JP5044631B2 - Exhaust device for internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気装置に関し、特に、排気ガスの排気方向の最下流に設けられた排気管の気柱共鳴による排気騒音を抑制するようにした内燃機関の排気装置に関する。 The present invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust system for an internal combustion engine that suppresses exhaust noise caused by air column resonance in an exhaust pipe provided at the most downstream in the exhaust direction of exhaust gas.
自動車などの車両に用いられる内燃機関の排気装置としては、図36に示すようなものが知られている(例えば、特許文献1参照)。図36に示す排気装置4においては、内燃機関としてのエンジン1から排気マニホールド2に排気される排気ガスが、触媒コンバータ3によって浄化された後に、触媒コンバータ3から導入されるようになっている。
As an exhaust device for an internal combustion engine used in a vehicle such as an automobile, one as shown in FIG. 36 is known (for example, see Patent Document 1). In the
排気装置4は、触媒コンバータ3に連結されたフロントパイプ5、フロントパイプ5に連結されたセンターパイプ6、センターパイプ6に連結された消音器としてのメインマフラ7、メインマフラ7に連結されたテールパイプ8およびテールパイプ8に介装されたサブマフラ9から構成されている。
The
メインマフラ7は、内部に排気ガスを拡張して消音するための拡張室と、ヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数の排気音を消音するための共鳴室とが設けられている。具体的には、共鳴室の容積を大きくしたり、共鳴室内に突出するセンターパイプ6の突出長さを長くすることにより、共鳴周波数を低周波数側にチューニングすることができるようになっている。他方、共鳴室の容積を小さくしたり、共鳴室内に突出するセンターパイプ6の突出部分の長さを短くすることにより、共鳴周波数を高周波数側にチューニングすることができるようになっている。 The main muffler 7 is provided with an expansion chamber for expanding and silencing exhaust gas inside and a resonance chamber for silencing exhaust sound of a specific frequency by Helmholtz resonance. Specifically, the resonance frequency can be tuned to the low frequency side by increasing the volume of the resonance chamber or increasing the protruding length of the center pipe 6 protruding into the resonance chamber. On the other hand, the resonance frequency can be tuned to the high frequency side by reducing the volume of the resonance chamber or shortening the length of the protruding portion of the center pipe 6 protruding into the resonance chamber.
サブマフラ9は、エンジン1の運転時の排気脈動によってテールパイプ8内でテールパイプ8の管長に対応した気柱共鳴が発生したときに、この気柱共鳴の音圧レベルを低減するようになっている。
When the air column resonance corresponding to the length of the tail pipe 8 is generated in the tail pipe 8 due to exhaust pulsation during operation of the
一般に、排気ガスの排気方向上流側および下流側にそれぞれ上流開口端および下流開口端を有するパイプは、エンジンの運転時の排気脈動による入射波がパイプの上流開口端および下流開口端で反射することにより、パイプの管長を半波長とした周波数の気柱共鳴を基本成分として、その半波長の自然数倍の波長の気柱共鳴が発生することが知られている。
例えば、サブマフラ9が設けられていないテールパイプ8が、メインマフラ7から後方に延在している構成の場合、基本振動(一次成分)の気柱共鳴の波長λ1は、テールパイプ8の管長Lの略2倍となり、二次成分の気柱共鳴の波長λ2は、管長Lの略1倍となる。
また、三次成分の気柱共鳴の波長λ3は、管長Lの2/3倍となり、テールパイプ8内には上流開口端および下流開口端が定在波の音圧分布の節となるような定在波ができる。
In general, in a pipe having an upstream opening end and a downstream opening end on the upstream side and downstream side of the exhaust gas in the exhaust direction, incident waves due to exhaust pulsation during engine operation are reflected at the upstream opening end and the downstream opening end of the pipe. Thus, it is known that air column resonance having a frequency that is a natural number multiple of the half wavelength is generated with air column resonance having a frequency with the pipe length of the half wavelength as a basic component.
For example, when the tail pipe 8 not provided with the sub-muffler 9 extends rearward from the main muffler 7, the
Further, the wavelength λ3 of the air column resonance of the third-order component is 2/3 times the tube length L, and the upstream opening end and the downstream opening end in the tail pipe 8 become constant nodes of the sound pressure distribution of the standing wave. You can be there.
このテールパイプ8内の気柱共鳴の周波数fm(Hz)は、下記の式(1)で表される。 The frequency fm (Hz) of air column resonance in the tail pipe 8 is expressed by the following formula (1).
fm=(c/2L)・m・・・・・・(1)
ただし、cは音速(m/sec)、Lはテールパイプの管長(m)、mは次数をそれぞれ表す。
上記の式(1)から明らかなように、テールパイプ8の管長Lが長い程、周波数fmがエンジン1の回転数(rpm)が低い低周波数領域に移行することになる。
また、エンジン1の排気脈動の周波数は、エンジン1の回転数が増大するのに伴って増大するようになっており、エンジン1の回転数に対応した気柱共鳴による排気音の一次成分と二次成分とで排気音の音圧レベル(dB)が高くなることが知られている。
fm = (c / 2L) · m (1)
Here, c represents the speed of sound (m / sec), L represents the length of the tail pipe (m), and m represents the order.
As is clear from the above equation (1), the longer the pipe length L of the tail pipe 8, the more the frequency fm shifts to a low frequency region where the engine speed (rpm) is lower.
Further, the frequency of the exhaust pulsation of the
したがって、管長が、例えば、1.5m以上の長いテールパイプ8を用いる場合には、エンジン回転数Neが低い常用回転域で気柱共鳴が発生してしまうことがあり、排気騒音が悪化してしまい、運転者に不快感を与えてしまうことになる。
このため、テールパイプ8の管長が長い場合には、音圧レベルが高い定在波の腹の部分で、かつ、気柱共鳴による排気音の一次成分、二次成分のそれぞれの腹に対して最適な位置に、メインマフラ7より容量の小さなサブマフラ9を設けることにより、エンジン1の常用回転域において排気騒音を抑制して、運転者に不快感を与えてしまうのを防止するようにしている。
Therefore, for example, when a long tail pipe 8 having a pipe length of 1.5 m or more is used, air column resonance may occur in a normal rotation region where the engine speed Ne is low, and exhaust noise deteriorates. As a result, the driver feels uncomfortable.
For this reason, when the pipe length of the tail pipe 8 is long, it is a part of the antinode of the standing wave having a high sound pressure level and the antinodes of the primary and secondary components of the exhaust sound due to the air column resonance. By providing a sub-muffler 9 having a capacity smaller than that of the main muffler 7 at an optimal position, exhaust noise is suppressed in the normal rotation range of the
一方、テールパイプ8の上流開口端に接続されるメインマフラ7の共鳴室の共鳴周波数をテールパイプ8の気柱共鳴周波数に合わせることによって、メインマフラ7の共鳴室内においてテールパイプ8の気柱共鳴を消音することが考えられる。 On the other hand, by adjusting the resonance frequency of the resonance chamber of the main muffler 7 connected to the upstream opening end of the tail pipe 8 to the air column resonance frequency of the tail pipe 8, the air column resonance of the tail pipe 8 is performed in the resonance chamber of the main muffler 7. It is possible to mute the sound.
すなわち、共鳴室の容積を大きくしたり、センターパイプ6の突出部分の長さを長くして共鳴室の共鳴周波数を低周波数側にチューニングすることで、エンジン1の常用回転数域において、テールパイプ8内で発生する気柱共鳴を共鳴室で予め消音することが考えられる。 That is, by increasing the volume of the resonance chamber or by increasing the length of the protruding portion of the center pipe 6 to tune the resonance frequency of the resonance chamber to the low frequency side, the tail pipe 8 It is conceivable to silence the air column resonance generated in the chamber in the resonance chamber in advance.
ところが、車両の減速時にはスロットルバルブが閉塞されるため、エンジン1から排気装置4に排気されるガス量が急激に低減された排気流のみとなり、共鳴室に導入される空気圧が小さくなる。このため、共鳴室においてヘルムホルツ共鳴を行うのに充分な空気量を得ることができず、テールパイプ8の気柱共鳴を抑制することが困難となってしまう。 特に、車両の高回転域における減速時にはエンジン1の回転数が急激に低下するため、エンジン1の常用回転数域に気柱共鳴による排気音の一次成分が入ってしまい、低回転数で車室内にこもり音を生じさせてしまうことがあり、運転者に不快感を与えてしまうことになる。
However, since the throttle valve is closed when the vehicle decelerates, only the exhaust flow in which the amount of gas exhausted from the
このような減速時や低速時の排気騒音を抑制するものとして、排気管を開閉する一対のバルブを備えた排気装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。 An exhaust device that includes a pair of valves that open and close an exhaust pipe is known as a means for suppressing such exhaust noise during deceleration or low speed (for example, see Patent Document 2).
この排気装置は、テールパイプとしての筒状ハウジング内に間隔をおいて回動自在に設けられた一対の回動板と、これらの回動板に連結された一対のアームと、これらのアームに両端部が連結され、一対の回動板を連動して回動させるアームと、一方のアームと筒状ハウジングとを連結するスプリングとを含んで構成されている。
この排気装置においては、スプリングにより、一対の回動板が筒状ハウジング内の排気通路をほぼ閉鎖する位置にあるように付勢されている。この構成により、エンジンが低速で回転する時、排気ガスは、筒状ハウジングの内壁と回動板との間の隙間を通して排出され、エンジンの排気音が低減される。一方、エンジンが高速で回転する時、排気ガスの流量が増大し、スプリングの弾性力に抗して一対の回動板が連動して回動し、排気通路が開状態となるので、排気ガスは、抵抗を受けることなく排出される。
The exhaust device includes a pair of rotating plates that are rotatably provided in a cylindrical housing as a tail pipe, a pair of arms connected to these rotating plates, and a pair of these arms. Both ends are connected to each other, and include an arm that rotates a pair of rotating plates in conjunction with each other, and a spring that connects one arm and the cylindrical housing.
In this exhaust device, the pair of rotating plates are urged by the spring so as to be in a position to substantially close the exhaust passage in the cylindrical housing. With this configuration, when the engine rotates at a low speed, the exhaust gas is discharged through the gap between the inner wall of the cylindrical housing and the rotating plate, and the engine exhaust noise is reduced. On the other hand, when the engine rotates at a high speed, the flow rate of the exhaust gas increases, and the pair of rotating plates rotate in conjunction with the elastic force of the spring to open the exhaust passage. Are discharged without resistance.
しかしながら、このような従来のエンジン1の排気装置にあっては、テールパイプ8の気柱共鳴をメインマフラ7の共鳴室によって低減するような構成では、共鳴室の容積を大きくする必要があるため、メインマフラ7が大型化してしまうという問題があった。また、メインマフラ7の大型化にともなって排気装置の重量が増大してしまうともに、排気装置の製造コストが増大してしまうという問題があった。
However, in such a conventional exhaust system of the
また、筒状ハウジング内に一対の回動板を備えた排気装置においては、排気ガスは、筒状ハウジングの内壁と回動板との間の排気通路の断面積が絞り込まれた隙間を通して排出されるので、エンジンの広い周波数領域の排気音がある程度は低減される。
しかしながら、筒状ハウジングの気柱共鳴が考慮されていないので、特定の周波数で発生する気柱共鳴により増大した排気音の音圧レベルを低減することが不充分であった。
また、スプリングにより、一対の回動板が筒状ハウジング内の排気通路をほぼ閉鎖する位置にあるように付勢されているので、エンジンが高速で回転する時、スプリングの弾性力に抗して回動板を回動しなければならず、背圧が高まってしまいエンジンに余計な負荷が加わってしまうという問題があった。
また、一対の回動板を連動して回動させるよう、回動板に連結された一対のアーム、一対の回動板を連動して回動させるアームおよびスプリングにより構成しているので、構造が複雑になってしまい、排気装置の製造コストが増大してしまうという問題があった。
Further, in the exhaust device having a pair of rotating plates in the cylindrical housing, the exhaust gas is discharged through a gap in which the cross-sectional area of the exhaust passage between the inner wall of the cylindrical housing and the rotating plate is narrowed. Therefore, the exhaust noise in the wide frequency range of the engine is reduced to some extent.
However, since the air column resonance of the cylindrical housing is not taken into consideration, it is insufficient to reduce the sound pressure level of the exhaust sound increased by the air column resonance generated at a specific frequency.
In addition, since the pair of rotating plates are urged by the spring so as to be in a position that substantially closes the exhaust passage in the cylindrical housing, when the engine rotates at high speed, it resists the elastic force of the spring. There was a problem that the rotating plate had to be rotated, and the back pressure increased and an extra load was applied to the engine.
In addition, since the pair of rotation plates are configured to rotate in conjunction with each other, the pair of arms connected to the rotation plates, the arm that rotates the pair of rotation plates in conjunction with each other, and a spring are used. However, there has been a problem that the manufacturing cost of the exhaust device increases.
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、重量の増大や製造コストの増大を低減しつつ、簡素な構成で、テールパイプの気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうことを確実に抑制することができる内燃機関の排気装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems. The sound pressure level is reduced by the tail column air column resonance with a simple configuration while reducing the increase in weight and the increase in manufacturing cost. It is an object of the present invention to provide an exhaust device for an internal combustion engine that can reliably suppress the increase.
