JP6169035B2 - 燃料電池車の排気音の消音構造 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池自動車の排気音を低減させるための消音構造に関する。

ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等を搭載した内燃機関式自動車の排気音を低減させる消音器の一種として、吸音型の消音器がある。吸音型消音器は、多数の透孔が穿設された排気管の所定の部位に外挿固定される外筒部材を有し、この外筒部材と排気管との間にグラスウール等の吸音材が充填された構造である。
また、近年、次世代の自動車として期待されている燃料電池を駆動源として利用した自動車（燃料電池自動車）にも、吸音型の消音器が適用されている。しかしながら、内燃機関式自動車では生じなかった問題が引き起こされる。

燃料電池自動車では、発電の際に生じる水蒸気が、排気ガスとして、排気管を通じて排出されるが、この水蒸気の一部が、結露によって消音器内に貯留される。そのため、グラスウール等の吸音材が含水し、消音性能が著しく低下する。

この問題を解決するために、以下のような手段が提供されている。
（ａ）特開２００４−１５６５５５号公報（吸音材の含水抑制）
吸音材を所定の嵩密度に調整、あるいは撥水処理を施すことで、水はけをよくするとともに、吸音材内部を透水した水を消音器筐体に設けた排水孔から消音器外に排水するようにした構成。
（ｂ）特開２００２−２０６４１３号公報（吸音材の含水抑制）
消音器の内部空間を、仕切板によって、吸音材を充填した上側の吸音室と、下側の膨張室とに区画し、吸音室に排気ガス入口と、膨張室にガス出口を設け、仕切板には、上側の吸音室と下側の膨張室とを連通させる連通孔を設けた構成。
（ｃ）特開２００６−２００３６９号公報（吸音材を使用しない）
排気管の外周上に、互いに異なる共振周波数を有する複数のサイドブランチを設けた構成。

しかし、上記公報開示の消音構造には、つぎの問題点がある。
（ａ）特開２００４−１５６５５５号公報（吸音材の含水抑制）
消音器は、排気管の所定の位置（多くは車両床下）に設けられる。そのため、排気ガス出口と異なり目視できない位置から水（液体）が垂れ流れることになり、使用者が車両故障を連想し不安を感じるおそれがある。
（ｂ）特開２００２−２０６４１３号公報（吸音材の含水抑制）
排気ガスは、上側の室から下側の室を通り排出されるため、消音器がない排気管に対して圧力損失が増加し、発電効率の悪化につながるおそれがある。
（ｃ）特開２００６−２００３６９号公報（吸音材を使用しない）
含水していない吸音材（乾燥状態）を用いる場合に比べて同容積では消音効果が低い。加えて、高速・高出力時において排気管を流れるガス流速が速くなると、消音器内部で気流による騒音（空力騒音）が発生し消音性能が低下する。

特開２００４−１５６５５５号公報 特開２００２−２０６４１３号公報 特開２００６−２００３６９号公報

本発明の目的は、排気ガスに水蒸気が含まれる環境下において、従来技術の欠点を排除しつつ、効果的に消音性能を向上させることができる、燃料電池車の排気音の消音構造を提供することにある。

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
（１） 燃料電池自動車の排気音を低減させるための消音構造であって、
排気管流路の直線状に延びる直線部の排気ガス流れ方向の一部に、該直線部の下端よりも上側でかつ外周側に拡張する拡張室を設け、該拡張室は、多数の透孔を形成した仕切板によって内周側の共鳴室と外周側の吸音室との２つの領域に区分けされており、
前記共鳴室は、該共鳴室の内部空間を複数に仕切る仕切り部材が配設され、異なる共振周波数を有する複数の共鳴型消音器を形成しており、
前記吸音室には、吸音材が充填されており、
前記共鳴室に形成された前記共鳴型消音器の開口部分は、前記排気管流路の前記直線部の径よりも外周側に位置しており、
前記拡張室よりも排気ガス流れ方向下流側にある排気管下流側部分と、前記拡張室を構成する拡張室構成壁と、の接続Ｒ部の外周側端は、前記開口部分より外周側に位置している、燃料電池車の排気音の消音構造。

上記（１）の燃料電池車の排気音の消音構造によれば、つぎの効果を得ることができる。
（ｉ）拡張室が、排気管流路の直線部の下端よりも上側でかつ外周側に拡張して設けられており、多数の透孔を形成した仕切板によって内周側の共鳴室と外周側の吸音室との２つの領域に区分けされており、吸音室には吸音材が充填されている。そのため、吸音材に付着した水分は、透孔を通じて共鳴室、排気管流路に落下して、ガスとともに消音器外に排出され、排気ガス出口から排気管外に排出される。そのため、目視可能な位置から水（液体）が垂れ流れることになり、従来技術（ａ）に比べて使用者が不安を感じることを抑制できる。
（ｉｉ）拡張室が排気管流路の直線状に延びる直線部の排気ガス流れ方向の一部に設けられているため、拡張室への排気ガス入口と拡張室からの排気ガス出口とが対向しており、従来技術（ｂ）に比べて圧力損失の増加を抑制できる。
（ｉｉｉ）吸音室には吸音材が充填されているため、従来技術（ｃ）に比べて消音効果が高い。
（ｉｖ）共鳴型消音器の開口部分が、排気管流路の直線部の径よりも外周側に位置しているため、排気ガスが仕切り部材に衝突する度合いが小さく、気流音の発生が抑制される。
（ｖ）排気管下流側部分と、拡張室を構成する拡張室構成壁と、の接続Ｒ部の外周側端が、共鳴型消音器の開口部分より外周側に位置しているため、拡張室で外周側に広がったガス流れの一部が拡張室より下流側の排気管流路に流れる際に接続Ｒ部（コーナー部のＲ）で整流されるため、従来技術（ｃ）に比べて気流音の発生を効果的に抑制できる。

