JP5126200B2 - 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、排気管内に生ずる気柱共鳴による排気音の音圧の増大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 an increase in sound pressure of exhaust sound due to air column resonance that occurs in an exhaust pipe.
従来、この種の内燃機関の排気装置として、エンジンの排気ガスを浄化する触媒コンバータに連結された上流側排気管と、この上流側排気管に連結されたサブマフラと、このサブマフラの排気方向下流側に設けられたメインマフラと、サブマフラとメインマフラとに連結された下流側排気管と、この下流側排気管に設けられた消音バルブとから構成されたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
この消音バルブは、電磁アクチュエータにより開閉動作し、電磁アクチュエータはスロットルセンサの検出情報に基づいてコントロールユニットにより制御されるようになっている。
この排気装置においては、車両の定常走行時や加速時の排気音は、メインマフラおよびサブマフラによって消音される。他方、減速時の排気音は、次のようにして消音される。
すなわち、コントロールユニットがスロットルセンサの検出情報に基づいて車両が減速時であると判断すると、電磁アクチュエータにより消音バルブが閉状態となる。消音バルブが閉じられると、下流側排気管内における排気ガスの流量が減少するとともに、排気音の粒子速度が抑制されることになる。その結果、排気音の音圧の増大が抑制され、排気音が消音されることになる。
Conventionally, as an exhaust device of this type of internal combustion engine, an upstream exhaust pipe connected to a catalytic converter that purifies the exhaust gas of the engine, a sub muffler connected to the upstream exhaust pipe, and an exhaust direction downstream side of the sub muffler A main muffler provided on the downstream side, a downstream exhaust pipe connected to the sub muffler and the main muffler, and a silencer valve provided on the downstream exhaust pipe are known (for example, Patent Documents). 1).
The silencer valve is opened and closed by an electromagnetic actuator, and the electromagnetic actuator is controlled by a control unit based on detection information from a throttle sensor.
In this exhaust system, exhaust sound during steady running or acceleration of the vehicle is silenced by the main muffler and the sub muffler. On the other hand, the exhaust sound during deceleration is muted as follows.
That is, when the control unit determines that the vehicle is decelerating based on the detection information of the throttle sensor, the silencer valve is closed by the electromagnetic actuator. When the silencing valve is closed, the flow rate of the exhaust gas in the downstream side exhaust pipe is reduced, and the particle speed of the exhaust sound is suppressed. As a result, an increase in the sound pressure of the exhaust sound is suppressed, and the exhaust sound is silenced.
また、従来の内燃機関の排気装置として、図30に示すようなものが知られている。
図30に示すように、排気装置4は、フロントパイプ5aと、センターパイプ5bと、テールパイプ5cと、テールパイプ5cに連結されたメインマフラ6と、メインマフラ6に連結されたアウトレットパイプ7と、センターパイプ5bとテールパイプ5cとの間に介装されたサブマフラ8とから構成されている。フロントパイプ5aは、触媒コンバータ3に連結されており、触媒コンバータ3から流入する排気ガスはサブマフラ8を介してメインマフラ6に流入するようになっている。この触媒コンバータ3は、エンジン1から排気マニホールド2を経由して排気される排気ガスを浄化するようになっている。
As an exhaust device for a conventional internal combustion engine, one as shown in FIG. 30 is known.
As shown in FIG. 30, the exhaust device 4 includes a
図31に示すように、メインマフラ6は、テールパイプ5cの小孔5dから排気ガスが拡張されて導入される拡張室6aと、テールパイプ5cの下流開口端5fが挿通される共鳴室6bとを備えている。この下流開口端5fから共鳴室6b内に排気ガスが導入されると、特定の周波数の排気音がこの共鳴室6b内でヘルムホルツ共鳴を励起させ、このヘルムホルツ共鳴によって排気音が消音されるようになっている。
As shown in FIG. 31, the
このようなヘルムホルツ共鳴構造を備えたメインマフラ6においては、例えば、共鳴室6bに突出する部分のテールパイプ5cの突出部分の長さをL0(mm)とすると、この長さL0を長くしたり、共鳴室6bの容積を大きくしたりして共鳴周波数を低周波数側にチューニングするようにしている。他方、この長さL0を短くしたり、共鳴室6bの容積を小さくしたりして共鳴周波数を高周波数側にチューニングするようにしている。
また、サブマフラ8は、エンジン1の運転時の排気脈動によって、フロントパイプ5a、センターパイプ5bおよびテールパイプ5cにより構成される排気管の管長に対応して排気管内で発生する気柱共鳴の音圧の増大を抑制するよう、この排気管の最適な位置に設けられている。
In the
Further, the
一般に、排気ガスの排気方向の上流側および下流側にそれぞれ上流開口端5eおよび下流開口端5fを有するテールパイプ5cにおいては、エンジン1の運転時の排気脈動による入射波がテールパイプ5cの上流開口端5eおよび下流開口端5fで、いわゆる開口端反射する。この開口端反射により、前述の排気管の管長を半波長とした周波数の気柱共鳴の定在波が発生する。この気柱共鳴の定在波は、入射波が1次音圧モードからなる基本振動の自然数倍の周波数になったときにも発生するので、低次音圧モードから高次音圧モードまで、複数の周波数で発生することになる。しかしながら、特に、減速時などの低周波数領域にある低次音圧モードのとき、排気音の気柱共鳴により車室内にこもり音が生じ、排気音の騒音の問題が起き易くなる。
このような気柱共鳴による定在波の周波数fa(Hz)は、一般に、下記の開口端反射の式(1)、(2)で表される。
ただし、Lは排気管の管長(mm)、dは排気管の直径(mm)、Cは排気ガスの温度T(°K)における音速(m/s)、mは次数をそれぞれ表す。
式(1)、(2)から明らかなように、音速Cは、温度T(°K)に応じた一定の値となるので、排気管の管長Lが長い程、周波数faが問題となる低周波数側に移行してしまうことがわかる。
In general, in the
The frequency fa (Hz) of the standing wave due to such air column resonance is generally represented by the following opening end reflection formulas (1) and (2).
Where L is the length (mm) of the exhaust pipe, d is the diameter (mm) of the exhaust pipe, C is the speed of sound (m / s) at the exhaust gas temperature T (° K), and m is the order.
As apparent from the equations (1) and (2), the speed of sound C is a constant value corresponding to the temperature T (° K), so that the longer the exhaust pipe length L is, the lower the frequency fa becomes. It turns out that it shifts to the frequency side.
なお、排気管の気柱共鳴は、エンジン1の排気脈動により励起されるので、気柱共鳴の周波数fa(Hz)と排気脈動の周波数fe(Hz)とは同じ値となる。
このエンジン1の排気脈動の周波数fe(Hz)は、下記の式(3)に示される。
ただし、Neはエンジン回転数(rpm)、nはエンジンの気筒数(自然数)を表す。
図11の破線で示すように、特定のエンジン回転数Neで、音圧レベル(dB)が高くなっていることがわかる。この音圧レベルの高い山の部分は、排気脈動に対応して発生した気柱共鳴によるもので、排気音の1次音圧モードf1および2次音圧モードf2で騒音の問題が生ずることになる。エンジン1の回転数Neが2000rpm〜5000rpmの常用回転数領域で排気管内に気柱共鳴が発生すると、この気柱共鳴の排気音が車室内に伝達され、車室内にこもり音を生じさせてしまい、運転者に不快感を与えてしまうことになる。特に、エンジン1の排気脈動の周波数が100Hz以下、すなわちエンジン回転数Neが3000rpm以下の低い回転数領域で気柱共鳴が発生するような場合に大きな騒音となる。
Since the air column resonance of the exhaust pipe is excited by the exhaust pulsation of the
The exhaust pulsation frequency fe (Hz) of the
However, Ne represents the engine speed (rpm), and n represents the number of cylinders (natural number) of the engine.
As shown by the broken line in FIG. 11, it can be seen that the sound pressure level (dB) is high at a specific engine speed Ne. This mountain portion with a high sound pressure level is due to air column resonance generated corresponding to exhaust pulsation, and noise problems occur in the primary sound pressure mode f 1 and the secondary sound pressure mode f 2 of the exhaust sound. It will be. When air column resonance occurs in the exhaust pipe in the normal rotation speed region where the rotational speed Ne of the
このため、図32に示すように、排気音の1次音圧モードにおける音圧が高い定在波の腹aとなる排気管のほぼ中央の位置に、メインマフラ6より容量の小さなサブマフラ8を設け、車両の加速時や減速時の気柱共鳴音を低減するようにしている。また、排気音の2次音圧モードに対しては、共鳴室6bにより加速時の気柱共鳴音を低減するようにしている。その結果、従来の排気装置においては、排気管にサブマフラ8を設けることで、エンジン1の回転数Neが2000rpm〜5000rpmの常用回転数領域で車室内にこもり音を生じさせてしまうのを抑制することができ、運転者に不快感を与えてしまうのを防止することができる。
For this reason, as shown in FIG. 32, a
また、従来の内燃機関の排気装置として、消音器本体と、この消音器本体に挿通された排気管と、この排気管から分岐するとともに先端部が消音器本体内で開口するレゾネータパイプと、このレゾネータパイプの途中から分岐するとともに先端部が排気管に連結された連通管と、この連通管の途中に設けられ連通管内の分岐通路を開閉する開閉弁と、この開閉弁の開閉を制御する制御装置とにより構成されたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。 Further, as an exhaust device for a conventional internal combustion engine, a silencer main body, an exhaust pipe inserted through the silencer main body, a resonator pipe branched from the exhaust pipe and having a tip opened in the silencer main body, A communicating pipe that branches off from the middle of the resonator pipe and whose tip is connected to the exhaust pipe, an on-off valve that is provided in the middle of the communicating pipe and opens and closes the branch passage in the communicating pipe, and a control that controls the opening and closing of the on-off valve What is comprised with the apparatus is known (for example, refer patent document 2).
この内燃機関の排気装置においては、エンジンの回転数が比較的小さく、消音すべき排気音の周波数が比較的小さい場合には、開閉弁が制御装置により閉状態とされるようになっている。このように開閉弁を閉状態とすることにより、排気ガスが排気管側を流通するようになり、レゾネータパイプの全長を使用することができ、ヘルムホルツ共鳴による低周波数成分の騒音が低減されることになる。他方、エンジンの回転数が増大するに伴い、開閉弁が制御装置により、その開度が大きくなるよう制御されるようになっている。これにより、連通管内を流通する排気ガスの流量が増大し、レゾネータパイプにおける連通管の分岐部分からレゾネータパイプの先端部を使用することができ、ヘルムホルツ共鳴による高周波数成分の騒音が低減されることになる。その結果、単一の構造で、低周波数成分および高周波数成分からなる二つの周波数の騒音を低減するようにしている。 In this exhaust system for an internal combustion engine, when the engine speed is relatively small and the frequency of the exhaust sound to be silenced is relatively small, the on-off valve is closed by the control device. By closing the on-off valve in this way, the exhaust gas flows through the exhaust pipe side, the entire length of the resonator pipe can be used, and the noise of low frequency components due to Helmholtz resonance is reduced. become. On the other hand, as the engine speed increases, the opening / closing valve is controlled by the control device so that the opening degree becomes larger. As a result, the flow rate of the exhaust gas flowing through the communication pipe increases, and the tip of the resonator pipe can be used from the branch part of the communication pipe in the resonator pipe, and noise of high frequency components due to Helmholtz resonance is reduced. become. As a result, noise of two frequencies consisting of a low frequency component and a high frequency component is reduced with a single structure.
