JP2013238123A - 消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】機関回転速度の低い運転領域における騒音を好適に抑えることのできる消音器を提供する。
【解決手段】マフラー本体１１の内部に第１容積室１３と第２容積室１４とが区画形成される。マフラー本体１１には、内燃機関の排気を第１容積室１３の内部に導入する入口パイプ１５と、第１容積室１３内の排気を同室１３の外部に導出する出口パイプ１６とが取り付けられる。第２容積室１４は隔壁１２に形成された第１貫通孔１７および第２貫通孔１８のみによって外部に連通される。アイドル回転領域において開弁して第１貫通孔１７を開放し、且つ高回転領域において閉弁して第１貫通孔１７を塞ぐ開閉バルブ２０が設けられる。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気通路に取り付けられる消音器に関するものである。

通常、自動車などの車両に搭載される内燃機関の排気通路には、排気音を低減させるための消音器が取り付けられている。消音器の内部には一般に、拡張室や共鳴室として機能する容積室が区画形成されている。拡張室は排気が通過する部分の断面積が急拡大する構造になっており、同拡張室内における排気の膨張や回折を通じて排気が有するエネルギーを低減させる。また共鳴室は排気が通過する部分に接続された行き止まり構造の容積室であり、特定の機関回転速度における排気脈動、すなわち特定の周波数（共鳴周波数）の排気脈動（騒音）を減衰させる。

従来、消音器の内部に複数の容積室を区画形成するとともに排気流通態様を切り替えるための切り替えバルブを設け、同バルブの作動を通じてそれら容積室のうちの一つ（特定容積室）の機能を拡張室および共鳴室のいずれか一方に選択的に切り替えるものが提案されている。こうした消音器では、特許文献１に記載のように、機関回転速度の低い機関運転領域（低回転領域）では上記バルブを閉弁させて上記特定容積室を共鳴室として機能させる一方、機関回転速度の高い機関運転領域（高回転領域）において上記バルブを開弁させて特定容積室を拡張室として機能させるようになっている。

特開平４−７２４０８号公報

ここで、アイドル回転領域などの低回転領域では、暗騒音が小さく機関運転に伴い発生する騒音が目立ち易いために、消音器による排気音の低減効果を向上させることがドライバビリティの向上を図るうえで重要な因子になる。

この点、従来の消音器のように、低回転領域において共鳴室になる特定容積室を配置すると、同室以外の部分によって共鳴周波数以外の周波数の排気音を減衰させる構造になってしまうため、低回転領域における消音器の内部構造の設定についての自由度が低くなって、低回転領域における十分な消音効果が得られなくなるおそれがある。消音器全体の容量を大きくしたりサブ消音器を設置したりすれば低回転領域における排気音を小さく抑えることが可能になるが、この場合にはコストや質量の増大は避けられない。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、機関回転速度の低い運転領域における騒音を好適に抑えることのできる消音器を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の消音器は、消音器本体の内部に区画形成された第１容積室と、前記第１容積室の内部に内燃機関の排気を導入する入口パイプと、前記第１容積室内の排気を同第１容積室の外部に導出する出口パイプと、前記消音器本体の内部に区画形成された第２容積室であり、且つ同第２容積室および前記第１容積室の間を隔てる隔壁に形成された第１貫通孔および第２貫通孔のみによって外部に連通される構造の第２容積室と、前記内燃機関のアイドル回転領域を含む低回転領域において開弁して前記第１貫通孔を開放する開閉バルブであり、且つ前記低回転領域よりも機関回転速度の高い高回転領域において閉弁して前記第１貫通孔を塞ぐ開閉バルブとを備えることをその要旨とする。

