(57)【要約】【課題】低負荷時から高負荷時或いは低速時から高速時に亘って充分な消音効果が得られる排気系消音装置を得る。【解決手段】排気管１４の床下触媒１８とメインマフラ２０との間には、ＥＧＲクーラを利用した排気熱回収用熱交換器２２が管路２４を介して接続されている。排気ガス導入口２６と排気ガス排出口２８との間には負圧によって開閉する流路切替バルブ３４が配設されている。低負荷時、低速時には流路切替バルブ３４が閉状態とされ、排気ガスが排気熱回収用熱交換器２２側を流れる際に冷却されるため、冷却による消音効果が得られる。また、中高負荷時、中高速時には、流路切替バルブ３４が開放状態とされる。このため、排気管１４側の排気脈動と管路２４側の排気脈動との間に位相差が生じ、干渉による消音効果が得られる。従って、充分な消音効果が得られる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンとマフラとを繋ぐ排気管の所定位置に開閉制御可能な流路切替手段を設定すると共に、
この流路切替手段の上流側に排気ガスと熱交換することにより排気熱を回収する排気熱回収用熱交換器の排気ガス導入口を設定しかつ流路切替手段の下流側に排気熱回収用熱交換器の排気ガス排出口を設定することにより、排気熱回収用熱交換器を排気ガスの消音手段として用いた、
ことを特徴とする排気系消音装置。
【請求項２】
前記排気ガス導入口から前記排気熱回収用熱交換器を経由した排気ガス排出口までの流路長は、前記排気管における排気ガス導入口から排気ガス排出口までの管路長よりも長く設定されている、
ことを特徴とする請求項１記載の排気系消音装置。
【請求項３】
前記排気ガス排出口には、当該排気ガス排出口を開閉可能な排出口開閉手段が設けられている、
ことを特徴とする請求項２記載の排気系消音装置。
【請求項４】
前記排気ガス排出口は、当該排気ガス排出口よりも下流側に設けられかつ当該排気ガス排出口よりも断面積が大きい空間部に接続されている、
ことを特徴とする請求項１記載の排気系消音装置。
【請求項５】
前記排気熱回収用熱交換器は、前記排気管とは別個独立に設定されており、配管によって排気管に接続されている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の排気系消音装置。
【請求項６】
前記排気熱回収用熱交換器は、前記排気管の外周部に一体的に設けられている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の排気系消音装置。
【請求項７】
前記排気熱回収用熱交換器の内部は複数の室に分割されており、排気管の排気ガス導入口から導入された排気ガスは当該複数の室を決められた順序に従って順番に通ってから排気ガス排出口から排出される、
ことを特徴とする請求項６記載の排気系消音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガスの排気音を消音するための排気系消音装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、車体側部に設けられるサイドガードに車両前後方向を長手方向とする密閉状の中空部を形成し、当該中空部を膨張型マフラが設けられる排気管にフレキシブルチューブを用いて接続することで、中空部を共鳴箱として活用し、これにより排気騒音を低減する技術が開示されている。
【特許文献１】実開平５−９６４１８号公報
【特許文献２】実開平５−５６５１４号公報
【特許文献３】実開平５−９６４１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記先行技術による場合、共鳴箱として活用する中空部の管の長さに応じた特定周波数帯域の消音効果となるため、充分な消音効果が得られない。
【０００４】
本発明は上記事実を考慮し、低負荷時から高負荷時或いは低速時から高速時に亘って充分な消音効果が得られる排気系消音装置を得ることが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の本発明に係る排気系消音装置は、エンジンとマフラとを繋ぐ排気管の所定位置に開閉制御可能な流路切替手段を設定すると共に、この流路切替手段の上流側に排気ガスと熱交換することにより排気熱を回収する排気熱回収用熱交換器の排気ガス導入口を設定しかつ流路切替手段の下流側に排気熱回収用熱交換器の排気ガス排出口を設定することにより、排気熱回収用熱交換器を排気ガスの消音手段として用いた、ことを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項１記載の発明において、前記排気ガス導入口から前記排気熱回収用熱交換器を経由した排気ガス排出口までの流路長は、前記排気管における排気ガス導入口から排気ガス排出口までの管路長よりも長く設定されている、ことを特徴としている。
【０００７】
