(57)【要約】【課題】  高い面剛性を有する扁平な消音器を提供する。【解決手段】  アッパシェルハーフ１１およびロワシェルハーフ１２は、どちらも底部６１，７１とこれに対向する開口部６２，７２とを有する偏平な器状をなす鋼板プレス成型品であり、アッパシェルハーフ１１の底部６１は、前後２箇所に第１，第２セパレータ２１，２２の上方部分がそれぞれ係合する第１，第２係合段部６３，６４を有している。ロワシェルハーフ１２の底部７１は、それぞれ下方に凸な第１〜第３円弧状曲面８１〜８３が前方から後方に向けて連続してなる波形曲面に形成されており、第１，第２セパレータ２１，２２の下方部分がそれぞれ係合する第１，第２係合段部７３，７４が第１〜第３円弧状曲面８１〜８３の繋がり部を兼ねている。【選択図】      図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが底部とこれに対向する開口部とを有する偏平な器状に形成された一対のシェルハーフを互いの開口部が向き合うように重ね合せて接合したシェルと、前記シェルの内部で前記両シェルハーフの底部にそれぞれ固定されて当該シェルの内部空間を仕切るセパレータとを備える消音器であって、
前記一対のシェルハーフの少なくとも一方の底部は、複数の円弧状曲面が一側から他側に向けて連続してなる波形曲面に形成され、前記セパレータは、隣接する前記複数の円弧状曲面の繋がり部に沿って配置されるとともに当該繋がり部において前記シェルハーフの底部に固定され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、自動車の排気装置を構成する消音器に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関（以下、エンジンと記す）を搭載した自動車には、エンジンから排出された排気ガスの無害化（浄化）や排気騒音の低減を図るため、排気マニホールドや触媒装置、排気管、消音器（マフラーとも呼ぶ）等から構成された排気装置が設けられている。近年の消音器は、外郭を構成する薄鋼板製のシェル、シェル内を膨張室や共鳴室に区画する複数枚のセパレータ、排気管に接続されるインレットパイプ、シェルの後部から突出するアウトレットパイプ等を要素部材とした溶接構造品が一般的である（特許文献１，２参照）。この種の消音器の場合、インレットパイプからシェルに導入された排気ガスは、膨張室内で圧力変動が減衰されるとともに、共鳴室によって排気音の所定周波数成分が減衰されることで、脈動音が抑えられるとともに耳障りな低周波（例えば、８０〜２００Ｈｚ程度）の音圧レベルも低い状態（すなわち、消音された状態）でアウトレットパイプから大気中に放出される。
【０００３】
消音器は、シェルが円筒状あるいは楕円筒状（例えば、特許文献１）を呈するものが一般的であり、消音性能を確保するうえでは内部空間容積を大きくすることが望ましい。ところが、自動車用の消音器は、車体の後部床下に取り付けられることから、燃料タンクやタイヤパン、サスペンションの間等の限られたスペースに配置しなければならず、近年の床面平坦化や低床化に対する要求等もあいまって、内部空間容積の大きい円筒状や楕円筒状のシェルを有する消音器を採用することが困難となっている。そこで、シェルを円筒状や楕円筒状以外の形状（例えば、角型でかつ扁平な筐体）とすることが考えられるが、この場合には平面部分が広くなるために面剛性が低下し、排気ガスの流通に伴う平面部分の面振動によって放射音が発生することがあった。特許文献２では、このような放射音の発生を抑制すべく、扁平なシェルの広い面を一側から他側に向けて複数の円弧状曲面が連続する波形曲面とし、面剛性を高めて面振動を低減させている。
【特許文献１】特開２００２−２１５４９号公報
【特許文献２】特開２００４−２４５０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した特許文献２の消音器では、シェルの広い面を平面から波形曲面に変更することで面剛性は確かに向上するが、隣接する円弧状曲面が繋がる部位（繋がり部）が応力の集中によって破断しやすく（割れやすく）なり、個々の円弧状曲面の面剛性がその円弧状曲面が本来単独で有する面剛性(円弧状曲面の湾曲方向両端部が固定部に支持されている場合の面剛性)よりも低下してしまう。この場合、複数の円弧状曲面の繋がり部が全長にわたって固定部に支持されるようにすれば面剛性の低下を防げるが、特許文献２に開示されたものは固定部となるセパレータが波形方向(うねりの方向)に配置されている。換言すれば円弧状曲面の繋がり部と直交する向きにセパレータが配置されているため、繋がり部が全長に亘って固定部であるセパレータに支持されず（すなわち、繋がり部の一部分のみが部分的にセパレータに支持され）、個々の円弧状曲面の湾曲方向両端部での支持が不十分になって各円弧状曲面の面剛性がその曲面が本来単独で有する面剛性よりも低下して、その分シェルの面振動による放射音を生じ易くなるのである。
