JP2009024518A - Buffer device attached to exhaust system of reciprocal engine - Google Patents
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Description
自動車の排気騒音や大気汚染を防止する環境技術を必要とする自動車産業分野。 Automotive industry that requires environmental technology to prevent automobile exhaust noise and air pollution.
自動車排気ガスは一方で排出汚染成分の面から運転条件や触媒装置によって清浄化が図られており、また排気騒音の要因として消音装置が必須とされその性能も重要視されてきている。多くの容積型エンジンでは排気系に脈動があり、触媒装置内の排気の流れに影響しており、また排気騒音の主な要因とも見做されている。従来から排気系には消音装置と触媒装置が必要とされているが、脈動を触媒装置の上流で減衰させることは普通には実現していなかった。触媒の温度維持や従来の排気系の技術を踏襲するだけでは革新的な脈動対策の装置が導入されてこなかったが、排気系での脈動を減衰させる技術が進歩してきたので一般の自動車に搭載し実用化できる基盤が整った。 On the other hand, automobile exhaust gas is cleaned by operating conditions and a catalytic device in terms of exhaust pollutant components, and a silencer is indispensable as a factor of exhaust noise, and its performance is also regarded as important. Many positive displacement engines have pulsation in the exhaust system, which influences the flow of exhaust gas in the catalyst device, and is considered to be a major factor of exhaust noise. Conventionally, an exhaust system has required a silencer and a catalyst device, but it has not been normally realized to attenuate pulsation upstream of the catalyst device. Innovative pulsation countermeasures have not been introduced just by maintaining the catalyst temperature and following conventional exhaust system technology, but the technology for attenuating pulsation in the exhaust system has advanced, so it is installed in ordinary automobiles. And the foundation for practical use was in place.
エンジンの排気系では高温度の排気ガスが流動しており、装置は耐熱性の限界以内で使用することが前提となる。また排気系の脈動の要因は波動の1方向、1周期の実体積流量であり、バッファーとしてはその体積流量に対応する容積変化の容量と能力が必要である。
装置の配置位置や温度も影響するがエンジンの1シリンダー行程容積が一つの目途であり、効果的な脈動減衰を実現するにはガソリンエンジンでは0.5L,ディーゼルエンジンでは1〜1.5L程度を容器の可変容量が必要と見做せる。容器の耐熱性と可変容量を確保することが課題である。
High-temperature exhaust gas flows in the exhaust system of the engine, and it is assumed that the device is used within the limit of heat resistance. Further, the cause of the pulsation of the exhaust system is the actual volume flow rate in one direction and one cycle of the wave, and the buffer needs a capacity and capacity of volume change corresponding to the volume flow rate.
Although the position of the device and the temperature are also affected, the one-cylinder stroke volume of the engine is one target, and in order to achieve effective pulsation damping, 0.5L is required for gasoline engines, and 1 to 1.5L is recommended for diesel engines. It seems that a variable capacity of the container is necessary. It is a problem to ensure the heat resistance and variable capacity of the container.
排気系でも触媒装置などを配置する位置では350℃以上600℃にも達する高温排気ガスが流動するが、その排気管から分岐した側方の管路では平均流量がゼロである。さらに200mm以上の距離を隔てて分岐点よりあまり高くない位置の温度は管壁の熱伝導や冷却風にもよるが、300℃以下に保つことが可能である。 In the exhaust system, high-temperature exhaust gas reaching 350 ° C. or more and 600 ° C. flows at the position where the catalyst device or the like is disposed, but the average flow rate is zero in the side pipe branched from the exhaust pipe. Further, the temperature at a position that is not much higher than the branch point with a distance of 200 mm or more depends on the heat conduction of the tube wall and the cooling air, but can be kept at 300 ° C. or lower.