上記消音器によれば、内燃機関の回転領域によることなく、第１容積室を拡張室として機能させることができる。そして機関回転速度の高い高回転領域では、開閉バルブが閉弁して第１貫通孔が塞がれるために、第２容積室が第２貫通孔のみを介して同第２容積室以外の部分（詳しくは、第１容積室）に連通される構造になる。これにより、第２容積室を共鳴室として機能させることができるようになるため、予め定めた特定の機関回転速度における排気脈動、すなわち特定の周波数（共鳴周波数）の排気脈動を減衰させて排気音を低減することができるようになる。しかも、アイドル回転領域を含む低回転領域では、開閉バルブが開弁して第１貫通孔が開放されて、第２容積室が第１貫通孔および第２貫通孔を介して第１容積室に連通される構造になるために、同第２容積室を拡張室として機能させることができるようになる。そのため、消音器内部において拡張室として機能する部分の容積を大きくすることができ、拡張室を高い自由度で設定することができるようになる。したがって、低回転領域において第２容積室が共鳴室として機能するものと比較して、広い範囲の周波数の排気音を抑えることができるようになり、低回転領域における騒音を好適に抑えることができる。

請求項２に記載の消音器は、請求項１に記載の消音器において、前記第１貫通孔は前記入口パイプを介して前記第１容積室内に流入する排気が吹き付けられる位置に形成され、前記開閉バルブは、断面Ｖ字形状をなすように一体形成された二枚の弁体を有し、且つそれら弁体の接続部分がばね部材を介して前記隔壁に固定され、且つ前記入口パイプから前記弁体への排気の吹き付けによる押圧力によって前記ばね部材が弾性変形する構造であり、且つ前記二枚の弁体の一方が前記第１貫通孔を塞ぐ位置になったときに閉弁状態になり、且つ前記二枚の弁体がいずれも前記第１貫通孔を開放する位置になったときに開弁状態になることをその要旨とする。

上記消音器において、アイドル回転領域を含む低回転領域では、内燃機関の排気量が少なく弁体に吹き付けられる排気による押圧力が小さいために、同弁体の移動量（詳しくは、ばね部材の変形量）も小さい。そのため、このとき第１貫通孔を間に挟む位置まで二枚の弁体が移動する態様でばね部材が変形するように同ばね部材の材質や形状を予め設定することにより、それら弁体をいずれも第１貫通孔を開放する位置まで移動させて開閉バルブを開弁させることが可能になる。

一方、高回転領域では、内燃機関の排気量が多く弁体に吹き付けられる排気による押圧力が大きくなるためにばね部材の変形量も大きくなる。そのため、このとき二枚の弁体のうちの入口パイプに近接する側に配設されるものによって第１貫通孔が塞がれる位置まで二枚の弁体が移動する態様でばね部材が変形するように同ばね部材の材質や形状を予め設定することにより、弁体の一方を第１貫通孔を塞ぐ位置に移動させて開閉バルブを閉弁させることができる。

他方、機関回転速度が減速される減速回転領域では、機関回転速度が低回転領域より高いとはいえ、内燃機関の吸気量がごく少量に調節されたり燃料噴射が停止されたりして同内燃機関の排気量がごく少なくなるために、このとき吹き付けられる排気による押圧力が小さく、ばね部材の変形量も小さい。そのため、このとき二枚の弁体のうちの入口パイプから離間する側に配設されるものによって第１貫通孔が塞がれる位置になる態様でばね部材が変形するように同ばね部材の材質や形状を予め設定することにより、二枚の弁体のうちの一方によって第１貫通孔を塞いで開閉バルブを閉弁させることが可能になる。

このように請求項２に記載の消音器によれば、消音器本体内に導入される排気のエネルギーを利用して開閉バルブを、低回転領域では開弁させる一方で高回転領域では閉弁させるといったように作動させることができる。

本発明を具体化した一実施形態にかかるマフラーの側面構造を示す側面図。 マフラーの図１における２−２線に沿った断面構造を示す断面図。 開閉バルブの斜視構造を示す斜視図。 開閉バルブおよびその周辺の断面構造を示す断面図。 アイドル回転領域における開閉バルブの作動状態を示す断面図。 高回転領域における開閉バルブの作動状態を示す断面図。

