JP2006125238A - 内燃機関用マフラ - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の出力向上を図ると共に、消音効果を改善した内燃機関用マフラを得る。
【解決手段】マフラ本体１を隔壁６により仕切り、拡張室８と共鳴室１０とを形成する。内燃機関から排出される排気が導入されるインレットパイプ１２を共鳴室１０に開口し、拡張室８に先端が開口したアウトレットパイプ１４を設け、アウトレットパイプ１４から排気を排出する。また、拡張室８内のインレットパイプ１２に内燃機関の回転数に応じて開閉する開閉弁２０を設ける。開閉弁２０よりも上流側のインレットパイプ１２に複数のバイパス孔３８を設けた。尚、開閉弁２０は、排気の圧力を受けて開弁する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関から排出される排気が導入されるインレットパイプを共鳴室に開口し、排気をアウトレットパイプから排出する内燃機関用マフラに関する。

従来より、特許文献１にあるように、マフラ本体内を複数の部屋に仕切る隔壁を備えると共に、排気が導入されるインレットパイプの先端を第一室に開口し、インレットパイプに内燃機関の回転数に応じて開閉する開閉弁を設けたものが知られている。この開閉弁は、内燃機関の回転数が低いときには閉弁して、排気を第一室に導き、排気騒音の低減を重視した排気路となるように構成されている。また、内燃機関の回転数が増加して、排出される排気の圧力が増加したときには、この圧力の作用を受けて開閉弁が開弁し、排気を第一室とは別の室に導き、背圧の上昇を防止して、内燃機関の出力が向上する排気路となるように構成されている。
特開平９−１９５７４９号公報（段落番号００２３〜００３８、図５）

こうした従来のものでは、内燃機関の回転数が低いときには開閉弁が閉弁し、第１室が拡張室として作用し、内燃機関の回転数が増加して開閉弁が開弁すると、第一室が共鳴室として作用する。即ち、開閉弁が開弁した際、開閉弁からインレットパイプの先端開口とが共鳴パイプとして作用し、その長さに応じた低周波成分の騒音を低減する。

しかしながら、第一室が共鳴室として作用するのは、開弁時のみであり、消音周波数域が狭く、また、開閉弁が閉弁している際には、背圧の低減が十分ではないという問題があった。

本発明の課題は、内燃機関の出力向上を図ると共に、消音効果を改善した内燃機関用マフラを提供することにある。

かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
内燃機関から排出される排気が導入されるインレットパイプを共鳴室に開口し、前記排気をアウトレットパイプから排出すると共に、前記共鳴室の外側の前記インレットパイプに前記内燃機関の回転数に応じて開閉する開閉弁を設けた内燃機関用マフラにおいて、
前記開閉弁よりも上流側の前記インレットパイプにバイパス孔を設けたことを特徴とする内燃機関用マフラがそれである。前記開閉弁は、前記排気の圧力を受けて開弁する構成でもよい。また、前記バイパス孔は複数設けてもよい。

本発明の内燃機関用マフラは、開閉弁よりも上流側のインレットパイプにバイパス孔を設けたので、低速時でも共鳴効果による消音を図ることができると共に、低速時の内燃機関の出力向上をも図ることができるという効果を奏する。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１はマフラ本体で、マフラ本体１の両端は、それぞれ蓋部材２，４により閉塞されている。また、マフラ本体１内は、隔壁６により仕切られて、拡張室８と共鳴室１０とが形成されている。

図示しない内燃機関から排出される排気が導入されるインレットパイプ１２が、一方の蓋部材２、隔壁６を貫通して、その先端は共鳴室１０に開口されている。アウトレットパイプ１４は他方の蓋部材４、隔壁６を貫通し、その先端は拡張室８に開口されている。アウトレットパイプ１４は図示しない下流側の排気管に接続されて、排気を排気管に排出する。隔壁６には、複数の小径孔１６が形成されて、拡張室８と共鳴室１０とが連通されている。

拡張室８内のインレットパイプ１２には、弁口１８が形成されており、弁口１８に対応して開閉弁２０が取り付けられている。開閉弁２０は、図２に示すように、円弧状に形成されて、弁口１８を閉塞することができる弁体２２を備えている。

インレットパイプ１２の外周に取り付けられた一対の支持部材２４，２６に支持された支点軸２８を介して弁体２２が揺動可能に取り付けられている。また、一対の支持部材２４，２６には、支点軸２８と平行に作用軸３０が支持されている。

作用軸３０には、ばね受け３２が揺動可能に装着されており、ばね受け３２と弁体２２に立設されたばね受け部材３４との間には、圧縮コイルばねを用いた付勢部材３６が配置されている。付勢部材３６は、ばね受け部材３４の弁体側作用点ａと作用軸３０の中心の固定側作用点ｂとを結ぶ線分上で、伸張方向の付勢力が作用するように配置されている。

