JP5221883B2 - 排気システム用マフラー - Google Patents

Description

本発明は内燃機関、特に動力車両用のものの排気システムに用いられるマフラーに関する。

排気システムでは、特に動力車両用のものでは、数個の異なるマフラーが直列に配置される。例えば前部マフラー、中間マフラー、後部マフラーに区分するといった具合である。後部マフラーは、排気を外部に排出するエンドパイプの近くに設けられる。かかる後部マフラーは、例えば、吸音物質を充填した吸音室を内部に有するハウジングを備える。マフラー内で排気を運ぶパイプは、排気システムに接続されるか、排気システムの排気ラインの一部を構成し、前記ハウジング及び前記吸音室を通り抜ける。吸音室の内部において、この貫通パイプの壁は多孔状となっており、排気流が運ぶ空中伝播音は吸音室へと抜けることができ、そこで吸音物質に吸収される。これにより、所定の減衰特性が達成される。この設計では特に、中間周波数と高周波数の音の消音度合いが比較的大きくなる。ただし低周波数の音の消音度合いはそれほど大きくない。このような状況が、音響設計の目標達成に利用される。

特定の応用では、例えば動力車両用内燃機関の排気システムへの応用では、低周波数の音圧レベルを下げ、同時に中間周波数の音を強調することが好ましい。

本発明は、本明細書の導入部で定義したタイプのマフラーの改良形態であって、低周波数と高周波数で音レベルの低下が比較的著しく、中間周波数の減衰は比較的弱いマフラーを提供するという課題に関わるものである。

かかる課題は、本発明の独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は従属請求項の主題となっている。

本発明は、ハウジングを通り抜ける貫通パイプから枝分かれするブラインドパイプを設け、ブラインドパイプの壁が空中伝播音を吸音室に音響で伝達するという基本的アイデアに基づく。空中伝播音が音響で伝達される領域をブラインドパイプに変更すると、中間周波数に関しては減衰特性が弱くなり、高周波数に関しては減衰特性が本質的に高いまま保たれる。同時にこの設計は、貫通パイプが中間周波数の音をより良く通し、従来設計に比べ中間周波数の音を増幅する一方で、低周波数の音に対し貫通パイプの見かけの長さが長くなり、低周波数の音を大きく低下させる。貫通パイプから放射方向に音の伝達が生じる従来設計と比べて、貫通パイプから枝分かれしたブラインドパイプから放射状に音の伝達が生じる本発明設計は、低周波数で音レベルが大きく低下し、中間周波数では減衰効果が弱いかあるいは（多少の）増幅が生じ、高周波数では減衰がほとんど変わらないという減衰特性を有する。同時に、本発明マフラーは構造が簡単であり、大量生産に特に適する。

有利な実施形態では、貫通パイプの壁は、ブラインドパイプが貫通パイプに接続される接続点の箇所を除き、空中伝播音がハウジング内部及び／または吸音室内部に音響で伝達しない。これにより、低周波数に関し減衰効果が改善され、中間周波数に対しては音響の伝達が改善される。

本発明の他の重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面、及び図面に基づく個々の形象の説明より明らかとなる。

前述の、あるいは後述する特徴は、ここに示された特定の組み合わせでのみ用いられるのではなく、本発明の範囲を逸脱しない限り、他の組み合わせでも、あるいは単独でも、用いられることは自明である。

本発明に係るマフラーによると、低周波数と高周波数で音レベルの低下を比較的著しくし、中間周波数の減衰を比較的弱くすることができる。

本発明の好ましい実施形態は、図面に描写され、以後の記述で一層詳細に説明される。

図面は図１のみであり、そこにはマフラーの長手方向断面がきわめて簡単化された形で模型的に示されている。

図１によれば、マフラー１はハウジング２及びハウジング２を通り抜ける貫通パイプ３を備える。マフラー１は、特に動力車両に搭載される内燃機関の排気システム４（一部しか図示しない）に組み込むためのものである。この目的のため、貫通パイプ３は排気システム４の排気ライン５に接続される。これにより貫通パイプ３は、排気システム４の稼働中及び／または本システムを搭載した内燃機関の稼働中、排気を運ぶことになる。貫通パイプ３の中での排気の流れ方向は好ましくは図１に矢印６で示す通りである。マフラー１は好ましくは後部マフラーとして設計され、貫通パイプ３は排気システム４のエンドパイプ７の出口端に接続されるか、あるいはそれ自身が排気システム４のエンドパイプ及び／または排気ライン５を構成する。

ハウジング２の内部には少なくとも１個の吸音室８が設けられる。ここに示す実施形態では、ハウジング２内部の本質的に全部が吸音室８を構成する。吸音室８には空中伝播音に対し吸音効果を有する吸音物質９が充填される。

