JP2009531582A - 特に自動車用の排ガス消音装置 - Google Patents

Abstract

吸込口（１３）と，その反対側の端部に排出管（２９）が設けられた円筒状外被（１）とを備える，特に自動車用の排ガス消音装置。円筒状外被（１）は，少なくとも３つの幅方向に配置された間仕切部（２，３，４）によって画定された少なくとも４つの作動区画（５，６，７，８）に内部に有し，これらの作動区画に，軸方向に配置された複数の要素，特に複数の抑制要素と，複数の膨張室と，渦流室と，複数の共振器と，回転要素と，偏向要素と，集積要素とを収容すると共に，円筒状外被（１）の排出管（２９）とは反対側に吸込区画（１０）を設け，該吸込区画（１０）で排ガス吸込孔（１８）を備えた第１作動区画（５）を自由に取り囲み，吸込区画(１０）を円筒状外被（１）の表面に付加した。

Description

本発明は，吸込口と，その反対側に排出管が設けられた円筒状外被とを備える，特に自動車用の排ガス消音装置に関する。

自動車の走行用エンジンは騒音波を発生するが，その騒音波を運ぶ媒体はエンジンから周囲環境までのパイプによって導かれる排ガスの脈動流である。騒音の強度は，損失の増大に比例して低下することが知られている。このような損失は騒音エネルギーを吸収することによって増大させることができるので，そのためにガラスウールなどの様々な充填材を使用することも，或いは排ガスの流れに沿って配置された複数の共振器を使用することもできる。騒音波を通過させる有孔壁の使用も知られている。或いは，排ガスの収縮及び膨張の繰り返し，或いは主排ガス流の少なくとも一部の方向変更，騒音波の更なる反射及び排ガス経路の延長，或いは排ガスの冷却も知られている。消音装置によってもたらされる効果は，エンジンシリンダーの作動容積に対する消音装置の容積の比率によっても変わる。排ガス消音装置の今日の設計傾向は，上記の抑制手段の様々な組み合わせとそれぞれの配置とを示唆している。例えば，既知の解決法の１つとして，チェコ特許第２８６９３９号による解決法が挙げられる。これは，細長いケースを備え，このケースの内部空間は，複数の平行間仕切部と，その端に間隙が交互に配置された複数の間仕切部，或いはそれぞれの中央部分に開口が設けられた複数の間仕切部とによって分割され，排ガスが流れる方向に容積が大きくなる複数の室を形成する。このような解決法は，排ガスの騒音波を抑制するが，騒音波の残留強度に関する今日の必要条件を満たすには到底至らない。

更に別の既知の解決法として，その開示後に不利に終結したチェコ特許第ＰＶ１９９３−２２６４号による解決法が挙げられる。これは，１群の小さな孔と複数列のより大きな孔とを備えた孔あき管を収容する室を備える。この孔あき管は，一対の円錐体によって形成された中空の反射体を含み，各円錐体の広がった端部の間に間隙を有する。この孔あき管の端部には，より大きな孔がいくつか設けられている。この解決法は，複数の大きな孔と複数の小さな孔とを有する孔あき管を挿入し，これらの孔を通って排ガスの各部分がそれぞれ異なる距離を経て室の外部ゾーンに入り，そこで排ガスの混合及び渦流が起こり，その後に排ガスが孔あき管に戻ることによって，より高い騒音波抑止効率を達成する。ただし，抑制規模に関する今日の必要条件は，この解決法によっても満たされていない。

消音装置の更に別の実施態様は，消音装置の代替案がいくつか記載されている欧州特許第１４７７６４２号明細書によって提供されている。これらの代替案は，細長いケース内に，一方の側からほぼ２／３の長さまで貫入する吸込管と，反対側から約２／３の長さまで貫入する排出管とを備える。これらの管の少なくとも１つに，１群の開口が設けられている。これらの管を担持する複数の間仕切部にも開口が形成される。この解決法は，残りの１／３の長さにおいて，一方では，排ガス流を圧縮し，他方では，排ガス流の方向を変えて管を担持する間仕切部の孔群に戻すことによって，排ガス流の速度と乱れを変化させる。この実施態様においては，排ガスの一部が排出管に入り，自由大気に放出される排ガス流の大部分がそこで旋回することによって騒音波のより強力な抑制も保証される。それにもかかわらず，このような解決法は，いずれにしても，今日の自動車に求められている騒音波の抑制強度を達成しない。

