JP4516162B2 - 排気消音装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械、その他の機械に使用される内燃機関の排気消音装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
建設機械などで使用される内燃機関では、燃焼室からの排気音を低減させるためにマフラと称される排気消音装置が排気管に接続されている。
この排気消音装置は、従来より、種々の構造のものが存在するが、建設機械用内燃機関で使用される排気消音装置の従来例として、排気ガスの収縮と拡大とを繰り返して消音するものや、主に、排気ガスを共鳴させ消音するものがある。
【０００３】
排気ガスの収縮拡大を繰り返して消音する従来例が図７に示されている。
図７において、従来の排気消音装置５０は、ドラム状本体５１の内部を４つの室５１Ａ〜５１Ｄに区切る３枚の取付板５２Ａ〜５２Ｃが軸方向に並んで配置され、これらの取付板５２Ａ〜５２Ｃに連通管５３が本体５１と同芯上に支持され、最上流の室５１Ａに臨むように導入管５４の一端部と中間部とが本体５１に固定され、最下流の室５１Ｄに臨むように排出管５５の一端部と中間部とが本体５１に固定された構造である。
【０００４】
取付板５２Ａ〜５２Ｃのうち連通管５３の両端側を支持する取付板５２Ａ，５２Ｃには、それぞれ隣合う室を連通する大きな開口部５２Ｄが形成されている。
連通管５３は、第１の室５１Ａと第４の室６１Ｄに臨む両端部５３Ａが閉塞されるとともに、周面に多数の連通孔５３Ｂが形成されている。
導入管５４は、その一端部５４Ａが閉塞されるとともに、その周面に複数の連通孔５４Ｂが形成されている。排出管５５は、周面に複数の連通孔５５Ｂが形成されるとともに、他端部が大気に開口している。
【０００５】
排気管から送られてきた排気ガスは、導入管５４の連通孔５４Ｂで径方向に整流されて第１の室５１Ａに送られ、第１の室５１Ａから開口部５２Ｄを通って第２の室５２Ｂに送られることで消音される。その後、排気ガスは、連通孔５３Ａを通って収縮して連通管５３の内部に流入し、さらに、軸方向に角度を変更して流通し、連通孔５３Ａを通って第３の室５２Ｃに拡大して送られる。さらに、排気ガスは、第３の室５３Ｃから開口部５４Ｄを通って第４の室５４Ｃに送られ、連通孔５５Ｂを通って排出管５５に流入された後、大気に放出される。
【０００６】
共鳴室を有する排気消音装置の従来例は、ドラム状の本体内部を仕切板で複数の室に区切るとともに、複数の室の一部を排気音を消すための共鳴室とする。
この共鳴室は、周面に共鳴室と開口した連通孔を多数形成した連通管が設けられ、この連通管の両端が上流側と下流側とにそれぞれ隣り合う室と開口されれた構造である。
上流側の室から送られた排気ガスは、その主要部分が連通管を通って下流側の室に送られ、残りが連通孔を通って共鳴室に送られる。共鳴室では排気ガスが反射などしてエネルギーが減衰した後、連通管の内部に戻されて下流側の室に向けて流れる排気ガスと合流する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図７で示される従来の排気消音装置では、隣り合う室を区切る取付板５２Ａ，５２Ｃには、排気ガスを絞るための開口部５２Ｄが形成されているが、この開口部５２Ａの開口面積が大きいので、十分な消音効果が得られない。
つまり、従来例では、消音室は、見かけ上、第１の室５１Ａから第４の室５１Ｄの４室あるが、２枚の取付板５２Ａ，５２Ｃの開口部５２Ｄの開口面積が大きいので、消音室は、実質的に、真ん中の取付板５２Ｂを境に上流側の室と下流側の室との２室となる。２室のみの消音室では、騒音低減効果が少ない。
【０００８】
また、共鳴室を有する従来例では、共鳴室で消音されるのは、排気音のうちある範囲の周波数のみであり、排気音全域の騒音対策には効果がない。
また、共鳴室は内燃機関の機種毎に調整（チューニング）を行わなければならず、設計が煩雑となり、汎用性がない。
その上、共鳴室を設ける場合には、排気消音装置に大きなスペースが必要とされるので、装置自体が大型化される。
【０００９】
本発明の目的は、排気音を十分に消すことができる排気消音装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本件出願人は消音対策の基本原理を十分検討し、合理的な設計をしたものであって、本発明の排気消音装置は、次の構成を備えることによって、上記目的を達成しようとするものである。請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気管に接続される排気消音装置であって、少なくとも３室以上の複数の消音室を有し、これらの消音室のうち最上流の消音室に、前記内燃機関の排気ガスを直接流入させる排気ガス導入口を設けるとともに、最下流の消音室に排気ガスを流出させる排気ガス流出口を設け、かつ、前記最上流の消音室を含む複数の消音室の室間を連通させる連通管を設け、この連通管の両端に隔壁を設けるとともに、連通させようとする室に対応した外周の所定位置に多数の連通孔を設け、前記最上流の消音室に開口している連通孔の全開口面積が下流の消音室であって前記最上流の消音室に隣接した消音室に開口している連通孔の全開口面積より小さく、かつ、前記最上流の消音室に開口している連通孔の全開口面積は前記連通管の断面積より小さく、前記消音室は前記最上流に位置する第１消音室と、前記最下流に位置する第３の消音室と、前記第１の消音室と前記第３の消音室との間に配置された第２の消音室とから構成され、複数の消音室に開口される多数の連通孔が外周に形成されるとともに端部に隔壁が設けられた管を１本あるいは２本備え、前記１本の管の一部あるいは２本の管のうち１本が前記連通管であり、前記連通管に形成される多数の連通孔のうち一部が前記第１の消音室に開口され、残りが前記第２の消音室に開口され、前記第２の消音室に開口する連通孔の全開口面積は前記連通管の断面積より大きいことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、内燃機関で発生する排気ガスは、まず、排気ガス導入口に直接流入されて最上流の消音室に送り込まれて拡大され、排気音が減衰される。最上流の消音室を含む３室以上の複数の消音室の所定の空間は連通管で連通され、この連通管は、両端に隔壁が設けられ外周に多数の連通孔が設けられているので、最上流の消音室に送り込まれた排気ガスは連通孔で絞られた状態で径方向から管内部に送り込まれ、その後、管内部を軸方向に移動し、さらに連通孔で絞られた後拡大して次の消音室に送られる。さらに、この消音室から次の消音室、最終的には、最下流側の消音室に排気ガスが連通管を通じて送り込まれ、排気ガス流出口から外部に放出される。
下流側の消音室に排気ガスが送り込まれる際に、排気ガスは連通管の連通孔によって絞りと拡大とが繰り返されて圧力が損失され、かつ、軸方向と径方向とに流れを変化させることでエネルギーが減衰され、十分な消音効果が得られる。
【００１２】
しかも、請求項１に記載の排気消音装置において、前記最上流の消音室に開口している連通孔の全開口面積が下流の消音室に開口している連通孔のそれぞれの全開口面積より小さいから、小さな開口面積から入って大きな開口面積から出ることになるので、排気ガスが実質的に膨張されることになり、排気音の低減効果が大きいとともに、上流側で発生した気流音が下流側にまで残らない。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気消音装置において、前記複数の消音室のうち最上流の室の容積または最小開口面積をもつ連通管の直後に連通孔が開口している室の容積を最も大きくしたことを特徴とする。
この発明によれば、最上流の室または最小開口面積をもつ連通管の直後に連通孔が開口している室の消音室が十分な容積を有するので、この消音室に送られる排気ガスが急激に拡大することになり、より、排気音を効果的に低減できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の排気消音装置において、前記連通管の両端の隔壁は、小孔の形成などにより一部軸方向に排気ガスの流入・流出を許容して準密閉構造にされていることを特徴とする。
すなわち、連通管の両端の隔壁は完全に密閉されているものに限らず、連通管外周の連通孔からの排気ガスの流入・流出が実質的に行えれば、隔壁に小孔などの連通部が形成されているものでもよい。
この発明によれば、隔壁に設けられた小孔などを連通孔の補助として使用することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の排気消音装置において、前記連通管の断面積は、上流側より下流側の方が大きいことを特徴とする。
下流側に向かって断面積が大きくなると、下流に行くに従って連通管内の排気ガスの流速が減速され、または、連通管内の排気ガスが膨張し、連通管内で発生する気流音を低減することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の排気消音装置において、前記連通管は、全体を１本の連続した連通管により形成されるとともに、前記最上流の消音室と最下流の消音室以外の各消音室の中間位置に連通管内閉め切り用隔壁を形成されたことを特徴とする。
この発明によれば、同一の消音室に複数の連通管を径方向に並べて配置することがないので、排気消音装置を小型化することができる。また、構造が単純化されることで、装置を安価に提供することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の排気消音装置において、前記閉め切り用隔壁の外周位置に、当該各消音室の一部を仕切る仕切壁を設けたことを特徴とする。
この発明によれば、閉め切り用隔壁の上流側の連通孔から流出された排気ガスは仕切壁を迂回して下流側の連通孔に流入することになるため、この仕切壁で排気ガスがもう１つの別個の消音室（ダンピング室）を経由したようになり、消音効果を十分に発揮することができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の排気消音装置において、前記連通管の連通孔の開口面積を排気の流れ方向下流側に向かって小さくしたことを特徴とする。
この発明によれば、連通管内部で軸方向に送られた排気ガスは下流側の隔壁近傍において集中して連通孔から流出しようとするが、連通管の下流側に向けて連通孔の開口面積が小さいため、排気ガスは、所定個所に集中することなく、軸方向に並べられた連通孔から均一に流出することになり、連通管内で発生する気流音を低減することができる。
つまり、上流側に向かうに従って排気ガスの流出がより容易となり、下流側のパイプを絞ったような効果がある。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の排気消音装置において、隣り合う前記消音室同士を仕切る隔壁部に小孔の形成などにより一部の排気ガスをバイパスさせることを特徴とする。
すなわち、隣り合う消音室同士を仕切る隔壁部は完全に密閉されているものに限らず、連通管外周の連通孔からの排気ガスの流入・流出が実質的に行えれば、隔壁部に小孔などが形成されて排気ガスをバイパスさせるものでもよい。