支点軸２８、弁体側作用点ａ、固定側作用点ｂにより三角形が形成され、付勢部材３６の付勢力が、弁体側作用点ａと固定側作用点ｂとを通る直線上で作用する。この付勢力により、弁体２２に支点軸２８廻りのモーメントが作用して、弁体２２が弁口１８を閉塞し、閉弁する。

インレットパイプ１２内の排気の圧力が上昇すると、弁口１８を介して、排気圧力が弁体２２に作用し、この作用力による支点軸２８廻りのモーメントが付勢力による支点軸２８廻りのモーメントを上回ると、開閉弁２０が開弁するように構成されている。排気の圧力は内燃機関の回転数が増加すると高くなり、排気圧力と回転数は比例する。

尚、開閉弁２０は、排気圧力と付勢部材３６の付勢力との作用により開閉弁するものに限らず、アクチュエータにより開閉するものでも実施可能であり、その場合には、内燃機関の回転数を検出する回転数検出センサを設けて、回転数に応じて開閉弁２０を開閉制御するようにするとよい。また、排気圧力を検出する圧力センサを設けて、検出した排気圧力に応じて開閉弁２０を開閉制御するようにしてもよい。

インレットパイプ１２には、開閉弁２０よりも上流側に、拡張室８に開口する複数のバイパス孔３８が穿設されている。即ち、図１に示すように、このバイパス孔３８とインレットパイプ１２の共鳴室１０内側の先端との長さＬ１と、弁口１８と同じくインレットパイプ１２の共鳴室１０内側の先端との長さＬ２とでは、長さＬ１が長さＬ２よりも長くなるように形成されている。これらの長さＬ１，Ｌ２は共鳴パイプ長として作用し、長さＬ１，Ｌ２は消音しようとする周波数に応じて実験等により決定すればよい。

次に、前述した本実施形態の内燃機関用マフラの作動について説明する。
まず、内燃機関の回転数が低速であるときには、内燃機関から排出される排気が、インレットパイプ１２に導入される。内燃機関の回転が低速であるときには排気の圧力は低く、インレットパイプ１２に導入される排気の圧力が、弁口１８を介して弁体２２に作用するが、付勢部材３６の付勢力に抗して弁体２２を揺動させることはできず、開閉弁２０は開弁しない。

よって、排気の一部はインレットパイプ１２から共鳴室１０に流入する。共鳴室１０から小径孔１６を介して拡張室８に流入し、アウトレットパイプ１４の一端側の開口からアウトレットパイプ１４を介して下流側の排気管に排出される。その際、拡張効果や干渉効果等により排気騒音が低減される。

また、排気の一部は、インレットパイプ１２のバイパス孔３８から拡張室８に流入し、アウトレットパイプ１４の一端側の開口からアウトレットパイプ１４を介して下流側の排気管に排出される。その際、バイパス孔３８から共鳴室１０内のインレットパイプ１２の先端までのインレットパイプ１２が共鳴パイプとして作用し、この長さＬ１に応じた周波数成分を消音する。しかも、インレットパイプ１２に導入された排気はバイパス孔３８をも通るので、低速回転での内燃機関から排出される排気の背圧上昇が抑制され、内燃機関の出力が向上する。

一方、内燃機関の回転数が中・高速であるときには、インレットパイプ１２に導入される排気の圧力は高く、弁体２２は弁口１８を介してこの排気の圧力を受ける。よって、弁体２２は、付勢部材３６の付勢力に抗して支点軸２８の廻りに揺動されて、開閉弁２０が開弁する。

排気の一部はインレットパイプ１２から共鳴室１０に流入して、共鳴室１０から小径孔１６を介して拡張室８に流入し、アウトレットパイプ１４を介して下流側の排気管に排出される。その際、拡張効果や干渉効果等により排気騒音が低減される。

また、インレットパイプ１２に導入された排気の一部は、弁口１８を通って拡張室８に流入する。そして、アウトレットパイプ１４から外部に排出される。その際、弁口１８から共鳴室１０内のインレットパイプ１２の先端までのインレットパイプ１２が共鳴パイプとして作用し、この長さＬ２に応じた周波数成分を消音する。しかも、弁口１８をも通るようになるので、排気の圧力上昇が抑制され、中・高速回転での内燃機関から排出される排気の背圧上昇が抑制され、内燃機関の出力が向上する。

従来の内燃機関用マフラと本実施形態の内燃機関用マフラとの性能を比較すると、図６のグラフに示すようになった。本実施形態の内燃機関用マフラによると、従来の内燃機関用マフラよりも、低速域及び中・高速域の広い領域で、排気騒音の音圧レベルを低減することができた。

