JPS63306217A - 多気筒エンジンの排気装置 - Google Patents
多気筒エンジンの排気装置Info
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- JPS63306217A JPS63306217A JP62143863A JP14386387A JPS63306217A JP S63306217 A JPS63306217 A JP S63306217A JP 62143863 A JP62143863 A JP 62143863A JP 14386387 A JP14386387 A JP 14386387A JP S63306217 A JPS63306217 A JP S63306217A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
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- F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
- F01N3/28—Construction of catalytic reactors
- F01N3/2882—Catalytic reactors combined or associated with other devices, e.g. exhaust silencers or other exhaust purification devices
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-
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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)
本発明は、複数の排気管を備えた自動車等多気筒エンジ
ンの排気装置に係り、特に、各排気管を連通ずる連通部
材を設けて、排気騒音の低減を意図した装置に関する。
ンの排気装置に係り、特に、各排気管を連通ずる連通部
材を設けて、排気騒音の低減を意図した装置に関する。
(従来の技術)
−aに、エンジンの排気は有害ガスを除去する触媒装置
や排気騒音を低減するマフラ等を有する排気装置により
排出されるが、排気装置を設けることにより排圧が増加
して排気系の出力損失が増大することは良く知られてい
る。特に、排気量の大きな多気筒エンジンでは排気系の
出力損失が大きくなるため、排気装置を複数の排気系に
別け、各排気系の排気流量を減少させて排圧の増加を防
ぎ、出力損失を低減させることが行われている。
や排気騒音を低減するマフラ等を有する排気装置により
排出されるが、排気装置を設けることにより排圧が増加
して排気系の出力損失が増大することは良く知られてい
る。特に、排気量の大きな多気筒エンジンでは排気系の
出力損失が大きくなるため、排気装置を複数の排気系に
別け、各排気系の排気流量を減少させて排圧の増加を防
ぎ、出力損失を低減させることが行われている。
従来のこの種の多気筒エンジンの排気装置としては、例
えば第15図に示すようなものが知られている。同図に
おいて、1は■型6気筒のエンジンであり、エンジン1
の排気は2系統に分離されて排出される。すなわち、各
気筒毎の排気は排気マニホールド2により集められ、チ
ューブ3、センタマフラ4、チューブ5、リアマフラ6
、およびテールチューブ7を通って消音されてそれぞれ
排出される。
えば第15図に示すようなものが知られている。同図に
おいて、1は■型6気筒のエンジンであり、エンジン1
の排気は2系統に分離されて排出される。すなわち、各
気筒毎の排気は排気マニホールド2により集められ、チ
ューブ3、センタマフラ4、チューブ5、リアマフラ6
、およびテールチューブ7を通って消音されてそれぞれ
排出される。
(発明の目的)
しかしながら、このような従来の多気筒エンジンの排気
装置にあっては、各排気系が音響的に完全に独立して設
けられた構成となっていたため、出力損失は減少するも
のの、排気騒音が増加するという問題点があった。
装置にあっては、各排気系が音響的に完全に独立して設
けられた構成となっていたため、出力損失は減少するも
のの、排気騒音が増加するという問題点があった。
例えば、前述の■型6気筒エンジンの場合1.一方の排
気系からはエンジン回転数N(1秒当りの回転数)の3
n(n=1.2.3・・・・・・)倍の周波数成分が発
生するが、同時に他方の排気系からは1.5+3n (
n=o、1.2、・・・・・・)倍の周波数成分(以下
、(1,5+ 3 n)次成分という)が発生する。し
たがって、排気騒音の周波数成分が専有する帯域幅が広
がって騒音レベルの増加を招くことになる。
気系からはエンジン回転数N(1秒当りの回転数)の3
n(n=1.2.3・・・・・・)倍の周波数成分が発
生するが、同時に他方の排気系からは1.5+3n (
n=o、1.2、・・・・・・)倍の周波数成分(以下
、(1,5+ 3 n)次成分という)が発生する。し
たがって、排気騒音の周波数成分が専有する帯域幅が広
がって騒音レベルの増加を招くことになる。
また、この場合の排気騒音は聴怒上非常に不快なもので
