JP3714462B2 - エンジンの排気音低減装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載されるエンジンの排気騒音を音響的に低減するエンジンの排気音低減装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの排気音を消音させる消音機器としてマフラが知られている。一般的なマフラは、両端が鏡板によりそれぞれ封止された円筒又は角筒状のマフラ本体の内部を複数の仕切板により複数の小室に仕切り、入口パイプと出口パイプを連通させる内部パイプをこれらの仕切られた小室に通している。内部パイプには多数の小孔が形成され、入口パイプから入り込んだエンジンの排ガスが内部パイプを通過するときにこの小孔を介して膨張してその排ガスの音圧を下げ、その後出口パイプから排出するように構成される。また、別の種類のマフラとして、筒状のマフラ本体の内部に吸音材を装着したものも知られている。このマフラでは入口パイプから入り込んで内部パイプを通過する排ガスが、マフラ本体内部で膨張して排ガスの圧力が低下させられるとともに、吸音材がその排気音を吸収して消音し、その後出口パイプから排出するようになっている。
このようなマフラでは、入口パイプが上流側排気管を介してエンジンの排気マニホルドに接続され、出口パイプにはテールパイプの一端が接続される。テールパイプは他端が大気に開放され、消音されてマフラの出口パイプから排出された排ガスを一端から他端に流通させて大気に放出するように構成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、排ガスには複数周波数の音波が内在するため、マフラの出口パイプから排出された排ガスをテールパイプに流通させると、同じ周波数の音波の干渉によって、どの場所でも同一の位相を持つ振動が現れ、音圧の振幅が極大となる点（以下「腹」という）と極小となる点（以下「節」という）とが空間的に交互に存在し、各点で同じ運動を繰り返して波形が進行しない状態のいわゆる定在波を発生させることが知られている。この定在波は、排ガスがテールパイプの他端側から大気に排出された段階で排気騒音として音響し、マフラにより排ガス騒音を十分に低減できたとしてもこの定在波による騒音によりエンジンの総排気騒音を十分に低減することが困難である不具合があった。
本発明の目的は、テールパイプに生じる定在波の音圧を低減してエンジンの総排気騒音を十分に低減し得るエンジンの排気音低減装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、車両のシャシフレーム１１に吊下げられ入口パイプ２２ａから入るエンジンの排ガスを膨張減圧して消音し出口パイプ２２ｂから排出するように構成されたマフラ２２と、一端が出口パイプ２２ｂに接続され他端が大気に開放されたテールパイプ２３と、テールパイプ２３をシャシフレーム１１に吊下げる吊下部材２６とを備えたエンジンの排気音低減装置の改良である。
その特徴ある構成は、出口パイプ２２ｂの長さとテールパイプ２３の長さの和をＬとするとき、テールパイプ２３の他端から（Ｌ／１２）に相応する部分のテールパイプ２３に孔２３ａが形成され、テールパイプ２３の孔２３ａが形成された部位の外面に吊下部材２６が設けられ、孔２３ａを所定の隙間ｗを開けて覆う覆い部材２７が吊下部材２６に形成されたところにある。
この請求項１に係るエンジンの排気音低減装置では、孔２３ａの存在により定在波と半音ずれた定在波がテールパイプ２３の内部に発生して、その半音ずれた波が定在波のピーク性を鈍らせる。この結果、その定在波Ｆはぼかされて排ガスが大気に排出された段階で生じる音圧を従来より著しく低減させる。
【０００５】
また、図２に示すように、所定の隙間ｗを開けて孔２３ａを覆う覆い部材２７を設けるので、テールパイプ２３に形成された孔２３ａが外部から直接視認されることを防止することができ、見栄えを向上させることができる。
【０００６】
更に、テールパイプ２３をシャシフレーム１１に吊下げる吊下部材２６に覆い部材２７を形成するので、独立した覆い部材２７が不要になり、部品点数を増加させないで、その管理コストと製造コストを押し上げない。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図４に示すように、本発明のエンジンの排気音低減装置２１は、マフラ２２とそのマフラ２２の出口パイプ２２ｂに一端が接続されたテールパイプ２３とを備える。この実施の形態では、車両であるトラクタ１０のエンジンにおける排気音低減装置２１を示す。図４に示すように、トラクタ１０は、シャシフレーム１１の前部に搭載されたキャブ１２と、シャシフレーム１１の後部の上面に固着されたカプラ１３とを有する。キャブ１２はチルトアップ可能にシャシフレーム１１に搭載され、キャブ１２には運転者が着座する運転席と同乗者が着座する助手席が設けられる。一方、カプラ１３は図示しないトレーラを連結するためのものであり、トレーラの前部下部に設けられた図示しないキングピンをこのカプラ１３に係合又は離脱させることにより、そのトレーラを連結し、又は切り離すことができるように構成される。また、シャシフレーム１１の左側部にはエンジンの燃料を貯留する燃料タンク１６が設けられる。