この特許文献1に記載の従来の排気装置にあっては、車両の定常走行時や加速時の排気音がメインマフラおよびサブマフラの双方で消音されるようになっているので、排気装置の重量が増大してしまい、製造コストが増加してしまうという問題があった。また、内燃機関の減速時においては、スロットルセンサの検出情報に基づいてコントロールユニットが消音バルブを閉状態にし、下流側排気管内における音波の粒子速度を抑制するようにして排気音を消音しているので、構造が複雑となり、制御に手間がかかるという問題があった。
In the conventional exhaust apparatus described in
また、図30に示す従来の排気装置にあっては、サブマフラ8を設け、サブマフラ8とメインマフラ6との協働により、車両の加速時や減速時の気柱共鳴音を低減するようにしているので、排気装置の重量が増大してしまい、製造コストが増加してしまうという問題があった。この従来の排気装置において、解決策としてサブマフラ8を廃止し、排気管の気柱共鳴をメインマフラ6の共鳴室6bによって低減するようにしても、共鳴室6bの容積を大きくする必要があるため、メインマフラ6が大型化してしまうという問題がある。その結果、メインマフラ6の大型化に伴って排気装置4の重量が増大してしまうとともに、排気装置4の製造コストが増大してしまうという問題がある。
Further, in the conventional exhaust system shown in FIG. 30, a
また、排気管の気柱共鳴をメインマフラ6の共鳴室6bによって低減する構造の場合、内燃機関の減速時にはアクセルペダルが解放されるため、エンジン1から排気装置4に排気されるガスの流量が急激に減少してしまい、共鳴室6bに導入される空気圧が小さくなる。このため、共鳴室6bにおいてヘルムホルツ共鳴を行うのに充分な空気圧を得ることができず、排気管の気柱共鳴の発生を抑制することが困難となってしまうという問題があった。特に、内燃機関の減速時にはエンジン1の回転数が急激に低下するため、2000rpm程度(気柱共鳴による排気音の1次音圧モード)の低回転数で車室内にこもり音を生じさせてしまい、運転者に不快感を与えてしまうという問題があった。
したがって、図30に示す従来の排気装置にあっては、排気管の最適な位置にサブマフラ8を設け、排気管の気柱共鳴によって音圧が増大してしまうのを抑制することが必須となり、結果的に、排気装置4の重量が増大してしまうとともに、排気装置4の製造コストが増大してしまうという問題が発生してしまった。
Further, in the structure in which the air column resonance of the exhaust pipe is reduced by the
Therefore, in the conventional exhaust apparatus shown in FIG. 30, it is essential to provide the
また、特許文献2に記載の排気装置にあっては、レゾネータパイプの途中から分岐するとともに先端部が排気管に連結された連通管が形成されており、排気ガスの流通ルートが排気管を通るルートと、レゾネータパイプおよび連通管を通るルートの複数のルートを有しているので構造が複雑となり、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。また、連通管内に設けられた開閉弁が、制御装置によりその分岐通路の開閉が制御されるので、さらに構造が複雑となり、開閉制御に手間が掛かり、排気装置4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 described in Patent Document 2, a communication pipe is formed which branches from the middle of the resonator pipe and whose tip is connected to the exhaust pipe, and the distribution route of the exhaust gas passes through the exhaust pipe. Since there are a plurality of routes including a route and a route through the resonator pipe and the communication pipe, there is a problem that the structure becomes complicated and the manufacturing cost of the exhaust device increases. In addition, since the opening / closing valve provided in the communication pipe is controlled by the control device to open and close the branch passage, the structure is further complicated, the opening / closing control is troublesome, and the manufacturing cost of the exhaust device 4 increases. There was a problem.
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、テールパイプへのサブマフラの介装や、テールパイプの下流開口端の近傍への大容量の共鳴室を有する消音器の設置を不要にして、内燃機関の減速時においてもテールパイプの気柱共鳴による音圧の増大を簡単な構造で抑制することができ、重量や製造コストを低減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 to solve the above-described conventional problems, and includes a muffler having a sub-muffler in the tail pipe and a large-capacity resonance chamber in the vicinity of the downstream opening end of the tail pipe. The exhaust of the internal combustion engine that can suppress the increase in sound pressure due to air column resonance of the tail pipe with a simple structure even when the internal combustion engine is decelerated, and can reduce the weight and manufacturing cost It is an object to provide an apparatus.
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)内燃機関の排気管内を流通する排気ガスの排気音を消音する消音器を備えた内燃機関の排気装置において、前記消音器が、内部空間が形成された消音器本体と、前記内部空間を前記排気ガスの排気方向上流側に位置する共鳴室と前記共鳴室に対して前記排気ガスの排気方向下流側に位置する拡張室とに区画する区画部材と、前記消音器本体に設けられ、前記排気管の下流端と接続される上流開口端および前記拡張室内で開口する下流開口端を有する流通通路が形成されるとともに、前記流通通路と前記共鳴室とを連通する連通通路が形成された連通管を有するインレットパイプと、前記共鳴室に対して前記排気方向下流側であって、前記インレットパイプの前記下流開口端および前記下流開口端と前記連通通路との間に位置する前記流通通路内のいずれか一方に設けられ、前記流通通路内を流れる前記排気ガスの流量に応じて前記流通通路を開閉する開閉部材と、前記消音器本体に設けられ、前記拡張室内で開口する上流開口端および前記消音器本体の外方に位置し大気中に開口する下流開口端を有し、前記拡張室から排気ガスを大気に排出するアウトレットパイプと、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, an exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention is (1) an exhaust system for an internal combustion engine provided with a silencer that silences the exhaust sound of exhaust gas flowing through the exhaust pipe of the internal combustion engine. A silencer is located on the silencer body in which an internal space is formed, a resonance chamber located on the upstream side in the exhaust direction of the exhaust gas, and a downstream side in the exhaust direction of the exhaust gas relative to the resonance chamber. A partition member that divides into an expansion chamber, a flow passage that is provided in the silencer body and has an upstream opening end connected to the downstream end of the exhaust pipe and a downstream opening end that opens in the expansion chamber is formed. An inlet pipe having a communication pipe in which a communication path is formed to communicate the flow path and the resonance chamber; and downstream of the resonance chamber in the exhaust direction, the downstream opening of the inlet pipe And an opening / closing member that is provided in any one of the flow passages located between the downstream opening end and the communication passage and opens and closes the flow passage according to the flow rate of the exhaust gas flowing in the flow passage. An upstream opening end provided in the silencer body and opening in the expansion chamber, and a downstream opening end located outside the silencer body and opening into the atmosphere, and exhaust gas from the expansion chamber to the atmosphere And an outlet pipe for discharging.
この構成により、内燃機関が減速時や低回転領域にある場合、排気ガスは排気管内を流通し、排気管の下流端と接続されたインレットパイプの上流開口端から流通通路に流入し、閉状態の開閉部材とインレットパイプとの間に画成された隙間を通過して、拡張室に流入する。このとき、排気ガスの体積が急激に拡張され、内燃機関の排気脈動からなる圧力変動が弱められて、排気騒音の音圧レベルが広い周波数帯域に亘って低減される。
そして、拡張室内の排気ガスは、上流開口端からアウトレットパイプに流入し、下流開口端から大気に排出される。
また、インレットパイプの流通通路内の排気ガスは、連通管の連通通路を通って共鳴室に流入する。このとき、すなわち開閉部材が閉状態のとき、排気管およびインレットパイプにより画成された閉管の気柱内で発生する気柱共鳴の周波数と同じ周波数の共鳴が共鳴室内で発生する。この共鳴室内のいわゆるヘルムホルツ共鳴により、連通通路内で排気ガスが振動し、連通通路を囲む連通管の内壁と排気ガスとの摩擦などの抵抗により排気ガスの振動エネルギが熱エネルギに変換され、排気音が減衰する。この場合、インレットパイプの下流開口端の開閉部材が閉状態となっているので、共鳴室内の音圧が高い状態が確保され、ヘルムホルツ共鳴による排気音の減衰作用が高められる。
With this configuration, when the internal combustion engine is decelerated or in a low rotation region, the exhaust gas flows through the exhaust pipe, flows into the flow passage from the upstream open end of the inlet pipe connected to the downstream end of the exhaust pipe, and is closed Passes through a gap defined between the opening and closing member and the inlet pipe and flows into the expansion chamber. At this time, the volume of the exhaust gas is rapidly expanded, the pressure fluctuation formed by the exhaust pulsation of the internal combustion engine is weakened, and the sound pressure level of the exhaust noise is reduced over a wide frequency band.
The exhaust gas in the expansion chamber flows into the outlet pipe from the upstream opening end and is discharged to the atmosphere from the downstream opening end.
Further, the exhaust gas in the circulation passage of the inlet pipe flows into the resonance chamber through the communication passage of the communication pipe. At this time, that is, when the opening / closing member is in the closed state, resonance having the same frequency as the frequency of the air column resonance generated in the air column of the closed tube defined by the exhaust pipe and the inlet pipe is generated in the resonance chamber. The so-called Helmholtz resonance in the resonance chamber causes the exhaust gas to vibrate in the communication passage, and the vibration energy of the exhaust gas is converted into thermal energy by resistance such as friction between the inner wall of the communication pipe surrounding the communication passage and the exhaust gas. Sound is attenuated. In this case, since the opening / closing member at the downstream opening end of the inlet pipe is in a closed state, a state in which the sound pressure in the resonance chamber is high is ensured, and the exhaust sound attenuation action due to Helmholtz resonance is enhanced.
他方、内燃機関が加速時や高回転領域にある場合、排気ガスは排気管内を流通し、排気管の下流端と接続されたインレットパイプの上流開口端から流通通路に流入し、流通通路内の背圧および流動圧により開閉部材が開状態となる。排気ガスは、開閉部材を通過して、拡張室に流入し、前述の拡張効果により排気騒音の音圧レベルが広い周波数帯域に亘って低減される。そして、拡張室内の排気ガスは、上流開口端からアウトレットパイプに流入し、下流開口端から大気に排出される。 On the other hand, when the internal combustion engine is in acceleration or in a high rotation region, the exhaust gas flows through the exhaust pipe, flows into the flow passage from the upstream open end of the inlet pipe connected to the downstream end of the exhaust pipe, The opening / closing member is opened by the back pressure and the fluid pressure. The exhaust gas passes through the opening / closing member and flows into the expansion chamber, and the sound pressure level of the exhaust noise is reduced over a wide frequency band due to the expansion effect described above. The exhaust gas in the expansion chamber flows into the outlet pipe from the upstream opening end and is discharged to the atmosphere from the downstream opening end.
また、インレットパイプの流通通路内の排気ガスは、連通管の連通通路を通って共鳴室に流入する。このとき、すなわち開閉部材が開状態のとき、排気管およびインレットパイプにより画成された開管の気柱内で発生する気柱共鳴の周波数と同じ周波数の共鳴が共鳴室内で発生する。この共鳴室内のヘルムホルツ共鳴により排気音が減衰する。この場合、インレットパイプの下流開口端の開閉部材が開状態となり、その近傍の音圧が低下していても、内燃機関が高回転領域にある場合は、排気ガスの流量が増大して共鳴室内の音圧は高くなり、ヘルムホルツ共鳴による排気音は効果的に減衰する。また、開閉部材が開状態となっているので、排気管およびインレットパイプ内で背圧が高まることはなく、開閉部材により内燃機関に負荷が加えられることはない。 Further, the exhaust gas in the circulation passage of the inlet pipe flows into the resonance chamber through the communication passage of the communication pipe. At this time, that is, when the open / close member is in the open state, resonance having the same frequency as the frequency of the air column resonance generated in the air column of the open tube defined by the exhaust pipe and the inlet pipe is generated in the resonance chamber. The exhaust sound is attenuated by Helmholtz resonance in the resonance chamber. In this case, even when the opening / closing member at the downstream opening end of the inlet pipe is in an open state and the sound pressure in the vicinity thereof is reduced, if the internal combustion engine is in the high rotation region, the flow rate of the exhaust gas increases and the resonance chamber is increased. The sound pressure of is increased, and the exhaust sound due to Helmholtz resonance is effectively attenuated. Further, since the open / close member is in the open state, the back pressure does not increase in the exhaust pipe and the inlet pipe, and no load is applied to the internal combustion engine by the open / close member.
