JP2842074B2

JP2842074B2 - 消音器

Info

Publication number: JP2842074B2
Application number: JP23817592A
Authority: JP
Inventors: 勇中田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1998-12-24
Anticipated expiration: 2013-12-24
Also published as: JPH0688515A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は脈動圧を呈する流体の排
気音を低減する消音器に関する。本発明は、例えば、内
燃機関からの排気ガスを排出する排気系に適用できる。

【０００２】

【従来技術】従来より、消音器、例えば内燃機関の排気
系に用いられる消音器においては、排気ガスが流れる排
気通路内に揺動可能に設けられた揺動弁と、揺動弁を付
勢するバネとをもつものとして、以下述べる様なものが
知られている。即ち、図７に示す様に、排気通路１００
に揺動弁１０２を軸１０４により揺動可能に枢支すると
共に、バネ１０６で揺動弁１０２を閉弁方向つまり矢印
Ａ１方向に付勢した消音器が知られている（特開昭５８
−２１７７１４号公報）。このものでは、排気ガスの圧
力の増加につれて揺動弁１０２の開弁度が増すものであ
る。このものでは、内燃機関の軽負荷運転域、つまり排
気ガスの圧力が低い場合には、排気通路１００の通路面
積が揺動弁１０２で絞られ、排気音の消音効果が得られ
る。

【０００３】また図８に示す様に、排気通路２００の側
方に対面する開口２０２、２０４を介して連通するタン
ク室２０６を設けると共に、タンク室２０６に軸２０８
により揺動弁２１０を揺動可能に枢支し、開口２０２を
開く様にバネ２１２で揺動弁２１０を付勢した消音器が
知られている（実開平３−１１４５１２号公報）。この
ものでは、排気通路２００を流れる排気ガスの一部を開
口２０２からタンク室２０６に一時的に溜め、その後、
揺動弁２１０が矢印Ａ３方向に揺動して開口２０４を開
くので、タンク室２０６内の排気ガスを開口２０４から
排出する。このものでは、排気ガスを分割して排出する
ので、消音効果が期待される。

【０００４】また図９に示す様に、曲げ部３００をもつ
薄板状の弁３０２を排気通路３０４の内壁面にほぼ平行
に沿わせた消音器が知られている（実開平３−８９９２
２号公報）。曲げ部３００は排気通路３０４の出口側に
位置している。このものでは、排気バリ音の様な高周波
成分をもつ騒音が、負方向つまり矢印Ａ５方向に流れる
脈動流に起因していることに着目し、弁３０２の曲げ部
３００により、負方向の脈動流を阻止するものである。

【０００５】また図１０に示す様に、排気通路４００に
連設された副室４０２の壁に、外気に連通する通孔４０
３を設け、揺動弁４０４を複数個のバネ４０６で支持
し、揺動弁４０４の第１弁４０８を排気通路４００に配
置し、第２弁４１０を副室４０２に配置した消音器が知
られている（特表平２−５０１５８５号公報）。このも
のでは、揺動弁４０４の第１弁４０８及び第２弁４１０
が互いに逆方向に揺動する。これにより、排気通路４０
０を流れる脈動流に対して逆位相の流れを副室４０２で
生成し、排気通路４００の脈動流と副室４０２の逆位相
の流れとを互いに合体空間４１０で干渉させ、消音効果
を得る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した図
７に示す様な消音器では、バネ１０６で揺動弁１０２を
閉弁方向つまり矢印Ａ１方向に付勢する方式が採用され
ており、基本的には、揺動弁１０２を開く開弁力Ｆα
は、排気通路１００を流れる流体の全圧で定まり、一
方、揺動弁１０２を閉じる閉弁力Ｆβはバネ１０６の付
勢力で定まる。

【０００７】そのため、開弁に伴い、揺動弁１０２の手
前上流側Ｈの圧力が抜けると、揺動弁１０２の手前上流
側Ｈの全圧が低下するので、開弁力Ｆαが急に低下し、
従って、開弁力Ｆαよりも閉弁力Ｆβがかなり大きくな
る。そのため、揺動弁１０２が急に閉弁して排気通路１
００のストッパ部１００ａに打撃するハンチング現象が
生じ易い。更に、内燃機関から排出される排気ガスは脈
動圧を呈するため、打撃音が連続するチャタリング現象
が生じ易い。

【０００８】特に車両では、排気ガスの脈動圧の影響
で、チャタリング現象が生じる運転領域が広く存在す
る。例えば、排気ガスの流れが基本的にはない車両の減
速時においても、動弁系の関係で排気通路１００内で脈
動圧が生じる。このとき、閉弁に近い状態の揺動弁１０
２に脈動圧が作用するため、チャタリング現象が生じ易
い。かかるチャタリング現象を回避するには、バネ１０
６の付勢力を強くすればよいが、この場合には、バネ１
０６の付勢力が強いため、車両の加速時に必要とする開
弁度が得られない不具合が生じる。

