燃料電池自動車用マフラ
【課題】より広い周波数帯域の排気音を低減することが可能な燃料電池自動車用マフラを提供する。
【解決手段】マフラ１は、マフラシェル２と吸音材とを備えている。吸音材は、マフラシェル２の内部に充填されている。エア流路４が、吸音材に囲まれてマフラシェル２内に形成されている。エア流路４は、燃料電池からの排気ガスを流してマフラシェル２の外部に排出する。エア流路４に沿った位置によって吸音材の共振周波数が異なっている。
【解決手段】マフラ１は、マフラシェル２と吸音材とを備えている。吸音材は、マフラシェル２の内部に充填されている。エア流路４が、吸音材に囲まれてマフラシェル２内に形成されている。エア流路４は、燃料電池からの排気ガスを流してマフラシェル２の外部に排出する。エア流路４に沿った位置によって吸音材の共振周波数が異なっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池によって発電された電力を動力源とする車両に搭載されて、燃料電池からの排気ガスを外部に排出する燃料電池自動車用マフラに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池が搭載された燃料電池自動車が知られている。燃料電池においては、燃料電池スタックのアノード側に供給される水素等の燃料ガスと、カソード側に供給される酸化ガスとが、電解質膜で電気化学反応することにより必要な電力が取り出される。また、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって反応生成水が生成される。生成された反応生成水は、反応に使用されなかった燃料ガスや酸化ガスと共に、燃料電池の排気ガスとして、燃料電池に接続された排気通路から車外に排出される。このような排気通路においては、１ｋＨｚ〜６ｋＨｚ程度の周波数の排気音が生じることがある。例えば、燃料電池に供給される空気の流量や圧力を調整するための空気調圧弁が排気通路に設けられることがある。空気調圧弁内を通過する空気量、流速、圧力、弁体の開度等によっては、空気調圧弁に振動が生じて、気流音（排気音）が生じることがある。このような排気音を低減するために、燃料電池自動車の排気通路には、内部に吸音材（消音材）が充填されたマフラが搭載されることがある。
【０００３】
例えば下記の特許文献１には、排気ガスを液相と気相とに分離して車外に排出することが可能なマフラが開示されている。特許文献１に記載のマフラは、内筒と外筒とを備えている。内筒は、排気ガスを液相と気相とに分離する。外筒には、内筒によって分離された液相を外部に排出する排液口と、騒音を低減するグラスウールとが設けられている。外筒の長手方向の軸線が水平方向に対して所定角度傾けられた状態で外筒が配置されており、最下部位近傍に排液口が設けられている。排気ガスから分離された液相が排液口に集められて外部に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６０１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池自動車においては、燃料電池スタックが車両の床下に搭載されることがある。燃料電池スタックが車両の床下に配置されると、マフラを車両に搭載するためのスペースが限られてしまう。このような状況下で、マフラには、上述した周波数帯域が広い排気音を低減することが求められている。周波数帯域が広い排気音を低減するために、サブマフラとメインマフラとを車両に搭載することが考えられる。しかしながら、マフラを車両に搭載するためのスペースが限られているため、サブマフラとメインマフラとを燃料電池自動車に搭載して周波数帯域が広い排気音を低減することは困難である。
【０００６】
また、上記の特許文献１に記載のマフラでは、排気音の周波数については考慮されていないため、周波数帯域が広い排気音を低減することは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、より広い周波数帯域の排気音を低減することが可能な燃料電池自動車用マフラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃料電池からの排気通路に設けられ、前記燃料電池からの排気ガスを排出する燃料電池自動車用マフラであって、排気音を吸音する吸音材が内部に充填されたマフラシェルと、前記吸音材に囲まれて前記マフラシェル内に形成され、前記燃料電池からの排気ガスを流して前記マフラシェルの外部に排出するエア流路と、を備え、前記エア流路に沿った位置によって前記吸音材の共振周波数が異なる、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る燃料電池自動車用マフラであって、前記エア流路の長手方向の軸が車両上方から見て前記マフラシェルに対して斜めになるように、前記マフラシェル内に前記エア流路が形成されている、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る燃料電池自動車用マフラであって、前記エア流路から前記マフラシェルの一方の内壁面までの距離が、前記エア流路の上流側から下流側にかけて長くなっており、前記エア流路から前記マフラシェルの前記一方の内壁面とは反対側の他方の内壁面までの距離が、前記エア流路の上流側から下流側にかけて短くなっている、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る燃料電池自動車用マフラであって、前記エア流路の下流側が前記エア流路の上流側よりも車両の前方側に配置されるように、前記マフラシェル内に前記エア流路が形成されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、エア流路に沿った位置によって吸音材の共振周波数が異なるため、より広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラの外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラを上から見た平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラの断面図である。
【図４】エア流路からマフラシェルの内壁面までの距離と、減衰される排気音の周波数との関係を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る燃料電池自動車用マフラを燃料電池自動車に搭載した状態を上から見た平面図である。
【図６】変形例に係る燃料電池自動車用マフラを上から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１から図４を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラの外観を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラを上から見た平面図である。図３は、本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラの断面図である。図３（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図であり、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図であり、図３（ｃ）は図２のＣ−Ｃ断面図である。図４は、エア流路からマフラシェルの内壁面までの距離と、減衰される気流音の周波数との関係を示すグラフである。
【００１５】
本実施形態に係る燃料電池自動車用マフラ１（以下、「マフラ１」と称する場合がある）は、燃料電池自動車の後方の床下に、ブランケット等によって吊り下げられて設置される。なお、図１において、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は互いに直交しており、Ｚ方向は車両の上方を示している。一例として、マフラ１は、Ｘ方向とＹ方向とで規定される車両水平面に対して平行に設置される。
【００１６】
