JP4340365B2

JP4340365B2 - 触媒マフラ

Info

Publication number: JP4340365B2
Application number: JP33658099A
Authority: JP
Inventors: 省二倉田; 大輔白井
Original assignee: Tokyo Roki Co Ltd
Current assignee: Tokyo Roki Co Ltd
Priority date: 1999-11-26
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2009-10-07
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: JP2001152827A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気管における気柱共鳴低減機能をもたらした触媒マフラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、図４に示す消音マフラ１が知られている。このマフラ１にあっては、マフラハウジング２と、マフラハウジング２の一端側に突出し、排気通路上流側のフロントパイプ３に接続する入口パイプ４と、入口パイプ４とは非連通状態でハウジング２の他端に突出して排気通路終端のテールパイプ５に接続する出口パイプ６とを備えている。
【０００３】
この構造においては、フロントパイプ３から流入した排気ガスは、マフラハウジング２内にあって、入口パイプ４に適宣数設けられた小孔７から仕切板８，９で仕切られる三つの拡張室１０，１１，１２のうち、中間拡張室１０から短筒１４を通り、入口側拡張室１１を経て、長筒１５を通過して出口側拡張室１２へ入り、出口パイプ６に適宣数開口された小孔１６を通じて出口パイプ６側に取入れられ、テールパイプ５側に排出される経路を取る。その間で各拡張室１０，１１，１２で異なった周波数の騒音が消音され、また短筒１４や長筒１５を経由することにより長い通路を利用して消音が行なわれる。
【０００４】
ところで、エキゾーストマニホールドを含む前記フロントパイプ３及びテールパイプ５などからなる前記マフラ１に連結する排気系パイプでは、マフラ１の消音性能に悪影響を及ぼし得る気柱共鳴現象が生ずる場合がある。このような気柱共鳴現象を防止するために、従来では、図４のごとく、前記消音マフラ１の前段において、フロントパイプ２にレゾネータ機能を有するサブマフラ１７を接続することが広く一般に行われ、これによって気柱共鳴現象に起因する騒音を低減している。
【０００５】
一方、触媒モノリスを本体内部に組込んだ触媒マフラでは、スペースの関係から図４に示すような構造とすることができないことから、その本体内部にレゾネータ機能を組込んでいる。図５はそのレゾネータ機能を組込んだ触媒マフラ２０を示すもので、マフラハウジング２１内は、保持枠２２，２３により触媒モノリス２５を保持するとともに、入口側保持枠２２と入口パイプ２６との間に保持枠２２に向けて拡開するラッパ型仕切り板２７が設けられ、その周囲とマフラケーシング２１との間の空間をレゾネータ室２８とし、レゾネータ機能を与えている。
【０００６】
これによれば、入口パイプ２６から流入した排気ガスの一部は、ラッパ型仕切板２７の外周に開口された適宣数の小孔２７ａを通じてレゾネータ室２８に入り、ここで気柱共鳴に起因する騒音がうち消される。また、排気ガスは、触媒モノリス２５で浄化された後、触媒モノリス２５と仕切板２４との間の拡張室より仕切板２４に通ずる複数の小長筒２９に取入れられ、筒２９に適宜形成された小孔３０及び出口パイプ３１に適宣数設けられた小孔３２から出口パイプ３１側に流出し、これに接続されたテールパイプ５に排出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の構成を備えた触媒マフラ２０において、レゾネータ機能は、ある単一の周波数のみをうち消すことにより消音効果を発揮するものであるため、共鳴周波数によっては過大なレゾネータ容積を必要とし、また周波数に対応したパイプの長さや、径などのチューニング作業が必要である。さらには、一次のみでなく二次、三次の共振周波数モードの影響が大きい場合には、それに対応した複数のレゾネータを設ける必要がある。従って、特に触媒モノリスを内部に備えた触媒マフラでは、その容積などの制約上から、レゾネータ機能を同時に持たせるのは厳しい条件となっていた。
