JPS6176714A - 内燃機関用排気消音装置 - Google Patents
内燃機関用排気消音装置Info
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- JPS6176714A JPS6176714A JP59198242A JP19824284A JPS6176714A JP S6176714 A JPS6176714 A JP S6176714A JP 59198242 A JP59198242 A JP 59198242A JP 19824284 A JP19824284 A JP 19824284A JP S6176714 A JPS6176714 A JP S6176714A
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- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、内燃機関用排気消音装置(以下排気消音装
置と称す)に関し、特に、消音性能の広帯域化を図った
ものである。
置と称す)に関し、特に、消音性能の広帯域化を図った
ものである。
第1図(a) (b)は吸音材を用いた従来の排気消音
装置の概略構造を示す。図中、(1)は入口管、(2)
は排気消音装置の筐体、(3)はパンチングメタルで構
成した孔明管、(4)は尾管、(5)は前記孔明管(3
)と筐体(2)によって形成される空間に充填された吸
音材を示す。吸音材としては通常、グラスウールやロッ
クウールなどの繊維質吸音材を用いている。上記人口管
(1)、孔明管(3)、尾管(4)は連続し排気ガス流
通路(6)を構成する。このように構成された排気消音
装置において、入口管(1)から流入した排気ガスは孔
明管(3)、尾管(4)を経て、大気に放出される。
装置の概略構造を示す。図中、(1)は入口管、(2)
は排気消音装置の筐体、(3)はパンチングメタルで構
成した孔明管、(4)は尾管、(5)は前記孔明管(3
)と筐体(2)によって形成される空間に充填された吸
音材を示す。吸音材としては通常、グラスウールやロッ
クウールなどの繊維質吸音材を用いている。上記人口管
(1)、孔明管(3)、尾管(4)は連続し排気ガス流
通路(6)を構成する。このように構成された排気消音
装置において、入口管(1)から流入した排気ガスは孔
明管(3)、尾管(4)を経て、大気に放出される。
排気ガスと共に伝播してきた排気音は吸音材(5)の中
の細かい隙間の中に伝播していくことにより、排気音の
音響エネルギーは粘性効果により熱エネルギーに高換さ
れ消音される。
の細かい隙間の中に伝播していくことにより、排気音の
音響エネルギーは粘性効果により熱エネルギーに高換さ
れ消音される。
以上のような従来の排気消音装置においては、以下に述
べる原因により、その消音性能の経時劣化が著しいとい
う欠点があった。つまり、第一に、排気ガス中の燃焼残
渣物(スス、タール)が排気ガスとともに吸音材内へ導
入され吸音材の骨格に付着、肥大化する事により吸音材
の空孔部分が目詰りを起こすことになる。第二に、吸音
材は繊維質であるため、排気ガスによって繊維が飛散す
る。
べる原因により、その消音性能の経時劣化が著しいとい
う欠点があった。つまり、第一に、排気ガス中の燃焼残
渣物(スス、タール)が排気ガスとともに吸音材内へ導
入され吸音材の骨格に付着、肥大化する事により吸音材
の空孔部分が目詰りを起こすことになる。第二に、吸音
材は繊維質であるため、排気ガスによって繊維が飛散す
る。
第三に、吸音材が筐体の中に完全に充填されているので
、その断熱効果が大きく、筐体の内部が低温となり、排
気ガス中の水蒸気が凝縮しやすくなる。凝縮水は亜硫酸
ガスなどと化合し強酸性となるので、筐体が著しく腐食
を受け、筐体に穴があき、そこから音が大気に放射され
る。
