JP4508224B2 - 内燃機関の排気消音装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気消音装置、特に内燃機関の低回転域における消音効果が要求される内燃機関の排気消音装置に関する。

近時、内燃機関を搭載した自動車等の車両においては、その燃費向上のためにきめ細かな電子制御がなされており、低スロットル開度・低回転で走行するような状況が多くなっている。そのような中で、内燃機関の排気消音装置においては、不快な低周波の排気音に対する高度な消音性能要求に応えるべく、内燃機関からの排気を消音するメインマフラとは別に、そのメインマフラよりマフラ容量が小さいサブマフラを設け、消音量の補足や排気経路の共振特性の改善を図ることがなされている。

従来のこの種の内燃機関の排気消音装置としては、例えば、排気経路中にサブマフラとその下流側に位置する大容量のメインマフラとを備え、そのメインマフラが、排気管路を形成するとともに多孔を有する多孔内管と、その多孔内管を収納するとともに取り囲む長いケーシングと、多孔内管とケーシングの間の円筒状の空間に充填された吸音材とを有するものが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。

また、フロント側にメインマフラを配置する一方で、排気管の後端側にリヤマフラを設けたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。

さらに、サブマフラに共鳴穴とそれに連通する共鳴室とを設けた二重共鳴管を採用するもの（例えば、特許文献４参照）、あるいは、排気管の中間部を二重共鳴管構造としてメインマフラの小型化を図ったもの（例えば、特許文献５参照）が知られている。
特開昭６３−６１５１９号公報 特開昭６３−１１０６４１号公報 特開２００６−２９２２４号公報 特開昭６１−１９０４１３号公報 特開２００５−１０５９１８号公報

しかしながら、上述のような従来の内燃機関の排気消音装置にあっては、図８（ａ）に示すように、下流側のマフラの位置が排気管の出口（排気口）に近い場合には、アイドル振動域に近い低周波領域の排気音に対する消音性能が十分に得られなかった。すなわち、メインマフラとサブマフラの間の排気管路長が長く、その区間で発生する気柱共鳴が非常に低い周波数（例えば３０Ｈｚ〜５０Ｈｚ付近）となって排気音が悪化するのに対して、図８（ｂ）に示すように、その共鳴モードの節に近い低音圧・低粒子速度の位置にマフラが配置されていたため、消音効率が悪くなっていた。そのため、マフラ容量を抑えることができず、装置のコンパクト化やコスト低減が困難であった。

一方、下流側のマフラが排気管の出口（排気口）から離れ、下流側のマフラの両側に配管長が同等な排気管が存在する場合には、これら両側の排気管の共鳴周波数が一致してしまうことで、比較的高い周波数（例えば１５０Ｈｚ〜１８０Ｈｚ付近）の排気音を励起してしまうという難点があった。

また、吸音材を用いるマフラが比較的高い周波数の消音に適し、マフラ容量が大きいほど消音効果が高いという認識から、吸音材を用いるマフラを上述したような低い周波数の排気音の消音に効果的に利用できていなかった。そして、その点からも、マフラ容量を抑えることができず、装置のコンパクト化やコスト低減が困難であった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、マフラ容量を抑えながらも、低周波の排気音の消音性能にも比較的高周波の排気音の消音性能にも優れたコンパクトな低コストの排気消音装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の排気消音装置は、上記目的達成のため、内燃機関からの排気管路および排気口を形成する排気管と、前記内燃機関からの排気を消音するよう前記排気管に装着されたマフラと、を備えた内燃機関の排気消音装置において、前記マフラが、メインマフラと、前記メインマフラよりマフラ容量が小さく前記排気管に装着されたサブマフラとによって構成され、前記サブマフラが、前記排気管路の一部を形成するとともに多孔を有する多孔内管と、前記多孔内管を収納するとともに取り囲むケーシングと、前記多孔内管と前記ケーシングの間の空間に充填された吸音材と、を有し、前記ケーシングが、前記サブマフラの両側の排気管の配管長さが同等になるように前記メインマフラの出口から前記排気管の排気口までの第１の排気管路の長さ方向の中央部に配置されるとともに、前記第１の排気管路の長さに対応して発生する低周波の排気音の減音に適する大断面積の吸音材収納空間を前記多孔内管の周囲に形成し、前記第１の排気管路のうち、少なくとも前記メインマフラの出口から前記サブマフラの入口までの第２の排気管路、または、前記サブマフラの出口から前記排気管の排気口までの第３の排気管路の途中に、前記第２の排気管路と前記第３の排気管路との共鳴周波数を相違させる穴が形成されていることを特徴とするものである。

