JP5009333B2 - 排気消音装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用などのエンジンの排気系に接続される排気消音装置に関し、特に、消音器本体を流れる排気ガスの流通抵抗を低減して消音効果を高めるようにした排気消音装置に関する。

従来、シェル２と、シェル２の両端を閉塞する一対の端壁３，４とから、内部に膨張室Ａ，Ｂを形成した消音器本体１と、エンジンから排出された排気ガスを膨張室Ａ，Ｂに導く排気ガス導入管１０と、膨張室Ａ，Ｂ内の排気ガスを消音器本体１の外部に排出する排気ガス排出管２０とを備え、排気ガス導入管１０は、その管１０内に設けた開閉弁１２が開弁したときに、排気ガス導入管１０内の排気ガスを膨張室Ａ，Ｂを経由しないで直接外部に排出させるようにした排気消音装置は公知である（後記特許文献１参照）。

特開２００８−４５４９５号公報

ところが、前記特許文献１に示されるものは、排気ガス導入管１０が一方の端壁３から消音器本体１内に入り、消音器本体１内をその縦方向に貫通して他方の端壁４から消音器本体１の外部に開口しているため、排気ガス導入管１０に設けた開閉弁１２が開弁したときに、排気ガス導入管１０内の排気ガスが前記開口にたどり着くまでの管長が長くなり、その分、膨張室Ａ，Ｂを経由しないで前記開口から排気ガスを直接排出させる場合の排気ガスの流通抵抗が増加するだけでなく、この流通抵抗の増加によって、開閉弁１２が開弁したときに排気ガス導入管１０内の排気ガスが開閉弁１２の上流側の透孔１１から膨張室Ａ，Ｂ内に流れ易くなり、その結果、開閉弁１２が開弁しても膨張室Ａ，Ｂを経由しないで前記開口から直接排出される排気ガスの量が少なくなり、開閉弁１２が開弁したときに膨張室Ａ，Ｂを経由しないで前記開口から排気ガスを多く直接排出させることによる流通抵抗の低減効果と、それによるエンジンの出力向上効果が十分に得られないという問題があった。

本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり、消音器本体内を流れる排気ガスの流通抵抗を可及的に低減して前記問題を解決できるようにした、新規な排気消音装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本請求項１記載の発明は、シェルと、シェルの両端を閉塞する一対の端壁とからなり、内部に膨張室を有する消音器本体と、エンジンから排出された排気ガスを膨張室に導く排気ガス導入管と、膨張室内の排気ガスを消音器本体外部に排出する排気ガス排出管と、を備えた排気消音装置において、
前記排気ガス導入管は、一対の端壁間で、消音器本体の、長手方向の中央より端壁寄りに偏らせて、シェルを貫通して消音器本体に接続されていて、消音器本体内で一方の分岐管と他方の分岐管とに分岐されており、
前記消音器本体内には、その一側に前記膨張室を、その他側に共鳴室を形成するセパレータが設けられ、
前記一方の分岐管は、前記膨張室に排気ガスを導入し、他方の分岐管は、消音器本体内を経由して下流端が前記端壁に向かって延び、前記セパレータに貫通支持されて前記共鳴室に連通することなく消音器本体の外部に開口しており、
前記一方の分岐管は、その管内の排気ガスを前記膨張室を経由して前記排気ガス排出管から消音器本体の外部に排出し、前記他方の分岐管には、その管内の排気ガス通路を開閉する開閉弁が前記セパレータと、前記端壁との間に設けられ、排気ガス圧が所定値を超えると開弁する開閉弁の開弁時に、他方の分岐管から膨張室を経由しないで消音器本体の外部に排出される排気ガスは、前記共鳴室も経由しないで消音器本体の外部に排出されることを特徴としている。

