JP4261711B2 - 排気消音装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設機械、その他の機械に使用される内燃機関の排気消音装置に関する。
【0002】
【背景技術】
建設機械などで使用される内燃機関では、燃焼室からの排気音を低減させるためにマフラと称される排気消音装置が排気管に接続されている。
この排気消音装置には、排気ガスが流通する流路を縮小、拡大させることにより消音を行うタイプのものがあり、このタイプの従来例として、特開平11-22444号公報がある。
【0003】
従来例は、筒状シェルの内部に複数の消音室を備えるとともに、これらの消音室を連通し、かつ、外周にパイプ孔を形成したストレートパイプを設け、内燃機関から送られる排気ガスがパイプの内部と消音室とをパイプ孔を通って交互に流通することで排気ガスが流通する流路を縮小、拡大させて消音を行う排気消音装置である。
【0004】
ストレートパイプの内部にはパイプ内の排気ガスの流通を阻止又は許容する制御バルブが設けられており、この制御バルブは、低エンジン回転時には閉じられてパイプの内部の排気ガスが消音室に送られた後再びパイプ内に戻るものであり、高エンジン回転時には開かれて排気ガスが消音室に送られることなくパイプ内を流通するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来例では、排気ガスがパイプの内部と消音室とをパイプ孔を通って交互に流通することで消音を行う装置であるため、パイプ孔を排気ガスが通過して縮小拡大を繰り返すことで、抵抗が生じて背圧が高くなるという不都合が生じる。
【0006】
従来例では、高エンジン回転域において排気抵抗の上昇によりエンジン出力が低下するため、ストレートパイプ内に設けられている固定プラグを開閉可能な制御バルブとし、これを開とすることで排気抵抗を低下させている。
しかし、この方式では、流路の縮小拡大による騒音低減の効果がなくなり、共鳴効果による特定の周波数の騒音しか低減できない。また、高温部に可動部があり、信頼性に欠ける。
【0007】
本発明の目的は、排気圧損失を低減するとともに、排気音を十分に消すことができる排気消音装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本件出願人は、消音対策の基本原理を十分検討し、合理的な設計をしたものであって、本発明の排気消音装置は、次の構成を備えることによって、上記目的を達成しようとするものである。
請求項1に記載の発明は、内燃機関の排気管に接続され排気ガスが流通する流路を縮小、拡大させることにより消音を行う排気消音装置であって、ドラム状の本体と、この本体に設けられた複数の消音室と、これらの複数の消音室を隔てる隔壁と、前記複数の消音室を連通させる連通管とを備え、排気ガスが流通する小孔を前記隔壁に少なくとも1以上形成し、前記複数の消音室は、前記本体における軸方向の上流側から下流側に向かうにしたがって第1の消音室、第2の消音室の順に構成され、前記排気管は、軸方向が前記本体の軸方向と直交するように前記第1の消音室と連通し、前記排気管の軸方向と直交する断面積は、前記第1の消音室における前記排気管の軸方向と直交する方向の断面積よりも小さく、前記連通管は、前記第1の消音室に臨む端面が閉塞されるとともに、周面に排気ガスが流通する連通孔が形成され、前記第1の消音室、前記第1の消音室に開口する前記連通孔、前記連通管の内部、前記第2の消音室に開口する前記連通孔、および前記第2の消音室により形成された本流流路と、前記第1の消音室、前記小孔、および前記第2の消音室により形成された別流路との2つの流路を有し、前記第2の消音室の下流側に第3の消音室が配置され、前記連通管は、前記第1の消音室と前記第2の消音室とを区画する前記隔壁と、前記第2の消音室と前記第3の消音室とを区画する前記隔壁との間に、内部を閉塞する閉め切り部材を有し、前記閉め切り部材より上流側において、前記第1の消音室に臨む部分と前記第2の消音室に臨む部分とにそれぞれ前記連通孔が多数形成され、前記閉め切り部材より下流側において、前記第2の消音室に臨む部分と前記第3の消音室に臨む部分とにそれぞれ前記連通孔が形成されていることを特徴とする。
この発明によれば、 (1) 排気消音装置を本体、消音室、隔壁および連通管から構成し、かつ、隔壁に別流路を構成する孔を形成したので、装置全体のスペースを小さなものとすることができる。
また、排気ガスの流通経路が屈曲することで、第1の消音室に取り込まれた排気ガスの排気音は、第1の消音室で互いに干渉して減衰する。したがって、排気管の軸方向と本体の軸方向とが直交しない場合と比較して、消音効果が向上する。
そして、排気ガスは排気管から第1の消音室に急激に拡大しながら送り込まれることで、低周波成分を含んだ排気音が取り除かれる。
