JP2003232212A - 内燃機関可変型排気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の内燃機関の排気装置は、消音器の容積
の大小とテールパイプ（排気管）の管径を設定して扱い
やすくしている。そのため、特定の回転数域以外は、燃
費消費に対しての効率が下がるのである。従って、低速
域，中速域，高速域のエンジン回転数とアクセル開度に
おける排気ガス排出量に見合った排気管の口径が必要と
なる。 【解決手段】 エンジンからの排気ガスの排気通路を形
成したメイン排気管（Ａ１）を外筒のエンジン側外壁板
に、大気中側外壁板方向に向けて途中（その位置をＸと
する）まで挿入して挿着し、その同心上に（Ａ１）より
断面積が小さい排気管（Ａ２）を、外筒の大気中側から
ＸまたはＸ＋αまで挿入して大気中側外壁板に挿着し、
（Ａ１）から（Ａ２）の断面積を差引いた断面積に相当
する（Ａ３）を（Ａ２）に並行して大気中側外壁板に若
干ほど挿入して挿着したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】内燃機関全般に備えられる可
変型の排気装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の排気ガスが大気中に排出され
る最後の出口となる排気管には高温高圧の排気が、大気
中に放出されると急に膨張し、爆発音を発するので消音
器を用いる。それらの構成は、排気管の一部を急に広げ
る，共鳴減衰させる，吸音材で吸収する，排気清浄装置
等などであるが、夫々排気抵抗をつくり消音させてい
る。

【０００３】たとえば、バルブ内蔵排気マフラーは，消
音の為に排気管内に可動バルブを設けて排気ガスの圧力
により、バルブの開閉を行ない消音効果を計っているが
排気抵抗になるばかりではなく、排気熱により可動しな
くなる恐れもあり故障の原因である(特開平１０−２９
９４５３参照)。

【０００４】また、アウタシェルの大型化を招かない消
音効果のあるマフラーは、アウタシェル内の吸音材を持
たない空洞の膨張室とグラスウールが充填される吸音室
と金属ウールとの組合せにより低周波から高周波の排気
音を効果的に消音するためのものである(特開平１１−
８１９７６参照)。

【０００５】それと、排気通路を簡素化した消音効果の
あるマフラーなども消音の為のコストの低減化を計った
ものである(特開平９−１３９４１参照)。

【０００６】上述のように主に消音効果を狙った物がほ
ぼ大半で、燃費向上に寄与するところの、エンジンから
排出される排気ガスを大気中に吐出する消音器の排気管
に関わったものが少ないのが現状である。

【０００７】

【考案が解決しようとする課題】それは、エンジンから
排出される排気ガスがエキゾーストマニホールドで集合
して、エキゾーストパイプ（排気管）と、サイレンサー
（消音器）に設けられた大気中に排出される最後の出口
となるテールパイプ（排気管）を介して排気するが、あ
きらかにエキゾーストパイプ（排気管）よりテールパイ
プ（排気管）の管径が小さいのである。このことは、あ
る回転域では有効であっても、その回転域から外れると
効率が低下する事を意味している。

【０００８】一般には、テールパイプ（排気管）の管径
が小さくすると、低中速域での排気効率は、よいが、高
速域になると排気抵抗が大きくなり排気圧が高くなり高
速域では、エンジンの出力ロスとなる。一方、テールパ
イプ（排気管）の管径を大きくすると、低中速域では、
エキゾーストパイプ（排気管）内の排気流速が上がらず
排気効率が低下し、低速トルクがおちて扱いにくいエン
ジンとなる。

【０００９】このことから設計上、エンジンの燃費消費
効率のよい常用回転数域に合せて、消音器の容積の大小
とテールパイプ（排気管）の管径を設定して扱いやすく
しているのだが、特定の回転数域以外は燃費消費に対し
てのエンジン効率が下がるのである。

【００１０】それを解決するには、低速域，中速域，高
速域のエンジン回転数とアクセル開度における排気ガス
排出量に見合った排気管の口径が必要となる。そうなれ
ば、排気流速および排気ガス圧力を一定にできるので消
音効果も発生し、全回転域において出力向上があり、燃
費向上がはかれものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、エンジンから
のエキゾーストマニホールドとサイレンサー（消音器）
間を接続しているエキゾーストパイプ（排気管）の管径
（断面積）を、エンジン出力最大時における排気ガスの
排出する最大面積Ａとし、中間出力時を面積Ｂ，エンジ
ンの最小出力時（アイドリング）の最小面積Ｃとし、排
気ガスの物理的特性を生かし、慣性の法則，流体の抵抗
損失，排気圧力の差により、大気中に排出される最後の
出口となるテールパイプ（排気管）の管径（断面積）
を、従来から装着されていた消音器取り除いて、その箇
所に可変器を設けて最大面積ＡからＣの状態に変化させ
るものである。

