JPH0311109A

JPH0311109A - 自動車用エンジンの排気騒音低減装置

Info

Publication number: JPH0311109A
Application number: JP14752889A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Sakuma; 裕一佐久間; Yoshikazu Hayakawa; 良和早川; Satoru Sasaki; 哲佐々木; Tatsuo Sakai; 辰男酒井; Yoshinori Kihara; 木原　義則
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1989-06-09
Publication date: 1991-01-18

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】産業上の利用分野この発明は、自動車用エンジンの排気騒音、特に冷機状
態での加速時等に共鳴に伴って一時的に生じ易い騒音を
低減するようにした排気騒音低減装置に関する。

従来の技術例えば自動車用エンジンがあまり暖まっていない状態で
加速を行うと、その加速途中で一時的に金属音的な非常
に大きなレベルの異音が生じることがある。この異音は
、１〜Ｉ　Ｏｋ　Ｈｚ程度の高周波音であり、その発生
メカニズムは厳密には解明されていないが、排気系内で
共鳴が生じているときにこれに伴って発生することが知
られている。

また、特に大出力機関に適した低背圧の排気系において
生じ易い。尚、種々の条件によっては、機関の減速時に
発生することもある。

このような過渡時の共鳴に伴う異音に対し、共鳴振動の
節となる位置に絞りを設けることで、その排気系内の共
鳴を抑制し、上記異音の発生を防止するようにした排気
騒音低減装置が、本出願人により提案され、公知となっ
ている（実開昭６３８２０２２号公報）。これは、開閉
可能なバタフライバルブ型の絞り機構を排気系の所定位
置に設けたもので、スロットル弁が全閉となった減速時
に共鳴振動の節位置の通路面積を絞って排気ガス粒子の
運動に抵抗を与えるようにしている。

発明が解決しようとする課題このような可動型の絞り機構を用いて排気系の」（鳴と
りわけ加速時の共鳴を抑制する場合には、無用な背圧の
増大を防止するために適切なタイミングで絞り機構を作
動させる必要がある。しかし、実際に排気系内で共鳴が
生じる条件は、必ずしも一定でなく、例えば機関の回転
数や負荷等に基づいて絞り機構を作動させたとしても、
排気系内の温度条件等によって共鳴が生じていない場合
も多く、またそれ以外のときに共鳴が生じてしまうこと
もある。

尚、高精度な圧力センサを用いれば実際の共鳴の有無の
検出が実験的には可能であるが、高温高圧な排気が流れ
る排気管内の圧力変化を圧力センサで検出することは、
その耐久性や部品コストの点で到底実用に供することが
できない。

課題を解決するための手段そこで、この発明は温度変化によって加速時の共鳴発生
を検知し、共鳴の節位置の通路面積を絞って排気騒音を
低減するようにしたものである。

すなわち、この発明に係る自動車用エンジンの排気騒音
低減装置位は、排気マニホルドから先端の吐出口に至る
一連の排気管の中間部に拡張部を備えてなる自動車用エ
ンジンの排気系において、上記拡張部の上流直前位置に
配設された温度センサと、その近傍に位置し、かつ作動
時に排気管の通路面積を絞る可動型絞り機構と、機関加
速中の検出温度低下時に上記絞り機構を作動させる制御
手段とを備えたことを特徴としている。

作用加速を行う前は、排気系内の温度は比較的低い。

この状態でエンジンを加速すると、エンジン側から高温
排気ガスが流れるため、上記温度センサで検出される温
度は、回転数の」１昇とともに高くなって行く。しかし
、拡張部では、その熱容量が排気管に比べて大きいので
、内部の温度上昇は緩慢であり、排気管−・般部との間
で明確な温度差が生じる。

ここで拡張部の直前位置を節とする共鳴現象が生じたと
すると、ガス粒子の移動が活発に生じ、排気管内部と拡
張部内部との間で熱交換が行われる。従って、拡張部の
直前位置で検出される温度は一時的に低下し、これによ
って共鳴状態であることが判る。