この発明によれば、隔壁部に設けられた小孔などを連通管に形成された連通孔の補助として使用することができる。
【００２１】
通常、連通管内を軸方向に流れる排気ガスは隔壁に当たって隔壁近傍の連通孔から流出するため、連通管の連通孔から流出する排気ガスの速度分布、あるいは、流出量分布をみると、隔壁近傍の速度分布が大きく、あるいは、流出量分布が多く、隔壁から離れるに従って小さく（少なく）なる。そのため、隔壁近傍での十分な消音効果が得られない。
これに対して、この発明によれば、連通管内部で軸方向に送られた排気ガスは凹み板から形成される隔壁により径方向に流れやすくなるだけでなく、下流側に向かうに従って流路が狭くなるので、隔壁で衝突して管外に流出する排気ガスは、連通孔から軸方向に均一に流出しやすくなり、連通管内で発生する気流音を低減することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここで、各実施形態中、同一構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
図１および図２には、本発明の第１実施形態が示されている。
図１は第１実施形態の全体構成を示す断面図であり、図２は第１実施形態の側面図である。
これらの図において、第１実施形態の排気消音装置１０は、建設機械用ディーゼルエンジンの排気管（図示せず）に接続されるものであって、両端が端板１で閉塞された両端有底円筒状、つまり、ドラム状の本体２と、この本体２の軸方向に並設して第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃに仕切る第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂと、第１の消音室２Ａと連通するとともに前記排気管が接続された排気ガス導入管４と、第３の消音室２Ｃと連通するテールパイプ５と、第１の仕切板３Ａに中間部が、第２の仕切板３Ｂに端部がそれぞれ支持された第１の連通管６と、第１の仕切板３Ａに端部が、第２の仕切板３Ｂに中間部がそれぞれ支持された第２の連通管７とを備えて構成されている。
【００２３】
第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂは、それぞれ円板部３Ｄと、この円板部３Ｄの周縁に起立して設けられ本体２の内周面に当接する周縁部３Ｅと、円板部３Ｄの中心部において２本の連通管６，７を支持する支持部３Ｆとを備えて構成されている。
これらの仕切板３Ａ，３Ｂの一方の周縁部３Ｅは、本体２の内周面に溶接などで固定され、仕切板３Ａ，３Ｂの他方の周縁部３Ｅは、本体２の内周面に軸方向移動可能に圧入されている。
【００２４】
排気ガス導入管４は、その軸線が本体２の軸方向と直交するように本体２の外周部に溶接などで固定されており、最上流側の第１の消音室２Ａに開口する端部は、ディーゼルエンジンで発生した排気ガスを接続管を介して導入する排気ガス導入口４Ａとされる。なお、図１では、排気ガス導入管４は本体２の軸線を挟んでテールパイプ５とは反対側（図中下方：１８０度位置）に描かれているが、これは、排気ガス導入管４と第１の消音室２Ａとの関係を明確にするためであって、実際は図２に示される通り、本体２の軸芯を中心として排気ガス導入管４と略９０度位置に取り付けられている場合もある。
テールパイプ５は、その軸線が本体２の軸方向と直交するように本体２の外周部に溶接などで固定されており、最下流側の第３の消音室２Ｃに開口する端部は排気ガスを外部に流出させる排気ガス流出口５Ａとされる。
【００２５】
第１の連通管６は、軸線が本体２の軸方向と平行とされる円筒部材８と、この円筒部材８の両端に設けられた隔壁９とから構成されている。円筒部材８の外周には第１の消音室２Ａに臨む部分に連通孔８Ａ１が多数形成され、第２の消音室２Ｂに臨む部分に連通孔８Ａ２が多数形成されている。第１の消音室２Ａに開口する連通孔８Ａ１の数は、第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ２の数より小さくされ、そのため、第１の連通管６において第１の消音室２Ａに開口している連通孔８Ａ１の全開口面積は、第２の消音室２Ｂに開口している連通孔８Ａ２の全開口面積より小さい。具体的には、第１の消音室２Ａに開口する連通孔８Ａ１の全開口面積は第１の連通管６の断面積より小さく、第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ２の全開口面積は第１の連通管６の断面積より大きい。隔壁９は、完全に密閉された完全密閉構造に限らず、連通管６の外周の連通孔８Ａからの排気ガスの流入・流出が実質的に行えれば、小孔などの連通部が形成された準密閉構造であってもよい。準密閉構造とする場合、特に、第１の消音室２Ａに配置された隔壁９を準密閉構造とする方が排気ガスの流れの抵抗を低減させる上で好ましい。
【００２６】
第２の連通管７は、第１の連通管７と同様に、その軸線が本体２の軸方向と平行とされた円筒部材８と、この円筒部材８の両端に設けられた隔壁９とから構成される。
第２の連通管７の円筒部材８の外周には第２の消音室２Ｂに臨む部分に連通孔８Ａ３が多数形成され、第３の消音室２Ｃに臨む部分に連通孔８Ａ４が多数形成されている。第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ３の数は、第３の消音室２Ｃに開口する連通孔８Ａ４の数と同等、あるいは、それ以下とされている。そのため、第２の連通管７において第２の消音室２Ｂに開口している連通孔８Ａ３の全開口面積は、第３の消音室２Ｃに開口している連通孔８Ａ４の全開口面積と同等あるいは小さい。
【００２７】
第２の連通管７の隔壁９も、第１の連通管６と同様に、完全密閉構造であってもよく、あるいは、準密閉構造であってもよい。ただし、第３の消音室２Ｃに配置された隔壁９を準密閉構造とする方が排気ガスの流れの抵抗を低減させる上で好ましい。
第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂは、隔壁部を構成するものであって、完全に密閉された完全密閉構造に限らず、連通管６，７の外周の連通孔８Ａ１〜８Ａ４からの排気ガスの流入・流出が実質的に行えれば、小孔などが形成されて一部の排気ガスをバイパスさせる準密閉構造であってもよい。
【００２８】
第１の消音室２Ａは、最上流側に位置するものであって、図１では、容積比率が消音室全体、すなわち、第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃの合計の容積の４０〜５０％に形成され、第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃのうち最も容積が大きい消音室である。
この際、第１の消音室２Ａの消音室全体に対する容積比率を４０％未満とすると、排気ガス導入管４から流入された排気ガスが第１の消音室２Ａで拡大することで減衰される排気音が少なくなり、一方、前記容積比率が５０％を超えると、他の消音室２Ｂ，２Ｃとの関係で排気消音装置１０全体が大型化し、大型化する割合に比べて消音効果が少ないものとなる。
すなわち、他の消音室２Ｂ，２Ｃも排気ガス導入管４へ流入する排気ガスの流量に応じて一定値以上の容積が必要であるため、この容積を確保した上、第１の消音室２Ａの大きさを全体容積の５０％を越えることは、本体２が大型化し、ひいては、排気消音装置１０全体が大型化することとなる。
【００２９】
第２の消音室２Ｂと第３の消音室２Ｃとの容積比率は第２の消音室２Ｂが第３の消音室２Ｃより大きくてもよく、その逆でもよく、あるいは、同じでもよい。図１では、第１の消音室２Ａが最も容積が大きな消音室であったが、第１実施形態では、第１の連通管６の連通孔８Ａ１の全開口面積が他の連通孔８Ａ２〜８Ａ４の全開口面積より小さければ、この最小開口面積をもつ連通孔８Ａ１の第１の連通管６の直後に連通孔８Ａ２が開口している室、つまり、第２の消音室２Ｂの容積を最も大きくしてもよい。
【００３０】
排気消音装置１０を組み立てるには、端板１を外した状態の本体２の内部に、予め、第１の連通管６と第２の連通管７とを取り付けた第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂの半組立体を挿入する。ここで、本体２の端面が開放されているから、本体２に対して第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂを軸方向に微調整させて位置決めし、その後、第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂの一方を本体２に溶接などで固定し、他方を本体２の圧入する。その後、本体２の両端を端板１で閉塞し、本体２の外周部に排気ガス導入管４とテールパイプ５とを取り付け、ディーゼルエンジンの排気管を排気ガス導入管４に接続する。
【００３１】
次に、第１実施形態の作用を説明する。
ディーゼルエンジンで発生した排気ガスは、排気管を通って排気ガス導入管４に送られる。排気ガス導入管４に送られた排気ガスは、最上流側に位置する第１の消音室２Ａに急激に拡大しながら送り込まれることで、低周波成分を含んだ排気音が取り除かれる。
この第１の消音室２Ａに送り込まれた排気ガスは、第１の連通管６の連通孔８Ａ１により絞られた状態で第１の連通管６の内部に送り込まれるが、この排気ガスの絞り込みの工程で排気ガスが消音される。この第１の連通管６の連通孔８Ａ１から第１の連通管６の内部に排気ガスが入る工程で２回目の消音作用がある。
【００３２】
連通孔８Ａ１を通じて径方向から第１の連通管６の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に方向変更して整流され、さらに、下流側では連通孔８Ａ２で再度流通方向を直角に変更し、かつ、整流された後、第２の消音室２Ｂに拡大して送られることで、排気ガスの圧力変動が低減される。
第２の消音室２Ｂに送り込まれた排気ガスは、第２の連通管７の連通孔８Ａ３に絞られた状態で第２の連通管７の内部に送り込まれるが、この排気ガスの絞り込みの工程で排気ガスが消音される。
【００３３】
連通孔８Ａ３を通じて径方向から第２の連通管７の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に方向変換して流通し、排気ガスの圧力変動が低減され、さらに、下流側では連通孔８Ａ４で整流された後、最下流側に位置する第３の消音室２Ｃに拡大して送られることで、排気ガスの圧力変動が低減される。
第３の消音室２Ｃに送り込まれた排気ガスはテールパイプ５を通って外部に放出される。
【００３４】
なお、圧力変動が低減される時、第１の連通管６内で方向転換した軸方向流れ、第１の連通管６から第２の消音室２Ｂへの流出時、第２の連通管７内で方向転換した軸方向流れ、第２の連通管７から第３の消音室２Ｃへの流出時における排気ガスの圧力損失は、前述の第１の連通管６の流入時および第２の連通管７の流入時に発生する圧力損失の残りをほぼ均等に割り振った値となるように連通管６，７の連通孔８Ａ１〜８Ａ４の径、大きさなどが設定される。
【００３５】
