(57)【要約】      （修正有）【課題】排気マフラー出口から大気中に放出される際に生じる脈動波を極力防止し、エンジン出力の増大や燃費の改善効果を図るスパイラルテール付省エネ型排気マフラーを提供する。【解決手段】排気マフラー１００と、排気マフラー１００の排気端部に連結されるスパイラルテール２００からなる。スパイラルテール２００は、排気マフラー１００の排気端部に連結される連結端部２１１から排出口２１３に至る径が漸次大径となるテーパー筒状のテールパイプ２１０と、該テールパイプ２１０の内周面に、同一方向に捩れた複数のフィン２１２からなる。排気マフラー１００の排気ガスがテールパイプ２１０を通過するときに、フィン２１２に誘導されて略螺旋状に旋回しながら排出口２１３から大気へ排出されるように構成する。【選択図】図１
0003153112.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスの排気脈動に伴って生じる衝撃波を有効利用する省エネ型の排気マフラーと、該排気マフラーの排気端部に連結されるスパイラルテールとからなり、スパイラルテールは、省エネ型排気マフラーの排気端部に連結される連結端部から排出口に至る径が漸次大径となるテーパー筒状のテールパイプと、該テールパイプの内周面に、同一方向に捩れた状態に配設された複数のフィンとからなり、排気マフラーの排気ガスがテールパイプを通過するときに、フィンに誘導されて略螺旋状に旋回しながら漸次大径となる排出口から大気へ排出されるように構成したことを特徴とするスパイラルテール付省エネ型排気マフラー。
【請求項２】
前記排気マフラーは、排気パイプの途中に設けられたチャンバーと、該チャンバー内に配設された大径排気パイプと小径排気パイプとからなり、該大径排気パイプからチャンバー内に排気ガスを拡散せしめる多数の拡散用孔を大径排気パイプに開穿すると共に、チャンバー内に拡散した排気ガスが圧縮されて小径排気パイプ内に流入される多数の流入孔を小径排気パイプに開穿した請求項１記載のスパイラルテール付省エネ型排気マフラー。
【請求項３】
前記排気パイプにおいて、前記小径排気パイプは、前記大径排気パイプの排気口がわに直線状に連結された請求項１又は２記載のスパイラルテール付省エネ型排気マフラー。
【請求項４】
前記排気パイプにおいて、前記大径排気パイプの側面と前記小径排気パイプの側面とを連結する連結パイプを介して略平行に連結された請求項１又は２記載のスパイラルテール付省エネ型排気マフラー。
【請求項５】
前記チャンバー内に吸音材が配設された請求項１乃至４いずれか記載のスパイラルテール付省エネ型排気マフラー。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、車両に装着して、エンジン効率や燃費効率を改善すると共に、消音性能を高めることができるスパイラルテール付省エネ型排気マフラーに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの燃焼作用を助長せしめてエンジン効率を向上させる排気マフラーとして、特許文献１に開示されているような内燃機関用排気装置が提案されている。
【０００３】
この排気マフラーによると、エンジンからの排気ガスを吸引し、これを多段的に圧縮膨張させて消音すると共に、排気ガスを渦巻状に加速流出させて内燃機関の燃焼作用を助長せしめ、その効率を向上させようとするものである。そのため、マフラーのチャンバー内にストレート状の内管を配設し、この内管の外周に螺旋板（フィン）を設けている。ところが、この排気マフラーは、排気音の拡散を防止する目的で構成されていても、排気ガスを大気中に放出する際の脈動波の発生を防止する構造ではなかった。
【０００４】
通常、4サイクルエンジンでは、シリンダー内で吸入-圧縮-爆発-排気といった一連の運動をピストンの往復運動として繰り返す。このとき、ピストンの動きと同期して開閉する吸気弁と排気弁がシリンダーに設置されている。そして、爆発を終えた高圧の排気ガスは、爆発音を伴って排気弁から排気パイプへ押し出される。このようなピストン運動が繰り返し行われると、排気パイプ内に排気ガスによる排気脈動が周期的に発生する。そして排気脈動を伴った高圧の排気ガスは、排気パイプの途中に設けられたチャンバー（消音器）内で消音されるものである。
