JP2018159289A - 消音装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消音装置において、消音効果及び背圧の低減を両立できること。【解決手段】消音装置（１１）は、内部が中空の本体（１５）と、本体の内部を、少なくとも１つの隔壁（３１、３３）で仕切って形成された複数の膨張室（３７、３９、４１）と、隔壁を貫通し、膨張室間を連通する連通パイプ（４３、４５）と、を具備する。隔壁のうち少なくとも１つは、漏斗状構造（５１、５３）を有し、漏斗状構造の絞り部（５１ａ、５３ａ）は、排気ガスの下流側を向き、絞り部に、連通パイプが接続され、かつ、連通パイプの先端は、隔壁から排気ガスの上流側に向って突出していない。【選択図】図１

Description

本発明は、消音装置に関する。

従来、多段膨張式の消音装置は、筒状の本体をバッフルプレートで仕切ることで複数の膨張室を設け、パイプで膨張室間を連通させた構成である。このような構成により、排気ガスの膨張及び収縮を繰り返すことにより、消音効果を得ている。

例えば、筒状の本体の内部に、挿入パイプ側から前後方向に所定間隔をあけて第１バッフルプレート及び第２バッフルプレートが順に配置され、第１膨張室、第２膨張室及び第３膨張室が、挿入パイプ側から順に形成されている。そして、第１バッフルプレートから第２バッフルプレートにかけて、第１バッフルパイプが貫通して設けられている。これにより、第１膨張室及び第３膨張室が連通されている。また、第２バッフルプレートには、第２バッフルパイプが貫通して設けられ、第３膨張室及び第２膨張室が連通されている（特許文献１参照）。

特開平１１−２４７６４７号公報

従来の多段膨張式の消音装置において、消音効果と背圧の低減とはトレードオフの関係にあることが知られている。すなわち、消音性能を高めるために、排出側のバッフルパイプの口径を小さくすると、膨張室の背圧が大きくなる。背圧が大きくなると、エンジン出力が低下する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、消音効果及び背圧の低減を両立できる消音装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の消音装置の一態様は、内部が中空の本体と、前記本体の内部を、少なくとも１つの隔壁で仕切って形成された複数の膨張室と、前記隔壁を貫通し、前記膨張室間を連通する連通パイプと、を具備し、前記隔壁のうち少なくとも１つは、漏斗状構造を有し、前記漏斗状構造の絞り部は、排気ガスの下流側を向き、前記絞り部に、前記連通パイプが接続され、かつ、前記連通パイプの先端は、前記隔壁から前記排気ガスの上流側に向って突出していないことを特徴とする。

本発明によれば、消音装置において、消音効果及び背圧の低減を両立することができる。

本実施の形態に係るマフラーを示す断面模式図である。 本実施の形態に係るマフラーを示す断面模式図である。 図１中のＡ−Ａ’線に対応する断面模式図である。 図１中のＢ−Ｂ’線に対応する断面模式図である。 本実施の形態に係るマフラーの第１膨張室内部での排気ガスの流れを説明するための模式図である。 本実施の形態に係るマフラーの第２膨張室内部での排気ガスの流れを説明するための模式図である。 本実施の形態に係るマフラーの第１バッフルプレートの他の例を示す模式図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

＜概要＞
従来の多段膨張式の消音装置において、ある一つの膨張室に着目して説明すると、断面積が大きくなるところで音響インピーダンスが変化する。したがって、排気ガスが導入される側のパイプ（ジョイントパイプ等）から流れてきた音は、一部は膨張室の内壁面で反射し、一部は進行する。

さらに、排気ガスが流出する側の貫通パイプに入る際に断面積が小さくなるため、音の一部は反射する。この反射音と進行してきた音とが干渉しあって減衰する。膨張室と貫通パイプとの断面積比が大きいほど、反射する音の割合が大きくなる。したがって、貫通パイプの口径を小さくすれば、消音効果が高まる。

しかし、貫通パイプの口径を小さくすると、膨張室の背圧が大きくなる。背圧が大きくなると、エンジン出力が低下する。背圧を抑えるためには、貫通パイプの口径を大きくすればよいが、消音効果は低下する。

