JP7156901B2

JP7156901B2 - マフラ

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Publication number: JP7156901B2
Application number: JP2018200318A
Authority: JP
Inventors: 雅之原
Original assignee: Marelli Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2018-10-24
Filing date: 2018-10-24
Publication date: 2022-10-19
Anticipated expiration: 2038-10-24
Also published as: JP2020067038A

Description

本発明は、自動車のエンジン等の内燃機関の排気系に設けられ、３本の干渉管を有するマフラ（消音器）に関する。

例えば、自動車のエンジンの排気系に使用され、３本の干渉管を備えたマフラとして、特許文献１に開示されたものがある。この特許文献１に開示されたマフラは、密閉したチャンバ内で、排気ガスを導入するインレット管と、パスチューブと、外部へ排気ガスを導出するアウトレット管に各々小孔を空けて、インナハイプから各パイプの小孔に至るまでの距離の差が位相差をもっていて、爆発次に高調波の波が干渉する構造であり、２本の干渉管に比べ、３本の干渉管を設置することで、より干渉回数も増え、広帯域に効果が出るようになっている。

米国特許第４７５６３８３号明細書

しかしながら、前記従来のマフラの干渉構造では、三重干渉のような多数のパイプが必要な構造の場合、レイアウト要件から、さらに追加の吐出用の管（テール管）を追加することが困難な場合が多く、マフラボックス（マフラシェル）の大型化を招く場合もある。

また、前記従来のマフラの干渉構造では、シングルアウトレット管にシングルテール管が連結されているため、その経路径が大径となり、圧力損失が高く、排気ガスの流量の増加により高周波域の気流音、高周波ノズルが増大する問題がある。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、高周波域の気流音及び圧力損失を低減し、かつ、レイアウト的にも３列のマフラパイプで三重干渉効果を得て、かつ、デュアルテール管との両立をコンパクトなマフラボックス内で実現でき、さらに、デュアルテール管とすることで、大径なシングルテール管に比べ、流速低減による高周波気流音の低減効果だけでなく、片側の吐出口の発生音圧も低減できるため、静粛性が向上すると共に、車外騒音規制（法規）の試験にも有利であるマフラを提供することを目的とする。

本発明は、少なくとも４つの消音室を有するマフラシェルを備えたマフラにおいて、排気ガスを導入するインレット管が設けられた入口消音室と、前記入口消音室と隣接する第１消音室と、前記入口消音室の前記第１消音室と反対側に隣接する第２消音室と、前記第２消音室の前記入口消音室と反対側に隣接する第３消音室と、前記４つの消音室の中の複数の消音室をそれぞれ連通し、周壁に前記第２消音室内で開口する複数の貫通孔がそれぞれ設けられた複数の干渉管と、前記入口消音室と前記第１消音室との間で前記排気ガスの圧力に応じて開閉される排圧感応バルブと、を備え、前記複数の干渉管の中で前記第１消音室と前記第３消音室に開口する干渉管を第１アウトレット管とし、前記複数の干渉管の中で前記第１消音室のみに開口する干渉管を第２アウトレット管とし、前記第１消音室と前記第３消音室に開口する前記第１アウトレット管に外部へ排気ガスを導出する第１デュアルテール管を連結し、前記第１消音室のみに開口する前記第２アウトレット管に外部へ排気ガスを導出する第２デュアルテール管を連結し、前記インレット管に流入した排気ガスの大流量時に、前記排圧感応バルブが開いて、一部の排気ガスが、前記入口消音室から前記第１消音室に流入し、前記２本のアウトレット管を経由して、前記２本のデュアルテール管より外部にそれぞれ流出し、前記インレット管に流入した排気ガスの低流量時に、前記排圧感応バルブが閉じて、前記排気ガスが、前記干渉管及び前記２本のアウトレット管を介して前記第２消音室に前記干渉管及び前記２本のアウトレット管の複数の貫通孔より流出した排気ガスで複数回干渉して、前記２本のデュアルテール管より外部にそれぞれ流出することを特徴とする。

本発明によれば、低周波域から中周波域の気流音を消音する複数の干渉管のうちの２本の干渉管をアウトレット管とし、この２本のアウトレット管にデュアルテール管をそれぞれ連結したことにより、２本のアウトレット管に流れる排気ガスの流量を低減して高周波域の気流音を低減することができると共に、圧力損失の低減を、コンパクトなマフラボックス内で両立することができる。また、爆発次高調波の中周波低減と気流音高周波低減と出力因子の排圧低減とレイアウト問題の解決を行う形状である。

