JP4037572B2 - 消音器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の排気系に装着される消音器に関し、詳しくはシェルの放射音低減に係わる構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の排気系に装着される消音器では、例えば断面長円形状のシェルが用いられている。消音器はエンジンからの脈動圧力を整えると共に脈動圧力に起因して発生する騒音の消音作用をする。
ところで、この消音器のシェルは、板厚が薄く剛性が低いと、このシェルを介して外部に放射音を放射してしまう虞が生ずるが、この放射音は、極力低減しなければならない。
【０００３】
図６は消音器に用いられているシェルの断面の一例を示す。図に示すように、シェル１０１は、断面長円形状で、インナシェル１０２と、インナシェル１０２の外側を囲むアウタシェル１０３とから構成されている。
シェル１０１の長軸方向側部分（図の左右両側）は曲率の大きい小Ｒ部１０４，１０４となっている。シェル１０１の短軸方向側部分（図の上下両側）は曲率の小さい大Ｒ部１０５，１０５となっている。
【０００４】
小Ｒ部１０４，１０４の中央部分にはロックシーム部１０６，１０６が形成されている。
しかし、小Ｒ部１０４自体の曲率の大きいことによる剛性と、小Ｒ部１０４，１０４にロックシーム部１０６，１０６が位置することによる剛性とが重なって、小Ｒ部１０４は高剛性となっている。
【０００５】
一方、大Ｒ部１０５はインナシェル１０２，アウタシェル１０３の板材の剛性のみであり、曲率が小さいことから、その剛性は、小Ｒ部１０４での高剛性に対して低くなっている。
かかる断面のシェル１０１では、エンジンからの脈動圧力により、大Ｒ部１０５，１０５はその両側の小Ｒ部１０４，１０４を節として強制振動され、放射音がシェル１０１から外部に伝わる。しかも、大Ｒ部１０５は面積が広く、固有振動数（共鳴振動数）が低いことから、エンジンからの排気騒音の低周波数域で共振現象が発生する場合がある。この共振現象を伴って、大Ｒ部１０５の振動は放射音として外部に伝わり易くなっている。
【０００６】
そこで、このシェル１０１の放射音低減対策として、特開昭６４−１８５２４号公報に示す消音器或いは図７に示す断面のシェルを有する消音器が考えられる。
図７において、シェル２０１の短軸方向側部分は曲率の小さい大Ｒ部２０２，２０２となっている。シェル２０１の両側部分（長軸方向側部分）は曲率の大きな小Ｒ部２０３，２０３となっている。
【０００７】
前記大Ｒ部２０２には、その中点Ｍ１，Ｍ２にロックシーム部２０４，２０４が設けられている。大Ｒ部２０２のロックシーム部２０４の両側部分は２つのスパン部２０２Ａ，２０２Ｂとなる。これにより、大Ｒ部２０２の剛性を高くすることは可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シェル２０１にあっては、大Ｒ部２０２はロックシーム部２０４により２つのスパン部２０２Ａ，２０２Ｂに分けられていることから、エンジンからの排気騒音に対して、２つのスパン部２０２Ａ，２０２Ｂで振動モードがそれぞれ発生し、各スパン部２０２Ａ，２０２Ｂで共振現象が生じるという問題がある。
【０００９】
しかも、大Ｒ部２０２の中点Ｍ１，Ｍ２にロックシーム部２０４，２０４があるので、スパン部２０２Ａ，２０２Ｂの固有振動数Ｎ（０）が等しくなっている。従って、図８に示すように、エンジンからの排気騒音に対して、スパン部２０２Ａ，２０２Ｂは同じ固有振動数Ｎ（０）でそれぞれ共振し、全体としての振動エネルギーは、スパン部２０２Ａでの振動エネルギーとスパン部２０２Ｂでの振動エネルギーを合計したものになり、共振による振動エネルギーが大きくなり、放射音が大きくなるという問題がある。