【０００５】
元々、チャンバー(Expansion Chamber)とは、主に2サイクルエンジンの排気マフラーにおいて、混合気の充填効率を高める為に排気パイプに設けられた膨張室をいう。そして排気ガスがこのチャンバーに達すると、排気ガスがチャンバー内で勢いよく膨張する。この膨張時に生じる衝撃波がチャンバー内で反射し、排気パイプに引き込まれた混合気をシリンダーに押し戻す作用が生じる。この作用をタイミング良く利用することにより、シリンダー容積を超える混合気が圧縮充填されることになり、結果として排気量を高めたことと同じ効果が得られるものである。
【０００６】
一般に4サイクルエンジンの排気マフラーでは、チャンバーを消音器として使用しているが、4サイクルエンジンでも2サイクルエンジンのチャンバーと同様に、排気パイプ側で排気ガスの流れを制御し、排気パイプ側に吹き抜けた未燃焼ガスをシリンダーに押し戻す作用を備えた省エネ型の排気マフラーがある。
【０００７】
すなわち、排気脈動を制御する目的で、太さの違うパイプや容積を拡大した部屋（チャンバー）などを排気パイプの途中に設けた省エネ型排気マフラーである。この省エネ型の排気マフラーでは、チャンバー内等で発生した衝撃波をシリンダーの排気弁方向に反射させ、未燃焼ガスを効率的にシリンダーに押し込むように調整することで、エンジン効率や燃費効率を改善できることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開昭５３−２３８３５号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、従来の排気マフラーでは、チャンバーから排出された排気ガスが排気マフラーの出口から大気中に放出される際にも、高圧の排気ガスの容積が大気中で一挙に膨張するので、新たな脈動波が生じている。この脈動波はチャンバー内の排気脈動に比べると微小なものであるが、特に省エネ型排気マフラーのように衝撃波を有効利用してエンジン効率を改善する構成の排気マフラーにとって極めて厄介なものになっていた。
【００１０】
すなわち、排気マフラー出口から大気中に放出される際に脈動波が生じると、この脈動波が排気マフラーを伝わり、チャンバー内で反射する衝撃波のリズムに悪影響を与える。そうすると、衝撃波が未燃焼ガスをシリンダーに押し込む有効なタイミングを妨害することになり、省エネ型の排気マフラーにおけるエンジン効率や燃費効率の改善を困難にするものである。
【００１１】
一般に、衝撃波が未燃焼ガスをシリンダーに押し込むことができる有効なタイミング等は、シリンダーからチャンバーまでの排気パイプの長さやチャンバーの容積などから正確に調整する必要があるので、大気中に放出される際に生じる僅かな脈動波でも、その振動等が排気パイプやチャンバー等に伝わると、衝撃波の反射タイミング等が狂う原因になっていた。
【００１２】
したがって、これまでの省エネ型排気マフラーの調整は、排気マフラー出口から大気中に放出される際の脈動波を含めた状態で衝撃波のタイミング等を調整しなければならなかった。そのため、この調整作業が極めて困難な作業になり、しかも、エンジンの改善効率を制限する原因にもなっていた。これらのことから、衝撃波を有効利用する省エネ型の排気マフラーにとって、大気中に放出される際の脈動波の発生を極力防止することが望まれていた。
【００１３】
一方、特許文献１に記載されている排気マフラーでは、チャンバー内の構成について考察されているものの、衝撃波が未燃焼ガスをシリンダーに押し込む作用はもとより、排気マフラー出口から大気中に放出される際に生じる脈動波についての考察は一切されておらず、特許文献１の排気マフラーは、衝撃波を利用してエンジン効率や燃費効率を改善する省エネ型の排気マフラーに関すものではない。
【００１４】
