JP3290067B2 - 自動車用排気消音装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は自動車等の排気系
から発する騒音の低減を図るための排気消音装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の自動車用排気消音装置としては、
例えば図１５、図１６（本出願人による特願平６−３２
３３３６号）に示されるものがある。

【０００３】 マフラ１の内部は３つのバッフル板６，
７，８により仕切られ、それぞれ第１、第２、第３拡張
室２，３，４と、共鳴室５が形成される。インレットチ
ューブ９が第１拡張室２に連通し、第１拡張室２と第２
拡張室３とはパスチューブ１０により連通し、第２拡張
室３は途中に吸音チャンバ１７を備える第１テールチュ
ーブ１１により大気へと接続する。また、第１拡張室２
と第３拡張室４とは開口部１３を介して連通すると共
に、この開口部１３を回転軸１４を中心にして開閉する
バルブ１５が設けられ、この第３拡張室４は途中に吸音
チャンバ１７を備える第２テールチューブ１２により外
部と接続する。さらに、第１拡張室２は首管１６を介し
て共鳴室５と連通している。

【０００４】 インレットチューブ９より第１拡張室２
に導入される排気圧力の低い、エンジン低回転領域など
では、バルブ１５が閉じており、排気ガスは第１拡張室
２から第２拡張室３、第１テールチューブ１１を介して
大気に放出されるが、この過程で排気ガスの脈動が減衰
され、また首管１６を介して連通する共鳴室５における
共鳴により低周波の脈動成分が減衰される。また排気ガ
スの圧力が上昇するエンジン高回転領域ではバルブ１５
が開き、すると一部の排気ガスは第３拡張室４から第２
テールチューブ１２を介しても大気に放出されるように
なり、これにより排気ガスの脈動を減衰しつつ、排気ガ
スの通過抵抗を減じ、高回転領域での排気損失を低減し
てエンジン出力性能を高める。このようにして、エンジ
ン回転数の低回転から高回転まで効果的に排気騒音を低
減すると共に、高回転領域でのエンジン出力の低下を防
止している。

【０００５】一方、排気圧力に応じて開閉するバルブ１
５は、軸受３４間に支持された回転軸１４を中心に回転
するが、リターンスプリング３３により開口部１３を閉
じる方向に付勢される共に、バルブ１５の開閉に伴う接
触打音を低減するため緩衝材２０が設けられる。とくに
排気圧力の比較的低い運転領域にあって、バルブ１５の
開度が小さいときは、排気ガスの脈動に応じてバルブ１
５がバタツキを起こし、バッフル板７の一部と衝突して
打音を発生するので、これを低減するため緩衝材２０を
設けている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにバルブ１５に所定の閉弁力を発生させるために、リ
ターンスプリング３３を設け、このバネ力によりバルブ
１５を閉弁力を付与する場合、バルブ１５の開度に応じ
てバネ力も大きくなり、それに打ち勝ってバルブ１５が
開くこととなり、このためバルブ１５が開くときの排気
圧力損失がバネ力に応じて大きくなってしまう。もし、
リターンスプリング３３のバネ力を小さくすると、バル
ブ１５をしっかりと閉じておくことができなくなり、排
気ガスの脈動で作動が不安定となり、バルブ１５のバタ
ツキ現象が生じ、バッフル板７との接触による打音も大
きくなってしまう。排気ガスの脈動によりバルブがバタ
ツキを起こすと、緩衝材２０、およびバルブ１５の回転
軸軸受３４の劣化も早まってしまう。

【０００７】また、一般的にマフラ内部は車両の運転負
荷状況により低温から高温までの排気ガスにさらされて
おり、マフラ内部に設けられたバルブ１５を閉弁させる
ためのバネも同様な状況下にあるため、高温耐久性の高
いバネ材を使用しないと、バネ特性が運転負荷状況によ
り変化してしまい、いつも設定した排気ガス圧力で正確
にバルブ１５を開閉させることが難しくなるという問題
もある。