本発明に係る内燃機関の排気装置は、上記課題を解決するため、(1)内燃機関の排気方向下流側に設けられ、前記内燃機関の排気ガスを大気中に排気する下流開口端を前記排気方向下流側に有するとともに、前記排気ガスを導入する上流開口端を前記排気方向上流側に有する排気管を備えた排気装置において、前記排気管の上部に取付けられた第1揺動軸を有するとともに、前記排気管内を流れる排気流のみを受けることにより、前記排気管の通路断面積の大きさを可変するように前記第1揺動軸を中心に揺動する第1弁体とを有する第1バルブと、前記第1揺動軸に対して前記排気管の延在方向に離隔するようにして前記排気管の上部に取付けられた第2揺動軸を有するとともに、前記排気管内を流れる排気流のみを受けることにより、前記排気管の通路断面積の大きさを可変するように前記第2揺動軸を中心に揺動する第2弁体とを有する第2バルブとを備え、前記排気流を受けたときの前記第1バルブの揺動周期と、前記第2バルブの揺動周期とを異ならせたものから構成されている。 In order to solve the above problems, an exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention is (1) provided on the downstream side in the exhaust direction of the internal combustion engine, and has a downstream opening end that exhausts the exhaust gas of the internal combustion engine into the atmosphere. An exhaust system having an exhaust pipe having an upstream open end for introducing the exhaust gas on the upstream side in the exhaust direction and having a first swing shaft attached to an upper portion of the exhaust pipe A first valve body that swings about the first swing shaft so as to vary the size of the passage cross-sectional area of the exhaust pipe by receiving only the exhaust flow flowing in the exhaust pipe. An exhaust gas flow having a valve and a second swing shaft attached to an upper portion of the exhaust pipe so as to be separated from the first swing shaft in the extending direction of the exhaust pipe, and flowing in the exhaust pipe By receiving only A second valve having a second valve body that swings about the second swing shaft so as to vary the size of the passage cross-sectional area of the exhaust pipe, and when the exhaust flow is received The swinging cycle of the first valve is different from the swinging cycle of the second valve.
この排気装置は、第1バルブおよび第2バルブを排気管の延在方向に離隔するようにして配置するとともに、第1バルブの揺動周期と、第2バルブの揺動周期とを異ならせているので、内燃機関の回転数に応じて排出される排気ガスが上流開口端から排気管内に導入されたとき、第1バルブおよび第2バルブは、同一の周期で揺動することはない。その結果、第1バルブおよび第2バルブは、互いに揺動を抑制することになり、いずれか一方のバルブに励起されるばたつきは、いずれか他方のバルブによりその発生が抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制される。 In this exhaust device, the first valve and the second valve are arranged so as to be separated from each other in the extending direction of the exhaust pipe, and the swing cycle of the first valve and the swing cycle of the second valve are made different. Therefore, when the exhaust gas discharged according to the rotational speed of the internal combustion engine is introduced into the exhaust pipe from the upstream opening end, the first valve and the second valve do not swing at the same cycle. As a result, the first valve and the second valve suppress the swinging of each other, and the flutter excited by either one of the valves is suppressed by the other valve, and an abnormal noise caused by the fluttering is suppressed. Is suppressed.
また、第1バルブが下流開口端の開口に近接して配置された場合において、第1バルブが排気管の通路断面積の大きさを可変するよう構成されているので、排気管内に気柱共鳴が発生すると、内燃機関の運転状態に応じた排気流量の流動圧力を受けて、第1バルブが揺動し、排気管の通路断面積が所定の大きさに絞り込まれる。このように、気柱共鳴が発生する内燃機関の回転数のときに、第1バルブが排気管の通路断面積を所定の通路断面積に絞ることで排気管の開口率を下げることができる。
このように排気管の開口率を下げるようにすれば、内燃機関の運転時の排気脈動による入射波が排気管内に入射してこの入射波の周波数と排気管の気柱共鳴周波数とが一致したときに、通路断面積が絞られた排気管の開口から反射される反射波を、入射波に対して同位相で開口から反射される反射波(開口端反射)と、入射波に対して180度位相が異なる弁体から反射される反射波(閉口端反射)とに分配することができる。
Further, when the first valve is arranged close to the opening at the downstream opening end, the first valve is configured to change the size of the passage cross-sectional area of the exhaust pipe, so that air column resonance is generated in the exhaust pipe. When this occurs, in response to the flow pressure of the exhaust flow rate according to the operating state of the internal combustion engine, the first valve swings and the passage cross-sectional area of the exhaust pipe is narrowed to a predetermined size. As described above, when the rotation speed of the internal combustion engine in which air column resonance occurs, the first valve can reduce the opening ratio of the exhaust pipe by restricting the passage sectional area of the exhaust pipe to a predetermined passage sectional area.
If the aperture ratio of the exhaust pipe is lowered in this way, an incident wave due to exhaust pulsation during operation of the internal combustion engine enters the exhaust pipe, and the frequency of the incident wave matches the air column resonance frequency of the exhaust pipe. Sometimes, the reflected wave reflected from the opening of the exhaust pipe whose passage cross-sectional area is reduced is reflected from the opening in the same phase with respect to the incident wave (reflection at the opening end), and 180% with respect to the incident wave. Can be distributed to the reflected wave (closed end reflection) reflected from the valve bodies having different degrees of phase.
このため、開口端反射による反射波と閉口端反射による反射とが互いに干渉することで、排気管の気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうのを抑制することができる。
また、内燃機関の排気流量が増大する内燃機関の高回転時には、排気流の圧力により弁体を揺動させて排気通路の通路断面積を大きくすることができるため、排気流の背圧が増大するのを抑制することができ排気性能が低下するのを防止することができる。
For this reason, it is possible to suppress an increase in sound pressure level due to air column resonance of the exhaust pipe due to interference between the reflected wave due to the opening end reflection and the reflection due to the closed end reflection.
In addition, when the internal combustion engine is rotating at a high speed when the exhaust flow rate of the internal combustion engine is increased, the valve cross-sectional area of the exhaust passage can be increased by swinging the valve body by the pressure of the exhaust flow, so that the back pressure of the exhaust flow increases. Therefore, it is possible to prevent the exhaust performance from deteriorating.
また、内燃機関の高回転時にスロットルバルブが閉塞され車両が減速された場合には、内燃機関の排気流量が急激に低下するが、この場合には、第1バルブが加速時の揺動位置から排気方向上流側に速やかに揺動して排気管の通路断面積が所定の通路断面積に絞り込まれる。
このため、排気管の開口率を速やかに下げることができ、開口から反射される開口端反射の反射波に閉口端反射の反射波を干渉させて、排気管の気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうのを確実に抑制することができる。
なお、所定の通路断面積は、加速時および減速時の2つの通路断面積があり、加速時および減速時共に通路断面積が気柱共鳴を抑制可能な通路断面積に設定される。
In addition, when the throttle valve is closed and the vehicle is decelerated when the internal combustion engine is rotating at high speed, the exhaust flow rate of the internal combustion engine is abruptly reduced. In this case, the first valve is moved from the swinging position during acceleration. By quickly swinging upstream in the exhaust direction, the passage cross-sectional area of the exhaust pipe is narrowed down to a predetermined passage cross-sectional area.
For this reason, the opening ratio of the exhaust pipe can be quickly reduced, and the reflected wave of the closed end reflection is made to interfere with the reflected wave of the open end reflection reflected from the opening, and the sound pressure level is increased by the air column resonance of the exhaust pipe. It is possible to reliably suppress the increase.
The predetermined passage sectional area has two passage sectional areas at the time of acceleration and deceleration, and the passage sectional area is set to a passage sectional area capable of suppressing air column resonance at the time of acceleration and deceleration.
このように排気管に第1バルブを設けるとともに、第1バルブに対して第2バルブを排気管の延在方向に離隔するようにして配置し、第1バルブを気柱共鳴時に内燃機関の運転状態に応じた流量の排気流を受けて排気管の通路断面積を所定の通路断面積に可変するよう構成することにより、第1バルブのばたつきの発生を抑制でき、排気管の気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうのを抑制することができる。 In this way, the exhaust pipe is provided with the first valve, and the second valve is arranged so as to be separated from the first valve in the direction in which the exhaust pipe extends, and the first valve is operated during the air column resonance. By receiving an exhaust flow having a flow rate corresponding to the state and changing the passage cross-sectional area of the exhaust pipe to a predetermined passage cross-sectional area, occurrence of flapping of the first valve can be suppressed, and by the air column resonance of the exhaust pipe An increase in the sound pressure level can be suppressed.
このことは、前述のように第1バルブが下流開口端の開口に近接して配置された第1の場合だけでなく、他の構成で配置された場合にも、同様に作用する。
すなわち、第2バルブが下流開口端の開口に近接して配置され、この第2バルブに対して第1バルブが排気管の延在方向に離隔するようにして配置された第2の場合、第1バルブが上流開口端の開口に近接して配置され、この第1バルブに対して第2バルブが排気管の延在方向に離隔するようにして配置された第3の場合、第2バルブが上流開口端の開口に近接して配置され、この第2バルブに対して第1バルブが排気管の延在方向に離隔するようにして配置された第4の場合、第1と第3とを組み合わせた場合、第2と第4とを組み合わせた場合にも、第1バルブが下流開口端の開口に近接して配置された場合と同様に、気柱共鳴が抑制されるとともに、第1バルブおよび第2バルブのばたつきの発生が抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制される。
This not only works when the first valve is arranged in the vicinity of the opening at the downstream opening end as described above, but also when the first valve is arranged in another configuration.
That is, in the second case where the second valve is disposed close to the opening at the downstream opening end and the first valve is disposed so as to be separated from the second valve in the extending direction of the exhaust pipe, In the third case where one valve is arranged close to the opening at the upstream opening end and the second valve is arranged so as to be separated from the first valve in the extending direction of the exhaust pipe, the second valve is In the fourth case where the first valve is disposed in the vicinity of the opening at the upstream opening end and is disposed so as to be separated from the second valve in the extending direction of the exhaust pipe, the first and third are When combined, when the second and fourth are combined, air column resonance is suppressed and the first valve is suppressed as in the case where the first valve is arranged close to the opening at the downstream opening end. And the occurrence of flapping of the second valve is suppressed, There is suppressed.
また、第1バルブが、排気管の上部に取付けられた第1揺動軸と、第1揺動軸を中心に揺動する第1弁体とから構成され、第2バルブが、排気管の上部に取付けられた第2揺動軸と、第2揺動軸を中心に揺動する第2弁体とから構成されているので、重量の増大や製造コストの増大を低減しつつ、簡素な構成で、排気管の気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうことを確実に抑制することができる。 The first valve includes a first swing shaft attached to an upper portion of the exhaust pipe, and a first valve body swinging about the first swing shaft, and the second valve is formed of the exhaust pipe. Since it is composed of a second swing shaft attached to the upper portion and a second valve body swinging around the second swing shaft, it is simple while reducing an increase in weight and an increase in manufacturing cost. With the configuration, it is possible to reliably suppress an increase in sound pressure level due to air column resonance of the exhaust pipe.
上記(1)に記載の内燃機関の排気装置において、(2)前記第1バルブに対して前記第2バルブが前記排気流の排気方向上流側に位置するように前記第1バルブおよび前記第2バルブを前記下流開口端側に設け、前記第1バルブの前記第1揺動軸の軸心から第1弁体の質量中心までの第1長さを、前記第2バルブの前記第2揺動軸の軸心から前記第2弁体の質量中心までの第2長さよりも長くした。 In the exhaust system for an internal combustion engine according to the above (1), (2) the first valve and the second valve so that the second valve is located upstream of the first valve in the exhaust direction of the exhaust flow. A valve is provided on the downstream opening end side, and the first length from the axis of the first swing shaft of the first valve to the center of mass of the first valve body is set to the second swing of the second valve. It was longer than the second length from the axis of the shaft to the center of mass of the second valve element.
この排気装置は、第1バルブに対して第2バルブが排気流の排気方向上流側に位置するよう第1バルブおよび第2バルブが配置されているので、第1バルブにより排気管内に発生する気柱共鳴が抑制され、第2バルブにより第1バルブに励起されるばたつきが抑制される。また、第1バルブにおける第1長さが、第2バルブにおける第2長さよりも長く構成されているので、第1バルブの揺動周期、すなわち第1バルブが左右に一往復する時間を第2バルブの揺動周期よりも長くすることができ、第1バルブの揺動周期と第2バルブの揺動周期を簡単な構成で異ならせることができる。その結果、簡単な構成で第1バルブに励起されるばたつきが抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制される。 In this exhaust device, since the first valve and the second valve are arranged so that the second valve is located upstream of the first valve in the exhaust direction of the exhaust flow, the air generated in the exhaust pipe by the first valve. Column resonance is suppressed, and flapping excited by the first valve by the second valve is suppressed. Further, since the first length of the first valve is longer than the second length of the second valve, the oscillation period of the first valve, that is, the time for the first valve to make one reciprocal movement to the left and right is set to the second. The swing period of the valve can be made longer, and the swing period of the first valve and the swing period of the second valve can be made different with a simple configuration. As a result, the fluttering excited by the first valve with a simple configuration is suppressed, and the generation of noise due to the fluttering is suppressed.
上記(1)に記載の内燃機関の排気装置において、(3)前記第1バルブに対して前記第2バルブが前記排気流の排気方向上流側に位置するように前記第1バルブおよび前記第2バルブを前記下流開口端側に設け、前記第1バルブの前記第1揺動軸の軸心から第1弁体の質量中心までの第1長さを、前記第2バルブの前記第2揺動軸の軸心から前記第2弁体の質量中心までの第2長さよりも短くした。 In the exhaust system for an internal combustion engine according to (1) above, (3) the first valve and the second valve are positioned such that the second valve is located upstream of the first valve in the exhaust direction of the exhaust flow. A valve is provided on the downstream opening end side, and the first length from the axis of the first swing shaft of the first valve to the center of mass of the first valve body is set to the second swing of the second valve. It was shorter than the second length from the axis of the shaft to the center of mass of the second valve body.
この排気装置は、第1バルブに対して第2バルブが排気流の排気方向上流側に位置するよう第1バルブおよび第2バルブが配置されているので、第1バルブにより排気管内に発生する気柱共鳴が抑制され、第2バルブにより第1バルブに励起されるばたつきが抑制される。また、第1バルブにおける第1長さが、第2バルブにおける第2長さよりも短く構成されているので、第1バルブの揺動周期を第2バルブの揺動周期よりも短くすることができ、第1バルブの揺動周期と第2バルブの揺動周期を簡単な構成で異ならせることができる。その結果、簡単な構成で第1バルブに励起されるばたつきが抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制される。 In this exhaust device, since the first valve and the second valve are arranged so that the second valve is located upstream of the first valve in the exhaust direction of the exhaust flow, the air generated in the exhaust pipe by the first valve. Column resonance is suppressed, and flapping excited by the first valve by the second valve is suppressed. In addition, since the first length of the first valve is shorter than the second length of the second valve, the swing period of the first valve can be shorter than the swing period of the second valve. The swing cycle of the first valve and the swing cycle of the second valve can be made different with a simple configuration. As a result, the fluttering excited by the first valve with a simple configuration is suppressed, and the generation of noise due to the fluttering is suppressed.