【００１０】
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、放射音を小さくすることができる消音器を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、断面長円形状のシェルの短軸方向側部分の大Ｒ部にロックシーム部が形成され、前記ロックシーム部は前記大Ｒ部の中点から所定の距離を隔てた位置にあることを特徴とする。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の消音器において、前記大Ｒ部は、前記ロックシーム部により複数のスパン部に分けられており、前記ロックシーム部は、前記スパン部の２次以上の固有振動数がエンジンからの脈動圧力の周波数領域の範囲外になるように配置されていることを特徴とする。
【００１３】
（作用）
請求項１記載の発明においては、ロックシーム部は大Ｒ部の中点から所定の距離を隔てて位置しているので、ロックシーム部により分けられた長さの異なる２つのスパン部の固有振動数は、Ｎ（Ａ）×ｋ（ｋ＝１，２，３，４，５，・・・）と，Ｎ（Ｂ）×ｋ（ｋ＝１，２，３，４，５，・・・）とになる。
【００１４】
２つのスパン部の１次の固有振動数Ｎ（Ａ），Ｎ（Ｂ）（ｋ＝１の場合）で説明すると、２つのスパン部の１次の固有振動数Ｎ（Ａ），Ｎ（Ｂ）は相違している。従って、例えば、エンジンからの脈動圧力の成分Ｎ（Ａ）に対して、一方のスパン部は１次の固有振動数Ｎ（Ａ）で共振しても他方のスパン部は共振しない。
請求項２記載の発明においては、一方のスパン部の１次の固有振動数はＮ（Ａ）であるので、その２次以上の固有振動数はＮ（Ａ）×ｉ（ｉ＝２，３，４，５，・・・）となる。
【００１５】
他方のスパン部の１次の固有振動数はＮ（Ｂ）であるので、その２次以上の固有振動数はＮ（Ｂ）×ｉ（ｉ＝２，３，４，５，・・・）となる。
一方のスパン部の２次以上の固有振動数と、他方のスパン部の２次以上の固有振動数とに、共通の固有振動数がある。
エンジンからの脈動圧力に対して、一方のスパン部が、その１次の固有振動数Ｎ（Ａ）で共振した場合、他方のスパン部は、一方のスパン部との共通の固有振動数で、共振しようとする。
【００１６】
ここで、大Ｒ部の任意の位置にロックシーム部を選定することにより、一方のスパン部の１次の固有振動数Ｎ（Ａ）が決まり、他方のスパン部に共通の固有振動数が割り当てられる。この場合、他方のスパン部の共通の固有振動数はエンジンからの脈動圧力の周波数領域外にあるので、他方のスパン部は、エンジンからの脈動圧力に対して共振しない。
【００１７】
【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，図２は請求項１，請求項２記載の発明の実施の形態に係わる消音器を示す。
図において、消音器１は、シェル２と、シェル２の両端にそれぞれ配置されて接合されたエンドプレート３，３とを有している。
【００１８】
シェル２は、インナシェル４と、インナシェル４の外側を囲むアウタシェル５とから構成されている。このシェル２の２重構造により、エンジンからの脈動圧力に対してインナシェル４，アウタシェル５の振動が互いに規制されて放射音が低減されている。
インナシェル４は、１枚の金属製薄板を素材としてこれを筒状に丸め、インナ側ロックシーム部１０Ａ（後述）によりかしめて断面長円形状に形成されている。なお、断面長円形状の一例は、図１に示すように、楕円形状を図の上下方向から潰した略扁平状の断面形状である。断面長円形状には断面レーシングトラック形状，楕円形状等が含まれる。