図示しない燃料電池からは、反応に使用されなかった空気と燃料電池にて生成された水分（水蒸気）とを含む排気ガスが、所定の排気通路から排出される。マフラ１は、この排気通路の末端に設けられており、水分を含んだ排気ガスは、排気通路の上流側（図１に矢印Ｄで示す側）からマフラ１に流入する。マフラ１は、生成水等の水分を含む排気ガスを排出するときに発生する排気音（気流音）を吸音し、騒音を抑制する機能を有する。
【００１７】
マフラ１は、マフラシェル２と、マフラシェル２の内部に充填された吸音材３とを含んで構成されている。マフラ１の上流側端面にはガス導入管２０が設けられ、マフラ１の下流側端面にはガス排出管３０が設けられる。
【００１８】
ガス導入管２０は、図示しない燃料電池から延びる図示しないパイプに接続されている。ガス導入管２０は、燃料電池側のパイプと接続されて、燃料電池にて発生した排気ガスをマフラシェル２の内部に導入するためのパイプである。ガス排出管３０は、マフラシェル２を通ってきた排気ガスを、車外に排出するためのパイプである。ガス排出管３０の下流側端部は、排気ガスを車外に排出するための排気口となっている。
【００１９】
燃料電池にて発生した排気ガスはガス導入管２０によってマフラシェル２の内部に導入され、ガス排出管３０によってマフラシェル２の外部に排出されるので、燃料電池の排気ガスは、マフラシェル２内を流れることになる。
【００２０】
マフラシェル２は、楕円又は円形の断面形状を有する筒状容器である。本実施形態では一例として、図３に示すように、マフラシェル２は楕円の断面形状を有するものとして説明する。マフラシェル２は、例えば金属板を円筒状に成形し、その両端を側板でふさいだ形状を有し、両側板にそれぞれガス導入管２０とガス排出管３０とが取り付けられる。図２に示すように、例えば、マフラシェル２は、上流側から下流側に向かう長さ方向（Ｘ方向）の長さが一定であり、長さ方向に直交する幅方向（Ｙ方向）の長さが一定である。
【００２１】
吸音材３は、マフラシェル２の内部に配置される部材であり、排気ガスが流れるときの排気音（気流音）を吸音する機能を有する。吸音材３には、例えば不織布や発泡材を用いることができる。吸音材３は、マフラシェル２の内部の空間において、ガス導入管２０とガス排出管３０との間で排気が流れるエア流路４を形成するような形状を有する。すなわち、吸音材３は、マフラシェル２の一方の端面においてガス導入管２０が接続される開口と、他方の端面においてガス排出管３０が接続される開口との間を接続する箇所については、管状の空間を確保するように配置されていない。吸音材３が配置されていない管状の空間がエア流路４となる。換言すると、吸音材３はエア流路４の周囲に配置されており、エア流路４は吸音材３によって囲まれている。
【００２２】
本実施形態に係るマフラ１においては、エア流路４に沿った位置（エア流路４の上流側から下流側の位置）によって吸音材３の共振周波数（固有振動数）が異なっている。エア流路４に沿った位置によって吸音材３の共振周波数を変えるために、一例として図２に示すように、Ｘ方向とＹ方向とで規定される車両水平面内において、エア流路４が、マフラシェル２に対して所定角度α傾けられた状態でマフラシェル２の内部に形成されている。例えば、車両上方（Ｚ方向）から見たときに、エア流路４の軸方向（排気が流れる方向）がマフラシェル２に対して所定角度α傾くように、マフラシェル２内にエア流路４が形成されている。換言すると、マフラシェル２の上流側から下流側に向かう長さ方向に沿った軸（例えば、マフラシェル２の上流側から下流側に向かってマフラシェル２の中心を通る中心軸１００）と、エア流路４の長手方向の軸１１０（排気ガスが流れる方向に沿った軸）とのなす角度が角度αとなるように、エア流路４がマフラシェル２内に形成されている。
【００２３】
また、ガス導入管２０は、エア流路４と同じ角度α傾けた状態でマフラシェル２の上流側端面に設けられ、ガス排出管３０は、エア流路４と同じ角度α傾けた状態でマフラシェル２の下流側端面に設けられる。
【００２４】
このようにエア流路４をマフラシェル２に対して傾けて形成することにより、吸音材３の断面の形状が、エア流路４に沿った位置（エア流路４の上流側から下流側の位置）によって変わることになる。具体的には図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、エア流路４の位置が、マフラ１の上流側から下流側の位置によって変わることになる。すなわち、エア流路４からマフラシェル２の内壁面２ａ、２ｂまでの距離が、マフラ１の上流側から下流側の位置によって変わることになる。吸音材３は、エア流路４が形成されるようにマフラシェル２の内部に充填されているため、吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さが、マフラ１の上流側から下流側の位置によって変わることになる。
【００２５】
図２及び図３を参照して、マフラ１の上流側、中央部、及び下流側のそれぞれの位置におけるエア流路４の位置について説明する。図３（ａ）は、マフラ１の上流側におけるマフラ１の断面図である。図３（ｂ）は、マフラ１の中央部におけるマフラ１の断面図である。図３（ｃ）は、マフラ１の下流側におけるマフラ１の断面図である。
【００２６】
マフラ１の上流側においては、図２及び図３（ａ）に示すように、エア流路４からマフラシェル２の一方の内壁面２ａまでの距離（長さＬ１）よりも、エア流路４からマフラシェル２の他方の内壁面２ｂ（内壁面２ａとは反対側の内壁面）までの距離（長さＬ２）の方が長くなる。すなわち、エア流路４とマフラシェル２の一方の内壁面２ａとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ１よりも、エア流路４とマフラシェル２の他方の内壁面２ｂとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ２の方が長くなる。
【００２７】
また、マフラ１の中央部においては、図２及び図３（ｂ）に示すように、エア流路４からマフラシェル２の一方の内壁面２ａまでの距離（長さＬ３）と、エア流路４からマフラシェル２の他方の内壁面２ｂまでの距離（長さＬ４）とが等しくなる。すなわち、エア流路４とマフラシェル２の一方の内壁面２ａとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ３と、エア流路４とマフラシェル２の他方の内壁面２ｂとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ４とが等しくなる。
【００２８】
また、マフラ１の下流側においては、図２及び図３（ｃ）に示すように、エア流路４からマフラシェル２の一方の内壁面２ａまでの距離（長さＬ５）よりも、エア流路４からマフラシェル２の他方の内壁面２ｂまでの距離（長さＬ６）の方が短くなる。すなわち、エア流路４とマフラシェル２の一方の内壁面２ａとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ５よりも、エア流路４とマフラシェル２の他方の内壁面２ｂとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ６の方が短くなる。
【００２９】
以上のように、本実施形態に係るマフラ１においては、エア流路４からマフラシェル２の一方の内壁面（例えば内壁面２ａ）までの距離が、マフラ１の上流側から下流側にかけて長くなっており、エア流路４からマフラシェル２の他方の内壁面（例えば内壁面２ｂ）までの距離が、マフラ１の上流側から下流側にかけて短くなっている。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）に示す例では、マフラ１の上流側においては、エア流路４はマフラシェル２内部において比較的右側に配置されており、マフラ１の中央部においては、エア流路４はマフラシェル２内部の中央部に配置されており、マフラ１の下流側においては、エア流路４はマフラシェル２内部の比較的左側に配置されている。
【００３１】