上記(1)に記載の内燃機関の排気装置において、(4)前記第1長さおよび第2長さのいずれか長い方の前記バルブが収納される前記排気管の部位をいずれか短い方の前記バルブが収納される前記排気管の部位よりも拡径した。 In the exhaust system for an internal combustion engine according to the above (1), (4) the portion of the exhaust pipe in which the valve having the longer one of the first length and the second length is accommodated is the shorter one The diameter of the exhaust pipe was larger than that of the exhaust pipe in which the valve was accommodated.
この排気装置は、第1長さおよび第2長さのいずれか長い方のバルブが収納される排気管の部位がいずれか短い方のバルブが収納される排気管の部位よりも拡径されているので、第1長さおよび第2長さのいずれか長い方のバルブの下端部と、排気管の内壁面部との間で画成される開口の開口率を適正な値まで下げることができる。また、拡径された排気管の部位を流通する排気ガスの流速が拡径されない排気管の部位を流通する排気ガスの流速よりも比較的遅くすることができ、第1長さおよび第2長さのいずれか長い方のバルブに及ぶ流動圧力を変えることができる。流動圧力が互いに異なると、各バルブの回転の排気ガスの流動に対する回転感度が変わり、バルブに励起されるばたつきが抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制される。その結果、排気管の気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうことを確実に抑制することができる。 In this exhaust device, the part of the exhaust pipe in which the longer one of the first length and the second length is accommodated is expanded in diameter than the part of the exhaust pipe in which the shorter valve is accommodated. Therefore, the aperture ratio of the opening defined between the lower end portion of the longer valve of the first length and the second length and the inner wall surface portion of the exhaust pipe can be lowered to an appropriate value. . Further, the flow velocity of the exhaust gas flowing through the expanded exhaust pipe portion can be made relatively slower than the flow velocity of the exhaust gas flowing through the exhaust pipe portion where the diameter is not expanded, and the first length and the second length. The flow pressure over the longer valve can be varied. When the flow pressures are different from each other, the rotational sensitivity of the rotation of each valve to the flow of exhaust gas changes, and fluttering excited by the valve is suppressed, and generation of abnormal noise due to flapping is suppressed. As a result, it is possible to reliably suppress an increase in sound pressure level due to air column resonance in the exhaust pipe.
上記(1)に記載の内燃機関の排気装置において、(5)前記第1バルブの前記第1揺動軸の軸心から前記第1弁体の下端部までの長さと、前記第2バルブの前記第2揺動軸の軸心から前記第2弁体の下端部までの長さを異ならせた。 In the exhaust system for an internal combustion engine according to the above (1), (5) a length from an axial center of the first swing shaft of the first valve to a lower end portion of the first valve body, The length from the axial center of the second swing shaft to the lower end of the second valve body was varied.
この排気装置は、第1揺動軸の軸心から第1弁体の下端部までの長さと、第2揺動軸の軸心から第2弁体の下端部までの長さを異ならせて、第1バルブおよび第2バルブが構成されているので、第1バルブの揺動周期と第2バルブの揺動周期を簡単な構成で異ならせることができる。その結果、簡単な構成で第1バルブおよび第2バルブに励起されるばたつきが抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制される。 In this exhaust device, the length from the axial center of the first swing shaft to the lower end portion of the first valve body is different from the length from the axial center of the second swing shaft to the lower end portion of the second valve body. Since the first valve and the second valve are configured, the swing cycle of the first valve and the swing cycle of the second valve can be made different with a simple configuration. As a result, the fluttering excited by the first valve and the second valve is suppressed with a simple configuration, and the generation of noise due to the fluttering is suppressed.
上記(1)に記載の内燃機関の排気装置において、(6)前記第1弁体の下端部に第1錘を配置するとともに、前記第2弁体の下端部に第2錘を配置し、前記第1錘の重量と前記第2錘の重量とを異ならせた。 In the exhaust system for an internal combustion engine according to (1) above, (6) a first weight is disposed at a lower end portion of the first valve body, and a second weight is disposed at a lower end portion of the second valve body, The weight of the first weight was different from the weight of the second weight.
この排気装置は、第1錘の重量と第2錘の重量とを異ならせるよう構成されているので、第1弁体および第2弁体の外形状を同一の形状で形成することができるとともに、第1バルブの揺動周期と第2バルブの揺動周期を簡単な構成で異ならせることができる。
第1錘の重量と第2錘の重量が異なると、第1バルブおよび第2バルブに及ぶ流動圧力に対する回転感度が変わり、第1バルブおよび第2バルブに励起されるばたつきが抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制される。
また、回転感度が異なることにより、各バルブに応答差ができ、排気ガスの流動圧力に変動があったときでも、圧力変動による各バルブの開閉動作による排気音が急激に変化することが解消される。
その結果、簡単な構成で第1バルブおよび第2バルブに励起されるばたつきが抑制され、ばたつきによる異音の発生が確実に抑制される。
Since the exhaust device is configured to make the weight of the first weight different from the weight of the second weight, the outer shapes of the first valve body and the second valve body can be formed in the same shape. The swing cycle of the first valve and the swing cycle of the second valve can be made different with a simple configuration.
When the weight of the first weight and the weight of the second weight are different, the rotational sensitivity to the flow pressure applied to the first valve and the second valve changes, and the fluttering excited by the first valve and the second valve is suppressed. Generation of abnormal noise is suppressed.
In addition, due to the difference in rotational sensitivity, there is a difference in response between the valves, and even when the exhaust gas flow pressure fluctuates, the sudden change in exhaust sound due to the opening and closing operation of each valve due to pressure fluctuations is eliminated. The
As a result, the fluttering excited by the first valve and the second valve is suppressed with a simple configuration, and the generation of noise due to the fluttering is reliably suppressed.
本発明によれば、重量の増大や製造コストの増大を低減しつつ、簡素な構成で、テールパイプの気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうことを確実に抑制することができる内燃機関の排気装置を提供することができる。 According to the present invention, an internal combustion engine that can reliably suppress an increase in sound pressure level due to air column resonance of a tail pipe with a simple configuration while reducing an increase in weight and an increase in manufacturing cost. An exhaust device can be provided.
以下、本発明に係る内燃機関の排気装置の第1実施形態ないし第8実施形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, first to eighth embodiments of an exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1ないし図16は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第1実施形態を示す図である。
まず、構成を説明する。
(First embodiment)
1 to 16 are views showing a first embodiment of an exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention.
First, the configuration will be described.
図1に示すように、第1実施形態における排気装置20は、直列4気筒の内燃機関としてのエンジン21から排出された排気ガスを大気中に排気する装置として適用されている。エンジン21には、排気マニホールド22が接続されており、排気装置20は、この排気マニホールド22に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
ここで、エンジン21から排気装置20に排気される流体は、スロットルバルブの開放時には排気ガスとなり、スロットルバルブを閉塞した減速時には空気となり、この排気ガスおよび空気の流動が排気流に相当する。
なお、エンジン21は、直列4気筒に限らず、直列3気筒または直列5気筒以上であってもよく、左右に分割されたそれぞれのバンクに3気筒以上の気筒を有するV型エンジンであってもよい。
Here, the fluid exhausted from the
The
排気マニホールド22は、エンジン21の第1気筒から第4気筒にそれぞれ連通する排気ポートにそれぞれ接続される4つの排気枝管22a、22b、22c、22dと、排気枝管22a、22b、22c、22dの下流側を集合させる排気集合管22eとから構成されており、エンジン21の各気筒から排気される排気ガスが排気枝管22a、22b、22c、22dを介して排気集合管22eに導入されるようになっている。
The
排気装置20は、触媒コンバータ23と、円筒状のフロントパイプ24と、円筒状のセンターパイプ25と、マフラ26と、排気管としてのテールパイプ27と、第1バルブとしての揺動バルブ40と、第2バルブとしてのばたつき抑制バルブ50とを備えている。 また、排気装置20は、車体の床下に弾性的に垂下されるようにしてエンジン21の排気ガスの排気方向下流側に設置されている。
なお、排気方向上流または単に上流とは、排気流の流動方向の上流を示し、排気方向下流または単に下流とは、排気流の流動方向の下流を示す。
The
The upstream or simply upstream in the exhaust direction indicates upstream in the flow direction of the exhaust flow, and the downstream or simply downstream in the exhaust direction indicates downstream in the flow direction of the exhaust flow.
触媒コンバータ23の上流端は、排気集合管22eの下流端に接続されており、触媒コンバータ23の下流端は、自在継手28を介してフロントパイプ24に接続されている。この触媒コンバータ23は、ハニカム基材または粒状の活性アルミナ製担体に白金、パラジウムなどの触媒を付着させたものが本体ケースに収納されたものから構成され、NOxの還元やCO、HCの酸化を行うようになっている。
The upstream end of the catalytic converter 23 is connected to the downstream end of the exhaust collecting pipe 22e, and the downstream end of the catalytic converter 23 is connected to the
自在継手28は、ボールジョイントなどの球面継手から構成されており、触媒コンバータ23とフロントパイプ24との相対変位を許容するようになっている。また、フロントパイプ24の下流端には、自在継手29を介してセンターパイプ25の上流端が接続されている。自在継手29は、ボールジョイントなどの球面継手から構成されており、フロントパイプ24とセンターパイプ25との相対変位を許容するようになっている。
センターパイプ25の下流側は、マフラ26に接続されており、このマフラ26は、排気音の消音を行うようになっている。
The
A downstream side of the
図2に示すように、マフラ26は、中空筒状に形成されたアウタシェル31と、アウタシェル31の両端を閉塞するエンドプレート32、33と、仕切板34とを備えている。
この仕切板34によってアウタシェル31内は、排気ガスを拡張して消音するための拡張室35およびヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数の排気音を消音するための共鳴室36に区画されている。
As shown in FIG. 2, the
By the
また、図3に示すように、エンドプレート32と仕切板34にはそれぞれ挿通孔32a、34aが形成されており、この挿通孔32a、34aにはセンターパイプ25の下流側(以下、センターパイプ25の下流側をインレットパイプ部25Aという。)が挿通されている。
3, the
このインレットパイプ部25Aは、拡張室35および共鳴室36に収納されるようにしてエンドプレート32および仕切板34に支持されており、下流開口端25bが共鳴室36に開口している。また、インレットパイプ部25Aにはインレットパイプ部25Aの軸方向(排気ガスの排気方向)および周方向に複数の小孔25a形成されており、インレットパイプ部25Aの内部と拡張室35とは、小孔25aを介して連通している。
The
したがって、センターパイプ25のインレットパイプ部25Aを通してマフラ26に導入される排気ガスは、小孔25aを介して拡張室35に導入されるともに、インレットパイプ部25Aの下流開口端25bから共鳴室36に導入される。
マフラ26は、排気ガスが共鳴室36に導入される際、ヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数の排気音が消音されるよう、設計上チューニング可能に構成されている。具体的には、共鳴室36の容積を大きくしたり、共鳴室36内に突出するセンターパイプ25の突出部分の長さL1を長くすることにより、共鳴周波数を低周波数側にチューニングすることができる。
