JP2004116374A - マフラの排気管構造及びマフラ - Google Patents

Abstract

【課題】背圧の上昇を抑制しつつ、簡易な構造でマフラの気流騒音を低減することができる排気管構造を提供する。
【解決手段】マフラ１０の排気管構造によれば、仕切り板６０の配設による整流作用によって曲管部５２を通過する排気ガスが整流され、その曲管部５２に生じる二次流れを防止又は抑制することができる。このため、排気ガスが当該排気管構造から大気に排出された際にこの二次流れが原因で生じる気流騒音を減少することができる。つまり、かかる仕切り板６０を追加した簡易な構造により気流騒音減少を実現することができると共に、マフラ本体１１側にグラスウール等の吸音材を配設して対処する必要性も小さくなり、マフラ１０自体を低コストに製造することができる。さらに、単に仕切り板を追加するに過ぎないため、それにより特に背圧を上昇させることもない。
【選択図】　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両のマフラの端部から延出し、排気ガスを外部に導出するマフラの排気管構造、及び該排気管構造を備えたマフラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両エンジンの排気経路にはマフラが介装され、このマフラ内で排気ガスを膨張、収縮、或いは干渉させてその内圧力を下げることにより消音を行っているが、特に近年においては、車両の性能、経済性ならびに環境に対する配慮から車両に各種の補機を搭載することが多く、そのため、マフラの配置についても車体に対して横置きにするなどの制約がかかることがある。
【０００３】
このような制約に対応するため、マフラに排気ガスを導入するためのインレットパイプや、マフラを通った排気ガスを大気中に排出するアウトレットパイプ（又はテールパイプ）の取り回しに種々の制限が加わり、これらインレットパイプやアウトレットパイプに曲管部を設ける等により、この問題に対応していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−８２１４２号公報　（図１〜図１２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のマフラにおいては、その排気管側であるアウトレットパイプ（又はテールパイプ）内の曲管部において、排気ガスの旋回流による二次流れ現象が生じ、その排気ガスが大気への出口開口端から排出された際に、大きな気流騒音が発生するといった問題があった。
【０００６】
すなわち、図６（ａ）に概念的に示すように、例えば図示しないマフラ本体からＬ字状のテールパイプ１００に導出された排気ガスは、このテールパイプ１００内の曲管部１１０を螺旋状に流通する二次流れとなり、大気に排出される。このとき、同図（ｂ）に色付領域で排気ガスの流通部を示すように、特にエンジンの高回転域において、管内の排気ガスの流れが偏って圧力分布の差が生じ、これが出口開口部１２０にて大気に開放される際に気流騒音を発生させるのである。
【０００７】
このような気流騒音の発生を抑制するために、例えばマフラ本体側にグラスウール等の吸音材を配設して対処することも考えられるが、材料コストや作業コストが嵩むという問題があった。
また、マフラ本体の管径を大きくしたり楕円断面にする、或いは、曲管部から出口開口端の間に直管部（ストレート部）を設け、この直管部を長くして整流する等の方法が考えられるが、その場合には背圧が上がってしまい、マフラの排気効率が悪化してしまうといった別の問題があった。
【０００８】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、背圧の上昇を抑制しつつ、簡易な構造でマフラの気流騒音を低減することができる排気管構造を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
上記課題に鑑み、本願請求項１記載のマフラの排気管構造は、車両に搭載されるマフラの壁面から外方に延設された管構造を有し、マフラからの排気ガスを流通させ、その出口開口端から大気に排出させるマフラの排気管構造であって、少なくともその出口開口端近傍に曲管部を有し、この曲管部の少なくとも出口開口端近傍に配置されたものに、排気ガスの流路をこの曲管部の延設方向に沿って複数の流路に分割する仕切り板が設けられたことを特徴とする。