そこで本考案は、上述の課題を解消すべく創出されたもので、排気マフラー出口から大気中に放出される際に生じる脈動波を極力防止し、チャンバー内の衝撃波が未燃焼ガスをシリンダーに押し込む作用を妨げることなく、エンジン出力の増大や燃費の改善効果を図ることができるスパイラルテール付省エネ型排気マフラーの提供を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述の目的を達成すべく本考案における第１の手段は、排気ガスの排気脈動に伴って生じる衝撃波を有効利用する省エネ型の排気マフラー１００と、該排気マフラー１００の排気端部に連結されるスパイラルテールとからなり、スパイラルテールは、省エネ型排気マフラー１００の排気端部に連結される連結端部２１１から排出口２１３に至る径が漸次大径となるテーパー筒状のテールパイプ２１０と、該テールパイプ２１０の内周面に、同一方向に捩れた状態に配設された複数のフィン２１２とからなり、排気マフラー１００の排気ガスがテールパイプ２１０を通過するときに、フィン２１２に誘導されて略螺旋状に旋回しながら漸次大径となる排出口２１３から大気へ排出されるように構成したことにある。
【００１６】
第２の手段の前記排気マフラー１００は、排気パイプ１１０の途中に設けられたチャンバー１２０と、該チャンバー１２０内に配設された大径排気パイプ１１１と小径排気パイプ１１５とからなり、該大径排気パイプ１１１からチャンバー１２０内に排気ガスを拡散せしめる多数の拡散用孔１１２を大径排気パイプ１１１に開穿すると共に、チャンバー１２０内に拡散した排気ガスが圧縮されて小径排気パイプ１１５内に流入される多数の流入孔１１６を小径排気パイプ１１５に開穿したものである。
【００１７】
第３の手段は、前記排気パイプ１１０において、前記小径排気パイプ１１５は、前記大径排気パイプ１１１の排気口がわに直線状に連結されたものである。
【００１８】
第４の手段は、前記排気パイプ１１０において、前記大径排気パイプ１１１の側面と前記小径排気パイプ１１５の側面とを連結する連結パイプ１１７を介して略平行に連結されたものである。
【００１９】
第５の手段は、前記チャンバー１２０内に吸音材が配設されたことを課題解消のための手段とする。
【考案の効果】
【００２０】
請求項１によると、排気ガスがテールパイプ２１０を通過するときに、フィン２１２に誘導されて略螺旋状に旋回しながら漸次大径となる排出口２１３から大気へ排出するように構成しているので、排気ガスは遠心力と慣性によって、回転しながら拡散した状態で大気中に放出される。さらに、テールパイプ２１０の中心部分を通過する排気ガスは、周囲より圧力が低下した状態で移動して大気中に排出される。そのため、排気ガスが排出口２１３から大気中に放出される際に、この排気ガスが急激に膨張して生じる脈動波を抑制することができる。この結果、省エネ型排気マフラー１００によるエンジン改善効率を高め、衝撃波のタイミング等の調整作業も容易になった。
【００２１】
また、請求項２の如く、省エネ型の排気マフラー１００として、排気パイプ１１０の途中にチャンバー１２０が設けられ、該チャンバー１２０内で排気パイプ１１０の径を大径から小径に変更すると共に、大径排気パイプ１１１からチャンバー１２０内に排気ガスが拡散するように多数の拡散用孔１１２を大径排気パイプ１１１に開穿し、このチャンバー１２０内に拡散した排気ガスが再び圧縮されて小径排気パイプ１１５内に流入される流入孔１１６を小径排気パイプ１１５に多数開穿し、チャンバー１２０内の排気脈動に伴って生じる衝撃波を有効利用する省エネ型排気マフラーとすることで、この省エネ型排気マフラー１００の衝撃波のタイミング等を妨げることなく、エンジン効率や燃費効率を更に改善することができる。
【００２２】
請求項３によると、排気パイプ１１０において、小径排気パイプ１１５を前記大径排気パイプ１１１の排気口がわに直線状に連結することで、コンパクトな使用が可能になり、比較的排気量が少ない車両の排気パイプとして使用するのに好適である。
【００２３】
