特開 2023-121427 排気管

(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】P2023121427

(43)【公開日】2023-08-31

(54)【発明の名称】排気管

(51)【国際特許分類】

   F01N 13/08 20100101AFI20230824BHJP

   F01N 1/02 20060101ALI20230824BHJP

   F16L 55/00 20060101ALI20230824BHJP

【ＦＩ】

F01N13/08 A

F01N1/02 E

F16L55/00 G

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022024774

(22)【出願日】2022-02-21

(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】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】梶川 正博

(72)【発明者】

【氏名】都築 裕介

【テーマコード（参考）】

3G004

3H025

【Ｆターム（参考）】

3G004AA01

3G004BA01

3G004CA01

3G004DA14

3H025CA01

3H025CB12

(57)【要約】

【課題】より広い帯域の騒音を抑制する。
【解決手段】排気管は、内管と、外管と、開口と、閉鎖部と、少なくとも１つの閉塞部とを備える。外管は、二重管を形成するように内管の外側に配置され、内管との間に消音室を形成する。開口は二重管の第１端に位置し、閉鎖部は二重管の第２端にて消音室を閉鎖する。閉塞部は、開口及び閉鎖部から離間して設けられ、消音室を閉塞することで、消音室を複数の消音領域に分割する。また、閉塞部は、これらの消音領域を連通する少なくとも１つの流路を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両に搭載される排気管であって、
排ガスを流下させるよう構成された内管と、
二重管を形成するように前記内管の外側に配置され、前記内管との間に消音室を形成する外管と、
前記二重管の第１端にて前記消音室を開放する開口と、
前記二重管の第２端にて前記消音室を閉鎖する閉鎖部と、
前記開口及び前記閉鎖部から離間して設けられ、前記消音室を閉塞することで、前記消音室を、前記排ガスの流れ方向の上流側の消音領域と下流側の消音領域とに分割する少なくとも１つの閉塞部と、を備え、
前記閉塞部は、前記上流側の消音領域と前記下流側の消音領域とを連通する少なくとも１つの流路を有する
排気管。

【請求項2】

請求項１に記載の排気管であって、
前記開口の面積は、前記閉塞部の前記流路における前記排ガスの流れ方向に直交する断面の面積よりも大きい
排気管。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の排気管であって、
前記外管における前記閉塞部が位置しない部分の前記排ガスの流れ方向に平行な断面は、前記排ガスの流れ方向の第１端から第２端まで、前記排ガスの流れ方向に沿って延びる
排気管。

【請求項4】

請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の排気管であって、
前記外管は、前記内管に向かって陥没する凹部を有し、
前記閉塞部は、前記凹部を有する
排気管。

【請求項5】

請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の排気管であって、
前記閉塞部の数は１つである
排気管。

【請求項6】

請求項１から請求項５のうちのいずれか１項に記載の排気管であって、
前記二重管の第１端は、前記排ガスの流れ方向の上流側に位置する
排気管。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、排気管に関する。

【背景技術】

【0002】

ヘルムホルツ共鳴又はサイドブランチによる音波の干渉を利用して、車両の排気管の騒音を減衰させる技術が知られている。一例として、特許文献１に開示された技術では、二重管構造を有する排気管における内管と外管との間の隙間に、共鳴室と共鳴管とが形成される。そして、ヘルムホルツ共鳴により、共鳴室の容積及び共鳴管の長さ等に応じた周波数の騒音が減衰される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１１２０６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１の技術では、特定の周波数の騒音を減衰できるが、その一方で、より広い帯域の騒音を抑制したいとの要望が存在する。
本開示の一態様では、より広い帯域の騒音を抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一態様は、車両に搭載される排気管であって、内管と、外管と、開口と、閉鎖部と、少なくとも１つの閉塞部と、を備える。内管は、排ガスを流下させるよう構成される。外管は、二重管を形成するように内管の外側に配置され、内管との間に消音室を形成する。開口は、二重管の第１端にて消音室を開放する。閉鎖部は、二重管の第２端にて消音室を閉鎖する。閉塞部は、開口及び閉鎖部から離間して設けられ、消音室を閉塞することで、消音室を、排ガスの流れ方向の上流側の消音領域と下流側の消音領域とに分割する。また、閉塞部は、上流側の消音領域と下流側の消音領域とを連通する少なくとも１つの流路を有する。

