(57)【要約】【課題】マフラ内における凝縮水を効果的に排出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第一排気消音装置１０は、前記排気経路途中に設けられ、内部に膨張室２２が形成されたマフラ２０と、前記マフラ２０の入口開口に気密に挿通されて前記膨張室２２内に進入するインレットパイプ３０と、前記膨張室２２内において前記インレットパイプ３０から分岐して前記インレットパイプ３０より重力方向下側位置を進む１以上のサブパイプ５０と、前記インレットパイプ３０の末端出口３４を、前記インレットパイプ３０の内圧が所定以上の場合に開放し、所定未満の場合に閉鎖する調整弁６０と、を備える。【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と、
前記膨張室内において前記インレットパイプから分岐して前記インレットパイプより重力方向下側位置を進むサブパイプと、
前記インレットパイプの末端出口を、前記インレットパイプの内圧が所定以上の場合に開放し、所定未満の場合に閉鎖する調整弁と、
を備え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、排気ガスは、マフラの上流端から下流端へと流れていく。排気消音装置では、マフラ内において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。かかる排気消音装置については、従来から、多数の技術が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、内部が膨張室となるマフラと、膨張室内を貫通する排気管と、その排気管から分岐された２つの共鳴パイプと、を備える排気消音装置が開示されている。そして、特許文献１では、一つの共鳴パイプを、膨張室の下流側１／４の位置で、他の共鳴パイプを、膨張室の前後方向の略中心位置で、開口させている。かかる配置とすることで、膨張室で発生するマフラ前後方向の気柱共鳴に対しての消音効果が発揮される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−０２９０４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、こうしたマフラの底部には、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。
【０００６】
しかしながら、特許文献１等の従来技術では、こうした凝縮水を効果的に排出することはできなかった。そこで、本明細書では、マフラ内における凝縮水を効果的に排出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て前記膨張室内に進入するインレットパイプと、前記膨張室内において前記インレットパイプから分岐して前記インレットパイプより重力方向下側位置を進む１以上のサブパイプと、前記インレットパイプの末端出口を、前記インレットパイプの内圧が所定以上の場合に開放し、所定未満の場合に閉鎖する調整弁と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
インレットパイプより重力方向下側位置を進むサブパイプを設けることで、サブパイプの末端出口からの排気圧力を、膨張室内の底部近傍に溜まった凝縮水に、より確実に干渉させることができ、凝縮水が外部に排出されやすくなる。また、インレットパイプの末端出口に調整弁を設けることで、排気ガスの全体量が小さい場合（例えばエンジンの低速回転時等）には、調整弁が閉鎖されて、排気ガスの大部分はサブパイプに流れるため、排気ガスの全体量が小さい場合でも、高い排気圧力を凝縮水に作用させることができ、凝縮水を効果的に排出できる。また、排気ガスの全体量が大きい場合には、調整弁が開放されるため、インレットパイプ内の背圧の過度な上昇を避けることができる。
【０００９】
ここで、前記サブパイプは、前記インレットパイプよりも小径であってもよい。かかる構成とすることで、排気ガスの全体量が小さい場合でも、サブパイプ内の流速を高く保つことができ、凝縮水をより確実に排出できる。
【００１０】
また、さらに、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支持挿通孔を含む、セパレータを、備え、前記インレットパイプは、前記メインパイプとサブパイプとの分岐点よりも上流位置において、前記支持挿通孔に挿通されることで前記セパレータにより支持されてもよい。
【００１１】
かかる構成とすることで、インレットパイプを撓ませることなく、長くすることができ、メインパイプおよびサブパイプの末端出口を、マフラの出口開口近くまで延ばすことができる。結果として、出口開口近傍で排気ガスを噴出できるため、凝縮水をより確実に排出できる。
