(57)【要約】【課題】  エンジンの排気音響を低減する排気消音装置であって、その小型化、軽量化を可能にすると共にその信頼性を向上させ、かつ熱音響効果による「音響→熱」の変換を促進して高い消音効果が得られるようにした。【解決手段】  排気管に接続される消音ケース２内に、そこを流れる排気ガスの方向に貫通する複数の排気ガス通路１６を有する吸熱体１５と、この吸熱体１５に吸熱部２２Ａが支持されるヒートパイプ２２とを設けると共に、ヒートパイプ２２の放熱部２２Ｂを消音ケース２外に露出させ、吸熱体１５を介してヒートパイプ２２の吸熱部２２Ａが吸収した排気ガスの熱をヒートパイプ２２の放熱部２２Ｂから外部に放出させるようにした。【選択図】      図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（Ｅ）からの排気ガスを導いて外部に排出する排気管（１）に設けられて、排気音響を低減する排気消音装置であって、
前記排気管（１）に消音ケース（２）を接続し、この消音ケース（２）内に、前記排気管（１）を流れる排気ガスの流れ方向に貫通する複数の排気ガス通路（１６）を有する吸熱体（１５）と、この吸熱体（１５）に吸熱部（２２Ａ）が支持されるヒートパイプ（２２）とを設けると共に、ヒートパイプ（２２）の放熱部（２２Ｂ）を消音ケース（２）外に露出させ、吸熱体（１５）を介してヒートパイプ（２２）の吸熱部（２２Ａ）が吸収した排気ガスの熱をヒートパイプ（２２）の放熱部（２２Ｂ）から外部に放出させることにより、吸熱体（１５）の前後両端部間に排気ガスの流れ方向の上流側から下流側に向けて排気ガス温度が低下する負の温度勾配を形成し、この負の温度勾配に起因する熱音響効果により排気音響の一部を熱に変換して排気音響を低減することを特徴とする、排気消音装置。
【請求項２】
前記吸熱体（１５）に形成される複数の排気ガス通路（１６）は、排気ガスの流れ方向と交叉する方向の断面形状が格子状もしくはハニカム状に形成されていることを特徴とする、前記請求項１記載の排気消音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン、主として自動車用エンジンの排気消音装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、音波を吸音材や干渉効果に依存せずに熱音響効果によって低減するようにした技術手段が知られており、たとえば、後記特許文献１には、音響が通過する配管の途中にヒータ、火炎、廃熱などで加熱される高温側熱源（加熱部）と、冷却水などで冷却される低温側熱源（放熱部）とを設けて配管に積極的に温度勾配（負の温度勾配）を形成し、熱音響効果による「音響→熱」の変換を生じさせて音響強度を減じる配管装置が開示されている。この場合、熱音響効果による「音響→熱」の変換は負の温度勾配が大きいほど促進される。
【特許文献１】特開２００４−２５８５４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、自動車用などのエンジンの排気音響を低減する排気消音装置に、上記音響効果による消音作用を生じさせようとする場合に、排気ガス自体が高温であり、加熱部を設けなくても排気ガスの熱を放出する放熱部を積極的に設けるだけで、排気消音装置に負の温度勾配を形成できるが、この場合でも、上記特許文献１に示されるように放熱部を冷却媒体で冷却するように構成すると、冷却媒体の循環手段が必要となり、排気消音装置の大型化と重量増を招くだけでなく、高温の排気ガスが触れる水冷パイプ内で冷却水の突沸（突然沸騰すること）が起こり、水冷パイプが破壊されることも懸念され、信頼性に欠けるという問題がある。
【０００４】
そこで、本出願人は、前記問題を解決すべく、ヒートパイプを利用して熱音響効果による「音響→熱」の変換を生じさせて音響強度を減じる排気消音装置を既に提案している（特願２００５−９３８９５号）。
【０００５】
ところが、本出願の発明者が、研究、研鑽を重ねた結果によれば、前記提案のものでは次の不具合があることがつきとめた。
【０００６】
すなわち、ヒートパイプ単独では排気ガスと接触する接触面積が少ないため、排気ガスがヒートパイプと熱交換することなく「熱いまま」排気管の下流側へ流れ去ってしまう割合が高く、排気ガスとヒートパイプとの熱交換が不充分であり、所期の効果が得られにくい。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、ヒートパイプを利用した排気消音装置に更なる改良を加えて、排気ガスとヒートパイプとの熱交換効率を前記提案のものよりも大幅に高め、大きな負の温度勾配を形成して「音響→熱」変換による高い消音効果が得られるようにした、新規な排気消音装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、エンジンからの排気ガスを導いて外部に排出する排気管に設けられて、排気音響を低減する排気消音装置であって、
