JP2017172511A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気管の気柱共鳴を抑制できるとともに、背圧を低減できる内燃機関の排気装置を提供する。【解決手段】１ｍ以上の長さを有する排気管２の開口端部の一方又は両方における内部に、前記排気管２の軸芯を中心とする螺旋状に形成した螺旋板７を設け、該螺旋板７には複数の孔７ａが穿設されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の排気装置に関する。

内燃機関に接続される排気管は、内燃機関からの排気音の周波数と、排気管の共鳴周波数とが一致すると顕著な気柱共鳴音が発生する。

内燃機関である４ストロークエンジンにより生じる排気音の周波数ｆ（一次成分）は、
ｎ：エンジン回転数（ｒｐｍ）、ｍ：気筒数とすると、
ｆ＝（ｎ／６０）×ｍ／２
となる。

一般的な４気筒エンジンの常用回転数は６０００ｒｐｍ以下であるので、周波数ｆは、２００Ｈｚ以下となる。

排気管の共鳴周波数ｆ０は、
ｃ：音速、ｄ：パイプ径、Ｌ：パイプの長さとすると、
ｆ０＝ｃ／（２×Ｌ）＋０．８×ｄ
パイプ径５４ｍｍ、排気ガス温度３５０℃の際の音速は５０１ｍ／ｓであるので、排気管を１ｍ以下とした場合に、排気管の共鳴周波数ｆ０は２５０Ｈｚ以上となり、排気管１ｍ以下であれば、排気音の共鳴周波数がエンジンからの排気音の周波数（一次成分）と異なるため、顕著な気柱共鳴音は生じにくい。

そのため、排気管を１ｍ以下として、１ｍ以下の排気管同士を消音器で接続することで、顕著な気柱共鳴音の発生を抑制することが期待できる。

しかし、消音器の追加によるコストの上昇や車両搭載スペースの点で問題が生じる恐れがある。

そこで、従来は、１ｍ以上の長尺の排気管における端部の内部に、螺旋状に形成した複数の板を設けるとともに、その軸部に膨張空間を形成することにより、渦巻流域と乱流域を形成して、気柱共鳴音を消音することが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開昭５９−１２２７１６号公報

しかし、上記従来の排気装置では、螺旋板が排気ガスの流れにおける抵抗となり背圧が上昇する恐れがある。

そこで、本発明は、上記問題点を解決した内燃機関の排気装置を提案することを目的とする。

前記の課題を解決するために、本願発明は、１ｍ以上の長さを有する排気管の開口端部の一方又は両方における内部に、前記排気管の軸芯を中心とする螺旋状に形成した螺旋板を設け、
該螺旋板には複数の孔が穿設されていることを特徴とするものである。

また、前記螺旋板を、前記排気管の軸芯部に設けた軸部材に固設してもよい。

また、前記軸部材を、その軸方向の両端が開口する管体で構成してもよい。

また、前記開口端部の流路断面積を、前記排気管の一般部の流路断面積よりも大きくしてもよい。

また、前記螺旋板を設けた開口端部の少なくとも一方を、消音器内に配置してもよい。

また、前記消音器内に設け、かつ、螺旋板を設けた部分の排気管の外周面に複数の孔を穿設してもよい。

本発明によれば、１ｍ以上の長さを有する排気管の開口端部の一方又は両方における内部に螺旋状に形成した螺旋板を設け、螺旋板には複数の孔を穿設したことにより、気柱共鳴を抑制できるとともに、上記従来技術よりも背圧を低減できる。

本発明の実施例１に係る内燃機関の排気装置の側面図。 図１に用いる抑制部の斜視図で、筒部は二点鎖線で示す。 図１の内燃機関の排気装置に関する音響性能を示す特性図。 本発明の実施例２に用いる抑制部の斜視図で、筒部は二点鎖線で示す。 本発明の実施例３に係る内燃機関の排気装置の側面図。 本発明の実施例４に係る内燃機関の排気装置の側面図。 本発明の実施例５に係る内燃機関の排気装置の部分断面図。 本発明の実施例５に用いる抑制部の他例の斜視図。

本発明を実施するための形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

［実施例１］
本発明の実施例１に係る内燃機関の排気装置１は、図１に示すように、その上流側が、図示しない内燃機関であるエンジン等に連通する排気管２を有し、その軸方向の両端が開口する排気管２における一方の開口端部２ａ（本実施例では下流側の開口端部）のみに、抑制部３が設けられている。排気管２は、その全長Ｌ１が、１ｍ以上の長さを有し、図１では直線状に設けたストレート管で図示したが、曲がり管で構成してもよい。

抑制部３は、筒部４と、軸部材５、螺旋板７で構成されている。

筒部４は、両端が開口する筒状に形成され、排気管の一部を構成し、その内径は排気管２の一般部の内径と同じに形成されている。筒部４は、排気管２の一般部と一連に構成してもよいし、別部材で構成してもよい。

軸部材５は、筒部４の内径より小さい外径で構成されているとともに、筒部４の中心部に、その軸方向全体に亘って設けられて、軸部材５の外周面５ａと筒部４の内周面４ａとの間には流路１０が形成されている。軸部材５は、図２に示すように、両端が開口する中空部を有する管体で構成されている。

螺旋板７は、軸部材５の外周面５ａと筒部４の内周面４ａとの間の流路１０内に設けられ、板状の部材を、軸部材５の軸芯、すなわち、排気管２（筒部４）の軸芯を中心として螺旋状に湾曲させて形成されている。

螺旋板７の内側縁は、軸部材５の外周面５ａの少なくとも一部に溶接等により固着され、その外側縁は、筒部４の内周面４ａの少なくとも一部に溶接等により固着されて、螺旋板７と軸部材５は、筒部４に対して固設されている。螺旋板７の、螺旋角度、ピッチ、条数は任意に設定することができ、本実施例では螺旋板７を１枚のみ設けた。

