JP2020073800A - 消音器 - Google Patents

Abstract

【課題】排気流路の途中にサブマフラを有するとともに、良好な曲げ加工性を有する構造であり、かつ小型化も容易な消音器を提供する。【解決手段】消音器のサブマフラ５は、内管１１と、内管１１とともに二重管１５を構成する外管１３とを備える。内管１１と外管１３との間には空隙１７が設けられ、二重管１５の第一端部１５Ａにおいては内管１１と外管１３との間が閉塞され、二重管１５の第二端部１５Ｂにおいては内管１１と外管１３との間に開口１９を有し、開口１９を介して空隙１７が排気流路に通じている。内管１１は、外管１３の内周面の位置を基準にして、内管１１の外周面の一部が基準よりも内周側に配置される形状とされることにより、空隙１７が構成されている。【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照

本国際出願は、２０１６年１月２１日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１６／０５１７１０号に基づく優先権を主張するものであり、国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ２０１６／０５１７１０号の全内容を本国際出願に参照により援用する。

本開示は、消音器に関する。

自動車用の排気システムとして、排気流路の上流側に配置される触媒と、排気流路の下流側に配置されるメインマフラとの間に、サブマフラを設けたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１に記載のサブマフラは、外管と内管とで構成される二重管を有し、内管には複数の小孔が設けられている。

特開２０００−１５４７１５号公報

上述のような複数の小孔が内管に設けられていると、内管に対して曲げ加工を施す場合には小孔が変形しやすいため、過度な変形が生じない範囲内でしか曲げ加工が施せない等、加工性が悪くなるという問題があった。したがって、排気管の曲げ部の曲がり具合によっては、そのような曲げ部にサブマフラを設けることが難しい場合があった。

また、外管が大きく膨らんだ形状になっているため、この点でも配置可能な場所が限られ、所望の場所にサブマフラを配置できないことがあった。
以上のような事情から、良好な曲げ加工性を有する構造で、小型化も容易な消音器を提供することが望ましい。

以下に説明する消音器は、内管と外管とを備える。内管及び外管はそれぞれが管状に構成された部材である。外管は、内周側に内管が配置されて、内管とともに二重管を構成する。その二重管の一端である第一端部、及び二重管の他端である第二端部のうち、いずれか一方が排気の流動方向上流側にある第一流路に連続し、かつ、他方が排気の流動方向下流側にある第二流路に連続する。これにより、内管を介して第一流路と第二流路とを結ぶ排気流路を構成することができる。内管と外管との間には空隙が設けられる。第一端部及び第二端部の少なくとも一方においては内管と外管との間に開口を有し、開口を介して空隙が排気流路に通じるように構成される。内管は、外管の内周面の位置を基準にして、内管の外周面の一部が基準よりも内周側に配置される形状とされた部分を有し、当該部分と外管の内周面との間に空隙が構成されている。

このように構成された消音器によれば、二重管を構成する内管と外管との間に空隙が設けられ、第一端部及び第二端部のうちの少なくとも一方においては内管と外管との間に開口を有し、開口を介して空隙が排気流路に通じるように構成されている。このような空隙が設けられていれば、例えば、当該空隙を利用してヘルムホルツ共鳴器を構成し、消音効果を発揮させることができる。あるいは、例えば、空隙をサイドブランチとして機能させ
て、消音効果を発揮させることができる。

このような構造の消音器であれば、内管に複数の小孔を有する消音器とは異なり、内管には小孔を設けなくてもよい。そのため、本開示の消音器であれば、小孔の変形を考慮することなく、内管に対して曲げ加工を施すことが可能となる。したがって、本開示の消音器であれば、小孔のある内管を利用する場合よりも良好な曲げ加工性を確保することができる。よって、本開示の消音器であれば、排気管の曲げ部であっても消音器を配置することができるようになり、より消音効果の高い場所を選定できるようになる。したがって、本開示の消音器であれば、排気管の曲げ部に配置することが難しい消音器に比べ、より適切に消音効果を発揮させることができる。

また、内管は、外管の内周面の位置を基準にして、内管の外周面の一部が基準よりも内周側に配置される形状とされた部分を有し、当該部分と外管の内周面との間に空隙が構成されている。そのため、本開示の消音器であれば、例えば、外管を外周側へ膨らませることのみによって空隙を確保する場合に比べ、二重管の外径をより小さくすることができ、より狭い配置場所であっても消音器を配置することができるようになる。したがって、本開示の消音器であれば、消音器を配置する場所を決める際の自由度が高くなり、より消音効果の高い場所を選定できるようになる。よって、本開示の消音器であれば、配置場所が限られる大型の消音器に比べ、より適切に消音効果を発揮させることができる。

なお、第一端部及び前記第二端部のうちの一方において内管と外管との間に開口を有していれば、他方においては、内管と外管との間に開口を有していてもよいし、内管と外管との間が閉塞されていてもよい。他方において内管と外管との間が閉塞される場合、内管と外管との間はどのような手法で閉塞されていてもよいが、いくつかの密閉手法を例示すれば、例えば、内管と外管とを溶接する、内管と外管との間に介在物を挟み込む、といった手法を挙げることができる。

また、消音器の第一端部において、内管と外管との間は、空隙を設けたことによる消音効果が得られる程度に閉塞されていれば、完全に密閉されているか否かは任意である。すなわち、消音器の第一端部において、内管と外管との間は、気密性のある密閉構造になっていなくてもよく、いくらか通気性のある介在物（例えばワイヤメッシュ等。）を内管と外管との間に挟み込むことによって内管と外管との間を閉塞してもよい。