【００１２】
また、前記調整弁は、動圧により駆動する機械式安全弁であってもよい。かかる構成とすることで、圧力センサや信号配線が不要となり、構成および制御を簡易化できる。
【００１３】
また、前記調整弁は、電気信号により、その開閉が制御される弁であってもよい。かかる構成とすることで、エンジンの駆動状況や周辺環境等に応じて調整弁を開閉できるため、インレットパイプやサブパイプの内圧をより適切に制御できる。
【発明の効果】
【００１４】
本明細書に開示の排気消音装置によれば、インレットパイプより重力方向下側位置を進むサブパイプを設けているため、サブパイプの末端出口からの排気圧力を、膨張室内の底部近傍に溜まった凝縮水に、より確実に干渉させることができ、凝縮水が外部に排出されやすくなる。また、インレットパイプの末端出口に調整弁を設けることで、排気ガスの全体量が小さい場合（例えばエンジンの低速回転時等）には、調整弁が閉鎖されて、排気ガスの大部分はサブパイプに流れるため、排気ガスの全体量が小さい場合でも、高い排気圧力を凝縮水に作用させることができ、凝縮水を効果的に排出できる。また、排気ガスの全体量が大きい場合には、調整弁が開放されるため、インレットパイプ内の背圧の過度な上昇を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】排気消音装置を有し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られるセパレータの正面図である。
【図４】他のサブパイプの構成を示す図である。
【図５】従来の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】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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、紙面上下方向は、車両を水平面に停車させた際の重力方向である。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、インレットパイプ３０から分岐するサブパイプ５０と、インレットパイプ３０の末端出口３４を開閉する調整弁６０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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。図２に示す通り、このインレットパイプ３０は、サブマフラ２０の入口開口および出口開口２４と同軸線上に位置している。また、このインレットパイプ３０の末端出口３４は、サブマフラ２０の流れ方向中央よりも下流側に位置している。この末端出口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の末端出口３４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。
【００２２】
また、インレットパイプ３０の周面には、複数の小孔（図示せず）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、この小孔からも、膨張室２２へと噴出し、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、この小孔の位置や、個数、サイズ、形状等は、希望する消音性能や、後述する排水性能が得られるように、適宜、調整されればよい。
【００２３】
サブパイプ５０は、膨張室２２内において、インレットパイプ３０から分岐したパイプである。サブパイプ５０は、図２に示す通り、セパレータ４０よりも下流側位置において分岐しており、インレットパイプ３０よりも重力方向下側位置を進む。また、サブパイプ５０は、インレットパイプ３０よりも小径であり、例えば、サブパイプ５０の内径は、インレットパイプ３０の内径の８０％以下、より望ましくは、５０％以下である。インレットパイプ３０を流れる排気ガスの一部は、このサブパイプ５０に流れ込み、サブパイプ５０の末端出口５２から膨張室２２に噴出される。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。また、インレットパイプ３０より重力方向下側に位置するサブパイプ５０から排気ガスが噴出されることで、膨張室２２に溜まった凝縮水が効果的に排出されるが、これについては、後述する。
【００２４】
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。かかるセパレータ４０を設けることで、インレットパイプ３０を撓ませることなく長くすることが可能であり、インレットパイプ３０の末端出口３４やサブパイプ５０の末端出口５２を、サブマフラ２０の出口開口２４に近づけることができる。