第１実施形態によれば、(1)排気消音装置１０は第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃを有し、このうち最上流の第１の消音室２Ａにディーゼルエンジンの排気ガスを直接流入させる排気ガス導入口４Ａを設けたので、この排気ガス導入口４Ａから第１の消音室２Ａに導入された排気ガスは拡大することで、排気音を消すことができる。その上、これらの消音室２Ａ〜２Ｃの隣り合う室間を連通させる第１および第２の連通管６，７を設け、これらの連通管６，７の両端に隔壁９を設けるとともに、連通させようとする室に対応した外周の所定位置に多数の連通孔８Ａ１〜８Ａ４を設けたから、隣り合う消音室２Ａ〜２Ｃに排気ガスが送り込まれる際に、排気ガスは、連通管６，７の連通孔８Ａ１〜８Ａ４によって絞りと拡大とが繰り返されて圧力が損失され、エネルギーが減衰される。そのため、排気音を効率的に消すことができる。
換言すれば、少ない消音室の割に、十分な消音効果を発揮することができるから、装置全体を小型化することができる。
【００３６】
(2)最上流側に位置する第１の消音室２Ａの容積を全体容積の４０〜５０％と最も大きくし、あるいは、最小開口面積をもつ連通管６の直後に連通孔８Ａ２が開口している第２の消音室２Ｂの容積を最も大きくしたから、排気ガス導入口４Ａから第１の消音室２Ａに導入された排気ガス、あるいは、第２の消音室２Ｂに導入された排気ガスは急激に拡大することで、低周波成分を含む排気音の消音効果がより大きくなる。
(3)連通管６，７における上流の消音室２Ａ，２Ｂに開口している連通孔８Ａの全開口面積が下流の消音室２Ｂ，２Ｃに開口している連通孔８Ａの全開口面積より小さいから排気音の低減効果が大きいとともに、上流側で発生した気流音が下流側にまで残らない。
【００３７】
(4)第１の消音室２Ａに開口する連通孔８Ａ１の全開口面積は第１の連通管６の断面積より小さく、第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ２の全開口面積は第１の連通管６の断面積より大きいから、下流側の排気ガスの流速を下げて圧力損失を低減するとともに、気流音を低減することができる。つまり、第１の連通管６の内部において、排気ガスは、軸方向に流速を持っているのが、この流れに直交するように連通孔８Ａ１，８Ａ２が開口されているので、下流側の連通孔８Ａ２の全開口面積が連通管６の断面積より大きくないと、下流側の流速が過大になる。圧力損失は流速の二乗で影響を受けるものであり、連通管６の内部での流れかあるいは連通孔８Ａ２を通過する流れかによっても影響を受けるので、下流側の連通孔８Ａ２の全開口面積を連通管６の断面積より大きくしないと、圧力損失が発生し、気流音が増加する。
【００３８】
(5)第１の連通管６の入口側での排気ガスの圧力損失を最大（全圧力損失の約３分の１から２分の１）となるように連通孔８Ａ１を形成したから、排気ガスのエネルギーの最も大きい上流側で有効に圧力損失を発生させることができ、消音効果を大きなものにできる。
(6)連通管６，７の両端の隔壁９を小孔の形成などにより準密閉構造とすれば、隔壁９に設けられた小孔などを連通孔８Ａの補助として使用して圧力損失を低減できる。
(7)隔壁部である仕切板３Ａ，３Ｂに小孔の形成などにより一部の排気ガスをバイパスさせる構成とすれば、仕切板３Ａ，３Ｂに設けられた小孔などを連通管６，７に形成された連通孔８Ａ１〜８Ａ４の補助として使用して圧力損失を低減できる。
【００３９】
(8)３つの消音室を形成するために２枚の仕切板３Ａ，３Ｂを使用するので、これらの仕切板３Ａ，３Ｂの本体２の内周面に対する位置合わせが簡単であるから、組み立て作業を容易に行える。これに対して、従来の構造の排気消音装置５０を組み立てるには、取付板５２Ｂ〜５２Ｃに連通管５３を取り付けたものをドラム状の本体５１の円筒部内周に取り付ける。この際、取付板５２Ａ〜５２Ｃをそれぞれ本体５１の軸方向に移動して位置決めする必要があり、取付板５２Ａと連通管５３との位置調整が困難であるため、装置の組み立て作業が煩雑となる。
【００４０】
(9)排気消音装置１０を組み立てるにあたり、まず、第１の連通管６と第２の連通管７とを第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂに支持固定して部品化（半組立品化）し、これを本体２の内部に取り付け、本体２に対して第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂを軸方向に微調整させて位置決めしたから、組立作業が容易かつ正確に行える。
(10)第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂの一方を溶接などで本体２に固定し、他方を圧入したから、排気ガスの熱で連通管６，７が膨張しても、圧入した仕切板３Ａ，３Ｂが本体２に対して相対的に移動することで、連通管６，７の熱膨張を吸収することができる。
【００４１】
次に、本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。
第２実施形態は連通管を１本の連続した連通管により形成した点が第１実施形態と異なるもので、他の基本構成は第１実施形態と同じである。
全体構成を示す図３において、第２実施形態の排気消音装置２０は、ドラム状本体２と、この本体２を第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃに仕切る第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂと、本体２に設けられた排気ガス導入管４と、本体２に設けられたテールパイプ５と、第１の仕切板３Ａと第２の仕切板３Ｂとにそれぞれ支持された連通管１６と、この連通管１６の内部において軸方向略中間位置で、第２の消音室２Ｂの中間に対応した位置に設けられた閉め切り用隔壁１７と、この閉め切り用隔壁１７の外周位置に設けられた仕切壁１９とを備えて構成されている。
【００４２】
連通管１６は軸線が本体２の軸方向と平行とされる１本の円筒部材１８と、この円筒部材１８の両端に設けられた隔壁９とから構成されている。隔壁９および仕切板３Ａ，３Ｂは、第１実施形態と同様に、完全密閉構造でもよく、準密閉構造であってもよい。
連通管１６の閉め切り用隔壁１７より上流側において、円筒部材１８の外周には第１の消音室２Ａに臨む部分と第２の消音室２Ｂに臨む部分とにそれぞれ連通孔８Ａ１，８Ａ２が多数形成されている。第１の消音室２Ａに開口する連通孔８Ａ１の数は、第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ２の数より小さくされ、そのため、第１の消音室２Ａに開口している連通孔８Ａ１の全開口面積は、第２の消音室２Ｂに開口している連通孔８Ａ２の全開口面積より小さい。
【００４３】
連通管１６の閉め切り用隔壁１７より下流側において、円筒部材１８の外周には第２の消音室２Ｂに臨む部分と第３の消音室２Ｃに臨む部分とにそれぞれ同一形状の連通孔８Ａ３，８Ａ４が多数形成されている。第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ３の数は、第３の消音室２Ｃに開口する連通孔８Ａ４の数と同等または小さくされ、そのため、第２の消音室２Ｂに開口している連通孔８Ａ３の全開口面積は、第３の消音室２Ｃに開口している連通孔８Ａ４の全開口面積と同等あるいは小さい。
【００４４】
閉め切り用隔壁１７は、円板状部材１７Ａの周縁に連通管１６の内周面と当接する周縁部１７Ｂが起立して設けられた略浅皿状の形状である。
閉め切り用隔壁１７は１本の連通管１６を２本の連通管として使用するために設けられるもので、この閉め切り用隔壁１７より上流側の部分は第１実施形態における第１の連通管６に相当し、閉め切り用隔壁１７より下流側の部分は第１実施形態における第２の連通管７に相当する。
【００４５】
仕切壁１９は、閉め切り用隔壁１７と同一平面上に設けられるものであって、第２の消音室２Ｂに臨んで配置されたリング状部材１９Ａと、このリング状部材１９Ａの周縁に起立して設けられた周縁部１９Ｂと、リング状部材１９Ａの中心部において連通管１６を支持する支持部１９Ｃとを備えて構成されている。
【００４６】
次に、第２実施形態の作用について説明する。
第２実施形態では、第１実施形態と同様に、排気ガス導入管４に送られた排気ガスは最上流側に位置する第１の消音室２Ａに急激に拡大しながら送り込まれることで排気音の圧力変動成分が低減される。
この第１の消音室２Ａに送り込まれた排気ガスは、連通管１６の連通孔８Ａ１に絞られた状態で連通管１６の内部に送り込まれるが、この排気ガスの絞り込みの工程で排気ガスが消音される。以下の各部で排気ガスのエネルギーの消耗（圧力損失）により、圧力変動成分が低減されて消音されるものであり、これは第１実施形態と同様である。
【００４７】
連通孔８Ａを通じて径方向から連通管１６の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に流通することで排気ガスの圧力が損失され、さらに、閉め切り用隔壁１７より上流側において連通孔８Ａで整流された後、第２の消音室２Ｂに拡大して送られることで、排気ガスの圧力変動が低減され、ここでも消音される。閉め切り用隔壁１７の上流側から第２の消音室２Ｂに送り込まれた排気ガスは、仕切壁１９を迂回して下流側の連通孔８Ａに絞られた状態で流入するが、この排気ガスの迂回により、あたかも、もう１つの消音室（膨張室，ダンピング室）を経由して仕切壁１９の下流側に流入することとなり、これによっても消音され、さらに、連通孔８Ａによる絞り込みの工程でも排気ガスが消音される。
【００４８】
連通孔８Ａを通じて径方向から連通管１６の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に流通して排気ガスの圧力変動が低減され、さらに、下流側では連通孔８Ａで整流された後、最下流側に位置する第３の消音室２Ｃに拡大して送られることで、排気ガスの圧力変動がさらに低減される。第３の消音室２Ｃに送り込まれた排気ガスはテールパイプ５を通って外部に放出される。
【００４９】
第２実施形態によれば、第１実施形態の(1)〜(10)の作用効果を奏することができる他に、次の作用効果を奏することができる。
(11)連通管１６は、全体を１本の連続した連通管により形成されるとともに、最上流にある第１の消音室２Ａと最下流にある第３の消音室２Ｃ以外の第２の消音室２Ｂの略中間位置に連通管内閉め切り用隔壁１７を形成したから、同一の消音室に複数の連通管を径方向に並べて配置することがないので、排気消音装置２０を小型化することができる。
【００５０】
(12)閉め切り用隔壁１７の外周位置に、第２の消音室２Ｂの一部を仕切る仕切壁１９を設けたから、閉め切り用隔壁１７の上流側の連通孔８Ａから流出された排気ガスは仕切壁１９を迂回して下流側の連通孔８Ａに流入することになるため、この仕切壁１９で第２の消音室２Ｂをあたかも２室の消音室として機能させることができ、消音効果をより十分に発揮することができる。
【００５１】
次に、本発明の第３実施形態を図４に基づいて説明する。