分岐管路の長さと方向・位置などにより、ほぼ250℃以下になるような条件を選定して耐熱性に制約のあるバッファー装置の容器を配置する方法を手段の一つとした。容器の可変容量を例えば0.5L以上とするために扁平な容器の表面で例えば160cm2以上の面積を確保してシリコーンゴム薄膜を容器下面側の壁面として構成することを選んだ。分岐管の流路断面積、容器の大きさやそれに取り付けるシリコーンゴム薄膜の表面積や厚さ硬度などはエンジンのシリンダー容積などを考慮して適宜選択する。 One of the means was a method of arranging a container of a buffer device having a restriction on heat resistance by selecting a condition of approximately 250 ° C. or less depending on the length, direction, and position of the branch pipe. In order to set the variable capacity of the container to 0.5 L or more, for example, an area of 160 cm 2 or more was secured on the surface of the flat container, and the silicone rubber thin film was selected as the wall surface on the lower surface side of the container. The flow passage cross-sectional area of the branch pipe, the size of the container, the surface area and thickness hardness of the silicone rubber thin film attached thereto are appropriately selected in consideration of the cylinder volume of the engine.
多くの自動車エンジンは4シリンダーまたは6シリンダーであるが普通の4サイクルではそれぞれ2回転に一回の排気行程があってほぼ等間隔に排気弁から排気管にシリンダー内のガスが流出あるいは排出される。 Many automobile engines have 4 cylinders or 6 cylinders, but in the normal 4 cycles, there is one exhaust stroke every 2 rotations, and the gas in the cylinder flows out or exhausts from the exhaust valve to the exhaust pipe at almost equal intervals. .
この流出によりそれぞれ(シリンダー数)×(1/2回転数)を基にする脈動が排気管に存在して下流側に移動する。排気弁からある程度の距離をおいた集合は排気管部では主として各シリンダーからの周期的な排出量変化に応じた流速と圧力の脈動になる。脈動の周期はエンジン回転数とシリンダー数により決まるが、振幅下流側の流れ抵抗や上流側の与えられた振幅すなわち1周期、1方向流量に影響される。振幅に対してこの発明による装置の減衰効果が如何に大きく寄与するかが重要である。この減衰効果は分岐管からの経路の流れ抵抗がほぼ無視できるとして、容器を閉じられた条件における容積変化と内部圧力の関係すなわち静特性から推定できる。 As a result of this outflow, pulsations based on (number of cylinders) × (1/2 number of revolutions) exist in the exhaust pipe and move downstream. The assembly at a certain distance from the exhaust valve mainly becomes a pulsation of flow velocity and pressure corresponding to a periodic change in the discharge amount from each cylinder in the exhaust pipe portion. The cycle of pulsation is determined by the engine speed and the number of cylinders, but is affected by the flow resistance on the downstream side of the amplitude and the given amplitude on the upstream side, that is, one cycle and the unidirectional flow rate. It is important how much the damping effect of the device according to the invention contributes to the amplitude. This damping effect can be estimated from the relationship between the volume change and the internal pressure, i.e., static characteristics, when the container is closed, assuming that the flow resistance of the path from the branch pipe is almost negligible.
本発明によると排気系の脈動を効果的に減衰させることができるが、本装置の容量と装着する排気系位置により影響される平均圧力などにより効果の程度は変化する。また、脈動の1周期変動流量と装置の容量との比較で効果は異なる。ガソリンエンジンでは同じシリンダー行程容積でも回転数だけでなく負荷により流量が変化するので一概には減衰効果を定められないが、例えばサブマフラーや触媒を経由した下流側では脈動振幅を1/3〜1/4以下に抑制することは容易である。 According to the present invention, the pulsation of the exhaust system can be effectively attenuated, but the degree of the effect varies depending on the average pressure influenced by the capacity of the apparatus and the position of the exhaust system to be mounted. Further, the effect differs depending on the comparison between the one-cycle fluctuation flow rate of the pulsation and the capacity of the apparatus. In a gasoline engine, even if the cylinder stroke volume is the same, the flow rate changes not only with the rotational speed but also with the load, so it is not possible to determine the damping effect.However, for example, the pulsation amplitude is reduced to 1/3 to 1 on the downstream side via a sub-muffler or catalyst. It is easy to suppress to / 4 or less.
