JP2004137946A - 消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない部品と限られたスペース内でも、可能な限り排気ガスを分散させて流速を下げ、エンドプレート等に衝接する排気ガス圧を低減させて気流音や放射音の発生を抑制した低コストな消音器を提供することを目的とする。
【解決手段】併設された複数のパイプ６、７内を順次排気流が流下するように構成された消音器において、前記複数のパイプ６、７を支持する隔壁４、５のうち少なくともエンドプレート２に面するもの４に球面部１０を形成するとともに、該球面部１０に必要かつ充分な多数の小孔９を穿設したことを特徴とするもので、少ない部品と限られたスペース内でも排気ガスが隔壁４の小孔９を通過する際に放射方向に拡散して分散することによって、発生騒音が同一周波数に集中することが防止されるとともに、入口エンドプレート２等に直接に衝接することが抑制され、乱流による気流音やエンドプレート２の加振による放射音が低減される。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、併設された複数のパイプ内を順次排気流が流下するように構成された消音器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、エンジンからの排気ガスはエキゾーストパイプを通じて大気中に排出されるが、エンジンに直結したエキゾーストパイプからの排気音が大きいため、通常はエギゾーストパイプの末端部に消音器（マフラ）が配設されている。一般に消音器長が大きいほど消音効果が高いため、通常、併設された複数のパイプ内を順次排気流が流下するように構成される。つまり、図５に示すように、閉じた空間に構成された消音器２１は、複数のパーティション２１Ｃ、２１Ｄにより複数の部屋に区画されるとともに、これらパーティション２１Ｃ、２１Ｄにより互いに略平行に併設された複数の入口パイプ２２、リターンパイプ２３および出口パイプ２４が保持される。
【０００３】
図５（Ｂ）の左側から図示省略のエキゾーストパイプを通じてエンジン排気ガスが矢印のように入口パイプ２２に流れ込んでくる。入口パイプ２２を抜けて拡張室２９にて拡張され、出口エンドプレート２１Ｂにて向きを変えてリターンパイプ２３内に流れ込む。排気ガスはリターンパイプ２３内を逆方向に流下して消音された後にリターンパイプ２３を抜けて拡張室３０にて拡張され、入口エンドプレート２１Ａにて向きを変えて出口パイプ２４内に流れ込む。かくして、排気流は長大な流下経路によって効果的に消音されて大気中に放出される。
【０００４】
しかしながら、これらの従来のものでは、排気流が各パイプから抜けて拡張室に拡張放出される際の急激な流路変更により、また、拡張室から下流のパイプへの流入の際の急激な流路抵抗によって大きな音が発生する。これらの消音を目的として、パイプの上流側端部を小孔が穿設されたプラグで閉塞するとともに、パイプの周面にも多数の小孔を穿設した例えば下記特許文献１に開示された第１従来例のものや、下記特許文献２に開示された第２従来例のもの等が提案された。また、これらのものと異なり、パイプの下流側端部を小孔が穿設されたプラグで閉塞するとともに、パイプの周面にも多数の小孔を穿設した例えば下記特許文献３に開示された第３従来例のものや、下記特許文献４に開示された第４従来例のもの等が提案された。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−１３１８１５号公報（公報第３頁第１欄第１２行目〜１８行目）
【特許文献２】
実開昭５５−１５６２０４号公報（実用新案登録請求の範囲の第１項）
【特許文献３】
実開昭５３−３３７４６号公報（実用新案登録請求の範囲）
【特許文献４】
実開昭６２−１８４１２３号公報（実用新案登録請求の範囲）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような消音器の提案によって、排気流が各パイプから拡張室へ放出される際、あるいは拡張室から各パイプに流入する際の急激な流路変更が解消されて消音効果が発揮されることとなった。しかしながら、これら従来の消音器にあっては、各パイプの下流側開口端部が臨むところの拡張室におけるエンドプレートとの間の距離が大きく、パイプからの放出時の急激な流路変更に基づく消音のみを考慮すれば足りるものであったが、パイプの下流、例えばリターンパイプ２３の下流側開口部と入口エンドプレート２１Ａとの間が近接配置されたものでは、リターンパイプ２３から抜けた排気流が入口エンドプレート２１Ａに直接衝突することによって、これらのプレートを加振して、気流音や放射音を発生させ、消音器の外部に漏れて耳障りな騒音を発生することがあった。このような傾向は特に過給器（ターボ）搭載車のような高出力エンジン車に顕著であった。
