(57)【要約】【課題】アウターシェルに貯水された水がインナーパイプから流出しにくい車両用マフラーを提供する。【解決手段】マフラー１０は、複数のルーバー穴５２、６０が設けられたインナーパイプ４０と、インナーパイプ４０の周囲を覆うアウターシェル２０と、を備え、アウターシェル２０は、その両端に挟まれた中央側部分において、少なくとも車両下方向に拡径されており、インナーパイプ４０は、アウターシェル２０内で、少なくとも車両下方向に前記アウターシェルの両端よりも拡径されており、ルーバー穴５２、６０の少なくとも一つは、インナーパイプ４０の拡径された部分の底面に設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の孔が設けられたインナーパイプと、
前記インナーパイプの周囲を覆うアウターシェルと、
を備え、
前記アウターシェルは、その両端に挟まれた中央側部分において、少なくとも車両下方向に拡径されており、
前記インナーパイプは、前記アウターシェル内で、少なくとも車両下方向に前記アウターシェルの両端よりも拡径されており、
前記孔の少なくとも一つは、前記インナーパイプの拡径された部分の底面に設けられていることを特徴とする車両用マフラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の排気系の構造に関し、特に車両用マフラーの貯水処理構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
マフラーは、内燃機関（エンジン）を備えた車両の排気ガスの排気経路に用いられる部品である。マフラーでは、外観を構成するアウターシェルと、その内側に延びるインナーパイプを備えることが多い。
【０００３】
下記特許文献１には、ターボエンジン用のマフラーが開示されている。この技術では、マフラーのアウターシェルは中央部分で拡径されているが、その内部に設けられたインナーパイプは、拡径されることなくマフラーの排気入口から排気出口まで直線状に連続して延びている。そして、マフラーでは、インナーパイプとアウターシェルとを連通するルーバー穴が、インナーパイプの上面側にも下面側にも設けられている。
【０００４】
下記特許文献２には、インナーパイプがアウターシェル（この文献ではエンドプレートと呼んでいる）の端部に圧入され、これによりアウターシェルとインナーパイプが接続されたマフラーの構造が開示されている。
【０００５】
下記特許文献３には、アウターシェルの内部に、内側インナーパイプと外側インナーパイプを備えたマフラーが開示されている。内側インナーパイプは外側インナーパイプに隙間をあけて挿入されている。そして、内側インナーパイプの一端（外側インナーパイプに挿入されていない側）がアウターシェルの一端に固定され、外側インナーパイプの他端（内側インナーパイプが挿入されていない側）がアウターシェルの他端に固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−０２９２２４号公報
【特許文献２】特開２００５−２５６７５４号公報
【特許文献３】特開２００８−０３１９２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
マフラーに流れる排気ガスには、水蒸気が含まれている。この水蒸気は、低温時には凝縮して水となり、アウターシェル内の底付近に溜まりやすい。そして、車両が傾斜して停止した状態では、アウターシェル内の水がマフラーから上流または下流の排気管に流出して排気管内に溜まることになる。
【０００８】
特に、近年のエンジン駆動車両は、燃費改善による熱効率の向上、ハイブリッド化やアイドリングストップ技術による燃焼停止、排気ガス熱交換器の設定による排気熱回収等の理由によって、排気ガス温度が低下しているために、凝縮水の発生増大が起きている。その一方で、排気系に関しては、車両法規、ＮＶＨ（騒音、振動、ハーシュネス）等による車両性能要求のために、一層の静音化が求められている。静音化のために、マフラー容量を増大させて消音効果を高める動きもある。よって、排気量の小さいコンパクトカーなどでは、排気管の細さに比べて大量の凝縮水を抱えることになる。
【０００９】
この結果、気温が非常に低い場合には、排気管内の水が凍結して、排気管の一部または全部が塞がってしまうケースが考えられる。排気管の閉塞はエンジン始動の不良につながる。