請求項４によると、前記排気パイプ１１０において、前記大径排気パイプ１１１の側面と前記小径排気パイプ１１５の側面とを連結する連結パイプを介して略平行に連結することで、特に、排気量が多い車両の排気パイプとして使用するのに好適である。
【００２４】
請求項５により、チャンバー１２０内に吸音材が配設され、しかも、排気ガスの膨張により生じる脈動波を抑制することで高い消音性能が得られるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本考案排気マフラーの一実施例を示す側断面である。
【図２】本考案排気マフラーの一実施例を示す正面図である。
【図３】本考案排気マフラーの他の実施例を示す側断面である。
【考案を実施するための形態】
【００２６】
本考案によると、排気マフラー出口から大気中に放出される際に生じる脈動波を抑制し、チャンバー内の衝撃波が未燃焼ガスをシリンダーに押し込む作用を妨げることなく、エンジン出力の増大や燃費の改善効果を図ることができるスパイラルテール付省エネ型排気マフラーを実現した。
【実施例】
【００２７】
以下、本考案を図示例に基づいて説明する。本考案排気マフラーの構成は、省エネ型の排気マフラー１００と、該排気マフラー１００の排気端部に溶着手段で連結したスパイラルテール２００とからなる。
【００２８】
本考案における省エネ型の排気マフラーとは、特に、排気ガスの排気脈動に伴って生じる衝撃波を有効利用するタイプの排気マフラーを総称する。すなわち、太さの違うパイプや容積を拡大した部屋（チャンバー）などを排気パイプの途中に設けることで、排気パイプ側で排気ガスの流れを制御し、排気パイプ側に吹き抜けた未燃焼ガスをシリンダーに押し戻す作用を備えた排気マフラーである。この省エネ型の排気マフラーは、チャンバー内等で発生した衝撃波をシリンダーの排気弁方向に反射させ、未燃焼ガスを効率的にシリンダーに押し込むように調整することで、エンジン効率や燃費効率を改善できることが知られている。
【００２９】
図示例の排気マフラー１００は、排気パイプ１１０の途中にチャンバー１２０を設けたものである（図１、図３参照）。そして、このチャンバー１２０内で、排気パイプ１１０の径を、排気ガスの排出方向に向かって大径から小径に変更している。すなわち、エンジン側の排気パイプ１１０を大径排気パイプ１１１とし、排出口側の排気パイプ１１０を小径排気パイプ１１５とするもので、これら大径排気パイプ１１１と小径排気パイプ１１５とをチャンバー１２０の内部で連結したものである。
【００３０】
さらに、大径排気パイプ１１１に多数の拡散用孔１１２を開穿し、この拡散用孔１１２からからチャンバー１２０内に排気ガスが拡散するように構成している。一方、小径排気パイプ１１５にも流入孔１１６を多数開穿してあり、このチャンバー１２０内に拡散した排気ガスが再び圧縮され、この流入孔１１６から小径排気パイプ１１５内に流入するように構成している。このような構成により、チャンバー１２０内の排気脈動に伴って生じる衝撃波を有効利用する省エネ型排気マフラーとなっている。
【００３１】
図１に示す排気パイプ１１０は、小径排気パイプ１１５を大径排気パイプ１１１の排気口がわに直線状に連結し、チャンバー１２０内の排気パイプ１１０を１本に連結した例を示している。
【００３２】
一方、図３に示す排気パイプ１１０は、大径排気パイプ１１１の側面と前記小径排気パイプ１１５の側面とを連結する連結パイプ１１７を介して略平行に連結されたもので、チャンバー１２０内の排気パイプ１１０を２本にした例を示している。
【００３３】
また、これらのチャンバー１２０の内部側面に吸音材を配設することも可能である（図示せず）。この吸音材は、耐熱性に優れたものであれば任意に選択できるものである。さらに、大径排気パイプ１１１と小径排気パイプ１１５との連結手段や連結構造など、排気パイプ１１０の数やサイズの変更は、エンジンの排気量によって任意に変更することができる。
【００３４】
スパイラルテール２００は、テールパイプ２１０とフィン２１２とで構成する（図１、図３参照）。テールパイプ２１０は、連結端部２１１から排出口２１３に至る径が漸次大径となるテーパー筒状の金属製部材である。