また、共鳴室36の容積を小さくしたり、共鳴室36内に突出するセンターパイプ25の突出部分の長さL1を短くすることにより、共鳴周波数を高周波数側にチューニングすることができる。
Therefore, the exhaust gas introduced into the
The
You can also reduce the volume of the
テールパイプ27は、図2ないし図5に示すように、円筒状に形成され上流部27Aと、下流部27Bとを有し、所定の長さL2で形成されている。上流部27Aにはエンジン21から排出された排気ガスの排気方向上流側のマフラ26に接続される上流開口端27aが形成されている。下流部27Bには、排気ガスを大気中に排気するための下流開口端27bが形成されている。
The
また、下流部27Bには、図5に示すように、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50を収容するための収容部27cが設けられている。
この収容部27cの上部には、揺動バルブ40を取付けるための一対のバルブ取付孔27d、27eと、ばたつき抑制バルブ50を取付けるための一対のバルブ取付孔27f、27gとがそれぞれ形成されている。また、下流部27Bには、ばたつき抑制バルブ50よりも大きい揺動バルブ40を収容するよう、下流開口端27bの通路断面積を拡大した拡径部27hが形成されている。
Further, as shown in FIG. 5, the
A pair of
上流部27Aは、上流開口端27aが拡張室35に開口するようにして、仕切板34とエンドプレート33にそれぞれ形成された挿通孔34b、33aに挿通されることにより、マフラ26に接続されている。したがって、マフラ26の拡張室35からテールパイプ27の上流開口端27aに導入された排気ガスは、テールパイプ27を通して下流開口端27bから大気中に排気されるようになっている。
The
揺動バルブ40は、図4ないし図6、図8に示すように、第1揺動軸としての揺動軸41と、第1弁体としての弁体42と、錘43と、スナップリング44、45とを有している。
揺動軸41は、図5に示すように、円柱状に形成されており、バルブ取付孔27d、27eに回動可能に挿入されている。この揺動軸41には、溝41a、41bが形成されており、それぞれスナップリング44、45が装着され、揺動軸41が収容部27cから抜け出ないようになっている。
As shown in FIGS. 4 to 6 and 8, the
As shown in FIG. 5, the oscillating
弁体42は、排気流の流動圧力(MPa)を受ける受圧板46と、排気流を整流する整流板47とを備えている。
受圧板46は、方形に形成された上部46aと、半円形に形成された下部46bと、上流側で表面が平坦に形成された受圧面部46cとを有している。
整流板47は、厚みが一様で表面が平坦に形成され、対向して配置された一対の側部47a、47bと、この側部47a、47bと一体的に湾曲して形成された湾曲部47cとを有している。
The
The
The rectifying
側部47aには、貫通孔47dが形成されており、揺動軸41が揺動可能に挿通されるようになっている。また、側部47bには、貫通孔47eが形成されており、揺動軸41が揺動可能に挿通されるようになっている。
この整流板47を、側部47a、47bと、湾曲部47cとをそれぞれ別個に作製し、溶接などの接合手段により接合して一体化するようにしてもよい。また、この整流板47を、受圧板46に溶接などの接合手段により接合して受圧板46と一体化するようにしてもよく、プレス加工などの成形加工により、受圧板46および整流板47を最初から一体的に形成するようにしてもよい。
A through
The rectifying
錘43は、金属などの比較的大きな比重を有する材料からなり、整流板47の湾曲部47cと同形状の湾曲面で形成された取付部43aを有している。この取付部43aと湾曲部47cとが当接するようにして、錘43が整流板47に溶接などの接合手段やリベットなどの締結手段により固定されている。
この錘43は、揺動バルブ40が流動圧力を受けない状態のとき、その姿勢を鉛直下方に静止させるとともに、その揺動を滑らかにする機能を有している。また、錘43は、その質量(g)を変えることにより、揺動バルブ40の重心、すなわち質量中心の位置を設計上調節する機能を有している。
The
When the
図8に示すように、質量中心P40は、弁体42および錘43の総重量の中心を表しており、揺動軸41の軸心J40から鉛直方向の下方に位置している。この質量中心P40と、軸心J40との間の第1長さとして長さは、L40(m)となっている。この揺動バルブ40は、排気流の流動圧力(MPa)のみを受けて、揺動軸41の軸心J40を中心として揺動するようになっている。
この揺動バルブ40は、重力の加速度をg(9.8m/sec2)とすると、下記の式(2)で表される揺動周期T40(左右の一往復の時間:sec)で揺動するよう構成されている。
また、揺動バルブ40の弁体42とテールパイプ27の拡径部27hの内壁面部27nとの間の距離がL4となるよう隙間が形成されており、この隙間を排気ガスが流通するようになっている。この揺動バルブ40が下流側に揺動した際、所定の開口率、すなわちテールパイプ27の排気通路の断面積に対する開口部分の断面積の割合で開口する開口部48が画成されるようになっている。
As shown in FIG. 8, the center of mass P 40 represents the center of the total weight of the
When the acceleration of gravity is g (9.8 m / sec 2 ), the oscillating
The distance is formed a gap so as to be L 4 between the
また、図9に示すように、揺動バルブ40は、揺動軌跡C40に沿って、排気流の流動圧力を受けて下流側に揺動し、排気流の流動圧力が低下すると、自重の作用で上流側に揺動するようになっている。したがって、排気流の流動圧力が加わり、流動圧力がほぼ一定の状態のとき、揺動バルブ40は、前述の揺動周期T40で揺動し、次第に減衰して一定の開口率で開いた状態となる。
Further, as shown in FIG. 9, the
この揺動バルブ40の弁体42は、エンジン21の運転状態に応じて、テールパイプ27内に気柱共鳴が発生したとき、受圧面部46cが排気流量の排気流の流動圧力を受けて揺動し、弁体42と内壁面部27wとの間の距離L4が短くなるようにして、弁体42と内壁面部27wとの間の通路断面積を絞るよう構成されている。すなわち、弁体42は、テールパイプ27の通路断面積を所定の通路断面積に絞ることにより、小さい開口面積の開口部48を画成するようになっている。
When the air column resonance occurs in the
揺動バルブ40は、図10に示すように、アイドル時のエンジン回転数(rpm)から、テールパイプ27に気柱共鳴が発生する共鳴時回転数までのエンジン回転数領域では、徐々に開口率が減少するよう構成されている。他方、共鳴時回転数を超えたエンジン回転数領域では、徐々に開口率が増加するようになっており、揺動バルブ40により背圧(MPa)が高まることが抑制されている。
As shown in FIG. 10, the
ばたつき抑制バルブ50は、図4、図5、図7、図8に示すように、第2揺動軸としての揺動軸51と、第2弁体としての弁体52と、錘53と、スナップリング54、55とを有している。
As shown in FIGS. 4, 5, 7, and 8, the
揺動軸51は、図5に示すように、円柱状に形成されており、バルブ取付孔27f、27gに回動可能に挿入されている。この揺動軸51には、溝51a、51bが形成されており、それぞれスナップリング54、55が装着され、揺動軸51が収容部27cから抜け出ないようになっている。
As shown in FIG. 5, the oscillating
弁体52は、排気流の流動圧力(MPa)を受ける受圧板56と、排気流を整流する整流板57とを備えている。
受圧板56は、方形に形成された上部56aと、半円形に形成された下部56bと、上流側で表面が平坦に形成された受圧面部56cとを有している。
整流板57は、厚みが一様で表面が平坦に形成され、対向して配置された一対の側部57a、57bと、この側部57a、57bと一体的に湾曲して形成された湾曲部57cとを有している。
The
The
The rectifying
側部57aには、貫通孔57dが形成されており、揺動軸51が揺動可能に挿通されるようになっている。また、側部57bには、貫通孔57eが形成されており、揺動軸51が揺動可能に挿通されるようになっている。
この整流板57を、整流板47と同様、側部57a、57bと、湾曲部57cとをそれぞれ別個に作製し、溶接などの接合手段により接合して一体化するようにしてもよい。また、この整流板57を、受圧板56に溶接などの接合手段により接合して受圧板56と一体化するようにしてもよく、プレス加工などの成形加工により、受圧板56および整流板57を最初から一体的に形成するようにしてもよい。
A through
As with the rectifying
錘53は、金属などの比較的大きな比重を有する材料からなり、整流板57の湾曲部57cと同形状の湾曲面で形成された取付部53aを有している。この取付部53aと湾曲部57cとが当接するようにして、錘53が整流板57に溶接などの接合手段やリベットなどの締結手段により固定されている。
この錘53は、ばたつき抑制バルブ50が流動圧力を受けない状態のとき、その姿勢を鉛直下方に静止させるとともに、その揺動を滑らかにする機能を有している。また、錘53は、その質量(g)を変えることにより、ばたつき抑制バルブ50の重心、すなわち質量中心の位置を設計上調節する機能を有している。
The
The
図8に示すように、質量中心P50は、弁体52および錘53の総重量の中心を表しており、揺動軸51の軸心J50から鉛直方向の下方に位置している。この質量中心P50と、軸心J50との間の第2長さとしての長さは、L50(m)となっている。このばたつき抑制バルブ50は、排気流の流動圧力のみを受けて、揺動軸51の軸心J50を中心として揺動するようになっている。
このばたつき抑制バルブ50は、重力の加速度をg(9.8m/sec2)とすると、下記の式(3)で表される揺動周期T50(左右の一往復の時間:sec)で揺動するよう構成されている。
When the acceleration of gravity is g (9.8 m / sec 2 ), the
また、ばたつき抑制バルブ50の弁体52とテールパイプ27の下流部27Bの内壁面部27wとの間の距離がL5となるよう隙間が形成されており、この隙間を排気ガスが流通するようになっている。
また、図9に示すように、ばたつき抑制バルブ50は、揺動軌跡C50に沿って、排気流の流動圧力を受けて下流側に揺動し、排気流の流動圧力が低下すると、自重の作用で上流側に揺動するようになっている。したがって、排気流の流動圧力がほぼ一定の状態のとき、ばたつき抑制バルブ50は、前述の揺動周期T50で揺動することができる。
The distance between the
Further, as shown in FIG. 9, fluttering
このばたつき抑制バルブ50の弁体52は、受圧面部56cがエンジン21の運転状態に応じた排気流量の排気流の流動圧力を受けて揺動し、弁体42と内壁面部27wとの間の距離L5が短くなるようにして、弁体42と内壁面部27wとの間の通路断面積を絞るよう構成されている。すなわち、弁体42は、テールパイプ27の通路断面積を所定の通路断面積に絞ることにより、小さい開口面積の開口部58を画成するようになっている。
The
このばたつき抑制バルブ50の長さL50は、揺動バルブ40の長さL40よりも、短くなるよう、ばたつき抑制バルブ50および揺動バルブ40がそれぞれ構成されている。したがって、ばたつき抑制バルブ50の揺動周期T50と、揺動バルブ40の揺動周期T40とは、T40>T50の関係にあり、互いに異なっている。
このように、ばたつき抑制バルブ50の揺動周期T50が、揺動バルブ40の揺動周期T40と異なっているので、ばたつき抑制バルブ50は、後述する作用により、エンジン21のエンジン回転数に応じて変化する排気脈動などの流動圧力の変化によって発生する揺動バルブ40のばたつきを抑制する機能を有している。
The
Thus, the swing cycle T 50 of rattling
また、ばたつき抑制バルブ50の弁体52とテールパイプ27の下流部27Bの内壁面部27wとの間の距離がL5となるよう隙間が形成されており、排気ガスが流通するようになっている。
The distance between the
ばたつき抑制バルブ50は、図8に示すように、揺動バルブ40の軸心J40とばたつき抑制バルブ50の軸心J50との間の距離がL3となるよう、テールパイプ27の延在方向に離隔して配置されており、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50が揺動しても互いに接触しないようになっている。
ばたつき抑制バルブ50は、揺動バルブ40と同様、アイドル時のエンジン回転数(rpm)から、テールパイプ27に気柱共鳴が発生する共鳴時回転数までのエンジン回転数領域では、徐々に開口率が減少するよう構成されている。他方、共鳴時回転数を超えたエンジン回転数領域では、徐々に開口率が増加するようになっており、ばたつき抑制バルブ50により背圧(MPa)が高まることが抑制されている。
As with the
ここで、センターパイプ25の突出部分の長さL1、テールパイプ27の所定の長さL2、軸心J40と軸心J50との間の距離L3、弁体42と内壁面部27nとの間の距離L4、弁体52と内壁面部27wとの間の距離L5、揺動周期T40、揺動周期T50は、第1実施形態の排気装置20が適用される車両の設計諸元、シミュレーション、実験や経験値などのデータに基づいて適宜選択される。
Here, the length L 1 of the protruding portion of the
次に、排気装置20の動作および揺動バルブ40とばたつき抑制バルブ50の作用について説明する。
Next, the operation of the
図1に示すエンジン21の運転が開始されると、エンジン21の各気筒から排気される排気ガスは、排気マニホールド22から触媒コンバータ23に導入され、触媒コンバータ23によってNOxの還元やCO、HCの酸化が行われる。
When the operation of the
触媒コンバータ23から排気される排気ガスは、排気装置20のフロントパイプ24およびセンターパイプ25を通して図2に示すマフラ26に導入される。マフラ26に導入される排気ガスは、インレットパイプ部25Aの小孔25aを介して拡張室35に導入され排気音が低減される。そして、排気ガスは、インレットパイプ部25Aの下流開口端25bから共鳴室36に導入され、ヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数の排気音が消音される。
Exhaust gas exhausted from the catalytic converter 23 is introduced into the
拡張室35に導入された排気ガスは、テールパイプ27の上流部27Aの上流開口端27aを通ってテールパイプ27内に導入された後、ばたつき抑制バルブ50の開口部58を通過し、さらに揺動バルブ40の開口部48を通過して、テールパイプ27の下流開口端27bから大気中に排気される。
The exhaust gas introduced into the
エンジン21が低回転域または中回転域である常用回転域(2000rpm〜5000rpm)にある場合には、ばたつき抑制バルブ50の受圧面部51aが排気流を受けたときに、下流側に揺動し弁体52が下流側に傾斜して、テールパイプ27の通路断面積が最小に絞られ、小さい開口面積の開口部58が画成される。揺動バルブ40も、ばたつき抑制バルブ50と同様に、受圧面部46cが排気流を受けたときに、下流側に揺動し弁体42が下流側に傾斜して、テールパイプ27の通路断面積が最小に絞られ、小さい開口面積の開口部48が画成される。
When the
一方、エンジン21の高回転域(5000rpm以上)では、エンジン21から排出される排気ガス量が増える。これにより、多くの排気流を受けて、ばたつき抑制バルブ50の弁体52が大きく下流側に揺動するため(図9に仮想線で示す。)、テールパイプ27の通路断面積が大きくなり、テールパイプ27に導入された排気ガスは、開口部58よりも開口面積が大きい開口部を流通する。
On the other hand, the amount of exhaust gas discharged from the
また、揺動バルブ40も、ばたつき抑制バルブ50と同様に、多くの排気流を受けて、弁体42が大きく下流側に揺動するため(図9に仮想線で示す。)、テールパイプ27の通路断面積が大きくなり、テールパイプ27に導入された排気ガスは、開口部48よりも開口面積が大きい開口部を通って下流開口端27bから大気中に排気される。また、エンジン21の最高回転数では、ばたつき抑制バルブ50および揺動バルブ40は略全開となり、エンジン21に負荷される背圧が最小となる。
Similarly to the flapping
一方、エンジン21の高回転域から、スロットルバルブが閉じられ車両が減速される領域となると、エンジン21から排出される排気ガス量が大幅に減る。これにより、ばたつき抑制バルブ50および揺動バルブ40が上流側に速やかに揺動し(図9の実線で示す状態)、テールパイプ27に導入された排気流は、開口部58、48が最も絞られた状態で大気中に排気される。
On the other hand, when the throttle valve is closed and the vehicle is decelerated from the high speed range of the
この揺動バルブ40は、エンジン21のエンジン回転数に応じて変化する排気脈動などにより流動圧力が変化しても、ばたつき抑制バルブ50によって、そのばたつきが抑制される。このようなばたつき抑制バルブ50のばたつきの抑制は、エンジン21の回転数にかかわらず、常用回転域、高回転域および高回転域から車両が減速される領域の全領域において行われる。
Even if the flow pressure of the
具体的には、ばたつき抑制バルブ50のばたつきの抑制は、揺動バルブ40とばたつき抑制バルブ50の各揺動周期の相異により、次のようにテールパイプ27内の圧力(MPa)が変化することにより行われる。この圧力の変化が、揺動バルブ40の揺動およびばたつき抑制バルブ50の揺動に対して作用し、その結果、揺動バルブ40のばたつきが抑制されることになる。
Specifically, the flapping suppression of the flapping
すなわち、図11の(1)に示すように、テールパイプ27内に排気ガスが導入されると、ばたつき抑制バルブ50の上流側の排気通路(以下、上流部という。)は比較的圧力が高い状態となり、ばたつき抑制バルブ50と揺動バルブ40との間の排気通路(以下、中間部という。)および揺動バルブ40の下流側の排気通路(以下、下流部という。)の圧力は、ほぼ大気圧と同じ圧力で、上流側の圧力よりも比較的圧力が低い状態となる。
