(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気装置用マフラであって、
マフラケーシング（１２）と、
前記マフラケーシング（１２）内に配置された、伝熱媒体及び燃焼排気が通流可能な、燃焼排気から伝熱媒体に熱伝達する熱交換器ユニット（４８）と、
燃焼排気を前記マフラケーシング（１２）内へ導入する流入管（３８）と、
燃焼排気を前記マフラケーシング（１２）から導出する第１の流出管（５２）と、
燃焼排気を前記マフラケーシング（１２）から導出する第２の流出管（４０）と、
流路開閉ユニット（５８）と、
を有し、
前記マフラケーシング（１２）内に、燃焼排気を前記熱交換器ユニット（４８）を通して前記第１の流出管（５２）に案内する第１の排気流路（５４）が設けられており、
前記マフラケーシング（１２）内に、燃焼排気を前記熱交換器ユニット（４８）を迂回して前記第２の流出管（４０）に案内する第２の排気流路（５６）が設けられており、
前記流路開閉ユニット（５８）により、前記第１の排気流路（５４）と前記第２の排気流路（５６）のうちの少なくとも１つの排気流路（５４，５６）が選択的に開閉されることを特徴とする、マフラ。
【請求項２】
前記流路開閉ユニット（５８）は、前記第１の流出管（５２）に対応して配置された流路開閉機構（６０）を有し、該流路開閉機構（６０）は、前記第１の流出管（５２）を通流のために開放する開放位置と、前記第１の流出管（５２）を通流させないように実質的に遮蔽する遮蔽位置との間で変位可能である、請求項１記載のマフラ。
【請求項３】
前記流路開閉機構（６０）は前記第１の流出管（５２）内で、前記マフラケーシング（１２）の外側の領域に配置されている、請求項２記載のマフラ。
【請求項４】
前記流路開閉ユニット（５８）は、前記第２の流出管（４０）に対応して配置された流路開閉機構（６０）を有し、該流路開閉機構（６０）は、前記第２の流出管（４０）を通流のために開放する開放位置と、前記第２の流出管（４０）を通流させないように実質的に遮蔽する遮蔽位置との間で変位可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載のマフラ。
【請求項５】
前記流路開閉機構（６０）は前記第２の流出管（４０）内で、前記マフラケーシング（１２）の外側の領域に配置されている、請求項４記載のマフラ。
【請求項６】
前記マフラケーシング（１２）内に第１の室（２０）が設けられており、前記流入管（３８）は、前記第１の室（２０）に対して開放されており、前記第１の排気流路（５４）に前記第１の室（２０）が含まれており、前記熱交換器ユニット（４８）は、前記第１の室（２０）に対して開放された排気流入領域（４９）と、前記第１の流出管（５２）に対して開放された排気流出領域（５３）とを有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のマフラ。
【請求項７】
前記マフラケーシング（１２）内に第２の室（２２）が設けられており、該第２の室（２２）は、少なくとも部分的に音響減衰材料（４２）で満たされている、請求項１から６までのいずれか１項記載のマフラ。
【請求項８】
前記流入管（３８）は前記第２の室（２２）に対して開放されている、請求項７記載のマフラ。
【請求項９】
前記流入管（３８）、又は前記流入管（３８）に接続された管、又は前記流入管（３８）に続く管は、前記第２の室（２２）を貫通していると共に、前記第２の室（２２）に対して開放された開口ユニット（４４）を有している、請求項７又は８記載のマフラ。
【請求項１０】
前記第２の流出管（４０）、又は前記第２の流出管（４０）に接続された管、又は前記第２の流出管（４０）に続く管は、前記第２の室（２２）に対して開放されている、請求項７から９までのいずれか１項記載のマフラ。
【請求項１１】
前記流入管（３８）と前記第２の流出管（４０）とを提供している排気管（３６）が、前記第１の室（２０）と前記第２の室（２２）とを貫通していると共に、前記開口ユニット（４４）を介して前記第２の室（２２）に対して開放されている、請求項６を引用する請求項９及び１０記載のマフラ。
【請求項１２】
前記マフラケーシング（１２）内に第３の室（２４）が設けられており、前記第２の流出管（４０）、又は前記第２の流出管（４０）に接続された管、又は前記第２の流出管（４０）に続く管は、前記第３の室（２４）に対して開放されている、請求項６又は請求項６を引用する請求項７から１１までのいずれか１項記載のマフラ。
【請求項１３】