その結果、内燃機関が低回転領域にある場合であっても、排気管およびインレットパイプにより画成された閉管の気柱共鳴による音圧の増大が抑制される。また、内燃機関が高回転領域にある場合、排気管およびインレットパイプにより画成された開管の気柱共鳴による音圧の増大が抑制される。すなわち、簡単な構造で排気音の音圧の増大が抑制され、重量や製造コストが低減される。 As a result, even when the internal combustion engine is in the low rotation region, an increase in sound pressure due to air column resonance of the closed pipe defined by the exhaust pipe and the inlet pipe is suppressed. Further, when the internal combustion engine is in the high rotation region, an increase in sound pressure due to air column resonance of the open pipe defined by the exhaust pipe and the inlet pipe is suppressed. That is, an increase in the sound pressure of the exhaust sound is suppressed with a simple structure, and the weight and manufacturing cost are reduced.
上記(1)に記載の内燃機関の排気装置において、好ましくは、(2)前記連通管が、前記インレットパイプの軸線方向線に対して略直交するよう前記インレットパイプから突出し、突出方向先端部で開口する開口端を有するものから構成される。 In the exhaust system for an internal combustion engine according to the above (1), preferably (2) the communication pipe projects from the inlet pipe so as to be substantially perpendicular to the axial line of the inlet pipe, It is comprised from what has the open end which opens.
この構成により、連通管がインレットパイプの軸線方向線に対して略直交するようインレットパイプから突出しているので、連通通路を比較的長く形成することができ、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数を、問題の起き易い低周波数側に設定することができる。
また、連通管の連通通路および共鳴室を開閉部材の上流側の近傍に位置させることができ、内燃機関の減速時において、排気管およびインレットパイプにより画成された閉管の音圧の高い部分に連通通路を配置させることができる。その結果、特に、内燃機関が減速時や低回転領域にある場合、ヘルムホルツ共鳴による排気音の音圧の増大が効果的に抑制される。
With this configuration, since the communication pipe protrudes from the inlet pipe so as to be substantially orthogonal to the axial direction line of the inlet pipe, the communication path can be formed relatively long, and the resonance frequency of the Helmholtz resonance can be caused. It can be easily set to the low frequency side.
Further, the communication passage of the communication pipe and the resonance chamber can be positioned in the vicinity of the upstream side of the opening / closing member, and at the time of deceleration of the internal combustion engine, the closed pipe defined by the exhaust pipe and the inlet pipe has a high sound pressure portion. A communication path can be arranged. As a result, particularly when the internal combustion engine is decelerated or in a low rotation range, an increase in the sound pressure of the exhaust sound due to Helmholtz resonance is effectively suppressed.
上記(1)または(2)に記載の内燃機関の排気装置において、好ましくは、(3)前記連通管が、前記インレットパイプを囲むよう前記インレットパイプの軸線方向に沿って前記インレットパイプの外周部に設けられ、前記連通通路が前記連通管の内周面と前記インレットパイプの外周面とにより画成され、前記連通通路が前記インレットパイプの前記外周部に設けられた貫通孔を介して前記インレットパイプの前記流通通路と連通するものから構成される。 In the exhaust device for an internal combustion engine according to the above (1) or (2), preferably (3) the outer peripheral portion of the inlet pipe along the axial direction of the inlet pipe so that the communication pipe surrounds the inlet pipe The communication passage is defined by an inner peripheral surface of the communication pipe and an outer peripheral surface of the inlet pipe, and the communication passage is formed through the through hole provided in the outer peripheral portion of the inlet pipe. The pipe is configured to communicate with the flow passage.
この構成により、連通管がを囲むようインレットパイプの軸線方向に沿ってインレットパイプの外周部に設けられているので、連通通路を比較的長く形成することができ、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数を、問題の起き易い低周波数側に設定することができる。
また、共鳴室に連通する連通管の連通通路を開閉部材の上流側の直前に位置させることができ、内燃機関の減速時において、排気管およびインレットパイプにより画成された閉管の音圧の最も高い部分に連通通路を配置させることができる。その結果、特に、内燃機関が減速時のとき、ヘルムホルツ共鳴による排気音の音圧の増大が極めて効果的に抑制される。
With this configuration, the communication pipe is provided on the outer periphery of the inlet pipe along the axial direction of the inlet pipe so as to surround the communication pipe, so that the communication path can be formed relatively long, and the resonance frequency of Helmholtz resonance is a problem. It can be set to the low frequency side where it is likely to occur.
In addition, the communication passage of the communication pipe communicating with the resonance chamber can be positioned immediately upstream of the opening / closing member, and when the internal combustion engine is decelerated, the sound pressure of the closed pipe defined by the exhaust pipe and the inlet pipe is the highest. The communication passage can be arranged at a high portion. As a result, particularly when the internal combustion engine is decelerating, an increase in the sound pressure of the exhaust sound due to Helmholtz resonance is extremely effectively suppressed.
上記(1)〜(3)のいずれかに記載の内燃機関の排気装置において、好ましくは、(4)前記消音器が、前記排気装置の前記排気方向下流側における最下流の位置に設けられたものから構成される。 In the exhaust device for an internal combustion engine according to any one of the above (1) to (3), preferably, (4) the silencer is provided at a most downstream position on the downstream side in the exhaust direction of the exhaust device. Composed of things.
この構成により、消音器が排気装置の排気方向下流側における最下流の位置に設けられるので、排気装置の上流側のサブマフラを不要にすることができ、重量や製造コストが低減される。 With this configuration, the silencer is provided at the most downstream position on the downstream side in the exhaust direction of the exhaust device, so that the sub-muffler on the upstream side of the exhaust device can be eliminated, and the weight and manufacturing cost are reduced.
上記(1)〜(4)のいずれかに記載の内燃機関の排気装置において、好ましくは、(5)前記開閉部材が、前記内燃機関の減速時に閉状態となり、前記流通通路の通路断面積を絞り込むものから構成される。 In the exhaust device for an internal combustion engine according to any one of the above (1) to (4), preferably, (5) the opening / closing member is in a closed state when the internal combustion engine is decelerated, and a passage cross-sectional area of the circulation passage is set. Consists of narrowing down.
この構成により、内燃機関の減速時の開閉部材を通過する排気ガスの流量が、加速時に開閉部材を通過する排気ガスの流量よりも少なくなるよう絞り込まれるので、内燃機関の減速時に開閉部材の上流側付近の排気音の音圧が高められる。
すなわち、内燃機関の減速時に音圧のピークを開閉部材の上流側付近にさせることができ、共鳴室内の音圧が高められる。その結果、減速時に排気管およびインレットパイプにより画成された閉管内に発生する気柱共鳴がヘルムホルツ共鳴により好適に抑制される。
With this configuration, the flow rate of the exhaust gas passing through the opening / closing member during deceleration of the internal combustion engine is reduced so as to be smaller than the flow rate of the exhaust gas passing through the opening / closing member during acceleration, so that the upstream side of the opening / closing member during deceleration of the internal combustion engine. The sound pressure of the exhaust sound near the side is increased.
That is, the peak of the sound pressure can be made near the upstream side of the opening / closing member when the internal combustion engine is decelerated, and the sound pressure in the resonance chamber is increased. As a result, the air column resonance generated in the closed pipe defined by the exhaust pipe and the inlet pipe during deceleration is suitably suppressed by the Helmholtz resonance.
本発明によれば、テールパイプへのサブマフラの介装や、テールパイプの下流開口端の近傍への大容量の共鳴室を有する消音器の設置を不要にして、内燃機関の減速時においてもテールパイプの気柱共鳴による音圧の増大を簡単な構造で抑制することができ、重量や製造コストを低減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, it is not necessary to install a sub-muffler in the tail pipe and to install a silencer having a large-capacity resonance chamber in the vicinity of the downstream opening end of the tail pipe. An increase in sound pressure due to air column resonance of the pipe can be suppressed with a simple structure, and an exhaust device for an internal combustion engine that can reduce weight and manufacturing cost 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〜第4実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, first to fourth 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〜図11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。
第1実施形態に係る排気装置20は、図1に示すように、直列4気筒の内燃機関としてのエンジン10に接続されており、エンジン10から排出される排気ガスを浄化するとともに、排気音の発生を抑制し排気ガスを大気に排出するよう構成されている。
(First embodiment)
FIGS. 1-11 is a figure which shows 1st Embodiment of the exhaust apparatus of the internal combustion engine which concerns on this invention.
First, the configuration will be described.
