(57)【要約】【課題】マフラ内における凝縮水の滞留を抑制できる排気消音装置を提供する。【解決手段】車両の排気経路途中に設けられ、排気騒音を低減する排気消音装置１０は、排気経路途中に設けられ、内部に膨張室２２が形成されたサブマフラ２０と、サブマフラの入口開口に気密に挿通されて膨張室２２内に進入するインレットパイプ３０であって、その周面に１以上の小孔３２が形成されたインレットパイプ３０と、膨張室２２内に配されたセパレータ４０であって、インレットパイプ３０が挿通される挿通孔と、１以上の連通孔４４と、が形成されたセパレータ４０と、を備え、１以上の連通孔４４は、挿通孔の上端より下側範囲にのみ、設けられており、小孔３２は、セパレータ４０よりも上流側にのみ設けられており、インレットパイプ３０は、その末端３４が、入口開口よりも下側になるように、膨張室２２内で１回以上曲がっている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の排気経路途中に設けられ、排気騒音を低減する排気消音装置であって、
前記排気経路途中に設けられ、内部に膨張室が形成されたマフラと、
前記マフラの入口開口に気密に挿通されて前記膨張室内に進入するインレットパイプであって、その周面に１以上の小孔が形成されたインレットパイプと、
前記膨張室を流れ方向に分割するべく前記膨張室内に配されたセパレータであって、前記インレットパイプが挿通される挿通孔と、１以上の連通孔と、が形成されたセパレータと、
を備え、
前記１以上の連通孔は、前記挿通孔の上端より下側範囲にのみ、設けられており、
前記小孔は、前記セパレータよりも上流側にのみ設けられており、
前記インレットパイプは、その末端が、前記入口開口よりも下側になるように、前記膨張室内で１回以上曲がっている、
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】
本明細書は、車両の排気経路途中に設けられ、排気騒音を低減する排気消音装置を開示する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両の排気経路途中には、マフラを有した排気消音装置が配設されており、排気は、マフラの上流端から下流端へと流れていく。かかるマフラの底部には、エンジンから排出された排気ガスに含まれた水分が凝縮し（凝縮水が発生し）、滞留することがある。そして、マフラ内に多量の凝縮水が溜まると、当該凝縮水が何らかの原因で、排気管内に流出した際、小径の排気管内が凝縮水で満たされ、排気管が閉塞されるおそれがあった。
【０００３】
ここで、特許文献１には、排気通路と排水通路とに分割されたセンターパイプと、センターパイプの下流に設けられるマフラと、を設け、さらに、排気通路からマフラの出口までの間に、圧力に応じて開閉する弁を設けた排気構造が開示されている。かかる排気構造では、センターパイプ内に溜まった凝縮水は、排水通路に流れる排気ガスとともにマフラに運ばれ、排出される。ここで、特許文献１では、排気量が小さくマフラ内の圧力が低い場合には、閉鎖される弁を設けている。そのため、排気量が小さい場合には、排気通路からの排出が防止されるため、排水通路内の流速が高まる。その結果、特許文献１の技術によれば、エンジンの低回転時などでも、排水通路の流速を高くできるため、センターパイプに溜まった凝縮水を、効率的に、マフラに排出できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１５８１４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この特許文献１の技術によれば、センターパイプ（排気管）に溜まった凝縮水を低減することはできるが、マフラ内に溜まった凝縮水を効率的に排出することは出来なかった。
【０００６】
そこで、本明細書では、マフラ内における凝縮水の滞留を抑制できる排気消音装置を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示する排気消音装置は、車両の排気経路途中に設けられ、排気騒音を低減する排気消音装置であって、前記排気経路途中に設けられ、内部に膨張室が形成されたマフラと、前記マフラの入口開口に気密に挿通され、前記膨張室内に進入するインレットパイプであって、その周面に１以上の小孔が形成されたインレットパイプと、前記膨張室を流れ方向に分割するべく前記膨張室内に配されたセパレータであって、前記インレットパイプが挿通される挿通孔と、１以上の連通孔と、が形成されたセパレータと、を備え、前記１以上の連通孔は、前記挿通孔の上端より下側範囲にのみ、設けられており、前記小孔は、前記セパレータよりも上流側にのみ設けられており、前記インレットパイプは、その末端が、前記入口開口よりも下側になるように、前記膨張室内で１回以上曲がっている、ことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成とすることで、インレットパイプの末端開口から噴出する排気ガスが、マフラ底部に溜まった凝縮水に干渉しやすくなり、排気ガスとともに凝縮水が、マフラの出口から放出され易くなる。