前記マフラケーシング（１２）内に、前記熱交換器ユニット（４８）を少なくとも部分的に含む第４の室（２６）が設けられており、該第４の室（２６）は、前記排気流入領域（４９）の範囲において、前記第１の室（２０）に対して開放されており、前記排気流出領域（５３）の範囲では、前記第１の流出管（５２）、又は前記第１の流出管（５２）に接続された管、又は前記第１の流出管（５２）に続く管が、前記第４の室（２６）に対して開口している、請求項６又は請求項６を引用する請求項７から１２までのいずれか１項記載のマフラ。
【請求項１４】
前記流入管（３８）、又は前記流入管（３８）に接続された管、又は前記流入管（３８）に続く管は、そこから分岐する分岐管（４６）を介して、前記第１の室（２０）に対して開口している、請求項６又は請求項６を引用する請求項７から１３までのいずれか１項記載のマフラ。
【請求項１５】
前記第２の流出管（４０）、又は前記第２の流出管（４０）に接続された管、又は前記第２の流出管（４０）に続く管は、開口ユニット（４４）を介して前記第３の室（２４）に対して開放されている、請求項１２及び１４記載のマフラ。
【請求項１６】
前記流路開閉ユニット（５８）は、前記第１の流出管（５２）に対応して配置された流路開閉機構（６０）を有している、請求項１４又は１５記載のマフラ。
【請求項１７】
前記流入管（３８）、又は前記流入管（３８）に接続された管、又は前記流入管（３８）に続く管は、前記第１の室（２０）に対して開口ユニット（４４）を介して開放されている、請求項６又は請求項６を引用する請求項７から１３までのいずれか１項記載のマフラ。
【請求項１８】
前記第２の流出管（４０）、又は前記第２の流出管（４０）に接続された管、又は前記第２の流出管（４０）に続く管は、そこから分岐する分岐管（４６）を介して前記第３の室（２４）に対して開口している、請求項１２及び１７記載のマフラ。
【請求項１９】
前記流路開閉ユニット（５８）は、前記第２の流出管（４０）に対応して配置された流路開閉機構（６０）を有している、請求項１７又は１８記載のマフラ。
【請求項２０】
前記第１の室（２０）及び前記第２の室（２２）は、マフラケーシング長手方向軸線（Ｌ）の方向に連続して配置されている、請求項６及び７、又は請求項６及び７を引用する請求項８から１９までのいずれか１項記載のマフラ。
【請求項２１】
前記第２の室（２２）は、前記マフラケーシング長手方向軸線（Ｌ）の方向において、前記第１の室（２０）と前記第３の室（２４）との間に配置されている、請求項１２及び請求項２０記載のマフラ。
【請求項２２】
前記第２の室（２２）と前記第４の室（２６）とは、マフラケーシング長手方向軸線（Ｌ）の方向において、少なくとも部分的に相並んで配置されている、請求項７及び１３、又は請求項７及び１３を引用する請求項１４から２１までのいずれか１項記載のマフラ。
【請求項２３】
請求項１から２２までのいずれか１項記載のマフラ（１０）を有する、車両用の排気装置。
【請求項２４】
請求項１から２２までのいずれか１項記載のマフラ（１０）は、少なくとも１つの別のマフラの上流側に配置されている、請求項２３記載の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気装置用マフラに関し、特に本発明は、ハイブリッド駆動装置を備える自動車において、そこに使用される内燃機関に対応配置して設けることができるようなマフラに関する。
【０００２】
独国特許出願公開第１０２０１２１０４３９６号明細書から公知の、自動車の内燃機関の排気装置用に作られたマフラには、熱交換器ユニットが組み込まれており、これにより、内燃機関から吐出された燃焼排気中で運ばれる熱を、伝熱媒体、例えば内燃機関の冷却媒体回路内を流れる冷却液に伝達することができる。このマフラは、１つの流入管と１つの流出管とを有している。流入管には第１の流路開閉機構が対応して配置されており、熱交換器ユニットには第２の流路開閉機構が対応して配置されている。これら２つの流路開閉機構は、互いに調整して遮蔽位置若しくは開放位置にもたらすことができるようになっていて、流入管を介して流入する燃焼排気は、伝熱媒体に熱伝達するために熱交換器ユニットを通流し、熱交換器ユニット通流後に流出管から流出する第１の流路を取るか、又は排気と伝熱媒体との間の前記のような熱伝達相互作用を回避するために、熱交換器ユニットを通流せず、流入管から流出した後は熱交換器ユニットを迂回して直接流出管に流入し且つそこから流出する、第２の流路を取る。
【０００３】
欧州特許出願公開第２７３３３２２号明細書には、熱交換器ユニットの組み込まれたマフラが開示されている。このマフラは、２つの流入管と１つの流出管とを有している。内燃機関を流出した排気は、流路開閉機構により、第１の流入管延いては排気が熱交換器ユニットを通流して伝熱媒体に熱を伝達可能な第１の流路を介して案内された後に、流出管を介してマフラから流出する。流路開閉機構の別の位置では、排気は第２の流入管を介して第２の流路へ案内され、第２の流路内では、排気は熱交換器ユニットを迂回して、つまり伝熱媒体との熱的な相互作用無しで流出管に流入し、流出管を介してマフラから流出する。