この構成により、サブマフラを中央にした長い第１の排気管路で発生する気柱共鳴が非常に低い周波数となっても、その低周波の共鳴モードの腹に近く、音圧・粒子速度共に高くなる第１の排気管路の中央部に、多孔内管とその周りの吸音材を有する大断面のサブマフラが配置されることで、その低い周波数の気柱共鳴音を効率良く消音できる。しかも、サブマフラの両側の第２の排気管路と第３の排気管路の配管長さが同等であっても、第２の排気管路または第３の排気管路に形成された穴がこれらの共鳴周波数を相違させることで、共鳴周波数の一致により比較的高い周波数の排気音が励起されることもない。さらに、多孔内管を有するマフラの圧力抵抗は拡張タイプの消音構造に比べると通常の排気管なみに小さいので、排気抵抗も抑えられる。したがって、マフラ容量を抑えながらも、低周波の排気音の消音性能にも比較的高周波の排気音の消音性能にも優れた、コンパクトな低コストの排気消音装置となる。なお、ここにいうサブマフラの断面は、排気管路と直交する横断面である。

上記の内燃機関の排気消音装置は、前記穴に連通する共鳴室を形成するよう前記排気管の一部に共鳴管が装着されたものであるのが好ましい。

この場合、穴によって第２の排気管路と第３の排気管路の共鳴周波数を相違させるのみならず、共鳴管による消音効果も期待できる。

この内燃機関の排気消音装置においては、前記共鳴管が、前記排気管の一部を取り囲み、二重共鳴管が構成されているのがよい。

この構成により、共鳴管による消音効果を確保しつつその設置スペースを抑えることができる。

前記共鳴管は、前記穴を取り囲むとともに前記排気管から分岐した一端閉止型の共鳴管であってもよい。

この構成により、共鳴管を排気管と同様な接続方法で装着でき、製作が容易となる。

また、前記共鳴管が前記排気管のうち前記第３の排気管路を形成する部分に装着されているのが好ましい。

この場合、共鳴管を設置し易く、排気口付近での確実な消音効果も期待できる。

本発明に係る内燃機関の排気消音装置においては、前記大断面積が、前記多孔内管の管路断面積の１５倍を超えるのが好ましく、前記多孔内管の管路断面積の２０倍から２５倍であることが望ましい。

この構成により、ケーシングにより多孔内管の背後に形成される吸音材収納空間がその内部の吸音材の吸音作用との協働による消音効果に効果的な大きさとなり、十分な消音効果が期待できる。

また、本発明に係る内燃機関の排気消音装置においては、前記サブマフラが、前記第１の排気管路の管路方向において前記メインマフラより全長が短いものであっても好ましい。

この場合、吸音材を無駄に収容することがなく、サブマフラの製造コストおよび設置スペースを抑えることができる。また、スペースの制限される車体下面側にサブマフラが容易に配置できる。

