JP3528071B2 - 共鳴型消音器 - Google Patents

共鳴型消音器

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JP3528071B2
JP3528071B2 JP22689696A JP22689696A JP3528071B2 JP 3528071 B2 JP3528071 B2 JP 3528071B2 JP 22689696 A JP22689696 A JP 22689696A JP 22689696 A JP22689696 A JP 22689696A JP 3528071 B2 JP3528071 B2 JP 3528071B2
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康広 野上
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カルソニックカンセイ株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両の排気系に装
着された共鳴型消音器に関する。
【0002】
【従来の技術】車両の排気系には消音器が組み込まれ、
エンジンの排気騒音のうちの特定の周波数成分を減衰さ
せ、消音を図っている。エンジン回転数が低い場合には
低周波数領域の騒音レベルが大きく、この排気騒音を低
減するため、共鳴室を有する消音器が用いられている。
【0003】しかしながら、従来の消音器にあっては、
共鳴作用により消音する場合、ヘルムホルツの式により
消音可能な周波数成分はチューニングされた特定の共鳴
周波数に限定される。上述の消音器では、排気騒音のう
ち特定の周波数領域の低減は可能ではあるが、広い範囲
の周波数領域に亘って排気騒音を低減することは困難と
なっている。
【0004】そこで、消音器内に複数の共鳴管を設け、
この複数の共鳴管のうちのいずれかを開閉させることに
より、全体としてのコンダクティビィティを変化させ、
広い範囲の周波数領域に亘って排気騒音を低減すること
が考えられる。かかる要求に沿って、例えば、実開昭6
1−142113号公報に示す消音器が開示されている
(図9に図示)。
【0005】図において、符号101は、端板102,
103により密閉される消音器本体を示している。この
消音器本体101内は、第1仕切板104,第2仕切板
105により3分割され、第1拡張室106,第2拡張
室107,共鳴室108が形成されている。端板102
を貫通して排気ガスを導入する排気導入管109が、該
端板102に固定されている。排気導入管109の先端
は第1拡張室106に開口している。
【0006】端板103,第1仕切板104,第2仕切
板105を貫通して排気導出管110が、端板103,
第1仕切板104,第2仕切板105に固定されてい
る。共鳴室108には、第1共鳴管111がその先端を
排気導入管109の先端に対向して配置され、第2仕切
板105を貫通して取り付けられ、また、第2共鳴管1
12が第1共鳴管111からオフセットして配置され、
第2仕切板105を貫通して取り付けられている。第1
共鳴管111,第2共鳴管112の各一端は共鳴室10
8内に開口している。第1共鳴管111,第2共鳴管1
12の各他端は第1拡張室106内に開口している。ま
た、第1仕切板104には、第1拡張室106と第2拡
張室107を連通する接続管113が固着されている。
第2共鳴管112の他端にはバルブ114が開閉自在に
装着されている。バルブ114の図面上の上端にワイヤ
115の一端が連結され、このワイヤ115は、第2仕
切板105に形成した孔部105A,端板103に形成
した孔部103Aを挿通し、その他端はアクチュエータ
116に連結されている。
【0007】しかして、排気導入管109内の排気騒音
は、排気導入管109の開口端から第1拡張室106,
第2拡張室107内に伝播し、第1拡張室106,第2
拡張室107内での拡張作用により消音される。そし
て、図10に示すように、バルブ114により第2共鳴
管112が閉じられている場合、共鳴室108内と第1
共鳴管111のみが連通し、従って、第1共鳴管111
のみのコンダクティビィティC01に対応した共鳴作用が
生じる。
【0008】一方、図11に示すように、バルブ114
により第2共鳴管112が開かれている場合、共鳴室1
08内と第1共鳴管111及び第2共鳴管112が連通
し、合成コンダクティビィティC03により共鳴作用が生
じる。 (1)最初に、バルブ114により第2共鳴管112が
閉じられている場合を説明する。
【0009】図12に示すように、縦軸に挿入損失IL
(Insertion Loss)を取り、横軸に周波
数(またはエンジン回転数)を取った第1のシミレーシ
ョンを行なうと、理論上は第1のシミレーションの騒音
特性線図Q01(実線で示す)は略V字型の線となる。即
ち、その線は周波数の増加に対して右下がり→ピーク値
→右上がりに変化する。第1のシミレーションの騒音特
性線図Q01には共鳴周波数f01に対応してピーク値A01
が具現される。第1共鳴管111のみのコンダクティビ
ィティをC01とすると、第1共鳴管111のみの共鳴周
波数f01=(音速/2π)×(C01/V)1/2 で与えら
れる。
【0010】(2)バルブ114により第2共鳴管11
2が開かれている場合を説明する。合成共鳴周波数f03
=(音速/2π)×(C03/V)1/2 で与えられる。縦
軸に挿入損失ILを取り、横軸に周波数(またはエンジ
ン回転数)を取った第2のシミレーションを行なうと、
図12に示すように理論上は第2のシミレーションの騒
音特性線図Q02(点線で示す)は略V字型の線となる。
即ち、その線は周波数の増加に対して右下がり→ピーク
値→右上がりとなる。第2のシミレーションの騒音特性
線図Q02には、共鳴周波数f03に対応するピーク値A03
が具現される。
【0011】ここで、一般に、コンダクティビィティC
=共鳴管の断面積A/共鳴管の長さLで与えられる。こ
の式によりコンダクティビィティを算出した後、このコ
ンダクティビィティの値を上述の周波数算出式に代入す
ると、合成共鳴周波数f03が算出される。なお、合成コ
ンダクティビィティをC03とすると、合成コンダクティ
ビィティC03は第1共鳴管111のコンダクティビィテ
ィC01と第2共鳴管112のコンダクティビィティC02
を合成して次のように得られる。
【0012】C03=C01+C02 図12においては、上記の2つの騒音特性線図Q01,Q
02は1つのグラフ上に重ね合わせた状態が示されてい
