JP2519596B2 - デュアルモ―ドエキゾ―ストシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、エンジンを駆動源とする車両に適用される
デュアルモードエキゾーストシステムに関し、詳しく
は、エンジン出力向上及び排気吐出音低減に加え、２種
類の音質から好みのものを選択可能とする装置に関す
る。

従来の技術 マフラは、エンジンから排出される排気ガスがもって
いる音響のエネルギを、なるべくガス流に対して抵抗と
なることはなく消耗させる装置である。

ところが、マフラを通過した排気吐出音は、車両の性
格に応じて異なるものが好まれる傾向にある。すなわ
ち、一般的な乗用車などでは、排気吐出音を極力低減し
て静粛性を重視する傾向にあるが、スポーツカーなどで
は、適度に力強く迫力のある音質と出力重視の設定が好
まれる。このため、従来の車両においては、必要に応じ
て適宜異なる構造のマフラを採用するのが一般的であ
る。

このような状況において、エンジン回転数と連動して
開閉する切替バルブを２系統ある排気出口の一方に設け
たデュアルモードエキゾーストシステムが発明されてい
る。

このシステムでは、第７図に示す如く、マフラ31の排
気口パイプとしてＵターン型のロングチューブ32とスト
レート型のショートチューブ33とが設けられ、ショート
チューブ33には切替バルブ34が取付けられている。この
切替バルブ34は、エンジン回転数が所定値以下の低回転
域で閉じ、所定値以上の中高回転域で開くように、コン
トローラ35で制御されている。なお、36は切替バルブ開
閉用のアクチュエータ、37はアクチュエータ36と切替バ
ルブ34とを連結しているワイヤを示している。

発明が解決しようとする課題 ところで、前述した従来のデュアルモードエキゾース
トシステムによれば、切替バルブが閉じているエンジン
の低回転域では、排気ガスはもっぱらロングチューブを
通って排出され、こもり音低減効果がある。また、切替
バルブが開いているエンジンの中高回転域では、排気ガ
スはロングチューブとショートチューブの両方を通って
排出され、気流騒音の低減により快い音色を得ると共
に、排気抵抗の低減により出力が向上する効果がある。
しかしながら、この２つの状態の切替えはエンジン回転
数と連動して自動的になされるものであり、ドライバー
が状況に応じて選択することはできなかった。しかも、
切替バルブの開閉制御はエンジン回転数と連動するだけ
であり、従って、運転状況に応じた切替制御をきめ細か
く実施することはできないものであった。

そこで、本発明の目的は、運転状況の変化に応じてよ
り一層きめ細かなバルブ開閉操作を可能にすると共にド
ライバーの状況判断による切替えも可能とし、しかも、
２種類の排気音の選択が可能なデュアルモードエキゾー
ストシステムを提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、前述の課題を解決するもので、２系統に分
岐させた入口パイプの一方に開閉弁を配設したマフラ
と、前記開閉弁の開閉操作をする駆動手段と、エンジン
回転数及びスロットル開度の入力を受けて前記駆動手段
を制御する制御手段と、前記開閉弁を開状態に切替えて
保持する手段スイッチとを具備し、前記手動スイッチの
操作により、前記開閉弁が開状態に保持される第１モー
ドと、エンジン回転数が所定値未満でかつスロットル開
度が全開付近の場合、及び、エンジン回転数が所定値以
上でかつスロットル開度がアイドル負荷以上の場合に、
前記開閉弁が開くように前記制御手段を介して制御され
る第２モードとのふたつのモードを選択可能に構成した
ことを特徴とするデュアルモードエキゾーストシステム
である。

作用 前述の手段によれば、手動スイッチを操作することに
より、開閉弁が開状態に保持される第１モードと、エン
ジン回転数及びスロットル開度の入力信号を受けて開閉
弁を自動的に操作する第２モードとを、ドライバーの状
況判断に応じて選択切替えできる。

開閉弁が開いた状態では、排気ガスの主流は単純な流
路を通って流れ、排気抵抗の少ない出力重視の消音によ
って適度に力強い音質になる。また、開閉弁が閉じた状
態では、排気ガスの全てが複雑な流路に導かれて複数段
階の消音を受け、静粛性重視の消音がなされる。

第２モードの開閉弁制御は、エンジン回転数が所定値
未満の場合、スロットル開度が全開付近になると開閉弁
を開き、それ以下では閉じる。また、エンジン回転数が
所定値以上の場合、スロットル開度がアイドル負荷より
大きい時に開閉弁を開き、アイドル負荷まで下がった時
には閉じる。