そして、図11の(2)に示すように、ばたつき抑制バルブ50が排気ガスの流動圧力により下流側に回動すると、中間部の圧力はやや高まるとともに、開口部58を流通した排気ガスにより揺動バルブ40が下流側に押圧される。
このとき、図11の(3)に示すように、揺動バルブ40が下流側に回動し、中間部の圧力はやや低くなるとともに、下流部の圧力がやや高まる。この揺動バルブ40が下流側に回動するとともに、ばたつき抑制バルブ50は上流部の高い圧力に抗して、自重により上流側に揺動する。
That is, as shown in FIG. 11 (1), when exhaust gas is introduced into the
Then, as shown in FIG. 11 (2), when the
At this time, as shown in (3) of FIG. 11, the
続いて、図11の(4)に示すように、揺動バルブ40が、下流部の圧力より低い圧力となった中間部側に自重により勢いよく揺動する。このとき、ばたつき抑制バルブ50は下流側に回動するので、中間部の圧力が比較的に高まる。この場合、比較的に高まった中間部の圧力により、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50の各揺動が抑制され、両者のばたつきが抑制される。
この場合、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50の各揺動周期が、前述のように、揺動周期T40および揺動周期T50のように、互いに異なっているので、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50は、同一の周期で揺動することはなく、互いに揺動を抑制することになる。
Subsequently, as shown in FIG. 11 (4), the
In this case, the swing periods of the
図11の(1)ないし(4)では、排気ガスの流動圧力に変化がなくほぼ一定の場合について、便宜的に説明した。このように流動圧力が一定の場合、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50が仮に同一の揺動周期を有していれば、同一の周期で揺動することが知られている。このように排気通路に直列に配置され、同一の揺動周期を有するバルブで構成された場合には、同一の周期で揺動するので、圧力変動が周期的になってしまい、両バルブのばたつきを抑制することはできない。第1実施形態の揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50は、互いに揺動周期が異なっているので、効果的に両バルブのばたつきが抑制される。
このことは、エンジン21のエンジン回転数に応じて変化する排気脈動などにより流動圧力が変化しても、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50が互いに揺動周期が異なっているので、同一の揺動周期で揺動することはなく、流動圧力が一定の場合と同様、効果的に両バルブのばたつきが抑制される。
In FIGS. 11 (1) to (4), the case where the flow pressure of the exhaust gas does not change and is almost constant has been described for convenience. As described above, when the flow pressure is constant, it is known that the
This is because even if the flow pressure changes due to the exhaust pulsation or the like that changes according to the engine speed of the
また、揺動バルブ40には、エンジン21の常用回転域での加速時および減速時に、排気ガスの排気通路が揺動バルブ40により閉口された閉口部と、後述する所定の開口率で開口された開口部48とが画成される。このような加速時および減速時に、テールパイプ27内に排気音が侵入すると、その入射波は、閉口部で反射する、いわゆる閉口端反射および開口部48で反射する、いわゆる開口端反射に分配され、それぞれ反射波が発生する。これらの反射波は、互いに干渉し、テールパイプ27で発生する気柱共鳴による音圧レベルの増大が抑制されることになる。
Further, the oscillating
次いで、テールパイプ27における前述の閉口部と開口部48により発生する反射波および干渉について、説明する。
エンジン21の運転によりテールパイプ27に導入される排気ガスは、エンジン回転数に応じて変化する排気脈動を伴って入力される。この排気脈動は、テールパイプ27の入射波となり、この入射波は、エンジン回転数が増大するにつれて周波数が大きくなるものである。
Next, the reflected wave and interference generated by the aforementioned closed portion and
The exhaust gas introduced into the
エンジン21の運転時の排気脈動による入射波がテールパイプ27に導入されると、この入射波は、テールパイプ27の前述の開口部48において、入射波と同じ位相で進行方向が入射波と逆向きとなる開口端反射が上流側に向かって発生する。この反射波は、再び上流開口端27aでこの反射波と同位相で逆向き、すなわち下流側に向かって開口端反射が発生する。この反射波が今度は入射波となり、開口部48で再反射波となり、このような反射が繰り返される。
When an incident wave due to exhaust pulsation during operation of the
本来、パイプの開口端のような同じ媒質を有する媒体同士の境界では、媒質が同じであり、反射は起きず音波は透過してしまうようにも思われる。しかしながら、テールパイプ27のような、排気音の波長に対して充分に小さな断面の寸法を有するパイプ内を進行する排気音は疎密波からなる平行波となり、下流側の開口部および上流開口端27aで反射することになる。
Originally, at the boundary between media having the same medium, such as the open end of a pipe, the medium is the same, reflection does not occur, and it seems that sound waves are transmitted. However, the exhaust sound that travels in a pipe having a sufficiently small cross-sectional dimension with respect to the wavelength of the exhaust sound, such as the
下流側の開口部で開口端反射が起こる理由としては、次のものが挙げられる。すなわち、テールパイプ27内を流れる排気ガスの圧力は高くなっており、テールパイプ27の下流側の開口部の外側の大気圧はテールパイプ27内を流れる排気ガスの圧力よりも低くなっている。このため、入射波が下流側の開口部から勢いよく大気に飛び出すことで下流側の開口部内の排気ガスの圧力が低くなる低圧部が発生し、この低圧部がテールパイプ27内を上流開口端27aに向かって進行し始めるからである。
The reason why the open end reflection occurs in the downstream opening is as follows. That is, the pressure of the exhaust gas flowing in the
したがって、反射波は、入射波と逆向きの平行波となり入射波と逆向きに進行することになる。また、上流開口端27a側で反射波が発生する理由も下流側の開口部で反射波が発生する理由と同様である。
Therefore, the reflected wave becomes a parallel wave in the opposite direction to the incident wave, and travels in the opposite direction to the incident wave. The reason why the reflected wave is generated on the upstream opening
そして、仮に揺動バルブ40が設けられていない構造のものとしたとき、下流側の開口部48に向かう入射波と、この入射波と逆向きの反射波とが干渉することで、テールパイプ27の上流開口端27aおよび下流開口端27bが音圧分布の節となるような定在波ができてしまう。
If the structure is not provided with the oscillating
また、この定在波は、テールパイプ27の管長L2(図2参照)と定在波の波長λとが特定の関係にあるとき、振幅が著しく大きくなり気柱共鳴が生じる。この気柱共鳴は、テールパイプ27の管長L2を半波長とした定在波を基本として、半波長の自然数倍が管長L2となる波長の定在波が発生して音圧が増大し、騒音となってしまう。
Further, the standing wave has a significantly large amplitude and air column resonance occurs when the tube length L 2 (see FIG. 2) of the
具体的には、図12に気柱共鳴の定在波の音圧分布を示すように、基本振動(一次成分)の気柱共鳴の波長λ1は、テールパイプ27の管長L2の2倍となり、二次成分の気柱共鳴の波長λ2は、管長L2の1倍となる。また、三次成分の気柱共鳴の波長λ3は、管長L2の2/3倍となり、それぞれの定在波は、テールパイプ27の上流開口端27aおよび下流開口端27bが音圧分布の節となる。
また、第1実施形態の揺動バルブ40は、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置するよう、テールパイプ27の下流開口端27bの開口に最も近い位置に設けられている。そのため、テールパイプ27内で気柱共鳴が発生したとき、最も効果的に気柱共鳴の音圧レベルの増大を抑制することができる。
More specifically, as shown the sound pressure distribution of a standing wave of air column resonance in FIG. 12, the wavelength λ1 of the columnar resonance of the fundamental vibration (primary component), twice the pipe length L 2 of the
Further, the oscillating
さらに、図16に示すように、排気音の音圧レベル(dB)は、エンジン回転数Ne(rpm)が増大するのに伴って一次成分f1、二次成分f2の共鳴周波数(Hz)に対応するエンジン回転数Neでそれぞれ極大となる。 Further, as shown in FIG. 16, the sound pressure level (dB) of the exhaust sound is such that the resonance frequency (Hz) of the primary component f 1 and the secondary component f 2 as the engine speed Ne (rpm) increases. Each of the engine speeds Ne corresponding to
ここで、音速をc(m/s)、テールパイプ27の長さをL2(m)、次数をmとしたときのテールパイプ27の気柱共鳴の周波数fk(Hz)は、下記の式(4)で表される。
fk=(c/2L2)・m・・・・・・(4)
また、エンジン回転数をNe(rpm)、気筒数をNとしたときのエンジン21の排気脈動の周波数fe(Hz)は、下記の式(5)で表される。
fe=(Ne/60)・(N/2)・・・・・・(5)
上記の式(4)、(5)から明らかなように、テールパイプ27の管長L2が長い程、気柱共鳴周波数fkは、エンジン21の回転数Neが低い低周波数領域に移行してしまう。
Here, the frequency fk (Hz) of air column resonance of the
fk = (c / 2L 2 ) · m (4)
Further, the exhaust pulsation frequency fe (Hz) of the
fe = (Ne / 60) · (N / 2) · · · (5)
Equation (4), as is clear from (5), the longer the tube length L 2 of the
したがって、管長が長いテールパイプ27を用いる場合には、エンジン回転数Neが低い常用回転域で気柱共鳴が発生してしまうことがあり、排気騒音が悪化してしまい、運転者に不快感を与えてしまうことになる。
Therefore, when the
なお、三次成分の気柱共鳴周波数では、エンジン回転数Neは、エンジン21の定常回転域以上となるため、風切り音などのような高速時に発生する各種の騒音によって気柱共鳴による騒音が運転者に気にならないものとなるとともに、エンジン21の排気脈動が比較的小さくなる。したがって、三次成分およびそれ以上の高次成分については、あまり問題とならない。
At the air column resonance frequency of the third-order component, the engine speed Ne is equal to or higher than the steady rotation region of the
そこで、第1実施形態の排気装置20は、前述のように下流部27Bの下流開口端27bに、排気流のみを受けてテールパイプ27内の通路断面積を可変するように揺動軸41を軸心J40として揺動する揺動バルブ40を設けている。この揺動バルブ40に、テールパイプ27内に気柱共鳴が発生した場合に、エンジン21の運転状態に応じた排気流量を受けて弁体42が揺動したときに、テールパイプ27の通路断面積を最小に絞ることにより、下流部27Bの揺動バルブ40に開口端反射と閉口端反射との2つの反射波を発生させて気柱共鳴によって音圧レベル(dB)が増大してしまうことを抑制するようにしている。
Therefore, as described above, the
以下、気柱共鳴によって音圧レベルの増大を抑制することができる理由について、説明する。 Hereinafter, the reason why an increase in sound pressure level can be suppressed by air column resonance will be described.
ここで、排気音の反射率をRpとし、テールパイプ27内部の媒質の固有音響インピーダンスをZ1、テールパイプ27外部の下流開口端27b付近の媒質の固有音響インピーダンスをZ2とすると、排気音の反射率Rpは、下記の式(6)で表される。本来、排気音の反射率Rpは、固有音響インピーダンスZ1、Z2との関係で表されるが、開口部48の開口面積S1とテールパイプ27の排気通路の断面積S2の断面積変化があまり大きくなく、音波がほぼ平面で連続的に伝播することから、各媒質の固有音響インピーダンスZ1、Z2に各面積を乗算した値で表すことができる。すなわち、Z1をZ1S1で表し、Z2をZ2S2で表すことができるので、排気音の反射率Rpは、下記の式(6)となる。
ここで、固有音響インピーダンスは、媒質の密度ρ(Kg/m3)と音速c(m/s)の積で表されるので、Z1=ρ1c1、Z2=ρ2c2となる。そして、テールパイプ27内部の媒質ρ1および音速c1と、テールパイプ27外部の下流開口端27b付近の媒質ρ2および音速c2とはともに排気ガスである。なお、エンジン21が、燃料の無噴射状態で回転している場合には、ともに空気となることがある。ともに排気ガスおよび空気の場合には、ρ1c1=ρ2c2となるので、Z1=Z2となり、反射率Rpは、下記の式(7)で表される。
この上記の式(7)に、反射率Rpの最適値0.5を代入すると、下記の式(8)が得られる。
したがって、テールパイプ27の排気通路の断面積S2、すなわち下流開口端27bの開口面積S2に対する開口面積S1の開口部48の開口率は1/3となり、約33%になる。なお、この開口率は、約33%が最も好ましい値となり、音圧レベルが最も抑制される。
When the optimum value 0.5 of the reflectance Rp is substituted into the above equation (7), the following equation (8) is obtained.
Therefore, the cross-sectional area S 2 of the exhaust passage of the
以下、エンジン21の運転時の排気脈動による入射波Gがテールパイプ27内に入射し、この入射波Gの波長がテールパイプ27の管長L2を半波長とする入射波Gである場合について説明する。
Hereinafter, the incident wave G of exhaust pulsation during operation of the
図13に示すように、入射波Gは、テールパイプ27の開口部48において、透過波G1が大気中に透過されるともに、開口部48から上流開口端27aに向かって反射波R1(開口端反射波)が反射される。また、入射波Gは、揺動バルブ40により開口部48から上流開口端27aに向かって反射波(閉口端反射波)R2が反射される。
As shown in FIG. 13, the incident wave G is in the
この反射波R1は、入射波Gに対して同位相の開口端反射波であり、反射波R2は、入射波Gに対して180度位相が異なる閉口端反射波となっている。
なお、図13において、反射波R1は、入射波Gに対して同位相であるため、入射波Gと反射波R1は重なっているが、説明の便宜上、反射波R1を入射波Gに対して下方にずらしており、これに対応する反射波R2も、位相0の横線を中心として対象になるよう描かれている。
The reflected wave R 1 is an open end reflected wave having the same phase as the incident wave G, and the reflected wave R 2 is a closed end reflected wave having a phase difference of 180 degrees with respect to the incident wave G.
In FIG. 13, since the reflected wave R 1 is in phase with the incident wave G, the incident wave G and the reflected wave R 1 overlap, but for convenience of explanation, the reflected wave R 1 is changed to the incident wave G. The reflected wave R 2 corresponding to this is also drawn with the horizontal line of phase 0 as the center.