本発明によれば、長い第１の排気管路の低周波の共鳴モードの腹に近く、音圧・粒子速度共に高くなる第１の排気管路の中央部に、多孔内管とその周りの吸音材を有する大断面のサブマフラを配置しているので、排気抵抗を抑えつつその低い周波数の気柱共鳴音を効率良く消音することができ、しかも、サブマフラの両側の第２の排気管路と第３の排気管路の配管長さが同等であっても、少なくとも第２の排気管路または第３の排気管路に形成した穴によってこれらの排気管路の共鳴モードを相違させているので、共鳴周波数の一致により比較的高い周波数の排気音が励起されることを防止することができる。その結果、マフラの容量を抑えながらも、低周波の排気音の消音性能にも、比較的高周波の排気音の消音性能にも優れた、コンパクトな低コストの排気消音装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の排気消音装置の概略構成を示す模式図であり、図２はその内燃機関の排気消音装置の排気管レイアウトを示す平面図、図３（ａ）はそのサブマフラの横断面図、図３（ｂ）はそのサブマフラの縦断面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態においては、車両用内燃機関であるエンジン１に排気管１０が接続されている。エンジン１は、多気筒内燃機関、例えば直列４気筒の４サイクルエンジンで構成され、図示しないエンジンマウントにより車体側に支持されている。また、このエンジン１には排気マニホールド２が締結されており、その排気マニホールド２の集合管部（詳細は図示しない）が排気管１０に接続されている。

排気管１０は、その上流端側を構成するフロントパイプ１１と、このフロントパイプ１１にフランジ結合あるいは球面管継手結合された一端部を有するセンターパイプ１２と、センターパイプ１２の他端部にフランジ結合されたリヤパイプ１３とによって構成されており、車両の前後方向に延在している。

また、センターパイプ１２の上流端側にはメインマフラ２１が装着されており、メインマフラ２１の出口から排気管１０の下流端の排気口１３ｅまでの第１の排気管路Ｌ１の略中央に位置するように、センターパイプ１２の中間部分にはメインマフラ２１よりマフラ容量が小さいサブマフラ２２が装着されている。

図２に示すように、排気管１０は、メインマフラ２１に装着された左右の取付ブラケット２１ａ、２１ｂと、サブマフラ２２の近傍でセンターパイプ１２に装着された取付ブラケット１２ｂと、リヤパイプ１３に装着された取付ブラケット１３ａ、１３ｂとを介して、車体側に支持されている。

メインマフラ２１は、エンジン１からの排気音を排気管１０中で低減させる公知の消音器で構成され得るものであり、詳細は図示しないが、本実施形態においては、その入口側に排気浄化用の触媒ユニット２１ｃを内蔵し、その周囲および下流側に拡張型や共鳴型の消音室を形成して消音作用および断熱膨張による排気冷却作用をなすようになっている。

サブマフラ２２は、図３に示すように、排気管１０の途中で排気管路の一部を形成するとともに多孔を有する円形断面の多孔内管３１と、多孔内管３１を収納するとともに取り囲むケーシング３２と、多孔内管３１とケーシング３２の間に充填された例えばグラスウールからなる繊維型の吸音材３３とを有している。

ここで、ケーシング３２は、対向する一対の凹状ケース部材３２ａ、３２ｂを接合して多孔内管３１を固定保持するとともに、多孔内管３１の周囲に吸音材３３を収納する吸音材収納空間３４を形成している。そして、サブマフラ２２は、ケーシング３２によって内部の多孔内管３１の周囲（孔の背後）に空洞を形成することで共鳴型の消音効果を発揮するとともに、その空洞に吸音材３３を収納することで吸音材３３による吸音（音圧振動を熱エネルギに変換する）の効果を発揮させるようになっている。

また、ケーシング３２は、図２に示すように、メインマフラ２１の出口から排気管１０の排気口１３ｅまでの第１の排気管路Ｌ１の長さ方向の中央部で排気管１０に固定されるとともに、エンジン１の低回転域において第１の排気管路Ｌ１の長さに対応して発生する低周波（例えば３０Ｈｚ〜５０Ｈｚ）の排気音を減音するのに適した大断面積を有し、その断面積で通常設定される長さよりも短い吸音材収納空間３４を形成している。ここにいう大断面積とは、例えば多孔内管３１の管路断面積の２０倍から２５倍の断面積であり、吸音材３３の充填量や性状等により異なるにしても、少なくとも多孔内管３１の管路断面積の１５倍を超えるものであるのが好ましい。多孔内管３１の孔は等ピッチで全周に形成されており、その孔径はこの種の金属製多孔管の孔の打抜き加工に適した通常の４ｍｍ（直径）程度である。

