JP2005240633A

JP2005240633A - マフラ構造

Info

Publication number: JP2005240633A
Application number: JP2004050030A
Authority: JP
Inventors: Akira Fukushima; 章福島
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2004-02-25
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】本発明は、エンジン回転数や排気温度をモニタリングし、エンジン回転数と排気温度とによりレゾネータ容積を調整し、低減したい燃料ｎ次の周波数とマフラの共振周波数とを広い範囲で一致させ、高い消音効果を得ることを目的としている。
【解決手段】このため、シェルの両端を夫々エンドプレートで閉塞し、内部をバッフルプレートによりレゾネータ室と拡張室とに区画し、レゾネータ室にインレットパイプの下流側を開口させ、拡張室にアウトレットパイプの上流側を開口させたマフラ構造において、シェルを内側シェルと外側シェルとで構成し、内側シェルと外側シェルとの間にスライド機構を設け、スライド機構によりレゾネータ室を可変に構成し、エンドプレートの後側に筒部を設け、筒部にシールリングを介してアウトレットパイプを挿通させ、スライド機構をエンジンの回転数と排気温度とにより所定位置に駆動する制御部を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明はマフラ構造に係り、特にエンジン回転数と排気温度とをモニタリングし、エンジン回転数と排気温度との変化に応じてレゾネータ室の容積を変更して高い消音効果を期待するマフラ構造に関するものである。

自動車においては、排気音等の騒音の低減を果たすべく、排気系に消音機能を有するマフラが装着されている。

特開昭５７−１３５２１２号公報

ところで、従来のマフラ構造の一般的な消音器においては、レゾネータ室の容積が一定であったため、マフラの減衰周波数が固定されており、特定の減衰周波数のみでしか消音機能を発揮させることができないという不都合がある。

上述した不都合を解消する消音器（上述の特許文献１参照）が既に開示されている。この消音器は、管路の途中に空洞を設け、処理しようとする音響の周波数特性、つまり騒音の周波数成分の値の変化に応じて前記空洞の長さを可変とすべく構成している。

しかし、エンジン回転数や排気温度に対しても排気音の周波数は変化するため、期待通りの消音効果を得ることが困難であるという不都合がある。

よって、この発明は、エンジン回転数や排気温度をモニタリングし、制御部にてスライド機構をエンジンの回転数と排気温度とにより所定位置に駆動してレゾネータ容積を調整する。

そして、低減したい燃料ｎ次の周波数とマフラの共振周波数とを広い範囲で一致させ、高い消音効果を得ることを目的としている。

そこで、この発明は、上述不都合を除去するために、シェルの両端を夫々エンドプレートで閉塞するとともに内部をバッフルプレートによりレゾネータ室と拡張室とに区画し、前記レゾネータ室にインレットパイプの下流側を開口させ、前記拡張室にアウトレットパイプの上流側を開口させたマフラ構造において、前記シェルを内側シェルと外側シェルとで構成し、前記内側シェルと外側シェルとの間にスライド機構を設け、前記スライド機構により前記レゾネータ室を可変に構成し、前記エンドプレートの後側に筒部を設け、該筒部にシールリングを介してアウトレットパイプを挿通させるとともに、前記スライド機構をエンジンの回転数と排気温度とにより所定位置に駆動する制御部を備えたことを特徴とする。

以上詳細に説明した如くこの本発明によれば、シェルの両端を夫々エンドプレートで閉塞するとともに内部をバッフルプレートによりレゾネータ室と拡張室とに区画し、レゾネータ室にインレットパイプの下流側を開口させ、拡張室にアウトレットパイプの上流側を開口させたマフラ構造において、シェルを内側シェルと外側シェルとで構成し、内側シェルと外側シェルとの間にスライド機構を設け、スライド機構によりレゾネータ室を可変に構成し、エンドプレートの後側に筒部を設け、筒部にシールリングを介してアウトレットパイプを挿通させるとともに、スライド機構をエンジンの回転数と排気温度とにより所定位置に駆動する制御部を備えたので、エンジン回転数と排気温度とをモニタリングして、エンジン回転数と排気温度とにより前記レゾネータ室の容積を変更することができ、従来消音については考慮されていなかった低次の燃焼次数成分に対しても消音でき、高い消音効果を期待することができる。

