JP3003442B2 - 内燃機関の消音装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の消音装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気系に設けられる消音装置
は、たとえば実開平１−１２４３１４号公報に開示され
ている。従来の消音装置では、たとえば図７、図８に示
すように、消音器１００内を隔壁により複数の消音空間
１０１、１０２、１０３、１０４に区切り、該消音空間
を前記隔壁を貫通するインナパイプ１０５、１０６で順
次接続し、排気ガスが排気管１０７から第１の消音空間
１０３に入り、ついでインナパイプ１０５を通って第２
の消音空間１０４に入り、これを繰り返して最後のイン
ナパイプ１０６を通って最後の消音空間１０１に入り、
最後の消音空間１０１から下流側の排気管１０８へと入
り、その間に流路断面積の拡縮があって排気騒音が消音
されるようになっている。

【０００３】そして、消音器内のインナパイプ１０６内
に、パイプ軸芯より偏心したバタフライバルブ１０９を
設け、排気の動圧を利用してバタフライバルブ１０９を
開閉するようにしてある。アイドル時等エンジン低回転
時には動圧は小さいからバタフライバルブ１０９は閉じ
て消音効果を上げ（この時は排気ガスは消音空間１０
３、１０２、１０１と流れる）、通常回転時およびエン
ジン高回転時にはバタフライバルブ１０９を開側に回転
して、エンジン背圧を小さくし、エンジン出力が向上す
るようにしてある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、動圧を利用し
てバタフライバルブ１０９を開閉するためには、バルブ
シャフトをバルブ軸芯から偏心させ、かつバルブ外形形
状をバルブハウジング１１０と干渉しないように円形状
からバルブ両側をカットしてほぼ長円形状にする必要が
ある。一方、バタフライバルブ上流側のエルボ１１１
（インナパイプ１０６の一部）は、消音器内部のインナ
パイプ１０６のストレート部に接続されるため、インナ
パイプ１０６と同様の円形断面で構成されており、その
先端にバルブ１０９を装えたハウジング１１０が溶接等
で固定される構造となっている。

【０００５】したがって、円形断面のエルボ１１１とほ
ぼ長円形断面のバルブ１０９の接続部では、排気ガスの
流れにおいて、とくにバルブ両側に大きな段差１１２が
生じ、排気ガスの流れに剥離や淀みが生じ、バタフライ
バルブ１０９に排気ガス流れの動圧が十分に働かないと
いう現象が生じていた。バタフライバルブ１０９に動圧
が十分働かないと、とくにエンジンの最高出力回転時に
バタフライバルブ１０９が全開せず、排気抵抗が十分に
さがらなかったり、気流音が発生する等の問題が生じて
いた。

【０００６】また、図８に示すように、従来の消音装置
では、バタフライバルブ１０９とバルブハウジング１１
０との間に、組付時の寸法ばらつきや経時変化を考慮し
て、バルブ１０９の全周にわたって、クリアランスｂ、
ｃ（ｃはｂと直交方向のクリアランス）を設ける必要が
ある。クリアランスｂ、ｃは通常約０．５〜１ｍｍであ
る。したがって、動圧を利用する場合、バルブ全閉で
も、クリアランスｂ、ｃを通過するガス漏れが発生し、
動圧による作動トルクがバタフライバルブ１０９に十分
に働かないという問題もあった。作動トルクが十分に働
かないと、バタフライバルブ１０９の開度が十分には得
られなかったり、バルブシャフトの固着の原因になった
りする。また、クリアランスｂ、ｃ部の気流音増加の原
因にもなる。

【０００７】本発明の目的は、上記の消音器内のインナ
パイプに設けたバタフライバルブ部位の段差に伴なう動
圧作動不全、気流音の問題を解消または軽減して、消音
効果を向上させた内燃機関の消音装置を提供することに
ある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明に係る内燃機関の消音装置は次の装置から成る。すな
わち、（１） 消音器内に配設された複数の消音空間を連通す
るインナパイプ内に、回転中心がバルブ中心より偏心さ
れたほぼ長円形状のバタフライバルブが配設されてお
り、前記インナパイプの前記バタフライバルブの上流側
直近部は、バルブハウジングのバタフライバルブ上流側
部とその上流側に接続するエルボの下流側端部から構成
されており、バルブハウジングのバタフライバルブ上流
側部の通路断面形状がバルブ形状と相似形に形成されて
おりエルボの下流側端部の通路断面形状がバルブハウジ
ングのバタフライバルブ上流側部の通路断面形状と同一
かほぼ同一の形状とされていることを特徴とする内燃機
関の消音装置。 （２） 消音器内に配設された複数の消音空間を連通す
るインナパイプ内に、回転中心がバルブ中心より偏心さ
れたバタフライバルブが配設されており、前記インナパ
イプの前記バタフライバルブの上流側直近部は、通路断
面積がバルブ面面積より小さくかつ通路断面形状がバル
ブ形状と相似形に形成されている内燃機関の消音装置。