【００１０】
すなわち、ここでいう「マフラの排気管構造」とは、マフラの壁面から延出したテールパイプや、或いはマフラ内部から延びて外部に延出したアウトレットパイプの一部といったように、マフラ外部に延出した部分の排気管構造を意味する。また、「曲管部」が当該排気管構造における少なくとも大気につながる出口開口端近傍に設けられていると表現したのは、請求項１記載のマフラの排気管構造が、マフラ外部に延出する排気管構造について、その数箇所に曲管部を有するものを排除するものではない旨を明確にしたものである。
【００１１】
かかる構成によれば、後述する実施例でも述べるように、仕切り板の配設による整流作用によって曲管部を通過する排気ガスが整流され、その曲管部に生じる二次流れを防止又は抑制することができる。このため、排気ガスが当該排気管構造の出口開口端から大気に排出された際に、この二次流れが原因で生じる気流騒音を減少することができる。つまり、単に仕切り板を追加するという簡易な構造により気流騒音の減少を実現することができるのである。その結果、マフラ本体側にグラスウール等の吸音材を配設して対処する必要性も小さくなり、マフラ自体を低コストに製造することができる。さらに、単に仕切り板を追加するに過ぎないため、それにより特に背圧を上昇させることもない。
【００１２】
具体的には、例えば請求項２に記載のように、マフラの端部壁面から１／４円弧状に延設され、その一端がマフラ内部に連通したテールパイプとして構成されたものでもよいし、或いは、マフラ内部からストレートに延びるアウトレットパイプの延長としてマフラの端部壁面から１／４円弧状に延設されたものでもよい。尚、ここでいう「円弧状」には、楕円弧状のものや丸みを帯びたＬ字状のもの等、種々の曲線状のものを含む概念である。
【００１３】
また、請求項３に記載のように、上記仕切り板は、分割された曲管部の流路の長さが互いに略等しくなるような角度でこの曲管部を仕切るように配設されているのが好ましい。
すなわち、排気管構造の断面に仕切り板をどのような角度で配置するかにより、気流騒音の低減効果も変化すると考えられる。これについては、後述する実施例でも述べるように、分割された曲管部の流路の長さが互いに異なるような角度の場合でも一定の整流効果は得られるのであるが、その流路の長さの差が小さい方が整流効果が大きく気流騒音の抑制効果も高いため、流路の長さが互いに略等しくなるのが好ましいと考えられる。
【００１４】
より具体的には、請求項４に記載のように、上記曲管部が、仕切り板によってその流路が二分割され、この分割された両流路断面の大きさが互いに略等しくなるθ状の断面を有するように形成されていてもよい。流路断面の大きさが略等しければ、排気ガスが当該曲管部に均一に導入及び導出されるため、気流騒音の抑制効果もさらに高くなると考えられるからである。
【００１５】
本発明の排気管構造は、請求項５に記載のように、曲管部の終端から出口開口端にかけて直管部が設けられ、この直管部の長さが、予め定める整流長さよりも短くなるように構成されたものについて、その効果を顕著に発揮する。
すなわち、排気管構造によっては、曲管部の終端に出口開口端を有するのではなく、曲管部の終端にさらに直管部が連設され、その直管部の先端に出口開口端を有するものがある。その場合、排気ガスが曲管部から直管部に移行すると、この直管部にて整流作用が働き、排気ガスの二次流れが抑制される。従って、この二次流れが十分に収まるほど直管部が長い場合には、その直管部により気流騒音が許容レベル以下になり、仕切り板を設ける必要性が小さくなるのである。ここでいう「整流長さ」とは、その直管部の整流作用が一定以上に大きくなる長さいい、マフラの仕様等に基づいて予め定まるものである。
【００１６】
換言すれば、曲管部に連設された直管部の長さが、設計の都合上このような予め定める整流長さよりも短くなる場合があり、そのような場合に、上記仕切り板による整流効果が顕著に発揮されるのである。また別の見方をすれば、かかる構成では、気流騒音の低減効果を発揮しつつ、直管部を短くすることができるため、排気管構造自体を小さくすることができ、スペースやコスト上有利であるという効果も得られる。
