JPS6328201B2

JPS6328201B2 -

Info

Publication number: JPS6328201B2
Application number: JP57152427A
Authority: JP
Inventors: Hirofumi Takei; Motohiro Inaba; Hideo Oomura
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1982-08-31
Filing date: 1982-08-31
Publication date: 1988-06-07
Also published as: JPS5941618A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は自動車用エンジンの排気騒音低減装
置に関する。

従来の自動車用エンジンの排気騒音低減装置、
すなわち消音器としては、例えば第１図に示すよ
うなものが知られている（共立出版(株)発行「騒音
対策と消音設計」参照）。第１図において、１は
外筒であり、この外筒１の両端はフランジ板２，
３により閉止されている。外筒１の内部は仕切板
４，５，６により２つのＵターン室７，８と２つ
の共鳴室９，１０とに区分されている。１１は排
気導入管であり、この排気導入管１１の一端はエ
ンジンの排気マニホールドに接続されており、そ
の他端はＵターン室７に開口している。Ｕターン
室７と共鳴室９とは頚管１２により連通されてお
り、これらの共鳴室９と頚管１２とにより低周波
数領域の騒音を消音する共鳴消音要素１３を構成
している。Ｕターン室７は、また、共鳴室１０を
貫通する挿入管１４を介してＵターン室８に連通
しており、挿入管１４には共鳴室１０と連通する
多数の小孔１５が穿設されている。これらの小孔
１５および共鳴室１０は中高周波数領域の騒音を
消音する多孔共鳴型消音要素１６を構成してい
る。Ｕターン室８は接続管１７および出口管１８
により外部に連通している。したがつて、エンジ
ンから排出される排気ガスは排気導入管１１から
Ｕターン室７に流入し、途中、共鳴型消音要素１
３および多孔共鳴型消音要素１６で消音された
後、Ｕターン室８、接続管１７および出口管１８
を介して外部に排出されることになる。

しかしながら、このような従来の消音器にあつ
ては、エンジンから排出される排気の脈動音を消
音するためにＵターン室７，８が設けられてい
た。このため、エンジンが2000rpm以上で高速高
負荷運転されるとき、Ｕターン室７，８で排気の
流れが乱され二次気流音が発生するだけでなくエ
ンジンの排気ポートにおける排圧を増大させエン
ジンの出力を低下させるという問題点があつた。

この発明はこのような従来の問題点に着目して
なされたもので、一端がエンジンの排気マニホー
ルドに連結された排気導入管の他端部を二股に分
岐し、その一方を共鳴型消音要素を有する消音器
本体に接続し、残りの他方を該本体を貫通して外
部に開口する排気放出管とするとともに、該放出
管に消音器本体内の室に連通する多数の小孔を形
成して多孔共鳴型消音要素を構成させた自動車用
エンジンの排気騒音低減装置であつて、前記排気
放出管に多数の小孔を形成し、この小孔を吸音材
で被覆して構成した吸音型消音要素を設けること
により、上記問題点を解決することを目的として
いる。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第２図、第３図はこの発明の第１実施例を示す
ものである。まず構成を説明する。第２図におい
て、２１は略円筒形の外筒（消音器本体）であ
り、この外筒２１の両端はフランジ板２２，２３
によつて閉止されている。外筒２１の内部は２枚
の仕切板２４，２５によつて図中左方から順次第
１室２６、第２室２７および第３室２８に区分さ
れている。２９は排気導入管（センタチユーブ）
であり、この排気導入管２９の一端はフロントチ
ユーブ触媒コンバータ等を介してエンジンの排気
マニホールドに接続され、その他端部は二股に分
岐している。すなわち、排気導入管２９の他端部
には二股の分岐コネクタ３０が連結され、この分
岐コネクタ３０には、第１室２６に開口する排気
導入管２９と同軸の第１頚管３１と、外筒２１内
を貫通して外部に開口する排気放出管３２と、が
接続されている。なお、分岐コネクタ３０は上下
一対のプレス成形品をシーム溶接して形成してい
る。３３は第１室２６と第３室２８とを連通する
第２頚管であり、この第２頚管３３は前記排気導
入管２９および第１頚管３１と同軸上に、すなわ
ちこれらの３管２９，３１，３３は直列に配置さ
れている。前記第１頚管３１と第１室２６とで共
鳴型消音要素３４を構成し、また、第２頚管３３
と第３室２８とで共鳴型消音要素３５を構成す
る。したがつて、これらの共鳴型消音要素３４，
３５はそれぞれ別個に頚管３１，３３の断面積、
室２６，２８の容積を設定することにより、所定
周波数の消音を行なうものであり、外筒２１内に
はいわゆる２自由度共鳴型消音要素が設けられて
いることになる。また、排気放出管３２は前記第
１、第２頚管３１，３３と平行に設けられてお
り、該放出管３２の第２室２７を貫通する部分の
管壁には多数の小孔３６が形成されている。これ
らの小孔３６により排気放出管３２は第２室２７
と連通し、これらの小孔３６と、第２室２７とで
多孔共鳴型消音要素３７を構成している。外筒２
１より後方に突出した排気放出管３２の後端部
（尾管部）には吸音型消音要素３８が設けられて
いる。すなわち、該放出管３２の管壁には多数の
小孔３９が形成されており、これらの小孔３９は
円筒状のケース４０に密閉保持された薄膜状のグ
ラスウール等の吸音材４１で被包されている。

