JP2003206719A - エンジン用の排気消音器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 通路抵抗の増大を抑制しながら尾管の入口部
で発生する共鳴音を低減することができるエンジン用の
排気消音器を提供する。 【解決手段】 一面に尾管４の内径ｄ1と同内径の押え
板６１を有する５面矩形状部材６を、胴部と、この胴部
の一端側を塞ぐフロントプレートと、他端側を塞ぐエン
ドプレートからなる拡張室２の前記エンドプレートの面
に固着することにより、前記拡張室２の第２拡張室２２
側に開口する尾管４の入口部４１に、格子状の複数の小
孔を有するセラミックからなるハニカム材５を固定す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、特に、通路抵抗の
増大を抑制しながら、尾管の入口部で発生する共鳴音を
低減することができ、しかも尾管の入口部へのハニカム
材の取付けを容易ならしめるようにしたエンジン用の排
気消音器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のとおり、エンジンの排ガス流路に
は排気消音器が取付けられているが、建設機械や産業機
械のエンジンの排ガス流路にも稼働時の低騒音化のため
に排気消音器が取付けられている。最も一般的な構成の
排気消音器１００は、その模式的構成説明図の図６に示
すように、排ガスの入口管１０１と、この入口管１０１
から流入する排ガスを拡張させる拡張室１０２と、拡張
室１０２で拡張された排ガスを大気に排気する尾管１０
３とから構成されている。

【０００３】このような構成になる排気消音器の内部に
高速の排ガスが流れると、尾管の入口部では、尾管の入
口部における排ガスの流れ説明図の図７に示すように、
尾管１０３の排ガスの入口部近傍に縮流による気流の乱
れが生じる。この気流の乱れが加振源となり、尾管共鳴
周波数説明図の図８に示すように、尾管長の半波長に一
致する尾管共鳴音が発生する場合がある。排気消音器内
の消音性能が十分な場合でも、尾管の排ガス入口部の近
傍において新たに気流による共鳴音が発生した場合に
は、実際の排気消音器の消音性能が著しく低下するのを
回避することができない。ところで、低騒音化と共に排
ガス規制を満たすようにした排気消音器が、例えば、特
許第２９９９０６３号公報に開示されている。以下、こ
の従来例に係る排気消音器の概要を、その要部断面図の
図９を参照しながら説明する。

【０００４】この従来例に係る排気消音器は汎用エンジ
ン用であって、フランジ５２により図示しないエンジン
排気口の取付面に取付けられる排気消音器本体５１を備
えている。この排気消音器本体５１は、多数の小孔が空
けられた仕切板５５により第１拡張室５３と第２拡張室
５４とに仕切られている。前記第１拡張室５３の内部に
は前記フランジ５２が固着されてなる入口管５７の小孔
が開けられた部分が内設されている。また、前記第２拡
張室５４には、テールパイプ(尾管)５８が挿設されてお
り、このテールパイプ５８のハニカム状に形成された入
口側はこの第２拡張室５４の内側に開口すると共に、出
口側は大気に開口している。そして、前記テールパイプ
５８の細い通路の内壁に、このテールパイプ５８の全長
に亘って触媒６０が担持されている。

【０００５】このような構成になる排気消音器によれ
ば、図示しない汎用エンジンから排出された排ガスは入
口管５７から第１拡張室５３、第２拡張室５４へと流
れ、次いでハニカム形のテールパイプ５８内に担持され
た触媒６０に接して流過する。この触媒６０は排ガスを
浄化するに十分な長さと表面積を有しており、かつこの
触媒６０を担持するハニカム構造体の細い通路は、排ガ
スに対して浄化作用と同時に整流作用を備えているの
で、気流音も低減される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来例(特許第２
９９９０６３号公報)に係る排気消音器の場合には、上
記のとおり、排ガスを浄化するために、尾管の全長に亘
ってハニカム構造体が配設されている。ハニカム構造体
の細く、しかも長い通路を排ガスが通過する場合には、
通路抵抗が大きいためにエンジンの出力低下の原因にな
るので、ハニカム構造体の長さを短くして通路抵抗を小
さくする必要がある。ところで、セラミック製のハニカ
ム構造体を用いる場合には、セラミック材を尾管と同じ
ようにパイプ状に形成する必要がある。しかしながら、
通常、ハニカム材は複数の格子状の小孔を有しているた
め、セラミック材のような硬質のものを円形状に加工す
ることは、通常極めて困難である。また、実際の消音器
においては、高速の排ガス流下においてもハニカム構造
体が脱落したりしないように、尾管の内部に固定するた
めの構造が必要になる。