上述の如く発明したことにより、エンジン回転数と排気温度とをモニタリングし、エンジン回転数と排気温度との変化に応じてレゾネータ室の容積を変更し、高い消音効果を期待している。

以下図面に基づいてこの発明の実施例を詳細に説明する。

図１〜図４はこの発明の実施例を示すものである。図３において、２は図示しない自動車に搭載されるエンジン（「ＥＮＧ」とも記載する。）である。

このエンジン２は、吸気系に図示しない吸気マニホルドの下流側端部が接続されるとともに、排気系に排気マニホルド４の上流側端部が接続される。

この排気マニホルド４の下流側端部には、図３に示す如く、排気管６が接続されるとともに、排気管６の途中部位に触媒８が配設される。

また、前記排気管６の下流側端部には、インレットパイプ１０を介して可変容量型マフラ１２を接続して設ける。

この可変容量型マフラ１２は、図１に示す如く、シェル１４と、このシェル１４の両端を夫々閉塞する上流側第１エンドプレート１６及び下流側第２エンドプレート１８と、シェル１４の内部をバッフルプレート２０により区画して形成されるレゾネータ室２２及び拡張室２４と、前記レゾネータ室２２に下流側を開口させたインレットパイプ１０と、前記拡張室２４に上流側を開口させたアウトレットパイプ２６とを有している。

そして、前記拡張室２４は、区画プレート２８により第１、第２拡張室２４−１、２４−２に区画される。

このとき、前記シェル１４を内側シェル３０と外側シェル３２とで構成し、前記内側シェル３０と外側シェル３２との間にスライド機構３４を設け、前記スライド機構３４により前記レゾネータ室２２を可変に構成し、エンドプレートの後側である前記下流側第２エンドプレート１８に筒部３６を設け、該筒部３６にシールリング３８を介して前記アウトレットパイプ２６を挿通させるとともに、前記スライド機構３４を前記エンジン２のエンジン回転数と排気温度とにより所定位置に駆動する制御部４０を備えた構成とする。

詳述すれば、前記スライド機構３４は、図１に示す如く、前記内側シェル３０の外周面において長手方向、つまりスライド方向に配設したレール４２と、内側シェル３０の先端に前記外側シェル３２の内周面に接触すべく配設したシールリング４４と、前記外側シェル３２に支持され、前記レール４２上を移動するローラ４６と、このローラ４６を駆動させて前記レゾネータ室２２を可変とするモータ４８とからなる。

また、図１に示す如く、前記エンジン２にエンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ（「回転数計」といもう。）５０を配設するとともに、図１及び図３に示す如く、前記可変容量型マフラ１２の下流側第２エンドプレート１８に排気温度センサ５２を配設する。

そして、エンジン回転数センサ５０及び排気温度センサ５２を、図３に示す如く、前記制御部４０のインプット側に接続して設けるとともに、制御部４０のアウトプット側には前記モータ４８を接続して設ける。

このとき、制御部４０は、エンジン回転数センサ５０からのエンジン回転数信号と排気温度センサ５２からの排気温度信号とを入力し、これらの検出信号を元に予め設定されたプログラムにより前記スライド機構３４のモータ４８を所定位置まで駆動させ、前記レゾネータ室２２の容積を可変とするものである。

更に、レゾネータ室２２の容積は、従来消音については考慮されていなかった低次の燃焼次数成分に対して消音効果を発生するように設定する。

なお、前記制御部４０は、エンジン回転数が大きくなるに従い前記レゾネータ室２２の容積を減少させるべく制御するとともに、排気温度が高くなるに従い前記レゾネータ室２２の容積を増大させるべく制御する。