【００１９】
アウタシェル５は、１枚の金属製薄板を素材としてこれを筒状に丸め、アウタ側ロックシーム部１１Ｂ（後述）によりかしめて断面長円形状に形成されている。
シェル２の短軸方向側部分は曲率の小さい大Ｒ部６，７となっている。シェル２の両側部分（長軸方向側部分）は曲率の大きな小Ｒ部８，９となっている。小Ｒ部８，９の間に、小Ｒ部８，９より曲率の小さい大Ｒ部６，７が形成されている。大Ｒ部６，７は、短軸Ｌ０に関して図１の左右方向で対称になっており、大Ｒ部６と小Ｒ部８，９の境目は、曲率が大きく変化する点６Ｃ，６Ｄ，７Ｃ，７Ｄである。
【００２０】
大Ｒ部６，７の中点６Ｍ，７Ｍ（短軸Ｌ０上に位置している）から所定の距離Ｌ１，Ｌ２を隔てた位置に第１のロックシーム部１０，第２のロックシーム部１１が形成されている。第１のロックシーム部１０と第２のロックシーム部１１とは中心点Ｏに関して対称の位置にあり、距離Ｌ１は距離Ｌ２と等しくなっている。
第１のロックシーム部１０は、インナシェル４側に形成されたインナ側ロックシーム部１０Ａと、インナ側ロックシーム部１０Ａの外側を囲み、アウタシェル５側に形成されたアウタ側ロックシーム部１０Ｂとで構成されている。
【００２１】
第２のロックシーム部１１は、インナシェル４側に形成されたインナ側ロックシーム部１１Ａと、アウタシェル５側に形成されたアウタ側ロックシーム部１１Ｂとで構成されている。
大Ｒ部６は、第１のロックシーム部１０により長さの異なる２つのスパン部６Ａ，６Ｂに分けられている。一方のスパン部６Ａは、大Ｒ部６の、第１のロックシーム部１０から点６Ｃに至る部分である。他方のスパン部６Ｂは、大Ｒ部６の、第１のロックシーム部１０から点６Ｄに至る部分である。一方のスパン部６Ａは、他方のスパン部６Ｂより長くなっている。
【００２２】
大Ｒ部７は、第２のロックシーム部１１により長さの異なる２つのスパン部７Ａ，７Ｂに分けられている。一方のスパン部７Ａは、大Ｒ部７の、第２のロックシーム部１１から点７Ｄに至る部分である。他方のスパン部７Ｂは、大Ｒ部７の、第２のロックシーム部１１から点７Ｃに至る部分である。一方のスパン部７Ａは、他方のスパン部７Ｂより長くなっている。
【００２３】
しかして、本実施の形態においては、シェル２の大Ｒ部６，大Ｒ部７では同じ作用，効果が生じる。大Ｒ部６を例に挙げて以下の（１），（２）にて作用，効果を説明する。
（１）第１のロックシーム部１０はシェル２の大Ｒ部６の中点６Ｍから所定の距離Ｌ１を隔てた位置にあるので、長さの異なる２つのスパン部６Ａ，６Ｂの振動モードは第１のロックシーム部１０で分断される。
【００２４】
ここで、エンジンからの脈動圧力がシェル２内に伝わる。脈動圧力は、シェル２内における内圧の変化となってシェル２を加振させる。すなわち、エンジンからの脈動圧力による加振入力により、スパン部６Ａは、第１のロックシーム部１０及び点６Ｃを節として強制振動される。スパン部６Ｂは、第１のロックシーム部１０及び点６Ｄを節として強制振動される。
【００２５】
この強制振動と共振現象により、長さの異なる２つのスパン部６Ａ，６Ｂから外部に放射音が伝わる。
ここで、第１のロックシーム部１０は大Ｒ部６の中点６Ｍから所定の距離Ｌ１を隔てて位置しているので、２つのスパン部６Ａ，６Ｂの固有振動数は、Ｎ（Ａ）×ｋ（ｋ＝１，２，３，４，５，・・・）と、Ｎ（Ｂ）×ｋ（ｋ＝１，２，３，４，５，・・・）とになる。
【００２６】
２つのスパン部６Ａ，６Ｂの１次の固有振動数Ｎ（Ａ），Ｎ（Ｂ）（ｋ＝１の場合）で説明すると、２つのスパン部６Ａ，６Ｂの１次の固有振動数Ｎ（Ａ），Ｎ（Ｂ）は、相違し、エンジンからの脈動圧力に対して異なった１次の固有振動数Ｎ（Ａ），Ｎ（Ｂ）でそれぞれ共振する。
