JPH04179814A - デュアルモードエキゾーストシステム - 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、エンジンを駆動源とする車両に適用されるデ
ュアルモードエキゾーストシステムに関し、詳しくは、
エンジン出力向上及び排気吐出音低減に加え、２種類の
音質から好みのものを選択可能とする装置に関する。

従来の技術 マフラは、エンジンから排出される排気ガスがもってい
る音響のエネルギを、なるべくガス流に対して抵抗とな
ることはな（消耗させる装置である。

ところが、マフラを通過した排気吐出音は、車両の性格
に応じて異なるものが好まれる傾向にある。すなわち、
−数的な乗用車などでは、排気吐出音を極力低減して静
粛性を重視する傾向にあるが、スポーツカーなどでは、
適度に力強く迫力のある音質と出力重視の設定が好まれ
る。このため、従来の車両においては、必要に応じて適
宜異なる構造のマフラを採用するのが一般的である。

このような状況において、エンジン回転数と連動して開
閉する切替バルブを２系統ある排気出口の一方に設けた
デュアルモードエキゾーストシステムが発明されている
。

このシステムでは、第７図に示す如く、マフラ３１の排
気出口パイプとしてＵターン型のロングチューブ３２と
ストレート型のショートチューブ３３とが設けられ、シ
ョートチューブ３３には切替バルブ３４が取付けられて
いる。この切替バルブ３４は、エンジン回転数が所定値
以下の低回転域で閉じ、所定値以上の中高回転域で開（
ように、コントローラ３５で制御されている。なお、３
６は切替バルブ開閉用のアクチュエータ、３７はアクチ
ュエータ３６と切替バルブ３４とを連結しているワイヤ
を示している。

発明が解決しようとする課題 ところで、前述した従来のデュアルモードエキゾースト
システムによれば、切替バルブが閉じているエンジンの
低回転域では、排気ガスはもっばらロングチューブを通
って排出され、こもり音低減効果がある。また、切替バ
ルブが開いているエンジンの中高回転域では、排気ガス
はロングチューブとショートチューブの両方を通って排
出され、気流騒音の低減により快い音色を得ると共に、
排気抵抗の低減により出力が向上する効果がある。

しかしながら、この２つの状態の切替えはエンジン回転
数と運動して自動的になされるものであり、ドライバー
が状況に応じて選択することはできなかった。しかも、
切替バルブの開閉制御はエンジン回転数と連動するだけ
であり、従って、運転状況に応じた切替制御をきめ細か
〈実施することはできないものであった。

そこで、本発明の目的は、運転状況の変化に応じてより
一層きめ細かなバルブ開閉操作を可能にすると共にドラ
イバーの状況判断による切替えも可能とし、しかも、２
種類の排気音の選択が可能なデュアルモードエキゾース
トシステムを提供することにある。

課題を解決するための手段 本発明は、前述の課題を解決するもので、２系統に分岐
させた入口パイプの一方に開閉弁を配設したマフラと、
前記開閉弁の開閉操作をする駆動手段と、エンジン回転
数及びスロットル開度の入力を受けて前記駆動手段を制
御する制御手段と、前記開閉弁を開状態に切替えて保持
する手動スイッチとを具備し、前記手動スイッチの操作
により、前記開閉弁が開状態に保持される第１モードと
、エンジン回転数が所定値未満でかつスロットル開度が
全開付近の場合、及び、エンジン回転数が所定値以上で
かつスロットル開度がアイドル負荷以上の場合に、前記
開閉弁が開くように前記制御手段を介して制御される第
２モードとのふたつのモードを選択可能に構成したこと
を特徴とするデュアルモードエキゾーストシステムであ
る。

作用 前述の手段によれば、手動スイッチを操作することによ
り、開閉弁が開状態に保持される第１モードと、エンジ
ン回転数及びスロットル開度の入力信号を受けて開閉弁
を自動的に操作する第２モードとを、ドライバーの状況
判断に応じて選択切替えできる。

開閉弁が開いた状態では、排気ガスの主流は単純な流路
を通って流れ、排気抵抗の少ない出力重視の消音によっ
て適度に力強い音質になる。また、開閉弁が閉じた状態
では、排気ガスの全てが複雑な流路に導かれて複数段階
の消音を受け、静粛性重視の消音がなされる。

第２モードの開閉弁制御は、エンジン回転数が所定値未
満の場合、スロットル開度が全開付近になると開閉弁を
開き、それ以下では閉じる。また、エンジン回転数が所
定値以上の場合、スロットル開度がアイドル負荷より大
きい時に開閉弁を開き、アイドル負荷まで下がった時に
は閉じる。

