(57)【要約】【課題】従来よりも、より一層小型化及び軽量化を達成すること。【解決手段】球形状に形成されたシェル１８と、前記シェル１８に設けられエンジン１２の排気管１６に連なるインレットパイプ２４と、テールパイプ３８に接続されて排気ガスを大気に開放するアウトレットパイプ２６と、前記シェル１８内で前記インレットパイプ２４及びアウトレットパイプ２６を連通させる膨張室３２とを備え、前記アウトレットパイプ２６には、直線部２６ａと、前記直線部２６ａに連続し前記シェル１８の内壁１８ａの球面に沿うように前記シェル１８内で湾曲して形成される湾曲部２６ｂが設けられる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シェルと、前記シェルに設けられエンジンの排気管に連なるインレットパイプと、前記シェルに設けられ大気に開放するアウトレットパイプと、前記シェル内で前記インレットパイプ及びアウトレットパイプを連通させる膨張室とを備え、前記エンジンからの排気ガスを前記インレットパイプを介して前記膨張室に導入し、さらに前記膨張室から前記アウトレットパイプを介して排気ガスを大気に排出するエンジンの消音器において、
前記シェルを球形状に形成すると共に、前記インレットパイプと前記アウトレットパイプの少なくとも一方には、前記シェル内壁の球面に沿うように前記シェル内で湾曲させた湾曲部が設けられることを特徴とする消音器。
【請求項２】
請求項１記載の消音器において、
前記シェル内で、前記インレットパイプと前記アウトレットパイプの少なくとも一方の端部を閉塞すると共に、前記閉塞されたパイプの周面に多数の小孔を形成したことを特徴とする消音器。
【請求項３】
請求項１又は２記載の消音器において、
前記シェル内で、前記インレットパイプと前記アウトレットパイプの少なくとも一方に、干渉孔を形成したことを特徴とする消音器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、車両用等のエンジンの排気系に接続されて、排気音を低減させることが可能な消音器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気音を低減する消音器として、円筒状シェルの両端部が一対の側壁で閉塞されることにより、前記シェルの内部に消音室（膨張室）が形成されたオーバル円筒型消音器が知られている。
【０００３】
この消音器には、前記消音室内に排気ガスを導入するインレットパイプ及び前記消音室から排気ガスを導出するアウトレットパイプがそれぞれ配設され、前記インレットパイプ及びアウトレットパイプの一端部が、それぞれ、消音室内で開口するように設けられている。
【０００４】
この種の消音器に関し、例えば、特許文献１には、消音室外に排気ガスを、常時、導出する第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たときに排気ガスを外部に排出する第２アウトレットパイプとによって前記アウトレットパイプを構成し、消音室内に滞留する滞留水の排水性を向上させるために、第１アウトレットパイプの消音室内の入口を、第２アウトレットパイプの消音室内の入口よりも下方側に配置した消音器の構造が開示されている。
【特許文献１】特開２００５−１４０１０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１等に開示されたオーバル円筒型消音器では、側壁の厚みが、インレットパイプ、シェル、アウトレットパイプ、テールパイプ等を支持するための必要十分な剛性を発揮する厚みに設定されていると共に、前記シェルの厚みが消音室内に滞留される滞留水に含まれる酸（排気ガス中の硫黄酸化物等に由来するもの）に対して必要十分な腐食耐水性を発揮する厚みに設定されている。
【０００６】
そこで、産業界から、車両重量の軽減化及び低燃費化を達成するために、消音器の小型化及びその重量を低減することが要請されている。
【０００７】