図１は第一実施形態の排気システムを示す平面図である。 図２Ａは第一実施形態のサブマフラを第二端部側から見た説明図である。図２Ｂは図２Ａ中にＩＩＢ−ＩＩＢ線で示した切断箇所における断面図である。図２Ｃは図２Ｂ中にＩＩＣ−ＩＩＣ線で示した切断箇所を拡大して示す切断部端面図である。図２Ｄは図２Ｂ中にＩＩＤ−ＩＩＤ線で示した切断箇所を拡大して示す切断部端面図である。 図３Ａは図２Ｃに示した箇所の第一変形例を示す切断部端面図である。図３Ｂは図２Ｃに示した箇所の第二変形例を示す切断部端面図である。図３Ｃは図２Ｃに示した箇所の第三変形例を示す切断部端面図である。図３Ｄは図２Ｃに示した箇所の第四変形例を示す切断部端面図である。 図４Ａは第二実施形態の排気システムを示す平面図である。図４Ｂは第三実施形態の排気システムを示す平面図である。 図５Ａは第四実施形態のサブマフラを第二端部側から見た説明図である。図５Ｂは図５Ａ中にＶＢ−ＶＢ線で示した切断箇所における断面図である。図５Ｃは第五実施形態のサブマフラを第二端部側から見た説明図である。図５Ｄは図５Ｃ中にＶＤ−ＶＤ線で示した切断箇所における断面図である。 図６Ａは第六実施形態の排気システム、当該排気システムにおいて気柱共鳴が発生する範囲、及び当該範囲内で発生する定常波の音圧の腹及び節の位置を示す説明図である。図６Ｂは第七実施形態の排気システム、当該排気システムにおいて気柱共鳴が発生する範囲、及び当該範囲内で発生する定常波の音圧の腹及び節の位置を示す説明図である。 図７Ａは第八実施形態の排気システム、当該排気システムにおいて気柱共鳴が発生する範囲、及び当該範囲内で発生する定常波の音圧の腹及び節の位置を示す説明図である。図７Ｂは第九実施形態の排気システム、当該排気システムにおいて気柱共鳴が発生する範囲、及び当該範囲内で発生する定常波の音圧の腹及び節の位置を示す説明図である。 図８Ａは第十実施形態の排気システム、当該排気システムにおいて気柱共鳴が発生する範囲、及び当該範囲内で発生する定常波の音圧の腹及び節の位置を示す説明図である。図８Ｂは第十一実施形態の排気システム、当該排気システムにおいて気柱共鳴が発生する範囲、及び当該範囲内で発生する定常波の音圧の腹及び節の位置を示す説明図である。図８Ｃは第十実施形態の排気システムの一部の構成の変形例を示す説明図である。 図９Ａは第十二実施形態のサブマフラを第二端部側から見た説明図である。図９Ｂは図９Ａ中にＩＸＢ−ＩＸＢ線で示した切断箇所における断面図である。図９Ｃは第十二実施形態のサブマフラを第一端部側から見た説明図である。図９Ｄは第十三実施形態のサブマフラを第二端部側から見た説明図である。図９Ｅは図９Ｄ中にＩＸＥ−ＩＸＥ線で示した切断箇所における断面図である。図９Ｆは第十三実施形態のサブマフラを第一端部側から見た説明図である。 図１０Ａは第十四実施形態のサブマフラを第二端部側から見た説明図である。図１０Ｂは図１０Ａ中にＸＢ−ＸＢ線で示した切断箇所における断面図である。図１０Ｃは第十四実施形態のサブマフラを第一端部側から見た説明図である。図１０Ｄは第十五実施形態のサブマフラを第二端部側から見た説明図である。図１０Ｅは図１０Ｄ中にＸＥ−ＸＥ線で示した切断箇所における断面図である。図１０Ｆは第十五実施形態のサブマフラを第一端部側から見た説明図である。

１，３１，４１…排気システム、３…触媒コンバータ、５，５１，６１，７６，８１，８６，９１…サブマフラ、５Ａ…第一サブマフラ、５Ｂ…第二サブマフラ、７…メインマフラ、９，９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ…管材、１１…内管、１３…外管、１５…二重管、１５Ａ…第一端部、１５Ｂ…第二端部、１７，６３…空隙、１７Ａ…共鳴室、１７Ｂ…共鳴管、１９，７８，８８，９５…開口、２１…太径部、２３…細径部、５３，７７…ワイヤメッシュ。

次に、上述の消音器について、例示的な実施形態を挙げて説明する。
（１）第一実施形態
［排気システムの構成］
図１に示す排気システム１は、触媒コンバータ３と、サブマフラ５と、メインマフラ７と、管材９Ａ，９Ｂ，９Ｃ（以下、個々の管材を区別しない場合は管材９とも称する。）とを備え、これらの部材が直列に接続された構造とされている。触媒コンバータ３は、排気ガスを浄化する装置であり、内部に触媒を備えている。サブマフラ５及びメインマフラ７は、いずれも排気騒音を低減する装置である。これらの構成のうち、サブマフラ５が本開示の消音器の一例に相当する。

サブマフラ５は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、内管１１と、外管１３とを備えている。これら内管１１及び外管１３は、双方とも管状に構成されている。内管１１は外管１３の内周側に配置され、これにより、内管１１及び外管１３が、図２Ｂ中に示す範囲Ａ１において、二重管１５を構成している。以下の説明では、二重管１５の一端（図２Ｂ中の
左端。）を第一端部１５Ａ、他端（図２Ｂ中の右端。）を第二端部１５Ｂと称する。