前記排気管に消音ケースを接続し、この消音ケース内に、前記排気管を流れる排気ガスの流れ方向に貫通する複数の排気ガス通路を有する吸熱体と、この吸熱体に吸熱部が支持されるヒートパイプとを設けると共に、ヒートパイプの放熱部を消音ケース外に露出させ、吸熱体を介してヒートパイプの吸熱部が吸収した排気ガスの熱をヒートパイプの放熱部から外部に放出させることにより、吸熱体の前後両端部間に排気ガスの流れ方向の上流側から下流側に向けて排気ガス温度が低下する負の温度勾配を形成し、この負の温度勾配に起因する熱音響効果により排気音響の一部を熱に変換して排気音響を低減することを特徴としている。
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１記載のものにおいて、前記吸熱体に形成される複数の排気ガス通路は、排気ガスの流れ方向と交叉する方向の断面形状が格子状もしくはハニカム状に形成されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項各項記載の発明によれば、ヒートパイプの吸熱部が吸収した排気ガスの熱をヒートパイプの放熱部から外部に放出させるので、冷却水の循環により放熱させる場合のような排気消音装置の大型化、重量増を招くことがなく、また冷却水の突沸による水冷パイプの破壊といった懸念がなくなり、排気消音装置の小型化、軽量化と該装置の信頼性の向上が達成される。
【００１１】
また、消音ケースに、前記排気管を流れ方向に貫通する複数の排気ガス通路を有する吸熱体と、この吸熱体に吸熱部が支持されるヒートパイプとを設けると共に、ヒートパイプの放熱部を消音ケース外に露出させ、吸熱体を介してヒートパイプの吸熱部が吸収した排気ガスの熱をヒートパイプの放熱部から外部に放出させるので、ヒートパイプの吸熱部が排気ガスの熱を直接吸収する場合に比べて、ヒートパイプの吸熱部が吸収できる熱量が増え、ヒートパイプの放熱部から放熱される熱量も増加する。すなわち、排気ガスとヒートパイプとの熱交換効率が向上する。その結果、吸熱体の前後両端間に大きな負の温度勾配を形成することができ、熱音響効果による「音響→熱」の変換が促進され、高い消音効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて具体的に説明する。
【００１３】
図１〜５を参照して本発明の第１実施例について説明するに、この第１実施例は本発明排気消音装置を自動車用エンジンの排気系に実施した場合であり、図１は、本発明消音装置を備えたエンジンの排気系の全体側面図、図２は、図１の２−２線に沿う拡大平面図、図３は、図２の３−３線に沿う断面図、図４は、図２の４−４線に沿う断面図、図５は、図３の５矢視の仮想線囲い部分の拡大図である。
【００１４】
図１において、エンジンＥの排気ポートに接続される排気管１は自動車の前後方向に沿って延びており、その上流側排気管１Ｕと、下流側排気管１Ｄとの間に、本発明にかかる排気消音装置Ｍが接続されている。
【００１５】
そして、エンジンＥの運転により、そこから排出された排気ガスは、上流側排気管１Ｕを通って排気消音装置Ｍ内に入り、ここで、熱音響効果による排気音響の熱への変換により、その排気音響が低減されたのち、下流側排気管１Ｄを経て外部に排出される。
【００１６】
つぎに、図２〜５を参照して、本発明にしたがう排気消音装置Ｍの構成を詳細に説明する。
【００１７】
排気消音装置Ｍは、その主体部分を構成するステンレス鋼製の消音ケース２と、その入口３に溶接される同じくステンレス鋼製の上流側接続管５と、その出口４に溶接される同じくステンレス鋼製の下流側接続管７とを備えている。
【００１８】
前記上流側接続管５には、鉄製の接続フランジ６が溶接され、この接続フランジ６は上流側排気管１Ｕの下流端の接続フランジとボルト・ナットにより一体に結合され、上流側排気管１Ｕは、排気消音装置Ｍに連通接続される。また、前記下流側接続管７にも、鉄製の接続フランジ８が溶接され、この接続フランジ８は、下流側排気管１Ｄの上流端の接続フランジとボルト・ナットにより一体に結合され、下流側排気管１Ｄは、排気消音装置Ｍに連通接続される。
【００１９】
前記消音ケース２は、上部ケース半体２Ｕと、下部ケース半体２Ｄとより断面四角な中空の函状に形成され、その内部に消音室１０が形成される。図３に示すように、上部ケース半体２Ｕの下部周縁より外方に張り出すフランジ部と、下部ケース半体２Ｄの上部周縁より外方に張り出すフランジ部同士は相互に巻き込まれて一体に気密にカシメ結合１１される。
