JPH01182515A - 自動車の排気消音装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は自動車の排気消音装置に関し、とりわけ、排気
抵抗を切換可能な消音器を備え、該消音器の排気抵抗を
切換えることにより、運転状況に応じて消音性能または
エンジンの出力性能が向上される自動車の排気消音装置
に関する。

従来の技術 この種の排気消音装置としては、たとえば特開昭６２−
１２６２１７号公報に開示されたものが従来存在する。

かかる従来の排気消音装置は、エンジンの回転数とか負
荷に応じて消音器の消音性能、つまり消音器の排気抵抗
が切換バルブを介して切換えられるようになっており、
エンジン負荷が比較的小さい市街地走行時等は排気抵抗
を大きく（バルブ閉）する領域を広くして消音効果が増
大される一方、エンジン負荷を大きく必要とする高速走
行時とか急加速時には、逆に排気抵抗を小さく（バルブ
開）する領域を広くしてエンジンの出力性能が向上され
る構成となっている。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、かかる従来の排気消音装置にあっては、
単に排気抵抗の切換時点をエンジンの高負荷時と低負荷
時で変化させることにより、消音重視か出力重視かの選
択を行う構成となっていた。

ところが、エンジン負荷とエンジン回転数で排気抵抗を
切換えた場合、運転状況に応じた消音性能またはエンジ
ンの出力性能が向上されるとしても、排気吐出音を原因
とする車室内のこもり音に対しては何ら対策が施されて
おらず、排気抵抗の切換え時点の設定によっては該こも
り音が増大されてしまう。

即ち、Ｖ型６気筒エンジンで各気筒から片側の３気筒と
残りの３気筒の各エグゾーストマニホルドの合流部まで
の長さが異なるものでは、消音器の排気吐出音エネルギ
ーは第６図中実線に示すように、エンジン負荷が大きく
なる加速時にはエンジン回転の３次成分が、バルブ開状
態でエンジン回転数〜２００　Ｏｒ　ｐｍまでの間に大
きく現れ、かつ、エンジン負荷が小さくなる減速時には
、３気筒と残りの３気筒の各エグゾーストマニホルドの
合流部までの長さが異なることによる排気の位相ずれに
起因した１、５次成分がバルブ開状態で３０００〜４０
００ｒｐｍ付近に大きく現れることが確認されている。

また、上記排気抵抗の切換時点は、実車においてはエン
ジンの出力性能の向上を目的としてエンジン回転数が２
０００〜３０００　ｒ　ｐｍに設定される。

従って、これら排気抵抗の切換時点と、排気吐出音エネ
ルギーが増大されるエンジン回転数領域がオーバーラツ
プされることになり、該排気吐出音エネルギーが増大さ
れる回転数領域で切換バルブが開状態ｉこあると、該エ
ネルギーが大きい状態で排気されてしまう。

一方、車室内のこもり音は室内空洞部に入力振動が共鳴
されることにより発生することが知られており、このと
き、特に車室内の車両前後方向寸法を半波長とする周波
数がこもり音として影響する。

たとえば、車室内前後方向寸法Ｕｔ＞を１．９ｍとする
と、車室内の車両前後方向共鳴周波数（γ）は、ｒ＝ｃ
／ＱＸ　１／２　（ｃ　：音速＝３４ｍ／Ｓ）よりγ＝
８９．５Ｈｚとなり、これをエンジン回転数に直すとエ
ンジン回転の１．５次成分ではＮ　１．５＝ｓｏ／ｎ　
Ｘ　ｆ　＝６０／１．５Ｘ８９．５＝３５８Ｌ−ｐ−１
，３次成分ではＮ　ｓ＝　６０／３Ｘ　８９．５＝　１
７９０＋ｒｐａ＋となる。

ところが、上記第６図に示すようにバルブ開状態では、
加速時に上記こもり音として共鳴する３次成分の回転数
Ｎ３領域が排気吐出音エネルギーの増大領域に一致され
、かつ、減速時に上記１．５次成分の回転数Ｎ１．５領
域が排気吐出音エネルギーの増大領域に一致されてしま
う。

従って、このようにバルブ開状態で加速時にＮ３領域の
こもり音ピーク点および減速時にＮ３．領域のこもり音
ピーク点を通過させると、車室内こもり音が著しく増大
されて車室内の静粛性が損なわれてしまうという問題点
があった。

