特開 2015-194129 消音器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-194129(P2015-194129A)

(43)【公開日】2015年11月5日

(54)【発明の名称】消音器

(51)【国際特許分類】

   F01N 1/02 20060101AFI20151009BHJP

【ＦＩ】

   F01N1/02 N

   F01N1/02 G

   F01N1/02 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-72443(P2014-72443)

(22)【出願日】2014年3月31日

(71)【出願人】

【識別番号】391002498

【氏名又は名称】フタバ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】加藤 暁司

(72)【発明者】

【氏名】夏目 勉

【テーマコード（参考）】

3G004

【Ｆターム（参考）】

3G004AA01

3G004CA01

3G004CA06

3G004DA09

3G004DA14

(57)【要約】

【課題】簡易な構造で熱応力を効果的に吸収可能な消音器を提供すること。
【解決手段】消音器（サブマフラ）１は、内燃機関の排気流路４１の一部を形成し、内外を連通する複数の連通孔２９が設けられた内側管状部材２と、内側管状部材２の外側を覆う外側管状部材３とを備えている。内側管状部材２は、他の部分よりも径を拡大させた径大部２３を有している。径大部２３は、一端から他端側に向かって徐々に径が拡大する第１拡径部２３１と、他端から一端側に向かって徐々に径が拡大する第２拡径部２３２とを有している。第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２は、内側管状部材２の中心軸２００を含む断面において、それぞれ曲率半径一定の円弧状に形成されている。径大部２３の軸方向長さをＬとした場合に、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２の軸方向長さの合計が０．７Ｌ以上である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関の排気流路の一部を形成し、内外を連通する複数の連通孔が設けられた内側管状部材と、
該内側管状部材の外側を覆う外側管状部材とを備え、
前記内側管状部材は、他の部分よりも径を拡大させた径大部を有し、
該径大部は、一端から他端側に向かって徐々に径が拡大する第１拡径部と、他端から一端側に向かって徐々に径が拡大する第２拡径部とを有し、
前記第１拡径部及び前記第２拡径部は、前記内側管状部材の中心軸を含む断面において、それぞれ曲率半径一定の円弧状に形成され、
前記径大部の軸方向長さをＬとした場合に、前記第１拡径部及び前記第２拡径部の軸方向長さの合計が０．７Ｌ以上であることを特徴とする消音器。

【請求項2】

前記第１拡径部及び前記第２拡径部は、前記内側管状部材の中心軸を含む断面において、共に同じ曲率半径の円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の消音器。

【請求項3】

前記径大部は、前記第１拡径部及び前記第２拡径部のみで形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の消音器。

【請求項4】

前記径大部は、前記第１拡径部と前記第２拡径部との間に、径が一定のストレート部を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の消音器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、排気音を抑制するための消音器に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、排気音を抑制するための消音器が知られている。消音器としては、例えば、車両等の内燃機関の排気流路の一部を形成し、内外を連通する複数の連通孔が設けられた内側管状部材と、その内側管状部材の外側を覆う外側管状部材とを備えた二重管構造を有するものがある。

【0003】

このような消音器は、内側管状部材内部の排気流路に高温の排ガスが流通するため、内側管状部材と外側管状部材との熱による軸方向伸び量の差によって熱応力が発生し、内側管状部材（例えば連通孔）等に損傷等の不具合が生じるおそれがある。そのため、熱応力対策として、内側管状部材と外側管状部材との間に、スライドメッシュ等の熱応力吸収材を介在させた消音器がある（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３２０２８３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来の消音器では、熱応力対策のために内側管状部材と外側管状部材との間にスライドメッシュ等の熱応力吸収材を介在させることから、部品点数の増加、それに伴うコスト増加といった問題が生じる。