本請求項１記載の発明によれば、排気ガス導入管は、一対の端壁間でシェルを貫通して消音器本体に接続され、その排気ガス導入管の、開閉弁を設けた他方の分岐管は、一方の端壁から消音器本体外部に開口するので、開閉弁が開弁したときに排気ガス導入管内の排気ガスが前記開口にたどり着くまでの管長が短くなり、排気ガスの流通抵抗を低減することができ、加えて、開閉弁が開弁したときの前記開口までの流通抵抗の低減により、開閉弁を開弁したときに膨張室および共鳴室を経由しないで前記開口から直接外部に排出される排気ガスの量が増えて、開閉弁を有しない一方の分岐管を介して膨張室に流れる排気ガスの量が少なくなるので、排気ガスが膨張室経由で排出されることによる流通抵抗の増加も大幅に低減することができる。その結果、全体として、消音器本体内を流れる排気ガスの流通抵抗を可及的に低減することができ、それにより、エンジンの出力向上効果を高めることができる。

本発明排気消音装置を備えた車両用エンジンの排気系の全体平面図 図１の２矢視の消音器の破断斜視図 図２の３矢視の断面図 図３の４−４線に沿う断面図 図４の５−５線に沿う拡大断面図 図３の６−６線に沿う断面図

以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

本実施例は、本発明消音器を、車両用Ｖ型エンジンの排気系に実施した場合であり、以下の説明において、前後、左右および上下とは、車両の前進方向を基準にしていう。

図１において、全体を符号Ｅで示す車両用エンジンは、Ｖ型多気筒エンジンであって、対をなす左、右バンクＢＬ，ＢＲを備え、それらのバンクＢＬ，ＢＲの排気マニホールドには、第１の排気管Ｐ１と第２の排気管Ｐ２がそれぞれ接続されている。第１および第２の排気管Ｐ１，Ｐ２は、車体Ｆの幅方向に離れてその前後方向に延長されており、それらの排気管Ｐ１，Ｐ２には、その上流側から下流側に順に、一次触媒ＣＡ１、二次触媒ＣＡ２、および補助消音器（プリチャンバ）ＰＣが直列に接続されている。そして、第１および第２の排気管Ｐ１，Ｐ２の下流端は、ジョイントＪ，Ｊを介して消音器Ｍに並列に接続されている。補助消音器ＰＣ，ＰＣ同士は相互に連結されて相互間の距離が規制され、また、第１および第２の排気管Ｐ１，Ｐ２の補助消音器ＰＣ，ＰＣよりも下流側は、弾性支持部材Ｓ１，Ｓ１を介して車体Ｆに吊下支持され、さらに消音器Ｍの左右両端は他の弾性支持部材Ｓ２，Ｓ２を介して車体Ｆに吊下支持されている。

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、一次および二次触媒コンバータＣＡ１，ＣＡ２により、そこに含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害成分が浄化されたのち、補助消音器ＰＣを通って補助的に消音されたのち、消音器Ｍにより主たる消音がなされて外部に排出される。

つぎに、本発明にかかる排気消音装置の構成について、図１に図２〜６を併せ参照して詳細に説明する。

消音器Ｍは、その縦中心軸線Ｌ−Ｌが車体Ｆの前後方向に対して横切る方向の配設されており、その主体部をなす消音器本体１と、エンジンＥからの排気ガスを消音器本体１に導く左右一対の第１の排気ガス導入管２Ｌおよび第２の排気ガス導入管２Ｒと、消音器本体１の膨張室２０，２１，２１内の排気ガスを外部に排出する左右一対の排気ガス排出管５，５とを備えている。

消音器本体１は、消音器Ｍのハウジングを構成しており、左右両端面を開放した円筒状のシェル１０と、このシェル１０に左側開口端に気密に固定される左端壁１１と、このシェルの右側開口端に気密に固定される右端壁１２とより密閉の円筒状に形成され、その内部に消音室が形成される。そして、この消音器本体１は、その縦中心軸線Ｌ−Ｌを左右方向に向けて車体Ｆに支持にされる。

消音器本体１の内面の長手方向の中央部分には、前記左右端壁１１，１２と略平行に、パンチング孔よりなる多数の小孔１５を穿設した左右一対の内側セパレータ１３，１３が固定され、一対の内側セパレータ１３，１３間には、膨張室２０が形成されている。また、消音器本体１の内面の長手方向の左、右端壁１１，１２寄りの部分には、前記左、右端壁１１，１２と略平行に、左右一対の外側セパレータ１４，１４が固定されており、内側セパレータ１３，１３と外側セパレータ１４，１４との間には膨張室２１，２１が形成され、外側セパレータ１４と左端壁１１との間、および外側セパレータ１４と右端壁１２との間には、共鳴室２１Ｒがそれぞれ形成されている。