あることから快適性を損なうという問題点もあった。こ
れは、排気騒音の周波数成分間の周波数差がエンジンの
常用回転域で臨界帯域幅の1/2に近づくためである。
あることから快適性を損なうという問題点もあった。こ
れは、排気騒音の周波数成分間の周波数差がエンジンの
常用回転域で臨界帯域幅の1/2に近づくためである。
一方、複数の排気系統を連通した多気筒エンジンの排気
装置も提案されており、特開昭61−5316号公報に
記載のものがある。ところが、この装置は出力損失の低
減に観点があり、排気騒音の低減については意図されて
いないため、上記不具合を解決するには至っていない。
装置も提案されており、特開昭61−5316号公報に
記載のものがある。ところが、この装置は出力損失の低
減に観点があり、排気騒音の低減については意図されて
いないため、上記不具合を解決するには至っていない。
(発明の目的)
そこで本発明は、各排気系の排気音の位相が異なること
に着目し逆位相の排気系同士を連通ずる連通部材を所定
の位置に設けることにより、聴感上不快な周波数成分等
を打ち消して、出力損失を増加させることなく排気騒音
レベルを低下させることを目的としている。
に着目し逆位相の排気系同士を連通ずる連通部材を所定
の位置に設けることにより、聴感上不快な周波数成分等
を打ち消して、出力損失を増加させることなく排気騒音
レベルを低下させることを目的としている。
(問題点を解決するための手段)
本発明による多気筒エンジンの排気装置は上記目的達成
のため、多気筒エンジンの排気を複数に分割し、それぞ
れ上流側から触媒装置およびマフラを有する排気管を通
して排出する多気筒エンジンの排気装置において、前記
触媒装置とマフラの間の所定位置に、各排気管を連通ず
る連通部材を設けている。
のため、多気筒エンジンの排気を複数に分割し、それぞ
れ上流側から触媒装置およびマフラを有する排気管を通
して排出する多気筒エンジンの排気装置において、前記
触媒装置とマフラの間の所定位置に、各排気管を連通ず
る連通部材を設けている。
(作用)
本発明では、多気筒エンジンの複数の排気系に、逆位相
の排気系同志を連通ずる連通部材が所定の位置に設けら
れる。したがって、聴感上不快な周波数成分等が打ち消
され、出力損失を増加させることなく排気騒音レベルが
低下する。
の排気系同志を連通ずる連通部材が所定の位置に設けら
れる。したがって、聴感上不快な周波数成分等が打ち消
され、出力損失を増加させることなく排気騒音レベルが
低下する。
(実施例)
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1〜8図は本発明に係る多気筒エンジンの排気装置の
第1実施例を示す圀である。
第1実施例を示す圀である。
まず、構成を説明する。第1図において、11は■型6
気筒のエンジンであり、エンジン11には右バンクおよ
び左バンクの各々に対する排気マニホールド12.13
がそれぞれ連結される。排気マニホールド12.13は
各気筒の排気をそれぞれのバンク毎に集め、独立した2
系統の排気装置14.15を通して排出する。各排気装
置14.15の構成は略同−で左右のバンクに対して対
称に構成されており、以下一方の排気装置15について
説明するがこれは他方の排気装置14についても同様で
ある。
気筒のエンジンであり、エンジン11には右バンクおよ
び左バンクの各々に対する排気マニホールド12.13
がそれぞれ連結される。排気マニホールド12.13は
各気筒の排気をそれぞれのバンク毎に集め、独立した2
系統の排気装置14.15を通して排出する。各排気装
置14.15の構成は略同−で左右のバンクに対して対
称に構成されており、以下一方の排気装置15について
説明するがこれは他方の排気装置14についても同様で
ある。
排気装置15は触媒装置16およびマフラ17を有し、
触媒装置16およびマフラ17は直管により形成された
チューブ18により同軸上で連結される。触媒装置16
にはY型触媒が用いられ、排気中の有害ガス成分を除去
する。触媒装置16にはチューブ19が連結され、チュ
ーブ19は排気マニホールド13からの排気を触媒装置
16に導く。マフラ17は排気通路面積を単に拡張する
単純拡張型のものであり、排気圧力を急激に低下させて
排出時の騒音を低減する。
触媒装置16およびマフラ17は直管により形成された
チューブ18により同軸上で連結される。触媒装置16
にはY型触媒が用いられ、排気中の有害ガス成分を除去
する。触媒装置16にはチューブ19が連結され、チュ
ーブ19は排気マニホールド13からの排気を触媒装置
16に導く。マフラ17は排気通路面積を単に拡張する
単純拡張型のものであり、排気圧力を急激に低下させて
排出時の騒音を低減する。
マフラ17にはチューブ20が連結され、チューブ20
はチューブ19、触媒装置16、チューブ18およびマ
フラ17を経た排気を外気に開放する。排気装置14.
15の各部の寸法は次のようになっている。すなわち、
各チューブ18.19.20は内径47.6m/m、肉
厚1.6m/mの管であり、それぞれの長さはチューブ
18が1820m/m、チューブ19が1120m/m
。
はチューブ19、触媒装置16、チューブ18およびマ
フラ17を経た排気を外気に開放する。排気装置14.
