JP2007205275A - 消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】低周波数域から中間周波数域に亘りレゾネータ減衰周波数を変化させる効果が得られるようにしてレゾネータ容積の無駄を無くし且つ低コストで効率の良い消音効果を発揮し得る消音器を提供する。
【解決手段】筒状のマフラシェル２と、このマフラシェル２内に排ガスを導入する入口パイプ３と、該マフラシェル２内の排ガスを消音して外部へ排出する出口パイプ４とを有し、前記マフラシェル２の前端のエンドプレート５から該マフラシェル２内部に前記入口パイプ３が挿入され、後端のエンドプレート６から前記出口パイプ４が外部へ導出された消音器１において、前記マフラシェル２の内部空間を拡張室１０とレゾネータ室１１に仕切るバッフル８を貫通してレゾネータ室１１にその先端を突出させるレゾネータパイプ１２に、当該レゾネータパイプ１２の全長に平均的に全表面積に対してその開口率が１％〜７％となるように小孔１４を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等に備えられた内燃機関の排気系から発する騒音の低減を図るための消音器に関するものである。

例えば、自動車用の消音器（マフラー）には、排気音のうち低周波数域を消音することを目的としてレゾネータ室を設けたものがある（例えば、特許文献１など参照）。

レゾネータは、レゾネータ室に入るレゾネータパイプのパイプ径、パイプ長さおよびレゾネータ容積に応じて減衰周波数が決定されるので、特定周波数域の低減を図るのがレゾネータ装着の狙いである。
特開２００３−２３９７１７号公報

ところで、レゾネータは、前記したように特定周波数域（低周波数域）の減衰を図るのが狙いであるため、それ以外の周波数域を減衰することはできない。したがって、レゾネータ室は、その特定減衰領域以外は無駄なスペースとなってしまう。

なお、一つのレゾネータ室を有効に活用させるために排気ガス量に応じて制御バルブを開閉制御する方法もあるが、制御バルブおよびコントローラ機器を含めて大幅なコストアップとなってしまうばかりか重量アップにも繋がる。

そこで本発明は、上述した課題を解決するべく、低周波数域から中間周波数域に亘りレゾネータ特性と拡張特性の両方の効果が得られるようにしてレゾネータ容積の無駄を無くし且つ低コストで効率の良い消音効果を発揮し得る消音器を提供することを目的とする。

本発明は、筒状のマフラシェルと、このマフラシェル内に排ガスを導入する入口パイプと、該マフラシェル内の排ガスを消音して外部へ排出する出口パイプとを有し、前記マフラシェルの一端のエンドプレートから該マフラシェル内部に前記入口パイプが挿入され、他端のエンドプレートから前記出口パイプが外部へ導出された消音器において、前記マフラシェルの内部空間を拡張室とレゾネータ室に仕切るバッフルを貫通して当該レゾネータ室にその先端を突出させるレゾネータパイプに、当該レゾネータパイプの全長に平均的に全表面積に対してその開口率が１％〜７％となるように小孔を設けたことを特徴とする。

本発明の消音器によれば、レゾネータ室にその先端を突出させるレゾネータパイプに、当該レゾネータパイプの全長に平均的に全表面積に対してその開口率が１％〜７％となるように小孔を設けたので、レゾネータ効果を目的とした特定周波数域では音響的には小孔として認識され難いために通常のレゾネータ減衰周波数域が減衰される一方で、特定周波数域を超えた周波数域（中間周波数域）では小孔を認識するため、レゾネータパイプが音響的に短くなり、より高い周波数域の減衰が可能となる。

したがって、本発明の消音器によれば、低周波数域から中間周波数域に亘りレゾネータ特性が変化するため、レゾネータ容積の無駄を無くすことができると共に、制御バルブやコントローラ機器などのような高価な装置を使用することなく低コストで、しかも効率の良い消音効果を発揮させることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本実施の形態の消音器の断面図、図２は小孔が形成されたレゾネータパイプの斜視図、図３はレゾネータパイプに形成した小孔の開口率と消音量との関係を示す特性図、図４はレゾネータパイプに小孔を形成した場合の周波数と減衰レベルとの関係を示す特性図である。

本実施の形態のマフラ１は、図１に示すように、筒状のマフラシェル２と、このマフラシェル２内に排ガスを導入する入口パイプ３と、該マフラシェル２内の排ガスを消音して外部へ排出する出口パイプ４とを有している。そして、このマフラシェル２の軸方向における一端と他端には、内部空間を形成するためのフロント側エンドプレート５とリア側エンドプレート６がそれぞれ設けられている。

マフラ１の内部には、内部空間を３つの部屋に仕切るための仕切り板である第１バッフル７と第２バッフル８が設けられている。第１バッフル７と第２バッフル８は、排ガスがマフラ１内に導入される入口側から出口側に向かって所定間隔を置いて設けられている。