As shown in FIG. 1, the exhaust device 20 according to the first embodiment is connected to an
エンジン10は、車両の駆動源となるエンジン本体11と、エンジン本体11から排出される排気ガスを流通させる排気マニホールド12とを有している。
なお、エンジン10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。
The
The
排気マニホールド12は、エンジン本体11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12a、12b、12c、12dと、排気枝管12a、12b、12c、12dの下流側を集合させる排気集合管12eとから構成されている。このエンジン10の各気筒から排気される排気ガスは、排気枝管12a、12b、12c、12dを介して排気集合管12e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21と、自在継手22を介して触媒コンバータ21に連結されたフロントパイプ23と、自在継手24を介してフロントパイプ23に連結されたセンターパイプ25と、センターパイプ25と接続された消音器としてのマフラ30とを備えている。この排気装置20は、車両の床下に弾性的に垂下されるようにしてエンジン10の下流側に設置されている。なお、上流側とは、エンジン10から排出される排気ガスの排気方向における上流側を示し、下流側とは、この排気ガスの排気方向における下流側を示している。
The exhaust device 20 includes a
触媒コンバータ21は、ハニカム基材や粒状の活性アルミナ製担体に白金、パラジウム等の触媒を付着させたものからなり、本体ケースに収納されている。この触媒コンバータ21の上流端は、排気集合管12eの下流端に接続されており、排気集合管12eから流入する排気ガス中のNOxの還元やCO、HCの酸化を行うようになっている。
自在継手22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21とフロントパイプ23との相対変位を許容するようになっている。また自在継手24も、自在継手22と同様、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23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。
The
The
フロントパイプ23は、円筒状に形成されており、上流端23aで触媒コンバータ21の排気ガス流出口と連通し触媒コンバータ21から流出する排気ガスを上流端23aから下流端23bに流通させる排気通路23cを有している。センターパイプ25も、フロントパイプ23と同様、排気通路25cを有しており、フロントパイプ23から流出する排気ガスを上流端25aから下流端25bに流通させるようになっている。センターパイプ25の下流端25bは、マフラ30に接続されており、下流端25bから排気ガスがマフラ30内に流入するようになっている。
The
図2〜図4に示すように、マフラ30は、消音器本体としてのマフラ本体31と、区画部材としてのセパレータ32、33と、インレットパイプ34と、アウトレットパイプ35と、開閉部材としてのバルブ36とを含んで構成されている。インレットパイプ34からマフラ本体31に流入した排気ガスは、アウトレットパイプ35から排出されるようになっており、マフラ本体31内で排気音が消音されるようになっている。
2 to 4, the
マフラ本体31は、円筒状に形成されたアウタシェル41と、アウタシェル41の両端を閉塞し内部空間を画成するエンドプレート42、43とを含んで構成されている。このエンドプレート42、43はそれぞれアウタシェル41にかしめ構造などの固定手段により固定され、内部空間から外部に排気ガスが漏出しないようになっている。
このエンドプレート42とエンドプレート43との間には、セパレータ32が介装されるとともに、セパレータ32とエンドプレート43との間には、セパレータ33が介装されている。
The muffler
A
セパレータ32は、マフラ本体31内の内部空間を排気方向上流側に位置する共鳴室30Aと、この共鳴室30Aの排気方向下流側に位置する拡張室30Bとに区画している。
また、セパレータ33は、マフラ本体31内の内部空間を拡張室30Bと、この拡張室30Bの排気方向下流側に位置する拡張室30Cとに区画している。
また、エンドプレート42には挿通孔42aが形成され、セパレータ32には挿通孔32aが形成され、さらにセパレータ33には挿通孔33aが形成されており、これらの挿通孔42a、32a、33aにはインレットパイプ34が挿通されている。
The
The
The
また、エンドプレート43に挿通孔43aが形成され、セパレータ33に挿通孔33bが形成されており、これらの挿通孔43a、33bにはアウトレットパイプ35が挿通されている。さらに、セパレータ33には、拡張室30Cと拡張室30Bとを連通する連通孔33cが形成されており、拡張室30C内の排気ガスが、連通孔33cを通って拡張室30Bに流入する際に、さらに拡張されるようになっている。
Further, an
インレットパイプ34は、図4に示すように、センターパイプ25の下流端25bと接続される上流開口端34aと、拡張室30C内で開口する下流開口端34bと、この上流開口端34aと下流開口端34bとの間に形成された流通通路34cとを有している。
また、インレットパイプ34は、流通通路34cと共鳴室30Aとを連通する連通通路34eが形成された連通管34dを有している。この連通管34dは、インレットパイプ34の軸線方向に対して略直交するようインレットパイプ34から突出し、このインレットパイプ34の突出方向先端部が共鳴室30A内で開口する開口端34fを有している。
なお、インレットパイプ34、フロントパイプ23およびセンターパイプ25は、本発明の排気管としてのテールパイプ40を構成している。
As shown in FIG. 4, the
Further, the
The
ここで、拡張室とは、一般にインレットパイプ内の流通通路の断面積(mm2)に対して比較的大きな断面積(mm2)を有し、所定の容積(mm3)を備えた空洞からなる。
この拡張室においては、排気ガスが、流通通路から拡張室内に流入する際、その体積が急激に拡張され、内燃機関の排気脈動からなる圧力変動が弱められて、排気音の音圧レベル(dB)が広い周波数帯域に亘って低減されるといういわゆる拡張効果が得られる。
Here, the expansion chamber generally has a relatively large cross-sectional area (mm 2) with respect to the cross-sectional area of the flow passage in the inlet pipe (mm 2), the cavity having a predetermined volume (mm 3) Become.
In this expansion chamber, when the exhaust gas flows into the expansion chamber from the circulation passage, the volume thereof is rapidly expanded, the pressure fluctuation due to the exhaust pulsation of the internal combustion engine is weakened, and the sound pressure level (dB) of the exhaust sound is reduced. ) Is reduced over a wide frequency band.
また、共鳴室とは、一般にヘルムホルツの共鳴原理を利用して特定周波数(Hz)の排気音を共鳴させるよう、所定の容積(mm3)を備えた空洞からなる。この共鳴室は、図5に模式的に示すように、共鳴部材Kの内部に形成された空洞kからなる。この共鳴部材Kは、筒部材Tに連通部材Rを介して連結されている。筒部材Tは気流通路tを有しており、連通部材Rは、気流通路tと空洞kとを連通するいわゆる首の部分からなる連通通路rを有している。この構成により、特定周波数(Hz)の排気音がこの空洞h内で共鳴するようになっている。 The resonance chamber is generally composed of a cavity having a predetermined volume (mm 3 ) so as to resonate exhaust sound of a specific frequency (Hz) using the Helmholtz resonance principle. The resonance chamber is composed of a cavity k formed inside the resonance member K as schematically shown in FIG. The resonance member K is connected to the tubular member T via the communication member R. The tubular member T has an air flow passage t, and the communication member R has a communication passage r including a so-called neck portion that connects the air flow passage t and the cavity k. With this configuration, exhaust sound having a specific frequency (Hz) resonates in the cavity h.
この特定周波数をfk(Hz)とし、連通通路rの断面積をS(mm2)、連通通路rの長さをL(mm)とし、空洞hの容積をV(mm3)とし、Cを空気中の音速(m/s)すると、特定周波数fkは下記の式(4)で表されることが知られている。
この場合、連通通路rから空洞hに伝播する排気音の周波数(Hz)が、設定された特定周波数fk(Hz)とほぼ一致すると、排気音は、空洞h内で共鳴することになる。
そして、空洞hで共鳴が起きると、連通通路r内で空気が激しく振動し、連通部材Rの内壁と空気との摩擦などの抵抗により、空気の振動エネルギが熱エネルギに変換されて排気音が減衰することになる。その結果、空洞h内で共鳴した排気音の音圧レベル(dB)が低減される。
In this case, when the frequency (Hz) of the exhaust sound propagating from the communication path r to the cavity h substantially matches the set specific frequency fk (Hz), the exhaust sound resonates within the cavity h.
When resonance occurs in the cavity h, the air vibrates vigorously in the communication path r, and the vibration energy of the air is converted into heat energy by the resistance such as friction between the inner wall of the communication member R and the air, so that the exhaust sound is generated. It will be attenuated. As a result, the sound pressure level (dB) of the exhaust sound resonated in the cavity h is reduced.
このように、排気音の音圧レベル(dB)の高い特定周波数fで共鳴するよう連通通路rの断面積Sおよび長さL、空洞hの容積Vを設計すれば、その1次音圧モードの周波数だけでなく、2次音圧モードや3次音圧モードなどの整数倍の音圧モードの周波数においても共鳴が励起されるので、複数の周波数の排気音も低減できる。例えば、エンジン10の回転数(rpm)によって発生する特定周波数fが100Hzであると、fが100Hzになるよう前述の断面積S、長さLおよび容積Vが設計されていれば、100Hzの排気音だけでなく、2次音圧モードの200Hz、3次音圧モードの300Hzなどの整数倍の音圧モードの排気音の音圧レベルを低減できる。
In this way, if the cross-sectional area S and length L of the communication passage r and the volume V of the cavity h are designed to resonate at a specific frequency f with a high sound pressure level (dB) of the exhaust sound, the primary sound pressure mode can be obtained. Resonance is excited not only at the frequency of, but also at frequencies of sound pressure modes that are integer multiples such as the secondary sound pressure mode and the tertiary sound pressure mode, so that exhaust sounds at a plurality of frequencies can also be reduced. For example, if the specific frequency f generated by the rotational speed (rpm) of the
このマフラ30においては、図4に示すように、連通管34dの連通通路34eの長さ、すなわち流通通路34cと連通通路34eとの連通部分から開口端34fまでの長さはL1で形成されている。また、連通通路34eの断面積はS1、共鳴室30Aの体積は、V1で形成されており、それぞれ設定された各諸元に基づく特定の共鳴周波数(Hz)が設定されている。
したがって、このマフラ30においては、インレットパイプ34の流通通路34cから連通通路34eを経由して共鳴室30A内に排気ガスが導入されることにより、ヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数(Hz)の排気音の音圧レベルが低減されるようになっている。すなわち、共鳴室30A内で、排気音が消音されるようになっている。
In this
Therefore, in this
アウトレットパイプ35は、拡張室30B内で開口する上流開口端35aと、マフラ本体31の外方に位置し大気中に開口する下流開口端35bと、この上流開口端35aと下流開口端35bとの間に形成された流通通路35cとを有している。拡張室30B内の排気ガスは、上流開口端35aから流入し流通通路35cを通って下流開口端35bから大気中に排出されるようになっている。
The
バルブ36は、図6〜図8に示すように、軸受部51、52と、回動軸53と、この回動軸53の軸線方向の移動を規制する規制リング54、55と、弁体56とを含んで構成されている。軸受部51は、インレットパイプ34の下流開口端34bの外周部34gに突出して設けられ、貫通孔51aを有しており、この貫通孔51aおよびインレットパイプ34を貫通して設けられた貫通孔34hに回動軸53の一端が回動可能に挿通されている。また、軸受部52も、軸受部51と同様に、インレットパイプ34の下流開口端34bの外周部34gに突出して設けられ、貫通孔51aと軸線を同一にする貫通孔52aを有しており、この貫通孔52aおよびインレットパイプ34を貫通して設けられた貫通孔34hに回動軸53の他端が回動可能に挿通されている。
As shown in FIGS. 6 to 8, the
弁体56は、インレットパイプ34の内径よりも僅かに小さな直径を有する円盤からなり、本体部56aと、回動軸53と連結される連結部56bとを有している。本体部56aには、矢印gで示す重力方向の下方に切り欠き56cが形成されている。弁体56がインレットパイプ34の流通通路34cを閉状態にしたとき、この切り欠き56cとインレットパイプ34の内壁部との間に形成される隙間36aを通って、排気ガスが流通するようになっている。連結部56bには、貫通孔56dが形成されており、回動軸53が挿通されている。
The
このバルブ36においては、図8に示すように、インレットパイプ34の流通通路34c内を流通する排気ガスの流動圧(Pa)が所定の圧力(Pa)以上になると、弁体56が回動軸53を中心として滑らかに回動し流通通路34cが開状態になる。
排気ガスの流動圧(Pa)が所定の圧力(Pa)未満であると、弁体56がその自重により回動軸53を中心として矢印gの重力方向に回動し、閉状態になる。
In the
When the flow pressure (Pa) of the exhaust gas is less than a predetermined pressure (Pa), the
本実施形態に係る排気装置20のフロントパイプ23およびセンターパイプ25の内径(mm)、厚さ(mm)および長さ(mm)、マフラ本体31の長さ(mm)、外形の大きさ(mm)、インレットパイプ34およびアウトレットパイプ35の内径(mm)、厚さ(mm)および長さ(mm)、バルブ36を開状態にする排気ガスの流動圧の所定値(Pa)、連通管34dの長さL1(mm)、連通通路34eの断面積S1(mm2)、共鳴室30Aの体積V1(mm3)、拡張室30B、30Cの各体積(mm3)、各構成要素の材質などの設計諸元は、本実施形態に係る排気装置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。
The inner diameter (mm), thickness (mm) and length (mm) of the
次に、排気装置20の作用およびテールパイプ40内で発生する気柱共鳴について説明する。
Next, the action of the exhaust device 20 and air column resonance generated in the
まず、図1に示す排気装置20の上流側のエンジン10が始動されると、エンジン10の各気筒から排気される排気ガスは、排気マニホールド12から触媒コンバータ21に導入され、触媒コンバータ21によってNOxの還元やCO、HCの酸化などの排気ガスの浄化が行われる。浄化された排気ガスは、フロントパイプ23およびセンターパイプ25を通してインレットパイプ34内に導入される。
First, when the
インレットパイプ34内に導入された排気ガスの一部は、図9(a)の矢印で示すように、流通通路34c内を流通し、連通通路34eを通って開口端34fから共鳴室30Aに導入される。
エンジン10の始動直後でエンジン回転数が比較的低回転数領域にある場合や、エンジン10の減速時の場合には、流通通路34c内を通る排気ガスの流量が比較的少ないので、バルブ36は、排気ガスの流動圧が加わっても回動しない。その結果、流通通路34cは閉状態に維持されている。
この場合、連通通路34eに流入しなかった排気ガスは、図8に示す隙間36aを通って、拡張室30Cに流入する。拡張室30Cに流入した排気ガスは、さらにセパレータ33の連通孔33cを通って拡張室30Bに流入し、アウトレットパイプ35の上流開口端35aから流通通路35cに流入し、下流開口端35bから大気に排出される。
A part of the exhaust gas introduced into the
When the engine speed is in a relatively low speed range immediately after the
In this case, the exhaust gas that has not flowed into the
流通通路34cが閉状態であると、テールパイプ40は、図10(a)に示すように、その上流端23aが開口端、その下流開口端34bが閉口端となる。この場合、テールパイプ40は閉管となり、次式(5)で表される周波数fbの気柱共鳴が発生することになる。
ただし、Lbはテールパイプ40の管長(mm)、dbはテールパイプ40の内径(mm)、Cは前述の式(2)で表される排気ガスの温度T(°K)における音速(m/s)、mは次数をそれぞれ表す。
この気柱共鳴は、図10(a)に示すように、長さLbが(1/4)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードとなり、バルブ36の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹を有している。また、2次音圧モードでは、長さLbが(3/4)λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、バルブ36の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹を有している。
When the
However, L b is the sound velocity in the pipe length of the tail pipe 40 (mm), d b is the
The air column resonance, as shown in FIG. 10 (a), becomes one Tsugion圧mode length L b substantially coincides with the wavelength of the (1/4) lambda, the sound pressure at the upstream side of the valve 36 (Pa ) Has the highest belly. Further, 2 in Tsugion圧mode, the length L b is (3/4) becomes approximately matching columnar resonance wavelength of lambda, has a belly sound pressure upstream of the valve 36 (Pa) is the highest ing.
