JP2019203460A - エンジンの排気消音装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】排気消音装置の外形寸法を増大させることなく、排気消音効果を高める。【課題解決手段】排気ガスを導入する排気導入管19及び前記排気ガスを外部へ導出する排気導出管20、21が配設されているケーシング35と、前記ケーシング35には拡張室22と共鳴室24とが設けられ、前記排気導入管19及び前記排気導出管20、21は前記拡張室22と連通する排気消音装置18であって、前記共鳴室24と前記拡張室22とを連通する両端が開口した連通管31が配設され、前記拡張室22には、前記排気導入管19の開口に対向し、該開口からの排気ガス流の直進方向上の位置で湾曲するガイド面が形成される。【選択図】図2

Description

本発明は、内燃機関を備えた車両等に搭載される排気消音装置に関するものである。
近年、乗用車の発生する騒音低減が求められており、内燃機関を搭載する自動車等の一般車両には、排気ガスによる排気音を低減するための排気消音装置(サイレンサ)が装備されていることが一般的である。
この排気消音装置の構造としては、例えば、特許文献1の特に図19に記載されているように、ケーシングの内部を2つのセパレータによって1つの共鳴室と2つの拡張室とに区画しており、排気導入管から導入された排気ガスは、第1拡張室に導入され、その後、共鳴室で排気音を低減しつつ、第1拡張室及び第2拡張室を連通する連通管を流通し、第2拡張室へ導入され、第2拡張室から排気導出管を流通してケーシングの外に導出する構造が開示されている。
特開平9−250327
特許文献1に記載されている排気消音装置の構造は、共鳴室や拡張室等を消音装置内にコンパクトに配置して消音装置の外形寸法を小さく出来る。しかしながら、共鳴室による消音効果について改良の余地がある。
本発明は、かかる点に鑑みてされたものであり、排気消音装置の外形寸法を増大させることなく、排気消音効果を高めることを目的とする。
本発明者らが、消音効果低下の要因を鋭意検討した結果、排気導入管から拡張室へ導入された排気ガス流が拡張室内で乱反射しており、共鳴室への連通管に対して圧力波が適切に導入されていない結果、消音効果が低下していることが判った。すなわち、排気消音装置内の乱反射に着目し、乱反射の発生を最小限にとどめることで、消音装置の外形寸法を増大させることなく、消音効果の向上を図ることができる。この知見に基づき、発明者らは、排気導入管からの圧力波を最小限の乱反射で連通管に導入する方策を鋭意検討し、圧力波は流れの方向に沿って偏向することを見出し、排気流を連通管入口に偏向することで圧力波を効率的に連通管に導入させ、上記課題を解決することにした。この考え方に基づき、本発明は、排気ガスを導入する排気導入管及び前記排気ガスを外部へ導出する排気導出管が配設されているケーシングと、前記ケーシングには拡張室と共鳴室とが設けられ、前記排気導入管及び前記排気導出管は前記拡張室と連通する排気消音装置であって、前記共鳴室と前記拡張室とを連通する両端が開口した連通管が配設され、前記拡張室には、前記排気導入管の開口に対向し、該開口からの排気ガス流の直進方向上の位置で湾曲するガイド面が形成されることを特徴とする。
この排気消音装置によれば、排気消音装置に流入した排気ガス流は、ガイド面に沿って円滑に流通するため、ガイド面で乱反射が起こりにくく、排気ガスの抵抗増加が抑制できる。しかも、このように流通した排気ガス流を、共鳴室の連通管の開口部に通過させることで、共鳴室による共鳴効果が高められる。さらに、ケーシングに拡張室と共鳴室とセパレータとを配設することができ、排気消音装置自体のコンパクト化が可能となる。
また、前記ガイド面は、排気導入管から導入される排気ガス流の延長線上に、該ガイド面の一方側端部の面が沿うように位置するよう配置されても良い。
このような構成とすることで、排気導入管から導入された排気ガス流は、該排気ガス流の延長線上に配置されたガイド面に沿ってより整流されやすく、ガイド面での排気ガス流の反射が起こりにくく、排気ガスの抵抗増加を抑制することができる。