フロント側エンドプレート５と第１バッフル７で挟まれる空間（部屋）は、第１拡張室９として機能し、第１バッフル７と第２バッフル８で挟まれる空間は、第２拡張室１０として機能する。そして、第２バッフル８とリア側エンドプレート６で挟まれる空間は、レゾネータ室１１として機能する。これら第１拡張室９および第２拡張室１０は、フロント側エンドプレート５および第２バッフル８からの音反射による干渉減衰による消音の役割をする。一方、レゾネータ室１１は、低周波数域の減衰を狙いとして採用するものであり、車室内にこもる音および走り出し異音などの騒音が消音し切れない場合に有効とされる。

入口パイプ３は、フロント側エンドプレート５を貫通して設けられており、入口端３ａをマフラシェル２の外部に開口し、出口端３ｂを第１バッフル７を貫通して第２拡張室１０内に開口させている。出口パイプ４は、リア側エンドプレート６を貫通して設けられており、入口端４ａを第１拡張室９に開口させ、出口端４ｂをマフラシェル２の外部に開口させている。また、この出口パイプ４は、第１バッフル７と第２バッフル８に共に貫通され、これら第１バッフル７および第２バッフル８で支持されている。

また、このマフラ１の内部には、レゾネータパイプ１２が設けられている。レゾネータパイプ１２は、第２バッフル８を貫通して設けられており、入口端１２ａを第２拡張室１０に開口させ、出口端１２ｂをレゾネータ室１１に開口させている。

そして、本実施の形態の消音器１では、図２に示すように、前記レゾネータパイプ１２に当該レゾネータパイプ１２の全長に平均的に全表面積に対してその開口率が１％〜７％となるように複数の円形状をなす小孔１４を設けている。レゾネータパイプ１２に開孔率１％〜７％の小孔１４を設ければ、図３に示す如く消音量を大幅に低減できる。開孔率７％とした場合と小孔１４無しの場合を比較した図７の特性図からは、開孔率７％となるように小孔１４を形成した消音器の方が、その減衰中心周波数がより高い周波数へと移行しているのが判る。

図３は、レゾネータパイプ小孔開孔率を変化させた時のレゾネータ単体での消音量推移を示しており、低周波レゾネータの場合、小孔が無い場合は８ｄＢの消音量が得られるが、小孔開孔率を大きくすると消音量は低減して、約７％以上は消音効果は得られなくなる。また、中周波レゾネータの場合は、小孔無しでは消音効果は得られないが、小孔開孔率を大きくするに従い、中周波域の消音効果が増加して、約７％以上になっても音響特性的には変化しないため、消音効果は継続する。

このように、小孔開孔率に応じて消音量が変化することに着目して、低周波域から中周波域にわたり、広い範囲で消音させることが可能となる。これをレゾネータの周波数特性で見たのが図４で、小孔無しの場合は８３Ｈｚにレゾネータ減衰ピークがあるが、７％小孔を開けることにより減衰中心周波数は１８０Ｈｚに移動する。しかし、１０％に開孔しても減衰特性は７％のデータに近いことから、７％以上のレゾネータ減衰特性は変化しない。

したがって、レゾネータ入り口パイプに７％小孔を開孔させた場合は、小孔無しの８３Ｈｚのレゾネータ特性と、大きく開孔させた場合の１８０Ｈｚのレゾネータ特性の両方の特性が得られる。

前記小孔１４は、レゾネータパイプ１２の一部分に開孔してもその効果は小さく、パイプ全体に亘って平均的に配置されるように形成することが望ましい。小孔１４の孔径は、開口率のように特定することはできないが、その孔径を小さくして孔数を増加させた方が低周波数域における音の小孔認識は小さいと考えられるので、例えば直径２ｍｍ（φ２）〜５ｍｍ（φ５）とするのが好ましい。

本実施の形態の消音器では、レゾネータパイプ１２に開口率（レゾネータパイプ１２の全表面積に対する小孔開口面積の割合）１％〜７％の小孔１４を開口することで、例えば１５０Ｈｚ以下の周波数領域においては音響的には小孔として認識され難いので、通常のレゾネータ減衰周波数域が減衰されるが、通常、レゾネータは低周波数域の減衰が狙いであるから問題なく減衰される。

レゾネータパイプ１２に小孔１４が無ければ、これだけでレゾネータ室１１の役割は終わりとなる。しかし、レゾネータパイプ１２に小孔１４が前記した開口率（１％〜７％）で開いていると、１５０Ｈｚ以上の周波数域（特に、中間周波数域）においては小孔１４を認識し音波が通過するため、当該レゾネータパイプ１２の長さは実質短くなることになり、減衰中心周波数が中間周波数域へと移行し、前記したレゾネータ室１１がレゾネータではなく拡張室としての働きが主体となる。