【0006】

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、簡易な構造で熱応力を効果的に吸収可能な消音器を提供しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、内燃機関の排気流路の一部を形成し、内外を連通する複数の連通孔が設けられた内側管状部材と、該内側管状部材の外側を覆う外側管状部材とを備え、前記内側管状部材は、他の部分よりも径を拡大させた径大部を有し、該径大部は、一端から他端側に向かって徐々に径が拡大する第１拡径部と、他端から一端側に向かって徐々に径が拡大する第２拡径部とを有し、前記第１拡径部及び前記第２拡径部は、前記内側管状部材の中心軸を含む断面において、それぞれ曲率半径一定の円弧状に形成され、前記径大部の軸方向長さをＬとした場合に、前記第１拡径部及び前記第２拡径部の軸方向長さの合計が０．７Ｌ以上であることを特徴とする消音器にある。

【0008】

本発明の消音器において、内側管状部材には、径大部が設けられている。径大部は、一端から他端側に拡径する第１拡径部と、他端から一端側に向かって拡径する第２拡径部とを有している。第１拡径部及び第２拡径部は、内側管状部材の中心軸を含む断面において、それぞれ曲率半径一定の円弧状に形成されている。

【0009】

そのため、内側管状部材内部の排気流路に高温の排ガスが流通し、内側管状部材と外側管状部材との熱による軸方向伸び量の差によって熱応力が発生する場合に、内側管状部材における湾曲形状の第１拡径部及び第２拡径部が径方向にたわむことで、この熱応力を効果的に吸収・緩和することができる。また、径大部の軸方向長さＬに対して、第１拡径部及び第２拡径部の軸方向長さの合計が０．７Ｌ以上であるため、第１拡径部及び第２拡径部によって熱応力を吸収・緩和する効果を十分に得られる。

【0010】

また、従来のように、スライドメッシュ等の熱応力吸収材を設ける必要がないため、簡易な構造で熱応力を効果的に吸収することができる。そして、部品点数の削減、それに伴うコスト低減といった効果も得られる。以上により、本発明によれば、簡易な構造で熱応力を効果的に吸収可能な消音器を提供することができる。

【0011】

前記消音器において、前記第１拡径部及び前記第２拡径部は、前記内側管状部材の中心軸を含む断面において、共に同じ曲率半径の円弧状に形成されていてもよい。この場合には、内側管状部材における湾曲形状の第１拡径部及び第２拡径部によって熱応力を吸収・緩和する効果をさらに高めることができる。

【0012】

また、前記径大部は、前記第１拡径部及び前記第２拡径部のみで形成されていてもよい。この場合には、内側管状部材における湾曲形状の第１拡径部及び第２拡径部によって熱応力を吸収・緩和する効果をより一層高めることができる。

【0013】

また、前記径大部は、前記第１拡径部と前記第２拡径部との間に、径が一定のストレート部を有していてもよい。この場合には、内側管状部材における湾曲形状の第１拡径部及び第２拡径部によって熱応力を吸収・緩和する効果を十分に得ながら、消音器（特に内側管状部材）の製造が容易となる。すなわち、ストレート部を有することにより、例えば、ストレート部と第１拡径部及び第２拡径部との溶接作業が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】排気システムの構成を示す説明図である。

【図2】消音器（サブマフラ）の構造を示す断面図である。

【図3】消音器（サブマフラ）の構造の別例を示す断面図である。

【図4】実施例１の消音器の構造を示す説明図である。

【図5】比較例１の消音器の構造を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（実施形態１）
図１、図２に示すように、本実施形態の消音器（サブマフラ）１は、内燃機関（エンジン）の排気流路４１の一部を形成し、内外を連通する複数の連通孔２９が設けられた内側管状部材２と、内側管状部材２の外側を覆う外側管状部材３とを備えている。内側管状部材２は、他の部分よりも径を拡大させた径大部２３を有している。

【0016】

径大部２３は、一端から他端側に向かって徐々に径が拡大する第１拡径部２３１と、他端から一端側に向かって徐々に径が拡大する第２拡径部２３２とを有している。第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２は、内側管状部材２の中心軸２００を含む断面において、それぞれ曲率半径一定の円弧状に形成されている。径大部２３の軸方向長さをＬとした場合に、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２の軸方向長さの合計が０．７Ｌ以上である。以下、これを詳説する。