上記の構成を有するマフラ１による作用及び効果について説明する。図示しない燃料電池スタックから排出された排気ガスは、ガス導入管２０によってマフラ１に導入される。ガス導入管２０からマフラ１のエア流路４に排気ガスが導入されると、吸音材３に向けて音波が放射される。音波が吸音材３に入射すると吸音材３が振動し、吸音材３の共振周波数（固有振動数）と音波の周波数とが一致すると、気流音は吸音材３で共鳴することになる。吸音材３で共鳴が起きると、吸音材３が激しく振動し、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて減衰することになる。その結果、共鳴した排気音が低減される。
【００３２】
吸音材３の共振周波数（固有振動数）は、吸音材３の長さに依存する。本実施形態に係るマフラ１では、吸音材３は、エア流路４を囲んでマフラシェル２の内部に充填されている。エア流路４に沿った位置（エア流路４の上流側から下流側の位置）によって、エア流路４からマフラシェル２の内壁面２ａ、２ｂまでの距離を変えているため、エア流路４に沿った位置によって、エア流路４とマフラシェル２の内壁面２ａ、２ｂとの間に充填されている吸音材３の横方向の長さが変わっている。そのことにより、例えば同じ材料の吸音材３を用いた場合であっても、エア流路４に沿った位置によって吸音材３の共振周波数を変えることができる。このようにエア流路４に沿った位置によって吸音材３の共振周波数が異なっているため、共鳴によって低減される排気音の周波数をエア流路４に沿った位置によって変えることができる。位置によって異なる周波数の排気音を低減することができるため、マフラ１によってより広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。
【００３３】
ここで、図４を参照して、吸音材３によって減衰される排気音（気流音）の周波数と、吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さとの関係について説明する。図４において、横軸は、吸音材３によって減衰される排気音の周波数を示す。縦軸は、エア流路４とマフラシェル２の内壁面２ａ（又は内壁面２ｂ）との間に充填されている吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さを示す。一例として、吸音材３には同じ材料を用いているものとする。図４に示すように、吸音材３の横方向の長さが長いほど、低い周波数帯域の排気音を低減することでき、吸音材３の横方向の長さが短いほど、高い周波数帯域の排気音を低減することができる。
【００３４】
図２に示すように、マフラ１の上流側においては、長さＬ１の吸音材３が高い周波数帯域の排気音を低減させ、長さＬ２の吸音材３が低い周波数帯域の排気音を低減させることができる。また、マフラ１の下流側においては、長さＬ５の吸音材が低い周波数帯域の排気音を低減させ、長さＬ６の吸音材３が高い周波数領域の排気音を低減させることができる。また、マフラ１の中央部においては、長さＬ３、Ｌ４の吸音材３が中程度の周波数帯域の排気音を低減させることができる。
【００３５】
以上のように、マフラシェル２に対して所定角度α傾けた状態でエア流路４をマフラシェル２の内部に形成することにより、エア流路４に沿った位置によって、吸音材３によって減衰される排気音の周波数を変えることができるため、より広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。本実施形態に係るマフラ１を用いることにより、サブマフラやメインマフラなどのように複数のマフラを用いなくても、より広い周波数帯域の排気音を低減することができる。その結果、車両におけるスペースを有効に活用することが可能となる。すなわち、本実施形態に係るマフラ１を用いることにより、燃料電池自動車にマフラを搭載するためのスペースが限られている状況下においても、より広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。例えば、周波数が１ｋＨｚ〜６ｋＨｚ程度の排気音を低減することが可能となる。
【００３６】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、エア流路４は、半円又は半楕円の断面形状を有することが好ましい。すなわち、エア流路４は、車両下方側の面が平坦であることが好ましい。エア流路４において車両下方側の面を平坦にすることにより、排気に含まれる水分が吸音材３に吸収され難くなるため、水分を吸収したことによる吸音材３の消音能力の低下を抑制することが可能となる。
【００３７】
なお、従来技術のように、マフラシェルの長手方向の軸線を車両水平方向に対して所定角度傾けた状態でマフラシェルとエア流路とを配置した場合には、吸音材が水分を吸収してマフラシェルの最下部位に水分が集まりやすくなるため、吸音材の消音能力が低下するおそれがある。これに対して本実施形態に係るマフラ１においては、車両水平面内において、マフラシェル２に対して所定角度α傾けられた状態でエア流路４がマフラシェル２の内部に形成されている。すなわち、本実施形態に係るマフラ１においては、マフラシェル２及びエア流路４は、車両水平方向に対して傾いていないため、吸音材３内に水分が集まり難くなり、その結果、水分を吸収したことによる吸音材の消音能力の低下を抑制することが可能となる。
【００３８】
次に、図５を参照して、本実施形態に係るマフラ１を燃料電池自動車に搭載した実施例について説明する。図５は、本実施形態に係る燃料電池自動車用マフラを燃料電池自動車に搭載した状態を上から見た平面図である。
【００３９】
図５に示す例では、Ｘ方向が車両の左側方を示し、Ｙ方向が車両の後方を示し、Ｚ方向が車両の上方を示している。上述したように、マフラ１は、Ｘ方向とＹ方向とで規定される車両水平面に対して平行に設置されている。また、マフラシェル２の両端面の開口が車両の側方を向くように、マフラ１が車両に設置されている。すなわち、マフラ１においてガス導入管２０とガス排出管３０とが設置されている端面を車両の側方に向けた状態で、マフラ１を車両に設置する。図５に示す例では、マフラシェル２の上流側端面（ガス導入管２０が設置されている端面）が車両の右側方に向けられ、マフラシェル２の下流側端面（ガス排出管３０が設置されている端面）が車両の左側方に向けられた状態で、マフラ１が車両に設置されている。また、エア流路４の上流側がエア流路４の下流側よりも車両の後方側に配置されるように、マフラ１が車両に設置されている。
【００４０】
燃料電池スタック４０から排出された排気ガスは、ガス導入管２０によって車両の後方側に流れていき、上流側からマフラ１のエア流路４に導入される。エア流路４はマフラシェル２に対して傾いており、エア流路４の上流側から下流側にかけて、エア流路４は車両の後方側から前方側に傾いた状態でマフラシェル２内に形成されている。従って、上流側からエア流路４に導入された排気ガスは、エア流路４に沿って車両の後方側から前方側に向かって下流側に流れる。排気ガスがエア流路４内を流れることにより、排気音（気流音）が低減される。
【００４１】
以上のように本実施形態に係るマフラ１を車両に搭載すると、エア流路４の上流側は下流側よりも車両の後方側に配置されているため、ブレーキ時等のように車両が前方に傾いたときに、エア流路４の上流側が下流側よりも高い位置に配置されることになる。すなわち、車両が前方に傾くと、車両の後方側が前方側よりも高い位置に配置されることになるため、車両の後方側に配置された上流側の方が、車両の前方側に配置された下流側よりも高い位置に配置されることになる。エア流路４の上流側が下流側よりも高い位置に配置されるため、マフラ１の下流側（エア流路４の下流側）に一度流れた生成水が、マフラ１の下流側から上流側に逆流することを抑制することが可能となる。その結果、車両が前方に傾いたときに、マフラ１の下流側に一度流れた生成水が、燃料電池スタックに逆流することを抑制することが可能となる。このように本実施形態に係るマフラ１によると、周波数帯域が広い排気音を低減しつつ、生成水が燃料電池スタックに逆流することを抑制することが可能となる。
【００４２】
次に、図６を参照して、変形例に係る燃料電池自動車用マフラについて説明する。図６は、変形例に係る燃料電池自動車用マフラを上から見た平面図である。
【００４３】