テールパイプ40内で発生する周波数fbの気柱共鳴は、マフラ30の共鳴室30A内でヘルムホルツ共鳴を励起させることにより、減衰させることができる。
すなわち、共鳴室30Aのヘルムホルツ共鳴の周波数を気柱共鳴の周波数fbとほぼ一致させることにより、周波数fbの気柱共鳴を減衰させることができる。
したがって、次式(6)で表されるヘルムホルツ共鳴の周波数をfbとすることにより、テールパイプ40内で発生する周波数fbの気柱共鳴が減衰する。
ただし、図4に示すように、長さL1は、連通通路34eの長さ(mm)、断面積S1は、連通通路34eの断面積(mm2)、体積V1は、共鳴室30Aの体積(mm3)をそれぞれ表している。
この共鳴室30Aにおいては、長さLbとほぼ一致する(1/4)λの波長の周波数の自然数倍となる複数の周波数の共鳴を減衰させることができる。
Columnar resonance frequency f b generated in the
That is, the frequency of the Helmholtz resonance of the
Therefore, by setting the frequency of the Helmholtz resonance is expressed by the following equation (6) and f b, columnar resonance frequency f b generated in the
However, as shown in FIG. 4, the length L 1 is the length of the
In this
内燃機関の減速時などの排気ガスの流量が少なく、流通通路34c内の圧力が小さい場合でも、この共鳴室30Aが、バルブ36の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹の近傍に設けられているので、ヘルムホルツ共鳴を有効に機能させることができる。
Even when the flow rate of the exhaust gas is small, such as during deceleration of the internal combustion engine, and the pressure in the
他方、エンジン10の加速時など比較的高回転数領域にある場合には、流通通路34c内を通る排気ガスの流量が比較的多いので、図9(b)に示すように、バルブ36は、排気ガスの流動圧により回動する。その結果、流通通路34cは開状態となる。
そして、排気ガスはインレットパイプ34の下流開口端34bを通って、拡張室30Cに流入する。この排気ガスは、さらにセパレータ33の連通孔33cを通って拡張室30Bに流入し、アウトレットパイプ35の上流開口端35aから流通通路35cに流入し、下流開口端35bから大気に排出される。
また、インレットパイプ34内に導入された排気ガスの一部は、勢いよく流通通路34c内を流通し、連通通路34eを通って開口端34fから共鳴室30Aに導入される。
On the other hand, when the
Then, the exhaust gas passes through the downstream opening
Further, a part of the exhaust gas introduced into the
流通通路34cが開状態であると、テールパイプ40は、図10(b)に示すように、上流端23aが開口端、下流開口端34bが開口端となる。この場合、テールパイプ40は開管となり、次式(7)で表される周波数fcの気柱共鳴が発生することになる。
ただし、Lbはテールパイプ40の管長(mm)、dbはテールパイプ40の内径(mm)、Cは前述の式(2)で表される排気ガスの温度T(°K)における音速(m/s)、mは次数をそれぞれ表す。
この気柱共鳴は、図10(b)に示すように、長さLbが(1/2)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードとなり、テールパイプ40の排気方向の中間部で音圧(Pa)が最も高くなる腹を有している。また、2次音圧モードでは、長さLbが1λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、テールパイプ40の排気方向の二箇所で音圧(Pa)が最も高くなる腹を有している。
When the
However, L b is the sound velocity in the pipe length of the tail pipe 40 (mm), d b is the
The air column resonance, as shown in FIG. 10 (b), becomes one Tsugion圧mode length L b substantially coincides with the wavelength of the (1/2) lambda, at an intermediate portion of the exhaust direction of the
テールパイプ40内で発生する周波数fcの気柱共鳴は、マフラ30の共鳴室30A内でヘルムホルツ共鳴を励起させることにより、減衰させることができる。
すなわち、共鳴室30Aのヘルムホルツ共鳴の周波数は、前述のように周波数fbとほぼ一致するよう設定されており、この周波数fbを基本周波数とすると、この基本周波数の自然数倍の周波数の共鳴を減衰させることができる。具体的には、基本となる周波数fbが、(1/4)λの波長を有しているので、この波長の2倍となる(1/2)λの波長の周波数、この波長の3倍となる(3/4)λの波長の周波数、この波長の4倍となる1λの波長の周波数などの複数の周波数の共鳴を減衰させることができる。
Columnar resonance frequency f c generated in the
That is, the frequency of the Helmholtz resonance of the
したがって、エンジン10の加速時などのエンジン回転数が比較的高回転数領域にあり、流通通路34cが開状態となる場合にも、共鳴室30Aのヘルムホルツ共鳴により、図10(b)に示すように、長さLbが(1/2)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードおよび長さLbが1λの波長とほぼ一致する2次音圧モードの気柱共鳴を減衰させることができる。この場合、共鳴室30Aは、バルブ36の上流側の比較的音圧が低く見える部分に位置することになるが、比較的高回転数領域では、排気ガスの流量が多く流動圧力が高いのでヘルムホルツ共鳴による減衰が効果的に機能する。
Accordingly, even when the engine speed is in a relatively high speed region, such as when the
第1実施形態に係る排気装置20においては、前述のように構成されているので、次の効果が得られる。 Since the exhaust device 20 according to the first embodiment is configured as described above, the following effects can be obtained.
すなわち、排気装置20においては、エンジン10が減速時や低回転領域にある場合、バルブ36が流通通路34cを閉状態に維持するので、テールパイプ40が閉管になる。このような閉管の場合、テールパイプ40内で気柱共鳴が発生すると、図10(a)に示すような音圧分布となり、1次音圧モードおよび2次音圧モードで、バルブ36の排気方向上流側が高い音圧となる。この高い音圧は、バルブ36に対して排気方向上流側に配置された共鳴室30Aに作用し、共鳴室30Aにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められるという効果が得られる。
That is, in the exhaust device 20, when the
したがって、エンジン10が低回転領域にある場合でも、テールパイプ40内に発生する気柱共鳴による音圧の増大を好適に抑制できる。その結果、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていた気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
Therefore, even when the
具体的には、図11に示すように、従来の排気装置において、エンジン回転数Neが比較的低回転数領域で生じてしまう気柱共鳴による1次音圧モードおよび2次音圧モードの破線で示す高い音圧レベル(dB)の山の部分が、実線で示す音圧レベルにまで低減される。その結果、気柱共鳴の排気音が車室内に伝達され、車室内にこもり音を生じさせてしまい、運転者に不快感を与えてしまうという問題が解消されるという効果が得られる。 Specifically, as shown in FIG. 11, in the conventional exhaust system, broken lines of the primary sound pressure mode and the secondary sound pressure mode due to air column resonance that cause the engine speed Ne to occur in a relatively low speed region. The peak portion of the high sound pressure level (dB) indicated by is reduced to the sound pressure level indicated by the solid line. As a result, the exhaust sound of the air column resonance is transmitted to the vehicle interior, and a humming noise is generated in the vehicle interior, so that the problem that the driver feels uncomfortable is solved.