請求項３記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項２記載の発明において、前記排気ガス排出口には、当該排気ガス排出口を開閉可能な排出口開閉手段が設けられている、ことを特徴としている。
【０００８】
請求項４記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項１記載の発明において、前記排気ガス排出口は、当該排気ガス排出口よりも下流側に設けられかつ当該排気ガス排出口よりも断面積が大きい空間部に接続されている、ことを特徴としている。
【０００９】
請求項５記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記排気熱回収用熱交換器は、前記排気管とは別個独立に設定されており、配管によって排気管に接続されている、ことを特徴としている。
【００１０】
請求項６記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、前記排気熱回収用熱交換器は、前記排気管の外周部に一体的に設けられている、ことを特徴としている。
【００１１】
請求項７記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項６記載の発明において、前記排気熱回収用熱交換器の内部は複数の室に分割されており、排気管の排気ガス導入口から導入された排気ガスは当該複数の室を決められた順序に従って順番に通ってから排気ガス排出口から排出される、ことを特徴としている。
【００１２】
請求項１記載の本発明によれば、排気熱回収用熱交換器を消音手段として使用する場合には、流路切替手段の開閉制御を行い、排気管を通る排気ガスが排気熱回収用熱交換器側へ導かれるようにする。このようにすると、排気ガスは流路切替手段の上流側に設定された排気ガス導入口から排気熱回収用熱交換器へと導かれ、当該排気熱回収用熱交換器によって熱交換される。これにより、排気ガスの排気熱が回収されると共に、排気ガス自身は冷却されて降温される。排気ガスは冷却されると、ガス流量（体積）が減少するため、それに応じた消音効果が得られる。なお、消音効果が得られた排気ガスは、流路切替手段の下流側に設定された排気ガス排出口から排出されて、マフラを通って更に消音されてから車外へと排出される。
【００１３】
請求項２記載の本発明によれば、エンジン始動直後の低負荷時、低速時には、流路切替手段の開度が調整され（閉状態とされ）、排気ガスが排気熱回収用熱交換器側へ流れるようにする。これにより、排気ガスは、排気熱回収用熱交換器の熱交換作用によって熱回収されると共に冷却される。このため、排気ガスの流量（体積）が減少される。従って、低負荷時、低速時の排気ガスの消音効果が得られる。
【００１４】
一方、中高負荷時、中高速時には、流路切替手段の開度が調整され（開状態とされ）、排気ガスの殆どが排気管を通って直接マフラへ流れるようにする。ここで、本発明では、排気ガス導入口から排気熱回収用熱交換器を経由した排気ガス排出口までの流路長を、排気管における排気ガス導入口から排気ガス排出口までの管路長よりも長く設定したので、排気熱回収用熱交換器側の排気脈動（排気音圧）と排気管側の排気脈動（排気音圧）との間に位相差が生じ、両者の干渉作用により消音効果が得られる。
【００１５】
請求項３記載の本発明によれば、エンジン始動直後の低負荷時、低速時には、流路切替手段の開度が調整され（閉状態とされ）、排気ガスが排気熱回収用熱交換器側へ流れるようにする。このとき、排出口開閉手段は開状態とされる。これにより、排気ガスは、排気熱回収用熱交換器の熱交換作用によって熱回収されると共に冷却される。このため、排気ガスの流量（体積）が減少される。従って、請求項２記載の発明と同様に、低負荷時、低速時の排気ガスの消音効果が得られる。
【００１６】
一方、中高負荷時、中高速時には、流路切替手段の開度が調整され（開状態とされ）、排気ガスの殆どが排気管を通って直接マフラへ流れるようにする。このとき、排出口開閉手段は閉状態とされる。これにより、排気ガス導入口から排気ガス排出口までの排気熱回収熱交換器側の流路が片側閉止端の共鳴装置（空間）となり、当該流路長に対応する周波数の排気音が消音される。なお、排出口開閉手段による排気ガス排出口の閉止位置を可変とすることにより、消音可能な周波数帯域が拡大される。
【００１７】
請求項４記載の本発明によれば、エンジン始動直後の低負荷時、低速時には、流路切替手段の開度が調整され（閉状態とされ）、排気ガスが排気熱回収用熱交換器側へ流れるようにする。これにより、排気ガスは、排気熱回収用熱交換器の熱交換作用によって熱回収されると共に冷却される。このため、排気ガスの流量（体積）が減少される。
【００１８】
さらに、本発明では、排気ガス排出口を、当該排気ガス排出口よりも下流側に設けられかつ当該排気ガス排出口よりも断面積が大きい空間部に接続したので、排気ガス排出口から排気ガスが排出される際に拡張効果による消音作用が得られる。
