(57)【要約】【課題】  エンジンの排気音響を低減する排気消音装置であって、その小型化、軽量化を可能にした。【解決手段】  エンジンＥの排気管１に消音ケース２を接続し、この消音ケース２に、排気管１を流れる排気ガスの熱を吸収して外部に放出するヒートパイプ１６を設け、そのヒートパイプ１６からの熱の放出により、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側に向けて排気ガス温度が低下する負温度勾配を形成し、熱音響効果による排気音響の熱への変換により排気音響を低減する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（Ｅ）からの排気ガスを導いて外部に排出する排気管（１）に設けられて、排気音響を低減する排気消音装置であって、
前記排気管（１）に消音ケース（２）を接続し、この消音ケース（２）に、前記排気管（１）を流れる排気ガスの熱を吸収して外部に放出するヒートパイプ（１６）を設け、そのヒートパイプ（１６）からの熱の放出により、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側に向けて排気ガス温度が低下する負温度勾配を形成し、熱音響効果による排気音響の熱への変換により排気音響を低減することを特徴とする、排気消音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン、主として自動車用エンジンの排気消音装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音波を吸音材や干渉効果に依存せずに熱音響効果によって低減するようにした技術手段が知られており、たとえば、後記特許文献１には、音響が通過する配管の途中にヒータ、火炎、排熱などで加熱される高温側熱源（加熱部）と、冷却水などで冷却される低温側熱源（放熱部）とを設けて配管に積極的に温度勾配（負温度勾配）を形成し、熱音響効果による「音響−熱」の変換を生じさせて音響強度を減じる配管装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−２５８５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、自動車用などのエンジンの排気音響を低減する排気消音装置に、上記音響効果による消音作用を生じさせようとする場合に、排気ガス自体が高温であり、加熱部を設けなくても排気ガスの熱を放出する放熱部を積極的に設けるだけで、排気管に負温度勾配を形成できるが、この場合でも、上記特許文献１に示されるように放熱部を冷却水で冷却するように構成すると、冷却媒体の循環手段が必要となり、排気消音装置の大型化と重量増を生じるばかりでなく大幅なコスト増を招き、自動車用エンジンの排気消音装置として用いることが困難であるという問題がある。
【０００４】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、ヒートパイプを利用して放熱部を形成することにより、前記問題を解決した、新規な排気消音装置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】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、エンジンからの排気ガスを導いて外部に排出する排気管に設けられて、排気音響を低減する排気消音装置であって、前記排気管に消音ケースを接続し、この消音ケースに、前記排気管を流れる排気ガスの熱を吸収して外部に放出するヒートパイプを設け、そのヒートパイプからの熱の放出により、排気ガスの流れ方向の上流側から下流側に向けて排気ガス温度が低下する負温度勾配を形成し、熱音響効果による排気音響の熱への変換により排気音響を低減することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、ヒートパイプにより熱音響変換手段の放熱部が形成されるので、その放熱部の小型化、軽量化ができる。これにより、熱音響効果を利用した排気消音装置全体の小型化、軽量化が達成でき、自動車用エンジン用の排気消音装置として好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて具体的に説明する。