発明の目的
本発明の目的は，上記の不具合及び欠点を解消し，エンジンの残留騒音強度を最小限度まで減らす排ガス消音装置を作製することである。

本発明の消音装置，特に自動車用の排ガス消音装置は，上記の課題を達成し，上記の不具合及び欠点を解消する。この排ガス消音装置は，円筒状外被が，少なくとも３つの幅方向に配置された間仕切部によって画定された少なくとも４つの作動区画を内部に有し，これらの作動区画には，軸方向に配置された複数の要素，特に，複数の抑制要素と，複数の膨張室と，渦流室と，複数の共振器と，回転要素と，偏向要素と，集積要素とを収容すると共に，円筒状外被の，排出管とは反対側に，吸込区画を設け，該吸込区画で排ガスの吸込孔を備えた第１作動区画を自由に取り囲み，前記吸込区画を円筒状外被の表面に付加したことを特徴とする。

好適な一実施態様において，吸込区画は，テーパ部分と，これに隣接すると共に環状底を備えた円筒部分とによって形成される。環状底は，第１作動区画と第２作動区画との間の第１間仕切部の位置で，吸込区画を円筒状外被の表面に取り付ける役割を果たす。テーパ部分は，軸方向に配置された吸込口とこれに対向して配置された反射シールドとを備える。反射シールドは，円錐台の形状を有し，その周囲に距離をおいて設けられた偏向カラーを備え，この偏向カラーは吸込区画のテーパ部分の内面に取り付けられている。

別の好適な実施態様では，第１作動区画は，カバーとこれに対向して配置された第１間仕切部と，このゾーンに１群の吸込孔が設けられた円筒状外被の対応部分とによって画定され，１群の吸込孔は，吸込区画の内部空間を，一対の膨張室を収容する第１作動区画の内部空間に接続し，第１膨張室は１群の貫通孔をその周囲に有すると共に，第２膨張室を貫通する供給管をその軸部分に有し，第２膨張室は接線方向に向いた第１群の吸込チャネルをその外被に有することができる。

更に別の好適な実施態様は，第１間仕切部と第２間仕切部とによって画定された第２作動区画を円筒状外被内に有する。第２作動区画は，その内部空間に，第２膨張室の端部と，第１間仕切部を同軸方向に貫通する供給管の端部とを含み，第１間仕切部は，一方では，第２膨張室の周囲に半径方向に配置された，第１作動区画の内部空間を第２作動区画の内部空間に接続する１群の管共振器を備え，他方では，半径方向に配置された複数群のバイパス孔を更に備え，前記内部空間には，供給管及び第２膨張室の前記端部に対向して孔あき管が更に配置され，前記孔あき管は第２間仕切部を位置不動に貫通して第３作動区画に入り，前記孔あき管はその前端に第１の漏斗形シールドを備え，前記第１の漏斗形シールドの後ろに集積シールドを備え，前記集積シールドの前方に第１群の貫通チャネルが設けられる。

また，本発明によれば，第３作動区画は，その円筒状外被内の第２間仕切部と第３間仕切部とによって画定されると好適である。第３作動区画は，その内部空間に，第２間仕切部を貫通する孔あき管の中央部分を収容し，第２間仕切部は，一方では，孔あき管の周囲に半径方向に配置された，第２作動区画の内部空間と第３作動区画の内部空間とを相互接続する第２群の管共振器を備え，他方では，半径方向に配置された第２群のバイパス孔を更に備え，孔あき管の中央部分は，第２群の管共振器から距離をおいて，第２の閉じた漏斗形シールドを備え，第２の閉じた漏斗形シールドはその前方に第２群の小さな貫通チャネルを有し，第２の閉じた漏斗形シールドの後ろには，孔あき管の中央部分に，位置不動に収容された渦流室があり，渦流室はその開放端によって第３間仕切部の環状孔の周囲に取り付けられ，接線方向に向いた第２群の吸込チャネルをその外被に有する。