第一端部１５Ａ及び第二端部１５Ｂには、それぞれ上述の管材９Ａ，９Ｂが接続される。これにより、第一端部１５Ａでは、内管１１の内周側が排気の流動方向上流側にある第一流路に連続する。また、第二端部１５Ｂでは、外管１３の内周側が排気の流動方向下流側にある第二流路に連続する。すなわち、内管１１を介して第一流路と第二流路とを結ぶ排気流路が構成される。

ただし、第一端部１５Ａ及び第二端部１５Ｂはどちらを排気流路の上流側にしてもよい。具体的には、第二端部１５Ｂを排気の流動方向上流側にある第一流路に連続させ、第一端部１５Ａを排気の流動方向下流側にある第二流路に連続させてもよい。また、内管１１及び外管１３に対して別体の管材９Ａ，９Ｂを接合してもよいが、内管１１及び外管１３自体が管材９Ａ，９Ｂ相当の箇所まで一体に成形されていてもよい。

内管１１と外管１３との間には空隙１７が設けられている。より詳しくは、図２Ｂに示すように、内管１１は、最大外径が第一の径Ｒ１とされた太径部２１と、最大外径が第一の径Ｒ１よりも小となる第二の径Ｒ２とされた細径部２３とを有する形状とされている。太径部２１は第二端部１５Ｂ側に配置され、細径部２３は第一端部１５Ａ側に配置されている。一方、外管１３は、第二端部１５Ｂから連続する大部分の範囲において、内径が内管１１の最大外径とほぼ同一に構成されている。ただし、外管１３は、第一端部１５Ａ付近の一部においてのみ、図２Ｂに示すように外径が絞り込まれて、第一端部１５Ａ側ほど外径が小さくなる形状にされている。

内管１１及び外管１３が上述のような形状とされることにより、細径部２３の外周面と外管１３の内周面との間には、空隙１７の一部に相当する共鳴室１７Ａが構成されている。また、太径部２１においては、図２Ｃに示すように、内管１１の外周面の一部が内周側に凹ませてある。これにより、太径部２１の外周面の一部と外管１３の内周面との間には、空隙１７の一部に相当する共鳴管１７Ｂが構成されている。

すなわち、これら共鳴室１７Ａ及び共鳴管１７Ｂが構成される箇所において、内管１１は、外管１３の内周面の位置を基準にして、内管１１の外周面の一部が基準よりも内周側に配置される形状とされている。これにより、内管１１の外周面の一部と外管１３の内周面との間に、上述のような共鳴室１７Ａ及び共鳴管１７Ｂが構成されている。

本実施形態の場合、共鳴管１７Ｂを構成する箇所に設けられた内管１１の外周面の凹みは、その曲率中心が内管１１の外周側にある。また、凹みの曲率半径Ｒ３は、内管１１の最大半径Ｒ４（すなわち、凹みのない箇所の半径。）とほぼ同じ寸法にされている。これにより、断面円形の管に対して後加工で凹みを設ける際に、加工前後で管の周方向長さをほぼ同一にできるので、管の肉厚をほぼ維持したまま凹みを設けることができる。ただし、このような凹みを後加工で設けるか否かは任意であり、あらかじめ凹みのある形状に成形された管を用いてもよい。

第一端部１５Ａにおいては、内管１１と外管１３が接する位置にあり、これにより、内管１１と外管１３との間が閉塞されている。本実施形態の場合、第一端部１５Ａにおいて内管１１と外管１３は全周にわたって溶接されている。一方、第二端部１５Ｂにおいては、内管１１と外管１３との間に開口１９がある。この開口１９は、上述の共鳴管１７Ｂの一端にあり、開口１９を介して共鳴管１７Ｂが排気流路に通じている。また、共鳴管１７Ｂの他端は共鳴室１７Ａに通じ、共鳴管１７Ｂを介して共鳴室１７Ａが排気流路に通じている。

このような共鳴管１７Ｂ及び共鳴室１７Ａを設けることにより、共鳴管１７Ｂ及び共鳴室１７Ａがヘルムホルツ共鳴器として機能するように構成されている。より詳しくは、共鳴室１７Ａは、図２Ｄに示すように、共鳴管１７Ｂよりも、外管１３の軸方向に垂直な断面の面積が共鳴管１７Ｂよりも大きく、かつ、外管１３の軸方向に平行な長さが共鳴管１７Ｂよりも長く、共鳴管１７Ｂよりも十分に容積が大きくされている。一方、共鳴管１７Ｂは、図２Ｃに示すように、外管１３の軸方向に垂直な断面の面積が共鳴室１７Ａよりも小さくされている。

［効果］
以上のように構成されたサブマフラ５によれば、二重管１５を構成する内管１１と外管１３との間に空隙１７が設けられ、第二端部１５Ｂにおいては内管１１と外管１３との間に開口１９を有し、開口１９を介して空隙１７が排気流路に通じるように構成されている。これにより、本実施形態の場合は、共鳴管１７Ｂ及び共鳴室１７Ａがヘルムホルツ共鳴器として機能し、消音効果が発現する。

このような構造のサブマフラ５であれば、内管１１には小孔を設けなくてもよいので、そのような小孔の変形を考慮することなく、内管１１に対して曲げ加工を施すことが可能となる。したがって、小孔のある内管１１を利用する場合よりも良好な曲げ加工性を確保することができる。よって、排気管の曲げ部であってもサブマフラ５を配置することができるようになり、より消音効果の高い場所を選定できるようになるので、排気管の曲げ部に配置することが難しいサブマフラ５に比べ、より適切に消音効果を発揮させることができる。