【０００７】従って、本発明の目的は、通路抵抗の増大
を抑制しながら、尾管の入口部で発生する共鳴音を低減
することができ、しかも尾管の入口部へのハニカム材の
取付けが容易なエンジン用の排気消音器を提供すること
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記実情に鑑
みてなされたものであって、従って上記課題を解決する
ために、本発明の請求項１に係るエンジン用の排気消音
器が採用した手段は、拡張室のエンドプレートに固着さ
れてなる尾管の排ガスの入口部にハニカム材を配設した
ことを特徴とする。

【０００９】本発明の請求項２に係るエンジン用の排気
消音器が採用した手段は、拡張室のエンドプレートに固
着されてなる尾管の排ガスの入口部に、開口を有する矩
形状の押え板と、この押え板の４端縁からこの押え板と
直交する向きに延びる側板とからなる５面矩形状部材を
前記エンドプレートに固着することにより、前記尾管の
内径よりも大きな外寸法を持つハニカム材を固定したこ
とを特徴とする。

【００１０】本発明の請求項３に係るエンジン用の排気
消音器が採用した手段は、尾管本体と、この尾管本体よ
りも大寸で、排ガスの入口部となる尾管基端部とからな
る尾管の前記尾管基端部を拡張室のエンドプレートに固
着し、前記尾管基端部内に、前記尾管本体の内径よりも
大きな外寸法を持つハニカム材を収容すると共に、前記
エンドプレートの拡張室側の面に、排ガス通過穴を有す
る固定プレートを固着して、前記ハニカム材を前記尾管
基端部内に固定したことを特徴とする。

【００１１】本発明の請求項１乃至３に係るエンジン用
の排気消音器によれば、エンジンから排出された高速の
排ガス流が入口管から拡張室内に流入し、次いで拡張室
で拡張した排ガス流が縮流となって尾管に流入する。し
かしながら、本発明の請求項１または２に係るエンジン
用の排気消音器では、尾管の排ガスの入口部にハニカム
材が配設されている。従って、排ガスはハニカム材によ
り整流されて尾管に流入するから、排ガスの流れに、縮
流による乱れが生じるようなことがない。また、ハニカ
ム材は尾管の全長に亘る長さでなく、従来例よりもハニ
カム材の通路抵抗が小さいから、エンジンの出力低下を
少なくすることができ、コスト的にも有利である。

【００１２】本発明の請求項２に係るエンジン用の排気
消音器によれば、ハニカム材が５面矩形状部材により尾
管の排ガス入口部に固定される。従って、ハニカム材を
円形状に形成する必要がなく、また５面矩形状部材をエ
ンドプレートに固着するだけでハニカム材を尾管の排ガ
スの入口部に固定することができる。

【００１３】本発明の請求項３に係るエンジン用の排気
消音器によれば、尾管の尾管基端部内に収容されたハニ
カム材が排ガス通過穴を有する固定プレートによって固
定される。従って、ハニカム材を円形状に形成する必要
がなく、また固定プレートをエンドプレートに固着する
だけで、ハニカム材を尾管基端部内に固定することがで
きる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態１係る
エンジン用の排気消音器を、添付図面を参照しながら説
明する。図１はその模式的断面図であり、図２は図１の
Ａ矢視図、図３はハニカム材を固定する５面矩形状部材
の斜視図である。

【００１５】図１に示す符号１は、本実施の形態１に係
るエンジン用の排気消音器(以下、消音器という。)であ
る。この消音器１は、胴部と、この胴部の一端側を塞ぐ
フロントプレートと、前記胴部の他端側を塞ぐエンドプ
レートとからなる拡張室２を備えている。この拡張室２
は、エンドプレート側に突出し、突出側に複数の円形状
小孔が穿設されてなる中間管２４を備えた仕切板２３に
よって仕切られており、フロントプレート側に第１拡張
室２１が形成されると共に、エンドプレート側に第２拡
張室２２が形成されている。

【００１６】前記拡張室２のフロントプレートを入口管
３が気密可能に貫通しており、この入口管３の第１拡張
室２１内に突出している部分には複数の円形状小孔３１
が穿設されている。また、前記拡張室２のエンドプレー
トの外側に内径ｄ₁の尾管４が突設されている。そし
て、この尾管４の第２拡張室２２側に開口する開口部、
つまり排ガスの入口部４１には、後述する構成になるハ
ニカム材５が尾管４の端部(入口部４１)に接する状態に
取付けられている。

