JP7125441B2

JP7125441B2 - 消音器

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Publication number: JP7125441B2
Application number: JP2020034995A
Authority: JP
Inventors: 正也竹内; 正博梶川
Original assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2020-03-02
Filing date: 2020-03-02
Publication date: 2022-08-24
Anticipated expiration: 2040-03-02
Also published as: JP2021139295A; CN113339103A; CN113339103B; US11635007B2; US20210270158A1

Description

本開示は、消音器に関する。

自動車用の排気システムとして、排気流路の上流側に配置される触媒と、排気流路の下流側に配置されるメインマフラとの間に、サブマフラを設けたものが知られている。例えば、下記特許文献１には、サブマフラに用いられる消音器として、内管と外管とを備える二重管構造であり、内管に連通孔を設けることで内管と外管との間の空間と内管の内側とが連通し、空間を内管の分岐管として機能する構成が開示されている。このとき連通孔が、空間における長手方向の中間に位置するように設定し、複数の周波数の音波の消音を実現している。

実開昭６１－１３８８１３号公報

しかしながら、上記構成では、分岐管として機能する空間の容積が不足しやすく、特定の周波数の音波を低減することが不十分になりやすいという問題がある。
本開示の１つの局面は、消音器において、特定の周波数の音波を良好に低減できるようにすることにある。

本開示の一態様は、消音器であって、排気管と、空間形成部材と、を備える。排気管は、内部に排気を通過させる流路を有し、筒状に構成される。空間形成部材は、流路から分岐し、排気管との間に流路に隣接する複数の閉空間を形成する。複数の閉空間と流路とは、それぞれ１つの連通孔を介して連通する。

このような構成によれば、サイドブランチ型の消音器が構成され、複数の閉空間を共鳴室として機能させることができる。また、複数の閉空間を設けることで容積を確保しやすくすることができるので、特定の周波数の音波の消音性能を向上させることができる。

本開示の一態様では、複数の閉空間は、排気管を流路における排気の流れ方向と直交する断面で切断したときに、排気管の径方向又は周方向に並べて配置されてもよい。
このような構成によれば、ブランチ管として機能する独立した複数の閉空間を配置することができる。

本開示の一態様では、空間形成部材は、排気管の周囲において排気の流れ方向に沿って延びる複数の閉空間を形成するように配置され、排気管とともに多重管を構成してもよい。
このような構成によれば、消音器を多重管で構成することができるので、排気管から周方向に延びる分岐管を有する消音器と比較して、消音器を小型化することができる。

本開示の一態様では、連通孔は、複数の閉空間における長手方向の端部にそれぞれ備えられてもよい。
このような構成によれば、より閉空間の長手方向の長さを確保しやすくすることができるので、低周波の消音を効果的に行うことができる。

本開示の一態様では、長手方向は、排気管における排気の流れ方向と一致するように構成されてもよい。なお、上記の一致には略一致を含む。
このような構成によれば、閉空間の長さを確保しやすくすることができる。

本開示の一態様では、複数の閉空間は、排気管における排気の流れ方向を長手方向とする空間が、排気管の周方向に沿って複数並べて配置されて構成されてもよい。
このような構成によれば、排気管に隣接する複数の閉空間を効率的に配置することができる。

排気システムの概略構成を示す平面図である。消音器のII－II断面図である。図２に示す消音器の拡大図である。消音器のIV－IV断面図である。周波数と透過損失（ＴＬ）との関係を示すグラフである。他の実施形態の消音器である。他の実施形態の消音器におけるVII－VII断面斜視図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す排気システム１は、内燃機関の排気流路を構成する。排気システム１は、触媒コンバータ２と、サブマフラとしての消音器３と、メインマフラ４とを備える。

排気システム１が適用される内燃機関としては、特に限定されないが、自動車、鉄道、船舶、建機等の輸送機器、発電施設などで駆動用又は発電用として用いられるものが挙げられる。

