JP5064453B2

JP5064453B2 - 車両用エンジンの排気管に設けられる消音器

Info

Publication number: JP5064453B2
Application number: JP2009179381A
Authority: JP
Inventors: 史明村上; 美彦江口
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2029-07-31
Also published as: CN101988406B; US8083025B2; US20110024228A1; JP2011032924A; CN101988406A

Description

本発明は、車両用のエンジンの排気管に設けられる消音器に関し、特に、排気音の低周波数成分の音圧減衰効果を高めるようにした、消音器に関する。

従来、車両用エンジンの排気管に設けられる消音器において、排気管３の途中に介入される内筒１０と、この内筒１０を収容してそれとの間に膨張室１１を形成するハウジング１２とを備え、ハウジング１２内の膨張室１１を半径方向内側の内側膨張室１１ａと半径方向外側の外側膨張室１１ｂとに区画する仕切り筒１７を設け、外側膨張室１１ｂに吸音材２３を充填すると共に、仕切り筒１７に内側膨張室１１ａと外側膨張室１１ｂとを連通する小孔群２２を形成し、更に内筒１０にその内部を内側膨張室１１ａに連通する小孔群２１を形成して、排気管３を伝播する排気音を、内筒１０の小孔群２１から内側膨張室１１ａに行き渡らせた後、仕切り管１７の小孔群２２から外側膨張室１１ｂに行き渡らせ、外側膨張室１１ｂにより排気音の音圧を減衰させるものが知られている（後記特許文献１参照）。

特開２００８−１３８６０８号公報

ところで、吸音材は排気音の高周波数（５００Hz〜）成分の音圧を減衰させる効果が大きいが、排気音の低周波数（〜１００Hz）成分の音圧を減衰させる効果が小さく、前記特許文献１に開示される消音器は、高周波数成分の音圧を効果的に減衰できる一方で、低周波数成分の音圧を十分に減衰できない課題が残る。

一般に、排気音の低周波数成分の音圧を減衰するには、
(1) 排気管の径を小さくする、つまり排気通路を絞る、
(2) 排気管の長さを伸ばす、つまり排気通路を長くする、
(3) 膨張室の容積を増加する、
等の対策が効果を奏するが、前記(1) は排気の背圧（排気の吐出を妨げる圧力）を高めて、エンジン出力を低下させる要因になり、前記(2) は、車両全長長さの制約、車両床下の他部品との干渉という制約から排気管の長さを伸ばせない場合があり、前記(3) は同じく車両床下の他部品との干渉という制約から膨張室の容積を増加できないことがあって、(1) 〜(3) の対策は、それぞれ新たな課題があり、また実施する上での困難さを伴う。

本発明は、こうした技術背景を基になされたもので、前記特許文献１に開示される消音器における「低周波数成分の音圧を十分に減衰できない」という課題を、前記(2) の「排気管の長さを伸ばす」対策により解決し、しかも車両全長長さの制約や、車両床下の他部品の干渉という制約を受けないで、この対策を実施できるようにした、新規な車両用エンジンの排気管に設けられる消音器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本請求項１記載の発明は、車両用エンジンの排気管に設けられる消音器であって、
排気管の途中に介入する内筒と、この内筒を収容してそれとの間に膨張室を形成するハウジングとを備え、
ハウジング内に膨張室を半径方向内側の内側膨張室と半径方向外側の外側膨張室とに区画する仕切り筒を設け、外側膨張室に吸音材を充填すると共に、仕切り筒に内側膨張室と外側膨張室とを連通する仕切り筒小孔群を形成し、内筒にその内部を内側膨張室に連通する内筒小孔群を形成するものにおいて、
内筒を流れる排気ガスの流れ方向において、仕切り筒小孔群は、内筒小孔群よりも上流側にあって、仕切り筒小孔群と内筒小孔群とを軸方向に重なり合わせることなく、かつ軸方向に所定距離を隔てて形成したことを特徴としている。

本請求項１記載の発明によれば、内筒を流れる排気ガスの流れ方向において、仕切り筒小孔群は、内筒小孔群よりも上流側にあって、仕切り筒小孔群と内筒小孔群とを軸方向に重なり合わせることなく、且つ軸方向に所定距離隔てて形成したので、内筒内側の排気通路から膨張室に至るまでの間に、内筒の外周と仕切り筒の内周とで前記所定距離の円環状（小孔のない）の排気通路が形成されることになり、エキゾーストマニホールドの集合部から消音器の膨張室に至るまでの排気通路の長さが前記所定距離に相当する分伸び、また消音器の膨張室からテールパイプの開放端に至るまでの長さも前記所定距離に相当する分伸び、前記特許文献１に開示のものに比べて排気通路全体の長さを伸ばすことができ、排気管の長さや消音器の容積を拡大することなく、排気音の低周波数成分の音圧減衰効果が向上する。