、その断熱効果が大きく、筐体の内部が低温となり、排
気ガス中の水蒸気が凝縮しやすくなる。凝縮水は亜硫酸
ガスなどと化合し強酸性となるので、筐体が著しく腐食
を受け、筐体に穴があき、そこから音が大気に放射され
る。
従って、発明者等は前述の従来の排気消音装置の経時劣
化を改善すべく、検討を行った。その結果前述の第2、
第8の問題は以下の方法で解決できることを見出した。
化を改善すべく、検討を行った。その結果前述の第2、
第8の問題は以下の方法で解決できることを見出した。
つまり、第2図(a) (b)に示すように吸音材とし
て金属多孔体(7)を用い、排気ガスによる飛散を防止
すると共に、金属多孔体(7)と2体(2)との間に背
面空気層(8)を設けることにより、筐体(2)内の温
度低下を極力小さくし、凝縮水の生成を緩和することに
より、筐体のZ食問題が是正される。(71)は孔であ
る。なお、吸音材(金属多孔体)そのものは剛性があり
構造材となりうるので、上記の背面空気層は容易に形成
することが可能となる。
て金属多孔体(7)を用い、排気ガスによる飛散を防止
すると共に、金属多孔体(7)と2体(2)との間に背
面空気層(8)を設けることにより、筐体(2)内の温
度低下を極力小さくし、凝縮水の生成を緩和することに
より、筐体のZ食問題が是正される。(71)は孔であ
る。なお、吸音材(金属多孔体)そのものは剛性があり
構造材となりうるので、上記の背面空気層は容易に形成
することが可能となる。
以上の第2図(a) (b)の方式で、経時劣化の要因
として残る課題は、燃焼残渣物による吸音材の目詰りだ
けになる。前述したように吸音材の目詰りは、排気ガス
が吸音材内に流入することに基因することから、発明者
等は排気ガスと接する吸音材表面に通気性のない薄膜を
形成することにより流れを 。
として残る課題は、燃焼残渣物による吸音材の目詰りだ
けになる。前述したように吸音材の目詰りは、排気ガス
が吸音材内に流入することに基因することから、発明者
等は排気ガスと接する吸音材表面に通気性のない薄膜を
形成することにより流れを 。
遮断し吸音材の目詰りを防止することに到達した。
しかし、薄膜を形成することは音波自身も吸音材内部に
伝搬しにくくなりその吸音率を低下させることになるが
、薄膜の厚さや吸音材の空孔率などを調節することによ
り、むしろ、吸音材単体よりも吸音特性を向上させ得る
ことを見出した。すなわち、薄膜と吸音材の空孔などで
構成される機械−音1インピーダンス系の固有値を高吸
音率が望まれる低周波飽域に設定することにより、吸音
材単体より低周波飽域の吸音率を向上させることができ
る。第3図はその実験結果の1例で薄膜はニッケル、ク
ロームの合金で厚さは10μmの場合である。図中A回
線は吸着材単体、図中8回線は薄膜付吸音材のそれぞれ
の吸音率を示す。
伝搬しにくくなりその吸音率を低下させることになるが
、薄膜の厚さや吸音材の空孔率などを調節することによ
り、むしろ、吸音材単体よりも吸音特性を向上させ得る
ことを見出した。すなわち、薄膜と吸音材の空孔などで
構成される機械−音1インピーダンス系の固有値を高吸
音率が望まれる低周波飽域に設定することにより、吸音
材単体より低周波飽域の吸音率を向上させることができ
る。第3図はその実験結果の1例で薄膜はニッケル、ク
ロームの合金で厚さは10μmの場合である。図中A回
線は吸着材単体、図中8回線は薄膜付吸音材のそれぞれ
の吸音率を示す。
薄膜を吸音材表面に処理する方法としては、塗布、接着
、接合、一体成形、サンドイツチ法などが応用でき、い
かなる方法によっても、基本的には燃焼残渣物による吸
音材の目詰り防止および、吸音率の改善が可能となる。
、接合、一体成形、サンドイツチ法などが応用でき、い
かなる方法によっても、基本的には燃焼残渣物による吸
音材の目詰り防止および、吸音率の改善が可能となる。
しかしながら発明者等はこの薄膜付吸音材を用いた消音