15の各部の寸法は次のようになっている。すなわち、
各チューブ18.19.20は内径47.6m/m、肉
厚1.6m/mの管であり、それぞれの長さはチューブ
18が1820m/m、チューブ19が1120m/m
。
チューブ20が1650m/mである。また、排気装置
14および排気装置15の各チューブ18は200 m
/ mの間隔で配されており、各チューブ20は外気
との開放端において1500m / mの間隔になるよ
うに左右対称に曲がっている。なお、触媒装置16は内
径120m/m、長さ300 m / m、マフラ17
は内径200m/m、長さ350 m / mである。
14および排気装置15の各チューブ18は200 m
/ mの間隔で配されており、各チューブ20は外気
との開放端において1500m / mの間隔になるよ
うに左右対称に曲がっている。なお、触媒装置16は内
径120m/m、長さ300 m / m、マフラ17
は内径200m/m、長さ350 m / mである。
また、各チュ−ブ18は図中A−IEの位置(以下、連
結位置という)で連通管(連通部材)21により相互に
連結(図中では連結位置をEに設定)されるが、連結位
置の設定は後述する音圧特性のシミュレート計算によっ
て行う。
結位置という)で連通管(連通部材)21により相互に
連結(図中では連結位置をEに設定)されるが、連結位
置の設定は後述する音圧特性のシミュレート計算によっ
て行う。
次に、作用を説明するが、始めに本発明の基本原理を述
べる。
べる。
排気系の消音特性を理論的に算出する手法としては、例
えば四端子定数法と呼ばれるものがあり、音の減衰量や
管路系の音圧モードを求めることができる。いま、排気
系のような管路を音波が伝搬するとき、管路の入口と出
口における音圧がそれぞれP、 、P、 、それぞれの
体積速度がU+、U2であったとすると、次式■、■の
関係が成立する。
えば四端子定数法と呼ばれるものがあり、音の減衰量や
管路系の音圧モードを求めることができる。いま、排気
系のような管路を音波が伝搬するとき、管路の入口と出
口における音圧がそれぞれP、 、P、 、それぞれの
体積速度がU+、U2であったとすると、次式■、■の
関係が成立する。
PI =A−Pz +BUz ・・・・・・■Ul
=CPz +DUt ・・・・・・■但し、AXB
、C,D:それぞれ定数 上記■、■の各式中における定数A、B、C2Dが四端
子定数′と呼ばれており、■、■式を行列式で表した次
式■は一般に良く知られている。
=CPz +DUt ・・・・・・■但し、AXB
、C,D:それぞれ定数 上記■、■の各式中における定数A、B、C2Dが四端
子定数′と呼ばれており、■、■式を行列式で表した次
式■は一般に良く知られている。
このとき、四端子定数A、B、C,Dはそれぞれ次式■
、■、■、■で表される。
、■、■、■で表される。
A=CO3kl ・・・・・・■B = j
−S i n k 1 ・・−・・−■D=CO3kI
! ・・・・・・■但し、ρ:管路内の排気密
度(kg/n?)C:管路内の音速(m/5ec) f:音波の周波数 l:管路の長さ S:管路の断面積 したがって、四端子定数は同一管路であっても音波の周
波数によって変化する。
−S i n k 1 ・・−・・−■D=CO3kI
! ・・・・・・■但し、ρ:管路内の排気密
度(kg/n?)C:管路内の音速(m/5ec) f:音波の周波数 l:管路の長さ S:管路の断面積 したがって、四端子定数は同一管路であっても音波の周
波数によって変化する。
上記0式中の四端子定数A、B、C,Dは単純な管路に
おける値であるが、実際の排気系は複雑な形状であるた
め排気系を単純な複数の要素の集合体として考えること
により、管路系全体の四端子定数を得ることができる。
おける値であるが、実際の排気系は複雑な形状であるた
め排気系を単純な複数の要素の集合体として考えること
により、管路系全体の四端子定数を得ることができる。
例えば、管路を入口側からX、Y、Zの3つに分割し、
それぞれの四端子定数にX、YSZのサフィックスを付
して表すと、管路系全体の四端子定数は次式〇で表され
る。
それぞれの四端子定数にX、YSZのサフィックスを付
して表すと、管路系全体の四端子定数は次式〇で表され
る。
したがって、4つ以上に分割された管路系の四端子定数
も同様に要素の順に入口側から演算することにより得る
ことができる。
も同様に要素の順に入口側から演算することにより得る
ことができる。
このようにして求めた四端子定数を用いた音の減衰量(
消音量)および排気系の音圧モードの算出は次のように
して行う。
消音量)および排気系の音圧モードの算出は次のように
して行う。
(1)音の減衰量
音の減衰量は挿入撰失レベル(以下、ILという)と呼
ばれるもので、入出力間で生じる音圧レベルの減衰量が
デシベル(d B)値で表され、次式■によって求めら
れる。
ばれるもので、入出力間で生じる音圧レベルの減衰量が
デシベル(d B)値で表され、次式■によって求めら
れる。
I L =201ogD ・”−・■。
これを任意の周波数について演算し、グラフ化すること
により、例えば第2図に示すような消音特性図が得られ
る。同図では消音量を正の値としであるため、ILが負
の値となる周波数では入口音圧よりも出口音圧の方がレ
ベルが高くなっていることになる。これは、管路系の共
鳴現象によるものであり、これらの周波数(以下、共鳴
周波数という)ではエンジンの排気騒音が増大してしま
うことを意味する。また、負の値とならないまでもIL