本発明による効果の一つは触媒装置の上流側に装着したときには触媒担体での排気ガスの流れを均一化する効果があって反応効率を改善できることである。ペレット触媒では摩滅を減少できる効果もある。モノリス型では流れの均一化により流れ抵抗を減少できる効果があり同じ温度でも反応効率を向上させることができる。 One of the effects of the present invention is that, when mounted on the upstream side of the catalyst device, there is an effect of making the flow of exhaust gas on the catalyst carrier uniform, and the reaction efficiency can be improved. The pellet catalyst also has the effect of reducing wear. The monolith type has the effect of reducing the flow resistance by making the flow uniform, and the reaction efficiency can be improved even at the same temperature.
本発明による排気系での脈動減衰の効果は自動車騒音の抑制に効果があり、中でもとくに低周波領域の音響減衰に効果が大きいので、従来のメインマフラーを画期的に小型化しても十分な消音効果が挙げられる。 The effect of pulsation attenuation in the exhaust system according to the present invention is effective in suppressing automobile noise, and in particular, it is effective in acoustic attenuation in the low frequency region. Therefore, it is sufficient even if the conventional main muffler is downsized. There is a mute effect.
図1には本発明のバッファー装置を排気系に装着した例を図式的に示している。
エンジン11の排気マニホールド12から集合排気管を経由して触媒装置あるいはプレマフラー13が配置されその下流に排気管14が接続されている。排気管14から側方管路15が分岐され扁平なバッファー1に接続されている。このとき図2に示すように排気管14から側方管路15に分岐する流路で抵抗を小さく出来るように滑らかな拡大管路16にし、バッファー1の筐体2との接続においては気密性を確保し柔軟な接合を可能にする耐熱性ブッシュ9を用いている。
FIG. 1 schematically shows an example in which the buffer device of the present invention is mounted on an exhaust system.
A catalyst device or a pre-muffler 13 is disposed from an
図3に示すようにバッファー1の筐体2の下面側には耐熱性のシリコーンゴム薄膜3が気密性を保って取り付けてあり、上面側には車体に遮熱板22が配置され取付金具7により車体と緩やかに結合されている。ゴム薄膜3は周辺部にO−リングを取り付けた構造とするかあるいは周辺部の一部を0.6mm以上のやや厚めのシリコーンゴム板で構成して気密性保持とともに0.4mm程度以下の厚さのシリコーンゴム薄膜を保護するようにする。
As shown in FIG. 3, a heat-resistant silicone rubber
ゴム薄膜3の外側には外気が自由に出入りできるパンチングメタル板5が配置されて外部からゴム膜に加えられる障害を保護・防止する。筐体2にはゴム膜3に適合するフランジ8が設けてあり、パンチングメタル5を取り付けた抑え金具4と一体化された対応するフランジ6とフランジ8との間にゴム膜3を挟み、ゴム膜3の周辺を気密が確保されるように締め付ける。筐体2は側方管路15によって支持されるだけでなく取付金具7により緩やかに車体に結合される。車体の下側にバッファー1との間に遮熱板22が配置されている。
A
本発明による排気系のバッファー装置は四輪自動車の場合には図1に示すようにエンジンから車体床下にかけて排気系を配置するときに、例えばプレマフラーとメインマフラーの間に排気管14に側方管路15を介してバッファー装置1として配置する。エンジン排気マニホールド12では各シリンダーからの排気行程を主とする排気ガスの流出を原因とする圧力上昇が引き金となって圧力波形に脈動を生じる。この脈動の主な周期は4シリンダーの場合は2回転に4周期すなわち1回転に2周期となる。プレマフラー13の下流の排気管14では圧力波形が図4のaのようなかなり大きな振幅でほぼ正弦波(サインカーブ)状である。
In the case of a four-wheeled vehicle, the exhaust system buffer device according to the present invention is arranged laterally to the
分岐管路16では平均流量は変わらないが脈動分流量の大部分が側方管路15に流入・流出するのでメインマフラー前側の排気管17では圧力波形の振幅は図4のbのようにaの場合よりも大幅に減少する。これは側方管路15からバッファー1に排気ガスが流入したり、逆に流出したりする効果であるが、ホルムヘルツの共鳴箱とは異なりバッファー1の静的な圧力と容積変化の関係から生じる効果によるものである。
In the
