JP2005009423A

JP2005009423A - 排気装置

Info

Publication number: JP2005009423A
Application number: JP2003175505A
Authority: JP
Inventors: Yohei Toyoshima; 洋平豊島
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2003-06-19
Filing date: 2003-06-19
Publication date: 2005-01-13

Abstract

【課題】コストを抑えつつ、低周波数域から高周波数域に亘る広範囲の騒音を効果的に低減させることができる排気装置を提供する。
【解決手段】マフラ５おける排気の下流側端部に設けられ、貫通孔７が穿設されるとともに、排気出口配管５４を貫通保持するバッフル部５６と、一端が排気出口配管５４を囲むようにバッフル部５６周縁部と接続されるテーパ部５７と、テーパ部５７の他端と接続され、排気出口配管５４を覆うストレート部５８とを有する騒音抑制手段５９を設けるようにした。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等のエンジンまたは圧縮機にて発生した排気を大気中に排出するとともに、前記排気に起因する騒音を低減する排気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、排気装置においては、排気を排出する際に生じる騒音の低周波数域から高周波数域に亘る広範囲の消音を実現するべく、制御機構を用いる様々な技術が提案されてきている。
【０００３】
例えば特許文献１には、排気の出口側配管（すなわち、排気出口管）を二重構造にして内側の配管に制御バルブを設け、この制御バルブをモータやアクチュエータ等により、エンジンまたは圧縮機の低回転時（すなわち、排気の低流量時）は閉状態にして排気における低周波数域成分を減衰させ、高回転時（すなわち、排気の高流量時）は開状態にして排気における高周波数域成分（例えば、気流音）の低減を図るように、排気の流れおよび騒音の制御を行う技術が開示されている。
【０００４】
また、この他にも前記モータやアクチュエータの代わりに、排出する排気の圧力を用いて前記制御バルブを開閉し、排気の流れおよび騒音を制御する排圧感応型などが知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−２９９４７３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、特許文献１の技術や上述の排圧感応型の制御技術では、それぞれ制御構造が付加されていることから、生産コスト面での増加につながる問題があり、特に特許文献１の技術では、モータやアクチュエータにおける部品点数が多いため、コストアップが顕著である。
【０００７】
また、排圧感応型においても、排気の圧力により制御バルブを開閉させる構造であることからスプリングが用いられており、このスプリングに耐食性向上を図るべくインコネル等の高級材料を使用する要求があるため、やはり生産コスト面での増加を招く問題がある。
【０００８】
これに加えて、このような制御機構を用いた技術では、制御バルブの開状態時においても当該制御バルブが存在することにより、この制御バルブ部分において気流音等の騒音が生じるとともに、この制御バルブ部分における圧力損失が増加してしまう問題がある。
【０００９】
さらに、この制御機構を用いた技術では、制御バルブが閉状態から開状態へ移行する際に、排気の騒音レベルが急激に変化するため、３〔ｄＢ〕以上も騒音レベルに変化が生じた場合、ドライバによっては異音の発生と感じたり、不快感を訴えたりするおそれがある。
【００１０】
そこで、本発明は上述した問題点に鑑みてなされたもので、コストを抑えつつ、低周波数域から高周波数域に亘る広範囲の騒音を効果的に低減させることができる排気装置を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１にあっては、エンジンまたは圧縮機にて発生した排気を大気中に排出するためのマフラと、このマフラに接続され上記エンジンまたは圧縮機から上記排気を導くチューブ部材とを有し、上記マフラに上記チューブ部材と連通する排気入口配管と、上記排気を大気中に排出する排気出口配管とを設けた排気装置において、上記マフラにおける上記排気の下流側端部に設けられ、貫通孔が穿設されるとともに、上記排気出口配管を貫通保持するバッフル部と、一端が上記排気出口配管を囲むように上記バッフル部周縁部と接続されるテーパ部と、上記テーパ部の他端と接続され、上記排気出口配管を覆うストレート部とを有する騒音抑制手段を具えるようにしたことを特徴としている。
【００１２】
請求項２にあっては、上記騒音抑制手段のストレート部が、上記排気出口配管における上記排気の下流側端部よりも長く形成されるようにしたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３にあっては、上記騒音抑制手段のバッフル部が、上記貫通孔を複数穿設されてなるようにしたことを特徴としている。
【００１４】
請求項４にあっては、上記騒音抑制手段のテーパ部が、なめらかな傾斜をもって上記ストレート部へ接続されてなるようにしたことを特徴としている。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１によれば、マフラにおける排気の下流側端部に設けられ、貫通孔が穿設されるとともに、排気出口配管を貫通保持するバッフル部と、一端が排気出口配管を囲むようにバッフル部周縁部と接続されるテーパ部と、テーパ部の他端と接続され、排気出口配管を覆うストレート部とを有する騒音抑制手段を設けたことにより、エンジンまたは圧縮機の低回転時、すなわち排出される排気の低流量時は、この排気の排出に起因する騒音の主成分が低周波数域の音波でなり、バッフル部の貫通孔がこの低周波数域の音波を通過させ難い性質であることから、当該音波を排気出口配管を介し、共振を低減させて大気中に放出するため、騒音レベルを減衰させることができるとともに、高回転時、すなわち前記排気の高流量時は、この排気の排出に起因する騒音の成分における低周波数域の音波を、前記低回転時と同様に排気出口配管を介して大気中に放出する一方、中・高周波数域の音波を、バッフル部の貫通孔を通過させて分流させるとともに、テーパ部およびストレート部を介して拡散させて大気中に放出するため、気流音および圧力損失を低減させることができる。