三重干渉構造の二干渉管をアウトレットとし、干渉による中周波低減と吐出流速・排圧低減とコンパクトとを実現できる。また、パッシブバルブ回路を追加することで、低速時の爆発次（低周波）を低減できる。

本発明の一実施形態のマフラを示す断面図である。上記マフラの低流量時の排気ガスの流れを示す断面図である。上記マフラの大流量時の排気ガスの流れを示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態のマフラを示す断面図、図２はマフラの低流量時の排気ガスの流れを示す断面図、図３はマフラの大流量時の排気ガスの流れを示す断面図である。

図１に示すように、マフラ（消音器）１０のマフラシェル（マフラ本体）１１は、金属製で楕円筒状のアウタシェル１２と、このアウタシェル１２の前後両端開口部を閉塞する金属製で板状のアウタプレート１３，１４とで構成されており、図示しないエンジンから発生する気流音と高温の排気ガスＧを、内部に設けられた３本の干渉管２１，２２，２５と金属製で板状の３つバッフルプレート（仕切壁）１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃで４つに区画された消音室１６，１７，１８，１９とによって消音、冷却するものである。

排気ガスＧをマフラシェル１１内に導入するインレット管２０が挿通する消音室が入口消音室１６となっている。この入口消音室１６には、第１消音室１７が隣接されており、また、入口消音室１６の第１消音室１７と反対側に第２消音室１８と第３消音室１９が並んで設けられている。

マフラシェル１１内には、入口消音室１６内に開口する端部２１ａと、インレット管２０に連通し第２消音室１８を通過して第３消音室１９内に開口する他端部２１ｂと、を有する干渉管２１と、第３消音室１９内に開口する端部２３ａと、第２消音室１８を通過して第１消音室１７内に開口する他端部２４ａと、外部に排気ガスＧを導出する第２の他端部２４ｂと、を有する干渉管としての第１アウトレット管２２と、第１消音室１７内に開口する端部２５ａと、第２消音室１８を通過して外部に排気ガスＧを導出する他端部２５ｂと、を有する干渉管としての第２アウトレット管２５と、第１アウトレット管２２の第２の他端部２４ｂに連結され、外部に排気ガスＧを導出するＬ字形の第１デュアルテール管２６と、第２アウトレット管２５の他端部２５ｂに連結され、外部に排気ガスＧを導出するＬ字形の第２デュアルテール管２７と、を備えている。

第１アウトレット管２２は、細径（細管）の干渉管２３と、Ｔ字形状で太径（太管）の分岐管２４と、を備えている。この細径の干渉管２３の端部２３ａは、第３消音室１９に開口し、その他端部２３ｂは分岐管２４の端部２４ａ′に連結されている。また、分岐管２４の他端部２４ａは第１消音室１７に開口している。さらに、分岐管２４のもう一方（干渉管２３と反対側）の第２の他端部２４ｂには第１デュアルテール管２６が連結されている。即ち、第１デュアルテール管２６は、３本の干渉管２１，２２，２５の中で第１消音室１７と第３消音室１９に開口する第１アウトレット管２２と連結して外部へ排気ガスＧを導出するものである。さらに、第２デュアルテール管２７は、３本の干渉管２１，２２，２５の中で第１消音室１７のみに開口する第２アウトレット管２５と連結して外部へ排気ガスＧを導出するものである。

干渉管２１と第１アウトレット管２２の細径の干渉管２３及び第２アウトレット管２５は、第２消音室１８内に通過する部分の各周壁２１ｃ，２３ｃ，２５ｃに複数の貫通孔２１ｄ，２３ｄ，２５ｄを第２消音室１８内で開口するようにそれぞれ設けられている。さらに、第１消音室１７内の第１アウトレット管２２の分岐管２４と第２アウトレット管２５の第３消音室１９内の周壁２４ｃ，２５ｃには、複数の貫通孔２４ｄ，２５ｄが形成されていて、これら各貫通孔２４ｄ，２５ｄは吸音材２８でそれぞれ覆われている。