第３実施形態は、第２実施形態の応用例である。
全体構成を示す図４において、第３実施形態の排気消音装置３０は、第１から第３の仕切板３Ａ〜３Ｃで本体２を第１から第４の消音室２Ａ〜２Ｄに仕切り、これらの仕切板３Ａ〜３Ｃに実質的に１本の連通管２６を支持し、この連通管２６に第１および第２の仕切部材２９Ａ，２８Ｂを設けた構成である。
第３の仕切板３Ｃは第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂと同様な構造である。
【００５２】
連通管２６は、第１から第３の筒状部材２８Ａ〜２８Ｃと、第１の筒状部材２８Ａの一端に設けられた隔壁９と、第３の筒状部材２８Ｃの一端に設けられた隔壁９とを備え、第１の筒状部材２８Ａの他端と第２の筒状部材２８Ｂの一端との間には第１の仕切部材２９Ａが介装され、第２の筒状部材の他端と第３の筒状部材２８Ｃの他端との間には第２の仕切部材２９Ｂが介装されている。
これらの仕切部材２９Ａ，２９Ｂは、筒状部材２８Ａ〜２８Ｃの端面とは溶接などで固定されているもので、筒状部材２８Ａ〜２８Ｃの断面積より大きな面積を有する円板から形成される。
これらの仕切部材２９Ａ，２９Ｂは、その中心部が第２実施形態の連通管内閉め切り用隔壁１７として機能するものであり、筒状部材２８Ａ〜２８Ｃの断面より大きな周縁部が第２実施形態の仕切壁１９として機能するものである。
第３実施形態の作用は第２実施形態の作用と同じである。
【００５３】
第３実施形態では、第２実施形態の(1)〜(7)(9)(11)(12)の作用効果を奏することができる他に、次の作用効果を奏することができる。
(13)第１から第４の４つの消音室２Ａ〜２Ｄを設けたから、消音効果を向上させることができる。
(14)連通管内閉め切り用隔壁と仕切壁とを１枚の仕切部材２９Ａ，２９Ｂで形成したから、部品点数を減少させることができ、かつ、製造を容易にできて安価に提供できる。
【００５４】
次に、本発明の第４実施形態を図５に基づいて説明する。
第４実施形態は連通管の下流側端部の形状が第１〜３実施形態と異なるもので、他の基本構成は第１〜３実施形態と同じである。
全体構成を示す図５において、第４実施形態の排気消音装置４０は、ドラム状本体２と、この本体２を第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃに仕切る前記第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂと、本体２に設けられた前記排気ガス導入管４と、本体２に設けられた前記テールパイプ５と、第１の仕切板３Ａに中間部が第２の仕切板３Ｂに端部がそれぞれ支持された第１の連通管３６と、第１の仕切板３Ａに端部が第２の仕切板３Ｂに中間部がそれぞれ支持された第２の連通管３７とを備えて構成されている。
【００５５】
第１の連通管３６は、連通孔８Ａが多数形成された前記円筒部材８と、この円筒部材８の上流側端部に設けられた隔壁９と、円筒部材８の下流側に設けられた隔壁としての凹み板３９とを備えて構成されている。
凹み板３９は、第１の連通管３６の内側に凹んで形成されており、その形状は図５の実線で示される通り、球面状のもの、あるいは、図５の想像線で示される通り、コーン状（円錐形状）のものである。
第２の連通管３７は第１の連通管３６と同様の構造であり、連通孔８Ａが多数形成された前記円筒部材８と、この円筒部材８の上流側端部に設けられた隔壁９と、円筒部材８の下流側に設けられた隔壁としての凹み板３９とを備えて構成されている。
【００５６】
次に、第４実施形態の作用について説明する。
第４実施形態では、第１実施形態と同様に、排気ガス導入管４に送られた排気ガスは最上流側に位置する第１の消音室２Ａに急激に拡大しながら送り込まれることで排気音の圧力変動成分が低減される。
この第１の消音室２Ａに送り込まれた排気ガスは第１の連通管３６の連通孔８Ａに絞られた状態で管内部に送り込まれるが、この排気ガスの絞り込みの工程で排気ガスが消音される。
【００５７】
連通孔８Ａを通じて径方向から第１の連通管３６の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に流通することで排気ガスの圧力変動が低減され、さらに、凹み板３９に向けて流れる。
この際、従来では、連通管内を軸方向に流れる排気ガスは隔壁に当たって隔壁近傍の連通孔から流出するため、連通管の連通孔から流出する排気ガスの速度分布や流出量分布をみると、隔壁近傍の速度分布が大きく、あるいは、流出量分布が多く、隔壁から離れるに従って小さく（少なく）なるが、第４実施形態では、凹み板３９に向けて流れる排気ガスは、この凹み板３９によって絞られることになり、連通孔８Ａで均一化された後、第２の消音室２Ｂに拡大して送られる。さらに、第２の消音室２Ｂにある排気ガスは、第２の連通管３７の連通孔８Ａで絞られて管内部に送り込まれ、第２の連通管３７の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に流通し、凹み板３９によって軸方向に絞られて連通孔８Ａで均一化された後、第３の消音室２Ｃに拡大して送られる。その後、第１実施形態と同様に、第３の消音室２Ｃから排気ガスがテールパイプ５を通じて外部へ放出される。
【００５８】
第４実施形態では、第１実施形態の(1)〜(10)の作用効果を奏することができる他に、次の作用効果を奏することができる。
(15)第１および第２の連通管３６，３７の下流側の隔壁は、管内側に凹んだ凹み板３９としたから、連通管内部で軸方向に送られた排気ガスは凹み板３９から形成される隔壁により径方向に流れやすくなる。そのため、連通孔８Ａからさらに軸方向に均一に流出しやすくなり、連通管内で発生する気流音を低減することができる。
【００５９】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本発明では、連通孔８Ａ１〜８Ａ４の大きさ、形成箇所などは前記各実施形態に限定されるものではない。例えば、排気ガスが流入する場所の連通孔８Ａ１の数や全開口面積を排気ガスが流出する場所の連通孔８Ａ２の数や全開口面積より小さくしたが、本発明では、この逆であってもよく、あるいは、連通管に偏りなく均等に形成するものであってもよい。
【００６０】
また、前記各実施形態では円筒部材８，１８は、その断面積が軸方向に沿って同一のストレート状に形成したが、本発明では、図６（Ａ）に示される通り、全体に上流側より下流側の方が大くなるテーパ状に形成してもよく、あるいは、図６（Ｂ）に示される通り、上流側から中間部分までストレート状とし、この中間部分から下流側にかけて断面積が大きくなるテーパ状としてもよい。これらの円筒部材８，１８の外周には多数の連通孔８Ａが全面に形成されている。
このように、連通管６，７，１６の外周がテーパ状に形成されることにより、下流に行くに従って連通管６，７，１６内の排気ガスの流速が減速され、または、連通管６，７，１６内の排気ガスが膨張し、連通管内で発生する気流音を低減することができる。
【００６１】
さらに、本発明では、図５の連通管３６，３７と同様の効果を達成するために、図６（Ｃ）に示される通り、連通管６，７の下流側近傍において連通孔８Ａを下流側に向かうに従って開口面積を小さくし、あるいは、図６（Ｄ）に示される通り、連通管６，７の下流側近傍において連通孔８Ａを下流側に向かうに従って配置間隔を広くするものでもよい。つまり、連通管６，７の連通孔８Ａの開口面積を排気の流れ方向下流側に向かって小さくしてもよい。
この構成では、上流側に向かうに従って排気ガスの流出がより容易となり、排気ガスは、所定個所に集中することがなくなり、下流側のパイプを絞ったような効果がある。
【００６２】
また、第２実施形態では仕切壁１９を必ずしも設けることを要しない。設ける場合であっても、閉め切り用隔壁１７の外周位置であることを要せず、閉め切り用隔壁１７から軸方向に所定寸法離れているものでもよい。閉め切り用隔壁１７は輪郭形状が矩形状や多角形状などの他の形状であってもよい。
さらに、本発明の排気消音装置１０，２０，３０，４０に共鳴室を設けてもよい。
また、排気消音装置１０，２０，３０，４０をディーゼルエンジンに適用したが、ガソリンエンジンなどの内燃機関に適用してもよく、この内燃機関も建設機械に用いられるものに限定されるものではなく、乗用自動車などに用いられるものであってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、３室以上の複数の消音室のうち最上流の消音室に内燃機関の排気ガスを直接流入させる排気ガス導入口を設けるとともに、最下流の消音室に排気ガスを流出させる排気ガス流出口を設け、かつ、前記複数の消音室の所定の室間を連通させる連通管を設け、これらの連通管の両端に隔壁を設けるとともに、連通させようとする室に対応した外周の所定位置に多数の連通孔を設けたから、排気ガス導入口から最上流の消音室に導入された排気ガスが拡大することで、低周波成分を含む排気音を消すことができ、その上、隣り合う消音室に排気ガスが送り込まれる際に、排気ガスは、連通管の連通孔によって絞りと拡大とが繰り返されて圧力が損失されることでエネルギーが減衰されるため、排気音を効率的に消すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図６】（Ａ）から（Ｄ）は本発明の変形例を示す断面図である。
【図７】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
2A,2B,2C,2D 消音室
２ 本体
3A,3B,3C 仕切板（隔壁部）
４Ａ 排気ガス導入口
５Ａ 排気ガス流出口
6,7,16,26,36,37 連通管
8A,8A1〜8A4 連通孔
９ 隔壁
10,20,30,40 排気消音装置
１７ 閉め切り用隔壁
１９ 仕切壁
３９ 凹み板
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械、その他の機械に使用される内燃機関の排気消音装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
建設機械などで使用される内燃機関では、燃焼室からの排気音を低減させるためにマフラと称される排気消音装置が排気管に接続されている。
この排気消音装置は、従来より、種々の構造のものが存在するが、建設機械用内燃機関で使用される排気消音装置の従来例として、排気ガスの収縮と拡大とを繰り返して消音するものや、主に、排気ガスを共鳴させ消音するものがある。
【０００３】
排気ガスの収縮拡大を繰り返して消音する従来例が図７に示されている。
図７において、従来の排気消音装置５０は、ドラム状本体５１の内部を４つの室５１Ａ〜５１Ｄに区切る３枚の取付板５２Ａ〜５２Ｃが軸方向に並んで配置され、これらの取付板５２Ａ〜５２Ｃに連通管５３が本体５１と同芯上に支持され、最上流の室５１Ａに臨むように導入管５４の一端部と中間部とが本体５１に固定され、最下流の室５１Ｄに臨むように排出管５５の一端部と中間部とが本体５１に固定された構造である。
【０００４】
取付板５２Ａ〜５２Ｃのうち連通管５３の両端側を支持する取付板５２Ａ，５２Ｃには、それぞれ隣合う室を連通する大きな開口部５２Ｄが形成されている。
