JP2012180790A

JP2012180790A - 消音器

Info

Publication number: JP2012180790A
Application number: JP2011044212A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Masubuchi; 宏章鱒渕; Takeshi Toi; 武司戸井; Keihiro Katsumata; 啓裕勝又
Original assignee: Calsonic Kansei Corp; Chuo University
Current assignee: Chuo University; Marelli Corp
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】消音器本体そのものの形状が原因となって発生した共鳴による音が消音器外へ排出されるのを抑え、消音器の消音性能が悪化するのを防止する。
【解決手段】消音器１は、消音器本体２と、消音器本体２の上流側に接続し、消音器本体２内に排気を導入する入口パイプ３と、消音器本体２の下流側に接続し、消音器本体２内の排気を外に排出する出口パイプ４と、を備える。入口パイプ３に対して直角な消音器本体２の断面において、長手方向における消音器本体２のｎ次（ｎ：自然数）の共鳴が最大となる位置を腹とし、腹を中心として長手方向の全長の１／（２ｎ）の幅を有する領域を腹周辺領域として、入口パイプ２及び出口パイプ４の少なくともいずれか一方は腹周辺領域の外に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の排気音を消音する消音器（マフラー）に関する。

消音器においては、消音器内のパイプを開閉するバルブ、レゾネータ、ブランチ等を消音器本体内に設置することによって消音効果を高めることが行われている。

また、特許文献１では、フレキシブルチューブを用いて消音器内のパイプを接続する構造にすることで、消音器の消音特性を容易に変更できるようにしている。

特開２００２−２１５２８号公報

近年、燃料タンクの大型化、室内空間・バッテリ搭載空間の増大によって消音器の搭載スペースに対する制約が大きくなっており、消音器本体の断面形状が扁平な消音器も採用されている。

しかしながら、消音器本体の断面形状が扁平になると、消音器本体そのものの形状が原因となって排気音の特定の周波数成分が共鳴を起こし、これが消音器外に排出されることによって、消音器の消音性能が悪化することが分かった。

本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたもので、消音器本体そのものの形状が原因となって発生した共鳴による音が消音器外へ排出されるのを抑え、消音器の消音性能が悪化するのを防止することを目的とする。

本発明のある態様によれば、車両の排気音を消音する消音器であって、消音器本体と、前記消音器本体の上流側に接続し、前記消音器本体内に排気を導入する入口パイプと、前記消音器本体の下流側に接続し、前記消音器本体内の排気を外に排出する出口パイプと、を備え、前記入口パイプに対して直角な前記消音器本体の断面において、長手方向における前記消音器本体のｎ次（ｎ：自然数）の共鳴が最大となる位置を腹とし、該腹を中心として長手方向の全長の１／（２ｎ）の幅を有する領域を腹周辺領域として、前記入口パイプ及び出口パイプの少なくともいずれか一方は前記腹周辺領域の外に配置される、ことを特徴とする消音器が提供される。

上記態様によれば、消音器本体そのものの形状が原因となって発生した共鳴による音が消音器外へ排出されるのが抑えられ、消音器の消音性能が悪化するのを防止することができる。

本発明の実施形態に係る消音器の斜視図である。消音器本体内で生じる共鳴の様子を模式的に表した図である。入口パイプ及び出口パイプの最適配置の一例である。図３の配置とした場合の消音特性である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る消音器（マフラー）１の全体構成を示している。消音器１は、エンジンの実用回転域と次数成分の寄与率を考慮し、例えば、７００Ｈｚ程度までの周波数を消音対象としている。

消音器１は、消音器本体２、入口パイプ３、及び、出口パイプ４を備える。入口パイプ３は、消音器本体２の上流側に接続し、消音器本体２にエンジンの排気を導入する。出口パイプ４は、消音器本体２の下流側に接続し、消音器本体２内の排気を外に排出する。

消音器本体２内には、本体内を複数の部屋に区画する隔壁、複数の部屋を連通するパイプ等が配置されている（不図示）。

消音器本体２の入口パイプ３に対して直角な断面は、長円形の断面であり、その長手方向の全長はａ、短手方向の全長はｂである。また、消音器本体２の長さ方向の全長はＬである。そして、消音器本体２内に画成される複数の部屋のうち、少なくとも一つの部屋（不図示）は、消音器本体２の断面の長手方向の全長に等しい幅ａを有する。なお、以下の説明において「断面の長手方向」を単に「長手方向」と表現する。

消音器本体２内には入口パイプ３から排気が導入され、消音器本体２内のパイプ、複数の部屋を移動する過程で排気音が消音され、出口パイプ４から排出される。

ここで、消音器本体２の形状が原因となって起こる排気音の共鳴について説明する。

消音器本体２の長手方向のｎ次（ｎ：自然数）の共鳴周波数ｆ_n、共鳴波長λ_nは次の通りである。
ｆ_n＝｛ｃ／（２ａ）｝×ｎ
λ_n＝ｃ／ｆ_n＝（２ａ）／ｎ
ｃ＝音速、ｎ＝１、２、３・・・

図２は、消音器本体２の形状が原因となって起こる消音器本体２内の共鳴の様子を模式的に表したものである。図中左右方向が消音器本体２の長手方向に対応する。

共鳴最大となる位置を腹、共鳴ゼロとなる位置を節と定義すると、いずれの共鳴次数においても消音器本体２の両端が腹となる。また、ｎ次の共鳴では、ｎ＋１個の腹と、ｎ個の節が生じる。

