JP2005146852A - 排気消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 吸音材を取り付ける距離を長くして騒音の低減を可能とした排気消音装置を提供する。
【解決手段】 排気ガスの音を低減させる排気消音装置において、軸方向の両端部が封止された筒状の本体部(12)と、本体部(12)の軸方向と略垂直に固定され、本体部(12)内部に所定長さにわたって挿入されたテールパイプ(15)と、テールパイプ(15)の排気ガス通路の周囲に装着され、本体部(12)内部に所定の内部長さ(T)にわたって入り込んだ吸音材(29)とを備え、吸音材(29)の内部長さ(T)が、１）本体部(12)の内径(D)の３０％以上である。２）テールパイプ(15)の内径(d)の１倍以上である。という２つの条件のうち、少なくとも１つを満たすたことを特徴とする排気消音装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、排気ガスの騒音を低減させる排気消音装置に関する。

従来から、排気ガスの騒音を低減させるための、マフラーと呼ばれる排気消音装置が知られている。図１１は、特許文献１に開示された排気消音装置１１の正面断面図であり、以下図１１に基づいて従来技術を説明する。

図１１において、排気消音装置１１は、円筒状の本体部１２と、本体部１２を軸方向に第１〜第３消音室１８Ａ〜１８Ｃに分割する仕切壁１３Ａ，１３Ｂと、排気ガスを導入する排気導入管１４と、排気ガスを排出するテールパイプ１５と、消音室１８Ａ〜１８Ｃ間を連通する連通管１６とを備えている。

図１１に示すように、排気導入管１４は本体部１２の軸方向に対して略垂直に固定されており、その入口側端部は、エンジンの排気管１７に接続されている。また、排気導入管１４の出口側端部は、第１消音室１８Ａに接続されている。

連通管１６は、第１、第２仕切壁１３Ａ，１３Ｂを貫通して、第１〜第３消音室１８Ａ〜１８Ｃ間を連通している。連通管１６は両端部を封止されているとともに、その軸方向略中間位置で、隔壁１９によって第１、第２連通室２０Ａ，２０Ｂに区切られている。連通管１６の周面には、第１〜第４小孔群２１Ａ〜２１Ｄが設けられており、各消音室１８Ａ〜１８Ｃと第１、第２連通室２０Ａ，２０Ｂとを連通している。

テールパイプ１５は、その入口側端部２３を本体部１２に対して溶接等で略垂直に固着されており、その入口側端部２３は、第３消音室１８Ｃに接続されている。

排気ガスは、矢印３７に示すように、小孔群２１Ａ〜２１Ｄを通って、消音室１８Ａ〜１８Ｄと連通室２０Ａ，２０Ｂとの間を行き来し、テールパイプ１５の出口側端部２４から大気に流出される。
このように、小孔群２１Ａ〜２１Ｄを通り抜けて縮小／拡大を繰り返すことにより、排気ガスは整流されて圧力分布を均一化され、エネルギを減衰されて消音が行なわれる。

特開２０００−２２７０１９号公報 特開２００１−３２３８０９号公報

しかしながら、前記従来技術には、次に述べるような問題がある。
即ち、このような排気消音装置１１を用いた場合、排気消音装置１１の内部で生じる高速の気流により、高周波の騒音が発生することが知られている。このような高周波の騒音を、排気消音装置１１内部の排気ガスの縮小／拡大のみによって大幅に除去することは非常に難しい。

そのため、テールパイプ１５の外周部又は内周部に、グラスウール等の吸音材（図１１では図示せず）を取り付けるという技術が知られている。ところが、吸音材によって騒音を低減させる場合には、吸音材が軸方向にある程度以上の長さを有していないと、騒音の低減効果が低くなる。

ところが、図１１に示すような、本体部１２に対してテールパイプ１５を略垂直に固定したような排気消音装置１１においては、テールパイプ１５の長さを長くすることが困難であるという問題がある。