装置を内燃機関に実装した結果以下の新たな問題点を見
出した。
装置を内燃機関に実装した結果以下の新たな問題点を見
出した。
すなわち、薄膜によって吸音材を通過する流れが遮断さ
れるため、排気ガスによって、吸音材の排気ガスと接触
する側と背面側(空気層)との間に、圧力差が生じる。
れるため、排気ガスによって、吸音材の排気ガスと接触
する側と背面側(空気層)との間に、圧力差が生じる。
その圧力差は1薄膜に加わるため、薄膜に大きなテンシ
ョンが加わり、それは膜剛性を上げることになり、音波
に対する膜の振動広答等性が低下し、吸音率の低下を招
く。さらに圧力差が大きくなると膜破壊を招くことにな
る。その改善策として、吸音材と薄膜の一部を開孔した
バランス孔を設けることにより、上記圧力差を低減する
方法を発明者等は見出した。即ち、第4図(a)(b)
に示すように、孔明管(3)と金属多孔体(7)との間
に薄膜(9)を設け、上記金属多孔体(7)と上記薄膜
(9)の一部を切開することにより形成されたバランス
孔01を設けた構造である。このようなX1taにおい
て、排気ガスは入口管(1)、孔明管(3)、尾管(4
)より構成される排気ガス流通路(6)を通って大気中
に放出されるが、排気ガスの一部はバランス孔QOを経
て、筐体(2)内に流出入するため、薄膜00前後の圧
力差が低減でき薄膜の破壊を防止できると共に、薄膜が
吸音率の向上に有効に作用する。
ョンが加わり、それは膜剛性を上げることになり、音波
に対する膜の振動広答等性が低下し、吸音率の低下を招
く。さらに圧力差が大きくなると膜破壊を招くことにな
る。その改善策として、吸音材と薄膜の一部を開孔した
バランス孔を設けることにより、上記圧力差を低減する
方法を発明者等は見出した。即ち、第4図(a)(b)
に示すように、孔明管(3)と金属多孔体(7)との間
に薄膜(9)を設け、上記金属多孔体(7)と上記薄膜
(9)の一部を切開することにより形成されたバランス
孔01を設けた構造である。このようなX1taにおい
て、排気ガスは入口管(1)、孔明管(3)、尾管(4
)より構成される排気ガス流通路(6)を通って大気中
に放出されるが、排気ガスの一部はバランス孔QOを経
て、筐体(2)内に流出入するため、薄膜00前後の圧
力差が低減でき薄膜の破壊を防止できると共に、薄膜が
吸音率の向上に有効に作用する。
以上で述べたように、第4図(a) (b)に示す薄膜
、吸音材、バランス孔により構成される排気消音装置に
おいて、第3図に示すように、薄膜付吸音材の吸音率は
、薄膜なしの吸音材のそれよりもかなり向上するが、2
00Hg以下の低周波域になると吸音率が大きく低下す
るため、低周波域における消音性能が不十分となり、そ
の改善が必要となる。
、吸音材、バランス孔により構成される排気消音装置に
おいて、第3図に示すように、薄膜付吸音材の吸音率は
、薄膜なしの吸音材のそれよりもかなり向上するが、2
00Hg以下の低周波域になると吸音率が大きく低下す
るため、低周波域における消音性能が不十分となり、そ
の改善が必要となる。
そこで、この発明は、排気消音装置における低周波域の
消音性能を向上させるためには、吸音材のみに依存した
のではその解決が困難であるとの見地から、排気消音装
置の一部に風路が縮小及び拡大する部分を持った膨張形
の消音方式を併用するいわゆるハイブリッド方式とする
ことが有効であることを見出した。
消音性能を向上させるためには、吸音材のみに依存した
のではその解決が困難であるとの見地から、排気消音装
置の一部に風路が縮小及び拡大する部分を持った膨張形
の消音方式を併用するいわゆるハイブリッド方式とする
ことが有効であることを見出した。
この発明は、膨張室と排気ガス流通管とにより構成され
た排気消音装置に関し、特に孔あき管とこの孔あき管を
同心状に囲む面状多孔質吸音材との間に、薄膜を挾持し
て筒状吸音体を構成し、この筒状吸音体により排気ガス