そこで、本発明は運転状況に応じた消音性能およびエン
ジンの出力性能を満足しつつ、車室内のこもり音をも大
幅に低減することができる自動車の排気消音装置を提供
することを目的とする。

問題点を解決するための手段 かかる目的を達成するために本発明は、各気筒から全気
筒分のエグゾーストマニホルド合流部までの距離が、Ｍ
気筒と残りのＭ気筒とで異なる２Ｍ気筒エンジン（Ｍ＝
１，２．３・・・）と、切換バルブを介して排気抵抗が
切換えられる消音器と、車両のエンジン負荷およびエン
ジン回転数をそれぞれ検出する手段とを備え、該手段で
検出されたエンジン負荷および、またはエンジン回転数
に応じて上記切換バルブを、エンジンの低負荷または低
回転側で閉にして消音性能を向上し、かつ、高負荷また
は高回転側で開にしてエンジンの出力性能を向上する自
動車の排気消音装置において、上記切換バルブの開閉切
換時点を、エンジン負荷大の場合は、車室内の車両前後
方向の共鳴周波数に対応するＭ次のエンジン回転数より
大きくなる側の近傍に設定し、かつ、エンジン負荷小の
場合は、上記共鳴周波数に対応するＭ／２次のエンジン
回転数より大きくなる側の近傍に設定することにより構
成する。

作用 以上の構成により本発明の排気消音装置にあっては、切
換バルブの開閉切換時点が、エンジン負荷大の場合は車
室内の車両前後方向の共鳴周波数に対応するＭ次のエン
ジン回転数より大きくなる側に設定されるため、該前後
方向共鳴周波数に対応するエンジン回転数では切換バル
ブが閉状態に保持されることになり、消音器から上記車
室内の車両前後方向に共鳴する排気消音エネルギーの増
大成分が発生されてしまうのを防止することができる。

同様にして、エンジン負荷小の場合も切換バルブの切換
時点が、車室内の車両前後方向の共鳴周波数に対応する
Ｍ／２次のエンジン回転数より大きくなる側に設定され
、この時点では切換バルブが閉状態となって該車室内に
共鳴す名排気吐出音エネルギーの増大成分が発生されて
しまうのを防止ずろことができる。

従って、車室内の車両前後方向に共鳴される排気吐出音
の増大成分をそれぞれ低減できろことに伴って、車室内
のこもり音が著しく低減されることになる。

実施例 以下、本発明の実施例を図に基づいて詳細に説明する。

即ち、第１図は本発明の一実施例を示す自動車の排気消
音装置１０で、１２はエンジン、１４は排気管、１６は
該排気管１４の終端部に設けられる消音器である。

上記エンジン１２は本実施例では３気筒づつが７字状に
配置される所謂Ｖ型６気筒エンジンか用いられ、該Ｖ型
６気筒エンジン１２では気筒数が４サイクル６気筒であ
るため、クランクシャフトの１回転に付き３回の爆発が
行われ、これに応じた排気吐出音が発生される。

上記排気管１４はエンジン１２の各気筒から片側３気筒
づつを対として延びるニゲジ−ストマニホルド１８，１
８ａに接続され、各気筒で生じた排気ガスを上記消音器
１６を介して外方に排出する。尚、２０は触媒コンバー
タである。

上記消音器１６は第２図に示すように、気密構造をもっ
て閉止されたケーシング２２内に排気ガスの導入用パイ
プ２４および２本の排出用パンチングパイプ２６．２８
が設けられ、導入用パイプ２４には上記排気管１４が接
続されると共に、排出用パンチングパイプ２６．２８に
はそれぞれ第１、第２テールチューブ３０．３２が接続
される。

第１テールチユーブ３０には該チューブを開閉する切換
バルブ３４が設けられ、該切換バルブ３４がアクチュエ
ータ３６を介して開状態に切換えられると、排気抵抗を
小さくしてエンジンの出力が増大され、かつ、切換バル
ブ３４が閉状態に切換えられると、排気抵抗を大きくし
て消音効果が増大される。