しかも、前記内筒小孔群と仕切り筒小孔群の軸方向における相対位置を変更するだけなので、排気管長さを伸ばすときに生じ易い車両全長長さの制約や車両床下の他部品との干渉という制約を受けない。

本発明の消音器を備えた車両用エンジンの排気系の全体側面図（実施例）図１の２−２線に沿う拡大断面図（実施例）図２の３矢視仮想線囲い部分の拡大図（実施例）図２の４−４線に沿う断面図（実施例）図２と同じ断面図（実施例の変形例）図２と同じ断面図（参考例）周波数に対する音圧減衰量の変化を示す図表

以下、本発明の実施形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

本実施例は、本発明の消音器を自動車用多気筒エンジンの排気系に実施した場合である。

まず、図１〜４により、本発明の実施例について説明する。

図１において、自動車車体Ｂのエンジンルームに搭載される多気筒エンジンＥの排気ポートにはエキゾーストマニホールド１が接続され、このエキゾーストマニホールド１の排気集合部１ａから大気に開口するテールパイプの大気開放口２に至る排気管３が自動車車体Ｂに床下に縦走配置される。

この排気管３には、その上流側、すなわちエンジンＥ側から触媒コンバータ５、プリ・マフラ（補助消音器）６およびメイン・マフラ（主消音器）７が順次に間隔を置いて介装される。

前記プリ・マフラ６は、本発明にかかる消音器であって、以下に、このプリ・マフラ６の構造について詳細に説明する。

図２〜４に示すように、プリ・マフラ６は、排気管３の途中に介入して、それをエキゾーストマニホールド１側の上流側排気管３ａと大気開放口２側の下流側排気管３ｂとの分割する内筒１０と、この内筒１０を収容して、それとの間に膨張室１１を画成するハウジング１２とを備える。ハウジング１２は、内筒１０を略同心円状に囲繞する外筒１３と、この外筒１３の開口両端にカシメ結合される一対の環状の端板１４，１４′とで密閉状に形成される。これらの端板１４，１４′は、内筒１０の両端部外周面に嵌合するボス１４ａ，１４′ａを有しており、これらのボス１４ａ，１４′ａと内筒１０の両端部とは、上流側排気管３ａおよび下流側排気管３ｂの互いに対向する端部外周面に嵌合して、環状溶接部１５により気密に結合される。こうして上流側排気管３ａおよび下流側排気管３ｂは、内筒１０を介して相互に連通される。

また、ハウジング１２内には、前記膨張室１１を半径方向内方側の内側膨張室１１ａと、半径方向外側方の外側膨張室１１ｂとに区画する仕切り筒１７が配設される。この仕切り筒１７は、内筒１０を略同心円状に囲繞しており、その前後両端が先細りのコーン状に形成されていて、溶接部を介して内筒１０の外周面に結合される。また、仕切り筒１７の下流側排気管３ｂに近い下流側部分１７ｄは、残余の部分よりも径大に形成されている。

内筒１０には、その内部を前記内側膨張室１１ａに連通する内筒小孔群２１が穿設される。その内筒小孔群２１は、図２に示すように、内筒１０の全長の１／２よりも短い下流側領域Ａ（仕切り筒１７の下流側部分１７ｄに対応する領域）において、その略全周にわたり設けられる。

また、仕切り筒１７の筒部１８には、その全長の１／２よりも長い上流側領域Ｂにおいて、その略全周にわたり、内側膨張室１１ａと外側膨張室１１ｂとを連通する仕切り筒小孔群２２が穿設される。

しかして、図２に示すように、内筒（１０）を流れる排気ガスの流れ方向において、仕切り筒小孔群（２２）は、内筒小孔群（２１）よりも上流側にあって、内筒小孔群２１と、仕切り筒小孔群２２とは、軸方向で重なりあうことがなく、内筒小孔群２１領域Ａと、仕切り筒小孔群２２領域Ｂとの間の所定距離Ｃには、内筒１０と仕切り筒１７の何れにも小孔が穿設されない。

内筒小孔群２１を穿設した内筒１０および仕切り筒小孔群２２を穿設した仕切り筒１７は、いずれも多数の小孔を穿設したパンチングプレートを筒状に丸め、その両端を突き合せ溶接して製作される。

