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