【００２０】
消音ケース２の下流側半部の内部には、吸熱体１５が収容され、この吸熱体１５は保持マット２０を介して消音ケース２内に支持されている。前記吸熱体１５は、ステンレス鋼の一体成形により角筒状に形成されており、その内部には、その全域に亘りその前後方向、すなわち消音ケース２内を流れる排気ガスの流れ方向に貫通する複数の排気ガス通路１６…が形成されており、これらの排気ガス通路１６…は、図３，５に示すように、その横断面形状、すなわち排気ガスの流れ方向と交叉する方向の断面形状が格子状に形成され、吸熱体１５の前後で消音ケース２内に連通されている。したがって、消音ケース２内を流れる高温の排気ガスは、吸熱体１５の複数の排気ガス通路１６…を流通して、該吸熱体１５を均等に加熱することができる。消音ケース２の内周面と、吸熱体１５の外周面との間には前記保持マット２０が装填され、この保持マット２０により、吸熱体１５は消音ケース２内に移動しないように弾性的に保持される。保持マット２０は、断熱材、この実施例では、セラミック繊維およびバーミキュライトよりなる混合物をバインダによって結合したものが用いられ、吸熱体１５の蓄熱が保持マット２０を通して外部に放散されにくいようにされている。
【００２１】
吸熱体１５には、排気音響を熱に変換するための、複数本のヒートパイプ２２…の下半部、すなわち吸熱部２２Ａ…が支持される。複数のヒートパイプ２２…は、ストレートな棒状に形成されていて、消音ケース２の前後および左右方向に間隔をおいて上下方向に並列され、それらの下半部、すなわち吸熱部２２Ａ…は、消音ケース２の上壁および保持マット２０を貫通して、吸熱体１５の排気ガス通路１６…間の壁体１７に設けた縦方向の保持孔１８に軽圧入にて固定支持されている。そして、各ヒートパイプ２２の吸熱部２２Ａは、吸熱体１５内の保持孔１８に面接触され、その下端は、吸熱体１５の底壁に衝き当てられている。したがって、吸熱体１５からヒートパイプ２２…への熱伝導が十分に行なわれるようにされている。。
【００２２】
複数本のヒートパイプ２２…の吸熱部（蒸発部）２２Ａ…は、吸熱体１５内の複数の排気ガス通路１６…と交叉する方向に配列されていて、その全域にわたり複数の排気ガス通路１６…を流れる高温の排気ガスの熱を効率良く受けるようにされている。また、複数本のヒートパイプ２２…の上半部は、消音ケース２の上方に露出していて、該ヒートパイプ２２…の放熱部（凝縮部）２２Ｂ…を構成している。
【００２３】
各ヒートパイプ２２は、従来公知の構造を備える熱伝導素子であって、図５に示すように、両端を閉鎖し、内部を真空とした密閉状のパイプ２３と、そのパイプ２３の内面に裏打ちされるウイック２４と、前記パイプ２３内に封入される作動液（熱媒体）２５とより構成されており、前記パイプ２３は、ステンレス鋼製であって、断面円形もしくは楕円形に構成され、また、前記ウイック２４は、金属メッシュ、ガラス繊維、あるいは炭素繊維により構成され、さらに、前記作動液２５は代替フロン（たとえばフロン１３４ａ）、ナフタレン、あるいはフェニルエーテル等により構成される。そして、各ヒートパイプ２２の消音ケース２内に存する下半部、すなわち吸熱部（加熱部）２２Ａが、排気ガスの熱をうけて加熱されると、作動液２５の蒸発が起こり、この作動液２５の蒸気は、ヒートパイプ２２の消音ケース２の外に存する上半部、すなわち放熱部（冷却部）２２Ｂに移動し凝縮して、蒸発潜熱の受け渡しが行われ、排気ガスの熱を外部に効率良く放散することができる。放熱部２２Ｂにて凝縮した作動液２５は、ウイック２４の毛細管作用で吸熱部２２Ａへと還流される。以上の繰り返しによって、消音ケース２内の排気ガスの熱を有効に外部に放散することができる。
【００２４】
つぎに、この第１実施例の作用について説明する。
【００２５】
いま、エンジンＥが運転されると、そこから排出される排気ガスは上流側排気管１Ｕより排気消音装置Ｍ内に流入する。その際、図４矢印に示すように、排気ガスは容積の大きい消音室１０内で分散され、該消音室１０内を、その上流側から下流側へと流れる。そして、その下流側に至った排気ガスは、吸熱体１５の複数の排気ガス通路１６…を流れて、高温の排気ガスの熱により吸熱体１５を加熱する。吸熱体１５の蓄熱は、複数本のヒートパイプ２２…の吸熱部２２Ａ…により吸収され、ヒートパイプ２２…は、吸熱部２２Ａ…にて吸熱した排気ガスの熱を、それらの放熱部２２Ｂ…へと伝達して、排気ガスの熱の消音ケース２外への放熱が有効に行われる。
【００２６】