【０００５】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、高い面剛性を有する扁平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】
【０００６】
本発明は、それぞれが底部（６１、７１）とこれに対向する開口部（６２、７２）とを有する偏平な器状に形成された一対のシェルハーフ（１１，１２）を互いの開口部が向き合うように重ね合せて接合したシェル（１３）と、前記シェルの内部で前記両シェルハーフの底部にそれぞれ固定されて当該シェルの内部空間を仕切るセパレータ（２１，２２）とを備える消音器（１０）であって、前記一対のシェルハーフの少なくとも一方の底部は、複数の円弧状曲面（８１〜８３）が一側から他側に向けて連続してなる波形曲面に形成され、前記セパレータは、隣接する前記複数の円弧状曲面の繋がり部に沿って配置されるとともに当該繋がり部において前記シェルハーフの底部に固定されている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、シェルの内部空間を仕切るセパレータがシェルハーフの隣接する複数の円弧状曲面の繋がり部に沿って配置され、該繋がり部でシェルハーフの底部に固定されるので、個々の円弧状曲面の湾曲方向両端部での支持が十分になり、個々の円弧状曲面の面剛性がその曲面が本来単独で有する面剛性よりも低下することがないので、面振動による放射音を確実に防止できる。これにより、特許文献２実施形態のように、波形曲面の全面にリブを多数形成して面剛性を補強する必要もない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】消音器の斜視図である。
【図２】消音器の平面図である。
【図３】消音器の側面図である。
【図４】消音器の内部構造を示す平面図である。
【図５】第１セパレータの正面図である。
【図６】第２セパレータの正面図である。
【図７】図４中の拡大VII−VII断面図である。
【図８】図４中のVIII部の拡大要部断面図である。
【図９】アッパおよびロワシェルハーフの斜視図である。
【図１０】図３中のＸ部の拡大断面図である。
【図１１】シェルの組立手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る消音器の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、消音器の説明にあたっては、図１中に前後・左右・上下を矢印で示し、各部材の位置や方向をこれに沿って説明する。
【００１０】
≪実施形態の構成≫
図１〜図３に示すように、消音器１０は、どちらも鋼板プレス成型品のアッパシェルハーフ１１とロワシェルハーフ１２とを接合してなるシェル１３と、ロワシェルハーフ１２の左前端から斜め前方に突出したインレットパイプ１４と、ロワシェルハーフ１２の右後面から後方に突出したテールパイプ１５と、インレットパイプ１４の先端に溶接された接続フランジ１６と、アッパシェルハーフ１１の左前端に溶接された前部ステー１７と、ブラケット２０を介してアッパシェルハーフ１１およびロワシェルハーフ１２の右後部に溶接された左右一対の後部ステー１８，１９とを有しており、前後部ステー１７〜１９を介して、図示しない４輪自動車の車体の下面に弾性支持される。
【００１１】
図４に示すように、シェル１３内には鋼板プレス成型品の第１，第２セパレータ２１，２２が前後に設置されており、シェル１３の内部空間は、これら第１，第２セパレータ２１，２２により、前方から順に第１膨張室２５、第２膨張室２６、共鳴室２７に区画されている。
【００１２】
図５に示すように、第１セパレータ２１には、インレットパイプ１４およびアウトレットパイプ５１（図４参照）が嵌挿される４つのパイプ孔３１〜３４が設けられるとともに、外周縁側を除いた全域にパンチング孔３５が穿設されている。また、図６に示すように、第２セパレータ２２には、インレットパイプ１４、アウトレットパイプ５１およびテールパイプ１５が嵌挿される４つのパイプ孔３６〜３９が設けられるとともに、下部に一対、上部に３つの干渉孔４０が穿設されている。第２セパレータ２２の干渉孔４０のうちで下方の２つは共鳴室２７内の凝縮水を第２膨張室２６に流入させる機能を有しており、第２膨張室２６に流入した凝縮水は、更に第１セパレータ２１のパンチング孔３５から第１膨張室２５に流入する。なお、本実施形態の場合、第１セパレータ２１に多数のパンチング孔３５が穿設されていることにより、第１膨張室２５と第２膨張室２６とが実質的に１つの膨張室として機能する。図５，図６に示すように、第１，第２セパレータ２１，２２は、上部および下部のみがアッパシェルハーフ１１およびロワシェルハーフ１２の底部６１，７１（後述）に対して溶接される。