が急激に低下する(谷が発生している)部分についても
同様に共鳴現象が発生していると考えられる。このよう
な消音特性図は約500Hz以下の周波数では実測値と
計算値が良く一致することが知られている。
により、例えば第2図に示すような消音特性図が得られ
る。同図では消音量を正の値としであるため、ILが負
の値となる周波数では入口音圧よりも出口音圧の方がレ
ベルが高くなっていることになる。これは、管路系の共
鳴現象によるものであり、これらの周波数(以下、共鳴
周波数という)ではエンジンの排気騒音が増大してしま
うことを意味する。また、負の値とならないまでもIL
が急激に低下する(谷が発生している)部分についても
同様に共鳴現象が発生していると考えられる。このよう
な消音特性図は約500Hz以下の周波数では実測値と
計算値が良く一致することが知られている。
(2)管路(排気)系の音圧モード
音圧モードは管路の位置に対する音圧の変化を求めたも
のであり、例えば、上記0式によるILが最小となる周
波数f。を求め、排気管の任意の位ZXの四端子定数を
行列IMI xとすると、排気系の任意の位置Xの音圧
PXおよび体積速度UXは逆行列IMIX−’を用いれ
ば次式[相]により求められる。
のであり、例えば、上記0式によるILが最小となる周
波数f。を求め、排気管の任意の位ZXの四端子定数を
行列IMI xとすると、排気系の任意の位置Xの音圧
PXおよび体積速度UXは逆行列IMIX−’を用いれ
ば次式[相]により求められる。
これらのことから、入口の音圧P、と任意の位置の音圧
P、の比を入口から出口までXの値を順次変えて求め、
これを距離に対する音圧変化としてグラフ化することに
より、例えば第3図に示すような音圧モード図を得るこ
とができる。すなわち、横軸は管路の位置を示しており
、複数の周波数(図示では1節〜5節の共鳴周波数)で
共鳴が起こることを示している。このようにして得た消
音特性および音圧モードの解析結果を実際の排気系の消
音特性向上に活用する場合、一般に一度のシミュレーシ
ョンでは目標とする消音特性を得ることが困難であるた
め、シミュレーション結果に基づいて排気系の寸法、形
状等を変え、目標とする特性が得られるまでシミュレー
ションを繰り返し行うことになる。
P、の比を入口から出口までXの値を順次変えて求め、
これを距離に対する音圧変化としてグラフ化することに
より、例えば第3図に示すような音圧モード図を得るこ
とができる。すなわち、横軸は管路の位置を示しており
、複数の周波数(図示では1節〜5節の共鳴周波数)で
共鳴が起こることを示している。このようにして得た消
音特性および音圧モードの解析結果を実際の排気系の消
音特性向上に活用する場合、一般に一度のシミュレーシ
ョンでは目標とする消音特性を得ることが困難であるた
め、シミュレーション結果に基づいて排気系の寸法、形
状等を変え、目標とする特性が得られるまでシミュレー
ションを繰り返し行うことになる。
以上が四端子定数法の概容であり、現在、主に消音器の
寸法と配設位置の決定に用いられているが、本実施例で
は、この他に2系統の排気系で消音レベルの不足によっ
て発生する排気騒音成分を消音する連通管21の連結位
置の設定に利用する。
寸法と配設位置の決定に用いられているが、本実施例で
は、この他に2系統の排気系で消音レベルの不足によっ
て発生する排気騒音成分を消音する連通管21の連結位
置の設定に利用する。
すなわち、四端子定数法を用いて複数の共鳴周波数につ
いての音圧モード図を作成し、各音圧モード図から音圧
の最大となる付近、換言すれば腹に相当する付近を探し
出す。そして、この腹に相当する部分を相互に連結する
ことにより、相互の位相が逆であることがら音圧が低下
して、ILの不足する周波数の騒音レベルを低下させる
ものである。この場合、消音特性をシミュレートするこ
とで実際に発生する共鳴周波数を推察できるので、複数
の共鳴周波数に対して適切な連結位置を設定することも
可能である。
いての音圧モード図を作成し、各音圧モード図から音圧
の最大となる付近、換言すれば腹に相当する付近を探し
出す。そして、この腹に相当する部分を相互に連結する
ことにより、相互の位相が逆であることがら音圧が低下
して、ILの不足する周波数の騒音レベルを低下させる
ものである。この場合、消音特性をシミュレートするこ
とで実際に発生する共鳴周波数を推察できるので、複数
の共鳴周波数に対して適切な連結位置を設定することも
可能である。
第4図は第1図に示した排気装置14.15を第5図に
示すように直線的にモデル化し、四端子定数法によって
求めた消音特性図である。なお、第5図中()内の数値
は管路の内径を示すものである。また、第6図中1節共
鳴のモード図において、横軸上に記入した符号は第1図
に示した全体構成図の構成部材と連結位置(A−E)を
示す符号であるが、他の2〜10節共鳴のモード図につ
いても同様であり、図中では省略しである。
示すように直線的にモデル化し、四端子定数法によって
求めた消音特性図である。なお、第5図中()内の数値
は管路の内径を示すものである。また、第6図中1節共
鳴のモード図において、横軸上に記入した符号は第1図
に示した全体構成図の構成部材と連結位置(A−E)を
示す符号であるが、他の2〜10節共鳴のモード図につ
いても同様であり、図中では省略しである。
同図において、共鳴現象が発生している周波数を大別す
ると、50Hz以下(帯域R1)、約150tlz(帯
域R2)および約300Hz (帯域R3)付近である
ことがわかる。これらの周波数付近ではILが小さくな
