特開 2024-106643 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】P2024106643

(43)【公開日】2024-08-08

(54)【発明の名称】消音器

(51)【国際特許分類】

   F01N 13/08 20100101AFI20240801BHJP

   F01N 1/02 20060101ALI20240801BHJP

   F01N 1/04 20060101ALI20240801BHJP

【ＦＩ】

F01N13/08 A

F01N13/08 B

F01N1/02 J

F01N1/04 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011014

(22)【出願日】2023-01-27

(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】東野 恒志

(72)【発明者】

【氏名】鮫島 俊輔

【テーマコード（参考）】

3G004

【Ｆターム（参考）】

3G004BA07

3G004CA13

3G004DA14

3G004DA24

(57)【要約】

【課題】バルブの操作音を吸収しつつ、凝縮水の貯留を抑制できる消音器を提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、内部を排気ガスが通過する内管と、内管の外側に配置された外管と、内管の内部に配置されたバルブと、少なくともバルブと内管の径方向において重なる位置に配置されると共に、内管と外管との間の内部空間を径方向内側の内側空間と径方向外側の外側空間とに仕切る仕切部と、内側空間及び外側空間のうち内側空間のみに配置された吸音材と、を備える消音器である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部を排気ガスが通過する内管と、
前記内管の外側に配置された外管と、
前記内管の内部に配置されたバルブと、
少なくとも前記バルブと前記内管の径方向において重なる位置に配置されると共に、前記内管と前記外管との間の内部空間を径方向内側の内側空間と径方向外側の外側空間とに仕切る仕切部と、
前記内側空間及び前記外側空間のうち前記内側空間のみに配置された吸音材と、
を備える、消音器。

【請求項2】

請求項１に記載の消音器であって、
前記内管は、前記内管の内部と前記吸音材が配置された前記内側空間とを連通する第１連通孔を有する、消音器。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の消音器であって、
前記内管は、前記仕切部よりも前記排気ガスの上流側又は下流側において前記内管の内部と前記内部空間とを連通する第２連通孔を有する、消音器。

【請求項4】

請求項３に記載の消音器であって、
前記仕切部は、前記内側空間と前記外側空間とを連通する第３連通孔を有する、消音器。

【請求項5】

請求項１又は請求項２に記載の消音器であって、
前記仕切部は、前記内管の外側かつ前記外管の内側に配置された筒体である、消音器。

【請求項6】

請求項５に記載の消音器であって、
前記仕切部の少なくとも一方の端部は、前記内管に固定されることで閉塞される、消音器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、消音器に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の排気システムにおいて、内管の内部に配置されたバルブの操作音を吸収するため、吸音材を外管と内管との間に配置した消音器が知られている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－１１４８０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の消音器では、外管に接触する吸音材の温度が上昇しないため、吸音材が保持した凝縮水が蒸発しにくい。そのため、消音器内に凝縮水が溜まりやすくなり、消音器が腐食するおそれがある。

【0005】

本開示の一局面は、バルブの操作音を吸収しつつ、凝縮水の貯留を抑制できる消音器を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、内部を排気ガスが通過する内管と、内管の外側に配置された外管と、内管の内部に配置されたバルブと、少なくともバルブと内管の径方向において重なる位置に配置されると共に、内管と外管との間の内部空間を径方向内側の内側空間と径方向外側の外側空間とに仕切る仕切部と、内側空間及び外側空間のうち内側空間のみに配置された吸音材と、を備える消音器である。外側空間には、吸音材が配置されない。

【0007】

このような構成によれば、内側空間に配置された吸音材によってバルブの操作音が吸収される。また、吸音材と外管との間に吸音材が配置されない外側空間が設けられるため、吸音材の温度の低下が抑制される。その結果、吸音材において凝縮水が蒸発しやすくなり、凝縮水の貯留が抑制される。

【0008】

本開示の一態様では、内管は、内管の内部と吸音材が配置された内側空間とを連通する第１連通孔を有してもよい。このような構成によれば、バルブの上流又は下流にて発生する音を吸音材にて消音することができる。

【0009】

本開示の一態様では、内管は、仕切部よりも排気ガスの上流側又は下流側において内管の内部と内部空間とを連通する第２連通孔を有してもよい。このような構成によれば、外側空間に排気ガスが流れ込む結果、外側空間が排気ガスによって温められる。そのため、凝縮水の貯留の抑制効果が促進される。

