JP5659681B2

JP5659681B2 - 内燃機関の消音装置

Info

Publication number: JP5659681B2
Application number: JP2010232268A
Authority: JP
Inventors: 潤磯村
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: JP2012087623A

Description

本発明は、自動二輪車や自動車等のエンジンの内燃機関に好適に適用される消音装置に関する。

従来、この種の内燃機関には排気装置が接続され、排気ガスの浄化作用と消音作用とを有している。この消音作用の消音原理は、排気装置を構成する小室内において排気ガスの流路の途中に絞りを設け、その絞りの部分で反射波を発生させる。そして、排気ガスの進行波と反射波とを干渉させることで減音する方法（所謂、干渉式）が知られている。（例えば特許文献１参照）。

特公平７‐６２４４６号公報

しかしながら、従来の構造では高い消音効果を得るために、消音装置内に隔壁に中間導管を接続した複数の部品を直列配置する必要があり、部品点数が多くなり複雑な構造にならざるを得なかった。

本発明はかかる実情に鑑み、簡素な構造にて優れた消音効果を奏する内燃機関の消音装置を提供することを目的とする。

本発明による内燃機関の消音装置は、膨張室内を上流室と下流室とに区画する仕切り部材を備えた内燃機関の消音装置であって、前記膨張室内に前記仕切り部材を配置することにより、少なくとも前記上流室又は前記下流室の何れか一方に小断面空間が形成され、前記仕切り部材は前記膨張室内における排気ガスの流通経路に沿って、略クランク形状に形成され、前記仕切り部材の中壁部はその中央部に、前記上流室と前記下流室とを連通する連通孔が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の内燃機関の消音装置において、前記仕切り部材は、下壁部と中壁部と上壁部とが連接されて構成され、前記中壁部は消音器本体の長手方向に略平行に配置されたことを特徴とする。

また、本発明の内燃機関の消音装置において、前記仕切り部材の下壁部の後面にはパンチングプレートが配置され、前記パンチングプレートと前記仕切り部材との間にて前記下壁部の前記下流室側に吸音材を配置したことを特徴とする。

本発明によれば、仕切り部材を配置することにより少なくとも上流室又は下流室の何れか一方に小断面空間が形成される。これにより上流室内又は下流室内で反射波が発生し、この反射波の作用で消音効果を得ることができると共に、簡素且つコンパクトに消音装置を構成することができる。

本発明の実施形態に係る自動二輪車の全体構成例を示す側面図である。本発明に係る消音装置と内燃機関を示す側面図である。本発明に係る消音気装置の外観図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は後面図である。図３（ｂ）におけるＩ−Ｉ線に沿う断面図である。本発明に係る消音気装置の破断斜視図である。本発明の消音気装置に係る仕切り部材の外観斜視図及び破断斜視図である。本発明に係る消音装置における排気ガスの流通経路の例を説明する断面図である。本発明に係る消音装置における作用を説明する断面図である。本発明に係る消音気装置の第２の実施形態における断面図及び仕切り部材の外観斜視図である。本発明に係る消音気装置の第３の実施形態における断面図である。

以下、図面に基づき、本発明による内燃機関の消音装置における好適な実施の形態を説明する。
先ず図１は、本発明の適用例としての自動二輪車の側面図である。図１を用いて、この自動二輪車１００の全体構成について説明する。なお、図１を含め、以下の説明で用いる図においては、必要に応じて車両の前方を矢印Ｆｒにより、車両の後方を矢印Ｒｒにより示し、また、車両の側方右側を矢印Ｒにより、車両の側方左側を矢印Ｌにより示す。

図１において鋼製或いはアルミニウム合金材でなるメインフレーム１０１の前部には、ステアリングヘッドパイプ１０２によって左右に回動可能に支持された左右２本のフロントフォーク１０３が設けられる。フロントフォーク１０３の上端にはハンドルバー１０４が固定され、ハンドルバー１０４の両端にグリップ１０５を有する。フロントフォーク１０３の下部には前輪１０６が回転可能に支持されると共に、前輪１０６上部を覆うようにフロントフェンダ１０７が固定される。前輪１０６は、前輪１０６と一体回転するブレーキディスク１０８を有している。