また、連通孔を挿通孔の上端位置よりも下側範囲にのみ設けるとともに、セパレータよりも上流側にのみ小孔を設けることで、セパレータより上流側のチャンバの圧力が、下流側のチャンバの圧力より高くなりやすく、上流側から下流側への凝縮水の移動が生じやすい。結果として、マフラ内の凝縮水が随時、排出され、マフラ内における凝縮水の滞留が抑制される。
【０００９】
前記インレットパイプの末端は、扁平状に潰されていてもよい。また、前記インレットパイプは、前記膨張室内において、斜め下方向に曲げられた後、水平方向に曲げられていてもよい。また、前記インレットパイプは、前記膨張室内において、斜め下方向に曲げられた後、水平方向に曲がることなく、その末端に至ってもよい。
【００１０】
また、前記インレットパイプは、前記セパレータより上流位置において曲がっていてもよい。また、前記インレットパイプの末端は、当該末端の面が下方を向くように斜めにカットされていてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本明細書で開示する排気消音装置によれば、マフラ内の凝縮水が随時、排出される。その結果、マフラ内における凝縮水の滞留を効果的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】排気消音装置を備えた排気構造を示す図である。
【図２】第一排気消音装置の構成を示す図である。
【図３】図２の第一排気消音装置で用いるセパレータの正面図である。
【図４】第一排気消音装置における凝縮水の状態を示す図である。
【図５】インレットパイプの末端形状の例を示す図である。
【図６】他の第一排気消音装置の一例を示す図である。
【図７】他の第一排気消音装置の一例を示す図である。
【図８】他の第一排気消音装置の一例を示す図である。
【図９】図８の第一排気消音装置で用いるセパレータの正面図である。
【図１０】他の第一排気消音装置の一例を示す図である。
【図１１】マフラ内の残水量の解析結果を示す図である。
【図１２】比較例で用いるセパレータの正面図である。
【図１３】従来の第一排気消音装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、排気消音装置について図面を参照して説明する。図１は、排気消音装置を有した排気構造を示す図である。この排気構造は、エンジン（図示せず）に接続されるとともに排気ガスを外部まで導く排気管１６を有し、この排気管１６の経路途中には、上流側（エンジン側）から順に、触媒コンバータ１４、第一排気消音装置１０、第二排気消音装置１２が設けられている。
【００１４】
触媒コンバータ１４は、排気ガスを浄化するもので、例えば、酸化及び還元反応により排気ガス中の有害成分を除去する。第二排気消音装置１２は、メインマフラ１８を有しており、当該メインマフラ１８に流入した排気ガスを膨張させたり、繰り返し圧力波を干渉させたりするなどの方法により、排気ガスの圧力と温度を下げて騒音を抑える。この触媒コンバータ１４および第二排気消音装置１２の構成は、公知の従来技術を用いることができるため、ここでの詳説は、省略する。
【００１５】
図２は、第一排気消音装置１０の概略構成を示す図である。図２において、紙面左右方向が、排気ガスの流れ方向であり、紙面上下方向が、重力方向である。なお、ここでいう「重力方向」とは、車両を水平面に停車させた際の重力方向を意味する。第一排気消音装置１０は、排気騒音を低減する装置である。この第一排気消音装置１０は、サブマフラ２０と、サブマフラ２０の上流側からサブマフラ２０の内部まで延びるインレットパイプ３０と、サブマフラ２０内を流れ方向に分割するセパレータ４０と、を備えている。
【００１６】
サブマフラ２０は、排気管１６よりも大径の略円筒形部材であり、その内部は、排気ガスを急激に膨張させる膨張室２２として機能する。また、サブマフラ２０の上流端および下流端は、いずれも、上流端または下流端に近づくにつれて徐々に縮径する円錐形状となっている。以下では、上流側および下流側において円錐形状を形成するテーパー面を、「上流側テーパー面２６」および「下流側テーパー面２８」と呼ぶ。