【００１２】その可変器の構成は、エンジンからの排気
ガスの排気通路を形成したメイン排気管（Ａ１）を外筒
（アウタシェル）のエンジン側外壁板に、大気中側外壁
板方向に向けて途中（その位置をＸとする）まで挿入し
て挿着し、その同心上に（Ａ１）より断面積が小さい排
気管（Ａ２）を、外筒（アウタシェル）の大気中側から
ＸまたはＸ＋αまで挿入して大気中側外壁板に挿着し、
（Ａ１）から（Ａ２）の断面積を差引いた断面積に相当
する排気管（Ａ３）を、排気管（Ａ２）に並行して大気
中側外壁板に若干ほど挿入して挿着したもので、外筒
（アウタシェル）の外観の大きさは（Ａ１），（Ａ２）
（Ａ３）を最小限度で取付けられる規模で全体が形成さ
れる。

【００１３】なお、可変器でかなりの部分の消音ができ
るが、補えなかった分の消音を行なうために（Ａ２），
（Ａ３）の排気管に、大気中側外壁板から大気中に排出
される最後の出口までの任意の箇所に、消音器を設け
る。その構成は、ある一定の長さ（Ｌとする）部分に、
排気管の周面に多数の小孔を穿設した箇所に、排気間の
管径より若干大きい直径の円筒径の外筒をＬの長さで制
作し、排気管同心上になるように外筒の前後の外壁板で
密封し固定する。

【００１４】

【作用】この発明の可変器は図１で示すように、エンジ
ンからの排気ガスの排気通路を形成したメイン排気管
（Ａ１）と、同心上に（Ａ１）より断面積が小さい排気
管（Ａ２）を、外筒（アウタシェル）１の大気中側から
ＸまたはＸ＋αまで挿入して大気中側外壁板３に挿着
し、（Ａ１）から（Ａ２）の断面積を差引いた断面積に
相当する排気管（Ａ３）を、排気管（Ａ２）に並行して
大気中側外壁板３に若干ほど挿入して挿着したもので、
外筒（アウタシェル）１の外観の大きさは（Ａ１），
（Ａ２）（Ａ３）を最小限度で取付けられる規模で全体
が形成される。

【００１５】この構造から、エンジン負荷が小さい場
合、エンジンからの排気ガスがメイン排気管（Ａ１）へ
導入され、抵抗損失の大きい拡張室７には、一部の排気
ガスが導入され消音され、他の大部分の排気ガスは、慣
性により直進し、抵抗損失の少ない排気管（Ａ２）に導
入され、排気流速を上げて大気中に排出される。この場
合、エンジンからの排気ガスの排出量を排気管（Ａ２）
で補える状態で、ある一定の排気流速に達すると図２で
示すように、拡張室内７に負圧が発生し、排気管（Ａ
３）の排気口から外気が拡張室７に流入し、内部が冷却
され消音効果につながる。そして、エンジン負荷が徐々
に大きくなると、排気ガスの排出量を排気管（Ａ２）で
補えなくなり、拡張室内７に排気圧が上昇するので、そ
の圧力を変化させるために排気ガスが図３のように排気
管（Ａ３）へと導入され、大気中に排出される。

【００１６】このように、排気管（Ａ２）の排気流速と
流体の抵抗損失と拡張室７の排気圧と排気管（Ａ３）の
関係から、排気ガス自体の物理的特性によりエンジン負
荷に応じて、排気ガス自体が排出する手段を作り出すも
のである。

【００１７】

【実施例】まず、本発明を実施する実車について説明す
る。

【００１８】７３年式，使用メーカ名ホンダ，車種名ラ
イフ，排気量３６０ＣＣ，ミッション車を使用。その排
気装置の構成は、図５の示すとおり、エンジンの各シリ
ンダーからのエキゾーストパイプ１，４と、それらを集
合して接続するエキゾーストサイレンサー（Ａ）９と排
気ガスが大気中に排出されるところのエキゾーストサイ
レンサー（Ｂ）１３である。