しかして、複数本のヒートパイプ２２…からの排気ガスの熱の放出により、消音ケース２内を上流側から下流側に向けて流れる排気ガスは、吸熱体１５の前後両端部間において、排気ガスの温度が急激に低下して負の温度勾配を形成し、この負の温度勾配に起因する熱音響効果により、排気音響の一部の熱への変換が起こり排気音響が低減される。そして、排気音響を低減された排気ガスは、下流側排気管１Ｄを通って外部に放出される。
【００２７】
図１には、この第１実施例における、排気ガスの流れに沿う排気管系Ｅｘ内の長さ方向の排気ガスの温度変化（点線）と排気系Ｅｘ内の音響強度の変化（実線）が示される。排気ガスの温度は、吸熱体１５の前端部の直前までは、自然放熱により僅かに低下し、吸熱体１５の設置範囲に至れば、急激に低下して負の温度勾配が形成される。一方、排気系Ｅｘ内の排気音響の強度は、ヒートパイプ２２…の吸熱体２２Ａ…の前端部までは殆ど変わらず、吸熱体１５の設置範囲に至れば、前記負の温度勾配による熱音響効果により、排気音響の熱への変換が行われて、排気系Ｅｘ内の音響強度が大幅に低減される。
【００２８】
以上のように、この第１実施例によれば、熱音響効果による消音作用を生じさせるようにした排気消音装置Ｍにおいて、その放熱部２２Ｂ…をヒートパイプ２２…により形成してあるので、冷却媒体の循環構造が不要となり、排気消音装置の小型化、軽量化を達成でき、その上、その信頼性を向上させることができる。また、消音ケース２内に設けた吸熱体１５を介してヒートパイプ２２…の吸熱部２２Ａ…が排気ガスの熱を吸収するようにしているので、ヒートパイプ２２…の吸熱部２２Ａが排気ガスの熱を直接吸収するようにしたものに比べて、ヒートパイプ２２…の吸熱部２２Ａ…が吸収できる熱量が増加すると共にヒートパイプ２２…の放熱部２２Ｂ…から放熱される熱量も増加して、排気ガスとヒートパイプ２２…間の熱交換効率を大幅に向上させることができ、これにより、吸熱体１５の前後両端間に形成される負の温度勾配を可及的に大きくすることができ、熱音響効果による「音響→熱」の変換が促進されて、排気消音装置Ｍの消音効果を大幅に高めることができる。
【００２９】
つぎに、図６を参照して本発明の第２実施例について説明する。
【００３０】
図６は、前記第１実施例の図３に対応する図であり、図中、前記第１実施例と同じものには、同じ符号が付される。
【００３１】
この第２実施例は、吸熱体１５の構造が前記第１実施例のものと相違しており、すなわち、この第２実施例では、吸熱体１5 には、その横断面形状、すなわち排気ガスの流れる方向と交叉する方向の断面形状がハニカム状の複数の排気ガス通路１６…が形成され、これらの排気ガス通路１６…を避けてそれら間に形成される複数の壁体１７に設けた保持孔１８には、ヒートパイプ２２…の吸熱部２２Ａ…が軽圧入により固定支持され、それらの吸熱部２２Ａ…は吸熱体１５と面接触される。
【００３２】
しかして  この第２実施例のものも、前記第１実施例のものと同じ作用効果を奏することができ、その上、吸熱体１５の強度増が図れる。
【００３３】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。
【００３４】
たとえば、前記実施例では、吸熱体の複数の排気ガス通路は、格子状またはハニカム状の外、他の形状に形成してもよいが、吸熱体からヒートパイプへの熱伝導が十分に行なわれるように、ヒートパイプの吸熱部は吸熱体との面接触によって支持されることが好ましい。また、前記実施例では、吸熱体はステンレス鋼の一体成形により作られているが、他の材質、たとえば熱伝導率の高い窒化ホウ素などのセラミックで作ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明消音装置を備えたエンジンの排気系の全体側面図
【図２】図１の２−２線に沿う拡大平面図
【図３】図２の３−３線に沿う断面図
【図４】図２の４−４線に沿う断面図
【図５】図３の５矢視の仮想線囲い部分の拡大図
【図６】本発明の第２実施例にかかる図３に対応する図
【符号の説明】
【００３６】
１・・・・・・・・・・排気管
２・・・・・・・・・・消音ケース
１５・・・・・・・・・・吸熱体
１６・・・・・・・・・・排気ガス通路
２２・・・・・・・・・・ヒートパイプ
２２Ａ・・・・・・・・・吸熱部（ヒートパイプ２２の）
２２Ｂ・・・・・・・・・放熱部（ヒートパイプ２２の）
Ｅ・・・・・・・・・・エンジン
【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】
2007211734.tif 000007
【図６】
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