このように、反射波R1は、入射波Gと同位相であるため、入射波Gの周波数がテールパイプ27の気柱共鳴周波数となると、入射波Gと反射波R1との干渉により互いに強め合い、排気音の音圧レベルが増大されることになる。
Thus, since the reflected wave R 1 is in phase with the incident wave G, when the frequency of the incident wave G becomes the air column resonance frequency of the
これに対して、反射波R2は、反射波R1および入射波Gに対して位相が180度異なるため、互いに打ち消し合い、排気音の音圧レベルが低減される。
例えば、図16に示すように、排気脈動による入射波Gの周波数が、テールパイプ27の気柱共鳴周波数の一次成分f1となると、開口端反射波である反射波R1による干渉だけでは、破線で示すように、音圧レベルが増大して(極大となる)しまうことになる。これに対して、閉口端反射波である反射波R2による干渉があることにより、実線で示すように、気柱共鳴による音圧レベルの増大が抑制されて、排気音の音圧レベルが大幅に低減される。
On the other hand, since the reflected wave R 2 is 180 degrees out of phase with the reflected wave R 1 and the incident wave G, they cancel each other and the sound pressure level of the exhaust sound is reduced.
For example, as shown in FIG. 16, when the frequency of the incident wave G due to the exhaust pulsation becomes the primary component f 1 of the air column resonance frequency of the
また、同様に、排気脈動による入射波Gの周波数が、テールパイプ27の気柱共鳴周波数の二次成分f2となった場合にも、開口端反射波である反射波R1の干渉による音圧レベルの増大を、閉口端反射波である反射波R2の干渉によって抑制して、排気音の音圧レベルを大幅に低減することができる。
Similarly, when the frequency of the incident wave G due to the exhaust pulsation becomes the secondary component f 2 of the air column resonance frequency of the
ここで、上記説明において、下流開口端27bを揺動バルブ40の揺動により閉塞し、開口部48が下流開口端27bの開口面積の1/3となったとき、気柱共鳴による音圧レベルが最も抑制されるとしたが、開口部48の開口面積が下流開口端27bの開口面積の1/3でなくても、閉口端反射波の干渉による気柱共鳴の音圧レベルの抑制効果は、発生する。
ただし、所定の割合、例えば、開口部48の開口率が70%以上となってしまうと、音圧レベルの抑制効果が著しく低下してしまう。
したがって、開口部48の開口率は、70%未満に設定するのが好ましい。第1実施形態では、開口部48の開口率は、20%の小さい開口率に設定されている。
Here, in the above description, when the downstream opening
However, when the predetermined ratio, for example, the opening ratio of the
Therefore, the opening ratio of the
第1実施形態の排気装置20は、前述のように構成されているので次の効果が得られる。
すなわち、排気装置20は、揺動軸41、弁体42および錘43を有する揺動バルブ40と、揺動バルブ40に対してテールパイプ27の延在方向に離隔するようにして設けられ、揺動軸51、弁体52および錘53を有するばたつき抑制バルブ50とを備えている。そして、排気装置20においては、排気流の流動圧力を受けたとき揺動バルブ40の揺動周期T40と、ばたつき抑制バルブ50の揺動周期T50とがT40>T50の関係になるよう、揺動周期が異なるように構成されている。
Since the
That is, the
その結果、エンジン21のエンジン回転数に応じて排出される排気ガスがテールパイプ27内に導入されたとき、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50は、同一の周期で揺動することはなく、互いに揺動を抑制することになる。互いに揺動周期が異なると、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50の開度に位相差が生ずることになり、互いに圧力が作用し合って、圧力変動が周期的にならないので互いにばたつきの発生が抑制される。したがって、揺動バルブ40のばたつきは、ばたつき抑制バルブ50によりその発生が抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制されるという効果が得られる。
As a result, when the exhaust gas discharged according to the engine speed of the
また、エンジン21のエンジン回転数に応じて変化する排気脈動などにより流動圧力が変化しても、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50が互いに揺動周期が異なっているので、同一の揺動周期で揺動することはなく、効果的に両バルブのばたつきの発生が抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制されるという効果が得られる。
Even if the flow pressure changes due to exhaust pulsation or the like that changes according to the engine speed of the
また、テールパイプ27が拡径部27hを有しているので、拡径部27hを流通する排気ガスの流速が拡径されない排気管の部位を流通する排気ガスの流速よりも比較的遅くすることができ、揺動バルブ40に及ぶ流動圧力を、ばたつき抑制バルブ50に対して低くすることができる。流動圧力が互いに異なると、各バルブの回転の排気ガスの流動に対する回転感度が変わり、揺動バルブ40に励起されるばたつきが抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制される。
Further, since the
また、回転感度が異なることにより、各バルブに応答差ができ、排気ガスの流動圧力に変動があったときでも、圧力変動による各バルブの開閉動作によるばたつき音が急激に変化することはなく、異音の発生が抑制される。
このように、揺動バルブ40のばたつきが抑制されるので、テールパイプ27内に気柱共鳴が発生した際に、前述の開口端反射と閉口端反射との干渉による消音効果が確実に得られ、気柱共鳴による音圧ベルの増大による、騒音の発生が確実に防止されるという効果が得られる。
Also, due to the difference in rotational sensitivity, there is a difference in response to each valve, and even when there is a fluctuation in the flow pressure of exhaust gas, the fluttering sound due to the opening and closing operation of each valve due to pressure fluctuation does not change abruptly, Generation of abnormal noise is suppressed.
Thus, fluttering of the
また、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50は、それぞれ、揺動軸41、51、弁体42、52および錘43、53という簡素な構成により、テールパイプ27内で揺動軸41、51を軸心J40、J50としてそれぞれ回動するので、重量の増大や、製造コストの増大が低減されるという効果が得られる。
In addition, the
また、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50においては、従来の排気装置のような、一対の回動板をスプリング7により付勢して、ばたつきを防止する必要がなくなるという効果が得られる。
排気装置20においては、エンジン21が高速で回転する時でも、揺動軸41の軸心J40を中心に滑らかに揺動するので、背圧が高まってしまいエンジン21に余計な負荷が加わってしまうことはなく、従来の背圧の問題が解消され、エンジン21の排気性能が向上するという効果が得られる。
Further, in the
In the
テールパイプ27内を流れる排気流のみを受けることにより、テールパイプ27の通路断面積の大きさを可変するように揺動軸41の軸心J40を中心に揺動バルブ40が揺動するので、気柱共鳴発生時にエンジン21の運転状態に応じた排気流量の排気流の流動圧力に基づいて揺動バルブ40を揺動させることができる。
By receiving only exhaust stream flowing through the
このため、エンジン21の定常回転域に一次成分f1、二次成分f2の気柱共鳴が発生する場合に、揺動バルブ40によって気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制することができるという効果が得られる。すなわち、揺動バルブ40によってテールパイプ27の開口部48の開口率が20%程度に絞られるので、気柱共鳴の発生原因となる開口端反射波と、この閉口端反射波と位相が180度異なる閉口端反射波の両方を発生させることができ、この記開口端反射波と閉口端反射波とを干渉させることができる。この干渉により、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制することができる。
For this reason, when the air column resonance of the primary component f 1 and the secondary component f 2 occurs in the steady rotation region of the
また、揺動バルブ40は、揺動軸41の軸心J40を中心に滑らかに揺動するので、エンジン21が高回転域にある状態で、スロットルバルブを閉じて減速する場合、排気流量が大幅に減少して揺動バルブ40の受圧面部46cが受ける流動圧力が低下しても、揺動バルブ40が速やかに上流側に揺動するので、テールパイプ27の開口部48の開口率を速やかに20%程度に絞ることができる。したがって、エンジン21の減速時においても、速やかに気柱共鳴の発生原因となる開口端反射波と位相が180度異なる閉口端反射波を発生させ、この閉口端反射波と前述の開口端反射波とを干渉させることができ、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制することができる。
Further, since the
また、揺動バルブ40は、弁体42に整流板47が設けられているので、排気流が弁体42を通過する際の気流音の発生が抑制されるという効果が得られる。
すなわち、この整流板47が設けられた弁体42の場合、図14に示す整流板が設けられていない弁体の場合と比較して、この弁体を通過する排気ガスの気流音の発生が抑制されるようになっている。
図14に示す整流板が設けられていない弁体の場合、この弁体の半円状の下端部および直線状の幅方向両端部と図示しないテールパイプの内周面との間の隙間を排気流a、bが通過する瞬間に渦流などの乱流が発生して気流音が生じてしまう。
Further, since the
That is, in the case of the
In the case of the valve body not provided with the rectifying plate shown in FIG. 14, the gap between the semicircular lower end portion and the linear width direction both end portions of the valve body and the inner peripheral surface of the tail pipe (not shown) is exhausted. At the moment when the flows a and b pass, a turbulent flow such as a vortex is generated and an air flow noise is generated.
これに対して、図15に示すように、整流板47が設けられた弁体42の場合、弁体42の下端部および幅方向両側部と、図示しないテールパイプ27の内周面との間の隙間を排気流a1、b2が通過する際、排気流a1、b2が整流されるので、渦流などの乱流の発生が抑制されることになる。
On the other hand, as shown in FIG. 15, in the case of the
第1実施形態の排気装置20では、揺動バルブ40の弁体42を受圧板46と整流板47とにより構成し、この整流板47を厚みが一様なもので形成するとともに、錘43を整流板47の湾曲部47cに固定した場合について説明した。
しかしながら、揺動バルブ40の弁体42を他の構造で構成するようにしてもよい。例えば、整流板47の湾曲部47cの厚みが厚くなるよう形成し、湾曲部47cが錘の機能を有するよう構成するようにしてもよい。
In the
However, you may make it comprise the
ばたつき抑制バルブ50においても、弁体52を受圧板56と整流板57とにより構成し、この整流板57を厚みが一様なもので形成するとともに、錘53を整流板57の湾曲部57cに固定した場合について説明した。
しかしながら、ばたつき抑制バルブ50においても、弁体52を他の構造で構成するようにしてもよい。揺動バルブ40と同様に、整流板57の湾曲部57cの厚みが厚くなるよう形成し、湾曲部57cが錘の機能を有するよう構成するようにしてもよい。
Also in the
However, also in the flapping
また、第1実施形態の排気装置20では、揺動バルブ40をテールパイプ27の下流開口端27bの開口に最も近い位置に設け、揺動バルブ40をテールパイプ27内の音圧分布の節に位置させた場合について説明した。しかしながら、揺動バルブ40は、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置すればよく、下流開口端27b以外の位置に配置するようにしてもよい。例えば、図12に示すように、二次成分の音圧分布の真ん中の節に位置するように、すなわち、テールパイプ27の中央部に揺動バルブ40を設けてもよい。また、テールパイプ27の上流開口端27aに揺動バルブ40を設けてもよい。
Further, in the
(第2実施形態)
図17ないし図19は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第2実施形態を示す図であり、第1実施形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
(Second Embodiment)
FIGS. 17 to 19 are views showing a second embodiment of the exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図17、図18に示すように、第2実施形態の排気装置60を構成するテールパイプ67は、上流開口端67aが形成された上流部67Aと、下流開口端67bが形成された下流部67Bとを有している。
As shown in FIGS. 17 and 18, the
上流部67Aには、収容部67cおよび上流開口端67aの通路断面積を拡大した拡径部67hが設けられている。この収容部67cには、揺動バルブ40が上流開口端67aの開口の近傍に収容され、ばたつき抑制バルブ50が、揺動バルブ40の軸心J40とばたつき抑制バルブ50の軸心J50との間の距離がL3となるよう、テールパイプ67の延在方向に離隔するようにして揺動バルブ40の下流側に収容されている。
また、揺動バルブ40には、その下端部とテールパイプ67の内壁面部67nとの間に距離L4の隙間からなる開口部68が画成され、ばたつき抑制バルブ50には、その下端部とテールパイプ67の内壁面部67wとの間に距離L5の隙間からなる開口部69が画成されている。
The
Further, the
この揺動バルブ40は、図19に示すように、揺動軌跡C40に沿って、排気流の流動圧力を受けて下流側に揺動し、排気流の流動圧力が低下すると、自重の作用で上流側に揺動するようになっている。したがって、排気流の流動圧力が加わり、流動圧力がほぼ一定の状態のとき、揺動バルブ40は、前述の揺動周期T40で揺動し、次第に減衰して一定の開口率で開いた状態となる。
As shown in FIG. 19, the oscillating
また、ばたつき抑制バルブ50は、揺動軌跡C50に沿って、排気流の流動圧力を受けて下流側に揺動し、排気流の流動圧力が低下すると、自重の作用で上流側に揺動するようになっている。したがって、排気流の流動圧力がほぼ一定の状態のとき、ばたつき抑制バルブ50は、前述の揺動周期T50で揺動することができる。
Further, rattling
第2実施形態の排気装置60は、前述のように構成されているので、第1実施形態の排気装置20と同様の効果が得られる。
すなわち、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50は、同一の周期で揺動することはなく、互いに揺動を抑制することになる。したがって、揺動バルブ40のばたつきは、ばたつき抑制バルブ50によりその発生が抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制されるという効果が得られる。
このように、揺動バルブ40のばたつきが抑制されるので、テールパイプ67内に気柱共鳴が発生した際に、前述の開口端反射と閉口端反射との干渉による消音効果が確実に得られ、気柱共鳴による音圧ベルの増大による、騒音の発生が確実に防止されるという効果が得られる。
Since the
That is, the oscillating
Thus, fluttering of the
また、第2実施形態の排気装置60は、揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50により、それぞれ構成されているので、第1実施形態と同様、重量の増大や、製造コストの増大が低減されるという効果が得られる。また、背圧が高まってしまいエンジン21に余計な負荷が加わってしまうことはなく、従来の背圧の問題が解消され、エンジン21の排気性能が向上するという効果が得られる。
Further, since the
揺動バルブ40によってテールパイプ67の開口部68の開口率が20%程度に絞られるので、気柱共鳴の発生原因となる開口端反射波と、この閉口端反射波と位相が180度異なる閉口端反射波の両方を発生させることができ、この記開口端反射波と閉口端反射波とを干渉させることができる。この干渉により、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制することができる。
第2実施形態の排気装置60は、第1実施形態の排気装置20と比べて、テールパイプ67の下流開口端67bに収容部27cが形成されていないので、円筒状の簡素な形状となり、車体の後部からその一部が露出しても、外観が損なわれないという効果が得られる。