本発明実施例１の燃料電池車の排気音の消音構造の、斜視図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図２のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明実施例２の燃料電池車の排気音の消音構造の、斜視図である。 図４のＣ−Ｃ線断面図である。 図５のＤ−Ｄ線断面図である。

以下に、本発明実施例の燃料電池車の排気音の消音構造（以下、単に消音構造ともいう）を、図１〜６を参照して、説明する。なお、図中ＵＰは、上方を示している。
図１〜図３は、本発明実施例１の消音構造を示しており、図４〜図６は、本発明実施例２の消音構造を示している。
本発明全実施例にわたって共通する部分には、本発明全実施例にわたって同じ符号を付してある。
まず、本発明全実施例にわたって共通する部分を説明する。

本発明実施例の消音構造１は、燃料電池自動車の排気音を低減させるために設けられる。本発明実施例の消音構造１では、図１に示すように、排気管３の内部流路である排気管流路５の排気ガス流れ方向Ｆの一部に、拡張室７が設けられている。消音構造１は、この拡張室７を消音のためのスペースとして利用している。

排気管流路５は同一横断面積で水平かつ直線状に延びる直線部５ａを有している。拡張室７は、直線部５ａの排気ガス流れ方向Ｆの一部に設けられている。拡張室７は、図３に示すように、直線部５ａの下端５ａ１よりも該下端５ａ１を含んで上側かつ外周側に拡張している。なお、図示例では、拡張室７が直線部５ａの上下方向中央よりも該中央を含んで上側かつ外周側に拡張する場合を示している。拡張室７は、拡張室構成壁９にて構成されている。拡張室７は、拡張室構成壁９の内部空間である。

拡張室構成壁９は、図１に示すように、外周の円弧状壁９ａと、円弧状壁９ａの下端から排気管３まで延びる底壁９ｂと、円弧状壁９ａの排気ガス流れ方向Ｆの上流側端から排気管３まで延びる前壁９ｃと、円弧状壁９ａの排気ガス流れ方向Ｆの下流側端から排気管３まで延びる後壁９ｄと、を備える。
円弧状壁９ａと底壁９ｂとの接続部、円弧状壁９ａと前後壁９ｃ、９ｄとの接続部、底壁９ｂと前後壁９ｃ、９ｄとの接続部、底壁９ｂと排気管３との接続部、前後壁９ｃ、９ｄと排気管３との接続部は、いずれも、Ｒ形状（ラウンド形状、湾曲形状）の接続Ｒ部（コーナー部のＲ）１０とされている。

拡張室７は、図３に示すように、多数の透孔１１ａを形成した仕切板１１によって、内周側の共鳴室１３と、外周側の吸音室１５と、の２つの領域に区分けされている。仕切板１１は、円弧状壁９ａを一回り小さくした形状（相似形）と略同じ形状である。共鳴室１３の容積は、吸音室１５の容積より大または小であってもよく、吸音室１５の容積と同じであってもよい。なお、図示例では、共鳴室１３の容積が吸音室１５の容積より大である場合を示している。

共鳴室１３には、図２に示すように、共鳴室１３の内部空間を排気ガス流れ方向Ｆに複数（たとえば５個）に仕切る仕切り部材１７が配設され、異なる共振周波数を有する複数の共鳴型消音器１９を形成している。仕切り部材１７は、拡張室構成壁９の前後壁９ｃ、９ｄの相似形と略同じ形状である。複数の共鳴型消音器１９のそれぞれの開口部分１９ａ（仕切り部材１７の内周端）は、図２、図３に示すように、排気管流路５の直線部５ａの径よりも外周側に位置している。
吸音室１５には、吸音材１５ａが充填されている。吸音材は、たとえばグラスウールである。

図２に示すように、排気管３のうち拡張室７よりも排気ガス流れ方向Ｆの下流側にある排気管下流側部分３ａと、拡張室構成壁９の後壁９ｄと、の接続Ｒ部１０（１０ａ）の外周側端１０ａ１は、共鳴型消音器１９の開口部分１９ａ（仕切り部材１７の内周端）より外周側に位置している。