【０００８】
図１〜４を参照して本発明の実施例について説明するに、この実施例は、本発明排気消音装置を、自動車用エンジンの排気系に実施した場合であり、図１は、本発明消音装置を備えたエンジンの排気系の全体側面図、図２は、図１の２−２線に沿う拡大平面図、図３は、図２の３−３線に沿う断面図、図４は、図２の４−４線に沿う断面図である。
【０００９】
図１において、エンジンＥの排気ポートに接続される排気管１は自動車の前後方向に沿って延びており、その上流側排気管１Ｕと、下流側排気管１Ｄとの間に、本発明にかかる消音装置Ｍが接続されている。
【００１０】
そして、エンジンＥの運転により、そこから排出された排気ガスは、上流側排気管１Ｕを通って消音装置Ｍ内に入り、ここで、熱音響効果による排気音響の熱への変換により、その排気音響が低減されたのち、下流側排気管１Ｄを経て外部に排出される。
【００１１】
つぎに、図２〜４を参照して、本発明に従う消音装置Ｍの構成を具体的に説明する。
【００１２】
消音装置Ｍは、その主体部分を構成するステンレス製の消音ケース２と、その入口３に溶接される同じくステンレス製の上流側接続管５と、その出口４に溶接される同じくステンレス製の下流側接続管７とを備えている。
【００１３】
前記消音ケース２は、上部ケース半体２Ｕと、下部ケース半体２Ｄとより断面四角な中空の函状に形成され、その内部に消音室１０が形成される。さらに、下部ケース半体２Ｄの外面は、ステンレス製の底面カバー１２により被覆されている。そして、上部ケース半体２Ｕの下縁のフランジ部、下部ケース半体２Ｄの上縁のフランジ部および底面カバー１２の上縁のフランジ部の三者は、一体に気密にカシメ結合１４されている。底面カバー１２は、消音装置Ｍ全体の美観を高めると共に消音装置Ｍを飛び石などの外乱から保護するためのものであり、下部ケース半体２Ｕの底面と、底面カバー１２との間には、空間１３が形成されていて、底面カバー１２にかかる外乱が、消音ケース２に及ばないようにしてある。
【００１４】
消音ケース２の下流側の半部には、排気音響を熱に変換する、複数本のヒートパイプ１６…（後に詳述する）が設けられている。
【００１５】
前記上流側接続管５には、鉄製の接続フランジ６が溶接され、この接続フランジ６は、上流側排気管１Ｕの下流端の接続フランジとボルト・ナットにより一体に結合され、上流側排気管１Ｕは、消音装置Ｍに連通接続される。また、前記下流側接続管１Ｄにも、鉄製の接続フランジ８が溶接され、この接続フランジ８は、下流側排気管１Ｄの上流端の接続フランジとボルト・ナットにより一体に結合され、下流側排気管１Ｄは、消音装置Ｍに連通接続される。
【００１６】
消音ケース２の下流側半部には、前記複数本のヒートパイプ１６…が、該消音ケース２を上下方向に貫通して設けられている。すなわち、図２〜４に示すように、上部ケース半体２Ｕの上面および下部ケース半体２Ｄの下面には、左右方向に横列かつ前後方向に縦列させて複数の上部および下部打ち抜き穴１８…，１９…が、上下に互いに一致する位置にそれぞれ設けられており、複数本のヒートパイプ１６…は、消音ケース２の上方から前記上部および下部打ち抜き穴１８…，１９…をそれぞれ順次に貫通して、それらの穴１８…，１９…にそれぞれ圧入固定される。このとき、各ヒートパイプ１６…と、上部および下部打ち抜き穴２８…，１９…との間にはシール材を介在させない。複数本のヒートパイプ１６…の下端は、下部打ち抜き穴１９…よりも僅かに下部ケース半体２Ｄの外に突出されて、前記空間１３内に臨んでいる。
【００１７】
複数本のヒートパイプ１６…の下半部１６Ｄは、消音ケース２内にあって、該消音ケース２内を流れる排気ガスの流れ方向と直交する方向に配列されていて、該ヒートパイプ１６…の吸熱部（蒸発部）を構成しており、また、複数本のヒートパイプ１６…の上半部１６Ｕは、消音ケース２の上方に露出していて、該ヒートパイプ１６…の放熱部（凝縮部）を構成している。
【００１８】