【０００４】
特にハイブリッド駆動装置を備えた自動車に生じる問題は、一方では、底部領域にバッテリが収納されることにより、排気装置及び特にマフラ若しくは排気装置に組み込まれるマフラに提供される構成空間が、比較的限定されている、という点にある。他方では、ますます厳しくなる法的な要求により、このような車両から出される騒音の低下が必要とされており、このこともやはり、比較的大型のマフラの使用を必要にする。更に、自動車及び特にハイブリッド駆動装置に使用される内燃機関は効率的であり、燃焼運転中に内燃機関によって供給される廃熱は、車内を十分に温度調節するためには足りないことが多い。しかしながら、燃焼排気中で運ばれる熱を、音響減衰特性に対する要求をも考慮して利用するために、熱交換器ユニットが組み込まれた、比較的大型に構成されたマフラを使用することは、前記のような車両の特に底部領域における狭小なスペース状況に基づき困難である。
【０００５】
本発明の課題は、コンパクトな構成と良好な音響減衰特性と共に、燃焼排気中で運ばれる熱の利用を可能にする、特にハイブリッド駆動装置を備える自動車のための内燃機関の排気装置用マフラを提供することにある。
【０００６】
本発明に基づき前記課題を解決する、特にハイブリッド駆動装置を備える自動車のための内燃機関の排気装置用マフラは、
マフラケーシングと、
マフラケーシング内に配置された、伝熱媒体及び燃焼排気が通流可能な、燃焼排気から伝熱媒体に熱伝達するための熱交換器ユニットと、
燃焼排気をマフラケーシング内へ導入する流入管と、
燃焼排気をマフラケーシングから導出する第１の流出管と、
燃焼排気をマフラケーシングから導出する第２の流出管と、
流路開閉ユニットと、を有し、
マフラケーシング内に、燃焼排気を熱交換器ユニットを通して第１の流出管に案内するための第１の排気流路が設けられており、
マフラケーシング内に、燃焼排気を熱交換器ユニットを迂回して第２の流出管に案内するための第２の排気流路が設けられており、
流路開閉ユニットにより、第１の排気流路と第２の排気流路のうちの少なくとも１つの排気流路が選択的に開閉される。
【０００７】
本発明によるマフラの構想では、２つの排気流路が形成されており、どの排気流路を介して燃焼排気を案内するのかに応じて、熱交換器ユニットを通流又は迂回させるようになっており、燃焼排気はマフラから、異なる流出管を介して流出する。これにより、コンパクトな構成形式で、音響減衰特性に関して一般的に課されている要求を満たすことができるように、マフラを構成することができる。
【０００８】
本発明によるマフラ内に設けられた各流路を的確に開閉することができるようにするために提案するのは、流路開閉ユニットが、第１の流出管に対応して配置された流路開閉機構を有し、該流路開閉機構は、第１の流出管を通流のために開放する開放位置と、第１の流出管を通流させないように実質的に遮蔽する遮蔽位置との間で変位可能であり、好適には、流路開閉機構は第１の流出管内で、マフラケーシングの外側の領域に配置されている、又は／且つ流路開閉ユニットは、第２の流出管に対応して配置された流路開閉機構を有し、該流路開閉機構は、第２の流出管を通流のために開放する開放位置と、第２の流出管を通流させないように実質的に遮蔽する遮蔽位置との間で変位可能であり、好適には、流路開閉機構は第２の流出管内で、マフラケーシングの外側の領域に配置されている、という点である。
【０００９】
一方では良好な音響減衰特性を達成し、且つ他方では両排気流路を分岐させるために、マフラケーシング内に第１の室が設けられており、この場合、流入管が第１の室に対して開放されており、第１の排気流路には第１の室が含まれており、熱交換器ユニットは、第１の室に対して開放された排気流入領域と、第１の流出管に対して開放された排気流出領域とを有している、ということを提案する。
【００１０】
更に、マフラケーシング内に第２の室が設けられていることにより、音響減衰特性にポジティブな影響を及ぼすことができ、この場合、第２の室は、少なくとも部分的に音響減衰材料で満たされており、好適には、流入管は第２の室に対して開放されている。この場合、効率的な音響減衰を吸収により支援するために、流入管、又は流入管に接続された管、又は流入管に続く管が、第２の室を貫通していると共に、第２の室に対して開放された開口ユニットを有している、ということを提案する。
【００１１】
