JPH0143449Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 この考案は、自動車用エンジンの排気系におい
てメインマフラの上流側に配設されるプリマフラ
の改良に関する。

従来の技術 第１１図は従来における自動車用エンジンの排
気系全体の構成を示すもので、エンジン４１の排
気マニホルド４２にフロントチユーブ４３、第１
センタチユーブ４４および第２センタチユーブ４
５が順次接続されて排気通路を構成しているとと
もに、フロントチユーブ４３と第１センタチユー
ブ４４との間に触媒４６が、第１、第２センタチ
ユーブ４４，４５間にプリマフラ４７が、夫々介
装されており、かつ第２センタチユーブ４４後端
にメインマフラ４８が接続され、該メインマフラ
４８からテールチユーブ４９が延設されている。
ここで、メインマフラ４８は第１２図に示すよう
に複数の拡張要素と共鳴要素とを適宜組み合わせ
た消音構造を有している。またプリマフラ４７と
しては、第１３図に示すように拡張室５０に臨ん
で排気管５１に多数の小孔５２…を開口した所謂
多孔拡張型消音器構造が一般に採用されており、
主に高周波領域の消音を行つている。尚、仕様に
応じてメインマフラ４８と同様に共鳴要素を組み
合わせた消音構造のプリマフラ４７が用いられる
場合もある。そして、低周波の脈動音を主とした
エンジン低速域における排気騒音の低減を図るた
めに、排気通路つまり各チユーブ４３，４４，４
５，４９の管径を極力小さく設定していた（実開
昭55−158213号公報等参照）。

考案が解決しようとする問題点 しかし、上記のように管径を小さくしてエンジ
ン低速域における消音量の確保を図つた構成で
は、高速域においては排圧の増大を招いてエンジ
ン出力が低下してしまい、また気流により二次的
に発生する高周波の気流騒音が増大し、排気騒音
全体としては却つて悪化してしまう。しかも、管
径を小さくするには自から限度があるので、低速
域における低周波脈動音の消音も必ずしも十分に
行うことができない。

問題点を解決するための手段 この考案は、プリマフラをエンジン低速域、高
速域で夫々の消音に適した共鳴要素あるいは拡張
要素に切り換えて使用するとともに、この切換に
伴い低速域において排気が通流するバイパス通路
の通路断面積を小さく設定することで、低周波脈
動音の消音を図つている。すなわち、この考案に
係る自動車用エンジンのプリマフラは、排気通路
のメインマフラより上流位置に介装され、かつ拡
張室あるいは共鳴室として機能する容積室と、こ
の容積室の排気入口あるいは排気出口の何れか一
方に配設された開閉弁と、上記排気入口あるいは
排気出口の他方に設けられた頚管部と、上記開閉
弁をエンジン低速域で閉、エンジン高速域で開と
するアクチユエータと、上記容積室をバイパスし
て形成され、かつ排気通路の一般部に対し通路断
面積が小さく設定されたバイパス通路とを備えて
構成されている。

作 用 エンジン高速域では、開閉弁が開いており、排
気は容積室を通つて下流側に流れる。このとき容
積室は拡張室として機能し、主として高周波領域
の消音作用が行われる。また排気は十分な通路断
面積が与えられた部分を通流するので、排圧の増
大や二次気流音の増大を招くことはない。一方、
エンジンの低速域では、開閉弁が閉じており、排
気は総てバイパス通路を通つて下流側に流れる。
このときバイパス通路は通路断面積が小さく設定
されているので、排気脈動音を主体とした騒音が
全体として低減される。また開閉弁にて一方が閉
じられた容積室は他方の頚管部を介して共鳴室と
して機能し、予め設定された共鳴周波数近傍の騒
音を良好に消音することができる。

実施例 第１図〜第３図はこの考案に係るプリマフラ１
を示し、また第４図はこのプリマフラ１を備えた
排気系全体の構成を概略的に示している。

上記プリマフラ１は、断面長円の円筒状をなす
センタハウジング２と、その前端および後端に
夫々配置されたフロントハウジング３およびリヤ
ハウジング４から大略構成されている。上記セン
タハウジング２の内部に画成された容積室５は、
前端および後端に排気入口６および排気出口７を
有し、これらに夫々接続されたフロントハウジン
グ３の主通路部３ａおよびリヤハウジング４の主
通路部４ａが互いに同一直線上に配置されてい
る。上記排気出口７には所定寸法の頚管８が容積
室５内に突出した状態で取り付けられている。ま
た上記排気入口６には、音響的な密閉度に優れた
スイングバルブ型の開閉弁９が第３図に詳示する
ように装着されており、かつその駆動軸９ａの一
端にリンク１０を介してダイヤフラム式負圧アク
チユエータ１１が連結されている。上記負圧アク
チユエータ１１は、負圧室１２に負圧が導入され
ない状態ではコイルスプリング１３の付勢力によ
つて上記開閉弁９を閉状態に保ち、また所定の負
圧が導入されると開閉弁９を開作動する構成とな
つている。

