(57)【要約】【課題】高い断熱性と放射音の低減とを両立できる排気管構造を提供する。【解決手段】排気管構造１Ａは、排気ガスの流通空間を形成する内管１１と、内管１１の外周に設けられる外管１２と、内管１１と外管１２間に介在される繊維状の断熱材１３とを備える。断熱材１３は、内管１１及び外管１２における相対的に振動し易い箇所１４に配置され、その他の箇所に配置される部分よりも密度が大きい防振部１３０を備える。防振部１３０は空気層が相対的に少なく緻密な部分であり、剛性が相対的に高いことで振動を低減できる。上記その他の箇所に配置されるベース部１３２は、空気層を相対的に多く含むため、断熱性に優れる。そのため、排気管構造１Ａは、高い断熱性と放射音の低減とを両立できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の内燃機関から排気ガスを車外に排出する排気管構造であって、
前記排気ガスの流通空間を形成する内管と、
前記内管の外周に設けられる外管と、
前記内管と前記外管間に介在される繊維状の断熱材とを備え、
前記断熱材は、前記内管及び前記外管における相対的に振動し易い箇所に配置され、その他の箇所に配置される部分よりも密度が大きい防振部を備える排気管構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される内燃機関から車外に排気ガスを排出する排気管構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車に搭載される内燃機関で生じた排気ガスは、一般に、排気装置を介して車外に排出される。排気装置は、触媒コンバータやマフラ、これらを連結する配管といった排気ガスの流路を形成する管状部材を備える。特許文献１は、内燃機関と触媒コンバータとを連結する配管として、内外の二重管の間にセラミックウールとグラスウールとを積層して充填する構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平０７−００８５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１は、セラミックウールとグラスウールとの積層材を備えることで、断熱作用を増大できると共に、吸音作用によって放射音を低減できるとする。ここで、セラミックウールやグラスウールといった繊維を綿状に集めた素材（以下、繊維集合材と呼ぶ）は、繊維間に空気層を含むことで断熱性に優れるものの、剛性が低い。そのため、上述の管状部材において振動が加えられ易い箇所では、上記繊維集合材による制振効果を十分に得られず、振動に起因する放射音の低減が望まれる。例えば、上記繊維集合材を圧縮して空気層を低減すれば、剛性が高められて振動を抑制できるが、断熱性の低下を招く。
【０００５】
そこで、本発明の目的の一つは、高い断熱性と放射音の低減とを両立できる排気管構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る排気管構造は、
車両の内燃機関から排気ガスを車外に排出する排気管構造であって、
前記排気ガスの流通空間を形成する内管と、
前記内管の外周に設けられる外管と、
前記内管と前記外管間に介在される繊維状の断熱材とを備え、
前記断熱材は、前記内管及び前記外管における相対的に振動し易い箇所に配置され、その他の箇所に配置される部分よりも密度が大きい防振部を備える。
【発明の効果】
【０００７】
上記の排気管構造は、内管及び外管に振動し易い箇所を有するものの、この箇所に、繊維状の断熱材であって密度が相対的に大きいものが配置される。この高密度部分は、いわば空気層が相対的に少なく緻密な部分であるため剛性が相対的に高くなっており、振動を抑制する防振部として機能する。かつ、内管及び外管におけるその他の箇所に、繊維状の断熱材であって、空気層を相対的に多く含むものが配置される。この低密度部分は断熱性に優れる。従って、上記の排気管構造は、内管と外管間に介在される繊維状の断熱材の密度を局所的に異ならせるという簡単な構造でありながら、高い断熱性と放射音の低減とを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１の排気管構造を備えるマフラを示す概略断面図である。