さらに、従来の多段膨張式の消音装置では、貫通パイプの先端が隔壁から膨張室内へ突出している。このため、排気ガスの一部は、隔壁に当たって反射し、貫通パイプの先端に沿って流れてから貫通パイプに流入する。また、排気ガスの他の一部は、隔壁に当たって反射し、膨張室の内壁面に沿って反対方向へ流れ、他の隔壁（フロントキャップ（後述）等）で反射し、再び貫通パイプに向って流れ、漸く貫通パイプに流入する。このように、排気ガスが膨張室から貫通パイプに流入するまでに余計な経路を経る必要があり、排気ガスの流れがスムーズでない。この結果、背圧が高くなり、エンジン出力が低下することがわかった。

本発明者は、このような観点に鑑みて鋭意検討した結果、隔壁に漏斗状構造を設け、かつ、貫通パイプの先端は、隔壁から排気ガスの上流側に向って突出していないという構成により、膨張室から排気ガスの流れをスムーズにし、貫通パイプの口径を大きくすることなく、背圧を低くし、かつ、膨張室と貫通パイプとの断面積比を保ちつつ、音響インピーダンス変化による消音効果を実現できることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本実施の形態に係る消音装置は、内部が中空の本体と、本体の内部を、少なくとも１つの隔壁で仕切って形成された複数の膨張室と、隔壁を貫通し、膨張室間を連通する連通パイプと、を具備し、隔壁のうち少なくとも１つは、漏斗状構造を有し、漏斗状構造の絞り部は、排気ガスの下流側を向き、絞り部に、連通パイプが接続され、かつ、連通パイプの先端は、隔壁から排気ガスの上流側に向って突出していないことを特徴とする。

本実施の形態に係る消音装置においては、漏斗状構造を有する隔壁は、最も上流側に配置された第１の膨張室とそれに隣接する他の膨張室との間を仕切り、かつ、第１の膨張室には、排気ガスを送り込む排気パイプが、その先端が隔壁の漏斗状構造の絞り部を向くように傾斜して取り付けられていることが好ましい。

＜消音装置＞
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照してより詳細に説明する。まず、本実施の形態に係るマフラー１１の構成について説明する。図１及び図２は、本実施の形態に係るマフラー１１を示す断面模式図である。なお、図１は、図２中のＣ−Ｃ’線に対応する断面模式図である。

図１、図２に示すように、本実施の形態に係る消音装置の一例であるマフラー１１（図１参照）は、エンジン（不図示）に接続された排気管（不図示）の後端部に接続される、排気パイプの一例であるジョイントパイプ１３と、ジョイントパイプ１３の後端部に接続されるマフラー本体１５とからなる。

マフラー本体１５の筒状部１７は、２重筒状に形成され、外筒部材１７ａと、内筒部材１７ｂとを備える。外筒部材１７ａは、その前端にフロントキャップ１９の後端が嵌合されている。また、外筒部材１７ａの後端がテールカバー２１の前端に嵌合されている。

フロントキャップ１９には、ジョイントパイプ１３が貫挿される貫通孔１９ａが形成されている。一方、テールカバー２１には、２本のテールパイプ２３ａ、２３ｂが貫挿される貫通孔（図１中、不図示。図２中、一方の貫通孔２１ａのみ図示）が形成されている。

内筒部材１７ｂ内には、筒状部１７の軸方向に間隔をあけて、本実施の形態の隔壁の一例である第１バッフルプレート３１及び第２バッフルプレート３３が設けられている。また、外筒部材１７ａの後端には第３バッフルプレート３５が設けられている。そして、これらのバッフルプレート３１、３３、３５により、マフラー本体１５内は、排気ガスの上流側、すなわちフロントキャップ１９側から、第１膨張室３７、第３膨張室４１及び第２膨張室３９が形成されている。そして、第１膨張室３７及び第２膨張室３９を連通するように、第１バッフルパイプ４３が、第２膨張室３９及び第３膨張室４１を連通するように、第２バッフルパイプ４５が、それぞれ配設されている。すなわち、マフラー１１は３室構造の多段膨張式マフラーとなっている。

図３は、図１中のＡ−Ａ’線に対応する断面模式図である。図３に示すように、第１バッフルプレート３１には、第１バッフルパイプ４３（図１参照）の一端部が接続される貫通孔３１ａが形成されている。

そして、図１〜図３に示すように、第１バッフルプレート３１には、内筒部材１７ｂの内壁面との接合部（フランジ部）３１ｂ（図１、図２参照）の近傍を開放端５１ａとし、貫通孔３１ａ近傍を絞り部５１ｂとする、漏斗状構造５１を有する。