【0010】

本開示の一態様では、仕切部は、内側空間と外側空間とを連通する第３連通孔を有してもよい。このような構成によれば、第３連通孔を介して外側空間から吸音材に排気ガスが供給されるため、凝縮水の貯留の抑制効果が促進される。

【0011】

本開示の一態様では、仕切部は、内管の外側かつ外管の内側に配置された筒体であってもよい。このような構成によれば、仕切部が音の遮蔽部として機能するため、バルブの作動音の消音効果が促進される。

【0012】

本開示の一態様では、仕切部の少なくとも一方の端部は、内管に固定されることで閉塞されてもよい。このような構成によれば、排気ガスが内側空間に滞留しやすくなり、吸音材の温度が上昇しやすくなるため、凝縮水の貯留の抑制効果が促進される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、実施形態の消音器の模式的な部分断面図である。

【図2】図２は、図１の消音器における仕切部の周辺の模式的な断面図である。

【図3】図３Ａは、図２のＩＩＩＡ－ＩＩＩＡ線での模式的な断面図であり、図３Ｂは、図２とは異なる実施形態における仕切部の端部の模式的な断面図である。

【図4】図４は、図１とは異なる実施形態の消音器の模式的な部分断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す消音器１は、内燃機関の排気ガス流路に設けられる。消音器１が接続される内燃機関としては、特に限定されないが、自動車、鉄道、船舶、建機等の輸送機器、発電施設などで駆動用、又は発電用として用いられるものが挙げられる。

【0015】

消音器１は、内管２と、外管３と、バルブ４と、仕切部５と、吸音材６と、支持部材７と、保持部材８と、内部空間１１とを備える。

【0016】

＜内管＞
内管２は、内部を排気ガスＧが通過する金属製のパイプである。本実施形態では、内管２の断面形状は、円形であるが、内管２の断面形状は角形であってもよい。なお、図１の一点鎖線は内管２の中心軸である。

【0017】

内管２は、上流部２１と、下流部２２と、バルブ収容部２３と、複数の第１連通孔２４と、複数の上流側第２連通孔２５と、１つの下流側第２連通孔２６とを有する。

【0018】

上流部２１は、排気ガスＧが流入する部位である。下流部２２は、排気ガスＧを排出する部位である。バルブ収容部２３は、上流部２１と下流部２２とを連結している。バルブ収容部２３の内部には、バルブ４が配置されている。上流部２１、下流部２２、及びバルブ収容部２３は、例えば溶接によって互いに連結された部品であってもよいし、他の部材と一体に成形されていてもよい。

【0019】

図２に示すように、バルブ収容部２３は、凸部２３Ａと、凹部２３Ｂとを有する。凸部２３Ａは、バルブ収容部２３の一部が径方向内側に突出した部位である。凹部２３Ｂは、バルブ収容部２３の一部が径方向外側に凹んだ部位である。

【0020】

凹部２３Ｂは、凸部２３Ａの排気ガスＧの流れ方向上流側に連続して設けられている。凸部２３Ａ及び凹部２３Ｂは、閉じた状態のバルブ４が排気ガスＧの流れ方向上流側から接触する接触面２３Ｃを構成している。

【0021】

接触面２３Ｃは、バルブ４に接触することで、バルブ４の回転を規制する。凸部２３Ａ及び凹部２３Ｂは、例えば、バルブ収容部２３を構成するパイプを径方向にプレスすることで形成される。また、バルブ収容部２３は、それぞれ凸部２３Ａ及び凹部２３Ｂを構成する部位が形成された２つの半円筒部材が突き合わせられることで形成されてもよい。

【0022】

複数の第１連通孔２４は、内管２の内部と吸音材６が配置された内側空間１２とを連通している。本実施形態では、複数の第１連通孔２４は、下流部２２のうち、吸音材６及び仕切部５に覆われた部分に設けられている。

【0023】

複数の第１連通孔２４は、バルブ４よりも排気ガスＧの流れ方向における下流側に設けられている。複数の第１連通孔２４には、吸音材６が内管２の径方向外側から接触している。また、複数の第１連通孔２４は、下流部２２の周方向と、軸方向とのそれぞれに並んで配置されている。