実施例 本発明によるデュアルモードエキゾーストシステムの
一実施例を第１図ないし第６図に基づいて説明する。

第１図はデュアルモードエキゾーストシステムの全体
構造を示す斜視図であって、エンジンから排出され排気
ガスは、触媒装置１や第１プリマフラ２を通ってメイン
マフラ３へ導かれる。メインマフラ３の入口パイプ４は
２系統に分割されており、一方の入口パイプ4aには切替
バルブ５が取付けられている。また、もう一方の入口パ
イプ4bは、入口パイプ４から分岐して直接シェル内へ連
通している。メインマフラ３のシェル前端面に接続され
たプリマフラ出口パイプ６は、排気ガスを第２プリマフ
ラ７へ導き、出口パイプ８及びマフラカッタ９から大気
へ排出する。メインマフラ３のシェル後端面には同じく
排気ガスを大気へ排出する出口パイプ10が突設されてお
り、その後端にはマフラカッタ９が取付けられている。

切替バルブ５は開閉操作の駆動手段として設けたモー
タ11とワイヤ12を介して連結されている。モータ11は、
制御手段であるコントローラ13からの信号を受けて作動
する。このコントローラ13には、エンジン回転数及びス
ロットル開度が入力される。さらに、コントローラ13に
はモード切替え用の手動スイッチ（以下モード切替えス
イッチ）14が接続されている。このモード切替えスイッ
チ14は、切替えバルブ５を常時開に保持する第１モード
と、エンジン回転数及びスロットル開度の入力信号に基
づいて切替えバルブ５を自動的に開閉操作する第２モー
ドとを、ドライバーの判断による手動で切替えることが
できる。

第２図は、メインマフラ３の内部構造を説明するため
の図であって、シェル内部は、隔壁15、16、17によって
４つの部屋に仕切られており、入口パイプ４側から第１
拡張室16、第２拡張室17、第３拡張室18及び共鳴室19と
呼ばれている。これに対して、入口パイプ4aはシェル前
端面から第１拡張室16及び第２拡張室17を貫通して第３
拡張室18へ開口し、入口パイプ4bは第２拡張室16へ開口
している。そして、第１拡張室16と共鳴室19とは、入口
パイプ4bと略同軸に配設した共鳴パイプ20によって連通
されている。また、共鳴パイプ20が第２拡張室17を通過
する部分には連通孔21を穿設してあり、共鳴パイプ20を
通る排気ガスが第２拡張室17へ流入しうるようになって
いる。この第２拡張室17は、隔壁14に穿設した連通孔22
によって第３拡張室18と連通し、また、第１拡張室16を
貫通して開口しているプリマフラ出口パイプ６によって
第２プリマフラ７とも連通している。さらに、プリマフ
ラ出口パイプ６の第１拡張室16貫通部には連通孔23が穿
設されており、第１拡張室16からプリマフラ出口パイプ
６へ排気ガスが流入しうるようになっている。なお、出
口パイプ10は共鳴室19を貫通して第３拡張室18を大気に
連通させており、共鳴室19の貫通部はガラスウールなど
の被覆材24で覆われている。

第３図は、エンジン回転数及びスロットル開度の入力
信号に基づいて切替バルブ５を自動的に開閉操作する第
２モード時のコントローラ13の制御マップを示してい
る。ここでは、エンジン回転数の所定値を3500rpm、全
開付近のスロットル開度を92％及びアイドル負荷時のス
ロットル開度を13％に各々設定した例を表示している。
すなわち、エンジン回転数が3500rpm未満でかつスロッ
トル開度が92％を超えた場合、エンジン回転数が3500rp
m以上でかつスロットル開度が13％以上の場合に切替バ
ルブ５が開となり、他の領域では切替バルブ５が閉とな
るように制御される。なお、境界部における切替バルブ
５のばたつきを防止するため、第４図に示すように、若
干のヒステリシスを設けている。