なお、図３に示すように、貫通孔３１ａと、第２バッフルプレート３３に貫挿された第２バッフルパイプ４５とは、略水平方向（図面で見て左右方向）に並んでいる。

図４は、図１中のＢ−Ｂ’線に対応する断面模式図である。図４に示すように、第２バッフルプレート３３には、第１バッフルパイプ４３が貫通する貫通孔３３ａが形成されている。また、貫通孔３３ａに略水平方向（図面で見て左右方向）に並んで、第２バッフルパイプ４５の一端部が接続される貫通孔３３ｂが形成されている。

そして、図１、図２、図４に示すように、第２バッフルプレート３３には、貫通孔３３ａよりも内径が大きい開放端５３ａを持ち、かつ、貫通孔３３ａ近傍を絞り部５３ｂとする、漏斗状構造５３を有する。

さらに、図４に示すように、第２バッフルプレート３３には、水平方向の略中央に略垂直方向（図面で見て縦方向）に並んで、２つの貫通孔３３ｃ、３３ｄが形成されている。２つの貫通孔３３ｃ、３３ｄには、テールパイプ２３ａ、２３ｂの一端部がそれぞれ接続される。

なお、図１、図４に示すように、テールパイプ２３ａ、２３ｂが接続される貫通孔３３ｃ、３３ｄの周囲には、第２バッフルプレート３３にテールパイプ２３ａ、２３ｂをより気密に接続するための接続部３３ｅ、３３ｆが設けられている。

また、図１、図２、図４に示すように、第１バッフルパイプ４３が貫挿される貫通孔３３ａの周囲には、第１バッフルプレート３１に第１バッフルパイプ４３をより強固に固定するための固定部３３ｇが設けられている。

そして、第１バッフルプレート３１及び第２バッフルプレート３３には、本実施の形態の貫通パイプの一例である第１バッフルパイプ４３が貫通して設けられている。これにより、第１膨張室３７及び第２膨張室３９が連通されている。また、第２バッフルプレート３３には、本実施の形態の貫通パイプの一例である第２バッフルパイプ４５が貫通して設けられ、第２膨張室３９及び第３膨張室４１が連通されている。

第３バッフルプレート３５には、２つのテールパイプ２３ａ、２３ｂが貫通する貫通孔（不図示）が設けられている。したがって、テールパイプ２３ａ、２３ｂの一端部が、第２バッフルプレート３３の貫通孔３３ｃ、３３ｄにそれぞれ接続される。また、テールパイプ２３ａ、２３ｂは、第３バッフルプレート３５を貫通し、それらの他端部は、テールカバー２１に形成された２つの貫通孔（図４中、不図示）を貫通し、外部に突出する。

また、図１、図２に示すように、第１膨張室３７において、ジョイントパイプ１３が、その先端が第１バッフルプレート３１の漏斗状構造５１の絞り部５１ｂを向くように傾斜して取り付けられている。このような構成は、例えば、図１、図２に示すように、ジョイントパイプ１３のパイプ本体１３ａの端部に、角度付きの継手１３ｂを介して、先端パイプ１３ｃを接続することにより、実現してもよい。また、ジョイントパイプを曲げ加工して先端を傾斜させることにより、実現してもよい。

＜排気ガスの流れ＞
上述のような構成からなるマフラー１１における排気ガスの流れについて説明する。ジョイントパイプ１３から導入された排気ガスは、図１中に矢印で示すように、第１バッフルプレート３１の、漏斗状構造５１の絞り部５１ｂ、つまり、第１バッフルパイプ４３の開口部４３ａに向って進む。そして、排気ガスは、第１バッフルパイプ４３を通って、第２膨張室３９に導出される。

次に、第２膨張室３９内を循環した排気ガスは、第２バッフルパイプ４５を通って、第３膨張室４１に導出される。

さらに、第３膨張室４１内を循環した排気ガスは、テールパイプ２３ａ、２３ｂを通って、外部に放出される。

図５、図６を参照して、本実施の形態に係るマフラー１１の作用・効果について詳細に説明する。図５は、本実施の形態に係るマフラー１１の第１膨張室３７内部での排気ガスの流れを説明するための模式図である。

図５に示すように、ジョイントパイプ１３から排出された排気ガスは、図中の矢印で示すように、第１膨張室３７内で拡散しつつ、第１バッフルプレート３１に向って進む。第１バッフルプレート３１には、漏斗状構造５１が設けられている。すなわち、第１バッフルプレート３１を断面で見ると、漏斗状構造５１の開放端５１ａから絞り部５１ｂにわたって、第１バッフルプレート３１の主面部３１ｃが傾斜している。このため、排気ガスが、主面部３１ｃに当たっても傾斜に沿って流れ、絞り部５１ｂ側、すなわち、第１バッフルパイプ４３の開口部４３ａに向って進む。