るため、前述のように騒音レベルが増大することが予測
される。この場合、エンジン回転数が600〜6000
r p mの間で変化したとすれば、1.5次成分の
周波数は15Hz〜15011zであるため、共′鳴現
象としては帯域R1、R2が該当することになる。同様
に、4.5次成分の周波数は45Hz〜45011zで
あるため、帯域R1、R2およびR3が該当することに
なる。
ると、50Hz以下(帯域R1)、約150tlz(帯
域R2)および約300Hz (帯域R3)付近である
ことがわかる。これらの周波数付近ではILが小さくな
るため、前述のように騒音レベルが増大することが予測
される。この場合、エンジン回転数が600〜6000
r p mの間で変化したとすれば、1.5次成分の
周波数は15Hz〜15011zであるため、共′鳴現
象としては帯域R1、R2が該当することになる。同様
に、4.5次成分の周波数は45Hz〜45011zで
あるため、帯域R1、R2およびR3が該当することに
なる。
次に、第5図のモデルについて音圧モード図を作成する
と、第6図に示すように、1節共鳴く17゜52 Hz
) 〜10節共鳴(470,44Hz )が得られた。
と、第6図に示すように、1節共鳴く17゜52 Hz
) 〜10節共鳴(470,44Hz )が得られた。
この場合、共鳴周波数は排気装置14.15内の温度T
によって変化するが同図はT=400°Cの場合を想定
している。例えば、T=400°Cのときの共鳴周波数
をfとすればTがΔTだけ変化したとき共鳴周波数ft
は次式〇で表される。
によって変化するが同図はT=400°Cの場合を想定
している。例えば、T=400°Cのときの共鳴周波数
をfとすればTがΔTだけ変化したとき共鳴周波数ft
は次式〇で表される。
したがって、実際にはエンジンが低回転の場合、温度が
低いため共鳴周波数は低下するが、音圧モード自体は排
気系の長さおよび断面積で決まるので温度の影響は受け
ない。
低いため共鳴周波数は低下するが、音圧モード自体は排
気系の長さおよび断面積で決まるので温度の影響は受け
ない。
いま、消音特性からILが低下する帯域R1に近接した
共鳴として2節共鳴(45,1411z)のモード図に
着目すると、A−Eの連結位置のうちAが腹に接近して
いる。したがって、Aに連結位置を設定するとこの共鳴
周波数が打消されることが予測される。また、帯域R2
に近接した4節共鳴(153,2+lz) 5節共鳴(
171,0411z)についてはEの連結位置が腹に接
近しており、Eに連結位置を設定するとこれらの共鳴周
波数の打消しが予測される。
共鳴として2節共鳴(45,1411z)のモード図に
着目すると、A−Eの連結位置のうちAが腹に接近して
いる。したがって、Aに連結位置を設定するとこの共鳴
周波数が打消されることが予測される。また、帯域R2
に近接した4節共鳴(153,2+lz) 5節共鳴(
171,0411z)についてはEの連結位置が腹に接
近しており、Eに連結位置を設定するとこれらの共鳴周
波数の打消しが予測される。
同様に帯域R3について6.7.8節の各共鳴では2あ
るいは3の連結位置が適している。
るいは3の連結位置が適している。
以上のようなシミュレーション結果に基づいてA−Eの
連結位置を適切に設定することにより第7図および第8
図に示すような実測値を得た。なお、同図はチューブ2
0の端部から50cmの位置で音圧レベルを測定したも
のである。
連結位置を適切に設定することにより第7図および第8
図に示すような実測値を得た。なお、同図はチューブ2
0の端部から50cmの位置で音圧レベルを測定したも
のである。
第7図は1.5次成分に着目して連結位置′を設定した
ときの騒音レベルを実測した結果であり、横軸はエンジ
ン回転数とそれに対応する1、5次成分の周波数をとっ
である。同図において、実線は連通管21を設けていな
い場合であり、破線は前述のシミュレーション結果に基
づいて連結位置をAに設定した場合を示す。いま、15
00 r p m付近(帯域R1の1.5次成分に対応
するエンジン回転数:周波数37.5H2)′に着目す
ると連通管21を連結位置Aに設けると、設けていない
場合に比べて騒音レベルが約10dBと大幅に低減され
不。すなわち、連通管21を設けることによって共鳴周
波数の打ち消しを行うことができる。この実測値はシミ
ュレーションによる予測と良く一致している。また、一
点鎖線は連結位置をEに設定した場合を示しており、こ
れは帯域R2の1.5次成分の打消しを予測したもので
ある。この場合、帯域R2の1.5次成分に対応するエ
ンジン回転数は約450Or p m(約112.5
Hzに対応する)であることから、この回転数付近に注
目すると、同様に10dB以上の消音効果が得られる。
ときの騒音レベルを実測した結果であり、横軸はエンジ
ン回転数とそれに対応する1、5次成分の周波数をとっ
である。同図において、実線は連通管21を設けていな
い場合であり、破線は前述のシミュレーション結果に基
づいて連結位置をAに設定した場合を示す。いま、15
00 r p m付近(帯域R1の1.5次成分に対応
するエンジン回転数:周波数37.5H2)′に着目す
ると連通管21を連結位置Aに設けると、設けていない
場合に比べて騒音レベルが約10dBと大幅に低減され
不。すなわち、連通管21を設けることによって共鳴周
波数の打ち消しを行うことができる。この実測値はシミ
ュレーションによる予測と良く一致している。また、一
点鎖線は連結位置をEに設定した場合を示しており、こ
れは帯域R2の1.5次成分の打消しを予測したもので