【００１７】前記ハニカム材５は、外力を受けた場合で
も尾管４の入口部４１に位置し得るように、前記尾管４
の内径ｄ1よりも大きな外寸法を持つ矩形状に形成され
ており、排ガスの流路となる複数の格子状小孔５１が形
成されている。そして、このハニカム材５は、後述する
５面矩形状部材６が前記エンドプレートに固着されるこ
とによって取付けられている。前記５面矩形状部材６
は、図３に示すように、前記尾管４の内径ｄ₁と同内径
の開口を有する矩形状の押え板６１と、この押え板６１
の４辺の端縁からこの押え板６１と直交する向きに延び
る側板６２とから構成されている。前記押え板６１の１
辺の寸法は、前記ハニカム材５を収容し得るように、こ
のハニカム材５の外寸より若干大きい寸法ｄ₂に設定さ
れている。つまり、このハニカム材５を、形成が困難な
円形状に形成するということを回避するために、５面矩
形状部材６にしたものである。なお、前記押え板６１の
開口は尾管４の内径ｄ₁以上であれば良い。また、前記
押え板６１または側板６２の一部を着脱可能にすれば、
ハニカム材５の交換が容易となる。

【００１８】従って、本実施の形態１に係るエンジン用
の消音器１によれば、エンジンから排出された高速の排
ガスが入口管３に設けられた複数の円形状小孔３１から
拡張室２の第１拡張室２１内に流入する。そして、この
第１拡張室２１で拡張した排ガスが仕切板２３に取付け
られた中間管２４の複数の円形状小孔を通過して第２拡
張室２２に流入し、ハニカム材５の格子状小孔５１を通
過して尾管４から放出される。

【００１９】消音器１内における上記のような排ガスの
流れにおいて、排ガスが前記ハニカム材５の格子状小孔
５１により整流されて入口部４１から尾管４に流入す
る。そのため、この尾管４の入口部４１に、排ガスの流
れの縮流による乱れが生じるようなことがないから、共
鳴音が発生するようなことがない。また、このハニカム
材５は、従来例のように、尾管４の全長に亘る長さでな
く、従来例よりも格子状小孔の長さが短く、通路抵抗が
小さいから、エンジンの出力低下を少なくすることがで
きるのに加えて、コストに関しても有利になる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例に係る消音器(実施の
形態１に係る形態である。)を、その周波数分析説明グ
ラフ図の図４を参照しながら説明する。この図４は、縦
軸にｄＢ(ａ)を、横軸に周波数Ｈｚをとり、そしてハニ
カム材が設けられている場合を実線で、またハニカム材
が設けられていない場合を不連続線でそれぞれ示したも
のである。

【００２１】この実施例に係る消音器１の仕様について
説明すると、この消音器１の場合には、ハニカム材５の
厚さは２０ｍｍであり、格子状小孔５１の格子幅は１ｍ
ｍである。そして、尾管４の長さは２８０ｍｍであり、
また尾管４の内径ｄ₁は３８ｍｍである。このような仕
様の消音器１の入口管から、送風機で発生させた気流を
吹き込んで、ハニカム材５が設けられている場合と、ハ
ニカム材５が設けられていない場合とについて、それぞ
れ通風抵抗(ｋＰａ)と風速(ｍ／ｓ)との測定を行った。
測定された通風抵抗と風速は、表１に示すとおりであ
る。

【表１】 次いで、尾管４の出口位置の近傍で、かつこの尾管４と
直交する方向に５００ｍｍ離れた位置において、ハニカ
ム材５が設けられている場合と、ハニカム材５が設けら
れていない場合とについて、それぞれ騒音測定を行っ
た。測定した騒音レベルの周波数分析結果は、図４に示
すとおりである。なお、騒音測定のために精密騒音計
(メーカ；リオン社、型式；ＮＬ−１０Ａ)を用いた。

【００２２】上記表１によれば、ハニカム材５を追加す
ることにより通風抵抗が２．５％増加している。しかし
ながら、通風抵抗の増加量は僅かであって、エンジンの
出力に対する悪影響は極く少ないと考えられる。そし
て、騒音については、下記のとおりである。