以下、上述したデュアルモードエキゾーストシステム
の作用を説明する。最初に、切替バルブ５の開閉操作に
対応した排気ガスの流れを第２図に基づいて説明する
と、切替バルブ５が開いた状態では、白抜矢印で示す如
く排気ガスの多くは入口パイプ4aを通って第３拡張室18
へ導かれ、拡張型の消音作用を受けた後に出口パイプ10
から大気へ排出される。また、残りの少量の排気ガス
は、矢印で示す如く入口パイプ4bを通って第１拡張室16
へ導かれ、後述する切替バルブ５の閉時と同様の複雑な
路を通って出口パイプ8,10から大気へ排出される。この
ように、排気ガスの主流が入口パイプ4aを通る場合は、
その流路は単純なものとなり、排気抵抗の少ない消音を
することができる。また、拡張型の消音作用が中心とな
るため、１次成分のレベルを増やして高調波次数の数を
多くすることができ、従って、適度に力強く迫力のある
音質の排気音となる。

次に、切替バルブ５を閉じた状態では、矢印で示す如
く排気ガスの全てが入口パイプ4bを通って第１拡張室16
へ導かれ、第１段階の拡張型の消音作用を受ける。この
後、連通孔20を通ってプリマフラ出口パイプ６へ流入し
たものを除いた排気ガスは、共鳴パイプ20を通って共鳴
室19へ導かれる。共鳴パイプ20へ流入した排気ガスは、
共鳴室19で共鳴型の消音作用を受け、さらに、あるいは
これと同時に、連通孔21から第２拡張室17へ流入して第
２段階の拡張型の消音作用を受ける。そして、多くの排
気ガスは第２拡張室17からプリマフラ出口パイプ６へ流
入し、第２プリマフラ７で再度消音された後に出口パイ
プ８から大気へ排出される。また、残りの少量の排気ガ
スは、第２拡張室17から連通孔22を通って第３拡張室18
へ流入し、出口パイプ10から大気に排出される。このよ
うに、切替バルブ５を閉じた場合の排気ガス流路は複雑
なものとなり、複数段階の拡張消音及び共鳴消音がなさ
れるため、１次成分のレベルを減らして高調波次数の数
を多くすることができ、従って、軽快で静粛性の高い音
質の排気音となる。

上述したように、切替バルブ５を開閉操作することに
より、バルブ開時は、力強く迫力のある音質の排気音に
加えて排気抵抗の低減によるエンジン出力向上が認めら
れ、バルブ閉時は、軽快で静粛性の高い音質の排気音と
なる。この特性を第３図に示した制御マップにあてはめ
ると、エンジン回転数が3500rpm未満でかつスロットル
開度が92％以下の走行状態では、切替バルブ５は閉じて
いるため、静粛性重視の排気状態となる。すなわち、35
00rpm以下の低回転常用域での走行、たとえば一般的な
市街地走行や高走道路のクルージング時には、排気吐出
音を低減して車室内外共に静粛性の高い走行を自動的に
選択する。しかし、急加速をして危険回避をする場合な
どには、ドライバーがアクセルを強く踏込むことによ
り、エンジン回転数は低くてもスロットル開度が全開と
なり、これによって切替バルブ５が開いて出力重視の排
気状態となる。従って、エンジン出力と共に加速性能も
向上するので、危険回避には好都合である。また、高回
転域を多用する山岳路などのスポーツ走行時には3500rp
m以上で切替バルブ５が自動的に開いて出力重視の排気
状態となるため、パワフルな走行を楽しむことができ
る。そして、切替バルブ５を開いた状態で走行中にブレ
ーキ操作をした時などのように、スロットル開度がアイ
ドル負荷の状態まで下がったコースト時にはこもり音が
問題となる。しかし、このような状況では、切替バルブ
５が自動的に閉じて静粛性重視の排気状態となるので、
こもり音を低減できる。

なお、モード切替スイッチ14を操作して、切替バルブ
５を開状態に保持すると、エンジン回転数やスロットル
開度に関係なく、全域にわたって力強く迫力ある排気音
と出力重視の排気状態を確保できる。

さて、上述したデュアルモードエキゾーストシステム
をスポーツカーに採用した場合、以下のようになる。モ
ード切替スイッチ14で切替バルブ５を開状態に保持した
モードをたとえば「ノーマルモード」と呼び、スポーツ
カーにふさわしい適度に力強く迫力のある排気管と出力
重視の排気状態をドライバーの状況判断で選択できる。
また、切替バルブ５の開閉を自動制御するモードをたと
えば「サイレントモード」と呼、通常の走行状態での静
粛性を重視した排気状態を選択できる。これにより、た
とえば深夜の住宅地を走行する場合に「サイレントモー
ド」に設定して周囲への気づかいを大切にでき、しか
も、スポーツカーにふさわしい排気音や出力性能を確保
しておくことができる。