さらに、本流流路では、第1の消音室の排気ガスは、大部分が第1の消音室に開口する連通孔により絞られて連通管の内部に流入される。この連通管の内部に流入された排気ガスは、連通孔での絞り込みの工程で消音される。そして、管内の排気ガスは第2の消音室に開口する連通孔から第2の消音室に拡大して流出する。これにより、排気ガスの圧力変動が低減される。また、別流路では、第1の消音室の排気ガスは、一部分が小孔を流通して第2の消音室に流出する。別流路の排気ガスは、常時流通するので本流流路に大きな背圧がかからなくなる。そして、第2の消音室では、本流流路を通った排気ガスと別流路を通った排気ガスとが合流するので、本流流路と別流路との排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
また、この発明によれば、連通管は全体を1本に連続して形成されるとともに、隔壁に隔てられた消音室の略中間位置に連通管内閉め切り部材を形成したから、同一の消音室に複数の連通管を並べて配置することがないので、排気消音装置を小型化することができる。
請求項に記載の発明は、大部分の排気ガスが流通する前記本流流路と、この本流流路とは別に設けられ一部分の排気ガスが常時流通する少なくとも1以上の前記別流路とを備え、前記別流路は、その内部に流通される排気ガスの量が装置全体の内部に流通される排気ガスの量に対して5%から30%となるように断面積が設定されたことを特徴とする。
【0009】
この発明によれば、(2)内燃機関から排出された排気ガスは、本流流路の他に一部が別流路を流通することで、本流流路にかかる排気圧による損失が必要以上に高くなることを防止できる。つまり、メインの流路の他に、開閉弁を有するバイパス流路を設ける場合では、開閉弁でバイパス流路を閉塞すると、メインの流路に大きな背圧がかかることになるが、本発明のように、別流路に常時排気ガスを流通させる構成とすれば、本流流路に大きな背圧がかからない。
その上、(3)排気ガスは、本流流路と別流路とをそれぞれ流通した後合流することで、排気音(音波)が互いに干渉し合い、減衰するため、排気音を低減することができる。
さらに、(4)別流路における排気ガスの量を最適値に設定することで、(2)および(3)の作用効果をより確実に達成することができる。
つまり、前記数値が5%未満であると、排気圧損失が高くなり、30%を越えると、排気ガスが流通する流路を縮小、拡大させることにより得られる消音効果が十分なものではなくなる。
【0010】
請求項に記載の発明は、前記断面積は、前記別流路の内部に流通される排気ガスの量の比率が10%から20%となるように設定されたことを特徴とする。
この発明によれば、別流路における排気ガスの量をさらに最適値に設定することで、(2)および(3)の作用効果をさらに向上させることができる。
【0011】
請求項に記載の発明は、内燃機関の排気管に接続され排気ガスが流通する流路を縮小、拡大させることにより消音を行う排気消音装置であって、ドラム状の本体と、この本体に設けられた複数の消音室と、これらの複数の消音室を隔てる隔壁と、前記複数の消音室を連通させる連通管とを備え、排気ガスが流通する小孔を前記隔壁に少なくとも1以上形成し、前記複数の消音室は、前記本体における軸方向の上流側から下流側に向かうにしたがって第1の消音室、第2の消音室の順に構成され、前記排気管は、軸方向が前記本体の軸方向と直交するように前記第1の消音室と連通し、前記排気管の軸方向と直交する断面積は、前記第1の消音室における前記排気管の軸方向と直交する方向の断面積よりも小さく、前記連通管は、前記第1の消音室に臨む端面が閉塞されるとともに、周面に排気ガスが流通する連通孔が形成され、前記第1の消音室、前記第1の消音室に開口する前記連通孔、前記連通管の内部、前記第2の消音室に開口する前記連通孔、および前記第2の消音室により形成された本流流路と、前記第1の消音室、前記小孔、および前記第2の消音室により形成された別流路との2つの流路を有し、前記第2の消音室の下流側に第3の消音室が配置され、前記連通管は、前記第1の消音室および前記第2の消音室を連通させる第1の連通管と、前記第2の消音室および前記第3の消音室を連通させる第2の連通管とから構成され、前記第1の連通管は、前記排気管側の端部が前記第1の消音室に露出し、反対側の端部および中央部が前記隔壁により支持され、前記第2の連通管は、前記排気管側の端部および中央部が前記隔壁により支持され、反対側の端部が前記第3の消音室に露出し、前記第1の連通管の前記第1の消音室に露出する部分に複数の前記連通孔が形成され、前記第2の消音室に露出する部分に複数の前記連通孔が形成され、前記第2の連通管の前記第2の消音室に露出する部分に複数の前記連通孔が形成され、前記第3の消音室に露出する部分に複数の前記連通孔が形成されていることを特徴とする。
この発明によれば、本流流路の排気ガスは、第1の消音室、第1の連通管に設けられ第1の消音室に開口する連通孔、第1の連通管の内部、第1の連通管に設けられ第2の消音室に開口する連通孔、第2の消音室の順に流通する。また、別流路の排気ガスは、第1の消音室から隔壁の小孔を通過して第2の消音室に流通する。第2の消音室では、本流流路を通過した排気ガスと別流路を通過した排気ガスとが合流することになり、排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