例えば、図３に示すように、エンジンからの脈動圧力の成分Ｎ（Ａ）に対して、一方のスパン部６Ａが１次の固有振動数Ｎ（Ａ）で共振しても他方のスパン部６Ｂは共振しない。また、図４に示すように、他方のスパン部６Ｂが１次の固有振動数Ｎ（Ｂ）で共振しても一方のスパン部６Ａは共振しない。
【００２７】
この結果、長さの異なるスパン部６Ａ，６Ｂのうちの一方のみが共振し、共振によるシェル６の全体としての振動エネルギーを小さくして、放射音を小さくすることができる効果を奏する。
これは、従来におけるスパン部２０２Ａ，２０２Ｂは同じ固有振動数Ｎ（０）でそれぞれ共振し、全体としての振動エネルギーは、スパン部２０２Ａでの振動エネルギーとスパン部２０２Ｂでの振動エネルギーを合計したものとなっていることと比べると、振動エネルギーを著しく小さくして、放射音を小さくすることができる効果を奏する。なお、図１の断面長円形状は、楕円形状から外れた断面形状になっているので、放射音低減の効果が顕著である。
【００２８】
（２）例えば、エンジンからの脈動圧力の成分Ｎ（Ａ）に対して、一方のスパン部６Ａが、その１次の固有振動数Ｎ（Ａ）で共振した場合、他方のスパン部６Ｂ（１次の固有振動数Ｎ（Ｂ））は、一方のスパン部６Ａの１次の固有振動数Ｎ（Ａ）では共振しない。
しかし、他方のスパン部６Ｂの１次の固有振動数はＮ（Ｂ）であるので、その２次以上の固有振動数はＮ（Ｂ）×ｉ（ｉ＝２，３，４，５，・・・）となる。
【００２９】
一方のスパン部６Ａの２次以上の固有振動数と、他方のスパン部６Ｂの２次以上の固有振動数との共通の固有振動数はＮ（Ｂ），Ｎ（Ａ）を基にして決められる。すなわち、共通の固有振動数として、Ｎ（Ａ）×ｉ（ｉ＝２，３，４，５，・・・），Ｎ（Ｂ）×ｉ（ｉ＝２，３，４，５，・・・）が挙げられる。この場合、Ｎ（Ａ）×ｉ（ｉ＝２，３，４，５，・・・）において、ｉ＝Ｎ（Ｂ）とすれば、共通の固有振動数は、Ｎ（Ｂ）×Ｎ（Ａ）となる。
【００３０】
エンジンからの脈動圧力に対して、一方のスパン部６Ａが、その１次の固有振動数Ｎ（Ａ）で共振した場合、他方のスパン部６Ｂは、一方のスパン部６Ａとの共通の固有振動数で共振しようとする。
ここで、大Ｒ部６の任意の位置に第１のロックシーム部１０を選定することにより、一方のスパン部６Ａの１次の固有振動数Ｎ（Ａ）が決まり、他方のスパン部６Ｂに共通の固有振動数が割り当てられる。この場合、他方のスパン部６Ｂの共通の固有振動数はエンジンからの脈動圧力の周波数領域外にあるので、他方のスパン部６Ｂは、エンジンからの脈動圧力に対して共振しない。
【００３１】
すなわち、例えば、一方のスパン部６Ａが１次の固有振動数Ｎ（Ａ）で共振しても、他方のスパン部６Ｂは共振しない。
従って、大Ｒ部６に第１のロックシーム部１０の位置を適切に選定することにより、エンジンからの脈動圧力に対して一方のスパン部６Ａに共振が生じても、他方のスパン部６Ｂではその２次以上の固有振動数で共振しないようにすることができ、シェル２からの放射音を小さくすることができる効果を奏する。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、第１のロックシーム部１０と第２のロックシーム部１１とは中心点Ｏに関して対称の位置にあり、距離Ｌ１は距離Ｌ２と等しくなっているが、中心点Ｏに関して対称の位置に限定されることはない。例えば、距離Ｌ１と距離Ｌ２とは等しくなくても良く、また、短軸Ｌ０の同じ側に位置していても良い。
【００３３】