尚、マフラ等の拡張部を備えた排気系では、該拡張部の
直前位置を節とする共鳴が生じ易い。

この共鳴検出に基づいて上記可動型絞り機構が作動し、
共鳴の節位置における通路面積が絞られる。これによっ
て排気系内での共鳴が抑制され、共鳴時に生じる排気騒
音が低減される。

実施例以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明
する。

第１図はこの発明に係る排気騒音低減装置全体の構成を
示すもので、この実施例では、エンジンＩの排気マニホ
ルド２に接続されたデュアル形式のフロントチューブ３
、第１センタチユーブ４、第２センタチユーブ５、テー
ルチューブ６の各チューブによって車体後端の吐出口６
ａに至る一連の排気管が構成されている。また、フロン
トチューブ３と第１センタチユーブ４との間に触媒コン
バータ７が介装されているとともに、第１センタデユー
プ４と第２センタチコーブ５との間に噴純な拡張室から
なるブリマフラ８が介装され、かつ第２センタデユープ
５とテールチューブ６との間にメインマフラ９が介装さ
れている。これらの触媒コンバータ７、ブリマフラ８お
よびメインマフラ９は何れら熱容量の大きな拡張部とし
て機能するものであり、上記各チューブとともに排気系
を構成している。

そして、各拡張部つまり触媒コンバータ７、ブリマフラ
８およびメインマフラ９の上流直前位置に、それぞれ絞
りユニットＩＯが介装されている。

これらの絞りユニット１０は、いずれも略同様の構成を
有しており、第２図に例示するように、各チューブに嵌
合状態に取り付けられた円筒状のバルブケースＩＩと、
絞り機構として開閉可能なバタフライバルブ型の弁体１
２とを備え、かつ上記弁体１２中央部に適宜な大きさの
小孔１３が開口彩成されている。上記弁体１２に固着さ
れた回動軸１４は、軸受１５，１６によって回転可能に
支持されており、かつソレノイド等からなるアクチュエ
ータ１７（第１図参照）に連係している。尚、３個の絞
りユニット１０は個別にアクチュエータ１７を具備して
おり、それぞれ独立して作動できるようになっている。

また上記絞りユニット１０には、弁体１２の下流側とな
る位置に温度センサ１８か配設されている。この温度セ
ンサ１８は、排気通路内に突出しており、各拡張部直前
位置における排気温度を検出している。

また第１図において、２１は上記温度センサ１８の検出
温度に基づいて各アクチュエータ１７を制御するコント
ロールユニットを示している。このコントロールユニッ
ト２１には、エンジンｌの図示せぬスロットル弁の開度
を検出するスロットル弁開度センサ２２と、エンジン１
の回転数を検出するエンジン回転数センサ２３の各検出
信号が人力されている。

次に上記実施例の作用について説明する。

」二足構成において、各絞りユニット１０の弁体１２は
、加速中の共鳴発生時を除き開状態に保たれている。従
って、排気ガスの通流は何ら妨げられず、背圧上昇等の
不具合はない。

エンジンｌを加速する前つまり定常もしくは減速走行中
は、排気ガス温度が低いことから、排気系の内部が比較
的低温となっている。この状態でエンジンＩを加速する
と、エンノン１側から高温な排気ガスが流れてくるので
、温度センサ１８で検出される排気ガス温度は、第３図
に示すように、加速開始後の時間経過つまりエンジン回
転数の上昇に伴った形で徐々に高くなって行く。このと
き、各拡張部つまり触媒コンバータ７等では、その熱容
量が大きいことがら内部の温度上昇は緩慢なものとなる
。従って、加速中は、第３図のように上昇して行く排気
管内の温度に比して、触媒コンバータ７等拡張部内部の
温度が相対的に低くなり、両者間で明確な温度差が生じ
る。

一方、加速に伴って回転数が上昇して行くと、ある条件
に合致したときに共鳴現象か発生ずることがある。この
共鳴時に、仮ノこ何ら対策を施さなければ、第５図の実
線に示すように、排気騒音が非常に大きなレベルで発生
する。