【００１９】この車のエンジン特性は、ショートストロ
ークの高回転型（許容回転数１００００ＲＰＭ）で特性
上、低速トルクが弱いのでメーカーが排気装置に工夫を
こらして低速を粘り強くしているのが、排気ガスの最終
出口であるエキゾーストサイレンサー（Ｂ）１３であ
る。そのことを立証するために取り外して、発進させる
と、エンジン回転を３０００〜４０００ＲＰＭにしてク
ラッチを接続しなければ、ストールする。本来のエキゾ
ーストサイレンサー（Ｂ）１３が装着されている場合
は、発進の際のエンジン回転数は、１２００〜１５００
ＲＰＭ程度でよい。

【００２０】本発明の実施を図５，６，７の図面にて説
明する。

【００２１】まず、図５で示すエキゾーストサイレンサ
ー（Ａ）９の排気ガスの最終排出口であるフランジ継手
Ｆ１の箇所の管径を計測し断面積を求め、その面積をか
りに１００として説明する。

【００２２】フランジ継手Ｆ１，Ｆ２で接続されている
箇所からエキゾーストサイレンサー（Ｂ）１３の外筒の
外壁板に挿入されている排気管の形状にあわせて断面積
１００のメイン排気管（Ａ１）を用意し、大気中に排出
する出口となる２つの排気管の一方を断面積６０とし、
その排気管を（Ａ２）とし、他方の断面積を４０とした
排気管を（Ａ３）とする。

【００２３】それらの排気管を図６のように、メイン排
気管（Ａ１）にはフランジ継手Ｆ２を装着し、夫々の排
気管が挿着できる最小規模の外筒１に、メイン排気管
（Ａ１）をエンジン側外壁板２にＸの位置まで挿入し挿
着する。そして、排気管（Ａ２）をメイン排気管（Ａ
１）の同心上になるように、大気中側外壁板３からエン
ジン側外壁板２に向けてαまで挿入し挿着する。もう一
方の排気管（Ａ３）はメイン排気管（Ａ１）に並行に大
気中側外壁板３からエンジン側外壁板２に向けて若干ほ
ど挿入し挿着する。それを、従来からのエキゾーストサ
イレンサー（Ｂ）１３の箇所にフランジ継手Ｆ１とＦ２
により接続し、固定する。

【００２４】

【考案の効果】まず、エンジンを始動してアイドリング
時の排気音を確認するが、標準装備されていた消音器と
ほとんど変らず、まだ若干ほど本発明品のほうが静粛で
ある。

【００２５】また図２で示している低負荷時における排
気の流通経路の確認のため、排気管（Ａ２）と排気管
（Ａ３）にそれぞれ手を当てて排気ガスの流れを調べる
と、排気管（Ａ２）からは多量の排気ガスが排出してい
るが、排気管（Ａ３）は、排気熱を感じるだけであっ
た。

【００２６】そして、低速域，中速域，高速域の全体
を、実際に走行させ従来品との比較をする。

【００２７】まず、低速域をみるのに平坦路から途中で
約３０°の坂道なっている場所を走行させ、アクセル開
度，エンジン回転数等を調べるのだが、この場合の走行
においては坂道の若干てまえからギヤーは１速（ローギ
ヤー）でアイドリング状態で坂道にさしかかってのアク
セル開度，エンジン回転数等の変化をみる。すると、従
来品では坂道にさしかかるとアクセル開度は、やく１／
４程度でエンジン回転数は、やく１６００ＲＰＭであ
り、本発明品では、アクセル開度は、やく１／６程度で
エンジン回転数は、やく１２００ＲＰＭである。このこ
とから排気効率が図れトルクアップに有効なのが確認で
きた。

【００２８】また、中速域，高速域においては通常の市
街走行をおこない、確認するものである。

【００２９】平坦路の一定走行時でのアクセル開度，エ
ンジン回転数の変化は、従来品と区別がほとんどできな
いが、本発明品は発進時または加減速をすると若干、乾
いた低速音を発するが、一定走行になるとその音は消え
る。

【００３０】しかし、追い越しなどの加速をすると、ア
クセル開度に敏感に反応し、特に中速域（５０００ＲＰ
Ｍ）から高速域（１００００ＲＰＭ）かけて、従来品と
は違いタコメーター（回転計）の針が最高回転数まで吸
込まれるように回りきる。それは加給器（ターボー装着
車）を装着し、走行したように感じる。

【００３１】上述のことから、従来の消音器に比べて、
低速域，中速域，高速域の全体の排気効率向上が確認で
き、従来品より燃費が向上するのが想像できる。消音に
関しては、従来品の方が勝っていたが、図４で示してい
る構造にすればそれも解決可能となり、発明品本体の容
積も従来の消音器との構造の違いにより１／５〜１／１
０程度でほどでよく、消音の為のグラスウール，金属ウ
ールなどは不要となり製造コストの大幅な低減が図れ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】 請求項１の案件である。向かって左は縦断面
図，右は、正面図である。