本発明は、上述した実施形態に係るマフラ１に限定されるものではなく、エア流路に沿った位置によって吸音材の共振周波数（固有振動数）が異なっていれば、上述した実施形態に係るマフラ１と同じ効果を奏することができる。
【００４４】
上述した実施形態では、マフラシェル２の横方向（Ｙ方向）の長さが一定であるが、横方向の長さが上流側から下流側にかけて変わっていてもよい。この場合においても、エア流路からマフラシェルの内壁面までの距離を、マフラ１の上流側から下流側の位置によって変えることにより、上述した実施形態に係るマフラ１と同じ効果を奏することができる。
【００４５】
図６（ａ）に変形例１に係るマフラ１Ａを示し、図６（ｂ）に変形例２に係るマフラ１Ｂを示す。まず、変形例１に係るマフラ１Ａについて説明する。図６（ａ）に示すマフラ１Ａのマフラシェル５は、上流側から下流側に向かって横方向（Ｙ方向）の長さが長くなっている。すなわち、マフラシェル５は、車両上方から見て台形状の形状を有する。エア流路４は、マフラシェル５の上流側から下流側に向かう長さ方向に沿った軸（例えば、マフラシェル５の上流側から下流側に向かってマフラシェル５の中心を通る中心軸１００）に沿って、マフラシェル５内の中心に形成されている。一例として、マフラシェル５の中心軸１００と、エア流路４の長手方向の軸１１０（排気が流れる方向に沿った軸）とが一致している。
【００４６】
このように台形状のマフラシェル５内の中心に中心軸１００に沿ってエア流路４を形成することにより、エア流路４に沿った位置によってエア流路４からマフラシェル５の内壁面５ａ、５ｂまでの距離が変わることになる。吸音材３は、エア流路４が形成されるようにマフラシェル５の内部に充填されているため、エア流路４に沿った位置によって吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さが変わることになる。
【００４７】
例えばマフラ１Ａの上流側においては、エア流路４からマフラシェル５の一方の内壁面５ａまでの距離（長さＬ１０）と、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂ（内壁面５ａとは反対側の内壁面）までの距離（長さＬ１０）とが等しくなる。また、マフラ１Ａの中央部においても、エア流路４からマフラシェル５の一方の内壁面５ａまでの距離（長さＬ１１）と、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂまでの距離（長さＬ１１）とが等しくなる。また、マフラ１Ａの下流側においても、エア流路４からマフラシェル５の内壁面５ａまでの距離（長さＬ１２）と、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂまでの距離（長さＬ１２）とが等しくなる。
【００４８】
以上のように、エア流路４に沿った位置によってエア流路４からマフラシェル５の内壁面５ａ、５ｂまでの距離を変えることにより、例えば同じ材料の吸音材を用いた場合であっても、エア流路４に沿った位置によって吸音材の横方向（Ｙ方向）の長さを変えて、吸音材３の共振周波数を変えることができる。そのことにより、位置によって異なる周波数の排気音を低減することができるため、マフラ１Ａによってより広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。
【００４９】
次に、変形例２に係るマフラ１Ｂについて説明する。図６（ｂ）に示すマフラ１Ｂのマフラシェル５は、変形例１に係るマフラシェル５と同じ形状を有する。変形例２においては、エア流路４は、マフラシェル５の中心軸１００に対して平行に形成されているが、マフラシェル５の中心軸１００から横方向（Ｙ方向）にずれた位置に形成されている。図６（ｂ）に示す例では、エア流路４は、マフラシェル５の中心軸１００から右側にずれた位置に形成されている。
【００５０】
このように台形状のマフラシェル５の中心軸１００に沿ってエア流路４を形成することにより、エア流路４に沿った位置によってエア流路４からマフラシェル５の内壁面５ａ、５ｂまでの距離が変わることになる。例えばマフラ１Ｂの上流側においては、エア流路４からマフラシェル５の一方の内壁面５ａまでの距離（長さＬ２０）よりも、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂまでの距離（長さＬ２１）の方が長くなる。また、マフラ１Ｂの中央部においても、エア流路４からマフラシェル５の一方の内壁面５ａまでの距離（長さＬ２２）よりも、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂまでの距離（長さＬ２３）の方が長くなる。また、マフラ１Ｂの下流側においても、エア流路４からマフラシェル５の一方の内壁面５ａまでの距離（長さＬ２４）よりも、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂまでの距離（長さＬ２５）の方が長くなる。
【００５１】
以上のように、エア流路４に沿った位置によってエア流路４からマフラシェル５の内壁面５ａ、５ｂまでの距離を変えることにより、例えば同じ材料の吸音材を用いた場合であっても、エア流路４に沿った位置によって吸音材の横方向（Ｙ方向）の長さを変えて、吸音材３の共振周波数を変えることができる。そのことにより、位置によって異なる周波数の排気音を低減することができるため、より広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。
【００５２】
なお、マフラシェル５に代えて、上流側から下流側に向かって横方向（Ｙ方向）の長さが短くなるマフラシェルを用いても、変形例に係るマフラ１Ａ、１Ｂと同じ効果を奏することができる。
【００５３】
また、別の変形例として、エア流路に沿った位置によって異なる材料の吸音材をマフラシェル２内に充填することにより、エア流路に沿った位置によって吸音材の共振周波数（固有振動数）を変えてもよい。例えばエア流路に沿った位置によって弾性率が異なる吸音材をマフラシェル内に充填することにより、エア流路に沿った位置によって吸音材の共振周波数（固有振動数）を変えてもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態及び変形例では、エア流路に沿った位置によって吸音材の共振周波数を連続的に変化させているが、吸音材の共振周波数を段階的に変化させてもよい。例えば、エア流路からマフラシェルの内壁面までの距離を、エア流路に沿った位置によって段階的に変えることにより、吸音材の共振周波数をエア流路に沿って段階的に変えてもよい。または、吸音材の材料をエア流路に沿った位置によって段階的に変えることにより、吸音材の共振周波数をエア流路に沿って段階的に変えてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１，１Ａ，１Ｂ マフラ、２，５ マフラシェル、２ａ，２ｂ，５ａ，５ｂ 内壁面、３ 吸音材、４ エア流路、２０ ガス導入管、３０ ガス排出管、４０ 燃料電池スタック。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池によって発電された電力を動力源とする車両に搭載されて、燃料電池からの排気ガスを外部に排出する燃料電池自動車用マフラに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池が搭載された燃料電池自動車が知られている。燃料電池においては、燃料電池スタックのアノード側に供給される水素等の燃料ガスと、カソード側に供給される酸化ガスとが、電解質膜で電気化学反応することにより必要な電力が取り出される。また、燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応によって反応生成水が生成される。生成された反応生成水は、反応に使用されなかった燃料ガスや酸化ガスと共に、燃料電池の排気ガスとして、燃料電池に接続された排気通路から車外に排出される。このような排気通路においては、１ｋＨｚ〜６ｋＨｚ程度の周波数の排気音が生じることがある。例えば、燃料電池に供給される空気の流量や圧力を調整するための空気調圧弁が排気通路に設けられることがある。空気調圧弁内を通過する空気量、流速、圧力、弁体の開度等によっては、空気調圧弁に振動が生じて、気流音（排気音）が生じることがある。このような排気音を低減するために、燃料電池自動車の排気通路には、内部に吸音材（消音材）が充填されたマフラが搭載されることがある。