【０００８】この発明は、このような従来の問題を解決
すべくなされたもので、バルブによる排気圧力損失の低
減とバタツキ防止、さらには常に安定した作動特性を確
保することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】 第１の発明は、マフラ
内部のバッフル板に設けられた開口部を、排気ガスの圧
力により回転軸を中心に回転して開閉するバルブを備え
た自動車用排気消音装置において、バルブの回転軸をほ
ぼ水平方向に配置し、バルブの回転軸心から半径方向に
離れかつバルブと同軸で回転する質量体をバルブに連結
する一方、前記質量体と回転軸とを結ぶ延長上で回転軸
の反対側に配置した第２の質量体をバルブに連結し、バ
ルブに所望の閉弁力を付与するようにした。

【００１０】 第２の発明は、前記質量体はバルブに対
してバルブの回転方向に略９０度の角位相をもって配置
され、バルブは略鉛直位置において開口部を閉じると共
に、車両の進行方向と同一方向に開口部を流れるように
設定した排気ガスに対抗して開口部を閉じるように付勢
される。

【００１１】 第３の発明は、前記質量体はバルブに対
してバルブの回転方向に略９０度から略１８０度の角位
相をもって配置され、バルブは略鉛直位置において開口
部を閉じると共に、車両の進行方向と反対方向に開口部
を流れるように設定した排気ガスに対抗して開口部を閉
じるように付勢される。

【００１２】

【００１３】

【００１４】 第４の発明は、前記バルブを閉弁位置で
停止させるストッパーを設け、このストッパーの当接位
置に緩衝材を設けた。

【００１５】

【作用】第１の発明では、バルブは質量体により閉弁方
向に付勢され、この閉弁力はバルブの開度に応じて変化
し、このためバルブが大きく開いたときの排気圧力損失
を大幅に低減することが可能となる。このバルブの閉弁
力は排気ガスの温度によらず常に一定に維持され、した
がって運転条件によって排気騒音の低減特性や出力性能
の向上特性が変動することなく、常に目標通りの性能を
維持できる。

【００１６】 また、質量体によりバルブの慣性モーメ
ントが増加し、排気圧力脈動を受けて生じるバルブのバ
タツキ現象を抑制でき、これによりバルブや回転軸の軸
受の耐久性を向上させられる。さらに、第１と第２の質
量体により慣性モーメントを大きくして、バルブの閉弁
力を増すことなく、バルブのバタツキ現象を効果的に抑
制することができる。

【００１７】 第２の発明では、バルブの開度が大きく
なるほど閉弁力が小さくなり、このため高出力運転状態
での排気圧力損失を大幅に低減することができる。ま
た、車両の加速度に大きさに応じてバルブ開弁力が増加
し、加速時など排気圧力損失の低減し、加速性能を改善
できる。

【００１８】

【００１９】 第３の発明では、バルブの開度の増加に
したがって急激にバルブ閉弁力を小さくすることがで
き、バルブが開弁する広い運転領域で排気圧力損失を大
幅に低減することが可能となる。また、車両の加速度に
応じてバルブの閉弁力が変化し、定常走行時ほど排気圧
力損失を低減させられる。

【００２０】

【００２１】 第４の発明では、エンジン停止時などを
含めてバルブを確実に閉弁保持し、また微小開度におい
てバルブがバタツキ現象を起こしたときなどの打音を減
衰することができる。

【００２２】

【実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図面に基
づいて説明する。

【００２３】図１はこの発明の第１の実施の形態を示す
もので、マフラ１の内部にはバッフル板６、７により仕
切られた第１拡張室２、第２拡張室３、共鳴室５が形成
され、このうち第１拡張室２には、エンジン（図示せ
ず）からの排気ガスを導入するインレットチューブ９が
開口する。

【００２４】さらに第１拡張室２には導入された排気ガ
スを大気に開放するため、吸音チャンバ１７が途中に設
けられている第１テールチューブ１１が接続されると共
に、第１拡張室２と共鳴室５とが首管１６を介して互い
に接続する。

【００２５】そして、共鳴室５と第２拡張室３との間を
仕切っているバッフル板７には、開口部１３が設けら
れ、エンジン停止時あるいは排気圧力の低いときに、こ
の開口部１３を閉塞するようにバルブ１５が設置されて
いる。また、第２拡張室３は途中に吸音チャンバ１７を
備えている第２テールチューブ１２を介して大気と連通
する。

