JP4098421B2 - 排気消音器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単室膨張型の排気消音器に関し、特に、排気消音器を構成するシェルの剛性を高めると共に該シェルに接続されたパイプを合理的に支持することを実現した排気消音器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気音を消音する排気消音器は、図８に示すように、消音器一室当たりの容量Ｖと、インレットパイプの長さＬ１及びアウトレットパイプの長さＬ２と、インレットパイプの断面積Ｓ１及びアウトレットパイプの断面積Ｓ２を適宜設定することによって有効消音限界周波数を設定している。従って、消音器一室当たりの容量Ｖを大きくすることによってアウトレットパイプの長さＬも大きくすることが可能となり、低周波数域の排気音を効果的に消音することが出来る。
【０００３】
図９に模式的に示す単室膨張型の排気消音器50は、筒型のシェル51とエンジン側に配置されたインレットパイプ52と、大気側に配置されたアウトレットパイプ53を有して構成されており、各パイプ52，53はシェル51の端部を閉塞する端板51ａを貫通して該端板51ａに溶接等の手段で固定されている。この排気消音器50では、一室からなるシェル51の容量Ｖを大きくとることが出来、低周波数領域を含む排気音を効果的に消音することが出来る。またインレットパイプ52からシェル51に導入された排気ガスは該シェル51で膨張してアウトレットパイプ53から排出されるため、排気ガスの流路抵抗が小さくなり、エンジンの背圧を小さくして出力を向上させることが出来る。
【０００４】
上記排気消音器50では広い周波数領域での消音特性を有しているという利点を有する反面、各パイプ52，53がシェル51の端板51ａに対し１か所でのみ固定されるため取付強度及び剛性が小さく耐久性に劣るという問題や、シェル51が一室を構成するため該シェル51を構成する筒体の剛性が小さくなって共振し易く、且つ内部側の部材の熱変形が大きいという問題がある。
【０００５】
図１０に模式的に示す多段膨張型の排気消音器60は、筒型のシェル61とエンジン側に配置されたインレットパイプ62と大気側に配置されたアウトレットパイプ63とシェル61の内部を複数の室に分割するセパレータ64，65と各室を連通するパイプ66とを有して構成されており、各パイプ62，63，66はシェル61の端板61ａ及びセパレータ64，65に溶接等の手段で固定されている。この排気消音器60では、各パイプ62，63，66が端板61ａ及びセパレータ64，65の２か所に固定されるため取付強度及び剛性が高くなって耐久性が向上し、且つシェル61がセパレータ64，65によって補強されて共振することがなく、更に内部側の部材の熱変形も小さくなる。
【０００６】
上記排気消音器60では強度が高く耐久性が高いという利点を有するものの、一室当たりの容量は単室膨張型の排気消音器50と比較して小さくなり、低周波数領域の消音特性が悪化するという問題がある。特に、低周波数領域での消音特性を向上させる場合、膨張室の容量を大きくすることが必要となり、この結果、消音器の大型化を招くという問題が派生する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の如く、単室膨張型の排気消音器は排気音を消音する上で好ましい周波数特性を有するものの、強度や剛性の面で好ましくないという問題があり、多段膨張型の排気消音器では強度や剛性が好ましい性能を発揮するものの、低周波数領域の消音特性が悪化するという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、低周波数領域に於ける消音特性を維持して強度や剛性を向上させた単室膨張型の排気消音器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本件発明者等は、上記課題を解決するために種々の実験を重ねた結果、単室膨張型の排気消音器に於けるインレットパイプとアウトレットパイプのシェルに対する取付強度と剛性を向上させるためには、これらのパイプを端板と、該端板以外の部位の２点で固定するのが好ましい、またシェルの剛性を向上させるためには、該シェルを構成する筒体そのものの材料の厚さを増加させて剛性を向上させるか、シェルに当接する部材を配置すること、同様にシェルの内部部材の過大な熱膨張や熱変形を阻止するためには、シェルの内部部材を拘束して熱膨張や熱変形を阻止し得る部材を配置することが必要であるとの知見を得た。
【００１０】