本発明は、前記した点に鑑みてなされたものであり、従来よりも、より一層小型化及び軽量化を達成することが可能な消音器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明は、シェルと、前記シェルに設けられエンジンの排気管に連なるインレットパイプと、前記シェルに設けられ大気に開放するアウトレットパイプと、前記シェル内で前記インレットパイプ及びアウトレットパイプを連通させる膨張室とを備え、前記エンジンからの排気ガスを前記インレットパイプを介して前記膨張室に導入し、さらに前記膨張室から前記アウトレットパイプを介して排気ガスを大気に排出するエンジンの消音器において、前記シェルを球形状に形成すると共に、前記インレットパイプと前記アウトレットパイプの少なくとも一方には、前記シェル内壁の球面に沿うように前記シェル内で湾曲させた湾曲部が設けられることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、シェルを球形状とすることにより、例えば、膨張室が同一容積からなるオーバル円筒型の消音器と比較して、消音性能（排気音の減衰量）を向上させることができる。すなわち、本発明では、シェルの中心から内壁までの離間距離が均一に設定される球形状とすることにより、前記内壁から反射した排気音が相互に干渉して消音性能が高まり、同一の消音性能を有するオーバル型の消音器に対してより一層小型化及び軽量化を達成することができる。加えて、本発明では、シェルを球形状とすることにより、例えば、同等の内容積で同等の強度の容器（シェル）を作る場合、容器（シェル）を球とすることにより軽量化が可能である。また、球は、強度的に優れ、且つ同一重量の材料を用いた場合であっても、球の方が広い空間部（膨張室）を確保することができる利点がある。
【００１０】
また、本発明によれば、インレットパイプとアウトレットパイプの少なくとも一方を、前記シェル内壁の球面に沿うように前記シェル内で湾曲して形成された湾曲部を設けることにより、前記湾曲部の長さ分だけ排気系の配管長（パイプ長）が延長され、前記配管長の延長による排気抵抗を利用した消音効果（排気音の減衰）が得られる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、インレットパイプとアウトレットパイプのいずれか一方又は両方において、端部が閉塞されたパイプの周面に形成される多数の小孔（例えば、パンチング孔）の位置（部位）を変えることにより、実質的に配管長（パイプ長）を変化させることができ、排気抵抗によって生じる排気音の減衰量を排気系全体の特性に対応して容易に調整することができる。
【００１２】
さらにまた、本発明によれば、シェルを球形状とすることで、オーバル円筒型の消音器と比較して、幅広い周波数からなる排気音に対して高い消音性能（排気音の減衰量）を得ることができるが、特定の狭い周波数帯域において、その消音特性（排気音の減数量）が落ち込むおそれがある。このような場合であっても、本発明では、インレットパイプとアウトレットパイプのいずれか一方又は両方に干渉孔を設けることにより、前記特定周波数帯域における落ち込み現象を好適に解消することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では、従来と比較して、より一層小型化及び軽量化を達成することが可能な消音器を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る消音器を自動車の排気系に適用した概略平面図、図２は、前記消音器の一部透過斜視図、図３（ａ）は、前記消音器の略水平方向に沿った横断面図、図３（ｂ）は、前記消音器の縦断面図である。
【００１５】
本実施形態に係る消音器１０では、自動車１１等の車両のエンジン１２（内燃機関）の排気系１３に介装されるものに基づいて以下説明するが、これに限定されるものではなく、車両以外の内燃機関の排気系に適用することも可能である。
【００１６】
図１に示されるように、自動車１１に搭載されたエンジン１２には、前記エンジン１２から排出された排気ガスを大気に排出するための排気系１３が配設されている。この排気系１３は、エンジン１２の排気ポートに接続される排気マニホールド１４と、前記排気マニホールド１４の下流側に接続される排気ガス浄化用の触媒１５と、前記触媒１５の下流側に接続される排気管１６と、前記排気管１６の上流側から下流側に向かって順次接続されるプリチャンバ１７及び本実施形態に係る消音器１０とを有する。
【００１７】
エンジン１２の駆動によって排出された排気ガスは、触媒１５によって有害成分が浄化された後、プリチャンバ１７によって一次的に消音され、さらに、消音器１０によって二次的に消音されて大気中に排出される。
【００１８】
図２及び図３に示すように、本実施形態に係る消音器１０は、単一の球形状の中空体（中空の球体）によって形成されたシェル１８と、前記シェル１８に形成された円形状の第１開口部２０ａ（図３（ａ）参照）に固着されエンジン１４側の排気管１６に連なるインレットパイプ２４と、前記シェル１８に形成された円形状の第２開口部２０ｂ（図３（ｂ）参照）に固着され排気ガスを大気に開放するアウトレットパイプ２６とを備えて構成される。
【００１９】