上記切換バルブ３４はエンジン負荷およびエンジン回転
数に基づいて開閉切換が行われる。

このため、アクセルペダル３８にはエンジン負荷検出手
段としてのアクセル開度センサ４０が設けられると共に
、エンジン１２にはエンジン回転数検出手段としての回
転数センサ４２が設けられ、これらアクセル開度センサ
４０および回転数センサ４２の各検出信号はコントロー
ラ４４に入力され、該コントローラ４４で上記切換バル
ブ３４の切換時点が判断される。

アクセル開度センサ４０からの信号によって、車両が加
速状態にあるか減速状態にあるかが判断され、その加、
減速判断時点は本実施例ではアクセル開度１／２に設定
される。

一方、回転数センサ４２からの信号によって、車両の加
速状態および減速状態における上記切換バルブ３４の切
換時点が決定される。

即ち、エンジン回転数による切換バルブ３４の切換は、
バルブ閉による消音効果の増大領域と、バルブ開による
エンジン出力の増大領域との兼ね合いを考慮した上で、
車室内こもり音、つまり車室内の車両前後方向共鳴周波
数γに基づいて決定される。

上記共鳴周波数γは、車室内の車両前後方向寸法ｅによ
って決定され、第３図に示すように該寸法Ｑを半波長と
する定在波として表される。

従って、かかる車両前後方向周波数は、７　＝　Ｃ／　
（ｌ　Ｘ　１／２−、、■（Ｃ：音速＃３４０１Ｉｌ／
Ｓ）として得ることができる。尚、定数１／２は半波長
の定在波となるための条件である。

ここで、実車寸法により上記γを求めてみると、（！＝
１．９ｍとした場合、■式から ７＝３４０”’／１．９ｍＸ１／２＝８９．５Ｎｚとな
る。

次に、上記共鳴周波数γがエンジンの次数成分と一致す
るときのエンジン回転数を求める。

尚、上記エンジンの次数成分は、ここでは排気管１４に
入力されるエンジンの爆発行程で発生する衝撃音（排気
音）のエンジン１回転当たりの数を意味し、３次成分で
は１回転当たりに３回生じ、１．５次成分では左、右エ
グゾーストマニホルド１８．１８ａの長さの連いにより
１回転当たりに１．５回生ずる。

また、上記３次成分は加速時等のエンジン負荷大のとき
に現れ、かつ、上記１．５次成分は減速時等のエンジン
負荷小のときに現れることが確認されている。

従って、上記３次成分の上記共鳴周波数γに一致するエ
ンジン回転数Ｎ３は、 Ｎ５＝６０／ｎＸγ＝６０／３Ｘ８９．５＝１７９０ｔ
ｒｐａ＋＋となり、かつ、上記１．５次成分の上記γに
一致する回転数Ｎ１．Ｓは、 Ｎ＋、ｉ＝６０／　１．５ｘ８９．５＝３５８　Ｌｒｐ
ｓ＋となり、これら各回転数Ｎ３．Ｎ、、、で車室内こ
もり音のピーク点が現れる。

ところが、第６図に示したように加速時にあって切換バ
ルブ３４の開状態では、上記Ｎ、の回転数とオーバーラ
ツプされる回転数領域（〜２０００ｒｐｍ）に３次成分
の排気吐出音エネルギーが大きく現れ、かつ、減速時に
あって切換バルブ３４の開状態では、上記Ｎ３．、の回
転数とオーバーラツプされる回転数領域に１．５次成分
の排気吐出音エネルギーが大きく現れる。

″　従って、加速時（アクセル開度１７２以上）に上記
３次成分のこもり音ピーク点が現れる回転数Ｎ、領領域
および減速時（アクセル開度１／２以下）に上記１．５
次成分のこもり音ピーク点が現れるエンジン回転数Ｎ１
．、領域に、それぞれ切換バルブ３４が開状態に保持さ
れることは、増大された排気吐出音エネルギーが車室内
に影響して、こもり音の増大につながってしまう。

このため、上記３次成分および１．５次成分の現れるエ
ンジン回転数領域では、特に切換バルブ３４を閉状態に
して、これら３次成分および１．５次成分での排気吐出
音エネルギーを低減する必要がある。

尚、上記第６図中、実線はバルブ開状態での音圧レベル
特性を示し、破線はバルブ閉状態での音圧レベル特性を
示す。

従って、本実施例では以上述べた、消音効果の必要領域
、エンジン出力の必要領域および車室内のこもり音に影
響する排気吐出音エネルギーの増大領域等に鑑みて、第
４図に示すように切換バルブ３４の切換領域を設定する
。