【０００７】
そのようなことから、図示はしないが、リターンパイプ等の下流側開口部を蓋状体により閉塞するとともに、パイプの下流側開口部近傍の周面に多数の小孔を穿設することにより、排気ガスを細分化して周面側方から漏洩させて入口エンドプレート等に直接衝突することを回避し、入口エンドプレートの加振を抑止して、気流音や放射音の発生を減少させたものも提案された。しかしながら、これらの構造が採用された場合で、パイプの下流側開口部とエンドプレート等との間に充分なスペースが取れない場合には、前記蓋状体に多数の小孔を穿設したとしても、充分な排気ガスの排出通路が確保されない虞れがあり、部品点数が多い割りには背圧の上昇やガス流速の上昇に伴う気流音の発生を充分に抑制できないものであった。
【０００８】
そこで、本発明は、前記従来の消音器の諸課題を解決し、少ない部品と限られたスペース内でも、可能な限り排気ガスを分散させて流速を下げ、エンドプレート等に衝接する排気ガス圧を低減させて気流音や放射音の発生を抑制した低コストな消音器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】
このため本発明は、併設された複数のパイプ内を順次排気流が流下するように構成された消音器において、前記複数のパイプを支持する隔壁のうち少なくともエンドプレートに面するものに球面部を形成するとともに、該球面部に必要かつ充分な多数の小孔を穿設したことを特徴とする。また本発明は、前記隔壁に穿設された小孔の総面積が、該隔壁を貫通するパイプの断面積にほぼ等しく構成したことを特徴とする。また本発明は、前記隔壁の上流側に位置するパイプの周面に多数の小孔を穿設したことを特徴とする。また本発明は、前記球面部が、排気流の下流側に向いた凸形状としたことを特徴とする。また本発明は、前記球面部における小孔の配置を均一にしたことを特徴とする。また本発明は、前記球面部における小孔の配置を疎部と密部とを混在させたことを特徴とする。
【００１０】
以上の解決手段によって、拡張室からの排気ガス流は隔壁の球面部に穿設されたより多数の小孔を通じて直接流下することができ、その際、球面形状により放射方向に分散されて入口エンドプレートに衝接するので、乱流による気流音やエンドプレートの加振による放射音が低減される。
【００１１】
【実施の形態】
以下、本発明の消音器の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は本発明の消音器の第１実施の形態を示すもので、図１（Ａ）は消音器の概略全体縦断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ矢視図で隔壁の正面図、図２は図１（Ａ）のＡ矢視図である。本発明の消音器の基本構成は、図１に示すように、併設された複数のパイプ６、７内を順次排気流が流下するように構成された消音器１において、前記複数のパイプ６、７を支持する隔壁４、５のうち少なくとも（入口）エンドプレート２に面するもの４に球面部１０を形成するとともに、該球面部１０に必要かつ充分な多数の小孔９を穿設したことを特徴とする。
【００１２】
以下に詳述する。図１（Ａ）に示すように、消音器１は略平行に併設された複数６、７のパイプを備える。これらのパイプは、図示省略のエギゾーストパイプの末端部に接続された入口パイプ６および下流が大気中に開放された出口パイプ７とからなる。本発明の消音器では従来のリターンパイプに相当するものを省略することができる。消音器１の本体部は、円形や楕円形周面と、フラットな前後の壁を構成する入口エンドプレート２および出口エンドプレート３とから閉断面の管状体に構成される。本体部内は例えば２つの前隔壁４および後隔壁５の配設により３つの閉じた部屋に区画されるとともに、これらプレート２、３および隔壁４、５により各パイプ６、７が保持される。出口側の部屋は第１拡張室１３、入口側の部屋は第２拡張室１２として構成される。前記隔壁４、５のうち少なくともエンドプレート２、３（図示の例では出口エンドプレート３に面する隔壁５にも）に面するものの球面部１０には多数の小孔９が穿設されている。小孔は円形に限らず長円形等適宜の形状が採用され得る。
【００１３】