【0024】

図１に示す複数の上流側第２連通孔２５は、仕切部５よりも排気ガスＧの上流側において内管２の内部と内部空間１１とを連通している。本実施形態では、複数の上流側第２連通孔２５は、上流部２１のうち仕切部５及び吸音材６よりも上流側の部分に設けられている。また、複数の上流側第２連通孔２５は、上流部２１の周方向と、軸方向とのそれぞれに並んで配置されている。

【0025】

下流側第２連通孔２６は、仕切部５よりも排気ガスＧの下流側において内管２の内部と内部空間１１とを連通している。本実施形態では、下流側第２連通孔２６は、下流部２２のうち仕切部５及び吸音材６よりも下流側の部分に設けられている。つまり、下流側第２連通孔２６は、吸音材６に覆われていない。

【0026】

第１連通孔２４、上流側第２連通孔２５及び下流側第２連通孔２６それぞれの形状は、真円に限定されず、楕円、多角形等としてもよい。また、上流側第２連通孔２５の開口面積の合計は、下流側第２連通孔２６の開口面積の合計よりも大きいとよい。これにより、外側空間１３に排気ガスＧが滞留しやすくなる。

【0027】

＜外管＞
外管３は、内管２の外周面を囲うように内管２の外側に配置された金属製のパイプである。外管３の内径は、内管２の外径よりも大きい。

【0028】

外管３の上流端部３１及び下流端部３２は、それぞれ、内管２の軸方向における外側に向かって縮径している。上流端部３１及び下流端部３２は、それぞれ、内管２に連結されている。

【0029】

本実施形態では、上流端部３１は、内管２の上流部２１の外周面に溶接によって固定されている。下流端部３２は、内管２の外周面に配置された保持部材８を介して、内管２の下流部２２の外周面に連結されている。

【0030】

保持部材８は、内管２と外管３との間を閉塞している。また、保持部材８は、内管２及び外管３の一方に例えば溶接によって固定され、内管２及び外管３の他方に対して摺動可能である。なお、保持部材８は、内管２及び外管３に固定されず、これらに挟持されてもよい。保持部材８としては、例えばリング状の金属ワイヤメッシュが使用される。

【0031】

なお、下流端部３２は、上流端部３１と同様に、溶接によって内管２に固定されてもよい。また、下流端部３２が溶接されると共に、上流端部３１が保持部材８によって内管２に連結されてもよい。

【0032】

外管３は、内管２の外周面を囲むことで、内管２との間に内部空間１１を形成している。内部空間１１には、仕切部５と吸音材６と支持部材７とが配置されている。また、外管３は、仕切部５よりも排気ガスＧの流れ方向における上流側において、支持部材７によって内管２の上流部２１と連結されている。支持部材７は、内部空間１１において、内管２の外周面と外管３の内周面とを連結している。

【0033】

支持部材７は、外管３に例えば溶接によって固定されている。支持部材７の中央部には、内管２が挿入される貫通孔が設けられている。内管２は、支持部材７によって支持されている。なお、内管２は、貫通孔に圧入されていてもよく、支持部材７に例えば溶接によって固定されてもよい。

【0034】

また、支持部材７には、貫通孔の径方向外側に開口が形成されている。この開口により、内部空間１１において、支持部材７を挟んで排気ガスＧの流れ方向の上流側の空間と下流側の空間とが連通している。したがって、内管２内の排気ガスＧの一部は、上流側第２連通孔２５を通って内部空間１１に移動し、支持部材７の開口を通り、下流側第２連通孔２６を通って内管２内に移動する。

【0035】

＜バルブ＞
バルブ４は、内管２のバルブ収容部２３の内部に配置されている。バルブ４は、内管２における排気ガスＧの流量（つまり内管２の開度）を調整する。

【0036】

バルブ４は、図２及び図３Ａに実線で示す閉位置と、図２に破線で示す開位置との間で変位可能である。バルブ４は、弾性体によって閉位置に向けて付勢されると共に排気ガスＧの圧力によって開位置に変位するように構成されてもよいし、アクチュエータ等の動力によって閉位置と開位置との間で変位するように構成されてもよい。

【0037】

バルブ４は、円盤状の本体４１と、本体４１に固定された軸部４２とを有する。軸部４２は、バルブ収容部２３に対し軸回転可能に取り付けられている。本実施形態では、軸部４２は、内管２の中心軸を通らない位置に配置されている。

