JP6674673B2

JP6674673B2 - 消音器

Info

Publication number: JP6674673B2
Application number: JP2017020765A
Authority: JP
Inventors: 哲也長谷川; 豊向田; 伊藤　正雄; 正雄伊藤
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2020-04-01
Anticipated expiration: 2037-01-20
Also published as: JP2018115648A

Description

本発明は、自動車等の内燃機関に接続される消音器構造に関する。

シェル内を仕切板（別称：インナプレート、セパレータ、隔壁等）が区画し、消音空間としての拡張室や共鳴室を画定する消音器において、消音器からの放射音を小さくすることが求められている。消音器からの放射音は、主に排気ガス脈動による消音器の構成部材への加振を起因とするので、その解決策として、シェルや仕切板自体を高剛性化したり、シェルの対向する内壁面同士を仕切板で連結し高剛性化したりして、共振周波数をシフトさせること（例えば、特許文献１および２および３参照）が知られている。

また、仕切板に質量体を固定することで面密度を疑似的に増加させ、シェルの放射音を低減させることも提案されている（特許文献４）。

実開平６−２２５１１号公報特開平７−２５９５３１号公報特許第４６６１６３４号公報特開２０１０−１８５４２７号公報

しかしながら、これらは高剛性化や質量増加によって、シェルや仕切板の共振周波数を特定周波数域からずらしているだけであり、振動そのものが減衰されるわけではないので、放射音低減の本質的な対策にはなっていない。

そこで、本発明は、排気ガス脈動を起因とする振動を減衰し、放射音を抑制することができる消音器構造を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、請求項１記載の発明に係る消音器構造は、排気を通す入口側導管および出口側導管が連結され内部に消音空間を形成するシェルと、消音空間を複数の室に区画するようシェルに内装される仕切板とを備えた消音器であって、少なくともひとつの仕切板は一体成形により形成された同位相の複数の凸凹を有する板材を積層して構成されており、前記一の仕切板は、周縁部を除き略全域に亘って複数の凸凹が形成されるとともに、周縁部には積層状態を保ってフランジ部が屈曲形成され、フランジ部同士とシェルとが一体固定される。

請求項２記載の発明に係る消音器構造は、請求項１記載の発明における一の仕切板が、入口側導管か出口側導管か連通管のうち少なくとも一つを貫通支持するものである。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、本発明は、消音器の少なくともひとつの仕切板が、一体成形により形成された同位相の複数の凸凹を有した板材を積層して構成されているので、排気ガス脈動により加振された仕切板自身の振動が、板材同士の微小な摩擦、特にほぼ全面に形成され相互に密着する凸凹同士の摩擦によって減衰される。そして、仕切板自身の振動が減衰されるので、仕切板の振動がシェルへ伝達し放射音となって拡散されることが抑止される。

また、同位相の複数の凸凹は、固定に必要な周縁部を除いて仕切板のほぼ全面に形成されるので、振動を効率的に減衰できる上に、周縁部に積層状に形成されたフランジ部同士を固定すると共にそれらをシェルへ固定するので、固定された周縁部を支点として仕切板全面において微小摩擦による振動減衰が達成される。

また、排気ガス脈動により加振された入口側導管、出口側導管、連通管が仕切板に貫通固定されるので、これらから伝達される振動も仕切板によって減衰される。

本発明の一実施形態に係る消音器の、横断面図である。図１に示す消音器の、仕切板とシェルの固定部の詳細断面図である。本発明の一実施形態に係る消音器による、放射音抑制効果を示すグラフである。

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る消音器の構造を示す横断面図であって、図２は、図１の消音器における仕切板のシェルへの固定部分Ａの詳細を示す断面図である。図１は消音器が実際の車両に搭載される略水平状態を示し、図１の左方は内燃機関等が存在する排気ガス流の上流側、右方は排気ガスを排出する下流側と定義する。