図5にバッファーを密閉したときの内部圧力と付加または減じた容積(容積変化)の静的関係を示す。図5において1周期の一方向(流入あるいは流出)実体積脈動流が300ccで平均圧力が0.8kPaとすると、容積変化範囲が300ccでほぼ横軸方向の矢印範囲で示したように600cc程度の容積変化は1kPa程度の圧力変化に対応し、バッファー1で完全に吸収できることが判る。実際には管路抵抗などがあり図4、bのように僅かな振幅は残るが無視できる程度である。従ってメインマフラー18の容量は極めて少なくて済み、排気系の抵抗を減少できるデフューザー19の利用も容易になる。排気系の軽量化に加えて排気系の抵抗減少効果などから燃料消費率改善にも関連する。
FIG. 5 shows a static relationship between the internal pressure when the buffer is sealed and the added or reduced volume (volume change). In FIG. 5, assuming that the actual volume pulsating flow in one direction (inflow or outflow) in one cycle is 300 cc and the average pressure is 0.8 kPa, the volume change range is 300 cc, which is about 600 cc as shown by the arrow range in the horizontal axis direction. It can be seen that the volume change corresponds to a pressure change of about 1 kPa and can be completely absorbed by the buffer 1. Actually, there is a pipe resistance, etc., and a slight amplitude remains as shown in FIG. Therefore, the capacity of the
本装置は容積型ポンプなど脈動を生じる流体機械にはその吸入系、排気系において脈動減衰のために広く用いられる可能性がある。とくに消音器を用いている場合に従来の形状よりも遙かに小型軽量化が可能な点で有利であろう。例えば2輪車のように限られたスペースで消音を必要とするときに極めて重用される可能性が高い。 This apparatus may be widely used for pulsation attenuation in the suction system and the exhaust system of a fluid machine that generates pulsation such as a positive displacement pump. In particular, when a silencer is used, it will be advantageous in that it can be much smaller and lighter than the conventional shape. For example, when there is a need to mute in a limited space such as a two-wheeled vehicle, there is a high possibility that it will be used extremely heavily.
1 バッファー装置
2 バッファー装置の筐体
3 シリコーンゴム薄膜
4 抑え金具
5 パンチングメタル薄板
6 フランジ
7 取付金具
8 フランジ
9 耐熱性ブッシュ
10
11 エンジン
12 エンジン排気マニホールド
13 プレマフラー
14 排気管
15 側方管路
16 拡大分岐管路
17 排気管
18 メインマフラー
19 デフューザー
20
21 遮熱版
22 遮熱版
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Buffer apparatus 2 Buffer apparatus housing | casing 3 Silicone rubber thin film 4 Holding metal fitting 5 Punching metal
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11
21 Heat insulation plate 22 Heat insulation plate
Claims (3)
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JP2007185777A JP2009024518A (en) | 2007-07-17 | 2007-07-17 | Buffer device attached to exhaust system of reciprocal engine |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011115340A (en) * | 2009-12-02 | 2011-06-16 | Ntt Facilities Inc | Jet head, and gas fire extinguishing system |
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2007
- 2007-07-17 JP JP2007185777A patent/JP2009024518A/en active Pending
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