他方、エンジン10が加速時や高回転領域にある場合、バルブ36が流通通路34cを開状態にするので、テールパイプ40が開管になる。このような開管の場合、テールパイプ40内で気柱共鳴が発生すると、図10(b)に示すような音圧分布となり、1次音圧モードおよび2次音圧モードで、バルブ36の排気方向上流側が低い音圧となる。
On the other hand, when the
このようにバルブ36の排気方向上流側が低い音圧となっても、エンジン10が高回転領域にある場合、インレットパイプ34の流通通路34c内を流通する排気ガスの流量が増大しており、その流動圧力も高まっているので、共鳴室30Aにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められる。したがって、エンジン10が高回転領域にある場合においても、テールパイプ40内に発生する気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。
また、バルブ36が流通通路34cを開状態にするので、流通通路34c内を流通する排気ガスを、バルブ36から円滑に拡張室30Cに流入させることができ、テールパイプ40内で背圧が高まることはなく、エンジン10に負荷が加わることはない。
As described above, even when the sound pressure on the upstream side of the exhaust direction of the
Further, since the
その結果、エンジン10が減速時や低回転領域にあっても、加速時や高回転領域にあっても、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていた気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。また、拡張室30B、30Cが共鳴室30Aよりも排気方向下流側に設けられているので、共鳴室30Aにおけるヘルムホルツ共鳴に影響を与えることはない。この拡張室30Cに、流通通路34cから排気ガスが流入する際、その体積が急激に拡張されるので、全周波数領域に亘って、排気音を低減できる。さらに、排気ガスが拡張室30Cから拡張室30Bに流入する際、再度、体積が急激に拡張されるので、さらに全周波数領域に亘って、排気音を低減でき、アウトレットパイプ35から排気ガスが大気に排出される際に、著しく排気音を低減できる。
As a result, even when the
また、連通管34dがインレットパイプ34の軸線方向線に対して略直交するようインレットパイプ34から突出しているので、簡単な構造で、連通通路34eを比較的長く形成でき、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数を、問題の起き易い低周波数側に設定できるという効果が得られる。また、マフラ30をテールパイプ40における排気方向の最下流側に設けているので、次のような効果が得られる。
Further, since the
すなわち、連通通路34eおよび共鳴室30Aをバルブ36の上流側の近傍に位置させることができ、気柱共鳴の音圧の高い部分に連通通路34eを配置させることができる。
その結果、特に、エンジン10が減速時にある場合、ヘルムホルツ共鳴による排気音の音圧の増大を効果的に抑制できる。また、バルブ36が閉状態のとき、図7および図8に示すように、隙間36aは、流通通路34cの断面積よりも極めて小さく形成されているので、エンジン10が減速時にある場合、バルブ36の上流側の音圧をより効果的に高めることができる。
That is, the
As a result, particularly when the
(第2実施形態)
なお、第2実施形態に係る排気装置60は、第1実施形態のマフラ30に替えてマフラ70により構成されているが、その他は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図1〜図11に示した第1実施形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
(Second Embodiment)
In addition, although the
図1に示す排気装置60において、マフラ70の他は第1実施形態と同様に構成されており、図12、図13に示すように、マフラ70において、インレットパイプ61および開閉部材としてのバルブ50の他は第1実施形態と同様に構成されている。
インレットパイプ61は、上流開口端61aと、下流開口端61bと、流通通路61cと、連通通路61eが形成された連通管61dとを有している。この連通管61dは、突出方向先端部が共鳴室30A内で開口する開口端61fを有している。
なお、インレットパイプ61、フロントパイプ23およびセンターパイプ25は、本発明の排気管としてのテールパイプ40aを構成している。
The
The
The
このマフラ70においては、図13に示すように、第1実施形態と同様に、連通管61dの連通通路61eの長さはL2、連通通路61eの断面積はS2、共鳴室30Aの体積は、V2で形成されており、それぞれ設定された各諸元に基づく特定の共鳴周波数(Hz)が設定されている。
In this
バルブ50は、図14〜図16に示すように、軸受部63、64と、回動軸65と、この回動軸65の軸線方向の移動を規制する規制リング66、67と、弁体68と、錘69とを含んで構成されている。軸受部63は、インレットパイプ61の上流開口端61aと下流開口端61bとの間の外周部61gに突出して設けられ、貫通孔63aを有しており、この貫通孔63aおよびインレットパイプ61を貫通して設けられた貫通孔61hに回動軸65の一端が回動可能に挿通されている。また、軸受部64は、軸受部63と対向する外周部61gに突出して設けられ、貫通孔63aと軸線を同一にする貫通孔64aを有しており、この貫通孔64aおよびインレットパイプ61を貫通して設けられた貫通孔61hに回動軸65の他端が回動可能に挿通されている。
As shown in FIGS. 14 to 16, the
弁体68は、インレットパイプ61の内径よりも僅かに小さな直径を有する円盤からなり、本体部68aと、回動軸65と連結される連結部68bとを有している。本体部68aには、図15の矢印gで示す重力方向の上方に切り欠き68cが形成されている。弁体68がインレットパイプ61の流通通路61cを閉状態にしたとき、この切り欠き68cとインレットパイプ61の内壁部との間に形成される隙間50aを通って、排気ガスが流通するようになっている。
The
連結部68bには、貫通孔68dが形成されており、回動軸65が挿通されている。
このバルブ50においては、図16に示すように、インレットパイプ61の流通通路61c内を流通する排気ガスの流動圧(Pa)が所定の圧力(Pa)以上になると、弁体68が回動軸65を中心として滑らかに回動し流通通路61cが開状態になる。
錘69は、弁体68の連結部68bよりも矢印gで示す重力方向の下方に設けられており、排気ガスの流動圧が所定の圧力未満のとき、弁体68が流通通路61cに直交する姿勢、すなわち閉状態で維持するよう構成されている。
A through
In this
The
次に、排気装置60の作用およびテールパイプ40a内で発生する気柱共鳴について説明する。
Next, the action of the
まず、図1に示すエンジン10が始動されると、第1実施形態と同様に、排気ガスはインレットパイプ61内に導入され、図17(a)の矢印で示すように、連通通路61eを通って開口端61fから共鳴室30Aに導入される。エンジン10が低回転数領域にある場合には、流通通路61c内を通る排気ガスの流量が比較的少ないので、バルブ50は、排気ガスの流動圧が加わっても回動せず、流通通路61cは閉状態に維持されている。
この場合、排気ガスは、図15に示す隙間50aを通って、拡張室30Cに流入し、さらに拡張室30Bに流入し、全周波数帯域に亘って排気音が低減されて下流開口端35bから大気に排出される。
First, when the
In this case, the exhaust gas flows into the
流通通路61cが閉状態であると、テールパイプ40aは、第1実施形態と同様、バルブ50の上流側が閉口端となり、テールパイプ40aは長さLbを有する閉管となるので、前述の式(5)と同様に特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。この気柱共鳴は、第1実施形態と同様、長さLbが(1/4)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードとなり、バルブ50の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹が形成されることになる。また、2次音圧モードでは、長さLbが(3/4)λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、バルブ50の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹が形成されることになる。
When
テールパイプ40a内で発生する特定周波数の気柱共鳴は、第1実施形態と同様に、マフラ70の共鳴室30A内でヘルムホルツ共鳴を励起させることにより、減衰させることができる。内燃機関の減速時などの排気ガスの流量が少なく、流通通路61c内の圧力が小さい場合でも、第1実施形態と同様、共鳴室30Aがバルブ50の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹の近傍に位置するので、ヘルムホルツ共鳴を有効に機能させることができる。
The air column resonance of the specific frequency generated in the tail pipe 40a can be attenuated by exciting the Helmholtz resonance in the
エンジン10が高回転数領域にある場合には、流通通路61c内を通る排気ガスの流量が比較的多いので、図17(b)に示すように、バルブ50は、排気ガスの流動圧により回動し、流通通路61cは開状態となる。そして、排気ガスは下流開口端61bを通って、拡張室30Cに流入し、さらに拡張室30Bに流入し、アウトレットパイプ35の下流開口端35bから大気に排出される。また、排気ガスの一部は、勢いよく連通通路61eを通って開口端61fから共鳴室30Aに導入される。
When the
流通通路61cが開状態であると、テールパイプ40aは、第1実施形態と同様に、その下流開口端61bが開口端となり、長さLbを有する開管となるので、前述の式(7)で表される特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。この気柱共鳴は、第1実施形態と同様に、Lbが(1/2)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードとなり、テールパイプ40aの排気方向の中間部で音圧(Pa)が最も高くなる腹を有している。また、2次音圧モードでは、Lbが1λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、テールパイプ40aの排気方向の二箇所で音圧(Pa)が最も高くなる腹を有している。
When
エンジン10の加速時などのエンジン回転数が比較的高回転数領域にあり、流通通路61cが開状態となる場合にも、共鳴室30Aのヘルムホルツ共鳴により、長さLbが(1/2)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードおよび長さLbが1λの波長とほぼ一致する2次音圧モードの気柱共鳴を減衰させることができる。
この場合、第1実施形態と同様に、共鳴室30Aは、バルブ50の上流側の比較的音圧が低く見える部分に位置することになるが、比較的高回転数領域では、排気ガスの流量が多く流動圧力が高いのでヘルムホルツ共鳴による減衰が効果的に機能する。
Engine speed, such as during acceleration of the
In this case, as in the first embodiment, the
第2実施形態に係る排気装置60においては、前述のように構成されているので、次の効果が得られる。
Since the
すなわち、排気装置60においては、エンジン10が低回転領域にある場合、第1実施形態と比較して、バルブ50がより共鳴室30Aに近接して設けられているので、バルブ50の排気方向上流側が第1実施形態の場合よりも高い音圧となる。この高い音圧により、共鳴室30Aにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められ、気柱共鳴による排気音の音圧の増大をより好適に抑制できるという効果が得られる。その結果、車室内のこもり音の問題が解消されるという効果が得られ、第1実施形態と同様に、エンジン10が低回転領域にあっても、気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
That is, in the
他方、エンジン10が高回転領域にある場合、バルブ50が流通通路61cを開状態にするので、テールパイプ40aが開管になる。このような開管の場合、第1実施形態と同様に、1次音圧モードおよび2次音圧モードで、バルブ50の排気方向上流側が低い音圧となっても、流通通路61c内を流通する排気ガスの流量が増大しており、その流動圧力も高まっているので、共鳴室30Aにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められる。したがって、高回転領域においても、テールパイプ40a内の気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。
また、第1実施形態と同様に、バルブ50が流通通路61cを開状態にするので、排気ガスを、円滑に拡張室30Cに流入させることができ、テールパイプ40a内で背圧が高まることはなく、エンジン10に負荷が加わることはない。
On the other hand, when the
Further, as in the first embodiment, since the
その結果、エンジン10が低回転から高回転までの全域で、気柱共鳴による排気音の音圧の増大が抑制されるので、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていたサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
As a result, since the increase in the sound pressure of the exhaust sound due to the air column resonance is suppressed in the entire region from the low rotation to the high rotation of the
(第3実施形態)
なお、第3実施形態に係る排気装置80は、第1実施形態のマフラ30に替えてマフラ90により構成されているが、その他は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図1〜図11に示した第1実施形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
(Third embodiment)
In addition, although the exhaust apparatus 80 which concerns on 3rd Embodiment is replaced with the
図1に示す排気装置80において、マフラ90の他は第1実施形態と同様に構成されており、図18ないし図20に示すように、マフラ90において、インレットパイプ81およびセパレータ74、75の他は第1実施形態と同様に構成されている。
The exhaust device 80 shown in FIG. 1 is configured in the same manner as the first embodiment except for the
インレットパイプ81は、上流開口端81aと、下流開口端81bと、流通通路81cと、連通管82とを有している。この連通管82は、インレットパイプ81の軸線方向に沿ってインレットパイプ81の外周部81dを囲む筒状部82aと、この筒状部82aとインレットパイプ81の外周部81dとを連結する連結部82bと、共鳴室30Aで開口する開口端82cとを有している。この連通管82の内周面とインレットパイプ81の外周部81dの外周面と連結部82bの内壁面との間にインレットパイプ81の流通通路81cと共鳴室30Aとを連通する連通通路83が画成されている。この連通通路83は、インレットパイプ81の外周部81dに設けられた直径dの貫通孔81eを介して流通通路81cと連通している。この直径dの大きさは、排気ガスが円滑に流通する程度のものであればよく、外周部81dの円周方向に複数個形成されていてもよい。また、この貫通孔81eの位置は、音圧の高いバルブ36の近傍であることが好ましい。
The
なお、インレットパイプ81、フロントパイプ23およびセンターパイプ25は、本発明の排気管としてのテールパイプ40bを構成している。
このマフラ90においては、第1実施形態と同様に、連通管82の連通通路83の長さ、連通通路83の断面積、共鳴室30Aの体積は所定の寸法で形成されており、それぞれ設定された各諸元に基づく特定の共鳴周波数(Hz)が設定されている。
The
In this
バルブ50の回動軸53は、図20に示すように、インレットパイプ81の外周部81dに設けられた貫通孔81fに挿通されており、弁体56が回動軸53を中心として回動するようになっている。また、弁体56の切り欠き56cとインレットパイプ81の内壁部との間に隙間36aが画成されている。
As shown in FIG. 20, the
セパレータ74は、図19に示すように、マフラ本体31内の内部空間を排気方向上流側に位置する共鳴室30Aと、この共鳴室30Aの排気方向下流側に位置する拡張室30Bとに区画している。また、セパレータ75は、マフラ本体31内の内部空間を拡張室30Bと、この拡張室30Bの排気方向下流側に位置する拡張室30Cとに区画している。
セパレータ74には挿通孔74aが形成され、さらにセパレータ75には挿通孔75aが形成されており、これらの挿通孔74a、75aにはインレットパイプ81が挿通されている。また、セパレータ75に挿通孔75bが形成されており、挿通孔75bにはアウトレットパイプ35が挿通されている。
As shown in FIG. 19, the
An
次に、排気装置80の作用およびテールパイプ40b内で発生する気柱共鳴について説明する。 Next, the action of the exhaust device 80 and air column resonance generated in the tail pipe 40b will be described.