【００２５】
また、挿通孔４２の周囲には、上流室２２ｕと下流室２２ｄとを連通させる複数（図示例では八つ）の連通孔４４が設けられている。この連通孔４４の位置や、個数、サイズも、求められる消音性能や、排水性能に応じて、適宜、調整されればよい。例えば、上流室２２ｕの底部に溜まった凝縮水が、下流室２２ｄ、ひいては、出口開口２４に流れやすくするために、セパレータ４０のうち、挿通孔４２よりも重力方向下側に設けられる連通孔４４は、他の連通孔４４よりもサイズを大きくしてもよい。なお、こうしたセパレータ４０は、図２に示す通り、サブパイプ５０の分岐点よりも上流側に設けられているため、セパレータ４０には、サブパイプ５０が挿通される挿通孔は設けられていない。
【００２６】
インレットパイプ３０の末端出口３４には、調整弁６０が設けられている。調整弁６０は、インレットパイプ３０の内圧に応じて、末端出口３４を開放または閉鎖する。より具体的には、調整弁６０は、インレットパイプ３０の内圧が、予め規定された基準値未満の場合には、末端出口３４を閉鎖し、当該末端出口３４からの排気ガスの噴出を禁止する。この場合、インレットパイプ３０に流れる排気ガスの大部分は、サブパイプ５０に流れていき、当該サブパイプ５０の末端出口５２から膨張室２２へと噴出する。一方、インレットパイプ３０の内圧が、基準値以上となれば、調整弁６０は、インレットパイプ３０の末端出口３４を徐々に、または、一気に開放し、当該末端出口３４からの排気ガスの噴出を許容する。
【００２７】
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る。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５に示すように、サブマフラ２０内の凝縮水が、出口開口２４から、下流側の排気管１６内に流出し、排気管１６の一部が、凝縮水で満たされてしまう。さらに、この状態で、凝縮水が凍結すると、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。
【００２８】
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の途中で分岐するサブパイプ５０を設けている。このサブパイプ５０は、インレットパイプ３０よりも重量方向下側位置、換言すれば、サブマフラ２０の底面に近い位置を進む。かかるサブパイプ５０の末端出口５２から噴出する排気ガスは、膨張室２２の底部に溜まった凝縮水に干渉しやすい。そして、排気ガスが凝縮水に干渉することで、凝縮水が、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。
【００２９】
ただし、サブパイプ５０から噴出される排気ガスの流量が少ないと、凝縮水に作用する圧力も小さくなり、凝縮水を適切に排出できない。そこで、この第一排気消音装置１０では、インレットパイプ３０の末端出口３４に調整弁６０を設けている。調整弁６０は、既述した通り、インレットパイプ３０の内圧が低い場合には、末端出口３４を閉鎖する。この場合、インレットパイプ３０の上流側から流れてきた排気ガスの大部分は、サブパイプ５０に流れ込むことになる。そして、これにより、排気ガス全体の流量が少ない場合、例えば、エンジンの低速回転時等であっても、サブパイプ５０における排気ガスの流速を高めることができ、凝縮水に高い噴出圧力を作用させることができる。そして、結果として、排気ガス全体の流量が少ない場合でも、効率的に凝縮水をサブマフラ２０の外部に排出できる。なお、排気ガス全体の流量が少ない場合でも、十分な流速が得られるように、サブパイプ５０の内径は、インレットパイプ３０の内径よりも小さくすることが望ましい。
【００３０】
また、排気ガス全体の流量が増加し、インレットパイプ３０の内圧が上昇した場合、調整弁６０は、インレットパイプ３０の末端出口３４を開放する。これにより、インレットパイプ３０の背圧の過度な上昇が防止され、圧力損失の増加や、排気ガスの逆流等が防止される。また、この場合、排気ガス全体の流量が増加しているため、インレットパイプ３０の末端出口３４を開放しても、サブパイプ５０にも、十分な量の排気ガスが流れ、凝縮水が外部に排出される。
【００３１】
以上の説明から明らかな通り、本明細書で開示する第一排気消音装置１０によれば、サブマフラ２０の底面近くに設けられたサブパイプ５０を設けているため、サブマフラ２０の底部に溜まった凝縮水を効率的に排出できる。また、インレットパイプ３０の内圧に応じて、当該インレットパイプ３０の末端出口３４を開閉する調整弁６０を設けているため、サブパイプ５０に流れる排気ガスの流量を高く保つことができ、排気ガス全体の流量が小さい場合でも、凝縮水を効果的に排出できる。
