０を軽量化することができる。
また、マフラ本体１０の振動モードの節となるバッフルプレート１５のフランジ部１５ｂとシェル１１，１２の接合部が溶接部分Ｐの点部のみでなく、フランジ部１５ｂよりもより広い幅を持った矩形板状の補強プレート５０にて抑えられ、シェル１１，１２の振動振幅が低減されるため、マフラ放射音を低減することができる。即ち、シェル１１，１２の厚み増加による剛性増大や２層化による減衰効果を図るものと比べて、補強プレート５０によるシェル１１，１２の振動振幅抑制効果で、重量増を招かずに効率よく放射音を低減することができる。
さらに、図２に示すように、上側と下側の２つのシェル１１，１２の対向側周縁１１ｓ，１２ｓを合わせて溶接又は加締めにより接合することで内部空間Ｋを有するマフラ本体１０を形成したことにより、部品点数を減らして低コスト化を図ることができる。
尚、前記実施形態では、バッフルプレート（仕切壁）の個数を２個としているが、バッフルプレートの個数やそれによって仕切られる室の個数は限定されるものではなく、また、補強プレートの数も２個に限定されるものではない。さらに、シェルと補強プレートを予めスポット溶接にて溶接接合していたが、ＴＩＧ溶接やＭＩＧ溶接等にて溶接接合するようにしても良い。
１ エンジン用マフラ
１０ マフラ本体
１１，１２ シェル
１１ａ，１２ａ 内面
１１ｂ，１２ｂ 外面
１１ｄ，１２ｄ 長孔（溶接用孔）
１５ バッフルプレート（仕切壁）
１５ｂ フランジ部
１７，１８，１９ 膨張室（室）
５０ 補強プレート
５１ 長孔（溶接用孔）
Ｋ 内部空間
Ｓ スポット溶接部分
Ｐ プラグ溶接部分

Claims (5)

  1. シェルにより形成されたマフラ本体の内部空間が前記シェルの内面にフランジ部を密着させた仕切壁によって複数の室に仕切られたエンジン用マフラにおいて、
    前記シェルの外面の前記仕切壁のフランジ部に対向する位置に、矩形板状の補強プレートの長手方向に沿って当該補強プレートの中央である一部が前記シェルを挟んで前記フランジ部に複数箇所で溶着されると共に、前記補強プレートの長手方向で見て当該補強プレートの両端側にある他部が前記シェルの外面と溶着されることで、前記補強プレートと前記シェルの外面との間に溶着されていない部分を設けることを特徴とするエンジン用マフラ。
  2. 請求項１に記載のエンジン用マフラであって、
    前記マフラ本体は、プレスマフラであり、
    前記プレスマフラであるシェルの外面の前記仕切壁のフランジ部に対向する位置を全て覆うように前記補強プレートを前記シェルの外面に複数箇所で溶着したことを特徴とするエンジン用マフラ。
  3. 請求項１または２に記載のエンジン用マフラであって、
    前記補強プレートの長手方向の両側を前記シェルにスポット溶接にて予め複数箇所接合したことを特徴とするエンジン用マフラ。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジン用マフラであって、
    前記補強プレートを前記シェルを挟んで前記仕切壁のフランジ部とプラグ溶接にて複数箇所接合したことを特徴とするエンジン用マフラ。
  5. 請求項４に記載のエンジン用マフラであって、
    前記補強プレートの中央の長手方向の部位と前記シェルの前記マフラ本体の長手方向に直交する方向の部位に複数の溶接用孔を相対向するうようにそれぞれ形成し、前記補強プレートの各溶接用孔と前記シェルの各溶接用孔を合わせた状態で、前記補強プレートの中央の部位を前記シェルを挟んで前記仕切壁のフランジ部とプラグ溶接にて複数箇所接合したことを特徴とするエンジン用マフラ。
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