なお、インレットパイプ２４及びアウトレットパイプ２６には、シェル１８の第１開口部２０ａ及び第２開口部２０ｂに対して前記インレットパイプ２４及びアウトレットパイプ２６の外周面をそれぞれ固着する環状の溶接部２８ａ、２８ｂが設けられる。
【００２０】
前記シェル１８は、例えば、半割構造からなり、一対の半球体が溶接等によって一体的に結合されて構成される。前記シェル１８の外壁１８ｂには、例えば、溶接等によって３本の円錐状のブラケット３０ａが固着され、前記ブラケット３０ａの頂点から突出して設けられた取付用ステー３０ｂによって、前記シェル１８が自動車１１のリア側に固定される。前記シェル１８の内壁１８ａは球面状に形成され、前記内壁１８ａによって囲繞され密封された空間からなる膨張室３２が形成される。
【００２１】
シェル１８から外部に露呈する前記インレットパイプ２４の一端部は、排気系１３を構成するエンジン１２側の排気管１６に接続される。一方、シェル１８の中心に向かって略直線状に延在しシェル１８内の膨張室３２に臨むインレットパイプ２４の他端部は、第１キャップ部材３４ａによって閉塞される。前記第１キャップ部材３４ａに近接するインレットパイプ２４の周面には、外壁面と内壁面との間で貫通する複数の小孔３６（例えば、パンチング孔）が形成される。なお、シェル１８内に臨むインレットパイプ２４の他端部の端縁は、球形状に形成されたシェル１８の中心部近傍まで延在するように設けられる。
【００２２】
シェル１８から外部に露呈する前記アウトレットパイプ２６の一端部は、排気ガスが排出される開口部を有するテールパイプ３８に接続される。一方、シェル１８内の膨張室３２に臨むアウトレットパイプ２６の他端部側には、前記一端部からシェル１８内に所定長だけ直線状に延在した直線部２６ａが設けられた後、シェル１８の内壁１８ａの球面に沿って略Ｕ字状に湾曲して形成された湾曲部２６ｂが設けられる（図３（ａ）参照）。
【００２３】
換言すると、シェル１８内の膨張室３２に臨むアウトレットパイプ２６の一部に、シェル１８の内壁１８ａの球形状に沿うように曲折した湾曲部２６ｂを形成することにより、前記アウトレットパイプ２６のパイプ長（配管長）が前記湾曲部２６ｂの長さ分だけ延長される。
【００２４】
シェル１８内におけるアウトレットパイプ２６の湾曲部２６ｂの終端部は、第２キャップ部材３４ｂによって閉塞される。前記第２キャップ部材３４ｂは、アウトレットパイプ２６の直線部２６ａの外周面に、例えば、溶接等によって固着され、前記湾曲部２６ｂが溶接部４０によって直線部２６ａに支持及び固定される（図３（ａ）参照）。前記第２キャップ部材３４ｂに近接するアウトレットパイプ２６の湾曲部２６ｂの周面には、外壁面と内壁面との間で貫通する複数の小孔４２（例えば、パンチング孔）が形成される。
【００２５】
シェル１８内の膨張室３２に臨むアウトレットパイプ２６の湾曲部２６ｂには、消音効果を増大させるために、所定の口径を有しアウトレットパイプ２６の外壁面と内壁面との間で貫通する干渉孔４４が形成される。なお、本実施形態では、前記干渉孔４４をアウトレットパイプ２６の湾曲部２６ｂに形成しているが、例えば、前記干渉孔４４をインレットパイプ２４に形成してもよい。
【００２６】
シェル１８内において、前記インレットパイプ２４と前記アウトレットパイプ２６は、図３（ｂ）に示されるように交差することがなく、所定間隔離間して略平行に位置するように配設されるとよい。
【００２７】
本実施形態に係る消音器１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用及び効果について説明する。
【００２８】
エンジン１２が駆動されて前記エンジン１２から排出された排気ガスは、排気系１３に導出される。前記排気ガスは、消音器１０に導入され、排気音が減衰された後、大気中に排出される。
【００２９】
排気管１６から消音器１０のインレットパイプ２４に導入された排気ガスは、前記インレットパイプ２４の終端部が第１キャップ部材３４ａで閉塞されているため、インレットパイプ２４の周面に形成された複数の小孔３６を通過して膨張室３２内に導出される。前記膨張室３２内に導出された排気ガスは、シェル１８の内壁１８ａの球面によって反射されて相互に干渉される。さらに、排気ガスは、湾曲部２６ｂの終端側に設けられた複数の小孔４２から導入され、アウトレットパイプ２６及びテールパイプ３８を通じて大気に排出される。
【００３０】
次に、それぞれ、同一消音器容量（同一膨張室容量）を有する本実施形態に係る球形状の消音器１０と、従来のオーバル円筒型消音器とをテストピースとして、以下のような実験を行った。
【００３１】