そして、第2の消音室の排気ガスは、大部分の排気ガスが、第2の連通管に設けられ第2の消音室に開口する連通孔、第2の連通管の内部、第2の連通管に設けられ第3の消音室に開口する連通孔、第3の消音室の順に流通する。一方、残りの別流路の排気ガスは、第2の消音室から小孔を通って第3の消音室に流入される。そして、第3の消音室では、本流流路を通った排気ガスと別流路を通った排気ガスとが合流することになり、排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
このため、隔壁と隔壁との間に閉め切り部材を有する1本の連通管を使用した場合と同様の消音効果が得られるとともに、連通管の構成が簡単なので、排気消音装置を容易に製造することができる。
請求項5に記載の発明は、大部分の排気ガスが流通する前記本流流路と、この本流流路とは別に設けられ一部分の排気ガスが常時流通する少なくとも1以上の前記別流路とを備え、前記別流路は、その内部に流通される排気ガスの量が装置全体の内部に流通される排気ガスの量に対して5%から30%となるように断面積が設定されたことを特徴とする。
この発明によれば、 (2) (4) に示す効果を奏することができる。
請求項6に記載の発明は、前記断面積は、前記別流路の内部に流通される排気ガスの量の比率が10%から20%となるように設定されたことを特徴とする。
この発明によれば、別流路における排気ガスの量をさらに最適値に設定することで、 (2) および (3) の作用効果をさらに向上させることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ここで、各実施形態中、同一構成要素は同一符号を付して説明を省略もしくは簡略にする。
[第1実施形態]
図1は第1実施形態の全体構成を示す断面図であり、図2は図1のII-II線に沿う矢視断面図である。
【0013】
図1において、第1実施形態の排気消音装置10は、両端が端板1で閉塞されたドラム状の本体2と、この本体2の軸方向に並設して第1から第3の消音室2A〜2Cに仕切る隔壁としての第1および第2の仕切板3A,3Bと、第1の消音室2Aと連通する排気ガス導入管4と、第3の消音室2Cと連通するテールパイプ5と、第1の仕切板3Aと第2の仕切板3Bとに支持されている1本の連通管6とを備えて構成されている。
【0014】
排気ガス導入管4は、その軸線が本体2の軸方向と直交するように本体2の外周部に溶接などで固定されており、最上流側の第1の消音室2Aに開口する端部は、ディーゼルエンジンで発生した排気ガスを接続管を介して導入する排気ガス導入口4Aとされる。
テールパイプ5は、その軸線が本体2の軸方向と直交するように本体2の外周部に溶接などで固定されており、最下流側の第3の消音室2Cに開口する端部は排気ガスを外部に流出させる排気ガス流出口5Aとされる。
【0015】
連通管6の内部の軸方向略中間位置には閉め切り部材7が設けられている。
閉め切り部材7は、円板状部材7Bの周縁に連通管6の内周面と当接する周縁部7Cが起立して設けられた略浅皿状の形状である。
連通管6は、軸線が本体2の軸方向と平行とされる1本の円筒部材8と、この円筒部材8の両側端にそれぞれ設けられた端板9とから構成されている。
【0016】
連通管6の閉め切り部材7より上流側において、円筒部材8の外周には第1の消音室2Aに臨む部分と第2の消音室2Bに臨む部分とにそれぞれ連通孔8A1,8A2が多数形成されている。
連通管6の閉め切り部材7より下流側において、円筒部材8の外周には第2の消音室2Bに臨む部分と第3の消音室2Cに臨む部分とにそれぞれ同一形状の連通孔8A3,8A4が多数形成されている。
【0017】
第1および第2の仕切板3A,3Bは、それぞれ円板部3Dと、この円板部3Dの周縁に起立して設けられ本体2の内周面に当接する周縁部3Eと、円板部3Dの中心部において連通管6を支持する支持部3Fとから構成されている。
第1および第2の仕切板3A,3Bの円板部3Dには、それぞれ小孔31が複数形成されている。
これらの小孔31は、図2に示される通り、連通管6の周囲において、互いに所定間隔離れて配置されている。
【0018】
第1実施形態では、第1の消音室2A、連通孔8A1、連通管6の内部、連通孔8A2、第2の消音室2B、連通孔8A3、連通管6の内部、連通孔8A4および第3の消音室2Cにより、大部分の排気ガスが流通する本流流路が形成され、仕切板3A,3Bに形成された小孔31により、一部分の排気ガスが常時流通する別流路が形成されている。
別流路は、その内部に流通される排気ガスの量が装置全体の内部に流通される排気ガスの量に対して5%以上30%以下、好ましくは、10%以上20%以下となるように断面積(開口面積)が設定されている。
【0019】
換言すれば、別流路を構成する小孔31のうち第1の仕切板3Aあたりの合計開口面積は、この面積と本流流路を構成する連通孔8A1の合計開口面積との合計値に対して、5%以上30%以下、好ましくは、10%以上20%以下である。
同様に、別流路を構成する小孔31のうち第2の仕切板3Bあたりの合計開口面積は、この面積と本流流路を構成する連通孔8A3の合計開口面積との合計値に対して、5%以上30%以下、好ましくは、10%以上20%以下である。