【０００９】

【作用】上記（１）の本発明の装置では、インナパイプ
のバタフライバルブの上流側直近部が、バルブハウジン
グのバタフライバルブ上流側部とその上流側に接続する
エルボの下流側端部から構成されており、バルブハウジ
ングのバタフライバルブ上流側部の通路断面形状がバル
ブ形状と相似形に形成されておりエルボの下流側端部の
通路断面形状がバルブハウジングのバタフライバルブ上
流側部の通路断面形状と同一かほぼ同一の形状とされて
いるため、従来の円形断面通路と長円形断面通路との突
き合わせ部位において生じていたような段差部が生じな
い。このため、バタフライバルブ開時に段差部で生じて
いたような流れの剥離や淀みが生じず、動圧によるバタ
フライバルブの開閉不全、排気騒音が解消または低減さ
れ、結果的に消音効果が向上する。上記（２）の本発明
の装置では、インナパイプの、バタフライバルブ上流側
直近部の通路断面が、バタフライバルブと相似形でかつ
バルブ面面積より小に形成されているため、従来の円形
断面通路と長円形断面通路との突き合わせ部位において
生じていたような段差部が生じず、かつバタフライバル
ブとバルブハウジング間のクリアランスがインナパイプ
のバタフライバルブ上流側直近部で上流側から覆われ
る。このため、バタフライバルブ開時に段差部で生じて
いたような流れの剥離や淀みが生じず、かつバルブクリ
アランスを通してのガス漏れも低減され、動圧によるバ
タフライバルブの開閉不全、排気騒音が解消または低減
され、結果的に消音効果が向上する。

【００１０】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図面を参照して説
明する。図中、図１は本発明の全ての実施例に適用さ
れ、図２〜図４は本発明の第１実施例を示し、図５およ
び図６は本発明の第２実施例を示している。

【００１１】はじめに、全ての実施例に対して共通な構
成を説明する。図１において、内燃機関の排気系に設け
られた消音装置は、内部が隔壁により複数の消音空間１
１、１２、１３、１４に区切られた消音器１０と、消音
器１０の隔壁を貫通して消音空間を順次接続する複数の
インナパイプ１５、１６および、１９、２０とバルブ開
時に排気ガスが流れる複数のインナパイプ１５、１６の
うちの一つのインナパイプ１６内に設けられた、軸芯が
インナパイプのパイプ軸芯より偏心され排気ガスの流れ
の動圧で開かれるバタフライバルブ３とから成る。

【００１２】内燃機関からの排気管１７は消音空間１３
に接続し、消音空間１３はインナパイプ１５により消音
空間１４に連通している。消音空間１４はインナパイプ
１６を介して消音空間１１に接続し、消音空間１１は排
気管１８を介して大気に連通している。消音空間１３と
消音空間１１との間には消音空間１２が設けられてお
り、消音空間１３はインナパイプ２０により消音空間１
２に連通しており、消音空間１２はインナパイプ１９に
より消音空間１１に連通している。バタフライバルブ３
が閉じたときには、排気ガスは小断面積のインナパイプ
２０、１９を介して消音空間１３から消音空間１１へと
流れる。排気ガス流路のインナパイプ１５、１６または
１９、２０と消音空間１３、１４または１２、１１によ
る流路断面積の拡縮により排気騒音が低減される。

【００１３】インナパイプ１６は、図１、図２、図３に
示すように、排気ガス流れ方向に上流側から順に、スト
レート部と、エルボ２と、バルブハウジング５を有して
おり、バタフライバルブ３はバルブハウジング５に設け
られている。バタフライバルブ３は、アイドル時等エン
ジン低回転時等、排気流れの動圧が小のときには閉じて
排気騒音を低減し、動圧が大のときには開いて抵抗とな
らずに出力が出せるようになっている。

【００１４】より詳しくは、図３に示すように、流れの
動圧がバルブ３にかかったときにバルブ３に回転モーメ
ントが作用するように、バルブシャフト４はバタフライ
バルブ３のバルブ軸芯よりオフセット（オフセット量
ａ）されている。バルブ３はバルブシャフト４を介して
スプリング６により常に閉じ側に付勢されており、流れ
の動圧がバルブ３にかかったときに、スプリング６の付
勢に抗して、動圧の大きさに比例して開くようになって
いる。７はバルブ閉時の位置決めストッパである。８は
バルブアッセンブリを支持するフランジで、消音器１０
のエンドプレートに溶接されて、バルブアッセンブリと
消音器１０とが一体化される。