【0017】

図１に示すように、排気システム８は、自動車の内燃機関（エンジン）から排出された排気（排ガス）の流路となる排気流路４１（図２）を形成する。排気システム８は、実長の長い排気流路４１を形成する管状の流路部材８１と、流路部材８１に沿って直列に配置されたサブマフラ１及びメインマフラ８２とを備えている。なお、排気システム８の排気方向は、矢印Ｆで示す方向である。

【0018】

図２に示すように、サブマフラ１は、内側管状部材２と外側管状部材３とにより構成された２重管構造を有している。内側管状部材２は、円管状に形成されており、径方向断面が円形状である。外側管状部材３は、内側管状部材２と同様に、円管状に形成されており、径方向断面が円形状である。内側管状部材２及び外側管状部材３は、ステンレス鋼からなる。なお、図２は、内側管状部材２の中心軸２００を含む断面を示す図である。内側管状部材２と外側管状部材３とは、同軸上に配置されている。

【0019】

同図に示すように、外側管状部材３は、上流側から順に、上流側端部３１、上流側拡径部３２、中間部３３、下流側拡径部３４、下流側端部３５を有している。このうち、上流側端部３１、中間部３３、下流側端部３５は、径が一定のストレート部分である。中間部３３の径は、上流側端部３１及び下流側端部３５の径よりも大きくなっている。

【0020】

上流側拡径部３２は、上流側（上流側端部３１）から下流側（中間部３３）に向かって径が徐々に拡大する傾斜部分である。下流側拡径部３４は、下流側（下流側端部３５）から上流側（中間部３３）に向かって径が徐々に拡大する傾斜部分である。

【0021】

外側管状部材３は、内側管状部材２の外側を覆うように配置されている。外側管状部材３は、上流側拡径部３２、中間部３３、下流側拡径部３４において、内側管状部材２との間に外側空間４２を形成している。

【0022】

同図に示すように、内側管状部材２は、排気流路４１の一部を形成している。内側管状部材２は、上流側から順に、第１端部２１（上流側の端部）、径大部２３、第２端部２２（下流側の端部）を有している。このうち、第１端部２１及び第２端部２２は、径が一定のストレート部分である。第１端部２１及び第２端部２２の外径は、４５．６ｍｍである。径大部２３は、他の部分（第１端部２１及び第２端部２２）よりも径を拡大させた部分である。

【0023】

第１端部２１は、サブマフラ１の上流側に配置された流路部材８１に対して、外側管状部材３の上流側端部３１と共に、例えば溶接等により接合されている。第２端部２２は、サブマフラ１の下流側に配置された流路部材８１に対して、外側管状部材３の下流側端部３５と共に、例えば溶接等により接合されている。

【0024】

径大部２３は、第１拡径部２３１と第２拡径部２３２とを有している。本実施形態では、径大部２３は、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２のみで形成されている。第１拡径部２３１は、上流端（第１端部２１）から下流側（中間位置Ａ）に向かって径が徐々に拡大する部分である。第２拡径部２３２は、下流端（第２端部２２）から上流側（中間位置Ａ）に向かって径が徐々に拡大する部分である。なお、中間位置Ａとは、径大部２３の軸方向中間位置である。

【0025】

第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２は、それぞれ曲率半径一定の円弧状に形成されている。本実施形態では、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２は、共に同じ曲率半径の円弧状に形成されている。すなわち、径大部２３は、その全体が曲率半径一定の円弧状を形成するように湾曲している。径大部２３は、中間位置Ａにおいて最も径が大きくなる。なお、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２の曲率半径は、４００ｍｍである。また、径大部２３の中間位置Ａの外径は、６０ｍｍである。

【0026】

径大部２３の軸方向長さをＬとした場合に、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２の軸方向長さの合計は、０．７Ｌ以上である。本実施形態では、径大部２３が第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２のみで形成されているため、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２の軸方向長さの合計は、径大部２３の軸方向長さと同じＬである。なお、径大部２３の軸方向長さＬは、１６０ｍｍである。また、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２の軸方向長さは共に０．５Ｌ（８０ｍｍ）である。