ある。この場合、帯域R2の1.5次成分に対応するエ
ンジン回転数は約450Or p m(約112.5
Hzに対応する)であることから、この回転数付近に注
目すると、同様に10dB以上の消音効果が得られる。
第8図は4.5次成分に着目したときの騒音レベルを実
測した結果である。同図において、実線は連通管21を
設けていない場合、一点鎖線は連結位置Eのみに連通管
21を設けた場合、二点鎖線は連結位置BおよびEにそ
れぞれ連通管21を設けた場合を示している。このとき
、連結位置をBおよびEに設定するとシミュレーション
の結果と一致して帯域R2の170Orpm(約127
.5 Hz)付近の周波数と帯域R3の440Or p
m(約33082)付近の周波数はそれぞれ10dB
以上の低減効果が得られる。また、連結位置をEのみに
設定した場合は帯域R2付近の周波数に対して十分な低
減効果があるものの、帯域R3に対しては全く低減効果
がない。これは、連通管21の位置が音圧の腹位置付近
となるような特定の共鳴モードに対してのみ独立した消
音効果があることを示している。すなわち、音圧の腹位
置付近に連結位置がないような共鳴周波数においては打
消し効果は得られない。これは、複数の連結位置を設定
することにより、複数の共鳴周波数についても打消しを
行うことができることを意味する。
測した結果である。同図において、実線は連通管21を
設けていない場合、一点鎖線は連結位置Eのみに連通管
21を設けた場合、二点鎖線は連結位置BおよびEにそ
れぞれ連通管21を設けた場合を示している。このとき
、連結位置をBおよびEに設定するとシミュレーション
の結果と一致して帯域R2の170Orpm(約127
.5 Hz)付近の周波数と帯域R3の440Or p
m(約33082)付近の周波数はそれぞれ10dB
以上の低減効果が得られる。また、連結位置をEのみに
設定した場合は帯域R2付近の周波数に対して十分な低
減効果があるものの、帯域R3に対しては全く低減効果
がない。これは、連通管21の位置が音圧の腹位置付近
となるような特定の共鳴モードに対してのみ独立した消
音効果があることを示している。すなわち、音圧の腹位
置付近に連結位置がないような共鳴周波数においては打
消し効果は得られない。これは、複数の連結位置を設定
することにより、複数の共鳴周波数についても打消しを
行うことができることを意味する。
このように、連結位置が目標とする共鳴モードの腹位置
付近となるように設定することにより、音圧の位相が逆
であることから目標とする共鳴i−ドが打消される。し
たがって、共鳴現象によって消音特性の低下するような
周波数付近、すなわちエンジン回転の(1,5+ 3
n)成分の音圧レベルを大幅に低減することができる。
付近となるように設定することにより、音圧の位相が逆
であることから目標とする共鳴i−ドが打消される。し
たがって、共鳴現象によって消音特性の低下するような
周波数付近、すなわちエンジン回転の(1,5+ 3
n)成分の音圧レベルを大幅に低減することができる。
その結果、騒音成分の専有帯域幅を減少させて騒音レベ
ルの低減を図ることができるとともに、聴感上の不快感
を防止することができる。
ルの低減を図ることができるとともに、聴感上の不快感
を防止することができる。
以上の第1実施例ではマフラを一系統のみ設けたもので
あったが、次に第2実施例としてサブマフラを設け、二
系統のマフラによる消音を行う場合について説明する。
あったが、次に第2実施例としてサブマフラを設け、二
系統のマフラによる消音を行う場合について説明する。
これは、−m的に用いられる排気装置の概容に促したも
のである。
のである。
第9〜11図は本発明に係る多気筒エンジンの排気装置
の第2実施例を示す図であり、第1実施例と同一構成部
材には同一符号を節、その説明を省略する。第9図にお
いて、エンジン11の排気は各バンク毎に排気マニホー
ルド12.13によってそれぞれ集められ、触媒装置3
1.32、センタマフラ33.34およびサブマフラ3
5.36を経て排出される。排気マニホールド12.1
3および触媒装置31.32、触媒装置31.32およ
゛びセンタマフラ33.34、センタマフラ33.34
およびサブマフラ35.36はそれぞれチューブ37.
38、チューブ39.40およびチューブ41.42に
より連結されており、チューブ39.40は2本の連通
管(連通部材)43.44により相互に連結されている
。第10図は第9図に示す排気系の共鳴周波数での音圧
モードを示す図であり、第1実施例と同様に前述の四端
子定数法によって求めたものである。なお、同図は連通
管43.44がない場合を示しており、図中の符号は各
構成部材を示すものである。同図から明らがであるよう
に一方の排気系と他方の排気系の音圧モードは逆位相、
すなわち一方のある位置で正圧の場合には他方の同位置
は負圧となっていることがわかる。したがって、連通管
43を設けることにより、破線で示す共鳴が打消され、
連通管44を設けることにより実線で示す共鳴が打消さ
れる。
の第2実施例を示す図であり、第1実施例と同一構成部
材には同一符号を節、その説明を省略する。第9図にお
いて、エンジン11の排気は各バンク毎に排気マニホー
ルド12.13によってそれぞれ集められ、触媒装置3
1.32、センタマフラ33.34およびサブマフラ3
5.36を経て排出される。排気マニホールド12.1
3および触媒装置31.32、触媒装置31.32およ
゛びセンタマフラ33.34、センタマフラ33.34
およびサブマフラ35.36はそれぞれチューブ37.