連通管５３は、第１の室５１Ａと第４の室６１Ｄに臨む両端部５３Ａが閉塞されるとともに、周面に多数の連通孔５３Ｂが形成されている。
導入管５４は、その一端部５４Ａが閉塞されるとともに、その周面に複数の連通孔５４Ｂが形成されている。排出管５５は、周面に複数の連通孔５５Ｂが形成されるとともに、他端部が大気に開口している。
【０００５】
排気管から送られてきた排気ガスは、導入管５４の連通孔５４Ｂで径方向に整流されて第１の室５１Ａに送られ、第１の室５１Ａから開口部５２Ｄを通って第２の室５２Ｂに送られることで消音される。その後、排気ガスは、連通孔５３Ａを通って収縮して連通管５３の内部に流入し、さらに、軸方向に角度を変更して流通し、連通孔５３Ａを通って第３の室５２Ｃに拡大して送られる。さらに、排気ガスは、第３の室５３Ｃから開口部５４Ｄを通って第４の室５４Ｃに送られ、連通孔５５Ｂを通って排出管５５に流入された後、大気に放出される。
【０００６】
共鳴室を有する排気消音装置の従来例は、ドラム状の本体内部を仕切板で複数の室に区切るとともに、複数の室の一部を排気音を消すための共鳴室とする。
この共鳴室は、周面に共鳴室と開口した連通孔を多数形成した連通管が設けられ、この連通管の両端が上流側と下流側とにそれぞれ隣り合う室と開口されれた構造である。
上流側の室から送られた排気ガスは、その主要部分が連通管を通って下流側の室に送られ、残りが連通孔を通って共鳴室に送られる。共鳴室では排気ガスが反射などしてエネルギーが減衰した後、連通管の内部に戻されて下流側の室に向けて流れる排気ガスと合流する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図７で示される従来の排気消音装置では、隣り合う室を区切る取付板５２Ａ，５２Ｃには、排気ガスを絞るための開口部５２Ｄが形成されているが、この開口部５２Ａの開口面積が大きいので、十分な消音効果が得られない。
つまり、従来例では、消音室は、見かけ上、第１の室５１Ａから第４の室５１Ｄの４室あるが、２枚の取付板５２Ａ，５２Ｃの開口部５２Ｄの開口面積が大きいので、消音室は、実質的に、真ん中の取付板５２Ｂを境に上流側の室と下流側の室との２室となる。２室のみの消音室では、騒音低減効果が少ない。
【０００８】
また、共鳴室を有する従来例では、共鳴室で消音されるのは、排気音のうちある範囲の周波数のみであり、排気音全域の騒音対策には効果がない。
また、共鳴室は内燃機関の機種毎に調整（チューニング）を行わなければならず、設計が煩雑となり、汎用性がない。
その上、共鳴室を設ける場合には、排気消音装置に大きなスペースが必要とされるので、装置自体が大型化される。
【０００９】
本発明の目的は、排気音を十分に消すことができる排気消音装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本件出願人は消音対策の基本原理を十分検討し、合理的な設計をしたものであって、本発明の排気消音装置は、次の構成を備えることによって、上記目的を達成しようとするものである。請求項１に記載の発明は、内燃機関の排気管に接続される排気消音装置であって、少なくとも３室以上の複数の消音室を有し、これらの消音室のうち最上流の消音室に、前記内燃機関の排気ガスを直接流入させる排気ガス導入口を設けるとともに、最下流の消音室に排気ガスを流出させる排気ガス流出口を設け、かつ、前記最上流の消音室を含む複数の消音室の室間を連通させる連通管を設け、この連通管の両端に隔壁を設けるとともに、連通させようとする室に対応した外周の所定位置に多数の連通孔を設け、前記最上流の消音室に開口している連通孔の全開口面積が下流の消音室であって前記最上流の消音室に隣接した消音室に開口している連通孔の全開口面積より小さく、かつ、前記最上流の消音室に開口している連通孔の全開口面積は前記連通管の断面積より小さく、前記消音室は前記最上流に位置する第１消音室と、前記最下流に位置する第３の消音室と、前記第１の消音室と前記第３の消音室との間に配置された第２の消音室とから構成され、複数の消音室に開口される多数の連通孔が外周に形成されるとともに端部に隔壁が設けられた管を１本あるいは２本備え、前記１本の管の一部あるいは２本の管のうち１本が前記連通管であり、前記連通管に形成される多数の連通孔のうち一部が前記第１の消音室に開口され、残りが前記第２の消音室に開口され、前記第２の消音室に開口する連通孔の全開口面積は前記連通管の断面積より大きいことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、内燃機関で発生する排気ガスは、まず、排気ガス導入口に直接流入されて最上流の消音室に送り込まれて拡大され、排気音が減衰される。最上流の消音室を含む３室以上の複数の消音室の所定の空間は連通管で連通され、この連通管は、両端に隔壁が設けられ外周に多数の連通孔が設けられているので、最上流の消音室に送り込まれた排気ガスは連通孔で絞られた状態で径方向から管内部に送り込まれ、その後、管内部を軸方向に移動し、さらに連通孔で絞られた後拡大して次の消音室に送られる。さらに、この消音室から次の消音室、最終的には、最下流側の消音室に排気ガスが連通管を通じて送り込まれ、排気ガス流出口から外部に放出される。
下流側の消音室に排気ガスが送り込まれる際に、排気ガスは連通管の連通孔によって絞りと拡大とが繰り返されて圧力が損失され、かつ、軸方向と径方向とに流れを変化させることでエネルギーが減衰され、十分な消音効果が得られる。
【００１２】
しかも、請求項１に記載の排気消音装置において、前記最上流の消音室に開口している連通孔の全開口面積が下流の消音室に開口している連通孔のそれぞれの全開口面積より小さいから、小さな開口面積から入って大きな開口面積から出ることになるので、排気ガスが実質的に膨張されることになり、排気音の低減効果が大きいとともに、上流側で発生した気流音が下流側にまで残らない。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の排気消音装置において、前記複数の消音室のうち最上流の室の容積または最小開口面積をもつ連通管の直後に連通孔が開口している室の容積を最も大きくしたことを特徴とする。
この発明によれば、最上流の室または最小開口面積をもつ連通管の直後に連通孔が開口している室の消音室が十分な容積を有するので、この消音室に送られる排気ガスが急激に拡大することになり、より、排気音を効果的に低減できる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の排気消音装置において、前記連通管の両端の隔壁は、小孔の形成などにより一部軸方向に排気ガスの流入・流出を許容して準密閉構造にされていることを特徴とする。
すなわち、連通管の両端の隔壁は完全に密閉されているものに限らず、連通管外周の連通孔からの排気ガスの流入・流出が実質的に行えれば、隔壁に小孔などの連通部が形成されているものでもよい。
この発明によれば、隔壁に設けられた小孔などを連通孔の補助として使用することができる。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の排気消音装置において、前記連通管の断面積は、上流側より下流側の方が大きいことを特徴とする。
下流側に向かって断面積が大きくなると、下流に行くに従って連通管内の排気ガスの流速が減速され、または、連通管内の排気ガスが膨張し、連通管内で発生する気流音を低減することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかに記載の排気消音装置において、前記連通管は、全体を１本の連続した連通管により形成されるとともに、前記最上流の消音室と最下流の消音室以外の各消音室の中間位置に連通管内閉め切り用隔壁を形成されたことを特徴とする。
この発明によれば、同一の消音室に複数の連通管を径方向に並べて配置することがないので、排気消音装置を小型化することができる。また、構造が単純化されることで、装置を安価に提供することができる。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の排気消音装置において、前記閉め切り用隔壁の外周位置に、当該各消音室の一部を仕切る仕切壁を設けたことを特徴とする。
この発明によれば、閉め切り用隔壁の上流側の連通孔から流出された排気ガスは仕切壁を迂回して下流側の連通孔に流入することになるため、この仕切壁で排気ガスがもう１つの別個の消音室（ダンピング室）を経由したようになり、消音効果を十分に発揮することができる。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の排気消音装置において、前記連通管の連通孔の開口面積を排気の流れ方向下流側に向かって小さくしたことを特徴とする。
この発明によれば、連通管内部で軸方向に送られた排気ガスは下流側の隔壁近傍において集中して連通孔から流出しようとするが、連通管の下流側に向けて連通孔の開口面積が小さいため、排気ガスは、所定個所に集中することなく、軸方向に並べられた連通孔から均一に流出することになり、連通管内で発生する気流音を低減することができる。
つまり、上流側に向かうに従って排気ガスの流出がより容易となり、下流側のパイプを絞ったような効果がある。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の排気消音装置において、隣り合う前記消音室同士を仕切る隔壁部に小孔の形成などにより一部の排気ガスをバイパスさせることを特徴とする。
すなわち、隣り合う消音室同士を仕切る隔壁部は完全に密閉されているものに限らず、連通管外周の連通孔からの排気ガスの流入・流出が実質的に行えれば、隔壁部に小孔などが形成されて排気ガスをバイパスさせるものでもよい。
この発明によれば、隔壁部に設けられた小孔などを連通管に形成された連通孔の補助として使用することができる。
【００２１】
通常、連通管内を軸方向に流れる排気ガスは隔壁に当たって隔壁近傍の連通孔から流出するため、連通管の連通孔から流出する排気ガスの速度分布、あるいは、流出量分布をみると、隔壁近傍の速度分布が大きく、あるいは、流出量分布が多く、隔壁から離れるに従って小さく（少なく）なる。そのため、隔壁近傍での十分な消音効果が得られない。
これに対して、この発明によれば、連通管内部で軸方向に送られた排気ガスは凹み板から形成される隔壁により径方向に流れやすくなるだけでなく、下流側に向かうに従って流路が狭くなるので、隔壁で衝突して管外に流出する排気ガスは、連通孔から軸方向に均一に流出しやすくなり、連通管内で発生する気流音を低減することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここで、各実施形態中、同一構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
図１および図２には、本発明の第１実施形態が示されている。
図１は第１実施形態の全体構成を示す断面図であり、図２は第１実施形態の側面図である。