また、上述のような空隙１７を設けるに当たっては、内管１１の形状を、外管１３の内周面の位置を基準にして、内管１１の外周面の一部が基準よりも内周側に配置される形状とすることにより、空隙１７を構成している。そのため、例えば、外管１３を外周側へ膨らませることのみによって空隙１７を確保する場合に比べ、二重管１５の外径をより小さくすることができ、より狭い配置場所であってもサブマフラ５を配置することができるようになる。したがって、サブマフラ５を配置する場所を決める際の自由度が高くなり、より消音効果の高い場所を選定できるようになるので、配置場所が限られる大型のサブマフラ５に比べ、より適切に消音効果を発揮させることができる。

また、上記サブマフラ５の場合、二重管１５の第二端部１５Ｂに開口１９を設けて、二重管１５の軸方向と同方向に延びる共鳴管１７Ｂを構成してある。そのため、内管１１を径方向に貫通する貫通孔を共鳴管として利用する場合に比べ、共鳴管１７Ｂの軸方向長さを容易に長くすることができる。ヘルムホルツ共鳴器における共鳴周波数ｆは、音速Ｃ，共鳴管断面積Ｓ，共鳴管長さＬ，及び共鳴室容積Ｖに基づき、下記の数式（１）によって算出することができる。

そのため、共鳴管１７Ｂの軸方向長さＬを大きくすることができれば、共鳴周波数ｆを低く設定することが可能となる。これに対し、内管１１を径方向（すなわち、内管１１の肉厚方向。）に貫通する貫通孔を共鳴管して利用する場合、共鳴管長さＬは最大でも内管
１１の肉厚と同寸法までしか確保できない。ここで、共鳴周波数ｆを低くする方法としては、共鳴管断面積Ｓを小さくするという方法もある。しかし、共鳴管断面積Ｓを小さくすると、共鳴周波数ｆを低くできても消音効果自体が弱まってしまう、という問題を招く。内管１１の貫通孔にパイプを接続して共鳴管長さＬを延長することもできるが、パイプが追加される分だけ構造が複雑化し、生産性の低下や構造全体の大型化を招く。この点、上記サブマフラ５のような構造を採用すれば、共鳴管１７Ｂの軸方向長さを容易に所望の寸法に設定できるので、十分な騒音抑制効果を確保しながら、共鳴周波数を容易により低く設定でき、ターゲットとなる周波数の排気騒音を低減することができる。

また、上記サブマフラ５の場合、外管１３は、第一端部１５Ａから第二端部１５Ｂまでの範囲内の外径が、第二端部１５Ｂにおける外管１３の外径以下となる形状とされている。そのため、二重管１５の外径が第二端部１５Ｂよりも大きくなる箇所を有するサブマフラ５に比べ、より狭い配置場所にもサブマフラ５を配置できるようになる。

［共鳴管１７Ｂの形状の変形例］
第一実施形態において、図２Ｃには、内管１１の上下二箇所に内周側に向かって凸な形状の凹みを設けることにより、共鳴管１７Ｂを構成していたが、共鳴管１７Ｂの数、及び共鳴管１７Ｂを構成するために内管１１の外周に設けられる凹みの形状は、上述の例に限定されない。

例えば、図３Ａに示すように、図２Ｃに示した共鳴管１７Ｂと同形状の共鳴管１７Ｂを、内管１１の下側一箇所だけに設けてもよい。同様の共鳴管１７Ｂを、内管１１の下側以外の箇所に設けてもよいが、内管１１の下側に共鳴管１７Ｂを設けてあると、外管１３の内周面で結露して外管１３の内部（例えば、共鳴室１７Ａの内部。）に水が溜まった場合には、共鳴管１７Ｂを介して水を外部へ排出できる可能性がある。よって、このような利点も考慮すれば、少なくとも内管１１の下側に共鳴管１７Ｂを構成しておくと好ましい。ただし、外管１３の内部の水については、別の排水対策を採用することもできるので、共鳴管１７Ｂを内管１１の下側に設けることは必須ではない。

また、図３Ｂに示すように、内管１１の上下二箇所に平らな形状の部分を設けることにより、共鳴管１７Ｂを構成してもよい。このような平らな形状の部分であっても、内管１１の外周面全体が外管１３の内周面に接する位置を基準にすると、平らな形状の部分は、基準よりも内周側に配置される形状となるので、共鳴管１７Ｂを構成することができる。

また、図３Ｃに示すように、内管１１の下側一箇所に外周側に向かって凸な形状の部分を設けることにより、共鳴管１７Ｂを構成してもよい。このような外周側に向かって凸な形状の部分であっても、内管１１の外周面全体が外管１３の内周面に接する位置を基準にすると、外周側に向かって凸な形状の部分は、基準よりも内周側に配置される形状となるので、共鳴管１７Ｂを構成することができる。図３Ｄに示すように、内管１１の上下二箇所に外周側に向かって凸な形状の部分を設けることにより、共鳴管１７Ｂを構成してもよい。このような凸な形状の部分についても、図３Ｃ及び図３Ｄに示すように、曲率中心は内管１１の外周側にある。

（２）第二実施形態
次に、第二実施形態について説明する。なお、第二実施形態以降の各実施形態については、第一実施形態との相違点を中心に詳述する。第一実施形態と同様な部分に関しては、図中に第一実施形態と同等な符号を付すだけにとどめ、その詳細な説明を省略する。