【００１０】
本発明の目的は、従来のマフラーに比べて、アウターシェルに貯水された水がインナーパイプから流出しにくいマフラーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の車両用マフラーは、複数の孔が設けられたインナーパイプと、前記インナーパイプの周囲を覆うアウターシェルと、を備え、前記アウターシェルは、その両端に挟まれた中央側部分において、少なくとも車両下方向に拡径されており、前記インナーパイプは、前記アウターシェル内で、少なくとも車両下方向に前記アウターシェルの両端よりも拡径されており、前記孔の少なくとも一つは、前記インナーパイプの拡径された部分の底面に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
マフラーは、その入口側が、車両のエンジンから排出される排気ガスの排気管に接続される。マフラーの出口側が、さらに別の排気管に接続されることも多いが、いずれにしても、マフラーは、車両から排気ガスを排出する排気経路を構成している。
【００１３】
このマフラーは、インナーパイプと、その周囲に設けられたアウターシェルとを備えるように構成される。インナーパイプを多層構造とする場合や、アウターシェルを多室構造にする場合など、様々な変形態様をとることも可能である。アウターシェルは軸回りに対照的な形状（円筒形状）の他、水平方向に拡がった扁平形状に形成されることも多い。
【００１４】
インナーパイプには、上流の排気管から流れてくる全部または大部分のガスが流し込まれる。インナーパイプには、その壁面に複数の孔が設けられている。孔は、インナーパイプの断面積よりも小さなサイズで作られた小孔であり、例えば、パンチ穴やルーバー穴などによって形成することが可能である。孔の大きさや数は、アウターシェル側とのガス交換量、消音効果、圧力や流れの乱れなどを勘案して適宜設定することが可能である。孔は、例えば、インナーパイプの全周方向（つまり上面、下面、側面など全ての面に）かつ入口近くから出口近くにわたって設けられる。しかし、全周的な配置ではなく、一部の面に集中的に配置されるなどしてもよい。
【００１５】
アウターシェルは、インナーパイプを囲うように設けられている。アウターシェルは、インナーパイプに設けられた孔と連携して、気流音を抑制する。音をさらに抑制するために、アウターシェルとインナーパイプの間には、ガラスウールなどの吸音材が設置されることもある。アウターシェルの形状は特に限定されないが、中央側部分（両端に対して相対的に中央である部分をいい、必ずしも両端間の中点を含む部分でなくてもよい）で少なくとも車両下方向に拡径されている。
【００１６】
アウターシェル内において、インナーパイプは、マフラーを車両に設置した場合において少なくとも車両下方向側に拡径されている。すなわち、インナーパイプの下面に着目した場合、アウターシェル内の途中位置において、インナーパイプ下面は入口側及び出口側よりも下方向を通る形状となるように下方向に拡げられている。拡径は、アウターシェルの両端よりも径が大きくなるように行われている。インナーパイプの上面や側面に関しては、形状上の特段の制約はない。例えば、上面に関して車両上方向に拡径する態様、拡径せずに入口側から出口側に向かって水平に伸ばす態様、上面を下方向に下げる（縮径する）態様など、様々な態様をとることができる。側面に関しても、幅方向に拡径を行ってもよいし、幅方向には等幅としてもよいし、幅方向に縮径してもよい。インナーパイプの断面積変化や屈曲に関係する圧損、アウターシェルとインナーパイプとの間の空間の大きさに関係する消音効果、製造の容易さなどを勘案して、適宜インナーパイプの形状を設定することが可能である。例えば、インナーパイプを上方向及び下方向の両方に拡径することで、あるいは全方向に拡径することで適当な製造方法の下での製造が容易になる場合には、そのような形状をとることができる。
【００１７】
インナーパイプに設けられた少なくとも一つの孔は、インナーパイプの拡径された部分の底面に設けられている。つまり、マフラーを車両に取り付け、車両をほぼ水平にした状態でみたときにその底面（地面に近い部分を構成する面）に設けられている。特に、最底部分あるいはその周辺（最底部分からみて高さ方向に例えば５ｍｍ以内あるいは１０ｍｍ以内の範囲）に設けることができる。底面に設ける孔は、１個であってもよいが、複数とした場合には、底面における水及び排気ガスの交換が活発化する。