る。2つの騒音特性線図Q01,Q02では、共鳴周波数f
01に対応するピーク値A01と、共鳴周波数f03に対応す
るピーク値A03は横軸方向でずれており、2つの騒音特
性線図Q01,Q02に交点M0 が生じる。交点M0 より左
側の低周波数領域では、同一の周波数値gに対して、第
2のシミレーションの騒音特性線図Q02の挿入損失の値
03g が第1のシミレーションの騒音特性線図Q01の挿
入損失の値y01g より大きくなる。交点M0 より右側の
高周波数領域では、同一の周波数hに対して、第1のシ
ミレーションの騒音特性線図Q01の挿入損失の値y01h
が第2のシミレーションの騒音特性線図Q02の挿入損失
の値y03h より大きくなる。
【0013】従って、バルブ114の操作により第1共
鳴管111のみが開いた状態においては、交点M0 より
左側の低周波数領域では第1のシミレーションの騒音特
性線図Q01が選択される。例えば周波数値gに対しては
挿入損失の値y01g が選択される。バルブ114の操作
により第1共鳴管111,第2共鳴管112の両方が開
いた状態となる。この場合には、交点M0 より右側の高
周波数領域では、第2のシミレーションの騒音特性線図
02が選択される。例えば、周波数hに対しては値y
03h が選択される。
【0014】この2つの騒音特性線図Q01,Q02におい
て、共鳴周波数f01に対応するピーク値A01と、共鳴周
波数f03に対応するピーク値A03の横方向の間隔を観察
すると、ピーク値A01とピーク値A03の間隔が狭くなっ
ている。即ち、Δf0 =f03−f01が小さくなってい
る。これは、第2共鳴管112の開閉有無による図10
におけるコンダクティビィティと図11におけるコンダ
クティビィティの差異が小さいためである。
【0015】この結果は実験においても同様な傾向が生
じ、確認されている。以下に説明する。この実験は、4
サイクル6気筒,2.5リットルエンジンによりアイド
リング回転数から最大回転数までの回転数範囲で以下の
実験条件で行なわれ、図13に示す実測データが得られ
ている。図13は、縦軸に挿入損失ILを取り、横軸に
周波数(またはエンジン回転数)を取ったもので、実測
された排気騒音のうちの一次基本成分を示すものであ
る。
【0016】実験条件として 消音器の長さ=360mm 共鳴室6の体積V=9×106 cm3 第1共鳴管111の長さ=100mm 第1共鳴管111の直径=50.8mm 第2共鳴管112の長さ=100mm 第2共鳴管112の直径=50.8mm が与えられている。
【0017】図13の実線で示す騒音特性線図Q01E
第1のシミレーションの騒音特性線図Q01に対応するも
ので、ピーク値A01の共鳴周波数f01として110Hz
付近付近が測定されている。点線で示す騒音特性線図Q
02E は第2のシミレーションの騒音特性線図Q02に対応
するもので、ピーク値A03の共鳴周波数f03として14
0Hz付近付近が測定されている。
【0018】なお、図において、ピーク値A01,A03
尖っていないのは実測データのためであり、種々の要因
が重なって生じるものであるが、理論上の騒音特性線図
01,Q02の傾向と実測上の騒音特性線図Q01E,Q02E
の傾向はほぼ近似していることになる。従って、Δf0
=f03−f01=140Hz−110Hz=30Hzの差
異に対して、図13の実測上の騒音特性線図Q01E,Q
02Eは図示のような傾向となる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の共鳴
型消音器にあっては、第1共鳴管111,第2共鳴管1
12のうち、第2共鳴管112を開閉することより全体
としてのコンダクティビィティを変えているので、例え
ば実験のように、Δf0 =合成共鳴周波数f03−共鳴周
波数f01=30Hzとなり、このΔf0 に対応して、同
一の周波数に対しては、第2のシミレーションの実験の
騒音特性線図Q02 と第1のシミレーションの実験の騒
音特性線図Q01E の挿入損失の差が小さくなる。即ち、
面積S0E:L EFT ,S0E:RIGHTの値が小さくなり、第2共
鳴管112を開閉することより全体としてのコンダクテ
ィビィティを変えて2つの騒音特性線図Q0E1 ,Q0E2
のうち挿入損失の小さい方の騒音特性線図Q01E,Q02E
を選択しても、全域の周波数に亘って排気騒音の騒音レ
ベルを低くすることは困難である。
【0020】そこで、本出願人により、図14,図15
に示す共鳴型消音器が考えられた。この共鳴型消音器2
00では、消音器本体201内に仕切板202を介して
拡張室203及び共鳴室204が区画されている。仕切
板202に共鳴管205が設けられている。共鳴管20
5の一端205Aが共鳴室204に開口するとともに他
端205Bが拡張室203に開口している。
【0021】仕切板202に共鳴管205からオフセッ
トして共鳴孔206が形成されている。仕切板202の
共鳴室204側にバルブ207が配置され、バルブ20
7で共鳴孔206を開閉するようになっている。図14
は共鳴孔206の閉状態を示し、図15は共鳴孔206
の開状態を示している。ところが、図15に示すよう
に、仕切板202の共鳴孔206からバルブ207の開
き代K1が例えば5mm程度の状態では、トラッキング
分析により消音性能を測定したところ、バルブ207で
共鳴孔206を音響的に閉じたのと同じ状態てあった。
即ち、バルブ207の開き代が小さいと、バルブ207
の開閉の差異が充分に表れず、依然として、全域の周波
数に亘って排気騒音の騒音レベルを低くすることは困難
であった。なお、トラッキング分析とは、実際にエンジ
ンを駆動させて、排気系の管端で排気騒音を測定すると
いう排気騒音測定方法である。
【0022】これは、共鳴孔206の開口端補正値の範
囲内では、共鳴孔206を開いても、共鳴孔206を開
いた状態における共鳴効果が出ないことに起因している
と考えられる。本発明は、上述の問題点を解決するため
になされたもので、その目的は、全域の周波数に亘って
排気騒音の騒音レベルを低くできる共鳴型消音器を提供
することである。
【0023】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
消音器本体内に仕切板を介して区画された拡張室及び共
鳴室と、一端が共鳴室に開口するとともに他端が拡張室
に開口して仕切板に設けられた1以上の共鳴管と、仕切
板に形成された1以上の共鳴孔と、仕切板の共鳴室側に
配置されて、共鳴孔の閉状態を含んで該仕切板から1.