一方、上記フロントハウジング３およびリヤハ
ウジング４には、主通路部３ａ，４ａから分岐し
て夫々バイパス通路部３ｂ，４ｂが形成されてお
り、これらのバイパス通路部３ｂ，４ｂと容積室
５を貫通したバイパス管１４とによつてバイパス
通路１５が構成されている。このバイパス通路１
５は、その通路断面積が主通路部３ａ，４ａ等排
気通路の一般部に対して十分に小さく設定されて
いる。

第４図は上記プリマフラ１を備えた排気系全体
の構成を示しており、１６はエンジン１７の排気
マニホルド、１８はフロントチユーブ、１９は触
媒、２０は第１センタチユーブ、２１は第２セン
タチユーブ、２２はメインマフラ、２３はテール
チユーブを示している。また上記の負圧アクチユ
エータ１１の駆動機構として、この実施例では吸
気マニホルド２４内の負圧を導く負圧通路２５に
電磁弁２６を介装し、回転速度センサ２７からの
信号に基づき制御回路２８を介して所定回転数で
上記電磁弁２６をON、OFF制御する構成となつ
ている。尚、排気通路を構成するフロントチユー
ブ１８や第１、第２センタチユーブ２１，２２等
の管径は、それ自体で消音量を確保する必要がな
いので従来のものよりも大径化することが可能で
ある。

上記のように、プリマフラ１は触媒１９とメイ
ンマフラ２２との間に配設されるが、その具体的
な位置は排気通路内の気柱振動を考慮して定めら
れる。すなわち、触媒１９をエンジン１７とメイ
ンマフラ２２との間の約1/3の位置に配設すると、
第５図イ，ロに示すような共振モードが極めて狭
い周波数帯域で生じる。プリマフラ１を共鳴要素
として利用して効果的な消音を行うには、その周
波数に同調させたプリマフラ１を共振モードの腹
の位置M₁，M₂に配設すれば良いので、エンジン
１７とメインマフラ２２間の距離をＬとして、触
媒１９をエンジン１７側から約１／３Ｌの位置に、 プリマフラ１をエンジン１７側から約２／３Ｌの位 置に夫々配設するのが最も効果的である。また、
このときの気柱の共振周波数は、排気の音速を
ｃとして3c／4Lであり、容積室５や頚管８の各部の 寸法から定まるプリマフラ１の共振周波数をこれ
に等しく設定してある。尚、これらの数値は実験
的には10％程度の誤差であれば良好な消音効果を
維持できる。

次に上記のように構成されたプリマフラ１の作
用を説明する。

先ず、エンジンの低速域、例えば3500rpm以下
では開閉弁９が閉状態にあり、排気は総てバイパ
ス通路１５を通流する。このバイパス通路１５
は、その通路断面積を十分に小さく設定してある
ので、縮流による消音効果が非常に良好に得られ
る。尚、このときには排気流量自体が少ないこと
から排圧上昇の問題が無く、従つてバイパス通路
１５の通路断面積をかなり小さくすることが可能
である。また、容積室５が共鳴室として機能し、
上述のように排気通路の気柱共振として最も顕著
に発生する周波数帯域の脈動音を良好に低減でき
る。第６図はエンジン回転３次成分について、共
鳴室となるプリマフラ１の有無ならびにバイパス
通路１５の通路断面積による排気音の変化を示し
たもので、プリマフラ１を具備せず、かつバイパ
ス通路１５の通路断面積を他の一般部と等しくし
た場合イに対し、バイパス通路１５の口径を一般
部の2/3としたロによれば、エンジン回転数の全
域に亘つて数dB程度騒音低減が可能である。そ
して、更に共鳴要素を所定位置に付加したハによ
れば、イ，ロの場合に2600rpm近傍で発生する共
振騒音を効果的に消音できる。尚、バイパス通路
１５の口径は、この2600rpm近傍での排圧の上昇
を２倍以内とするためには一般部の3/4程度（断
面積では1/2程度）とするのが望ましい。

一方、エンジンの高速域、例えば3500rpm以上
では開閉弁９が開となり、排気の大部分は容積室
５内を直線的に通流する。このように、排気が直
線的に流れ、しかも通路断面積が十分に与えられ
ていることから、排圧の上昇は極めて小さい。そ
して、容積室５は高周波消音用の拡張室として機
能し、高速域で主体となる高周波騒音を効果的に
低減できる。