【0006】

上記構成によれば、消音室全体での共鳴による消音効果と、閉塞部により形成された消音室の各消音領域での共鳴による消音効果とが得られる。このため、閉塞部を設けず、消音室全体での共鳴により消音を行う場合に比べ、より広い帯域の騒音を抑制できる。

【0007】

本開示の一態様では、開口の面積は、閉塞部の流路における排ガスの流れ方向に直交する断面の面積よりも大きくてもよい。
上記構成によれば、消音室の開口の面積が広くなるため、音波が消音室に入り易くなり、消音室全体及び各消音領域での共鳴が生じ易くなる。このため、より広い帯域の騒音を良好に抑制できる。

【0008】

本開示の一態様では、外管における閉塞部が位置しない部分の排ガスの流れ方向に平行な断面は、排ガスの流れ方向の第１端から第２端まで、排ガスの流れ方向に沿って延びていてもよい。

【0009】

上記構成によれば、排気管の配置スペースを抑制できる。
本開示の一態様では、外管は、内管に向かって陥没する凹部を有し、閉塞部は、凹部を有していてもよい。

【0010】

上記構成によれば、良好に閉塞部を形成できる。
本開示の一態様では、閉塞部の数は１つであってもよい。
上記構成によれば、閉塞部により分割された消音室の各消音領域において、良好に共鳴による消音効果が得られる。このため、より広い帯域の騒音を良好に抑制できる。

【0011】

本開示の一態様では、二重管の第１端は、排ガスの流れ方向の上流側に位置してもよい。
上記構成によれば、音波が消音室に入り易くなり、消音室全体及び消音室の各消音領域での共鳴が生じ易くなる。このため、より広い帯域の騒音を良好に抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】排気管の透過的な側面図である。

【図2】図１のII-II断面図である。

【図3】図１のIII-III断面図である。

【図4】排気管の消音量の測定結果を示すグラフである。

【図5】変形例の排気管における閉塞部周辺の透過的な側面図である。

【図6】変形例の排気管における閉塞部周辺の透過的な側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本開示の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

【0014】

［１．概要］
本実施形態の排気管１は、車両に搭載され、車両のエンジンからの排ガスの流路を構成する（図１参照）。また、排気管１は、マフラとしての機能を有する二重管２を備えている。

【0015】

具体的には、排気管１は、一例として軸線１Ａの方向に真っすぐに延びており、排ガスは、軸線１Ａの方向に上流側から下流側へと流下する。また、排気管１は、二重管２を構成する内管３及び外管４と、閉塞部５とを備える。内管３及び外管４は、軸線１Ａに直交する断面（以後、単に断面と記載）が円形となっている（図２参照）。

【0016】

［２．外管］
外管４は、軸線１Ａの方向に真っすぐに延びており、内管３の外側に配置され、入口部４０と、拡径部４１と、本体部４２とを備える（図１参照）。

【0017】

入口部４０は、排気管１への排ガスの入口を形成する円筒状の部位である。
拡径部４１は、入口部４０の下流側の端部に接続されており、下流側に向かうに従い外管４の断面を拡大する。

【0018】

本体部４２は、拡径部４１の下流側の端部に接続された円筒状の部位であり、本体部４２の断面の径は、入口部４０の断面の径に比べて大きくなっている。
［３．内管］
内管３は、軸線１Ａの方向に真っすぐに延びており、外管４の本体部４２の内側に配置され、内管３と外管４の本体部４２とにより二重管２が形成される（図１参照）。内管３は、本体部３０と、拡径部３１と、出口部３２とを備える。