まず、図1に示すエンジン10が始動されると、第1実施形態と同様に、排気ガスは、インレットパイプ81内に導入され、図22(a)の矢印で示すように、貫通孔81eおよび連通通路83を通って開口端82cから共鳴室30Aに導入される。エンジン10が低回転数領域にある場合には、流通通路81c内を通る排気ガスの流量が比較的少ないので、バルブ36は、排気ガスの流動圧が加わっても回動せず、流通通路81cは閉状態に維持されている。この場合、排気ガスは、図20に示す隙間36aを通って、拡張室30Cに流入し、さらに拡張室30Bに流入し、全周波数帯域に亘って排気音が低減されてアウトレットパイプ35の下流開口端35bから大気に排出される。
First, when the
流通通路81cが閉状態であると、テールパイプ40bは、第1実施形態と同様に、バルブ36の上流側が閉口端となり、長さLbを有する閉管となるので、前述の式(5)と同様に特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。この気柱共鳴は、第1実施形態と同様、長さLbが(1/4)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードとなり、バルブ36の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹が形成されることになる。また、2次音圧モードでは、長さLbが(3/4)λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、バルブ36の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹が形成されることになる。
When
テールパイプ40b内で発生する特定周波数の気柱共鳴は、第1実施形態と同様に、マフラ90の共鳴室30A内でヘルムホルツ共鳴を励起させることにより、減衰させることができる。内燃機関の減速時などの排気ガスの流量が少なく、流通通路81c内の圧力が小さい場合でも、第1実施形態と同様に、共鳴室30Aが、バルブ36の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹の近傍に設けられているので、ヘルムホルツ共鳴を有効に機能させることができる。
The air column resonance having a specific frequency generated in the tail pipe 40b can be attenuated by exciting the Helmholtz resonance in the
エンジン10が高回転数領域にある場合には、流通通路81c内を通る排気ガスの流量が比較的多いので、図22(b)に示すように、バルブ36は、排気ガスの流動圧により回動し、流通通路81cは開状態となる。そして、排気ガスは下流開口端81bを通って、拡張室30Cに流入し、さらに拡張室30Bに流入し、全周波数帯域に亘って排気音が低減されて下流開口端35bから大気に排出される。また、排気ガスの一部は、勢いよく貫通孔81eおよび連通通路83を通って開口端82cから共鳴室30Aに導入される。
When the
流通通路81cが開状態であると、テールパイプ40bは、第1実施形態と同様に、その下流開口端81bが開口端となり、長さLbを有する開管となるので、前述の式(7)で表される特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。この気柱共鳴は、第1実施形態と同様に、Lbが(1/2)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードとなり、テールパイプ40bの排気方向の中間部で音圧(Pa)が最も高くなる腹を有している。また、2次音圧モードでは、Lbが1λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、テールパイプ40bの排気方向の二箇所で音圧(Pa)が最も高くなる腹を有している。
When
エンジン10の加速時などのエンジン回転数が比較的高回転数領域にあり、流通通路81cが開状態となる場合にも、共鳴室30Aのヘルムホルツ共鳴により、長さLbが(1/2)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードおよび長さLbが1λの波長とほぼ一致する2次音圧モードの気柱共鳴を減衰させることができる。
この場合、第1実施形態と同様に、共鳴室30Aは、バルブ36の上流側の比較的音圧が低く見える部分に位置することになるが、比較的高回転数領域では、排気ガスの流量が多く流動圧力が高いのでヘルムホルツ共鳴による減衰が効果的に機能する。
Engine speed, such as during acceleration of the
In this case, as in the first embodiment, the
第3実施形態に係る排気装置80においては、前述のように構成されているので、次の効果が得られる。 Since the exhaust device 80 according to the third embodiment is configured as described above, the following effects can be obtained.
すなわち、排気装置80においては、エンジン10が低回転領域にある場合、第1実施形態と同様に、バルブ36の排気方向上流側が高い音圧となる。この高い音圧により、共鳴室30Aにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められ、気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。その結果、気柱共鳴の排気音によるこもり音の問題が解消されるという効果が得られ、第1実施形態と同様に、エンジン10が低回転領域にあっても、気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
That is, in the exhaust device 80, when the
他方、エンジン10が高回転領域にある場合、バルブ36が流通通路81cを開状態にするので、テールパイプ40bが開管になる。このような開管の場合、第1実施形態と同様に、1次音圧モードおよび2次音圧モードで、バルブ36の排気方向上流側が低い音圧となっても、排気ガスの流動圧力が高まっているので、共鳴室30Aにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められる。したがって、エンジン10が高回転領域にある場合においても、テールパイプ40b内の気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。また、第1実施形態と同様に、バルブ36が流通通路81cを開状態にするので、排気ガスを、バルブ36から円滑に拡張室30Cに流入させることができ、テールパイプ40b内で背圧が高まることはなく、エンジン10に負荷が加わることはない。
On the other hand, when the
その結果、エンジン10が低回転から高回転までの全域で、気柱共鳴による排気音の音圧の増大が抑制されるので、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていた気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
また、第1実施形態および第2実施形態と比較して、共鳴室30Aをバルブ36の上流側の極めて近くに位置させることができ、特に、エンジン10の減速時において、テールパイプ40bが閉状態になった際、気柱共鳴の音圧の高い部分に共鳴室30Aを配置させることができる。その結果、特に、エンジン10が減速時にある場合、ヘルムホルツ共鳴による排気音の音圧の増大を効果的に抑制できる。
As a result, since the increase in the sound pressure of the exhaust sound due to the air column resonance is suppressed in the entire region from the low rotation to the high rotation of the
Compared with the first and second embodiments, the
(第4実施形態)
なお、第4実施形態に係る排気装置100は、第1実施形態のマフラ30に替えてマフラ110により構成されているが、その他は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図1〜図11に示した第1実施形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
(Fourth embodiment)
In addition, although the exhaust apparatus 100 which concerns on 4th Embodiment is replaced with the
図1に示す排気装置100において、マフラ110の他は第1実施形態と同様に構成されており、図23ないし図26に示すように、マフラ110において、インレットパイプ85、セパレータ86、87および開閉部材としてのバルブ88の他は第1実施形態と同様に構成されている。インレットパイプ85は、上流開口端85aと、下流開口端85bと、流通通路85cと、連通管85dとを有している。
The exhaust device 100 shown in FIG. 1 is configured in the same manner as the first embodiment except for the
セパレータ86は、マフラ本体31内の内部空間を排気方向上流側に位置する共鳴室110Aと、この共鳴室110Aの排気方向下流側に位置する拡張室110Bとに区画している。また、セパレータ87は、マフラ本体31内の内部空間を拡張室110Cと、この拡張室110Cの排気方向下流側に位置する拡張室110Bとに区画している。
セパレータ86には挿通孔86aが形成され、さらにセパレータ87には挿通孔87aが形成されており、これらの挿通孔86a、87aにはインレットパイプ85が挿通されている。また、セパレータ86に挿通孔86bが形成されており、挿通孔86bにはアウトレットパイプ35が挿通されている。
The
An
また、インレットパイプ85の下流開口端85bは、拡張室110C内で開口するよう、拡張室110C内でインレットパイプ85の軸線方向に略直交するよう屈曲部85hで屈曲して形成されている。また、連通管85dは、屈曲部85hからインレットパイプ85の軸線方向に延在して形成され、共鳴室110Aで開口する開口端85fを有している。また、連通管85dは、流通通路85cと共鳴室110Aとを連通する連通通路85eを有している。
Further, the downstream opening
なお、インレットパイプ85、フロントパイプ23およびセンターパイプ25は、本発明の排気管としてのテールパイプ40cを構成している。
このマフラ110においては、第1実施形態と同様に、連通管85dの連通通路85eの屈曲部85hから開口端85fまでの長さL3、連通通路85eの断面積S3、共鳴室110Aの体積V3は所定の寸法で形成されており、それぞれ設定された各諸元に基づく特定の共鳴周波数(Hz)が設定されている。
The
In the
バルブ88は、図25、図26に示すように、弁体88aと、リテーナ88bとを有している。弁体88aは、インレットパイプ85の内径よりも僅かに小さな直径を有する円盤からなり、切り欠き88cが形成されている。弁体88aがインレットパイプ85の流通通路85cを閉状態にしたとき、この切り欠き88cとインレットパイプ85の内壁部との間に形成される隙間89を通って、排気ガスが流通するようになっている。
リテーナ88bは、弁体88aの切り欠き88cと対向する側であって、インレットパイプ85の流通通路85c側に屈曲するよう弁体88aと一体的に形成されている。
また、リテーナ88bは、インレットパイプ85の内壁部に密着するよう、湾曲して形成され、スポット溶接などの接合手段やリベットなどの固定手段によりインレットパイプ85の内壁部に取り付けられている。
As shown in FIGS. 25 and 26, the
The
The
このバルブ88は、ばね材などの弾性材料からなり、図26に示すように、インレットパイプ85の流通通路85c内を流通する排気ガスの流動圧(Pa)が所定の圧力(Pa)以上になると、弁体88aが弁体88aとリテーナ88bとの連結部分を中心として排気ガスの流出方向に弾性変形し流通通路85cが開状態になるよう構成されている。
排気ガスの流動圧(Pa)が所定の圧力(Pa)未満の場合は、図26の矢印gで示す重力方向に加わる自重に抗して閉状態が維持されるようになっている。
The
When the flow pressure (Pa) of the exhaust gas is less than a predetermined pressure (Pa), the closed state is maintained against the dead weight applied in the direction of gravity indicated by the arrow g in FIG.
次に、排気装置110の作用およびテールパイプ40c内で発生する気柱共鳴について説明する。
Next, the action of the
まず、図1に示すエンジン10が始動されると、第1実施形態と同様に、排気ガスは、インレットパイプ85内に導入され、図27(a)の矢印で示すように、連通通路85eを通って開口端85fから共鳴室110Aに導入される。エンジン10が低回転数領域にある場合には、流通通路85c内を通る排気ガスの流量が比較的少ないので、バルブ88は、排気ガスの流動圧が加わっても弾性変形せず、流通通路85cは閉状態に維持されている。この場合、排気ガスは、図25に示す隙間89を通って拡張室110Cに流入し、さらに拡張室110Bに流入し、全周波数帯域に亘って排気音が低減されて下流開口端35bから大気に排出される。
流通通路85cが閉状態であると、テールパイプ40cは、第1実施形態と同様に、バルブ88の上流側が閉口端となり、テールパイプ40cは、長さLbを有する閉管となるので、前述の式(5)と同様に特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。
First, when the
When
この気柱共鳴は、第1実施形態と同様、長さLbが(1/4)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードとなり、バルブ88の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹が形成されることになる。また、2次音圧モードでは、長さLbが(3/4)λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、バルブ88の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹が形成されることになる。テールパイプ40c内で発生する特定周波数の気柱共鳴は、第1実施形態と同様に、マフラ90の共鳴室30A内でヘルムホルツ共鳴を励起させることにより、減衰させることができる。減速時などの排気ガスの流量が少なく、流通通路85c内の圧力が小さい場合でも、第1実施形態と同様に、共鳴室30Aが、連通通路85eを介してバルブ88の上流側で音圧(Pa)が最も高くなる腹の近傍に設けられているので、ヘルムホルツ共鳴を有効に機能させることができる。
The air column resonance, as in the first embodiment, it is 1 Tsugion圧mode length L b substantially coincides with the wavelength of the (1/4) lambda, the sound pressure at the upstream side of the valve 88 (Pa) is the most A rising belly will be formed. Further, in the 2 Tsugion圧mode, the length L b is (3/4) becomes approximately matching columnar resonance wavelength of lambda, the sound pressure at the upstream side of the valve 88 (Pa) is the highest becomes antinode formed Will be. The air column resonance of a specific frequency generated in the tail pipe 40c can be attenuated by exciting the Helmholtz resonance in the
エンジン10が加速時などの比較的高回転数領域にある場合には、流通通路85c内を通る排気ガスの流量が比較的多いので、図27(b)に示すように、バルブ88は、排気ガスの流動圧により排気方向に弾性変形し、流通通路85cは開状態となる。
そして、排気ガスは下流開口端85bを通って、拡張室110Cに流入し、さらに拡張室110Bに流入し、全周波数帯域に亘って排気音が低減されて下流開口端35bから大気に排出される。また、排気ガスの一部は、勢いよく連通通路85eを通って開口端85fから共鳴室110Aに導入される。
When the
Then, the exhaust gas flows into the
流通通路85cが開状態であると、テールパイプ40cは、第1実施形態と同様に、その下流開口端81bが開口端となり、長さLbを有する開管となるので、前述の式(7)で表される特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。この気柱共鳴は、第1実施形態と同様に、Lbが(1/2)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードとなり、テールパイプ40cの排気方向の中間部で音圧(Pa)が最も高くなる腹を有している。また、2次音圧モードでは、Lbが1λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、テールパイプ40cの排気方向の二箇所で音圧(Pa)が最も高くなる腹を有している。
When
エンジン10が加速時などの高回転数領域にあり、流通通路85cが開状態となる場合にも、共鳴室110Aのヘルムホルツ共鳴により、長さLbが(1/2)λの波長とほぼ一致する1次音圧モードおよび長さLbが1λの波長とほぼ一致する2次音圧モードの気柱共鳴を減衰させることができる。
この場合、第1実施形態と同様に、共鳴室110Aは、バルブ88の上流側の比較的音圧が低く見える部分に位置することになるが、比較的高回転数領域では、排気ガスの流量が多く流動圧力が高いのでヘルムホルツ共鳴による減衰が効果的に機能する。
In this case, similarly to the first embodiment, the
第4実施形態に係る排気装置100においては、前述のように構成されているので、次の効果が得られる。 Since the exhaust device 100 according to the fourth embodiment is configured as described above, the following effects can be obtained.