特に、開孔率を７％以上とした場合には、音響的には完全にパイプが無いのと同様な特性を示すため、バッフルに設けたピアスバーリング部（レゾネータパイプ１２をバッフル８に支持するために形成したバーリング部のこと）の長さに近いパイプ長さとなり、減衰中心周波数はより高い周波数域へと移行する。すなわち、レゾネータパイプ１２の全面に小孔１４を開孔すると、開孔率７％以上にて音響的には音波が通過しやすくなり、小孔１４が無い形状に近い音響特性を示す。

この変化は、急に切り替わるものではなく徐々に推移するので、途中の過程においてはレゾネータと拡張の両方の特性（これを、中間的モードゾーンという）が現れることになる。このように、周波数によって音響的に自動的に消音特性が変化するので、同一容積でありながら、レゾネータパイプ１２に前記した開口率で小孔１４を開口することにより、低周波数域から中間周波数域まで幅広い周波数範囲の消音が可能になる。

以上のように、本実施の形態の消音器１によれば、低周波数域から中間周波数域に亘りレゾネータ特性と拡張特性の両方の効果が得られ消音特性範囲を広げることができる。

また、本実施の形態の消音器１によれば、制御バルブやコントローラなどの如き複雑で高価な制御システムを使用しないで自動的な音響制御が可能となるため、コストの削減ができる。

また、本実施の形態の消音器１によれば、制御バルブを使用しないため、バルブ部における気流音発生などの問題もなく、また圧力損失上昇もない。

以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本実施の形態は、上述の実施の形態に制限されることなく種々の変更が可能である。

例えば、小孔１４は、図５（Ａ）に示すように、円形状の小孔１４を図２のものに対してその数を増やしても良く、（Ｂ）に示すように直径の大きな小孔１４Ａとそれに比べて小さな孔径の小孔１４Ｂとの組み合わせとしてもよく、（Ｃ）に示すように入口端と出口端でその小孔１４の数を他の部位に対して増やしてもよく、（Ｄ）に示すように矩形状の小孔１４としてもよく、どんな形状であっても構わない。要は、その小孔１４の形状ではなく、レゾネータパイプ１２の全体に亘って当該レゾネータパイプ１２の全表面積に対してその開口率が１％〜７％となるように小孔１４を設けることが重要である。

また、レゾネータパイプ１２は、図６に示すように、２本以上設けるようにしてもよい。この場合、全てのレゾネータパイプ１２に小孔１４を前記した開孔率で開孔することで、前記した実施の形態と同様の効果を得ることができる。

また、図７に示すように、入口パイプ３の長さを延長してその出口端３ｂをレゾネータ室１１に開口させ、第２バッフル８で支持される部位（この部位がレゾネータパイプに相当する）に前記した開口率で小孔１４を形成しても、前記した実施の形態と同様の効果を得ることができる。この実施の形態では、第２拡張室１０内のパイプには入口端３ａから導入された排ガスを第２拡張室１０へと導入させるための排出孔１３が形成されている。

また、本実施の形態の消音器は、通常の内燃機関エンジンを搭載する自動車用の消音器としても使用できる他、水素と酸素を反応させることで発電する電力を動力とする燃料電池自動車用の消音器としても使用することができる。

本実施の形態の消音器の断面図である。 小孔が形成されたレゾネータパイプの斜視図である。 レゾネータパイプに形成した小孔の開口率と消音量との関係を示す特性図である。 レゾネータパイプに小孔を形成した場合の周波数と減衰レベルとの関係を示す特性図である。 レゾネータパイプに形成された小孔の他の例を示すレゾネータパイプの斜視図である。 本実施の形態の消音器の他の例を示す断面図である。 本実施の形態の消音器のさらに他の例を示す断面図である。

符号の説明

１…消音器（マフラ）
２…マフラシェル
３…入口パイプ
４…出口パイプ
５…フロント側エンドプレート
６…リア側エンドプレート
７…第１バッフル
８…第２バッフル
９…第１拡張室
１０…第２拡張室
１１…レゾネータ室
１２…レゾネータパイプ
１４…小孔

Claims (1)

1. 筒状のマフラシェル（２）と、このマフラシェル（２）内に排ガスを導入する入口パイプ（３）と、該マフラシェル（２）内の排ガスを消音して外部へ排出する出口パイプ（４）とを有し、前記マフラシェル（２）の一端のエンドプレート（５）から該マフラシェル（２）内部に前記入口パイプ（３）が挿入され、他端のエンドプレート（６）から前記出口パイプ（４）が外部へ導出された消音器（１）において、
   前記マフラシェル（２）の内部空間を拡張室（１０）とレゾネータ室（１１）に仕切るバッフル（８）を貫通して当該レゾネータ室（１１）にその先端を突出させるレゾネータパイプ（１２）に、当該レゾネータパイプ（１２）の全長に平均的に全表面積に対してその開口率が１％〜７％となるように小孔（１４）を設けた
   ことを特徴とする消音器。

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