【００１６】
しかも、この騒音抑制手段は、制御バルブ等を用いることのない簡易な構成で実現することができるので、コストを抑えつつ、排気による低周波数域から高周波数域に亘る広範囲の騒音を効果的に低減させることができる排気装置を提供することができる。
【００１７】
請求項２によれば、騒音抑制手段のストレート部が、排気出口配管における排気の下流側端部よりも長く形成されるようにしたことにより、このストレート部内の排気出口配管から吐出される排気に起因した高周波数域の騒音、すなわち気流音を、排気出口配管よりも径の大きいストレート部にて拡散させて低減させることができるため、より効果的に騒音レベルを減衰させることができる。
【００１８】
請求項３によれば、騒音抑制手段のバッフル部が、貫通孔を複数穿設されてなるようにしたことにより、バッフル部に対して所望する貫通孔の開口率を、複数の貫通孔によって実現することができる分、貫通孔が単数でなるバッフル部に比較して、バッフル部としての剛性を確保することができるとともに、これら貫通孔を通過することによる排気の整流効果を向上させることができる。
【００１９】
請求項４によれば、騒音抑制手段のテーパ部が、なめらかな傾斜をもって上記ストレート部へ接続されてなるようにしたことにより、このテーパ部における流れの剥離を防止し、当該剥離に起因した渦の発生を回避することができるため、排気が排出されることにより生じる気流音および、この排気の圧力損失をより効果的に低減させることができ、騒音における高周波数域成分の低減効果をより一層向上することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面に基づき詳述する。
【００２１】
図１〜図３は、本発明にかかる排気装置の一実施形態を示し、図１は本発明にかかる排気装置の全体構成図、図２は図１におけるマフラの断面図、図３は図２におけるＩ−Ｉ断面図である。
【００２２】
図１は本発明の排気装置全体を示し、１は排気チューブ、２は図外のエンジンにおける各シリンダまたは図外の圧縮機から排出される排気を集めて排気チューブ１へと繋ぐ鋳物エキゾーストマニホールド、３は排気中の有害な物質（例えばＣＯ、ＨＣ、ＮＯ_Ｘ等）を触媒反応によって無害な物質（例えばＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ、ＮＯ_２等）に変換する触媒コンバータ、４は排気による騒音を概略的に消音するためのプリマフラ、５は前記騒音を適正な値まで低減させる本発明を適用したマフラであるリアマフラであり、それぞれ排気チューブ１によって接続されて構成されている。
【００２３】
因みに、図中６はフレキシブルチューブを示し、鋳物エキゾーストマニホールド２に接続される排気チューブ１と、触媒コンバータ３と接続される排気チューブ１との間に設けられ、鋳物エキゾーストマニホールド２と触媒コンバータ３間をフレキシブルに接続可能な状態にしている。
【００２４】
具体的に、リアマフラ５は所謂砲弾型の円筒形状でなり、図２に示すように、このリアマフラ５内を後述する複数の部屋に区画する第１および第２の仕切り板５１、５２と、排気チューブ１と連通し図外のエンジンまたは圧縮機にて生じた排気をリアマフラ５内に導く排気入口配管５３と、この排気をリアマフラ５外へと導く排気出口配管５４と、前記第１および第２の仕切り板５１、５２によって区画された部屋を中継する中継チューブ５５とを有し、これら第１および第２の仕切り板５１、５２によって、排気入口配管５３、排気出口配管５４および中継チューブ５５を固定保持するようになっている。
【００２５】
また、この実施形態の場合、リアマフラ５における排気の下流側端部には、貫通孔７が複数穿設されるとともに前記排気出口配管５４を貫通させて固定保持するバッフル部５６と、一端がこの排気出口配管５４を囲むようにバッフル部５６周縁部と接続されるテーパ部５７と、このテーパ部５７の他端と接続され、排気出口配管５４を覆うストレート部５８とを有する騒音抑制手段としての騒音低減部５９が設けられている。
【００２６】
因みに、この実施形態の場合、ストレート部５８は、排気出口配管５４における排気の下流側端部よりも長く形成されているとともに、ストレート部５８がリアマフラ５に対し、略中央部となるように配置されており、排気出口配管５４はφ３５〔ｍｍ〕〜φ４５〔ｍｍ〕程度、ストレート部５８はφ５０〔ｍｍ〕〜φ７５〔ｍｍ〕程度で設定されるのが、通常の乗用車へ用いられるのに好ましい口径比である。
【００２７】
さらに、バッフル部５６に穿設される貫通孔７の孔径および開口率は、図４に示すバッフル開口率に対する共振周波数の移動の関係を表すグラフから見てわかるように、使用するエンジンまたは圧縮機によって発生する騒音の周波数に応じた所望する減衰量に基づき設定されるようになっており、貫通孔７の孔径はガソリンを燃料とする場合、カーボン等による目詰まりを考慮した上で約φ３〔ｍｍ〕以上が好ましいが、内燃機関および不純物除去装置が上流に装着されたシステムにおいては、約φ３〔ｍｍ〕以下でも適用可能である。
【００２８】
以上のように構成されたリアマフラ５では、エンジンまたは圧縮機の低回転時（すなわち、排出される排気の低流量時）、排気入口配管５３を通って送給される排気を、第２の仕切り板５２とバッフル部５６とによって囲まれる第１の拡張室８１へと導く。このとき、この排気による騒音の主成分が低周波数域の音波でなり、バッフル部５６の貫通孔７がこの低周波数域の音波を通過させ難い性質であることから、この第１の拡張室８１は第１の消音室として機能することなく、この音波を矢印Ａで示すように中継チューブ５５を介して、第１の仕切り板５１によって区画された第２の拡張室８２へと導いた後、矢印Ｂで示すように排気出口配管５４を介して騒音低減部５９のストレート部５８、すなわちバッフル部５６によって区画された第２の消音室８３へと導く。
【００２９】