メインフレーム１０１はステアリングヘッドパイプ１０２の後部に接続され、更に後方に向けて左右一対が二又状に分岐し、それぞれが後下がりに傾斜して延出する。メインフレーム１０１の後部付近から、後上りに適度に傾斜してシートレール１０１Ａが延出し、後述するシートを支持する。なお、メインフレーム１０１やシートレール１０１Ａにより車体フレームが構成される。また、メインフレーム１０１の後部にはスイングアーム１０９が揺動可能に結合すると共に、両者間にリヤショックアブソーバ１１０が装架される。スイングアーム１０９の後端には後輪１１１が回転可能に支持される。後輪１１１は、後述するエンジンの動力を伝達するチェーン１１２が巻回されたドリブンスプロケット１１３を介して、回転駆動されるようになっている。後輪１１１の直近周囲にはその前上部付近を覆うインナフェンダ１１４が設けられると共に、そのインナフェンダ１１４の上方にはリヤフェンダ１１５が配置される。

メインフレーム１０１に搭載されたエンジンユニット１１６（点線部）には、図示しない燃料供給装置から混合気が供給されると共に、エンジン内での燃焼後の排気ガスがエキゾーストパイプ１１７を通って排気される。本実施形態において、エンジンは例えば４サイクル多気筒、典型的には４気筒エンジンであってよい。それぞれの気筒のエキゾーストパイプ１１７はエンジンユニット１１６の下側にて結合し、その後排気チャンバ１１８を経て車両後端付近で排気装置１０から排気される。

また、エンジンユニット１１６の上方には燃料タンク１１９が搭載され、燃料タンク１１９の後方にシート１２０が連設される。このシート１２０は、ライダシート１２０Ａとタンデムシート１２０Ｂとを含む。ライダシート１２０Ａ及びタンデムシート１２０Ｂに対応して、フートレスト１２１及びフートレストもしくはピリオンステップ１２２が配置される。なお、この例では車両左側において、前後方向略中央下部に図示しないプロップスタンドを有している。

更に図１において、１２３はヘッドランプ、１２４はスピードメータ、タコメータ或いは各種インジケータランプ等を含むメータユニット、１２５はステー１２６を介してハンドルバー１０４に支持されるバックミラーである。

車両外装において、フェアリング１２７及びサイドカウル１２８によって車両の主に前部及び側部が覆われ、車両後部にはサイドカバーあるいはシートカウル１２９が被着し、これらの外装部材により所謂、流線型を有する車両の外観フォルムが形成される。

次に、図２は、この実施形態におけるエンジンユニット１１６まわりの具体的な構成例を示している。この例ではエンジンユニット１１６は、前傾して配置されたシリンダもしくはシリンダブロック１１６Ａと、このシリンダブロック１１６Ａの下方に配置されたクランクケース１１６Ｂとが一体的に結合する。また、エンジンユニット１１６は複数のエンジンマウントを介してメインフレーム１０１に懸架されることでメインフレーム１０１と一体的に結合し、それ自体でメインフレーム１０１の剛性部材として作用する。

なお、図１に示されるようにドーム状もしくは甲羅状を呈する燃料タンク１１９は、メインフレーム１０１の上側全体を上部から蓋うようにメインフレーム１０１上に搭載支持される。更にシリンダブロック１１６Ａのシリンダヘッドカバーの上側には、吸気装置に清浄空気を供給するためのエアクリーナ１３０が配置される。エアクリーナ１３０によって清浄化された空気は吸気装置によって吸気され、その後図１のようにインテークパイプ１３１内にて燃料が混合され、混合気としてエンジンユニット１１６に供給される。

次に、本発明の実施形態による消音装置を説明する。本発明に係る消音装置１０は、前述のように例えば自動車等に搭載される内燃機関の排気管の後端に配置される。図３は、本発明に係る消音装置の外観を示し、図３（ａ）は外観斜視図、図３（ｂ）は後面図である。本発明に係る消音装置１０は、その前端がエキゾーストパイプ１１７側に接続される前筒１２と、この前筒１２の他端に接続される消音器本体１１と、消音器本体１１の後部から後方へ突出する尾筒１３と、この消音器本体１１の後端に設けられ、尾筒１３の径方向を全周に渡って覆う後部カバー１４とで構成される。なお、消音器本体１１の上面側には、シートレール１０１Ａ等でなる車体フレーム側に結合される取付ブラケット１５が突設されており、この取付ブラケット１５を介して車体フレームに支持される。