ここで、排気ガスの量が装置全体の内部に流通される排気ガスの量に対して5%未満であると、排気圧損失が高くなり、背圧が高くなって黒煙が発生することになる。これに対して、排気ガスの量が装置全体の内部に流通される排気ガスの量に対して30%を越えると、消音効果が十分ではなくなる。
【0020】
別流路の流通される排気ガス量の全ガス量(装置全体に流通される排気ガス量)に対する比率は10%以上20%以下が好ましい値であることを図3のグラフに基づいて説明する。図3(A)は全ガス量に対する別流路の排気ガス量の比率と騒音値との関係を示すグラフであり、図3(B)は全ガス量に対する別流路の排気ガス量の比率と排気抵抗との関係を示すグラフである。
図3(B)に示される通り、全ガス量に対する比率が大きくなれば、それに逆比例して排気抵抗が低下する。しかしながら、図3(A)に示される通り、騒音値は、全ガス量に対する比率が0から10%になるに従って低下し、さらに、20%までは低い値を維持するものの、20%を越えると、急激に高くなる。
【0021】
次に、第1実施形態の作用を説明する。
ディーゼルエンジンで発生した排気ガスは、排気管を通って排気ガス導入管4に流入する。排気ガス導入管4に流入された排気ガスは、最上流側に位置する第1の消音室2Aに急激に拡大しながら送り込まれることで、低周波成分を含んだ排気音が取り除かれる。
この第1の消音室2Aに流入された排気ガスは、大部分が本流流路を通り、残りの一部分が別流路を構成する小孔31を通る。
【0022】
つまり、本流流路では、大部分の排気ガスは、まず、連通管6の連通孔8A1により絞られて連通管6の内部に流入される。この連通管6の内部に流入された排気ガスは、連通孔8A1での絞り込みの工程で消音される。さらに、排気ガスは、連通管6の内部に流入した後、管内部では軸方向に方向変更して整流され、下流側では連通孔8A2で再度流通方向を直角に変更し、かつ、整流された後、第2の消音室2Bに拡大して流出する。これにより、排気ガスの圧力変動が低減される。
第2の消音室2Bでは、第1の仕切板3Aの小孔31を通過した排気ガスが本流流路を通った排気ガスと合流する。小孔31を通過した排気ガスそのものの排気音の減衰は高くないが、本流流路と別流路との排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
【0023】
第2の消音室2Bに流入された排気ガスは、その大部分が下流側の連通孔8A3に絞られて管内部に流入して消音され、さらに、管内部では軸方向に方向変換して流通し、排気ガスの圧力変動が低減され、さらに、連通孔8A4で整流された後、最下流側に位置する第3の消音室2Cに拡大して流出することで、排気ガスの圧力変動が低減される。
一方、残りの排気ガスは、第2の仕切板3Bの小孔31を通って第3の消音室3Cに流入し、この第3の消音室3Cで本流流路を通った排気ガスと合流することになり、排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
第3の消音室2Cに流入した排気ガスは、テールパイプ5を通って外部に放出される。
【0024】
第1実施形態によれば、課題を解決するための手段の欄に記載された(1)〜(4)に示す効果を奏する他に、次の特有の作用効果を奏することができる。
すなわち、第1実施形態では、(5)排気消音装置10は、第1から第3の消音室2A〜2Cを有し、このうち最上流の第1の消音室2Aにディーゼルエンジンの排気ガスを直接流入させる排気ガス導入口4Aを設けたので、この排気ガス導入口4Aから第1の消音室2Aに導入された排気ガスは拡大することで、排気音を消すことができる。
【0025】
その上、(6)これらの消音室2A〜2Cを連通させる連通管6を設け、この連通管6の両端に端板9を設けるとともに、連通させようとする室に対応した外周の所定位置に多数の連通孔8A1〜8A4を設けたから、隣り合う消音室2A〜2Cに排気ガスが送り込まれる際に、排気ガスは、連通管6の連通孔8A1〜8A4によって絞りと拡大とが繰り返されて圧力が損失され、エネルギーが減衰される。そのため、排気音を効率的に消すことができる。
換言すれば、少ない消音室の割に、十分な消音効果を発揮することができるから、装置全体を小型化することができる。
【0026】
(7)3つの消音室を形成するために2枚の仕切板3A,3Bを使用するので、これらの仕切板3A,3Bの本体2の内周面に対する位置合わせが簡単であるから、組み立て作業を容易に行える。
(8)連通管6は、全体を1本の連続した連通管により形成されるとともに、最上流にある第1の消音室2Aと最下流にある第3の消音室2C以外の第2の消音室2Bの略中間位置に連通管内閉め切り用部材7を形成したから、同一の消音室に複数の連通管を並べて配置することがないので、排気消音装置10を小型化することができる。
【0027】
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態を図4および図5に基づいて説明する。
第2実施形態は連通管を2本用いた点が第1実施形態と異なるもので、他の基本構成は第1実施形態と同じである。