【０００８】
図１及び図４に示すように、トラクタのシャシフレーム１１は一対のサイドメンバ１１ａ，１１ａを有し、キャブ１２下方の一対のサイドメンバ１１ａ，１１ａの間に図示しないエンジンが設けられる。また、シャシフレーム１１の右側部のキャブ１２近傍には、トラクタのエアブレーキ等のエア機器を作動させるための動力源であるエアタンク１７が設けられる。シャシフレーム１１の左側部のキャブ１２近傍には、本発明の排気音低減装置２１を構成するマフラ２２が設けられる。エアタンク１７及びマフラ２２は、一対のサイドメンバ１１ａ，１１ａに互いに車幅方向に突出するように設けられた支持ステー１８を介してそれぞれシャシフレーム１１に吊り下げられる。
【０００９】
図１に示すように、この実施の形態におけるマフラ２２は両端が鏡板により封止された角筒状に形成され、一方の鏡板がシャシフレーム１１に対向するようにマフラ２２がシャシフレーム１１に吊り下げられる。シャシフレーム１１近傍における一方の鏡板には入口パイプ２２ａと出口パイプ２２ｂの双方が設けられる。図示しないが、マフラ２２の内部には入口パイプ２２ａと出口パイプ２２ｂを連通させる内部パイプが設けられ、内部パイプ周囲のマフラ２２内部には吸音材が装着されて吸音室が形成される。吸音室に位置する内部パイプには複数の通気孔が形成される。このマフラ２２では、入口パイプ２２ａからエンジンの排ガスが入ると、その排ガスは入口パイプ２２ａから図示しない内部パイプを通過し、内部パイプに形成された通気孔を介して膨張減圧され、その膨張減圧により消音された状態で排ガスは内部パイプから出口パイプ２２ｂに流れ、その出口パイプ２２ｂから排出されるように構成される。
【００１０】
入口パイプ２２ａ及び出口パイプ２２ｂは一方の鏡板から突出して設けられ、入口パイプ２２ａ及び出口パイプ２２ｂの先端にはそれぞれフランジ２２ｃ，２２ｄが形成される。入口パイプ２２ａのフランジ２２ｃには、上流側排気管２４の他端が接続され、上流側排気管２４の一端はエンジンの排気マニホルドに接続されて、入口パイプ２２ａはこの上流側排気管２４を介してエンジンの排気マニホルドに接続される。出口パイプ２２ｂのフランジ２２ｄにはテールパイプ２３の一端が接続され、テールパイプ２３の他端は大気に開放される。この実施の形態では、出口パイプ２２ｂに一端が接続された状態でテールパイプ２３はシャシフレーム１１及びエアタンク１７の下方を車幅方向に延びて配設され、その中間が二本の吊下部材２６によりシャシフレーム１１に吊下げられる。
【００１１】
ここで、マフラ２２の内部に形成された空洞の体積は テールパイプ２３の管内の体積に比べて大きく、そのマフラ２２の排気騒音に対する音響インピーダンスはテールパイプ２３に比べて小さな値となるので、排ガスが流入するテールパイプ２３内には、その排ガスによる定在波がマフラ２２を節として形成される。一方、テールパイプ２３の他端側開口部より外側の大気の体積はテールパイプ２３の管内の体積に比べて著しく大きく、その大気の排気騒音に対する音響インピーダンスはテールパイプ２３に比べて小さな値となるので、テールパイプ内には、その排気騒音の定在波が両側開口部を腹として形成される。具体的に説明すると、マフラ２２の一方の鏡板からテールパイプ２３の他端開口端までの長さ、即ち、出口パイプ２２ｂの長さとテールパイプ２３の長さの和をＬとし、自然数をＮとすると、テールパイプ２３に生じる定在波Ｆの波長λは、λ＝２Ｌ／Ｎとなる。Ｎ＝３の場合を例示すると、テールパイプ２３には図１の一点鎖線で示すような定在波Ｆが生じる。
【００１２】
一方、テールパイプ２３には、そのテールパイプ２３の他端から（Ｌ／１２）に相応する部分に孔２３ａが形成される。この実施の形態における孔２３ａは吊下部材２６により把持される部分のテールパイプ２３に形成される。図２に示すように、孔２３ａの直径ｄは、テールパイプ２３の外形直径をＤとすると、（Ｄ／８）≦ｄ≦（Ｄ／４）の範囲で形成される。孔２３ａが形成されたテールパイプ２３の外面には、その孔２３ａを所定の隙間ｗを開けて覆う覆い部材２７が設けられる。この実施の形態における覆い部材２７は、テールパイプ２３をシャシフレーム１１に吊下げる吊下部材２６に形成される。
【００１３】
図２に示すように、吊下部材２６は、シャシフレーム１１のサイドメンバ１１ａに上端が取付けられたＬ金具２８と、Ｌ金具２８の下部に上部が取付けられたクランプ２９により構成される。クランプ２９はテールパイプ２３の外径に相応する円弧部２９ａを有する一対の半円部材により構成され、円弧部２９ａによりテールパイプ２３を挟み、上部２９ｂにＬ金具２８の下部を挟んだ状態で取付ネジ３１によりその上部２９ｂを締結する。半円部材２９ａの下部２９ｃを取付ネジ３１により締結することによりテールパイプ２３を挟持するように構成される。覆い部材２７はその下部２９ｃに連続して形成され、テールパイプ２３に形成された孔２３ａを所定の隙間ｗを開けて覆うように構成される。