Ｌ記の共鳴現象は、一般に拡張部の直前位置を節とした
モードで発生する。つまり各絞りユニット１０のいずれ
かの近傍が節位置となり易い。このとき、その節位置と
なった箇所では、共鳴振動により排気ガス粒子の移動が
活発に生じる。そのため、比較的高温状態にある温度セ
ンサ１８近傍の排気ガスと比較的低温な拡張部内部の排
気ガスとが混合して熱交換が促進され、その温度センサ
１８による検出温度は、第３図の実線のように一時的に
低下しようとする。

コントロールユニット２１は、この検出温度の低下に基
づいて共鳴発生と判断し、直ちに該当する絞りユニット
１０の弁体１２を閉じる。この結果、共鳴モードの節位
置の通路面積が絞られ、共鳴に伴うガス粒子の運動に抵
抗が与えられる。従って、共鳴現象が抑制され、第５図
の破線に示すように共鳴時の排気騒音が低減する。

上述した弁体１２の開閉制御は、具体的には、スロット
ル弁開度変化から加速状態を検出した場合に、第３図に
示した排気ガス温度Ｔの回転数ｒｐｍについての微分値
ｘ　（ｘ　＝ｄＴ／ｄｒｐｍ）を逐次演算し、この微分
値Ｘの変化に基づいて行われる。

すなわち、第４図に示すように、微分値Ｘは、共鳴発生
前は略一定の正の値となり、これが正から負の値に変化
したときに、共鳴発生と判断して弁体１２が閉じられる
。尚、このように弁体１２が閉じると共鳴現象が抑制さ
れるので、その後の検出温度Ｔおよび微分値Ｘの変化は
、実際には、第３．４図の破線のようになる。そして、
微分値Ｘは徐々に増大して共鳴発生前の（ｆｌｘ、を−
旦越え、その後、再びｘ１近傍まで低下してくる。従っ
て、最大値Ｘ、に到達した後、共鳴発生前に読み込んだ
値Ｘ＋と現在値Ｘとを逐次比較して、Ｘ＝ＸＩとなった
時点で共鳴終了と判断し、弁体■２が開かれる。

尚、弁体１２が閉じた時点の排気ガス温度Ｔ。

を記憶しておき、検出温度Ｔが再びこの温度Ｔ。

に達したときのエンジン回転数から所定回転数だけエン
ジン回転数が上昇した時点で弁体Ｉ２を開くようにして
も良い。

また、上記実施例では３箇所に絞りユニット１０を設け
であるが、特定のモードの共鳴が生じ易い場合には、そ
の代表的な共鳴モードの節位置にのみ絞りユニット１０
を設けることで十分な効果を得ることができる。

発明の効果以上の説明で明らかなように、この発明に係る自動車の
排気騒音低減装置によれば、実際の共鳴発生を直接的に
検出し、その発生時にのみ可動型の絞り機構が作動する
ので、外気温の違いや加速度合いによる排気系内の温度
分布の変化等に影響されずに、共鳴時の排気騒音増大を
確実に防止できる。従って、不必要に排気通路面積を絞
ってしまうことがなく、背圧上昇による出力損失を最小
限に抑制できる。そして、その共鳴発生の検出を、高価
な圧力センサによらずに、温度変化に基づいて行うので
、低コストに構成でき、かつ耐久性にも優れたものとな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る排気騒音低減装置の一実施例を
示す構成説明図、第２図はその要部の断面図、第３図は
加速時の排気ガス温度の変化を示す特性図、第４図はそ
の微分値の変化を示す特性図、第５図は加速時における
騒音レベルの変化を示す特性図である。１・・エンジン、７・・・触媒コンバータ（拡張部）、
８・・・プリマフラ（拡張部）、９・・・メインマフラ
（拡張部）、１０・・・絞りユニット、１２・・弁体、
１８・・・温度センサ、２１・・コントロールユニット
。第２図１２−一一弁佳第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）排気マニホルドから先端の吐出口に至る一連の排
気管の中間部に拡張部を備えてなる自動車用エンジンの
排気系において、上記拡張部の上流直前位置に配設され
た温度センサと、その近傍に位置し、かつ作動時に排気
管の通路面積を絞る可動型絞り機構と、機関加速中の検
出温度低下時に上記絞り機構を作動させる制御手段とを
備え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。