【００１７】
以上に述べた排気管構造を備えた請求項６に記載のマフラは、その気流騒音の低減効果を有効に発揮することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を一層明確にすべく、本発明の好適な実施例を図面と共に説明する。図１は本実施例に係る自動車用マフラの断面構造（上方から見たもの）を表し、図２はその主要部である排気管構造の断面図を表している。
【００１９】
図１に示すように、本実施例のマフラ１０は、車体に対して横置きに搭載されるタイプのものであり、円筒状のマフラ本体１１と、このマフラ本体１１の左端を閉塞する左端板１２と、同じく右端を閉塞する右端板１３とを有している。
このマフラ１０には、マフラ本体１１に車両エンジンの排気系で発生した排気ガスを導入するためのインレットパイプ１４と、マフラ本体１１を通った排気ガスを外部に導出するアウトレットパイプ１５と、アウトレットパイプ１５に連設されると共にマフラ本体１１の外部に延出して排気ガスを大気に排出するテールパイプ１６とが設けられている。
【００２０】
このマフラ本体１１は、直径約１９０ｍｍ、長さ約７４０ｍｍの円筒状をなし、その内部には、左側から第１セパレータ２１、第２セパレータ２２、第３セパレータ２３が設けられ、これによりマフラ１０の内部は左側から第１室３１、第２室３２、第３室３３、第４室３４に分割されている。
【００２１】
第１、第２、第３セパレータ２１、２２、２３の面内には、夫々透孔２１ａ、２２ａ、２３ａが放射状に複数穿設され、また、第１、第２、第３セパレータ２１、２２、２３及び右端板１３の各々の略中央には、アウトレットパイプ１５を貫通させるための貫通孔２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、１３ｂが穿設されている。
【００２２】
インレットパイプ１４は、直径約５４ｍｍ、長さ約３００ｍｍの円筒状をなし、マフラ本体１１の壁面に設けられた貫通孔を介して前方から部分的に挿通され、マフラ本体１１の第３室３３に配設されている。また、インレットパイプ１４のマフラ本体１１内に位置する部分には、その外周面に沿って多数の排気孔１４ａが穿設されている。
【００２３】
アウトレットパイプ１５は、直径約６０ｍｍ、長さ約６７０ｍｍの円筒状をなし、マフラ本体１１に平行に左右に延設され、第１セパレータ２１、第２セパレータ２２、第３セパレータ２３、右端板１３の上記貫通孔２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、１３ｂを貫通し、入口側開口端は第１室３１に位置している。
【００２４】
テールパイプ１６は、直径約６０ｍｍの円筒部材を屈曲して形成され、その延出方向に１／４円弧状に延設され、その出口開口端が後方を向くように形成されている。テールパイプ１６の入口開口端は、右端板１３の位置でアウトレットパイプ１５の出口開口端に連設（溶接）されている。
【００２５】
そして、図中矢印にて示すように、エンジンから排出された排気ガスは、図示しない排気パイプを経由してインレットパイプ１４を介してマフラ本体１１内に導入され、多数設けられた排気孔１４ａから第３室３３に放射状に排出される。そして、一部の排気ガスは直接透孔２２ａを通って第２室３２に導入され、残りの排気ガスは一端透孔２３ａを通って第４室３４に導入された後、再び透孔２３ａを通って第３室３３に導入され、透孔２２ａを通って第２室３２に導入される。そして、この排気ガスは、さらに透孔２１ａを通って第１室３１に導入された後、アウトレットパイプ１５にその入口開口部から導入され、当該アウトレットパイプ１５、テールパイプ１６を通って、テールパイプ１６の出口開口部から大気に排出される。そして、排気ガスが第１室３１〜第４室３４を経由する過程で膨張、収縮、干渉を繰り返すことにより、気流音の低減（消音）が行われる。
【００２６】
次に、本実施例の主要部であるテールパイプ１６の詳細構造（排気管構造）について、図２及び図３に基づいて説明する。図２（ａ）はテールパイプ１６の上方から見た断面図であり、図２（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。