【００１７】
サブマフラ２０の上流端には、入口開口（図２ではインレットパイプ３０で閉塞されて見えず）が、下流端には、出口開口２４が、それぞれ形成されている。入口開口には、後述するインレットパイプ３０が挿通されている。インレットパイプ３０の外周面は、入口開口の内周面に気密に密着している。そのため、排気ガスは、インレットパイプ３０を介することなく、膨張室２２内に進入できないようになっている。出口開口２４からは、排気管１６が延びている。換言すれば、出口開口２４には、パイプは、挿通されておらず、排気ガスは、当該出口開口２４を通って、膨張室２２からサブマフラ２０の外部に流出する。
【００１８】
インレットパイプ３０は、サブマフラ２０よりも十分に小さいパイプである。このインレットパイプ３０は、排気管１６の一部であり、サブマフラ２０の上流側から、サブマフラ２０の内部（膨張室２２内）まで延びている。このインレットパイプ３０の末端３４は、図２に示すように、サブマフラ２０の流れ方向中央よりも下流側位置、すなわち、下流側テーパー面２８の近傍に位置している。この末端３４は、開口されており、インレットパイプ３０を流れる排気ガスの一部は、このインレットパイプ３０の末端３４の開口から膨張室２２内に噴出する。そして、この噴出の過程で、排気ガスが急激に膨張することで、排気騒音が軽減される。
【００１９】
また、図２に示すように、インレットパイプ３０は、途中で斜め下方向に曲げられている。その結果、インレットパイプ３０の末端３４の中心高さは、サブマフラ２０の入口開口の中心高さよりも重力方向下側になっている。ここで、このインレットパイプ３０の曲げ方は、最終的に、末端３４が、入口開口よりも重力方向下側に位置するのであれば、特に限定されない。図２の例では、インレットパイプ３０は、入口開口から水平方向に進んだ後、後述するセパレータ４０よりも下流位置において、斜め下方向に曲げられる。そして、インレットパイプ３０は、斜め下方向にある程度進んだ後、再び、水平方向に曲げられ、水平方向に進む。すなわち、図２の例において、インレットパイプ３０は、２回曲げられている。
【００２０】
また、インレットパイプ３０の周面のうちセパレータ４０よりも上流となる部分には、１以上の小孔３２が形成されている。インレットパイプ３０を流れる排気ガスの一部は、この小孔３２から噴出する過程で、急激に膨張する。そして、これにより、排気騒音が軽減される。なお、この小孔３２の個数やサイズ、形状は、騒音性能に応じて、適宜、設定されればよい。
【００２１】
セパレータ４０は、膨張室２２を上流室２２ｕ、および、上流室２２ｕよりも下流側に位置する下流室２２ｄに分割するべく、膨張室２２内に配される部材である。図３は、セパレータ４０の正面図である。図３に示す通り、セパレータ４０の略中心には、インレットパイプ３０が挿通される挿通孔４２が形成されている。インレットパイプ３０は、この挿通孔４２を介して、セパレータ４０により支持される。
【００２２】
また、セパレータ４０のうち、挿通孔４２の重力方向上端よりも下側範囲には、上流室２２ｕと下流室２２ｄとを連通させる連通孔４４が形成されている。この連通孔４４の個数、サイズ、形状は、特に限定されないが、本例では、連通孔４４は、挿通孔４２の下側位置に一つだけ設けられており、その形状は、水平方向に長尺な略楕円形状となっている。一方で、セパレータ４０の挿通孔４２の重力方向上端よりも上側の領域には、連通孔４４を一切設けていない。これは、上流室２２ｕと下流室２２ｄとの圧力差を積極的に生成し、これにより、排水性を向上させるためであるが、これについては、後に詳説する。
【００２３】
次に、第一排気消音装置１０を上述した構成とする理由について、従来技術と比較して説明する。エンジンからは、高温の排気ガスが排出されるが、この排気ガスは、排気経路を通過する過程で、徐々に低温化する。そして、この低温化に伴い、排気ガスに含まれていた水分が凝縮して、凝縮水となる。サブマフラ２０の底部には、この凝縮水が溜まることがあった。そして、サブマフラ２０の底部に凝縮水が多量に貯留すると、排気管１６が閉塞することがあった。例えば、サブマフラ２０の底部に凝縮水が、多量に貯留した状態で、車両が、後下がりの傾斜状態で停車した場合を考える。この場合、図１３に示すように、サブマフラ２０内の凝縮水１００が、出口開口から、下流側の排気管１６内に流出し、排気管１６の一部が、凝縮水１００で満たされてしまう。さらに、この状態で、凝縮水１００が凍結すると、凍結膨張に伴う排気管１６の損傷や、排気管１６が完全閉塞することによってエンジンの再起動が困難になるといった問題も招く。
【００２４】