【００１８】
一般に、車両のエンジン起動中には、アウターシェル内に貯水された水がインナーパイプ内に流れ込むと、排気ガスの流れによる吹き飛ばし作用や、高温の排気ガスによる蒸発作用によって、速やかにマフラー外、さらには車両外に排出される。よって、インナーパイプの底面に孔を設けた場合には、アウターシェル内では、インナーパイプの底面の高さよりも高くまで水が溜まる可能性が低くなる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のマフラーによれば、アウターシェル内においてインナーパイプが少なくとも車両下方向に拡径しており、その底面には孔が設けられているため、インナーパイプが拡径していない場合に比べて、アウターシェル内の水面の高さを下げることが可能となる。この結果として、例えば、車両が斜めの角度で停車してエンジンを停止したような場合に、アウターシェルに溜まっていた水が、マフラーの入口側あるは出口側の排気管に流れ込む状況を防止ないしは軽減することが可能となる。特に、低温時に排気管内で水が凍結し、排気管の一部または全部が塞がれる状況を防止ないしは低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態にかかるマフラーが水平状態にある場合の概略的断面図である。
【図２】本実施形態にかかるマフラーが傾斜状態にある場合の概略的断面図である。
【図３】参考例にかかるマフラーが水平状態にある場合の概略的断面図である。
【図４】参考例にかかるマフラーが傾斜状態にある場合の概略的断面図である。
【図５】参考例にかかる排気管が傾斜状態にある場合の概略的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態について説明する。ここに示す実施形態は、本発明に基づいて実施可能となる形態を例示するものであり、本発明は、これ以外の形態でも実施可能である。
【００２２】
図１は、本実施形態にかかるマフラー１０の概略的な垂直断面図である。マフラー１０は、図面の左が入口側（排気ガスの流れでみた上流側）であり、右が出口側である。マフラー１０の主たる構成部材は、外観形状をなすアウターシェル２０と、その内部に設けられたインナーパイプ４０である。これらは、高温の排気ガスにも耐えられるように金属材料によって作られている。
【００２３】
アウターシェル２０は、中央部で上方向及び下方向に拡径された形状に作られている。すなわち、入口側部分２２は相対的に小径であり、そこから出口側に向かって、径拡大部分２４、最大径部分２６、径縮小部分２８、及び相対的に小径な出口側部分３０が並んでいる。また、インナーパイプ４０では、入口側部分４２は相対的に小径であり、そこから上側の面に着目すると、出口側に向かって、径拡大部分４４、最大径部分４６、径縮小部分４８、相対的に小径な出口側部分５０が並んでいる。最大径部分４６は、アウターシェル２０の両端である入口側部分２２及び出口側部分３０よりも大きく、かつ、中央側部分である最大径部分２６よりも小さいサイズで拡径されている。他方、インナーパイプ４０の下側の面に着目すると、入口側部分４２、径拡大部分５４、最大径部分５６、径縮小部分５８、出口側部分５０の並びで構成されている。最大径部分５６は、アウターシェル２０の両端である入口側部分２２及び出口側部分３０よりも大きく、かつ、中央側部分である最大径部分２６よりも小さいサイズで拡径されている。下側の面における最大径部分５６は、上側の面における最大径部分２６に比べて、拡径の度合いが大きく作られている。したがって、上側の面における径拡大部分２４と径縮小部分２８の傾きは、下側の面における径拡大部分５４と径縮小部分５８に比べて小さい。インナーパイプ４０の内部空間に着目すると、入口側部分４２に対応した入口側空間８２は断面積が狭く、径拡大部分４４、５４に対応した径拡大空間８４は断面積が拡大をしており、最大径部分４６、５６は断面積が最大であり、径縮小部分４８、５８は断面積が縮小しており、出口側部分５０に対応した出口側空間９０は、入口側空間８２と同程度の断面積となっている。そして、インナーパイプ４０の外側とアウターシェル２０の内側とに囲まれたアウターシェル空間８０は、このインナーパイプ４０内の断面積に応じた空間的な拡がりを持っている。