【００２６】したがって、排気ガス流量が少なく圧力も
低いエンジン低回転領域などでは第１拡張室２に導入さ
れた排気ガスは、第１テールチューブ１１から大気へと
放出され、この過程で圧力脈動が減衰され、また首管１
６を介して連通する共鳴室５の働きにより主として低周
波の脈動成分が減衰される一方、排気ガス流量が増大す
るエンジン高回転領域などでは、排気ガスの圧力により
バルブ１５が開き、一部が共鳴室５から開口部１３、第
２拡張室３、第２テールチューブ１２を介しても大気へ
と放出されるようになり、共鳴室５は拡張要素として作
用し、これらによりエンジン高回転領域での排気脈動を
減衰し、かつバルブ１５の開弁により排気通過抵抗を減
じる。

【００２７】このようにエンジン回転数の低回転領域か
ら高回転領域まで、排気騒音を効果的に低減すると共
に、排気量の増大する高出力運転領域において、エンジ
ンに高出力性能を発揮させられる。

【００２８】次ぎに排気ガスの圧力に応じて開閉するバ
ルブ１５の詳細は、図２にも示すように、略鉛直なバッ
フル板７に設けられた開口部１３の上方に位置して水平
に配設した回転軸１４に取付けられ、回転軸１４はバッ
フル板７に固定した左右の軸受２３で回転自由に支持さ
れる。

【００２９】バルブ１５は回転軸１４を中心にして直角
に折り曲げられ、この折曲部位においてバルブ１５に設
けた切欠２４の一片を折返部２５を回転軸１４に巻き付
けて互いに一体に結合される一方、回転軸１４の位置か
ら水平に延びるプレート２２の先端には質量体２１が取
付けられ、この自重によりバルブ１５が開口部１３を閉
塞するように付勢される。つまり、質量体２１はバルブ
１５に対してほぼ９０度の回転角位相をもつと共に、回
転軸１４の半径方向に所定の距離だけ隔てられた状態
で、プレート２２を介して連結される。

【００３０】したがって、バルブ１５の閉弁力は質量体
２１の重量と、回転軸１４からの距離に応じて調整され
る。

【００３１】また、回転軸１４の一部にはストッパー２
７が設けられており、ストッパー２７とバッフル板７と
の間には、ストッパー２７が直接バッフル７に接触して
打音を発生するのを防止するため、緩衝材または、衝撃
緩和スプリング等２８が設けられている。

【００３２】次に作用について説明する。

【００３３】バルブ１５が開くときの作動状態を図３に
示す。プレート２２の先端の質量体２１はバルブ１５に
対して９０度の位置に取付けられていることから、バル
ブ１５の閉弁状態にあっては、車両の進行方向によら
ず、加速時または減速時に質量体２１が閉弁力に寄与す
ることはなく、質量体２１の質量ｍと回転軸１４から質
量体２１までの距離Ｌにより、バルブ１５の初期閉弁力
（トルク）＝ｍｇＬは適宜設定される（ただしｇは重力
加速度）。

【００３４】したがって共鳴室５の圧力がこの閉弁力に
達したときに、バルブ１５は開き始め、排気ガスは開口
部１３を車両の進行方向へと通り抜ける。

【００３５】図４は、バルブ１５の開度θに対して、車
両の種々の加速状態における閉弁力の計算結果を表した
ものである。加速の状態が、０.５Ｇ、０.３Ｇ加速、０
Ｇ（定常走行）において、いずれも初期閉弁力（開度θ
＝０）よりバルブ１５が開くのに応じて閉弁力は小さく
なっていく。

【００３６】 これは図３に示すように開口部１３の排
気ガス流れ方向を車両進行方向となるようにバルブ１５
を配置したため、バルブ１５が少しでも開けばプレート
２２が傾斜し、質量体２１に作用する車両の加速度に応
じてバルブ１５を開こうとする開弁力が作用すると同時
に、自重による閉弁力もバルブ開度が大きくなればなる
ほど回転モーメントが小さくなり、減少するためであ
る。