消音室本体１の、長手方向の中央よりも左右端壁１１，１２寄りに偏らせて、シェル１０には、左右一対の第１の排気ガス導入管２Ｌおよび第２排気ガス導入管２Ｒがそれぞれ貫通接続されている。第１の排気ガス導入管２Ｌの上流端および第２の排気ガス導入管２Ｒの上流端は、消音器本体１の外部において前記第１の排気管Ｐ１の下流端および第２の排気管Ｐ２の下流端にジョイントＪ，Ｊを介してそれぞれ接続されており、また、第１の排気ガス導入管２Ｌおよび第２の排気ガス導入管２Ｒは、消音器本体１の膨張室２１，２１内において、一方の分岐管３，３と、他方の分岐管４，４とに二又状にそれぞれ分岐されている。一方の分岐管３，３は、消音器本体１内の中央に向かって延びており、その下流側端部が内側セパレータ１３，１３の中央部に貫通支持されて、膨張室２０の中央部、すなわち消音器本体１の縦中心軸線Ｌ−Ｌ上に開口されている。そして、図２，３に示すように、左右一対の一方の分岐管３，３の下流側端部開口は、膨張室２１内の中央部において空間を存して相互に対向配置されている。一方、左右一対の他方の分岐管４，４は、消音器本体１内を左右端壁１１，１２に向かってそれぞれ延びており、その下流側端部が外側セパレータ１４，１４の径方向に偏った位置に形成される開口４４に貫通支持されて、後述の開閉弁Ｖの入口に連通されている。

前記開閉弁Ｖとは離隔して径方向の偏った位置において、左右一対の外側セパレータ１４，１４と、左右端壁１１，１２との間には、前記共鳴室２１Ｒを貫通する左右一対の排気ガス排出管５，５がそれぞれ消音器本体１の軸方向に沿って支持されており、それらの排気ガス排出管５，５の上流端は、末広状に拡開されて内側および外側セパレータ１３，１３，１４，１４間の膨張室２１，２１内に開口され、また、その下流端は、外部に開口するテールパイプ２３，２３にそれぞれ接続される。

左右一対の外側セパレータ１４，１４には、各一対の連通管１６，１７が貫通支持され、これらの連通管１６，１７は、内側および外側セパレータ１３，１４間の膨張室２１と、共鳴室２１Ｒとを相互に連通している。

左右一対の内側セパレータ１３，１３と左右一対の外側セパレータ１４，１４とは、周方向の間隔をあけてそれらの外周部に固定される複数本（３本）の連結棒１８によりそれぞれ連結されている。

図３に示すように、前記開閉弁Ｖは、外側のセパレータ１４，１４と左右端壁１１，１２間に支持されるハウジング３０と、このハウジング３０内に設けられる弁体３１と、この弁体３１を閉じ位置に弾発付勢するコイルばねよりなる弁ばね３２とを備えている。そして、この開閉弁Ｖは、その入口が外側セパレータ１４に形成した開口４４に接続される他方の分岐管４の下流側開口に連通され、またその出口は、排気通路３３を介して外部に開口するテールパイプ２４に接続される。第１および第２排気ガス導入管２Ｌ，２Ｒ内の排気ガス圧力が所定値以下のときは、弁体３１は、弁ばね３２の弾発力により他方の分岐管４の下流側開口を閉じて閉弁され、他方の分岐管４と外部とが遮断状態に維持され、また第１および第２排気ガス導入管２Ｌ，２Ｒ内の排気ガス圧力が所定値を超えるときは、弁体３１は弁ばね３２の弾発力に抗して開弁され、他方の分岐管４の下流側開口を共鳴室２１Ｒ内に連通させることなく排気通路３３を介して外部に開放させる。