各ヒートパイプ１６は、従来公知の構造を備える熱伝達素子であって、図３に示すように、両端を閉鎖し、内部を真空とした密閉状のパイプ２０と、そのパイプ２０の内面に裏打ちされるウイック２１と、前記パイプ２０内に封入される作動液（熱媒体）２２とより構成されており、前記パイプ２０は、ステンレス製であって、太さ２〜９ｍｍ、断面円形もしくは楕円形に構成され、また、前記ウイック２１は、金属メッシュ、ガラス繊維、あるいは炭素繊維により構成され、さらに、前記作動液２２は代替フロン（たとえばフロン１３４ａ）、ナフタレン、あるいはフェニルエーテルにより構成される。そして、各ヒートパイプ１６の消音ケース２内に存する吸熱部（加熱部）１６Ｄが、排気熱をうけて加熱されると、作動液２２の蒸発が起こり、この作動液２２の蒸気は、ヒートパイプ１６の消音ケース２の外に存する放熱部（冷却部）１６Ｕに移動し凝縮して、蒸発潜熱の受け渡しが行われ、排気熱を外部に放散することができる。放熱部１６Ｄにて凝縮した作動液２２は、ウイック２１の毛細管作用で吸熱部１６Ｄへと還流される。以上の繰り返しによって、消音ケース２内の排気熱を外部に放散することができる。
【００１９】
つぎに、この実施例の作用について説明する。
【００２０】
いま、エンジンＥが運転されると、そこから排出される排気ガスは上流側排気管１Ｕより消音装置Ｍ内に流入する。その際、図４矢印に示すように、排気ガスは容積の大きい消音室１０内で分散され、該消音室１０内を、その上流側から下流側へと流れる。そして、その下流側に至った排気ガスは、複数本ヒートパイプ１６…の吸熱部１６Ｄを迂回してそれらに均等に接触して流れ、それらの吸熱部１６Ｄを排気熱により加熱する。これにより、ヒートパイプ１６…は、吸熱部１６Ｄ…にて吸熱した排気熱を、それらの放熱部１６Ｕ…へと迅速に伝達して、排気熱の消音ケース２外への放熱が行われる。
【００２１】
しかして、複数本のヒートパイプ１６…からの排気熱の放出により、消音ケース２内を上流側から下流側に向けて流れる排気ガスは、複数本のヒートパイプ１６…の設置範囲において、排気ガスの温度が急激に低下して負温度勾配を形成し、熱音響効果による排気音響の熱への変換により排気音響が低減される。そして、排気音響を低減された排気ガスは、下流側排気管１Ｄを通って外部に放出される。
【００２２】
図１には、排気ガスの流れに沿う排気管系の長さ方向の排気ガスの温度変化（点線）と排気系Ｅｘ内の音響強度の変化（実線）が示される。排気ガスの温度は、ヒートパイプ１６…の設置範囲の直前までは、自然放熱により僅かに低下し、ヒートパイプ１６…の設置範囲に至れば、急激に低下して負温度勾配が形成される。一方、排気系Ｅｘ内の排気音響の強度は、ヒートパイプ１６…の設置範囲の直前までは殆ど変わらず、ヒートパイプ１６…の設置範囲に至れば、前記負温度勾配による熱音響効果により、排気音響の熱への変換が行われて、排気音響が大幅に低減される。
【００２３】
以上のように、この実施例によれば、熱音響効果による消音作用を生じさせるようにした排気消音装置において、その放熱部をヒートパイプ１６…により形成してあるので、冷却媒体の循環構造が不要となり、その放熱部を小型化、軽量化することができ、これにより、音響効果を利用した排気消音装置全体の小型化、軽量化が達成でき、自動車用排気消音装置として有効である。
【００２４】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。
【００２５】
たとえば、前記実施例では、ヒートパイプ１６…を、消音ケース２を貫通してその上下方向に設けているが、消音ケース２を貫通してその左右方向など、他の方向に設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明消音装置を備えたエンジンの排気系の全体側面図
【図２】図１の２−２線に沿う拡大平面図
【図３】図２の３−３線に沿う断面図
【図４】図２の４−４線に沿う断面図
【符号の説明】
【００２７】
１・・・・・・・・・・排気管
２・・・・・・・・・・消音ケース
１６・・・・・・・・・ヒートパイプ
Ｅ・・・・・・・・・・エンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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