JP6039880B2 - 消音器 - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車における燃焼機関の排気システム用の消音器、特に後部消音器に関するものである。

排気システムにおいては、いわゆる後部消音器が、通常、排気システムの排気側の端部に配置されている。後部消音器外へと通じる排気パイプは、通常、いわゆるテールパイプを形成するか、またはテールパイプに接続される。テールパイプは、外部環境に開放された、排気システムの口部を有する。

通常、消音器は、排気チャンバーが配置される筐体を有し、排気パイプはその排気チャンバーと通じる。低周波ノイズを減衰させるために、通常、後部消音器の排気パイプまたはテールパイプは比較的長く構成される。これには比較的広いスペースが要求される。特に小型車の場合、使用可能なスペースは極わずかである。非常に長い排気パイプまたはテールパイプの使用は、例えば３または４つのシリンダーを持つ小型の燃焼機関で、特に音の減衰をより小さなスペース及び重量で実現しようとする場合に、特に重要な問題となる。

本発明は、冒頭で述べた種類の消音器に対する改良した実施形態を示すことで、問題を処理しており、その実施形態は特に小さい構成容積によって特徴づけられる。

本発明によると、この問題は独立クレームの主題を通じて解決されるものである。好適な実施形態は従属クレームの主題である。

本発明は、排気パイプを単独のパイプとしてではなく、配列パイプとして、いわゆるパイプインパイプ配列のパイプとして開発するという一般的な概念に基づいている。そのようなパイプインパイプ配列のパイプは、一端が閉じられ、消音器の筐体に配置された少なくとも１つの偏向パイプと、筐体外へと通じる排気パイプとを有する。パイプインパイプ配列のパイプにより、比較的長い流路が短い長さで実現でき、それは適切な偏向により実施される。パイプインパイプ配列のパイプは、同じ流長を持つ同等のパイプより、実質的に短く構成することが可能である。パイプインパイプ配列のパイプは、低周波数において、連続パイプの減衰と同等の減衰を達成することが、調査により解った。高周波数では、より良い減衰効果が達成され、それはフロー偏向領域の断面ジャンプに帰する。

このように、提案された設計により、“排気パイプ”中に、言い換えると排気パイプ配列中に長い流路を有した消音器のスペースを減少させることができる。そして、それにより、低干渉周波数に対する所望の減衰効果がさらに保証される。

好適な実施形態によれば、パイプインパイプのパイプは、排気チャンバーから排気パイプにかけて、少なくとも２つの１８０度の偏向を有する流路を形成するようにできる。これにより、排気流の３段積層が得られ、最終的に単独のパイプと比べ、配列排気パイプは著しく短くなる。

他の実施形態では、閉じた側の偏向パイプが、排気パイプに対して凹状に曲がった底部を有する。このため、消音器の流れ抵抗を減らすことができる。それに加えて、もしくは、または、筐体または偏向パイプを覆う外部パイプは、偏向パイプの開放側に対向した側において、偏向パイプに対して凹状に曲がった底部を有することが可能である。これにより、１８０度の偏向が促進され、結果として、消音器の流れ抵抗は減らされる。

さらに、流れ抵抗を減らす任意の方法は、偏向パイプの開放側に、フロー偏向輪郭を設けることである。そのようなフロー偏向輪郭により、抵抗を減少させるフロー偏向を、同様に促進することができる。これは、例えば、流れを外に向ける偏向カラーであってもよいし、また、同様に流れを促進する、丸みを帯びた端部領域でもよい。

他の好適な実施形態によれば、偏向パイプの内部にある吸気側において、穿孔を有する排気パイプを備えることができる。そのような穿孔により、高周波ノイズの発生を減らすことができる。それに加えて、もしくは、または、排気パイプをその吸気側で偏向パイプに固定することができる。これにより、パイプインパイプ配列内の排気パイプは安定する。排気パイプの偏向パイプへの固定は、穿孔の領域でも実施可能とされるのがより好ましい。