【0019】

本体部３０は、内管３への排ガスの入口を形成する円筒状の部位である。
拡径部３１は、本体部３０の下流側の端部に接続されており、下流側に向かうに従い内管３の断面を拡大する。

【0020】

出口部３２は、拡径部３１の下流側の端部に接続された円筒状の部位であり、出口部３２の断面の径は、拡径部３１の断面の径に比べて大きくなっている。また、出口部３２は、外管４の本体部４２における下流側の端部に接合されている。

【0021】

［４．二重管］
上述したように、内管３と外管４の本体部４２とにより、軸線１Ａの方向に真っすぐに延びる二重管２が形成される（図１参照）。内管３及び本体部４２は、断面が同心円状に配置されており、軸線１Ａは、内管３及び本体部４２の断面の中心を通過する。

【0022】

そして、二重管２を流下する排ガスは、内管３を通過して排気管１の外部に流出する。また、内管３の本体部３０及び拡径部３１と外管４の本体部４２との間の空間は、排ガスの騒音を抑制するための消音室２０として機能する。

【0023】

具体的には、内管３の本体部３０の上流側の端部と、外管４の本体部４２との間には、内管３の開口を囲む隙間があり、該隙間は、二重管２の上流側の端部にて消音室２０を開放する開口２１を形成する（図２参照）。消音室２０の開口２１は、消音室２０の断面と同じ形状を有する。

【0024】

また、内管３の出口部３２の外周面は、外管４の本体部４２の下流側の端部に当接しており、これらの部位により、二重管２の下流側の端部にて、消音室２０の下流側の端部を閉鎖する閉鎖部２２が形成される。

【0025】

このため、内管３の本体部３０における上流側の端部と、内管３の拡径部３１における下流側の端部とが、それぞれ、消音室２０における上流側の端部と下流側の端部とに相当する。以後、消音室２０の上流側の端部と下流側の端部との間の軸線１Ａに沿った距離を、Ｌ１とする。Ｌ１は、消音室２０の全体の長さに相当する。具体的には、Ｌ１は、内管３における本体部３０の上流側の端面から、拡径部３１と出口部３２との境界までの長さである。

【0026】

［５．閉塞部］
消音室２０には、開口２１及び閉鎖部２２（換言すれば、消音室２０の両端）から離間するように、一例として１つの閉塞部５が設けられる（図１参照）。消音室２０の上流側の端部と、閉塞部５の上流側の端部との間の距離は、Ｌ２に設定される。具体的には、Ｌ２は、内管３における本体部３０の上流側の端面から、閉塞部５の上流側の端面までの長さである。また、閉塞部５の上流側の端部と、消音室２０の下流側の端部との間の距離は、Ｌ３に設定される。具体的には、Ｌ３は、閉塞部５の上流側の端面から拡径部３１と出口部３２との境界までの長さである。なお、Ｌ２及びＬ３は０よりも大きい数値であり、これらの数値は、消音量を増加させたい騒音の帯域に応じて適宜定められる。

【0027】

閉塞部５は、消音室２０を閉塞することで、消音室２０を、上流側に位置する第１消音領域２０Ａと、下流側に位置する第２消音領域２０Ｂとに分割する。なお、Ｌ２及びＬ３は、それぞれ、第１及び第２消音領域２０Ａ、２０Ｂの長さに相当する。

【0028】

一例として、閉塞部５は、内管３の本体部３０と外管４の本体部４２との間に配置された介在物により構成される。また、介在物として、一例としてワイヤメッシュが用いられる。介在物は、内管３の本体部３０の外周面と外管４の本体部４２の内周面とにより挟持されており、内管３の本体部３０及び外管４の本体部４２は、介在物に対し摺動可能となっている。なお、介在物は、内管３の本体部３０又は外管４の本体部４２の一方に接合されており、介在物に接合されていない内管３の本体部３０又は外管４の本体部４２が、介在物に対し摺動可能となっていても良い。