図２（ａ）に示すように、テールパイプ１６は、略１／４円弧状の本体を有し、アウトレットパイプ１５に接続する直径約６０ｍｍ長さ約１０ｍｍの直管部５１，直管部５１に連設された曲率半径約１１０ｍｍの曲管部５２，曲管部５２に連設してやや拡管され、先端に大気への出口開口部を有する長さ約７０ｍｍの直管部５３から構成される。そして、テールパイプ１６の曲管部５２の内部には、同図（ｂ）にも示すように、排気ガスの流路を二分割する仕切り板６０が、その延出方向に沿って配設されている。この仕切り板６０は、長尺平板の両側端を互いに逆向きに屈曲して形成されたフランジ部６１，６２を有する。このテールパイプ１６の成形の際には、直径約６０ｍｍ長さ約３７０ｍｍの円筒管の一端側を拡管して直管部５３を形成した後、仕切り板６０を挿入して曲管部５２に相当する位置に配置し、両フランジ部６１，６２の夫々に沿ってレーザ溶接を施すことにより、管内に仕切り板６０を固定する。そして、曲管部５２に相当する部分に曲げ加工を施して直管部５１及び曲管部５２を形成する。尚、同図から分かるように、仕切り板６０によって分割された排気ガスの流路は、互いに等しい長さとなっている。
【００２７】
このように、テールパイプ１６の曲管部５２に仕切り板６０を設けることにより、アウトレットパイプ１５を通って導入された排気ガスが整流される。この結果、図３に概念的に色付領域で排気ガスの流通部を示すように、排気ガスの二次流れを抑制して偏りの少ない均一な流れにすることができる。その結果、出口開口部にて大気に開放される際に気流騒音を減少させることができる。
【００２８】
尚、図２の仕切り板６０の管断面に対する角度を変更しても、或る程度の整流効果（気流騒音の低減効果）を得ることができる。すなわち、図４（ａ）に示す変形例においては、仕切り板６０’の管断面に対する角度を、図２の仕切り板６０の場合より９０度回転してずらしている。同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。このように配置しても、後述のように気流騒音の低減効果が得られる。ただし、図２の態様と比較すると分かるように、仕切り板６０’によって分割された排気ガスの流路は、互いに異なる長さ（曲管部５２の外側の方が長い）となっている。
【００２９】
図５に、気流騒音の低減効果に関する実験結果を示す。同図において、横軸はエンジン回転数［ｒｐｍ］を表し、縦軸は気流騒音のレベル［ｄＢ］を表している。図中、実線が仕切り板のない従来構造（θなし）の結果を示し、破線が図２の仕切り板６０を設けた構造（θテール１）の結果を、点線が図４の仕切り板６０’を設けた構造（θテール２）の結果を夫々示している。
【００３０】
同図によれば、一般に気流騒音が問題とされる高回転数領域において、本実施例による気流騒音の低減効果が顕著に見られ、例えば図２の仕切り板６０を設けた構造（θテール１）により、仕切り板のない従来構造（θなし）と比較して最大７ｄＢの気流騒音の低減効果が得られることが判明した。一般に当業者の間では、１ｄＢの気流騒音の低減を期待するためにマフラ本体の容量を１リットル増加させることが必要になると言われていることから、この７ｄＢの低減効果が、マフラの性能に関して如何に大きいものであるかを理解することができる。
【００３１】
以上に説明したように、本実施例のマフラ１０の排気管構造によれば、仕切り板６０の配設による整流作用によって、曲管部５２を通過する排気ガスが整流され、その曲管部５２に生じる二次流れを防止又は抑制することができる。このため、排気ガスが当該排気管構造から大気に排出された際に、この二次流れが原因で生じる気流騒音を減少することができる。つまり、単に仕切り板６０（又は仕切り板６０’）を追加した簡易な構造により気流騒音の減少を実現することができると共に、マフラ本体１１側にグラスウール等の吸音材を配設して対処する必要性も小さくなり、マフラ１０自体を低コストに製造することができる。さらに、単に仕切り板６０（又は仕切り板６０’）を追加するに過ぎないため、それにより特に背圧を上昇させることもない。
【００３２】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば、上記実施例では、マフラの排気管構造として、アウトレットパイプ１５とテールパイプ１６とを分けて説明したが、これらアウトレットパイプ１５とテールパイプ１６とを一体化して、単一のアウトレットパイプとして構成することもできる。