即ち、テールパイプ１５は、排気ガスの熱によって軸方向に膨張するため、テールパイプ１５を、テールパイプ１５の軸方向の複数箇所において溶接等の手段で本体部１２に固着することができない。
図１１においては、テールパイプ１５の入口側端部２３を本体部１２に溶接によって固着しているので、他の部位を固着することができない。その結果、テールパイプ１５が、その下方で片側支持となって不安定になり、テールパイプ１５の長さをより長くすることは困難である。

さらに、本体部１２に対してテールパイプ１５を略垂直に固定したこのような排気消音装置１１は、例えば建設機械等に用いられることが多い。
即ち、トラック等のように荷台が長く、荷台の下部に排気消音装置１１の配置スペースが充分にとれる運搬車両と異なり、建設機械は狭い建設現場で稼働されることが多いために、車両の全長・全幅・全高等をできるだけ小さくして、小回りのきく運動性能が要求される。そのため、エンジンルームも非常に狭く、排気消音装置１１をコンパクトな構成にする必要があるために、テールパイプ１５を本体部１２に対して略垂直に固定することが多い。

そして建設機械などにおいては、図１１に二点鎖線で示すように、排気消音装置１１のすぐ上に、エンジンルームを囲うボンネット３８があり、テールパイプ１５はこのボンネット３８を貫通して上方に突出している。
テールパイプ１５を長くすると、エンジンルームの前方の運転席にいるオペレータからの後方視界が悪くなるため、或いは強度上の問題からテールパイプ１５の長さに制限が生じる。そのため、吸音材を、テールパイプ１５の軸方向に長い距離にわたって取り付けることが難しい。

テールパイプ１５に吸音材を取り付ける際には、その内周部にパンチングメタルのような多孔板で作られた内筒を同心状に挿入して、テールパイプ１５と内筒との間に吸音材を入れる構造としている。

ところが、図１１に示すように、テールパイプ１５の出口側端部２４には、雨が吹き込まないように曲げ部材３９が接続されている場合が多い。曲げ部材３９に内筒を挿入するのは困難であるために、吸音材を取り付けるのは、テールパイプ１５の直線部分だけとなり、さらに吸音材を取り付ける距離が短くなってしまう。

このように、従来技術においては、吸音材を充分な長さにわたってテールパイプ１５に取り付けることが困難であり、騒音の高周波成分を低減させることが難しい。

本発明は、上記の問題に着目してなされたものであり、吸音材を取り付ける距離を長くして騒音の低減を可能とした排気消音装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために第１発明は、
排気ガスの音を低減させる排気消音装置において、
軸方向の両端部が封止された筒状の本体部と、
本体部の軸方向と略垂直に固定され、本体部内部に所定長さにわたって挿入されたテールパイプと、
テールパイプの排気ガス通路の周囲に装着され、本体部内部に入り込んだ吸音材とを備え、
本体部内部に挿入された吸音材の長さが、
１）本体部の内径の少なくとも３０％以上である
２）テールパイプの内径の１倍以上である
という２つの条件のうち、少なくとも１つを満たしている。
また第２発明による排気消音装置は、
第１発明に記載の排気消音装置において、
本体部内部に挿入されたテールパイプを、本体部の内部でテールパイプの軸方向に膨張／収縮自在に支持している。
また第３発明による排気消音装置は、
第１〜第２発明に記載の排気消音装置において、
テールパイプの入口側端部を封止するとともに、
テールパイプの入口側端部近傍に小孔群を設けている。
また第４発明による排気消音装置は、
第３発明に記載の排気消音装置において、
前記小孔群の設けられた領域の軸方向の長さが、本体部の内径の２０％以上７０％以下である。

第１発明によれば、本体部の内部にテールパイプを挿入し、本体内部に挿入した吸音材の長さをこのように規定することにより、コンパクトで騒音の低減効果が大きい排気消音装置を得ることができる。
また第２発明によれば、テールパイプを安定に支持できるとともに、熱による膨張／収縮が起きてもこれを逃がせるので、テールパイプや本体部が破損するおとがない。
また第３発明によれば、排気ガスが１回多く小孔群を通過して縮小／拡大を行なうので、騒音の低減効果が大きくなる。
また第４発明によれば、テールパイプでの圧損を必要以上に高めることなく、騒音を充分低減するだけの吸音材の長さを得ることができる。