【００２３】即ち、ハニカム材５が設けられていない場
合(実線)には、尾管共鳴音の周波数ｆの倍音成分であ
る、６００Ｈｚ、１２００Ｈｚ、１８００Ｈｚの近傍に
卓越ピークが認められる。これに対して、ハニカム材５
を設けた場合(不連続線)には、各卓越ピークが１０ｄＢ
(Ａ)以上低くなっている。ところで、尾管共鳴の周波数
ｆは、ｆ＝ｎ×Ｃ／２Ｌ(ｎ：整数、Ｃ：音速(３４０ｍ
／ｓ)、Ｌ：尾管の長さ(ｍ))の関係式で表すことができ
る。従って、長さが０．２８ｍの尾管４を備えた本実施
例に係る消音器１の尾管共鳴の周波数ｆは５８６．２Ｈ
ｚ、１１７２．４Ｈｚ、１７５８．６Ｈｚ、‥‥であ
る。

【００２４】これは、ハニカム材５により尾管４の入口
部４１の気流が整流されるために尾管４の入口部近傍に
おける共鳴音が低減されたものである。つまり、本実施
例によれば、ハニカム材５を尾管４の全長に亘って設置
するまでもなく共鳴音を低減させることができる。従っ
て、ハニカム材５を尾管４の入口部に設置するだけであ
って、流路抵抗が過度に増加することがないから、エン
ジンの出力低下を少なくすることができるという、優れ
た効果を奏することができる。

【００２５】本実施例では、上記のとおり、厚さが２０
ｍｍ、格子状小孔５１の格子幅が１ｍｍのハニカム材５
を尾管４の入口部４１に固定した場合の例を説明した。
しかしながら、流路抵抗はハニカム材５の厚さや格子状
小孔５１の格子幅によって変化するから、許容し得る出
力低下範囲内になるように、ハニカム材５の厚さや格子
状小孔５１の格子幅を設定すればよい。

【００２６】次に、本発明の実施の形態２に係るエンジ
ン用の消音器を、添付図面を参照しながら、上記実施の
形態１と同一のものに同一符号を付し、かつ同一名称を
以って説明する。図５(ａ)はエンジン用の消音器の主要
部を示す模式的断面図であり、また図５(ｂ)は図５(ａ)
のＢ矢視図である。

【００２７】拡張室２のエンドプレートに、後述する構
成になる尾管４が接続されている。この尾管４は、先端
側の尾管本体４ａと、この尾管本体４ａの基端側が接続
されると共に、他端の開口側が前記エンドプレートに接
続され、前記尾管本体４ａの内径ｄ₁よりも大寸(大きな
内寸法を持つ)で矩形状に形成され、排ガスの入口部と
なる尾管基端部４ｂとから構成されている。この尾管基
端部４ｂ内には、上記実施の形態１と同構成のハニカム
材５、つまり前記尾管本体４ａの内径ｄ₁よりも大きな
外寸法を持つ、矩形状に形成されてなるハニカム材５が
収容されている。そして、このハニカム材５は、少なく
とも前記尾管本体４ａの内径ｄ₁と同寸の排ガス通過穴
７１を有する固定プレート７が前記エンドプレートの拡
張室側の面に固着されることにより、前記尾管基端部４
ｂ内に収容された状態で固定されている。

【００２８】ところで、本実施の形態２に係る消音器１
では、図５(ｂ)に示すように、排ガス通過穴７１は円形
に形成されている。しかしながら、特に円形である必要
がなく、例えば一辺が前記尾管本体４ａの内径ｄ₁と同
寸の矩形であっても良い。つまり、尾管基端部４ｂから
のハニカム材５の抜け出しを防止し得る形状であれば、
何ら形状に拘るものではない。

【００２９】また、尾管基端部４ｂの横断断面は矩形状
に形成されているが、ハニカム材５の対角間寸法に対応
する内径を有する円形状の横断断面を有するものであっ
ても良い。つまり、尾管基端部４ｂの横断断面は、矩形
状のハニカム材５をがたつかせることなく収容し得る形
状に形成されていれば良いものである。さらに、前記固
定プレート７は完全に固着するものではなく、着脱可能
な構成とすればハニカム材５の交換が容易となる。

【００３０】本実施の形態２に係る消音器１によれば、
上記実施の形態１に係る消音器と同様に、第２拡張室２
２から入口部４１に流入する排ガスは、尾管４の尾管基
端部４ｂに収容されているハニカム材５の格子状小孔５
１で整流されて尾管本体４ａに流入する。従って、本実
施の形態２に係る消音器は上記実施の形態１に係る消音
器と同等の消音効果がある。