なお、図１において、２５はテールパイプ２３の途中に接続されるサイドブランチ（共鳴型消音器）を示す。

つぎに、この実施例の作用について説明する。

いま、Ｖ型エンジンＥの運転によれば、左右バンクＢＬ，ＢＲから排出される排気ガスは、第１排気管Ｐ１および第２の排気管Ｐ２を流れ、一次および二次触媒ＣＡ１，ＣＡ２をそれぞれ流れてＮｘ、ＣＯ、ＨＣなどの有害成分を浄化したのち、プリチャンバＰＣ，ＰＣに入り、ここで一次消音されたのち、第１の排気ガス導入管２Ｌおよび第２の排気ガス導入管２Ｒを経て本発明にかかる消音器Ｍへと導かれて、ここで後述するように主たる消音がなされた後、外部へと排出される。

エンジンＥのアイドリング運転、始動運転を含む低速運転域では、エンジンＥの燃焼圧力が低く、そこから排出される排気ガスの圧力も低いため、第１の排気ガス導入管２Ｌおよび第２の排気ガス導入管２Ｒより消音器本体１に流入した排気ガスの圧力は、開閉弁Ｖの弁ばね３２の弾発力よりも弱いため、開閉弁Ｖの弁体３２は、図３実線位置に示すように閉じ状態を維持している。したがって、第１および第２の排気ガス導入管２Ｌ，２Ｒに導入された排気ガスは、その全量が図３実線矢印ａに示すように、左右の一方の分岐管３，３内を通って膨張室２０内に流入し、その後、左右の内側セパレータ１３，１３の小孔１５を通過して左右膨張室２１，２１へと分流し、膨張室２１，２１内にその上流側が開口する左右の排気ガス排出管５，５を通って外部に排出される。この過程で排気ガスの排気音は、膨張室２０，２１，２１内での膨張による消音効果と、共鳴室２１Ｒ，２１Ｒ内での共鳴による消音効果とにより効果的に消音される。

ところで、エンジンＥの低速運転域では、第１および第２の排気ガス導入管２Ｌ，２Ｒに導入された排気ガスは、その全量が左右の一方の分岐管３，３内を通って膨張室２０内に流入するので、膨張室２０内に流入する排気ガスの量が増加し、その上、膨張室２０内では、左右一方の分岐管３，３の下流側端部開口が相対向しているので、干渉に関与する排気ガスの量が可及的に増え、排気ガスの干渉量も増える。その結果、排気ガスの干渉に基づく消音効果が大幅に高められる。

特に、図２，３に示すように、第１の排気ガス導入管２Ｌの、一方の分岐管３の下流側端部開口および第２の排気ガス導入管２Ｒの、一方の分岐管３の下流側端部開口は、消音器Ｍ本体の縦中心軸線Ｌ−Ｌ上にあって、膨張室２０の中央部で空間を存して相互に対向しているので、干渉させた後の排気ガスを膨張室２０内で均等に膨張させることができ、排気ガスの膨張による消音効果も高めることができる。

一方、エンジンＥの燃焼が完爆状態となってそれが高速運転域に達すると、燃焼圧力が高くなり、そこから排出される排気ガスの圧力も高くなるので、第１の排気ガス導入管２Ｌおよび第２の排気ガス導入管２Ｒに流入する排気ガスの圧力も高くなり、それらの他方の分岐管４，４に流入した排気ガスの圧力は、開閉弁Ｖの弁ばね３２のばね力よりも高くなり、図３に鎖線に示すように、開閉弁Ｖの弁体３１は開弁される。したがって、第１の排気ガス導入管２Ｌおよび第２の排気ガス導入管２Ｒ内に流入した排気ガスの大部分は、膨張室２０，２１，２１を経由することなく、他方の分岐管４，４、開閉弁Ｖ、排気通路３３を通って直接外部に排出されるようになり、排気ガスの流通抵抗が大幅に低減される。