すなわち、排気装置100においては、エンジン10が減速時や低回転領域にある場合、第1実施形態と同様に、バルブ88の排気方向上流側が高い音圧となる。この高い音圧により、共鳴室110Aにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められ、気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。その結果、気柱共鳴の排気音が車室内に伝達され、車室内にこもり音を生じさせてしまい、運転者に不快感を与えてしまうという問題が解消されるという効果が得られ、第1実施形態と同様に、エンジン10が低回転領域にある場合においても、気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
That is, in the exhaust device 100, when the
他方、エンジン10が高回転領域にある場合、バルブ88が流通通路85cを開状態にするので、テールパイプ40cが開管になる。このような開管の場合、第1実施形態と同様に、1次音圧モードおよび2次音圧モードで、バルブ88の排気方向上流側が低い音圧となっても、その流動圧力が高まっているので、共鳴室110Aにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められる。したがって、高回転領域の場合でも、テールパイプ40c内に発生する気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。また、第1実施形態と同様に、バルブ88が流通通路85cを開状態にするので、排気ガスを、バルブ88から円滑に拡張室110Cに流入させることができ、テールパイプ40c内で背圧が高まることはなく、エンジン10に負荷が加わることはない。
On the other hand, when the
その結果、エンジン10が低回転から高回転までの全域で、気柱共鳴による排気音の音圧の増大が抑制されるので、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていた気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
As a result, since the increase in the sound pressure of the exhaust sound due to the air column resonance is suppressed in the entire region from the low rotation to the high rotation of the
また、第1実施形態および第2実施形態と比較して、共鳴室110Aをバルブ36の上流側の極めて近くに位置させることができ、特に、エンジン10の減速時において、テールパイプ40cが閉状態になった際、気柱共鳴の音圧の高い部分に共鳴室110Aを配置させることができる。その結果、特に、エンジン10が減速時にある場合、ヘルムホルツ共鳴による排気音の音圧の増大を効果的に抑制できる。また、第1実施形態および第2実施形態と比較して、連通管85dをより長く設定することができるので、共鳴室110Aにおける共鳴周波数を、より低周波数側に設定することができる。その結果、より低周波数側で生ずるこもり音による騒音の問題を解消することができる。
In addition, compared with the first and second embodiments, the
(変形例)
なお、第1ないし第4実施形態のマフラ30、70、90、110は、いずれも内部空間に、1個の共鳴室および2個の拡張室が形成される3室構造で構成されているが、それ以外の構造によりマフラを構成するようにしてもよい。例えば、図28、図29に示すように、マフラを2室構造で構成するようにしてもよい。
(Modification)
The
この2室構造のマフラ120は、図28、図29に示すように、消音器本体としてのマフラ本体91と、区画部材としてのセパレータ32と、インレットパイプ92と、アウトレットパイプ95と、開閉部材としてのバルブ36とを含んで構成されている。マフラ本体91は、円筒状に形成されたアウタシェル93と、アウタシェル93の両端を閉塞し内部空間を画成するエンドプレート42、43とを含んで構成されている。このエンドプレート42とエンドプレート43との間には、セパレータ32が介装されている。
As shown in FIGS. 28 and 29, the two-
セパレータ32は、マフラ本体91内の内部空間を排気方向上流側に位置する共鳴室120Aと、この共鳴室120Aの排気方向下流側に位置する拡張室120Bとに区画している。また、エンドプレート42には挿通孔42aが形成され、セパレータ32には挿通孔32aが形成され、これらの挿通孔42a、32aにはインレットパイプ92が挿通されている。また、エンドプレート43に挿通孔43aが形成され、アウトレットパイプ95が挿通されている。
The
インレットパイプ92は、センターパイプ25の下流端25bと接続される上流開口端92aと、拡張室120B内で開口する下流開口端92bと、この上流開口端92aと下流開口端92bとの間に形成された流通通路92cとを有している。また、インレットパイプ92は、流通通路92cと共鳴室120Aとを連通する連通通路92eが形成された連通管92dを有しており、共鳴室120A内で開口する開口端92fを有している。
アウトレットパイプ95は、拡張室120B内で開口する上流開口端95aと、マフラ本体91の外方で大気中に開口する下流開口端95bと、上流開口端95aから下流開口端95bまで連通する流通通路95cとを有している。このように、マフラ120が構成されているので、第1実施形態と同様に、エンジン10が低回転から高回転までの全域で気柱共鳴による排気音の音圧の増大が抑制され、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていた気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
The
The
なお、第1実施形態の開閉部材としてのバルブ36は、軸受部51、52と、回動軸53と、この回動軸53の軸線方向の移動を規制する規制リング54、55と、弁体56とを含んで構成した場合について説明した。しかしながら、本発明の開閉部材を、このような軸受部を有する軸受構造以外の構造で構成してもよい。例えば、インレットパイプの内径よりも僅かに小さく形成した外形を有する弁体と、この弁体をインレットパイプの内壁面部に取り付けるよう、弾性変形可能な弾性材料からなる取付部材とにより構成したものであってもよい。さらに、この弁体と取付部材とを一体的に形成した一体構造のものであってもよい。このような構造にすることにより、より簡単な構造でバルブを形成することができ、製造コストをより低減することができる。
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、テールパイプへのサブマフラの介装や、テールパイプの下流開口端の近傍への大容量の共鳴室を有する消音器の設置を不要にして、内燃機関の減速時においてもテールパイプの気柱共鳴による音圧の増大を簡単な構造で抑制することができ、重量や製造コストを低減することができるので、内燃機関の排気装置全般に有用である。 As described above, the exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention does not require the installation of a sub-muffler in the tail pipe or the installation of a silencer having a large-capacity resonance chamber in the vicinity of the downstream opening end of the tail pipe. Therefore, even when the internal combustion engine is decelerating, an increase in sound pressure due to air column resonance of the tail pipe can be suppressed with a simple structure, and the weight and manufacturing cost can be reduced. Useful for.
10 エンジン(内燃機関)
20、60、80、100 排気装置
23 フロントパイプ(排気管)
25 センターパイプ(排気管)
30、70、90、110、120 マフラ(消音器)
30A、110A、120A 共鳴室
30B、30C、110B、110C、120B 拡張室
31、91 マフラ本体(消音器本体)
32、33、74、75、86、87 セパレータ(区画部材)
34、61、81、85、92 インレットパイプ(排気管)
34a、35a、61a、81a、85a、92a、95a 上流開口端
34b、35b、61b、81b、85b、92b、95b 下流開口端
34c、61c、81c、85c、92c、95c 流通通路
34d、61d、82、85d、92d 連通管
34e、61e、83、85e、92e 連通通路
34f、61f、82c、85f、92f 開口端
35、95 アウトレットパイプ
36、50、88 バルブ
40、40a、40b、40c テールパイプ(排気管)
10 Engine (Internal combustion engine)
20, 60, 80, 100
25 Center pipe (exhaust pipe)
30, 70, 90, 110, 120 Muffler (silencer)
30A, 110A,
32, 33, 74, 75, 86, 87 Separator (partition member)
34, 61, 81, 85, 92 Inlet pipe (exhaust pipe)
34a, 35a, 61a, 81a, 85a, 92a, 95a
Claims (4)
前記消音器が、
内部空間が形成された消音器本体と、
前記内部空間を前記排気ガスの排気方向上流側に位置する共鳴室と前記共鳴室に対して前記排気ガスの排気方向下流側に位置する拡張室とに区画する区画部材と、
前記消音器本体に設けられ、前記排気管の下流端と接続される上流開口端および前記拡張室内で開口する下流開口端を有する流通通路が形成されるとともに、前記流通通路と前記共鳴室とを連通する連通通路が形成された連通管を有するインレットパイプと、
前記共鳴室に対して前記排気方向下流側であって、前記インレットパイプの前記下流開口端および前記下流開口端と前記連通通路との間に位置する前記流通通路内のいずれか一方に設けられ、前記流通通路内を流れる前記排気ガスの流量に応じて前記流通通路を開閉する開閉部材と、
前記消音器本体に設けられ、前記拡張室内で開口する上流開口端および前記消音器本体の外方に位置し大気中に開口する下流開口端を有し、前記拡張室から排気ガスを大気に排出するアウトレットパイプと、を備え、前記内燃機関の減速時に、前記開閉部材が前記インレットパイプの内周部との間に隙間を画成しつつ閉状態となることにより、前記流通通路の通路断面積を絞り込むことを特徴とする内燃機関の排気装置。 In an exhaust system for an internal combustion engine equipped with a silencer that silences exhaust sound of exhaust gas flowing through the exhaust pipe of the internal combustion engine,
The silencer
A silencer body with an internal space formed,
A partition member that divides the internal space into a resonance chamber positioned upstream of the exhaust gas in the exhaust direction and an expansion chamber positioned downstream of the resonance chamber in the exhaust direction of the exhaust gas;
A flow passage provided in the silencer body and having an upstream open end connected to the downstream end of the exhaust pipe and a downstream open end opened in the expansion chamber is formed, and the flow passage and the resonance chamber are An inlet pipe having a communication pipe in which a communication passage is formed;
Provided in any one of the downstream opening end of the inlet pipe and the flow passage located between the downstream opening end and the communication passage on the downstream side in the exhaust direction with respect to the resonance chamber, An opening and closing member that opens and closes the flow passage according to the flow rate of the exhaust gas flowing through the flow passage;
The silencer body is provided with an upstream opening end that opens in the expansion chamber and a downstream opening end that is located outside the silencer body and opens to the atmosphere, and exhausts exhaust gas from the expansion chamber to the atmosphere. Bei example and outlet pipe, the which, during deceleration of the internal combustion engine, by the opening and closing member are closed while defining a clearance between the inner peripheral portion of the inlet pipe, the passage cross-sectional of the flow passage An exhaust system for an internal combustion engine characterized by narrowing down an area .
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