JP2009236040A - 排気消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの排気音を低減する排気消音装置１において、構成簡素化、外形形状のシンプル化ならびに耐破損性の向上を達成可能とする。
【解決手段】排気ガスが導入される拡張室７，８に共鳴室９が隣接して設けられ、前記拡張室７に連通される導出管４内に、当該導出管４内の所定位置と前記共鳴室９とを連通する連通路１２を形成するための隔壁１３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば車両等に搭載されるエンジンの排気音を低減する排気消音装置に関する。

一般的に、車両等に搭載されるエンジンの運転時の排気脈動によって、排気系通路においてその通路長に対応した気柱共鳴が発生する。そこで、従来から、エンジンの排気音を排気系に設けられる排気消音装置により低減させるようになっている。

従来のこの種の排気消音装置としては、例えば特許文献１に示すように、マフラー内に二つの拡張室を排気方向隣り合わせに配置し、排気方向上流側に位置する第１拡張室にエンジンから排出される排気ガスを導入させてから、排気方向下流側に位置する第２拡張室に送ることで音圧を低下させ、この第２拡張室からブランチ管を経て導出管に流出させることにより、導出管で発生する気柱共鳴音を低減するように構成している。

なお、特許文献１では、前記構成において、導出管の上流側に開口面積を調整するための可変弁を設けることにより、エンジンの運転状況に応じた排気音の低減を可能とするようにしている。

また、特許文献２に示すように、マフラー内に拡張室と共鳴室を排気方向隣り合わせに設け、共鳴室と排気管とに長さの異なる二つの首管を連通するとともに、排気管内に内管をスライド可能に配置し、排気圧に応じて内管をスライドさせて、内管の途中に設けた開口をいずれか一方の首管に連通させ、この首管を通じて排気管と共鳴室とを連通させるように構成している。

この特許文献２では、排気圧に応じて、共鳴室の共鳴周波数を自動的に変更可能とすることにより、排気圧に応じた排気音の低減効果を得るようにしている。
特開２００５−２６４９００号公報 実開平４−４７１１８号公報

上記いずれの従来例も、排気音を低減することが可能であるものの、それぞれに構成が複雑になっていることが指摘される。

例えば、特許文献１に係る従来例では、導出管に連結されるＵ字形のブランチ管をマフラー内部に配置させており、形状が複雑で組立作業が面倒であることが懸念される。

一方、特許文献２に係る従来例では、二つの首管をマフラーや排気管の外部に取り付けているとともに、排気管内部に内管をスライド可能に収納している構造であって、構成部品が多いとともに、組立作業が煩雑になる等、コストが嵩むことが懸念される。

特に、特許文献２に係る従来例では、共鳴室と排気管とを連通連結する二つの首管をマフラーの外側に配置しているために、それが外側へ突出する等、外形形状が複雑化している。しかも、二つの首管をマフラーの外側に配置していることと、二つの首管の一方端縁を排気管の外周面の円周方向所定領域に径方向から接合していることとによって、二つの首管と排気管との表面温度の偏差が大きくなって、これら両者の熱膨張差が大きくなるために、前記接合部に過大な応力が集中し、当該接合部が破損しやすくなるおそれがある。ここに改良の余地がある。

本発明は、エンジンの排気音を低減する排気消音装置において、構成簡素化、外形形状のシンプル化ならびに耐破損性の向上を達成可能とすることを目的としている。

本発明は、排気ガスが導入される拡張室に共鳴室が隣接して設けられ、前記拡張室に連通される導出管内に、当該導出管内の所定位置と前記共鳴室とを連通する連通路を形成するための隔壁が設けられている、ことを特徴としている。

この構成によれば、拡張室により排気音圧が低下された後、この拡張室から導出管に流出される排気ガスによる気柱共鳴圧力波が、連通路を経て共鳴室に伝播されることにより減衰されるので、導出管で発生する気柱共鳴音が低減されることになる。

しかも、従来例のように連通路をパイプとしてケースや導出管の外部に設ける場合に比べて、構成部品点数が少なくて済むとともに、外方への余分な突出部分が無くなるから、排気消音装置の設置スペースを可及的に小さくすることが可能になるとともに、排気消音装置の製造コストの上昇を抑制することが可能になる。

