JP7156902B2

JP7156902B2 - マフラ

Info

Publication number: JP7156902B2
Application number: JP2018200346A
Authority: JP
Inventors: 雅之原
Original assignee: Marelli Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2022-10-19
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: JP2020067040A

Description

本発明は、自動車のエンジン等の内燃機関の排気系に設けられるマフラ（消音器）に関する。

例えば、自動車のエンジンに使用するマフラとして、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示されたマフラは、２つの仕切壁により３つの室が形成されたマフラ本体と、このマフラ本体の第１室と第２室を貫通してガス圧が最も高くなる第３室に連通開口して該第３室に排気ガスを導入するインレットパイプと、第２室と第３室を貫通して第１室に連通開口して該第１室から外部へ排気ガスを導出するアウトレットパイプと、第２室を貫通して第１室と第３室に両端がそれぞれ開口し、第１室の開口端に該開口端を開閉するバルブを有するインナパイプ（排気パイプ）と、を備えている。

そして、エンジンの低回転域の低流量時の排気ガスによって、バルブでインナパイプの開口端を閉じて消音性能を高め、エンジンの高回転域の大流量時の排気ガスによって、バルブでインナパイプの開口端を開いて排気抵抗の減少を図って背圧を低減するようになっている。

特開平５－９８９３０号公報

前記従来のマフラでは、バルブがマフラ本体内に設けられていて、エンジンの低回転域の低流量時にバルブが閉じて低周波域の気流音を消音できるようになっているが、中回転域ではバルブが開いて中周波域の気流音を消音することができなかった。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、低周波域から高周波域の広帯域の気流音を消音することができるマフラを提供することを目的とする。

本発明は、マフラ本体に複数のバッフルプレートにより仕切られる複数の消音室と拡張室を有したマフラにおいて、前記複数の消音室のうちの一つに挿入して排気ガスを導入して主流路となる排気ガス入口管を備え、前記排気ガス入口管の前記マフラ本体の外側部分に前記排気ガスの流れを制御する制御バルブが設けられ、前記制御バルブより排気ガスの上流側から分岐して前記排気ガスを前記排気ガス入口管が挿入される消音室とは異なる拡張室に導入するバイパス路としての排気ガスバイパス入口管が設けられ、前記排気ガスバイパス入口管より導入された排気ガスは、前記拡張室へ流れ、拡張消音効果を得た後、別の管路を通って、前記排気ガス入口管の主流路と合流して干渉した後、出口側の消音室に流出し、前記出口側の消音室内には、外部へ排気ガスを導出するテール管に連結されたアウトレット管の開口する端部が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、排気ガス入口管のマフラ本体の外側部分に排気ガスの流れを制御する制御バルブを設け、この制御バルブの開閉時にかかわらずマフラ本体内の消音回路を経由し、制御バルブの開時に長さの異なる排気ガス入口管による主流路と排気ガスバイパス入口管よるバイパス流路の集合部までで干渉回路を形成することにより、低周波域から高周波域の広帯域の気流音を効率良く消音することができる。

本発明の一実施形態のマフラを示す断面図である。上記マフラの低流量時の排気ガスの流れを示す断面図である。上記マフラの中流量時の排気ガスの流れを示す断面図である。上記マフラの大流量時の排気ガスの流れを示す断面図である。（ａ）～（ｃ）は上記マフラの各バルブ開度時の吸音レベルをそれぞれ比較して示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態のマフラを示す断面図、図２はマフラの低流量時の排気ガスの流れを示す断面図、図３はマフラの中流量時の排気ガスの流れを示す断面図、図４はマフラの大流量時の排気ガスの流れを示す断面図、図５は（ａ）～（ｃ）はマフラの各バルブ開度時の排気ガスの吸音レベルをそれぞれ比較して示すグラフである。