このようなサブマフラ２２は、第１の排気管路Ｌ１の管路方向においてメインマフラ２１よりも全長が短くなっており、そのサブマフラ２２が、エンジン１を搭載した車両の燃料タンクＴとリヤサスペンションメンバＭとの間に配置されている。

また、第１の排気管路Ｌ１のうち、サブマフラ２２の出口から排気管１０の排気口１３ｅまでの第３の排気管路Ｌ３の途中に位置するように、排気管１０には、第２の排気管路Ｌ２と第３の排気管路Ｌ３との共鳴周波数を相違させる穴である共鳴穴４１（図１、図２参照）が形成されている。この共鳴穴４１は、第２の排気管路Ｌ２と第３の排気管路Ｌ３とのうち少なくとも一方、例えば排気管１０の第３の排気管路Ｌ３の一部を形成するリヤパイプ１３の上流端近傍に形成されており、その形成位置で第３の排気管路Ｌ３を開口端化させる穴径を有している。なお、ここでの共鳴周波数を相違させる穴は、第２の排気管路Ｌ２と第３の排気管路Ｌ３とに例えばサブマフラ２２からの距離が異なるようにそれぞれ形成されてもよい。

具体的には、サブマフラ２２は、メインマフラ２１より下流側の第１の排気管路Ｌ１の略中央に位置することから、第１の排気管路Ｌ１中におけるサブマフラ２２の両側の排気管路Ｌ２、Ｌ３の配管長さは同等であるが、排気管路Ｌ２、Ｌ３のうち少なくとも一方に共鳴穴４１が形成されていることで、例えばサブマフラ２２の下流側の排気管路Ｌ３の共鳴モードが共鳴穴４１の位置で節をもつものとなり、サブマフラ２２の上流側の排気管路Ｌ２の共鳴モードとは相違することになる。また、共鳴穴４１の存在により、サブマフラ２２の両側の排気管路Ｌ２、Ｌ３における気柱共鳴周波数が相違することになる。

一方、リヤパイプ１３には、共鳴穴４１に連通する共鳴室４２を形成するよう、二重共鳴管４０が装着されている。

二重共鳴管４０は、排気管１０の排気管路の一部を取り囲む内管４３と、その内管４３との間に筒状の共鳴室４２を形成する外管４４とを有しており、内管４３の上流端側に共鳴穴４１が位置している。この二重共鳴管４０は、共鳴穴４１とその背後の共鳴室４２によっていわゆる共鳴型の消音器構造をなしている。このような共鳴型の消音器構造は、一般的には特定周波数の消音に効果的なものであるが、本実施形態における二重共鳴管４０は、サブマフラ２２の下流側の排気管路Ｌ３の途中を共鳴穴４１により開口端化（共鳴モードの節を形成する意）して、サブマフラ２２の両側の排気管路Ｌ２、Ｌ３における気柱共鳴周波数や共鳴モードを相違させるものであるから、共鳴モードコントローラとしての役割を有し、消音器として要求されるほどの容積その他の条件は問われないものである。したがって、共鳴室４２の容積は、例えば１Ｌ（リットル）未満、例えば０．５Ｌ〜０．９Ｌ程度でもよい。

次に作用について説明する。

エンジン１の運転中に、エンジン１の所定の爆発順序に従ってエンジン１から排気管１０内に順次高温・高圧の排気がなされ、排気管１０内の排気圧力がエンジン１の回転に応じて変動することで排気音が発生する。その排気音は、センターパイプ１２内でメインマフラ２１により消音（減音）された後、サブマフラ２２によっても消音され、さらに、二重共鳴管４０内でも若干消音される。また、排気管１０内の排気ガスがメインマフラ２１内での断熱膨張や排気経路中の放熱により冷却される。

ここで、エンジン１が低回転域、例えば１５％程度のスロットル開度で運転されているとすると、長い第１の排気管路Ｌ１において気柱共鳴が生じ、本来なら、その共鳴モードに応じた非常に低い周波数、例えば４０Ｈｚから５０Ｈｚ程度の排気音が増大して不快な排気音となるところであるが、本実施形態では、その低い周波数の気柱共鳴音を効率良く消音することができる。特に、本実施形態では、サブマフラ２２の大断面積が、多孔内管３１の管路断面積の２０倍から２５倍であるので、ケーシング３２により多孔内管３１の背後に形成される吸音材収納空間３４がその内部の吸音材３３の吸音作用との協働による消音効果に効果的な大きさとなり、十分な消音効果が期待できる。