つぎに、本発明全実施例にわたって共通する部分の作用、効果を説明する。
拡張室７が、排気管流路５の直線部５ａの下端５ａ１よりも上側でかつ外周側に拡張して設けられており、多数の透孔１１ａを形成した仕切板１１によって内周側の共鳴室１３と外周側の吸音室１５との２つの領域に区分けされている。また、吸音室１５には吸音材１５ａが充填されているため、吸音材１５ａに付着した水分は、透孔１１ａを通じて共鳴室１３、排気管流路５に落下して、ガスとともに消音器（拡張室７）外に排出され、排気ガス出口から排気管３の外に排出される。そのため、目視可能な位置から水（液体）が垂れ流れることになり、従来技術（ａ）に比べて使用者が不安を感じることを抑制できる。

拡張室７が排気管流路５の直線状に延びる直線部５ａの排気ガス流れ方向Ｆの一部に設けられているため、拡張室７への排気ガス入口と拡張室７からの排気ガス出口とが対向しており、従来技術（ｂ）に比べて圧力損失の増加を抑制できる。

吸音室１５には吸音材１５ａが充填されているため、従来技術（ｃ）に比べて消音効果が高い。

共鳴型消音器１９の開口部分１９ａが、排気管流路５の直線部５ａの径よりも外周側に位置しているため、排気ガスが仕切り部材１７に衝突する度合いが小さく、気流音の発生が抑制される。

排気管下流側部分３ａと、拡張室７を構成する拡張室構成壁９と、の接続Ｒ部１０（１０ａ）の外周側端１０ａ１が、共鳴型消音器１９の開口部分１９ａより外周側に位置しているため、拡張室７で外周側に広がったガス流れの一部が拡張室７より下流側の排気管流路５ａに流れる際に接続Ｒ部１０（１０ａ）で整流されるため、従来技術（ｃ）に比べて気流音の発生を効果的に抑制できる。

つぎに、本発明各実施例に特有な部分を説明する。
〔実施例１〕（図１〜図３）
本発明実施例１では、以下のようになっている。
仕切り部材１７の内周端は自由端となっている。共鳴型消音器１９がサイドブランチタイプである。

共鳴室１３は、互いに隣り合う仕切り部材１７の間隔を変えること、拡張室構成壁９の円弧状壁９ａを排気ガス流れ方向Ｆの下流側または上流側にいくにしたがって径が大となるテーパ状にすること、の少なくともいずれか一方により、異なる共振周波数を有する複数の共鳴型消音器１９を形成している。なお、図示例では、共鳴室１３が、拡張室構成壁９の円弧状壁９ａを排気ガス流れ方向Ｆの下流側にいくにしたがって径が大となるテーパ状にすることのみにより、異なる共振周波数を有する複数の共鳴型消音器１９を形成する場合を示している。

〔実施例２〕（図４〜図６）
本発明実施例２では、以下のようになっている。
複数の仕切り部材１７の内周端同士は、仕切り板１１と相似形で多数の透孔２１ａが形成された第２の仕切板２１によって連結されている。第２の仕切り板２１は、第２の仕切板２１より内周側の領域と外周側の領域とに分ける。
共鳴型消音器１９が多孔タイプ（ヘルムホルツタイプ）である。

共鳴室１３は、互いに隣り合う仕切り部材１７の間隔を変えること、拡張室構成壁９の円弧状壁９ａを排気ガス流れ方向Ｆの下流側または上流側にいくにしたがって径が大となるテーパ状にすること、第２の仕切り部材２１の透孔２１ａの孔径を変えること、第２の仕切り部材２１の板厚を変えること、の少なくともいずれか一つにより、異なる共振周波数を有する複数の共鳴型消音器１９を形成している。

１ 消音構造
３ 排気管
３ａ 排気管下流側部分
５ 排気管流路
５ａ 直線部
５ａ１ 直線部の下端
７ 拡張室
９ 拡張室構成壁
９ａ 円弧状壁
９ｂ 底壁
９ｃ 前壁
９ｄ 後壁
１０、１０ａ 接続Ｒ部
１０ａ１ 外周側端
１１ 仕切板
１１ａ 透孔
１３ 共鳴室
１５ 吸音室
１５ａ 吸音材
１７ 仕切り部材
１９ 共鳴型消音器
１９ａ 共鳴型消音器の開口部分
２１ 第２の仕切板
２１ａ 透孔
Ｆ 排気ガス流れ方向

Claims (1)

1. 燃料電池自動車の排気音を低減させるための消音構造であって、
   排気管流路の直線状に延びる直線部の排気ガス流れ方向の一部に、該直線部の下端よりも上側でかつ外周側に拡張する拡張室を設け、該拡張室は、多数の透孔を形成した仕切板によって内周側の共鳴室と外周側の吸音室との２つの領域に区分けされており、
   前記共鳴室は、該共鳴室の内部空間を複数に仕切る仕切り部材が配設され、異なる共振周波数を有する複数の共鳴型消音器を形成しており、
   前記吸音室には、吸音材が充填されており、
   前記共鳴室に形成された前記共鳴型消音器の開口部分は、前記排気管流路の前記直線部の径よりも外周側に位置しており、
   前記拡張室よりも排気ガス流れ方向下流側にある排気管下流側部分と、前記拡張室を構成する拡張室構成壁と、の接続Ｒ部の外周側端は、前記開口部分より外周側に位置している、燃料電池車の排気音の消音構造。

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