前記外側膨張室１１ｂには吸音材２３が充填される。この吸音材２３は、特に耐熱性の高い第１グラスウール層２３ａと、この第１グラスウール層２３ａを囲繞する、それよりも耐熱性が低いが廉価な第２グラスウール層２３ｂとで構成される。このような構成により、総合的に吸音性は勿論、耐熱性およびコストを満足させる吸音材２３を得ることができる。この吸音材２３が仕切り筒小孔群２２から内側膨張室１１ａへ引き込まれるのを防ぐために、仕切り筒１７の外周面には、耐熱性の高い、たとえば、ステンレスウールなどの濾過材２４が纏着される。

つぎに、前記構成のプリ・マフラ６の組立順序について説明する。

内筒１０の外周面に仕切り筒１７を嵌合し、両者を両端で一体に溶接したものに、濾過材２４、第１グラスウール層２３ａおよび第２グラスウール層２３ｂを順に巻き付け、それを外筒１３に差し込んだ後、外筒１３の両端に端板１４，１４′を取り付け、外筒１３の両端に端板１４，１４′をそれぞれカシメ結合する。その後、内筒１０の両端に上流側排気管３ａと下流側排気管３ｂを差し込み、端板１４、内筒１０の一端および上流側排気管３ａと、端板１４′、内筒１０の他端および下流側排気管３ｂをそれぞれ溶接する。

つぎに、この実施例の作用について説明する。

エンジンＥの運転中、そこから排出される排気ガスは、エキゾーストマニホールド１を経て排気管３に導かれ、触媒コンバータ５によりＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害成分が除去された後、プリ・マフラ６およびメイン・マフラ７を順次通過しながら消音され、大気に放出される。

つぎに、前述のように構成されるプリ・マフラ６内に流入した排気音の消音過程について説明する。

上流側排気管３ａを流れる排気ガスは、ハウジング１２内の内筒１０に導かれる。内筒１０内を流れる排気ガスの一部は、内筒側小孔群２１を通過して内側膨張室１１ａに流れ、そこから仕切り筒小孔群２２を通って外側膨張室１１ｂへと流れ、ここで吸音材２３により吸音される。

ところで、内筒１０を流れる排気ガスの流れ方向において、仕切り筒小孔群２２は、内筒小孔群２１よりも上流側にあって、内筒小孔群２１と、仕切り筒小孔群２２とは、軸方向に重なり合わせることなく、軸方向に所定距離Ｃを隔てて形成したので、内筒１０内側の排気通路から内側膨張室１１ａに至るまでの間に、内筒１０の外周と仕切り筒１７の内周とで所定距離Ｃの、小孔の存しない円環状の排気通路ｐが形成されることになり、この排気通路ｐによって内筒１０の一端から内側膨張室１１ａに至るまでの排気通路の長さが、所定距離Ｃに相当する分伸びることになり、さらに、内筒１０の他端から内側膨張室１１ａに至るまでの排気通路の長さも前記所定距離Ｃに相当する分伸びることになる。結局、エキゾーストマニホールド１の集合部から内側膨張室１１ａに至るまでの排気通路の長さが所定距離Ｃに相当する分伸び、また内側膨張室１１ａからテールパイプの大気開放口２に至るまでの長さも所定距離Ｃに相当する分伸び、排気通路の全体の実質的な長さが伸びたことと同じになるので、プリ・マフラ６を流れる排気音の低周波数成分の音圧減衰効果が向上する。

また、内筒小孔群２１と仕切り筒小孔群２２の軸方向における相対位置を変更するだけなので、排気管長さを伸ばすときに生じ易い車両全長長さの制約や車両床下の他部品との干渉という制約を受けない。

つぎに、図５を参照して、前記実施例の変形例について説明する。

この変形例において、前記実施例と同じ要素には同じ符号が付される。

図５において、内筒１０の軸方向の中間部には、軸方向の領域Ａにおいて、その略全周にわたり内筒小孔群２１が穿設され、一方、仕切り筒１７には、内筒小孔群２１の軸方向両側に所定距離Ｃ，Ｃ（小孔が穿設されない）をあけて軸方向の領域Ｂ，Ｂにおいて、その略全周にわたり仕切り筒小孔群２２，２２が穿設される。その他の構成は前記実施例と同じである。