以下、図を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
まず、第１実施形態を説明する。図１は、第１実施形態における排気消音装置１１の正面断面図を示している。図１において排気消音装置１１は、円筒状の本体部１２と、本体部１２を軸方向に第１〜第３消音室１８Ａ〜１８Ｃに分割する仕切壁１３Ａ，１３Ｂと、排気ガスを導入するパイプ状の排気導入管１４と、排気ガスを排出するパイプ状のテールパイプ１５と、消音室１８Ａ〜１８Ｃ間を連通するパイプ状の連通管１６とを備えている。

本体部１２は、スチール又はステンレス等の金属からなっており、本体部１２の軸方向両端部は封止されている。
本体部１２の軸方向における、図１の右側一端部近傍の外周部には、排気導入管１４の出口側端部が、本体部１２の軸方向と略垂直に溶接等によって固着されている。排気導入管１４の入口側端部は、エンジンの排気管１７に接続されており、排気導入管１４の出口側端部は、第１消音室１８Ａに接続されている。

連通管１６は、本体部１２と軸方向を一致させて、その内部で第１、第２仕切壁１３Ａ，１３Ｂを貫通しており、第１、第２仕切壁１３Ａ，１３Ｂのいずれか一方に溶接等で固着されている。連通管１６は、その両端部を封止されているとともに、その軸方向略中間位置で隔壁１９によって区切られており、第１、第２連通室２０Ａ，２０Ｂを備えた構造となっている。

連通管１６の周面の、第１〜第３消音室１８Ａ〜１８Ｃに面した部分には、それぞれ複数の小孔が貫通して設けられており、各消音室１８Ａ〜１８Ｃと各連通室２０Ａ，２０Ｂとを連通している。

連通管１６の第１連通室２０Ａの第１消音室１８Ａに面した部位に設けられた小孔群を第１小孔群２１Ａ、第１連通室２０Ａの第２消音室１８Ｂに面した部位に設けられた小孔群を第２小孔群２１Ｂ、第２連通室２０Ｂの第２消音室１８Ｂに面した部位に設けられた小孔群を第３小孔群２１Ｃ、第２連通室２０Ｂの第３消音室１８Ｃに面した部位に設けられた小孔群を第４小孔群２１Ｄと、それぞれ呼ぶ。

また本体部１２の軸方向他端部近傍の周面には、挿入孔２２が設けられている。挿入孔２２には、テールパイプ１５が本体部１２の軸方向と略垂直に挿入され、テールパイプ１５の入口側端部２３は、第３消音室１８Ｃと連通している。テールパイプ１５の出口側端部２４は、曲げ部材３９等を介して大気に解放されている。

テールパイプ１５の周囲には、スカート状の固定用部材２５が、全周溶接によって固着されている。また、固定用部材２５と本体部１２との間も、全周溶接によって固着されている。これによってテールパイプ１５と本体部１２との間の、排気ガスの漏れを防止している。
また、テールパイプ１５外周と本体部１２との間は、断続溶接がなされている。

図２に、テールパイプ１５の斜視図を示す。図２に示すように、テールパイプ１５は、外筒２６と、パンチングメタル等の多孔板からなる内筒２７とを備えており、その間にグラスウール等の吸音材２９を詰め込んで構成されている。

排気ガス３７の通路は内筒２７の内側となり、テールパイプ１５の内径と言う場合には、内筒２７の内径ｄを指す。
外筒２６の両端部と内筒２７の両端部とは、いずれか一方（図２では内筒２７）が折り曲げられて、互いに溶接されており、吸音材２９が外筒２６と内筒２７との間から外れるのを防止している。

また第１実施形態においては、吸音材２９は、テールパイプ１５の挿入深さと略同一の長さにわたって、本体部１２の内部に入り込んでいる。このときの、吸音材２９が本体部１２の内部に入り込んだ長さを、吸音材２９の内部長さＴと呼ぶ。