図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、筐体内に設置されたスピーカから種々の周波数を有する音声信号を導出し、前記筐体に連通する連通管をテストピースのインレットパイプに接続すると共に、前記テストピースのアウトレットパイプにマイクを設置して、テストピースのアウトレットパイプから導出される音声信号の音量（減衰量）を測定した。
【００３２】
図５は、そのテスト結果であって、本実施形態に係る球形状の消音器１０（太線からなる特性曲線参照）と従来のオーバル円筒型消音器（細線からなる特性曲線参照）における周波数と減衰量との関係を示したものである。図５から諒解されるように、本実施形態に係る球形状の消音器１０では、所定の中間周波数帯域における落ち込み部分（図５中のＡ部参照）を除いて、従来のオーバル円筒型消音器よりも消音性能（減衰量）を大幅に向上させることができた。なお、前記落ち込み部分を解消する点については、後記する。
【００３３】
この結果、従来のオーバル円筒型消音器では、円筒形状であるがために消音器本体の形状が大型化及び重量化せざるを得ないのに対し、本実施形態では、シェル１８を球形状とすることにより、消音性能をより一層向上させ、しかも、シェル１８の小型化及び軽量化を達成することができる。
【００３４】
次に、本実施形態に係る球形状の消音器１０と従来のオーバル円筒型消音器とを、それぞれ自動車１１の排気系１３に実際に組み込んで排気音の測定を行った。なお、この排気音の測定では、本実施形態に係る球形状の消音器１０の排気抵抗が従来のオーバル円筒型消音器と同一で、且つ消音器容量（膨張室容量）が従来のオーバル円筒型消音器と比較して１２パーセント削減（重量比では３０パーセント削減）されたものをテストピースとして用いた。また、本実施形態に係る球形状の消音器１０では、アウトレットパイプ２６の湾曲部２６ｂに干渉孔４４が形成されたもの（干渉孔付き）と、前記干渉孔４４が無いもの（干渉孔無し）との２つを用いた。
【００３５】
図６は、前記排気音の測定結果であって、エンジン１２の回転速度と排気音の音量との関係を示したものである。この場合、破線からなる特性曲線は、オーバル円筒型消音器、細線からなる特性曲線は、本実施形態に係る球形状の消音器１０であって干渉孔付きのもの、太線からなる特性曲線は、本実施形態に係る球形状の消音器１０であって干渉孔無しのものをそれぞれ示している。図６から諒解されるように、本実施形態に係る球形状の消音器１０（干渉孔付き及び干渉孔無し）では、消音器容量（膨張室容量）を１２パーセント削減したにもかかわらず、従来のオーバル円筒型消音器と略同等の消音性能を得ることができた。
【００３６】
また、本実施形態では、干渉孔４４を設けることにより特定周波数帯域における落ち込み部の発生を回避することができ、広い周波数帯域において良好な消音性能を得ることができた。本実施形態では、従来のオーバル円筒型消音器と比較して、消音性能を同一に設定しても、小型化及び軽量化を達成することができる。
【００３７】
本実施形態では、シェル１８を球形状とすることにより、例えば、膨張室３２が同一容積からなるオーバル円筒型の消音器と比較して、消音性能（排気音の減衰量）を向上させることができる。すなわち、本発明では、球形状に形成されたシェル１８の中心から内壁１８ａまでの離間距離を等しく設定することにより、前記内壁１８ａから反射した排気音が干渉しやすくなって消音性能が高まり、同一の消音性能を有するオーバル型の消音器に対してより一層小型化及び軽量化を達成することができる。この結果、本実施形態では、車両重量の軽減化及び低燃費化に寄与することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、シェル１８を球形状とすることで、オーバル円筒型の消音器と比較して、幅広い周波数の排気音に対して高い消音性能（排気音の減衰量）を得ることができるが、特定の狭い周波数帯域において、その消音特性（排気音の減数量）が落ち込む場合がある（図５中のＡ部参照）。このような場合であっても、本発明では、インレットパイプ２４とアウトレットパイプ２６のいずれか一方又は両方に干渉孔４４を設けることにより、前記特定周波数帯域における減衰量の落ち込み現象を好適に解消することができる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、シェル１８を球体によって形成することにより、消音器１０を製造するための材料を従来のオーバル円筒型消音器と比較して減少させることができ、消音器１０の軽量化に寄与することができる。加えて、本実施形態では、シェル１８を球形状とすることにより、例えば、同等の内容積で同等の強度の容器（シェル１８）を作る場合、容器（シェル１８）を球とすることにより軽量化が可能である。また、球は、強度的に優れ、且つ同一重量の材料を用いた場合であっても、球の方が広い空間部（膨張室３２）を確保することができる利点がある。