第４作動区画は，円筒状外被内の第３間仕切部と閉塞板とによって画定することができ，その内部空間に，第３間仕切部の中央部分を貫通して排出管の前方で終端する孔あき管の端部を含むことができる。

排ガス消音装置の第１群の管共振器及び第２群の管共振器の各個別部品は，その断面を矩形にでき，その自由端を斜めの切り口とすることができる。本発明による排ガス消音装置の利点は，特に，エンジンからの排ガスがそこを通過する間に少なくとも１回は複数の部分流に分割され，これらの部分騒音波の位相がずれ，それぞれの波長が変わることにある。第２作動区画の内部，すなわち混合空間に入ると，すべての部分騒音波が干渉し合うことによって，いわゆる音響結合が発生するため，騒音レベルが低下する。この干渉は，抑制プロセスの主要部分を表す。消音装置を通る排ガス流に対する抵抗が小さく，同時に低い対向圧下で騒音波が効率的に干渉し合うため，他の排ガス消音装置に比べ，燃料消費量の更なる削減も可能になる。テストによって証明されるように，本発明による消音装置の出口における騒音波の残留強度は，既知の消音装置の各実施態様に比べるとかなり低い。

図面の説明
本発明の好適な一実施態様を図面に示す。この図面は，特に自動車用の排ガス消音装置の不等角投影図及び部分断面を表している。

本発明による消音装置は，本実施態様に示すように，部分的に通過可能な少なくとも２つの移動部２，３と通過不能な１つの間仕切部４とによって内部空間が幅方向に分割された円筒状外被１から成る。第１作動区画５はカバー９によって塞がれ，カバー９の前方には吸込区画１０が配置され，該吸込区画１０はテーパ部分１１と円筒部分１２とから成り，テーパ部分１１と円筒部分１２とは相互に接続されている。テーパ部分１１は，軸方向に配置された排ガス吸込口１３を吸込管１４の後に備える。吸込区画１０の円筒部分１２は，円筒状外被１をその第１作動区画５のゾーンにおいて自由に包囲し，間仕切部２の位置において，その環状底１５によって円筒状外被１の表面に気密に取り付けられる。拡散器を形成する吸込区画１０のテーパ部分１１は，軸方向に配置された円錐台形状の反射シールド１６を支える。すなわち，反射シールド１６の周囲には距離をおいて偏向カラー１７が設けられ，この偏向カラー１７が吸込区画１０のテーパ部分１１の内面に取り付けられる。

カバー９と環状底１５との間のゾーンには，円筒状外被１の周囲全体にわたって，吸込区画１０の内部空間を第１作動区画５の内部空間に接続する１群の供給口１８が設けられる。第１作動区画５は，一対の膨張室１９，２０を収容する。これらの膨張室のうち，第１膨張室１９はカバー９の内壁に強固に取り付けられ，その周囲に１群の貫通孔２１を有する。この第１膨張室１９の後ろに，強固に取り付けられた第２膨張室２０が続く。第２膨張室２０は，環状の間仕切部２２によって第１膨張室１９から分離されている。環状の間仕切部２２の中央部分は，第２膨張室２０を貫通して第１膨張室１９の内部空間と第２作動区画６の内部空間とを相互に接続する供給管２３を固定する。この第２膨張室２０の外被は，接線方向に向いた第１群の吸込チャネル２４を備えると共に第１間仕切部２を貫通して，供給管２３と同軸に第２作動区画６の第２空間に入り，そこで完全に開口する。第１間仕切部２は，第２膨張室２０の外周に半径方向に取り付けられた第１群の管共振器２５を配置する。前記共振器は，第１作動区画５の内部空間と第２作動区画６の内部空間とを連絡する。第１群の管共振器２５の個別部品は，それぞれの自由端の切り口が斜めであり，それぞれの断面の詳細は特定されていない。各個別部品の断面は，提示された実施態様においては，矩形であり，長さはそれぞれ異なる。第２膨張室２０の外周の第１間仕切部２には，半径方向に配置された第１群のバイパス孔２６が第１群の管共振器２５の個別部品間に設けられる。

