(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スパークアレスターを兼ねるエンジンマフラーであって：
軸方向に延び出口端を有する外管；
該外管の前記出口端に隣接して同軸的に配置された実質的に同一で入れ子式の複数のディスク；および
該複数のディスクのうちの最後のディスクに隣接して配設されたディスク端キャップを含み；
該ディスク端キャップおよび前記複数のディスクの各々は、前記マフラーが連結されている内燃機関からの排気ガスの少なくとも一部分が、前記マフラーの軸方向中心線からオフセットしたほぼ軸方向に流通することができるような少なくとも１つのスロットを有していることを特徴とするマフラー。
【請求項２】
前記ディスクの各々を通って延びる中央開口を追有し、前記少なくとも１つのスロットが前記中央開口に対して半径方向に外側に配置されている請求項１のマフラー。
【請求項３】
前記複数のディスクの各々の前記少なくとも１つのスロットが、それぞれ他のディスクの前記少なくとも１つのスロットと整合している請求項２のマフラー。
【請求項４】
調整可能なエンジンマフラーであって：
軸方向に沿って延び出口端を有する外管；
該外管の前記出口端に固定された出口キャップであって、中央に配置された開口を有する出口キャップ；
前記出口キャップに隣接して同軸的に配置された実質的に同一で入れ子式の複数のディスクであって、該複数のディスクのうちの最初のディスクが前記出口キャップに隣接して配置されているディスク；および
前記複数のディスクのうちの最後のディスクに隣接して配置されたディスク端キャップを含み；該ディスク端キャップおよび前記複数のディスクの各々は、前記マフラーが連結されている内燃機関からの排気ガスの少なくとも一部分が、前記マフラーの軸方向中心線からオフセットしたほぼ軸方向に流通することができるような少なくとも１つのスロットを有していることを特徴とするマフラー。
【請求項５】
前記ディスク端キャップの中央部分には開口が存しない請求項４のマフラー。
【請求項６】
前記ディスクの各々が、軸方向のスペーサー手段を追有している請求項４のマフラー。
【請求項７】
エンジンマフラーであって：
軸方向に沿って延び出口端を有する内管；
該内管と同軸の外管であって、前記内管よりも大きな直径を有して前記内管との間に間隙を形成するようになっている外管；
該外管および前記内管の前記出口端に固定された出口キャップであって、中央に配置された開口を有する出口キャップ；
該出口キャップに隣接して同軸的に配置された実質的に同一で入れ子式の複数のディスクであって、該複数のディスクのうちの最初のディスクが前記出口キャップに隣接して配置されているディスク；
前記複数のディスクのうちの最後のディスクに隣接して配置されているディスク端キャップ；および
該ディスク端キャップおよび前記複数のディスクを前記出口キャップに固定する締結手段を含み；
前記ディスク端キャップおよび前記複数のディスクの各々は、前記マフラーが連結されている内燃機関からの排気ガスの少なくとも一部分が、前記マフラーの軸方向中心線からオフセットしたほぼ軸方向に流通することができるような少なくとも１つのスロットを有していることを特徴とするマフラー。
【請求項８】
前記複数のディスクの各々が中央開口を有し、前記少なくとも１つのスロットが前記中央開口に対して半径方向に外側に配置されている請求項７のマフラー。
【請求項９】
前記ディスクの各々の前記少なくとも１つのスロットが、それぞれ、他のディスクの前記少なくとも１つのスロットと整合している請求項８のマフラー。
【請求項１０】
前記ディスク端キャップの中央部分には開口が存しない請求項７のマフラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパークを阻止するマフラーに関する。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
内燃機関において消音（マフリング）を実効あるものにすることは、不快な音を減ずるために必要である。しかし、排気流を妨害することなく排気音の大きさを減少させることが所望される。内燃機関についてはこれらの２つの目的を達成するために多種のマフラーがこれまでに開発されている。
【０００３】