また、入口消音室１６と第１消音室１７を仕切るバッフルプレート１５Ａには、排気ガスＧの圧力が所定値以上に高まった時にバッフルプレート１５に設けられた連通口１５ａを開いて排気ガスＧを入口消音室１６から第１消音室１７へ流入させる排圧感応バルブ３０が支軸３１を介して開閉自在に設けられている。この排圧感応バルブ３０は、図示しないコイルバネの付勢力により閉じられていて、入口消音室１６と第１消音室１７との間で排気ガスＧの排気圧力に応じて開閉されるようになっている。

即ち、図２に示すように、インレット管２０に流入したエンジンの低回転時（低回転域）での排気ガスＧの低流量時に、排圧感応バルブ３０がバッフルプレート１５の連通口１５ａを閉じて、排気ガスＧが、３本の干渉管２１，２２，２５を介して第２消音室１８に３本の干渉管２１，２２，２５の複数の貫通孔２１ｄ，２３ｄ，２５ｄより流出した排気ガスＧで複数回干渉して、２本のデュアルテール管２６，２７より外部にそれぞれ流出するようになっている。

また、図３に示すように、インレット管２０に流入したエンジンの高回転時（高回転域）での排気ガスＧの大流量時に、排圧感応バルブ３０がバッフルプレート１５の連通口１５ａを開いて、排気ガスＧの一部が入口消音室１６から第１消音室１７に流入して、２本のデュアルテール管２６，２７より外部へそれぞれ流出するようになっている。

以上実施形態のマフラ１０によれば、図２に示すように、インレット管２０に流入したエンジンの低回転域での排気ガスＧの低流量時には、排圧感応バルブ３０がコイルバネの付勢力によりバッフルプレート１５の連通口１５ａが閉じられていて、排気ガスＧが、３本の干渉管２１，２２，２５を介して第２消音室１８に３本の干渉管２１，２２，２５の複数の貫通孔２１ｄ，２３ｄ，２５ｄより流出した排気ガスＧで複数回三重に干渉する。この複数回の三重干渉で、爆発次に高調波の波が半波長ずらし相殺され、中周波、高周波に干渉効果があり、中周波域から高周波域の気流音を消音することができる。また、第１アウトレット管２２の細管の干渉管２３により、低周波の干渉効果があり、低周波域の気流音を消音することができる。そして、排気ガスＧは、２本のアウトレット管２２，２５より拡径（太管）の２本のデュアルテール管２６，２７から外部へそれぞれ排出される。

また、図３に示すように、インレット管２０に流入したエンジンの高回転域での排気ガスＧの大流量時には、コイルバネの付勢力に抗して排圧感応バルブ３０がバッフルプレート１５の連通口１５ａを開く方向に動き、この開口した連通口１５ａより排気ガスＧの一部が入口消音室１６から第１消音室１７に流入して、中高周波が干渉されて、中周波域から高周波域の気流音を消音することができる。また、２本のアウトレット管２２，２５とそれより拡径の２本のデュアルテール管２６，２７で高周波が干渉され、さらに、開弁時の排圧感応バルブ３０回りに発生する気流音を消音することができる。そして、排気ガスＧは、２本のデュアルテール管２６，２７から外部へそれぞれ排出される。

このように、低周波域から中周波域の広帯域の気流音を消音する３本の干渉管２１，２２，２５のうちの２本の干渉管がアウトレットを兼ねたアウトレット管２２，２５とし、この２本のアウトレット管２２，２５に拡径のデュアルテール管２６，２７をそれぞれ連結したことにより、２本のアウトレット管２２，２５に流れる排気ガスＧの流量を低減して高周波域の気流音を低減することができると共に、圧力損失の低減を、コンパクトなマフラシェル１１内で両立することができる。また、爆発次高調波の中周波低減と気流音高周波低減と出力因子の排圧低減とレイアウト問題の解決を行う形状である。

つまり、高周波域の気流音及び圧力損失を低減し、かつ、レイアウト的にも３列の干渉管２１，２２，２５で三重干渉効果を得て、かつ、２本のデュアルテール管２６，２７との両立をコンパクトなマフラシェル１１内で実現することができる。さらに、２本のデュアルテール管２６，２７とすることで、従来の大径なシングルテール管に比べ、流速低減による高周波気流音の低減効果だけでなく、片側の吐出口の発生音圧も低減できるため、静粛性が向上すると共に、車外騒音規制（法規）の試験にも有利である。