第１バッフルプレート３１の主面部３１ｃが平面であり、傾斜していない場合に比べ、第１バッフルプレート３１に当たって第１膨張室３７の内壁面に沿って反対方向に流れるのを抑制できる。したがって、排気ガスが、第１膨張室３７から第１バッフルパイプ４３に流入するまでに余計な経路を経ることが少なくなり、排気ガスの流れがスムーズになる。この結果、第１膨張室３７における背圧を抑えることができる。

一方、第１バッフルパイプ４３の口径は小さくすることができるので、第１膨張室３７と第１バッフルパイプ４３との断面積比は維持されているので、消音効果は充分に発揮される。

また、図５に示すように、第１バッフルパイプ４３の開口部４３ａ側の先端は、第１バッフルプレート３１から、ジョイントパイプ１３側、すなわち排気ガスの上流側に向って突出していない。このため、排気ガスは、漏斗状構造５１の面、すなわち第１バッフルプレート３１の主面部３１ｃの一部、に沿って、第１バッフルパイプ４３の先端に遮られることなく、第１バッフルパイプ４３に流入する。したがって、排気ガスが、第１膨張室３７から第１バッフルパイプ４３に流入するまでに余計な経路を経ることが少なくなり、排気ガスの流れがスムーズになる。この結果、第１膨張室３７における背圧を抑えることができる。

また、図５に示すように、ジョイントパイプ１３が、その先端が第１バッフルプレート３１の漏斗状構造５１の絞り部５１ｂを向くように傾斜して取り付けられている。このため、ジョイントパイプ１３から排出された排気ガスは、第１バッフルプレート３１に当たっても反対側（排気ガスの上流側）に向って反射しにくくなり、より排気ガスの流れがスムーズになる。この結果、第１膨張室３７における背圧をいっそう抑えることができる。

図６は、本実施の形態に係るマフラー１１の第２膨張室３９内部での排気ガスの流れを説明するための模式図である。図６に示すように、第１バッフルパイプ４３から排出された排気ガスは、図中の矢印で示すように、第２膨張室３９内で拡散しつつ、第３バッフルプレート３５に向って進む。そして、排気ガスは、第３バッフルプレート３５に当たって方向転換し、第２膨張室３９の内壁面に沿って第２バッフルプレート３３に向う。排気ガスは、第２バッフルプレート３３の主面部３３ｈに当たって方向転換し、第２バッフルパイプ４５の開口部４５ａに向う。

第２バッフルプレート３３の主面部３３ｈには、漏斗状構造５３が設けられている。すなわち、第２バッフルプレート３３を断面で見ると、漏斗状構造５３の開放端５３ａから絞り部５３ｂにわたって、第２バッフルプレート３３の主面部３３ｈの一部が傾斜している。このため、排気ガスが、傾斜した主面部３３ｈに沿って、絞り部５１ｂ側、すなわち、第２バッフルパイプ４５の開口部４５ａに誘導される。

また、第２バッフルプレート３３の主面部３３ｈがすべて平面であり、傾斜していない場合に比べ、第２バッフルプレート３３に当たって第２膨張室３９の内壁面に沿って反対方向に流れるのを抑制できる。したがって、排気ガスが、第２膨張室３９から第２バッフルパイプ４５に流入するまでに余計な経路を経ることが少なくなり、排気ガスの流れがスムーズになる。この結果、第２膨張室３９における背圧を抑えることができる。

一方、第２バッフルパイプ４５の口径は小さくすることができるので、第２膨張室３９と第２バッフルパイプ４５との断面積比は維持されているので、消音効果は充分に発揮される。

また、図６に示すように、第２バッフルパイプ４５の開口部４５ａ側の先端は、第２バッフルプレート３３から、第３バッフルプレート３５側、すなわち排気ガスの上流側に向って突出していない。このため、排気ガスは、漏斗状構造５３の面、すなわち第２バッフルプレート３３の主面部３３ｈの一部、に沿って、第２バッフルパイプ４５の先端に遮られることなく、第２バッフルパイプ４５に流入する。したがって、排気ガスが、第２膨張室３９から第２バッフルパイプ４５に流入するまでに余計な経路を経ることが少なくなり、排気ガスの流れがスムーズになる。この結果、第２膨張室３９における背圧を抑えることができる。