【０００３】
例えば下記の特許文献１には、排気ガスを液相と気相とに分離して車外に排出することが可能なマフラが開示されている。特許文献１に記載のマフラは、内筒と外筒とを備えている。内筒は、排気ガスを液相と気相とに分離する。外筒には、内筒によって分離された液相を外部に排出する排液口と、騒音を低減するグラスウールとが設けられている。外筒の長手方向の軸線が水平方向に対して所定角度傾けられた状態で外筒が配置されており、最下部位近傍に排液口が設けられている。排気ガスから分離された液相が排液口に集められて外部に排出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６０１８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
燃料電池自動車においては、燃料電池スタックが車両の床下に搭載されることがある。燃料電池スタックが車両の床下に配置されると、マフラを車両に搭載するためのスペースが限られてしまう。このような状況下で、マフラには、上述した周波数帯域が広い排気音を低減することが求められている。周波数帯域が広い排気音を低減するために、サブマフラとメインマフラとを車両に搭載することが考えられる。しかしながら、マフラを車両に搭載するためのスペースが限られているため、サブマフラとメインマフラとを燃料電池自動車に搭載して周波数帯域が広い排気音を低減することは困難である。
【０００６】
また、上記の特許文献１に記載のマフラでは、排気音の周波数については考慮されていないため、周波数帯域が広い排気音を低減することは困難である。
【０００７】
本発明の目的は、より広い周波数帯域の排気音を低減することが可能な燃料電池自動車用マフラを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、燃料電池からの排気通路に設けられ、前記燃料電池からの排気ガスを排出する燃料電池自動車用マフラであって、排気音を吸音する吸音材が内部に充填されたマフラシェルと、前記吸音材に囲まれて前記マフラシェル内に形成され、前記燃料電池からの排気ガスを流して前記マフラシェルの外部に排出するエア流路と、を備え、前記エア流路に沿った位置によって前記吸音材の共振周波数が異なる、ことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る燃料電池自動車用マフラであって、前記エア流路の長手方向の軸が車両上方から見て前記マフラシェルに対して斜めになるように、前記マフラシェル内に前記エア流路が形成されている、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る燃料電池自動車用マフラであって、前記エア流路から前記マフラシェルの一方の内壁面までの距離が、前記エア流路の上流側から下流側にかけて長くなっており、前記エア流路から前記マフラシェルの前記一方の内壁面とは反対側の他方の内壁面までの距離が、前記エア流路の上流側から下流側にかけて短くなっている、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る燃料電池自動車用マフラであって、前記エア流路の下流側が前記エア流路の上流側よりも車両の前方側に配置されるように、前記マフラシェル内に前記エア流路が形成されている、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、エア流路に沿った位置によって吸音材の共振周波数が異なるため、より広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラの外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラを上から見た平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラの断面図である。
【図４】エア流路からマフラシェルの内壁面までの距離と、減衰される排気音の周波数との関係を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る燃料電池自動車用マフラを燃料電池自動車に搭載した状態を上から見た平面図である。
【図６】変形例に係る燃料電池自動車用マフラを上から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１から図４を参照して、本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラの外観を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラを上から見た平面図である。図３は、本発明の実施形態に係る燃料電池自動車用マフラの断面図である。図３（ａ）は図２のＡ−Ａ断面図であり、図３（ｂ）は図２のＢ−Ｂ断面図であり、図３（ｃ）は図２のＣ−Ｃ断面図である。図４は、エア流路からマフラシェルの内壁面までの距離と、減衰される気流音の周波数との関係を示すグラフである。
【００１５】
本実施形態に係る燃料電池自動車用マフラ１（以下、「マフラ１」と称する場合がある）は、燃料電池自動車の後方の床下に、ブランケット等によって吊り下げられて設置される。なお、図１において、Ｘ方向、Ｙ方向、及びＺ方向は互いに直交しており、Ｚ方向は車両の上方を示している。一例として、マフラ１は、Ｘ方向とＹ方向とで規定される車両水平面に対して平行に設置される。
【００１６】
図示しない燃料電池からは、反応に使用されなかった空気と燃料電池にて生成された水分（水蒸気）とを含む排気ガスが、所定の排気通路から排出される。マフラ１は、この排気通路の末端に設けられており、水分を含んだ排気ガスは、排気通路の上流側（図１に矢印Ｄで示す側）からマフラ１に流入する。マフラ１は、生成水等の水分を含む排気ガスを排出するときに発生する排気音（気流音）を吸音し、騒音を抑制する機能を有する。
【００１７】
マフラ１は、マフラシェル２と、マフラシェル２の内部に充填された吸音材３とを含んで構成されている。マフラ１の上流側端面にはガス導入管２０が設けられ、マフラ１の下流側端面にはガス排出管３０が設けられる。
【００１８】
ガス導入管２０は、図示しない燃料電池から延びる図示しないパイプに接続されている。ガス導入管２０は、燃料電池側のパイプと接続されて、燃料電池にて発生した排気ガスをマフラシェル２の内部に導入するためのパイプである。ガス排出管３０は、マフラシェル２を通ってきた排気ガスを、車外に排出するためのパイプである。ガス排出管３０の下流側端部は、排気ガスを車外に排出するための排気口となっている。
【００１９】
燃料電池にて発生した排気ガスはガス導入管２０によってマフラシェル２の内部に導入され、ガス排出管３０によってマフラシェル２の外部に排出されるので、燃料電池の排気ガスは、マフラシェル２内を流れることになる。
【００２０】
マフラシェル２は、楕円又は円形の断面形状を有する筒状容器である。本実施形態では一例として、図３に示すように、マフラシェル２は楕円の断面形状を有するものとして説明する。マフラシェル２は、例えば金属板を円筒状に成形し、その両端を側板でふさいだ形状を有し、両側板にそれぞれガス導入管２０とガス排出管３０とが取り付けられる。図２に示すように、例えば、マフラシェル２は、上流側から下流側に向かう長さ方向（Ｘ方向）の長さが一定であり、長さ方向に直交する幅方向（Ｙ方向）の長さが一定である。
【００２１】
吸音材３は、マフラシェル２の内部に配置される部材であり、排気ガスが流れるときの排気音（気流音）を吸音する機能を有する。吸音材３には、例えば不織布や発泡材を用いることができる。吸音材３は、マフラシェル２の内部の空間において、ガス導入管２０とガス排出管３０との間で排気が流れるエア流路４を形成するような形状を有する。すなわち、吸音材３は、マフラシェル２の一方の端面においてガス導入管２０が接続される開口と、他方の端面においてガス排出管３０が接続される開口との間を接続する箇所については、管状の空間を確保するように配置されていない。吸音材３が配置されていない管状の空間がエア流路４となる。換言すると、吸音材３はエア流路４の周囲に配置されており、エア流路４は吸音材３によって囲まれている。