図4は、第2実施形態の全体構成を示す断面図であり、図5は、図4の側面図である。
図4において、第2実施形態の排気消音装置20は、第1の仕切板3Aに中間部が、第2の仕切板3Bに端部がそれぞれ支持された第1の連通管16と、第1の仕切板3Aに端部が、第2の仕切板3Bに中間部がそれぞれ支持された第2の連通管17とを備えて構成されている。
【0028】
第1の連通管16の第1の消音室2Aに露出する部分に複数の連通孔8A1が形成され、第2の消音室2Bに露出する部分に複数の連通孔8A2が形成されている。第2の連通管17の第2の消音室2Bに露出する部分に複数の連通孔8A3が形成され、第3の消音室2Cに露出する部分に複数の連通孔8A3が形成されている。
第1および第2の仕切板3A,3Bの円板部3Dには、第1実施形態と同様に、それぞれ小孔31が複数形成されている。
これらの小孔31は、図5に示される通り、第1の連通管16および第2の連通管17の周囲において、互いに所定間隔離れて配置されている。
【0029】
第2実施形態では、第1の消音室2A、連通孔8A1、第1の連通管16の内部、連通孔8A2、第2の消音室2B、連通孔8A3、第2の連通管17の内部、連通孔8A4および第3の消音室2Cにより、大部分の排気ガスが流通する本流流路が形成され、仕切板3A,3Bに形成された小孔31により、一部分の排気ガスが常時流通する別流路が形成されている。
第1実施形態と同様に、別流路は、その内部に流通される排気ガスの量が装置全体の内部に流通される排気ガスの量に対して5%以上30%以下、好ましくは、10%以上20%以下となるように断面積(開口面積)が設定されている。
【0030】
第2実施形態の作用を簡単に説明する。
ディーゼルエンジンから排気ガス導入管4に流入した排気ガスは、第1の消音室2Aに流入した後、大部分が本流流路を通り、残りの一部分が別流路を構成する小孔31を通る。
本流流路では、排気ガスは、まず、第1の連通管16の連通孔8A1により絞られて第1の連通管16の内部に流入する。この第1の連通管16の内部に流入した排気ガスは、管内部では軸方向に方向変更して整流され、下流側では連通孔8A2で再度流通方向を直角に変更し、かつ、整流された後、第2の消音室2Bへ流出される。
【0031】
第2の消音室2Bでは、第1実施形態と同様に、第1の仕切板3Aの小孔31を通過した排気ガスが本流流路を通過した排気ガスと合流することになり、排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
第2の消音室2Bに流入した排気ガスは、大部分が本流流路を通り、残りの一部分が別流路を構成する小孔31を通る。
【0032】
本流流路では、排気ガスは、まず、第2の連通管17の連通孔8A3を通ってその内部に流入し、さらに、管内部では軸方向に方向変換して流通し、連通孔8A4で整流された後、第3の消音室2Cへ拡大して流出する。
一方、残りの排気ガスは、第2の仕切板3Bの小孔31を通って直接第3の消音室3Cに流入し、この第3の消音室3Cで本流流路を通った排気ガスと合流することになり、排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
第3の消音室2Cに流入した排気ガスはテールパイプ5を通って外部に放出される。
第2実施形態によれば、第1実施形態の(1)〜(7)に示す効果を奏することができる。
【0033】
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態を図6に基づいて説明する。
第3実施形態は別流路を形成する位置が第2実施形態と異なるもので、他の基本構成は第2実施形態と同じである。
図6は、第3実施形態の全体構成を示す断面図である。
図6において、第3実施形態の排気消音装置30では、第1の連通管16の下流側端板9と、第2の連通管17の上流側端9とに別流路である小孔31がそれぞれ複数形成されている。
【0034】
第3実施形態では、第2実施形態と同様に本流流路が形成されている。
第3実施形態の別流路は、第1および第2実施形態と同様に、その内部に流通される排気ガスの量が装置全体の内部に流通される排気ガスの量に対して5%以上30%以下、好ましくは、10%以上20%以下となるように断面積(開口面積)が設定されている。
【0035】
第3実施形態の作用を簡単に説明する。
第3実施例では、ディーゼルエンジンから排気ガス導入管4を通って第1の消音室2Aに流入した排気ガスは、大部分が第1の連通管16の連通孔8A1により絞られて第1の連通管16の内部を通り、残りの一部が小孔31を通って第2の連通管17の内部に流入する。
【0036】
第1の連通管16の内部に流入された排気ガスは、管内部では軸方向に方向変更して整流され、その後、大部分が下流側の連通孔8A2で再度流通方向を直角に変更し、かつ、整流された後、第2の消音室2Bへ流出し、残り一部が小孔31を通って第3の消音室3Cへ流出する。
第2の消音室2Bに流入した排気ガスは、第2の連通管17の連通孔8A3を通ってその内部に送り込まれ、第1の消音室2Aから第2の連通管17の小孔31を通った排気ガスと合流することで、排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