このとき、排気出口配管５４はストレート部５８よりも径が細いので、低〜中間周波数域の消音が可能となるとともに、流量が少ないので気流音が悪影響を及ぼすこともない。
【００３０】
このようにして、このリアマフラ５では、前記排気による騒音を、その共振を低減させて大気中に放出するため、騒音レベルを減衰させることができる。
【００３１】
また、このリアマフラ５では、エンジンまたは圧縮機の高回転時（すなわち、排出される排気の高流量時）、排気入口配管５３を通って送給される排気を、第２の仕切り板５２とバッフル部５６とによって囲まれる第１の拡張室８１へと導く。このとき、この排気による騒音の成分における低周波数域の音波を、上述した低回転時と同様に排気出口配管５４を介して大気中に放出する一方、中・高周波数域の音波を、矢印Ｃで示すようにバッフル部５６の貫通孔７を通過させて分流させるとともに、テーパ部５７およびストレート部５８、すなわち第２の消音室８３を介して拡散させて大気中に放出するため、前記排気による騒音、すなわち気流音および前記排気の圧力損失を低減させることができる。
【００３２】
しかも、このリアマフラ５では騒音低減部５９を、従来のような制御バルブおよびモータまたはアクチュエータ等を用いることのない簡易な構成で実現することができるので、コストを抑えつつ、排気による低周波数域から高周波数域に亘る広範囲の騒音を効果的に低減させることができる。その上、この騒音低減部５９はリアマフラ５における排気の下流側端部を加工するのみで実現することができるため、従来のような複雑なチューニングを不要とし、開発工数の削減を図ることもできるとともに、従来の制御バルブを用いた制御機構がない分、工法を変更することなく活用することができるので、品質上のトラブルも低減される。
【００３３】
さらに、このリアマフラ５では、騒音低減部５９のストレート部５８が、排気出口配管５４における排気の下流側端部よりも長く形成されるようにしたことにより、このストレート部５８内に配設される排気出口配管５４から吐出された排気に起因する高周波数域の騒音、すなわち気流音を、排気出口配管５４よりも径の大きいストレート部５８にて拡散させて低減させることができるため、より効果的に騒音レベルを減衰させることができる。
【００３４】
なお、本発明の排気装置を上述した一実施形態を例に取って説明したが、本発明はこれに限ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で各種実施形態を採用することができる。
【００３５】
例えば、上述した実施形態においては、テーパ部５７を図２に示したように、リアマフラ５における排気の下流側端部のバッフル部５６周縁部からストレート部５８に向かって傾斜するように形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図２との対応部分に同一符号を付して示す図５のように、バッフル部５６周縁部からストレート部５８に向かって、なめらかに傾斜する（所謂、Ｒを付けて傾斜する）ように形成してもよい。この場合、テーパ部５７にＲが付く分、このテーパ部における流れの剥離を防止し、当該剥離に起因した渦の発生を回避することができるため、排気が排出されることにより生じる気流音および、この排気の圧力損失をより効果的に低減させることができ、騒音における高周波数域成分の低減効果をより一層向上することができる利点を得ることができる。
【００３６】
また、上述した実施形態においては、バッフル部５６に貫通孔７が複数穿設されるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば図３との対応部分に同一符号を付して示す図６のように、バッフル部５６に対して貫通孔７を単数、すなわち１つ穿設するようにしてもよい。この場合、貫通孔７の孔径は、上述した実施形態と同様に、図４に示すバッフル開口率と共振周波数との関係をベースにマフラ構造と合わせて基本設計を行う。但し、上述した実施形態のようにバッフル部５６に貫通孔７を複数穿設するようにした場合、バッフル部５６に対して所望する貫通孔７の開口率を、複数の貫通孔７によって実現することができる分、貫通孔７が単数でなるバッフル部５６に比較して、バッフル部５６としての剛性を確保することができるとともに、これら貫通孔７を通過することによる排気の整流効果を向上させることができる利点を得ることができる。
【００３７】
さらに、上述した実施形態においては、リアマフラ５が砲弾型の円筒形状でなるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、リアマフラ５としては、この他、扁平形状等の種々の形状においても同様の効果を奏し、広く適用することができる。
【００３８】
さらに、上述した実施形態においては、リアマフラ５に対し、ストレート部５８が略中央部となるように配置された場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ストレート部５８の配置位置としては、テーパ部５７の他端と接続される配置位置であれば、この他、種々の部位においても同様の効果を奏し、広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気装置の一実施形態を示す全体構成図である。
【図２】図１におけるマフラを示す断面図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ断面を表す断面図である。
【図４】バッフル部の開口率とカットオフ周波数との関係を表すグラフである。
【図５】本発明の他の実施形態による排気装置を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態による排気装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・排気チューブ（チューブ部材）
５・・・リアマフラ（マフラ）
５１・・・第１の仕切り板
５２・・・第２の仕切り板
５３・・・排気入口配管
５４・・・排気出口配管
５５・・・中継チューブ
５６・・・バッフル部
５７・・・テーパ部
５８・・・ストレート部
５９・・・騒音低減部（騒音抑制手段）
７・・・貫通孔