本発明のさらなる重要な特徴や利点は、下位クレーム、図面、図面を用いた関連図面説明から得られる。

上記の特徴や下記で説明する特徴は、本発明の範囲を逸脱することなく、述べられたそれぞれの組合せで使用することが出来るだけではなく、他の組合せまたはそれ自身により使用することが可能であると理解すべきである。

本発明によると、燃焼機関の排気システム用の消音器について小型の設計が可能となる。

大幅に簡略化した、第１実施形態の消音器の縦断面図 大幅に簡略化した、第２実施形態の消音器の縦断面図 図１の切断線lllに対応した位置で図１および図２の消音器を切断した断面図で、第１の形態を示す図 図１の切断線lllに対応した位置で図１および図２の消音器を切断した断面図で、第２の形態を示す図 図１の切断線lllに対応した位置で図１および図２の消音器を切断した断面図で、第３の形態を示す図 図１の切断線lllに対応した位置で図１および図２の消音器を切断した断面図で、第４の形態を示す図 大幅に簡略化した、第１変形例の消音器の半縦断面図 大幅に簡略化した、第２変形例の消音器の半縦断面図

本発明の好適な典型的実施形態を図面に示し、下記に詳細に説明する。なお、同じ参照文字は、同じか、同種のまたは機能的に同じ部品をさす。

それぞれの例を、模式的に示す。図１および図２は、それぞれ、異なった実施形態による大幅に簡略化した消音器の縦断面図である。図３から図６は、図１の切断線lllに対応した位置で図１および図２の消音器を切断した断面図で、それぞれ、異なった形態を示す。図７および図８は、大幅に簡略化した、変形例の消音器の半縦断面図である。

図１および図２よれば、好ましくは後部消音器である消音器１は、排気チャンバー３を持つ筐体２を備える。配列排気パイプ４は筐体２外へと通じている。配列排気パイプ４は、吸気側において、筐体２に設けられる排気チャンバー３に流体的に接続されている。

備え付けられた状態の消音器１は、ここでは部分的にしか明らかでない排気システム５に組み込まれ、その排気システム５は、ここでは図示していない燃焼機関に属しており、その燃焼機関は、好ましくは自動車に配置されるものであってよい。消音器１が後部消音器１として好適に開発されたならば、それは排気システム５の排気側の端部領域に位置する。特に、筐体２外へと通じる配列排気パイプ４は、排気システム５のいわゆるテールパイプ６を有するか、または前記テールパイプ６に接続される。テールパイプ６は、排気システム５の排気側の開口部を備えるか、または、排気システム５の各ラインの開口部を備えることを特徴とする。後部消音器１は、このように、テールパイプ６上またはテールパイプ６の近くに位置する。

ここで導入された消音器１では、配列排気パイプ４は、パイプインパイプ配列のパイプ７として設計される。パイプインパイプ配列のパイプ７は、少なくとも１つの偏向パイプ８と１つの排気パイプ９を有する。偏向パイプ８は、筐体２内に配置され、その片側は閉じられている。排気パイプ９は、偏向パイプ８内に配置され、筐体２外へと通じる。消音器１が後部消音器１であるならば、排気パイプ９はテールパイプ６に接続されるか、直接、テールパイプ６と結合するか、またはそれ自身がテールパイプ６を形成することが可能である。

示した例においては、パイプインパイプ配列のパイプ７は、矢印で示した流路１０を形成する。その流路１０は、排気チャンバー３から排気パイプ９に通じ、換言すると、排気パイプ９を介して筐体２外へと通じる。排気チャンバー３と排気パイプ９の間では、この流路１０は、少なくとも２つの１８０度の偏向１１および１２をそれぞれ含む。筐体２における偏向パイプ８への入り口において、第１の１８０度の偏向１１は起こる。偏向パイプ８における排気パイプ９への入り口において、第２の１８０度の偏向１２は起こる。