Since the opening ratio of the
Compared with the
(第3実施形態)
図20は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第3実施形態を示す図であり、第1実施形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
(Third embodiment)
FIG. 20 is a diagram showing a third embodiment of the exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図20に示すように、第3実施形態の排気装置70を構成するテールパイプ77は、上流開口端77aが形成された上流部77Aと、下流開口端77bが形成された下流部77Bとを有している。
上流部77Aの上流開口端77aには、第2実施形態と同様に揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50が設けられている。また、下流部77Bの下流開口端77bには、第1実施形態と同様に揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50が設けられている。
As shown in FIG. 20, the
As in the second embodiment, a
第3実施形態の排気装置70は、前述のように構成されているので、第1実施形態の排気装置20と同様の効果が得られる。
すなわち、上流開口端77aおよび下流開口端77bの両方に設けられた揺動バルブ40およびばたつき抑制バルブ50は、同一の周期で揺動することはなく、互いに揺動を抑制することになる。したがって、揺動バルブ40のばたつきは、ばたつき抑制バルブ50によりその発生が抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制されるという効果が得られる。
Since the
That is, the
このように、上流開口端77aおよび下流開口端77bの両方に設けられた揺動バルブ40のばたつきが抑制されるとともに、テールパイプ77内に気柱共鳴が発生した際に、上流開口端77aおよび下流開口端77bの両方に設けられた揺動バルブ40により、前述の開口端反射と閉口端反射との干渉による消音効果がそれぞれ得られる。
したがって、第3実施形態の排気装置70は、第1実施形態の排気装置20および第2実施形態の排気装置60と比べて、気柱共鳴による音圧ベルの増大による、騒音の発生がより確実に防止されるという効果が得られる。
In this way, fluttering of the
Therefore, the
(第4実施形態)
図21ないし図23は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第4実施形態を示す図であり、第1実施形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
(Fourth embodiment)
FIGS. 21 to 23 are views showing a fourth embodiment of the exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
図21、図22に示すように、第4実施形態の排気装置80を構成するテールパイプ87は、上流開口端87aが形成された上流部87Aと、下流開口端87bが形成された下流部87Bとを有している。
As shown in FIGS. 21 and 22, the
下流部87Bには、収容部87cおよび下流開口端87bの通路断面積を拡大した拡径部87hが設けられている。この収容部87cには、揺動バルブ81が下流開口端87bの開口の近傍に収容され、ばたつき抑制バルブ82が揺動バルブ81の軸心J40とばたつき抑制バルブ82の軸心J50との間の距離がL3となるよう、テールパイプ87の延在方向に離隔するようにして揺動バルブ81の上流側に収容されている。
また、揺動バルブ81には、その下端部とテールパイプ87の内壁面部87nとの間に距離L5の隙間からなる開口部88が画成され、ばたつき抑制バルブ82には、その下端部とテールパイプ87の内壁面部87wとの間に距離L4の隙間からなる開口部89が画成されている。
The
Further, the
この揺動バルブ81は、図22に示すように、第1実施形態のばたつき抑制バルブ50と同様に構成されており、図23に示すように、揺動軌跡C81に沿って、排気流の流動圧力を受けて下流側に揺動し、排気流の流動圧力が低下すると、自重の作用で上流側に揺動するようになっている。したがって、排気流の流動圧力が加わり、流動圧力がほぼ一定の状態のとき、揺動バルブ81は、前述の揺動周期T40で揺動し、次第に減衰して一定の開口率で開いた状態となる。
The
また、ばたつき抑制バルブ82は、図22に示すように、第1実施形態の揺動バルブ40と同様に構成されており、図23に示すように、揺動軌跡C82に沿って、排気流の流動圧力を受けて下流側に揺動し、排気流の流動圧力が低下すると、自重の作用で上流側に揺動するようになっている。したがって、排気流の流動圧力がほぼ一定の状態のとき、ばたつき抑制バルブ82は、前述の揺動周期T50で揺動することができる。
Further, rattling
第4実施形態の排気装置80は、前述のように構成されているので、第1実施形態の排気装置20と同様の効果が得られる。
すなわち、揺動バルブ81およびばたつき抑制バルブ82は、同一の周期で揺動することはなく、互いに揺動を抑制することになる。したがって、揺動バルブ81のばたつきは、ばたつき抑制バルブ82によりその発生が抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制されるという効果が得られる。
Since the
That is, the oscillating
このように、揺動バルブ81のばたつきが抑制されるので、テールパイプ87内に気柱共鳴が発生した際に、前述の開口端反射と閉口端反射との干渉による消音効果が確実に得られ、気柱共鳴による音圧ベルの増大による、騒音の発生が確実に防止されるという効果が得られる。
In this way, fluttering of the
また、揺動バルブ81およびばたつき抑制バルブ82は、それぞれ、第1実施形態のばたつき抑制バルブ50および揺動バルブ40と同様に構成されているので重量の増大や、製造コストの増大が低減されるという効果が得られる。また、背圧が高まってしまいエンジン21に余計な負荷が加わってしまうことはなく、従来の背圧の問題が解消され、エンジン21の排気性能が向上するという効果が得られる。
Further, the
揺動バルブ81によってテールパイプ87の開口部88の開口率が20%程度に絞られるので、気柱共鳴の発生原因となる開口端反射波と、この閉口端反射波と位相が180度異なる閉口端反射波の両方を発生させることができ、この記開口端反射波と閉口端反射波とを干渉させることができる。この干渉により、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制することができる。
Since the opening ratio of the
(第5実施形態)
図24ないし図26は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第5実施形態を示す図であり、第1実施形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
(Fifth embodiment)
FIGS. 24 to 26 are views showing a fifth embodiment of the exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
図24、図25に示すように、第5実施形態の排気装置90を構成するテールパイプ97は、上流開口端97aが形成された上流部97Aと、下流開口端97bが形成された下流部97Bとを有している。
As shown in FIGS. 24 and 25, the
上流部97Bには、収容部97cおよび上流開口端97aの通路断面積を拡大した拡径部97hが設けられている。この収容部97cには、揺動バルブ91が上流開口端97aの開口の近傍に収容され、ばたつき抑制バルブ92が、揺動バルブ91の軸心J40とばたつき抑制バルブ92の軸心J50との間の距離がL3となるよう、テールパイプ97の延在方向に離隔するようにして揺動バルブ91の下流側に収容されている。
また、揺動バルブ91には、その下端部とテールパイプ97の内壁面部97nとの間に距離L5の隙間からなる開口部98が画成され、ばたつき抑制バルブ92には、その下端部とテールパイプ97の内壁面部97wとの間に距離L4の隙間からなる開口部99が画成されている。
The
Further, the
この揺動バルブ91は、図25に示すように、第1実施形態のばたつき抑制バルブ50と同様に構成されており、図26に示すように、揺動軌跡C91に沿って、排気流の流動圧力を受けて下流側に揺動し、排気流の流動圧力が低下すると、自重の作用で上流側に揺動するようになっている。したがって、排気流の流動圧力が加わり、流動圧力がほぼ一定の状態のとき、揺動バルブ91は、前述の揺動周期T40で揺動し、次第に減衰して一定の開口率で開いた状態となる。
The
また、ばたつき抑制バルブ92は、図25に示すように、第1実施形態の揺動バルブ40と同様に構成されており、図26に示すように、揺動軌跡C92に沿って、排気流の流動圧力を受けて下流側に揺動し、排気流の流動圧力が低下すると、自重の作用で上流側に揺動するようになっている。したがって、排気流の流動圧力がほぼ一定の状態のとき、ばたつき抑制バルブ92は、前述の揺動周期T50で揺動することができる。
Further, rattling
第5実施形態の排気装置90は、前述のように構成されているので、第1実施形態の排気装置20と同様の効果が得られる。
すなわち、揺動バルブ91およびばたつき抑制バルブ92は、同一の周期で揺動することはなく、互いに揺動を抑制することになる。したがって、揺動バルブ91のばたつきは、ばたつき抑制バルブ92によりその発生が抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制されるという効果が得られる。
このように、揺動バルブ91のばたつきが抑制されるので、テールパイプ97内に気柱共鳴が発生した際に、前述の開口端反射と閉口端反射との干渉による消音効果が確実に得られ、気柱共鳴による音圧ベルの増大による、騒音の発生が確実に防止されるという効果が得られる。
Since the
That is, the oscillating
In this way, fluttering of the
また、揺動バルブ91およびばたつき抑制バルブ92は、それぞれ、第1実施形態のばたつき抑制バルブ50および揺動バルブ40と同様に構成されているので重量の増大や、製造コストの増大が低減されるという効果が得られる。また、背圧が高まってしまいエンジン21に余計な負荷が加わってしまうことはなく、従来の背圧の問題が解消され、エンジン21の排気性能が向上するという効果が得られる。
Further, the
揺動バルブ91によってテールパイプ97の開口部98の開口率が20%程度に絞られるので、気柱共鳴の発生原因となる開口端反射波と、この閉口端反射波と位相が180度異なる閉口端反射波の両方を発生させることができ、この記開口端反射波と閉口端反射波とを干渉させることができる。この干渉により、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制することができる。
Since the opening ratio of the
(第6実施形態)
図27は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第6実施形態を示す図であり、第1実施形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
(Sixth embodiment)
FIG. 27 is a view showing a sixth embodiment of the exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図27に示すように、第6実施形態の排気装置100を構成するテールパイプ107は、上流開口端107aが形成された上流部107Aと、下流開口端107bが形成された下流部107Bとを有している。
上流部107Aの上流開口端107aには、第5実施形態と同様に揺動バルブ91およびばたつき抑制バルブ92が設けられている。また、下流部107Bの下流開口端107bには、第4実施形態と同様に揺動バルブ81およびばたつき抑制バルブ82が設けられている。
As shown in FIG. 27, the
As in the fifth embodiment, a
第6実施形態の排気装置100は、前述のように構成されているので、第1実施形態の排気装置20と同様の効果が得られる。
すなわち、上流開口端107aおよび下流開口端107bの両方に設けられた揺動バルブ91、81およびばたつき抑制バルブ92、82は、それぞれ同一の周期で揺動することはなく、互いに揺動を抑制することになる。したがって、揺動バルブ91、81のばたつきは、ばたつき抑制バルブ92、82によりその発生が抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制されるという効果が得られる。
Since the
That is, the
このように、上流開口端107aおよび下流開口端107bの両方に設けられた揺動バルブ91、81のばたつきが抑制されるとともに、テールパイプ107内に気柱共鳴が発生した際に、上流開口端107aおよび下流開口端107bの両方にそれぞれ設けられた揺動バルブ91、81により、前述の開口端反射と閉口端反射との干渉による消音効果がそれぞれ得られる。
したがって、第6実施形態の排気装置100は、第4実施形態の排気装置80および第5実施形態の排気装置90と比べて、気柱共鳴による音圧ベルの増大による、騒音の発生がより確実に防止されるという効果が得られる。
In this way, fluttering of the
Therefore, in the
(第7実施形態)
図28ないし図33は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第7実施形態を示す図であり、第1実施形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
(Seventh embodiment)
FIGS. 28 to 33 are views showing a seventh embodiment of the exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
図28ないし図30に示すように、第7実施形態の排気装置110は、排気管としてのテールパイプ117と、第1バルブとしての揺動バルブ111と、第2バルブとしてのばたつき抑制バルブ112とを備え、他の構成要素は第1実施形態の排気装置20と同様に構成されている。
As shown in FIGS. 28 to 30, the
テールパイプ117は、円筒状に形成された上流部117Aと、下流部117Bとを有し、所定の長さL2で形成されている。上流部117Aには上流開口端117aが形成され、下流部117Bには、下流開口端117bが形成されている。
また、下流部117Bには、図29、図30に示すように、収容部117cが設けられている。この収容部27cの上部には、揺動バルブ111を取付けるための一対のバルブ取付孔117d、117eと、ばたつき抑制バルブ112を取付けるための一対のバルブ取付孔117f、117gとがそれぞれ形成されている。
Further, as shown in FIGS. 29 and 30, the
この収容部117cには、揺動バルブ111が下流開口端117bの開口の近傍に収容され、ばたつき抑制バルブ112が、揺動バルブ111の軸心J111とばたつき抑制バルブ112の軸心J112との間の距離がL3となるよう、テールパイプ117の延在方向に離隔するようにして揺動バルブ111の上流側に収容されている。
また、揺動バルブ111には、その下端部とテールパイプ117の内壁面部117nとの間に距離L4の隙間からなる開口部118が画成され、ばたつき抑制バルブ112には、その下端部とテールパイプ117の内壁面部117wとの間に距離L4の隙間からなる開口部119が画成されている。
The
Further, the
この揺動バルブ111は、図30、図32に示すように、第1実施形態の揺動バルブ40と同様に構成されており、図33に示すように、揺動軌跡C111に沿って、排気流の流動圧力を受けて下流側に揺動し、排気流の流動圧力が低下すると、自重の作用で上流側に揺動するようになっている。したがって、排気流の流動圧力が加わり、流動圧力がほぼ一定の状態のとき、揺動バルブ111は、前述の揺動周期T40で揺動し、次第に減衰して一定の開口率で開いた状態となる。
また、ばたつき抑制バルブ112は、図30ないし図32に示すように、第2揺動軸としての揺動軸41と、第2弁体としての弁体113と、錘43と、スナップリング44、45とを有している。
As shown in FIGS. 30 and 32, the
As shown in FIGS. 30 to 32, the
弁体113は、受圧板46と、整流板114とを備えている。整流板114は、厚みが一様で表面が平坦に形成され、対向して配置された一対の側部114a、114bと、この側部114a、114bと一体的に湾曲して形成された湾曲部114cとを有している。
側部114aには、貫通孔114dが上端部から湾曲部114cの方向に離隔して形成されており、揺動軸41が揺動可能に挿通されるようになっている。また、側部114bにも、貫通孔114eが上端部から湾曲部114cの方向に離隔して形成されており、揺動軸41が揺動可能に挿通されるようになっている。
The
A through hole 114d is formed in the
図32に示すように、ばたつき抑制バルブ112の質量中心P112と、軸心J112との間の第2長さとしての長さは、L112(m)となっている。このばたつき抑制バルブ112は、重力の加速度をg(9.8m/sec2)とすると、下記の式(9)で表される揺動周期T112(左右の一往復の時間:sec)で揺動するよう構成されている。
また、ばたつき抑制バルブ112の弁体113とテールパイプ117の下流部117Bの内壁面部117wとの間の距離がL4となるよう隙間が形成されており、この隙間を排気ガスが流通するようになっている。
また、図33に示すように、ばたつき抑制バルブ112は、揺動軌跡C112に沿って、排気流の流動圧力を受けて下流側に揺動し、排気流の流動圧力が低下すると、自重の作用で上流側に揺動するようになっている。したがって、排気流の流動圧力がほぼ一定の状態のとき、ばたつき抑制バルブ112は、前述の揺動周期T112で揺動することができる。
The distance between the
Further, as shown in FIG. 33, the
このばたつき抑制バルブ112の図32に示す長さL112は、揺動バルブ111の長さL40よりも、短くなるよう、ばたつき抑制バルブ112および揺動バルブ111がそれぞれ構成されている。したがって、ばたつき抑制バルブ112の揺動周期T112と、揺動バルブ111の揺動周期T40とは、T40>T112の関係にあり、互いに異なっている。
The
第7実施形態の排気装置110は、前述のように構成されているので、第1実施形態の排気装置20と同様の効果が得られる。
Since the
すなわち、揺動バルブ111およびばたつき抑制バルブ112は、同一の周期で揺動することはなく、互いに揺動を抑制することになる。したがって、揺動バルブ111のばたつきは、ばたつき抑制バルブ112によりその発生が抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制されるという効果が得られる。
That is, the