【００１５】つぎに、各実施例に特有の構成について説
明する。第１実施例においては、図２〜図４に示すよう
に、バタフライバルブ３の回転中心がバルブ中心からオ
フセットしていてもバタフライバルブ３がバルブハウジ
ング５と干渉しないように、バタフライバルブ３の両側
が直線状にカットされてほぼ長円形（トラック形状）と
されている。これは、バルブを円形のままで回転中心だ
けをバルブ中心からオフセットさせると、当然、バルブ
開閉時にバルブ両側面とバルブハウジングが干渉してし
まうので、それを避けるためである。

【００１６】バルブハウジング５はインナパイプ１６の
一部を構成し、バルブハウジング５の通路断面形状は、
バルブハウジング５内に設けられたバタフライバルブ３
の形状と相似形とされ、ほぼ長円形とされている。すな
わち、バルブハウジング５のバルブシャフト５が挿通す
る部分５−１、５−２は断面形状が直線状にされてい
る。これは、バルブハウジングの通路が円形のままでバ
ルブがほぼ長円形の場合はバルブ両側の隙間が大きくな
って漏れが過大になるので、それを防止するためであ
る。

【００１７】バルブハウジング５はエルボ２に接続され
る。エルボ２はインナパイプ１６の一部を構成し、イン
ナパイプ１６のストレート部とバルブハウジング５間に
配設される。エルボ２の上流側端部２−１の断面形状は
円形で、断面形状円形のインナパイプストレート部にな
めらかに接続している。また、エルボ２の下流側端部２
−２の断面形状は、図４に示すように平行直線部２−
３、２−４を有する、ほぼ長円形で、かつバルブハウジ
ング５内通路断面形状と同一かほぼ同一の形状とされて
おり、バルブハウジング５になめらかに接続している。

【００１８】したがって、インナパイプ１６のうち、バ
タフライバルブ３の上流側直近部（バルブハウジング５
のバタフライバルブ上流側部分およびエルボ２の下流側
端部）の通路断面形状は、バタフライバルブ３の形状と
相似形である。これによって、バタフライバルブ３の上
流側直近部に段差（図８の段差１１２）が生じないよう
にし、段差による流れの通路壁面からの剥離や、淀みを
生じないようにしてある。このようなエルボ２の形状
は、エルボ２を半割り構造にするとともに、半割りエル
ボを、鋼板のプレス成形で図４のようにＵ字状に作製
し、それを組合わせることにより、容易にかつ能率よく
製造することができる。

【００１９】つぎに、第２実施例に特有の構成を図５お
よび図６を参照して説明する。第２実施例で第１実施例
の構成に準じる部分には第１実施例と同一の符号を付し
てその説明を省略し、以下に、第２実施例が第１実施例
と異なる部分についてのみ説明する。

【００２０】第２実施例においては、インナパイプ１６
のうち、バタフライバルブ３の上流側直近部（バルブハ
ウジング５のバルブ上流側部分５−３およびエルボ２の
下流側端部２−２）の通路断面が、バタフライバルブ３
のバルブ面面積より小とされ、通路断面が第１実施例に
比べて若干絞られている。

【００２１】バタフライバルブ３とバルブハウジング５
との間には、図６に示すように、クリアランスｂ、ｃ
（０．５〜１ｍｍ）が存在し、バルブ閉時にクリアラン
スｂ、ｃを通るガスの漏れが大きいと、動圧のかかりが
不全になって、バルブ開閉に不具合が生じたり、クリア
ランス部で気流音が発生するおそれがある。それを防止
するために、第２実施例では、バルブハウジング５のバ
ルブ上流部５−３がクリアランスｂ、ｃを上流側から覆
っており（覆い量ｄ、ｄ＞ｂ、ｃ）、排気ガスがクリア
ランスｂ、ｃを吹き抜けにくくしてある。したがって、
第２実施例は第１実施例に比べて、バルブ上流側直近部
が半径にしてｄだけ絞られており、通路断面積がバルブ
面面積より小とされている。

【００２２】つぎに、作用を説明する。図１において、
気流騒音の影響の大きい機関高回転時にはバタフライバ
ルブ３が開とされ、内燃機関からの排気ガスは、主に排
気管１７、消音空間１３、インナパイプ１５、消音空間
１４、インナパイプ１６、エルボ２、バタフライバルブ
３およびバルブハウジング５、消音空間１１、排気管１
８を通って流れ、これによって、エンジン背圧が低下
し、出力が向上する。一方、排気こもり音の影響が大き
い機関低回転時にはバタフライバルブ３が閉じられて、
排気ガスは消音空間１３、インナパイプ２０、消音空間
１２、インナパイプ１９、消音空間１１と流れインナパ
イプ１９、２０の小断面によって消音効果が向上され
る。上記において、流路断面積の拡縮、消音空間におけ
る音波の山と谷の打ち消し合い等により、排気騒音が低
減される。