即ち、低速域では、バイパス孔３８からインレットパイプ１２の先端までのインレットパイプ１２が共鳴パイプとして作用し、この長さＬ１に応じた周波数成分の音圧レベルを低減する。また、中・高速域では、弁口１８からインレットパイプ１２の先端までのインレットパイプ１２が共鳴パイプとして作用し、この長さＬ２に応じた周波数成分の音圧レベルを低減する。よって、低速域及び中・高速域の広い領域で、排気騒音の音圧レベルを低減することができる。

前述した実施形態と異なる第２実施形態の内燃機関用マフラについて、図３によって説明する。尚、前述した実施形態と同じ部材については同一番号を付して詳細な説明を省略する。以下同様。

本第２実施形態では、第１隔壁５０と第２隔壁５２とにより、マフラ本体１内が仕切られて、第１拡張室５４、第２拡張室５６、共鳴室１０が形成されている。インレットパイプ１２は、一方の蓋部材２、第１隔壁５０、第２隔壁５２を貫通して、共鳴室１０に先端が開口されている。アウトレットパイプ１４は他方の蓋部材４、第２隔壁５２を貫通して、第２拡張室５６に先端が開口している。

開閉弁２０は第１拡張室５４内のインレットパイプ１２に設けられ、バイパス孔３８は開閉弁２０よりも上流側のインレットパイプ１２に設けられている。この第２実施形態の場合でも、前述した実施形態と同様に、低速時及び中・高速時でも共鳴効果による消音を図ることができると共に、低速時及び中・高速時の内燃機関の出力向上をも図ることができる。

次に、図４に示す第３実施形態の内燃機関用マフラについて説明する。この第３実施形態の内燃機関用マフラは、前述した第２実施形態の内燃機関用マフラと開閉弁２０を設けた位置が異なり、第２拡張室５６内のインレットパイプ１２に開閉弁２０を設けている。これにより、弁口１８からインレットパイプ１２の先端までのインレットパイプ１２の長さＬ２を短くすることができ、共鳴効果により低減する周波数をより高周波数側にすることができる。

また、図５（イ）に示すように、第１隔壁５０と第２隔壁５２との間を共鳴室１０とし、その両側に第１拡張室５４と第２拡張室５６とを配置した構成とすることもできる。その際、インレットパイプ１２は一方の蓋部材２、第１隔壁５０を貫通して、共鳴室１０に開口し、アウトレットパイプ１４は他方の蓋部材４、第２隔壁５２、第１隔壁５０を貫通した後、Ｕ字状に折り曲げられて、第１隔壁５０、第２隔壁５２を貫通して、第２拡張室５６に開口させる。第１隔壁５０と第２隔壁５２とを貫通する接続パイプ５８により、第１拡張室５４と第２拡張室５６とを連通するようにしても、同様に実施可能である。

あるいは、図５（ロ）に示すように、第１隔壁５０と第２隔壁５２とにより仕切り、第２実施形態と同様、第１拡張室５４、第２拡張室５６、共鳴室１０を順に形成する。そして、アウトレットパイプ１４は他方の蓋部材４、第２隔壁５２、第１隔壁５０を貫通した後、Ｕ字状に折り曲げられて、第１隔壁５０を貫通して、第２拡張室５６に開口させる。第１隔壁５０には小孔６０を形成しても、同様に実施可能である。

以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

本発明の一実施形態としての内燃機関用マフラの断面図である。 図１のＡＡ拡大断面図である。 第２実施形態の内燃機関用マフラの断面図である。 第３実施形態の内燃機関用マフラの断面図である。 他の実施形態としての内燃機関用マフラの構成図である。 本実施形態の内燃機関用マフラと従来の内燃機関用マフラとの回転数と音圧レベルとを示すグラフである。

符号の説明

１…マフラ本体 ２，４…蓋部材
６…隔壁 ８…拡張室
１０…共鳴室 １２…インレットパイプ
１４…アウトレットパイプ
１６…小径孔 １８…弁口
２０…開閉弁 ２２…弁体
３６…付勢部材 ３８…バイパス孔
５０…第１隔壁 ５２…第２隔壁
５４…第１拡張室 ５６…第２拡張室
５８…接続パイプ ６０…小孔

Claims (3)

1. 内燃機関から排出される排気が導入されるインレットパイプを共鳴室に開口し、前記排気をアウトレットパイプから排出すると共に、前記共鳴室の外側の前記インレットパイプに前記内燃機関の回転数に応じて開閉する開閉弁を設けた内燃機関用マフラにおいて、
   前記開閉弁よりも上流側の前記インレットパイプにバイパス孔を設けたことを特徴とする内燃機関用マフラ。
2. 前記開閉弁は、前記排気の圧力を受けて開弁することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用マフラ。
3. 前記バイパス孔は複数設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関用マフラ。

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