ここで、各種の式を開示して追加説明すると、正比例の関係にある燃焼次数成分とエンジン回転数とは、４サイクル３気筒エンジンの場合に、

で表される。この式（１）は、図４に示す如く、グラフに表すことができる。

また、前記可変容量型マフラ１２のレゾネータ室２２は、図１に示す如く、ヘルムホルツ共鳴器となっており、図２にはこのヘルムホルツ共鳴器を一般化したものを開示する。

更に、ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数は、

で表される。なお、式（２）中のαは流入経路形状によって決まる係数であり、この実施例では変化しない定数となっている。

そして、式（２）中の音速ｃは、波動方程式により、

で表される。

ここで、流体を理想気体と見なすと、

が成立し、上述の式（３）は、

と書き換えることが可能となる。このとき、前記理想気体においては比熱比γが一定となるため、音速ｃは温度の平方根に比例する関数となり、前記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数は、

で表される。

よって、エンジン回転数Ｎと排気温度Ｔとをモニタリングしつつ、

を満たすように、前記ヘルムホルツ共鳴器の共鳴器容積Ｖを設定すべく、前記制御部４０により前記スライド機構３４を所定位置に駆動するものである。

次に作用を説明する。

エンジン回転数が大きくなった場合には、前記制御部４０がスライド機構３４のモータ４８を前記レゾネータ室２２の容積減少側に駆動制御する。

すなわち、前記モータ４８によりローラ４６を駆動させて、前記内側シェル３０に対して前記外側シェル３２を前記レゾネータ室２２の容積を減少させる側、つまり図１おいて左側に移動させる。

そして、前記可変容量型マフラ１２の下流側第２エンドプレート１８を移動させ、前記レゾネータ室２２の容積を減少させる。

また、排気温度が高くなった場合には、前記制御部４０がスライド機構３４のモータ４８を前記レゾネータ室２２の容積増加側に駆動制御する。

すなわち、前記モータ４８によりローラ４６を駆動させて、前記内側シェル３０に対して前記外側シェル３２を前記レゾネータ室２２の容積を増加させる側、つまり図１おいて右側に移動させる。

そして、前記可変容量型マフラ１２の下流側第２エンドプレート１８を移動させ、前記レゾネータ室２２の容積を増加させる。

これにより、前記シェル１４を内側シェル３０と外側シェル３２とで構成し、前記内側シェル３０と外側シェル３２との間にスライド機構３４を設け、前記スライド機構３４により前記レゾネータ室２２を可変に構成し、エンドプレートの後側である前記下流側第２エンドプレート１８に筒部３６を設け、該筒部３６にシールリング３８を介して前記アウトレットパイプ２６を挿通させるとともに、前記スライド機構３４を前記エンジン２のエンジン回転数と排気温度とにより所定位置に駆動する制御部４０を備えた構成によって、エンジン回転数と排気温度とをモニタリングして、エンジン回転数と排気温度とにより前記レゾネータ室２２の容積を変更することができ、全温度域・全回転数域における消音が可能となり、特に従来消音については考慮されていなかった低次の燃焼次数成分に対しても消音でき、高い消音効果を期待することができる。

また、前記制御部４０は、エンジン回転数が大きくなるに従い前記レゾネータ室２２の容積を減少させるべく制御することにより、エンジン回転数が大きくなるに従い、周波数が大きくなるのに合わせて前記レゾネータ室２２の容積を減少側に変更でき、高い消音効果を期待することができる。

更に、前記制御部４０は、排気温度が高くなるに従い前記レゾネータ室２２の容積を増大させるべく制御することにより、排気温度が高くなるに従い、周波数が低くなるのに合わせて前記レゾネータ室２２の容積を増加側に変更でき、高い消音効果を期待することができる。

更にまた、エンジン回転数Ｎと排気温度Ｔとをモニタリングしつつ、式（７）を満たすように、前記ヘルムホルツ共鳴器の共鳴器容積Ｖを設定すべく、前記制御部４０により前記スライド機構３４を所定位置に駆動することにより、制御部４０による緻密な駆動制御が可能となり、制御の信頼性を向上し得るとともに、高い消音効果を期待することができ、実用上有利である。