流路の一部を構成することにより、排気消音装置におけ
る消音性能の広帯域化を図ったものである。
た排気消音装置に関し、特に孔あき管とこの孔あき管を
同心状に囲む面状多孔質吸音材との間に、薄膜を挾持し
て筒状吸音体を構成し、この筒状吸音体により排気ガス
流路の一部を構成することにより、排気消音装置におけ
る消音性能の広帯域化を図ったものである。
筒状吸音体による高周波帯域の消音作用及び膨張室等に
よる低周波帯域の消音作用を併用することにより排気音
の消音性能の広帯域化を図っている。
よる低周波帯域の消音作用を併用することにより排気音
の消音性能の広帯域化を図っている。
第5図(a) (b)はこの発明の一実施例であるハイ
ブリッド方式の排気消音装置を示す断面図である。
ブリッド方式の排気消音装置を示す断面図である。
図中0])(6)は筐体(2)の空間を三分割する仕切
板、Uは入口管(1)と連結し、仕切板(+1) (1
2e連通して仕切板(2)の部分で終端をもつ挿入管、
α→は挿入管a3の排気ガス流入側に窄設された複数個
の流入孔、αQは、孔明管(3)、と、この孔明管と同
心状に配設された金属多孔体(7)と、この金属多孔体
(7)と孔明管(3)との間に挾持された薄膜(9)よ
り構成された筒状吸音体である。この薄膜はN i −
Crの厚さ10μの金属薄膜より成る。この筒状吸音体
αQは仕切板θυの位置を始端として仕切板(ロ)(2
)を連通して筐体内で尾管(4)に連続することにより
排気ガス流路(6)を形成している。ここで金属多孔体
(7)はNi−Cr海線状金属多孔体で構成されている
。また筒状吸音体(至)には、薄膜(9)及び金属多孔
体のうち排気ガス流入側の一部が切欠かれて圧力調整用
のバランス孔QC)が構成されている。us Q7)
((2)は、仕切板aD(6)により筐体(2)内に形
成された膨張室、翰は仕切板(2)に開孔された複数個
の消音性能制御用の制御孔である。
板、Uは入口管(1)と連結し、仕切板(+1) (1
2e連通して仕切板(2)の部分で終端をもつ挿入管、
α→は挿入管a3の排気ガス流入側に窄設された複数個
の流入孔、αQは、孔明管(3)、と、この孔明管と同
心状に配設された金属多孔体(7)と、この金属多孔体
(7)と孔明管(3)との間に挾持された薄膜(9)よ
り構成された筒状吸音体である。この薄膜はN i −
Crの厚さ10μの金属薄膜より成る。この筒状吸音体
αQは仕切板θυの位置を始端として仕切板(ロ)(2
)を連通して筐体内で尾管(4)に連続することにより
排気ガス流路(6)を形成している。ここで金属多孔体
(7)はNi−Cr海線状金属多孔体で構成されている
。また筒状吸音体(至)には、薄膜(9)及び金属多孔
体のうち排気ガス流入側の一部が切欠かれて圧力調整用
のバランス孔QC)が構成されている。us Q7)
((2)は、仕切板aD(6)により筐体(2)内に形
成された膨張室、翰は仕切板(2)に開孔された複数個
の消音性能制御用の制御孔である。
さて、このようなハイブリッド方式の排気消音装置にお
いて、排気系から導かれた排気ガスは第5図(a)に矢
印で示すように排気消音装置内を流れる。
いて、排気系から導かれた排気ガスは第5図(a)に矢
印で示すように排気消音装置内を流れる。
すなわち、入口管(1)から流入した排気ガスは、その
一部が流入孔a4から巨体(2)内の膨張室qQ内へ流
入し、残りの部分は挿入W□□□を経て膨張室0呻内へ
流入する。膨張室fllへ流入した排気ガスは筒状吸音
体a9、及び尾管(4)を経て大気中へ放出される。
一部が流入孔a4から巨体(2)内の膨張室qQ内へ流
入し、残りの部分は挿入W□□□を経て膨張室0呻内へ
流入する。膨張室fllへ流入した排気ガスは筒状吸音
体a9、及び尾管(4)を経て大気中へ放出される。
一方挿入1(11から膨張室(至)内へ流入した排気ガ
スは制御孔(IIから膨張室αの内へ流入した後、バラ