貫通パイプ３には、ハウジング２の内部において、少なくとも１個のブラインドパイプ１０が接続されている。ここではブラインドパイプ１０の一端は貫通パイプ３に１１の箇所で横向きに接続されており、他端は１２の箇所で閉塞されている。ブラインドパイプ１０の壁１３は、吸音室８の中へと延びる、これ以上特定しない領域で空中伝播音を音響として伝達する。ブラインドパイプ１０の壁１３には、例えば、少なくともある箇所に複数の小孔１４が設けられている。

貫通パイプ３は、ブラインドパイプ１０が貫通パイプ３に接続される側面開口１５の箇所を除き、障害なくハウジング２を通り抜ける。加えて貫通パイプ３は、空中伝播音を音響で伝達しない、側面開口１５を含まない壁１６を有するように設計されるのが好ましい。特に、貫通パイプ３の壁１６は多孔状でない。ただし時には、貫通パイプ３に空中伝播音を音響で伝達する壁を設けることが必要となることもある（例えば流れ音の減衰のため）。本実施形態では、吸音室８はハウジング２の内部の全てを占め、貫通パイプ３は必然的に吸音室８を通り抜ける形になる。

本実施形態では、貫通パイプ３は、ハウジング２に入る直線状の入口部１７と、ハウジング２から出る直線状の出口部１８と、２個の直線部１７、１８を接続する曲線部１９を備える。貫通パイプ３はこのようにハウジング２内で曲線部１９による曲がりを有する。ブラインドパイプ１０は、好ましくは曲線部１９の領域で、特に曲線の半径に関し外側になる形で、貫通パイプ３に接続される。側面開口１５はこのように曲線部１９の外側に来る。直線部１７、１８では、貫通パイプ３は一定の、特に寸法が同一の内部断面を有するのが好ましい。

ブラインドパイプ１０は曲線状接続部２０と直線状末端部２１を有する。末端部２１は端１２が閉じ、曲線状接続部２０で貫通パイプ３に接続されている。ここに示す例では、空中伝播音を音響で伝達する壁１３は直線状末端部２１にのみ設けられている。

ここに示すように、ブラインドパイプ１０は少なくとも末端部２１において一定の内部断面を有している。ブラインドパイプ１０の端１２は、例えば円錐形端部部材２２で閉ざされる。

加えて、ここに示す好ましい実施形態は、貫通パイプ３の出口部１８と、ブラインドパイプ１０の末端部２１が互いに本質的に平行して延びる点が特徴である。これにより、マフラー１をコンパクト設計とすることができる。しかしながらパイプ３と１０の相互位置は、異なる構造設計では、平行という基準を外しても構わない。

マフラー１の安定性を増すため、ハウジング２に少なくとも１個の中間底２３を設けることができる。中間底２３はハウジング２の両端面２４と本質的に平行に延びる。中間底２３は吸音室８を２個の部分室８_I及び８_IIに区分する。中間底２３は空中伝播音を音響で伝達する設計であるのが好ましく、そのためには複数の小孔２５を設けるのがよい。貫通パイプ３は中間底２３を通り抜け、その箇所で横方向あるいは放射方向に支持される。同様に、ブラインドパイプ１０も中間底２３を通り抜け、その箇所で横方向に支持されている。各パイプ３、１０はスライド座を用いて中間底２３に取り付けられる。

図に見られるように、壁１３の小孔１４はブラインドパイプ１０が中間底２３で支持される箇所には形成されていない。これはその箇所でブラインドパイプ１０の強度を増すためである。

ここに示すシンプルで安価な設計を達成するため、ハウジング２は１個の吸音室８を備えるのみである。加えて、貫通パイプ３も１本としてある。ブラインドパイプ１０も同様に１本である。しかしながら、他の実施形態では、貫通パイプ３から２本以上のブラインドパイプ１０を枝分かれさせても良いことは明らかである。

本発明で提案するマフラー１の設計により、特別な減衰特性が達成される。それは、低周波数と高周波数では音レベルが比較的大きく低下し、中間周波数は減衰が比較的小さいか、あるいは従来のマフラーに比べ増幅気味になる、というものである。消音されるべき周波数に関して言えば、ブラインドパイプ１０をλ／４の寸法を備えたパイプとして設計することにより、特定周波数の減衰を向上させることができる。

ピストンエンジンとして設計された内燃機関の音響スペクトラムを決定するものは、クランクシャフト１回転当たりの点火回数と、内燃機関の回転速度及び／またはクランクシャフトの回転速度である。ピストンエンジンの特徴的周波数音の中で最も低いものは１秒当たりの点火回数に起因する。４ストロークの４シリンダエンジンではクランクシャフト１回転当たり２回点火する。エンジン速度に関して言えば、発生する音の主たる周波数は２階であり、それは主階とみなされる。この主階がエンジン音の低い方の周波数となる。中間周波数はエンジン音の中で４階、６階、８階といった具合に高次階となる。

