JP2008169780A

JP2008169780A - マフラ

Info

Publication number: JP2008169780A
Application number: JP2007004871A
Authority: JP
Inventors: Yohei Toyoshima; 洋平豊島
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2008-07-24

Abstract

【課題】小型軽量で、占有スペースを必要とせず、車載デバイスとしてスペース的に有利で、しかも音響的にも優れた脈動吸収デバイス付きのマフラを提供すること。
【解決手段】両端をエンドプレート５、７によって閉じられた筒状のシェル３の内部に消音用の空洞９を画定しているマフラ１において、空洞９内の脈動圧を受ける振動板３９と当該振動板３９を支持している弾性部材３５とによる脈動吸収デバイス３１を、シェル３内に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車用エンジンの排気系等の消音に用いられるマフラに関し、特に、脈動吸収デバイスを具備したマフラに関するものである。

自動車用エンジンの排気系に生じる排気脈動を吸収低減する脈動吸収デバイスは、可動受圧力板によって脈動圧を受け、脈動圧が高い位相時には配管よりデバイス内に高い圧力を取り込み、脈動圧が低い位相時にはデバイス内に取り込んだ圧力を配管に吐き出すことにより、圧力変動（脈動）を緩和するものである。

脈動吸収デバイスによって管内脈動圧力が低減されることにより、排気系に設けられている消音用のマフラの騒音入力レベルが下がり、簡素なマフラによる排気系構造によって充分な騒音低減（消音）が可能になる。

この種の脈動吸収デバイスとして、ベローズ構造の脈動吸収体により区画された外側の区画室には不燃性オイルが充填され、内側の区画室が配管（排気通路）に連通し、内側の区画室に脈動圧を及ぼされる構造のものや（例えば、特許文献１）、振動吸収板に電磁的な駆動制御部が接続され、駆動制御部によって振動吸収板の振動特性（ばね特性）を可変設定できるものがある（例えば、特許文献２）。
特開２００１−９８９２２号公報特開２００１−１１０５４２号公報

従来の脈動吸収デバイスは、オイル充填、駆動制御部等を必要とし、小型軽量が難しく、コスト低減も難しい。しかも、従来の脈動吸収デバイスは、分岐型の脈動吸収デバイスとして、エキゾーストパイプの外側やマフラの外部に設けられるため、占有スペースを必要とし、車載デバイスとしてスペース的に不利なものである。

本発明は、上述の如き課題を解消するためになされたもので、小型軽量で、占有スペースを必要とせず、車載デバイスとしてスペース的に有利で、しかも音響的にも優れた脈動吸収デバイス付きのマフラを提供することを目的としている。

本発明によるマフラは、両端をエンドプレートによって閉じられた筒状のシェルの内部に空洞を画定しているマフラであって、脈動圧を受ける振動板と当該振動板を支持している弾性部材とによる脈動吸収デバイスが前記シェル内に設けられている。

本発明によるマフラは、両端をエンドプレートによって閉じられた筒状のシェルの内部に空洞を画定し、前記シェル内に固定配置されたバッフルプレートによって前記空洞が複数個の室に区切られ、これら室にガスを導くインレットパイプと、これら室よりガスを取り出すアウトレットパイプとが設けられたマフラであって、前記バッフルプレートに貫通装着され、当該バッフルプレートによって区切れたバッフルプレート両側の室を互いに連通する筒体と、前記筒体内にあって一端を前記筒体に係止された弾性部材と、前記弾性部材の他端に連結されて当該弾性部材より支持され、前記筒体内を移動自在な振動板とを有する。

本発明によるマフラは、好ましくは、前記振動板は前記筒体の内周面と非接触で、前記振動板の外周面と前記筒体の内周面との間に、環状の絞り流路を画定している。

本発明によるマフラは、好ましくは、前記弾性部材が円錐コイルばねである。

本発明によれば、脈動吸収デバイスがマフラのシェル内に設けられているから、占有スペースを必要とせず、車載デバイスとしてスペース的に有利で、しかも、脈動吸収デバイスは、振動板と、振動板を脈動圧に対抗する方向に付勢する弾性部材とによる簡素なものであるから、小型軽量化を図り易い。また、脈動吸収デバイスがシェル内に設けられたマフラ組み込み型であるから、シェルがデバイス放射音遮断のエンクロジャとして機能し、別途、デバイス放射音対策用エンクロジャを必要とすることがない。

以下、本発明によるマフラの一つの実施形態を、図１、図２を参照して説明する。

本実施形態のマフラは、全体を符号１により示されている。マフラ１は、筒状のシェル３と、シェル３の両端に設けられたエンドプレート５、７を有し、エンドプレート５、７によって両端を閉じられたシェル３の内部に消音用の空洞９を画定している。