図４及び図５は消音装置１０の内部構造を示し、図４は図３（ｂ）におけるＩ−Ｉ線に沿う断面図、図５はその破断斜視図である。図４に示すように本発明に係る消音器本体１１は、その中央部で前後方向に長く構成された重筒部１６と、重筒部１６の前面を覆う前蓋１７と、重筒部１６の後面を覆う後蓋１８と、消音器本体１１内に配置されることにより内部を上流室２０と下流室２１とに区画する仕切り部材１９と、仕切り部材１９の後方に配置されたバッフルプレート２２とで構成される。なお、消音器本体１１は排気ガスの膨張室として機能する。

重筒部１６は、消音器本体１１の主要な意匠を構成する外筒２３と、この外筒２３の内側に沿って配置され全体に多数の小孔が設けられた内筒２４と、外筒２３と内筒２４との間に配置された吸音材２５とで構成される。また、内筒２４の後端は径方向に拡大して形成されて外筒の内周面に接触し、外筒２３と内筒２４と内筒２４の内側に配置された後蓋１８とが共に溶接され固着される。

前蓋１７は、後方に向けて開口するように配置された略お椀形状に形成され、後端部１７ａ（即ち開口の端部）を外筒２３と内筒２４との間に挿入して配置される。そして、前蓋１７の後端部１７ａの外周面と外筒２３の内周面、また後端部１７ａの前側内周面と内筒２４の外周面とがそれぞれ溶着される。また、前蓋１７におけるそのお椀形状の底部対応部位には開口１７ｂが設けられ、前述の前筒１２がこの開口１７ｂを貫通して消音器本体１１内に突入するように配置され、開口１７ｂと前筒１２が溶接されて固着される。

後蓋１８は、前方に向けて開口するように配置された略お椀形状に形成される。後蓋１８は、その開口の周縁部が略１８０°程度後方に向けて折り返されてなる折返し部１８ａを有し、この折返し部１８ａが内筒２４と接触し前述のように外筒２３と内筒２４とが一体に溶接される。また、後蓋１８におけるそのお椀形状の底部対応部位には開口１８ｂが設けられており、この開口１８ｂから尾筒１３が挿入され尾筒１３の後部と開口１８ｂとが溶接され固着される。なお、尾筒１３の前部は、前述のバッフルプレート２２に支持される。

また、後蓋１８の後方には、前述の後部カバー１４が配置される。後部カバー１４は、後蓋１８の前端から尾筒１３の後端までを径方向に全周に渡って覆い、後部カバー１４の前端が外筒２３の後端外周面に溶接によって固着される。また、後部カバー１４は、その後端と尾筒１３との間に適度な隙間が形成されるように配置される。

仕切り部材１９は、単一の平板を折り曲げて形成され、消音器本体１１内の長手方向略中央に配置されることによりその前側を上流室２０、後側を下流室２１として区画形成する。仕切り部材１９の形状等についてより具体的説明すれば、図６に示すように前側屈曲部２６と後側屈曲部２７の２箇所で折り曲げられ、仕切り部材１９の前下部を形成する上下方向に略平行な下壁部２８と、前後方向に平行な中壁部２９と、後上部を形成する上下方向に略平行な上壁部３０とが形成され、側断面視において略クランク形状に形成される（図６（ｂ）参照）。

中壁部２９はその中央部に、上流室２０と下流室２１とを連通する連通孔３１が形成される。また、仕切り部材１９の外周縁は、その全周に亘って後方及び下方に向けて折り曲げられ、内筒２４と溶接するためのフランジ部３２が形成される。なお、下壁部２８の後面には、全面に小孔３３ａ（図６（ｂ）等参照）が設けられたパンチングプレート３３が配置され、このパンチングプレート３３と仕切り部材１９との間には、図４のように吸音材３４が配置される。