図１に示すように、マフラ（消音器）１０のマフラシェル（マフラ本体）１１は、金属製で楕円筒状のアウタシェル１２と、このアウタシェル１２の両端開口部を閉塞する金属製で板状のアウタプレート１３ａ，１３ｂとで構成されており、図示しないエンジンから発生する気流音と高温の排気ガスＧを、金属製で板状の４つバッフルプレート（仕切壁）１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄで４つに区画された拡張室（消音室）１５と出口側の消音室１６と中間側の消音室１７と吸音室（消音室）１８及び消音室１９と、内部に設けられた低周波消音回路Ａと干渉回路Ｂ及び吸音回路（消音回路）Ｃとによって消音、冷却するものである。

排気ガスＧをマフラシェル１１内に導入して主流路を構成する排気ガス入口管２０は、出口側の消音室１６に挿通され、Ｌ字形に曲がって中間側の消音室１７と吸音室１８を通過して入口側の消音室１９に端部２０ａを開口させている。

また、排気ガス入口管２０のマフラシェル１１の外側部分には、排気ガスＧの流れを制御する制御バルブ２１が設けられている。この制御バルブ２１は、収納ケース２２内でモータの回転軸２１ａにより回転することで主流路である排気ガス入口管２０を開閉するようになっている。また、制御バルブ２１は、全閉と全開との間に中間開度を有している。この中間開度は、エンジンの中回転時（中回転域）での排気ガスの中流量時で制御バルブ２１がモータ制御により半分程度開くように設定されている。詳述すると、例えば、エンジンの回転数が２５００ｒｐｍ～５０００ｒｐｍの区間で、２０％～５０％の間で制御バルブ２１が開くように設定されている。

さらに、排気ガス入口管２０の制御バルブ２１より排気ガスＧの上流側には、排気ガス入口管２０より細径のバイパス路を構成する排気ガスバイパス入口管２３が分岐している。この排気ガスバイパス入口管２３は、Ｌ字形に折り曲げ形成されており、排気ガスＧを排気ガス入口管２０が挿入される入口側の消音室１９とは異なる拡張室１５に導入する。即ち、排気ガスバイパス入口管２３の開口する端部２３ａは拡張室１５内に配置されている。

また、マフラシェル１１内には、拡張室１５内に開口する端部２４ａを有し、出口側の消音室１６を通過して、中間側の消音室１７でＬ字形に折り曲げられて他端部２４ｂを排気ガスバイパス入口管２３に連通させた別の管路としての貫通管２４と、入口側の消音室１９内に開口す端部２５ａを有し、吸音室（消音室）１８を通過して、中間側の消音室１７内に開口する他端部２５ｂを有した干渉管２５と、を備えている。

貫通管２４は、排気ガスバイパス入口管２３と同径の細径に形成されている。そして、排気ガスバイパス入口管２３より拡張室１５内に導入された排気ガスＧは、貫通管２４の開口する端部２４ａ内に流入され、中間側の消音室１７内を通過する部分の周壁２４ｃに形成された複数の貫通孔２４ｄより中間側の消音室１７中に流出し、残りの排気ガスＧは、排気ガス入口管２０より導入された排気ガスＧと合流した後に、入口側の消音室１９内に導入され、この入口側の消音室１９から干渉管２５を通って出口側の消音室１６に流出するようになっている。これにより、排気ガスバイパス入口管２３の開口する端部２３ａと貫通管２４の開口する端部２４ａが収納された拡張室１５内が低周波消音回路Ａとなっている。また、細径の排気ガスバイパス入口管２３と、太径の排気ガス入口管２０の細径の貫通管２４の他端部２４ｂからの合流部Ｐまでと、出口側の消音室１６から後述すると第２アウトレット管２７の他端部２７ｂと、に流れる排気ガスＧの流路が太径短経路の本流の干渉回路（干渉構造）Ｂとなっている。

また、排気ガスバイパス入口管２３より導入された排気ガスＧと排気ガス入口管２０より導入された排気ガスＧとが合流する下流側に位置する吸音室（消音室）１８に貫通された排気ガス入口管２０の部分の周壁２０ｃには複数の貫通孔２０ｄが設けられ、この複数の貫通孔２０ｄより吸音室１８に排気ガスＧの一部が流出するようになっている。さらに、干渉管２５の吸音室１８内に通過する部分の各周壁２５ｃに複数の貫通孔２５ｄを吸音室１８内で開口するように設けられている。この複数の貫通孔２５ｄは吸音材３０でそれぞれ覆われている。これらの貫通孔２０ｄ，２５ｄ及び貫通孔２５ｄを覆う吸音材３０が収納された吸音室１８内が排気ガスＧが集合後の吸音回路（吸音構造）Ｃとなっている。尚、干渉管２５の中間側の消音室１７内の周壁２５ｃにも複数の貫通孔２５ｄが設けられている。