シェル３内には二枚のバッフルプレート１１、１３がマフラ軸線方向（図１で見て左右方向）に互いに間隔をおいて固定配置されている。空洞９内は、バッフルプレート１１、１３によって三個の室２５、２７、２９に区切られている。バッフルプレート１３は、多数の小孔１５を明けられた穴あきバッフルプレートになっており、小孔１５によってバッフルプレート１３の両側の室２７と２９とが連通している。

マフラ１には、エンドプレート５、バッフルプレート１１、１３を貫通してインレットパイプ（フロントパイプ）１７が設けられている。インレットパイプ１７には、室２７へ向けて開口した多数の小孔１９が明けられている。インレットパイプ１７は、例えば、エンジン排気系のフロントエキゾーストパイプと接続され、排気ガスを室２７、２９に導く。

マフラ１には、エンドプレート７、バッフルプレート１３を貫通してアウトレットパイプ（リアパイプ）２１が設けられている。アウトレットパイプ２１は、所要の管長を得るべくＪ形に湾曲しており、室２９より排気ガスを大気中に放出する。

以上が、空洞型（拡散共振型）マフラの一般的構成であり、既存のものと同じ構成である。

本実施形態では、シェル３内に脈動吸収デバイス３１が設けられている。脈動吸収デバイス３１は、筒体３３と、弾性部材である圧縮コイルばね３５と、振動板（脈動吸収板）３９とにより構成されている。

筒体３３は、バッフルプレート１１に明けられた貫通孔２３に挿入されてバッフルプレート１１に貫通装着され、バッフルプレート１１によって区切れたバッフルプレート両側の室２５、２７を互いに連通している。

圧縮コイルばね３５は、本実施形態では、円錐コイルばねにより構成され、筒体３３内にあって、大径端（一端）３５Ａを係止部材３７によって筒体３３に係止されている。

振動板３９は、筒体３３内にあって、背面側を圧縮コイルばね３５の小径端（他端）３５Ｂに連結されて圧縮コイルばね３５より支持され、筒体３３内を軸線方向に移動自在になっている。振動板３９は、前側（図１にて右側）が室２７に向けて開口した受圧室４１になっており、受圧室４１に及ぼされる室２７内の脈動圧を受ける。

振動板３９は、脈動圧によって変形しない剛性を備えているものであり、板厚が２〜３ｍｍ程度の金属板によりに構成される。一方で、振動板３９は、脈動吸収動作上、低重量であることが好ましいので、板厚が０．５〜１ｍｍ程度の金属薄板に凹凸のビート形状を付与したもので構成することもできる。

振動板３９は筒体３３の内周面と非接触であり、振動板３９の外周面と筒体３３の内周面との間に、環状の絞り流路４３を画定している。

振動板３９の外周面と筒体３３の内周面との間のクリアランス、つまり絞り流路４３の幅寸法は、小さいほうが、脈動吸収性能は向上するが、振動板３９の径方向のぶれ動きによって振動板３９が筒体３３と干渉（接触）しないよう、１ｍｍ程度であることが好ましい。

脈動吸収デバイス３１は、室２７の脈動圧が高い位相時には、振動板３９が圧縮コイルばね３５のばね力に抗して図にて左方へ変位し、室２７の脈動圧が低い位相時には、振動板３９が圧縮コイルばね３５のばね力によって図にて右方へ戻るように変位する。

この振動板３９の動きによって室２７の圧力変動（脈動）が低減緩和される。また、室２７の圧力変動によってガスが絞り流路４３を流れることにより、粘性減衰効果も得られる。

このようにして脈動吸収デバイス３１によって脈動圧力が低減されることにより、マフラ１の騒音入力値が下がり、簡素なマフラ１による排気系構造によって充分な騒音低減（消音）が可能になる。

脈動吸収デバイス３１の最適仕様としては、振動板３９の受圧面積が１００〜３００ｍｍ^２、圧縮コイルばね３５のばね定数が４０００Ｎ／ｍ以下で、共振周波数が４０Ｈｚ以下であることが好ましい。

本実施形態で圧縮コイルばね３５として用いられる円錐コイルばねは、巻数に応じて巻径が変化するばねであり、圧縮変形しても、ばねを構成している素線同士が接触することがなく、最圧縮時の軸長が、径（巻径）が変化しない通常の圧縮コイルばねに比して短いので、圧縮コイルばね３５が円錐コイルばねによって構成されていれば、振動板３９が脈動を受けて往復動するストロークのばね設置によるデッドストロークが小さく、振動板３９の有効ストロークを大きく設定することができる。また、円錐コイルばねは、圧縮量の増加に応じて反発力が増加する割合が増える非線形のばね特性を示すから、広い周波数帯域の脈動を吸収することができる。