【図２】実施形態２の排気管構造を備えるマフラを部分的に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の排気管構造を具体的に説明する。図面において、同一符号は同一名称物を示す。
【００１０】
［実施形態１］
（全体構成）
図１を参照して、実施形態１の排気管構造１Ａを説明する。
実施形態１の排気管構造１Ａは、自動車などの車両に搭載される内燃機関から排気ガスを車外に排出するものであり、排気ガスの流路を形成する管状部材である。排気管構造１Ａは、排気ガスの流通空間を形成する内管１１と、内管１１の外周に設けられる外管１２と、内管１１と外管１２間に介在される繊維状の断熱材１３とを備える。排気管構造１Ａでは断熱材１３の密度が部分的に異なっており、断熱材１３は内管１１及び外管１２における相対的に振動し易い箇所１４に、その他の箇所に配置される部分よりも密度が大きい防振部１３０を備える。防振部１３０は空気層が相対的に少なく緻密な部分である。排気管構造１Ａは、この防振部１３０によって振動に起因する放射音の低減を図り、断熱材１３における密度が相対的に小さいベース部１３２によって高い断熱性能の確保を図る。
【００１１】
以下、排気管構造１Ａを、排気ガスの流路のうち、一般に、下流側（内燃機関から離れる側）に設けられるマフラ１０に適用する場合を例に説明する（後述する実施形態２も同様）。図１は、マフラ１０をその軸方向（図１では左右方向）に平行な平面で切断した縦断面図である。
【００１２】
（マフラ）
まず、マフラ１０の概要を説明する。
この例のマフラ１０は、内燃機関側から排気ガスを導入するインレットパイプ１５と、排気ガスを排出するアウトレットパイプ１６と、両パイプ１５，１６におけるマフラ１０の径方向に重複配置される一端部側の領域を一括して収納するインナシェル１１Ａ（内管１１の一例）と、インナシェル１１Ａの各開口部を塞ぐエンドプレート１８，１９と、インナシェル１１Ａ内を複数の空間に仕切る複数のセパレータ１７とを備える。各パイプ１５，１６は、各プレート１８，１９及びセパレータ１７を貫通し、この貫通状態で、インナシェル１１Ａ内の所定の位置に離間して支持される。この構成により、マフラ１０は、膨張効果や共鳴効果などによって消音する。更に、マフラ１０は、インナシェル１１Ａの外周を覆うアウタシェル１２Ａ（外管１２の一例）を備えると共に、両シェル１１Ａ，１２Ａ間に介在される断熱材１３を備える。即ち、マフラ１０は、二重のシェル１１Ａ，１２Ａと断熱材１３とを有する三層構造である。マフラ１０の基本的構成は、公知の構成を利用できる。例えば、セパレータ１７の個数を図１では二つとするが、三つ以上とすることもできる。特に、実施形態１の排気管構造１Ａでは、上述のように断熱材１３を疎密混在物とし、シェル１１Ａ，１２Ａにおける振動のし易さに応じて、高密度部分と低密度部分との配置箇所を設定することで、放射音を低減する。
【００１３】
＜インナシェル、アウタシェル＞
インナシェル１１Ａ及びアウタシェル１２Ａの少なくとも一方は、他方に向かって突出する凸部１２０を備える。そのため、両シェル１１Ａ，１２Ａ間における凸部１２０の形成箇所の間隔ｄ１２０は、それ以外の箇所の間隔ｄよりも小さい（狭い）。このような部分的な狭小箇所を形成する凸部１２０は、両シェル１１Ａ，１２Ａ間に介在される繊維状の断熱材であって均一的な密度及び厚さを有する断熱材を部分的に圧縮して、高密度部分（防振部１３０）を形成する機能を有する。
【００１４】
この例のインナシェル１１Ａは、滑らかな曲面を有する円筒状体である。この例のアウタシェル１２Ａは、インナシェル１１Ａに向かって突出する凸部１２０が部分的に設けられた円筒状体である。また、この例の凸部１２０は、アウタシェル１２Ａを構成する板材における所定の位置に曲げ加工が施されて形成される。そのため、アウタシェル１２Ａの厚さは、アウタシェル１２Ａの全体に亘って実質的に均一である。
【００１５】
凸部１２０は、インナシェル１１Ａ及びアウタシェル１２Ａにおいて相対的に振動し易い箇所１４に設けられる。ここで、インナシェル１１Ａの内周面には、インナシェル１１Ａの軸方向（図１では左右方向）に離間して複数のセパレータ１７がスポット溶接などで取り付けられ、両端部にはエンドプレート１８，１９が取り付けられる。インナシェル１１Ａにおけるセパレータ１７や各プレート１８，１９との固定箇所は、それ以外の箇所に比較して剛性が高められた箇所といえる。固定箇所以外の箇所、即ちエンドプレート１８又は１９とセパレータ１７間の中央部、隣り合うセパレータ１７，１７間の中央部は、剛性が相対的に低い。そのため、これらの箇所は、振幅の腹になり易く、相対的に振動し易い箇所１４といえる。そこで、このような箇所１４に凸部１２０を備える。