消音器１はその胴部が筒状のシェル２で構成され、その上流側端部および下流側端部にそれぞれ第１の端板３および第２の端板４が気密に嵌合され、全周溶接で固定されている。また、シェル２の内部には第１の仕切板５および第２の仕切板６が内装され、それぞれシェルに溶接固定されているが、その詳細については後述する。そして、シェル２と第１の端板３と第１の仕切板５によって第２拡張室７が、シェル２と第１の仕切板５と第２の仕切板６によって共鳴室８が、シェル２と第２の仕切板６と第２の端板４によって第１拡張室９が、それぞれ画定される。なお、筒状のシェルの横方向断面（シェルの軸に直交する断面）は、本実施例の円形に限らず、長円、楕円、矩形など任意である。また、シェルの構造も、本実施例のような筒状胴部と閉塞端板の組合せ構造に限らず、プレス製ハーフシェルを溶接にて接合した構造（所謂モナカ構造）等でも構わない。もちろん、シェルを構成する部材は、１層でも多層でも構わない。

外部から排気ガスを消音器内へ流入させる入口側導管（インレットパイプ）１０が、第１の端板３のバーリング部１１、第１の仕切板５のバーリング部１２、第２の仕切板６のバーリング部１４に貫通固定されている。各固定は、バーリング部１１においては全周溶接によって気密固定されるが、バーリング部１２および１４においては、嵌合だけでも良いし適宜溶接やカシメ固定しても良い。同様に出口側導管（アウトレットパイプ）１５も、第２の端板４のバーリング部（図示せず）、第２の仕切板６のバーリング部１７、第１の仕切板５のバーリング部１８に貫通固定され、適宜溶接やカシメで気密固定される。なお、出口側導管１５においては、その外周にレゾネータ室として設けられたカバーパイプ１９が、バーリング部１７に貫通固定される。

このような構成の消音器１における消音機能を説明する。上流側の内燃機関などから流出した高エネルギーを有する排気ガスは、図示しない上流側排気管を流下し入口側導管１０を経て消音器１内へ流入する。先ず排気ガスは入口側導管１０を通過する過程で多数穿設された連通孔１３により音響エネルギーを共鳴室８内と連通させ、共鳴現象によって主に中周波成分のエネルギーが減衰される。その後、下流端から第１拡張室９へ流入する際の拡張現象によって、全域のエネルギーが減衰される。次いで排気ガスは連通パイプ２０へ流入し、連通孔２１を介する２回目の共鳴現象と第２拡張室７へ流入時の２回目の拡張現象により、更にエネルギーが減衰される。そして出口側導管１５の上流端に設けられたフレア部１６を通って出口側導管１５内へ流入し、管内を通過する過程でレゾネータ（共鳴室）を形成するカバーパイプ１９において高周波成分のエネルギーを減衰されて器外へ排出される。このように、拡張現象や共鳴現象等の繰り返しによって排気ガスのエネルギーは連続的に効率よく減衰されて、消音器１から排気ガスが排出される際の吐出音圧が設定値以下となる。

次いで、放射音の発生メカニズムを説明する。前述のごとく、消音器に流入する排気ガスは高温の圧縮性非定常流であって高エネルギーを有しており、消音器内を通過する過程で減衰されつつも構成部品である各管や仕切板や端板やシェルなどを加振し、そのシェルおよび端板の振動が外気を加振して放射音となるものである。従って、放射音源であるシェルおよび端板の振動を抑制するか、各構成部品が排気ガスで加振されるのを抑制することが、放射音低減の方策である。

本発明による消音器１は上記前者の方策であって、特に主な放射源であるシェルの振動を積極的に抑制するものである。そのために、シェルへの振動伝達に支配的である仕切板自身の振動を減衰させシェルへの伝達を積極的に抑制する、との着想に基づく。

図２は図１のＡ部の拡大図であり、第２の仕切板６の積層構造、およびシェル２への取付け構造を詳細に示すものである。第２の仕切板６は、板厚１ｍｍの２枚のステンレス板材が密着し構成される。各板材の周縁部２３を除く一般面の略全域に亘って凸凹２２が形成されている。２枚の板材の凸凹は同じ位置において同じ側へ突出するように、すなわち同位相の凸凹となるように、プレス加工等によって一体的に形成される。そのような一体成形（同時成形）によって、凸凹は微小隙間（一体形成における最少隙間）を保って密着する。また、周縁部２３およびその最外周に折り曲げ形成されたフランジ部（環状折り曲げ部）２４の板材同士も微小隙間で密着している。そして、フランジ部２４の２枚の板材同士およびシェル２が、溶接固定部２５において一体固定される。具体的には、シェル２の１枚およびフランジ部２４の２枚の計３枚を貫通する溶接手段で固定するが、この固定は全周であっても周上に間欠的であっても構わない。一方、これ以外の第２の仕切板６の部位においては、本実施例においては板材同士を固定しないが、必要に応じスポット溶接等により最小限の相互固定部を設けても良い。