また、前記ガイド面は、排気導入管から導入された排気ガス流を該ガイド面の一方側端部から他方側端部へ通過させるとともに、該ガイド面の他方側端部の略延長線上に、前記連通管の開口部が配置されるよう形成されても良い。
このような構成とすることで、該ガイド面の一方側端部から侵入し、ガイド面の湾曲面に沿って流通した排気ガス流が、該ガイド面の他方側端部の略延長線上に配置された開口部に流通されるため、共鳴室による共鳴効果がより一層高められる。
また、前記ケーシングには、前記拡張室と隣接する吸音室と、該吸音室と該拡張室とを区画するセパレータが形成され、前記吸音室には、吸音材が充填され、前記セパレータには、複数の小孔が形成しても良い。
このような構成とすることで、吸音室に充填された吸音材によって拡張室内の排気ガスの圧力が複数の小孔から吸音室へ伝播するため、吸音室で排気ガスの圧力変動を低減でき、排気音をより低減することができる。また吸音室には吸音材が充填されているため、排気ガスは拡張室から吸音室へ流入せず、排気ガスの抵抗増加も防ぐことができる。
また、前記排気導入管は、前記吸音室を挿通して前記拡張室に連通するように配設され、前記吸音室を挿通する部位は複数の小孔が形成しても良い。
このような構成とすることで、排気導入管の複数の小孔から排気ガスの圧力が吸音室へ伝播するため、排気導入管内の圧力変動を吸音材で低減することができる。また、吸音室には吸音材が充填されているため、排気導入管から吸音室への排気ガスの流入を防ぐことができるため、排気ガスの抵抗増加も防ぐことができる。
また、前記排気導出管には、前記吸音室を挿通して前記拡張室に連通するように配設され、前記吸音室を挿通する部位は複数の小孔が形成しても良い。
このような構成とすることで、排気導出管の複数の小孔から排気ガスの圧力が吸音室へ伝播するため、排気導出管内の圧力変動を吸音材で低減することができる。また、吸音室には吸音材が充填されているため、排気導出管から吸音室への排気ガスの流入を防ぐことができるため、排気ガスの抵抗増加も防ぐことができる。
また、ケーシング内には、前記吸音室に隣接して第二拡張室が設けられ、前記第二拡張室は、前記吸音室と複数の小孔が形成された第二セパレータにより区画されていても良い。
このような構成とすることで、共鳴効果によって狙った周波数の排気ガスの圧力変動を低減する共鳴室の周波数を調整することができる。
以上説明したように、本発明の排気消音装置によれば、内燃機関の出力低下を効率的に抑制しながら、排気音の消音効果を高め、コンパクトに構成することが可能となる。
本発明に係る排気消音装置を有する排気装置の平面図である。 本発明に係る排気消音装置(アッパープレートを外した状態)を上側から見た平面図である。 本発明に係る排気消音装置(アッパープレートを外した状態)を斜め上側から見た傾斜図である。 本発明に係る排気消音装置(アッパープレートとロアプレートを外した状態)の断面図(図2のA−A断面図)である。 本発明に係る排気消音装置(アッパープレートとロアプレートを外した状態)の断面図(図2のB−B断面図)である。
以下、添付図面を参照しながら本発明の望ましい実施の一形態について詳述する。
図1に、本発明に係る自動車に搭載された排気消音装置を有する排気装置の平面図を示す。この排気装置を適用した自動車は車両前部のエンジンルーム内において、直列4気筒のガソリンエンジンが搭載されており、排気ポート(図示しない)が車両前方視で車幅方向右側を向くように配置されている。また排気装置はエンジンに接続されており、車両前方から車両後方に延設されている。
排気装置10は、エンジン1のシリンダヘッドに接続された排気マニホールド11と、排気マニホールド11の下流端から車両後方へ延びる排気管14とを含み、排気管14には、排気マニホールド11の側から順に、第一触媒装置12と、第二触媒装置13と、プリ排気消音装置15と、メイン排気消音装置18とが配置され、これらを連結する配管によって構成されている。