【００１６】
相対的に振動し易い箇所１４に対して、インナシェル１１Ａ及びアウタシェル１２Ａのうち、凸部１２０が設けられたシェルにおいてその周方向に沿った凸部１２０の形成範囲、軸方向に沿った凸部１２０の形成範囲、凸部１２０の個数などは、適宜選択できる。凸部１２０は、各箇所１４に対して、上記シェルの周方向の少なくとも一部及び軸方向の少なくとも一部に備えるとよい。各箇所１４に対して、例えば、上記シェルの周方向に連続する環状の凸部１２０や、上記シェルの周方向の一部に設けられる弧状の凸部１２０としたり、複数の弧状の凸部１２０が上記シェルの周方向に離間して設けられたり、上記シェルの軸方向に延びる直線状の凸部１２０が複数上記シェルの周方向に並列されたりすることなどが挙げられる。又は、各箇所１４に対して、例えば、上記シェルをその軸方向にみたとき、図１に示すように複数の凸部１２０が離間して設けられること、その他、凸部１２０が一つのみ設けられることなどが挙げられる。この例では、アウタシェル１２Ａは、その全周に及ぶ環状の凸部１２０をその軸方向に二つ並べた組を合計３組備える。
【００１７】
凸部１２０の突出長さは、断熱材１３における相対的に振動し易い箇所１４に配置される箇所を所定の密度に圧縮できるように、断熱材１３における非圧縮箇所の密度（ベース部１３２の密度）及び厚さ、インナシェル１１Ａとアウタシェル１２Ａにおける凸部１２０の形成箇所以外の箇所との間の間隔ｄなどに応じて選択するとよい。突出長さが大きいほど、断熱材１３を確実に圧縮して空気層を低減でき、高密度な防振部１３０を備えられる。複数の凸部１２０を備える場合、図１に示すように全ての凸部１２０の突出長さが等しい形態、異なる形態のいずれも利用できる。
【００１８】
その他、インナシェル１１Ａ，アウタシェル１２Ａは、楕円状体、角筒状体などとすることができる。また、図１ではインナシェル１１Ａが一重構造である場合を示すが、二枚以上の板材を重ねると、インナシェルの剛性を高められて放射音の更なる低減を期待できる。
【００１９】
＜断熱材＞
断熱材１３は、繊維が綿状に集められて、繊維間に空気層を含む繊維集合材であり、代表的にはシート材などが利用し易い。単一種の繊維から構成される繊維集合材では、単位体積当たりに繊維が占める割合（充填率）が高いほど、空気層が少なく緻密であり、剛性が高くなり易いため、防振性に優れる傾向にある。上記充填率が低いほど、換言すれば単位体積当たりに空気が占める割合（空隙率＝１−充填率）が高いほど、空気層が多く、断熱性に優れる傾向にある。従って、繊維状の断熱材１３では、充填率（又は空隙率）を調整することで、剛性や断熱性能を容易に調整できる。また、充填率は、例えば、シート材の厚さを調整することで容易に調整できる。
【００２０】
断熱材１３は、高温の排気ガスが流通するインナシェル１１Ａに接して配置されるため、断熱材１３を構成する繊維は、耐熱性に優れる材料が好ましい。例えば、繊維の構成材料は、非金属又は金属といった無機材料が挙げられる。ガラス、その他のセラミックスといった非金属無機材料は、耐熱性により優れる上に、材料自体の熱伝導率が低く、インナシェル１１Ａから断熱材１３への伝熱量を小さくし易い。具体的な断熱材１３として、グラスウール、その他のセラミックスウール、ステンレス鋼などの金属ウールなどが挙げられる。特に、グラスウールは、金属ウールよりも熱伝導率が十分に低い上に安価であり、利用し易い。この例では、グラスウールを利用している。なお、断熱材として、構成材料が異なる複数種の無機繊維を含む繊維集合材を利用してもよいが、単一種の無機繊維で構成される繊維集合材を利用すると、厚さ調整などによる密度の部分的な変更を行い易い。
【００２１】