【０００９】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、その目的は、開弁力として作用する流体の全圧
と同位相の静圧を閉弁力として作用させることにより、
消音弁が閉弁する際の打撃に起因するハンチング現象、
チャタリング現象を低減または回避するのに有利な消音
器を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の消音器は、脈動
圧を呈する流体が上流から下流に向けて流れる主通路
と、弁支持部と、弁支持部よりも上流側で主通路に対面
して開口する静圧取入口と、静圧取入口に連通する副室
とを備えた管体と、管体の弁支持部に揺動可能に支持さ
れ、主通路に開閉可能に配置され主通路の流体の全圧を
受けて開弁方向に付勢される消音弁と、消音弁と一体的
にかつ副室内で揺動可能に配置され静圧取入口からの静
圧を受けて消音弁を閉弁方向に付勢するダンピング弁と
をもつ揺動弁と、消音弁を閉弁方向に付勢するバネとで
構成され、消音弁を開弁方向に付勢する主通路の流体の
全圧と同位相の静圧が静圧取入口を介してダンピング弁
に閉弁力として作用する様にしたことを特徴とするもの
である。

【００１１】主通路は流体が通過するものであり、断面
円形状でも、角形状でも良い。静圧取入口は、消音弁で
生じるよどみ圧の領域を避けて形成する。揺動弁は、主
通路を開閉する消音弁と、副室に配置されたダンピング
弁とをもつ。揺動弁は、後述する実施例で例示する様に
断面Ｌの字形状であることが好ましい。弁支持部は揺動
弁を支持するものであり、軸、軸受、筒体等を利用して
形成できる。バネは消音弁を閉弁方向に付勢するもので
あり、公知のバネ、例えばネジリコイルバネ、引張コイ
ルバネ、板バネ等を適宜採用できる。

【００１２】

【作用】主通路を流れる流体により消音弁は開弁方向に
揺動する。従って、消音弁を開弁する開弁力Ｆαは、基
本的には、主通路を流れる流体の全圧に起因する。一
方、消音弁を閉弁させる閉弁力Ｆβは、静圧取入口から
副室に取り入られた静圧がタンピング弁に作用する付勢
力Ｆβ₁と、バネの付勢力Ｆβ₂との和に起因する。

【００１３】ＦαがＦβよりも大きいとき消音弁は開弁
方向に揺動する。このとき、（Ｆα−Ｆβ）の差が、消
音弁を開弁方向に駆動する力として働く。ＦβがＦαよ
りも大きいとき、消音弁は閉弁する。ＦαとＦβとが均
衡すると、消音弁はその揺動角度で停止する。ところで
本発明では、消音弁を開弁する主通路の流体の全圧と、
静圧取入口から副室に取り入れられた静圧とは基本的に
は同位相である。そのため、開弁力Ｆα及び閉弁力Ｆβ
は基本的には同位相で変動する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を車両の消音器に適用した実施
例について、図１〜図６を参照して説明する。図１、図
２は消音器を水平方向に切断した断面図である。この消
音器は車両の排気系の一部をなす。消音器を構成する管
体１は、主管１０と、主管１０に固定された副部材１１
とで構成されている。主管１０の内壁面で、主通路とし
ての排気通路１４が形成されている。排気通路１４で
は、脈動圧を呈する排気ガスが上流から下流に向けてつ
まり矢印Ｂ１方向に流れる。副部材１１の内壁面で副室
１６が形成されている。なお、副部材１１は主管１０の
横側壁に設けられているので、管体１の高さの抑制、車
高の抑制に有利である。

【００１５】揺動弁２は、排気通路１４に配置された消
音弁２０と、消音弁２０に連設され副室１６に配置され
たダンピング弁２２と、消音弁２０及びダンピング弁２
２を止め具２４ａあるいは溶接で固定した弁軸２４とで
構成されている。図３に示す様に弁軸２４の一端部２４
ａには筒体２６が回り止め状態で保持されている。弁軸
２４は、管体１に形成された弁支持部としての支持筒１
ａ、１ｂに固体潤滑剤系のブッシュ２８を介して揺動可
能に支持されている。なお２９はキャップである。

【００１６】バネ３は所定の付勢力を発揮するネジリコ
イルバネであり、図３に示す様にその一端部３ａは筒体
２６に係止し、その他端部３ｂは支持筒１ａのピン状突
起１ｅに係止している。この結果、内燃機関の非作動時
には、図１に示す様に、消音弁２０が閉弁方向つまり矢
印Ｃ１方向に向けて付勢され、ストッパ部１ｒに当接し
ており、これにより排気通路１４を閉鎖している。