内燃機関が使用される環境によっては、排気から発光性の炭素粒子が発生するのを防止して、周りの環境に炎が移らないようにすることが義務付けられている。このことは、特に、「オフロードバイク（dirt bikes）」のような分野において該当する。そのような環境下ではエンジンにより排出される炭素等のスパークを捕捉し保持する能力のあるスパークアレスター作用のあるマフラーが必要であるが、こうしないと周りにスパークが逃散してファイアハザードを引き起こすからである。この目的で各種の装置が提供されている。そのような構造の一つは、１９７６年１０月２６日発行の米国特許第３，９８７，８６７号に示されている。さらに、別の構造が、１９７８年９月１２日発行の米国特許第４，１１３，０５１号に記載されている。これらの特許はいずれも本特許出願人によって保有されているものである。
【０００４】
これらの既知のマフラーおよびスパークアレスターの構造は、外管と同軸配置された有孔内管を備える密閉装置を有する。それらの管の間に吸音性材料が配置されている。内管と外管の出口端には、部分的にトロイド状凹部を有する気体遮断壁が設けられている。この壁に対して、縁部の凹みを介して互いに隔置された複数の部分的にトロイド状の円形ディスクが入れ子式に配設されている。
【０００５】
これまでに知られた別のエンジンマフラー／スパークアレスターにおいては、長円形の外管が、複数個の実質的に同一で入れ子式に配設された長円形状ディスクに連結されている。この構造は、１９９９年２月９日付の米国特許第５，８６９，７９３号に記載されているが、該特許も本特許出願人により保有されているものである。以上の３つの特許を全体として参考のために引用しておく。
【０００６】
上記の特許に記載されている３種類のマフラー構造の全て、およびその他の各種の競合する製品は、いずれも、マフラーが連結された内燃機関からの排気ガスが、ディスクの外側周辺を半径方向に流出するように構成されている。しかしながら、それらの排気路は、排気角度を制限しているある種の政府の音規制に合致していない。すなわち、日本の国土交通省の基準では、マフラーからの排気は、自動車の中心線から３０°以内で排出されなければならないとされている。オートバイやその他の車にマフラーを取り付ける際のそれらの車の長手方向の軸に対する角度を考慮すれば、上述したような既知のディスクの外端における排気角度を小さくしても上記の基準を必ずしも満たすことはできない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、上述したような難点等を克服しながら、全体的にも優れた長所を追有する新規で改良されたマフラー装置を開発することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に従えば、スパークアレスターを兼ねる新しいエンジンマフラーが提供される。
すなわち、本発明に従うマフラーは、軸方向に沿って延び出口端を有する外管を含む。そして、この外管の出口端に隣接して、実質的に同一で入れ子式になっている（nested）複数のディスクが配置されている。それらのディスクの各々は、その中を通る少なくとも１つのスロットを有する。これらの複数のディスクの各々の前記したような少なくとも１つのスロットにより、マフラーが連結されているエンジンからの排気の少なくとも一部分がほぼ軸方向に流出させることができるようになっている。
【０００９】
さらに、本発明は、別の視点として、調整可能な（tunable）エンジンマフラーを提供するものである。
すなわち、本発明に従うこのマフラーは、軸方向に延び出口端を有する外管を備え、この外管の出口端に出口キャップが固定されている。この出口キャップは、中央に配置された開口を有する。また、この出口キャップに隣接して、実質的に同一で入れ子式の複数のディスクが同軸的に配置されている。さらに、出口キャップに隣接して、前記の複数のディスクのうちの最初のディスクが配置されている。そして、前記の複数のディスクのうちの最後のディスクに隣接して、端キャップ（ディスク端キャップ）が配置されている。そして、この端キャップ（ディスク端キャップ）および前記の複数のディスクの各々は、マフラーが連結されている内燃機関からの排気ガスの少なくとも一部分が、マフラーの軸方向中心線からオフセットした（離れた）ほぼ軸方向に流通することができるような少なくとも１つのスロットを有している。
以下に本発明の好ましい実施例を示す図面に沿って本発明を説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付図面を参照するが、これらは本発明の好ましい実施の態様を示すものであり、本発明を制限するためのものではない。図１は、本発明に従うマフラーＢを採用するオートバイＡを示す。マフラーＢはオートバイに用いるものとして示しているが、このマフラーは自動車やトラックのような他の車にも使用され得るものである。また、本発明に従うマフラーは、ジェットスキー、競艇用ボート等のその他の乗り物にも使用することができる。さらに、本発明によって開示されるマフラーは、各種の産業分野において用いられているエンジンの音を消音するのに採用することもできる。