38、チューブ39.40およびチューブ41.42に
より連結されており、チューブ39.40は2本の連通
管(連通部材)43.44により相互に連結されている
。第10図は第9図に示す排気系の共鳴周波数での音圧
モードを示す図であり、第1実施例と同様に前述の四端
子定数法によって求めたものである。なお、同図は連通
管43.44がない場合を示しており、図中の符号は各
構成部材を示すものである。同図から明らがであるよう
に一方の排気系と他方の排気系の音圧モードは逆位相、
すなわち一方のある位置で正圧の場合には他方の同位置
は負圧となっていることがわかる。したがって、連通管
43を設けることにより、破線で示す共鳴が打消され、
連通管44を設けることにより実線で示す共鳴が打消さ
れる。
このような打消し効果をエンジン回転数に対する音圧レ
ヘルの変化として示したものが第11図であり、実線は
連通管43.44を設けない場合、破線は連通管43の
みを設けた場合、一点鎖線は連通管44のみ設けた場合
、二点鎖線は連通管43.44を同時に設けた場合をそ
れぞれ示している。この場合、連通管43.44の位置
はそれぞれ特定の共鳴周波数に対して効果があることは
明らかであり、これは、各共鳴モードの腹位置付近に連
通管43.44を設けたことによる。
ヘルの変化として示したものが第11図であり、実線は
連通管43.44を設けない場合、破線は連通管43の
みを設けた場合、一点鎖線は連通管44のみ設けた場合
、二点鎖線は連通管43.44を同時に設けた場合をそ
れぞれ示している。この場合、連通管43.44の位置
はそれぞれ特定の共鳴周波数に対して効果があることは
明らかであり、これは、各共鳴モードの腹位置付近に連
通管43.44を設けたことによる。
このように、■6エンジンの二系統の排気系はそれぞれ
共鳴モードが逆位相となっているので、各共鳴モードの
腹位置付近に連通管43.44を設けることにより、共
鳴を打消すことができる。その結果、第1実施例と同様
の効果を得ることができる。また、本実施例ではセンタ
マフラ33.34およびサブマフラ35.36により消
音を行っているので、第1実施例と比較して騒音レヘル
をより低減することができる。
共鳴モードが逆位相となっているので、各共鳴モードの
腹位置付近に連通管43.44を設けることにより、共
鳴を打消すことができる。その結果、第1実施例と同様
の効果を得ることができる。また、本実施例ではセンタ
マフラ33.34およびサブマフラ35.36により消
音を行っているので、第1実施例と比較して騒音レヘル
をより低減することができる。
以上の第1、第2の各実施例では四端子定数法に基づく
シミュレート結果が比較的良く一致する50011z以
下の騒音周波数成分に着目して連結位置を設定したが、
次に、第3実施例として比較的高い周波数の騒音成分を
同様にして打消す場合を説明する。
シミュレート結果が比較的良く一致する50011z以
下の騒音周波数成分に着目して連結位置を設定したが、
次に、第3実施例として比較的高い周波数の騒音成分を
同様にして打消す場合を説明する。
第12〜14図は本発明に係る多気筒エンジンの排気装
置の第3実施例を示す図であり、第1実施例と同一構成
部材については同一符号を付し、その説明を省略する。
置の第3実施例を示す図であり、第1実施例と同一構成
部材については同一符号を付し、その説明を省略する。
第12図において、エンジン11の排気は排気マニホー
ルド12.13により集められ、触媒装置51.52、
多孔拡張消音室(連通部材)53およびリヤマフラ54
.55を経て排出される。多孔拡張消音室53は第13
図に示すように二系統の排気系に亘って配設され、両者
を音響的に連通ずるとともに、一種の音響フィルタとし
て作用する。排気マニホールド12.13および触媒装
置51.52、触媒装置51.52および多孔拡張消音
室53、多孔拡張消音室53およびリヤマフラ54.5
5はそれぞれ、チューブ56.57、チューブ58.5
9およびチューブ60.61により連結され、チューブ
58およびチューブ59は連通管(連通部材)62によ
り相互に連通ずる。なお、連通管62の連結位置は多孔
拡張消音室53の長さをlとすると多孔拡張消音室53
から2βの位置に設定される。
ルド12.13により集められ、触媒装置51.52、
多孔拡張消音室(連通部材)53およびリヤマフラ54
.55を経て排出される。多孔拡張消音室53は第13
図に示すように二系統の排気系に亘って配設され、両者
を音響的に連通ずるとともに、一種の音響フィルタとし
て作用する。排気マニホールド12.13および触媒装
置51.52、触媒装置51.52および多孔拡張消音
室53、多孔拡張消音室53およびリヤマフラ54.5
5はそれぞれ、チューブ56.57、チューブ58.5
9およびチューブ60.61により連結され、チューブ
58およびチューブ59は連通管(連通部材)62によ
り相互に連通ずる。なお、連通管62の連結位置は多孔
拡張消音室53の長さをlとすると多孔拡張消音室53
から2βの位置に設定される。
連通管62は、500Hz以下の共鳴周波数の打消しを
行うものであり、これは第1、第2の各実施例と同様で
あるため詳細は省略する。本実施例では多孔拡張消音室
53による比較的高い周波数成分の打消しにその特徴が
あり、以下にこれを説明する。
行うものであり、これは第1、第2の各実施例と同様で
あるため詳細は省略する。本実施例では多孔拡張消音室
53による比較的高い周波数成分の打消しにその特徴が
あり、以下にこれを説明する。
高い周波数ではその波長が短くなるため、複数の周波数
成分を打消すためにはそれぞれの共鳴モードの腹位置付
近で連通ずる必要がある。これは連結位置を無限に増加
することと等価であり、実現が困難である。そこで、周
波数が高くなると波長が短くなることに着目し、多孔拡
張消音室53の長さlに対して連通管62と距離を2e
に設定した。
成分を打消すためにはそれぞれの共鳴モードの腹位置付
近で連通ずる必要がある。これは連結位置を無限に増加
することと等価であり、実現が困難である。そこで、周
波数が高くなると波長が短くなることに着目し、多孔拡
張消音室53の長さlに対して連通管62と距離を2e
に設定した。