また、本実施の形態においては、シェル２は、インナシェル４，アウタシェル５からなる２重構造になっているが、１重構造にすることもできる。例えば、図５に示すように、断面長円形状のシェル２１の短軸方向側部分の大Ｒ部２２にロックシーム部２３が形成されている。ロックシーム部２３は、大Ｒ部２２の中点２２Ｍ（短軸Ｌ０上に位置している）から所定の距離Ｌ３を隔てて位置している。
【００３４】
すなわち、大Ｒ部２２は、ロックシーム部２３により長さの異なる２つのスパン部２２Ａ，２２Ｂに分けられている。かかる構成によれば、本実施の形態の作用，効果と同様の作用，効果が生じる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、ロックシーム部はシェルの大Ｒ部の中点から所定の距離を隔てた位置にあるので、シェルの振動モードはロックシーム部で分断される。大Ｒ部のロックシーム部の両側での長さのことなる２つのスパン部は、固有振動数が相違し、エンジンからの脈動圧力に対して異なった固有振動数でそれぞれ共振する。一方のスパン部が共振しても、他方のスパン部は共振しない。従って、共振によるシェルの全体としての振動エネルギーを小さくして、放射音を小さくすることができる効果を奏する。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、大Ｒ部にロックシーム部の位置を適切に選定することにより、エンジンからの脈動圧力に対して一方のスパン部に共振が生じても、他方のスパン部ではその２次以上の固有振動数で共振しないようにすることができ、シェルからの放射音を小さくすることができる効果を奏する。
【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消音器の断面図である。
【図２】同消音器の平面図である。
【図３】同消音器の作用の説明図である。
【図４】同消音器の作用の説明図である。
【図５】請求項１，請求項２記載の発明の実施の形態に係わる消音器の変形例に係わる１重構造のシェルの断面図である。
【図６】従来の消音器の断面図である。
【図７】断面長円形状のシェルの短軸方向側部分の大Ｒ部にロックシーム部を想定した場合の消音器の断面図である。
【図８】図７の消音器の作用の説明図である。
【符号の説明】
１ 消音器
２ シェル
６ 大Ｒ部
６Ａ 一方のスパン部
６Ｂ 他方のスパン部
６Ｍ 中点
７Ｍ 中点
７ 大Ｒ部
７Ａ スパン部
７Ｂ スパン部
８ 小Ｒ部
９ 小Ｒ部
１０ 第１のロックシーム部
１１ 第２のロックシーム部

Claims (2)

1. 断面長円形状のシェル（２，２１）の短軸方向側部分の大Ｒ部（６，７，２２）にロックシーム部（１０，１１，２３）が形成され、
   前記ロックシーム部（１０，１１，２３）は前記大Ｒ部（６，７，２２）の中点（６Ｍ，７Ｍ，２２Ｍ）から所定の距離を隔てた位置にある
   ことを特徴とする消音器。
2. 前記大Ｒ部（６，７，２２）は、前記ロックシーム部（１０，１１，２３）により長さの異なる２つのスパン部（６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ）に分けられており、
   前記ロックシーム部（１０，１１，２３）は、前記スパン部（６Ａ，６Ｂ，７Ａ，７Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ）の２次以上の固有振動数がエンジンからの脈動圧力の周波数領域の範囲外になるように配置されていることを特徴とする請求項１記載の消音器。

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