触媒コンバータ２は、排気Ｇ中の環境汚染物質を改質又は捕集する。触媒コンバータ２は、触媒等を有する。メインマフラ４は、消音器３を通過した排気Ｇをさらに消音する。
触媒コンバータ２と消音器３とは第１配管５Ａによって接続されている。消音器３とメインマフラ４とは第２配管５Ｂによって接続されている。メインマフラ４を通過した排気Ｇは、第３配管５Ｃから排出される。

＜消音器＞
消音器３は、図２乃至図４に示すように、それぞれ筒状に形成された、内管７、中管８、及び外管９を備える。なお、図３は消音器３の拡大図であり、特に、図２における破線円の部分の拡大図である。消音器３は、内管７、中管８、及び外管９による三重管構造である。なお、内管７は本開示での排気管に相当し、中管８及び外管９は本開示での空間形成部材に相当する。

（内管）
内管７は、内部を排気Ｇが通過するように円筒状に構成されている。具体的には、触媒コンバータ２を通過した排気Ｇが上流側の端部（図２及び図３では左側）から内管７の内部に導入され、図２の矢印の方向に沿って流通し、下流側の端部から排出される。

（中管及び外管）
中管８は、図２乃至図４に示すように、内管７の外周面を囲うように配置されている。中管８の全長は、内管７よりも短く設定され、軸方向の上流側端部にて縮径し、内管７に隙間なく接合される。

外管９は、図２乃至図４に示すように、中管８のさらに外周面を囲うように配置されている。つまり、外管９は、内周側に中管８及び内管７が配置される。なお、外管９の軸方向の両端部は、内管７の両端部よりも軸方向外側に延伸している。

また、外管９は、両端部にて縮径し、それぞれ内管７に隙間なく接合される。また、図２において、消音器３の下流側での、中管８及び内管７の接合部位を８Ｘ、外管９及び内管７の接合部位を９Ｘで示す。

特に、外管９の上流側では、内管７との接合部位よりも下流側で、中管８と隙間なく接合される。また、外管９の下流側では、中管８及び内管７の接合部位８Ｘよりも軸方向の下流側で縮径し、中管８及び内管７の接合部位８Ｘよりも下流側で、内管７との接合部位９Ｘを形成する。つまり、外管９の下流側では、外管９と中管８との間、及び外管９内管７との間に空隙が形成される。

内管７、中管８、及び外管９の断面は、中心軸を同一とする同心円を構成し、外管９の内径は、中管８の外形よりも大きく、また、中管８の内径は内管７の外径よりも大きく設定される。

この構成によって、中管８及び外管９は、内管７の周囲において、内管７との間に流路に隣接し、かつ排気Ｇの流れ方向に沿って延びる複数の閉空間１１，１２を形成する。換言すれば、複数の閉空間１１，１２における長手方向は、内管７における排気Ｇの流れ方向と一致するように構成される。

また、複数の閉空間１１，１２は、内管７を流路における排気Ｇの流れ方向と直交する断面で切断したときに、内管７の径方向に並べて配置される。
（連通孔）
内管７は、複数の連通孔７１，７２を有する。複数の連通孔７１，７２は、何れも内管７の下流側の端部付近に配置されている。複数の連通孔７１，７２は、内管７の軸方向に離間した位置、すなわち内管７の軸方向においてずれて設けられている。

上流側の連通孔７１は、中管８と内管７との接合部位８Ｘ付近であって、この接合部位８Ｘよりも上流側に配置される。上流側の連通孔７１は、中管８と内管７との間に設けられた空隙である閉空間１１に、内管７の内部を連通させている。

また、下流側の連通孔７２は、中管８と内管７との接合部位８Ｘの下流側、かつ外管９と内管７との接合部位９Ｘの上流側に配置される。下流側の連通孔７２は、外管９と中管８との間に設けられた空隙である閉空間１２に、内管７の内部を連通させている。

複数の閉空間１１，１２と内管７における排気Ｇの流路とは、それぞれ１つの連通孔７１，７２のみを介して連通する。連通孔７１，７２は、複数の閉空間１１，１２における長手方向の端部、本実施形態では下流側の端部にそれぞれ備えられる。ただし、連通孔７１，７２の位置は、複数の閉空間１１，１２における厳密な端部である必要はなく、閉空間１１，１２が単一の周波数（厳密には当該単一の周波数の倍数を含む）の音波を減衰させる機能を備える程度の位置であればよい。