しかして、この変形例も前記実施例と同じ作用を奏するものであって、内筒小孔群２１と、仕切り筒小孔群２２，２２とは、軸方向に重なり合わせることなく、軸方向に所定距離Ｃ，Ｃを隔てて形成したことにより、内筒１０内側の排気通路から内側膨張室１１ａに至るまでの間に、内筒１０の外周と仕切り筒１７の内周とで所定距離Ｃ，Ｃの、小孔の存しない円環状の排気通路ｐ，ｐが形成されることになり、これらの排気通路ｐ，ｐによって内筒１０の一端から内側膨張室１１ａに至るまでの排気通路の長さが、所定距離Ｃ，Ｃに相当する分伸びることになり、さらに、内筒１０の他端から内側膨張室１１ａに至るまでの排気通路の長さも前記所定距離Ｃ，Ｃに相当する分伸びることになり、排気通路の全体の実質的な長さが伸びたことと同じになり、前記実施例のものと同様にプリ・マフラ６を流れる排気音の低周波数成分の音圧減衰効果が向上する。

つぎに、図６を参照して、参考例について説明する。

この参考例において、前記実施例と同じ要素には同じ符号が付される。

この参考例は、排気管３に接続される内筒１００が、内側筒１００ａと外側筒１００ｂとの２重筒により構成され、前記実施例の仕切り筒１７が省略される。

プリ・マフラ６は、内筒１００と、この内筒１００を収容して、それとの間に膨張室１１を画成するハウジング１２とを備える。内筒１００は、上流側排気管３ａを延長して形成される内側筒１００ａと、この内側筒１００ａと下流側排気管３ｂとを連通する外側筒１００ｂとより構成される。

外側筒１００ｂは、ハウジング１２の軸方向の一端（上流端）から他端（下流端）まで延びており、内側筒１００ａは、その全長にわたり、その筒壁に通孔を有しない無孔筒体に形成して、前記一端で外側筒１００ｂの内周に片持ち状に嵌合支持されていて、外側筒１００ｂとの間に空間を有しながら前記他端側に延びており、その下流側開口端が前記他端よりも手前（上流側）に位置している。また、外側筒１００ｂには、その内部を膨張室１１に連通する内筒小孔群２１が穿設され、この小孔群２１は、内側筒１００ａの前記開放端よりも所定距離Ｃ前記一端（上流端）側に偏倚した位置からその一端寄りの領域Ｂにその略全周にわたり形成されている。

ハウジング１２は、内筒１００を略同心円状に囲繞する外筒１３と、この外筒１３の開口両端にカシメ結合される一対の環状の端板１４，１４′とで密閉状に形成される。端板１４，１４′は、外側筒１００ｂの両端外周面に嵌合するボス１４ａ，１４ａ′有しており、ボス１４ａは外側筒１００ｂの外周面に嵌合して、上流側排気管３ａと共に溶接により気密に結合され、また、ボス１４ａ′は、外側筒１００ｂの外周面に嵌合して、下流側排気管３ｂと共に溶接により気密に結合される。

前記膨張室１１には吸音材２３が装填される。この吸音材２３は、前記実施例と同じく、第１グラスウール層２３ａと、第２グラスウール層２３ｂとで構成される。

この吸音材２３が内筒小孔群２１から内筒１００内へ引き込まれるのを防ぐために、外側筒１００ｂの外周面には、ステンレスウールなどの濾過材２４が纏着される。

外側筒１００ｂに濾過材２４、第１グラスウール層２３ａおよび第２グラスウール層２３ｂを順に巻き付け、それを外筒１３に差し込んだ後、外筒１３の両端に端板１４，１４′を取り付け、外筒１３の両端に端板１４，１４′をそれぞれカシメ結合する。その後、両端から上流側排気管３ａをそのまま延長した内側筒１００ａと下流側排気管３ｂを差し込み、端板１４、外側筒１００ｂおよび上流側排気管３ａを溶接し、端板１４′、外側筒１００ｂおよび下流側排気管３ｂを溶接する。