上述のように形成された仕切り部材１９を、消音室である消音器本体１１内に配置することで上流室２０内に、前後方向と直交する径方向の断面積が大きい大断面空間と、この大断面空間よりも断面積が小さい小断面空間とを形成することができる。これを詳述すれば、大断面空間とは上流室２０内であって前側屈曲部２６より前方の空間であり、小断面空間とは前側屈曲部２６より後方の空間である。
また、本実施形態では下流室２１側にも大断面空間及び小断面空間が形成される。この場合の大断面空間とは下流室２１内であって後側屈曲部２７より後方の空間であり、小断面空間とは後側屈曲部２７より前側の空間である。

次に、本発明に係る消音装置１０における排気ガスの流通経路について説明する。エンジンから排出された排気ガスは、エキゾーストパイプ１１７を通過し消音装置１０へと到達する。排気ガスは先ず、図７の矢印Ｇのように前筒１２を通過し、消音器本体１１内の上流室２０の大断面空間へ流入する。排気ガスは次ぎに、大断面空間から小断面空間へと移動する。このとき前側屈曲部２６は、上下方向において前筒１２の下端と上端の略中間位置に形成されているため、前筒１２から進入した排気ガスの一部が前側屈曲部２６と衝突し、前壁部に沿って下方へ向きを変えられる。これにより前側屈曲部２６より下方に配置された吸音材３４に排気ガスを接触させることができ、より高い消音効果を得ることができる。

排気ガスは、小断面空間から中壁部２９に設けられた連通孔３１を通過して下流室２１へ流入する。本実施形態では下流室２１側にも小断面空間及び大断面空間が形成されるため、これらの空間を順次通過した後、消音器本体１１の後部に接続された尾筒１３から排気ガスが排出される。

上述のように消音器本体１１内において排気ガスの流通経路の断面積が急拡大あるいは急収縮することで消音効果が得られる。ここで、本実施形態における排気ガス流通経路の断面積変化の例を更に具体的に説明する。図８に示すように前筒１２から消音器本体１１に流入した排気ガスＧは、順次上流室２０及び下流室２１を流通し、尾筒１３から排出される。この流通経路には、上記のように仕切り部材１９及びその連通孔３１を配設することでその経路に沿って断面積変化ポイントＰ₁〜Ｐ₆が形成される。

例えば断面積変化ポイントＰ₁では前筒１２から上流室２０の大断面空間への経路で断面積が急拡大する。これ以降の断面積変化ポイントＰ₂〜Ｐ₆においても流通経路の断面積が急拡大あるいは急収縮する。このように流通経路において断面積変化を繰り返すことにより、高い消音効果が得られる。ちなみに、本実施形態では排気ガス流通経路中に上記のように６ヶ所の断面積変化ポイントＰ₂〜Ｐ₆を有し、これに対して既に説明した従来例では高々４ヶ所程度の断面積変化ポイントを有するに過ぎない。

このように本発明において消音器本体１１内に仕切り部材１９を配置することにより大断面空間及び小断面空間を形成し、簡易な構造にて排気ガスの反射波発生箇所を増加させることができ、高い消音効果を持つ消音装置を構成することができる。また、仕切り部材１９は、一枚の平板をクランク形状に形成すれば製造可能であるため、複数の隔壁を配置する必要がなく、部品点数を削減することができる。

また、中壁部２９は消音器本体１１の軸方向と平行に形成され、中壁部２９に形成された連通孔３１を通過した排気ガスが、重筒部１６内に配置された吸音材３４と直交するように衝突するため、吸音効果を高めることができる。更に、下壁部２８の後面に吸音材３４を配置したため、排気ガスが連通孔３１を通過する際に生じる進行波をこの吸音材３４によって減衰させることができる。

次に、図９は本発明による消音装置の第２の実施形態を示している。なお、上記実施形態と実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いるものとする。この例では仕切り部材１９Ａは下壁部２８と中壁部２９を有し、中壁部２９には連通孔３１が形成されていない。なお、上壁部３０は有していない。その他の構成は、上記実施形態と実質的に同様である。