7×共鳴孔の半径に相当する開き代以下の距離を隔てた
位置での共鳴孔の音響的閉状態、または、該仕切板から
1.7×共鳴孔の半径に相当する開き代以上の距離を隔
てた位置での共鳴孔の音響的開状態を選択するバルブ
と、バルブを消音器本体の軸長方向に移動するバルブ操
作機構とを備えていることを特徴とする。
【0024】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、バルブ操作機構は、共鳴室内に配設され、
一端がバルブに取り付けられたシャフトと、共鳴室内に
位置して共鳴室の一側を形成する端板の取付部に固定さ
れ、シャフトを保持するケースと、シャフトの他端に一
端が連結され取付部を貫通する操作部材と、ケース内に
介装されシャフトをバルブの方向に付勢するバネ材と、
操作部材の他端に連結されて共鳴室外に配設されたアク
チュエータとから構成されていることを特徴とする。
【0025】(作用)請求項1記載の発明においては、
バルブ操作機構の操作によりバルブが消音器本体の軸長
方向に移動され、共鳴孔は音響的閉状態または音響的開
状態に選択される。共鳴孔の音響的閉状態とは、バルブ
が仕切板の共鳴孔の周縁部に接触した状態または仕切板
から1.7×共鳴孔の半径に相当する開き代以下の距離
を隔てた位置で開いた状態である。
【0026】共鳴孔の音響的開状態とは、バルブが仕切
板から1.7×共鳴孔の半径に相当する開き代以上の距
離を隔てた位置で開いた状態である(いわゆる共鳴孔の
開口端補正値以上に開いた状態である)。なお、ここ
で、定数1.7は、従来から知られている共鳴孔におけ
る開口端補正値における定数である。
【0027】(1)最初に、共鳴孔が音響的閉状態にあ
る場合を説明する。この場合、共鳴室内と共鳴管のみが
連通し、従って、共鳴管のみのコンダクティビィティに
対応した共鳴作用が生じる。そして、縦軸に挿入損失I
Lを取り、横軸に周波数(またはエンジン回転数)を取
った第1のシミレーションを考えると、理論上は第1の
シミレーションの騒音特性線図は略V字型の線となる。
即ち、その線は周波数の増加に対して右下がり→ピーク
値→右上がりに変化する。第1のシミレーションの騒音
特性線図には共鳴周波数f1 に対応してピーク値A1
具現される。共鳴管のみのコンダクティビィティをC1
とすると、共鳴管のみの共鳴周波数f1 =(音速/2
π)×(C1 /V)1/2 で与えられる。Vは共鳴室の体
積である。
【0028】(2)共鳴孔が音響的開状態にある場合を
説明する。バルブ操作機構を操作することにより、バル
ブが、仕切板から1.7×共鳴孔の半径に相当する開き
代以上の距離を隔てた位置で開いて仕切板の共鳴孔から
離れ、共鳴孔が音響的開状態になる。この場合、共鳴室
内と共鳴管及び共鳴孔が音響的に連通し、合成コンダク
ティビィティC3 により共鳴作用が生じる。
【0029】そして、縦軸に挿入損失ILを取り、横軸
に周波数(またはエンジン回転数)を取った第2のシミ
レーションを考えると、理論上は第2のシミレーション
の騒音特性線図は略V字型の線となる。即ち、その線は
周波数の増加に対して右下がり→ピーク値→右上がりと
なる。第2のシミレーションの騒音特性線図には、共鳴
周波数f3 に対応するピーク値A3 が具現される。合成
コンダクティビィティをC3 とすると、合成共鳴周波数
3 =(音速/2π)×(C3 /V)1/2 で与えられ
る。合成コンダクティビィティC3 は共鳴管のコンダク
ティビィティC1と共鳴孔のコンダクティビィティC2
を次のように合成して得られる。
【0030】C3 =C1 +C2 上記の2つの騒音特性線図を比較すると、2つの騒音特
性線図では、共鳴周波数f1 に対応するピーク値A
1 と、共鳴周波数f3 に対応するピーク値A3 は横軸方
向でずれており、2つの騒音特性線図の線に交点が生じ
る。交点より左側の低周波数領域では、同一の周波数に
対して、第2のシミレーションの騒音特性線図の挿入損
失の値が第1のシミレーションの騒音特性線図の値より
大きくなる。交点より右側の高周波数領域では、同一の
周波数に対して、第1のシミレーションの騒音特性線図
の挿入損失の値が第2のシミレーションの騒音特性線図
の値より大きくなる。
【0031】かかる状況は、請求項1記載の発明に係わ
る消音器と、従来の複数の共鳴管を並設したバルブ切り
換え型の消音器とで同様の傾向となる。ここで、従来の
バルブ切り換え型の消音器とは、一端が共鳴室に開口す
るとともに他端が拡張室に開口して仕切板に設けられた
2以上の共鳴管と、1以上の共鳴管を開閉自在のバルブ
とを備えているものである。
【0032】請求項1記載の発明に係わる消音器と、従
来のバルブ切り換え型の消音器の騒音特性を比較する。
一般に、コンダクティビィティC=共鳴管の断面積A/
共鳴管の長さLで与えられ、請求項1記載の発明では、
共鳴孔の場合には、共鳴管の長さLは仕切板の厚さ寸法
だけになり、その値が小さいので、その値を上述の周波
数算出式(合成共鳴周波数f=(音速/2π)×(C/
V)1/2 に代入すると、請求項1記載の発明の合成共鳴
周波数f3 は大きくなる。
【0033】従って、請求項1記載の発明のシミレーシ
ョン及びその実験における2つの騒音特性線図の各ピー
ク値の周波数の差異Δf(=合成共鳴周波数f3 −共鳴
周波数f1 )>従来例のシミレーション及びその実験に
おける2つの騒音特性線図の各ピーク値の周波数の差異
Δf0 (=合成共鳴周波数f3 −共鳴周波数f1 )とな