本発明マフラー１は、例えば、エンジン音の主階（すなわち２階）が比較的大きな度合いで低下せしめられ、それに次ぐ高次階のエンジン音、好ましくは４階、６階、８階のエンジン音は比較的減衰されないでマフラー１から出ることを目標として設計される。さらに高次階の音は高周波数に区分され、吸音物質９にうまく吸収される。シリンダ数の異なる内燃機関及び／または燃焼プロセス（例えば２ストロークシステム）では、異なる主階のエンジン音が低周波数として生成され、異なる高次階のエンジン音が中間周波数として生成される。

は、マフラーの極めて簡略化した長手方向断面を模式的に示す図である。

符号の説明

１ マフラー
２ ハウジング
３ 貫通パイプ
４ 排気システム
５ 排気ライン
６ 矢印
７ エンドパイプ
８ 吸音室
８_I、８_II 部分室
９ 吸音物質
１０ ブラインドパイプ
１１ 接続箇所
１２ 閉塞箇所
１３ 壁
１４ 小孔
１５ 側面開口
１６ 壁
１７ 入口部
１８ 出口部
１９ 曲線部
２０ 曲線状接続部
２１ 末端部
２２ 円錐形端部部材
２３ 中間底
２４ 端面
２５ 小孔

Claims (8)

1. 内燃機関の排気システム（４）用のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   空中伝播音の吸収効果を有する吸音物質（９）を充填した吸音室（８）を少なくとも１個含むハウジング（２）を有し、
   前記ハウジング（２）を通り抜け、前記マフラー（１）の使用中に排気を運ぶ貫通パイプ（３）を有し、
   前記貫通パイプ（３）の横に一端を接続し、他端は閉じられたブラインドパイプ（１０）を少なくとも１本有し、
   前記ブラインドパイプ（１０）は、前記吸音室（８）内で延びる領域で複数の小孔（１４）が設けられており空中伝播音を音響にて伝達する壁（１３）を有し、
   前記貫通パイプ（３）は、前記ブラインドパイプ（１０）が前記貫通パイプ（３）に接続される接続点を除き、障害なく前記ハウジング（２）を通り抜けるものであり、
   前記貫通パイプは、小孔が設けられておらず空中伝播音を音響で伝達しない壁（１６）を有し、
   前記ハウジング（２）は、前記吸音室（８）を部分室（８ _I 、８ _II ）に区分し、複数の小孔（２５）が設けられており空中伝播音を音響で伝達する設計であり、前記貫通パイプ（３）が通り抜ける箇所で前記貫通パイプ（３）を支持し、前記ブラインドパイプ（１０）が通り抜ける箇所で前記ブラインドパイプ（１０）を支持する中間底（２３）を少なくとも１個有し、
   前記ブラインドパイプ（１０）の前記小孔（１４）は、前記部分室（８ _I 、８ _II ）それぞれに設けられており、前記中間底（２３）によって支持される箇所に設けられていない。
2. 請求項１に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記貫通パイプ（３）は前記吸音室（８）を通り抜け、及び／または
   前記貫通パイプ（３）は、前記ハウジング（２）に入る直線状の入口部（１７）と、前記ハウジング（２）から出る直線状の出口部（１８）と、前記入口部（１７）と前記出口部（１８）を接続する曲線部（１９）を備え、及び／または
   前記ブラインドパイプ（１０）は、前記曲線部（１９）の領域で、半径の外側で前記貫通パイプ（３）に接続される。
3. 請求項１または２に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記ブラインドパイプ（１０）は一端が閉じた直線状末端部（２１）と、前記末端部（２１）と前記貫通パイプ（３）を接続する曲線状接続部（２０）を有し、及び／または
   前記末端部（２１）のみが前記複数の小孔（１４）が設けられており空中伝播音を音響にて伝達する壁（１３）を有する。
4. 請求項２及び３に記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記貫通パイプ（３）の前記出口部（１８）と、前記ブラインドパイプ（１０）の前記末端部（２１）は、前記ハウジング（２）の中で互いに平行して延びる。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記貫通パイプ（３）は、少なくとも前記ハウジング（２）の内部では、前記ブラインドパイプ（１０）が前記貫通パイプ（３）に接続される接続点を除き、一定の流路断面を有し、及び／または
   前記ブラインドパイプ（１０）は一定の断面を有し、及び／または
   前記ブラインドパイプ（１０）は円錐形端部部材（２２）を有する。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記吸音室（８）が１個のみ設けられ、及び／または
   前記吸音室（８）が前記ハウジング（２）の内部全体を占め、及び／または
   前記貫通パイプ（３）が１本だけ設けられ、及び／または
   前記ブラインドパイプ（１０）が１本だけ設けられる。
7. 請求項１から６のいずれかに記載のマフラーであって、以下を特徴とするもの：
   前記マフラー（１）は後部マフラーとして設計されており、及び／または
   前記貫通パイプ（３）は前記ハウジング（２）の下流側で前記排気システム（４）のエンドパイプ（７）を構成する。
8. 内燃機関の排気システムであって、請求項１から７のいずれかに記載のマフラー（１）を少なくとも１つ有することを特徴とするもの。

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