JP2007231933A

JP2007231933A - 消音器

Info

Publication number: JP2007231933A
Application number: JP2007003812A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Ishizu; 賢一石津; Yohei Toyoshima; 洋平豊島; Takeshi Masuno; 剛舛野
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2007-09-13

Abstract

【課題】バッテリ電力を消費することなく、かつ、構造が簡単で、共鳴による消音周波数領域を排気ガスの排気圧力に応じて自動的に切り換えることができる消音器の提供。
【解決手段】排気導入管１６内にはその内周面に沿って軸方向摺動可能に収容され、該排気導入管１６内に導入される排気圧力により下流方向へ押圧摺動される共鳴管切換弁体２と、該共鳴管切換弁体２を上流方向へ押し戻す方向に付勢するコイルスプリング３とが備えられ、共鳴管切換弁体２には該共鳴管切換弁体２の摺動位置に応じて複数の共鳴管１８，１９のいずれか一方又は両方の基部側開口を排気導入管１６内と選択的に連通させる第１連通孔２３と第２連通孔２４と第３連通孔２５が形成されている構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は共鳴室を備えた消音器に関する。

従来、消音器本体内に拡張室と共鳴室を形成し、この共鳴室に、それぞれのコンダクティビィティが相違する複数の共鳴管を、それらの一端が共鳴室内にそれぞれ開口するように配置し、排気ガスを導入する排気導入管を、複数の共鳴管の開口した他端に対向すると共に拡張室へ排気ガスが流出可能なように拡張室に設け、複数の共鳴管に、それぞれバルブを設け、これらのバルブに、エンジン回転数に応じて該バルブの開閉を制御して共鳴管のいずれか１つが開状態になるように選択する制御手段を設けた構造の消音器が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

この従来例によれば、拡張室容量を減少させることなしに広範囲の周波数領域に亘る排気騒音の低減を可能にすると共に、その減衰量を大きくすることができるようになるというメリットがある。
特開平７−９１２２４号公報

しかしながら、従来例の消音器にあっては、各共鳴管にそれぞれバルブを備えると共に、共鳴管のいずれか１つが開状態になるように選択する制御手段を備える必要があるため、構造が複雑でコストが高く付くと共に、バッテリ電力消費量を増加させるという問題がある。

本発明の解決しようとする課題は、バッテリ電力を消費することなく、かつ、構造が簡単で、共鳴による消音周波数領域を排気ガスの排気圧力に応じて自動的に切り換えることができる消音器を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載の消音器は、消音器本体内に拡張室と共鳴室が形成され、前記拡張室内にエンジンからの排気が導入される排気導入管が挿入され、該排気導入管の周壁には前記拡張室内に常時連通する連通孔が形成され、それぞれのコンダクティビィティが相違する複数の共鳴管の先端が前記共鳴室内に開口すると共に基部側開口が前記排気導入管の側壁部分にそれぞれ接続され、前記排気導入管内にはその内周面に沿って軸方向摺動可能に収容され、該排気導入管内に導入される排気圧力により押圧摺動される共鳴管切換弁体と、該共鳴管切換弁体を押し戻す方向に付勢する付勢手段とが備えられ、前記共鳴管切換弁体には該共鳴管切換弁体の摺動位置に応じて前記複数の共鳴管のいずれか１個又は複数個の基部側開口を前記排気導入管内と選択的に連通させる複数の切換連通路が形成されていることを特徴とする手段とした。

なお、共鳴管のコンダクティビィティとは、共鳴周波数を決定するヘルムホルツの式において、共鳴周波数を決定する要因となっている共鳴管の開口断面積，長さ，共鳴室の容積等の共鳴周波数を左右する因子の総合作用をいう。

本発明の消音器では、上述のように、排気導入管内にはその内周面に沿って軸方向摺動可能に収容され、該排気導入管内に導入される排気圧力により押圧摺動される共鳴管切換弁体と、該共鳴管切換弁体を押し戻す方向に付勢する付勢手段とが備えられ、共鳴管切換弁体には該共鳴管切換弁体の摺動位置に応じて複数の共鳴管のいずれか１個又は複数個の基部側開口を排気導入管内と選択的に連通させる複数の切換連通路が形成されている構成としたことで、バッテリ電力を消費することなく、かつ、構造が簡単で、共鳴による消音周波数領域を排気ガスの排気圧力に応じて自動的に切り換えることができるようになるという効果が得られる。

以下にこの発明の実施例を図面に基づいて説明する。

先ず、この実施例の消音器を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例の消音器を示す縦断面図、図２〜４は実施例の消音器の作用説明図である。