ここで、前記２自由度吸音型消音要素では、第
１頚管３１の断面積S₁、長さl₁および第１室２６
の容積V₁の関係が式で示すように、また、第
２頚管３３の断面積S₂、長さl₂および第３室２８
の容積V₃間の関係が式で示すようにそれぞれ
設定されている。

S₁／l₁V₁＝10〜30 …… S₂／l₂V₃＝0.8〜1.2 …… また、第２頚管３３の長さl₂は150〜250mmに設
定している。

一方、前記多孔共鳴型消音要素３７では、排気
放出管３２において仕切板２４と小孔３６との間
の長さａと、小孔３６部分の長さｂと、小孔３６
と仕切板２５との間の長さｃと、はａ：ｂ：ｃ≒
８：９：３又は３：９：８の関係にあり、小孔３
６の径dp、孔数ｎ、第２室２７の容積V₂および
放出管３２の板厚ｔの関係を式で示すように設
定する。

ｎ・π／４dp²／V₂（ｔ＋0.8dp）＝300〜700…… 次に作用について説明する。

エンジンからの排気は排気マニホールド、フロ
ントチユーブ、センタチユーブ（排気導入管２
９）等を通つて分岐コネクタ３０より排気放出管
３２を経て外部に放出される。この際に発生する
排気騒音（例えば排気脈動管、二次気流音等）は
広く低周波数域から高周波数域にまで及ぶ。この
排気騒音中低周波数域（20〜30Hz）の騒音（例え
ばアイドリング時）はフロントチユーブ、センタ
チユーブ３２等における気柱共鳴によつて消音さ
れる。消音器本体（外筒２１内）においては、共
鳴型消音要素３５のヘルムホルツの共振周波数を
70〜90Hzに、同じく、共鳴型消音要素３４のヘル
ムホルツの共振周波数を250〜450Hzに、第２頚管
３３の気柱振動の共鳴周波数を500〜850Hzに設定
しているので、車室内にこもり音周波数及び排気
の密動の高次成分の消音特性が確保される。ま
た、多孔共鳴型消音要素３７では、その消音特性
のピークとなる周波数を1500〜2000Hzに設定して
おり、気流騒音成分の消音特性が確保される。さ
らに、吸音型消音要素３８では高周波数の吸音と
ともに尾管部の共振に対する制振を行い、中高周
波数域の消音特性が著しく向上する。また、この
ように尾管部の共振に対する制振効果により、前
記２自由度共鳴型消音要素における前記共振現象
が顕著に作用し主に中高周波数域での消音特性が
大幅に向上することにもなる。

一方、エンジンからの排気は途中Ｕターンする
ことなく（いわゆるストレートフロー）、排気放
出管３２より排出され、高速高負荷運転時に排気
ポートの排圧を増大させることはない。この排圧
は従来のＵターン室を備えた消音器に比較して50
％程度低減する。

第３図はこの発明における消音効果を従来との
比較において示す図である。横軸はエンジン回転
速度（rpm）を、縦軸は騒音レベル（dB）を示
し、曲線ｘはＡ特性を、曲線ｙはLin特性をそれ
ぞれ表示する。なお、図中破線は従来の消音器に
よるものである。また、同図におけるエンジンの
運転条件は4/4ロード、測定点は45゜、50cm（JIS
点）である。

第４図はこの発明の第２実施例を示すものであ
る。

この実施例では、吸音型消音要素３８を外筒２
１の内部に設けている。すなわち、排気放出管３
２の第３室２８を貫通する部分に多数の小孔３９
を形成し、この小孔３９をグラスウール等の吸音
材４１で被覆し、さらに、吸音材４１を上下２分
割のケース４０で密閉している。その他の部分は
前記実施例と同様である。