【0038】

閉位置では、バルブ４の本体４１は、バルブ収容部２３の接触面２３Ｃに接触する。そのため、バルブ４が閉位置以外の位置から閉位置に移動する際には、本体４１が接触面２３Ｃに衝突する際の作動音が発生する。開位置では、本体４１の板面が内管２の中心軸と略平行になるため、本体４１における排気ガスＧが当たる面積が閉位置に比べて小さくなる。

【0039】

＜仕切部＞
仕切部５は、内部空間１１において、少なくともバルブ４と内管２の径方向において重なる位置に配置されている。

【0040】

具体的には、仕切部５は、内管２のうち、バルブ収容部２３と、第１連通孔２４が設けられた部位とを内管２の径方向外側から囲うように配置された金属製の筒体（つまりパイプ）である。

【0041】

仕切部５は、内管２の外側かつ外管３の内側に配置されている。仕切部５の内径は、内管２の外径よりも大きい。仕切部５は、内管２の径方向において、外管３と内管２との間に配置されている。

【0042】

仕切部５の上流端部５１及び下流端部５２は、それぞれ、内管２の軸方向における外側に向かって縮径している。上流端部５１及び下流端部５２は、それぞれ、内管２に連結されている。

【0043】

本実施形態では、上流端部５１は、内管２の上流部２１の外周面に溶接によって固定されることで閉塞されている。下流端部５２は、内管２の下流部２２のうち、第１連通孔２４よりも下流側の部分の外周面に溶接によって固定されることで閉塞されている。

【0044】

なお、図３Ｂに示すように、下流端部５２は、内管２の外周面に配置された保持部材８Ａを介して、内管２の下流部２２の外周面に連結されてもよい。また、下流端部５２が内管２に溶接されると共に、上流端部５１が保持部材８Ａによって内管２に連結されてもよい。保持部材８Ａとしては、例えばリング状の金属ワイヤメッシュが使用される。

【0045】

図２に示すように、仕切部５は、内管２と外管３との間の内部空間１１を径方向内側の内側空間１２と径方向外側の外側空間１３とに仕切っている。内側空間１２は、内管２の外周面と仕切部５の内周面とに挟まれた空間である。外側空間１３は、仕切部５の外周面と外管３の内周面とに挟まれた空間である。

【0046】

内側空間１２は、内管２のうち、少なくともバルブ収容部２３と第１連通孔２４とを内管２の径方向における外側から囲っている。内側空間１２には、吸音材６が充填されている。

【0047】

外側空間１３は、内側空間１２を内管２の径方向における外側から囲っている。外側空間１３には、吸音材６が配置されていない。つまり、外側空間１３には、排気ガスＧ又は大気が存在する。

【0048】

＜吸音材＞
吸音材６は、内側空間１２及び外側空間１３のうち内側空間１２のみに配置されている。吸音材６は、内管２と仕切部５との間に配置され、内部空間１１のうち仕切部５の外側（つまり外側空間１３）には配置されていない。

【0049】

吸音材６は、少なくともバルブ収容部２３と下流部２２のうち第１連通孔２４が設けられた部分とを周方向に取り囲むように配置されている。吸音材６は、第１連通孔２４に接触している。

【0050】

吸音材６は、内管２と仕切部５との間の空間を充填している。内管２と仕切部５との間には実質的に空隙は存在しないことが好ましいが、隙間があってもよい。また、吸音材６は、内管２の径方向において内管２の外周面から仕切部５の内周面まで到達するように配置されることが好ましい。

【0051】

吸音材６の材質としては、例えば、グラフファイバー等の無機繊維が使用できる。吸音材６としては、無機繊維の集合体（例えば、グラスウール）のほか、無機繊維の織物、編み物又は不織布、無機繊維を部分的にバインダーで固めた構造体などが使用できる。

【0052】

また、吸音材６は、材質、密度、又は構造が互いに異なる繊維を含んでいてもよい。さらに、吸音材６は、内管２の径方向又は軸方向に沿って特性（つまり低減する音圧の周波数領域）が互いに異なる複数の領域を有してもよい。

【0053】

［１－２．作用］
消音器１においてバルブ４が変位した際に発生する作動音（特に凸部２３Ａへの衝突音）が、バルブ収容部２３を囲む吸音材６によって吸収される。

【0054】

また、吸音材６と外管３との間に空隙である外側空間１３が設けられ、排気ガスＧ及び大気が流入可能な外側空間１３が吸音材６に対する断熱層として機能する。そのため、吸音材６の温度の低下が抑制され、排気ガスＧの熱によって、外側空間１３に溜まる水分が蒸発しやすくなる。外側空間１３に溜まる水分は、排気ガスＧ及び大気に含まれる水分が凝縮した凝縮水である。