ンス孔G1を通って筒状吸音体19内へ入り、この筒状
吸音体(Is、尾管(4)を、経て大気中へ放出される
。ここで、排気ガスに対する薄膜(9)、金属多孔体(
7)の機能は上述した通りである。
スは制御孔(IIから膨張室αの内へ流入した後、バラ
ンス孔G1を通って筒状吸音体19内へ入り、この筒状
吸音体(Is、尾管(4)を、経て大気中へ放出される
。ここで、排気ガスに対する薄膜(9)、金属多孔体(
7)の機能は上述した通りである。
さて、排気ガスと共に筐体(2)内へ入射する排気音は
、上述した排気ガスと同じ経路で尾管(4)より大気中
へ伝搬するが、流入孔α4、制御孔α9、及び挿入管(
至)が音1リアクタンスとして、更に筐体(2)内に形
成した膨張室四〇ηUSの各空間が音響キャパシタンス
として各々作用し、この結果排気音のうち低周波音が効
果的に消音される。一方高周波音は上記筒状吸音体を構
成する金属多孔体(7)等の吸音材の消音作用(こよっ
て低減される。このため、この構造によれば広い周波数
帯域にわたって、大きな消音効果を実現することができ
る。ここで、このような消音効果を得るために、制御孔
(11の作用について説明する。特に低周波音の消音性
能は、膨張形とした構造に加えて特に制御孔09を仕切
板(至)に設け、この制御孔(2)の開孔率を制御する
こと、更には挿入w(8)の内径を変えることにより、
調整が可能であることを見出した。
、上述した排気ガスと同じ経路で尾管(4)より大気中
へ伝搬するが、流入孔α4、制御孔α9、及び挿入管(
至)が音1リアクタンスとして、更に筐体(2)内に形
成した膨張室四〇ηUSの各空間が音響キャパシタンス
として各々作用し、この結果排気音のうち低周波音が効
果的に消音される。一方高周波音は上記筒状吸音体を構
成する金属多孔体(7)等の吸音材の消音作用(こよっ
て低減される。このため、この構造によれば広い周波数
帯域にわたって、大きな消音効果を実現することができ
る。ここで、このような消音効果を得るために、制御孔
(11の作用について説明する。特に低周波音の消音性
能は、膨張形とした構造に加えて特に制御孔09を仕切
板(至)に設け、この制御孔(2)の開孔率を制御する
こと、更には挿入w(8)の内径を変えることにより、
調整が可能であることを見出した。
なお、流入孔α→、制御孔0Iの径が小さいため、この
細孔を排気ガスが通過する時、排気ガスにより二次的高
周波の流体音が発生しやすいが、この流体音は筒状吸音
体qつを構成する金属多孔体(7)等の吸音材によって
、完全に消音することができる。
細孔を排気ガスが通過する時、排気ガスにより二次的高
周波の流体音が発生しやすいが、この流体音は筒状吸音
体qつを構成する金属多孔体(7)等の吸音材によって
、完全に消音することができる。
第6図中人の曲線は、第5図(a) (b)の一実施例
による消音性能を示し、Bの曲線は第4図(a) (b
)の従来方式による消音性能を各々示す。この特性図に
よれば、低周波域、すなわち20QHg以下の周波数帯
域において、大巾に消音性能が改善されることが明白で
ある。
による消音性能を示し、Bの曲線は第4図(a) (b
)の従来方式による消音性能を各々示す。この特性図に
よれば、低周波域、すなわち20QHg以下の周波数帯
域において、大巾に消音性能が改善されることが明白で
ある。
なお、ハイブリッド形にすることにより、排気ガスに対
する抵抗が増加するが、流入孔α尋、制御孔tll等の
開孔面積、数を調整することにより、従来のハイブリッ
ド形に比べて2〜3%以内の増加に押え得ることを実験
的に確認している。
する抵抗が増加するが、流入孔α尋、制御孔tll等の
開孔面積、数を調整することにより、従来のハイブリッ
ド形に比べて2〜3%以内の増加に押え得ることを実験
的に確認している。
この排気消音装置は自動車用マフラーとして有効に利用