【００３５】
一方、フィン２１２は、テールパイプ２１０の内周面に配設された部材で、適宜金属材（例えば、ステンレス）や、適宜強化樹脂材や、適宜複合材等によって形成され、略帯板状を呈している。そして、複数（例えば、６枚、８枚、１２枚等）のフィン２１２は、テールパイプ２１０の中心線に対して同一方向に捩れた状態に配されている（図２参照）。
【００３６】
そして、テールパイプ２１０内を通過する排気ガスがフィン２１２に誘導されて略螺旋状に旋回し、漸次大径となる排出口２１３から拡散しながら大気へ排出されるように構成している。このとき、フィン２１２の中心部を通過する排気ガスの圧力減少が生じることで排気作用を促進し、排気マフラー１００内部の排気抵抗を軽減することによっても省エネルギー効果を高めるものである。
【００３７】
このテールパイプ２１０は、ステンレス等の適宜金属材や、適宜複合材等によって形成される。図示例のテールパイプ２１０の外側には、排出口２１３を設けて外観上の体裁が良くなるように構成している。この排出口２１３は、適宜金属材（例えば、ステンレス）や、適宜強化樹脂材、適宜複合材等によって形成されているもので、その外表面に適宜装飾を施すこともできる。また、排出口２１３自体を設けずに、テールパイプ２１０のみの使用も可能である。
【００３８】
尚、スパイラルテール２００は、図示の省エネ用排気マフラー１００に連結するほか、他のタイプの省エネ型排気マフラーに連結して使用することも可能である。すなわち、他のタイプの省エネ型排気マフラーでも、大気へ排出する際の脈動波の発生を防止するので、この省エネ用排気マフラーによるエンジンの改善効率、すなわち、エンジン効率や燃費効率を改善することができるものである。
【００３９】
また、省エネ型の排気マフラー１００や本考案排気マフラーの具体的構成、形状、寸法、材質、排気マフラーへの具体的装着手段、フィン２１２の具体的構成、形状、寸法、材質、数、配設位置、捩れ状態等は、図示例のもの等に限定されることなく適宜自由に設計変更できるものである。
【００４０】
本考案排気マフラーは、前述の如く構成されており、次にその使用効果を示すデータについて説明する。
【００４１】
【表１】
0003153112.tif 000003
【００４２】
【表２】
0003153112.tif 000004
【００４３】
【表３】
0003153112.tif 000005
【００４４】
表１〜表３は、純正の排気マフラーと、本考案を使用した図１に示す本考案排気マフラーとの比較データを示している。表１はパワーデータ比較を示し、表２はトルクデータ比較を示している。さらに、これらの結果を表３のグラフにまとめている。実験では、2000ccのエンジンを搭載した車両の純正マフラー使用時と、本考案使用時の各データを比較したものである。
【００４５】
この結果、本考案使用時のエンジンパワーは167.3KW（227.5ps）となり、純正マフラー使用時のエンジンパワーの151.2KW（205.6ps）に比べて＋21.9psものエンジンパワーの向上が認められた（表３）。
【００４６】
また、トルクデータ比較では、本考案使用時のエンジントルクは404.9Nm（41.3kg-m）となり、純正マフラー使用時のエンジンパワーの357.5Nm（36.5kg-m）に比べて＋4.8kg-m ものエンジントルクの向上があった（表３）。
【００４７】
尚、パワーデータ比較及びトルクデータ比較の測定器として、シャーシダイナモ（ボッシュ（登録商標）FLA206）を使用した。
【００４８】
【表４】
0003153112.tif 000006
【００４９】
表４は、図１に示す本考案排気マフラーと、純正の排気マフラーとの近接排気騒音を比較したデータを示している。
【００５０】
この近接排気騒音データ比較では、2000ccのエンジンに搭載した車両の純正マフラーと、本考案使用時の近接排気騒音データを比較した。実験の結果、純正マフラー使用時の近接排気騒音が81dBとなったのに比べて、本考案使用時では74dBとなり、-7.0 dBもの低下が認められた。尚、近接排気騒音データ比較の測定器として、精密騒音計（小野測器LA4350）を使用した。