【0027】

また、内側管状部材２には、径方向に貫通してなる複数の連通孔２９が形成されている。連通孔２９は、内側管状部材２の内外を連通するように形成されている。すなわち、連通孔２９は、内側管状部材２内の空間である排気流路４１と、内側管状部材２と外側管状部材３との間の外側空間４２との間を連通するように形成されている。サブマフラ１は、内側管状部材２の排気流路４１を流通する排気（排ガス）を、複数の連通孔２９を介して外側空間４２に導くことにより、排気音を抑制する。また、サブマフラ１の内側管状部材２及び外側管状部材３は、各部を例えば溶接等により接合して形成されている。

【0028】

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の消音器（サブマフラ）１において、内側管状部材２には、径大部２３が設けられている。径大部２３は、一端（上流端）から他端側（下流側）に拡径する第１拡径部２３１と、他端（下流端）から一端側（上流側）に向かって拡径する第２拡径部２３２とを有している。第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２は、内側管状部材２の中心軸２００を含む断面において、それぞれ曲率半径一定の円弧状に形成されている。

【0029】

そのため、内側管状部材２内部の排気流路４１に高温の排ガスが流通し、内側管状部材２と外側管状部材３との熱による軸方向伸び量の差によって熱応力が発生する場合に、内側管状部材２における湾曲形状の第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２が径方向にたわむことで、この熱応力を効果的に吸収・緩和することができる。また、径大部２３の軸方向長さＬに対して、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２の軸方向長さの合計が０．７Ｌ以上であるため、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２によって熱応力を吸収・緩和する効果を十分に得られる。

【0030】

また、従来のように、スライドメッシュ等の熱応力吸収材を設ける必要がないため、簡易な構造で熱応力を効果的に吸収することができる。そして、部品点数の削減、それに伴うコスト低減といった効果も得られる。

【0031】

また、本実施形態において、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２は、内側管状部材２の中心軸２００を含む断面において、共に同じ曲率半径の円弧状に形成されている。そのため、内側管状部材２における湾曲形状の第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２によって熱応力を吸収・緩和する効果をさらに高めることができる。

【0032】

また、径大部２３は、第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２のみで形成されている。そのため、内側管状部材２における湾曲形状の第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２によって熱応力を吸収・緩和する効果をより一層高めることができる。

【0033】

このように、本実施形態によれば、簡易な構造で熱応力を効果的に吸収可能な消音器１を提供することができる。すなわち、消音器１は、内側管状部材２の構造（湾曲形状の第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２）によって、熱応力を効果的に吸収することができるものとなる。

【0034】

（実施形態２）
本実施形態は、図３に示すように、消音器（サブマフラ）１の径大部２３の構成を変更したものである。

【0035】

同図に示すように、径大部２３は、上流側から順に、第１拡径部２３１、ストレート部２３３、第２拡径部２３２を有している。すなわち、径大部２３は、第１拡径部２３１と第２拡径部２３２との間に、径が一定のストレート部２３３を有している。ストレート部２３３の外径は、６０ｍｍである。

【0036】

第１拡径部２３１は、上流端（第１端部２１）から下流側（ストレート部２３３）に向かって径が徐々に拡大する部分であり、曲率半径一定の円弧状に形成されている。第２拡径部２３２は、下流端（第２端部２２）から上流側（ストレート部２３３）に向かって径が徐々に拡大する部分であり、曲率半径一定の円弧状に形成されている。第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２は、共に同じ曲率半径の円弧状に形成され、その曲率半径は、５０ｍｍである。

【0037】

径大部２３の軸方向長さをＬとした場合に、第１拡径部２３１の軸方向長さＭ１及び第２拡径部２３２の軸方向長さＭ２の合計は、０．７Ｌ以上である。本実施形態では、第１拡径部２３１の軸方向長さＭ１及び第２拡径部２３２の軸方向長さＭ２の合計は、０．７Ｌである。なお、第１拡径部２３１の軸方向長さＭ１及び第２拡径部２３２の軸方向長さＭ２は共に０．３５Ｌ（５６ｍｍ）であり、ストレート部２３３の軸方向長さＭ３は０．３Ｌ（４８ｍｍ）である。その他の基本的な構成は、実施形態１と同様である。