【００１９】
これらの冷却作用及び拡張作用により、低負荷時、低速時の排気ガスの消音効果が得られる。
【００２０】
一方、中高負荷時、中高速時には、流路切替手段の開度が調整され（開状態とされ）、排気ガスの殆どが排気管を通って直接マフラへ流れるようにする。通常、排気管の断面積よりもマフラの断面積の方が大きいことから、排気ガスが排気管からマフラへ排出される際に拡張効果による消音効果が得られる。
【００２１】
さらに、本発明では、上記の如く、排気ガス排出口を、当該排気ガス排出口よりも下流側に設けられかつ当該排気ガス排出口よりも断面積が大きい空間部に接続したので、排気ガス排出口側でも拡張効果による消音作用が得られる。
【００２２】
従って、中高負荷時、中高速時には、拡張効果が倍加され、それに応じた消音効果が得られる。
【００２３】
請求項５記載の本発明によれば、排気熱回収用熱交換器は排気管とは別個独立に設定されており、配管によって排気管に接続されているため、任意の位置にある排気熱回収用熱交換器を消音手段として活用することができる。
【００２４】
請求項６記載の本発明によれば、排気熱回収用熱交換器は排気管の外周部に一体的に設けられているため、設置スペースが少なくて済む。
【００２５】
請求項７記載の本発明によれば、排気熱回収用熱交換器の内部は複数の室に分割されており、排気管の排気ガス導入口から導入された排気ガスは当該複数の室を決められた順序に従って順番に通ってから排気ガス排出口から排出される構成としたので、流路長を任意の長さに変えることができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、請求項１記載の本発明に係る排気系消音装置は、エンジンとマフラとを繋ぐ排気管の所定位置に開閉制御可能な流路切替手段を設定すると共に、この流路切替手段の上流側に排気ガスと熱交換することにより排気熱を回収する排気熱回収用熱交換器の排気ガス導入口を設定しかつ流路切替手段の下流側に排気熱回収用熱交換器の排気ガス排出口を設定することにより、排気熱回収用熱交換器を排気ガスの消音手段として用いたので、消音時には排気熱回収用熱交換器を使って排気ガスを冷却することができ、その結果、低負荷時から高負荷時或いは低速時から高速時に亘って充分な消音効果が得られるという優れた効果を有する。
【００２７】
請求項２記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項１記載の発明において、排気ガス導入口から排気熱回収用熱交換器を経由した排気ガス排出口までの流路長を、排気管における排気ガス導入口から排気ガス排出口までの管路長よりも長く設定したので、排気ガスの冷却による消音効果と排気熱回収用熱交換器側の排気脈動と排気管側の排気脈動との位相差の相互干渉による消音効果の双方が得られ、その結果、低負荷時から高負荷時或いは低速時から高速時に亘って充分な消音効果が得られるという優れた効果を有する。
【００２８】
請求項３記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項２記載の発明において、排気ガス排出口に当該排気ガス排出口を開閉可能な排出口開閉手段を設けたので、排気ガスの冷却による消音効果と片側閉止端の共鳴作用による消音効果の双方が得られ、その結果、低負荷時から高負荷時或いは低速時から高速時に亘って充分な消音効果が得られるという優れた効果を有する。
【００２９】
請求項４記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項１記載の発明において、排気ガス排出口を当該排気ガス排出口よりも下流側に設けられかつ当該排気ガス排出口よりも断面積が大きい空間部に接続したので、排気ガスの冷却効果による消音効果と拡張作用による消音効果の双方が得られ、その結果、低負荷時から高負荷時或いは低速時から高速時に亘って充分な消音効果が得られるという優れた効果を有する。
【００３０】
請求項５記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、排気熱回収用熱交換器は排気管とは別個独立に設定されており、配管によって排気管に接続されているため、任意の位置にある排気熱回収用熱交換器を消音手段として活用することができ、その結果、複数個の排気熱回収用熱交換器がある場合には最も消音効果の高い排気熱回収用熱交換器を選択することができるという優れた効果を有する。
【００３１】
請求項６記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の発明において、排気熱回収用熱交換器は排気管の外周部に一体的に設けられているため、設置スペースが少なくて済み、その結果、多くの車種に搭載することができるという優れた効果を有する。