なお、第５図及び第６図は本発明によるデュアルモー
ドエキゾーストシステムの効果の一例を示したものであ
る。第５図は、エンジン回転数と排気吐出音及び背圧の
関係を示したものである。切替バルブ５が開状態に保持
される第１モード（ノーマルモード）は破線で、開閉が
自動制御される第２モード（サイレントモード）は実線
で各々示されている。排気吐出音について見ると、第１
モードでは全域にわたって高い値を示しているが、第２
モードでは、低回転数領域で低く、切替バルブが開とな
る回転数領域では急激に高くなって第１モードと一致し
ている。そして、第２モードの高回転数領域でエンジン
回転数が下がっていく時（すなわちコースト時）には、
切替バルブ５が閉じることによって低い排気吐出音にお
さえられていることがわかる。次に、背圧について見る
と、第１モードではエンジン回転数の上昇につれて排気
ガスの流量が増すため、圧損が徐々に大きくなってい
る。これに対して、第２モードでは低回転数領域で第１
モードの２倍以上の値を示しているが、切替バルブが開
くことによって圧損は低下し、第１モードと一致してい
る。これにより、切替バルブ開時の排気抵抗が小さいこ
とを確認でき、この結果として第６図に示すようなエン
ジン出力の向上が実現している。図中に実線で示した従
来システムは、排気流路が１系統だけの一般的なエキゾ
ーストシステムを同一エンジンに装着したもので、本発
明によるデュアルモードエキゾーストシステムを装着し
たエンジンの方が出力・トルク共に高い値を示してお
り、たとえば5500rpm付近での出力差αは約７％であ
る。

なお、本実施例では、切替バルブ５の開閉操作をエン
ジン回転数3500rpm、スロットル開度13％及び92％に設
定して説明したが、エンジン性能やギヤ比などに応じて
適宜変更しうるのは言うまでもない。また、メインマフ
ラ３の構造も第２図に示したものに限定されるものでは
なく、法的規制の違いなどの諸条件に応じて適当なもの
を選択すればよい。

発明の効果 前述した本発明によれば、切替バルブが開状態に保持
される第１モード（ノーマルモード）では、排気系の圧
力損失が低減されることによって省燃費と動力性能の向
上に効果がある。また、適度に力強く迫力のある音質の
排気音となり、スポーツカーにふさわしい動力性能と排
気音を提供できる。一方、切替バルブの開閉操作を自動
制御する第２モード（サイレントモード）では、低回転
常用域で軽快かつ静粛な排気音となり、車室内外におけ
る静粛性を向上させる効果がある。しかも、これら２つ
のモードをドライバーの状況判断で手動切替えできるよ
うにしたので、２種類の音質及びパワーと静粛性を状況
に応じて選択することができ、商品性の向上に大きな効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるデュアルモードエキゾーストシス
テムの一実施例を示す斜視図、第２図は第１図のメイン
マフラの構造例を示す図、第３図は切替バルブの開閉操
作を示す制御マップ、第４図は第３図のヒステリシスを
示す図、第５図及び第６図は効果の一例を示す図、第７
図は従来例を示す図である。 ３……メインマフラ、4,4a,4b……入口パイプ、５……
切替バルブ（開閉弁）、６……プリマフラ出口パイプ、
8,10……出口パイプ、11……モータ（駆動手段）、12…
…ワイヤ、13……コントローラ（制御手段）、14……モ
ード切替スイッチ（手動スイッチ）。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−8429（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−215825（ＪＰ，Ａ) 実開 昭58−183922（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−108817（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−146113（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２系統に分岐させた入口パイプの一方に開
   閉弁を配設したマフラと、前記開閉弁の開閉操作をする
   駆動手段と、エンジン回転数及びスロットル開度の入力
   を受けて前記駆動手段を制御する制御手段と、前記開閉
   弁を開状態に切替えて保持する手動スイッチとを具備
   し、前記手動スイッチの操作により、前記開閉弁が開状
   態に保持される第１モードと、エンジン回転数が所定値
   未満でかつスロットル開度が全開付近の場合、及び、エ
   ンジン回転数が所定値以上でかつスロットル開度がアイ
   ドル負荷以上の場合に、前記開閉弁が開くように前記制
   御手段を介して制御される第２モードとのふたつのモー
   ドを選択可能に構成したことを特徴とするデュアルモー
   ドエキゾーストシステム。