このように、揺動バルブ111のばたつきが抑制されるので、テールパイプ117内に気柱共鳴が発生した際に、前述の開口端反射と閉口端反射との干渉による消音効果が確実に得られ、気柱共鳴による音圧ベルの増大による、騒音の発生が確実に防止されるという効果が得られる。
In this way, fluttering of the
また、揺動バルブ111およびばたつき抑制バルブ112は、それぞれ第1実施形態の揺動バルブ40と同様に構成されているので重量の増大や、製造コストの増大が低減されるという効果が得られる。また、背圧が高まってしまいエンジン21に余計な負荷が加わってしまうことはなく、従来の背圧の問題が解消され、エンジン21の排気性能が向上するという効果が得られる。
Further, since the
揺動バルブ111によってテールパイプ117の開口部118の開口率が20%程度に絞られるので、気柱共鳴の発生原因となる開口端反射波と、この閉口端反射波と位相が180度異なる閉口端反射波の両方を発生させることができ、この記開口端反射波と閉口端反射波とを干渉させることができる。この干渉により、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制することができる。
Since the opening ratio of the
(第8実施形態)
図34、図35は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第8実施形態を示す図であり、第1実施形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
(Eighth embodiment)
FIGS. 34 and 35 are views showing an eighth embodiment of the exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
図34、図35に示すように、第8実施形態の排気装置120は、排気管としてのテールパイプ127と、第1バルブとしての揺動バルブ121と、第2バルブとしてのばたつき抑制バルブ122とを備え、他の構成要素は第7実施形態の排気装置110と同様に構成されている。
As shown in FIGS. 34 and 35, the
テールパイプ127は、円筒状に形成された上流部127Aと、下流部127Bとを有し、所定の長さL2で形成されている。上流部127Aには上流開口端127aが形成され、下流部127Bには、下流開口端127bが形成されている。
また、下流部127Bには、図35に示すように、収容部127cが設けられている。
この収容部127cには、揺動バルブ121が下流開口端127bの開口の近傍に収容され、ばたつき抑制バルブ122が、揺動バルブ121の軸心J121とばたつき抑制バルブ122の軸心J122との間の距離がL3となるよう、テールパイプ127の延在方向に離隔するようにして揺動バルブ121の上流側に収容されている。
また、揺動バルブ121には、その下端部とテールパイプ127の内壁面部127nとの間に距離L4の隙間からなる開口部128が画成され、ばたつき抑制バルブ122には、その下端部とテールパイプ127の内壁面部127wとの間に距離L4の隙間からなる開口部129が画成されている。
Moreover, as shown in FIG. 35, the
The
Further, the
この揺動バルブ121は、第1錘としての錘123を含み第1実施形態の揺動バルブ40と同様に構成されている。この揺動バルブ121の質量中心P121と、軸心J121との間の第1長さとしての長さは、L121(m)となっている。この揺動バルブ121は、重力の加速度をg(9.8m/sec2)とすると、下記の式(10)で表される揺動周期T121(左右の一往復の時間:sec)で揺動するよう構成されている。
また、ばたつき抑制バルブ122は、第2錘としての錘124を含み第1実施形態の揺動バルブ40と同様に構成されている。
The
The
このばたつき抑制バルブ122の質量中心P122と、軸心J122との間の第2長さとしての長さは、L122(m)となっている。このばたつき抑制バルブ122は、重力の加速度をg(9.8m/sec2)とすると、下記の式(11)で表される揺動周期T122(左右の一往復の時間:sec)で揺動するよう構成されている。
このばたつき抑制バルブ122の長さL122は、揺動バルブ121の長さL121よりも、短くするため、錘123の重量が錘124の重量よりも大きくなるよう、ばたつき抑制バルブ122および揺動バルブ121がそれぞれ構成されている。したがって、ばたつき抑制バルブ122の揺動周期T122と、揺動バルブ121の揺動周期T121とは、T121>T122の関係にあり、互いに異なっている。
Since the length L 122 of the
第8実施形態の排気装置120は、前述のように構成されているので、第1実施形態の排気装置20と同様の効果が得られる。
すなわち、揺動バルブ121およびばたつき抑制バルブ122は、同一の周期で揺動することはなく、互いに揺動を抑制することになる。したがって、揺動バルブ121のばたつきは、ばたつき抑制バルブ122によりその発生が抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制されるという効果が得られる。
Since the
That is, the
錘123の重量が錘124の重量よりも大きくなるよう構成されているので、揺動バルブ40に及ぶ流動圧力に対する回転感度が変わり、揺動バルブ40に励起されるばたつきが抑制され、ばたつきによる異音の発生が抑制される。
また、回転感度が異なることにより、各バルブに応答差ができ、排気ガスの流動圧力に変動があったときでも、圧力変動による各バルブの開閉動作による排気音が急激に変化することはなく、異音の発生が確実に抑制される。
Since the weight of the
Also, due to the difference in rotational sensitivity, there is a difference in response to each valve, and even when there is fluctuation in the flow pressure of exhaust gas, the exhaust sound due to opening and closing operation of each valve due to pressure fluctuation does not change suddenly, Generation of abnormal noise is reliably suppressed.
このように、揺動バルブ121のばたつきが抑制されるので、テールパイプ127内に気柱共鳴が発生した際に、前述の開口端反射と閉口端反射との干渉による消音効果が確実に得られ、気柱共鳴による音圧ベルの増大による、騒音の発生が確実に防止されるという効果が得られる。
Thus, fluttering of the
また、揺動バルブ121およびばたつき抑制バルブ122は、錘123、124以外はそれぞれ第1実施形態の揺動バルブ40と同様に構成されているので重量の増大や、製造コストの増大が低減されるという効果が得られる。また、背圧が高まってしまいエンジン21に余計な負荷が加わってしまうことはなく、従来の背圧の問題が解消され、エンジン21の排気性能が向上するという効果が得られる。
Further, since the
揺動バルブ121によってテールパイプ127の開口部128の開口率が20%程度に絞られるので、気柱共鳴の発生原因となる開口端反射波と、この閉口端反射波と位相が180度異なる閉口端反射波の両方を発生させることができ、この記開口端反射波と閉口端反射波とを干渉させることができる。この干渉により、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制することができる。
Since the opening ratio of the
第7実施形態の排気装置110および第8実施形態の排気装置120においては、揺動バルブ111、121を、それぞれ下流開口端117b、127bの開口の近傍に収容した場合について説明した。しかしながら、下流開口端117b、127bの開口の近傍に収容する構造以外の構造で構成するようにしてもよい。例えば、揺動バルブ111、121を、上流開口端117a、127aの開口の近傍に収容するようにしてもよい。また、揺動バルブ111、121を上流開口端117a、127aおよび下流開口端117b、127bの両方の開口の近傍にそれぞれ収容するようにしてもよい。
In the
なお、これらの構造の場合、第7実施形態の排気装置110および第8実施形態の排気装置120と同様に、揺動バルブ111、121のそれぞれに離隔してばたつき抑制バルブが設けられ、揺動バルブ111、121のばたつきの励起が抑制される。
In the case of these structures, as with the
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、重量の増大や製造コストの増大を低減しつつ、簡素な構成で、テールパイプの気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうことを確実に抑制することができるという効果を有し、排気ガスの排気方向の最下流に設けられたテールパイプの気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制するようにした内燃機関の排気装置として有用である。 As described above, the exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention reduces the increase in weight and the increase in manufacturing cost, and increases the sound pressure level due to air column resonance of the tail pipe with a simple configuration. An exhaust system for an internal combustion engine that has the effect of being able to reliably suppress this, and that suppresses an increase in sound pressure level due to air column resonance of a tail pipe provided at the most downstream in the exhaust gas exhaust direction. Useful as.
20、60、70、80、90、100、110、120 排気装置
21 エンジン(内燃機関)
27、67、77、87、97、107、117、127 テールパイプ
27A、67A、77A、87A、97A、107A、117A、127A 上流部
27B、67B、77B、87B、97B、107B、117B、127B 下流部
27a、67a、77a、87a、97a、107a、117a、127a 上流開口端
27b、67b、77b、87b、97b、107b、117b、127b 下流開口端
27c、67c、87c、97c、117c、127c 収容部
27h、67h、87h、97h 拡径部
40、81、91、111、121 揺動バルブ(第1バルブ)
41 揺動軸(第1揺動軸、第2揺動軸)
42 弁体(第1弁体)
43、123 錘(第1錘)
46、56 受圧板
47、57、114 整流板
48、58、68、69、88、89、98、99、118、119、128、129 開口部
50、82、92、112、122 ばたつき抑制バルブ(第2バルブ)
51 揺動軸(第2揺動軸)
52、113 弁体(第2弁体)
53、124 錘(第2錘)
L40、L121 長さ(第1長さ)
L50、L122 長さ(第2長さ)
T40、T121 揺動周期(第1バルブの揺動周期)
T50、T122 揺動周期(第2バルブの揺動周期)
20, 60, 70, 80, 90, 100, 110, 120
27, 67, 77, 87, 97, 107, 117, 127
41 oscillating shaft (first oscillating shaft, second oscillating shaft)
42 Valve body (first valve body)
43,123 weights (first weight)
46, 56
51 Oscillation axis (second oscillation axis)
52, 113 Valve body (second valve body)
53,124 weight (second weight)
L 40, L 121 length (first length)
L 50, L 122 length (second length)
T40 , T121 swing cycle (swing cycle of the first valve)
T 50, T 122 swing period (second valve swing period)
Claims (6)
前記排気管の上部に取付けられた第1揺動軸を有するとともに、前記排気管内を流れる排気流のみを受けることにより、前記排気管の通路断面積の大きさを可変するように前記第1揺動軸を中心に揺動する第1弁体とを有する第1バルブと、
前記第1揺動軸に対して前記排気管の延在方向に離隔するようにして前記排気管の上部に取付けられた第2揺動軸を有するとともに、前記排気管内を流れる排気流のみを受けることにより、前記排気管の通路断面積の大きさを可変するように前記第2揺動軸を中心に揺動する第2弁体とを有する第2バルブとを備え、
前記排気流を受けたときの前記第1バルブの揺動周期と、前記第2バルブの揺動周期とを異ならせることを特徴とする内燃機関の排気装置。 Provided on the downstream side in the exhaust direction of the internal combustion engine, and having a downstream opening end on the downstream side in the exhaust direction for exhausting the exhaust gas of the internal combustion engine into the atmosphere, and an upstream opening end for introducing the exhaust gas in the upstream in the exhaust direction In the exhaust device provided with the exhaust pipe on the side,
The first rocking shaft is attached to the upper part of the exhaust pipe and receives only the exhaust flow flowing through the exhaust pipe, so that the size of the first cross-sectional area of the exhaust pipe is variable. A first valve having a first valve body that swings about a dynamic axis;
The second swing shaft is attached to the upper portion of the exhaust pipe so as to be spaced apart from the first swing shaft in the extending direction of the exhaust pipe, and receives only the exhaust flow flowing through the exhaust pipe. And a second valve having a second valve body that swings about the second swing shaft so as to vary the size of the passage cross-sectional area of the exhaust pipe.
An exhaust system for an internal combustion engine, wherein a swing cycle of the first valve when receiving the exhaust flow is different from a swing cycle of the second valve.
前記第1バルブの前記第1揺動軸の軸心から第1弁体の質量中心までの第1長さを、前記第2バルブの前記第2揺動軸の軸心から前記第2弁体の質量中心までの第2長さよりも長くしたことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気装置。 The first valve and the second valve are provided on the downstream opening end side so that the second valve is located upstream of the first valve in the exhaust direction of the exhaust flow,
The first length from the center of the first swing shaft of the first valve to the center of mass of the first valve body is set to the second valve body from the center of the second swing shaft of the second valve. 2. The exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust system is longer than a second length up to the center of mass.
前記第1バルブの前記第1揺動軸の軸心から第1弁体の質量中心までの第1長さを、前記第2バルブの前記第2揺動軸の軸心から前記第2弁体の質量中心までの第2長さよりも短くしたことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の排気装置。 The first valve and the second valve are provided on the downstream opening end side so that the second valve is located upstream of the first valve in the exhaust direction of the exhaust flow,
The first length from the center of the first swing shaft of the first valve to the center of mass of the first valve body is set to the second valve body from the center of the second swing shaft of the second valve. The exhaust system for an internal combustion engine according to claim 1, wherein the exhaust system is shorter than a second length to the center of mass of the internal combustion engine.
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