このような構成によって、第２の仕切板６が直接的、間接的に加振されても、密着した２枚の板材同士の、特に凸凹２２における摺動摩擦によって相互の動きが減衰されることで、第２の仕切板６自身の振動が効率的に減衰される。それに伴い、フランジ部２４からシェル２へ伝達される振動も著しく減少され、放射音の発生を抑制できる。周縁部以外の一般面に凸凹形状を設けることなく平面としても摺動摩擦は起こり得るが、平面同士で密着状態を保つことが難しく摺動摩擦による減衰効果を期待し難い。そこで、本実施例のような同位相の凸凹形状とすることで、密着状態を保ち易くできるとともに実質的な摺動面積も平面同士の場合よりも広くすることができ、振動減衰に効果的である。

図３には、仕切板のみを除く構成が同一である従来の消音器と、本実施例による消音器１の放射音特性の比較がグラフで模式的に示されている。グラフのＸ座標軸は内燃機関（エンジン）の回転数を示し右方ほど高回転である。また、Ｙ座標軸は消音器からの放射音レベルをｄｂで示し、上方ほどｄｂが大きい。太い線は従来の消音器の放射音測定値の推移を示し、細い線は本実施例の消音器の放射音測定値の推移を示す。このように、本実施例による消音器は全域に亘って従来消音器よりも数ｄｂ低いという画期的な放射音特性を得られた。

なお、上記の本実施例の説明は第２の仕切板６についてのみ言及したが、本実施例においては第１の仕切板５においても、同様の構成で同様な作用効果を奏する。このように実際の消音器においては、消音器内の全ての仕切板が本実施例のような構成であることが望ましい。なお、仕切板に設ける同位相の凸凹は、図２に示すような曲面断面（波状）の連続に限らず、同位相で密着していればその断面形状は任意である。例えば、隣接する凸凹間に平面部を介在させても良いし、一般面から片側のみに凸としても良い（その場合の凹は一般平面部である）。もちろん凸凹の形状も数も配置も任意であるが、貫通固定する各管の支持剛性などとのバランスを勘案し適宜設定することが好ましい。また、複層の板材の各板厚や材質をそれぞれ異ならせても良いし、３層以上の積層としても構わない。もちろん従来のように仕切板には、パイプ類の他にバルブ類やブラケット部を付加しても良いし、共鳴孔を複数穿設しても構わない。

以上、本発明の実施形態を説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱し範囲の変更があっても本発明に包含される。消音器は、内燃機関に接続されるものや車両に搭載されるものに限らず、高エネルギーの排気ガスを消音する消音器であれば広く適用可能である。

１消音器
２シェル
３第１の端板
４第２の端板
５第１の仕切板
６第２の仕切板
７第２拡張室
８共鳴室
９第１拡張室
１０入口側導管
１１，１２，１４，１７，１８バーリング部
１３，２１連通孔
１５出口側導管
１６フレア部
１９カバーパイプ
２０連通パイプ
２２凸凹
２３周縁部
２４フランジ部
２５溶接固定部

Claims

排気を通す入口側導管および出口側導管が連結され内部に消音空間を形成するシェルと、前記消音空間を複数の室に区画するよう前記シェルに内装される仕切板とを備えた消音器において、
少なくともひとつの前記仕切板は一体成形により形成された同位相の複数の凸凹を有する板材を積層して構成されており、
前記一の仕切板は、周縁部を除き略全域に亘って複数の凸凹が形成されるとともに、周縁部には積層状態を保ってフランジ部が屈曲形成され、該フランジ部同士と前記シェルとが一体固定されることを特徴とする消音器。
前記一の仕切板は前記入口側導管か前記出口側導管か連通管のうち少なくとも一つを貫通支持することを特徴とする請求項１に記載の消音器。