【００３２】
請求項７記載の本発明に係る排気系消音装置は、請求項６記載の発明において、排気熱回収用熱交換器の内部は複数の室に分割されており、排気管の排気ガス導入口から導入された排気ガスは当該複数の室を決められた順序に従って順番に通ってから排気ガス排出口から排出される構成としたので、流路長を任意の長さに変えることができ、その結果、排気熱回収用熱交換器自体の小型化を図ることができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
〔第１実施形態〕
以下、図１〜図４を用いて、本発明に係る排気系消音装置の第１実施形態について説明する。
【００３４】
図１には、本実施形態に係る排気系消音装置１０を含んで構成された排気熱回収システム１２の全体構成図が示されている。また、図２には、排気熱回収システム１２の要部に係る排気系消音装置１０が拡大して示されている。
【００３５】
これらの図に示されるように、排気熱回収システム１２は、自動車の排気系の主要部を構成する排気管１４を備えている。排気管１４の一端部（前端部）はエンジン１６のエキゾーストマニホールドに接続されており、排気管１４の他端部（後端部）は車体の後端部の床下に配置されている。上記排気管１４の上流側（エンジン１６側）には、排気ガスを浄化するための床下触媒１８が配設されている。また、上記排気管１４の下流側（後端部付近）には、排気ガスの排気音を下げるためのメインマフラ２０が配設されている。
【００３６】
上記排気管１４における床下触媒１８とメインマフラ２０との間には、消音手段としての排気熱回収用熱交換器２２が接続されている。なお、本実施形態では、排気熱回収用熱交換器２２として、排気ガスの一部を吸気系に戻す排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）の構成要素であるＥＧＲクーラ（ＥＧＲクーラをベースにして配管の接続等を適宜変更した熱交換器を含む）を利用している。排気熱回収用熱交換器２２と排気管１４とは、管路２４によって接続（管路２４を介して相互に連通）されている。排気管１４における排気熱回収用熱交換器２２の管路２４との接続部分は、それぞれ開口されている。排気管１４の上流側に位置する方の接続部分は排気ガス導入口２６とされており、又排気管１４の下流側に位置する方の接続部分は排気ガス排出口２８とされている。
【００３７】
上記排気熱回収用熱交換器２２には、ヒータ温水流路３０が接続されている。ヒータ温水流路３０におけるエンジン１６と排気熱回収用熱交換器２２との間には、フロントヒータコア３２が配設されている。ヒータ温水流路３０には図１の矢印方向に冷媒（温水）が流れており、エンジン１６を通った高温の温水がフロントヒータコア３２を通る際に熱交換されて暖房に利用され、更に熱交換により降温された温水がフロントヒータコア３２から排気熱回収用熱交換器２２を流れる際に、排気熱回収用熱交換器２２内へ導入された排気ガスと熱交換して排気ガスを冷却するようになっている。
【００３８】
また、上記排気管１４における排気ガス導入口２６と排気ガス排出口２８との間には、流路切替手段としての流路切替バルブ３４が設定されている。流路切替バルブ３４は、エンジン１６の吸気側と接続されたバキューム路３６が接続されている。バキューム路３６には、排気ガス再循環装置の一部を構成するアクチュエータ（負圧ダイヤフラム）３８、バキュームスイッチングバルブ（ＶＳＶ）４０、及びバキュームタンク４２が配設されている。
【００３９】
また、上記バキュームスイッチングバルブ４０はエンジンＥＣＵ４４に接続されており、その作動が制御されている。すなわち、エンジンＥＣＵ４４から排気熱回収指示が出されることにより、バキュームスイッチングバルブ４０が作動してアクチュエータ３８を作動させる。これにより、負圧が作用して流路切替バルブ３４の開閉状態が切り替えられるようになっている。
【００４０】
さらに、本実施形態では、図２に示されるように、上述した排気熱回収用熱交換器２２の管路２４の長さ（管路長Ｌ２）は、排気管１４における排気ガス導入口２６から排気ガス排出口２８までの長さ（管路長Ｌ１）よりも長く設定されている。
【００４１】
（本実施形態の作用並びに効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００４２】
エンジン始動直後の低負荷時、低速時には、流路切替バルブ３４が閉状態とされる。このため、排気ガスは、排気ガス導入口２６から管路２４内へ流入され、排気熱回収用熱交換器２２へ送り込まれる。排気熱回収用熱交換器２２では、ヒータ温水流路３０を流れる冷媒（温水）と高温の排気ガスとの間で熱交換がなされ、排気熱が回収されると共に排気ガス自身は冷却される。このため、排気ガスの流量（体積）が減少される。従って、低負荷時、低速時の排気ガスの消音効果が得られる。その後、排気ガスは、管路２４を通って排気ガス排出口２８から排気管１４内へ排出された後、メインマフラ２０へ送り込まれ、更なる消音が施される。