複数の閉空間１１，１２は、図４に示すように、内管７を流路における排気Ｇの流れ方向と直交する断面で切断したときに、互いに直接連通することがないように配置される。つまり、複数の閉空間１１，１２は、連通孔７１，７２及び内管７の流路を介してのみ連通する独立した閉空間を構成する。

各連通孔７１，７２の形状は、例えば、真円（図６及び図７参照）とされる。なお、各連通孔７１，７２の形状には、楕円形、多角形等、任意の形状を採用できる。
消音器３を含む排気流路構成部材によって構成される排気流路（つまり図１の排気システム１全体における排気流路）において気柱共鳴が発生する場合、排気流路内で発生する定在波の腹部に対応する位置に、各連通孔７１，７２が配置される。これらの構成により、連通孔７１，７２によって定在波の音圧の低減を図ることが可能となる。

一方で、消音器３は、複数の連通孔７１，７２を介して排気流路と閉空間１１，１２とが連通されていることにより、サイドブランチ型消音器としても機能する。つまり、消音器３は、定在波の音圧の低減とサイドブランチによる消音とを両立させることができる。

特に、本実施形態の閉空間１１，１２は、内管７等の軸方向が長手方向となるように構成され、図２に示すように、閉空間１１，１２の長手方向の長さＬ１１及びＬ１２は、概ね同じ長さになるように構成される。つまり、閉空間１１，１２は、重ね合わせの原理により、同じ周波数の音波を効果的に減衰させる。また、消音器３では、２つの連通孔７１，７２の位置を軸方向にずらして配置しているので、閉空間１１，１２の長手方向の長さＬ１１，Ｌ１２を長く調整することが可能となる。

ここで、図５は、排気Ｇにて生じる音波の周波数と消音器における透過損失（ＴＬ：Transmission Loss）との関係を示すグラフである。透過損失とは、消音器の入口及び出口の平均入射音エネルギと平均通過音エネルギとの比で定まる、消音器本体での減衰量であり、図５では、ＴＬが大きいほど消音効果が高いことを示している。図５において、太い実線は上記の消音器３を示し、細い実線及び粗い破線は二重管として構成された消音器を示す。また、細かい破線は、内管７のみのパイプである。

図５を参照すると、太い実線で示す消音器３の透過損失は、二重管として構成された消音器、或いは内管７のみのパイプよりも充分大きく、消音器３は、良好に消音効果を得られることが分かる。

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）本開示の一態様は、消音器３であって、内管７と、中管８及び外管９と、を備える。内管７は、内部に排気Ｇを通過させる流路を有する筒状である。

中管８及び外管９は、流路から分岐し、内管７との間に流路に隣接する複数の閉空間１１，１２を形成する。複数の閉空間１１，１２と流路とは、それぞれ１つの連通孔７１，７２を介して連通する。

このような構成によれば、サイドブランチ型の消音器３が構成され、複数の閉空間１１，１２を共鳴室として機能させることができる。また、複数の閉空間１１，１２を設けることで容積を確保しやすくすることができるので、特定の周波数の音波の消音性能を向上させることができる。

（１ｂ）本開示の一態様では、複数の閉空間１１，１２は、内管７を流路における排気Ｇの流れ方向と直交する断面で切断したときに、内管７の径方向又は周方向に並べて配置される。

このような構成によれば、独立した複数の閉空間１１，１２を確実に配置することができる。
（１ｃ）本開示の一態様では、中管８及び外管９は、内管７の周囲において排気Ｇの流れ方向に沿って延びる複数の閉空間１１，１２を形成するように配置され、内管７とともに多重管を構成する。

このような構成によれば、消音器３を多重管で構成することができるので、内管７から周方向に延びる分岐管を有する消音器３と比較して、消音器３を小型化することができる。
（１ｄ）本開示の一態様では、連通孔７１，７２は、複数の閉空間１１，１２における長手方向の端部にそれぞれ備えられてもよい。