実施例 本発明によるデュアルモードエキゾーストシステムの一
実施例を第１図ないし第６図に基づいて説明する。

第１図はデュアルモードエキゾーストシステムの全体構
成を示す斜視図であって、エンジンから排出され排気ガ
スは、触媒装置１や第１ブリマフラ２を通ってメインマ
フラ３へ導かれる。メインマフラ３の入口パイプ４は２
系統に分割されておリ、一方の入口パイプ４ａには切替
バルブ５が取付けられている。また、もう一方の入口パ
イプ４ｂは、入口パイプ４から分岐して直接シェル内へ
連通している。メインマフラ３のシェル前端面に接続さ
れたブリマフラ出口パイプ６は、排気ガスを第２ブリマ
フラ７へ導き、出口パイプ８及びマフラカッタ９から大
気へ排出する。メインマフラ３のシェル後端面には同じ
く排気ガスを大気へ排出する出口パイプ１０が突設され
ており、その後端にはマフラカッタ９が取付けられてい
る。

切替バルブ５は開閉操作の駆動手段として設けたモータ
１１とワイヤ１２を介して連結されている。

モータ１１は、制御手段であるコントローラ１３からの
信号を受けて作動する。このコントローラ１３には、エ
ンジン回転数及びスロットル開度が入力される。さらに
、コントローラ１３にはモード切替え用の手動スイッチ
（以下モード切替えスイッチ）１４が接続されている。

このモード切替えスイッチ１４は、切替えバルブ５を常
時開に保持する第１モードと、エンジン回転数及びスロ
ットル開度の入力信号に基づいて切替えバルブ５を自動
的に開閉操作する第２モードとを、ドライバーの判断に
よる手動で切替えることができる。

第２図は、メインマフラ３の内部構造を説明するための
図であって、シェル内部は、隔壁１５．１６．１７によ
って４つの部屋に仕切られており、入口パイプ４側から
第１拡張室１６、第２拡張室１７、第３拡張室１８及び
共鳴室１９と呼ばれている。これに対して、入口パイプ
４ａはシェル前端面から第１拡張室１６及び第２拡張室
１７を貫通して第３拡張室１８へ開口し、入口パイプ４
ｂは第１拡張室１６へ開口している。そして、第１拡張
室１６と共鳴室１９とは、入口パイプ４ｂと略同軸に配
設した共鳴パイプ２０によって連通されている。また、
共鳴パイプ２０が第２拡張室１７を通過する部分には連
通孔２１を穿設してあり、共鳴パイプ２０を通る排気ガ
スが第２拡張室１７へ流入しうるようになっている。こ
の第２拡張室１７は、隔壁１４に穿設した連通孔２２に
よって第３拡張室１８と連通し、また、第１拡張室１６
を貫通して開口しているブリマフラ出口パイプ６によっ
て第２プリマフラ７とも連通している。さらに、プリマ
フラ出口パイプ６の第１拡張室１６貫通部には連通孔２
３が穿設されており、第１拡張室１６からプリマフラ出
口パイプ６へ排気ガスが流入しうるようになっている。

なお、出口パイプ１０は共鳴室１９を貫通して第３拡張
室１８を大気に連通させており、共鳴室１９の貫通部は
ガラスウールなどの被覆材２４で覆われている。

第３図は、エンジン回転数及びスロットル開度の入力信
号に基づいて切替バルブ５を自動的に開閉操作する第２
モード時のコントローラ１３の制御マツプを示している
。ここでは、エンジン回転数の所定値を３５０Ｏｒｐｍ
、全開付近のスロットル開度を９２％及びアイドル負荷
時のスロットル開度を１３％に各々設定した例を表示し
ている。すなわち、エンジン回転数が３５０Ｏｒｐｍ未
満でかつスロットル開度が９２％を超えた場合、エンジ
ン回転数が３５０゜ｒｐｍ以上でかつスロットル開度が
１３％以上の場合に切替バルブ５が開となり、他の領域
では切替バルブ５が閉となるように制御される。なお、
境界部における切替バルブ５のばたつきを防止するため
、第４図に示すように、若干のヒステリシスを設けてい
る。

