JP4451728B2

JP4451728B2 - 消音器

Info

Publication number: JP4451728B2
Application number: JP2004181945A
Authority: JP
Inventors: 本柱劉
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2004-06-21
Filing date: 2004-06-21
Publication date: 2010-04-14
Anticipated expiration: 2024-06-21
Also published as: JP2006002712A

Description

本発明は消音器に関する。

従来、内燃機関を搭載した車両などに用いられる消音器として、内燃機関の低回転時においては消音効果を重視し、高回転時では背圧の低減を重視して出力向上を図るように、消音器内に設けた排気ガス流量に応じて開閉するバルブにより排気ガスの流通経路を切り換えて、消音性能と背圧効果との両立を企図した消音器が知られている。

該消音器は、消音器内から排気ガスを導出するアウトレットパイプに排気ガス流量に応じて開閉するバルブを設けるとともに、一端が消音器内に開口し他端がアウトレットパイプに、そのバルブの下流に位置して開口する小径なバイパスパイプが設けられ、内燃機関の低回転時には前記バルブが閉作動し、排気ガスを小径で長尺なバイパスパイプを流通して排出させることで消音性能を高め、高回転時には、前記バルブが開作動し、排気ガスを大径なアウトレットパイプより排出させることで背圧の低減を図るようにしている。（特許文献１参照）
特許３０１７９６４号公報

近時の車両においては、より一層なる静寂性と動力性能の両立が求められている。しかし、内燃機関の低回転時における消音効果をより低減させるには、バイパスパイプの径を更に小径に形成する必要がある。その際、内燃機関は低回転（低周波）ほど脈動性が強く、バイパスパイプの径を絞ると脈動の逃げ道が狭くなることから、前記バルブのチャタリングが発生することもある。

そこで本発明は、消音性能の向上と低背圧化の両立を図ると共に、バルブのチャタリングの抑制を図った消音器を提供することを目的とするものである。

前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明は、消音器からの排気ガスを導出するアウトレットパイプと、該アウトレットパイプに流入する排気ガスを制限可能な第１バルブと、一端が消音器内に開口するとともに他端が前記第１バルブの下流のアウトレットパイプに開口するバイパスパイプとを備えた消音器において、前記バイパスパイプに流入する排気ガスを制限可能な第２バルブを前記第１バルブと別体に設けるとともに前記第１バルブよりも前記第２バルブが少ない排気ガス流量で開き始めるようにしたことを特徴とするものである。

本発明においては、例えば、排気ガスの小流量域の場合には第１バルブを閉作動するとともに第２バルブでの流量を制限し、中流量域では第１バルブを閉作動するとともに第２バルブの流入制限を解除し、大流量域では第１及び第２のバルブの流入制限を解除する。したがって、排気ガス流量が少量の際には、排気ガスが第２バルブの流路面積を制限されて流通するため大きな消音効果を得ることができる。また、排気ガス流量が少量のため背圧も問題とならない程度までしか上昇しない。

更に、第１バルブよりも第２バルブが少ない排気ガス流量で開き始めることにより、内燃機関の回転数が上昇した際、先に第２バルブが開作動をし、バイパスパイプを流通して排気ガスを消音器外へ導出する。これにより、第１バルブのチャタリングを抑制できる。

請求項１の発明によれば、内燃機関の低回転域では排気ガスを第２バルブにおいてその流通面積を少なくしてバイパスパイプに流通させることにより非常に高い消音効果を得ることができる。

また、内燃機関の中回転域においては、第２バルブを開作動してその流通面積を多くしてバイパスパイプに流通させることにより、高い消音効果を得ることができる上に、背圧上昇も抑制できる。

更に内燃機関の高回転域では第１バルブが開き直接アウトレットバルブを通って消音器１外へ導出されることにより、背圧の上昇を抑制することができる。

更に、排気ガスの流量増加に伴い第２バルブが第１バルブよりも先に開き始めて圧力変動を緩和できるため、バルブのチャタリングを抑制することもできる。

本発明を実施するための最良の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。
図１において消音器１のハウジングは金属の板材を筒状に巻回したシェル２と、その両端にアウタープレート３，４を接合して構成され、消音器１内にはセパレータ５，６が設けられて、消音器１内を３つの第１〜第３消音室７，８，９に区画している。

消音器１には排気ガスを導入するインレットパイプ１０が設けられ、該インレットパイプ１０の上流端１０ａは消音器１外へアウタープレート３を貫通して開口しており、その開口部は、図示しない上流側排気管を通じて内燃機関に連通される。またインレットパイプ１０は第１、第２消音室７，８を貫通してその下流端１０ｂが第３消音室９に連通開口するように設けられている。更に、インレットパイプ１０には第１消音室７に連通可能な多数の小孔１１が形成されている。