圧縮コイルばね３５は巻径が大きいことが好ましく、巻径が大きいことにより、低ばね定数の設定が容易になるとともに、振動による横ぶれも少なくなる。圧縮コイルばね３５は、脈動を受ける振動板３９の背面側にあり、マフラ１に導入される排気ガス等の高温ガスに直接曝されることがないから、高温ガスの影響を受け難く、高温化によるばね定数の変動、経時劣化が抑えられる。

脈動吸収デバイス３１の全体がマフラ１のシェル３内に設けられているから、脈動吸収デバイス３１の占有スペースを必要とせず、車載デバイスとしてスペース的に有利である。しかも、脈動吸収デバイス３１は、振動板３９と圧縮コイルばね３５とによる簡素なものであるから、小型軽量化を図り易く、安価に生産することができる。

脈動吸収デバイス３１は、シェル３内に設けられたマフラ組み込み型であるから、シェル３がデバイス放射音遮断のエンクロジャとして機能し、別途、デバイス放射音対策用エンクロジャを必要とすることがない。

特に、本実施形態では、脈動吸収デバイス３１がバッフルプレート１１に取り付けられるから、シェル３やエンドプレート５、７に取り付けられている場合に比して、振動板３９、圧縮コイルばね３５の動作に伴う放射音がマフラ１外へ透過するレベルが小さくなり、音響的に優れたものになる。この場合、バッフルプレート１１の形状を振動減衰し易い形状（例えば、蛇腹形状）に工夫したり、バッフルプレート１１の振動がシェル３に伝達しないようにする振動絶縁のスペーサ（例えば、耐熱性ゴムスペーサ）をバッフルプレート１１とシェル３との間に入れてもよい。

マフラ組み込みの脈動吸収デバイス３１では、振動板３９の径は、振動板３９が円形であると、マフラ１に内蔵できる限界が設計上決まってしまうが、振動板３９の受圧面積が大きい方が幅広い周波数域において脈動吸収効果が得られるから、マフラ組み込みで、振動板３９の受圧面積を大きくしたい場合には、振動板３９は、円形でなく、異形にしてもよい。

また、室２５の圧力抜きのために、図３に示されているように、バッフルプレート１１に、室２５と２７とを連通する連通孔４５が設けられていてもよい。

なお、振動板３９を脈動圧に対抗する方向に付勢する弾性部材は、円錐コイルばねに限られることはなく、巻径が変化しない通常の圧縮コイルばね、竹子ばね、その他、種々の弾性要素により構成することができる。

実施形態によるマフラの断面図。実施形態によるマフラの脈動吸収デバイス部分の拡大断面図。他の実施形態によるマフラの断面図。

符号の説明

１マフラ
３シェル
５、７エンドプレート
９空洞
１１、１３バッフルプレート
１５小孔
１７インレットパイプ
１９小孔
２１アウトレットパイプ
２３貫通孔
２５、２７、２９室
３１脈動吸収デバイス
３３筒体
３５円錐コイルばね
３７係止部材
３９振動板
４１受圧室
４３絞り流路
４５連通孔

Claims

両端をエンドプレート（５、７）によって閉じられた筒状のシェル（３）の内部に消音用の空洞（９）を画定しているマフラ（１）であって、
前記空洞（９）内の脈動圧を受ける振動板（３９）と当該振動板（３９）を支持している弾性部材（３５）とによる脈動吸収デバイス（３１）が前記シェル（３）内に設けられていることを特徴とするマフラ。
両端をエンドプレート（５、７）によって閉じられた筒状のシェル（３）の内部に消音用の空洞（９）を画定し、前記シェル（３）内に固定配置されたバッフルプレート（１１、１３）によって前記空洞（８）が複数個の室（４７、４９、５１）に区切られ、これら室（４７、４９、５１）にガスを導くインレットパイプ（１７）と、これら室（４７、４９、５１）よりガスを取り出すアウトレットパイプ（２１）とが設けられたマフラ（１）であって、
前記バッフルプレート（１１）に貫通装着され、当該バッフルプレート（１１）によって区切れたバッフルプレート両側の室（４７、４９）を互いに連通する筒体（３３）と；
前記筒体（３３）内にあって一端（３５Ａ）を前記筒体（３３）に係止された弾性部材（３５）と；
前記弾性部材（３５）の他端（３５Ｂ）に連結されて当該弾性部材（３５）より支持され、前記筒体（３３）内を移動自在な振動板（３９）と；
を有することを特徴とするマフラ。
前記振動板（３９）は前記筒体（３３）の内周面と非接触で、前記振動板（３９）の外周面と前記筒体（３３）の内周面との間に、環状の絞り流路（４３）を画定していることを特徴とする請求項２に記載のマフラ。
前記弾性部材（３５）が円錐コイルばねであることを特徴とする請求項２または３に記載のマフラ。