JPH0122452B2

JPH0122452B2 -

Info

Publication number: JPH0122452B2
Application number: JP10099083A
Authority: JP
Inventors: Hideo Oomura; Hirofumi Takei
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1983-06-08
Filing date: 1983-06-08
Publication date: 1989-04-26
Also published as: JPS59226222A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕この発明は、自動車用エンジンの排気騒音低減
装置に関する。

〔従来技術〕

従来の自動車用エンジンの排気騒音低減装置と
しては、例えば第１図に示すようなものがある。
（日産自動車(株)発行サービス周報昭和55年６月425
号Ｅ−HN10型車の紹介）エンジンＥから排出された排気は、排気管系１
により消音されて車外へ放出されるが、まず、エ
キゾーストマニフオールド２の集合部２ａにおい
て合流し、フロントチユーブ３を通つてキヤタラ
イザ４に導かれ浄化される。更に排気は、センタ
ーチユーブ５、第二センターチユーブ５ａを経て
メインマフラー６に導かれ徐々に膨張して圧力を
低下し、これに伴つて温度も下げ消音してテイル
チユーブ、すなわち尾管７から大気中へ放出され
る。そして排気管系１を構成するこれら諸器材
は、吊具８によつて車体（図外）のフロアパネル
９に吊設してある。なお、１０はリヤアクスルで
ある。

しかしながら、このような従来の排気騒音低減
装置にあつては、リヤアクスルやフロアパネルの
形状等の位置や寸法的な制約条件によりマフラー
の取付位置などの排気管系レイアウトが決められ
ており、該排気管系内に発生する定在波に関して
配慮されていない構成となつていたため、エンジ
ンの常用回転数内において、排気脈動の基本成分
周波数が数個の定在波周波数に一致し、排気騒音
が著しく悪化するという問題点があつた。

〔発明の目的〕

この発明は、このような従来の問題点に着目し
てなされたもので、メインマフラーの設置場所を
選定し、かつ、共鳴要素を所定の条件に合致させ
たプリマフラーも選定場所に設定することにより
前記問題点を解決することを目的としている。

〔発明の構成〕

この発明の構成は、自動車用エンジンの排気騒
音低減装置において、排気管系のエキゾーストマ
ニフオールドの集合部から尾管出口までの長さを
Ｌとしたとき、拡張要素からなるメインマフラー
を尾管出口から２／5Lの位置に設け、共鳴要素
（共鳴室容積Vp、頚管断面積Sp、頚管長lp）から
なるプリマフラーを尾管出口から３／5Lの位置
に設置し、 Sp／Vp・lp＝（5π／2L）² の関係にするようにし、あるいは、プリマフラー
を尾管出口から１／5Lの位置にポストマフラー
として配設されたものである。

〔実施例〕

以下、この発明の第一実施例を第２図乃至第８
図に基づいて説明する。なお、従来例と同一の部
材は同一の符号を用い、その説明は省く。

まず、構成を述べる。

１１は排気管系、１２は上流側センターチユー
ブ、１３は該センターチユーブ１２に設けられた
プリマフラー、１４は下流側センターチユーブ、
１５は該センターチユーブ１４に設けられたメイ
ンマフラー、１６はリヤアクスル１０を避けるよ
うに曲げられた尾管で、エンジンＥからエキゾー
ストマニフオールド２、フロントチユーブ３、キ
ヤタライザ４、上流側センターチユーブ１２、下
流側センターチユーブ１４、尾管１６の順にフラ
ンジ結合、又は、はめ合い結合により接続して排
気管系１１が構成されている。

一方、プリマフラー１３は、エキゾーストマニ
フオールド２の集合部２ａから尾管出口１６ａま
での長さをＬとしたとき、該出口１６ａからほぼ
３／5Lの位置に、また、メインマフラー１５は、
同じく２／5Lの位置にそれぞれ配設してある。
前記プリマフラー１３は、第３図に示すように、
マフラー前板１３ａ、マフラー後板１３ｂ、マフ
ラーシエル１３ｃ、仕切板１３ｄにより拡張室１
７及び共鳴室１８が形成され、該拡張室１７と共
鳴室１８とを連通する断面積Sp、長さlpの頚管
１９が前記仕切板１３ｄに貫設されてヘルムホル
ツ型共鳴器２０を構成している。この共鳴室１８
の容積をVpとしたとき、次式の関係を有してい
る。

Sp／Vp・lp＝（5π／2L）² なお、１３ｅはマフラー前板１３ａに貫設され
た排気の流入管、１３ｆは共鳴室１８を貫いて仕
切板１３ｄ及びマフラー後板１３ｂに貫設された
流出管である。