この例の断熱材１３Ａは、密度が相対的に大きい防振部１３０と、相対的に小さいベース部１３２とをインナシェル１１Ａ及びアウタシェル１２Ａの軸方向に交互に並んで備える。この例では、このような疎密な断熱材１３Ａを、全体的に均一的な密度及び均一な厚さを有する断熱材を用意し、この断熱材を、インナシェル１１Ａと凸部１２０を有するアウタシェル１２Ａ間に介在させることで構築する。詳しくは、両シェル１１Ａ，１２Ａ間に上述の一様な密度及び厚さを有する断熱材を配置する。すると、この断熱材のうち、相対的に振動し易い箇所１４に配置される部分は凸部１２０によって圧縮される。相対的に振動し易い箇所１４以外の箇所に配置される部分は実質的に圧縮されず、そのままの状態が維持される。両シェル１１Ａ，１２Ａにおける相対的に振動し易い箇所１４の少なくとも一部には、用意した断熱材のうち、凸部１２０によって圧縮されて、ベース部１３２よりも高密度な部分から構成される防振部１３０が介在する。上記振動し易い箇所１４以外の箇所には、圧縮されておらず、防振部１３０よりも低密度な部分から構成されるベース部１３２が介在する。
【００２２】
用意する断熱材の密度及び厚さは、ベース部１３２の密度及び厚さに実質的に等しい。そのため、ベース部１３２が所定の断熱性能を有するように、インナシェル１１Ａとアウタシェル１２Ａにおける凸部１２０の形成箇所以外の箇所との間の間隔ｄに応じて、用意する断熱材の密度及び厚さを調整するとよい。厚さの一例として３ｍｍ程度が挙げられる。このような断熱材を用意することで、主として、ベース部１３２によって、高い断熱性を確保できる。一方、防振部１３０の密度は、ベース部１３２よりも大きいほど振動抑制効果を得易い。所望の振動抑制効果が得られるように、用意する断熱材の密度及び厚さなどに応じて、凸部１２０の突出高さを調整するとよい。
【００２３】
断熱材１３Ａでは、防振部１３０とベース部１３２との境界が明確でないことがあるが、断熱材１３Ａにおける凸部１２０による圧縮箇所と、凸部１２０から十分に離れた非圧縮箇所とでは密度差を有する。
【００２４】
（効果）
実施形態１の排気管構造１Ａでは、インナシェル１１Ａ（内管１１）とアウタシェル１２Ａ（外管１２）間に介在される繊維状の断熱材１３が均一的な密度を有しておらず、部分的に異なる。両シェル１１Ａ，１２Ａにおける相対的に振動し易い箇所１４に、空気層が低減されて密度が相対的に大きい防振部１３０を備え、上記振動し易い箇所１４以外の箇所に、空気層を十分に含み（相対的に多く含み）、密度が相対的に小さいベース部１３２を備える。上記振動し易い箇所１４では、剛性が相対的に高く、制振性に優れる防振部１３０によって、両シェル１１Ａ，１２Ａの振動、特にインナシェル１１Ａの振動を低減して、振動に起因する放射音を低減できる。上記振動し易い箇所１４以外の箇所では、断熱性に優れるベース部１３２によって、高い断熱性を確保できる。従って、実施形態１の排気管構造１Ａは、高い断熱性と放射音の低減とを高いレベルで両立できる。
【００２５】
その他、この例の排気管構造１Ａでは、以下の効果も奏する。
（１）断熱材１３Ａに用いる断熱材として空気層を多く含むものを用いるため、空気層が少ない高密度な断熱材を利用する場合に比較して、断熱材１３Ａの使用量を低減でき、軽量化を図ることができる。使用量の低減から、コストの低減も期待できる。
（２）均一的な密度及び厚さを有する断熱材をインナシェル１１Ａ，アウタシェル１２Ａ間に挟むことで容易に製造でき、製造性に優れる。
（３）断熱材１３Ａに用いる断熱材として、単一種の無機繊維（ここではグラスウール）から構成されるものとすることで、厚さ調整によって密度差を容易に設けられる。
（４）グラスウールを用いることから、コストの低減も期待できる。
【００２６】
［実施形態２］
図２を参照して、実施形態２の排気管構造１Ｂを説明する。
図２は、マフラ１０をその軸方向（図２では左右方向）に平行な平面で切断した縦断面図であって、インナシェル１１Ｂ及びアウタシェル１２Ｂの上半分近傍のみを示す。
【００２７】
実施形態２の排気管構造１Ｂは、実施形態１とは断熱材１３の仕様が異なる。以下、この相違点を詳細に説明し、その他の構成及び効果については詳細な説明を省略する。
【００２８】
実施形態２の排気管構造１Ｂでは、インナシェル１１Ｂ及びアウタシェル１２Ｂの双方が凸部１２０を有さず、滑らかな曲面を有する円筒状体である。そのため、両シェル１１Ｂ，１２Ｂ間の間隔ｄは、両シェル１１Ｂ，１２Ｂの全長に亘って一様である。このようなシェル１１Ｂ，１２Ｂ間に介在する断熱材として、例えば、均一的な密度を有し、かつ厚さが部分的に異なる凹凸形状の断熱材を用いることで、疎密な断熱材１３Ｂを備える排気管構造１Ｂを構築できる。この場合も、断熱材として、単一種の繊維（例えばグラスウールなど）で構成される繊維集合材を利用すると、厚さ調整などによる密度の部分的な変更を容易に行える。
【００２９】