【００１１】
図２は、軸１０を有するものとしてオートバイＡおよび軸１４を有するものとしてマフラーＢを示している。図２の平面図から明らかなように、マフラーＢの軸１４は、オートバイＡの軸１０に対して約２０°の角度を成している。さらに、図１に示すように、マフラーＢの軸１４は、オートバイを支持している地面に対して約２５°の角度で配置されている。したがって、図１および図２に示されるように、オートバイの軸１０に対するマフラーの軸１４に対する全体的なオフセット（偏り）は、オートバイの軸１０に対するマフラーの軸１４の変位と、マフラーの軸に対する排気の方向とを組合せたものとなる。これらの変位の両方を考慮に入れると、マフラーの排気角度を制限している法律上の音規制の要求にマフラーは適合していない。すなわち、図１においては、マフラーからの排気方向は、ディスクの周りで、オートバイの軸に対して５°〜６０°の任意の方向にあることになる。同様にして、図２においては、排気方向は、オートバイに軸に対して５°〜６５°の範囲にある。このようにして、排気方向には或る種の政府の規制に適合していないものもある。既述のように、そのような規制の一つは、日本の国土交通省により指示された規制である。この規制は、排気はマフラーの中心線の対して３０°以内でなければならないとしており、そして、該規制はマフラーの長軸がオートバイの長軸と並行していることを前提にしている。
【００１２】
図３には、スパークアレスター作用のある従来のマフラーＣが図示されている。このマフラーは外管２０と内管２２とを有する。これらの２つの管は、出口端キャップ２４を介して固定されている。この出口端キャップ２４に隣接して、複数のディスク２８と、ディスク端キャップ３０が配設されている。これらのエレメントは、ディスク端キャップにある開口３４およびディスク２８にある開口（見えない）を通って延在している従来から知られているような適当な締結手段を介して互いに固定されている。複数のディスクは、えくぼ状の凹み（図３では見えない）を介して互いに隔置されている。ディスクの各々は、中央開口３８を有する。しかし、図４に示されるように、ディスク端キャップは中実（一体的）であり、その中を通る開口を有しない。したがって、マフラーが連結されている内燃機関からの排気ガスは、隣接する２つのディスク２８の間でそれぞれ形成される流出口４４を通って半径方向に流出させられる。以上のような構造は、図１および図２に示すように車に取り付けられた場合は、日本の国土交通省の規制を満たすことができない。
【００１３】
これに対応して、本発明者はそのような規制も満たすことができる図５に示すようなマフラーＢを案出した。このマフラーＢは外管５０と内管５２とを有し、内管５２には該管を通る複数の開口５４が存する。この開口により、排気ガスの一部が内管と外管との間に形成される間隙５５に入ることができる。この間隙内には吸音性材料５６の層が配置されている。
【００１４】
内管と外管の出口端に配置した出口キャップ（出口端キャップ）６０は、上記の間隙を閉じるためのものである。この出口キャップは、外スカート６２と内スカート６４とを有する。この外スカートは、従来からの適当な締結手段を介して外管５０に固定されており、図では該締結手段のナット６６が例示されている。また、内スカートは、適当な締結手段または従来の溶接手段（図示していない）により、内管５２の末端に固定されている。内管５２を通って流れる排気ガスは、矢印６８により示すように、内管５２の開口端６９を通って流出する。出口キャップ６０には、一連のディスク７０とディスク端キャップ７２が固定されている。図５から明かなように、矢印６８は、マフラーＢの中心線７４に沿って延びている。
【００１５】
図６にも示されるように、ディスク端キャップ７２は、締結手段（ファスナー）を受容する複数の開口７６を有し、該開口のそれぞれが適当な締結手段７７を収容している。ディスク端キャップ７２の半径方向の外側部分８０には一連の細長いスロット７８が、開口７６から隔置されて配設されている。しかし、ディスク端キャップの中央部分８２は、中実（一体的）であり、その中を通る開口を有しない。
【００１６】