る。
【0034】この結果、騒音特性線図においては、同一
の周波数に対して、請求項1記載の発明における第2の
シミレーションの騒音特性線図と第1のシミレーション
の騒音特性線図の挿入損失の差は、従来例における第2
のシミレーションの騒音特性線図と第1のシミレーショ
ンの騒音特性線図の挿入損失の差よりも大きくなる。こ
の結果は実験においても同様な傾向が生じ、確認されて
いる。
【0035】請求項2記載の発明においては、アクチュ
エータを操作しない状態のとき、バネ材によりシャフト
がバルブの方向に押圧され、音響的に共鳴孔が閉じてい
る。アクチュエータを操作することにより、バネ材の付
勢力に抗してシャフトが変位し、このシャフトの変位に
より該シャフトに一体のバルブが仕切板の共鳴孔から離
れ、共鳴孔が音響的に開いた状態になる。
【0036】
【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の実施の
形態について説明する。図1ないし図8は請求項1,請
求項2記載の発明の実施の形態に係わる共鳴型消音器を
示す。図1ないし図3において、符号1は消音器本体
で、この消音器本体1は筒状のシェル1Aとその両端を
閉塞する端板2,3とで構成されている。この消音器本
体1内は仕切板4により2分割され、拡張室5,共鳴室
6が形成されている。端板2を貫通して排気ガスを導入
する排気導入管7が、該端板2に固着されている。排気
導入管7の先端は拡張室5に開口している。
【0037】共鳴室6側の端板3は、共鳴室6の一側を
形成して消音器本体1のシェル1Aを閉塞する。端板
3,仕切板4を貫通して排気導出管8が端板3,仕切板
4に固着されている。仕切板4には、共鳴管9が固着さ
れ、その一端10が共鳴室6に開口するとともに他端1
1が拡張室5に開口している。
【0038】また、仕切板4には、共鳴管9からオフセ
ットした所定の位置に円形状の共鳴孔12が形成されて
いる。共鳴孔12と拡張室5の中間位置に排気導入管7
の先端が位置している。そして、仕切板4の共鳴室6側
に円形状の金属製板材からなるバルブ13が配置されて
いる。バルブ13はバルブ操作機構14により共鳴孔1
2を開閉するようになっている。バルブ操作機構14は
バルブ13を消音器本体1の軸長方向に移動するもので
ある。
【0039】バルブ13には、SUSメッシュ材13A
が貼着されている。SUSメッシュ材13Aとは、例え
ば、SUS304の線径0.2mmの線材をメリヤス網
にして音波が漏れない程度の高密度で積層したものであ
る。バルブ13の形状は共鳴孔12より大きく、閉じた
状態では、バルブ13のSUSメッシュ材13Aは共鳴
孔12の周縁部に当接している。バルブ13のSUSメ
ッシュ材13Aはクッション機能,シール機能,作動時
の異音防止機能を有している。シール機能により、バル
ブ13で閉じた状態の共鳴孔12からの音漏れが防止さ
れている。
【0040】次に、バルブ操作機構14を説明する。端
板3には窓15が形成され、この窓15に端板3の蓋板
からなる取付部16が複数のボルト16Aを介して取り
付けられている。そして、この取付部16にバルブ操作
機構14が装着されている。バルブ操作機構14は、シ
ャフト17と、ケース18と、ケーブルからなる操作部
材19と、バネ材20と、アクチュエータ21とを備え
ている。
【0041】シャフト17は共鳴室6内に配設され、そ
の一端17Aはバルブ13に取り付けられている。ケー
ス18は共鳴室6内に位置して、その一端にはブッシュ
22が設けられ、ブッシュ22にシャフト17が摺動自
在に保持されている。ブッシュ22により、ケース18
のシール性が確保され、ケース18の内部は排気ガスと
遮断される。
【0042】ケース18の他端には円形板23が設けら
れ、この円形板23は端板3の取付部16に固定されて
いる。円形板23に、該円形板23の孔部23Aをケー
ブル保持部材24が貫通して取り付けられている。端板
3の取付部16にブラケット25が取り付けられ、ブラ
ケット25の先端に設けられた支持部26にケーブル保
持部材24が貫通して保持されている。ケーブル保持部
材24の一端24Aの外周部は、円形板23の孔部23
Aと密着し、ケース18のシール性が確保される。
【0043】ケーブル保持部材24を操作部材19が移
動自在に貫通している。操作部材19の一端19Aはシ
ャフト17の他端17Bに連結され、操作部材19は端
板3の取付部16を貫通している。そして、シャフト1
7はケース18内に貫通し、その途中の段部17Cはケ
ース18内に摺動自在に設けられた有底筒材からなるピ
ストン27に固定されている。ケース18内に前記バネ
材20が介装され、このバネ材20は圧縮バネからな
り、ピストン27と円形板23の間に位置され、シャフ
ト17をバルブ13の方向に付勢している。
【0044】操作部材19の他端19Bにアクチュエー
タ21が連結されて共鳴室6の外に配設されている。ア
クチュエータ21は、引張用シリンダからなる。しかし
て、本発明の実施の形態においては、図示しないエンジ
ンの回転数に応じてアクチュエータ21が作動される。
この作動によりシャフト17が変位され、バルブ13が
仕切板4の共鳴孔12からの位置が変化され、共鳴孔1
2の音響的閉状態(図4に図示)または音響的開状態
(図5に図示)が選択される。
【0045】共鳴孔12の音響的閉状態とは、バルブ1
3が仕切板4の共鳴孔12の周縁部に接触して閉じた状