【0029】

閉塞部５は、第１消音領域２０Ａと第２消音領域２０Ｂとを連通する２つの流路５０を有する（図３参照）。これらの流路５０は、軸線１Ａを挟んで対面する。なお、閉塞部５は、１つ、又は、３つ以上の流路５０を有していても良い。つまり、本実施形態では、消音室２０における内管３を周回する領域を部分的に閉塞する介在物により、閉塞部５が形成される。そして、消音室２０の開口２１の面積は、閉塞部５の各流路５０における断面の面積の総和（以後、総面積）よりも大きくなっている。なお、流路５０は、介在物の一部を径方向に陥没させることで形成されてもよい。また、例えば、複数の介在物を周方向に隙間を空けて配置し、各介在物の間の隙間により、流路５０を形成してもよい。

【0030】

また、内管３及び外管４の本体部３０、４２における軸線１Ａに平行な断面は、それぞれ、上流側の端部から下流側の端部まで、軸線１Ａ（換言すれば、排ガスの流れ方向）に沿って延びる。このため、外管４の本体部４２における消音室２０の各消音領域２０Ａ、２０Ｂに対面する部分（換言すれば、閉塞部５が位置しない部分）の該平行な断面は、それぞれ、上流側の端部から下流側の端部まで、軸線１Ａに沿って延びる。換言すれば、該部分の該平行な断面は、軸線１Ａに対し平行又は略平行に延びる。

【0031】

［６．閉塞部による消音効果］
二重管２に形成された消音室２０は、サイドブランチ型の消音器として機能する（図１参照）。また、消音室２０に閉塞部５を設けることで、消音室２０全体での共鳴による消音効果と、第１及び第２消音領域２０Ａの各々での共鳴による消音効果とが得られる。

【0032】

具体的には、消音室２０全体の消音効果は、消音室２０全体の長さであるＬ１に対応する周波数の共鳴により生じる。また、第１及び第２消音領域２０Ａ、２０Ｂでの共鳴による消音効果は、それぞれ、第１及び第２消音領域２０Ａ、２０Ｂの長さであるＬ２、Ｌ３に対応する周波数の共鳴により生じる。このため、Ｌ１～Ｌ３の値に応じて、減衰される度合いが大きくなる騒音の帯域が変化する。

【0033】

そして、図４のグラフのライン６～８が示すように、本実施形態の排気管１は、該排気管１から閉塞部５を除いた場合に比べ、より広い帯域の騒音が抑制される。すなわち、ライン６は、閉塞部５が除かれた排気管１の消音量の測定結果を示す。なお、該排気管１は、Ｌ１＝７００ｍｍとなっている。また、ライン７は、Ｌ１＝７００ｍｍ、Ｌ２＝２００ｍｍ、Ｌ３＝５００ｍｍである場合における排気管１の消音量の測定結果を示す。また、ライン８は、Ｌ１＝７００ｍｍ、Ｌ２＝３５０ｍｍ、Ｌ３＝３５０ｍｍである場合における排気管１の消音量の測定結果を示す。

【0034】

図４のグラフによれば、低周波数帯域では、閉塞部５を有さない排気管１と、閉塞部５を有する各排気管１とは、周波数と消音量との対応関係は類似する。つまり、低周波数帯域の騒音に対しては、閉塞部５を有する排気管１は、閉塞部５を有さない各排気管１と同程度の消音効果を奏する。一方、高周波数帯域では、これらの排気管１の周波数と消音量との対応関係に違いが生じており、閉塞部５を有する各排気管１は、閉塞部５を有さない排気管１に比べ、消音量が多い。

【0035】

つまり、閉塞部５を設けることで、低周波数帯域の騒音の消音量を維持しつつ、高周波帯域の騒音の消音量を増加させることができる。つまり、閉塞部５を設けることで、抑制される騒音の帯域が高周波数側に広がる。