以上説明したように、本実施の形態に係るマフラー１１によれば、第１膨張室３７から第１バッフルパイプ４３へ、及び、第２膨張室３９から第２バッフルパイプ４５への排気ガスの流れをスムーズにし、第１バッフルパイプ４３及び第２バッフルパイプ４５の口径を大きくすることなく、背圧を低くし、かつ、第１膨張室３７及び第２膨張室３９と第１バッフルパイプ４３及び第２バッフルパイプ４５との断面積比を保ちつつ、音響インピーダンス変化による消音効果を実現でき、その結果、消音効果及び背圧の低減を両立することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。上記実施の形態において、添付図面に図示されている大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。

図１〜図６を参照して説明した上記実施の形態に係るマフラー１１では、第１バッフルプレート３１に設けた漏斗状構造５１を、第１バッフルプレート３１の主面部３１ｃの実質的に全面に設けている。しかし、これに限定されることなく、漏斗状構造は隔壁の主面の一部に設けてもよい。図７は、本実施の形態に係るマフラー１１の第１バッフルプレート３１の他の例を示す模式図である。図７は、図３と同様に、図１中のＡ−Ａ’線に対応する断面模式図である。

例えば、図７に示すように、第１バッフルプレート３１に設けた漏斗状構造５１を、第１バッフルプレート３１の主面の一部に設けてもよい。すなわち、漏斗状構造５１の開放端５１ａが、内筒部材１７ｂの内壁面との接合部（フランジ部）３１ｂ（図１、図２参照）よりも内側に位置するように構成されていてもよい。

また、上述の漏斗状構造に関しては、上記実施の形態では、第１バッフルプレート３１及び第２バッフルプレート３３の両方に漏斗状構造５１、５３をそれぞれ設けているが、少なくとも第１バッフルプレート３１に設けることが好ましい。つまり、漏斗状構造を有するバッフルプレート（隔壁）は、最も上流側に配置された第１膨張室３７とそれに隣接する第３膨張室４１との間を仕切っていることが好ましい。第１膨張室３７には、ジョイントパイプ１３を介してエンジンより排気ガスが勢いよく流入するので、背圧が最も高くなる傾向にあり、ここに漏斗状構造５１を有する第１バッフルプレート３１を設けることが最も効果的だからである。

また、連通パイプの形状、数及びその配置、膨張室の形状、数及びその配置、並びに、テールパイプの形状、数及びその配置は、本発明の効果を奏する限りにおいて、特に限定されない。

以上説明したように、本発明は、消音装置において、消音効果及び背圧の低減を両立できるという効果を有し、特に、自動四輪車、鞍乗型車両等の消音装置に有用である。

１１ マフラー（消音装置）
１３ ジョイントパイプ（排気パイプ）
１５ マフラー本体
１７ 筒状部
１９ フロントキャップ
２１ テールカバー
２３ａ、２３ｂ テールパイプ
３１ 第１バッフルプレート（隔壁）
３３ 第２バッフルプレート（隔壁）
３５ 第３バッフルプレート（隔壁）
３７ 第１膨張室
３９ 第２膨張室
４１ 第３膨張室
４３ 第１バッフルパイプ（連通パイプ）
４５ 第２バッフルパイプ（連通パイプ）
５１、５３ 漏斗状構造
５１ａ、５３ａ 開放端
５１ｂ、５３ｂ 絞り部

Claims (2)

1. 内部が中空の本体と、
   前記本体の内部を、少なくとも１つの隔壁で仕切って形成された複数の膨張室と、
   前記隔壁を貫通し、前記膨張室間を連通する連通パイプと、
   を具備し、
   前記隔壁のうち少なくとも１つは、漏斗状構造を有し、
   前記漏斗状構造の絞り部は、排気ガスの下流側を向き、
   前記絞り部に、前記連通パイプが接続され、かつ、
   前記連通パイプの先端は、前記隔壁から前記排気ガスの上流側に向って突出していない
   ことを特徴とする消音装置。
2. 前記漏斗状構造を有する隔壁は、最も上流側に配置された第１の膨張室とそれに隣接する他の膨張室との間を仕切り、かつ、
   前記第１の膨張室には、前記排気ガスを送り込む排気パイプが、その先端が前記隔壁の前記漏斗状構造の前記絞り部を向くように傾斜して取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の消音装置。

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