【００２２】
本実施形態に係るマフラ１においては、エア流路４に沿った位置（エア流路４の上流側から下流側の位置）によって吸音材３の共振周波数（固有振動数）が異なっている。エア流路４に沿った位置によって吸音材３の共振周波数を変えるために、一例として図２に示すように、Ｘ方向とＹ方向とで規定される車両水平面内において、エア流路４が、マフラシェル２に対して所定角度α傾けられた状態でマフラシェル２の内部に形成されている。例えば、車両上方（Ｚ方向）から見たときに、エア流路４の軸方向（排気が流れる方向）がマフラシェル２に対して所定角度α傾くように、マフラシェル２内にエア流路４が形成されている。換言すると、マフラシェル２の上流側から下流側に向かう長さ方向に沿った軸（例えば、マフラシェル２の上流側から下流側に向かってマフラシェル２の中心を通る中心軸１００）と、エア流路４の長手方向の軸１１０（排気ガスが流れる方向に沿った軸）とのなす角度が角度αとなるように、エア流路４がマフラシェル２内に形成されている。
【００２３】
また、ガス導入管２０は、エア流路４と同じ角度α傾けた状態でマフラシェル２の上流側端面に設けられ、ガス排出管３０は、エア流路４と同じ角度α傾けた状態でマフラシェル２の下流側端面に設けられる。
【００２４】
このようにエア流路４をマフラシェル２に対して傾けて形成することにより、吸音材３の断面の形状が、エア流路４に沿った位置（エア流路４の上流側から下流側の位置）によって変わることになる。具体的には図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、エア流路４の位置が、マフラ１の上流側から下流側の位置によって変わることになる。すなわち、エア流路４からマフラシェル２の内壁面２ａ、２ｂまでの距離が、マフラ１の上流側から下流側の位置によって変わることになる。吸音材３は、エア流路４が形成されるようにマフラシェル２の内部に充填されているため、吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さが、マフラ１の上流側から下流側の位置によって変わることになる。
【００２５】
図２及び図３を参照して、マフラ１の上流側、中央部、及び下流側のそれぞれの位置におけるエア流路４の位置について説明する。図３（ａ）は、マフラ１の上流側におけるマフラ１の断面図である。図３（ｂ）は、マフラ１の中央部におけるマフラ１の断面図である。図３（ｃ）は、マフラ１の下流側におけるマフラ１の断面図である。
【００２６】
マフラ１の上流側においては、図２及び図３（ａ）に示すように、エア流路４からマフラシェル２の一方の内壁面２ａまでの距離（長さＬ１）よりも、エア流路４からマフラシェル２の他方の内壁面２ｂ（内壁面２ａとは反対側の内壁面）までの距離（長さＬ２）の方が長くなる。すなわち、エア流路４とマフラシェル２の一方の内壁面２ａとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ１よりも、エア流路４とマフラシェル２の他方の内壁面２ｂとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ２の方が長くなる。
【００２７】
また、マフラ１の中央部においては、図２及び図３（ｂ）に示すように、エア流路４からマフラシェル２の一方の内壁面２ａまでの距離（長さＬ３）と、エア流路４からマフラシェル２の他方の内壁面２ｂまでの距離（長さＬ４）とが等しくなる。すなわち、エア流路４とマフラシェル２の一方の内壁面２ａとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ３と、エア流路４とマフラシェル２の他方の内壁面２ｂとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ４とが等しくなる。
【００２８】
また、マフラ１の下流側においては、図２及び図３（ｃ）に示すように、エア流路４からマフラシェル２の一方の内壁面２ａまでの距離（長さＬ５）よりも、エア流路４からマフラシェル２の他方の内壁面２ｂまでの距離（長さＬ６）の方が短くなる。すなわち、エア流路４とマフラシェル２の一方の内壁面２ａとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ５よりも、エア流路４とマフラシェル２の他方の内壁面２ｂとの間に充填された吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さＬ６の方が短くなる。
【００２９】
以上のように、本実施形態に係るマフラ１においては、エア流路４からマフラシェル２の一方の内壁面（例えば内壁面２ａ）までの距離が、マフラ１の上流側から下流側にかけて長くなっており、エア流路４からマフラシェル２の他方の内壁面（例えば内壁面２ｂ）までの距離が、マフラ１の上流側から下流側にかけて短くなっている。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）に示す例では、マフラ１の上流側においては、エア流路４はマフラシェル２内部において比較的右側に配置されており、マフラ１の中央部においては、エア流路４はマフラシェル２内部の中央部に配置されており、マフラ１の下流側においては、エア流路４はマフラシェル２内部の比較的左側に配置されている。
【００３１】
上記の構成を有するマフラ１による作用及び効果について説明する。図示しない燃料電池スタックから排出された排気ガスは、ガス導入管２０によってマフラ１に導入される。ガス導入管２０からマフラ１のエア流路４に排気ガスが導入されると、吸音材３に向けて音波が放射される。音波が吸音材３に入射すると吸音材３が振動し、吸音材３の共振周波数（固有振動数）と音波の周波数とが一致すると、気流音は吸音材３で共鳴することになる。吸音材３で共鳴が起きると、吸音材３が激しく振動し、振動エネルギーが熱エネルギーに変換されて減衰することになる。その結果、共鳴した排気音が低減される。
【００３２】
吸音材３の共振周波数（固有振動数）は、吸音材３の長さに依存する。本実施形態に係るマフラ１では、吸音材３は、エア流路４を囲んでマフラシェル２の内部に充填されている。エア流路４に沿った位置（エア流路４の上流側から下流側の位置）によって、エア流路４からマフラシェル２の内壁面２ａ、２ｂまでの距離を変えているため、エア流路４に沿った位置によって、エア流路４とマフラシェル２の内壁面２ａ、２ｂとの間に充填されている吸音材３の横方向の長さが変わっている。そのことにより、例えば同じ材料の吸音材３を用いた場合であっても、エア流路４に沿った位置によって吸音材３の共振周波数を変えることができる。このようにエア流路４に沿った位置によって吸音材３の共振周波数が異なっているため、共鳴によって低減される排気音の周波数をエア流路４に沿った位置によって変えることができる。位置によって異なる周波数の排気音を低減することができるため、マフラ１によってより広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。
【００３３】
ここで、図４を参照して、吸音材３によって減衰される排気音（気流音）の周波数と、吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さとの関係について説明する。図４において、横軸は、吸音材３によって減衰される排気音の周波数を示す。縦軸は、エア流路４とマフラシェル２の内壁面２ａ（又は内壁面２ｂ）との間に充填されている吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さを示す。一例として、吸音材３には同じ材料を用いているものとする。図４に示すように、吸音材３の横方向の長さが長いほど、低い周波数帯域の排気音を低減することでき、吸音材３の横方向の長さが短いほど、高い周波数帯域の排気音を低減することができる。
【００３４】