【0036】

また、ライン６、７は、Ｌ２及びＬ３の数値が異なる場合、高周波帯域において、消音量が増加する騒音の帯域が異なるものとなることを示している。このため、排気管１が搭載される車両で生じる騒音の特性に応じてＬ２及びＬ３を調整することで、好適に騒音を抑制できる。

【0037】

［７．閉塞部の変形例］
本実施形態の排気管１において、内管３及び／又は外管４の形状により閉塞部５の全部又は一部が構成されても良い。

【0038】

具体的には、例えば、外管４の本体部４２に、本体部４２を周回するように、内管３に向かって陥没する凹部４３を設けても良い（図５参照）。そして、凹部４３の底部と内管３の本体部３０との間に、本実施形態と同様にしてワイヤメッシュ５１を配置しても良い。つまり、凹部４３とワイヤメッシュ５１とにより、閉塞部５を構成してもよい。

【0039】

また、例えば、外管４の本体部４２に、本体部４２を周回するように、底部が内管３の本体部３０に当接する凹部を設けても良い。そして、凹部の底部に溝部を形成することで、該底部と本体部３０との間に、第１消音領域２０Ａと第２消音領域２０Ｂとを連通する少なくとも１つの流路を形成しても良い。つまり、ワイヤメッシュ５１等の介在物を設けること無く、外管４の本体部４２の凹部により、閉塞部を構成してもよい。

【0040】

こうすることにより、閉塞部を良好に形成できる。
なお、これらの場合においても、外管４の本体部４２における閉塞部５が位置しない部分（換言すれば、凹部以外の部分）の、軸線１Ａに平行な断面は、それぞれ、上流側の端部から下流側の端部まで軸線１Ａに沿って延びてもよい。

【0041】

また、本体部４２における凹部以外の部分における軸線１Ａの方向の長さは、閉塞部５における軸線１Ａの方向の長さよりも長いのが好ましい。つまり、本体部４２における軸線１Ａに沿って延びる部分は、本体部４２の凹部よりも長いのが好ましい。

【0042】

また、例えば、内管３の本体部３０に、本体部３０を周回するように、外管４に向かって突出する凸部３３を形成しても良い（図６参照）。そして、凸部３３の頂部と外管４の本体部４２との間に、本実施形態と同様にしてワイヤメッシュ５１を配置しても良い。つまり、凸部３３とワイヤメッシュ５１とにより、閉塞部５を構成してもよい。

【0043】

また、例えば、内管３の本体部３０に、本体部３０を周回するように、頂部が外管４の本体部４２に当接する凸部を形成しても良い。そして、凸部の頂部に溝部を形成することで、該頂部と本体部４２との間に、第１消音領域２０Ａと第２消音領域２０Ｂとを連通する少なくとも１つの流路を形成しても良い。つまり、ワイヤメッシュ５１等の介在物を設けること無く、内管３の本体部３０の凸部により、閉塞部を形成してもよい。

【0044】

なお、これらの場合においても、外管４の本体部４２における軸線１Ａに平行な断面は、上流側の端部から下流側の端部まで軸線１Ａに沿って延びてもよい。
この他にも、内管３及び外管４の本体部３０、４２の各々に、同様にして凸部及び凹部を設け、凸部の頂部と凹部の底部との間に同様にして介在物を設けることで、閉塞部を形成してもよい。また、凸部の頂部と凹部の底部とを当接させると共に、これらの部位の間に少なくとも１つの流路を形成し、介在物を設けること無く、凸部及び凹部により閉塞部を形成してもよい。

【0045】

［８．効果］
（１）上記実施形態によれば、消音室２０全体での共鳴による消音効果と、閉塞部５により形成された消音室２０の各消音領域２０Ａ、２０Ｂでの共鳴による消音効果とが得られる。このため、閉塞部５を設けず、消音室２０全体での共鳴により消音を行う場合に比べ、より広い帯域の騒音を抑制できる。

【0046】

（２）また、消音室２０の開口２１の面積は、閉塞部５の各流路５０における断面の総面積よりも大きい。これにより、開口２１の面積が広くなるため、音波が消音室２０に入り易くなり、消音室２０全体及び各消音領域２０Ａ、２０Ｂでの共鳴が生じ易くなる。このため、より広い帯域の騒音を良好に抑制できる。