図１において矢印３７に示すように、エンジンの排気管１７から排気導入管１４を通って本体部１２の第１消音室１８Ａに入った排気ガスは、第１小孔群２１Ａをくぐって連通管１６の第１連通室２０Ａに入る。第１連通室２０Ａから、第２小孔群２１Ｂをくぐって本体部１２の第２消音室１８Ｂに出た排気ガスは、第３小孔群２１Ｃをくぐって連通管１６の第２連通室２０Ｂに入り、第４小孔群２１Ｄをくぐって本体部１２の第３消音室１８Ｃに出る。
そして排気ガスは、第３消音室１８Ｃからテールパイプ１５の入口側端部２３に入り、テールパイプ１５を通過して大気に放出される。

このように排気ガスは、小孔群２１Ａ〜２１Ｄをくぐり抜ける際に縮小／拡大を繰り返して圧力を均一化され、騒音を低減される。
そして前述したように、テールパイプ１５の内部には、吸音材２９が多孔板で形成された内筒２７との間に装着されている。排気ガスから発生する気流音を、この吸音材２９によって減衰させることにより、排気ガスの騒音を低減している。

以上説明したように第１実施形態によれば、本体部１２の内部にテールパイプ１５の入口側端部２３を所定の挿入深さまで差し込んでいる。これにより、吸音材２９を本体部１２の内部にも装着することが可能となるので、吸音材２９の長さをより長くすることができ、排気ガスの騒音を低減させることができる。

或いは、本体部１２から突出するテールパイプ１５の長さを、より短くすることも可能である。本体部１２から突出するテールパイプ１５の長さを短くすることにより、テールパイプ１５の重心が低くなり、固定用部材２５のみで本体部１２に固着していても、安定性が向上する。また、テールパイプ１５が、視界を妨げるようなことが少ない。

図３に、従来の排気消音装置１１と第１実施形態における排気消音装置１１とを用いた場合の、騒音の比較をグラフで示す。図３において、横軸が周波数、縦軸が各周波数における騒音レベルを示しており、実線が第１実施形態、破線が従来技術である。

このグラフにおいて、第１実施形態における本体部１２の内部にある吸音材２９の内部長さＴと、本体部１２の外部に出ている吸音材２９の長さとの和（以下、吸音材２９の全長と呼ぶ）に対する、従来技術の排気消音装置１１の吸音材２９の長さ（以下、吸音材２９の標準長さと呼ぶ）の比は、約２倍となっている。

図３に示すように、第１実施形態における排気消音装置１１を用いることにより、特に高周波領域における騒音が低減している。そして、このときの全周波数域における総騒音は、第１実施形態の排気消音装置１１を用いた場合のほうが、約５ｄＢ低下している。

次に、第２実施形態について説明する。
図４に、第２実施形態における排気消音装置１１の側面断面図（図１におけるＡ−Ａ視断面図に相当）を示す。図４において、テールパイプ１５は、本体部１２内に、第１実施形態よりもさらに深く差し込まれ、第１実施形態と同様に、固定用部材２５を介してその中ほどを本体部１２に固着されている。

本体部１２内部の、挿入孔２２と反対側の内周面には、ブラケット３１が固定されている。図５に、ブラケット３１の斜視図を示す。図５に示すように、ブラケット３１はその略中央部に受け口３２を有し、本体部１２内壁に溶接等により固着されている。

図４に示すように、テールパイプ１５の入口側端部２３は、この受け口３２にきつめに嵌挿されている。これにより、テールパイプ１５を安定に支持するとともに、テールパイプ１５の軸方向における膨張／収縮を、逃がせるようになっている。
排気ガス３７は、第１実施形態と同様に、第３消音室１８Ｃから、テールパイプ１５の入口側端部２３に入り、テールパイプ１５を抜けてその出口側端部２４から大気に放出される。