【００１４】
このように構成されたエンジンの排気音低減装置の動作を説明する。
マフラ２２により消音され、その出口パイプ２２ｂから排出された排ガスはテールパイプ２３の一端側に流入し、そのテールパイプ２３を通過して他端側開口端から大気に排出される。この際にテープパイプ２３には定在波Ｆが生じる。一方、テールパイプ２３には、その他端から（Ｌ／１２）に相応する部分に孔２３ａが形成されているので、その孔２３ａの存在により定在波と半音ずれた定在波がテールパイプ２３の内部に発生して、その半音ずれた波が定在波のピーク性を鈍らせる。その結果、その定在波Ｆはぼかされ、定在波Ｆは排ガスがテールパイプ２３の他端側から大気に排出された段階で排気騒音として音響するが、このようにぼかされた定在波Ｆによる音響は、定在波Ｆがぼかされることなく音響する場合に比較して極めて小さく、本発明の排気音低減装置では定在波Ｆによる音圧を従来より著しく低減させることができる。
【００１５】
また、その孔２３ａは覆い部材２７が形成された吊下部材２６により覆われるので、テールパイプ２３に形成された孔２３ａが外部から直接視認されることはなく、外観上の見栄えを悪化させることはなく、吊下部材２６に覆い部材２７を形成することにより部品点数を減少させて、その管理負担と製造工程が押し上げられることを防止することができる。
【００１６】
なお、上述した実施の形態では、覆い部材２７を吊下部材２６に形成して部品点数の増加を防止したが、図３に示すように、覆い部材２７は独立して形成したものでもよい。図３における覆い部材２７は略ハット状に折り曲げられた鋼板により形成され、ハット状の両側におけるフランジ２７ａ，２７ａをテールパイプ２３の外面に抵抗溶接される。ハット状に折り曲げられた覆い部材２７の中央部分２７ｂは所定の隙間ｗを開けて孔２３ａを覆い、この孔２３ａが外部から直接視認されることを防止するように構成される。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、マフラにおける出口パイプの長さと、テールパイプの長さの和をＬとするとき、テールパイプの他端から（Ｌ／１２）に相応する部分のテールパイプに孔を形成したので、定在波と半音ずれた波がテールパイプの内部に発生して、その半音ずれた波が定在波のピーク性を鈍らせる。このため、その定在波はぼかされて排ガスが大気に排出された段階で生じる音圧を従来より著しく低減させる。この結果、テールパイプに生じる定在波の音圧は低減してエンジンの総排気騒音を十分に低減させることができる。
また、所定の隙間を開けて孔を覆う覆い部材をテールパイプの外面に設ければ、テールパイプに形成された孔が外部から直接視認されることを防止することができ、外観上の見栄えを向上させることができる。更に、覆い部材をテールパイプをシャシフレームに吊下げる吊下部材に形成すれば、独立した覆い部材を準備する必要はなくなり、部品点数は減少して、その管理負担と製造工程が押し上げられることを防止することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排気音低減装置を示す図４のＡ−Ａ線断面図。
【図２】図１のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】他の覆い部材を示す図２に対応する断面図。
【図４】その排気音低減装置を備えた車両であるトラクタの上面図。
【符号の説明】
１１ シャシフレーム
２１ 排気音低減装置
２２ マフラ
２２ａ 入口パイプ
２２ｂ 出口パイプ
２３ テールパイプ
２３ａ 孔
２６ 吊下部材
２７ 覆い部材
Ｌ 出口パイプの長さとテールパイプの長さの和

Claims (1)

1. 車両のシャシフレーム (11) に吊下げられ入口パイプ(22a)から入るエンジンの排ガスを膨張減圧して消音し出口パイプ(22b)から排出するように構成されたマフラ(22)と、一端が前記出口パイプ(22b)に接続され他端が大気に開放されたテールパイプ(23)と、前記テールパイプ (23) を前記シャシフレーム (11) に吊下げる吊下部材 (26) とを備えたエンジンの排気音低減装置において、
   前記出口パイプ(22b)の長さと前記テールパイプ(23)の長さの和をＬとするとき、前記テールパイプ(23)の他端から（Ｌ／１２）に相応する部分の前記テールパイプ(23)に孔(23a)が形成され、
   前記テールパイプ (23) の前記孔 (23a) が形成された部位の外面に前記吊下部材 (26) が設けられ、
   前記孔 (23a) を所定の隙間 (w) を開けて覆う覆い部材 (27) が前記吊下部材 (26) に形成された
   ことを特徴とするエンジンの排気音低減装置。

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