さらに、マフラシェル１１内には、出口側の消音室１６内に開口する端部２６ａと、中間側の消音室１７と吸音室１８及び入口側の消音室１９を通過して外部に排気ガスＧを導出する他端部２６ｂと、を有する第１アウトレット管２６と、出口側の消音室１６内に開口する端部２７ａと、拡張室１５を通過して外部に排気ガスＧを導出する他端部２７ｂと、を有する第２アウトレット管２７と、第１アウトレット管２６の他端部２６ｂに連結され、外部に排気ガスＧを導出するＬ字形の第１デュアルテール管２８と、第２アウトレット管２７の他端部２７ｂに連結され、外部に排気ガスＧを導出するＬ字形の第２デュアルテール管２９と、を備えている。

尚、出口側の消音室１６と中間側の消音室１７を仕切るバッフルプレート１４Ｂ及び中間側の消音室１７と吸音室１８を仕切るバッフルプレート１４Ｃには、複数の貫通孔１４ｅ，１４ｆが設けられている。

以上実施形態のマフラ１０によれば、図２に示すように、エンジンの低回転域で、制御バルブ２１が全閉されて排気ガス入口管２０より分岐した排気ガスバイパス入口管２３のみからマフラシェル１１内に流入する排気ガスＧの低流量時には、排気ガスＧが、拡張室１５に開放され、拡張消音効果を得た後、貫通管２４を通って排気ガス入口管２０の合流部Ｐへ流れる。この前に、中間側の消音室１７内の貫通管２４の複数の貫通孔２４ｄで干渉され、吸音室１８内の排気ガス入口管２０の複数の貫通孔２０ｄ及び干渉管２５の複数の貫通孔２５ｄで吸音され、さらに、中間側の消音室１７内の干渉管２５の複数の貫通孔２５ｄで吸音されて、出口側の消音室１６に流出する。即ち、同一の中間側の消音室１７にそれぞれ貫通された貫通管２４の周壁２４ｃの複数の貫通孔２４ｄと、干渉管２５の周壁２５ｃの複数の貫通孔２５ｄと、の２経路で、異なる経路長の干渉を再度行う。これにより、低周波域から中周波域の気流音を消音する。尚、貫通管２４を通って排気ガス入口管２０の合流部Ｐへ流れた一部の排気ガスＧ′は、排気ガス入口管２０内を逆流して、ヘルムホルツのレゾネータとして機能する。

また、図３に示すように、エンジンの中回転域で、制御バルブ２１が半分程度開かれて排気ガス入口管２０及び排気ガスバイパス入口管２３からマフラシェル１１内に流入する排気ガスＧの中流量時には、排気ガスＧが排気ガスバイパス入口管２３と主流路が絞られた排気ガス入口管２０の長さ違いの経路を通って、貫通管２４と排気ガス入口管２０の合流部Ｐに到達する。この長さの異なるバイパス路と主流路の合流により、干渉回路Ｂが形成される。即ち、爆発次に高調波の波が半波長ずらし相殺され、低周波域から中周波域の気流音を消音できる。また、任意の運転条件（低・中・高速、低・中・高負荷）で、オーバー・オール（Ｏ．Ａ）を下げる低周波と高周波の適切なチューニングができる。さらに、制御バルブ２１の中間開時におけるエンジン上限回転数近傍の気流音は、貫通管２４と排気ガス入口管２０の合流部Ｐの合流後の吸音室１８内の排気ガス入口管２０の複数の貫通孔２０ｄ及び干渉管２５の複数の貫通孔２５ｄの吸音構造（吸音回路Ｃ）で吸音される。これにより、高周波域の気流音を消音できる。