【0038】

次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態の消音器（サブマフラ）１において、径大部２３は、第１拡径部２３１と第２拡径部２３２との間に、径が一定のストレート部２３３を有している。そのため、内側管状部材２における湾曲形状の第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２によって熱応力を吸収・緩和する効果を十分に得ながら、消音器１（特に内側管状部材２）の製造が容易となる。すなわち、ストレート部２３３を有することにより、例えば、ストレート部２３３と第１拡径部２３１及び第２拡径部２３２との溶接作業が容易となる。その他の基本的な作用効果は、実施形態１と同様である。

【0039】

（実験例）
本実験例は、実施例及び比較例の消音器に対して熱サイクル試験を実施し、熱サイクル寿命を評価したものである。なお、消音器に対する熱サイクル試験は、シミュレーションにより実施した。

【0040】

図４に示すように、本発明の実施例である消音器１は、連通孔２９が内側管状部材２の中央部の軸方向長さ１５ｍｍの範囲内に４列形成されている。また、第１端部２１及び第２端部２２の外径は４５．６ｍｍ、径大部２３の中央部の外径（最大外径）は６０ｍｍである。また、内側管状部材２の軸方向長さは２００ｍｍ、径大部２３の軸方向長さは１６０ｍｍである。また、内側管状部材２及び外側管状部材３は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４０９ＬＴ−Ｅ）からなる。その他の基本的な構成は、前述の実施形態１と同様である。

【0041】

図５に示すように、比較例である消音器９は、内側管状部材２全体を径が一定のストレート部分としている。また、内側管状部材２の外径は４５．６ｍｍである。また、内側管状部材２の軸方向長さは２００ｍｍである。また、内側管状部材２及び外側管状部材３は、ステンレス鋼（ＳＵＳ４０９ＬＴ−Ｅ）からなる。その他の基本的な構成は、前述の実施形態１と同様である。

【0042】

熱サイクル試験は、実施例及び比較例の消音器に対して、加熱及び冷却を１サイクルとして、これを繰り返し実施した。本例では、外側管状部材の中央部分を４４０℃、内側管状部材を８００℃に加熱した後、消音器全体（内側管状部材及び外側管状部材）を１００℃に冷却した。そして、繰り返し発生する応力の蓄積が所定の基準値を超えた場合に熱サイクル寿命とした。なお、基準値は、任意に設定することができる。

【0043】

実施例及び比較例の消音器に対して熱サイクル試験を実施したところ、実施例の消音器の熱サイクル寿命は１３５サイクルであった。一方、比較例の消音器の熱サイクル寿命は７０サイクルであった。すなわち、実施例の消音器の熱サイクル寿命は、比較例の消音器の約２倍であった。

【0044】

以上の結果から、本発明の消音器は、内側管状部材における湾曲形状の第１拡径部及び第２拡径部によって熱応力を吸収・緩和する効果を十分に得られることが確認できた。すなわち、簡易な構造で熱応力を効果的に吸収可能であることが確認できた。

【0045】

（その他の実施形態）
なお、本発明は、前述の実施形態等に何ら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

【0046】

（１）前述の実施形態では、内側管状部材の径大部における第１拡径部及び前記第２拡径部が共に同じ曲率半径の円弧状に形成されているが、例えば、第１拡径部及び前記第２拡径部が互いに異なる曲率半径の円弧状に形成されていてもよい。

【0047】

（２）前述の実施形態では、内側管状部材の径大部における第１拡径部及び前記第２拡径部の軸方向長さが共に同じであるが、例えば、第１拡径部及び前記第２拡径部の軸方向長さが互いに異なっていてもよい。

【0048】

（３）前述の実施形態では、内側管状部材と外側管状部材との間に空間（外側空間）が形成されているが、例えば、この空間内に排気音を吸収するための従来公知の吸音材等を配置してもよい。

【符号の説明】

【0049】

１…消音器
２…内側管状部材
２００…中心軸（内側管状部材の中心軸）
２３…径大部
２３１…第１拡径部
２３２…第２拡径部
２９…連通孔
３…外側管状部材
４１…排気流路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】