さらに、連通路を形成するための隔壁が導出管の内部に設けられるので、導出管と隔壁との表面温度の偏差が小さくて済むようになる。これにより、前記両者の熱膨張差が小さくなるために、導出管と隔壁とを接合するような場合でも、この接合部に過大な応力が集中せずに済む等、接合部が破損しにくくなる。

このように、排気消音装置本来の排気音低減作用を確保したうえで、構成簡素化と外形形状のシンプル化とを図ることが可能になるとともに、耐破損性を高めることが可能になる。

なお、共鳴室は、導出管の長さ（気柱共鳴の波長）に対応した容積（周波数）を持つように設定される。

好ましくは、前記隔壁は、前記導出管において必要な領域に空間状の連通路を区画形成するための板状部材とされ、前記導出管に接合される、ものとすることができる。

この構成では、隔壁の具体構成を特定しており、その特定により、前記構成簡素化と外形形状のシンプル化と耐破損性の向上とを可能とすることが明確になる。

好ましくは、前記拡張室は、排気ガスが導入される第１拡張室と、この第１拡張室内の排気ガスが流入されるとともに前記導出管が連通連結される第２拡張室とを含み、この第２拡張室に前記共鳴室が隣接配置される、ものとすることができる。

この構成では、複数の拡張室を有しているから、排気音圧が段階的に低減されるようになる。これにより、導出管で発生する気柱共鳴を十分に消音させるために、共鳴室の容積や、連通路の長さおよび断面積等の調整幅が広がることになる。

本発明に係る排気消音装置によれば、排気音の低減効果を確保したうえで、外側への突出部分を排除した簡素かつシンプルな構成として製造コストの低減ならびに設置性の向上を図ることが可能になるとともに、耐破損性を高めることが可能になる。

以下、本発明の最良の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１から図４に、本発明の一実施形態を示している。

この実施形態では、本発明に係る排気消音装置を自動車に搭載されるエンジンの排気系に用いられるものとした例を挙げている。

まず、図１および図２を参照して、この実施形態の排気消音装置の概要を説明する。図１は、排気消音装置の一実施形態を模式的に示す断面図、図２は、図１の（２）−（２）線断面の矢視図である。

これらの図に示すように、排気消音装置１は、マフラー２と、導入管３と、導出管４とを含んで構成されている。

マフラー２は、図示していないエンジンから排気された排気ガスの排気音を低減するものである。導入管３は、図示していないエンジンから排気された排気ガスをマフラー２に導入するものである。導出管４は、マフラー２から大気へと排気ガスを排出させるものである。

具体的に、マフラー２は、拡張、共鳴併用タイプとされており、その内部に二つの仕切り壁５，６を設けることによって、マフラー２内が三つの隣り合う空間に仕切られている。

この三つの空間のうち、排気方向の中間に位置する空間が第１拡張室７とされ、最上流側に位置する空間が第２拡張室８とされ、最下流側に位置する空間が共鳴室９とされている。

仕切り壁５は、第１拡張室７と第２拡張室８とを仕切るもので、仕切り壁６は、第１拡張室７と共鳴室９とを仕切るものである。前者の仕切り壁５には、多数の貫通孔１１が設けられており、この貫通孔１１によって隣り合う第１拡張室７と第２拡張室８とが連通されている。

共鳴室９は、特定周波数の振動に共鳴してその振動に起因する排気音を低減するもので、例えば導出管４で発生する気柱共鳴を低減させるために、導出管４で発生する気柱共鳴の周波数と同じ周波数を持つように設計される。

導入管３は、その上流端が図示していないエンジンのエキゾーストマニホールドに連通連結され、また、下流端が、排気方向の最上流側に位置する第２拡張室８を貫通して第１拡張室７内で開放されるようになっている。

導出管４は、その上流端が共鳴室９および第１拡張室７を貫通して第２拡張室８内で開放され、また、下流端が大気に開放されるようになっている。この導出管４の途中には、共鳴室９に向けて開放する通孔４ａが設けられている。