更に、第２の流出管、又は第２の流出管に接続された管、又は第２の流出管に続く管が、第２の室に対して開放されている、ということが想定されていてもよい。この場合は、構造的に特に簡単に実現され得る構成を設けることができ、流入管と第２の流出管とを提供している排気管が、第１の室と第２の室とを貫通すると共に、開口ユニットを介して第２の室に対して開放されている。
【００１２】
音響放出を減少させるために有利な別の構成において提案するのは、マフラケーシング内に第３の室が設けられており、この場合、第２の流出管、又は第２の流出管に接続された管、又は第２の流出管に続く管が、第３の室に対して開放されている、という点である。
【００１３】
マフラケーシング内に熱交換器ユニットを収納するために、マフラケーシング内には、熱交換器ユニットを少なくとも部分的に含む第４の室が設けられている、ということが想定されていてもよく、この場合、第４の室は、排気流入領域の範囲において、第１の室に対して開放されており、排気流出領域の範囲では、第１の流出管、又は第１の流出管に接続された管、又は第１の流出管に続く管が、第４の室に対して開口している。これにより、第１の室から第４の室を通って第１の流出管に到る所定の排気案内が保証されると同時に、第４の室において排気が熱交換器ユニットを通流若しくは周流し、その際に熱交換器ユニット内をやはり循環している伝熱媒体に、熱を伝達する。
【００１４】
ヘルムホルツ共鳴器機能を提供するために提案するのは、流入管、又は流入管に接続された管、又は流入管に続く管が、そこから分岐する分岐管を介して第１の室に対して開口している、という点である。この構成では更に、音響減衰特性を改良するために、第２の流出管、又は第２の流出管に接続された管、又は第２の流出管に続く管が、開口ユニットを介して第３の室に対して開放されている、ということが想定されていてもよい。
【００１５】
この場合、流路開閉ユニットは、第１の流出管に対応して配置された流路開閉機構を有していてもよい。この流路開閉機構がその遮蔽位置にある場合、流路開閉機構は第１の流出管を通流させないように遮蔽しているので、必然的に燃焼排気も熱交換器ユニットを通って流れることはできず、流入管を介してマフラに導入された燃焼排気は全て、基本的には通流のために開放された第２の流出管を介してマフラから流出することになる。
【００１６】
択一的な構成では、流入管、又は流入管に接続された管、又は流入管に続く管が、第１の室に対して開口ユニットを介して開放されている、ということが想定されていてもよい。この場合、燃焼排気は、流入管、又は流入管に続く管の開口ユニット、つまり一般的にはパーフォレーションを介して第１の室に流入し、第１の室を経て熱交換器ユニットに到達する。この構成でもヘルムホルツ共鳴器の機能を提供することができるようにするために更に提案するのは、第２の流出管、又は第２の流出管に接続された管、又は第２の流出管に続く管が、そこから分岐する分岐管を介して第３の室に対して開口している、という点である。
【００１７】
この構成では、有利には、流路開閉ユニットの流路開閉機構が、第２の流出管に対応して配置されている。この流路開閉機構がその遮蔽位置にある場合、流路開閉機構は第２の流出管を通流させないように遮蔽しているので、流入管を介してマフラに流入した燃焼排気は必然的に、開口ユニットを介して第１の室に導入され、そこから熱交換器ユニット延いては第１の流出管へ案内されることになる。
【００１８】
コンパクトな構成形式の理由から、このようなマフラは一般にマフラ長手方向軸線の方向に細長く形成されているため、第１の室及び第２の室は、マフラケーシング長手方向軸線の方向に連続して配置されている、ということを更に提案する。
【００１９】
特にこのような構成形式では、第２の室は、マフラケーシング長手方向軸線の方向において、第１の室と第３の室との間に配置されている、ということが想定されていてもよい。
【００２０】
小さな所要構成空間と同時に、良好な音響減衰特性、特にヘルムホルツ共鳴器機能を提供するためのマフラの様々な構成を可能にするために更に提案するのは、第２の室と第４の室とが、マフラケーシング長手方向軸線の方向において、少なくとも部分的に相並んで配置されている、という点である。この場合、第２の室若しくは第４の室の少なくとも一方の軸方向側において、例えば第１の室又は第３の室内ではヘルムホルツ共鳴器が設けられていることにより、効率的な音響減衰が達成され得る。
【００２１】
本発明は更に、本発明により構成されたマフラを有する、特にハイブリッド駆動装置を備える車両のための排気装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
以下に、本発明を添付の図面につき詳しく説明する。