【００２４】
インナーパイプ４０の最大径部分４６、５６には、上面の複数のルーバー穴５２、下面の複数のルーバー穴６０を含め、全周的にほぼ均一な散らばりで、多数のルーバー穴が設けられている。これらのルーバー穴は、インナーパイプ４０の側面を貫通して作られており、排気ガスが出入りできる。また、インナーパイプ４０の入口側部分４２の外周は、溶接個所７０によって、アウターシェル２０の入口側部分２２溶接され、アウターシェル２０に対して固定されている。他方、インナーパイプ４０の出口側部分５０の外周には、スライドメッシュ７２が設けられており、これを介してアウターシェル２０の出口側部分３０と相対的な移動が可能なように構成されている。これは、アウターシェル２０とインナーパイプ４０が高温時に異なる温度になり、異なる度合いで熱膨張した場合に、両者をスライドさせて、その差異を吸収するためである。
【００２５】
続いて、マフラー１０が車両に取り付けられた場合の動作について説明する。図１に示した状態は、車両がほぼ水平に配置された状況を想定しており、マフラー１０もほぼ水平に配置されている。マフラー１０は、入口側が上流側排気管に接続されており、出口側が下流側排気管に接続されている。
【００２６】
排気ガスは、燃料である炭化水素等を燃焼させた結果生じる気体であり、高温の二酸化炭素や水蒸気などが含まれている。排気ガスは、インナーパイプ４０の入口側空間８２に流された場合、激しい乱れを伴いながら、基本的には、径拡大空間８４、最大径空間８６、径縮小空間８８、出口側空間９０の順に流れて、下流の排気管に排出される。しかし、最大径空間８６では、ルーバー穴５２、６０を通じてインナーパイプ４０からアウターシェル空間８０に流れ出す排気ガスも少なからずあり、また、流れ出した量に対応して、インナーパイプ４０の中へと戻ってくる排気ガスもある。
【００２７】
外気が冷たくアウターシェル２０の温度が低いと、アウターシェル空間８０に流れ出た排気ガスが冷やされて、水蒸気が凝縮する場合がある。図１に示した例では、アウターシェル空間８０の下部に凝縮水９２が溜まっている。その水面９４は、インナーパイプ４０の下側の面の最大径部分５６の高さとほぼ同じである。凝縮水９２が増えて水面９４が上昇した場合には、水はルーバー穴６０を通って、インナーパイプ４０内に流れ込み、排気ガスの流れに巻き込まれて、あるいは、排気ガスの高温によって気化して、排出されるためである。
【００２８】
次に、図２を用いて、車両が斜めの状態でエンジン停止した車両駐車の場合について説明する。図２は、図１に示したマフラー１０について、車両が水平面に対して約８度の角度で後傾して停車した状態を説明する図であり、符号は適宜省略している。
【００２９】
停止状態において、凝縮水１００はアウターシェル空間８０の下部後寄りに集まっており、その一部はインナーパイプ４０内の最大径空間８６及び径縮小空間８８に入り込んでいる。しかし、水面１０２は、比較的低く保たれており、インナーパイプ４０内で出口側空間９０を通じて下流の排気管に流れ出すものはなく、アウターシェル空間８０からスライドメッシュ７２を通じて下流の排気管に流れ出すものもない。このため、車両が氷点下の状態に長く置かれたとしても、マフラー１０の内部で凝縮水１００が凍結するだけであり、排気管の中では凍結は起こらない。マフラー１０では、図２に示した状態で凝縮水１００が凍結したとしても、排気ガスを排出する機能は失われておらず、エンジンを起動する上での影響は微小である。
【００３０】
ここで、図３から図５を用いて、参考形態について説明する。図３は、水平状態の車両に搭載された別のマフラー１１０の概略的な垂直断面図であり、図４はその車両を約８度後傾させた場合におけるマフラー１１０の状況を示す概略的な垂直断面図である。
【００３１】
図３に示したマフラー１１０は、アウターシェル１２０とインナーパイプ１４０を備えている。アウターシェル１２０は、図１のマフラー１０におけるアウターシェル２０とほぼ同一の形状をしている。しかし、インナーパイプ１４０は、図１のインナーパイプ４０とは異なり、拡径部分は無く、入口側部分１４２から出口側部分１４４まで直線状に延びており、その断面積も一定である。インナーパイプ１４０には、全周的にルーバー穴１４６、１４８が設けられている。
【００３２】