そして、導出管４の内部には、当該導出管４内の所定位置と共鳴室９とを連通する連通路１２を形成するための隔壁１３が設けられている。

この隔壁１３において連通路１２の下流側所定位置には、導出管４内に向けて開放する通孔１４が設けられている。隔壁１３の上流側は、導出管４の通孔４ａを覆うように配置されており、この通孔４ａと隔壁１３の通孔１４とを経て導出管４内の所定位置と共鳴室９とが連通される。

この隔壁１３は、図２に示すように、例えば導出管４の径方向断面での形状が波形になった板状部材からなる。この隔壁１３は、その外周縁が導出管４の内壁面に沿って僅かに屈曲されていて、この屈曲部分が導出管４の内壁面に対して例えば溶接などによって接合されている。なお、隔壁１３は、後で示す図６に示すような形状であってもよく、特に限定されない。

このように導出管４における所定領域に隔壁１３を設けることによって、当該所定領域の内部空間は、その断面の略半分が排気ガス通路に、また、残り半分が干渉音の伝播通路になっている。

ところで、上記のような排気消音装置１を自動車に設置するにあたっては、第２拡張室８および導入管３が自動車のフロント側に、また、共鳴室９および導出管４が自動車のリア側にそれぞれ位置される。

次に、前記のような構成の排気消音装置１による作用について、図３および図４を参照して説明する。

なお、図３は、図１の排気消音装置における導出管の長さと気柱共鳴周波数との関係を示す図表である。図４は、図１の排気消音装置による排気音低減作用を説明するための図表で、エンジン回転数と音圧レベルとの関係を示している。

図示していないエンジンから排気される排気ガスが、図１の矢印で示すように、まず導入管３から第１拡張室７に導入されることにより排気音圧が低下され、その後、仕切り壁５の貫通孔１１を経て第２拡張室８へ導入されることによりさらに排気音圧が低下されることになる。

この後、第２拡張室８内の排気ガスが導出管４を経て大気放出されることになるが、この導出管４内での排気ガスの通過に伴い発生する気柱共鳴の圧力波が、連通路１２を経て共鳴室９に伝播されることになるので、共鳴室９のレゾネータ作用によって導出管４で発生する気柱共鳴音が低減されることになる。

一般的に、エンジンの運転時の排気脈動によって、導出管４にはその管長に対応した気柱共鳴が発生するが、その気柱共鳴は管長を半波長とした周波数を基本とするものである。

参考までに、導出管４で発生する気柱共鳴の周波数は、導出管４の管長との間で例えば図３に示すような相関関係を有している。そのため、導出管４の管長に基づき共鳴室９の容積ならびに連通路１２の寸法、形状等を適宜に設定すればよい。

ところで、一般的に、エンジンのエキゾーストマニホールドの上流端から導出管４の下流端の間で発生する気柱共鳴音の圧力波がピークとなる位置にマフラー２を配置することにより、前記圧力波を分断させることが理想的であるとされるが、近年では自動車における後席やガソリンタンクの配置が優先される関係より、自動車の底部における前記理想的な位置にマフラー２を設置することが困難になることがある。

特に、自動車の前後方向中間部分にマフラー２を設置せざるを得ない場合、導出管４の管長が長くなってしまうが、そのような場合でも、上記排気消音装置１であれば、各拡張室７，８、共鳴室９ならびに連通路１２の寸法、形状等を適宜に設計することによって、十分な排気音低減作用を得ることが可能である。

このような実施形態の手法によれば、例えば車両加速に伴うエンジン回転数の上昇時における排気音について、例えば図４に示すような傾向となる。図中の破線で示す比較例は、共鳴室９を用いていないものとする。

この比較例では、エンジン回転数の中回転域において音圧レベルがピークとなり、それ以降、エンジン回転数の上昇に反比例して漸次低下する傾向となる。それに対し、この実施形態の場合、音圧レベルのピークとなるエンジン回転数が高回転域寄りとなり、かつ、当該音圧レベルのピークが低下するようになる。このように、この実施形態の場合、排気音を低減することができる。