図４Ａに示す排気システム３１は、触媒コンバータ３と、第一サブマフラ５Ａと、第二サブマフラ５Ｂと、メインマフラ７と、管材９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄとを備え、これらの
部材が直列に接続された構造とされている。すなわち、第二実施形態では、二つのサブマフラが設けられている点で、第一実施形態とは相違する。

このような構成にすれば、排気管内で気柱共鳴が発生した際に、第一サブマフラ５Ａだけでは気柱共鳴に対処できない場合であっても、気柱共鳴で生じる定常波の音圧の腹部に第二サブマフラ５Ｂを配置することで、排気音の低減を図ることができる。

（３）第三実施形態
次に、第三実施形態について説明する。
図４Ｂに示す排気システム４１は、触媒コンバータ３と、第一サブマフラ５Ａと、第二サブマフラ５Ｂと、メインマフラ７と、管材９Ａ，９Ｂ，９Ｃとを備え、これらの部材が直列に接続された構造とされている。二つのサブマフラ５Ａ，５Ｂが設けられている点は、第二実施形態と同様である。

ただし、第三実施形態では、第二サブマフラ５Ｂの一端が、メインマフラ７に対して直接接続されている。このように本開示の消音器に相当するサブマフラ５の両端には、管材が接続されるとは限らず、排気流路を構成可能な各種装置が直接接続されてもよい。

（４）第四実施形態
次に、第四実施形態について説明する。
図５Ａに示すサブマフラ５１は、第一端部１５Ａにおいて、内管１１と外管１３が接する位置にはなく、その代わりに、金属製の緩衝部材であるワイヤメッシュ５３が内管１１と外管１３との間に挟み込まれることにより、内管１１と外管１３との間が閉塞されている。このように、内管１１と外管１３との間は、溶接以外の手法で閉塞されていてもよい。

なお、図示は省略するが、第二端部１５Ｂにおいても、ワイヤメッシュ５３等の介在物が内管１１と外管１３との間に挟み込まれていてもよい。ただし、第二端部１５Ｂにおいては、上述のような開口１９が設けられ、共鳴管１７Ｂとなる空隙が確保されるので、これら開口１９や共鳴管１７Ｂに対応する箇所には介在物が配置されない。

（５）第五実施形態
次に、第五実施形態について説明する。
図５Ｄに示すサブマフラ６１は、内管１１の形状が上述の各実施形態とは相違し、上述の各実施形態でいう太径部２１に相当する断面形状とされた部分が、内管１１の軸方向全長にわたって連続して、共鳴室１７Ａがない直線状の空隙６３を構成している。第一端部１５Ａにおいては、第四実施形態同様、ワイヤメッシュ５３が内管１１と外管１３との間に挟み込まれることにより、内管１１と外管１３との間が閉塞されている。このように構成されたサブマフラ６１は、上述の空隙６３がサイドブランチとして機能する。すなわち、本開示の消音器は、第一実施形態から第四実施形態までの各実施形態に示した通り、ヘルムホルツ共鳴器型消音器として構成できる他、第五実施形態に示した通り、サイドブランチ型消音器として構成することもできる。

（６）第六実施形態
次に、第六実施形態について説明する。図６Ａに示す排気システム１は、上述の第一実施形態において説明した排気システム１と同様の部材で構成されている。エンジン７１から排出される排気は、エキゾーストマニホールド７３を介して触媒コンバータ３へと流入するように構成されている。また、第六実施形態の場合、排気システム１における気柱共鳴の発生範囲を考慮して、サブマフラ５の配設位置が最適化されている。

より詳しくは、第六実施形態の排気システム１の場合、エンジン７１とエキゾーストマニホールド７３との接続箇所Ｐ１から管材９Ｂの端部Ｐ２に至る排気流路（図６Ａ中に示す長さＬの排気流路。）において、気柱共鳴に起因する共鳴音が発生する。なお、図６Ａには、気柱共鳴の際に上記排気流路において発生する定常波の音圧を表す波形を併記してある。第六実施形態の排気システム１の場合、排気流路内で発生する定常波の音圧の腹部に対応する位置に開口１９が配置されるように、サブマフラ５の配設位置が設定されている。

具体的には、本実施形態の場合、図６Ａに示すように、上述の排気流路内で発生する定常波の音圧の腹部の位置は、エンジン７１とエキゾーストマニホールド７３との接続箇所Ｐ１から長さ２／３Ｌだけ離れた箇所Ｐ３にある。そこで、この箇所Ｐ３にサブマフラ５の開口１９が配置されている。これにより、排気システム１における気柱共鳴を抑制することができ、排気音の低減を図ることができる。

（７）第七実施形態
次に、第七実施形態について説明する。図６Ｂに示す排気システム１は、上述の第六実施形態において説明した排気システム１と同様の部材で構成されている。ただし、第七実施形態において、サブマフラ５を構成する二重管１５は、第二端部１５Ｂが排気流路の上流側、第一端部１５Ａが排気流路の下流側となるように配置されている。すなわち、第七実施形態では、サブマフラ５が、第六実施形態とは逆向きに配設されている。サブマフラ５がこのような向きにされる場合でも、気柱共鳴が発生する範囲を考慮して、最適な位置に開口１９が配置されるように、サブマフラ５の配設位置が調節される。