【０００８】
ところで、本出願人は、排気からの放射音が大きいときに、これを低減する方法の一つに、排気管の側壁に小孔を開口させ、この小孔の径や、パイプに対する開口位置が適切な場合に減音可能であることに着目した。
【０００９】
本発明は、以上の着眼点に基づきなされたものであって、その目的は、消音機能として触媒マフラを利用した排気系パイプの気柱共鳴を低減し、また騒音ピーク時におけるある特定周波数の低減を、簡易な構成でありながら、容積に左右されずに行うことの出来る触媒マフラを提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するため、本発明は、気柱共鳴モードを有する排気パイプに通ずる触媒マフラの入口および／または出口に気柱共鳴低減用の孔を開口したものであって、この孔の配置位置を、該排気パイプに形成されて触媒マフラ内に開口する小孔のうち最も外側に位置する小孔から、前記排気パイプの実効長の１／２〜１／２０の距離となる位置とし、その径を排気パイプの内径に対し１／５以下とした単一孔またはまたはこれに匹適する複数孔であることを特徴とする触媒マフラにある。
【００１１】
従って、この発明では、単に小孔の径と排気管の実長に対する配置位置を以上のように設定することで、レゾネータ室を設けることなく、消音性能に影響を及す排気パイプの気柱共鳴現象を低減できる。また、孔の大きさを適正に設定することで、例えば騒音ピーク周波数などの他の周波数の低減にも効果を発揮できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明を適用した触媒マフラの第一の実施形態を示すものである。図において、このマフラ５０は、レゾネータ機能が設けられていない一般的な触媒マフラであって、両側に入口パイプ５１、出口パイプ５２をそれぞれ設けたマフラハウジング５３と、ハウジング５３内を仕切る入口側仕切板５４，出口側仕切板５６、及び両仕切板５４，５６間に設けられ保持枠５５ａ，５５ｂにより保持される触媒モノリス５７とからなっている。
【００１３】
入口側仕切板５４には入口パイプ５１の先端がつき合わされており、フロントパイプ３を通じて流入するガスは、入口パイプ５１の先端外周に形成された適宜数の小孔５８を通じて仕切板５４の入口側に形成される拡張室内に入り、さらに仕切板５４に開口形成された複数の通過孔を通じて中間の拡張室から触媒モノリス５７を通過して浄化され、次いで仕切板５６に通ずる複数の小長筒５９に取入れられ、筒５９に適宜形成された小孔６０及び出口パイプ５２に適宣数設けられた小孔６１から出口パイプ５２側に流出し、これに接続されたテールパイプ５に排出される。
【００１４】
以上に加え、本発明では、フロントパイプ３に接続する入口パイプ５１に気柱共鳴低減用の小孔６２を開口形成し、また、テールパイプ５側に接続する出口パイプ５２にも同じく気柱共鳴低減用の小孔６３を開口形成している。この小孔６２，６３の開口位置は、入口パイプ５１側の小孔５８にあっては、入口パイプ５１の出口側に形成された複数の小孔５８のうち最も入口側に位置する小孔から、入口パイプ５１及びフロントパイプ３の実効長Ｌ１に対し、その（Ｌ１）／２〜（Ｌ１）／２０、好ましくは（Ｌ１）／２〜（Ｌ１）／１２の距離となる位置に設定されている。また、その径は、フロントパイプ３ないしは入口パイプ５１の内径Ｄに対して１／５以下となるように設定されている。
【００１５】
ここで、前記入口パイプ５１及びフロントパイプ３の実効長Ｌ１は、入口パイプ５１の出口側に形成された複数の小孔５８のうち最も入口側に位置する小孔から、図示しないエンジンの排気マニホールドまでの長さであり、同エンジンと触媒マフラ５０との間にサブマフラを装備している場合には、入口パイプ３に接続されるサブマフラの出口パイプに形成された複数の小孔のうち最も触媒マフラ５０側に位置する小孔までの長さである。
【００１６】
一方、出口パイプ５２側の小孔６３にあっては、出口パイプ５２の入口側に形成された複数の小孔６１のうち最も出口側に位置する小孔からテールパイプ５の終端までの実効長Ｌ２に対し、その（Ｌ２）／２〜（Ｌ２）／２０、好ましくは（Ｌ２）／２〜（Ｌ２）／１２の距離となる位置に設定されている。また、その径は、テールパイプ５ないしは出口パイプ５２の内径Ｄに対して１／５以下となるように設定されている。
【００１７】