再び図５を参照すると、ディスク７０の各々は、中央開口９０を有し、さらに、端キャップ７２にある細長いスロット９２に整合している一連の細長いスロット９２を有する。図７からも理解されるように、細長いスロット９２は、ディスク７０のスカラップ状リング部９４内に配置されている。
【００１７】
更に詳述すると、上記のスカラップ状リング部は、第１の壁部１００、第２の壁部１０２、第３の壁部、第４の壁部１０６および第５の壁部１０８を有している。これらの壁部は、互いに鋭角を成すように配向されている。第２の壁部１０２および第４の壁部１０６は、互いに並行している面内にあり、これらの面は、マフラーの軸７４（図５）に対してほぼ直角である。
【００１８】
ディスク端キャップの中実な中央部分８２は、該端キャップのこのドーム状部分を通ってガスが流れるのを防止する。しかし、該中央部分の半径方向の外側に配置されたスロット７８を通って流通することはできる。このようにして、一連のディスク７０を通りその中央開口９０により形成される中央流路は、該ディスクの端キャップ中央の中実部分８２によりふさがれている。
【００１９】
マフラーが連結されている内燃機関からの排気ガスは、矢印１１４により示されるように、隣接する各ディスク７０対により形成されるチャンネル１１２を通って各ディスク間を流通できるようになっている。排気ガスは、その後、ディスクの上記のように整合配置された細長いスロット９２を通り、更に端キャップ７２のスロット７８を通って流出する。このようにして、エンジンからの排気ガスは、軸方向に、次いで半径方向に、その後、再び軸方向に流通させられる。しかし、第２の軸方向流路は、第１の軸方向流路から半径方向に変位している。すなわち、中央の軸方向流路が、半径方向を外方に変位して、一連の６つの軸方向流路に分かれている。但し、流路の数はこれに限定されず、所望の数の流路を設けることができる。図７に示す流路は、排気ガスの音を減衰させることができるのみならず、排気中の熱光を発する炭素粒子を捕獲して周囲の環境に火を出すのを回避することができる。
マフラー端キャップ（出口キャップ）６０と最初のディスク７０との間にはスペーサー１２０が配設されて、細長いスロット７８を閉じ排気ガスがマフラーに向かって逆流するのを防止するようになっている。
【００２０】
図５から明らかなように、矢印６８で示される中央流路は、上述の一連のディスク７０を通って延びている。しかし、この流路は、端キャップ７２の中実な中央部分８２により閉じられている。マフラーＣが連結されている内燃機関からの排気ガスは、軸方向を外方に流通させられ、次に、矢印１３０で示されるように軸方向に流通させられる。ディスク７０と端キャップ７２とにより複数の流路が形成され、該流路は、互いに整合して配置されたスロット９２とスロット７８のそれぞれの組み合わせにより１つの流路を構成している。このようにして、中央にある単一の流路が、中心からずれた一連の（複数の）流路に代わられるようになっている。その一連の流路（複数の流路）は、図５に示される場合は、中央の流路の軸と並行している（平行である）。しかし、所望に応じて、中心からずれた一連の流路が、マフラーの軸７４に対して鋭角を成すように延びているようにすることもできる。
【００２１】
ディフューザーディスク（拡散ディスク）７０およびディスク端キャップ７２は、球形、卵形、長円形またはその他の任意の形状をとることができる。既述したように、図５から図７に示すディフューザーディスクは、該ディスクが取り付けられているマフラーの軸にほぼ平行な軸に沿って排気が流れるように設計されたものである。排気ガスをそのような軸に沿って導くことにより、該マフラーとディスクとから成る装置は、各種の音や排気ガスに関する規制に従うとともに、マフラーを調整する機能も維持することができる。
【００２２】
ディスク７０内のスロット９２は、該ディスク群の中で整合しているものとして示されているが、そのようなスロットが整合していないマフラーを製作することも可能である。そのような構造は、流体の流れという観点からは最適ではないが、或る種の条件では都合のよいこともある。図５〜７に示す実施例においては、ディスク７０群のスロットの不整合は起こり得ない。それらのスロットは、各２つの締結用開口７６の間に設けられているからである。すなわち、ディスク７０がどれだけ回転させられても、それらのディスク群のスロットは常に整合している。
図７に示されるように、ディフューザーディスク７０は、嵌め合っている他のディスクをシールし、且つ、排気を（図３の従来技術のマフラーにおけるようにディスク間を半径方向に流出させるのではなく）開口またはスロットを通って流出させるように設計された外径を有している。このために、隣接する各ディスク対間のギャップ（間隙）を可及的に小さくするか全く無くしてしまい、排気流の（全部ではなくても）大部分が半径方向ではなく軸方向に流れるようにする。