なお、第七実施形態の排気システム１の場合、エンジン７１とエキゾーストマニホールド７３との接続箇所Ｐ１から管材９Ｂとメインマフラ７との接続箇所Ｐ４に至る排気流路（図６Ｂ中に示す長さＬの排気流路。）において、気柱共鳴に起因する共鳴音が発生する。すなわち、気柱共鳴が発生する範囲は、排気システム１の構造に応じて変わり得る。この場合、開口１９は、エンジン７１とエキゾーストマニホールド７３との接続箇所Ｐ１から長さ２／３Ｌだけ離れた箇所Ｐ５に配置される。サブマフラ５の配設位置は、開口１９の位置を基準にして最適化される。このような位置に上述のような向きでサブマフラ５が配設された場合でも、排気システム１における気柱共鳴を抑制することができ、排気音の低減を図ることができる。

（８）第八実施形態
次に、第八実施形態について説明する。図７Ａに示す排気システム１は、上述の第七実施形態において説明した排気システム１と同様の部材で構成されている。ただし、第八実施形態においては、３次モードの定常波を想定して、その定常波の音圧の腹部に対応する位置に開口１９が配置されるように、サブマフラ５の配設位置が設定されている。

具体的には、図７Ａに示すように、３次モードの定常波の場合、定常波の音圧の腹部の位置は、エンジン７１とエキゾーストマニホールド７３との接続箇所Ｐ１から長さ２／５Ｌだけ離れた箇所Ｐ６、及び４／５Ｌだけ離れた箇所Ｐ７にある。そこで、第八実施形態では、上記４／５Ｌだけ離れた箇所Ｐ７にサブマフラ５の開口１９が配置されている。このような位置にサブマフラ５を配設した場合でも、排気システム１における気柱共鳴を抑制することができ、排気音の低減を図ることができる。

（９）第九実施形態
次に、第九実施形態について説明する。図７Ｂに示す排気システム１は、上述の第八実施形態において説明した排気システム１と同様の部材で構成されている。また、第九実施形態においては、第八実施形態の場合と同様に、３次モードの定常波を想定している。た
だし、第九実施形態では、エンジン７１とエキゾーストマニホールド７３との接続箇所から長さ２／５Ｌだけ離れた箇所Ｐ６にサブマフラ５の開口１９が配置されている。なお、サブマフラ５の向きは、第七実施形態と同様の向きにされている。このような位置にサブマフラ５を配設した場合でも、排気システム１における気柱共鳴を抑制することができ、排気音の低減を図ることができる。

（１０）第十実施形態
次に、第十実施形態について説明する。図８Ａに示す排気システム１は、上述の第六実施形態において説明した排気システム１と同様の部材で構成されている。ただし、図８Ａには、排気システム１が備える構成の一部を抜粋して図示してある。第十実施形態の場合、サブマフラ５は、メインマフラ７よりも排気の流動方向下流側となる箇所に配設されている。

第十実施形態の場合、管材９Ｂの端部Ｐ８からサブマフラ５よりも排気の流動方向下流側にある管材９Ｃの開口端Ｐ９に至る排気流路（図８Ａ中に示す長さＬの排気流路。）において、気柱共鳴に起因する共鳴音が発生する。第十実施形態においても、排気流路内で発生する定常波の音圧の腹部に対応する位置に開口１９が配置されるように、サブマフラ５の配設位置が設定されている。

具体的には、図８Ａに示すように、上述の排気流路内で発生する定常波の音圧の腹部の位置は、管材９Ｂの端部Ｐ８から長さ１／２Ｌだけ離れた箇所Ｐ１０にある。そこで、この箇所Ｐ１０にサブマフラ５の開口１９が配置されている。これにより、排気システム１における気柱共鳴を抑制することができ、排気音の低減を図ることができる。

（１１）第十一実施形態
次に、第十一実施形態について説明する。図８Ｂに示す排気システム１は、上述の第十実施形態同様、サブマフラ５が、メインマフラ７よりも排気の流動方向下流側となる箇所に配設されている。第十一実施形態の場合、管材９Ｂの端部Ｐ１１からサブマフラ５よりも排気の流動方向下流側にある管材９Ｃの開口端Ｐ１２に至る排気流路（図８Ｂ中に示す長さＬの排気流路。）において、気柱共鳴に起因する共鳴音が発生する。ただし、第十一実施形態においては、２次モードの定常波を想定して、その定常波の音圧の腹部に対応する位置に開口１９が配置されるように、サブマフラ５の配設位置が設定されている。

具体的には、図８Ｂに示すように、２次モードの定常波の場合、定常波の音圧の腹部の位置は、管材９Ｂの端部Ｐ１１から長さ１／４Ｌだけ離れた箇所Ｐ１３、及び３／４Ｌだけ離れた箇所Ｐ１４にある。そこで、第十一実施形態では、上記３／４Ｌだけ離れた箇所Ｐ１４にサブマフラ５の開口１９が配置されている。このような位置にサブマフラ５を配設した場合でも、排気システム１における気柱共鳴を抑制することができ、排気音の低減を図ることができる。なお、上記１／４Ｌだけ離れた箇所Ｐ１３にサブマフラ５の開口１９が配置されていてもよい。

（１２）第十二実施形態
次に、第十二実施形態について説明する。上述の第一実施形態では、第一端部１５Ａにおいて内管１１と外管１３との間が閉塞され、第二端部１５Ｂにおいて内管１１と外管１３との間に開口１９が設けられていたが、第十二実施形態として図９Ａ，図９Ｂ，及び図９Ｃに示すサブマフラ７６の場合、第一端部１５Ａと第二端部１５Ｂの双方に開口が設けられている。

図９Ａ，図９Ｂ，及び図９Ｃに示すサブマフラ７６の場合、第一端部１５Ａにおいて、内管１１と外管１３との間にはワイヤメッシュ７７が挟み込まれている。ただし、図９Ｃ
に示すように、ワイヤメッシュ７７は周方向の一部が途切れた形状になっており、その途切れた部分によって開口７８が形成されている。