【００４３】
一方、中高負荷時、中高速時には、流路切替バルブ３４が開状態とされる。このため、排気ガスの殆どが排気管１４を通って直接メインマフラ２０へ送られる（なお、若干の排気ガスは排気熱回収用熱交換器２２側へ流入する）。
【００４４】
ここで、本実施形態では、排気ガス導入口２６から排気熱回収用熱交換器２２を経由した排気ガス排出口２８までの管路長Ｌ２を、排気管１４における排気ガス導入口２６から排気ガス排出口２８までの管路長Ｌ１よりも長く設定したので、排気熱回収用熱交換器２２側の排気脈動（排気音）と排気管１４側の排気脈動（排気音）との間に位相差が生じ、両者の干渉作用により消音効果が得られる。
【００４５】
なお、このときの排気熱回収用熱交換器２２側の排気音の周波数ｆ２は、ｆ２＝Ｃ／（２×Ｌ２）で表され、排気管１４側の排気音の周波数ｆ１は、ｆ１＝Ｃ／（２×Ｌ１）で表される。但し、Ｃは定数である。
【００４６】
その後、消音された排気ガスは排気ガス排出口２８から排気管１４に排出された後、メインマフラ２０へ送られて更なる消音が施される。
【００４７】
以上より、本実施形態に係る排気系消音装置１０を含む排気熱回収システム１２によれば、低負荷時から高負荷時或いは低速時から高速時に亘って充分な消音効果が得られる。従って、メインマフラ２０の消音負担が減るのでメインマフラ２０の小型化等を図ることができ、ひいては低コスト化及び軽量化を図ることができる。
【００４８】
因みに、図３及び図４には、本実施形態に係る排気系消音装置１０によって排気ガスを冷却した場合の排気音低減効果がグラフ化して示されている。破線グラフが比較対象となる基準（ベース）であり、実線グラフが本実施形態に係る排気系消音装置１０が適用された場合のグラフである。なお、一点鎖線の円Ｐで示す領域が低負荷時、低速時の領域である。これらのグラフから、本実施形態に係る排気系消音装置１０を用いれば、排気ガスの冷却による消音効果が充分に得られることが判る。
【００４９】
また、本実施形態に係る排気系消音装置１０では、排気熱回収用熱交換器２２が排気管１４とは別個独立に設定されており、管路２４によって排気管１４に接続されているため、任意の位置にある排気熱回収用熱交換器２２を消音手段として活用することができる。その結果、本実施形態によれば、複数個の排気熱回収用熱交換器がある場合には最も消音効果の高い排気熱回収用熱交換器（本実施形態の場合、ＥＧＲクーラである排気熱回収用熱交換器２２）を選択することができる。
【００５０】
〔第２実施形態〕
以下、図５を用いて、本発明に係る排気系消音装置の第２実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００５１】
図５に示されるように、この第２実施形態に係る排気系消音装置５０では、排気熱回収用熱交換器２２の管路２４の出口側（排気ガス排出口２８側）に排出口開閉手段としての動圧可変バルブ５２が設けられている点に特徴がある。
【００５２】
この動圧可変バルブ５２は流路切替バルブ３４が閉状態のときに開状態とされ、流路切替バルブ３４が開状態のときに閉状態となるように、図示しないバルブスプリングの押さえ力が設定されている。
【００５３】
上記構成によれば、エンジン始動直後の低負荷時、低速時には、流路切替バルブ３４が閉状態とされる。従って、動圧可変バルブ５２は開状態となる。このため、排気ガスは、排気ガス導入口２６から管路２４内へ流入され、排気熱回収用熱交換器２２へ送り込まれる。排気熱回収用熱交換器２２では、ヒータ温水流路３０を流れる冷媒（温水）と高温の排気ガスとの間で熱交換がなされ、排気熱が回収されると共に排気ガス自身は冷却される。このため、排気ガスの流量（体積）が減少される。従って、低負荷時、低速時の排気ガスの消音効果が得られる。その後、排気ガスは、管路２４を通って排気ガス排出口２８から排気管１４内へ排出された後、メインマフラ２０へ送り込まれ、更なる消音が施される。従って、前述した第１実施形態と同様に、低負荷時、低速時の排気ガスの消音効果が得られる。
【００５４】
一方、中高負荷時、中高速時には、流路切替バルブ３４が開状態とされる。従って、動圧可変バルブ５２は閉状態となる。これにより、排気ガス導入口２６から排気ガス排出口２８までの排気熱回収用熱交換器２２側の管路２４が片側閉止端の共鳴装置として機能し、当該管路２４の管路長Ｌ２に対応する周波数の排気音が消音される。  なお、このときの排気熱回収用熱交換器２２側の排気音の周波数ｆ２は、ｆ２＝Ｃ／（４×Ｌ２）で表される。但し、Ｃは定数である。
【００５５】