図５は消音性能の検証に用いた消音器の側面図、図６は図５の矢視Ａ１図、図７は図５の矢視Ａ２図、図８は消音性能の検証に用いた消音器の第１共鳴管と連通孔を連通させた状態を示す図、図９は消音性能の検証に用いた消音器の第２共鳴管と連通孔を連通させた状態を示す図、図１０は消音性能の検証に用いた消音器の第３共鳴管と連通孔を連通させた状態を示す図、図１１は消音性能の検証結果を示すグラフである。

この消音器Ａは、円筒シェル１１の両端開口部をエンドプレート１２，１３で閉塞したマフラ本体１の内部が、２枚のバッフルプレート１４，１５で第１拡張室１ａと、第２拡張室１ｂと、共鳴室１ｃの３室に仕切られている。

また、このマフラ本体１内には、エンドプレート１２及びバッフルプレート１４を貫通して第１拡張室１ａ及び第２拡張室１ｂに連通する排気導入管１６と、２枚のバッフルプレート１４，１５及びエンドプレート１３を貫通して第１拡張室１ａに連通する排気導出管１７と、が備えられている。

排気導入管１６の周壁には第１拡張室１ａ内に常時連通する小孔１６ａが複数形成されている。

また、バッフルプレート１４には、第１拡張室１ａと第２拡張室１ｂとの間を連通させる小孔１４ａが複数形成されている。

また、排気導入管１６の下流側先端部は底板１６ｂで閉塞され、該底板１６ｂから所定長さＬの範囲の周壁部には第２拡張室１ｂに連通する複数の小孔１６ｃが形成されている。

そして、長さと開口断面積を異にすることによってそれぞれのコンダクティビィティが相違する第１共鳴管１８と第２共鳴管１９の先端がそれぞれ共鳴室１ｃ内に開口すると共に基部側開口が拡張室１ｂ内における排気導入管１６の側壁部分で小孔１６ｃより上流側にそれぞれ接続されている。

即ち、第１共鳴管１８は低周波数領域の排気騒音の低減を可能とする一方、第２共鳴管１９は中周波数領域の排気騒音の低減を可能とするもので、このため、第１共鳴管１８は第２共鳴管１９に比べてその長さが長くかつ開口断面積が小さく形成されている。そして、排気導入管１６に対し、第１共鳴管１８の基部側が第２共鳴管１９の基部側より上流側に位置をずらして接続されている。

また、排気導入管１６内にはその内周面に沿って軸方向摺動可能に共鳴管切換弁体２が収容されている。この共鳴管切換弁体２は下流側が底板２１で閉塞された有底円筒状に形成されることにより、排気導入管１６内に導入される排気圧力により下流方向へ押圧摺動されるように構成されると共に、その底板２１と排気導入管１６の底板１６ｂとの間には共鳴管切換弁体２を上流方向へ押し戻す方向に付勢するコイルスプリング（付勢手段）３が介装されている。

そして、共鳴管切換弁体２の底板２１側周壁には、軸方向に長い長孔２２が周方向に複数形成されていて、排気圧力で共鳴管切換弁体２がコイルスプリング３の付勢力に抗して下流方向へ押圧移動すると、共鳴管切換弁体２に形成された長孔２２が排気導入管１６に形成された小孔１６ｃと連通し、その連通面積が共鳴管切換弁体２の移動量、即ち排気圧力に比例して次第に増加するように構成されている。

また、共鳴管切換弁体２の周壁には、エンジンの低速回転時に第１共鳴管１８の基部側開口と連通する第１連通孔２３と、エンジンの中速回転時から高速回転時にかけて第２共鳴管１９と連通する長孔状の第２連通孔２４と、エンジンの高速回転時に第１共鳴管１８の基部側開口部と連通する第３連通孔２５が形成されている。

また、図示は省略したが、共鳴管切換弁体２が、排気導入管１６内での傾き防止、また、摩擦を低減しスムーズに移動するように、共鳴管切換弁体２の円周上に長手方向に離れて複数のエンボス状突起を設けている。

また、排気導入管１６に内方に突条を設けてもよい。

次に、この実施例の作用を説明する。
この実施例の消音器では上述のように構成されるため、エンジンの回転数が所定の低速回転数域においては共鳴管切換弁体２が下流側へ移動しない程度にコイルスプリング３の付勢力を設定しておくことにより、エンジンの回転数が所定の低速回転数域以下である時は、図２に示すように、第１共鳴管１８の基部側開口部が第１連通孔２３と連通すると共に、共鳴管切換弁体２の長孔２２が複数の小孔１６ｃの一部のみと連通した状態になっている。