すなわち、図４（ａ）に示すように第１の排気管路Ｌ１で支配的となる低い周波数の共鳴モードの腹に近く、音圧・粒子速度共に高くなる第１の排気管路Ｌ１の略中央部に、多孔内管３１とその周りの吸音材３３を有する大断面のサブマフラ２２が配置されているので、低回転域での大幅な消音効果が得られる。

一方、第１の排気管路Ｌ１の略中央部にサブマフラ２２を配置しただけでは、第２の排気管路Ｌ２と第３の排気管路Ｌ３の共鳴周波数が一致することにより、例えば２００Ｈｚ付近で図４（ｂ）に示すような共鳴モードが生じてしまい、比較的高い周波数の排気音に対する消音性能が低下してしまうところであるが、本実施形態では、サブマフラ２２の両側の第２の排気管路Ｌ２と第３の排気管路Ｌ３の配管長さが同等であっても、第３の排気管路Ｌ３に形成された共鳴穴４１が第３の排気管路Ｌ３を途中で開口端化してこれら排気管路Ｌ２、Ｌ３の気柱共鳴周波数を相違させているので、第２の排気管路Ｌ２と第３の排気管路Ｌ３の共鳴周波数が一致することにより比較的高い周波数の排気音に対する消音性能が低下してしまうといった問題も生じない。

したがって、メインマフラ２１やサブマフラ２２の容量を抑えながらも、低周波の排気音の消音性能にも比較的高周波の排気音の消音性能にも優れた、コンパクトな低コストの排気消音装置となる。

図５は、そのような本実施形態の排気消音装置の消音効果をその装置構成を部分的に異ならせた複数の比較例と比較して示す消音特性図であり、縦軸は加速時における一次の排気音の音圧レベルを示し、横軸はエンジン爆発１次周波数およびエンジン回転数を示している。

図５（ａ）において、実線ＭＡ１で示す比較例１は、メインマフラとサブマフラが離れ、サブマフラが排気口付近に配置された従来方式のものであり、実線ＭＡ２で示す比較例２は、メインマフラとサブマフラが離れ、サブマフラが排気口付近に配置された従来方式のものでサブマフラ容量を比較例１の２倍に増大させたものであり、破線ＰＩ１で示す実施例１は、本実施形態の構成を有するもののマフラ容量自体は比較例１と同程度のものである。

この図５（ａ）から、破線ＰＩ１で示す実施例１では、第１の排気管路Ｌ１の略中央部にサブマフラ２２を配置したことにより、サブマフラ２２の容量を比較例２のように増やすことなく、比較例１に比べると、４０Ｈｚ〜５０Ｈｚ付近の低周波数の排気音の音圧レベルを効果的に低減させることができることがわかり、比較例２の消音効果よりも消音効果に寄与し得ることがわかる。

図５（ｂ）において、点線ＭＡ３で示す比較例３は、サブマフラ２２の断面積を多孔内管３１の管路断面の６．４倍にしてものであり、点線ＭＡ４で示す比較例４は、吸音材３３をなくした大断面積のものである。また、破線ＰＩ２で示す実施例２は、サブマフラ２２の断面積を多孔内管３１の管路断面の２０．２倍にしたものであり、実線ＰＩ３で示す実施例３は、サブマフラ２２の断面積を多孔内管３１の管路断面の２５．３倍にしたものである。

この図５（ｂ）から、サブマフラ２２の断面積が実施例２、３のように多孔内管３１の管路断面の２０倍から２５倍程度あれば不快な低周波数の排気音に対する大幅な消音効果が期待できるが、比較例３のように多孔内管３１の管路断面の１０倍に満たない程度の断面積ではその効果が期待できないことがわかり、比較例４のように吸音材３３を設けないと十分な消音効果が得られなくなることがわかる。