これらの図において、第１実施形態の排気消音装置１０は、建設機械用ディーゼルエンジンの排気管（図示せず）に接続されるものであって、両端が端板１で閉塞された両端有底円筒状、つまり、ドラム状の本体２と、この本体２の軸方向に並設して第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃに仕切る第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂと、第１の消音室２Ａと連通するとともに前記排気管が接続された排気ガス導入管４と、第３の消音室２Ｃと連通するテールパイプ５と、第１の仕切板３Ａに中間部が、第２の仕切板３Ｂに端部がそれぞれ支持された第１の連通管６と、第１の仕切板３Ａに端部が、第２の仕切板３Ｂに中間部がそれぞれ支持された第２の連通管７とを備えて構成されている。
【００２３】
第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂは、それぞれ円板部３Ｄと、この円板部３Ｄの周縁に起立して設けられ本体２の内周面に当接する周縁部３Ｅと、円板部３Ｄの中心部において２本の連通管６，７を支持する支持部３Ｆとを備えて構成されている。
これらの仕切板３Ａ，３Ｂの一方の周縁部３Ｅは、本体２の内周面に溶接などで固定され、仕切板３Ａ，３Ｂの他方の周縁部３Ｅは、本体２の内周面に軸方向移動可能に圧入されている。
【００２４】
排気ガス導入管４は、その軸線が本体２の軸方向と直交するように本体２の外周部に溶接などで固定されており、最上流側の第１の消音室２Ａに開口する端部は、ディーゼルエンジンで発生した排気ガスを接続管を介して導入する排気ガス導入口４Ａとされる。なお、図１では、排気ガス導入管４は本体２の軸線を挟んでテールパイプ５とは反対側（図中下方：１８０度位置）に描かれているが、これは、排気ガス導入管４と第１の消音室２Ａとの関係を明確にするためであって、実際は図２に示される通り、本体２の軸芯を中心として排気ガス導入管４と略９０度位置に取り付けられている場合もある。
テールパイプ５は、その軸線が本体２の軸方向と直交するように本体２の外周部に溶接などで固定されており、最下流側の第３の消音室２Ｃに開口する端部は排気ガスを外部に流出させる排気ガス流出口５Ａとされる。
【００２５】
第１の連通管６は、軸線が本体２の軸方向と平行とされる円筒部材８と、この円筒部材８の両端に設けられた隔壁９とから構成されている。円筒部材８の外周には第１の消音室２Ａに臨む部分に連通孔８Ａ１が多数形成され、第２の消音室２Ｂに臨む部分に連通孔８Ａ２が多数形成されている。第１の消音室２Ａに開口する連通孔８Ａ１の数は、第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ２の数より小さくされ、そのため、第１の連通管６において第１の消音室２Ａに開口している連通孔８Ａ１の全開口面積は、第２の消音室２Ｂに開口している連通孔８Ａ２の全開口面積より小さい。具体的には、第１の消音室２Ａに開口する連通孔８Ａ１の全開口面積は第１の連通管６の断面積より小さく、第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ２の全開口面積は第１の連通管６の断面積より大きい。隔壁９は、完全に密閉された完全密閉構造に限らず、連通管６の外周の連通孔８Ａからの排気ガスの流入・流出が実質的に行えれば、小孔などの連通部が形成された準密閉構造であってもよい。準密閉構造とする場合、特に、第１の消音室２Ａに配置された隔壁９を準密閉構造とする方が排気ガスの流れの抵抗を低減させる上で好ましい。
【００２６】
第２の連通管７は、第１の連通管７と同様に、その軸線が本体２の軸方向と平行とされた円筒部材８と、この円筒部材８の両端に設けられた隔壁９とから構成される。
第２の連通管７の円筒部材８の外周には第２の消音室２Ｂに臨む部分に連通孔８Ａ３が多数形成され、第３の消音室２Ｃに臨む部分に連通孔８Ａ４が多数形成されている。第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ３の数は、第３の消音室２Ｃに開口する連通孔８Ａ４の数と同等、あるいは、それ以下とされている。そのため、第２の連通管７において第２の消音室２Ｂに開口している連通孔８Ａ３の全開口面積は、第３の消音室２Ｃに開口している連通孔８Ａ４の全開口面積と同等あるいは小さい。
【００２７】
第２の連通管７の隔壁９も、第１の連通管６と同様に、完全密閉構造であってもよく、あるいは、準密閉構造であってもよい。ただし、第３の消音室２Ｃに配置された隔壁９を準密閉構造とする方が排気ガスの流れの抵抗を低減させる上で好ましい。
第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂは、隔壁部を構成するものであって、完全に密閉された完全密閉構造に限らず、連通管６，７の外周の連通孔８Ａ１〜８Ａ４からの排気ガスの流入・流出が実質的に行えれば、小孔などが形成されて一部の排気ガスをバイパスさせる準密閉構造であってもよい。
【００２８】
第１の消音室２Ａは、最上流側に位置するものであって、図１では、容積比率が消音室全体、すなわち、第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃの合計の容積の４０〜５０％に形成され、第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃのうち最も容積が大きい消音室である。
この際、第１の消音室２Ａの消音室全体に対する容積比率を４０％未満とすると、排気ガス導入管４から流入された排気ガスが第１の消音室２Ａで拡大することで減衰される排気音が少なくなり、一方、前記容積比率が５０％を超えると、他の消音室２Ｂ，２Ｃとの関係で排気消音装置１０全体が大型化し、大型化する割合に比べて消音効果が少ないものとなる。
すなわち、他の消音室２Ｂ，２Ｃも排気ガス導入管４へ流入する排気ガスの流量に応じて一定値以上の容積が必要であるため、この容積を確保した上、第１の消音室２Ａの大きさを全体容積の５０％を越えることは、本体２が大型化し、ひいては、排気消音装置１０全体が大型化することとなる。
【００２９】
第２の消音室２Ｂと第３の消音室２Ｃとの容積比率は第２の消音室２Ｂが第３の消音室２Ｃより大きくてもよく、その逆でもよく、あるいは、同じでもよい。図１では、第１の消音室２Ａが最も容積が大きな消音室であったが、第１実施形態では、第１の連通管６の連通孔８Ａ１の全開口面積が他の連通孔８Ａ２〜８Ａ４の全開口面積より小さければ、この最小開口面積をもつ連通孔８Ａ１の第１の連通管６の直後に連通孔８Ａ２が開口している室、つまり、第２の消音室２Ｂの容積を最も大きくしてもよい。
【００３０】
排気消音装置１０を組み立てるには、端板１を外した状態の本体２の内部に、予め、第１の連通管６と第２の連通管７とを取り付けた第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂの半組立体を挿入する。ここで、本体２の端面が開放されているから、本体２に対して第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂを軸方向に微調整させて位置決めし、その後、第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂの一方を本体２に溶接などで固定し、他方を本体２の圧入する。その後、本体２の両端を端板１で閉塞し、本体２の外周部に排気ガス導入管４とテールパイプ５とを取り付け、ディーゼルエンジンの排気管を排気ガス導入管４に接続する。
【００３１】
次に、第１実施形態の作用を説明する。
ディーゼルエンジンで発生した排気ガスは、排気管を通って排気ガス導入管４に送られる。排気ガス導入管４に送られた排気ガスは、最上流側に位置する第１の消音室２Ａに急激に拡大しながら送り込まれることで、低周波成分を含んだ排気音が取り除かれる。
この第１の消音室２Ａに送り込まれた排気ガスは、第１の連通管６の連通孔８Ａ１により絞られた状態で第１の連通管６の内部に送り込まれるが、この排気ガスの絞り込みの工程で排気ガスが消音される。この第１の連通管６の連通孔８Ａ１から第１の連通管６の内部に排気ガスが入る工程で２回目の消音作用がある。
【００３２】
連通孔８Ａ１を通じて径方向から第１の連通管６の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に方向変更して整流され、さらに、下流側では連通孔８Ａ２で再度流通方向を直角に変更し、かつ、整流された後、第２の消音室２Ｂに拡大して送られることで、排気ガスの圧力変動が低減される。
第２の消音室２Ｂに送り込まれた排気ガスは、第２の連通管７の連通孔８Ａ３に絞られた状態で第２の連通管７の内部に送り込まれるが、この排気ガスの絞り込みの工程で排気ガスが消音される。
【００３３】
連通孔８Ａ３を通じて径方向から第２の連通管７の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に方向変換して流通し、排気ガスの圧力変動が低減され、さらに、下流側では連通孔８Ａ４で整流された後、最下流側に位置する第３の消音室２Ｃに拡大して送られることで、排気ガスの圧力変動が低減される。
第３の消音室２Ｃに送り込まれた排気ガスはテールパイプ５を通って外部に放出される。
【００３４】
なお、圧力変動が低減される時、第１の連通管６内で方向転換した軸方向流れ、第１の連通管６から第２の消音室２Ｂへの流出時、第２の連通管７内で方向転換した軸方向流れ、第２の連通管７から第３の消音室２Ｃへの流出時における排気ガスの圧力損失は、前述の第１の連通管６の流入時および第２の連通管７の流入時に発生する圧力損失の残りをほぼ均等に割り振った値となるように連通管６，７の連通孔８Ａ１〜８Ａ４の径、大きさなどが設定される。
【００３５】
第１実施形態によれば、(1)排気消音装置１０は第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃを有し、このうち最上流の第１の消音室２Ａにディーゼルエンジンの排気ガスを直接流入させる排気ガス導入口４Ａを設けたので、この排気ガス導入口４Ａから第１の消音室２Ａに導入された排気ガスは拡大することで、排気音を消すことができる。その上、これらの消音室２Ａ〜２Ｃの隣り合う室間を連通させる第１および第２の連通管６，７を設け、これらの連通管６，７の両端に隔壁９を設けるとともに、連通させようとする室に対応した外周の所定位置に多数の連通孔８Ａ１〜８Ａ４を設けたから、隣り合う消音室２Ａ〜２Ｃに排気ガスが送り込まれる際に、排気ガスは、連通管６，７の連通孔８Ａ１〜８Ａ４によって絞りと拡大とが繰り返されて圧力が損失され、エネルギーが減衰される。そのため、排気音を効率的に消すことができる。
換言すれば、少ない消音室の割に、十分な消音効果を発揮することができるから、装置全体を小型化することができる。
【００３６】
(2)最上流側に位置する第１の消音室２Ａの容積を全体容積の４０〜５０％と最も大きくし、あるいは、最小開口面積をもつ連通管６の直後に連通孔８Ａ２が開口している第２の消音室２Ｂの容積を最も大きくしたから、排気ガス導入口４Ａから第１の消音室２Ａに導入された排気ガス、あるいは、第２の消音室２Ｂに導入された排気ガスは急激に拡大することで、低周波成分を含む排気音の消音効果がより大きくなる。