【図１】熱交換器ユニットが組み込まれたマフラの原理断面図である。
【図２】択一的な構成形態による、熱交換器ユニットが組み込まれたマフラの、図１に対応する図である。
【００２３】
図１には、例えばハイブリッド駆動装置を備えて構成された車両の排気装置に組み込むことを想定されたマフラが、全体的に符号１０で示されている。このマフラは排気装置において、一般に排気浄化用に設けられた、例えば触媒又は／及び微粒子フィルタ等の系領域の下流側であり且つ少なくとも１つのリアマフラの上流側に配置されている。
【００２４】
マフラ１０は、マフラケーシング１２を有しており、マフラケーシング１２は、例えばマフラケーシング長手方向軸線Ｌの方向に細長く形成されていて、例えば円形又は楕円形の横断面幾何学形状を備えた、実質的に円筒状の周壁１４を有していてもよい。マフラケーシング１２は、両軸方向端部領域において、例えば溶接又はその他の方法によって周壁１４と気密に結合された端面壁１６，１８により閉鎖されている。
【００２５】
図１に示した構成形態において、マフラケーシング１２の内部には、合計４つの室２０，２２，２４，２６が形成されている。第１の室２０は、マフラケーシング１２の流入側に配置されている。第１の室２０は、例えばマフラケーシング１２若しくはマフラケーシング１２の内部空間２８の横断面全体を占めていてもよい。第１の室２０に軸方向に続いて設けられた第２の室２２は、中間壁３０により第１の室２０から隔離されていてもよく、且つ内部空間２８の横断面の所定の部分領域のみを占めているに過ぎない。第２の室２２に軸方向に続いて配置された第３の室２４は、中間壁３２により第２の室２２から隔離されていてもよく、第１の室２０と同様に、やはり内部空間２８の横断面全体を占めていてもよい。
【００２６】
マフラケーシング長手方向軸線Ｌの方向に見て、第２の室２２の隣で且つ第１の室２０と第３の室２４との間には、第４の室２６が配置されている。第４の室２６は、中間壁３０，３２により第１の室２０若しくは第３の室２４から隔離されていてもよい。但し基本的に、室２２，２６は、室２２，２６それぞれに専用に対応して配置された中間壁により、第１の室２０若しくは第３の室２４から隔離されていてもよい。更に第４の室２６は、中間壁３４により第２の室２２から隔離されているので、これら２つの室２２，２６の間には、基本的に流れ接続は一切生じない。
【００２７】
全体的に符号３６で示した排気管は、第１の室２０を貫通している領域において流入管３８を提供しており、流入管３８は、端面壁１６を貫通しており、流入管３８を介して、内燃機関から流出する燃焼排気がマフラケーシング１２の内部空間２８内へ導入される。排気管３６は、第３の室２４をも貫通している領域において流出管４０を提供しており、流出管４０は、端面壁１８を貫通しており、流入管３８を介して供給された排気は、流出管４０を介してマフラ１０から流出することができる。排気管３６は、中間壁３０，３２を貫通しており、延いては第２の室２２をも貫通して案内されている。第２の室２２は、例えば繊維状、発泡材料状、又は多孔質状の音響減衰材料４２で満たされており、音響減衰材料４２は排気管３６の、第２の室２２を貫通している領域を包囲している。この第２の室２２を貫通している領域と、第３の室２４の一部の領域を貫通している長手方向領域とにおいて、排気管３６は、一般にパーフォレーションとも呼ばれる開口ユニット４４を備えて形成されており、これにより、多数の開口を介して一方では第２の室２２に対して開いており、且つ他方では第３の室２４に対して開いている。
【００２８】
第１の室２０内に延在している排気管３６の長手方向領域、つまり例えば流入管３８と解釈されるべき長手方向領域において、排気管３６から側方に分岐管４６が分岐している。つまり分岐管４６は、マフラケーシング長手方向軸線Ｌに対して実質的に横方向に延在していると共に、第１の室２０に対して開口しているので、流入管３８を介して供給された排気が、第１の室２０内へ流入することができる。
【００２９】
ここで指摘しておくと、室２０，２２，２４を貫通している排気管３６は、１つの一体的な管部材として形成されていてもよい。但し基本的には、流入管３８と流出管４０とは、互いに別個に形成されて互いに結合された、又は別の管を介して互いに結合された構成部材として提供されていてもよい。更に流入管３８と流出管４０とは、図１及び図２に示すように、流入管３８及び流出管４０がそれぞれ端面壁１６，１８を貫通している長手方向領域において、これらの端面壁１６，１８を越えてマフラケーシング１２の内部空間２８から導出されていてもよい。択一的に流入管３８又は／及び流出管４０は、これらがそれぞれ貫通している端面壁１６，１８の領域で終わっていて、そこで別の管により外部に向かって継続されていてもよい。