【００２３】
図５〜７に示すマフラー構造は、米国林野省のスパークアレスターガイドラインにより提示された要求を満たすこともできる。
ディスク間のギャップ（間隔）により排気が調整される。ディスクの数を増減すると、この空隙が変化して、排気流を増減する。上述した細長い開口（スロット）９２および７８の大きさは、ディスクの構造的な一体性を維持しながら、流れを最大にするよう設計されたものである。しかし、それらのスロットの数、形状および大きさを製造過程で修正して、マフラーが特定の用途における要求を満たし得るようにすることもできる。
【００２４】
本発明に従えば、正確なギャップ（間隔）を有する一連のディスクから、マフラーの排気口が形成される。ディスクを追加したり削減することにより、内燃機関および車の気化を調整（チューニング）することができる。ディスクを追加すると、系が開放され、排気口のサイズが大きくなり車の騒音を高める。ディスクを除去すると、系は閉じられることになり、排気口のサイズは小さくなり車の音は静かになる。排気口の開閉は調整（チューニング）にとって重要である。これによって車の出力幅を調整することができ、このことは、レーシングの場合は特に重要である。ディスクの追加や削減は、ヘッダーやコレクターのサイズを変化させることに等しい。
【００２５】
本発明のマフラーは、従来技術のように半径方向ではなく、軸方向に排気ガスを分散させる。排気ガスがそのように軸方向に流れるのにも拘わらず、本発明のマフラーは、効果的に消音しながら、同時に車のエンジンの作動を妨害することもない。さらに、本発明のエンジンは、マフラー内で排気から発熱光性炭素粒子を捕獲して周囲の環境に火が出ないようにする。換言すれば、本発明のマフラーは、該マフラーが連結されている内燃機関により排出される炭素およびその類似物のスパークを捕捉し保持することのできるスパークアレスターとして機能する。
【００２６】
図８には、本発明の別の実施例に従うマフラーＤが示されている。このマフラーＤは、外管１５０と内管１５２とを有し、内管１５０には該管を通る複数の開口１５４が存する。この対を成す管の出口端に出口キャップ（出口端キャップ）１６０が配設され、それらの管の間に形成される間隙の終端となっている。該出口キャップには、複数のディスク１７０、さらにはディスク端キャップ１７２が固定されている。
【００２７】
図９からも理解されるように、ディスク端キャップ１７２は、締結手段（ファスナー）を受容する複数の開口１７６を有し、該開口のそれぞれが適当な締結手段１７７を収容している。ディスク端キャップ１７２の半径方向の外側部分１８０には一連の細長いスロット１７８が、開口１７６から隔置されて配設されている。しかし、ディスク端キャップの中央部分１８２は、中実（一体的）であり、その中を通る開口を有しない。図５に示す実施例とは対照的に、図８に示すディスク端キャップは、ドーム状ではなく平らな中央部分を有している。このように、ディスク端キャップ１７２の中実な中央部分１８２がドーム状ではないので、最も端のディスク１７０と端キャップ１７２との間のギャップ（間隔）は、図５に示す実施例におけるよりも小さくなっている。環境に応じて、この構成が有用となる。
【００２８】
好ましい実施例に沿って本発明を説明したが、本明細書を読み理解すれば各種の修正や変更が想到されるであろう。特許請求の範囲内にありまたはそれに均等である限りそのような修正や変更も全て本発明に包含されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】マフラーを使用するオートバイの側面を概示する。
【図２】図１のオートバイの平面図である。
【図３】複数のディスクを用いる従来のマフラーの一部破断して示す拡大側面図である。
【図４】図３のマフラーの端部立面図である。
【図５】本発明のマフラーの一部破断側面図である。
【図６】図５のマフラーの端部立面図である。
【図７】図５のマフラーの一部を破断して示す拡大側面図である。
【図８】本発明のマフラーの他の実施例の一部破断側面図である。
【図９】図８のマフラーの端部立面図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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