また、消音器１内には排気ガスを導出するアウトレットパイプ１２が、内燃機関の高回転域において背圧を高めないような大径に形成されており、該アウトレットパイプ１２の上流端１２ａが第１消音室７に開口し、下流部が第２、第３消音室８，９を貫通してその下流端１２ｂが消音器１外にアウタープレート４を貫通して開口するように設けられている。

また、アウトレットパイプ１２の上流端１２ａには、開口部１３ａを備えたキャップ１３と、第１バルブ１４とが設けられている。第１バルブ１４は、その開閉作動により開口部１３ａを開閉して、消音室７内とアウトレットパイプ１２内とを連通したり遮断するようになっている。

該第１バルブ１４は第１バルブ回転軸２０を中心として揺動するバタフライバルブで形成されており、スプリング等の付勢手段により開口部１３ａ方向に付勢されている。これにより消音器１に流入する排気ガス圧力が所定値を超え、第１バルブ１４に作用する圧力が大きくなると、その第１バルブ１４が開弁し、排気ガス圧が所定値以下の場合は閉弁してアウトレットパイプ１２に流入する排気ガスを制限可能になっている。この第１バルブ１４の付勢力は内燃機関の高回転域（２５００ｒｐｍ以上）の排気ガスによって第１バルブ１４が開作動するように設定されている。

また、アウトレットパイプ１２にはバイパスパイプ１５が分岐接続されており、該バイパスパイプはＵ字状に折曲され、その折曲部を第３消音室９に位置させ、上流端１５ａをセパレータ６を貫通して第２消音室８に開口し、下流端１５ｂは第２消音室８を貫通してアウトレットパイプ１２における第１バルブ１４の下流に開口して接続されている。

更に、バイパスパイプ１５はアウトレットパイプ１２より小径、かつ、長尺に形成されている。

第２消音室８には、バイパスパイプ１５の上流端１５ａを包囲するようにセパレータ６に固設されたカバーパイプ１６と、前記カバーパイプ１６に固設されて開口部１７ａを備えたキャップ１７と、第２バルブ１８とが設けられており、カバーパイプ１６は、第２バルブ１８が開作動した際に、バイパスパイプ１５の上流端１５ａに衝突しないように、筒長を確保している。

第２バルブ１８は第２バルブ回転軸２１を中心として揺動するバタフライバルブで形成されており、スプリング等の付勢手段により開口部１７ａ方向に付勢されている。なお、第２バルブ１８は、開口部１７ａの開口面積より小さく形成され、開口部１７ａの内周と第２バルブ１８の外周との間に隙間（例えば１０φ相当程度）Ｄが空いており、開口部１７ａの一部のみを閉塞可能となっている。これにより第２バルブ１８も第１バルブ１４と同様にバイパスパイプ１５に流入する排気ガスを制限可能になっている。第２バルブ１８の付勢力は内燃機関の中高回転域（１５００ｒｐｍ以上）の排気ガスによって開作動するように設定されている。

また、セパレータ５には第１消音室７と第２消音室８を連通するインナパイプ１９が設けられている。

次に本実施例の作用について説明する。
インレットパイプ１０の上流端１０ａには、図示しない内燃機関からの上流側排気管が接続され排気ガスおよび排気騒音（以下排気ガス等と記す）が消音器１のインレットパイプ１０内に導入される。

まず、内燃機関の回転数が低回転域（１５００ｒｐｍ以下）にある場合、すなわち消音器に導かれる排気ガス流量が少ない時について説明する。

内燃機関からインレットパイプ１０内に導入された排気ガス等は、小孔１１から第１消音室７に導かれる。このとき、第１消音室７の第１バルブ１４は所定の圧力で付勢されて開口部１３ａを閉塞しているため、排気ガス等はインナパイプ１９を通って、第２消音室８に導かれる。

また、第２消音室８の第２バルブ１８も所定の圧力で付勢されて閉状態にあるが、該第２バルブ１８と開口部１７ａとの間に隙間Ｄを有した状態で閉弁しているため、排気ガス等は、この第２バルブ１８と開口部１７ａの隙間Ｄから、バイパスパイプ１５内に流入し、その後、バイパスパイプ１５内を通って、下流端１５ｂからアウトレットパイプ１２に流入し、その後、消音器１外に導出される。なお、アウトレットパイプ１２の下流端１２ｂには図示しない下流側排気管が接続されており、排気ガス等は該下流側排気管を通じて車外に排気される。