【００３０】
第４の室２６内には、全体的に符号４８で示された熱交換器ユニットが設けられている。伝熱媒体入口５０を介して、伝熱媒体、例えば内燃機関の冷却液が、熱交換器ユニット４８に流入可能である。伝熱媒体出口５１を介して、伝熱媒体は熱交換器ユニット４８から流出可能である。熱交換器ユニット４８の内部には、例えば多数の通路で提供された、伝熱媒体が通流可能な所定の容積が設けられている。熱交換器ユニット４８は、有利には、周壁１４と、双方の中間壁３０，３２と、中間壁３４とにより包囲された第４の室２６内に挿入されているが、択一的に熱交換器ユニット４８自体が、前記各中間壁のうちの少なくとも１つ若しくは周壁１４の少なくとも一部を提供していてもよい。
【００３１】
第１の室２０に導入された燃焼排気と、熱交換器ユニット４８を通流する伝熱媒体との間での熱伝達相互作用を可能にするために、熱交換器ユニット４８若しくは中間壁３０の、第４の室２６を画定している領域は、第１の室２０に対して開いている。例えば、中間壁３０の前記領域には複数の開口が設けられていてもよく、第１の室２０に流入した燃焼排気は、前記複数の開口を介して、排気流入領域４９において、排気用に設けられた熱交換器ユニット４８の容積領域内へ流入することができるようになっており、これにより、燃焼排気中で運ばれた熱が、熱交換器ユニット４８の伝熱媒体流動容積内を流れる伝熱媒体に伝達されることになる。
【００３２】
別の流出管５２が、端面壁１８と第３の室２４とを貫通しており、例えば中間壁３２の領域で第４の室２６に対して開口している。第１の室２０を経て第４の室２６に流入し、熱交換器ユニット４８を通流する燃焼排気は、熱交換器ユニット４８を通流若しくは周流した後に、第４の室２６若しくは熱交換器ユニット４８から排気流出領域５３を経て流出管５２を介して流出することができる。
【００３３】
指摘しておくと、以下、流出管４０を第２の流出管と呼ぶと共に、流出管５２を第１の流出管と呼ぶ。
【００３４】
マフラ１０内には、単一の流入管３８と、２つの流出管４０，５２とを用いて、２つの排気流路５４，５６が形成されている。第１の排気流路５４を介して、流入管３８を経て内部空間２８、特に第１の室２０に流入した燃焼排気は、第４の室２６延いては熱交換器ユニット４８を通って流れ、内部空間２８から第１の流出管５２を介して流出する。第２の排気流路５６は、流入管３８を介してマフラケーシング１２の内部空間２８内へ案内された排気を、熱交換器ユニット４８を迂回して、延いては第２の排気流路５６内を流れる燃焼排気と伝熱媒体との間の熱伝達相互作用が回避されるように第２の流出管４０へ案内して、マフラケーシング１２の内部空間２８から第２の流出管４０を介して流出させる。
【００３５】
マフラ１０は更に、第１の排気流路５４に対応して配置された流路開閉ユニット５８を有している。流路開閉ユニット５８は、例えば第１の流出管５２に、好適にはマフラケーシング１２の外側の領域で組み込まれた流路開閉機構６０、例えば旋回可能なフラップを有していてもよい。流路開閉機構６０は、第１の流出管５２延いては第１の排気流路５４を、燃焼排気が実質的に通流しないように遮蔽する遮蔽位置と、第１の流出管５２延いては第１の排気流路５４を通流のために開放する開放位置との間で変位可能である。この場合、流路開閉機構６０は、この流路開閉機構６０が遮蔽位置又は開放位置のいずれかを占めることができるように、又はこれら２つの位置以外に、更に中間位置をも占めることができるように変位可能であってもよく、好適には前記２つの位置の間で連続的に変位可能であり、これにより、第１の排気流路５４延いては第１の排気流路５４を介して流れる燃焼排気量の堰止めを、適宜に連続して調節することができる。ここで指摘しておくと、流路開閉機構は、適当なアクチュエータ、例えば電動モータ等により、異なる各位置間で変位可能である。第２の排気流路５６には、前記のような流路開閉機構は対応して配置されていないので、第２の排気流路５６は基本的に、通流用に開放されている。
【００３６】
以下に、図１に示したマフラ１０の動作を説明する。
【００３７】