上記のようにプリマフラ１を3500rpmにおいて
共鳴要素および拡張要素に切換えて用いた場合の
排圧特性を第７図に示す。イは開閉弁９を常に閉
として共鳴要素とした場合、ロは同じく常に開と
して拡張要素とした場合であり、両者を切換えて
用いればハのようになり、共鳴要素とした場合の
高速域での排圧の上昇を回避できる。

また同じくプリマフラ１を3500rpmにおいて共
鳴要素および拡張要素に切換えて用いた場合の排
気音Ａ特性を第８図に示す。イは開閉弁９を常に
閉として共鳴要素とした場合、ロは常に開として
拡張要素とした場合であり、両者を切換えて用い
ればハに示すように、低速域および高速域の双方
で効果的な消音が行われ、全体として騒音レベル
の低減が図れる。

また第９図のイは、開閉弁９を同様に切換えた
場合のエンジン回転３次成分についての排気音特
性を示し、比較例(ロ)は排気通路の適当な位置に共
鳴要素を固定的に設けた場合の特性の一例を示し
ている。

上記のように、開閉弁９の開閉切換を行う回転
数N₀は、種々の条件を考慮して実験的に定めれ
ば良いが、一般的には N₀＝1.4×f₀60／ｎ（ただし、４気筒エンジンで はｎ＝２，６気筒エンジンではｎ＝３とし、また
f₀はプリマフラ１の共振周波数である）となる。

次に第１０図は、プリマフラ１の異なる実施例
を示している。これは、バイパス通路用チユーブ
３１を第１センタチユーブ２０と平行に配設し、
その内部に構成されるバイパス通路１５を触媒１
９に直接連通させたものである。この構成によれ
ば、触媒１９出口側の急激な縮流による排圧上昇
が回避でき、高速域での一層の低排圧化が可能で
あるとともに、開閉弁９を閉じた状態において
も、バイパス通路１５へ分岐する部分での通路抵
抗を軽減できる。また、バイパス通路１５の通路
長の延長により消音量を増大できるとともに、開
閉弁９を閉じた状態で第１センタチユーブ２０自
体が共鳴要素として機能し、これによつて一層の
消音効果が得られる。

上記実施例において開閉弁の作動に負圧を用い
たが、電気的に作動するソレノイド等を用いるこ
とも可能である。

考案の効果 以上の説明で明らかなように、この考案に係る
プリマフラによれば、排気通路自体の管径は十分
に大きくしたまま低速域での良好な消音が行え、
従来高速域において生じていた排圧の過度の増大
あるいは二次気流音の増大を防止でき、出力低下
を招くことなく排気騒音の大幅な低減を実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案に係るプリマフラを一部断面
にて示す正面図、第２図はその側面図、第３図は
その要部の断面図、第４図はこのプリマフラを備
えた排気系全体の構成説明図、第５図は排気系で
生じる共振モードを示す説明図、第６図はエンジ
ン回転３次成分について、通路断面積および共鳴
要素の有無による排気音の変化を示す特性図、第
７図、第８図および第９図は、上記実施例におけ
る排圧特性、排気音Ａ特性およびエンジン回転３
次成分についての排気音特性を夫々示す特性図、
第１０図はこの考案に係るプリマフラの異なる実
施例を示す要部のみの断面図、第１１図は従来に
おける排気系の構成説明図、第１２図および第１
３図は夫々従来のメインマフラおよびプリマフラ
の断面図である。 １……プリマフラ、２……センタハウジング、
３……フロントハウジング、３ａ……主通路部、
３ｂ……バイパス通路部、４……リヤハウジン
グ、４ａ……主通路部、４ｂ……バイパス通路
部、５……容積室、６……排気入口、７……排気
出口、８……頚管、９……開閉弁、１１……負圧
アクチユエータ、１５……バイパス通路、１９…
…触媒、２２……メインマフラ、２６……電磁
弁、２７……回転速度センサ、２８……制御回
路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気通路のメインマフラより上流位置に介装さ
   れ、かつ拡張室あるいは共鳴室として機能する容
   積室と、この容積室の排気入口あるいは排気出口
   の何れか一方に配設された開閉弁と、上記排気入
   口あるいは排気出口の他方に設けられた頚管部
   と、上記開閉弁をエンジン低速域で閉、エンジン
   高速域で開とするアクチユエータと、上記容積室
   をバイパスして形成され、かつ排気通路の一般部
   に対し通路断面積が小さく設定されたバイパス通
   路とを備えてなる自動車用エンジンのプリマフ
   ラ。