【００３２】
なお、ここで、調整弁６０は、動圧を受けて駆動する機械式安全弁でもよい。したがって、調整弁６０は、例えば、弁体と当該弁体を末端出口３４に密着する方向に付勢するスプリングとを有したような弁装置でもよい。また、別の形態として、調整弁６０は、下流に近づくにつれて互いに近づくように傾斜し、低圧環境下では密着し、高圧環境下では互いに離間する一対の傾斜面を有しダックビルバルブ等でもよい。調整弁６０を機械式安全弁とすることで、圧力検知のためのセンサや、信号配線が不要となり、調整弁６０の開閉制御を簡易化できる。
【００３３】
また、別の形態として、調整弁６０は、電気信号を受けて駆動する弁でもよい。かかる弁としては、例えば、電磁弁の他、弁体を油圧シリンダや空圧シリンダ等のアクチュエータで駆動する弁装置等が挙げられる。こうした調整弁６０は、図示しない制御部から送られる開閉信号（電気信号）に基づいて開閉される。制御部は、例えば、インレットパイプ３０または排気管１６に設けられた圧力センサまたは流量計の検出値、または、エンジンの駆動信号等に基づいて、インレットパイプ３０の内圧あるいはサブパイプ５０からの噴出圧力を推測し、その推測結果に基づいて調整弁６０の開閉信号を生成する。このように、調整弁６０を、電気信号を受けて駆動する弁とすることで、エンジンの駆動状況や周辺環境等に応じた開閉が可能となり、インレットパイプ３０やサブパイプ５０の内圧をより適切に制御できる。
【００３４】
また、これまで説明した構成は、一例であり、インレットパイプ３０から分岐してインレットパイプ３０より重力方向下側に位置するサブパイプ５０と、インレットパイプ３０の末端出口３４を内圧に応じて開閉する調整弁６０と、を有するのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。例えば、図２に示す例では、サブパイプ５０の末端出口５２を、インレットパイプ３０の末端出口３４よりも上流側に位置させている。しかし、サブパイプ５０の末端出口５２は、図４（ａ）に示すように、インレットパイプ３０の末端出口３４よりも下流側に位置してもよい。かかる構成とすることで、出口開口２４に近い位置で、凝縮水に噴出圧力を作用させることができ、凝縮水をより効果的に排出できる。また、かかる構成によれば、消音性能の関係で、インレットパイプ３０の末端出口３４を、出口開口２４に近づけられない場合にも、凝縮水を適切に排出できる。
【００３５】
また、図４（ｂ）に示すように、サブパイプ５０を、比較的、上流位置、例えば、サブマフラ２０の流れ方向中心より上流位置で、インレットパイプ３０から分岐させてもよい。かかる構成とすれば、流速が一時的に低下しやすい屈曲部５４から、サブパイプ５０の末端出口５２までの距離Ｗが増加する。その結果、サブパイプ５０の末端出口５２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。
【００３６】
また、図４（ｃ）に示すように、サブパイプ５０を、インレットパイプ３０の周面から、斜め方向に延びる形状としてもよい。かかる構成とすることで、インレットパイプ３０の軸線Ｌ１とサブパイプ５０の軸線Ｌ２とが成す角度αが大きくなり、インレットパイプ３０に流れていた排気ガスが、サブパイプ５０に逸れやすくなる。結果として、サブパイプ５０の末端出口５２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。
【００３７】
さらに、これまでの説明では、サブパイプ５０を一つだけとしているが、サブパイプ５０は、複数、設けられてもよい。例えば、図４（ｄ）に示すように、複数（図示例では２つ）のサブパイプ５０ａ，５０ｂが、流れ方向に間隔を開けて並ぶ構成としてもよい。かかる構成とすれば、複数のサブパイプ５０ａ，５０ｂで、凝縮水を順次下流側に送り出すことができるため、より確実に凝縮水を排出できる。
【００３８】
また、これまでは、第一排気消音装置１０の構成を例に挙げて説明したが、本明細書で開示した構成は、排気経路途中に設けられる他の排気消音装置、例えば、第二排気消音装置１２等に適用されてもよい。
【符号の説明】
【００３９】
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、２４  出口開口、３０  インレットパイプ、３４  末端出口、４０  セパレータ、４２  挿通孔、４４  連通孔、５０  サブパイプ、５２  末端出口、５４  屈曲部、６０  調整弁。
【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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