貫通管２３とは反対側において，第２作動区画６の内部空間は，貫通管２３から距離をおいて，孔あき管２７を軸方向に収容する。孔あき管２７は，それ自体が取り付けられた第２間仕切部３を貫通して第３作動区画７に達し，更に第３間仕切部４を貫通して第４作動区画８に入り，第４作動区画８を塞ぐ閉塞板２８の前方で開放して終端する。閉塞板２８には，排ガスの排出管２９が設けられている。

孔あき管２７の前端は，第１の閉じた漏斗形シールド３０を担持し，このシールドの後方に距離をおいて，第１の閉じた漏斗形シールド３０の直径に重なる集積シールド３２を担持し，この孔あき管２７は，漏斗形シールド３０と集積シールド３２の間の部分に第１群のチャネル３１を有する。集積シールド３２の底部には，第２間仕切部３が続く。第２間仕切部３は，孔あき管２７の外周に半径方向に取り付けられ，第２作動区画６の内部空間と第３作動区画７の内部空間とを連絡する第２群の管共振器３３を配置する。第２群の管共振器３３の個別部品は，それぞれの自由端の切り口が斜めであり，それぞれの断面形状は定められていない。本実施態様による断面は矩形であり，長さはそれぞれ異なる。孔あき管２７の外周に位置する第２間仕切部３には，第２群の管共振器３３の個別部品間に，半径方向に配置された第２群のバイパス孔３４が設けられる。孔あき管２７は，第２群の管共振器３３から距離をおいて，第２の閉じた漏斗形シールド３５を備え，この第２の閉じた漏斗形シールド３５の前方に第２群の貫通チャネル３６が設けられる。第３作動区画７は，閉じた漏斗形シールド３５の後ろに，渦流室３７を収容する。渦流室３７の外被は，接線方向に向いた第２群の吸込チャネル３８を備える。渦流室３７の一端は孔あき管２７に取り付けられ，他端は第４作動区画８に開口する開放端であり，第３間仕切部４の環状開口３９に取り付けられる。

本発明による排ガス消音装置は，以下のように動作する。

図示されていないエンジン，例えば燃焼機関を出た排ガスは，吸込管１４と吸込口１３とを通り，拡散器として機能する吸込区画１０の膨張空間に導かれる。そこで，排ガスの一部は反射シールドｌ６に激突し，一部は消音装置の円筒状外被１のカバーに設けた偏向カラー１７を通過する。これにより，排ガスの乱流作用と騒音波の位相ずれが引き起こされ，排ガスは更に供給口１８を通って第１作動区画５の内部空間に入る。供給口１８での収縮と，その後の第１作動区画５の内部空間での膨張とによって，騒音波は抑制される。排ガスは，上記空間から，一方では，貫通孔２１を通って第１膨張室１９に入り，更に供給管２３を通って第２作動区画６の内部空間に流れ，他方では，接線方向に向いた第１群の吸込チャネル２４を通って第２膨張室２０に入り，そこで吸込チャネル２４の接線方向の向きにより排ガスの強い乱流が発生し，その後，ガスは第２作動区画６の内部空間に自由に入る。作動区画５からの排ガスも第２作動区画６の内部空間に入る。すなわち，その斜めの切り口によって共振効果を防止する半径方向に配置された第１群の管共振器２５を通るものと，第１間仕切部２の第１群のバイパス孔２６を通るものとがある。第２作動区画６においては，複数の部分流が混合される。すなわち，第１作動区画５から第１群のバイパス孔２６を出てきた排ガス流と，第１膨張室１９から供給管２３を通ってきた排ガス流と，第２膨張室２０から開放出口を通ってきた排ガス流と，最後には，第１群の管共振器２５を出てきた排ガス流とが混合される。この排ガス流は，第１群の管共振器２５を通過したことにより，波伝搬の位相遅延を有する。第２作動区画６の内部空間内で両方の流れの間に干渉が発生するため，騒音エネルギーが低減，すなわち抑制される。排ガスが，第２作動区画６の内部空間，すなわち混合空間において，まず，閉じた漏斗形シールド３０に衝突することによって，排ガスの両方の流れの干渉が向上し，同時に流れの性質と騒音波とが次の分割の前に均質化される。次に，適合化された排ガスの一部は，集積シールド３２の助けによって，第１群の貫通チャネル３１と孔あき管２７とに入り，前記排ガスの大部分は，第２間仕切部３の第２群のバイパス孔３４と第２群の管共振器３３とを通って，第３作動区画７に流れ込む。第３作動区画７は，排ガス流の混合要素及び分流器の両方として機能する。孔あき管２７を通って流れ，騒音波の均質化された排ガスの一部は，そこから第２群の貫通チャネル３６を通って第３作動区画７の内部空間に入る。この第２群の貫通チャネル３６を通過することによって，この部分を通って運ばれる排ガス流の騒音波が消音化される。第２群の管共振器３３を出た部分排ガス流は，これらの共振器のために，それぞれの騒音範囲の位相が再びずれる。第２の閉じた漏斗形シールド３５の作用により，作動区画７のこの内部混合空間では，全ての部分流の騒音範囲の別の干渉が発生するため，騒音が更に抑制される。排ガスの一部は，前記貫通チャネル３６を通って孔あき管２７に入り，孔あき管２７に導かれて第４作動区画８の内部空間に入る。排ガスの更に別の部分は，接線方向に向いた第２群の吸込チャネル３８に入って渦流室３７に進み，そこで吸込チャネル３８の接線方向の向きのために排ガスは更に強く渦巻き，その後，渦流室３７から第３間仕切部４の環状開口３９を通って，第４作動区画８に進む。ここで，排ガスの両方の流れが混合され，直ちに排出管２９に入り，孔あき管２７の端部から出た一部の排ガスの噴出効果によって，排ガスが排出管２９から周囲大気に出る。