【００１３】
図４に示すように、インレットパイプ１４は、ロワシェルハーフ１２の左前端からシェル１３内に入り込んだ後、第１，第２セパレータ２１，２２を貫通して、その下流端が共鳴室２７内に位置している。インレットパイプ１４は、その上流端側に第１膨張室２５内に開口する複数の干渉孔４１を有し、第１，第２セパレータ２１，２２の間に第２膨張室２６内に開口する多数の排気ガス排出孔４２を有し、下流端側に共鳴室２７内に開口する複数の排気ガス排出孔４３を有している。本実施形態では、インレットパイプ１４の下流端がキャップ４４で閉鎖されており、第２セパレータ２２には少数の干渉孔４０のみが形成されている（すなわち、共鳴室２７から第２膨張室２６に排気ガスが殆ど流出しない）こともあって、インレットパイプ１４から流入した排気ガスの大部分が第２膨張室２６に流入する。
【００１４】
シェル１３内には、第１，第２セパレータ２１，２２に保持されるかたちで、アウトレットパイプ５１が設置されている。アウトレットパイプ５１は、その上流端５１ａが第１膨張室２５内に開口しており、後方に延設された中間部５１ｂが第２膨張室２６および共鳴室２７内を前方が開いたＵ字形に屈曲して通過して第１膨張室２５に戻った後、後方が開いたＵ字形に屈曲して下流端５１ｃが第２膨張室２６内でテールパイプ１５と接合されている。
【００１５】
アウトレットパイプ５１には、インレットパイプ１４の下方において第２膨張室２６内に開口する複数の干渉孔５２と、第１膨張室２５内に開口する左右一対の干渉孔５３が穿設されている。また、図７に示すように、第１膨張室２５内の右側の干渉孔５３の直下には、ロワシェルハーフ１２内に滞留した凝縮水を吸い込み、テールパイプ１５を介して外部に排出するための吸入口５４が設けられている。
【００１６】
一方、図８に示すように、アウトレットパイプ５１には、排気音の高周波成分を減衰すべく、下流端５１ｃ側に多数の小孔５５が穿設されるとともに、これら小孔５５を覆うかたちでアウトレットパイプ５１との間に筒状空間５６を形成するカバー５７が固着され、更に筒状空間５６に吸音材（グラスウール）５８が充填されている。
【００１７】
図９に示すように、アッパシェルハーフ１１は、底部６１とこれに対向する開口部６２とを有する偏平な器状をなす鋼板プレス成型品であり、前後２箇所に第１，第２セパレータ２１，２２の上方部分がそれぞれ係合する第１，第２係合段部６３，６４を有するとともに、底部６１の左右方向中央がなだらかに凹んだ凹曲面部６５をなしている。また、ロワシェルハーフ１２も、底部７１とこれに対向する開口部７２とを有する偏平な器状をなす鋼板プレス成型品であり、前後２箇所に第１，第２セパレータ２１，２２の下方部分がそれぞれ係合する第１，第２係合段部７３，７４を有している。
【００１８】
アッパシェルハーフ１１の開口部６２とロワシェルハーフ１２の開口部７２とにはそれぞれ係合縁部６６，７６が形成されており、図１０に示すように、ロワシェルハーフ１２側の係合縁部７６がアッパシェルハーフ１１側の係合縁部６６内に嵌り込んだ状態で全周溶接される。また、図３に示すように、アッパシェルハーフ１１の上下方向寸法ａに対し、ロワシェルハーフ１２の上下方向寸法ｂは有意に大きく設定されている。
【００１９】
図３，図９に示すように、ロワシェルハーフ１２の底部７１は、それぞれ下方に凸な第１〜第３円弧状曲面８１〜８３が前方から後方に向けて連続してなる波形曲面に形成されており、上述した第１，第２係合段部７３，７４が第１〜第３円弧状曲面８１〜８３の繋がり部を兼ねている（すなわち、第１，第２セパレータ２１，２２が第１〜第３円弧状曲面８１〜８３の繋がり部に沿って配置されている）。図３に示すように、第１円弧状曲面８１および第２円弧状曲面８２の曲率半径Ｒ１，Ｒ２は比較的小さく（例えば、３００ｍｍに）設定されているが、第３円弧状曲面８３の曲率半径Ｒ３は比較的大きく（例えば、７００ｍｍに）設定されている。
【００２０】
図１１に示すように、シェル１３の組立にあたっては、先ず、第１，第２セパレータ２１，２２にインレットパイプ１４およびアウトレットパイプ５１を組み付けてサブアセンブリとした後、このサブアセンブリをロワシェルハーフ１２に組み込んで要部を溶接する。次に、ロワシェルハーフ１２の後方からアウトレットパイプ５１を差し込んで第２セパレータ２２に溶接した後、アッパシェルハーフ１１をロワシェルハーフ１２に被せてアッパシェルハーフ１１側の係合縁部６６とロワシェルハーフ１２側の係合縁部７６とを全周溶接する。次に、シェル１３の外部からレーザ光を照射することにより、第１，第２セパレータ２１，２２をアッパシェルハーフ１１およびロワシェルハーフ１２の底部６１，７１に対して溶接する。