図２に示すように、マフラ１の上流側においては、長さＬ１の吸音材３が高い周波数帯域の排気音を低減させ、長さＬ２の吸音材３が低い周波数帯域の排気音を低減させることができる。また、マフラ１の下流側においては、長さＬ５の吸音材が低い周波数帯域の排気音を低減させ、長さＬ６の吸音材３が高い周波数領域の排気音を低減させることができる。また、マフラ１の中央部においては、長さＬ３、Ｌ４の吸音材３が中程度の周波数帯域の排気音を低減させることができる。
【００３５】
以上のように、マフラシェル２に対して所定角度α傾けた状態でエア流路４をマフラシェル２の内部に形成することにより、エア流路４に沿った位置によって、吸音材３によって減衰される排気音の周波数を変えることができるため、より広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。本実施形態に係るマフラ１を用いることにより、サブマフラやメインマフラなどのように複数のマフラを用いなくても、より広い周波数帯域の排気音を低減することができる。その結果、車両におけるスペースを有効に活用することが可能となる。すなわち、本実施形態に係るマフラ１を用いることにより、燃料電池自動車にマフラを搭載するためのスペースが限られている状況下においても、より広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。例えば、周波数が１ｋＨｚ〜６ｋＨｚ程度の排気音を低減することが可能となる。
【００３６】
図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、エア流路４は、半円又は半楕円の断面形状を有することが好ましい。すなわち、エア流路４は、車両下方側の面が平坦であることが好ましい。エア流路４において車両下方側の面を平坦にすることにより、排気に含まれる水分が吸音材３に吸収され難くなるため、水分を吸収したことによる吸音材３の消音能力の低下を抑制することが可能となる。
【００３７】
なお、従来技術のように、マフラシェルの長手方向の軸線を車両水平方向に対して所定角度傾けた状態でマフラシェルとエア流路とを配置した場合には、吸音材が水分を吸収してマフラシェルの最下部位に水分が集まりやすくなるため、吸音材の消音能力が低下するおそれがある。これに対して本実施形態に係るマフラ１においては、車両水平面内において、マフラシェル２に対して所定角度α傾けられた状態でエア流路４がマフラシェル２の内部に形成されている。すなわち、本実施形態に係るマフラ１においては、マフラシェル２及びエア流路４は、車両水平方向に対して傾いていないため、吸音材３内に水分が集まり難くなり、その結果、水分を吸収したことによる吸音材の消音能力の低下を抑制することが可能となる。
【００３８】
次に、図５を参照して、本実施形態に係るマフラ１を燃料電池自動車に搭載した実施例について説明する。図５は、本実施形態に係る燃料電池自動車用マフラを燃料電池自動車に搭載した状態を上から見た平面図である。
【００３９】
図５に示す例では、Ｘ方向が車両の左側方を示し、Ｙ方向が車両の後方を示し、Ｚ方向が車両の上方を示している。上述したように、マフラ１は、Ｘ方向とＹ方向とで規定される車両水平面に対して平行に設置されている。また、マフラシェル２の両端面の開口が車両の側方を向くように、マフラ１が車両に設置されている。すなわち、マフラ１においてガス導入管２０とガス排出管３０とが設置されている端面を車両の側方に向けた状態で、マフラ１を車両に設置する。図５に示す例では、マフラシェル２の上流側端面（ガス導入管２０が設置されている端面）が車両の右側方に向けられ、マフラシェル２の下流側端面（ガス排出管３０が設置されている端面）が車両の左側方に向けられた状態で、マフラ１が車両に設置されている。また、エア流路４の上流側がエア流路４の下流側よりも車両の後方側に配置されるように、マフラ１が車両に設置されている。
【００４０】
燃料電池スタック４０から排出された排気ガスは、ガス導入管２０によって車両の後方側に流れていき、上流側からマフラ１のエア流路４に導入される。エア流路４はマフラシェル２に対して傾いており、エア流路４の上流側から下流側にかけて、エア流路４は車両の後方側から前方側に傾いた状態でマフラシェル２内に形成されている。従って、上流側からエア流路４に導入された排気ガスは、エア流路４に沿って車両の後方側から前方側に向かって下流側に流れる。排気ガスがエア流路４内を流れることにより、排気音（気流音）が低減される。
【００４１】
以上のように本実施形態に係るマフラ１を車両に搭載すると、エア流路４の上流側は下流側よりも車両の後方側に配置されているため、ブレーキ時等のように車両が前方に傾いたときに、エア流路４の上流側が下流側よりも高い位置に配置されることになる。すなわち、車両が前方に傾くと、車両の後方側が前方側よりも高い位置に配置されることになるため、車両の後方側に配置された上流側の方が、車両の前方側に配置された下流側よりも高い位置に配置されることになる。エア流路４の上流側が下流側よりも高い位置に配置されるため、マフラ１の下流側（エア流路４の下流側）に一度流れた生成水が、マフラ１の下流側から上流側に逆流することを抑制することが可能となる。その結果、車両が前方に傾いたときに、マフラ１の下流側に一度流れた生成水が、燃料電池スタックに逆流することを抑制することが可能となる。このように本実施形態に係るマフラ１によると、周波数帯域が広い排気音を低減しつつ、生成水が燃料電池スタックに逆流することを抑制することが可能となる。
【００４２】
次に、図６を参照して、変形例に係る燃料電池自動車用マフラについて説明する。図６は、変形例に係る燃料電池自動車用マフラを上から見た平面図である。
【００４３】
本発明は、上述した実施形態に係るマフラ１に限定されるものではなく、エア流路に沿った位置によって吸音材の共振周波数（固有振動数）が異なっていれば、上述した実施形態に係るマフラ１と同じ効果を奏することができる。
【００４４】
上述した実施形態では、マフラシェル２の横方向（Ｙ方向）の長さが一定であるが、横方向の長さが上流側から下流側にかけて変わっていてもよい。この場合においても、エア流路からマフラシェルの内壁面までの距離を、マフラ１の上流側から下流側の位置によって変えることにより、上述した実施形態に係るマフラ１と同じ効果を奏することができる。
【００４５】
図６（ａ）に変形例１に係るマフラ１Ａを示し、図６（ｂ）に変形例２に係るマフラ１Ｂを示す。まず、変形例１に係るマフラ１Ａについて説明する。図６（ａ）に示すマフラ１Ａのマフラシェル５は、上流側から下流側に向かって横方向（Ｙ方向）の長さが長くなっている。すなわち、マフラシェル５は、車両上方から見て台形状の形状を有する。エア流路４は、マフラシェル５の上流側から下流側に向かう長さ方向に沿った軸（例えば、マフラシェル５の上流側から下流側に向かってマフラシェル５の中心を通る中心軸１００）に沿って、マフラシェル５内の中心に形成されている。一例として、マフラシェル５の中心軸１００と、エア流路４の長手方向の軸１１０（排気が流れる方向に沿った軸）とが一致している。
【００４６】
このように台形状のマフラシェル５内の中心に中心軸１００に沿ってエア流路４を形成することにより、エア流路４に沿った位置によってエア流路４からマフラシェル５の内壁面５ａ、５ｂまでの距離が変わることになる。吸音材３は、エア流路４が形成されるようにマフラシェル５の内部に充填されているため、エア流路４に沿った位置によって吸音材３の横方向（Ｙ方向）の長さが変わることになる。
【００４７】
例えばマフラ１Ａの上流側においては、エア流路４からマフラシェル５の一方の内壁面５ａまでの距離（長さＬ１０）と、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂ（内壁面５ａとは反対側の内壁面）までの距離（長さＬ１０）とが等しくなる。また、マフラ１Ａの中央部においても、エア流路４からマフラシェル５の一方の内壁面５ａまでの距離（長さＬ１１）と、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂまでの距離（長さＬ１１）とが等しくなる。また、マフラ１Ａの下流側においても、エア流路４からマフラシェル５の内壁面５ａまでの距離（長さＬ１２）と、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂまでの距離（長さＬ１２）とが等しくなる。