【0037】
さらに、第2の連通管17の管内部では、排気ガスは、軸方向に方向変換して流通し、連通孔8A4で整流された後、第3の消音室2Cへ流出する。
第3の消音室3Cでは、第1の連通管16の小孔31を通った排気ガスと、第2の連通管16の連通孔8A4を通った排気ガスとが合流することで、排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
第3の消音室2Cに流入した排気ガスはテールパイプ5を通って外部に放出される。
第3実施形態によれば、第1実施形態の(1)〜(3)(5)〜(7)に示す効果を奏することができる。
【0038】
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態を図7に基づいて説明する。
第4実施形態は消音室ならびに連通管の構成が第1実施形態と異なるもので、他の基本構成は第1実施形態と同じである。
図7は、第4実施形態の全体構成を示す断面図である。
図7において、第4実施形態の排気消音装置40は、ドラム状本体51の内部を4つの消音室51A〜51Dに区切る3枚の取付板52A〜52Cが軸方向に並んで配置され、これらの取付板52A〜52Cに連通管16が本体51と同芯上に支持され、最上流の消音室51Aに臨むように導入管54の一端部と中間部とが本体51に固定され、最下流の消音室51Dに臨むように排出管55の一端部と中間部とが本体51に固定された構造である。
【0039】
取付板52A〜52Cのうち連通管16の両端側を支持する取付板52A,52Cには、それぞれ隣合う室を連通する大きな開口部52Dが形成されている。
連通管16は、第1の消音室51Aと第4の消音室51Dに臨む両端部が端板9で閉塞されるとともに、周面に多数の連通孔8A1,8A2が形成されている。
導入管54は、その一端部54Aが閉塞されるとともに、その周面に複数の連通孔54Bが形成されている。排出管55は、周面に複数の連通孔55Bが形成されるとともに、他端部が大気に開口している。
【0040】
真ん中に配置された取付板52Bは隔壁を構成するものであって、別流路としての小孔31が複数形成されている。
第4実施形態では、導入管54の内部、連通孔54B,第1の消音室51A、開口部52D、第2の消音室51B、連通孔8A1、連通管16の内部、連通孔8A2、第3の消音室51C、開口部52D、第4の消音室、連通孔55Bおよび排出管55の内部により、本流流路が構成されている。
前記各実施形態と同様に、第4実施形態においても、別流路は、その内部に流通される排気ガスの量が装置全体の内部に流通される排気ガスの量に対して5%以上30%以下、好ましくは、10%以上20%以下となるように断面積(開口面積)が設定されている。
【0041】
第4実施形態の作用を簡単に説明する。
第4実施例では、排気管から流入した排気ガスは、導入管54の連通孔54Bで径方向に整流されて第1の消音室51Aへ流出し、第1の消音室51Aから開口部52Dを通って第2の消音室51Bに流出する。その後、排気ガスの大部分は、連通孔8A1を通って収縮して連通管16の内部に流入し、残りの排気ガスは、取付板52Bの小孔31を通って隣の第3の消音室51Cに流入する。
【0042】
連通管16の内部に流入した排気ガスは、軸方向に角度を変更して流通し、連通孔8A2を通って第3の消音室51Cへ拡大して流出する。
第3の消音室51Cでは、本流流路を構成する連通孔8A2を通った排気ガスと、別流路を構成する小孔31を通った排気ガスとが合流することで、排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
さらに、排気ガスは、第3の消音室51Cから開口部54Dを通って第4の消音室51Dに流入し、さらに、連通孔55Bを通って排出管55に流入した後、大気に放出される。
第4実施形態によれば、第1実施形態の(1)〜(4)(6)と同様の作用効果を奏することができる。
【0043】
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態を図8に基づいて説明する。
第5実施形態は消音室ならびに連通管の構成が第4実施形態と異なるもので、他の基本構成は第4実施形態と同じである。
図8は、第5実施形態の全体構成を示す断面図である。
図8において、第5実施形態の排気消音装置50は、ドラム状本体51の内部を3つの消音室51A〜51Cに区切る2枚の取付板62A,62Bが軸方向に並んで配置された構造であり、これらの取付板62A,62Bには第1および第2の連通管66,67が本体51の軸芯と平行に支持されている。最上流の消音室51Aに臨むように導入管54の一端部と中間部とが本体51に固定され、最下流の消音室51Cに臨むように排出管55の一端部と中間部とが本体51に固定されている。
【0044】
第1の連通管66は、第2の消音室51Bに臨む多数の連通孔66Aが周面に形成された円筒部材8と、この円筒部材8の第3の消音室51Cに臨む開口端を閉塞する端板9とから構成されている。