即ち、かかる第３図の切換領域図では横軸にエンジン回
転数、縦軸にアクセル開度をとって表したもので、アク
セル開度方向には加、減速状態を判断するアクセル開度
１／２部分に切換境界が設定され、かつ、エンジン回転
方向には回転数ｎＡ（加速時）１回転数ｎａ（減速時）
部分に切換境界が設定される。

上記回転数ｎ＾は３次成分のこもり音ピーク点に対応す
る回転数（Ｎ　３　＝　１７９０　ｒ　ｐ　ｒｎ　）よ
り、安全代として回転数が数１０　Ｏｒ　ｐｍ大きな値
、たとえばｎＡ＝２５０ｏｒｐｍに設定され、かつ、上
記回転数ｎａは１．５次成分のこもり音ピーク点に対応
する回転数（Ｎ＋、ｓ＝３５８　Ｏｒ　ｐｍ）から同様
に安全代をみこしてｒｒａ＝４６０Ｏｒｐｍに設定され
る。

尚、上記各安全代の幅は、加速時にあっては工ンジン出
力の増大に必要な領域とか、こもり音として大きく影響
される領域、および排気吐出音エネルギーの増大領域等
を考慮して適宜設定すればよく、また、減速時にあって
は排気消音効果を必要とする領域とか、排気吐出音エネ
ルギーの増大領域等を考慮して適宜設定すればよい。

ところで、上記第３図中アクセル間度方向およびエンジ
ン回転数方向にそれぞれ設定される切換境界は、図中実
線で示す閉から開方向の切換境界線ａと、図中破線で示
す開から閉方向の切換境界線すとの間にヒステリシスが
設けられ、このヒステリシス幅はエンジン回転数方向に
は約１１００ｒｌ）程度とされる。

以上の構成により本実施例の自動車の排気消音装置ｌＯ
にあっては、第４図に示したようにアクセル開度１／２
以上となる車両加速時には、車室内の車両前後方向共鳴
周波数γに対応する３次のエンジン回転数Ｎ３より所定
回転数分だけ大きい回転数ｎＡを切換バルブ３４の切換
時点としたので、該Ｎ３領域では切換バルブ３４が閉状
態となっているため、第６図に示した排気吐出音エネル
ギーの３次成分を低く抑えることができる。

従って、上記Ｎ、領領域排気吐出音が車室内に大きく影
響されるのが防止され、第５図のこもり音・音圧レベル
特性に示すように、実線で示した３次成分ピーク領域は
一点鎖線で示すように低減され、車室内の車両前後方向
に共鳴するこもり音を大幅に低減して室内の静粛性を著
しく向上させることができる。

一方、アクセル開度１／２以下となる車両減速時には、
上記車両前後方向共鳴周波数γに対応する１、５次のエ
ンジン回転数分Ｎ１．６より所定回転数分だけ大きく回
転数ｎＢを切換バルブ３４の切換時点としたので、該Ｎ
１．ｓ領域では切換バルブ３４が閉状態であるため、排
気吐出音エネルギーの１．５次成分を低く抑えることが
できる。

従って、上記Ｎ１．ｓ領域で排気吐出音が車室内に大き
く影響されるのが防止され、第５図に示したように破線
で示した１、５次成分ピーク領域は二点鎖線で示すよう
に低減され、車室内こもり音を大幅に低減して室内の静
粛性を向上することができる。

ところで、本実施例では以上述べたようにこもり音の低
減を行うことができるのは勿論のこと、加速時（アクセ
ル開度１／２以上）には切換バルブ３４の切換時点が低
回転数側に設定されるので、エンジン出力の増大領域を
広く設定することができると共に、減速時（アクセル開
度１／２以下）には上記切換時点が高回転数側に設定さ
れるので、消音効果の増大領域を広く設定することがで
きる。

また、本実施例では切換バルブ３４を切換えるにあたっ
て、閉から開方向の切換境界線ａと、開から閉方向の切
換境界線すとの間にヒステリシスを設けたので、バルブ
切換境界線分でのハンチングを防止してエンジンの頻繁
な出力変動が生ずるのを防止することができる。