したがつて、この実施例の作用効果は前記実施
例と同様であるが、外筒２１内のスペースを有効
に利用でき外筒２１より後方に突出した放出管３
２の尾管部が極めて簡潔な構造となり該装置の車
載上極めて有利であるという付加効果が生じてい
る。

第５図はこの発明の第３実施例を示すものであ
る。

この実施例では共鳴型消音要素３４，３５を前
記第１実施例におけるヘルムホルツの共鳴器に代
えて多孔共鳴型の消音要素で構成している。すな
わち、分岐コネクタ３０の一端に前記第１頚管３
１、第２頚管３３に代えて排気導入管２９と同軸
の連通管４２を接続し、この連通管４２が第１室
２６を貫通する部分の管壁に多数の小孔４３を同
じく第３室２８を貫通する部分の管壁にも多数の
小孔４４をそれぞれ形成している。したがつて、
小孔４３と第１室２６とで多孔共鳴型消音要素４
５が、小孔４４と第３室２８とで多孔共鳴型消音
要素４６がそれぞれ別個に構成されることにな
る。これらの多孔共鳴型消音要素４５，４６によ
り外筒２１内には２自由度の多孔共鳴型消音要素
が構成される。この消音要素において、連通管４
２の断揚積をＳ、分岐部分から小孔４３の開始部
分までの長さをl₁、小孔４３の終了部分から小孔
４４の開始部分までの長さをl₂、第１室２６の容
積をV₁、第３室２８の容積をV₃とすると、これ
らは以下の関係に設定されている。

Ｓ／l₂V₃＝0.8〜1.2 Ｓ／l₁V₁＝10〜30 l₂＝150〜250（mm）したがつて、これらの多孔共鳴型消音要素４
５，４６にあつては、多数の小孔４３，４４を排
気粒子が脈動しながら通過するため、継続的な音
響エネルギの入力に対して大きなエネルギ吸収に
よる消音特性の向上が得られる。また、多孔共鳴
型消音要素４６では70〜90Hz、多孔共鳴型消音要
素４５では250〜450Hzの騒音が消音されることは
前記各実施例と同様であり、さらに、その他の消
音効果および排圧低減効果も同様である。

第６図はこの発明の第４実施例を示している。

この実施例は、第３実施例における吸音型消音
要素を第２実施例と同様に外筒２１に内装したも
のである。よつて、この実施例はスペースの有効
利用が図れるという付加効果を有している。な
お、その他の構成及び作用は第３実施例と同様で
ある。

第７図はこの発明の第５実施例を示している。

この実施例は、前記第１実施例における第２頚
管３３としてグラスウール、ロツクウール等を内
蔵した発泡金属管を使用している。その他の構成
は第１実施例と同様であり省略する。この発泡金
属管で構成された第２頚管３３は排気粒子の共振
に対する制振効果を有するため、継続的な音響エ
ネルギの入力に対して大きなエネルギ吸収により
消音特性が向上する。

第８図はこの発明の第６実施例を示している。

この実施例は第５実施例において吸音型消音要
素３８を外筒２１内（第３室２８）に設けたもの
である。その他の構成及び作用効果は第５実施例
と同様となる。

第９図はこの発明の第７実施例を、第１０図は
第８実施例を示している。

これらの実施例は前記第３、第４実施例に示す
多孔共鳴型消音要素４５，４６と、第５、第６実
施例における発泡金属管３３と、を組合せたもの
であり、かつ、吸音型消音要素３８を第８実施例
では外筒２１に内装している。その他の構成およ
び作用効果は前記実施例と大略同様であるが、第
１１図に示すように、第５、第６実施例よりも第
７、第８実施例の方が高回転域における消音効果
が向上している。なお、第１１図中曲線x₁，x₂は
それぞれ第５、第６実施例および第７、第８実施
例におけるＡ特性曲線を示している。その他は第
３図と同様である。

また、第１２〜１６図はこの発明の第９実施例
である。

この実施例は前述した各実施例における２自由
度共鳴型消音要素を、第１室２６と多数の小孔４
３とで構成する多孔共鳴型消音要素４５と、頚管
３３と第３室２８とで構成する共鳴型消音要素３
５と、で形成したものである。また、前記各実施
例における分岐コネクタ３０、第１頚管３１、第
２頚管３３および排気放出管３２の一部をこの実
施例では二分割したプレス成形品で一体に形成し
ている。すなわち、プレス成形品は、二分割した
上部ピース４７と下部ピース４８とが重合されて
そのフランジ部をシーム溶接により一体結合さ
れ、排気導入管２９が接続される分岐部分５０
と、外筒２１内に固着され第１室２６と多数の小
孔４３によつて連通し、かつ、第３室２８に開口
する頚管部分５１と、外筒２１内を貫通し、第２
室２７と多数の小孔３６で連通し、かつ、排気放
出管３２が接続される放出管部分５２と、を有し
ている。また、上記多孔共鳴型消音要素４５では
400〜800Hzの騒音が、共鳴型消音要素３５では70
〜90Hzの騒音が消音され、その他多孔共鳴型消音
要素３７および図示していないが排気放出管３２
に介装される吸音型消音要素はそれぞれ前記実施
例と同様の消音効果を有する。なお、第２１図は
この実施例による消音特性（曲線Ｚ）を従来のそ
れ（曲線Ｗ）との比較において示している。ま
た、この実施例における排圧は従来の約1/3以下
に低減するという実験結果が得られている。さら
に、このように表プレス成形による効果として製
作容易、コストダウン及び結合剛性の向上が達成
できた。