態または仕切板4から1.7×共鳴孔12の半径に相当
する開き代以下の距離を隔てた位置で開いた状態であ
る。共鳴孔12の音響的開状態とは、バルブ13が仕切
板4から1.7×共鳴孔12の半径に相当する開き代以
上の距離を隔てた位置で開いた状態である。
【0046】共鳴孔12の音響的開状態,音響的閉状態
の判定は、以下の実験で確認されている。共鳴孔12の
孔径=25mm,共鳴孔12の開口端補正値=25mm
×1.7=42.5mm以上の数値として50mmを選
定し、仕切板4の共鳴孔12からバルブ13を5mm離
した実験条件Aと50mm離した実験条件Bとでトラッ
キング分析を行い、図6に示す実験結果を得た。
【0047】図6に示すように、実験条件Aでは、周波
数130Hz付近で、約80dBと最小ピーク値を取
り、音響的にはバルブ13を閉めたのと同じ結果であっ
た。実験条件Bでは、周波数160Hz付近で、約80
dBと最小ピーク値を取り、音響的にはバルブ13を開
いた結果が得られた。即ち、バルブ13の開き代が共鳴
孔12の開口端補正値の範囲内では、共鳴孔12は該共
鳴孔12を閉じたのと等価な音響的閉状態となり、バル
ブ13の開き代が共鳴孔12の開口端補正値の範囲を超
えると、共鳴孔12は該共鳴孔12を開いたのと等価な
音響的開状態にあることが確認された。
【0048】次に、本発明の実施の形態のバルブ13の
切り換えによる作用を説明する。共鳴孔12が音響的閉
状態にある場合、共鳴室6内と共鳴管9のみが連通し、
従って、共鳴管9のみのコンダクティビィティに対応し
た共鳴作用が生じ(図4に図示)、これに対応して図7
の第1のシミレーションの騒音特性線図Q1 (実線で示
す)及び図8の実測上の騒音特性線図Q1E(実線で示
す)が得られている。
【0049】一方、共鳴孔12が音響的開状態にある場
合、共鳴室6内と共鳴管9及び共鳴孔12が連通し、合
成コンダクティビィティC3 により共鳴作用が生じ(図
5に図示)、これに対応して図6の第2のシミレーショ
ンの騒音特性線図Q2 (点線で示す)及び図7の実測上
の騒音特性線図Q2E(点線で示す)が得られている。 (1)最初に、バルブ13が音響的閉状態にある場合を
説明する。
【0050】縦軸に挿入損失ILを取り、横軸に周波数
(またはエンジン回転数)を取った第1のシミレーショ
ンを行なうと、理論上は第1のシミレーションの騒音特
性線図Q1 は略V字型の線となる。即ち、その線は周波
数の増加に対して右下がり→ピーク値→右上がりに変化
する。第1のシミレーションの騒音特性線図Q1 には共
鳴周波数f1 に対応してピーク値A1 が具現される。共
鳴管9のみのコンダクティビィティをC1 とすると、共
鳴管9のみの共鳴周波数f1 =(音速/2π)×(C1
/V)1/2 で与えられる。Vは共鳴室6の体積である。
なお、コンダクティビィティC1 =共鳴管9の断面積A
/(共鳴管9の長さL1 +補正値)で与えられる。
【0051】(2)バルブ13が音響的開状態にある場
合を説明する。縦軸に挿入損失ILを取り、横軸に周波
数(またはエンジン回転数)を取った第2のシミレーシ
ョンを考えると、理論上は第2のシミレーションの騒音
特性線図Q2 は略V字型の線となる。即ち、その線は周
波数の増加に対して右下がり→ピーク値→右上がりとな
る。第2のシミレーションの騒音特性線図Q2 には、共
鳴周波数f3 に対応するピーク値A3 が具現される。
【0052】この場合、合成コンダクティビィティをC
3 とすると、合成共鳴周波数f3 =(音速/2π)×
(C3 /V)1/2 で与えられる。合成コンダクティビィ
ティC 3 は共鳴管9のコンダクティビィティC1 と共鳴
孔12のコンダクティビィティC2 を次のように合成し
て得られる。 C3 =C1 +C2 なお、共鳴管9のみの共鳴周波数f1 =(音速/2π)
×(C1 /V)1/2 で与えられ、共鳴孔12のみの共鳴
周波数f2 =(音速/2π)×(C2 /V)1/ 2 で与え
られる。Vは共鳴室6の体積である。また、コンダクテ
ィビィティC1=共鳴管9の断面積A/(共鳴管9の長
さL1 +補正値)で与えられる。コンダクティビィティ
2 =共鳴孔12の断面積A/(仕切板4の厚さ寸法t
+補正値)で与えられる。
【0053】図7において、上記の2つの騒音特性線図
1 ,Q2 を比較すると、2つの騒音特性線図Q1 ,Q
2 では、共鳴周波数f1 に対応するピーク値A1 と、共
鳴周波数f3 に対応するピーク値A3 は横軸方向でずれ
ており、2つの騒音特性線図Q1 ,Q2 の交点として交
点M1 が生じる。交点M1 より左側の低周波数領域で
は、同一の周波数値gに対して、第2のシミレーション
の騒音特性線図Q2 の挿入損失の値y3gが第1のシミレ
ーションの騒音特性線図Q1 の挿入損失の値y1gより大
きくなる。交点M1 より右側の高周波数領域では、同一
の周波数hに対して、第1のシミレーションの騒音特性
線図Q1 の挿入損失の値y1hが第2のシミレーションの
騒音特性線図Q2 の挿入損失の値y3hより大きくなる。
【0054】図7に示される傾向は、本発明の実施の形
態に係わる消音器と、従来の複数の共鳴管を並設したバ
ルブ切り換え型の消音器と同様になり、図7と図12の
騒音特性線図を比較する。図7において、共鳴孔12の
場合には、共鳴管としての長さは仕切板4の厚さ寸法だ
けであり、コンダクティビィティC2 =共鳴孔12の断
面積A/(仕切板4の厚さ寸法t+補正値)で与えられ