ここで提供した構成によると、パイプインパイプ配列のパイプ７は、筐体２と偏向パイプ８の間に半径方向に形成される外部チャネル（通路）１３を有する。他の実施形態では、外部チャネル１３は、偏向パイプ８とここでは図示していない外部パイプの間に形成することも可能である。外部パイプは、筐体２の中に配置され、偏向パイプ８を覆う。さらに、本実施形態のパイプインパイプ配列のパイプ７は、偏向パイプ８と排気パイプ９との間に半径方向に形成される内部チャネル１４を有する。第１の１８０度の偏向１１は、外部チャネル１３を内部チャネル１４に接続する。第２の１８０度の偏向１２は、内部チャネル１４を排気パイプ９の内部１５に接続する。

実際には、筐体２、偏向パイプ８および排気パイプ９（適応可能ならば外部パイプも）は、お互いに軸平行に配置される。図３によると、筐体２、偏向パイプ８および排気パイプ９（適応可能ならば外部パイプも）は、お互いに同心円状に配置することが可能である。図４に示す形態では、全ての関連したパイプ８、９と筐体２は、偏心して配置される。図５に示す形態では、排気パイプ９は、筐体２に対して同心円状に配置され、一方、偏向パイプ８は、筐体２と排気パイプ９に対して偏心して配置される。

図３から図５は、円形の断面を持った実施形態であるが、他の実施形態が図６に示される。そこでは、偏向パイプ８と筐体２は、特に楕円形や卵形のその他の円断面を示す。ここでは、消音器１が、極端に平坦な設計となるような例を選択する。特に、排気パイプ９上において、正反対に対向するように配置された２つの接触点１６が得られるように、この場合の偏向パイプ８および筐体２は平坦にされている。そこでは、偏向パイプ８は、排気パイプ９と筐体２に接触する。これらの接触点１６の領域では、パイプ８および９と筐体２はお互いに固定することができる。

消音器１の流れ抵抗を減らすために、異なった方法を実施することができる。例えば、外部チャネル１３の流通可能な断面が、内部チャネル１４の流通可能な断面より小さくなるように、内部チャネル１４の流通可能な断面に対して、外部チャネル１３の流通可能な断面を必要な大きさにすることができる。同様に、外部チャネル１３の流通可能な断面は、大きさにおいて、内部チャネル１４の流通可能な断面と同一であってもよい。このために、外部チャネル１３から内部チャネル１４へのオーバーフロー時の過剰な圧力増加は避けられる。それに加えて、もしくは、または、内部チャネル１４の流通可能な断面が、排気パイプ９の流通可能な断面より小さくなるようにすることも可能である。同様に、ここでは、排気パイプ９の流通可能な断面と同一の内部チャネル１４の流通可能な断面を選択することも可能である。一般に、流れ抵抗が減るように、排気パイプ９、内部チャネル１４および外部チャネル１３の流通可能な断面はお互いに適合させることが可能である。

図２によれば、任意に、偏向パイプ８は、閉じた側において、排気パイプ９に対して凹状に曲がった底部１７を備えることができる。これにより、第２の１８０度の偏向１２を助けることできる、すなわち、流れ抵抗を減らすことを実現できる。それに加えて、もしくは、または、図２の例に示した筐体２は、偏向パイプ８の開放側に対向する側において、排気パイプ９が貫通した底部１８を備え、その底部は偏向パイプ８に対して凹状に曲がっている。この底部１８の形状により、第１の１８０度の偏向１１を助けることできる、すなわち、流れ抵抗を減らすことを実現できる。

図７および図８によれば、偏向パイプ８は、開放側にフロー偏向輪郭１９を有することができる。これは、また流れ抵抗を減らす方法の１つである。図７によれば、フロー偏向輪郭１９は、例えば、流れを外側に偏向させる偏向カラー２０であってもよい。これとは対照的に、図８のフロー偏向輪郭１９は、丸みを帯びた端部領域２１であってもよい。ここで図示していないフロー偏向輪郭１９に対する他の構成も、同様に考えられる。

図７および図８の実施形態では、排気パイプ９は吸気側に穿孔２２を備える。そのような穿孔２２は、排気パイプ９での流入に対するノイズの発生を妨げることができる。図７に示した実施形態では、吸気側で偏向パイプ８に固定されるように、排気パイプ９は偏向パイプ８に突出している。本例においては、排気パイプ９は、穿孔２２の領域において、偏向パイプ８に固定されている。特に排気パイプ９は偏向パイプ８のスペース１７に固定されている。このために、排気パイプ９は、パイプインパイプ配列のパイプ７中で安定している。これとは対照的に、図８は、自由な姿勢をとる排気パイプ９が偏向パイプ８に突出している実施形態を示している。