【００３１】ところで、上記実施の形態１，２および実
施例の場合にあっては、上記のとおり、第１拡張室と第
２拡張室との二つの拡張室を有する消音器の場合を例と
して説明した。しかしながら、本発明の技術的思想を、
従来例に係る消音器に対しては勿論のこと、一つの拡張
室を有する消音器に対しても適用することができ、さら
に消音器の大小に拘わらず適用することができる。従っ
て、上記実施の形態１，２および実施例に係る消音器の
形態に限定されるものではない。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の請求項１乃
至３に係るエンジン用の消音器によれば、従来例と同様
に、エンジンから排出された高速の排ガス流が入口管か
ら拡張室内に流入し、拡張室で拡張した排ガス流が縮流
となって尾管に流入する。しかしながら、本発明の請求
項１乃至３に係るエンジン用の消音器では、尾管の入口
部にハニカム材が配設されていて、排ガスはハニカム材
により整流されて尾管に流入する。従って、尾管の入口
部における排ガスの流れに、縮流による乱れが生じるよ
うなことがないから、共鳴音を小さくすることができ
る。また、ハニカム材は尾管の全長に亘る長さでなく、
従来例よりもハニカム材の通路抵抗が小さいから、エン
ジンの出力低下を少なくすることができ、しかもコスト
に関しても有利になる。

【００３３】本発明の請求項２に係るエンジン用の消音
器は、ハニカム材が５面矩形状部材により尾管の排ガス
入口部に固定される構成である。従って、ハニカム材を
円形状に形成する必要がないのに加えて、５面矩形状部
材をエンドプレートに固着するだけでハニカム材を尾管
の排ガス入口部に固定することができるから、ハニカム
材の固定は極めて容易である。

【００３４】本発明の請求項３に係るエンジン用の排気
消音器は、尾管の尾管基端部内に収容されたハニカム材
が排ガス通過穴を有する固定プレートによって固定され
る構成である。従って、ハニカム材を円形状に形成する
必要がなく、また固定プレートをエンドプレートに固着
するだけでハニカム材を尾管の尾管基端部内に固定する
ことができるから、ハニカム材の固定は極めて容易であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係るエンジン用の消音
器の模式的断面図である。

【図２】図１のＡ矢視図である。

【図３】本発明の実施の形態に係るエンジン用の消音器
のハニカム材を固定する５面矩形状部材の斜視図であ
る。

【図４】本発明の実施例に係る消音器の周波数分析説明
グラフ図である。

【図５】本発明の実施の形態２に係り、図５(ａ)はエン
ジン用の消音器の主要部を示す模式的断面図、図５(ｂ)
のＢ矢視図である。

【図６】最も一般的な排気消音器の模式的構成説明図で
ある。

【図７】尾管の入口部における排ガスの流れ説明図であ
る。

【図８】尾管共鳴周波数説明図である。

【図９】従来例に係る消音器の要部断面図である。

【符号の説明】

１…消音器 ２…拡張室、２１…第１拡張室、２２…第２拡張室、２
３…仕切板、２４…中間管 ３…入口管、３１…円形状小孔 ４…尾管、４１…入口部、４ａ…尾管本体、４ｂ…尾管
基端部 ５…ハニカム材、５１…格子状小孔 ６…５面矩形状部材、６１…押え板、６２…側板 ７…固定プレート、７１…排ガス通過穴

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3G004 AA03 AA04 AA07 BA01 BA02 CA01 CA14 DA22 FA02 FA07 GA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 拡張室のエンドプレートに固着されてな
   る尾管の排ガスの入口部にハニカム材を配設したことを
   特徴とするエンジン用の排気消音器。
2. 【請求項２】 拡張室のエンドプレートに固着されてな
   る尾管の排ガスの入口部に、開口を有する矩形状の押え
   板と、この押え板の４端縁からこの押え板と直交する向
   きに延びる側板とからなる５面矩形状部材を前記エンド
   プレートに固着することにより、前記尾管の内径よりも
   大きな外寸法を持つハニカム材を固定したことを特徴と
   するエンジン用の排気消音器。
3. 【請求項３】 尾管本体と、この尾管本体よりも大寸
   で、排ガスの入口部となる尾管基端部とからなる尾管の
   前記尾管基端部を拡張室のエンドプレートに固着し、前
   記尾管基端部内に、前記尾管本体の内径よりも大きな外
   寸法を持つハニカム材を収容すると共に、前記エンドプ
   レートの拡張室側の面に、排ガス通過穴を有する固定プ
   レートを固着して、前記ハニカム材を前記尾管基端部内
   に固定したことを特徴とするエンジン用の排気消音器。