第2の連通管67は、連通孔67Aが周面に形成された円筒部材8と、この円筒部材8の第1の消音室51Aに臨む開口端を閉塞する端板9とから構成されている。
取付板62A,62Bは、ともに、隔壁を構成するものであって、別流路としての小孔31がそれぞれ複数形成されている。
【0045】
第5実施形態では、導入管54の内部、連通孔54B、第1の消音室51A、第1の連通管66の内部、連通孔66A、第2の消音室51B、連通孔67A、第2の連通管67の内部、第3の消音室51C、連通孔55Bおよび排出管55の内部により本流流路が構成されている。
前記各実施形態と同様に、第5実施形態においても、別流路は、その内部に流通される排気ガスの量が装置全体の内部に流通される排気ガスの量に対して5%以上30%以下、好ましくは、10%以上20%以下となるように断面積(開口面積)が設定されている。
【0046】
第5実施形態の作用を簡単に説明する。
第5実施例では、排気管から流入した排気ガスは、導入管54の連通孔54Bを通って第1の消音室51Aへ流出し、そのうち大部分が本流流路を構成する第1の連通管66を通り、残りの一部が別流路である取付板62Aの小孔31を通って第2の消音室51Bに流出する。
第1の連通管66の内部を通った排気ガスは、連通孔66Aで絞られて第2の消音室51Bに流入し、取付板62Bの小孔31を通った排気ガスと合流することで排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
【0047】
第2の消音室51Bの排気ガスは、その大部分が本流流路である連通孔67Aを通って第2の連通管67の内部に絞られた後、第3の消音室51Cに流入し、残りの一部が別流路である小孔31を通って直接第3の消音室51Cに流入する。
第3の消音室51Cでは、 本流流路と別流路とから別々に流入した排気ガスが合流することで、排気音が互いに干渉し合い、減衰する。
さらに、排気ガスは、第3の消音室51Cから連通孔55Bを通って排出管55に流入した後、大気に放出される。
第5実施形態によれば、第1実施形態の(1)〜(4)(7)と同様の作用効果を奏することができる。
【0048】
なお、本発明は前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第1、第2、第4および第5実施形態では、隔壁に形成した小孔31より別流路を構成し、第3実施形態では、連通管の16,17の端板9に形成した小孔31より別流路を構成したが、本発明では、隔壁と端板9の双方に小孔31を形成して別流路を構成してもよく、さらには、隣り合う消音室を連通する管等によるバイパス通路を設けて別流路としてもよい。
仮に、小孔31から別流路を構成する場合であっても、その数は限定されるものではなく、例えば、1個から形成してもよい。
【0049】
さらに、本発明の排気消音装置10,20,30,40,50をディーゼルエンジンに適用したが、ガソリンエンジンなどの内燃機関に適用してもよく、この内燃機関も建設機械に用いられるものに限定されるものではなく、乗用自動車などに用いられるものであってもよい。
【0050】
【発明の効果】
本発明によれば、内燃機関の排気管に接続され排気ガスが流通する流路を縮小、拡大させることにより消音を行う排気消音装置において、大部分の排気ガスが流通する本流流路と、この本流流路とは別に設けられ一部分の排気ガスが常時流通する少なくとも1以上の別流路とを備えたから、内燃機関から排出された排気ガスは、本流流路の他に一部が別流路を流通することで、本流流路にかかる排気圧損失が必要以上に高くなることを防止でき、その上、排気ガスは、本流流路と別流路とをそれぞれ流通した後合流することで、排気音が互いに干渉し合い、減衰するため、排気音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図2】図1のII−II線に沿う矢視断面図である。
【図3】(A)は全ガス量に対する比率と騒音値との関係を示すグラフであり、(B)は全ガス量に対する比率と排気抵抗との関係を示すグラフである。
【図4】本発明の第2実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図5】図4の側面図である。
【図6】本発明の第3実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図7】本発明の第4実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【図8】本発明の第5実施形態における排気消音装置の全体構成を示す断面図である。
【符号の説明】
2A〜2C,51A〜51D 消音室
2 本体
3A,3B,52B,62A,62B 仕切板(隔壁)
6,16,17,26,27 連通管
8A1〜8A4,66A,67A 連通孔
31 小孔
10,20,30,40,50 排気消音装置

Claims (6)

  1. 内燃機関の排気管に接続され排気ガスが流通する流路を縮小、拡大させることにより消音を行う排気消音装置であって、