【００３３】
また、上記実施例及び変形例では、仕切り板の角度についての一例を夫々示したが、これらは、仕切り板を設けることにより従来構造より優れた効果が得られること、及び実施例に示す角度において最も良好な効果が得られることを示すものであり、それ以外の角度で仕切り板を配設してもよいことはもちろんである。この場合、仕切り板を上記実施例と変形例の中間の角度で配設すると、これら実施例と変形例の中間の気流音の低減効果が得られると推察される。
【００３４】
さらに、上記実施例では、仕切り板の長さを曲管部の長さに一致させたが、必ずしもその必要はなく、仕切り板の長さが曲管部の長さより多少長くなっても短くなってもよいし、直管部に仕切り板を配設することを排除するものではない。
また、上記実施例では、曲管部５２の下流側にある直管部５３の長さを約７０ｍｍとしたが、これより長くても短くてもよい。ただし、一定以上の長さ（例えば、上記実施例では１３０ｍｍ以上）になると、直管部それ自体により或る程度の整流効果が得られるため、直管部がそれよりも短い場合に、本発明の効果が特に顕著に発揮されることになる。
【００３５】
さらに、上記実施例では、本発明の排気管構造を備えたマフラの一例を示したが、本発明のマフラの構成はこれに限らず、排気管構造の曲管部に仕切り板を設けたものであれば、様々な構成を包含し、また、車両のマフラであれば自動車のマフラに限られないことはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るマフラの断面図である。
【図２】実施例に係るマフラの排気管構造を表す説明図である。
【図３】実施例に係る排気管構造による整流効果を表す説明図である。
【図４】マフラの排気管構造の変形例を表す説明図である。
【図５】実施例に係る排気管構造による気流騒音の低減効果を表す説明図である。
【図６】従来のマフラの排気管構造の問題点を表す説明図である。
【符号の説明】
１０・・・マフラ、　１１・・・マフラ本体、　１２・・・左端板、
１３・・・右端板、　１４・・・インレットパイプ、
１５・・・アウトレットパイプ、　１６・・・テールパイプ、
５１・・・直管部、　５２・・・曲管部、　５３・・・直管部、
６０，６０’・・・仕切り板

Claims (6)

1. 車両に搭載されるマフラの壁面から外方に延設された管構造を有し、該マフラからの排気ガスを流通させ、その出口開口端から大気に排出させるマフラの排気管構造であって、
   少なくとも前記出口開口端近傍に曲管部を有し、
   該曲管部の少なくとも該出口開口端近傍に配置されたものに、前記排気ガスの流路を該曲管部の延設方向に沿って複数の流路に分割する仕切り板が設けられたことを特徴とするマフラの排気管構造。
2. 前記マフラの端部壁面から１／４円弧状に延設され、その一端がマフラ内部に連通したテールパイプとして構成されたことを特徴とする請求項１記載のマフラの排気管構造。
3. 前記仕切り板は、前記分割された曲管部の流路の長さが互いに略等しくなるような角度で該曲管部を仕切るように配設されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のマフラの排気管構造。
4. 前記曲管部は、前記仕切り板によってその流路が二分割され、該分割された両流路断面の大きさが互いに略等しくなるθ状の断面を有するように形成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマフラの排気管構造。
5. 前記曲管部の終端から前記出口開口端にかけて延びる直管部が設けられ、
   該直管部の長さが、予め定める整流長さよりも短くなるように構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマフラの排気管構造。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載のマフラの排気管構造を備えたマフラ。

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