このような開口７８は、内管１１と外管１３との間に構成される共鳴室１７Ａの機能が損なわれない範囲内でサイズ及び形状を調節することができ、そのような調節を行うことにより、ヘルムホルツ共鳴器の特性として算出される周波数の調整を実施できる。ヘルムホルツ共鳴器における共鳴周波数は、第一実施形態において説明した通り、共鳴管断面積，共鳴管長さ，及び共鳴室容積等を調整することによって変えることができるが、更に開口７８のサイズや形状を調節することによっても変えることができる。したがって、開口７８による調整が可能となる分だけ、ヘルムホルツ共鳴器における共鳴周波数の調整手段が増えることになり、そのような調整を行う際の自由度が高くなる。

なお、第一端部１５Ａと第二端部１５Ｂの双方に開口を設けた場合は、内管１１と外管１３との間にも排気が流入し得るので、その場合は、内管１１の外周側及び内周側に二系統の排気流路が構成されることになる。この場合、仮にいずれか一方の排気流路が詰まったとしても、もう一方の排気流路が詰まっていなければ、排気流路が完全に閉塞されてしまうのを回避することができる。

したがって、例えば寒冷地等において排気管内に水が溜まり、その水が凍るという現象が何度となく繰り返されるような状況下で、いずれか一方の排気流路が氷によって塞がれたとしても、もう一方の排気流路を介して排気ガスを排出できる余地がある。よって、湾曲している排気管の形状に起因して、水が溜まりやすい箇所ができる場合には、そのような箇所に上記サブマフラ７６を配設することにより、消音効果に加えて、排気管内の凍結対策を図ることもできる。

（１３）第十三実施形態
次に、第十三実施形態について説明する。図９Ａ，図９Ｂ，及び図９Ｃに示すサブマフラ８１は、第一端部１５Ａにおいても内管１１の外周に第二端部１５Ｂ側と同様な凹みが形成されて、開口８５が形成されている。このような開口８５についても、内管１１と外管１３との間に構成される共鳴室１７Ａの機能が損なわれない範囲内でサイズ及び形状を調節することができ、そのような調節を行うことにより、ヘルムホルツ共鳴器の特性として算出される周波数の調整を実施できる。なお、排気の流路が二系統確保される点は第十二実施形態と同様である。

（１４）第十四実施形態
次に、第十四実施形態について説明する。第十四実施形態で例示するサブマフラ８６は、第十三実施形態で例示したサブマフラ８１との比較において、第二端部１５Ｂ側に設けられた開口１９の数が相違するが、その他の点は第十三実施形態と同様に構成されている。

すなわち、図１０Ａ，図１０Ｂ，及び図１０Ｃに示すサブマフラ８６についても、第一端部１５Ａにおいて内管１１の外周には凹みが形成されることにより、開口８８が形成されている。このような開口８８についても、内管１１と外管１３との間に構成される共鳴室１７Ａの機能が損なわれない範囲内でサイズ及び形状を調節することができ、そのような調節を行うことにより、ヘルムホルツ共鳴器の特性として算出される周波数の調整を実施できる。なお、排気の流路が二系統確保される点は第十二実施形態と同様である。

（１５）第十五実施形態
次に、第十五実施形態について説明する。第十五実施形態として、図１０Ｄ，図１０Ｅ，及び図１０Ｆに例示するサブマフラ９１は、第十三実施形態で例示したサブマフラ８１
との比較において、第一端部１５Ａ側の形状が相違するが、その他の点は第十三実施形態と同様に構成されている。図１０Ｄ，図１０Ｅ，及び図１０Ｆに示すサブマフラ９１は、第一端部１５Ａにおいても内管１１の外周に凹みが形成されて、開口９５が形成されている。このような開口９５についても、内管１１と外管１３との間に構成される共鳴室１７Ａの機能が損なわれない範囲内でサイズ及び形状を調節することができ、そのような調節を行うことにより、ヘルムホルツ共鳴器の特性として算出される周波数の調整を実施できる。なお、排気の流路が二系統確保される点は第十二実施形態と同様である。

（１６）他の実施形態
以上、本開示の消音器について、例示的な実施形態を挙げて説明したが、上述の実施形態は本開示の一態様として例示されるものに過ぎない。すなわち、本開示は、上述の例示的な実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲内において、様々な形態で実施することができる。

例えば、上記実施形態では、排気システム内に、一つのサブマフラを備える例、二つのサブマフラを備える例を示したが、三つ以上のサブマフラを備えてもよい。
また、上記実施形態では、共鳴管１７Ｂとなる空隙に関し、いくつかの具体的な例を示したが、共鳴管１７Ｂとして機能し得る断面形状であれば、空隙の断面形状は上述の例以外の形状になっていてもよい。

また、上記実施形態では、気柱共鳴による共鳴音を抑制するために、１次モードから３次モードまでの定常波を想定して、その定常波の音圧の腹部に対応する位置にサブマフラ５の開口を配置する例を示したが、上述の例以外の定常波を想定して、サブマフラ５の配設位置を設定してもよい。例えば、上述の第十実施形態や第十一実施形態のような構成において、３次モードの定常波を想定するのであれば、定常波が発生する長さＬの範囲に対し、その範囲の一端から長さ１／６Ｌだけ離れた箇所や、同範囲の一端から長さ５／６Ｌだけ離れた箇所に開口１９が配置されるようにすればよい。また、４次モード以上の定常波を想定してもよい。