マフラ１０は、車両に生じる熱需要又は／及び内燃機関の運転状態に応じて使用され、第１の排気流路５４を選択的に開放若しくは遮蔽若しくは部分的に遮蔽することにより、前記第１の流路５４を介して流れる燃焼排気量が変化させられる。比較的大きな熱需要が生じた場合、つまり比較的大きな熱量が、燃焼排気から、熱交換器ユニット４８を通流する伝熱媒体に伝達されるべき場合には、流路開閉機構６０が開放位置にもたらされ、この開放位置では第１の排気流路５４は基本的に通流のために開放されている、つまり、流路開閉ユニット５８により生ぜしめられる堰止め量は最小である。この状態では両排気流路５４，５６が開放されており、流入管３８を介して流入した燃焼排気は、両流出管５２，４０を介してマフラ１０から流出し、両流出管５２，４０を介して例えば既に述べたリアマフラに案内される。このとき、第１の排気流路５４内を流れる燃焼排気が、熱交換器ユニット４８を通流する伝熱媒体に熱を伝達し、この熱は、例えば車内に導入されるべき空気を加熱するために、別の熱交換器ユニットで利用され得る。
【００３８】
熱需要が全く又は僅かにしか生じていない場合には、流路開閉機構６０がその遮蔽位置にもたらされるか、又は第１の排気流路５４をより強力に堰き止める位置へもたらされるので、燃焼排気は全く又は極少量しか第１の排気流路５４を通流せず、例えば燃焼排気は全て、第２の排気流路５６を介してマフラ１０を通流することになり、延いては燃焼排気は第２の流出管４０のみを介して、排気装置の更に下流側に位置する系領域へ案内されることになる。この場合、流入管３８若しくは流入管３８から分岐している分岐管４６は、第１の室２０内でヘルムホルツ共鳴器を形成しており、このヘルムホルツ共鳴器の共鳴器容積は実質的に、例えば遮蔽位置に位置決めされた流路開閉機構６０にまで達する。この容積は、有利には、このように形成されたヘルムホルツ共鳴器の共振周波数が、特に不都合な低周波数に合わせられるように選択される。
【００３９】
音響減衰には更に、音響減衰材料４２で満たされた第２の室２２が寄与する、つまり第２の室２２は吸収室として働き、特に例えば流れ騒音により生ぜしめられる高周波数の低下に有効である。同時に、第２の排気流路５６の、熱交換器ユニット４８からの構造的な分離に基づき、特に第２の室２２若しくは第２の室２２内に配置された音響減衰材料４２の絶縁作用にも基づき、熱交換器ユニット４８に対する熱的な絶縁手段が設けられており、これによりこの状態では、熱交換器ユニット４８の熱的な過剰負荷が回避されると同時に、熱交換器ユニット４８を通流する伝熱媒体の加熱が十分に回避される。
【００４０】
この運転状態は、好適には、一方では極度に高い排気温度が熱交換器ユニットの過剰負荷につながる恐れのある場合、つまり例えば内燃機関の全負荷状態若しくは定格回転数において選択されるか、又は燃焼排気中で運ばれる熱量が少ないために、熱交換器ユニット４８内の伝熱媒体の効率的な加熱を達成することができず、延いては音響減衰機能が優先される場合に選択される。これは例えば、低い回転数、例えばアイドリング回転数を有する運転状態に当てはまることがあり、この運転状態ではとりわけ、ヘルムホルツ共鳴器による低周波数の減衰も必要とされる。
【００４１】
先に記載した、第１の排気流路５４も通流のために開放されている状態は、この状態では開放された第１の流出管５２に基づき限定的にしか達成し得ないヘルムホルツ共鳴器機能に基づき、好適には、一方では熱交換器ユニット４８の過熱の危険無しで、燃焼排気中で運ばれる熱の有効利用が可能な場合に選択され、他方では、音響減衰能力に課される要求が比較的低い場合に選択される。これは一般には、内燃機関が中回転数領域若しくはエンジン中負荷領域において運転される状態である。
【００４２】
指摘しておくと、図１に示した構成形態は例えば、音響減衰に対する要求が許す限りは、第３の室２４が省かれるように変更されてもよい。このことは、マフラ１０のより一層コンパクトな構成形式をもたらす。
【００４３】
図２に示す構成形態は、基本構成及び２つの排気流路に関しては、実質的に図１につき上述した構成形態に相当する。このマフラ１０の場合も、第１の排気流路５４は、単一の流入管３８を介してマフラケーシング１２内、特に第１の室２０内に導入された排気を、第４の室２６延いては熱交換器ユニット４８に通して第１の流出管５２へ案内する。第２の排気流路５６は、流入管３８を介して供給された排気を、熱交換器ユニット４８を迂回して、第１の室２０と、第２の室２２と、第３の室２４とに通して第２の流出管４０へ案内する。
【００４４】
燃焼排気若しくは燃焼排気の一部を第１の室２０内へ導入することができるようにするために、排気管３６の、特に第２の室２２の領域に設けられた開口ユニット４４が、第１の室２０内に延在する排気管３６若しくは流入管３８の領域にまで広げられており、これにより、燃焼排気若しくは燃焼排気の一部は、開口ユニット４４の複数の開口の一部を介して第１の室２０に流入すると共に、第１の室２０を経て熱交換器ユニット４８に流入することができる。
【００４５】
第３の室２４内に延在する、排気管３６若しくは第２の流出管４０の長手方向領域では、そこから分岐管４６が分岐しており、これにより分岐管４６は、第３の室２４と協働して、ヘルムホルツ共鳴器を提供している。