    ドラム状の本体と、この本体に設けられた複数の消音室と、これらの複数の消音室を隔てる隔壁と、前記複数の消音室を連通させる連通管とを備え、排気ガスが流通する小孔を前記隔壁に少なくとも1以上形成し、
    前記複数の消音室は、前記本体における軸方向の上流側から下流側に向かうにしたがって第1の消音室、第2の消音室の順に構成され、
    前記排気管は、軸方向が前記本体の軸方向と直交するように前記第1の消音室と連通し、
    前記排気管の軸方向と直交する断面積は、前記第1の消音室における前記排気管の軸方向と直交する方向の断面積よりも小さく、
    前記連通管は、前記第1の消音室に臨む端面が閉塞されるとともに、周面に排気ガスが流通する連通孔が形成され、
    前記第1の消音室、前記第1の消音室に開口する前記連通孔、前記連通管の内部、前記第2の消音室に開口する前記連通孔、および前記第2の消音室により形成された本流流路と、前記第1の消音室、前記小孔、および前記第2の消音室により形成された別流路との2つの流路を有し、
    前記第2の消音室の下流側に第3の消音室が配置され、
    前記連通管は、前記第1の消音室と前記第2の消音室とを区画する前記隔壁と、前記第2の消音室と前記第3の消音室とを区画する前記隔壁との間に、内部を閉塞する閉め切り部材を有し
    前記閉め切り部材より上流側において、前記第1の消音室に臨む部分と前記第2の消音室に臨む部分とにそれぞれ前記連通孔が多数形成され、前記閉め切り部材より下流側において、前記第2の消音室に臨む部分と前記第3の消音室に臨む部分とにそれぞれ前記連通孔が多数形成されている
    ことを特徴とする排気消音装置。
  2. 請求項1に記載の排気消音装置において、
    大部分の排気ガスが流通する前記本流流路と、この本流流路とは別に設けられ一部分の排気ガスが常時流通する少なくとも1以上の前記別流路とを備え、
    前記別流路は、その内部に流通される排気ガスの量が装置全体の内部に流通される排気ガスの量に対して5%から30%となるように断面積が設定された
    ことを特徴とする排気消音装置。
  3. 請求項に記載の排気消音装置において、
    前記断面積は、前記別流路の内部に流通される排気ガスの量の比率が10%から20%となるように設定された
    ことを特徴とする排気消音装置。
  4. 内燃機関の排気管に接続され排気ガスが流通する流路を縮小、拡大させることにより消音を行う排気消音装置であって、
    ドラム状の本体と、この本体に設けられた複数の消音室と、これらの複数の消音室を隔てる隔壁と、前記複数の消音室を連通させる連通管とを備え、排気ガスが流通する小孔を前記隔壁に少なくとも1以上形成し、
    前記複数の消音室は、前記本体における軸方向の上流側から下流側に向かうにしたがって第1の消音室、第2の消音室の順に構成され、
    前記排気管は、軸方向が前記本体の軸方向と直交するように前記第1の消音室と連通し、
    前記排気管の軸方向と直交する断面積は、前記第1の消音室における前記排気管の軸方向と直交する方向の断面積よりも小さく、
    前記連通管は、前記第1の消音室に臨む端面が閉塞されるとともに、周面に排気ガスが流通する連通孔が形成され、
    前記第1の消音室、前記第1の消音室に開口する前記連通孔、前記連通管の内部、前記第2の消音室に開口する前記連通孔、および前記第2の消音室により形成された本流流路と、前記第1の消音室、前記小孔、および前記第2の消音室により形成された別流路との2つの流路を有し、
    前記第2の消音室の下流側に第3の消音室が配置され、
    前記連通管は、前記第1の消音室および前記第2の消音室を連通させる第1の連通管と、前記第2の消音室および前記第3の消音室を連通させる第2の連通管とから構成され、
    前記第1の連通管は、前記排気管側の端部が前記第1の消音室に露出し、反対側の端部および中央部が前記隔壁により支持され、
    前記第2の連通管は、前記排気管側の端部および中央部が前記隔壁により支持され、反対側の端部が前記第3の消音室に露出し
    前記第1の連通管の前記第1の消音室に露出する部分に複数の前記連通孔が形成され、前記第2の消音室に露出する部分に複数の前記連通孔が形成され、
    前記第2の連通管の前記第2の消音室に露出する部分に複数の前記連通孔が形成され、前記第3の消音室に露出する部分に複数の前記連通孔が形成されている
    ことを特徴とする排気消音装置。
  5. 請求項4に記載の排気消音装置において、
    大部分の排気ガスが流通する前記本流流路と、この本流流路とは別に設けられ一部分の排気ガスが常時流通する少なくとも1以上の前記別流路とを備え、
    前記別流路は、その内部に流通される排気ガスの量が装置全体の内部に流通される排気ガスの量に対して5%から30%となるように断面積が設定された
    ことを特徴とする排気消音装置。
  6. 請求項5に記載の排気消音装置において、
    前記断面積は、前記別流路の内部に流通される排気ガスの量の比率が10%から20%となるように設定された
    ことを特徴とする排気消音装置。
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