図６は、共鳴穴４１を有する二重共鳴管４０による消音効果を示す実験結果であり、縦軸は一次の排気音の音圧レベルを示し、横軸はエンジン爆発１次周波数およびエンジン回転数を示している。また、同図（ａ）には加速時における一次の排気音の音圧レベルを、同図（ｂ）には減速時における一次の排気音の音圧レベルを、それぞれ示している。

図６中の二点鎖線Ａは排気消音装置による消音の目標ラインを示し、点線ＭＡ５で示す比較例５はサブマフラ２２の下流側の共鳴穴４１および二重共鳴管４０を取り除いたものであり、実線ＰＩ４で示す実施例４は共鳴穴４１および二重共鳴管４０を有する前述の第１の実施形態の構成を有するものであり、破線ＰＩ５で示す実施例５は二重共鳴管４０に代えてサイドブランチ型の消音構造としたもので、その構成自体は、第２の実施の形態として後述する。

図６から、第１の排気管路Ｌ１の略中央部にサブマフラ２２を配置しただけでは、第２の排気管路Ｌ２と第３の排気管路Ｌ３の共鳴周波数が一致することにより、１８０Ｈｚ付近の比較的高い排気音域で消音性能が低下してしまうことがわかる。これに対し、実施例４、５では、１１０Ｈｚ付近で比較例５よりも若干悪化しているが、１８０Ｈｚ付近の音域で目標とする消音効果が確実に得られている。

このように、本実施形態では、共鳴穴４１に連通する共鳴室４２を形成するよう排気管１０の一部に二重共鳴管４０を装着し、共鳴穴４１によって第２の排気管路Ｌ２と第３の排気管路Ｌ３の共鳴周波数を相違させているので、比較的高い排気音域の不快な排気音の消音性能が確保できる。また、本実施形態では、二重共鳴管４０による消音効果も期待し得ることになる。

さらに、排気管１０の一部を取り囲む二重共鳴管４０によって、消音効果を確保しながらも、その共鳴管設置スペースを抑えることができ、二重共鳴管４０が排気管１０のうち第３の排気管路Ｌ３を形成するリヤパイプ１３の部分に装着されているので、二重共鳴管４０を設置し易く、排気口１３ｅ付近での確実な消音効果も期待できる。

また、サブマフラ２２が、第１の排気管路Ｌ１の管路方向においてメインマフラ２１より全長が短いので、吸音材３３を無駄に収容することがなく、サブマフラ２２の製造コストおよび設置スペースを抑えることができる。さらに、サブマフラ２２が、エンジン１を搭載した車両の燃料タンクＴとリヤサスペンションメンバＭの間に配置されているので、スペースの制限される車体下面側にサブマフラ２２が容易に配置できることになる。

このように本実施形態の内燃機関の排気消音装置によれば、長い第１の排気管路Ｌ１の低周波の共鳴モードの腹に近く、音圧・粒子速度共に高くなる第１の排気管路Ｌ１の中央部に、多孔内管３１とその周りの吸音材３３を有する大断面のサブマフラ２２を配置しているので、その低い周波数の気柱共鳴音を効率良く消音することができ、しかも、サブマフラ２２の両側の第２の排気管路Ｌ２と第３の排気管路Ｌ３の配管長さが同等であっても、第３の排気管路Ｌ３に形成した共鳴穴４１によってこれらの排気管路Ｌ２、Ｌ３の共鳴モードを相違させているので、共鳴周波数の一致により比較的高い周波数の排気音に対する消音性能が低下してしまうことを防止することができる。その結果、メインマフラ２１やサブマフラ２２の容量を抑えながらも、低周波の排気音の消音性能にも、比較的高周波の排気音の消音性能にも優れた、コンパクトな低コストの排気消音装置を提供することができる。

（第２の実施の形態）
図７は、本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の排気消音装置の概略構成を示す模式図である。なお、本実施形態は、前述の第１の実施の形態と排気管１０のリヤパイプ部の構成のみが異なるのみであるので、ほぼ同一の構成を有する部分には図１〜図３に示す符号を用いて相違点についてのみ詳述する。