尚、本実施例にあってはエンジン負荷検出手段としてア
クセル開度センサ４０を用いた場合を示したが、これに
限ることなくエンジンの吸入負圧を検出する負圧センサ
、排気通路内に設けた温度センサ等を用いてエンジン負
荷を検出してもよい。

また、本実施例では加速状態と減速状態を判断する境界
点をアクセル開度１／２に設定した場合を示したが、こ
の加、減速境界点は各種エンジン性能に応じて適宜設定
することができる。

更に、使用されるエンジンはＶ型６気筒エンジンに限る
ことなく、Ｍ気筒分のエグゾーストマニホルドと残りの
Ｍ気筒分のエグゾーストマニホルドの長さが異なる２Ｍ
気筒（Ｍ＝１，２．３・・・）のエンジンであれば、本
発明を適用できることは勿論である。

発明の詳細 な説明したように本発明の自動車の排気消音装置にあっ
ては、消音器の切換バルブの切換時点を、エンジン付加
が大きい場合は車室内の車両前後方向共鳴周波数に対応
するＭ次（Ｍ＝１．２゜３・・・）のエンジン回転数よ
り大きくなる側の近傍に設定したので、該Ｍ次のエンジ
ン回転数領域とオーバーラツプして現れる排気吐出音の
増大領域では、バルブを閉状態にして該Ｍ次成分の排気
吐出音エネルギーを大幅に低減できるため、車室内のこ
もり音を著しく低減することができる。

また、エンジン負荷が小さい場合は、上記切換時点を上
記共鳴周波数に対応するＭ／２次のエンジン回転数より
大きくなる側の近傍に設定したので、該Ｍ／２次のエン
ジン回転数領域とオーバーラツプして現れる排気吐出音
のＭ／２次成分成分ネルギーをバルブ閉により大幅に低
減して、こもり音を著しく低減することができ、上記エ
ンジン負荷大の時のこもり音低減と相俟って車室内の静
粛性を著しく向上することができる。

更に、上記Ｍ次のエンジン回転数は比較的に低いため、
これに伴って切換バルブの切換時点も低回転域となり、
バルブ開によるエンジン出力の増大領域を広くして加速
性能の向上を図ることかできると共に、上記Ｍ／２次の
エンジン回転数は比較的に高いため、バルブ閉による消
音効果の増大領域を広くして騒音防止性能の向上を図る
ことができるという各種優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
本発明に用いられる消音器の一実施例を示す拡大断面図
、第３図はこもり音の原因となる振動の共鳴状態を示す
説明図、第４図は本発明で設定される切換バルブの切換
領域図、第５図はエンジン回転数に対するこもり音の音
圧レベル特性図、第６図はエンジン回転数に対する排気
吐出音の音圧レベル特性図である。 ＩＯ・・・排気消音装置、１２・・・エンジン、Ｉ４・
・・排気管、１６・・・消音器、１８，１８ａ・・・エ
グゾーストマニホルド、３４・・・切換バルブ、３８・
・・アクセルペダル、４０・・・アクセル開度センサ（
エンジン負荷検出手段）、４２・・・回転数センサ（エ
ンジン回転数検出手段）。 外２名 第３図 第４図 第５図 第６図 Ｉａｔと出音エネル早−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）各気筒から全気筒分のエグゾーストマニホルド合
   流部までの距離が、Ｍ気筒と残りのＭ気筒とで異なる２
   Ｍ気筒エンジン（Ｍ＝１、２、３・・・）と、切換バル
   ブを介して排気抵抗が切換えられる消音器と、車両のエ
   ンジン負荷およびエンジン回転数をそれぞれ検出する手
   段とを備え、該手段で検出されたエンジン負荷および、
   またはエンジン回転数に応じて上記切換バルブを、エン
   ジンの低負荷または低回転側で閉にして消音性能を向上
   し、かつ、高負荷または高回転側で開にしてエンジンの
   出力性能を向上する自動車の排気消音装置において、 上記切換バルブの開閉切換時点を、エンジン負荷大の場
   合は、車室内の車両前後方向の共鳴周波数に対応するＭ
   次のエンジン回転数より大きくなる側の近傍に設定し、
   かつ、エンジン負荷小の場合は、上記共鳴周波数に対応
   するＭ／２次のエンジン回転数より大きくなる側の近傍
   に設定したことを特徴とする自動車の排気消音装置。