以下、本発明を具体化した一実施形態にかかる消音器について説明する。
図１または図２に示すように、マフラー１０は楕円形状で延びるマフラー本体１１を備えている。マフラー本体１１の内部は隔壁１２によって二つの容積室、すなわち第１容積室１３および第２容積室１４に区画されている。マフラー本体１１には入口パイプ１５と出口パイプ１６とが取り付けられている。入口パイプ１５および出口パイプ１６は共に、一方の端部が第１容積室１３の内部で開口する態様で取り付けられている。そして、入口パイプ１５を介して内燃機関の排気がマフラー本体１１の第１容積室１３の内部に導入される一方で、出口パイプ１６を介して第１容積室１３内の排気がマフラー本体１１の外部に導出されるようになっている。

第１容積室１３と第２容積室１４とを隔てる上記隔壁１２には２つの貫通孔、すなわち第１貫通孔１７および第２貫通孔１８が形成されている。上記第２容積室１４は、これら第１貫通孔１７および第２貫通孔１８のみを介して外部（詳しくは、第１容積室１３）に連通される構造になっている。

第１貫通孔１７は、隔壁１２の、上記入口パイプ１５を介して第１容積室１３内に流入する排気が吹き付けられる位置に形成されている。隔壁１２における第１貫通孔１７に対応する位置には、同第１貫通孔１７が開放される状態（開弁状態）と塞がれる状態（閉弁状態）とを選択的に切り替えるための開閉バルブ２０が取り付けられている。第２貫通孔１８には連通パイプ１９が取り付けられている。この連通パイプ１９を通じて第１容積室１３と第２容積室１４とは常時連通されている。

以下、上記開閉バルブ２０およびその周辺構造について詳しく説明する。
図３に示すように、開閉バルブ２０は、断面Ｖ字形状をなすように一体形成された二枚の弁体、すなわち第１弁体２１および第２弁体２２を備えている。そして、第１弁体２１と第２弁体２２との接続部分（図３中に矢印Ａで示す部分）が、ばね部材としての板ばね２３を介して、隔壁１２における第１貫通孔１７の周縁部分に固定されている（図１参照）。なお、板ばね２３と各弁体２１，２２との固定や同板ばね２３と隔壁１２との固定はスポット溶接などを通じて行われる。

次に、上記開閉バルブ２０の作動態様について説明する。
本実施形態のマフラー１０は、図４に示すように、入口パイプ１５から第１容積室１３内に導入された排気が開閉バルブ２０の弁体２１，２２に吹き付けられる構造になっている。そして、そうした排気の流れ（図中に白抜きの矢印で示す流れ）による押圧によって板ばね２３が弾性変形するようになる。これに伴って、開閉バルブ２０の第１弁体２１および第２弁体２２の一方が第１貫通孔１７を塞ぐ位置になると、同開閉バルブ２０が閉弁状態になる。一方、第１弁体２１および第２弁体２２がいずれも第１貫通孔１７を開放する位置、詳しくは第１弁体２１および第２弁体２２が第１貫通孔１７を間に挟む位置になると、開閉バルブ２０が開弁状態になる。本実施形態では、内燃機関のアイドル回転領域において開閉バルブ２０が開弁されて第１貫通孔１７が開放される一方、アイドル回転領域よりも機関回転速度の高い高回転領域において開閉バルブ２０が閉弁されて第１貫通孔１７が塞がれるようになっている。本実施形態のマフラー１０では、マフラー本体１１内に導入される排気のエネルギーを利用して開閉バルブ２０を、アイドル回転領域では開弁させる一方で高回転領域では閉弁させるといったように作動させるようにしている。

上記開閉バルブ２０は、具体的には次のように作動する。
すなわち先ず、アイドル回転領域では、内燃機関の排気量が少なく、入口パイプ１５を介して弁体２１，２２に吹き付けられる排気による押圧力が小さいために、同弁体２１，２２の移動量（詳しくは、板ばね２３の変形量）も小さい。本実施形態では、このとき第１弁体２１および第２弁体２２が第１貫通孔１７を間に挟む位置まで移動する態様で板ばね２３が変形するように、同板ばね２３の材質や形状が予め設定されている。そのため本実施形態では、図５に示すように、アイドル回転領域において、第１弁体２１および第２弁体２２が第１貫通孔１７を間に挟む位置まで移動するため、それら第１弁体２１および第２弁体２２がいずれも第１貫通孔１７を開放する位置になり、開閉バルブ２０が開弁されるようになる。