【００５１】
さらに、本考案における燃費性能実験を行った。この実験では、3500ccのエンジンに搭載した車両の純正マフラーと、図２に示す本考案排気マフラーとの燃費データを比較した。
【００５２】
実験は、通称、満タン方と称されるもので、同一のコースを全く同じ条件で繰返し走行し、その時の走行距離と給油量で燃費を算出するものである。給油量の記録は、給油機による自動停止方法を指定して同一条件下の給油量を記録した。走行距離は、車載のオドメータの記録を採用し、給油時にリセットして次の給油までの距離を記録した。燃費（Km/l）は、走行距離（Km）÷給油量（l）である。走行パターンは、トータル性能を確認する為、３種類の走行条件を盛り込んだ設定とした。今回の走行パターンは、一般道30Km、高速道路94Km、山道（上り/下り）23Kmを含んだ全走行距離約150Kmに設定した。走行条件は、定員3名とし、エアコンを25℃設定とする。一般道走行時は交通法規に準じ道路状況の流れに合せる。高速道走行時は、交通法規に準じ、基本的に100Km/h巡航とする。また、道路状況や道路事情に著しい変化があった場合はデータを取り直すものとした。
【００５３】
燃費性能実験の結果、本考案使用時の燃費は12.1（Km/l）となり、純正マフラー使用時の燃費の10.6（Km/l）に比べて＋14%もの燃費の向上が認められた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本考案によると、各種の省エネ型排気マフラーのほか、通常使用されている消音用の排気マフラーとしても利用することが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１００  排気マフラー
１１０  排気パイプ
１１１  大径排気パイプ
１１２  拡散用孔
１１５  小径排気パイプ
１１６  流入孔
１１７  連結パイプ
１２０  チャンバー
２００  スパイラルテール
２１０  テールパイプ
２１１  連結端部
２１２  フィン
２１３  排出口
２２０  カバー体
【図１】
0003153112.tif 000007
【図２】
0003153112.tif 000008
【図３】
0003153112.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月15日(2009.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
排気マフラーと、該排気マフラーの排気端部に連結されるスパイラルテールとからなり、スパイラルテールは、省エネ型排気マフラーの排気端部に連結される連結端部から排出口に至る径が漸次大径となるテーパー筒状のテールパイプと、該テールパイプの内周面に、同一方向に捩れた状態に配設された複数のフィンとからなり、排気マフラーの排気ガスがテールパイプを通過するときに、フィンに誘導されて略螺旋状に旋回しながら漸次大径となる排出口から大気へ排出されるように構成したことを特徴とするスパイラルテール付省エネ型排気マフラー。
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月18日(2009.6.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
排気マフラーと、該排気マフラーの排気端部に連結されるスパイラルテールとからなり、スパイラルテールは、前記排気マフラーの排気端部に連結される連結端部から排出口に至る径が漸次大径となるテーパー筒状のテールパイプと、該テールパイプの内周面に、同一方向に捩れた状態に配設された複数のフィンとからなり、排気マフラーの排気ガスがテールパイプを通過するときに、フィンに誘導されて略螺旋状に旋回しながら漸次大径となる排出口から大気へ排出されるように構成したことを特徴とするスパイラルテール付省エネ型排気マフラー。