本実施形態の内燃機関の排気消音装置においては、共鳴穴４１を取り囲むとともに排気管１０のリヤパイプ１３から分岐した一端閉止型の共鳴管５０が設けられている。この共鳴管５０は、特定の周波数の排気音を消音する目的のものであれば、共鳴穴４１の位置を消音効率の高い位置に選定する必要があるが、本実施形態では、共鳴穴４１は、排気管路Ｌ２、Ｌ３の共鳴周波数を相違させて比較的高い周波数の排気音に対する消音性能が低下しないようにするものであるから、その共鳴穴４１の位置や共鳴管５０の長さは設定の自由度が高い。また、共鳴管５０を排気管１０と同様のパイプを用いて溶接等の簡単な接続方法で装着できることから、製作が容易となり、コスト低減に寄与し得るものとなる。

なお、上述の各実施形態においては、サブマフラ２２を第１の排気管路Ｌ１の中央に配置するものとしたが、共鳴モードの節側でなく腹側に配置されれば、低周波の消音効果は期待できる。また、共鳴穴４１はサブマフラ２２の下流側に配置したが、上流側に配置することも考えられる。さらに、サブマフラ２２の断面積は多孔内管３１の管路断面の２０倍から２５倍程度としたが、吸音材３３の効果的な吸音作用やそれ自体の共振を効果的に利用することで、多孔内管３１の１５倍以上であれば低周波音の消音効果が期待できる。多孔内管３１の孔径を小さくしたり、その丸い孔をスリットにしたり、大小異なる複数種の孔径としてもよい。また、サブマフラ２２の全長は、例えば楕円形のような非円形の断面形状である場合にその長径より短くてもよいし、多孔内管３１のケーシング３２に対する装着位置は楕円形断面の図心上にあっても図心から外れていてもよい。吸音材３３は、例えばグラスウールとしたが、ステンレスウールその他の繊維型の吸音材を使用してもよい。

以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気消音装置は、長い排気管路での共鳴モードの腹に近い位置にマフラを配置し、かつ、配管長さの同等なマフラ両側の排気管の少なくとも一方に穴を形成してそれら両側の排気管の共鳴周波数を相違させるようにしているので、低周波の排気音の消音性能にも、比較的高周波の排気音の消音性能にも優れた、コンパクトな低コストの排気消音装置を提供することができるという効果を奏し、メインマフラとサブマフラを備える場合に、長い第１の排気管路の低周波の共鳴モードの腹に近く、音圧・粒子速度共に高くなる第１の排気管路の中央部に、多孔内管とその周りの吸音材を有する大断面のサブマフラを配置しているので、その低い周波数の気柱共鳴音を効率良く消音することができ、しかも、サブマフラの両側の第２の排気管路と第３の排気管路の配管長さが同等であっても、第２の排気管路または第３の排気管路に形成した穴によってこれらの排気管路の共鳴モードを相違させているので、共鳴周波数の一致により比較的高い周波数の排気音に対する消音性能が低下してしまうことを防止することができ、マフラの容量を抑えながらも、低周波の排気音の消音性能にも比較的高周波の排気音の消音性能にも優れたコンパクトな低コストの排気消音装置を提供することができるという効果を奏するものであり、内燃機関の排気消音装置、特に内燃機関の低回転域における消音効果が要求される内燃機関の排気消音装置全般に有用である。