第一浄化装置12と、第二浄化装置13とは、排気ガス中に含まれる有害物質を浄化するために設けられており、例えば、貴金属が含まれたモノリス状のキャタリストと、該キャタリストを収容するケースによって構成されている。第一浄化装置12は排気マニホールド11のすぐ下流に配設され、第二浄化装置13は、第一浄化装置12とプリ排気消音装置15の間に配設されている。
プリ排気消音装置15、メイン排気消音装置18は、排気ガスが発生する排気音を低減するために配設されており、プリ排気消音装置15は、複数の小孔を有する配管16と、該配管16を覆うと共にこれを収容するケースと、配管16とケースの間に吸音材17とが収容されている。
メイン排気消音装置18(以下、メイン排気消音装置を排気消音装置という)は排気ガスの圧力変動によって発生する排気音や振動によって発生する振動音を低減するように構成されており、以下図2〜図5を参照して排気消音装置18の構造を詳細に説明する。なお、上流、下流というときは、排気ガスの流れ方向を基準とする。
図2は、排気消音装置18で、後述するアッパープレートを外した状態の平面図、図3は、図2を車幅方向右斜め上側から見た斜視図、図4は図2のA−A断面を車幅方向左側から見た図、図5は、図2のB−B断面を車幅方向右側から見た図である。
図2から図5に示すように、排気消音装置18は2つのプレートからなり、車両上下方向上向きに膨出する形状の図示しないアッパープレートと、車両上下方向下向きに膨出する形状のロアプレートとから成るケーシング35で、夫々のプレートの縁部で締結された構造を有する。前記ケーシング35は車幅方向を長手方向として配設されており、車幅方向の左右端部の4点において、車体に設けられた図示しない排気ハンガーに支持されている。
排気消音装置18には、排気ガスを導入する排気導入管19と、排気ガスを外部に導出する第一排気導出管20、第二排気導出管21と、排気音を低減するための拡張室22と、拡張室22に隣接する吸音室23と、吸音室23に隣接する共鳴室24と、吸音室23と共鳴室24とに隣接する第二拡張室33が設けられており、拡張室22と吸音室23とを区画する第一セパレータ27と、吸音室23と共鳴室24と第二拡張室33とを区画する第二セパレータ28と、共鳴室24と第二拡張室33とを区画する第三セパレータ29とで、これらは区画されている。さらに拡張室22と共鳴室24とを連通する連通管31が配設されている。
排気導入管19は、排気消音装置18の車両前後方向前側から吸音室23を貫通して拡張室22と連通しており、その上流から排気導入管上流部19aと、排気導入管中央部19bと、排気導入管下流部19cとが設けられている。排気導入管上流部19aは排気消音装置18の外部から吸音室23に貫通しており、排気導入管中央部19bは上流から下流に向かって車両前後方向から車幅方向に略90度湾曲しており、排気導入管下流部19cは、排気導入管中央部19bの下流側と連結され、車幅方向に沿って延伸して第一セパレータ27と挿通することで拡張室22と連通している。また、排気導入管19には、複数の小孔30が排気導入管中央部19bと、排気導入管下流部19cに設けられている。該小孔30は、径3mmで貫通して形成されているが、排気音を低減したい周波数によって、径を変更してもよい。
第一排気導出管20及び第二排気導出管21は、拡張室22から吸音室23を貫通して車幅方向右側から外部へ延伸されており、その上流から夫々第一排気導出管上流部20a、第二排気導出管上流部21aと、第一排気導出管中央部20b、第二排気導出管中央部21bと、第一排気導出管下流部20c、第二排気導出管下流部21cとが設けられている。第一排気導出管上流部20a及び第二排気導出管上流部21aは拡張室22から共鳴室24へ車幅方向に沿って延伸し、第一排気導出管中央部20b、第二排気導出管中央部21bは上流から下流に向かって車幅方向から車両前後方向に略90度湾曲しており、第一排気導出管下流部20c、第二排気導出管下流部21cは、夫々第一排気導出管中央部20b、第二排気導出管中央部21bの下流側と連結し、車両前後方向に沿って延伸してケーシング35の外部へ導出されている。また、第一排気導出管20と第二排気導出管21は車両上下方向上側に第一排気導出管20が配設され、車両上下方向下側に第二排気導出管21が配設されている。また、複数の小孔30が第一排気導出管上流部20a及び第二排気導出管上流部21aの中央から車幅方向左側に設けられている。