図７および図８は半断面であり、そこでは、破線２３は、各図が鏡面対称的に終了する対称線を表している。

１ 消音器
２ 筐体
３ 排気チャンバー
４ 配列排気パイプ
５ 排気システム
６ テールパイプ
７ パイプインパイプ配列のパイプ
８ 偏向パイプ
９ 排気パイプ
１０ 流路
１１ 第１の１８０度の偏向
１２ 第２の１８０度の偏向
１３ 外部チャネル
１４ 内部チャネル
１５ 排気パイプの内部
１６ 接触点
１７ 偏向パイプの底部
１８ 筐体の底部
１９ フロー偏向輪郭
２０ 偏向カラー
２１ 丸みを帯びた端部領域
２２ 穿孔
２３ 破線

Claims (8)

1. 燃焼機関の排気システム（５）用の消音器であって、
   排気チャンバー（３）が配置される筐体（２）と、
   吸気側で前記排気チャンバー（３）に流体的に接続され、前記筐体（２）外へと通じる配列排気パイプ（４）とを有し、
   前記配列排気パイプ（４）は、片側が閉じられて前記筐体（２）内に配置された少なくとも１つの偏向パイプ（８）と、一部が前記偏向パイプ（８）内に配置されると共に前記筐体（２）外へと通じる排気パイプ（９）と、を有し、
   前記排気パイプ（９）は、吸気側に穿孔（２２）を有し、
   前記排気パイプ（９）の吸気側の端部が、前記偏向パイプ（８）の閉じられた底部に当接して固定され、
   前記筐体（２）または前記筐体（２）内に配置されて前記偏向パイプ（８）を覆う外部パイプ、前記偏向パイプ（８）および前記排気パイプ（９）は、お互いに軸平行に配置され、
   前記筐体（２）または前記外部パイプと、前記偏向パイプ（８）と、前記排気パイプ（９）とは、お互いに偏心して配置され、
   前記偏向パイプ（８）および前記排気パイプ（９）は、前記筐体（２）または前記外部パイプの一の領域のみに集められて固定されている、消音器。
2. 前記偏向パイプ（８）の閉じられた底部は平坦に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の消音器。
3. 前記排気チャンバー（３）から前記排気パイプ（９）にかけて、少なくとも２つの１８０度の偏向（１１、１２）を有する流路（１０）が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の消音器。
4. 前記偏向パイプ（８）と前記筐体（２）との間、又は、前記偏向パイプ（８）と前記外部パイプとの間に半径方向に形成された外部チャネル（１３）を有することを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の消音器。
5. 前記偏向パイプ（８）と前記排気パイプ（９）との間に形成された内部チャネル（１４）を有することを特徴とする請求項４に記載の消音器。
6. 前記外部チャネル（１３）の流通可能な断面は、大きさにおいて、前記内部チャネル（１４）の流通可能な断面以下であり、および／または、
   前記内部チャネル（１４）の流通可能な断面は、大きさにおいて、前記排気パイプ（９）の流通可能な断面以下であることを特徴とする請求項５に記載の消音器。
7. 前記偏向パイプ（８）は、閉じた側において、前記排気パイプ（９）に対して凹状に曲がった底部（１７）を有し、および／または、
   前記筐体（２）または前記外部パイプは、前記偏向パイプ（８）の開放側に対向する側において、前記偏向パイプ（８）に対して凹状に曲がった底部（１８）を有することを特徴とする請求項１に記載の消音器。
8. 前記偏向パイプ（８）は、開放側にフロー偏向輪郭（１９）を有し、
   前記フロー偏向輪郭（１９）は、丸みを帯びた端部領域（２１）として構成されることを特徴とする請求項１〜７のうちのいずれか１項に記載の消音器。

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