なお、動圧可変バルブ５２を含む排出口開閉手段による排気ガス排出口２８の閉止位置を可変とすることにより、消音可能な周波数帯域を拡大することができる。例えば、排出口開閉手段を管路２４の出口側を閉塞可能な弁体及びこれを付勢するスプリングで構成し、当該スプリングを排気ガス排出口２８付近の温度に応じて伸縮する材質で形成しておくことにより、排気ガス排出口２８付近の温度に応じて弁体が管路２４の出口側をストロークし、共鳴装置としての管路２４の管路長が変更されるようにしてもよい。また、電磁弁を用いて排気ガス排出口２８付近の温度に応じてソレノイドが伸長し、その先端部に設けた弁体がストロークするようにしてもよい。さらに、動圧可変バルブ５２が管路２４の出口側の複数箇所に設置してあり、当該出口側の温度等の条件によって開閉する動圧可変バルブ５２が変更されるようにしてもよい。
【００５６】
上記より、本実施形態に係る排気系消音装置５０によっても、前述した第１実施形態と同様に、低負荷時から高負荷時或いは低速時から高速時に亘って充分な消音効果が得られる。従って、メインマフラ２０の消音負担が減るのでメインマフラ２０の小型化等を図ることができ、ひいては低コスト化及び軽量化を図ることができる。
【００５７】
また、本実施形態に係る排気系消音装置５０も、前述した第１実施形態と同様に、排気熱回収用熱交換器２２が排気管１４とは別個独立に設定されており、管路２４によって排気管１４に接続されているため、任意の位置にある排気熱回収用熱交換器２２を消音手段として活用することができる。その結果、本実施形態によれば、複数個の排気熱回収用熱交換器がある場合には最も消音効果の高い排気熱回収用熱交換器を選択することができる。
【００５８】
〔第３実施形態〕
以下、図６を用いて、本発明に係る排気系消音装置の第３実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００５９】
図６に示されるように、この第３実施形態に係る排気系消音装置６０では、排気熱回収用熱交換器２２の管路２４の出口側（排気ガス排出口２８側）を空間部としてのメインマフラ２０の断面内へ排気管１４と共に挿入した点に特徴がある。なお、この場合、管路２４の出口側はストレート形状とされており、その先端部がメインマフラ２０にそのまま挿入され、この状態で溶接等の固定手段によってメインマフラ２０に固定している。
【００６０】
上記構成によれば、エンジン始動直後の低負荷時、低速時には、流路切替バルブ３４が閉状態とされる。このため、排気ガスは、排気ガス導入口２６から管路２４内へ流入され、排気熱回収用熱交換器２２へ送り込まれる。排気熱回収用熱交換器２２では、ヒータ温水流路３０を流れる冷媒（温水）と高温の排気ガスとの間で熱交換がなされ、排気熱が回収されると共に排気ガス自身は冷却される。このため、排気ガスの流量（体積）が減少される。従って、低負荷時、低速時の排気ガスの消音効果が得られる。その後、排気ガスは、管路２４を通って排気ガス排出口２８から排気管１４内へ排出された後、メインマフラ２０へ送り込まれ、更なる消音が施される。
【００６１】
さらに、本実施形態では、排気ガス排出口２８を当該排気ガス排出口２８よりも下流側に設けられかつ当該排気ガス排出口２８よりも断面積が大きいメインマフラ２０の断面内へ排気管１４と共に接続（挿入）したので、拡張効果による消音作用が得られる。
【００６２】
これらの冷却作用及び拡張作用により、低負荷時、低速時時の排気ガスの消音効果が得られる。
【００６３】
一方、中高負荷時、中高速時には、流路切替バルブ３４が開状態とされる。このため、排気ガスの殆どが排気管１４を通って直接メインマフラ２０へ送られる。メインマフラ２０の断面積は排気管１４の断面積よりも大きいことから、排気ガスが排気管１４からメインマフラ２０内へ排出される際に拡張効果による消音効果が得られる。
【００６４】
さらに、本実施形態では、上記の如く、排気ガス排出口２８を当該排気ガス排出口２８よりも下流側に設けられかつ当該排気ガス排出口２８よりも断面積が大きいメインマフラ２０に接続したので、排気熱回収用熱交換器２２側でも拡張効果による消音作用が得られる。
【００６５】
従って、中高負荷時、中高速時には、拡張効果が倍加され、それに応じた消音効果が得られる。
【００６６】
なお、拡張効果による排気音の透過損失は、挿入される配管の内径をＤ１とし、メインマフラ２０の内径をＤ２とすると、透過損失≒（Ｄ２／Ｄ１）×４（ｄＢ）で表される。
【００６７】
上記より、本実施形態に係る排気系消音装置６０によれば、前述した第１実施形態と同様に或いはそれ以上に、低負荷時から高負荷時或いは低速時から高速時に亘って充分な消音効果が得られる。従って、メインマフラ２０の消音負担が減るのでメインマフラ２０の小型化等を図ることができ、ひいては低コスト化及び軽量化を図ることができる。
【００６８】
また、本実施形態に係る排気系消音装置６０も、前述した第１実施形態と同様に、排気熱回収用熱交換器２２が排気管１４とは別個独立に設定されており、管路２４によって排気管１４に接続されているため、任意の位置にある排気熱回収用熱交換器２２を消音手段として活用することができる。その結果、本実施形態によれば、複数個の排気熱回収用熱交換器がある場合には最も消音効果の高い排気熱回収用熱交換器を選択することができる。