(3)連通管６，７における上流の消音室２Ａ，２Ｂに開口している連通孔８Ａの全開口面積が下流の消音室２Ｂ，２Ｃに開口している連通孔８Ａの全開口面積より小さいから排気音の低減効果が大きいとともに、上流側で発生した気流音が下流側にまで残らない。
【００３７】
(4)第１の消音室２Ａに開口する連通孔８Ａ１の全開口面積は第１の連通管６の断面積より小さく、第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ２の全開口面積は第１の連通管６の断面積より大きいから、下流側の排気ガスの流速を下げて圧力損失を低減するとともに、気流音を低減することができる。つまり、第１の連通管６の内部において、排気ガスは、軸方向に流速を持っているのが、この流れに直交するように連通孔８Ａ１，８Ａ２が開口されているので、下流側の連通孔８Ａ２の全開口面積が連通管６の断面積より大きくないと、下流側の流速が過大になる。圧力損失は流速の二乗で影響を受けるものであり、連通管６の内部での流れかあるいは連通孔８Ａ２を通過する流れかによっても影響を受けるので、下流側の連通孔８Ａ２の全開口面積を連通管６の断面積より大きくしないと、圧力損失が発生し、気流音が増加する。
【００３８】
(5)第１の連通管６の入口側での排気ガスの圧力損失を最大（全圧力損失の約３分の１から２分の１）となるように連通孔８Ａ１を形成したから、排気ガスのエネルギーの最も大きい上流側で有効に圧力損失を発生させることができ、消音効果を大きなものにできる。
(6)連通管６，７の両端の隔壁９を小孔の形成などにより準密閉構造とすれば、隔壁９に設けられた小孔などを連通孔８Ａの補助として使用して圧力損失を低減できる。
(7)隔壁部である仕切板３Ａ，３Ｂに小孔の形成などにより一部の排気ガスをバイパスさせる構成とすれば、仕切板３Ａ，３Ｂに設けられた小孔などを連通管６，７に形成された連通孔８Ａ１〜８Ａ４の補助として使用して圧力損失を低減できる。
【００３９】
(8)３つの消音室を形成するために２枚の仕切板３Ａ，３Ｂを使用するので、これらの仕切板３Ａ，３Ｂの本体２の内周面に対する位置合わせが簡単であるから、組み立て作業を容易に行える。これに対して、従来の構造の排気消音装置５０を組み立てるには、取付板５２Ｂ〜５２Ｃに連通管５３を取り付けたものをドラム状の本体５１の円筒部内周に取り付ける。この際、取付板５２Ａ〜５２Ｃをそれぞれ本体５１の軸方向に移動して位置決めする必要があり、取付板５２Ａと連通管５３との位置調整が困難であるため、装置の組み立て作業が煩雑となる。
【００４０】
(9)排気消音装置１０を組み立てるにあたり、まず、第１の連通管６と第２の連通管７とを第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂに支持固定して部品化（半組立品化）し、これを本体２の内部に取り付け、本体２に対して第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂを軸方向に微調整させて位置決めしたから、組立作業が容易かつ正確に行える。
(10)第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂの一方を溶接などで本体２に固定し、他方を圧入したから、排気ガスの熱で連通管６，７が膨張しても、圧入した仕切板３Ａ，３Ｂが本体２に対して相対的に移動することで、連通管６，７の熱膨張を吸収することができる。
【００４１】
次に、本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。
第２実施形態は連通管を１本の連続した連通管により形成した点が第１実施形態と異なるもので、他の基本構成は第１実施形態と同じである。
全体構成を示す図３において、第２実施形態の排気消音装置２０は、ドラム状本体２と、この本体２を第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃに仕切る第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂと、本体２に設けられた排気ガス導入管４と、本体２に設けられたテールパイプ５と、第１の仕切板３Ａと第２の仕切板３Ｂとにそれぞれ支持された連通管１６と、この連通管１６の内部において軸方向略中間位置で、第２の消音室２Ｂの中間に対応した位置に設けられた閉め切り用隔壁１７と、この閉め切り用隔壁１７の外周位置に設けられた仕切壁１９とを備えて構成されている。
【００４２】
連通管１６は軸線が本体２の軸方向と平行とされる１本の円筒部材１８と、この円筒部材１８の両端に設けられた隔壁９とから構成されている。隔壁９および仕切板３Ａ，３Ｂは、第１実施形態と同様に、完全密閉構造でもよく、準密閉構造であってもよい。
連通管１６の閉め切り用隔壁１７より上流側において、円筒部材１８の外周には第１の消音室２Ａに臨む部分と第２の消音室２Ｂに臨む部分とにそれぞれ連通孔８Ａ１，８Ａ２が多数形成されている。第１の消音室２Ａに開口する連通孔８Ａ１の数は、第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ２の数より小さくされ、そのため、第１の消音室２Ａに開口している連通孔８Ａ１の全開口面積は、第２の消音室２Ｂに開口している連通孔８Ａ２の全開口面積より小さい。
【００４３】
連通管１６の閉め切り用隔壁１７より下流側において、円筒部材１８の外周には第２の消音室２Ｂに臨む部分と第３の消音室２Ｃに臨む部分とにそれぞれ同一形状の連通孔８Ａ３，８Ａ４が多数形成されている。第２の消音室２Ｂに開口する連通孔８Ａ３の数は、第３の消音室２Ｃに開口する連通孔８Ａ４の数と同等または小さくされ、そのため、第２の消音室２Ｂに開口している連通孔８Ａ３の全開口面積は、第３の消音室２Ｃに開口している連通孔８Ａ４の全開口面積と同等あるいは小さい。
【００４４】
閉め切り用隔壁１７は、円板状部材１７Ａの周縁に連通管１６の内周面と当接する周縁部１７Ｂが起立して設けられた略浅皿状の形状である。
閉め切り用隔壁１７は１本の連通管１６を２本の連通管として使用するために設けられるもので、この閉め切り用隔壁１７より上流側の部分は第１実施形態における第１の連通管６に相当し、閉め切り用隔壁１７より下流側の部分は第１実施形態における第２の連通管７に相当する。
【００４５】
仕切壁１９は、閉め切り用隔壁１７と同一平面上に設けられるものであって、第２の消音室２Ｂに臨んで配置されたリング状部材１９Ａと、このリング状部材１９Ａの周縁に起立して設けられた周縁部１９Ｂと、リング状部材１９Ａの中心部において連通管１６を支持する支持部１９Ｃとを備えて構成されている。
【００４６】
次に、第２実施形態の作用について説明する。
第２実施形態では、第１実施形態と同様に、排気ガス導入管４に送られた排気ガスは最上流側に位置する第１の消音室２Ａに急激に拡大しながら送り込まれることで排気音の圧力変動成分が低減される。
この第１の消音室２Ａに送り込まれた排気ガスは、連通管１６の連通孔８Ａ１に絞られた状態で連通管１６の内部に送り込まれるが、この排気ガスの絞り込みの工程で排気ガスが消音される。以下の各部で排気ガスのエネルギーの消耗（圧力損失）により、圧力変動成分が低減されて消音されるものであり、これは第１実施形態と同様である。
【００４７】
連通孔８Ａを通じて径方向から連通管１６の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に流通することで排気ガスの圧力が損失され、さらに、閉め切り用隔壁１７より上流側において連通孔８Ａで整流された後、第２の消音室２Ｂに拡大して送られることで、排気ガスの圧力変動が低減され、ここでも消音される。閉め切り用隔壁１７の上流側から第２の消音室２Ｂに送り込まれた排気ガスは、仕切壁１９を迂回して下流側の連通孔８Ａに絞られた状態で流入するが、この排気ガスの迂回により、あたかも、もう１つの消音室（膨張室，ダンピング室）を経由して仕切壁１９の下流側に流入することとなり、これによっても消音され、さらに、連通孔８Ａによる絞り込みの工程でも排気ガスが消音される。
【００４８】
連通孔８Ａを通じて径方向から連通管１６の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に流通して排気ガスの圧力変動が低減され、さらに、下流側では連通孔８Ａで整流された後、最下流側に位置する第３の消音室２Ｃに拡大して送られることで、排気ガスの圧力変動がさらに低減される。第３の消音室２Ｃに送り込まれた排気ガスはテールパイプ５を通って外部に放出される。
【００４９】
第２実施形態によれば、第１実施形態の(1)〜(10)の作用効果を奏することができる他に、次の作用効果を奏することができる。
(11)連通管１６は、全体を１本の連続した連通管により形成されるとともに、最上流にある第１の消音室２Ａと最下流にある第３の消音室２Ｃ以外の第２の消音室２Ｂの略中間位置に連通管内閉め切り用隔壁１７を形成したから、同一の消音室に複数の連通管を径方向に並べて配置することがないので、排気消音装置２０を小型化することができる。
【００５０】
(12)閉め切り用隔壁１７の外周位置に、第２の消音室２Ｂの一部を仕切る仕切壁１９を設けたから、閉め切り用隔壁１７の上流側の連通孔８Ａから流出された排気ガスは仕切壁１９を迂回して下流側の連通孔８Ａに流入することになるため、この仕切壁１９で第２の消音室２Ｂをあたかも２室の消音室として機能させることができ、消音効果をより十分に発揮することができる。
【００５１】
次に、本発明の第３実施形態を図４に基づいて説明する。
第３実施形態は、第２実施形態の応用例である。
全体構成を示す図４において、第３実施形態の排気消音装置３０は、第１から第３の仕切板３Ａ〜３Ｃで本体２を第１から第４の消音室２Ａ〜２Ｄに仕切り、これらの仕切板３Ａ〜３Ｃに実質的に１本の連通管２６を支持し、この連通管２６に第１および第２の仕切部材２９Ａ，２８Ｂを設けた構成である。
第３の仕切板３Ｃは第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂと同様な構造である。
【００５２】
連通管２６は、第１から第３の筒状部材２８Ａ〜２８Ｃと、第１の筒状部材２８Ａの一端に設けられた隔壁９と、第３の筒状部材２８Ｃの一端に設けられた隔壁９とを備え、第１の筒状部材２８Ａの他端と第２の筒状部材２８Ｂの一端との間には第１の仕切部材２９Ａが介装され、第２の筒状部材の他端と第３の筒状部材２８Ｃの他端との間には第２の仕切部材２９Ｂが介装されている。
これらの仕切部材２９Ａ，２９Ｂは、筒状部材２８Ａ〜２８Ｃの端面とは溶接などで固定されているもので、筒状部材２８Ａ〜２８Ｃの断面積より大きな面積を有する円板から形成される。
これらの仕切部材２９Ａ，２９Ｂは、その中心部が第２実施形態の連通管内閉め切り用隔壁１７として機能するものであり、筒状部材２８Ａ〜２８Ｃの断面より大きな周縁部が第２実施形態の仕切壁１９として機能するものである。
第３実施形態の作用は第２実施形態の作用と同じである。
【００５３】
第３実施形態では、第２実施形態の(1)〜(7)(9)(11)(12)の作用効果を奏することができる他に、次の作用効果を奏することができる。