拡張室22は、排気消音装置18の車幅方向左側に配設されている。車幅方向左側端部の車両前方部と車両後方部とに、排気ガスを整流する第一ガイド面25と第二ガイド面26が設けられている。この第一ガイド面25及び第二ガイド面26はケーシング35の内壁が湾曲して形成されたもので、その曲率は同じ曲率でも異なる曲率でもよく、排気消音装置18が配設される車両後部の空間に応じて曲率を変更しても良い。なお、本実施形態では、第一ガイド面25及び第二ガイド面26は、略円弧状に形成されており、その中心角は70度〜120度の範囲で形成されている。このような第一ガイド面25及び第二ガイド面26を形成することで、排気ガス流が湾曲したガイド面に沿って流通するため、該第一ガイド面25及び、該第二ガイド面26での排気ガス流の反射を抑制できる。また、該第二ガイド面26に沿って流通した排気ガスは、該第二ガイド面26の後端部の延長上に流通し、第二ガイド面対応部34(詳しくは、第二ガイド面26の車幅方向延長線上と第一セパレータ27とが略交差する位置34)に流通する。
吸音室23は、拡張室22の車幅方向右側で、排気消音装置18の車幅方向中央に隣接して配設されており、吸音室23内部には、ガラスウールなどの繊維材から成る吸音材32が充填されている。
共鳴室24は、吸音室23の車幅方向右側で、排気消音装置18の車幅方向右側の車両前後方向後側に隣接して配設されており、第一排気導出管上流部20a、第二排気導出管上流部21aの一部と、第一排気導出管中央部20b、第二排気導出管中央部21bが、内設されている。該共鳴室24の体積は、該第一排気導出管上流部20aの一部と、第一排気導出管中央部20b、第二排気導出管中央部21bを除いた部分である。
第二拡張室33は、車幅方向右側の車両前後方向前側に形成されている。該第二拡張室33には、吸音室23と挿通するために、第二セパレータ28の車両前後方向前側に複数の小孔44が形成されている。
拡張室22と吸音室23を区画する第一セパレータ27には、車両前方側に排気導入管下流部19cと接続する第一開口部36と、前記第一セパレータ27の略中央車両上下方向上側に第一排気導出管上流部20aと接続する第二開口部37と、前記第一セパレータ27の略中央車両上下方向下側に第二排気導出管上流部21aと接続する第三開口部38と、車両後方側に共鳴室24と接続し、第二ガイド面対応部34と連通管31とを接続する第四開口部39とが形成されている。また、第二開口部37と第三開口部38は車両上下方向に略垂直に形成されている。
吸音室23と、共鳴室24及び第二拡張室33とを区画する第二セパレータ28には、第一排気導出管20と接続する第五開口部41と、第二排気導出管21と接続する第六開口部42と、連通管31と接続する第七開口部43とが形成されている。また、吸音室23と第二拡張室33とを区画する第二セパレータ28部には複数の小孔44が形成されている。
上述した排気消音装置18によれば、排気導入管19から導入された排気ガス流は、排気導入管19よりも断面積が大きい拡張室22に導入されるため、前記拡張室22で排気ガスが有する圧力変動を低減することができ、排気音を低減することができる。また、前記拡張室22に導入した排気ガス流は、排気導入管19の開口に対向し、該開口からの排気ガス流の直進方向上の位置に湾曲する第一ガイド面25に到達する。例えば、排気ガス流は車両前方側のケーシング35側面を車幅方向左側に流通し第一ガイド面25に到達する。前記第一ガイド面25では、湾曲した第一ガイド面25に沿って排気ガス流が整流されるため、該第1ガイド面25での排気ガス流の反射を抑制できる。さらに、前記第二ガイド面26に到達した排気ガス流は第二ガイド面26に沿って整流されるため、第二ガイド面26での反射を抑制できる。こうした排気ガスは、車両前後方向下側のケーシング35に沿って拡張室22の車幅方向右側に流れ、第一セパレータ27に到達し、第一排気導出管20及び第二排気導出管21を通って、外部へ排出されることになる。