このようにして併設された複数のパイプと拡張室および中間室からパイプ内への流入を繰り返して、順次排気流が流下するように構成されている。図示の例では、前隔壁４の上流側（中間室１４内）に位置する入口パイプ６の周面に多数の小孔８が穿設される。これにより、入口パイプ６に流入した排気ガスは入口パイプ６の出口から第１拡張室１３内に流入するとともに、小孔８から中間室１４内にも排気ガスが流入する。第１拡張室１３内に流入した排気ガスは、前記前隔壁４と同様の後隔壁５の球面部１０に穿設した小孔９（図示省略）を通じて中間室１４内に流入する。第１拡張室１３からの後隔壁５の球面部１０における小孔９を通じた排気ガスの流下の際にも後述する分散効果が得られる。
【００１４】
好適には、隔壁４や５に穿設された小孔９の総面積は、これらの隔壁を貫通するパイプ６および７の断面積にほぼ等しく構成され、排気ガスの流路面積を一定に維持して排気ガスがストレスなく流下することを可能にする。また、球面部１０は排気流の下流側に向いた凸形状（後述する図３参照）とすることにより、図２にも明示されるように、排気ガスが隔壁４の小孔９を通過する際に放射方向に拡散して分散することができ、これによって、発生騒音が同一周波数に集中することが防止されるとともに、入口エンドプレート２に直接に衝接することが抑制され、乱流による気流音やエンドプレートの加振による放射音が低減される。さらに、前記球面部１０における小孔９の配置を均一にすれば、小孔９の穿設成形が容易となる上、排気ガスの分散を均一にできるが、球面部１０における小孔９の配置を疎部と密部とを混在させることを排除するものではない。この小孔９の配置を疎部と密部とを混在させた場合は、発生騒音が同一周波数に集中することの防止のためと、エンドプレートや出口パイプ７との位置関係に対応して最適な騒音低減効果が得られるように小孔９の配置が選択される。
【００１５】
図３は本発明の消音器の第２実施の形態を示すもので、消音器の概略全体縦断面図である。本実施の形態のものは、前記第１実施の形態のものにおける中間室１４内に第３隔壁１５を設置するとともに、下流側中間室１４−２から第２拡張室１２に向けてリターンパイプ１１を前隔壁４に設置したものである。したがって、本実施の形態では入口パイプ６の周面に穿設される多数の小孔８は、上流側中間室１４−１（第１拡張室１３側）に臨んで配置される。かくして、本実施の形態のものでは、入口パイプ６を流下する排気ガスは、周面の多数の小孔８から上流側中間室１４−１に流出するとともに、下流端部開口から第１拡張室１３に放出される。第１拡張室１３から後隔壁５を通じて上流側中間室１４−１に振動音エネルギーが減衰され、上流側中間室１４−１からは、小孔８から流出した排気ガスとともに、第３隔壁１５に形成された球面１６の多数の小孔９（図１（Ｂ）と同様）を通じて放射方向に分散され、発生騒音が同一周波数に集中することが防止されるとともに、さらにエネルギーが減衰し、リターンパイプ１１を通じて第２拡張室に放出されて振動音エネルギーが減衰する。
【００１６】
図４は気流騒音低減効果例の試験結果を示す実験データで、本発明のものによれば、排気ガスの流下方向に直交する隔壁に小孔を多数穿設した球面を配設して（ハットとして表示）、ガス噴流のエネルギーを低減した上に衝突にバリエーションを与えて発生騒音が同一周波数に集中することが防止されることを示すものである。開口部を閉塞してパイプ周面に小孔を穿設したパンチパイプ型（細線）と開口部を板面および周面に小孔を穿設したハット形状の蓋状体で閉塞（本発明では、入口パイプ６の下流端部開口から第１拡張室１３に放出されたものと、入口パイプ６周面の多数の小孔８から中間室１４に流出したものとが中間室１４の下流側に位置する隔４により閉塞されている）したハット型（太線）とを比較したもので、ハット型のものが全帯域にわたって音圧レベルが小さいことが理解される。小孔穿設面積を詳細に分析した結果、以下の式にて表される数値が１５０％以上あれば良好な気流騒音低減効果が得られることが分かった。
（（パイプ周面の小孔の開口面積＋蓋状体の小孔の開口面積）／（パイプ内周面断面積））×１００％
【００１７】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、断面形状を含む消音器本体部の形状、併設される複数のパイプの配置および消音器本体である入口および出口エンドプレートの形状および隔壁への各パイプの設置形態、パイプ内の消音構造、拡張室の形状、各パイプを通じた排気流の流下形態、パイプの周面への小孔の穿設形態、隔壁における球面部の形状およびこれに穿設される小孔の形状、数等については適宜選定できる。