【００３７】したがって共鳴室５の圧力が設定された開
弁圧力よりも少しでも高まると、バルブ１５は一気に全
開状態に向けて作動することになる。このため、バネを
閉弁力として使用した場合は、バルブ１５の開度が大き
くなるほど反発力も増大し、排気圧力損失が大きくなっ
てしまうが、本発明では、バルブ１５の開度が増すほど
閉弁力が小さくなり、排気流量が増大する運転領域にお
いて排気圧力損失を大幅に低減することが可能となる。
とくに車両の加速時など排気圧力損失が小さくなり、加
速性能の改善にも寄与する。

【００３８】また、一方でバルブ１５の閉弁力としてバ
ネを使用していないため、マフラ室内の温度によるバネ
特性変化がなく、共鳴室内の設定した圧力で常に正確に
バルブ１５を開閉することが可能となる。

【００３９】 排気ガスの脈動入力によりバルブ１５は
回転軸１４を軸として回転方向に加振されることになる
が、回転軸を中心として回動するプレート２２には質量
体２１が取付けられ、回転系の慣性モーメントを大きく
している関係で、脈動入力に対するバルブ１５の応答、
つまりバタツキ現象を小さくすることができる。

【００４０】つまり、質量体２１の質量を大きく、ある
いは回転軸１４からの距離を長くすれば、それだけバル
ブ１５のバタツキを小さく抑制でき、バルブ１５がバッ
フル板７に接触して発生する打音を低減し、また打音抑
制のために取付けられた緩衝材２８の劣化を防ぐことも
できる。

【００４１】車両の減速時にはプレート２２の質量体２
１には閉弁方向に減速加速度が作用すると同時に、排気
ガス量が急激に減少して共鳴室内圧力が小さくなるた
め、バルブ１５を速やかに閉弁させることができ、した
がって減速時にも正常な作動状態が期待できる。

【００４２】次に図５、図６の第２の実施の形態につい
て説明する。

【００４３】この実施の形態は、第１の質量体２１を取
付けたプレート２２の回転軸１４の延長上、つまり回転
軸１４を挟んで反対側にプレート２９を取付け、または
延設し、このプレート２９に第２の質量体３０を取付け
たものである。

【００４４】バルブ１５が開くときの作動状態を図７に
示す。

【００４５】図からも明らかなように、回転軸１４を中
心にして一体に回転する２つのプレート２２と２９に取
付けた第１、第２の質量体２１、３０が、自重により発
生させるバルブ１５の閉弁力は互いに相反する方向に作
用する。一方、バルブ１５に関する慣性モーメントは、
これら質量体２１、３０の質量を増すほど大きくなり、
これにより排気ガス脈動に対するバルブ１５の応答特性
を小さくできる。

【００４６】この結果、質量体２１、３０を付加するこ
とにより、バルブ１５の閉弁力を大きくすることなく、
つまり排気圧力損失を増大させることなく、バルブ１５
の排気脈動によるバタツキ抑制効果を高められるのであ
る。

【００４７】図８の第３の実施の形態について説明する
と、ここでは、第１拡張室２と第２拡張室３とを仕切る
バッフル板６に開口部１３を設け、この開口部１３を車
両進行方向と逆方向に排気ガスが流れるように開閉する
バルブ１５が設けられる。

【００４８】バルブ１５は水平な回転軸１４と一体に回
転するが、プレート２２はバルブ１５と直角にはなら
ず、そのなす角度がほぼ９０度から１８０度の範囲内と
なるように設定されている。この場合は、交角がほぼ１
３５度に設定され、プレート２２の先端には質量体２１
が取付けられ、これによりバルブ１５を閉弁方向に付勢
している。

【００４９】バルブ１５が開くときの作動状態を図１０
に示す。質量体２１はバルブ１５に対してほぼ９０度か
ら１８０度の位置に取付けられていることから、車両の
加速時には、質量体２１の慣性力により発生するモーメ
ントが、バルブ１５の閉弁力を高める方向に寄与する。
したがって、質量体２１に作用する慣性力および自重に
よるそれぞれの閉弁力の合力に基づいて初期閉弁力が設
定される。