また、メインマフラー１５は、第４図に示すよ
うにマフラー前板１５ａ，マフラー後板１５ｂ、
円筒形シエル１５ｃによつて形成され、前記前板
１５ａ及び後板１５ｂに排気の流入管１５ｄ及び
流出管１５ｅをそれぞれ貫設して構成された拡張
型消音器である。

次に、作用を述べる。

４サイクルｎ気筒エンジンの排気脈動の基本成
分周波数ｆは、エンジンの回転速度がRr.p.m.の
とき、ｆ＝Ｒ／60×ｎ／２で表わされ、この周波数ｆが排気管系で発生する定在波の周波数と一致する回
転速度領域において排気騒音は、著しく増大す
る。拡張要素からなるこのメインマフラー１５を
有する排気管系１１では、前記定在波のうち１次
共振は低周波数で発生するため、アイドリング回
転以下の場合となり問題はなく、常用回転速度で
問題となるのは、２次〜４次共振である。２次共
振は、エンジンＥ側を閉端、尾管出口１６ａを開
端とする排気管系１１全体にわたる気柱共振であ
り、３次共振は、エンジンＥ側を閉端、メインマ
フラー１５側を開端とする該マフラー１５から上
流側での共振であり、また、４次共振は、メイン
マフラー１５側及び尾管出口１６ａの両者とも開
端とする尾管共振である。排気管系Ｙ１内のこれ
らの音圧モードを第５図に、また、これらの共振
が発生したときの排気騒音特性を第６図に示す。

この発明は、前記３次共振と４次共振とを連成
させ、一つのエンジン回転速度領域において共振
が表わされるようにし、その共振周波数に同調し
た共鳴型消音器を設けることにより、その共振を
抑制するものである。

第５図の音圧モードに示すように、３次共振
は、エキゾーストマニフオールド２の集合部２ａ
からメインマフラー１５までの排気管長さLmを
３／４波長とする共振、すなわち、 Lm＝３／４λ …（）（λ：波長）であり、４次共振は、尾管長さLbを1/2波長とす
る共振、すなわち、 Lb＝１／２λ …（）である。これら３次及び４次共振を連成させるに
は、それぞれの波長を合わす必要があり、上記
（）、（）式から2Lm＝3Lbの関係が導き出さ
れる。すなわち、長さLmとLbの比は、 Lm：Lb＝３：２である。このためメインマフラー１５は、エキゾ
ーストマニフオールド２の集合部２ａから尾管出
口１６ａまでの長さをＬとしたとき、該尾管出口
１６ａから２／5Lの位置に設けてあり、このと
きの音圧モードは、第７図に示すとおりで、３
次、４次共振が同じ波長で同時に発生しているこ
とが判る。また、排気騒音特性は、第８図に破線
で示すようになり、第６図の３次、４次２個の共
振のピークが１つになり、かつ、両者の共振が連
成しているためピークレベルは大きくなつてい
る。この共振周波数fpは、尾管長さLbが約２／
5Lであることから fp＝Ｃ／２×２／５Ｌ＝5C／4L …（）（Ｃ：音速）で表わされる。

プリマフラー１３内に設けてあるヘルムホルツ
型の共鳴器２０の共鳴周波数fkは、この３次、４
次共振の連成された共振周波数fpに同調させてあ
る。ヘルムホルツ共鳴器２０の共鳴周波数fkは、で表わされるので、（）、（）式からの関係が導き出され、この（）式の関係を満足
するように前記共鳴器２０の各部の寸法を選定す
ることにより３次、４次共振の連成された共振周
波数fpとヘルムホルツ共鳴器２０の共鳴周波数fk
とを合致させることができる。

なお、（）式は、音速Ｃが含まれておらず、
すべて寸法的な項で成立しているため、排気温度
により周波数にずれを生ずることはない。

３次、４次共振の連成共振を最も効果的に抑制
するには、音圧の腹位置に共鳴器を設けるのが最
良であるので、この発明においては、メインマフ
ラー１５の上流側で発生する音圧の腹位置、すな
わち、第７図に示すように、尾管出口１６ａから
３／5Lの位置Ａに共鳴器２０を具備するプリマ
フラー１３を設けてある。

この発明の排気管系１１における排気騒音特性
は、第８図に実線で示すとおりで、３次、４次共
振の連成共振が抑制され排気騒音特性が大幅に改
善される。ヘルムホルツ型共鳴器の消音量は一定
ではなく、共鳴器に入力する音の強さに見合つて
共鳴を起こし消音するため消音量が不足するとい
うことはない。なお、破線ａは、３次、４次共振
を連成させたときの排気騒音特性で、実線ｂは共
鳴器２０を有するプリマフラー１３、又は、メイ
ンマフラーを取り付けたときの排気騒音特性であ
る。