以下、上述したデュアルモードエキゾーストシステムの
作用を説明する。最初に、切替バルブ５の開閉操作に対
応した排気ガスの流れを第２図に基づいて説明すると、
切替バルブ５が開いた状態では、白抜矢印で示す如く排
気ガスの多くは入口パイプ４ａを通って第３拡張室１８
へ導かれ、拡張型の消音作用を受けた後に出口パイプ１
０から大気へ排出される。また、残りの少量の排気ガス
は、矢印で示す如く入口パイプ４ｂを通って第１拡張室
１６へ導かれ、後述する切替バルブ５の閉時と同様の複
雑な流路を通って出口パイプ８．１０から大気へ排出さ
れる。このように、排気ガスの主流が入口パイプ４ａを
通る場合は、その流路は単純なものとなり、排気抵抗の
少ない消音をすることができる。

また、拡張型の消音作用が中心となるため、１吹成分の
レベルを増やして高調波次数の数を多くすることができ
、従って、適度に力強（迫力のある音質の排気音となる
。

次に、切替バルブ５を閉じた状態では、矢印で示す如く
排気ガスの全てが入口パイプ４ｂを遥って第１拡張室１
６へ導かれ、第１段階の拡張型の消音作用を受ける。こ
の後、連通孔２０を通ってブリマフラ出口パイプ６へ流
入したものを除いた排気ガスは、共鳴パイプ２０を遥っ
て共鳴室１９へ導かれる。

共鳴パイプ２０へ流入した排気ガスは、共鳴室１９で共
鳴型の消音作用を受け、さらに、あるいはこれと同時に
、連通孔２１から第２拡張室１７へ流入して第２段階の
拡張型の消音作用を受ける。そして、多くの排気ガスは
第２拡張室１７からブリマフラ出口パイプ６へ流入し、
第２ブリマフラ７で再度消音された後に出口パイプ８か
ら大気へ排出される。

また、残りの少量の排気ガスは、第２拡張室１７か、ら
連通孔２２を遥って第３拡張室１８へ流入し、出口パイ
プ１０から大気に排出される。このように、切替バルブ
５を閉じた場合の排気ガス流路は複雑なものとなり、複
数段階の拡張消音及び共鳴消音がなされるため、１吹成
分のレベルを減らして高調波次数の数を多くすることが
でき、従って、軽快で静粛性の高い音質の排気音となる
。

上述したように、切換バルブ５を開閉操作することによ
り、バルブ開時は、力強く迫力のある音質の排気音に加
えて排気抵抗の低減によるエンジン出力向上が認められ
、バルブ閉時は、軽快で静粛性の高い音質の排気音とな
る。この特性を第３図に示した制御マツプにあてはめる
と、エンジン回転数が３５０Ｏｒｐｍ未満でかつスロッ
トル開度が９２％以下の走行状態では、切替バルブ５は
閉じているため、静粛性重視の排気状態となる。すなわ
ち、３５００ｒｐ−以下の低回転常用域での走行、たと
えば−数的な市街地走行や高定道路のクルージング時に
はミ排気吐出音を低減して車室内外共に静粛性の高い走
行を自動的に選択する。しかし、急加速をして危険回避
をする場合などには、ドライバーがアクセルを強く踏込
むことにより、エンジン回転数は低くてもスロットル開
度が全開となり、これによって切替バルブ５が開いて出
力重視の排気状態となる。従って、エンジン出力と共に
加速性能も向上するので、危険回避には好都合である。

また、高回転域を多用する山岳路などのスポーツ走行時
には３５００ｒｐｍ以上で切替バルブ５が自動的に開い
て出力重視の排気状態となるため、パワフルな走行を楽
しむことができる。そして、切替バルブ５を開いた状態
で走行中にブレーキ操作をした時などのように、スロッ
トル開度がアイドル負荷の状態まで下がったコースト時
にはこもり音が問題となる。しかし、このような状況で
は、切替バルブ５が自動的に閉じて静粛性重視の排気状
態となるので、こもり音を低減できる。

なお、モード切替スイッチ１４を操作して、切替バルブ
５を開状態に保持すると、エンジン回転数やスロットル
開度に関係なく、全域にわたって力強く迫力ある排気音
と出力重視の排気状態を確保できる。

さて、上述したデュアルモードエキゾーストシステムを
スポーツカーに採用した場合、以下のようになる。モー
ド切替スイッチ１４で切替バルブ５を開状態に保持した
モードをたとえば「ノーマルモード」と呼び、スポーツ
カーにふされしい適度に力強く迫力ある排気音と出力重
視の排気状態をドライバーの状況判断で選択できる。ま
た、切替バルブ５の開閉を自動制御するモードをたとえ
ば「サイレントモード」と呼び、通常の走行状態での静
粛性を重視した排気状態を選択できる。これにより、た
とえば深夜の住宅地を走行する場合には「サイレントモ
ード」に設定して周囲への気づかいを大切にでき、しか
も、スポーツカーにふされしい排気音や出力性能を確保
しておくことができる。