【００５０】いま、第１拡張室２の排気圧力が設定圧力
を越えると、前記した合力の閉弁力に打ち勝ってバルブ
１５は開き始める。

【００５１】ここでバルブ１５の開度θに対しての、車
両の種々の加速状態におけるバルブ閉弁力の計算結果を
図１１に示す。

【００５２】車両の加速度が、０.５Ｇ、０.３Ｇ加速、
０Ｇ（定常走行）において、いずれも初期閉弁力よりバ
ルブ１５の開度が増すに伴い閉弁力は小さくなってい
き、また、この閉弁力は加速度が小さいほど相対的に小
さくなる。

【００５３】これは図１０に示すように、開口部１３の
排気ガス流れ方向を車両進行方向と反対となるようにバ
ルブ１５を配置し、かつ質量体２１を配置したプレート
２２の傾きが９０度から１８０度となるようにしたため
で、自重による閉弁力はバルブ開度が大きくなるにした
がって小さくなり、また質量体２１に作用する慣性力に
よる閉弁力は加速度が減少するほど小さくなる。

【００５４】したがって第１拡張室２の圧力が設定され
た圧力よりも少しでも高まると、バルブ１５は一気に全
開状態になることになり、バルブ１５の開弁後の広い運
転領域において排気圧力損失を大幅に低減することがで
きる。そしてこの傾向は、車両の加速度合が小さい定常
運転領域ほど強まり、たとえば中、高回転領域で定常運
転するときなど出力性能の向上に効果を生じる。

【００５５】次に図１２、図１３に第４の実施の形態を
示す。

【００５６】この実施形態は、第３の実施形態に対し
て、第１の質量体２１を取付けたプレート２２と回転軸
１４とを結ぶ延長上にプレート２９を取付け、このプレ
ート２９に第２の質量体３０を取付けた点において相違
する。

【００５７】バルブ１５が開くときの作動状態を図１４
に示すが、回転軸１４を中心にして回転する２つのプレ
ート２２、２９上の第１、第２の質量体２１、３０は、
自重により発生させる閉弁力が相反する方向に作用する
ため、閉弁力を増加させることなく、回転慣性モーメン
トを大きくできる。この結果、バルブ１５による排気圧
力損失を増加させずに、バルブ１５の排気ガス脈動に対
する応答を小さくして、バルブ１５のバタツキ現象を効
果的に抑制しうる。

【００５８】

【発明の効果】 第１の発明において、質量体によるバ
ルブの閉弁力は、バルブの開度に応じて変化し、このた
めバルブが大きく開いたときの排気圧力損失を大幅に低
減することが可能となり、とくにこの閉弁力は排気ガス
の温度によらず一定に維持され、したがって運転条件に
よって排気騒音の低減特性や出力性能の向上特性が変動
することなく、常に目標通りの性能を維持できる一方、
質量体によりバルブの慣性モーメントが増加し、排気圧
力脈動を受けて生じるバルブのバタツキ現象を抑制で
き、打音の発生を低減すると共にバルブや回転軸の軸受
の耐久性を向上させられる。また、第１と第２の質量体
により慣性モーメントを大きくして、バルブの閉弁力を
増すことなく、バルブのバタツキ現象を効果的に抑制す
ることができる。

【００５９】第２の発明によれば、バルブの開度が大き
くなるほど閉弁力が小さくなり、このため高出力運転状
態での排気圧力損失を大幅に低減することができる。ま
た、車両の加速度に大きさに応じてバルブ開弁力が増加
し、加速時など排気圧力損失の低減し、加速性能の改善
に寄与する。

【００６０】

【００６１】 第３の発明によれば、バルブの開度の増
加にしたがって急激にバルブ閉弁力を小さくすることが
でき、バルブが開弁する広い運転領域で排気圧力損失を
大幅に低減することが可能となる。また、車両の加速度
に応じてバルブの閉弁力が変化し、定常走行時ほど排気
圧力損失を低減させられる。