また、上記実施形態では、触媒コンバータ３やサブマフラ５（又は第一サブマフラ５Ａ及び第二サブマフラ５Ｂ）が管材９を介して真っ直ぐに配列されているものを図示してあるが、サブマフラ５や管材９それぞれは曲げ加工が施されていてもよい。例えば、図８Ａには、メインマフラ７の内部において管材９Ｂが真っ直ぐに延びている例を図示してあるが、図８Ｃに示すように、メインマフラ７の内部において管材９が湾曲させてある場合もあり、この場合でも本開示の構成を採用し得る。

排気システムを構成する複数の部品のうち、いくつかの部品が湾曲させてある場合は、排気システム全体としての管路についても、局所局所において湾曲する管路となる。このような場合でも、湾曲した管路内で気柱共鳴が発生し得るので、定常波の音圧の腹部に相当する位置を特定し、その位置に開口１９が配置されるように、サブマフラ５の配設位置を設定すればよい。

なお、上記実施形態において、一つの構成要素となっていた箇所を複数の構成要素を組み合わせて構成してもよく、複数の構成要素を組み合わせて構成してあった箇所を一つの構成要素で構成してもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

また、上述したサブマフラの他、上述のサブマフラを構成要素とする排気システム、上述のサブマフラを利用した排気方法など、種々の形態で本開示を実現することもできる。
（１７）補足
なお、以上説明した例示的な実施形態から明らかなように、本開示の消音器は、更に以下に挙げるような構成を備えていてもよい。

まず、本開示の消音器において、内管は、最大外径が第一の径とされた太径部と、最大外径が第一の径よりも小となる第二の径とされた細径部とを有する形状とされ、細径部の外周面と外管の内周面との間には、空隙の一部に相当する共鳴室が構成され、太径部は、第二端部に配置されて、太径部の外周面の一部と外管の内周面との間に、空隙の一部に相当する共鳴管が構成され、共鳴管の一端に開口があって、開口を介して共鳴管が排気流路に通じていて、共鳴管を介して共鳴室が排気流路に通じることにより、共鳴管及び共鳴室がヘルムホルツ共鳴器として機能するように構成されていてもよい。

このように構成された消音器によれば、二重管の端部に開口を設けて、二重管の軸方向と同方向に延びる共鳴管を構成できる。そのため、内管を径方向に貫通する貫通孔を共鳴管として利用する場合に比べ、共鳴管の軸方向長さを容易に長くすることができる。したがって、十分な騒音抑制効果を確保しながら、共鳴周波数を容易により低く設定することができる。

また、本開示の消音器において、外管は、第一端部から第二端部までの範囲内の外径が、第二端部における外管の外径以下となる形状とされていてもよい。
このように構成された消音器によれば、二重管の外径が第二端部よりも大きくなる箇所が存在しないので、二重管の外径が第二端部よりも大きくなる箇所を有する消音器に比べ、より狭い配置場所にも消音器を配置できるようになる。

また、本開示の消音器は、消音器を含む排気流路構成部材によって構成される排気流路において気柱共鳴が発生する場合に、排気流路内で発生する定常波の音圧の腹部に対応する位置に開口が配置された状態にあってもよい。

このように構成された消音器によれば、気柱共鳴による共鳴音の発生を抑制することができ、他の位置に消音器が配置される場合よりも排気音の低減を図ることができる。

Claims (4)

1. 管状に構成された内管と、
   管状に構成され、内周側に前記内管が配置されて、前記内管とともに二重管を構成する外管と
   を備え、
   前記二重管の一端である第一端部、及び前記二重管の他端である第二端部のうち、いずれか一方が排気の流動方向上流側にある第一流路に連続し、かつ、他方が排気の流動方向下流側にある第二流路に連続することにより、前記内管を介して前記第一流路と前記第二流路とを結ぶ排気流路を構成可能で、
   前記内管と前記外管との間には空隙が設けられ、前記第一端部及び前記第二端部のうちの少なくとも一方においては前記内管と前記外管との間に開口を有し、前記開口を介して前記空隙が前記排気流路に通じるように構成され、
   前記内管は、前記外管の内周面の位置を基準にして、前記内管の外周面の一部が前記基準よりも内周側に配置される形状とされた部分を有し、当該部分と前記外管の内周面との間に前記空隙が構成されている
   消音器。
2. 請求項１に記載の消音器であって、
   前記内管は、最大外径が第一の径とされた太径部と、最大外径が前記第一の径よりも小となる第二の径とされた細径部とを有する形状とされ、
   前記細径部の外周面と前記外管の内周面との間には、前記空隙の一部に相当する共鳴室が構成され、
   前記太径部は、前記第二端部に配置されて、前記太径部の外周面の一部と前記外管の内周面との間に、前記空隙の一部に相当する共鳴管が構成され、
   前記共鳴管の一端に前記開口があって、前記開口を介して前記共鳴管が前記排気流路に通じていて、前記共鳴管を介して前記共鳴室が前記排気流路に通じることにより、前記共鳴管及び前記共鳴室がヘルムホルツ共鳴器として機能するように構成されている
   消音器。
3. 請求項１又は請求項２に記載の消音器であって、
   前記外管は、前記第一端部から前記第二端部までの範囲内の外径が、前記第二端部における前記外管の外径以下となる形状とされている
   消音器。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の消音器であって、
   前記消音器を含む排気流路構成部材によって構成される排気流路において気柱共鳴が発生する場合に、前記排気流路内で発生する定常波の音圧の腹部に対応する位置に前記開口が配置された状態にある
   消音器。

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