１０マフラ
１１マフラシェル（マフラ本体）
１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃバッフルプレート
１５ａ連通口
１６入口消音室
１７第１消音室
１８第２消音室
１９第３消音室
２０インレット管
２１干渉管
２１ａ端部
２１ｂ他端部
２１ｃ周壁
２１ｄ貫通孔
２２第１アウトレット管（干渉管）
２３細径の干渉管
２３ａ端部
２３ｃ周壁
２３ｄ貫通孔
２４分岐管
２４ａ他端部
２４ｂ第２の他端部
２５第２アウトレット管（干渉管）
２５ａ端部
２５ｂ他端部
２５ｃ周壁
２５ｄ貫通孔
２６第１デュアルテール管
２７第２デュアルテール管
３０排圧感応バルブ
Ｇ排気ガス

Claims

少なくとも４つの消音室を有するマフラシェルを備えたマフラにおいて、
排気ガスを導入するインレット管が設けられた入口消音室と、
前記入口消音室と隣接する第１消音室と、
前記入口消音室の前記第１消音室と反対側に隣接する第２消音室と、
前記第２消音室の前記入口消音室と反対側に隣接する第３消音室と、
前記４つの消音室の中の複数の消音室をそれぞれ連通し、周壁に前記第２消音室内で開口する複数の貫通孔がそれぞれ設けられた複数の干渉管と、
前記入口消音室と前記第１消音室との間で前記排気ガスの圧力に応じて開閉される排圧感応バルブと、を備え、
前記複数の干渉管の中で前記第１消音室と前記第３消音室に開口する干渉管を第１アウトレット管とし、
前記複数の干渉管の中で前記第１消音室のみに開口する干渉管を第２アウトレット管とし、
前記第１消音室と前記第３消音室に開口する前記第１アウトレット管に外部へ排気ガスを導出する第１デュアルテール管を連結し、
前記第１消音室のみに開口する前記第２アウトレット管に外部へ排気ガスを導出する第２デュアルテール管を連結し、
前記インレット管に流入した排気ガスの大流量時に、前記排圧感応バルブが開いて、一部の排気ガスが、前記入口消音室から前記第１消音室に流入し、前記２本のアウトレット管を経由して、前記２本のデュアルテール管より外部にそれぞれ流出し、
前記インレット管に流入した排気ガスの低流量時に、前記排圧感応バルブが閉じて、前記排気ガスが、前記干渉管及び前記２本のアウトレット管を介して前記第２消音室に前記干渉管及び前記２本のアウトレット管の複数の貫通孔より流出した排気ガスで複数回干渉して、前記２本のデュアルテール管より外部にそれぞれ流出することを特徴とするマフラ。
筒状のマフラシェルに複数のバッフルプレートにより仕切られる複数の消音室を有したマフラにおいて、
排気ガスを導入するインレット管が挿通する入口消音室と、
前記入口消音室と隣接する第１消音室と、
前記入口消音室の前記第１消音室と反対側に並ぶ第２消音室及び第３消音室と、
前記入口消音室と前記第１消音室を仕切るバッフルプレートに設けられ、前記排気ガスの圧力が所定値以上に高まった時に該バッフルプレートに設けられた連通口を開いて前記排気ガスの一部を前記入口消音室から前記第１消音室へ流入させる排圧感応バルブと、
前記入口消音室内に開口する端部と、前記インレット管と連通し前記第２消音室を通過して前記第３消音室内に開口する他端部と、を有する干渉管と、
前記第３消音室内に開口する端部と、前記第２消音室を通過して前記第１消音室内に開口する他端部と、外部へ前記排気ガスを導出する第２の他端部と、を有する干渉管としての第１アウトレット管と、
前記第１消音室内に開口する端部と、前記第２消音室を通過して外部に前記排気ガスを導出する他端部と、を有する干渉管として第２アウトレット管と、
前記第１アウトレット管の第２の他端部に連結され、外部に前記排気ガスを導出する第１デュアルテール管と、
前記第２アウトレット管の他端部に連結され、外部に前記排気ガスを導出する第２デュアルテール管と、を備え、
前記干渉管と前記第１アウトレット管及び前記第２アウトレット管は、前記第２消音室内に通過する部分の各周壁に複数の貫通孔をそれぞれ有したことを特徴とするマフラ。
請求項２記載のマフラであって、
前記第１アウトレット管は、細径の干渉管と、太径の分岐管と、を備え、前記分岐管の前記干渉管と反対側の端部を前記第２の他端部として前記第１デュアルテール管を連結したことを特徴とするマフラ。