本発明による排ガス消音装置は，高い騒音抑制値が求められる場合に，自動車に有利に使用することができる。

無し

符号の説明

１ 円筒状外被
２ 第１間仕切部
３ 第２間仕切部
４ 第３間仕切部
５ 第１作動区画
６ 第２作動区画
７ 第３作動区画
８ 第４作動区画
９ カバー
１０ 吸込区画
１１ テーパ部分
１２ 円筒部分
１３ 吸込口
１４ 吸込管
１５ 環状底
１６ 反射シールド
１７ 偏向カラー
１８ 排ガス吸込孔
１９ 第１膨張室
２０ 第２膨張室
２１ 貫通孔
２２ 環状の間仕切部
２３ 供給管
２４ 第１群の吸込チャネル
２５ 第１群の管共振器
２６ 複数群のバイパス孔
２７ 孔あき管
２８ 閉塞板
２９ 排出管
３０ 第１の漏斗形シールド
３１ 第１群の貫通チャネル
３２ 集積シールド
３３ 第２群の管共振器
３４ 第２群のバイパス孔
３５ 第２の閉じた漏斗形シールド
３６ 第２群の貫通チャネル
３７ 渦流室
３８ 第２群の吸込チャネル
３９ 環状孔

Claims (8)

1. 吸込口（１３）と，その反対側端部に排出管（２９）が設けられた円筒状外被（１）とを備え，前記円筒状外被（１）の内部が少なくとも３つの幅方向に配置された間仕切部（２，３，４）によって画定された少なくとも４つの作動区画（５，６，７，８）に分割され，これらの作動区画に，軸方向に配置された複数の要素，特に複数の抑制要素と，複数の膨張室と，渦流室と，複数の共振器と，回転要素と，偏向要素と，集積要素とを収容すると共に，前記円筒状外被（１）の前記排出管（２９）とは反対側に吸込区画（１０）を設け，該吸引区画(１０)で排ガス吸込孔（１８）を備えた第１作動区画（５）を自由に取り囲み，前記吸込区画（１０）を前記円筒状外被（１）の表面に付加したことを特徴とする，特に自動車用の排ガス消音装置。
2. 前記吸込区画（１０）はテーパ部分（１１）と，これに隣接すると共に環状底（１５）を備えた円筒部分（１２）とによって形成され，前記環状底（１５）は，第１作動区画（５）と第２作動区画（６）との間の第１間仕切部（２）の位置で前記吸込区画（１０）を前記円筒状外被（１）の表面に取り付ける役割を果たし，前記テーパ部分（１１）は，軸方向に配置された吸込口（１３）と，これに対向して配置された反射シールド（１６）とを備え，前記反射シールド（１６）は，円錐台の形状を有し，その周囲に距離をおいて偏向カラー（１７）が設けられ，前記偏向カラーが前記吸込区画（１０）の前記テーパ部分（１１）の内面に取り付けられていることを特徴とする請求項１記載の排ガス消音装置。
3. 第１作動区画（５）がカバー（９）と，前記カバー（９）に対向して配置された第１間仕切部（２）と，このゾーンに１群の吸込孔（１８）が設けられた前記円筒状外被（１）の対応部分によって画定され，前記１群の吸込孔は前記吸込区画（１０）の内部空間を，一対の膨張室（１９，２０）を収容する前記第１作動区画の内部空間に接続し，第１膨張室（１９）は，１群の貫通孔（２１）をその周囲に有すると共に，第２膨張室（２０）を貫通する供給管（２３）をその軸部分に有し，前記第２膨張室（２０）は，接線方向に向いた第１群の吸込チャネル（２４）をその外被に備えることを特徴とする請求項１記載の排ガス消音装置。