るから、本発明の実施の形態に係わるコンダクティビィ
ティC2 は、該コンダクティビィティC2 に対応する従
来例の第2共鳴管112のコンダクティビィティC02
り大きく、従って、C3 >C03となる。
【0055】従って、本発明の実施の形態のΔf(=合
成共鳴周波数f3 −共鳴周波数f1)>従来例のΔfO
(=合成共鳴周波数f03−共鳴周波数f01)となる。こ
のように、Δf>従来例のΔfO であるから、図7,図
12の騒音特性線図においては、同一の周波数値gに対
して、Δyg >Δy0gとなる。Δyg は第2のシミレー
ションの騒音特性線図Q2 の挿入損失の値y3gと第1の
シミレーションの騒音特性線図Q1 の挿入損失の値y1g
の差である。Δy0gは従来における第2のシミレーショ
ンの騒音特性線図Q02の挿入損失の値y03g と第1のシ
ミレーションの騒音特性線図Q01の挿入損失の値y01g
の差である。
【0056】同様にして、同一の周波数hに対して、Δ
h >Δy0hとなる。要するに、本発明の実施の形態の
第2のシミレーションの騒音特性線図Q2 と第1のシミ
レーションの騒音特性線図Q1 の挿入損失の差Δyg
Δyh は、従来例における第2のシミレーションの騒音
特性線図Q02と第1のシミレーションQ01の騒音特性線
図の挿入損失の差Δy0g,Δy0hよりも大きくなる。
【0057】この理論上の計算結果は次のように実験に
より確かめられている。この実験は、4サイクル6気
筒,2.5リットルエンジンによりアイドリング回転数
から最大回転数までの回転数範囲で以下の実験条件で行
なわれ、図8に示す実測データが得られている。図8
は、縦軸に挿入損失ILを取り、横軸に周波数(または
エンジン回転数)を取ったもので、実測された排気騒音
のうちの一次基本成分を示すものである。
【0058】実験条件として、 消音器の長さ=36mm 共鳴室6の体積V=9×106 cm3 共鳴管9の長さ=100mm 共鳴管9の直径=50.8mm 共鳴孔12における仕切板4の厚さ=1mm 共鳴孔12の直径=50mm が与えられている。
【0059】図8において、実線Q1Eは第1のシミレー
ションの騒音特性線Q1 に対応する実測データを示し、
ピーク値A1Eの共鳴周波数f1 として105Hz付近付
近が見られる。点線Q2Eは第2のシミレーションの騒音
特性線図Q2 に対応する実測データを示し、ピーク値A
3Eの共鳴周波数f3 として160Hz付近が見られる。
なお、図において、実測上のピーク値A1E3Eが尖っ
ていないのは実測データのためであり、種々の要因が重
なって生じるものであるが、理論上の騒音特性線図
1 ,Q2 の傾向と実測上の騒音特性線図Q1E,Q2E
傾向はほぼ近似していることになる。
【0060】従って、Δf=f3 −f1 =160Hz−
105Hz=55Hzの差異に対して、図13の実測上
の騒音特性線図Q01E,Q02Eは図示のような傾向とな
る。なお、図8の縦軸と図13の縦軸の数値は、実験の
際の基準の取り方が相違するために相違しているいる
が、図8のQ1E−Q2Eの差異,図13のQ01E −Q02E
の差異を比較することにより図8の実測データと図13
の実測データを比較することができる。
【0061】そして、両実測データにおいてもQ1E,Q
2Eの交点ME 、Q01E ,Q02E の交点M0Eがあり、交点
E ,交点M0Eの左側の低周波数領域では、Q2Eの挿入
損失の値>Q1Eの挿入損失の値となっており、SE:LEFT
(図8の交点ME より左側の低周波数領域のQ2EとQ1E
の間の面積)>S0E:LEFT (図13の交点M0Eより左側
の低周波数領域のQ02E とQ01E の間の面積)となって
いることが明確に判明する。これは、シミレーションの
傾向と一致している。
【0062】また、交点ME ,交点M0Eの右側の高周波
数領域では、左側の低周波数領域ほど明確な傾向は観察
されないものの、SE:RIGHT (図8の交点ME より右側
の高周波数領域のQ2EとQ1Eの間の面積)>S0E:RIGHT
(図13の交点M0Eより左側の低周波数領域のQ02E
01E の間の面積)となっていることが判明する。しか
して、図8において、共鳴孔12を閉じている場合に
は、交点ME より左側の低周波数領域、即ち、fMEより
周波数が小さい時には、Q1Eが選択される。エンジン回
転数が周波数fMEに対応するエンジン回転数になると、
共鳴孔12を閉じているバルブ13が開き、交点ME
り右側の高周波数領域ではQ2Eが選択される。これによ
り、全域の周波数に亘って排気騒音の騒音レベルが低く
なる。以上の如き構成によれば、バルブ13の開き代が
共鳴孔12の開口端補正値の範囲内では、共鳴孔12は
該共鳴孔12を閉じたのと等価な音響的閉状態となり、
バルブ13の開き代が共鳴孔12の開口端補正値の範囲
を超えると、共鳴孔12は該共鳴孔12を開いたのと等
価な音響的開状態になり、バルブ13は音響的閉状態ま
たは音響的開状態に制御されるので、共鳴孔12の音響
的開閉の差異による以下の効果を充分に出すことかでき
る。
【0063】当該共鳴型消音器に設けられた共鳴管9及
び共鳴孔12のうち、共鳴孔12を音響的に開閉して2
つの相違するコンダクティビィティを選択しているの
で、シミレーション及びその実験における2つの騒音特
性線図の各ピーク値の周波数の差異Δf(=合成共鳴周
波数f3 −共鳴周波数f1 )>従来例のシミレーション
及びその実験における2つの騒音特性線図の各ピーク値