【００６９】
さらに、本実施形態に係る排気系消音装置６０では、メインマフラ２０の断面内へ排気熱回収用熱交換器２２の管路２４の出口側を挿入して溶接等により一体化する構成を採ったので、排気系全体（特にはメインマフラ２０付近）の剛性を向上させることができる。また、排気系全体の剛性向上に伴って、排気系全体に対する振動伝達も大幅に改善される（即ち、振動伝達量の大幅な削減を図ることができる）。
【００７０】
なお、上記実施形態では、排気熱回収用熱交換器２２の管路２４の出口側を排気管１４と共にメインマフラ２０の断面内へ挿入したが、これに限らず、別個独立の専用の空間部を設けて、当該空間部の断面内へ排気熱回収用熱交換器２２の管路２４の出口側を挿入する構成を採ってもよい。
【００７１】
〔第４実施形態〕
以下、図７〜図９を用いて、本発明に係る排気系消音装置の第４実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００７２】
図７には、本実施形態に係る排気系消音装置７０の縦断面構造を一部を破断して側面視で観た場合の概略構成図が示されている。また、図８には、当該排気系消音装置７０の斜視図が示されている。これらの図に示されるように、この第４実施形態に係る排気系消音装置７０では、排気熱回収用熱交換器７２を排気管１４の外周部に一体化させた点に特徴がある。
【００７３】
具体的には、排気ガス導入口２６及び排気ガス排出口２８の双方を内包するように排気管１４の外周部に排気熱回収用熱交換器７２が一体的に配設されている。この排気熱回収用熱交換器７２は、略円筒形状に形成された外部ケーシング７４と、この外部ケーシング７４の内部空間を三つのガス室に仕切る三枚の第１隔壁７６乃至第３隔壁８０とによってその外郭が構成されており、これにより排気熱回収用熱交換器７２の内部空間は排気管１４の周方向に３分割されている。各第１ガス室８２乃至第３ガス室８６には、排気ガス冷却用の冷媒を送給するための冷媒管８８が配設されている。
【００７４】
さらに、排気管１４に形成された排気ガス導入口２６は、第１ガス室８２の上流側に開口されている。また、第１ガス室８２と第２ガス室８４とを隔成する第１隔壁７６の下流側には、第１ガス室８２と第２ガス室８４とを連通する連通口９０が形成されている。さらに、第２ガス室８４と第３ガス室８６とを隔成する第２隔壁７８の上流側には、第２ガス室８４と第３ガス室８６とを連通する連通口９２が形成されている。また、排気管１４に形成された排気ガス排出口２８は、第３ガス室８６の下流側に開口されている。
【００７５】
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００７６】
基本的には、本実施形態に係る排気系消音装置１０も、前述した第１実施形態と同様の作用並びに効果が得られる。
【００７７】
概略を説明すると、エンジン始動直後の低負荷時、低速時には、流路切替バルブ３４が閉状態とされる。このため、排気ガスは、排気ガス導入口２６から第１ガス室８２内へ流入され、当該第１ガス室８２内を排気管１４の長手方向に沿って上流側から下流側へと流れていき、その過程で冷媒管８８を流れる低温の冷媒と高温の排気ガスとの間で熱交換され、排気熱が回収されると共に排気ガス自身は冷却される。
【００７８】
第１ガス室８２を流れた排気ガスは第１隔壁７６に形成された連通口９０を通って第２ガス室８４内へ流入される。第２ガス室８４内でも同様の熱交換作用がなされた後、第２隔壁７８に形成された連通口９２を通って第３ガス室８６内へ流入される。第３ガス室８６内でも同様の熱交換作用がなされた後、第３ガス室８６内に開口している排気ガス排出口２８から排気管１４内へ排気ガスが流入され、メインマフラ２０へ送り込まれる。
【００７９】
なお、図７に矢印Ｑで示されるのが排気ガスの流れ（流路）である。
【００８０】
一方、中高負荷時、中高速時には、流路切替バルブ３４が開状態とされる。このため、排気ガスの多くが排気管１４を通って直接メインマフラ２０へ送られる。
【００８１】
ここで、本実施形態では、排気熱回収用熱交換器７２の内部空間を周方向に３分割してガス流路を蛇行させ、実質的な流路長Ｌ２を前述した第１実施形態よりも長くしたので、排気管１４における排気ガス導入口２６から排気ガス排出口２８までの管路長Ｌ１よりも充分に長くなる。このため、排気熱回収用熱交換器７２側の排気脈動（排気音圧）と排気管１４側の排気脈動（排気音圧）との間に位相差が生じ、両者の干渉作用により消音効果が得られる。
【００８２】
その後、消音された排気ガスはメインマフラ２０によって更なる消音が施される。
【００８３】
以上より、本実施形態に係る排気系消音装置７０によっても、低負荷時から高負荷時或いは低速時から高速時に亘って充分な消音効果が得られる。従って、メインマフラ２０の消音負担が減るのでメインマフラ２０の小型化等を図ることができ、ひいては低コスト化及び軽量化を図ることができる。