なお、この発明は上述実施例に限定されるものではなく、種々の応用改変が可能である。

例えば、この発明の実施例においては、エンジン回転数と排気温度とをモニタリングして、エンジン回転数と排気温度とによりレゾネータ室の容積を変更する構成としたが、排気温度に関する工程を取り除き、エンジン回転数のみをモニタリングする構成とすることも可能である。

さすれば、エンジン回転数のみをモニタリングして、エンジン回転数によりレゾネータ室の容積を変更することが可能となり、制御の簡易化に寄与し得て、コストを低減できて経済的に有利であるとともに、制御速度を向上させることも可能である。

また、この発明の実施例におけるエンジン回転数や排気温度のモニタリング以外にも、エアコンやオーディオ等の各種機器のオン・オフ動作からなるエンジン負荷をもモニタリングする特別構成とすることも可能である。

さすれば、エンジン状況に即した制御を実施することが可能となり、制御の信頼性の向上に寄与し得る。

この発明の実施例を示す可変容量型マフラの概略拡大断面図である。ヘルムホルツ共鳴器を一般化したものの概略説明図である。エンジンの排気系の概略説明図である。燃焼次数とエンジン回転数との関係を示す図である。

符号の説明

２エンジン（「ＥＮＧ」とも記載する。）
４排気マニホルド
６排気管
８触媒
１０インレットパイプ
１２可変容量型マフラ
１４シェル
１６上流側第１エンドプレート
１８下流側第２エンドプレート
２０バッフルプレート
２２レゾネータ室
２４拡張室
２４−１第１拡張室
２４−２第２拡張室
２６アウトレットパイプ
２８区画プレート
３０内側シェル
３２外側シェル
３４スライド機構
３６筒部
３８シールリング
４０制御部
４２レール
４４シールリング
４６ローラ
４８モータ
５０エンジン回転数センサ（「回転数計」といもう。）
５２排気温度センサ

Claims

シェルの両端を夫々エンドプレートで閉塞するとともに内部をバッフルプレートによりレゾネータ室と拡張室とに区画し、前記レゾネータ室にインレットパイプの下流側を開口させ、前記拡張室にアウトレットパイプの上流側を開口させたマフラ構造において、前記シェルを内側シェルと外側シェルとで構成し、前記内側シェルと外側シェルとの間にスライド機構を設け、前記スライド機構により前記レゾネータ室を可変に構成し、前記エンドプレートの後側に筒部を設け、該筒部にシールリングを介してアウトレットパイプを挿通させるとともに、前記スライド機構をエンジンの回転数と排気温度とにより所定位置に駆動する制御部を備えたことを特徴とするマフラ構造。
エンジン回転数が大きくなるに従い前記レゾネータ室の容積を減少させたことを特徴とする請求項１に記載のマフラ構造。
排気温度が高くなるに従い前記レゾネータ室の容積を増大させたことを特徴とする請求項１に記載のマフラ構造。
正比例の関係にある燃焼次数成分とエンジン回転数とは、４サイクル３気筒エンジンの場合に、

で表されるとともに、可変容量型マフラのレゾネータ室はヘルムホルツ共鳴器となっており、このヘルムホルツ共鳴器の共振周波数は、

で表され、式（２）中の音速ｃは、波動方程式により、

で表され、流体を理想気体と見なすと、

が成立し、上述の式（３）は、

と書き換えることが可能となり、前記理想気体においては比熱比γが一定となるため、音速ｃは温度の平方根に比例する関数となり、前記ヘルムホルツ共鳴器の共振周波数は、

で表されるため、エンジン回転数Ｎと排気温度Ｔとをモニタリングしつつ、

を満たすように、前記ヘルムホルツ共鳴器の共鳴器容積Ｖを設定すべく、前記制御部により前記スライド機構を所定位置に駆動することを特徴とする請求項１に記載のマフラ構造。