螺旋板７には、その表裏を貫通する複数の孔７ａが穿設されている。孔７ａの間隔、開口率、位置は、任意に設定することができ、開口率を３％以上とすることが好ましい。

通常、内燃機関であるエンジンからの排気音が排気管２の上流から導入され、排気音の周波数が排気管２の共鳴周波数と一致すると、排気管２に定在波が生じる。このとき、排気管２の開口端部において音響的な粒子速度が最大となる。この定在波は、排気管の長さと、定在波の波長とが所定の関係にあるときに、顕著な気柱共鳴が生じ、騒音となる。

それに対し、本発明は、この定在波における粒子速度が最大となる部分である両開口端部のうち一方の開口端部２ａのみに、抑制部３を設けることで、粒子の振動を抑え、気柱共鳴の発生を抑制し、騒音の発生を抑制することができる。

また、螺旋板７に複数の孔７ａを穿設したことにより、排気ガスが螺旋板７に衝突して反射波が生じる際に、孔７ａの有無で、生じる反射波が異なり、その異なる反射波の干渉により、気柱共鳴をより低減することができる。

また、螺旋板７に複数の孔７ａを穿設したことにより、上記従来技術と比較して、背圧を低減することができる。

軸部材５を、両端が開口する中空部を有する管体で構成したことにより、その内部を排気ガスが流通でき、より背圧を低減することができる。

本発明の内燃機関の排気装置１は、図３の排気管の音圧レベルとエンジンの回転数との関係を示す特性図からも明らかなように、開口端部に消音器を設けた排気管と同様の音響特性を有していることが分かる。

なお、上記実施例では、軸部材５の両端を開口するようにしたが、軸部材５は、その両端を開口しないように構成してもよい。また、軸部材５は、熱や振動により螺旋板７の変形を防止するために必要に応じで設けるもので、設けなくてもよい。

［実施例２］
上記実施例１においては、軸部材５を、その外周面５ａに孔を有しない管体で構成したが、図４に示すように、この軸部材５の外周面５ａに、表裏を貫通する複数の孔５ｂを穿設してもよい。

その他の構造は、上記実施例１と同様であるのでその説明を省略する。

本実施例２においても、上記実施例１と同様の作用、効果を奏する。

本実施例２においては、更に、軸部材５の外周面に複数の孔５ｂを穿設したことにより、排気ガスがこの孔５ｂを通ることができ、より背圧を低減することができる。

［実施例３］
上記実施例１，２においては、筒部４の内径を、排気管２の内径と同じに形成して、筒部４の流路断面積と、排気管２の一般部の流路断面積を同じにしたが、図５に示すように、排気管２の一方の開口部２ａ側端部に外側ほど拡径する拡径部２ｃを設け、拡径した径と同じの内径を有する筒部４Ａとし、筒部４Ａの流路断面積を、排気管２の一般部の流路断面積より大きくした内燃機関の排気装置１１としてもよい。

その他の構造は、上記実施例１，２と同様であるのでその説明を省略する。

本実施例３においても、上記実施例１，２と同様の作用、効果を奏する。

本実施例３においては、更に、筒部４Ａの流路断面積を、排気管２の一般部の流路断面積より大きくしたことで、より背圧を低減することができる。

［実施例４］
上記実施例１〜３においては、排気管２の一方の開口部２ａのみに抑制部３を設けたが、図６に示すように、他方の開口部２ｂにも抑制部３を設けた内燃機関の排気装置２１としてもよい。

その他の構造は、上記実施例１〜３と同様であるのでその説明を省略する。

本実施例４においても、上記実施例１〜３と同様の作用、効果を奏する。

［実施例５］
上記実施例１〜４の内燃機関の排気装置１，１１，２１の抑制部３を、図７に示すように、消音器３０に内蔵するようにしてもよい。

また、図８に示すように、この消音器に内蔵した部分の抑制部３における筒部４の外周面に表裏を貫通する複数の孔４ｂを穿設してもよい。

その他の構造は、上記実施例１〜４と同様であるのでその説明を省略する。

本実施例５においても、上記実施例１〜４と同様の作用、効果を奏する。

更に、本実施例５において、消音器に内蔵した部分の抑制部３における筒部４の外周面に複数の孔４ｂを穿設したものにおいては、排気ガスがこの孔４ａを通ることができ、より背圧を低減することができる。

１，１１，２１ 内燃機関の排気装置
２ 排気管
２ａ，２ｂ 開口端部
４，４Ａ 筒部（螺旋板を設けた部分の排気管）
４ｂ 孔
５ 軸部材
５ｂ 孔
７ 螺旋板
７ａ 孔
３０ 消音器

Claims (6)

1. １ｍ以上の長さを有する排気管の開口端部の一方又は両方における内部に、前記排気管の軸芯を中心とする螺旋状に形成した螺旋板を設け、
   該螺旋板には複数の孔が穿設されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 前記螺旋板は、前記排気管の軸芯部に設けた軸部材に固設されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。
3. 前記軸部材は、その軸方向の両端が開口する管体で構成されていることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気装置。
4. 前記開口端部の流路断面積を、前記排気管の一般部の流路断面積よりも大きくしたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の内燃機関の排気装置。
5. 前記螺旋板を設けた開口端部の少なくとも一方が、消音器内に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の内燃機関の排気装置。
6. 前記消音器内に設け、かつ、螺旋板を設けた部分の排気管の外周面に複数の孔を穿設したことを特徴とする請求項５項に記載の内燃機関の排気装置。
   

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