【００４８】
以上のように、エア流路４に沿った位置によってエア流路４からマフラシェル５の内壁面５ａ、５ｂまでの距離を変えることにより、例えば同じ材料の吸音材を用いた場合であっても、エア流路４に沿った位置によって吸音材の横方向（Ｙ方向）の長さを変えて、吸音材３の共振周波数を変えることができる。そのことにより、位置によって異なる周波数の排気音を低減することができるため、マフラ１Ａによってより広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。
【００４９】
次に、変形例２に係るマフラ１Ｂについて説明する。図６（ｂ）に示すマフラ１Ｂのマフラシェル５は、変形例１に係るマフラシェル５と同じ形状を有する。変形例２においては、エア流路４は、マフラシェル５の中心軸１００に対して平行に形成されているが、マフラシェル５の中心軸１００から横方向（Ｙ方向）にずれた位置に形成されている。図６（ｂ）に示す例では、エア流路４は、マフラシェル５の中心軸１００から右側にずれた位置に形成されている。
【００５０】
このように台形状のマフラシェル５の中心軸１００に沿ってエア流路４を形成することにより、エア流路４に沿った位置によってエア流路４からマフラシェル５の内壁面５ａ、５ｂまでの距離が変わることになる。例えばマフラ１Ｂの上流側においては、エア流路４からマフラシェル５の一方の内壁面５ａまでの距離（長さＬ２０）よりも、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂまでの距離（長さＬ２１）の方が長くなる。また、マフラ１Ｂの中央部においても、エア流路４からマフラシェル５の一方の内壁面５ａまでの距離（長さＬ２２）よりも、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂまでの距離（長さＬ２３）の方が長くなる。また、マフラ１Ｂの下流側においても、エア流路４からマフラシェル５の一方の内壁面５ａまでの距離（長さＬ２４）よりも、エア流路４からマフラシェル５の他方の内壁面５ｂまでの距離（長さＬ２５）の方が長くなる。
【００５１】
以上のように、エア流路４に沿った位置によってエア流路４からマフラシェル５の内壁面５ａ、５ｂまでの距離を変えることにより、例えば同じ材料の吸音材を用いた場合であっても、エア流路４に沿った位置によって吸音材の横方向（Ｙ方向）の長さを変えて、吸音材３の共振周波数を変えることができる。そのことにより、位置によって異なる周波数の排気音を低減することができるため、より広い周波数帯域の排気音を低減することが可能となる。
【００５２】
なお、マフラシェル５に代えて、上流側から下流側に向かって横方向（Ｙ方向）の長さが短くなるマフラシェルを用いても、変形例に係るマフラ１Ａ、１Ｂと同じ効果を奏することができる。
【００５３】
また、別の変形例として、エア流路に沿った位置によって異なる材料の吸音材をマフラシェル２内に充填することにより、エア流路に沿った位置によって吸音材の共振周波数（固有振動数）を変えてもよい。例えばエア流路に沿った位置によって弾性率が異なる吸音材をマフラシェル内に充填することにより、エア流路に沿った位置によって吸音材の共振周波数（固有振動数）を変えてもよい。
【００５４】
また、上述した実施形態及び変形例では、エア流路に沿った位置によって吸音材の共振周波数を連続的に変化させているが、吸音材の共振周波数を段階的に変化させてもよい。例えば、エア流路からマフラシェルの内壁面までの距離を、エア流路に沿った位置によって段階的に変えることにより、吸音材の共振周波数をエア流路に沿って段階的に変えてもよい。または、吸音材の材料をエア流路に沿った位置によって段階的に変えることにより、吸音材の共振周波数をエア流路に沿って段階的に変えてもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１，１Ａ，１Ｂ マフラ、２，５ マフラシェル、２ａ，２ｂ，５ａ，５ｂ 内壁面、３ 吸音材、４ エア流路、２０ ガス導入管、３０ ガス排出管、４０ 燃料電池スタック。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池からの排気通路に設けられ、前記燃料電池からの排気ガスを排出する燃料電池自動車用マフラであって、
排気音を吸音する吸音材が内部に充填されたマフラシェルと、
前記吸音材に囲まれて前記マフラシェル内に形成され、前記燃料電池からの排気ガスを流して前記マフラシェルの外部に排出するエア流路と、
を備え、
前記エア流路に沿った位置によって前記吸音材の共振周波数が異なる、
ことを特徴とする燃料電池自動車用マフラ。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池自動車用マフラであって、
前記エア流路の長手方向の軸が車両上方から見て前記マフラシェルに対して斜めになるように、前記マフラシェル内に前記エア流路が形成されている、
ことを特徴とする燃料電池自動車用マフラ。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池自動車用マフラであって、
前記エア流路から前記マフラシェルの一方の内壁面までの距離が、前記エア流路の上流側から下流側にかけて長くなっており、前記エア流路から前記マフラシェルの前記一方の内壁面とは反対側の他方の内壁面までの距離が、前記エア流路の上流側から下流側にかけて短くなっている、
ことを特徴とする燃料電池自動車用マフラ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池自動車用マフラであって、
前記エア流路の下流側が前記エア流路の上流側よりも車両の前方側に配置されるように、前記マフラシェル内に前記エア流路が形成されている、
ことを特徴とする燃料電池自動車用マフラ。
【請求項１】
燃料電池からの排気通路に設けられ、前記燃料電池からの排気ガスを排出する燃料電池自動車用マフラであって、
排気音を吸音する吸音材が内部に充填されたマフラシェルと、
前記吸音材に囲まれて前記マフラシェル内に形成され、前記燃料電池からの排気ガスを流して前記マフラシェルの外部に排出するエア流路と、
を備え、
前記エア流路に沿った位置によって前記吸音材の共振周波数が異なる、
ことを特徴とする燃料電池自動車用マフラ。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池自動車用マフラであって、
前記エア流路の長手方向の軸が車両上方から見て前記マフラシェルに対して斜めになるように、前記マフラシェル内に前記エア流路が形成されている、
ことを特徴とする燃料電池自動車用マフラ。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池自動車用マフラであって、
前記エア流路から前記マフラシェルの一方の内壁面までの距離が、前記エア流路の上流側から下流側にかけて長くなっており、前記エア流路から前記マフラシェルの前記一方の内壁面とは反対側の他方の内壁面までの距離が、前記エア流路の上流側から下流側にかけて短くなっている、
ことを特徴とする燃料電池自動車用マフラ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の燃料電池自動車用マフラであって、
前記エア流路の下流側が前記エア流路の上流側よりも車両の前方側に配置されるように、前記マフラシェル内に前記エア流路が形成されている、
ことを特徴とする燃料電池自動車用マフラ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２１５１０３（Ｐ２０１２−２１５１０３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８０３７５（Ｐ２０１１−８０３７５）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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