このように第２実施形態によれば、第１実施形態に比べてテールパイプ１５をより深く本体部１２に差し込み、その入口側端部２３を支持している。
これにより、テールパイプ１５に取り付けた吸音材２９の内部長さＴをより長くできるので、騒音低減効果が増加する。また、第１実施形態とテールパイプ１５の長さ及び吸音材２９の取付長さを変えない場合には、本体部１２から突出するテールパイプ１５の長さが短くなり、排気消音装置１１をコンパクトに構成できる。

次に、第３実施形態について説明する。
図６に、第３実施形態における排気消音装置１１の正面断面図を示す。図６において、本体部１２の、挿入孔２２と反対側の周面には固定孔３６が設けられ、固定孔３６には支持部材３５が挿入されて、全周溶接によって封止固着されている。

図７に、支持部材３５の形状を斜視図で示す。支持部材３５は、円筒部材３３と蓋部材３４とを溶接して形成され、一端部が開放された円筒形状を有しており、この開放された側の端部を受け口３２として、本体部１２の内側に向けている。テールパイプ１５の入口側端部２３は、この受け口３２に、きつめに嵌まり込んでいる。また、テールパイプ１５は、第１実施形態と同様に固定用部材２５を介して、その中ほどを本体部１２に固着されている。

図８に、テールパイプ１５の斜視図を示す。図８に示すように、外筒２６の、入口側端部２３から長さＬの範囲には、多数の小孔群３０が形成されている。外筒２６の、その他の範囲には小孔群３０は形成されておらず、第１、第２実施形態と同様に、内筒２７及び吸音材２９が取り付けられている。

図６に示すように、第４小孔群２１Ｄを通って本体部１２の第３消音室１８Ｃに入った排気ガスは、外筒２６に設けられた小孔群３０を通ってその内部に入り、テールパイプ１５の出口側端部２４から大気に放出される。
そして、テールパイプ１５の入口側端部２３は、支持部材３５の受け口３２に嵌まり込んでいるので、ここからは排気ガスがテールパイプ１５の内部に入ることが殆んどない。

このように第３実施形態によれば、テールパイプ１５を本体部１２の挿入孔２２と反対側近傍まで差し込んで、支持している。これにより、テールパイプ１５の出口側端部２４が支持されるので安定性が向上する。

さらに、外筒２６の周面に、小孔群３０を設けている。第１、第２実施形態においては、排気ガスは第３消音室１８Ｃからそのまま大気に放出されていたのに対し、第３実施形態ではもう一度小孔群３０をくぐって縮小／拡大を行なうことになるので、より徹底的に整流され、消音効果も大きい。

次に、第４実施形態について、説明する。
図９に、第４実施形態における排気消音装置１１の、他の構成例の側面断面図を示す。図９に示すように、本体部１２内部の、挿入孔２２と反対側の内周面には、図５に示したものと同様のブラケット３１が固定されている。テールパイプ１５の入口側端部２３は、この受け口３２にきつめに嵌挿されており、テールパイプ１５の軸方向における膨張／収縮を逃がせるようになっている。

テールパイプ１５の入口側端部２３は、封止部材４０によって封止されており、外筒２６の入口側端部２３近傍の周面には、小孔群３０が設けられている。
第４小孔群２１Ｄを通って本体部１２の第３消音室１８Ｃに入った排気ガスは、外筒２６に設けられた小孔群３０を通ってその内部に入り、テールパイプ１５の出口側端部２４から大気に放出される。

尚、第３、第４実施形態における、小孔群３０の設けられた領域の軸方向の長さＬは、本体部１２の内径Ｄの２０％以上７０％以下であることが望ましい。
２０％未満であれば、圧力損失が大となり、７０％よりも長いと、本体部１２内に入り込んだ吸音材２９の内部長さＴが不十分となって、騒音低減効果が低下する。

尚、一体の外筒２６の一部に小孔群３０を形成するのではなく、周面に小孔群３０が設けられた長さＬの多孔パイプと孔のないパイプとを接続して、外筒２６を形成してもよい。
また、第４実施形態においては、テールパイプ１５の入口側端部２３をブラケット３１で支持しなければならないと限られるものではなく、テールパイプ１５の中ほどで支持してもよい。