【００１８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、併設された複数のパイプ内を順次排気流が流下するように構成された消音器において、前記複数のパイプを支持する隔壁のうち少なくともエンドプレートに面するものに球面部を形成するとともに、該球面部に必要かつ充分な多数の小孔を穿設したことにより、少ない部品と限られたスペース内でも排気ガスが隔壁の小孔を通過する際に放射方向に拡散して分散することによって、発生騒音が同一周波数に集中することが防止されるとともに、入口エンドプレート等に直接に衝接することが抑制され、乱流による気流音やエンドプレートの加振による放射音が低減される。
【００１９】
また、前記隔壁に穿設された小孔の総面積が、該隔壁を貫通するパイプの断面積にほぼ等しく構成した場合は、排気ガスの流路面積を一定に維持して排気ガスがストレスなく流下することを可能にするとともに、パイプの周面の小孔の総面積と加えて。良好な気流騒音低減効果が得られる効果が期待できる。
さらに、前記隔壁の上流側に位置するパイプの周面に多数の小孔を穿設した場合は、一部の排気ガスを中間室に流出させたものと、隔壁に穿設された小孔を通過するものとで、排気ガスの相乗的な気流騒音低減効果を得ることができる。
さらにまた、前記球面部が、排気流の下流側に向いた凸形状とした場合は、放射方向に拡散して分散されたガス噴流のエネルギーが低減した上に衝突にバリエーションを与えて発生騒音が同一周波数に集中することが防止される。
【００２０】
また、前記球面部における小孔の配置を均一にした場合は、小孔の穿設成形が容易となる上、排気ガスの分散を均一にできる。
さらに、前記球面部における小孔の配置を疎部と密部とを混在させた場合は、発生騒音が同一周波数に集中することの防止のためと、エンドプレートや出口パイプとの位置関係に対応して最適な騒音低減効果が得られるように小孔の配置が選択される。
かくして、本発明によれば、少ない部品と限られたスペース内でも、可能な限り排気ガスを分散させて流速を下げ、エンドプレート等に衝接する排気ガス圧を低減させて気流音や放射音の発生を抑制した低コストな消音器が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の消音器の第１実施の形態を示すもので、図１（Ａ）は消音器の概略全体縦断面図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ矢視図で隔壁の正面図である。
【図２】同、図１（Ａ）のＡ矢視図である。
【図３】本発明の消音器の第２実施の形態を示すもので、消音器の概略全体縦断面図である。
【図４】気流騒音低減効果例の試験結果を示す実験データ図である。
【図５】従来の消音器を示す概略図である。
【符号の説明】
１　　　　　消音器
２　　　　　前壁（入口エンドプレート）
３　　　　　後壁（出口エンドプレート）
４　　　　　前隔壁
５　　　　　後隔壁
６　　　　　入口パイプ
７　　　　　出口パイプ
８　　　　　周面小孔
９　　　　　隔壁小孔
１０　　　　　球面部
１１　　　　　リターンパイプ
１２　　　　　第２拡張室
１３　　　　　第１拡張室
１４　　　　　中間室
１４−１　　　上流側中間室
１４−２　　　下流側中間室
１５　　　　　第３隔壁
１６　　　　　球面部

Claims (6)

1. 併設された複数のパイプ内を順次排気流が流下するように構成された消音器において、前記複数のパイプを支持する隔壁のうち少なくともエンドプレートに面するものに球面部を形成するとともに、該球面部に必要かつ充分な多数の小孔を穿設したことを特徴とする消音器。
2. 前記隔壁に穿設された小孔の総面積が、該隔壁を貫通するパイプの断面積にほぼ等しく構成したことを特徴とする請求項１に記載の消音器。
3. 前記隔壁の上流側に位置するパイプの周面に多数の小孔を穿設したことを特徴とする請求項１または２に記載の消音器。
4. 前記球面部が、排気流の下流側に向いた凸形状としたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の消音器。
5. 前記球面部における小孔の配置を均一にしたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の消音器。
6. 前記球面部における小孔の配置を疎部と密部とを混在させたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の消音器。

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