【００８４】
また、本実施形態に係る排気系消音装置７０では、排気熱回収用熱交換器７２が排気管１４の外周部に一体的に設けられているため、設置スペースが少なくて済む。その結果、本実施形態によれば、多くの車種に搭載することが可能となる。
【００８５】
さらに、本実施形態に係る排気系消音装置７０では、排気熱回収用熱交換器７２の内部空間を周方向に複数室に分割し、一定の順序に従って排気ガスがすべてのガス室を流れるように構成したので、分割数を変えることにより、流路長を任意の長さに変えることができる。このため、一台当たりの排気熱回収用熱交換器７２の排気ガス冷却効率を高めることができる。その結果、本実施形態によれば、排気熱回収用熱交換器７２自体の小型化を図ることができる。
【００８６】
なお、上記本実施形態では、外部ケーシング７４の内部空間を周方向に３分割したが、これに限らず、複数であればよい。２分割構造でもよいし、４分割以上の構造でもよいが、分割数（室数）を多くすればするほど、排気ガスの流路長を長くすることができる。
【００８７】
また、上記本実施形態では、外部ケーシング７４の内部空間を周方向に分割する構成を採ったが、これに限らず、外部ケーシング７４の内部空間を軸方向に分割してもよいし、或いは分割することなく、外部ケーシング７４の内部空間を螺旋状に形成することで流路長を長くする構成を採ることも可能である。
【００８８】
さらに、上記本実施形態では、排気ガス排出口２８を第１実施形態と同様に構成したが、図９に示されるように、排気ガス排出口２８に排出口開閉手段としての排出口開閉バルブ９４を設けることにより、前述した第２実施形態と同様の構成が得られる。
【００８９】
〔実施形態の補足説明〕
なお、上述した各実施形態では、排気熱回収用熱交換器としてＥＧＲクーラ（ＥＧＲクーラをベースにした熱交換器を含む）を利用したが、これに限らず、他の熱交換器を利用する構成を採ってもよい。
【００９０】
また、上述した第１実施形態では、排気脈動に位相差が生じて相互に相殺（キャンセル）されるように排気管１４側の管路長と排気熱回収用熱交換器２２側の流路長とを変更する構成を採り、又第２実施形態では排気ガス排出口２８の位置に排出口開閉手段を設置し共鳴による消音効果が得られるように構成し、更に第３実施形態では排気ガス排出口２８をメインマフラ２０内へ挿入し拡張による消音効果が得られるように構成したが、請求項１記載の消音手段には、第１実施形態乃至第３実施形態で示した構成以外の構成による排気熱回収用熱交換器を利用した消音構成も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１】第１実施形態に係る排気熱回収システムの全体構成図である。
【図２】図１に示される排気系消音装置を示す拡大図である。
【図３】排気系消音装置が適用された場合の排気音低減効果を示すグラフ（排気音オーバーオール）である。
【図４】排気系消音装置が適用された場合の排気音低減効果を示すグラフ（加速時）である。
【図５】第２実施形態に係る排気系消音装置の全体構成を示す図２に対応する拡大図である。
【図６】第３実施形態に係る排気系消音装置の全体構成を示す図２に対応する拡大図である。
【図７】第４実施形態に係る排気系消音装置の縦断面構造を側面視で観た場合の一部切欠断面図である。
【図８】図７に示される排気系消音装置の斜視図である。
【図９】第４実施形態に係る排気系消音装置において動圧可変バルブを設けた変形例を示す図７に対応する一部切欠断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１０    排気系消音装置
１４    排気管
１６    エンジン
２０    メインマフラ（空間部）
２２    排気熱回収用熱交換器
２４    管路
２６    排気ガス導入口
２８    排気ガス排出口
３４    流路切替バルブ（流路切替手段）
５０    排気系消音装置
５２    動圧可変バルブ（排出口開閉手段）
６０    排気系消音装置
７０    排気系消音装置
８２    第１ガス室
８４    第２ガス室
８６    第３ガス室
９４    排出口開閉バルブ（排出口開閉手段）
【図１】
2006077741.tif 000003
【図２】
2006077741.tif 000004
【図３】
2006077741.tif 000005
【図４】
2006077741.tif 000006
【図５】
2006077741.tif 000007
【図６】
2006077741.tif 000008
【図７】
2006077741.tif 000009
【図８】
2006077741.tif 000010
【図９】
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