更に、シェルに当接する部材としては、該シェルの外周面に当接する部材と内周面に当接する部材が想定し得るが、各パイプの支持固定、及びシェルの内部部材の熱膨張の阻止等を考慮したとき、前記部材としてはシェルの断面形状と略等しい形状を有し、且つ各パイプの自由端側を支持し得る支持部材であることが好ましい。
【００１１】
しかし、シェルの内部に上記支持部材を配置した場合、シェルや各パイプの剛性や強度を向上させることが出来るものの、単室膨張型の排気消音器としての機能を失う虞がある。このため、前記支持部材に排気ガスを流通させる貫通孔を形成することで、シェルの内部を一室として機能させることが出来るか否かについての実験を試みた。
【００１２】
図６は上記実験の装置を説明する模式図であり、図７は実験結果としの消音レベルを計測した図である。実験は、排気消音器Ａを構成するシェル１の内部にインレットパイプ２，アウトレットパイプ３を配置すると共に、インレットパイプ２の断面積に対し0.5 倍〜3.0 倍の面積を持った貫通孔４を形成した複数の支持部材５を交換して配置し、インレットパイプ２の入口側に配置したスピーカー71から出力し、インレットパイプ２に設けたマイクロフォン72によって入口音圧を、マイクロフォン73によってアウトレットパイプ３の出口側の出口音圧を測定して両者の測定値の差を計測した。
【００１３】
上記測定実験の結果、支持部材５に形成した貫通孔４の面積がインレットパイプ２の断面積の0.5 倍〜1.5 倍までの間では消音レベルが急激に向上するが、1.5 倍で略飽和し、その後、３倍までの間で略一定となり、大きな改善は見られない。即ち、シェル１の内部形状と同一の形状を持った支持部材５を配置した場合であっても、該支持部材５にインレットパイプ２の断面積の1.5 倍以上の面積を持った貫通孔４を形成することで、シェル１の剛性を向上させると共に各パイプ２，３の取付強度や剛性を向上させることが出来るにも関わらず、単室膨張型の排気消音器として機能させることが出来る。
【００１４】
従って、本発明に係る排気消音器は、シェルと該シェルに排気ガスを導入するインレットパイプと該シェルから排気ガスを排出するアウトレットパイプとを有する単室膨張型の排気消音器に於いて、シェルの内部に、外周がシェルの内周面に当接し、且つ少なくとも一方がＵ字状に湾曲し且つシェルの内部に対応する側面に排気ガスを導通させる孔を形成したインレットパイプ及びアウトレットパイプの少なくとも一方のパイプを支持するための支持孔が形成され、更に前記インレットパイプの断面積の１．５倍以上の面積を持った貫通孔を有する支持部材を配置して構成したものである。
【００１５】
上記排気消音器では、支持部材の外周がシェルの内周面に当接することによって、該シェルの内周面を拘束して剛性を高めると共に共振を防止し、更に、シェルの内部部材に過大な熱膨張や熱変形が発生することを防止することが出来、且つインレットパイプとアウトレットパイプをシェルの端板と支持部材との２点で支持固定することで、これらのパイプの取付強度と剛性を共に高めることが出来る。
【００１６】
少なくとも一方がＵ字状に湾曲し且つシェルの内部に対応する側面に排気ガスを導通させる孔を形成したインレットパイプ及びアウトレットパイプを用いることによって、排気ガスの流れと消音器を分離することが出来、消音器の温度を下げると共に消音可能周波数領域を広げ、低周波数領域の消音が出来る。
【００１７】
上記排気消音器に於いて、シェルは両端部に端板が配置されており、少なくとも一方の端板にはインレットパイプの開口と対向する部位以外の部位に凸部が形成されており、該凸部に吸音材を配置すると共に該吸音材を多数の細孔を形成した板によって取り付けたものであることが好ましい。このように構成した排気消音器では、従来の多段膨張型の排気消音器と組み合わせた構造とすることで、効率の良い消音器とすることが出来る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、上記排気消音器の好ましい実施形態について図を用いて説明する。図１は第１実施例に係る排気消音器の構成を説明する図、図２は図１のII−II矢視図であり支持部材を説明する図、図３は図１のIII −III 矢視図であり後部側の端板の内面を説明する図、図４は第１実施例に係る排気消音器の応用例を説明する図、図５は第１実施例に係る排気消音器と従来の消音器とを組み合わせた応用例を説明する図である。
【００１９】
第１実施例に係る排気消音器Ａの構成について図１〜図３により説明する。排気消音器Ａは、筒型に成形され両端部が端板１ａ，１ｂによって閉塞されたたシェル１と、シェル１にエンジンからの排気ガスを導入するインレットパイプ２と、シェル１の内部で膨張した排気ガスを大気に放出するアウトレットパイプ３と、図２に示すようにインレットパイプ２の断面積の1.5 倍以上の貫通孔４を形成した支持部材５とを有して構成されている。