このようにアイドル回転領域では、開閉バルブ２０が開弁されて第１貫通孔１７が開放されるため、第２容積室１４が第１貫通孔１７および第２貫通孔１８を介して第１容積室１３に連通される構造になる。そのため、入口パイプ１５から第１容積室１３に導入された排気が、第１貫通孔１７（開閉バルブ２０）を介して第２容積室１４に流入した後に第２貫通孔１８（連通管１９）を介して第１容積室１３に戻るといったように流通するようになる。このとき第２容積室１４が拡張室として機能するようになるため、マフラー１０の内部において拡張室として機能する部分の容積を大きくすることができ、拡張室を高い自由度で設定することができるようになる。本実施形態では、内燃機関の回転領域によることなく、第１容積室１３が拡張室として機能する。したがって本実施形態によれば、アイドル回転領域において第２容積室１４が共鳴室として機能するものと比較して、広い範囲の周波数の排気音を抑えることができるようになり、アイドル回転領域における騒音を好適に抑えることができる。

一方、機関回転速度が高い高回転領域では、内燃機関の排気量が多く、入口パイプ１５を介して弁体２１，２２に吹き付けられる排気による押圧力が大きくなるために板ばね２３の変形量も大きくなる。本実施形態では、このとき第１弁体２１および第２弁体２２のうちの入口パイプ１５に近接する側に配設されるもの（第１弁体２１）によって第１貫通孔１７が塞がれる位置まで第１弁体２１および第２弁体２２が移動する態様で板ばね２３が変形するように同板ばね２３の材質や形状が予め設定されている。そのため本実施形態では、図６に示すように、高回転領域において、第１弁体２１によって第１貫通孔１７が塞がれる位置まで第１弁体２１および第２弁体２２が移動するため、開閉バルブ２０が閉弁されるようになる。

このように高回転領域では、開閉バルブ２０が閉弁して第１貫通孔１７が塞がれるために、第２容積室１４が第２貫通孔１８のみを介して同第２容積室１４以外の部分（詳しくは、第１容積室１３）に連通される構造になる。これにより、第２容積室１４が行き止まり構造の容積室になって共鳴室として機能するようになるため、予め定めた特定の機関回転速度における排気脈動、すなわち特定の周波数（共鳴周波数）の排気脈動を減衰させて排気音を低減することができるようになる。また、このとき第１容積室１３が拡張室として機能するため、同第１容積室１３における消音効果によっても排気温の低減が図られる。

他方、機関回転速度が減速される減速回転領域では、機関回転速度がアイドル回転領域より高いとはいえ、内燃機関の吸気量がごく少量に減量されたり燃料噴射が停止されたりして同内燃機関の排気量がごく少なくなる。そのため、このとき入口パイプ１５を介して第１弁体２１および第２弁体２２に吹き付けられる排気による押圧力が小さく、板ばね２３の変形量も小さい。本実施形態では、このとき第１弁体２１および第２弁体２２がそれら弁体２１，２２のうちの入口パイプ１５から離間する側に配設されるもの（第２弁体２２）によって第１貫通孔１７が塞がれる位置になる態様で板ばね２３が変形するように同板ばね２３の材質や形状が予め設定されている。そのため本実施形態では、図４に示すように、減速回転領域において、第２弁体２２によって第１貫通孔１７が塞がれる位置まで第１弁体２１および第２弁体２２が移動するため、開閉バルブ２０が閉弁されるようになる。

減速回転領域は、機関回転速度がアイドル回転領域より高い領域であることから、高回転領域に含まれる。本実施形態では、そうした減速回転領域においても、上述した高回転領域のときと同様に、開閉バルブ２０が閉弁して第１貫通孔１７が塞がれて、第２容積室１４が第２貫通孔１８のみを介して同第２容積室１４以外の部分（詳しくは、第１容積室１３）に連通される構造になる。これにより、第２容積室１４が共鳴室として機能するようになるため、予め定めた特定の機関回転速度における排気脈動、すなわち特定の周波数（共鳴周波数）の排気脈動を減衰させて排気音を低減することができるようになる。また、このとき第１容積室１３が拡張室として機能するため、同第１容積室１３における消音効果によっても排気温の低減が図られる。