4. 第１間仕切部（２）と第２間仕切部（３）とによって画定された，前記円筒状外被（１）内の第２作動区画（６）は，その内部空間に，第２膨張室（２０）の端部と，前記第１間仕切部（２）を同軸方向に貫通する供給管（２３）の端部とを含み，前記第１間仕切部（２）は，一方では，前記第２膨張室（２０）の周囲に半径方向に配置された，前記第１作動区画（５）の内部空間を前記第２作動区画（６）の前記内部空間に接続する１群の管共振器（２５）を備え，他方では，半径方向に配置された複数群のバイパス孔（２６）を更に備え，前記内部空間には，前記第２膨張室（２０）の前記端部及び前記供給管（２３）の前記端部に対向して孔あき管（２７）が配置され，前記孔あき管は前記第２間仕切部（３）を位置不動に貫通して第３作動区画（７）に入り，前記前記孔あき管（２７）は，その前端に第１の漏斗形シールド（３０）を備え，前記第１の漏斗形シールド（３０）の後ろに集積シールド（３２）が配置され，前記孔あき管（２７）は前記集積シールド（３２）の前方に第１群の貫通チャネル（３１）を有することを特徴とする請求項１記載の排ガス消音装置。
5. 第３作動区画（７）が円筒状外被（１）内の第２間仕切部（３）と第３間仕切部（４）とによって画定され，その内部空間に，第２間仕切部（３）を貫通する孔あき管（２７）の中央部分を収容し，前記第２間仕切部（３）は，一方では，前記孔あき管（２７）の周囲に半径方向に配置された，第２作動区画（６）の前記内部空間を前記第３作動区画（７）の前記内部空間に接続する第２群の管共振器（３３）を備え，他方では，半径方向に配置された第２群のバイパス孔（３４）を更に備え，前記孔あき管（２７）の前記中央部分には，前記第２群の管共振器から距離をおいて，第２の閉じた漏斗形シールドが設けられ，前記第２の閉じた漏斗形シールドの前方に第２群の小さな貫通チャネルを有し，前記第２の閉じた漏斗形シールドの後ろには，前記孔あき管の前記中央部分上に，位置不動に収容された渦流室（３７）があり，前記渦流室（３７）は，その開放端によって前記第３間仕切部（４）の環状孔（３９）の周囲に取り付けられ，接線方向に向いた第２群の吸込チャネル（３８）をその外被に有することを特徴とする請求項１記載の排ガス消音装置。
6. 第４作動区画（８）が円筒状外被（１）内の第３間仕切部（４）と閉塞板（２８）とによって画定され，その内部空間に，前記第３間仕切部（４）の中央部分を貫通して前記排出管（２９）の前方で終端する孔あき管（２７）の端部を含むことを特徴とする請求項１記載の排ガス消音装置。
7. 前記排ガス消音装置の第１群の管共振器（２５）及び第２群の管共振器（３３）の個別部品の断面が矩形であることを特徴とする請求項１，４，及び５いずれか１項記載の排ガス消音装置。
8. 前記排ガス消音装置の第１群の管共振器（２５）及び第２群の管共振器（３３）の前記個別部品が，その自由端において斜めの切り口で終端していることを特徴とする請求項１，４，５，及び７いずれか１項記載の排ガス消音装置。

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