【００４０】
次に、本発明の他の実施形態に係る消音器１０ａを図７に示す。前記実施形態に係る消音器１０においてアウトレットパイプ２６に湾曲部２６ｂを設けているのに対し、この他の実施形態に係る消音器１０ａでは、インレットパイプ２４に湾曲部２４ｂを設けている点で相違している。
【００４１】
また、本発明のさらに他の実施形態に係る消音器１０ｂを図８に示す。前記実施形態に係る消音器１０及び他の実施形態に係る消音器１０ａでは、インレットパイプ２４又はアウトレットパイプ２６のいずれか一方に湾曲部２４ｂ、２６ｂを設けているのに対し、さらに他の実施形態に係る消音器１０ｂでは、インレットパイプ２４及びアウトレットパイプ２６の両方に湾曲部２４ｂ、２６ｂを設けている点で相違している。
【００４２】
このように図２、図３、図７及び図８に示される実施形態では、インレットパイプ２４とアウトレットパイプ２６の少なくとも一方又はその両方に、前記シェル１８の内壁１８ａの球面に沿うように前記シェル１８内で湾曲して形成された湾曲部２４ｂ、２６ｂを設けることにより、前記湾曲部２４ｂ、２６ｂの長さ分だけ排気系１３の配管長（パイプ長）が延長され、前記配管長の延長による排気抵抗を利用した消音効果（排気音の減衰）が得られる。
【００４３】
さらに、図２、図３、図７及び図８に示される実施形態では、インレットパイプ２４とアウトレットパイプ２６のいずれか一方又は両方において、端部が閉塞されたパイプの周面に形成される多数の小孔３６、４２（例えば、パンチング孔）の位置（部位）を自在に変えることが可能となり、実質的に配管長（パイプ長）を変化させることができ、排気抵抗によって生じる排気音の減衰量を排気系１３全体の特性に対応して容易に調整することができる。
【００４４】
例えば、自動車１１の機種等によって排気系１３全体の排気特性が変化する場合であっても、シェル１８の内壁１８ａの球面に沿って延在する湾曲部２６ｂに形成される多数の小孔４２の位置（部位）を変更することにより、種々の排気特性に対応することができる。
【００４５】
なお、図２及び図３に示される実施形態では、アウトレットパイプ２６に湾曲部２６ｂを設け前記湾曲部２６ｂに複数の小孔４２を形成することにより、エンジン１２の低回転域（低周波数帯域）における排気音を好適に減衰させることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施形態に係る消音器を自動車の排気系に適用した概略平面図である。
【図２】前記消音器の一部透過斜視図である。
【図３】（ａ）は、前記消音器の略水平方向に沿った横断面図、図３（ｂ）は、前記消音器の縦断面図である。
【図４】（ａ）は、従来のオーバル円筒型消音器をテストピースとし、（ｂ）は、本実施形態に係る球形状の消音器をテストピースとし、アウトレットパイプから導出される音声信号の音量（減衰量）を測定する実験方法を示す模試図である。
【図５】図４の実験結果であって、周波数と減衰量との関係を示す特性図である。
【図６】テストピースを自動車の排気系に適用したときの排気音の測定結果であって、エンジンの回転速度と排気音の音量との関係を示す特性図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る消音器の水平方向に沿った横断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る消音器の水平方向に沿った横断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０、１０ａ、１０ｂ  消音器
１２    エンジン
１３    排気系
１６    排気管
１８    シェル
２４    インレットパイプ
２４ｂ  湾曲部
２６    アウトレットパイプ
２６ｂ  湾曲部
３２    膨張室
３６、４２  小孔
４４    干渉孔
【図１】
2010065534.tif 000003
【図２】
2010065534.tif 000004
【図３】
2010065534.tif 000005
【図４】
2010065534.tif 000006
【図５】
2010065534.tif 000007
【図６】
2010065534.tif 000008
【図７】
2010065534.tif 000009
【図８】
2010065534.tif 000010