また、第１および第２の排気ガス導入管２Ｌ，２Ｒは、左右端壁１１，１２間でシェル１０を貫通して消音器本体１に接続され、それらの排気ガス導入管２Ｌ，２Ｒの、開閉弁Ｖ，Ｖを設けた側の他方の分岐管４，４は、左右端壁１１，１２から直接消音器本体１の外部に開口するので、開閉弁Ｖ，Ｖが開弁したときに、第１および第２の排気ガス導入管２Ｌ，２Ｒ内の排気ガスが他方の分岐管４，４を経由して消音器本体１の外部開口にたどり着くまでの管長が短くなり、排気ガスの流通抵抗を低減することができ、さらに、開閉弁Ｖ，Ｖが開弁したときの前記外部開口までの流通抵抗の低減により、開閉弁Ｖ，Ｖが開弁したときに膨張室２０，２１，２１を経由することなく他方の分岐管４，４を介して前記外部開口から直接外部に排出される排気ガスの量が増えて、開閉弁Ｖ，Ｖを有しない一方の分岐管３，３を介して膨張室２０，２１，２１に流れる排気ガスの量が少なくなるので、排気ガスが膨張室２０，２１，２１経由で排出されることによる流通抵抗の増加も大幅に低減することができる。その結果、全体として、消音器本体１内を流れる排気ガスの流通抵抗を可及的に低減することができ、それにより、エンジンの出力向上効果を高めることができる。

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。

たとえば、前記実施例では、本発明消音器Ｍを車両用Ｖ型エンジンＥの排気系に実施した場合を説明したが、これを汎用など、他の用途のエンジンの排気系にも実施できることは勿論である。

１・・・・・消音器本体
２Ｌ・・・・排気ガス導入管（第１の排気ガス導入管）
２Ｒ・・・・排気ガス導入管（第２の排気ガス導入管）
３・・・・・一方の分岐管
４・・・・・他方の分岐管
１０・・・・シェル
１１・・・・端壁（左端壁）
１２・・・・端壁（右端壁）
１４・・・・セパレータ（外側セパレータ）
２０・・・・膨張室
２１・・・・膨張室
２１Ｒ・・・共鳴室
Ｅ・・・・・エンジン
Ｖ・・・・・開閉弁

Claims (1)

1. シェル（１０）と、シェル（１０）の両端を閉塞する一対の端壁（１１，１２）とからなり、内部に膨張室（２０，２１）を有する消音器本体（１）と、エンジン（Ｅ）から排出された排気ガスを膨張室（２０，２１）に導く排気ガス導入管（２Ｌ，２Ｒ）と、膨張室（２０，２１）内の排気ガスを消音器本体（１）外部に排出する排気ガス排出管（５）と、を備えた排気消音装置において、
   前記排気ガス導入管（２Ｌ，２Ｒ）は、一対の端壁（１１，１２）間で、消音器本体（１）の、長手方向の中央より端壁（１１，１２）寄りに偏らせて、シェル（１０）を貫通して消音器本体（１）に接続されていて、消音器本体（１）内で一方の分岐管（３）と他方の分岐管（４）とに分岐されており、
   前記消音器本体（１）内には、その一側に前記膨張室（２０，２１）を、その他側に共鳴室（２１Ｒ）を形成するセパレータ（１４）が設けられ、
   前記一方の分岐管（３）は、前記膨張室（２０，２１）に排気ガスを導入し、他方の分岐管（４）は、消音器本体（１）内を経由して下流端が前記端壁（１１，１２）に向かって延び、前記セパレータ（１４）に貫通支持されて前記共鳴室（２１Ｒ）に連通することなく消音器本体（１）の外部に開口しており、
   前記一方の分岐管（３）は、その管（３）内の排気ガスを前記膨張室（２０，２１）を経由して前記排気ガス排出管（５）から消音器本体（１）の外部に排出し、前記他方の分岐管（４）には、その管（４）内の排気ガス通路を開閉する開閉弁（Ｖ）が前記セパレータ（１４）と、前記端壁（１１，１２）との間に設けられ、排気ガス圧が所定値を超えると開弁する開閉弁（Ｖ）の開弁時に、他方の分岐管（４）から膨張室（２０，２１）を経由しないで消音器本体（１）の外部に排出される排気ガスは、前記共鳴室（２１Ｒ）も経由しないで消音器本体（１）の外部に排出されることを特徴とする、排気消音装置。

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