【図２】 低負荷時における排気装置の排ガスの排出経
路を示す図である。

【図３】 高負荷時における排気装置の排ガスの排出経
路を示す図である。

【図４】 図１の排気装置に消音設備を備えた縦断面図
である。

【図５】 実施例で使用した車の排気装置のイメージ図
である。

【図６】 実施例で制作した排気装置の縦断面図であ
る。

【図７】 実施例で制作した排気装置の正面図である。

【符号の説明】

１は外筒，２はエンジン側外壁板，３は大気中側外壁
板，４はエンジン側排気ガス導入口，５はメイン排気管
からの大気中への排気ガス排出口，６は大気中への排気
ガス排出口，７は拡張室，８は排気管の周面の多数の小
孔，９は外筒，１０は外筒，１１と１３はエンジン側方
向の外壁板，１２と１４は大気中側方向の外壁板，（Ａ
１）はエンジンからの排気ガスを導入するメイン排気管
の（Ａ２）はメイン排気管の同心上に設けられた排気
管，（Ａ３）は拡張室の排気圧と排気ガスの排出量に応
じて吸排をおこなう排気管，Ｘはある位置（距離）を表
している，αはある位置からの補足の位置（距離）。Ｆ
１はエキゾーストサイレンサー（Ａ）９のフランジ継
手，Ｆ２はエキゾーストサイレンサー（Ｂ）１３のフラ
ンジ継手

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンから排出される排気ガスはエキゾ
   ーストマニホールドで集合して、エキゾーストパイプ
   （排気管）と、サイレンサー（消音器）に設けられた大
   気中に排出される最後の出口となるテールパイプ（排気
   管）を介して排気する。説明にあたっては、そのサイレ
   ンサー（消音器）を可変器と呼称する。その可変器の構
   成は、エンジンからの排気ガスの排気通路を形成したメ
   イン排気管（Ａ１）を外筒（アウタシェル）のエンジン
   側外壁板に、大気中側外壁板方向に向けて途中（その位
   置をＸとする）まで挿入して挿着し、その同心上に（Ａ
   １）より断面積が小さい排気管（Ａ２）を、外筒（アウ
   タシェル）の大気中側からＸまたはＸ＋αまで挿入して
   大気中側外壁板に挿着し、（Ａ１）から（Ａ２）の断面
   積を差引いた断面積に相当する排気管（Ａ３）を、排気
   管（Ａ２）に並行して大気中側外壁板に若干ほど挿入し
   て挿着したもので、外筒（アウタシェル）の外観の大き
   さは（Ａ１），（Ａ２）（Ａ３）を最小限度で取付けら
   れる規模で全体が形成される。なお、メイン排気管（Ａ
   １）の断面積は、測定計算結果の±３３，３％以内を基
   準値とし、その決めた値に対して合計面積が合うよう
   に、外筒から大気中に排出される排気管の一方は、メイ
   ン排気管（Ａ１）の同心上に内設し、大気中側外壁板に
   挿着して配設し、他方の１以上または複数の排気管を外
   壁板に若干ほど挿入して挿着する。また、消音効果向上
   のため外筒内に挿入された夫々の排気管の周面に多数の
   小孔を穿設し、かつ大気中側外壁板から大気中に排出さ
   れる排気管の最後の出口までの任意の箇所に、消音器を
   設けることを特徴とする内燃機関全般に備えられる排気
   装置。
2. 【請求項２】請求項１の内燃機関全般に備えられる排気
   装置において、エンジンのエキゾーストマニホールドか
   ら、排気通路の主体となる一定の管径（断面積）を保持
   しているメイン排気管から、排気ガスを大気中に排出す
   る最後の出口となる排気管までの途中で、管径（断面
   積）が細くなっている排気管の手前で、大気中に排出す
   る排気管を追加し、設けるものである。それは、メイン
   排気管の断面積から、細くなっている排気管の断面積を
   差引いた断面積で、１以上複数の排気管を設定し、メイ
   ン排気管の本流の排気ガスの流れに対して、抵抗損失が
   大きくなる任意の角度で、メイン排気管の周面または分
   岐させ、排気ガスが導入できるように接合し、接着して
   形成することを特徴とする内燃機関全般に備えられる排
   気装置。