用意する断熱材における相対的に厚い部分（凸部分）は、両シェル１１Ｂ，１２Ｂ間に断熱材を介在させたときに相対的に振動し易い箇所１４に配置されるように、上記振動し易い箇所１４に対応して設ける。上記厚い部分の厚さｔは、両シェル１１Ｂ，１２Ｂ間の間隔ｄよりも大きくする（ｔ＞ｄ）。厚さが相対的に薄い部分の厚さは、例えば、間隔ｄと実質的に同程度とすると、両シェル１１Ｂ，１２Ｂによって実質的に圧縮されず、空気層を十分含んだ状態を維持できる。そして、シェル１１Ｂ，１２Ｂ間に上述の厚さが部分的に異なる断熱材を配置する。すると、この断熱材のうち、相対的に振動し易い箇所１４に配置された厚い部分は両シェル１１Ｂ，１２Ｂに挟まれることで圧縮され、上記振動し易い箇所１４以外の箇所に配置された薄い部分（凹部分）は両シェル１１Ｂ，１２Ｂに実質的に圧縮されず、そのままの状態が維持される。両シェル１１Ｂ，１２Ｂにおける上記振動し易い箇所１４の少なくとも一部には、用意した断熱材のうち、上記厚い部分が圧縮されて構成される防振部１３０が介在し、上記振動し易い箇所１４以外の箇所には、非圧縮状態の上記薄い部分から構成されるベース部１３２が介在する。
【００３０】
又は、別の断熱材として、例えば、全体的に均質的な厚さを有し、かつ密度が部分的に異なる断熱材を用いることが挙げられる。用意する断熱材における相対的な高密度部分は、両シェル１１Ｂ，１２Ｂ間に断熱材を介在させたときに相対的に振動し易い箇所１４に配置されるように、上記振動し易い箇所１４に対応して設ける。このような断熱材は、密度が異なるシート片を適宜組み合わせて一つの集合シート材としておくと利用し易い。そして、シェル１１Ｂ，１２Ｂにおける上記振動し易い箇所１４の少なくとも一部に、ベース部１３２よりも高密度な部分から構成される防振部１３０を介在させ、上記振動し易い箇所１４以外の箇所に防振部１３０よりも低密度な部分から構成されるベース部１３２を介在させる。この場合も、断熱材として、単一種の繊維（例えばグラスウールなど）で構成される繊維集合材を利用すると、圧縮度合いを調整したシート片を組み合わせることで、密度の部分的な変更を容易に行える。
【００３１】
断熱材１３Ｂでは、防振部１３０とベース部１３２との境界が比較的明確である。
【００３２】
断熱材１３Ｂを備える実施形態２の排気管構造１Ｂは、実施形態１と同様に、空気層が低減された防振部１３０によって振動を抑制し、空気層を十分に含むベース部１３２によって高い断熱性を確保して、高い断熱性と放射音の低減とを両立する。特に、実施形態２の排気管構造１Ｂは、厚さが部分的に異なる断熱材や、密度が部分的に異なる断熱材を用いるため、インナシェル１１Ｂ，アウタシェル１２Ｂの双方の外形を単純な形状にできる。
【００３３】
本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
（１）本発明の排気管構造は、上述のマフラ１０だけでなく、排気ガスの流路を形成する管状部材であって、相対的に振動し易い箇所を有し、断熱性と放射音の低減とが要求される箇所などに利用できる。
（２）実施形態１で説明したアウタシェル１２Ａの凸部１２０として、アウタシェル１２Ａを構成する板材の厚さを部分的に厚くして形成したリブとすることができる。この場合、リブ自体の補強機能によって、アウタシェル１２Ａの振動抑制も期待できる。
（３）実施形態１で説明したアウタシェル１２Ａが凸部１２０を有さず、単純な円筒状体であり、インナシェル１１Ａがアウタシェル１２Ａに向かって突出する凸部を備えることができる。
又は、両シェル１１Ａ、１２Ａの双方が凸部を備えることができる。この場合、両シェル１１Ａ，１２Ａから突出する凸部が対向配置される形態、両シェル１１Ａ，１２Ａから突出する凸部がマフラの軸方向にずれて配置される形態とすることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１Ａ，１Ｂ  排気管構造
１０  マフラ
１１  内管  １１Ａ，１１Ｂ  インナシェル
１２  外管  １２Ａ，１２Ｂ  アウタシェル  １２０  凸部
１３，１３Ａ，１３Ｂ  断熱材  １３０  防振部  １３２  ベース部
１４  振動し易い箇所
１５  インレットパイプ  １６  アウトレットパイプ  １７  セパレータ
１８，１９  エンドプレート
【図１】
2018053794.tif 000003
【図２】
2018053794.tif 000004