【００２１】
≪実施形態の作用≫
自動車のエンジンが起動すると、シリンダ内で生成された排気ガスは、排気マニホールドや触媒装置、排気管等を通過した後に、インレットパイプ１４から消音器１０のシェル１３内に導入される。インレットパイプ１４からの排気ガスは、干渉孔４１を介して第１膨張室２５に流入し、排気ガス排出孔４２，４３を介して第２膨張室２６および共鳴室２７に流入する。この際、共鳴室２７から第２膨張室２６に排気ガスが殆ど流出せず、第１セパレータ２１に多数のパンチング孔３５が穿設されているため、排気ガスの大部分は第１膨張室２５および第２膨張室２６に導入されることになる。この際、共鳴室２７内では、共鳴作用により、特定の周波数の排気音が低減される。
【００２２】
第１膨張室２５に導入された排気ガスは、上流端５１ａからアウトレットパイプ５１に流入し、アウトレットパイプ５１の屈曲に伴って第２膨張室２６や共鳴室２７、第１膨張室２５内を通過した後、テールパイプ１５に流入してその後端から外部に放出される。
【００２３】
一方、排気ガスには多量の水分が含まれており、その水分がシェル１３内で冷却されることによって凝縮水が生成される。本実施形態の場合、共鳴室２７内で発生した凝縮水は、ロワシェルハーフ１２の底部７１が傾斜していることにより、第２セパレータ２２の下方の干渉孔４０を通過して第２膨張室２６に流入し、第２膨張室２６内で発生した凝縮水とともに第１セパレータ２１のパンチング孔３５から第１膨張室２５に流入する。そして、第１膨張室２５内に滞留した凝縮水は、吸入口５４からアウトレットパイプ５１内に吸入され、テールパイプ１５を介して外部に排出される。
【００２４】
＜面振動の抑制＞
消音器１０では、高圧の排気ガスが内部空間に断続的に流入することにより、シェル１３が面振動を起こすことが避けられない。ところが、本実施形態の場合、ロワシェルハーフ１２の底部７１が第１〜第３円弧状曲面８１〜８３が連続してなる波形曲面に形成されるとともに、第１〜第３円弧状曲面８１〜８３の繋がり部で第１，第２セパレータ２１，２２とロワシェルハーフ１２とが溶接されている。そのため、第１〜第３円弧状曲面８１〜８３が湾曲方向両端部で第１，第２セパレータ２１，２２によって強固に支持され、ロワシェルハーフ１２の底部７１の面剛性が極めて高くなって面振動による放射音が効果的に抑制される。また、アッパシェルハーフ１１については、底部６１の左右方向中央がなだらかに凹んだ凹曲面部６５をなすとともに、中間部で第１，第２セパレータ２１，２２と溶接されているため、やはり面剛性が高くなって面振動による放射音が抑制される。
【００２５】
一方、本実施形態の消音器１０では、前述したように、アッパシェルハーフ１１の上下方向寸法ａに対してロワシェルハーフ１２の上下方向寸法ｂが有意に大きいことにより、単体での側面の面剛性については、ロワシェルハーフ１２の方がアッパシェルハーフ１１よりも低くなる。しかしながら、ロワシェルハーフ１２にはインレットパイプ１４およびテールパイプ１５が左前端と右後部とにそれぞれ接合されているため、側面の面剛性が高められて面振動による放射音が抑制される。
【００２６】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこれら実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態ではロワシェルハーフ側にのみ円弧状曲面を形成したが、アッパシェルハーフ側にも円弧状曲面を設けるようにしてもよい。また、上記実施形態ではロワシェルハーフに３つの円弧状曲面を設けたが、２つあるいは４つ以上設けるようにしてもよい。その他、セパレータやインレットパイプ、アウトレットパイプ等の具体的形状等についても、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１０    消音器
１１    アッパシェルハーフ
１２    ロワシェルハーフ
１３    シェル
１４    インレットパイプ
１５    テールパイプ
２１    第１セパレータ
２２    第２セパレータ
２５    第１膨張室
２６    第２膨張室
２７    共鳴室
５１    アウトレットパイプ
６１，７１    底部
６２，７２    開口部
８１    第１円弧状曲面
８２    第２円弧状曲面
８３    第３円弧状曲面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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