尚、各実施形態においては、排気導入管１４はテールパイプ１５に対して１８０度の位置に付設されているが、これに限られるものではない。例えば図１０の側面図に示すように、排気導入管１４を、テールパイプ１５に対して９０度の位置に取り付けてもよく、排気導入管１４及びテールパイプ１５を、本体部１２に対して同じ向き（角度０度）に取り付けてもよい。

次に、上記各実施形態における、必要な吸音材２９の長さについて、説明する。
第１実施形態に示したように、吸音材２９の全長が、標準長さに対して２倍のものは、全長が標準長さである場合に比べて、騒音低減効果が生まれている。

また、本体部１２の直径が大きな排気消音装置１１においては、大きな騒音が出ることから、さらに吸音材２９を長くする必要がある。従って、本体部１２内部に挿入した吸音材２９の長さは、本体部１２の内径の少なくとも１５％以上であることが望ましく、３０％以上であれば、より好適である。

また、テールパイプ１５の直径が大きな排気消音装置１１においては、吸音材２９との接触面積が低下するため、さらに吸音材２９を長くする必要がある。従って、本体部１２内部に挿入した吸音材２９の長さは、テールパイプ１５の内径以上であることが望ましい。

尚、本体部１２の形状を円筒形として説明したが、これに限られるものではなく、多角形の筒状であってもよい。

排気消音装置の正面断面図（第１実施形態）。 テールパイプの断面図（第１実施形態）。 騒音の比較を示すグラフ（第１実施形態）。 排気消音装置の側面断面図（第２実施形態）。 ブラケットの斜視図（第２実施形態）。 排気消音装置の正面断面図（第３実施形態）。 支持部材の形状を示す斜視図（第３実施形態）。 テールパイプの斜視図（第３実施形態）。 排気消音装置の他の構成例を示す側面断面図（第４実施形態）。 排気消音装置の側面図。 排気消音装置の正面断面図（従来技術）。

符号の説明

１１：排気消音装置、１２：本体部、１３：仕切壁、１４：排気導入管、１５：テールパイプ、１６：連通管、１７：排気管、１８Ａ〜１８Ｃ：消音室、１９：隔壁、２０Ａ〜２０Ｂ：連通室、２１Ａ〜２１Ｄ：小孔群、２２：挿入孔、２３：入口側端部、２４：出口側端部、２５：固定用部材、２６：外筒、２７：内筒、２９：吸音材、３０：小孔群、３１：ブラケット、３２：受け口、３４：円筒部材、３５：支持部材、３６：固定孔、３７：排気ガス、３８：ボンネット、３９：曲げ部材、４０：封止部材。

Claims (4)

1. 排気ガスの音を低減させる排気消音装置において、
   軸方向の両端部が封止された筒状の本体部(12)と、
   本体部(12)に、その軸方向に対して略垂直に固定され、本体部(12)内部に所定長さにわたって挿入されたテールパイプ(15)と、
   テールパイプ(15)の排気ガス通路の周囲に装着され、本体部(12)内部に所定の内部長さ(T)にわたって入り込んだ吸音材(29)とを備え、
   本体部(12)内部に入り込んだ吸音材(29)の内部長さ(T)が、
   １）本体部(12)の内径(D)の３０％以上である
   ２）テールパイプ(15)の内径(d)の１倍以上である
   という２つの条件のうち、少なくとも１つを満たすことを特徴とする排気消音装置。
2. 請求項１に記載の排気消音装置において、
   本体部(12)内部に挿入されたテールパイプ(15)を、本体部(12)の内部でテールパイプ(15)の軸方向に膨張／収縮自在に支持した
   ことを特徴とする排気消音装置。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載の排気消音装置において、
   テールパイプ(15)の入口側端部(23)を封止するとともに、
   テールパイプ(15)の入口側端部(23)近傍に小孔群(30)を設けた
   ことを特徴とする排気消音装置。
4. 請求項３に記載の排気消音装置において、
   前記小孔群(30)の設けられた領域の軸方向の長さ(L)が、本体部(12)の内径(D)の２０％以上７０％以下である
   ことを特徴とする排気消音装置。

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