図３のマフラー１１０を低温状態で利用した場合、アウターシェル空間１８０の下部には凝縮水１５０が溜まる。その水面１５２は、アウターシェル１２０の出口側部分１３０の下面の高さとほぼ同じである。これは、さらに凝縮水１５０が溜まって水面１５２が高くなっても、スライドメッシュ１７２の隙間から水が流れ出してしまうためである。したがって、車両が水平である場合には、図３で示した状態が、最も水面１５２が高い状態である。
【００３３】
図４に示したように、車両を水平から約８度後傾させてエンジン停止した車両駐車の場合には、凝縮水１６０の水面は、スライドメッシュ１７２の高さとなる。この過程で、一部の凝縮水はルーバー穴１４８を介してインナーパイプ１４０に流れ込み、出口側部分１４４を介して下流の排気管に流れ出す。また一部の凝縮水は、スライドメッシュ１７２からアウターシェル１２０の出口側部分１３０に入り込み、下流の排気管に流れ出す。
【００３４】
図５は、図４のマフラー１１０に接続された排気管１９０の概略的な垂直断面図である。排気管１９０は、車両が水平の場合には水平に配管されている水平部分１９２と、車両が水平の場合には鉛直に配管されている鉛直部分１９４とを含んでいる。しかし、車両の約８度の傾きに対応して、水平部分１９２、鉛直部分１９４ともに約８度傾いている。この結果、配管に流れ込んだ凝縮水１９６は、角部２００付近に溜まってしまっている。角部２００では、凝結水の水面１９８は、配管断面積の９０％近くを占めており、凍結膨張した場合には、配管はほとんど閉塞してしまう。
【００３５】
図３から図５の参考例で説明したように、エンジン停止時の車両の傾きに伴って、マフラーから凝縮水が流れ出ると、排気管を凍結させてしまう可能性がある。この点、図１及び図２を用いて説明した本実施の形態では、マフラーに溜まっている凝縮水の量が少なく、水面も低く、また、ある程度傾いた場合にもマフラーから水が流れ出ないように構成することができている。
【００３６】
車両が何度傾いた場合に、マフラーから水が流れるようにするか、どの程度の水が流れるようにするかは、排気管の太さや角度などに基づく水のたまりやすさを考慮した上で、適宜設計すればよい。その際には、マフラーの大きさ、消音性能、圧損なども考慮することで、車両全体の性能向上を図ることが可能となる。これによって、適当な全体形状の下で、インナーパイプの下面側がアウターシェルの下面側の最大拡径部に接触する拡径の大きさを１００％と定義すると、例えば、９０％より大きく拡径する、８０％より大きく拡径する、７０％より大きく拡径する、６０％より大きく拡径する、５０％より大きく拡径する、４０％よりも大きく拡径するなど、拡径の下限条件が決められる場合がある。また、同様に、９５％よりも小さく拡径する、８５％よりも小さく拡径する、７５％よりも小さく拡径する、６５％よりも小さく拡径する、５５％よりも小さく拡径するなど、拡径の上限条件が決められる場合がある。
【符号の説明】
【００３７】
１０  マフラー、２０  アウターシェル、２２  入口側部分、２４  径拡大部分、２６    最大径部分、２８  径縮小部分、３０  出口側部分、４０  インナーパイプ、４２  入口側部分、４４  径拡大部分、４６  最大径部分、４８  径縮小部分、５０  出口側部分、５２  ルーバー穴、５４  径拡大部分、５６  最大径部分、５８  径縮小部分、６０    ルーバー穴、７０  溶接個所、７２  スライドメッシュ、８０  アウターシェル空間、８２  入口側空間、８４  径拡大空間、８６  最大径空間、８８  径縮小空間、９０  出口側空間、９２  凝縮水、９４  水面、１００  凝縮水、１０２  水面、１１０  マフラー、１２０  アウターシェル、１３０  出口側部分、１４０  インナーパイプ、１４２  入口側部分、１４４  出口側部分、１４６  ルーバー穴、１４８  ルーバー穴、１５０  凝縮水、１５２  水面、１６０  凝縮水、１７２  スライドメッシュ、１８０  アウターシェル空間、１９０  排気管、１９２  水平部分、１９４  鉛直部分、１９６  凝縮水、１９８  水面、２００  角部。
【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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