なお本実施形態では、内燃機関の運転停止時、すなわち入口パイプ１５を介してマフラー本体１１の内部に排気が導入されないときにおいても、減速回転領域と同様に、各弁体２１，２２のうちの入口パイプ１５から離間する側に配設される第２弁体２２によって第１貫通孔１７が塞がれた状態（図４に示す状態）になる。

以上説明したように、本実施形態によれば以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）高回転領域において第２容積室１４が共鳴室として機能するようになるため、予め定めた特定の機関回転速度における排気脈動、すなわち共鳴周波数の排気脈動を減衰させて排気音を低減することができる。しかも、アイドル回転領域において第２容積室１４を拡張室として機能させることができるため、マフラー１０の内部において拡張室として機能する部分の容積を大きくすることができ、拡張室を高い自由度で設定することができるようになる。そのため、アイドル回転領域において第２容積室１４が共鳴室として機能するものと比較して、広い範囲の周波数の排気音を抑えることができるようになり、アイドル回転領域における騒音を好適に抑えることができる。

（２）マフラー本体１１内に導入される排気のエネルギーを利用して開閉バルブ２０を、アイドル回転領域では開弁させる一方で高回転領域では閉弁させるといったように作動させることができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・開閉バルブとして、アイドル回転領域と同アイドル回転領域よりも機関回転速度が若干高い領域とを含む低回転領域において開弁される一方で、低回転領域よりも機関回転速度の高い高回転領域において閉弁されるものを配設するようにしてもよい。

・内燃機関の低回転領域において開弁する一方で同内燃機関の高回転領域において閉弁するといったように作動させることができるのであれば、開閉バルブとして任意の構造ものを採用することができる。また開閉バルブとしては、マフラー本体１１内に導入される排気のエネルギーを利用して作動するタイプのものに限らず、電磁駆動式の制御弁などを用いることもできる。

・上記実施形態にかかる消音器は、第１容積室１３および第２容積室１４に加えて、一つ以上の容積室が内部に区画形成されたマフラーにも適用することができる。

１０…マフラー（消音器）、１１…マフラー本体（消音器本体）、１２…隔壁、１３…第１容積室、１４…第２容積室、１５…入口パイプ、１６…出口パイプ、１７…第１貫通孔、１８…第２貫通孔、１９…連通パイプ、２０…開閉バルブ、２１…第１弁体、２２…第２弁体、２３…板ばね。

Claims (2)

1. 消音器本体の内部に区画形成された第１容積室と、
   前記第１容積室の内部に内燃機関の排気を導入する入口パイプと、
   前記第１容積室内の排気を同第１容積室の外部に導出する出口パイプと、
   前記消音器本体の内部に区画形成された第２容積室であり、且つ同第２容積室および前記第１容積室の間を隔てる隔壁に形成された第１貫通孔および第２貫通孔のみによって外部に連通される構造の第２容積室と、
   前記内燃機関のアイドル回転領域を含む低回転領域において開弁して前記第１貫通孔を開放する開閉バルブであり、且つ前記低回転領域よりも機関回転速度の高い高回転領域において閉弁して前記第１貫通孔を塞ぐ開閉バルブと
   を備える消音器。
2. 請求項１に記載の消音器において、
   前記第１貫通孔は前記入口パイプを介して前記第１容積室内に流入する排気が吹き付けられる位置に形成され、
   前記開閉バルブは、
   断面Ｖ字形状をなすように一体形成された二枚の弁体を有し、且つ
   それら弁体の接続部分がばね部材を介して前記隔壁に固定され、且つ
   前記入口パイプから前記弁体への排気の吹き付けによる押圧力によって前記ばね部材が弾性変形する構造であり、且つ
   前記二枚の弁体の一方が前記第１貫通孔を塞ぐ位置になったときに閉弁状態になり、且つ
   前記二枚の弁体がいずれも前記第１貫通孔を開放する位置になったときに開弁状態になる
   ことを特徴とする消音器。