JP2007205275A - 消音器 - Google Patents
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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
【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。
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
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)
- 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。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2006025903A JP2007205275A (ja) | 2006-02-02 | 2006-02-02 | 消音器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006025903A JP2007205275A (ja) | 2006-02-02 | 2006-02-02 | 消音器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007205275A true JP2007205275A (ja) | 2007-08-16 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006025903A Pending JP2007205275A (ja) | 2006-02-02 | 2006-02-02 | 消音器 |
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- 2006-02-02 JP JP2006025903A patent/JP2007205275A/ja active Pending
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