【0047】

（３）また、外管４の本体部４２における各消音領域２０Ａ、２０Ｂに対面する部分は、軸線１Ａに平行な断面が、それぞれ、上流側の端部から下流側の端部まで、軸線１Ａに沿って延びる。このため、排気管１の配置スペースを抑制できる。

【0048】

（４）また、閉塞部５は開催物であるワイヤメッシュを有しており、内管３及び／又は外管４は、ワイヤメッシュに対し摺動可能となっている。このため、二重管２に熱伸びが生じた際、内管３と外管４との間の熱伸び差を吸収でき、座屈を抑制できる。

【0049】

また、ヘルムホルツ共鳴又はサイドブランチを利用した消音を行う二重管構造を有するマフラにおいて、内管と外管との間における消音室の端部を閉鎖する部位をワイヤメッシュにより構成し、内管と外管との間の熱伸び差を吸収する技術が知られている。また、同様のマフラにおいて、消音室の端部にワイヤメッシュを配置し、該ワイヤメッシュにより消音室の開口を形成することで、内管と外管との間の熱伸び差を吸収する技術も知られている。

【0050】

これらのマフラでは、ワイヤメッシュの密度が低いと消音室の端部で音波が反射し難くなり、共鳴による消音効果が低減する恐れがある。このため、ワイヤメッシュを高密度にする必要があり、その結果、コストの上昇を招いていた。これに対し、上記実施形態によれば、ワイヤメッシュの密度が消音効果に与える影響が小さく、ワイヤメッシュの密度を低くすることができる。このため、コストの上昇を抑制できる。

【0051】

（５）また、消音室２０の開口２１は、二重管２の上流側の端部に位置する。このため、音波が消音室２０に入り易くなり、消音室２０全体及び消音室２０の各消音領域２０Ａ、２０Ｂでの共鳴が生じ易くなる。このため、より広い帯域の騒音を良好に抑制できる。

【0052】

［９．他の実施形態］
（１）上記実施形態において、二重管２の開口２１が下流側に位置し、閉鎖部２２が上流側に位置するようにしてもよい。具体的には、例えば、内管３の出口部３２を上流側に配置すると共に、本体部３０を下流側に配置してもよい。また、例えば、排気管１における内管３の出口部３２及び外管４の本体部４２が位置する側の開口を、排気管１への排ガスの入口として用いてもよい。

【0053】

（２）上記実施形態において、二重管２の消音室２０にＮ個（Ｎは２以上の整数）の閉塞部５を設けても良い。そして、消音量を増加させたい騒音の帯域に応じて、消音室２０の開口２１と各閉塞部５との間の距離を定めてもよい。これにより、消音室２０にＮ＋１個の消音領域が形成され、各消音領域では、当該消音領域の長さに対応する周波数での共鳴により、消音効果が生じる。このため、より広い帯域の騒音を抑制できる。

【0054】

また、この場合、消音室２０の開口２１の面積を、各閉塞部５における各流路の断面の総面積よりも大きくするのが好適である。
（３）上記実施形態において、二重管２は、軸線１Ａの方向に真っすぐ延びる形状に限らず、例えば、湾曲又は屈曲した形状であってもよい。また、二重管２を構成する内管３及び外管４の本体部３０、４２は、断面が同心円状となるように配置されるが、これに限らず、本体部３０、４２の位置は適宜定められ得る。また、内管３及び外管４の断面は、円形に限らず、適宜定められ得る。

【0055】

（４）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

【符号の説明】

【0056】

１…排気管、１Ａ…軸線、２…二重管、２０…消音室、２０Ａ…第１消音領域、２０Ｂ…第２消音領域、２１…開口、２２…閉鎖部、３…内管、３０…本体部、４…外管、４２…本体部、５…閉塞部、５０…流路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】