従って、エンジンの回転数が所定の低速回転数域以下である時は、排気導入管１６内に導入された排気ガスの一部は、小孔１６ａから第１拡張室１ａに流れ込んだ後、排気導出管１７から大気へ排気されると同時に、排気ガスの残りは、長孔２２及び小孔１６ｃを経由して第２拡張室１ｂに流れ込み、この第２拡張室１ｂから小孔１４ａを通って第１拡張室１ａに流れ込んだ後、排気導出管１７から大気へ排気されるもので、排気導入管１６内から第１拡張室１ａ及び第１拡張室１ｂに流れ込む際にそれぞれ拡張による消音効果が得られる。

また、この時、先端が共鳴室１ｃに開口する第１共鳴管１８の基部側開口部が第１連通孔２３を介して排気導入管１６内と連通されているため、エンジンの低速回転時に発生する低周波数領域の騒音は第１共鳴管１８の共振周波数と一致し、共鳴室１ｃにおいて共鳴作用により減衰される。
従って、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求を満足させることができる。

また、エンジン回転数が所定の低速回転域を越えると、図３に示すように、排気圧力がコイルスプリング３の付勢力に勝って共鳴管切換弁体２が下流側へ押圧移動されるため、共鳴管切換弁体２の長孔２２が複数の小孔１６ｃと連通する量がエンジン回転数（排気圧力）の増加に応じて増加し、これにより、排気導入管１６から第２拡張室１ｂ内に流れ込む排気ガスの量が増加する結果、背圧が低下してエンジン出力が向上する。
従って、エンジンの中速回転時における低背圧化要求を満足させることができる。

また、共鳴管切換弁体２が下流側へ押圧移動されると、第１連通孔２３に対する第１共鳴管１８の基部側開口部の連通状態が解除されると同時に、先端が共鳴室１ｃに開口する第２共鳴管１９の基部側開口部が第２連通孔２４と連通するため、エンジンの中速回転時に発生する中周波数領域の騒音は第２共鳴管１９の共振周波数と一致し、共鳴室１ｃにおいて共鳴作用により減衰される。
従って、エンジンの中速回転時に必要とされる低騒音化要求を満足させることができる。

また、エンジンの回転数がさらに上昇し、高速回転域になると、図４に示すように、共鳴管切換弁体２がさらに下流側へ押圧移動されるため、第２共鳴管１９の基部側開口部が長孔状の第２連通孔２４と連通した状態のままで、さらに第１共鳴管１８の基部側開口部が第３連通孔２５と連通するため、第１共鳴管１８と第２共鳴管１９を同時に使用する高周波数を低減する共鳴管として作用し、これにより、エンジンの高速回転時に発生する高周波数領域の騒音は第１共鳴管１８と第２共鳴管１９による合同共鳴管の共振周波数と一致し、共鳴室１ｃにおいて共鳴作用により減衰される。
従って、エンジンの高速回転時に必要とされる低騒音化要求を満足させることができる。

次に、本実施例の消音器の消音性能について検証した。
消音性能の検証に用いた消音器は、図５〜７に示すように、排気導入管１６にはそれぞれ管径４０φ、管長８００ｍｍ、６００ｍｍ、４００ｍｍの第１〜３共鳴管４０〜４２が接続されている。
また、第１〜３共鳴管４０〜４２における排気導入管１６との付け根は緩やかなＲで接続されている。
その他、排気導入管１６の底部には小孔１６ｃの代わりに円形の開口部４３が形成され、共鳴管切換弁体２の底板２１には長孔２２の代わりに円形の開口部４４が形成されている。なお、開口部４４の開口率は７５％程度が好ましい。
また、排気導入管１６の上流側端部は短尺にして小孔１６ａの図示を省略する。

検証に際しては、前述した消音器の各共鳴管４０〜４２の先端側開口と開口部４３を図示を省略する共鳴室に連通させた状態で配置し、図８〜１０に示すように、排気導入管１６に流入する排気ガスの流量（排気圧）を徐々に増加させて共鳴管切換弁体２を移動させることにより、第１〜３共鳴管４０〜４２と共鳴管切換弁体２のそれぞれ対応する第１〜３連通孔４０ａ〜４２ａが順番に連通した際にそれぞれ発生する共鳴周波数と音レベルを測定した。

図１１の測定結果のグラフに示すように、第１〜３共鳴管４０〜４２の連通時毎に異なる周波数の音のピークを得ることができ、これにより広範囲の周波数領域に亘る排気騒音の低減を実現できることが証明された。
また、各共鳴管の全長、口径、本数等の設定によって様々な対応が可能となる。