【００４６】
この構成形態では、流路開閉ユニット５８は、第２の流路５６に対応して配置された、例えば第２の流出管４０内で好適には熱交換器ケーシング１２の外側の領域に配置された、例えば変位可能なフラップの形態の流路開閉機構６０を有している。この流路開閉機構６０も、第２の流出管４０を通流させないように実質的に遮蔽する遮蔽位置と、第２の流出管４０延いては第２の排気流路５６を通流のために開放する開放位置との間で変位可能である。この変化態様の場合も、変位は前記２つの位置でのみ行われてもよいか、又は、第２の排気流路５６延いては第２の排気流路５６を介して流れる燃焼排気量の堰止めを適宜に連続的に又は場合によっては段階的に調節することができるようにするために、連続的な変位が行われてもよい。
【００４７】
流路開閉機構６０がその遮蔽位置にもたらされ、延いては例えば第２の排気流路５６が第２の流出管４０の領域において、通流しないように遮蔽されると、流入管３８を介して供給された燃焼排気は全て第１の室２０に流入し、第１の室２０を介して第４の室２６へ流入することになる。燃焼排気は、熱交換器ユニット４８を通流し、これにより、同様に熱交換器ユニット４８を通流している伝熱媒体に熱を伝達する。燃焼排気は、この構成形態では通流させないように遮蔽することはできない第１の流出管５２を介して、マフラ１０から流出する。この状態において、第３の室２４の領域の分岐管４６により提供されたヘルムホルツ共鳴器は、音響減衰に関して特に効率的に働き、この場合も有利には、ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数は、不都合な低周波数に合わせられている。この構成形態でも、燃焼排気若しくは燃焼排気の大部分が第１の排気流路５４を介して延いては熱交換器ユニット４８を通って案内される運転状態は、有利には、特に低周波数が優勢であり延いては減衰され得ない状態、つまり例えばアイドリング状態、又は部分負荷状態若しくは低回転数又は中回転数状態に内燃機関がある場合に選択される。
【００４８】
流路開閉機構６０がその開放位置にもたらされると、第２の排気流路５６も通流用に開放されることになる。これにより、流入管３８を介して供給された燃焼排気は、両流出管５２，４０を介してマフラ１０から流出可能である。この状態ではより小さな流れ抵抗に基づき、燃焼排気の大部分は第２の排気流路５６を介して流れる。つまり、熱交換器ユニット４８では、比較的少量の熱量だけが、同様に熱交換器ユニット４８を通流している伝熱媒体に伝達されるに過ぎない。特に有利には、この状態は、例えば一方では高回転数又はエンジン高負荷に際して、既に内燃機関自体により、若しくは内燃機関と伝熱媒体との熱的な相互作用に基づき熱エネルギを十分に供給可能であり、更に熱交換器ユニット４８の熱的な過剰負荷を回避するため、伝熱媒体に対する比較的少量の熱量の伝達しか必要とされない場合、且つ他方では、特に低周波数の減衰があまり必要とされていない場合に利用される。それでも、音響減衰材料４２で満たされた第２の室２２が設けられていることにより、例えば流れ騒音等の特に高周波数は、効率的に減衰される。
【００４９】
上述した両構成形態では、それぞれ設けられた流路開閉機構が中間位置にもたらされた場合には、例えば車両速度や外気温等の別の運転パラメータを考慮して、一方ではその音響減衰特性に関して且つ他方ではその熱伝達特性に関して、マフラをより高感度に調整することができる。両変化態様が提供する重要な利点は、熱交換器ユニットと様々な音響減衰手段との統合によるコンパクトな構成形式において、燃焼排気中で運ばれる熱が、必要な場合に有効利用可能であり、他方では、運転状態に応じて、排気中で運ばれる音の効率的な減衰が提供される、という点にある。特に、ヘルムホルツ共鳴器機能が提供されたことにより、特に低回転数若しくは低負荷運転において比較的低い周波数を効率的に減衰する可能性が生じる一方で、特に流れ騒音によっても発生する比較的高い周波数は、吸収室として働く第２の室内に設けられた音響減衰材料により、極めて効率的に減衰され得る。
【００５０】
更に、本発明によるマフラ１０が有する重大な利点は、２つの流出管が提供されたことにより、マフラ内に発生する背圧が、単一の流出管しか有さないマフラに比べて大幅に低くなっている、という点にあり、このことは、排気流延いては内燃機関の性能にポジティブな影響を及ぼす。
【図１】
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【図２】
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