Claims

エンジンまたは圧縮機にて発生した排気を大気中に排出するためのマフラ（５）と、このマフラ（５）に接続され上記エンジンまたは圧縮機から上記排気を導くチューブ部材（１）とを有し、上記マフラ（５）に上記チューブ部材（１）と連通する排気入口配管（５３）と、上記排気を大気中に排出する排気出口配管（５４）とを設けた排気装置において、
上記マフラ（５）における上記排気の下流側端部に設けられ、貫通孔（７）が穿設されるとともに、上記排気出口配管（５４）を貫通保持するバッフル部（５６）と、
一端が上記排気出口配管（５４）を囲むように上記バッフル部（５６）周縁部と接続されるテーパ部（５７）と、
上記テーパ部（５７）の他端と接続され、上記排気出口配管（５４）を覆うストレート部（５８）と
を有する騒音抑制手段（５９）を具える
ことを特徴とする排気装置。
上記騒音抑制手段（５９）のストレート部（５８）が、
上記排気出口配管（５４）における上記排気の下流側端部よりも長く形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
上記騒音抑制手段（５９）のバッフル部（５６）が、
上記貫通孔（７）を複数穿設されてなる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の排気装置。
上記騒音抑制手段（５９）のテーパ部（５７）が、
なめらかな傾斜をもって上記ストレート部（５８）へ接続されてなる
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか記載の排気装置。