【００２０】
シェル１の形状及び容量，インレットパイプ２の断面積，シェル１の内部に於ける支持部材５の位置等は、エンジンの排気量や消音すべき周波数の領域に対応して予め設計段階で設定されている。
【００２１】
シェル１は予め設定された厚さを持った板を成形して複数の層を有する筒状に形成されている。このシェル１の端部は端板１ａ，１ｂによって閉鎖されている。端板１ａにはインレットパイプ２が貫通しており、端板１ｂにはアウトレットパイプ３が貫通している。
【００２２】
シェル１の端板１ｂは、図１，図３に示すように、凸部１ｃを有しており、且つシェル１の内部に対向する側の面には多数の孔を形成したパンチングシート１ｄが設けられている。前記凸部１ｃとパンチングシート１ｄとの間に室が形成され、該室に吸音材としての機能を持ったグラスウール６が充填されている。
【００２３】
端板１ｂを上記の如く構成することによって、高周波数領域の排気音を吸収して消音することが可能である。また端板１ｂをパンチングシート１ｄによって補強して振動を防止することが可能となる。
【００２４】
支持部材５は外周形状がシェル１の内周形状と等しい形状を持って形成されており、且つ外周部には外周縁に沿ってフランジ５ａが形成されている。従って、支持部材５をシェル１の内部に配置したとき、フランジ５ａがシェル１の内周面に強固に当接し、これにより、支持部材５はシェル１の内部で移動することなく所定の位置を維持し、同時にシェル１を拘束して剛性を向上させると共に該シェル１の内部部材の過大な熱膨張や熱変形を防止している。
【００２５】
支持部材５の所定位置に、略直管であるインレットパイプ２を貫通させて支持する支持孔５ｂ，Ｕ字状に形成されたアウトレットパイプ３を貫通させて支持する支持孔５ｃが形成されており、これらの支持孔５ｂ，５ｃを回避する位置に貫通孔４が形成されている。
【００２６】
貫通孔４の面積は前述したようにインレットパイプ２の断面積の1.5 倍以上が必要であり、且つ支持部材５によってシェル１の剛性の向上及びシェル１の内部部材の過大な熱膨張や熱変形を防止する機能を発揮し得なくなる面積を上限としている。しかし、前述の実験結果からも明らかなように、貫通孔４の面積がインレットパイプ２の１本分の断面積の1.5 倍になると消音効果は飽和状態となるため、1.5 倍〜３倍程度で充分である。
【００２７】
インレットパイプ２は、予め適用するエンジンの排気量に応じた断面積を持ったパイプとして形成されており、端板１ａからの長さは消音すべき低周波数領域に応じて設定されている。このインレットパイプ２の排気ガスの流通方向上流側の端部はシェル１の端板１ａに溶接等の手段で固定され、下流側の端部は支持部材５の支持孔５ｂに貫通した状態で支持されている。尚、インレットパイプ２を支持部材５の支持孔５ｂに貫通させた後、両者を溶接等の手段で固定することが好ましい。
【００２８】
アウトレットパイプ３はシェル１の内部に挿入される部分がＵ字型に形成されており、排気ガスの流通方向の上流側の端部が支持部材５に形成された支持孔５ｃに貫通して該支持部材５に支持されたインレットパイプ２の出口と同方向に開口し、Ｕ字型の途中が再度支持部材５の支持孔５ｃに貫通して支持され、下流側の端部が端板１ｂに固定されている。
【００２９】
このように、アウトレットパイプ３をＵ字型に形成することによって、シェル１内に於ける高温の排気ガスを分離して排気消音器Ａの温度を下げることが可能であり、これにより、シェル１の内部部材の過大な熱膨張を抑制することが可能である。更に、消音可能な周波数領域をより広げ、低周波領域の消音が可能である。
【００３０】
下流側の端部が支持部材５に支持されたインレットパイプ２は、該端部が支持部材５の面よりも所定寸法突出して固定されている。これに対し、支持部材５に支持されたアウトレットパイプ３の端部は支持部材５と略同一面に配置されている。各パイプ２，３がこのように配置されることで、インレットパイプ２から導入された排気ガスはシェル１の内部で矢印ａ方向に流通し、アウトレットパイプ３から大気に放出される。
【００３１】
インレットパイプ２の所定位置（端板１ａによる支持部と支持部材５による支持部との間）には側面に多数の孔２ａが形成されており、該孔２ａを形成することによって排気ガスの流路を調整することが可能である。しかし、必ずしもインレットパイプ２に孔２ａを形成することに限定するものではなく、アウトレットパイプ３の側面に形成しても、或いはインレットパイプ２及びアウトレットパイプ３の両者に形成しても良い。
【００３２】
上記の如く構成された排気消音器Ａでは、単室膨張型の排気消音器として低周波数領域からの消音効果を期待することが可能であり、且つ、各パイプ２，３の取付強度を向上すると共に剛性を高めて共振を防止し、更に耐久性を向上することが可能である。