【0055】

［１－３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）内側空間１２に配置された吸音材６によってバルブ４の操作音が吸収される。また、吸音材６と外管３との間に吸音材６が配置されない外側空間１３が設けられるため、吸音材６の温度の低下が抑制される。その結果、吸音材６において凝縮水が蒸発しやすくなり、凝縮水の貯留が抑制される。

【0056】

（１ｂ）第１連通孔２４によって、バルブ４の下流にて発生する音を吸音材６にて消音することができる。

【0057】

（１ｃ）上流側第２連通孔２５及び下流側第２連通孔２６によって外側空間１３に排気ガスＧが流れ込む結果、外側空間１３が排気ガスＧによって温められる。そのため、凝縮水の貯留の抑制効果が促進される。

【0058】

（１ｄ）仕切部５が内管２の外側かつ外管３の内側に配置された筒体であることで、仕切部５が音の遮蔽部として機能するため、バルブ４の作動音の消音効果が促進される。
（１ｅ）仕切部５の少なくとも一方の端部が内管２に固定されることで、排気ガスＧが内側空間１２に滞留しやすくなり、吸音材６の温度が上昇しやすくなる。そのため、凝縮水の貯留の抑制効果が促進される。

【0059】

［２．第２実施形態］
［２－１．構成］
図４に示す消音器１Ａは、内管２と、外管３と、バルブ４と、仕切部５Ａと、吸音材６と、支持部材７と、保持部材８と、内部空間１１とを備える。消音器１Ａの仕切部５Ａ以外の構成は、図１の消音器１と同じものである。

【0060】

＜仕切部＞
仕切部５Ａは、図１の仕切部５に、複数の第３連通孔５３を設けたものであり、内部空間１１を内側空間１２と外側空間１３とに仕切っている。

【0061】

複数の第３連通孔５３は、内側空間１２と外側空間１３とを連通している。本実施形態では、複数の第３連通孔５３は、仕切部５Ａのうち、内管２の径方向において、複数の第１連通孔２４が設けられた部分と重なる部分に設けられている。第３連通孔５３には、吸音材６が内管２の径方向内側から接触している。

【0062】

複数の第３連通孔５３は、仕切部５Ａの周方向と、軸方向とのそれぞれに並んで配置されている。また、第３連通孔５３の形状は、真円に限定されず、楕円、多角形等としてもよい。

【0063】

［２－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）第３連通孔５３を介して外側空間１３から吸音材６に排気ガスＧが供給されるため、凝縮水の貯留の抑制効果が促進される。

【0064】

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0065】

（３ａ）上記実施形態の消音器において、内管は、１つの第１連通孔を有してもよい。また、第１連通孔は、バルブよりも上流側に配置されてもよい。さらに、内管は、必ずしも第１連通孔を有しなくてもよい。

【0066】

（３ｂ）上記実施形態の消音器において、内管は、１つの上流側第２連通孔又は複数の下流側第２連通孔を有してもよい。また、内管は、必ずしも上流側第２連通孔又は下流側第２連通孔を有しなくてもよい。

【0067】

（３ｃ）上記実施形態の消音器において、仕切部は、一方又は両方の端部が閉塞されていなくてもよい。また、仕切部は、必ずしも筒体でなくてもよい。例えば、仕切部は、内管の周方向における一部のみを覆う板状の部材であってもよい。

【0068】

（３ｄ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。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、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【符号の説明】

【0069】

１…消音器、１Ａ…消音器、２…内管、３…外管、４…バルブ、５…仕切部、
５Ａ…仕切部、６…吸音材、７…支持部材、８…保持部材、８Ａ…保持部材、
１１…内部空間、１２…内側空間、１３…外側空間、２１…上流部、２２…下流部、
２３…バルブ収容部、２３Ａ…凸部、２３Ｂ…凹部、２３Ｃ…接触面、
２４…第１連通孔、２５…上流側第２連通孔、２６…下流側第２連通孔、
３１…上流端部、３２…下流端部、４１…本体、４２…軸部、５１…上流端部、
５２…下流端部、５３…第３連通孔。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】