【００６２】

【００６３】 第４の発明によれば、エンジン停止時な
どを含めてバルブを確実に閉弁保持し、また微小開度に
おいてバルブがバタツキ現象を起こしたときなどの打音
を減衰することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示す断面図であ
る。

【図２】同じくそのバルブの詳細図で、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図、（Ｃ）はＹ矢視図である。

【図３】同じくバルブの作動状態を示す説明図で、
（Ａ）は閉じた状態、（Ｂ）は開いた状態を示す。

【図４】同じくバルブの加速時における閉弁力特性を示
す特性図である。

【図５】第２の実施の形態を示す断面図である。

【図６】同じくそのバルブの詳細図で、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）はＣ−Ｃ断面図、（Ｃ）はＹ矢視図である。

【図７】同じくバルブの作動状態を示す説明図で、
（Ａ）は閉じた状態、（Ｂ）は開いた状態を示す。

【図８】第３の実施の形態を示す断面図である。

【図９】同じくそのバルブの詳細図で、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図、（Ｃ）はＹ矢視図である。

【図１０】同じくバルブの作動状態を示す説明図で、
（Ａ）は閉じた状態、（Ｂ）は開いた状態を示す。

【図１１】同じくバルブの加速時における閉弁力特性を
示す特性図である。

【図１２】第４の実施の形態を示す断面図である。

【図１３】同じくそのバルブの詳細図で、（Ａ）は平面
図、（Ｂ）はＣ−Ｃ断面図、（Ｃ）はＹ矢視図である。

【図１４】同じくバルブの作動状態を示す説明図で、
（Ａ）は閉じた状態、（Ｂ）は開いた状態を示す。

【図１５】従来例を示す断面図である。

【図１６】同じくそのバルブの詳細図で、（Ａ）は正面
図、（Ｂ）はＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】 １ マフラ ２ 第１拡張室 ３ 第２拡張室 ５ 共鳴室 ６ バッフル板 ７ バッフル板 ９ インレットチューブ １０ パスチューブ １１ 第１テールチューブ １２ 第２テールチューブ １３ 開口部 １４ 回転軸 １５ バルブ ２１ 質量体 ２２ プレート ２３ 軸受 ２９ プレート ３０ 質量体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡本 安弘 東京都中野区南台５丁目24番15号 カル ソニック株式会社内 (56)参考文献 実開 昭47−33055（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−80615（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭45−12645（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 1/08 F01N 1/02 F02D 9/04

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マフラ内部のバッフル板に設けられた開
   口部を、排気ガスの圧力により回転軸を中心に回転して
   開閉するバルブを備えた自動車用排気消音装置におい
   て、 バルブの回転軸をほぼ水平方向に配置し、 バ ルブの回転軸心から半径方向に離れかつバルブと同軸
   で回転する質量体をバルブに連結する一方、前記質量体
   と回転軸とを結ぶ延長上で回転軸の反対側に配置した第
   ２の質量体をバルブに連結し、バルブに所望の閉弁力を
   付与するようにしたことを特徴とする自動車用排気消音
   装置。
2. 【請求項２】 前記質量体はバルブに対してバルブの回
   転方向に略９０度の角位相をもって配置され、バルブは
   略鉛直位置において開口部を閉じると共に、車両の進行
   方向と同一方向に開口部を流れるように設定した排気ガ
   スに対抗して開口部を閉じるように付勢される請求項１
   に記載の自動車用排気消音装置。
3. 【請求項３】 前記質量体はバルブに対してバルブの回
   転方向に略９０度から略１８０度の角位相をもって配置
   され、バルブは略鉛直位置において開口部を閉じると共
   に、車両の進行方向と反対方向に開口部を流れるように
   設定した排気ガスに対抗して開口部を閉じるように付勢
   される請求項１に記載の自動車用排気消音装置。
4. 【請求項４】 前記バルブを閉弁位置で停止させるスト
   ッパーを設け、このストッパーの当接位置に緩衝材を設
   けた請求項1〜３のいずれか一つに記載の自動車用排気
   消音装置。