つまり、拡張室22内において、第一ガイド面25と第二ガイド面26で排気ガス流が反射しにくいため、排気ガスの滞留を防ぐことで排気ガスの抵抗増加を抑制して、良好なエンジン1出力を実現することができる。
さらに、第二ガイド面26に沿って整流された排気ガス流を、連通管31の前記拡張室側開口部を通過するようにガイドすることで、共鳴室24の共鳴効果を高めることができる。
上述の共鳴効果を高める理由は明確ではないが、以下のような構成が起因していると思われる。つまり、排気導入管19から拡張室22に導入された排気ガス流は、拡張室22内方に形成された第一ガイド面25及び第2ガイド面26により反射されることなく流れが整流されて、拡張室22を、平面視で拡張室22内周面に沿って、還流するように流れ第一排気導出管20及び第二排気導出管21に向かって流れる。一方で、排気ガス流が拡張室22に導入されると拡張室22内に圧力波が発生するが、この圧力波は、排気ガス流の流れに影響を受けると考えられている。本実施例では、第一ガイド面25及び第二ガイド面26により整流されている排気ガス流を、第一排気導出管20及び第二排気導出管21に向かう途中で、共鳴室24の連通管31の開口部を通過させることで、共鳴室24による共鳴効果が高められると推測される。また、本実施例では、排気導入管19の拡張室側開口の開口断面に対して、曲面上の第一ガイド面25は面対抗して配置されており、その第一ガイド面25に対して共鳴室24の連通管31の開口断面が、略面対抗するように配置されている。これにより、排気導入管19の開口から拡張室22に導入した排気ガスの圧力波が第一ガイド面25より連通管31の開口近傍に向けて反射され、共鳴室24による共鳴効果が更に向上できる。
また、第一ガイド面25は、排気導入管19から導入される排気ガス流の延長線上に、第一ガイド面25の一方側端部の面が沿うように配置されることで、第一ガイド面25に沿って排気ガス流がより整流されるため、排気ガス流の反射を防ぎ、排気ガスの滞留を防ぐことで排気ガスの抵抗増加を抑制できる。
また、第二ガイド面26は、第二ガイド面26の他方側端部の略延長線上に、連通管31の開口部が配置されるように形成されているため、本発明では、共鳴室24によって、50Hz前後の特定周波数の共鳴効果をより高めることができる。
また、拡張室22と隣接する吸音室23には、圧力を低減するための吸音材32が隙間なく充填され、拡張室22と吸音室23とを区画する第一セパレータ27には複数の小孔40(図4)が設けられている。拡張室22に導入された排気ガスの圧力変動が、小孔40から吸音室23に伝播し、これにより、吸音室23に充填された吸音材32によって減衰するため、排気音を低減することができる。一方で、排気ガスの主流は、吸音材32が充填されているため小孔40から吸音室23へ導入されにくく、排気ガスは拡張室22に滞留しにくいため、排気ガスの抵抗増加が抑制できる。さらに、吸音材32が隙間なく充填されているため、吸音材32がケーシング35の振動を低減することができる。
また、吸音室23の内部を挿通する排気導入管中央部19bと排気導入管下流部19cに複数の小孔30が設けられているため、排気導入管中央部19bと排気導入管下流部19c内で発生している排ガスの圧力変動は、小孔30から吸音室23へ伝播するため、吸音室23で圧力変動を減衰させることができる。これにより、排気導入管中央部19bと排気導入管下流部19cで排気音を低減することができる。
さらに、吸音室23内部の第一排気導出管上流部20a、第二排気導出管上流部21aに小孔30が設けられていることで、第一排気導出管上流部20a、第二排気導出管上流部21a内で発生している排ガスの圧力変動は、小孔30から吸音室23へ伝播するため、吸音室23で圧力変動を減衰させることができる。これにより、第一排気導出管上流部20a、第二排気導出管上流部21aで排気音を低減することができる。