【００１７】図１に示す様に、主管１０の側壁うち、揺
動弁２の弁軸２４よりも上流側に静圧取入口４０が形成
されている。静圧取入口４０はＬ字通路４１をもつ連結
管４２により副室１６に連通している。従って、静圧取
入口４０から取り入れられた静圧は副室１６内のダンピ
ング弁２２に作用する。Ｌ字通路４１は、排気通路１４
と直交する向きでかつ長さがＬ２の第１通路４１ａと、
排気通路１４とほぼ平行でかつ長さがＬ３の第２通路４
１ｂとからなる。Ｌ２とＬ３との和は適宜設定できる
が、本実施例では約３〜１０ｃｍ程度とされている。

【００１８】図１に示す様に、前記した静圧取入口４０
は弁軸２４よりも距離Ｌ４離れた位置に形成されてい
る。距離Ｌ４ぶん離した理由は次の様である。即ち、図
４は本例装置を模式的に示したものであり、消音弁２０
は流れに対して障害物として機能する関係上、消音弁２
０の前面側には、図４にハッチングで示す様に流れの流
線に沿うよどみ圧の領域Ｓが生じるので、よどみ圧の領
域Ｓを避けて静圧取入口４０を形成し、副室１６に静圧
のみを作用させるためである。従って副室１６には排気
通路１４の動圧は作用しない。

【００１９】ここで、排気通路１４を流れる排気ガスの
脈動圧の基本波長λは、内燃機関の種類、内燃機関の回
転域等によって多少異なるが、一般的には１５ｍ〜２ｍ
程度である。従って、前記したＬ字通路４１の長さ（Ｌ
２＋Ｌ３）は、排気通路１４を流れる排気ガスの脈動圧
の基本波長λよりもはるかに短い距離とされている。よ
って本実施例では、消音弁２０を開弁方向に付勢する排
気通路１４の流体の全圧と、副室１６内の静圧とは、基
本的に同位相となる。

【００２０】さて本実施例では、内燃機関からの排気ガ
スは排気通路１４を矢印Ｂ１方向に流れ、排気ガスによ
り消音弁２０は押圧される。そして、図２に示す様に消
音弁２０は開弁方向つまり矢印Ｃ２方向に揺動する。図
２は消音弁２０の開弁角度が角度θとなった状態を示
す。ここで、消音弁２０を開く開弁力Ｆαは、排気通路
１４を流れる流体の全圧に起因する。また、消音弁２０
を閉じる閉弁力Ｆβは、静圧取入口４０から副室１６に
取り入られた静圧がタンピング弁２２に作用する付勢力
Ｆβ₁と、バネ３による付勢力Ｆβ₂との和に起因す
る。そして、（Ｆα−Ｆβ）の差が、消音弁２０を開弁
方向に駆動する力として作用し、開弁角度θの進行につ
れてＦαとＦβとが均衡して消音弁２０はその揺動位置
で停止する。

【００２１】上記した様に排気ガスが排気通路１４を流
れる際に、排気通路１４は消音弁２０により覆われる
と、排気通路１４の通路面積は絞られ、排気ガスの脈動
圧による変動圧力が軽減され、消音効果が得られる。よ
って、排気系の吐出端から吐出される音圧は低下する。
特に、車両の低速時には、車室内でのこもり音の要因と
なる低周波成分をもつ排気音が生じ易いが、この点本実
施例では低速時には開弁力Ｆαが小さく、消音弁２０の
開弁角度θは小さいので、消音弁２０で排気通路２０は
効果的に絞られ、これにより低周波成分をもつ排気音は
効果的に消音される。なお、低速時には排気ガスの排気
圧がもともと小さいため、絞りによる内燃機関の能力低
下は実用上ない。車両の高速時には、排気通路１４の全
圧が増して消音弁２０の開弁角度θが大きくなるので、
排気ガスの排出性も確保される。

【００２２】ところで、内燃機関から排出される排気ガ
スは脈動圧を呈するものである。この様に脈動圧が作用
する場合には、前述した様に消音弁２０が閉弁の際にス
トッパ部１ｒに急にあたる打撃音であるハンチング現
象、チャタリング現象を誘発するおそれがある。この点
本実施例では、消音弁２０に開弁力Ｆαとして作用する
排気通路１４の全圧と、閉弁力Ｆβとしてダンピング弁
２２に作用する副室１６の静圧とは基本に同位相であ
り、開弁力Ｆαが減少したときには閉弁力Ｆβも減少す
る。よって、消音弁２０が閉弁する際に消音弁２０がス
トッパ部１ｒに急に当たることは抑制される。よって、
ハンチング現象、チャタリング現象の低減、回避に有利
である。