本発明の第１の実施の形態に係る内燃機関の排気消音装置の概略構成を示す模式図である。 第１の実施の形態に係る内燃機関の排気消音装置の排気管レイアウトを示す平面図である。 第１の実施の形態に係る内燃機関の排気消音装置のサブマフラの断面を示す図で、（ａ）はそのサブマフラの横断面図、（ｂ）はそのサブマフラの縦断面図である。 第１の実施の形態に係る内燃機関の排気消音装置により消音しようとする排気音を生じさせる排気管路中の共鳴モードの説明図であり、（ａ）は第１の排気管路で支配的となり不快な低い周波数の排気音を生じる共鳴モードを示し、（ｂ）は第１の排気管路の中央部に吸音材入りサブマフラを配置しただけの場合にその前後に生じる比較的高い周波数の共鳴モードを示している。 第１の実施の形態に係る内燃機関の排気消音装置の消音効果をその装置構成を部分的に異ならせた複数の比較例と比較して示す消音特性図であり、縦軸は加速時における一次の排気音の音圧レベルを示し、横軸はエンジン爆発１次周波数およびエンジン回転数を示している。 第１の実施の形態に係る内燃機関の排気消音装置の共鳴穴を有する共鳴管による消音効果を示す実験結果であり、縦軸は一次の排気音の音圧レベルを示し、横軸はエンジン爆発１次周波数およびエンジン回転数を示している。 本発明の第２の実施の形態に係る内燃機関の排気消音装置の概略構成を示す模式図である。 従来の課題の説明図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 排気マニホールド
１０ 排気管
１１ フロントパイプ
１２ センターパイプ
１２ｂ 取付ブラケット
１３ リヤパイプ
１３ａ、１３ｂ 取付ブラケット
１３ｅ 排気口
２１ メインマフラ（マフラ）
２１ａ、２１ｂ 取付ブラケット
２１ｃ 触媒ユニット
２２ サブマフラ（マフラ）
３１ 多孔内管
３２ ケーシング
３３ 吸音材
３４ 吸音材収納空間
４０ 二重共鳴管
４１ 共鳴穴（穴）
４２ 共鳴室
４３ 内管
４４ 外管
５０ 共鳴管
Ｌ１ 第１の排気管路
Ｌ２ 第２の排気管路
Ｌ３ 第３の排気管路

Claims (9)

1. 内燃機関からの排気管路および排気口を形成する排気管と、前記内燃機関からの排気を消音するよう前記排気管に装着されたマフラと、を備えた内燃機関の排気消音装置において、
   前記マフラが、メインマフラと、前記メインマフラよりマフラ容量が小さく前記排気管に装着されたサブマフラとによって構成され、
   前記サブマフラが、前記排気管路の一部を形成するとともに多孔を有する多孔内管と、前記多孔内管を収納するとともに取り囲むケーシングと、前記多孔内管と前記ケーシングの間の空間に充填された吸音材と、を有し、
   前記ケーシングが、前記サブマフラの両側の排気管の配管長さが同等になるように前記メインマフラの出口から前記排気管の排気口までの第１の排気管路の長さ方向の中央部に配置されるとともに、前記第１の排気管路の長さに対応して発生する低周波の排気音の減音に適する大断面積の吸音材収納空間を前記多孔内管の周囲に形成し、
   前記第１の排気管路のうち、少なくとも前記メインマフラの出口から前記サブマフラの入口までの第２の排気管路、または、前記サブマフラの出口から前記排気管の排気口までの第３の排気管路の途中に、前記第２の排気管路と前記第３の排気管路との共鳴周波数を相違させる穴が形成されていることを特徴とする内燃機関の排気消音装置。
2. 前記大断面積が、前記多孔内管の管路断面積の１５倍を超えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気消音装置。
3. 前記大断面積が、前記多孔内管の管路断面積の２０倍から２５倍であることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気消音装置。
4. 前記穴に連通する共鳴室を形成するよう前記排気管の一部に共鳴管が装着されたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気消音装置。
5. 前記共鳴管が、前記排気管の一部を取り囲み、二重共鳴管が構成されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気消音装置。
6. 前記共鳴管が前記排気管のうち前記第３の排気管路を形成する部分に装着されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の内燃機関の排気消音装置。
7. 前記サブマフラが、前記第１の排気管路の管路方向において前記メインマフラより全長が短いことを特徴とする請求項１ないし請求項６のうちいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気消音装置。
8. 前記共鳴管が、前記穴を取り囲むとともに前記排気管から分岐した一端閉止型の共鳴管であり、前記排気管のうち前記第３の排気管路を形成する部分に装着されていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気消音装置。
9. 前記大断面積が、前記多孔内管の管路断面積の２０倍から２５倍であるとともに、前記サブマフラが、前記第１の排気管路の管路方向において前記メインマフラより全長が短いことを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の排気消音装置。

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