次に、この実施例の効果を説明する。
この実施例の消音器では、上述のように、排気導入管１６内にはその内周面に沿って軸方向摺動可能に収容され排気導入管１６内に導入される排気圧力により下流方向へ押圧摺動される共鳴管切換弁体２と該共鳴管切換弁体２を上流方向へ押し戻す方向に付勢するコイルスプリング３とが備えられ、共鳴管切換弁体２には該共鳴管切換弁体２の摺動位置に応じて複数の共鳴管１８，１９のいずれか１個又は両方の基部側開口を排気導入管１６内と選択的に連通させる第１連通孔２３と第２連通孔２４と第３連通孔２５が形成されている構成としたことで、バッテリ電力を消費することなく、かつ、構造が簡単で、共鳴による消音周波数領域を排気ガスの排気圧力に応じて自動的に切り換えることができるようになるという効果が得られる。

また、コイルスプリング３は、有底の共鳴管切換弁体２の排気導入の反対側に設定されているので、高温の排気ガスに直接さらされず、これにより長寿命となる。

また、２本の共鳴管１８，１９で３種類の周波数の騒音を減衰させることができるため、部品点数の低減によるコストダウンと、コンパクト化が可能になる。

また、共鳴管切換弁体２の底板２１側周壁には、軸方向に長い長孔２２が周方向に複数形成されていて、排気圧力で共鳴管切換弁体２がコイルスプリング３の付勢力に抗して下流方向へ押圧移動すると、共鳴管切換弁体２に形成された長孔２２が排気導入管１６に形成された小孔１６ｃと連通し、その連通面積が共鳴管切換弁体２の移動量、即ち排気圧力に比例して次第に増加するように構成されることで、排気圧力の上昇に応じて自動的に背圧を低下させることができる。
従って、共鳴管切換弁体２の動きを利用してエンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求と、中・高速回転時に必要とされる低背圧化要求とを同時に達成させることができるようになる。

以上、本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。

例えば、共鳴管の形成数については適宜設定できる。

また、本実施例では共鳴管の先端側開口を共鳴室に連通させたが排気管の途中に突設されるレゾネータ管に本発明を適用する場合には閉塞しても良い。

実施例の消音器を示す縦断面図である。実施例の消音器の作用説明図である。実施例の消音器の作用説明図である。実施例の消音器の作用説明図である。消音性能の検証に用いた消音器の側面図である。図５の矢視Ａ１図である。図５の矢視Ａ２図である。消音性能の検証に用いた消音器の第１共鳴管と連通孔を連通させた状態を示す図である。消音性能の検証に用いた消音器の第２共鳴管と連通孔を連通させた状態を示す図である。消音性能の検証に用いた消音器の第３共鳴管と連通孔を連通させた状態を示す図である。消音性能の検証に用いた消音器の消音性能の検証結果を示すグラフである。

符号の説明

Ａ消音器
１マフラ本体
１ａ第１拡張室
１ｂ第２拡張室
１ｃ共鳴室
１１円筒シェル
１２エンドプレート
１３エンドプレート
１４バッフルプレート
１４ａ小孔
１５バッフルプレート
１６排気導入管
１６ａ小孔
１６ｂ底板
１６ｃ小孔
１７排気導出管
１８第１共鳴管
１９第２共鳴管
２共鳴管切換弁体
２１底板
２２長孔
２３第１連通孔
２４第２連通孔
２５第３連通孔
３コイルスプリング（付勢手段）
４０第１共鳴管
４０ａ第１連通孔
４１第２共鳴管
４１ａ第２連通孔
４２第３共鳴管
４２ａ第３連通孔
４３、４４開口部

Claims

消音器本体内に拡張室と共鳴室が形成され、
前記拡張室内にエンジンからの排気が導入される排気導入管が挿入され、
該排気導入管の周壁には前記拡張室内に常時連通する連通孔が形成され、
それぞれのコンダクティビィティが相違する複数の共鳴管の先端が前記共鳴室内に開口すると共に基部側開口が前記排気導入管の側壁部分にそれぞれ接続され、
前記排気導入管内にはその内周面に沿って軸方向摺動可能に収容され、該排気導入管内に導入される排気圧力により押圧摺動される共鳴管切換弁体と、該共鳴管切換弁体を押し戻す方向に付勢する付勢手段とが備えられ、
前記共鳴管切換弁体には該共鳴管切換弁体の摺動位置に応じて前記複数の共鳴管のいずれか１個又は複数個の基部側開口を前記排気導入管内と選択的に連通させる複数の切換連通路が形成されていることを特徴とする消音器。