の周波数の差異Δf0 (=合成共鳴周波数f3 −共鳴周
波数f1 )となる。実験によれば、Δf=55Hz,Δ
0 =30Hzの値が得られ、ΔfとΔf0 の差異は共
鳴孔12を採用していることによるものである。
【0064】従って、シミレーション及びその実験にお
いて、同一の周波数に対しては、共鳴孔12の開閉状態
の差異による2つの騒音特性線図の挿入損失の差を、従
来例における共鳴管の開閉状態の差異による2つの騒音
特性線図の挿入損失の差よりも大きくできる。この結
果、バルブ13を切り換えることにより2つの騒音特性
線図のうち挿入損失の小さい方の騒音特性線図を選択す
ると、従来例における挿入損失の小さい方の騒音特性線
図を選択した場合よりも、騒音レベルを低くでき、従っ
て、全域の周波数に亘って排気騒音の騒音レベルを低く
できる効果を奏する。
【0065】そして、バルブ操作機構14を採用したこ
とにより、特に、次の効果を奏する。 (1)バルブ操作機構14によりバルブ13を軸方向に
移動させることによりバルブ13を仕切板4の共鳴孔1
2から軸方向に沿って分離できるので、排気ガスの流れ
を少なくして共鳴室6内に音波を充分に取り込み、共鳴
効果を上げることができる。
【0066】(2)バルブ操作機構14を共鳴室6内に
装着するのに、バルブ13はシャフト17を介して端板
3の取付部16に保持されるので、仕切板4にはバルブ
13を取り付けるためのブラケット等の部品を不要にで
き、バルブ操作機構14を簡単に当該共鳴型消音器に取
り付けることができる。
【0067】(3)バルブ操作機構14はシャフト1
7,ケース18,バネ材20,アクチュエータ21の4
つの主要部品からなり、バルブ13に一体のシャフト1
7をアクチュエータ21により往復自在にする構造とな
っているので、構造を簡単にできる。 (4)バネ材20はケース18内に装着されているの
で、ケース18によりバネ材20を高温の高温の水分を
含んだ排気ガス及び熱から保護し、バネ材20の腐食を
少なくし、その耐久性,信頼性を向上させることができ
る。
【0068】(5)バルブ13が仕切板4の共鳴室6側
に配置され、且つ、バルブ13を開閉するバルブ操作機
構14が共鳴室6内に配設されているので、従来におけ
るバルブを開閉するためのワイヤ等の操作部材を仕切板
に貫通させる必要がなく、従って、仕切板4に余計な孔
を開ける必要を無くすことができる。この結果、隣接す
る拡張室5から共鳴室6内への音漏れを防止できる。
【0069】(6)バルブ13は共鳴孔12の周縁部に
確実に接触し、この結果、バルブ13と共鳴孔12の周
縁部の間を介して、隣接する拡張室5から共鳴室6内へ
の音漏れを防止できる。 (7)端板3には窓15が形成され、この窓15に端板
3の蓋板からなる取付部16が複数のボルト16Aを介
して取り付けられているので、バルブ操作機構14を端
板3の取付部16に装着した状態で、端板3の取付部1
6を端板3に組み付けることにより、消音器本体1を組
み立てた後に容易にバルブ操作機構14を共鳴型消音器
に組み込むことができる。そして、バルブ操作機構14
を当該共鳴型消音器に組み込んだ後においても、アフタ
ーサービス時に、ボルト等を緩めることにより、容易に
アッセンブリを共鳴型消音器から取り外し、保守性を向
上させることができる。
【0070】(8)共鳴室6側にバルブ13が配置され
ているので、熱害を少なくし、耐久性に優れている。な
お、本実施の形態においては、共鳴管及び共鳴孔の数は
それぞれ1つとなっているが、共鳴管及び共鳴孔の数を
それぞれ複数にすることもできる。また、本実施の形態
においては、バルブ操作機構としてバルブ操作機構14
を例に挙げて説明しているが、バルブ操作機構14に限
定されることはなく、バルブ操作機構はバルブ13を消
音器本体1の軸長方向に移動できる機能があれば良い。
【0071】
【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
によれば、バルブの開き代が共鳴孔の開口端補正値の範
囲内では、共鳴孔は該共鳴孔を閉じたのと等価な音響的
閉状態となり、バルブの開き代が共鳴孔の開口端補正値
の範囲を超えると、共鳴孔は該共鳴孔を開いたのと等価
な音響的開状態になり、バルブは音響的閉状態または音
響的開状態に制御されるので、共鳴孔の音響的開閉の差
異による以下の効果を充分に出すことかできる。
【0072】当該共鳴型消音器に設けられた複数の共鳴
管及び複数の共鳴孔のうち、共鳴孔を音響的に開閉して
2つの相違するコンダクティビィティを選択しているの
で、請求項1記載の発明のシミレーション及びその実験
における2つの騒音特性線図の各ピーク値の周波数の差
異Δf(=合成共鳴周波数f3 −共鳴周波数f1 )>従
来例のシミレーション及びその実験における2つの騒音
特性線図の各ピーク値の周波数の差異Δf0 (=合成共
鳴周波数f3 −共鳴周波数f1 )となる。
【0073】従って、シミレーション及びその実験にお
いて、同一の周波数に対しては、請求項1記載の発明に
おける共鳴孔の音響的開閉状態の差異による2つの騒音
特性線図の挿入損失の差を、従来例における共鳴管の音
響的開閉状態の差異による2つの騒音特性線図の挿入損
失の差よりも大きくできる。この結果、請求項1記載の
発明において、バルブを切り換えることにより2つの騒
音特性線図のうち挿入損失の小さい方の騒音特性線図を
選択すると、従来例における挿入損失の小さい方の騒音