このように少ない排気ガス流量の際には、開口部１３ａが閉塞され、第２バルブ１８と開口部１７ａの隙間Ｄから排気ガス等が流通することから、流路面積が小さくなる。これにより大きな消音効果を得ることができる。なお、このように、流路面積が小さくなると背圧が増加するが、内燃機関の回転数が低回転域であり、排気ガス流量が小さいため背圧の増加もほとんど問題にならない。さらに、排気ガス等は、小細径、かつ、長尺なバイパスパイプ１５を流通するため、ロングテール効果により消音される。したがって、内燃機関の回転数が低回転域および減速時では、背圧の問題もなく非常に高い消音効果を得ることができる。

次に、内燃機関の回転数が中回転域（１５００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍ）になり、排気ガス流量がある程度増加した場合について説明する。

まず内燃機関からインレットパイプ１０内に導入された排気ガス等は、小孔１１から第１消音室７に導かれる。このとき低回転域と同様に消音室７の第１バルブ１４が閉弁していることにより、排気ガス等はインナパイプ１９を通って消音室８に導かれる。また、消音室８の第２バルブ１８は排気ガス流量の増加に伴い付勢力に抗して開き、増加した排気ガス流量がバイパスパイプ１５を通ってアウトレットパイプ１２へ流入され消音器１外へ導出される。

よって、中回転域では低回転域と同様に高い消音効果を得ることができる。
また、第２バルブ１８は排気圧力により付勢力に抗して開くので消音器１内の背圧の上昇も抑制できるとともに、第１バルブ１４のチャタリングを抑制することができる。これは内燃機関の回転数が更に上昇し高回転域に近づく際、排気ガス流量も増加し第１バルブ１４は付勢力に抗して開き始める。この時第１バルブ１４は排気脈動によりチャタリングを起こす可能性がある。しかし、先に第２バルブ１８が開くため、この排気脈動は開口部１７ａの全体からバイパスパイプ１５を通って消音器１外に放出される。当然第２バルブ１８のチャタリングが発生すると考えられるが、第２バルブ１８は小型であるため、排気脈動があってもチャタリングが発生しづらく、また仮に発生しても第２バルブ１８が小さく形成されているので、第２バルブ１８にかかる圧力が小さい。そのため、第２バルブ１８がキャップ１７に衝突する力が小さく、大きなチャタリング音が発生しない。

次に、内燃機関の回転数が高回転域（２５００ｒｐｍ以上）になり、排気ガス等の流量が最も増加した場合について説明する。

まず内燃機関からインレットパイプ１０内に導入された排気ガス等は、小孔１１から第１消音室７内に流入する。このとき中回転域と同様に第１消音室７からインナパイプ１９を通って第２消音室８まで導かれ、第２消音室８の第２バルブ１８が開作動している。更に、排気ガス流量の増加に伴い、第１バルブ１４が付勢力に抗して開き、排気ガス等は第１消音室７から直接アウトレットパイプ１２内に導入され、その後、アウトレットパイプ１２を通って消音器１外へ導出される。

このように、排気ガスは大径のアウトレットパイプ１２を直接流通することにより、大径の流路面積が確保され背圧の上昇が抑制される。このとき、第２バルブ１８も付勢力に抗して開いているので、一部の排気ガスは、前記の中回転域と同様な経路を通って消音器１外へ導出される。

したがって、高回転域においても背圧の上昇を抑制することができる。
なお、第１バルブ１４及び、第２バルブ１８の開き始めるタイミングは、付勢力やバルブの大きさ等を任意に変更することにより、任意に設定することが可能である。また、このような任意な設定においても、第２バルブ１８が第１バルブ１４よりも先に開作動するようにすることが望ましい。

更に、第１バルブ１４及び第２バルブ１８は、前記実施例のバタフライ式バルブに限るものではなく、任意なバルブ構造を採用することができる。更に、各バルブ１４，１８の設置位置も、各パイプに流入する排気ガス等を制限できれば、各パイプの端部や中間部に直接的に設けても、間接的に設けてもよい。

上記実施例では、第２バルブ１８を開口部１７ａの開口面積より小さく形成したが、第２バルブ１８の外周形状を開口部１７ａと同等以上の大きさに形成し、かつ、該第２バルブ１８にバイパスパイプ１５に連通可能な連通穴を任意の大きさ及び箇所に設けてもよい。

本発明の実施例を適用した消音器を示す断面図。

符号の説明

１消音器
１２アウトレットパイプ
１４第１バルブ
１５バイパスパイプ
１８第２バルブ

Claims

消音器からの排気ガスを導出するアウトレットパイプと、該アウトレットパイプに流入する排気ガスを制限可能な第１バルブと、一端が消音器内に開口するとともに他端が前記第１バルブの下流のアウトレットパイプに開口するバイパスパイプとを備えた消音器において、前記バイパスパイプに流入する排気ガスを制限可能な第２バルブを前記第１バルブと別体に設けるとともに前記第１バルブよりも前記第２バルブが少ない排気ガス流量で開き始めるようにしたことを特徴とする消音器。