なお、第５図及び第６図は本発明によるデュアルモード
エキゾーストシステムの効果の一例を示したものである
。第５図は、エンジン回転数と排気吐出音及び背圧の関
係を示したものである。切替バルブ５が開状態に保持さ
れる第１モード（ノーマルモード）は破線で、開閉が自
動制御される第２モード（サイレントモード）は実線で
各々示されている。排気吐出音について見ると、第１モ
ードでは全域にわたって高い値を示しているが、第２モ
ードでは、低回転数領域で低く、切替バルブが開となる
回転数領域では急激に高くなって第１モードと一致して
いる。そして、第２モードの高回転数領域でエンジン回
転数が下がってい（時（すなわちコースト時）には、切
替バルブ５が閉じることによって低い排気吐出音におさ
えられていること一′わかる。次に、背圧について見る
と、第１モードではエンジン回転数の上昇につれて排気
ガスの流量が増すため、圧損が徐々に大きくなっている
。これに対して、第２モードでは低回転数領域で第１モ
ードの２倍以上の値を示しているが、切替バルブが開く
ことによって圧損は低下し、第１モードと一致している
。これにより、切替バルブ開時の排気抵抗が小さいこと
を確認でき、この結果として第６図に示すようなエンジ
ン出力の向上が実現している。図中に実線で示した従来
システムは、排気流路が１系統だけの一般的なエキゾー
ストシステムを同一エンジンに装着したもので、本発明
によるデュアルモードエキシ−ストンステムを装着した
エンジンの方が出力・トルク共に高い値を示しており、
たとえば５５００ｒｐｍ付近での出力差αは約７％であ
る。

なお、本実施例では、切替バルブ５の開閉操作ヲエンジ
ン回転数３５００ｒｐ■、スロットル開度１３％及び９
２％に設定して説明したが、エンジン性能やギヤ比など
に応じて適宜変更しうるのは言うまでもない。また、メ
インマフラ３の構造も第２図に示したものに限定される
ものではなく、法的規制の違いなどの諸条件に応じて適
当なものを選択すればよい。

発明の効果 前述した本発明によれば、切替バルブが開状態に保持さ
れる第１モード（ノーマルモード）では、排気系の圧力
損失が低減されることによって省燃費と動力性能の向上
に効果がある。また、適度に力強く迫力のある音質の排
気音となり、スポーツカーにふされしい動力性能と排気
音を提供できる。

一方、切替バルブの開閉操作を自動制御する第２モード
（サイレントモード）では、低回転常用域で軽快かつ静
粛な排気音となり、車室内外における静粛性を向上させ
る効果がある。しかも、これら２つのモードをドライバ
ーの状況判断て手動切替えできるようにしたので、２種
類の音質及びパワーと静粛性を状況に応じて選択するこ
とができ、商品性の向上に大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるデュアルモードエキゾーストシス
テムの一実施例を示す斜視図、第２図は第１図のメイン
マフラの構造例を示す図、第３図は切替バルブの開閉操
作を示す制御マツプ、第４図は第３図のヒステリシスを
示す図、第５図及び第６１！！！Ｉは効果の一例を示す
図、第７図は従来例を示す図である。 ３・・メインマフラ、４．４ａ、　４ｂ・・入口パイプ
、５・・切替バルブ（開閉弁）、６・・プリマフラ出口
パイプ、８．１０・・出口パイプ、１１・・モータ（駆
動手段）、１２・・ワイヤ、１３・・コントローラ（制
御手段）、１４・・モード切替スイッチ（手動スイッチ
）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ２系統に分岐させた入口パイプの一方に開閉弁を配設し
   たマフラと、前記開閉弁の開閉操作をする駆動手段と、
   エンジン回転数及びスロットル開度の入力を受けて前記
   駆動手段を制御する制御手段と、前記開閉弁を開状態に
   切替えて保持する手動スイッチとを具備し、前記手動ス
   イッチの操作により、前記開閉弁が開状態に保持される
   第１モードと、エンジン回転数が所定値未満でかつスロ
   ットル開度が全開付近の場合、及び、エンジン回転数が
   所定値以上でかつスロットル開度がアイドル負荷以上の
   場合に、前記開閉弁が開くように前記制御手段を介して
   制御される第２モードとのふたつのモードを選択可能に
   構成したことを特徴とするデュアルモードエキゾースト
   システム。