特性線図を選択した場合よりも、騒音レベルを低くで
き、従って、全域の周波数に亘って排気騒音の騒音レベ
ルを低くできる効果を奏する請求項2記載の発明によれ
ば、バルブ操作機構を採用したことにより、特に、次の
効果を奏する。
【0074】(1)バルブ操作機構によりバルブを軸方
向に移動させることによりバルブを仕切板の共鳴孔から
軸方向に沿って分離できるので、共鳴室内に排気ガス及
び音波を充分に取り込み、共鳴効果を上げることができ
る。 (2)バルブ操作機構を共鳴室内に装着するのに、バル
ブはシャフトを介して端板の取付部に保持されるので、
仕切板にはバルブを取り付けるためのブラケット等の部
品を不要にでき、バルブ操作機構を簡単に共鳴型消音器
に取り付けることができる。
【0075】(3)バルブ操作機構はシャフト,ケー
ス,バネ材,アクチュエータの4つの部品からなり、バ
ルブに一体のシャフトをアクチュエータにより往復自在
にする構造となっているので、構造を簡単にできる。 (4)バネ材はケース内に装着されているので、ケース
によりバネ材を高温の排気ガス及び熱から保護し、バネ
材の腐食を少なくし、その耐久性,信頼性を向上させる
ことができる。
【0076】(5)バルブが仕切板の共鳴室側に配置さ
れ、且つ、バルブを開閉するバルブ操作機構が共鳴室内
に配設されているので、従来におけるバルブを開閉する
ためのワイヤ等の操作部材を仕切板に貫通させる必要が
なく、従って、仕切板に余計な孔を開ける必要を無くす
ことができる。この結果、隣接する拡張室から共鳴室内
への音漏れを防止できる。
【0077】(6)バルブは共鳴孔の周縁部に確実に接
触し、この結果、バルブと共鳴孔の周縁部の間を介し
て、隣接する拡張室から共鳴室内への音漏れを防止でき
る。 (7)共鳴室側にバルブが配置されているので、熱害を
少なくし、耐久性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1,請求項2記載の発明の実施の形態に
係わる共鳴型消音器の縦断面図である。
【図2】バルブ操作機構を示す拡大断面図である。
【図3】図2のX方向矢視図である。
【図4】同共鳴型消音器のバルブの音響的閉状態の作用
状態説明図である。
【図5】同共鳴型消音器のバルブの音響的開状態の作用
状態説明図である。
【図6】同共鳴型消音器のバルブの音響的閉状態と音響
的開状態の差異を示すトラッキング分析図である。
【図7】図4及び図5のシミレーションの騒音特性線図
の説明図である。
【図8】図4及び図5の実測データの騒音特性線図の説
明図である。
【図9】従来の消音器の縦断面図である。
【図10】同消音器のバルブを閉じた状態の作用状態説
明図である。
【図11】同消音器のバルブを開いた状態の作用状態説
明図である。
【図12】図10及び図11のシミレーションの説明図
である。
【図13】図10及び図11の実験データの騒音特性線
図の説明図である。
【図14】仕切板に共鳴孔及び共鳴管が形成された共鳴
型消音器の共鳴孔が閉状態の要部縦断面図である。
【図15】仕切板に共鳴孔及び共鳴管が形成された共鳴
型消音器の共鳴孔が開状態の要部縦断面図である。
【符号の説明】
1 消音器本体 1A シェル 4 仕切板 5 拡張室 6 共鳴室 9 共鳴管 10 一端 11 他端 12 共鳴孔 13 バルブ 14 バルブ操作機構 15 窓 16 取付部 17 シャフト 18 ケース 19 操作部材 20 バネ材 21 アクチュエータ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 消音器本体(1)内に仕切板(4)を介
    して区画された拡張室(5)及び共鳴室(6)と、 一端(10)が共鳴室(6)に開口するとともに他端
    (11)が拡張室(5)に開口して仕切板(4)に設け
    られた1以上の共鳴管(9)と、 仕切板(4)に形成された1以上の共鳴孔(12)と、 仕切板(4)の共鳴室(6)側に配置されて、共鳴孔
    (12)の閉状態を含んで該仕切板(4)から1.7×
    共鳴孔(12)の半径に相当する開き代以下の距離を隔
    てた位置での共鳴孔(12)の音響的閉状態、または、
    該仕切板(4)から1.7×共鳴孔(12)の半径に相
    当する開き代以上の距離を隔てた位置での共鳴孔(1
    2)の音響的開状態を選択するバルブ(13)と、 バルブ(13)を消音器本体(1)の軸長方向に移動す
    るバルブ操作機構(14)とを備えていることを特徴と
    する共鳴型消音器。
  2. 【請求項2】 バルブ操作機構(14)は、 共鳴室(6)内に配設され、一端(17A)がバルブ
    (13)に取り付けられたシャフト(17)と、 共鳴室(6)内に位置して共鳴室(6)の一側を形成す
    る端板(3)の取付部(16)に固定され、シャフト
    (17)を保持するケース(18)と、 シャフト(17)の他端(17B)に一端(19A)が
    連結され取付部(16)を貫通する操作部材(19)
    と、 ケース(18)内に介装されシャフト(17)をバルブ
    (13)の方向に付勢するバネ材(20)と、 操作部材(19)の他端(19B)に連結されて共鳴室
    (6)外に配設されたアクチュエータ(21)とから構
    成されていることを特徴とする請求項1記載の共鳴型消
    音器。
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