次に、他の実施例を第９図以下に基づいて説明
する。

この実施例は、第一実施例で用いたプリマフラ
ー１３を尾管出口から１／5L（後述）の位置にポ
ストマフラーとして設けた例である。

この排気管系２１は、第９図に示すように、エ
ンジンＥからエキゾーストマニフオールド２、フ
ロントチユーブ３、キヤタライザ４、上流側セン
ターチユーブ２２、メインマフラー１５、リヤア
クスル１０を避けて曲げられた下流側センターチ
ユーブ２３、ポストマフラー２４及び長さ延長の
ため半円に湾曲した尾管２５の順に連結して構成
されている。

なお、拡張型消音器として構成したメインマフ
ラー１５は、エキゾーストマニフオールド２の集
合部２ａから尾管出口２５ａまでの長さをＬとし
たとき、該出口２５ａから２／5Lの位置に設け
てあるが、ポストマフラー２４は車体の構造上リ
ヤアクスル１０の後に設なければならず、尾管出
口２５ａから１／5Lの長さを得るために尾管２
５の上流側を半円形に湾曲させてポストマフラー
２４に前方から結合させてある。従つて、ポスト
マフラー２４は、第１０図に示すように、尾管２
５を貫設するマフラー前板２４ａ、マフラー後板
２４ｂ、マフラーシエル２４ｃ、仕切板２４ｄに
よつて拡張室２６及び共鳴室２７が形成され、両
者を連通する断面積Sp、長さlpの頚管２８が仕
切板２４ｄに貫設されてヘルムホルツ共鳴器２９
を構成している。

そして前記共鳴室２７は、容積をVpとしてあ
り、Sp／Vp・lp＝（5π／2L）² の関係を有している。なお、２４ｅは流入管であ
る。

第一実施例ではメインマフラー１５の上流側の
音圧の腹位置Ａに共鳴器２０を設けたのに対し、
この第二実施例は、下流側の音圧の腹位置Ｂに共
鳴器２９を配置したものであり、（第７図参照）
作用は第一実施例と同様であるので、その説明は
省略する。

なお、車体の構造上プリマフラーを設けられな
い場合には、この第二実施例は非常に有効であ
る。

〔効果〕

以上説明してきたように、この発明は、エキゾ
ーストマニフオールドの集合部から尾管出口まで
の長さをＬとしたとき、拡張要素からなるメイン
マフラーを尾管出口から２／5Lの位置に共鳴要
素（共鳴室容積Vp、頚管断面積Sp、頚管長lp）
からなるプリマフラーを尾管出口から約３／5L
の位置に置き、又は、同様の共鳴要素からなるポ
ストマフラーを尾管出口から１／5Lの位置に置
きSp／Vp・lp＝（5π／2L）²の関係としたため、エンジ
ンの常用回転領域において発生する３次、４次共振
の２つの排気管系内気柱共振を、一般に、抑制す
るには２つの共鳴器を必要とするところ、１つの
共鳴器によつて抑制するようにし、排気騒音特性
を大幅に改善できるとともに排気管系の原価及び
取付け整備等の工数低減を図ることもできるとい
う効果が得られる。

また、この発明は、２つの共振を連成させて大
きな共振とし、該共振を共鳴器を使用して消音す
るので、最も効果的に共鳴器を使うことができる
ので、騒音のレベルを下げることができるわけで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の自動車用エンジンの排気騒音
低減装置を示す側面図、第２図は、この発明の第
一実施例を示す側面図、第３図は、同じくプリマ
フラーの縦断面図、第４図は、同じくメインマフ
ラーの縦断面図、第５図は、従来の排気管系内の
音圧モードの図表、第６図は、同じく排気騒音特
性グラフ、第７図は、この発明のメインマフラー
を尾管出口から２／5Lの位置に設け、３次、４
次共振を連成させたときの音圧モードの図表、第
８図は、この発明の排気騒音特性グラフ、第９図
は、第二実施例を示す側面図、第１０図は、同じ
くポストマフラーの平面縦断面図である。Ｅ……エンジン、２……エキゾーストマニフオ
ールド、２ａ……集合部、１１，２１……排気管
系、１３，２４……マフラー（プリマフラー、ポ
ストマフラー）、１５……メインマフラー、１６
ａ，２５ａ……尾管出口、Ｌ……集合部から尾管
出口までの長さ、Vp……共鳴室容積、Sp……頚
管断面積、lp……頚管長。

Claims

【特許請求の範囲】１自動車用エンジンの排気管系において、エキ
ゾーストマニフオルードの集合部から尾管出口ま
での長さをＬとしたとき、拡張要素からなるメイ
ンマフラーを尾管出口から２／5Lの位置に、共
鳴室容積Vp、頚管断面積Sp、頚管長lpの共鳴要
素からなるマフラーを尾管出口から３／5L、又
は１／5Lの位置にそれぞれ配設し、 Sp／Vp・lp＝（5π／2L）² の関係を持たせたことを特徴とする自動車用エン
ジンの排気騒音低減装置。