【００３３】
図４は上記排気消音器Ａの応用例を説明する図である。図に於いて、シェル１の内部には２枚の支持部材５が配置されており、これらの支持部材５を貫通して略直管であるインレットパイプ２とＵ字型に形成されたアウトレットパイプ３が支持されている。
【００３４】
上記の如く構成された排気消音器では、各パイプ２，３をより高い取付強度で支持すると共に高い剛性を発揮させることが可能であり、且つ２枚の支持部材５を有するため、シェル１をより強固に拘束して高い剛性を発揮させることが可能である。
【００３５】
図５は上記排気消音器Ａを従来の排気消音器と組み合わせた例を説明する図である。同図（ａ）は、排気消音器のシェル１に隔壁板７を配置することで、該隔壁板７と端板１ｂとの間に共鳴室８を形成し、この共鳴室８にインレットパイプ２の端部を導通させたものである。また同図（ｂ）は排気消音器のシェル１に隔壁板７を配置することで膨張室９を形成し、アウトレットパイプ３の膨張室９に対応する側面に多数の孔３ａを形成したものである。
【００３６】
上記の如く構成した各排気消音器であっても、単室膨張型の排気消音器Ａの利点を発揮して広い周波数領域に対し消音効果を発揮することが可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る排気消音器では、シェルの内部にインレットパイプの断面積の1.5 倍以上の貫通孔を形成した支持部材を配置し、この支持部材によってインレットパイプとアウトレットパイプの端部を支持すると共に、該支持部材の外周をシェルの内周に当接させたので、各パイプの取付強度を向上すると共に剛性を高めることが出来、且つシェルを拘束して剛性を高めることで、共振を防止すると共に内部部材の過大な熱膨張や熱変形を防止することが出来る。
【００３８】
特に、支持部材に貫通孔を形成することで、シェル内に於ける支持部材の存在に関わらず単室膨張型の排気消音器として機能させることが出来る。このため、低周波数領域の消音効果を発揮することが出来る。
【００３９】
更に、単室膨張型の排気消音器として機能させることが出来るため、多段膨張型の排気消音器と比較して、同一容量である場合、排気ガスの流路抵抗が大幅に減少してエンジンの出力性能を向上させることが出来る。また同一の流路抵抗とした場合、各パイプのサイズを大幅に小さくすることが出来、且つ減衰量を向上することが出来る。また同一の減衰量とした場合、各パイプのサイズを大幅に小さくすることが出来、且つシェルの容量を大幅に小さくして小形化、軽量化をはかることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例に係る排気消音器の構成を説明する図である。
【図２】図１のII−II矢視図であり支持部材を説明する図である。
【図３】図１のIII −III 矢視図であり後部側の端板の内面を説明する図である。
【図４】第１実施例に係る排気消音器の応用例を説明する図である。
【図５】第１実施例に係る排気消音器と従来の消音器とを組み合わせた応用例を説明する図である。
【図６】消音実験に係る装置を説明する模式図である。
【図７】消音レベルを計測した図である。
【図８】排気消音器に於ける基本的な設計例を示す図である。
【図９】従来の単室膨張型の排気消音器を説明する図である。
【図１０】従来の多段膨張型の排気消音器を説明する図である。
【符号の説明】
Ａ 排気消音器
１ シェル
１ａ，１ｂ 端板
１ｃ 凸部
１ｄ パンチングシート
２ インレットパイプ
２ａ，３ａ 孔
３ アウトレットパイプ
４ 貫通孔
５ 支持部材
５ａ フランジ
５ｂ，５ｃ 支持孔
６ グラスウール
７ 隔壁板
８ 共鳴室
９ 膨張室

Claims (2)

1. シェルと該シェルに排気ガスを導入するインレットパイプと該シェルから排気ガスを排出するアウトレットパイプとを有する単室膨張型の排気消音器に於いて、シェルの内部に、外周がシェルの内周面に当接し、且つ少なくとも一方がＵ字状に湾曲し且つシェルの内部に対応する側面に排気ガスを導通させる孔を形成したインレットパイプ及びアウトレットパイプの少なくとも一方のパイプを支持するための支持孔が形成され、更に前記インレットパイプの断面積の１．５倍以上の面積を持った貫通孔を有する支持部材を配置したことを特徴とする排気消音器。
2. 前記シェルは両端部に端板が配置されており、少なくとも一方の端板にはインレットパイプの開口と対向する部位以外の部位に凸部が形成されており、該凸部に吸音材を配置すると共に該吸音材を多数の細孔を形成した板によって取り付けたものであることを特徴とする請求項１に記載した排気消音器。

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