第１７，１８図はこの発明の第10実施例を、第
１９，２０図は第11実施例を示している。

第10実施例は第９実施例における小孔３６を後
流側に向つて開口するようスタビング加工（第１
８図に詳示する）により形成したもので、該小孔
３６による気流騒音の低減に極めて効果的であ
る。

第11実施例は、第９実施例における第２室２７
中に仕切板５３を設け、該第２室２７を二分割し
たものである。これにより、気流騒音中特に問題
となる外筒２１内の空洞共鳴現象と連成する、い
わゆる笛吹音現象を防止する。すなわち、共鳴現
象を生じさせる音響加振入力の周波数は排気流速
に比例するので、この仕切板５３によつて第２室
２７内を二分割することにより空洞共鳴周波数上
昇させて、笛吹音現象を防止するのである。

なお、これらの第９〜11実施例におけるその他
の部分の構成および作用は前記第１〜８実施例と
同等である。

以上説明してきたように、この発明によれば、
内部に第１室、第２室および第３室が画成された
消音器本体と、一端がエンジンの排気マニホール
ドに接続され、他端が第１室に開口する排気導入
管と、第１室と第３室とを連通する連通管と、排
気導入管より分岐して消音器本体を貫通するとと
もに、その管壁に形成した複数の小孔によつて第
２室と連通し、排気を外部に放出する排気放出管
と、を備え、該排気放出管に複数の小孔を形成
し、これらの小孔をケース保持された吸音材で被
包した自動車用エンジンの排気騒音低減装置とし
たため、アイドリング時から2500rpmでの運転時
までの排気の脈動音に対する消音特性を確保しつ
つ、高速度・高負荷運転時の二次気流騒音の低減
を図ることができる一方、排圧を大幅に低減でき
るという効果が得られる。

また、吸音型消音要素を消音器本体内に設けた
実施例は消音器本体の内部空間の有効利用を図る
ことができ該装置の車載上好適となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の消音器を示す正面断面図、第２
図はこの発明に係る自動車用エンジンの排気騒音
低減装置の第１実施例を示す一部破断正面図、第
３図はこの実施例の消音効果を従来との比較で示
すグラフ図、第４図〜第１０図はこの発明の第２
実施例〜第８実施例をそれぞれ示す一部破断正面
図、第１１図はこの発明の消音効果を従来との比
較で示すグラフ図、第１２図はこの発明の第９実
施例を示す正面断面図、第１３図、第１４図、第
１５図は第１２図の−，−，
−矢視断面図、第１６図は第１２図の要部
を示す斜視図、第１７図はこの発明の第10実施例
を示す正面断面図、第１８図は第１７図の−
矢視断面図、第１９図はこの発明の第11実施
例を示す正面断面図、第２０図は第１９図の
−矢視断面図、第２１図は第９実施例の消音
効果を従来との比較において示すグラフ図であ
る。２１……外筒（消音器本体）、２６……第１室、
２７……第２室、２８……第３室、２９，３１…
…排気導入管、３２……排気放出管、３３，４２
……第２頚管（連通管）、３６……小孔、３９…
…小孔、４０……ケース、４１……吸音材。

Claims

【特許請求の範囲】

１内部に第１室、第２室および第３室が画成さ
れた消音器本体と、一端がエンジンの排気マニホ
ールドに接続され、他端が第１室に開口する排気
導入管と、第１室と第３室とを連通する連通管
と、排気導入管より分岐して消音器本体を貫通す
るとともに、その管壁に形成された複数の小孔に
よつて第２室と連通し、排気を外部に放出する排
気放出管と、を備えた自動車用エンジンの排気騒
音低減装置であつて、前記排気放出管に複数の小
孔を形成し、これらの小孔をケースに保持された
吸音材で被包したことを特徴とする自動車用エン
ジンの排気騒音低減装置。