したがって、サブマフラ２０内に多量の凝縮水が溜まらないように、サブマフラ２０内の凝縮水は、随時、排出されることが望まれる。そこで、本明細書で開示する第一排気消音装置１０では、インレットパイプ３０を、膨張室２２内で、斜め下方向に曲げ、インレットパイプ３０の末端３４を、入口開口よりも重力方向下側としている。かかる構成とすることで、図４に示すように、インレットパイプ３０の末端３４の開口から噴出する排気ガスが、膨張室２２の底部に溜まった凝縮水１００に干渉しやすくなる。そして、凝縮水１００が、この排気ガスの噴出圧力を受けて、排気ガスとともに、出口開口２４へと流れやすくなり、膨張室２２内の凝縮水が効果的に排出される。
【００２５】
また、本例では、既述した通り、インレットパイプ３０の周面のうちセパレータ４０より上流側にのみ小孔３２を設けている。また、セパレータ４０のうち、インレットパイプ３０の上端より上側範囲には、連通孔４４を設けていない。この場合、小孔３２は、セパレータ４０より上流側にのみ設けられているため、上流室２２ｕには、当該小孔３２を通じて、多量の排気ガスが放出される。一方、連通孔４４の設置高さが低いため、凝縮水が貯留すると比較的早期に、当該連通孔４４の一部または全部が凝縮水１００で塞がれる。そして、これにより、小孔３２から上流室２２ｕに放出された排気ガスが、下流室２２ｄに流れにくくなり、上流室２２ｕの圧力が、下流室２２ｄの圧力よりも高くなる。すなわち、上流室２２ｕと下流室２２ｄとの間で圧力差が生じる。
【００２６】
かかる圧力差が生じると、上流室２２ｕの底部に溜まった凝縮水１００が、下流室２２ｄ側、ひいては、インレットパイプ３０の末端３４近傍（排気ガスの噴出圧力が作用する領域）に流れやすくなる。そして、結果として、凝縮水１００が効果的に排出される。そして、凝縮水１００が、随時、排出されることにより、サブマフラ２０内に多量の凝縮水１００が貯留されることを抑制できる。
【００２７】
ところで、これまで説明した構成は一例であり、第一排気消音装置１０の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、インレットパイプ３０の末端３４の形状は、図５（ａ）に示すように円形でもよいし、図５（ｂ）に示すように、その開口面積が低減するように、扁平に潰されていてもよい。図５（ｂ）のように、インレットパイプ３０の末端３４を、扁平に潰して開口面積を減少させることにより、インレットパイプ３０の末端３４から噴出する排気ガスの流速が増加し、凝縮水が、より確実に排出される。
【００２８】
また、インレットパイプ３０は、図６に示すように、斜め下方向に曲げられた後、末端３４まで傾斜方向に進む形状でもよい。すなわち、インレットパイプ３０を曲げる回数は、１回だけでもよい。この場合、インレットパイプ３０の末端３４から下流側テーパー面２８までの距離Ｌを調整することで、排水性や、圧力損失をチューニングできる。
【００２９】
また、インレットパイプ３０の末端３４は、図７に示すように、末端３４の開口面が、下方を向くように、斜めにカットされてもよい。かかる構成とすれば、インレットパイプ３０の末端３４から噴出する排気ガスが、上側に逃げにくくなり、噴出圧力が、より確実に、凝縮水に作用する。そして、結果として、排水性能が向上する。
【００３０】
さらに、図８に示すように、インレットパイプ３０は、セパレータ４０よりも上流位置において曲げられてもよい。この場合、流速が一時的に低下しやすい屈曲部から、インレットパイプ３０の末端３４までの距離Ｗが増加する。その結果、インレットパイプ３０の末端３４から噴出する排気ガスの勢いが増加し、凝縮水がより確実に排出される。
【００３１】
図９は、図８の構成で用いるセパレータ４０の一例を示す図である。図９に示す通り、この場合、インレットパイプ３０が挿通される挿通孔４２は、下側に位置することになる。したがって、挿通孔４２の真下には、連通孔４４形成のための十分なスペースがない。そのため、この場合には、図９に示す通り、挿通孔４２の両側に、一対の連通孔４４を形成してもよい。ただし、この連通孔４４の重力方向上端は、挿通孔４２の重力方向上端よりも低くする。また、セパレータ４０の位置も、求められる排水性能や消音性能に応じて、適宜、変更されてもよく、例えば、セパレータ４０は、図１０に示すように、サブマフラ２０の流れ方向中央よりも上流側に設けられてもよい。かかる構成とすることで、上流室２２ｕと下流室２２ｄとの圧力差が、より顕著に発生するため、凝縮水をより確実に排出できる。
【００３２】