従って、本実施形態では、マフラ５０の入口パイプ５１を含むフロントパイプ３側での気柱共鳴現象を小孔６２によって抑制し、また同時に出口パイプ５２を含むテールパイプ５側での気柱共鳴現象を小孔６３によって抑制する。
【００１８】
なお、実施形態では一つの孔で排気管（フロントパイプ３、入口パイプ５１、テールパイプ５、出口パイプ５２）の内径のＤ／５の径としたが、合計で１／５内径となる複数の孔であってもよい。
【００１９】
図２は、本発明の第二実施形態を示している。図における触媒マフラ７０は出口パイプ７１のみがハウジング５３に対して直交して取付けられているのみで、その他は第一実施形態と同様の配置構成となっている。従って、その共通箇所には共通符号を付して説明を省略する。この実施形態では、テールパイプ５側に接続する出口パイプ７１にのみ気柱共鳴低減用の小孔７２を開口形成しており、出口パイプ７１の最も後端側に位置する最後の小孔からテールパイプ５の終端までの実効長Ｌ２に対し、その（Ｌ２）／２〜（Ｌ２）／２０、好ましくは（Ｌ２）／２〜（Ｌ２）／１２の距離となる位置、図２の実施形態では（Ｌ２）／１２に設定されている。また、その径は、テールパイプ５ないしは出口パイプ５２の内径Ｄに対して１／５以下となるように設定されている。従って、本実施形態では、出口パイプ７１を含むテールパイプ５側での気柱共鳴現象を小孔７２によって抑制する。
【００２０】
なお、第一実施形態において小孔６２，６３は入口、出口パイプの双方に設けたが、いずれかのみに設けてもよい。また、第二実施形態において小孔７２は出口パイプ７１のみに設けたが、入口パイプ５１のみに設けてもよいし、双方に設けてもよい。
【００２１】
【実施例】
次に、実施例について説明する。但し本発明は以下の実施例のみに限定されるものでない。まず、以下の理論式に基づき、消音量の計算を行い、これが実測値に適合するか否かを確認した。実測に用いた触媒マフラは前記図１または図２に示すものでそのフロントパイプ、テールパイプの管径Ｄは６５mm、テールパイプの実効長Ｌは２５０mmであり、従って、小孔の直径をその内径の１／５である直径１３mmとし、騒音がピークに達する周波数８０８ＨＺにおける孔位置を変化させた際の消音量の変化を計測した。
【００２２】
式：消音量＝
２０lｏｇ｜１＋ｓ／Ｓ＊ｃｏｓ（ｋＬｉ）ｓｉｎ（ｋＬｏ）／ｋＬｐｃｏｓ（ｋＬ）｜
但し
Ｓ：管の断面積
ｓ：小孔の断面積
Ｌ：管長
Ｌｉ：音源から小孔までの長さ
Ｌｏ：小孔から管端までの長さ
Ｌｐ：小孔の壁の厚さの補正長
ｋ＝２πｆ（ｆは周波数、ｃは音速）
【００２３】
また、小孔の位置を変化させて実機試験条件を上記式に当てはめ計算した結果を図３に示す。実測したところ、管端から１７５mm付近が最適な位置で、前記理論式が、実機試験結果と一致することが確認された。直径１３mmの小孔の消音効果については、実機の気柱共鳴周波数において１．２〜３．６ｄＢの消音効果があり、またオーバオールの消音量でも０．３〜１．７ｄＢあることが確認された。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明により明らかなように、本発明による触媒マフラによれば、容積を取り、調整を必要とするレゾネータ機能を付加することなく、気柱共鳴による騒音の抑制を図ることが出来る。また、本発明では既存の触媒マフラに簡単な加工を施すだけで、騒音抑制を図ることが出来るため、実施が容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される触媒マフラの第一実施形態による縦断面図である。
【図２】同第二実施形態を示す縦断面図及びそのＡ−Ａ線における横断面図である。
【図３】小孔位置と消音量との関係を示すグラフである。
【図４】従来のマフラを示す縦断面図である。
【図５】従来のレゾネータ機能を付加した触媒マフラの縦断面図である。
【符号の説明】
５０，７０触媒マフラ
３フロントパイプ
５テールパイプ
５１入口パイプ
５２，６０，７１出口パイプ
５７触媒モノリス
６２，６３，７２気柱共鳴低減用の小孔

Claims

気柱共鳴モードを有する排気パイプに通ずる触媒マフラの入口および／または出口に気柱共鳴低減用の孔を開口したものであって、この孔の配置位置を、該排気パイプに形成されて触媒マフラ内に開口する小孔のうち最も外側に位置する小孔から、前記排気パイプの実効長の１／２〜１／２０の距離となる位置とし、その径を排気パイプの内径に対し１／５以下とした単一孔またはまたはこれに匹適する複数孔であることを特徴とする触媒マフラ。