消音器本体２内の共鳴が原因となって消音器１の消音性が悪化するか否かは、入口パイプ３及び出口パイプ４の位置と、各次数の腹及び節の位置とが関係する。

すなわち、排気音に上記共鳴周波数・共鳴波長に一致する周波数成分が含まれ、かつ、入口パイプ３が、腹を中心とした幅ａ／（２ｎ）の腹周辺領域（図中、ハッチング領域）のいずれかに配置され、かつ、腹周辺領域のいずれかに出口パイプ４が配置されると、消音器本体２内で励起された共鳴周波数成分が消音器１外へ排出され、消音器１の消音性能が悪化する。

これに対し、入口パイプ３又は出口パイプ４の少なくとも一方を腹周辺領域の外（節を中心とした幅ａ／（２ｎ）の節周辺領域）、好ましくは節に配置すると、共鳴周波数成分が励起するもののそれが消音器１外へと排出されるのが抑えられ、消音器１の消音性能の悪化が抑えられる。

本実施形態では、これらの点を考慮し、消音器本体２内で励起された共鳴周波数成分が消音器１外へ排出されないように入口パイプ３及び出口パイプ４の位置が決定される。

具体的には、各共鳴次数について、入口パイプ３及び出口パイプ４のうち少なくともいずれか一方が腹周辺領域の外（節周辺領域）に配置される。すなわち、ある共鳴次数を考えた場合、入口パイプ３及び出口パイプ４のいずれかは、当該次数の腹周辺領域の外に配置される。

さらに、入口パイプ３又は出口パイプ４を、いずれかの共鳴次数での節に配置することができれば、入口パイプ３又は出口パイプ４は当該節に配置される。

図３は、１次〜３次の腹及び節を考慮した場合の、入口パイプ３及び出口パイプ４の最適配置の一例である。

図３に示す配置では、入口パイプ３は、長手方向の中央、すなわち、両端から距離ａ／２の位置に配置される。出口パイプ４は、端からａ／４の位置に配置される。

この配置によれば、各次数と腹及び節との関係は次の通りである。
次数入口パイプ出口パイプ
１次節腹と節との中間
２次腹節
３次節腹と節との中間

この関係は、消音器本体２内で共鳴はするが励起された共鳴周波数成分が消音器１外に排出されるのを抑えるための上記条件を満たしており、消音器１の消音性能の悪化を防止することができる。

図４は、消音器本体２の幅が８３０ｍｍの場合に、入口パイプ３及び出口パイプ４を図３の配置とした場合の消音特性を実線で示している。また、比較例として、各次数について入口パイプ３及び出口パイプ４をいずれも腹周辺領域に配置した例を破線で示す。

これによると、本実施形態では、各共鳴次数について、入口パイプ３及び出口パイプ４が腹周辺領域の外（節周辺領域）に配置されているので、比較例に比べ、各次数の共鳴周波数成分（１次：２１１Ｈｚ、２次：４２３Ｈｚ、３次：６３６Ｈｚ）の排出が抑えられ、消音器１の消音性能の悪化が防止されていることがわかる。

また、入口パイプ３を１次及び３次の節に配置し、出口パイプ４を２次の節に配置したので、４００Ｈｚ〜６００Ｈｚの周波数成分の排出が効果的に抑えられている。

なお、図３では、入口パイプ３を長手方向の中央、出口パイプ４を端からａ／４の位置に配置しているが、入口パプ３及び出口パイプ４の配置を逆にし、入口パイプ３を端からａ／４の位置に配置し、出口パイプ４を長手方向の中央に配置しても同様の効果が得られる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的に限定する趣旨ではない。

上記実施形態では、１次〜３次の腹及び節を考慮して入口パイプ３及び出口パイプ４を配置したが、これよりも少ない次数、又は、これよりも多い次数の腹及び節を考慮するようにしてもよい。

また、消音器本体２の断面は、長円形に限定されず、楕円、角形等他の形状であってもよい。また、断面の扁平の程度は、上記実施形態のように長手方向の全長ａが短手方向の全長ｂよりも大幅に大きい必要はなく、断面形状が少なくとも扁平であれば本発明の作用効果は奏される。

また、上記実施形態では、入口パイプ３及び出口パイプ４の長手方向の端部位置についてのみ言及したが、上記長手方向の場合と同様に消音器１の短手方向及び長さ方向の共鳴も考慮した構成としてもよく、これによって、共鳴周波数成分の排出をより一層抑えることができる。

１消音器
２消音器本体
３入口パイプ
４出口パイプ

Claims

車両の排気音を消音する消音器であって、
消音器本体と、
前記消音器本体の上流側に接続し、前記消音器本体内に排気を導入する入口パイプと、
前記消音器本体の下流側に接続し、前記消音器本体内の排気を外に排出する出口パイプと、
を備え、
前記入口パイプに対して直角な前記消音器本体の断面において、長手方向における前記消音器本体のｎ次（ｎ：自然数）の共鳴が最大となる位置を腹とし、該腹を中心として長手方向の全長の１／（２ｎ）の幅を有する領域を腹周辺領域として、前記入口パイプ及び出口パイプの少なくともいずれか一方は前記腹周辺領域の外に配置される、
ことを特徴とする消音器。
請求項１に記載の消音器であって、
長手方向における前記消音器本体のｎ次の共鳴がゼロとなる位置を節として、前記入口パイプ及び出口パイプの前記一方は前記節に配置される、
ことを特徴とする消音器。
請求項１に記載の消音器であって、
複数の共鳴次数それぞれについて、前記入口パイプ及び出口パイプの少なくともいずれか一方は当該共鳴次数の腹周辺領域の外に配置される、
ことを特徴とする消音器。
請求項３に記載の消音器であって、
前記複数の共鳴次数のいずれかについて、前記入口パイプ又は出口パイプは当該共鳴次数の節に配置される、
ことを特徴とする消音器。