本発明の第２の実施形態に係る消音装置１０において、消音器本体１１内に仕切り部材１９Ａを配置することにより大断面空間及び小断面空間を形成される。この第２の実施形態では、前筒１２から上流室２０及び下流室２１を経て、尾筒１３から排出される排気ガスの流通経路において、図示のように断面積変化ポイントＰ₁〜Ｐ₄が形成される。この例でも断面積変化ポイントＰ₁〜Ｐ₄において流通経路の断面積が急拡大あるいは急収縮し、高い消音効果が得られる。なお、より具体的には断面積変化は、Ｐ₁；拡大、Ｐ₂；収縮、Ｐ₃；拡大及びＰ₄；収縮となっている。

更に、図１０は本発明による消音装置の第３の実施形態を示している。なお、上記実施形態と実質的に同一又は対応する部材には同一符号を用いるものとする。この例では仕切り部材１９Ｂは下壁部２８と上壁部３０を有し、上壁部３０にはパイプ材３５が貫通するかたちで、溶接によって固定される。また、パイプ材３５の下流端は閉塞すると共に、その上流側手前に連通孔３６が形成されている。なお、中壁部２９は有していない。その他の構成は、上記実施形態と実質的に同様である。

本発明の第３の実施形態に係る消音装置１０において、消音器本体１１内に仕切り部材１９Ｂ及びパイプ材３５を配置することにより大断面空間及び小断面空間を形成される。この第３の実施形態では、前筒１２から上流室２０及び下流室２１を経て、尾筒１３から排出される排気ガスの流通経路において、図示のように断面積変化ポイントＰ₁〜Ｐ₆が形成される。この例でも断面積変化ポイントＰ₁〜Ｐ₆において流通経路の断面積が急拡大あるいは急収縮し、高い消音効果が得られる。なお、より具体的には断面積変化は、Ｐ₁；拡大、Ｐ₂；収縮、Ｐ₃；収縮、Ｐ₄；拡大、Ｐ₅；拡大及びＰ₆；収縮となっている。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
上記各実施形態において消音器本体１１内を上流室２０及び下流室２１の２つの室に区画する例を説明したが、仕切り部材１９を更に増設し、上流室２０と下流室２１の間に言わば単一又は複数の中流室を設けることも可能である。そして、排気ガスの流通経路中に断面積変化ポイントＰを上記各実施形態の場合よりも多数設けてもよい。

１０消音装置、１１消音器本体、１２前筒、１３尾筒、１５取付ブラケット、１６重筒部、１７前蓋、１８後蓋、１９仕切り部材、２０上流室、２１下流室、２２バッフルプレート、２３外筒、２４内筒、２５吸音材、２６前側屈曲部、２７後側屈曲部、２８下壁部、２９中壁部、３０上壁部、３１連通孔、３２フランジ部、３３パンチングプレート、３４吸音材、１００自動二輪車、１０１メインフレーム、１０２ステアリングヘッドパイプ、１０３フロントフォーク、１０４ハンドルバー、１０６前輪、１０９スイングアーム、１１１後輪、１１５リヤフェンダ、１１６エンジンユニット、１１９燃料タンク、１２３ヘッドランプ、１２４メータユニット、１２７フェアリング、１３０エアクリーナ、１３１インテークパイプ。

Claims

膨張室内を上流室と下流室とに区画する仕切り部材を備えた内燃機関の消音装置であって、
前記膨張室内に前記仕切り部材を配置することにより、少なくとも前記上流室又は前記下流室の何れか一方に小断面空間が形成され、
前記仕切り部材は前記膨張室内における排気ガスの流通経路に沿って、略クランク形状に形成され、
前記仕切り部材の中壁部はその中央部に、前記上流室と前記下流室とを連通する連通孔が形成されていることを特徴とする内燃機関の消音装置。
前記仕切り部材は、下壁部と中壁部と上壁部とが連接されて構成され、前記中壁部は消音器本体の長手方向に略平行に配置されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の消音装置。
前記仕切り部材の下壁部の後面にはパンチングプレートが配置され、前記パンチングプレートと前記仕切り部材との間にて前記下壁部の前記下流室側に吸音材を配置したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の消音装置。