このような構成によれば、より閉空間１１，１２の長手方向の長さを確保しやすくすることができるので、サイドブランチによる消音を図る場合において、低周波の消音を効果的に行うことができる。
（１ｅ）本開示の一態様では、長手方向は、内管７における排気Ｇの流れ方向と一致するように構成される。

このような構成によれば、閉空間１１，１２の長さを確保しやすくすることができる。
（１ｆ）本開示の一態様では、複数の閉空間１１，１２は、内管７における排気Ｇの流れ方向を長手方向とする空間が、内管７の周方向に沿って複数並べて配置されて構成される。

このような構成によれば、内管７に隣接する複数の閉空間１１，１２を効率的に配置することができる。
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（２ａ）上記実施形態では、実施形態では本開示の排気管が内管７である場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、本開示の排気管は中管８又は外管９であってもよい。このような構成の場合、この中管８又は外管９の内側に複数の閉空間１１，１２を構成する内管を備えるとよい。

（２ｂ）上記実施形態の消音器３では、複数の閉空間１１，１２を内管７の径方向外側に隣接して並べて配置したが、これに限定されるものではない。例えば、図６及び図７に示す消音器３Ａように、複数の閉空間１１Ａ，１２Ａ、１３Ａ，１４Ａ，１５Ａ，１６Ａ（１１Ａ～１６Ａ）を内管７の周方向に並べて配置してもよい。
特に、図６及び図７に示す例では、消音器３Ａを内管７及び外管９の二重構造とし、内管７の外側にて外管９を軸方向に沿って複数個所にて折り曲げることで閉空間１１Ａ～１６Ａを形成する。閉空間１１Ａ～１６Ａは内管７の内部を介してのみ、互いに連通するように構成してもよい。つまり、内管７には、閉空間１１Ａ～１６Ａに対応して、それぞれ、１つずつの連通孔８１，８４等が設けられてもよい。なお、外管９は、周方向に複数に分割した部品を合わせて構成すると製造しやすい。

（２ｃ）上記実施形態では、複数の閉空間１１，１２の下流側に連通孔７１，７２を配置したが、複数の閉空間１１，１２の上流側に連通孔７１，７２を配置してもよい。この場合、消音器３の上流側と下流側とを反転して配置してもよい。
（２ｄ）上記実施形態では、消音器３を三重管として構成したが、三重管以外の多重管として構成してもよい。

（２ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

１…排気システム、２…触媒コンバータ、３，３Ａ…消音器、４…メインマフラ、５Ａ…第１配管、５Ｂ…第２配管、５Ｃ…第３配管、７…内管、８…中管、９…外管、８Ｘ，９Ｘ…接合部位、１０…空隙、１１，１２，１１Ａ～１６Ａ…閉空間、７１，７２，８１，８４…連通孔。

Claims

内部に排気を通過させる流路を有する筒状の排気管と、
前記流路から分岐し、前記排気管との間に前記流路に隣接する複数の閉空間を形成する空間形成部材と、
を備え、
前記複数の閉空間と、前記流路とは、それぞれ１つの連通孔を介して連通するように構成され、
前記複数の閉空間は、前記排気管を前記流路における排気の流れ方向と直交する断面で切断したときに、前記排気管の径方向に並べて配置される
消音器。
請求項１に記載の消音器であって、
前記それぞれ１つの連通孔は、前記排気管の軸方向に離間した位置に配置され、
前記複数の閉空間は、長手方向での長さが概ね等しくなる
ように構成される消音器。
請求項１又は請求項２に記載の消音器であって、
前記空間形成部材は、前記排気管の周囲において排気の流れ方向に沿って延びる前記複数の閉空間を形成するように配置され、前記排気管とともに多重管を構成する消音器。
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の消音器であって、
前記連通孔は、前記複数の閉空間における長手方向の端部にそれぞれ備えられる消音器。
請求項４に記載の消音器であって、
前記長手方向は、前記排気管における排気の流れ方向と一致するように構成される消音器。
請求項１から請求項４の何れか１項に記載の消音器であって、
前記複数の閉空間は、前記排気管における排気の流れ方向を長手方向とする空間が、前記排気管の周方向に沿って複数並べて配置されて構成される消音器。