【００２３】なお、揺動弁２を設置する位置は排気系で
あれば、特に限定されないが、一般的にはメインマフラ
ーの前に設置することができる。（適用例）上記装置を所定の内燃機関の排気系に適用し
た。この内燃機関からの排気ガスは図５、図６に示す圧
力特性をもつ。ここで、図５は排気通路１４を流れる排
気ガスの脈動圧の状況を模式的に示す。測定は、内燃機
関（４気筒、４サイクル）を６０００ｒｐｍで駆動さ
せ、メインマフラーの前で測定して行った。図５の破線
で示す特性線Ｄ１は全圧の脈動状況を示し、特性線Ｄ２
は静圧の脈動状況を示し、Ｐ１は全圧の平均値を示し、
Ｐ２は静圧の平均値を示す。排気ガスの脈動圧の基本波
長λは前述した様に１５ｍ〜２ｍ程度である。内燃機関
の回転数が変動しても、排気ガスは基本的にはこれに対
応した脈動圧を呈する。この様な脈動圧を呈する排気ガ
スが排気通路１４を流れる。

【００２４】図６は内燃機関の回転数と排気ガスの圧力
との関係を示す。特性線Ｅ１は平均全圧を示し、特性線
Ｅ２は平均静圧を示す。図６に示す様に内燃機関の回転
数が増すにつれて（全圧−静圧）の差圧が大きくなる。
この差圧がバネ３の付勢力と共に消音弁２０を実際に開
弁する力として作用することから、内燃機関の回転数が
増すにつれて消音弁２０の開弁角度θが増加する。よっ
て、内燃機関の高速回転領域における排気ガスの排出性
が確保され、消音弁２０による内燃機関の能力低下は実
用上生じない。

【００２５】（他の例）その他、本発明は、上記したか
つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、
例えば、排気通路１４は断面円形状でもよく、バネは引
張コイルバネでも良いなど必要に応じて適宜変更して実
施できるものである。

【００２６】

【発明の効果】本発明の消音器によれば、開弁力Ｆαと
して作用する流体の全圧と同位相の静圧を閉弁力Ｆβと
して作用させるため、開弁力Ｆα及び閉弁力Ｆβは基本
的には同位相で変動する。したがって、開弁状態の消音
弁に作用する開弁力Ｆαが急に減少して消音弁が閉弁し
ようとする際、閉弁力Ｆβも減少する。よって、閉弁時
に生じる消音弁の打撃は低減または回避される。よっ
て、消音弁のハンチング現象、チャタリング現象の低減
または回避に有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】消音弁が閉弁した状態を示す水平方向にそう消
音器の断面図である。

【図２】消音弁が一部開弁した状態を示す水平方向にそ
う消音器の断面図である。

【図３】図１のＷ−Ｗ線に沿う揺動弁の枢支部分付近を
示す断面図である。

【図４】消音弁により生じるよどみ圧の領域を示す消音
器の模式的断面図である。

【図５】排気通路を流れる排気ガスの脈動圧の状況を示
すグラフである。

【図６】内燃機関の回転数と排気ガスの圧力との関係を
示すグラフである。

【図７】従来例に係る消音器の模式的断面図である。

【図８】他の従来例に係る消音器の模式的断面図であ
る。

【図９】他の従来例に係る消音器の模式的断面図であ
る。

【図１０】他の従来例に係る消音器の模式的断面図であ
る。

【符号の説明】

図中、１は管体、１０は主管、１１は副部材、１４は排
気通路（主通路）、１６は副室、２は揺動弁、２０は消
音弁、２２はダンピング弁、２４は弁軸、３はバネ、４
０は静圧取入口、４１はＬ字通路を示す。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01N 1/08 F01N 7/08

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】脈動圧を呈する流体が上流から下流に向け
て流れる主通路と、弁支持部と、該弁支持部よりも上流
側で該主通路に対面して開口する静圧取入口と、該静圧
取入口に連通する副室とを備えた管体と、該管体の弁支持部に揺動可能に支持され、該主通路に開
閉可能に配置され該主通路の流体の全圧を受けて開弁方
向に付勢される消音弁と、該消音弁と一体的にかつ該副
室内で揺動可能に配置され該静圧取入口からの静圧を受
けて該消音弁を閉弁方向に付勢するダンピング弁とをも
つ揺動弁と、該消音弁を閉弁方向に付勢するバネとで構成され、該消音弁を開弁方向に付勢する該主通路の流体の全圧と
同位相の静圧が該静圧取入口を介して該ダンピング弁に
閉弁力として作用する様にしたことを特徴とする消音
器。