なお、以上説明した排気消音装置18は、本発明に係る排気消音装置18の好ましい実施形態の例示であって、その具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。たとえば、共鳴室24と前記第二拡張室33とを区画する第三セパレータ29を取り外し、第三セパレータ29の小孔44を塞いでも良い。このような構成にすることで、共鳴室24の低減できる周波数が変更できるため、様々な車両等への適用が可能となる。また、本発明の実施形態は第一ガイド面25及び第二ガイド面26の二つが構成されていたが、ガイド面が一つであっても良い。その場合は、例えば、第一ガイド面25のみでも良く、第二ガイド面26のみでも良い。また第一ガイド面25及び第二ガイド面26の間にガイド面を設けても良い。
なお、本実施形態では、第一ガイド面25と第二ガイド面26の曲率半径は75mmで形成したが、本発明はこれに限らず曲率半径が50mmから300mmの範囲であっても同様の効果を奏すことができる。さらに、本実施形態では、第一ガイド面25の曲率半径と第二ガイド面26の曲率半径とを同じにしているが、それぞれを相違させてもよい。その場合、拡張室に導入された排気ガス流は初めに第一ガイド面25に流通し、流速が高いため、第一ガイド面25の曲率半径を第二ガイド面26の曲率半径よりも大きくすることで、第一ガイド面25でのガイドをより効率よく行うことができ、同様の効果を奏すことができる。
10 排気装置
18 排気消音装置(メイン排気消音装置)
19 排気導入管
20 第一排気導出管
21 第二排気導出管
22 拡張室
23 吸音室
24 共鳴室
25 第一ガイド面
26 第二ガイド面
31 連通管
35 ケーシング

Claims (7)

  1. 排気ガスを導入する排気導入管及び前記排気ガスを外部へ導出する排気導出管が配設されているケーシングと、前記ケーシングには拡張室と共鳴室とが設けられ、前記排気導入管及び前記排気導出管は前記拡張室と連通する排気消音装置であって、
    前記共鳴室と前記拡張室とを連通する両端が開口した連通管が配設され、
    前記拡張室には、前記排気導入管の開口に対向し、該開口からの排気ガス流の直進方向上の位置で湾曲するガイド面が形成されることを特徴とする排気消音装置。
  2. 前記ガイド面は、排気導入管から導入される排気ガス流の延長線上に、該ガイド面の一方側端部の面が沿うように配置されることを特徴とする、請求項1に記載の排気消音装置。
  3. 前記ガイド面は、排気導入管から導入された排気ガス流を該ガイド面の一方側端部から他方側端部へ通過させるとともに、
    前記他方側端部の略延長線上に、前記連通管の開口部が配置されるよう形成されることを特徴とする、請求項2に記載の排気消音装置
  4. 前記ケーシングには、前記拡張室と隣接する吸音室と、該吸音室と該拡張室とを区画するセパレータが形成され、
    前記吸音室には、吸音材が充填され、
    前記セパレータには、複数の小孔が形成されていることを特徴とする、請求項1から請求項3に記載の排気消音装置。
  5. 前記排気導入管は、前記吸音室を挿通して前記拡張室に連通するように配設され、前記吸音室を挿通する部位は複数の小孔が形成されていることを特徴とする、請求項4に記載の排気消音装置。
  6. 前記排気導出管には、前記吸音室を挿通して前記拡張室に連通するように配設され、前記吸音室を挿通する部位は複数の小孔が形成されていることを特徴とする、請求項5に記載の排気消音装置。
  7. ケーシング内には、前記吸音室に隣接して第二拡張室が設けられ、
    前記第二拡張室は、前記吸音室と複数の小孔が形成された第二セパレータにより区画されていることを特徴とする、請求項6に記載の排気消音装置。
JP2018099828A 2018-05-24 2018-05-24 エンジンの排気消音装置 Active JP7172137B2 (ja)

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JPH05187217A (ja) * 1992-01-13 1993-07-27 Suzuki Motor Corp 排気マフラ

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