この場合、連通管62の位置に音圧モードの節が発生す
るような周波数に対する音圧モードは第14図のように
なる。なお、同図は共鳴モードの1/4波長をlを用い
て表しており、図中の符号は構成部材の位置を示す。す
なわち、連通管62の位置に節があるため、連通管62
による共鳴周波数の打消しは行われない。一方、多孔拡
張消音室53の位置には共鳴モードの腹あるいは腹に近
い音圧の高い部分が発生するため、多孔拡張消音室53
内で二系統の排気系から発生する逆位相の共鳴周波数が
合成される。その結果、共鳴周波数は打消され、少なく
とも10dB以上の低減効果を得ることができる。また
、図中では波長が1/3I!となる周波数までについて
示したが、1/31よりも短くなる周波数では多孔拡張
消音室53内に複数の腹が発生するため、確実に打消し
を行うことができる。したがって、第1、第2の各実施
例の効果に加えて高い周波数成分の共鳴についても打消
しを行うことができる。また、排気温の変化によって共
鳴モードの腹位置が変化することがあっても多孔拡張消
音室53がlという幅をもってチューブ58.59を連
通ずるので、同様に打消し効果を得ることができ、騒音
レベルを低減させることができる。
るような周波数に対する音圧モードは第14図のように
なる。なお、同図は共鳴モードの1/4波長をlを用い
て表しており、図中の符号は構成部材の位置を示す。す
なわち、連通管62の位置に節があるため、連通管62
による共鳴周波数の打消しは行われない。一方、多孔拡
張消音室53の位置には共鳴モードの腹あるいは腹に近
い音圧の高い部分が発生するため、多孔拡張消音室53
内で二系統の排気系から発生する逆位相の共鳴周波数が
合成される。その結果、共鳴周波数は打消され、少なく
とも10dB以上の低減効果を得ることができる。また
、図中では波長が1/3I!となる周波数までについて
示したが、1/31よりも短くなる周波数では多孔拡張
消音室53内に複数の腹が発生するため、確実に打消し
を行うことができる。したがって、第1、第2の各実施
例の効果に加えて高い周波数成分の共鳴についても打消
しを行うことができる。また、排気温の変化によって共
鳴モードの腹位置が変化することがあっても多孔拡張消
音室53がlという幅をもってチューブ58.59を連
通ずるので、同様に打消し効果を得ることができ、騒音
レベルを低減させることができる。
なお、以上の第1、第2、第3の各実施例では本発明を
V型6気筒のエンジンに適用した場合を示したが本発明
の適用はこれに限られるものではない。要は逆位相の共
鳴が発生するような多系統の排気装置を備えたものであ
れば良く、例えばV型12気筒エンジン等であっても良
い。
V型6気筒のエンジンに適用した場合を示したが本発明
の適用はこれに限られるものではない。要は逆位相の共
鳴が発生するような多系統の排気装置を備えたものであ
れば良く、例えばV型12気筒エンジン等であっても良
い。
(効果)
本発明によれば、逆位相の排気系同志を連通ずる連通部
材が所定の位置に設けているので、聴感上不快な周波数
成分等を打消すことができ、出力損失を増加させること
なく排気騒音レベルを低減させることができる。
材が所定の位置に設けているので、聴感上不快な周波数
成分等を打消すことができ、出力損失を増加させること
なく排気騒音レベルを低減させることができる。
第1〜8図は本発明に係る多気筒エンジンの排気装置の
第1実施例を示す図であり、第1図はその全体構成図、
第2図はその消音特性の一例を示す図、第3図はその音
圧モード図の一例を示す図、第4図はそのシミュレート
演算による消音特性を示す図、第5図はそのシミュレー
トのためのモデルを示す図、第6図はそのシミュレート
演算による音圧モードを示す図、第7図はその1.5次
成分の騒音に対する低減効果を示す図、第8図はその4
.5次成分の騒音に対する低減効果を示す図、第9〜1
1図は本発明に係る多気筒エンジンの排気装置の第2実
施例を示す図であり、第9図はその全体構成図、第10
図はそのシミュレート演算による音圧モードを示す図、
第11図はその騒音レベルの低減効果を示す図、第12
〜14図は本発明に係る第3実施例を示す図であり、第
12図はその全体構成図、第13図はその要部構成を示
す斜視図、第14図はその作用を説明する音圧モード図
、第15図は従来の多気筒エンジンの排気装置を示すそ
の構成図である。 11・・・・・・エンジン、 14.15・・・・・・排気装置、
第1実施例を示す図であり、第1図はその全体構成図、
第2図はその消音特性の一例を示す図、第3図はその音
圧モード図の一例を示す図、第4図はそのシミュレート
演算による消音特性を示す図、第5図はそのシミュレー
トのためのモデルを示す図、第6図はそのシミュレート
演算による音圧モードを示す図、第7図はその1.5次
成分の騒音に対する低減効果を示す図、第8図はその4
.5次成分の騒音に対する低減効果を示す図、第9〜1
1図は本発明に係る多気筒エンジンの排気装置の第2実
施例を示す図であり、第9図はその全体構成図、第10
図はそのシミュレート演算による音圧モードを示す図、
第11図はその騒音レベルの低減効果を示す図、第12
〜14図は本発明に係る第3実施例を示す図であり、第
12図はその全体構成図、第13図はその要部構成を示
す斜視図、第14図はその作用を説明する音圧モード図
、第15図は従来の多気筒エンジンの排気装置を示すそ
の構成図である。 11・・・・・・エンジン、 14.15・・・・・・排気装置、
Claims (1)
- 多気筒エンジンの排気を複数に分割し、それぞれ上流側
から触媒装置およびマフラを有する排気管を通して排出
する多気筒エンジンの排気装置において、前記触媒装置
とマフラの間の所定位置に、各排気管を連通する連通部
材を設けたことを特徴とする多気筒エンジンの排気装置
。
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JP62143863A JPH086576B2 (ja) | 1987-06-08 | 1987-06-08 | 多気筒エンジンの排気装置 |
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