(13)第１から第４の４つの消音室２Ａ〜２Ｄを設けたから、消音効果を向上させることができる。
(14)連通管内閉め切り用隔壁と仕切壁とを１枚の仕切部材２９Ａ，２９Ｂで形成したから、部品点数を減少させることができ、かつ、製造を容易にできて安価に提供できる。
【００５４】
次に、本発明の第４実施形態を図５に基づいて説明する。
第４実施形態は連通管の下流側端部の形状が第１〜３実施形態と異なるもので、他の基本構成は第１〜３実施形態と同じである。
全体構成を示す図５において、第４実施形態の排気消音装置４０は、ドラム状本体２と、この本体２を第１から第３の消音室２Ａ〜２Ｃに仕切る前記第１および第２の仕切板３Ａ，３Ｂと、本体２に設けられた前記排気ガス導入管４と、本体２に設けられた前記テールパイプ５と、第１の仕切板３Ａに中間部が第２の仕切板３Ｂに端部がそれぞれ支持された第１の連通管３６と、第１の仕切板３Ａに端部が第２の仕切板３Ｂに中間部がそれぞれ支持された第２の連通管３７とを備えて構成されている。
【００５５】
第１の連通管３６は、連通孔８Ａが多数形成された前記円筒部材８と、この円筒部材８の上流側端部に設けられた隔壁９と、円筒部材８の下流側に設けられた隔壁としての凹み板３９とを備えて構成されている。
凹み板３９は、第１の連通管３６の内側に凹んで形成されており、その形状は図５の実線で示される通り、球面状のもの、あるいは、図５の想像線で示される通り、コーン状（円錐形状）のものである。
第２の連通管３７は第１の連通管３６と同様の構造であり、連通孔８Ａが多数形成された前記円筒部材８と、この円筒部材８の上流側端部に設けられた隔壁９と、円筒部材８の下流側に設けられた隔壁としての凹み板３９とを備えて構成されている。
【００５６】
次に、第４実施形態の作用について説明する。
第４実施形態では、第１実施形態と同様に、排気ガス導入管４に送られた排気ガスは最上流側に位置する第１の消音室２Ａに急激に拡大しながら送り込まれることで排気音の圧力変動成分が低減される。
この第１の消音室２Ａに送り込まれた排気ガスは第１の連通管３６の連通孔８Ａに絞られた状態で管内部に送り込まれるが、この排気ガスの絞り込みの工程で排気ガスが消音される。
【００５７】
連通孔８Ａを通じて径方向から第１の連通管３６の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に流通することで排気ガスの圧力変動が低減され、さらに、凹み板３９に向けて流れる。
この際、従来では、連通管内を軸方向に流れる排気ガスは隔壁に当たって隔壁近傍の連通孔から流出するため、連通管の連通孔から流出する排気ガスの速度分布や流出量分布をみると、隔壁近傍の速度分布が大きく、あるいは、流出量分布が多く、隔壁から離れるに従って小さく（少なく）なるが、第４実施形態では、凹み板３９に向けて流れる排気ガスは、この凹み板３９によって絞られることになり、連通孔８Ａで均一化された後、第２の消音室２Ｂに拡大して送られる。さらに、第２の消音室２Ｂにある排気ガスは、第２の連通管３７の連通孔８Ａで絞られて管内部に送り込まれ、第２の連通管３７の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に流通し、凹み板３９によって軸方向に絞られて連通孔８Ａで均一化された後、第３の消音室２Ｃに拡大して送られる。その後、第１実施形態と同様に、第３の消音室２Ｃから排気ガスがテールパイプ５を通じて外部へ放出される。
【００５８】
第４実施形態では、第１実施形態の(1)〜(10)の作用効果を奏することができる他に、次の作用効果を奏することができる。
(15)第１および第２の連通管３６，３７の下流側の隔壁は、管内側に凹んだ凹み板３９としたから、連通管内部で軸方向に送られた排気ガスは凹み板３９から形成される隔壁により径方向に流れやすくなる。そのため、連通孔８Ａからさらに軸方向に均一に流出しやすくなり、連通管内で発生する気流音を低減することができる。
【００５９】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本発明では、連通孔８Ａ１〜８Ａ４の大きさ、形成箇所などは前記各実施形態に限定されるものではない。例えば、排気ガスが流入する場所の連通孔８Ａ１の数や全開口面積を排気ガスが流出する場所の連通孔８Ａ２の数や全開口面積より小さくしたが、本発明では、この逆であってもよく、あるいは、連通管に偏りなく均等に形成するものであってもよい。
【００６０】
また、前記各実施形態では円筒部材８，１８は、その断面積が軸方向に沿って同一のストレート状に形成したが、本発明では、図６（Ａ）に示される通り、全体に上流側より下流側の方が大くなるテーパ状に形成してもよく、あるいは、図６（Ｂ）に示される通り、上流側から中間部分までストレート状とし、この中間部分から下流側にかけて断面積が大きくなるテーパ状としてもよい。これらの円筒部材８，１８の外周には多数の連通孔８Ａが全面に形成されている。
このように、連通管６，７，１６の外周がテーパ状に形成されることにより、下流に行くに従って連通管６，７，１６内の排気ガスの流速が減速され、または、連通管６，７，１６内の排気ガスが膨張し、連通管内で発生する気流音を低減することができる。
【００６１】
さらに、本発明では、図５の連通管３６，３７と同様の効果を達成するために、図６（Ｃ）に示される通り、連通管６，７の下流側近傍において連通孔８Ａを下流側に向かうに従って開口面積を小さくし、あるいは、図６（Ｄ）に示される通り、連通管６，７の下流側近傍において連通孔８Ａを下流側に向かうに従って配置間隔を広くするものでもよい。つまり、連通管６，７の連通孔８Ａの開口面積を排気の流れ方向下流側に向かって小さくしてもよい。
この構成では、上流側に向かうに従って排気ガスの流出がより容易となり、排気ガスは、所定個所に集中することがなくなり、下流側のパイプを絞ったような効果がある。
【００６２】
また、第２実施形態では仕切壁１９を必ずしも設けることを要しない。設ける場合であっても、閉め切り用隔壁１７の外周位置であることを要せず、閉め切り用隔壁１７から軸方向に所定寸法離れているものでもよい。閉め切り用隔壁１７は輪郭形状が矩形状や多角形状などの他の形状であってもよい。
さらに、本発明の排気消音装置１０，２０，３０，４０に共鳴室を設けてもよい。
また、排気消音装置１０，２０，３０，４０をディーゼルエンジンに適用したが、ガソリンエンジンなどの内燃機関に適用してもよく、この内燃機関も建設機械に用いられるものに限定されるものではなく、乗用自動車などに用いられるものであってもよい。
【００６３】
【発明の効果】
本発明によれば、３室以上の複数の消音室のうち最上流の消音室に内燃機関の排気ガスを直接流入させる排気ガス導入口を設けるとともに、最下流の消音室に排気ガスを流出させる排気ガス流出口を設け、かつ、前記複数の消音室の所定の室間を連通させる連通管を設け、これらの連通管の両端に隔壁を設けるとともに、連通させようとする室に対応した外周の所定位置に多数の連通孔を設けたから、排気ガス導入口から最上流の消音室に導入された排気ガスが拡大することで、低周波成分を含む排気音を消すことができ、その上、隣り合う消音室に排気ガスが送り込まれる際に、排気ガスは、連通管の連通孔によって絞りと拡大とが繰り返されて圧力が損失されることでエネルギーが減衰されるため、排気音を効率的に消すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】本発明の第２実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第４実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図６】（Ａ）から（Ｄ）は本発明の変形例を示す断面図である。
【図７】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
2A,2B,2C,2D 消音室
２ 本体
3A,3B,3C 仕切板（隔壁部）
４Ａ 排気ガス導入口
５Ａ 排気ガス流出口
6,7,16,26,36,37 連通管
8A,8A1〜8A4 連通孔
９ 隔壁
10,20,30,40 排気消音装置
１７ 閉め切り用隔壁
１９ 仕切壁
３９ 凹み板
Claims (8)
- 内燃機関の排気管に接続される排気消音装置であって、少なくとも３室以上の複数の消音室を有し、これらの消音室のうち最上流の消音室に、前記内燃機関の排気ガスを直接流入させる排気ガス導入口を設けるとともに、最下流の消音室に排気ガスを流出させる排気ガス流出口を設け、かつ、前記最上流の消音室を含む複数の消音室の室間を連通させる連通管を設け、この連通管の両端に隔壁を設けるとともに、連通させようとする室に対応した外周の所定位置に多数の連通孔を設け、前記最上流の消音室に開口している連通孔の全開口面積が下流の消音室であって前記最上流の消音室に隣接した消音室に開口している連通孔の全開口面積より小さく、かつ、前記最上流の消音室に開口している連通孔の全開口面積は前記連通管の断面積より小さく、
前記消音室は前記最上流に位置する第１消音室と、前記最下流に位置する第３の消音室と、前記第１の消音室と前記第３の消音室との間に配置された第２の消音室とから構成され、複数の消音室に開口される多数の連通孔が外周に形成されるとともに端部に隔壁が設けられた管を１本あるいは２本備え、前記１本の管の一部あるいは２本の管のうち１本が前記連通管であり、前記連通管に形成される多数の連通孔のうち一部が前記第１の消音室に開口され、残りが前記第２の消音室に開口され、
前記第２の消音室に開口する連通孔の全開口面積は前記連通管の断面積より大きいことを特徴とする排気消音装置。 - 請求項１に記載の排気消音装置において、前記複数の消音室のうち最上流の室の容積または最小開口面積をもつ連通管の直後に連通孔が開口している室の容積を最も大きくしたことを特徴とする排気消音装置。
- 請求項１または２に記載の排気消音装置において、前記連通管の両端の隔壁は、小孔の形成などにより一部軸方向に排気ガスの流入・流出を許容して準密閉構造にされていることを特徴とする排気消音装置。
- 請求項１ないし３のいずれかに記載の排気消音装置において、前記連通管の断面積は、上流側より下流側の方が大きいことを特徴とする排気消音装置。
- 請求項１ないし４のいずれかに記載の排気消音装置において、前記連通管は、全体を１本の連続した連通管により形成されるとともに、前記最上流の消音室と最下流の消音室以外の各消音室の中間位置に連通管内閉め切り用隔壁を形成されたことを特徴とする排気消音装置。
- 請求項５に記載の排気消音装置において、前記閉め切り用隔壁の外周位置に、当該各消音室の一部を仕切る仕切壁を設けたことを特徴とする排気消音装置。
- 請求項１ないし３のいずれかに記載の排気消音装置において、前記連通管の連通孔の開口面積を排気の流れ方向下流側に向かって小さくしたことを特徴とする排気消音装置。
- 請求項１に記載の排気消音装置において、隣り合う前記消音室同士を仕切る隔壁部に小孔の形成などにより一部の排気ガスをバイパスさせることを特徴とする排気消音装置。
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