そして、上記実施形態では、要するに、導出管４と共鳴室９とを連通連結する連通路１２について、従来例のようなパイプとせずに、導出管４の内部に隔壁１３で区画形成される空間としているから、前記従来例に比べて、構成部品点数が少なくて済んで排気消音装置１の製造コストの上昇を抑制することが可能になるとともに、外方への余分な突出部分を無くすことができて、排気消音装置１の設置スペースを可及的に小さくすることが可能になる。

さらに、隔壁１３が導出管４の内部に設けられる関係より、導出管４と隔壁１３との表面温度の偏差が小さくて済むようになる。これにより、前記両者の熱膨張差が小さくなるために、導出管４と隔壁１３との接合部に過大な応力が集中せずに済む等、当該接合部が破損しにくくなる。

したがって、この実施形態では、排気消音装置１本来の排気音低減作用を確保したうえで、構成簡素化と外形形状のシンプル化とを図ることが可能になるとともに、耐破損性を高めることが可能になる。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。以下で例を挙げる。

（１）上記実施形態では、マフラー２内に設ける拡張室の数を２つとした例を挙げているが、その数は任意である。

（２）図５から図７を参照して、本発明の他の実施形態を説明する。この実施形態では、導出管４を通過する排気ガスの圧力波に対し、適宜の周波数かつ位相の圧力波を干渉させることにより、排気音を低減させるようにしている。

具体的に、マフラー２は、拡張タイプとされており、その内部に二つの仕切り壁２１，２２を設けることによって、マフラー２内が三つの隣り合う空間に仕切られている。

この三つの空間のうち、排気方向の最下流側に位置する空間が第１拡張室２３とされ、中間に位置する空間が第２拡張室２４とされ、最上流側に位置する空間が第３拡張室２５とされている。

仕切り壁２１は、第１拡張室２３と第２拡張室２４とを仕切るもので、仕切り壁２２は、第２拡張室２４と第３拡張室２５とを仕切るものである。両方の仕切り壁２１，２２には、それぞれ多数の貫通孔２６，２７が設けられており、この貫通孔２６，２７によって隣り合う部屋どうしが連通されている。

導入管３は、その上流端が図示していないエンジンのエキゾーストマニホールドに連通連結され、また、下流端が、第３拡張室２５および第２拡張室２４を貫通して第１拡張室２３に開放されるようになっている。

導出管４は、その上流端が第２拡張室２４および第３拡張室２５を貫通して第１拡張室２３内で開放され、また、下流端が大気に開放されるようになっている。この導出管４の途中には、第１拡張室２３内に向けて開放する通孔４ａが設けられている。

そして、導出管４の内部には、当該導出管４内の所定位置と第１拡張室２３とを連通する連通路２８を形成するための隔壁２９が設けられている。

この隔壁２９において連通路２８の下流側所定位置には、導出管４内に向けて開放する通孔３０が設けられている。隔壁２９の上流側は、導出管４の通孔４ａを覆うように配置されており、この通孔４ａと隔壁２９の通孔３０とを経て導出管４内の所定位置と第１拡張室２３とが連通される。

この隔壁２９は、図６に示すように、例えば平坦な板状部材からなる。この隔壁２９は、その外周縁が導出管４の内壁面に沿って僅かに屈曲されていて、この屈曲部分が導出管４の内壁面に対して例えば溶接などによって接合されている。なお、隔壁２９は、図２に示すような形状であってもよく、特に限定されない。

次に、前記のような構成の排気消音装置１による作用について説明する。

図示していないエンジンから排出される排気ガスが、図５の矢印で示すように、まず、導入管３から第１拡張室２３に導入され、その後、仕切り壁２１の貫通孔２６を経て第２拡張室２４へ、また、仕切り壁２２の貫通孔２７を経て第３拡張室２５へと順次導入されることにより、段階的に排気音圧が低下されることになる。

この後、第３拡張室２５内の排気ガスが導出管４を経て大気放出されることになるが、前記導入管３から第１拡張室２３に導入された排気ガスの一部が連通路２８を経て導出管４内に短絡して導入されることになる。

このことを言い換えると、第３拡張室２５から導出管４内に導入される排気ガスの通過に伴い発生する気柱共鳴音に、連通路２８を経て導出管４に伝播される排気音が干渉されることになる。つまり、気柱共鳴音に対して、それと周波数および位相の異なる排気音を干渉させるようにしているので、導出管４で発生する気柱共鳴音が低減されることになる。