することができる。
することができる。
上記実施例は、筒状吸音体09を尾管(4)に接続した
場合について示したが、これに限らず挿入管1ユ]側に
接続した場合もこの発明の範囲に含まれる。
場合について示したが、これに限らず挿入管1ユ]側に
接続した場合もこの発明の範囲に含まれる。
また、挿入彦が単一である例を示したが、挿入管は単一
である必要はない。
である必要はない。
仕切板、膨張室の数等も第5図(a) (b)の実施例
に限定されるものではない。
に限定されるものではない。
筒状吸音体を構成する吸音材として、金属多孔体(Ni
−Cr)を示したが、これに限らず、グラスウールロッ
クウール、スチルウール、セラミック多孔体等をも適用
し得る。
−Cr)を示したが、これに限らず、グラスウールロッ
クウール、スチルウール、セラミック多孔体等をも適用
し得る。
この発明によれば、膨張室を備え、挿入管と、筒状吸音
体とを膨張室内に設けて排気ガス流路を構成したことに
より、排気消音装置の消音性能の広帯域化を図ることが
できる。
体とを膨張室内に設けて排気ガス流路を構成したことに
より、排気消音装置の消音性能の広帯域化を図ることが
できる。
第1図(a)第2図(a)は従来の吸収形排気消音装置
を示す断面図、第1図(b)、第2図(b)は第1図(
a)、第2図(a)のA−A断面図、第3図は薄膜付吸
音材と、吸音材単体との吸音率を示時性図、第4図(a
)は従来における薄膜挾持方式の排気消音装置を示す断
面図、第4図(b)は第4図(a)のA−A断面図、第
5図(a)はこの発明の一実施例を示す断面図、第5図
(b)は第5図(a)のA−A断面図、第6図は、第4
図(a) (b)に示す従来の吸収形排気消音装置と第
5図(a) (b)に示す一実施例における各吸音性能
を比較して示す特性図である。図中、(1)入口管、(
2)は筐体、(4)は尾管、(6)は排気ガス流路、M
はバランス孔、Oeは筒状吸音体、ulαり嗜は膨張室
、(1’Jは制御孔である。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
を示す断面図、第1図(b)、第2図(b)は第1図(
a)、第2図(a)のA−A断面図、第3図は薄膜付吸
音材と、吸音材単体との吸音率を示時性図、第4図(a
)は従来における薄膜挾持方式の排気消音装置を示す断
面図、第4図(b)は第4図(a)のA−A断面図、第
5図(a)はこの発明の一実施例を示す断面図、第5図
(b)は第5図(a)のA−A断面図、第6図は、第4
図(a) (b)に示す従来の吸収形排気消音装置と第
5図(a) (b)に示す一実施例における各吸音性能
を比較して示す特性図である。図中、(1)入口管、(
2)は筐体、(4)は尾管、(6)は排気ガス流路、M
はバランス孔、Oeは筒状吸音体、ulαり嗜は膨張室
、(1’Jは制御孔である。 なお、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。
Claims (3)
- (1)筐体の内部を隔壁により分割して形成された膨張
室と、上記筐体内に配設された排気ガス流通管とを備え
た内燃機関用排気消音装置において、管壁に開孔を有す
る孔あき管とこの孔あき管を同心状に囲む筒状多孔質吸
音材との間に、薄膜を挾持すると共に上記薄膜の一部に
圧力バランス用の切欠部を設けて成る筒状吸音体により
、上記排気ガス流通管の一部を構成した内燃機関用排気
消音装置。 - (2)排気ガス流通管を構成する吸音体の上流側に切欠
部を設けた特許請求の範囲第1項記載の内燃機関用排気
消音装置。 - (3)排気ガス流通管の入口副管壁と、隔壁の双方に、
任意の断面積を有する複数個の細孔を設けた特許請求の
範囲第1項又は第2項記載の内燃機関用排気消音装置。
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