さらに、図４に示すように、エンジンの大回転域で、制御バルブ２１が全開されて排気ガス入口管２０及び排気ガスバイパス入口管２３からマフラシェル１１内に流入する排気ガスＧの大流量時には、前記の排気ガスＧの中流量時と同様に、排気ガスバイパス入口管２３と主流路が全開された排気ガス入口管２０の長さ違いの経路を通って、貫通管２４と排気ガス入口管２０の合流部Ｐに到達し、この合流部Ｐと中間側の消音室１７内の干渉管２５の複数の貫通孔２５ｄの干渉効果と流速低減で、中高周波に消音チューニングをシフトできる。また、制御バルブ２１の全開時におけるエンジン上限回転数近傍の気流音は、貫通管２４と排気ガス入口管２０の合流部Ｐの合流後の吸音室１８内の排気ガス入口管２０の複数の貫通孔２０ｄ及び干渉管２５の複数の貫通孔２５ｄの吸音構造（吸音回路Ｃ）で吸音される。これにより、高周波域の気流音を消音することができる。

この制御バルブ２１が全閉、全開、中間開度における吸音レベルの実験例の結果を図５で示す。この実験例では、エンジンの回転途中で、中間開度を３０００ｒｐｍに設定してあり、図５（ａ）に示すように、高周波が支配的な高回転域のオーバー・オール（Ｏ．Ａ）が抑えられ、また、図５（ｂ），（ｃ）に示すように、爆発１次、爆発２次の低周波を下げるバランスの良い低減を選択することができる。

このように、排気ガス入口管２０のマフラシェル１１の外側部分に排気ガスＧの流れを制御する制御バルブ２１を設け、この制御バルブ２１の開閉時にかかわらずマフラシェル１１内の吸音回路（消音回路）Ｃを経由し、制御バルブ２１の開時に長さの異なる排気ガス入口管２０による主流路と排気ガスバイパス入口管２３よるバイパス流路の合流部（集合部）Ｐまでで干渉回路Ｂを形成することにより、低周波域から高周波域の広帯域の気流音を効率良く消音することができる。

１０マフラ
１１マフラシェル（マフラ本体）
１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄバッフルプレート
１５拡張室
１６出口側の消音室
１７～１９消音室
２０排気ガス入口管（主流路）
２１制御バルブ
２３排気ガスバイパス入口管（バイパス路）
２４貫通管（別の管路）
２４ｄ貫通孔
２５干渉管
２５ｄ貫通孔
２６第１アウトレット管
２７第２アウトレット管
２８第１デュアルテール管（テール管）
２９第２デュアルテール管（テール管）
Ｇ排気ガス

Claims

マフラ本体に複数のバッフルプレートにより仕切られる複数の消音室と拡張室を有したマフラにおいて、
前記複数の消音室のうちの一つに挿入して排気ガスを導入して主流路となる排気ガス入口管を備え、
前記排気ガス入口管の前記マフラ本体の外側部分に前記排気ガスの流れを制御する制御バルブが設けられ、
前記制御バルブより排気ガスの上流側から分岐して前記排気ガスを前記排気ガス入口管が挿入される消音室とは異なる拡張室に導入するバイパス路としての排気ガスバイパス入口管が設けられ、
前記排気ガスバイパス入口管より導入された排気ガスは、前記拡張室へ流れ、拡張消音効果を得た後、別の管路を通って、前記排気ガス入口管の主流路と合流して干渉した後、出口側の消音室に流出し、
前記出口側の消音室内には、外部へ排気ガスを導出するテール管に連結されたアウトレット管の開口する端部が配置されていることを特徴とするマフラ。
請求項１記載のマフラであって、
前記排気ガスバイパス入口管より導入された排気ガスと前記排気ガス入口管より導入された排気ガスとが合流する前側に位置する消音室に貫通された前記別の管路の管の部分に設けられた複数の貫通孔と、該同一の消音室内に貫通された干渉管の管の部分に設けられた複数の貫通孔と、の２経路で、異なる経路長の干渉を再度行うことを特徴とするマフラ。
請求項１または２記載のマフラであって、
前記電制バルブは、全閉と全開との間に中間開度を有することを特徴とするマフラ。