ここで、連通路２８から導出管４に伝播させる排気音の周波数や位相は、第１〜第３拡張室２３〜２５を経て導出管４に導入される排気ガスの通過に伴い発生する気柱共鳴音の周波数や位相を考慮し、目標とする排気音低減効果を得るように、適宜に設定される。例えば、気柱共鳴音に干渉させる排気音の周波数は、気柱共鳴音の周波数に対して１／２波長とするのが好ましい。このことに基づいて、マフラー２の各部の寸法、形状、ならびに導出管４において連通路２８の存在する領域について各流路の断面積（図２参照）の比等を適宜に設計するようになっている。

このような実施形態の手法によれば、例えば車両加速に伴うエンジン回転数の上昇時における排気音について、例えば図７に示すような傾向となる。図中の破線で示す比較例は、実施形態のような干渉を行わせていないものとする。

この比較例では、エンジン回転数の中回転域において音圧レベルがピークとなり、それ以降、エンジン回転数の上昇に反比例して漸次低下する傾向となる。それに対し、この実施形態の場合、エンジン回転数の低回転域から中回転域までの音圧レベルを低くすることが可能であり、しかも、中回転域から高回転域までエンジン回転数の増加に応じて音圧レベルを緩やかに上昇させることが可能になって好ましい。このように、この実施形態の場合、排気音を低減することができる。

そして、この実施形態では、要するに、導出管４と第１拡張室２３とを連通連結する連通路２８について、従来例のようなパイプとせずに、導出管４の内部に隔壁２９で区画形成される空間としているから、前記従来例に比べて、構成部品点数が少なくて済んで排気消音装置１の製造コストの上昇を抑制することが可能になるとともに、外方への余分な突出部分を無くすことができて、排気消音装置１の設置スペースを可及的に小さくすることが可能になる。

さらに、隔壁２９が導出管４の内部に設けられる関係より、導出管４と隔壁２９との表面温度の偏差が小さくて済むようになる。これにより、前記両者の熱膨張差が小さくなるために、導出管４と隔壁２９との接合部に過大な応力が集中せずに済む等、当該接合部が破損しにくくなる。

したがって、この実施形態では、排気消音装置１本来の排気音低減作用を確保したうえで、構成簡素化と外形形状のシンプル化とを図ることが可能になるとともに、耐破損性を高めることが可能になる。

本発明に係る排気消音装置の一実施形態を模式的に示す断面図である。 図１の（２）−（２）線断面の矢視図である。 図１の排気消音装置における導出管の長さと気柱共鳴周波数との関係を示す図表である。 図１の排気消音装置による排気音低減作用を説明するための図表で、エンジン回転数と音圧レベルとの関係を示している。 本発明に係る排気消音装置の他例を模式的に示す断面図である。 図５の（６）−（６）線断面の矢視図である。 図５の排気消音装置による排気音低減作用を説明するための図表で、エンジン回転数と音圧レベルとの関係を示している。

符号の説明

１ 排気消音装置
２ マフラー
３ 導入管
４ 導出管
４ａ 導出管の通孔
５ 第１拡張室
６ 第２拡張室
７ 共鳴室
１２ 連通路
１３ 隔壁
１４ 隔壁の通孔

Claims (3)

1. 排気ガスが導入される拡張室に共鳴室が隣接して設けられ、前記拡張室に連通される導出管内に、当該導出管内の所定位置と前記共鳴室とを連通する連通路を形成するための隔壁が設けられている、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、
   前記隔壁は、前記導出管において必要な領域に空間状の連通路を区画形成するための板状部材とされ、前記導出管に接合される、ことを特徴とする排気消音装置。
3. 請求項１または２に記載の排気消音装置において、
   前記拡張室は、排気ガスが導入される第１拡張室と、この第１拡張室内の排気ガスが流入されるとともに前記導出管が連通連結される第２拡張室とを含み、この第２拡張室に前記共鳴室が隣接配置される、ことを特徴とする排気消音装置。

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