上流側排気管３ａより延長される内側筒１００ａを流れる排気ガスの一部は、内筒小孔群２１を通過して膨張室１１に流れ、ここで排気音が吸音材２３により吸音される。

ところで、内筒１００を、内側筒１００ａと外側筒１００ｂとの２重構造にして、全長にわたり、筒壁に通孔を有しない無孔筒体よりなる内側筒１００ａの下流側開放端より所定距離Ｃ一端側（上流側）に偏倚した位置からその一端寄りの領域Ｂの外側筒１００ｂに内筒小孔群２１を形成したので、内筒１００の内部において、外側筒１００ｂと内側筒１００ａとの間に形成される空間の内、内側筒１００ａの開放端より所定距離Ｃ前記一端側に偏倚した位置から前記一端寄りに形成される領域Ｂは、内筒１００とハウジング１２との間に形成される膨張室１１と共にそれと一体の膨張室としての機能を有するようになり、この領域Ｂから内側筒１００ａの開放端までの前記所定距離Ｃに対応する部分ｐは、膨張室１１につながる円環状の排気通路としての機能を有するようになる。そして、この円環状の排気通路ｐによって内筒１００の一端から膨張室１１に至るまでの排気通路の長さが前記所定距離Ｃに相当する分伸びることになり、さらに内筒１００の他端から膨張室１１に至るまでの排気通路の長さも前記所定距離Ｃに相当する分伸びることになり、結局エキゾーストマニホールド１の集合部から消音器の膨張室１１に至るまでの排気通路の長さが所定距離Ｃに相当する分伸び、また消音器の膨張室１１からテールパイプの大気開放口２に至るまでの長さも前記所定距離Ｃに相当する分伸び、排気通路全体の長さが伸びたことと同じになるので、低周波数成分の音圧減衰効果が向上する。

しかも、内筒１００を、外側筒１００ｂと内側筒１００ａの２重構造にして、内側筒１００ａの開放端より所定距離Ｃ前記一端側に偏倚した位置から前記一端寄りの外側筒１００ｂに小孔群２１を形成するだけなので、排気管長さを伸ばすときに生じ易い車両全長長さの制約や車両床下の他部品との干渉という制約を受けない。

図７には、本発明の実施例のものおよび参考例のものと、前記特許文献１に開示されるものとの比較実験例が示される。この実験例は、消音器の入口（上流側）に、スピーカから特定周波数の音を入力し、その出口（下流側）において、入口から入力した音がどの程度減衰しているかを計測し、この計測を入口から入力する音の周波数を変化させながら行ったもので、図７には、縦軸に音圧減衰量（ｄＢ）を、横軸に周波数（Hz）をとり、前記実施例のものを実線で、参考例のものを一点鎖線で、前記特許文献１と同じ構造のものを点線でそれぞれ示してある。この実験結果によれば、前記実施例および参考例のものは、低周波数領域（〜１００Hz）の中でも、２点鎖線で囲まれた領域で安定した減衰量の向上効果が認められた。

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。

たとえば、この実施例では、内筒に形成される小孔群の軸方向における位置を一方に偏倚させ、「定在波の腹位置に消音器を配置したときと近い消音効果が得られる」という特許文献１のものの作用効果をそのまま奏するようにしているが、本発明はこうした作用効果とは関係なく、内筒に形成される小孔群が、たとえ軸方向の中央に位置しても、すなわち内筒に形成する小孔群の位置とは無関係に成立する。もっとも、仕切り筒に形成される小孔群の軸方向長さが過度に短くなると、排気音が吸音材へ行き渡りにくくなり、高周波数成分の音圧減衰効果が下がるので、実際上は、こうしたネガティブな面がでない範囲でということになるが、排気通路を長くして低周波数成分の音圧減衰効果を向上させるという本発明の作用効果に着目すれば、本発明は内筒に形成する小孔群の位置とは無関係に成立する。

３・・・・・排気管
１０・・・・内筒
１１・・・・膨張室
１１ａ・・・内側膨張室
１１ｂ・・・外側膨張室
１２・・・・ハウジング
１７・・・・仕切り筒
２１・・・・内筒小孔群
２２・・・・仕切り筒小孔群
２３・・・・吸音材
Ｃ・・・・・所定距離

Claims

車両用エンジンの排気管に設けられる消音器であって、
排気管（３）の途中に介入する内筒（１０）と、この内筒（１０）を収容してそれとの間に膨張室（１１）を形成するハウジング（１２）とを備え、
ハウジング（１２）内に膨張室（１１）を半径方向内側の内側膨張室（１１ａ）と半径方向外側の外側膨張室（１１ｂ）とに区画する仕切り筒（１７）を設け、外側膨張室（１１ｂ）に吸音材（２３）を充填すると共に、仕切り筒（１７）に内側膨張室（１１ａ）と外側膨張室（１１ｂ）とを連通する仕切り筒小孔群（２２）を形成し、内筒（１０）にその内部を内側膨張室（１１ａ）に連通する内筒小孔群（２１）を形成するものにおいて、内筒（１０）を流れる排気ガスの流れ方向において、仕切り筒小孔群（２２）は、内筒小孔群（２１）よりも上流側にあって、仕切り筒小孔群（２２）と内筒小孔群（２１）とを軸方向に重なり合わせることなく、かつ軸方向に所定距離（Ｃ）を隔てて形成したことを特徴とする、車両用エンジンの排気管に設けられる消音器。