またこれまで説明した構成は、適宜、組み合わされてもよい。例えば、図６に示すように、インレットパイプ３０を１回だけ曲げる構成にするとともに、インレットパイプ３０の末端３４を図５（ｂ）に示すように、扁平に潰してもよい。また、図８に示すように、インレットパイプ３０を、セパレータ４０よりも上流位置で曲げるとともに、インレットパイプ３０の末端３４を、図７に示すように、斜めにカットしてもよい。
【００３３】
次に、上述した種々の構成が、排水性に与える影響について説明する。図１１は、上述した種々の構成を採用した際に、サブマフラ２０に残留する凝縮水の量（残水量）を解析した結果を示す図である。図１１において、横軸は、時間を、縦軸は、サブマフラ２０に残った残水量を示している。また、この解析結果は、インレットパイプ３０に所定の流量の排気ガスを供給し続けると仮定してシミュレーションした結果である。
【００３４】
図１１において、比較例は、インレットパイプ３０を途中で曲げており、セパレータ４０より上流側にのみ小孔３２を形成しているものの、セパレータ４０の連通孔４４を挿通孔４２より上側にも設けた構成での解析結果である。すなわち、比較例は、図１２に示すように、挿通孔４２の周囲に複数個の連通孔４４を均等に形成したセパレータ４０を用いている点を除けば、図２に示す形態と同じである。
【００３５】
条件１は、比較例と比べて、図３に示す形態のセパレータ４０、すなわち、挿通孔４２の下側にのみ連通孔４４を設けたセパレータ４０を用いている点で相違する。したがって、条件１は、図２に示す形態と同じである。条件２は、パイプの末端３４を図５（ｂ）に示すように、扁平に潰した点を除いて比較例と同じである。条件３は、セパレータ４０よりも上流側でインレットパイプ３０を曲げている点を除いて比較例と同じである。したがって、条件３は、セパレータ４０の連通孔４４が、挿通孔４２より上側範囲にも形成されている点を除いて、図８に示す形態と同じである。
【００３６】
条件４は、インレットパイプ３０の末端３４を斜めにカットしている点を除いて比較例と同じである。したがって、条件４は、セパレータ４０の連通孔４４が、挿通孔４２より上側範囲にも形成されている点を除いて、図７に示す形態と同じである。条件５は、セパレータ４０が、サブマフラ２０の流れ方向中央よりも上流位置にある点を除いて、比較例と同じである。したがって、条件５は、セパレータ４０の連通孔４４が、挿通孔４２より上側範囲にも形成されている点を除いて、図１０に示す形態と同じである。
【００３７】
比較例、すなわち、インレットパイプ３０を曲げるとともに、小孔３２の位置を規制した形態では、残水量は、変わらない、あるいは、僅かに増加していることが分かる。つまり、比較例の構成によれば、残水量の大幅な増加は防ぐことはできるが、一度溜まった凝縮水を減らすことは出来ないことが分かる。
【００３８】
一方、条件１、すなわち、セパレータ４０の連通孔４４の位置を制限した場合には、残水量が時間の経過とともに急激に低下することが分かる。つまり、セパレータ４０の連通孔４４を、下方にのみ設け、上流室２２ｕと下流室２２ｄとの圧力差を積極的に生成する構成は、サブマフラ２０の排水性向上に大きく寄与することが分かる。
【００３９】
条件２〜条件５は、条件１に比べて残水量の低下速度は、遅いが、それでも、条件２〜条件５を採用することで、時間の経過とともに、凝縮水が排出されていくことが分かる。したがって、条件２〜条件５で示す構成を、条件１と組み合わせれば、サブマフラ２０の排水性がより向上することが分かる。
【００４０】
以上の説明から明らかな通り、本明細書で開示した消音装置の構成によれば、サブマフラ２０から凝縮水が随時、排出されるため、当該サブマフラ２０に多量の凝縮水が溜まることが効果的に防止される。なお、これまでの説明では、第一排気消音装置１０（サブマフラ２０）を例に挙げて説明したが、本明細書で開示した技術は、排気経路途中に設けられる他の排気消音装置、例えば、第一排気消音装置１０等に適用されてもよい。
【符号の説明】
【００４１】
１０  第一排気消音装置、１２  第二排気消音装置、１４  触媒コンバータ、１６  排気管、１８  メインマフラ、２０  サブマフラ、２２  膨張室、２２ｄ  下流室、２２ｕ  上流室、２４  出口開口、２６  上流側テーパー面、２８  下流側テーパー面、３０  インレットパイプ、３２  小孔、３４  末端、４０  セパレータ、４２  挿通孔、４４  連通孔、１００  凝縮水。
【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】
2019065823.tif 000013
【図１２】
2019065823.tif 000014
【図１３】
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