【００２３】本発明の第１、第２実施例では、バタフラ
イバルブ３は排気ガスの動圧で開かれるように回転中心
がバルブ中心よりオフセットしてあるので、バルブ３と
バルブハウジング５とがバルブ開閉時に干渉しないよう
にバタフライバルブ３およびバルブハウジング５の通路
断面はほぼ長円形状（トラック状）としてある。このた
め、バタフライバルブ３の上流側のエルボ２の下流側端
部２−２が断面円形だとエルボ２とバルブハウジング５
との接続部に段差が生じるが、本発明の第１、第２実施
例では、インナパイプ１６のうちバタフライバルブ上流
側直近部の通路断面形状がバタフライバルブ３と相似形
に形成してあるので、段差は生じない。その結果、段差
があったら生じるような流れの段差部下流側壁面からの
剥離、段差部における流れの淀みが生じず、十分な動圧
がバタフライバルブ３に均一に作用し、機関高回転時に
バルブ３が全開して排気抵抗が十分さがり、エンジン出
力性能が向上し、かつ気流音も発生しない。

【００２４】また、本発明の第２実施例では、インナパ
イプ１６のうちバタフライバルブ上流側直近部がバルブ
面積より小さい通路断面積とされて、バタフライバルブ
３とバルブハウジング５とのクリアランスｂ、ｃが、上
流側から覆ってあるので、バルブ閉時にクリアランス
ｂ、ｃを通って吹き抜ける排気ガス量が低減され、ガス
漏れによる動圧の作動トルクがバルブ３に十分に働かな
いという問題が無くなる他、クリアランスｂ、ｃの気流
音も低減される。

【００２５】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、インナパイプ
のバタフライバルブの上流側直近部が、バルブハウジン
グのバタフライバルブ上流側部とその上流側に接続する
エルボの下流側端部から構成されており、バルブハウジ
ングのバタフライバルブ上流側部の通路断面形状がバル
ブ形状と相似形に形成されておりエルボの下流側端部の
通路断面形状がバルブハウジングのバタフライバルブ上
流側部の通路断面形状と同一かほぼ同一の形状とされて
いるので、通路に段差部が生じにくく、バタフライバル
ブの開閉作動と消音効果を改善できる。 請求項２の発明
によれば、インナパイプのバタフライバルブ上流側直近
部は、通路断面積がバルブ面面積より小さくかつバタフ
ライバルブと相似形であるので、通路に段差部が生じ
ず、かつバルブとバルブハウジング間のクリアランスを
通るガスの吹き抜けを小にでき、バタフライバルブの開
閉作動と消音効果を改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る内燃機関の消音装置の全体概略構
成図である。

【図２】本発明の第１実施例に係る消音装置で、図１の
円Ａで囲んだ部分に対応する拡大断面図である。

【図３】図２の３−３線に沿う断面図である。

【図４】図２の４−４線に沿う概略断面図である。

【図５】本発明の第２実施例に係る消音装置で、図１の
円Ａで囲んだ部分に対応する拡大断面図である。

【図６】図５の６−６線に沿う断面図である。

【図７】従来の消音装置の概略構成図である。

【図８】図７の円Ｂで囲んだ部分の断面図である。

【符号の説明】

１ 消音装置 ２ エルボ ３ バタフライバルブ ４ バルブ軸 ５ バルブハウジング １０ 消音器 １６ インナパイプ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 消音器内に配設された複数の消音空間を
   連通するインナパイプ内に、回転中心がバルブ中心より
   偏心されたほぼ長円形状のバタフライバルブが配設され
   ており、前記インナパイプの前記バタフライバルブの上
   流側直近部は、バルブハウジングのバタフライバルブ上
   流側部とその上流側に接続するエルボの下流側端部から
   構成されており、バルブハウジングのバタフライバルブ
   上流側部の通路断面形状がバルブ形状と相似形に形成さ
   れておりエルボの下流側端部の通路断面形状がバルブハ
   ウジングのバタフライバルブ上流側部の通路断面形状と
   同一かほぼ同一の形状とされていることを特徴とする内
   燃機関の消音装置。
2. 【請求項２】 消音器内に配設された複数の消音空間を
   連通するインナパイプ内に、回転中心がバルブ中心より
   偏心されたバタフライバルブが配設されており、前記イ
   ンナパイプの前記バタフライバルブの上流側直近部は、
   通路断面積がバルブ面面積より小さくかつ通路断面形状
   がバルブ形状と相似形に形成されていることを特徴とす
   る内燃機関の消音装置。