JPH0544501Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、自動車用エンジンの排気消音装置に
関し、とくに排気音の高周波成分を効率よく低減
できるようにした排気消音装置に関する。

［従来の技術］ 従来から、自動車用エンジンの排気管系におい
て、触媒コンバータとメインマフラとの間に吸音
材充填型あるいは拡張型のサブマフラ（プリマフ
ラ）を配設する構造が知られている（たとえば実
開昭57−196213号公報、発明協会公開技報88−
5672号等）。また、実開昭60−57723号公報には、
排気マニホルドの集合部からメインマフラまでの
長さをＬとするとき、頸管内部に多孔質金属の吸
音材を装置し、かつα（修正係数）の値を１〜
1.15として共鳴周波数を波長に換算して4/3Ｌ・
αとした共鳴要素を有するプリマフラを、その頸
管入口がメインマフラから1/3Ｌ・αになるよう
な上流の位置に設置した構造が、特開昭61−
138813号公報には、排気マニホルド集合部から排
気管出口までの全長をＬとしたとき、プリマフラ
を出口から3/7Ｌの位置にメインマフラを2/7Ｌの
位置に配置する構造が、それぞれ開示されてい
る。

さらに、実開昭55−4357号公報には、メインマ
フラ後流側の曲管部直後に高周波共鳴器を設ける
構造が開示されている。

［考案が解決しようとする課題］ 一般にエンジンの排気系においては、始動直後
の冷えているとき（以下、冷間時という）から完
全に暖まつてしまうまでの間（以下、暖機途中と
いう）にメインマフラより吐出される排気音に
は、高周波成分が相当高いレベルで含まれ、この
高周波成分は“ビリビリ”あるいは“バリバリ”
と聞こえ、排気騒音を悪化させる原因になつてい
る。またこの高周波成分は、後述の如く、特定の
回転数をピークとし、そのピークの回転数から約
±500rpm以上の広い回転数域で発生する。

メインマフラより吐出される排気音に高周波成
分が高いレベルで含まれ、排気騒音を悪化させる
原因は、メインマフラ手前のセンタパイプ内でエ
ンジンのブローダウンに同期して圧力の急峻な上
昇（衝撃波を含む）が発生するためであり、この
圧力波は高周波成分を高いレベルで含み、メイン
マフラでこれが十分に消音されずに吐出されるか
らである。

このような高周波成分を含む排気音を効果的に
消音するには、前述の如き各従来技術構造ではい
ずれも不十分であつた。

たとえば実開昭60−57723号公報開示の如く共
鳴要素を有するサブマフラを特定の位置に配設す
る構造では、排気管内を流れるガス温度が、冷間
時から暖機途中に大幅（例えば大気温度から約
850℃程度）に変化する場合、プリマフラの作動
範囲外の周波数（温度）の時は排気騒音が効果的
に消音されない。これは、共鳴要素の共鳴周波数
はこれに使用するパイプの径と長さ、パイプに続
く容積と音速により認定されるが、この音速は排
気系を流れるガスの温度及びガス成分により決定
されるため、共鳴周波数もガス温の変化と共に変
化するためである。

本考案は、排気騒音、とくに高周波成分を含む
排気騒音を効率よく、しかも暖機途中においても
効果的に消音可能な排気消音装置を提供すること
を目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的に沿う本考案の自動車用排気消音装置
は、排気管系にサブマフラおよびその後流側にメ
インマフラを有する自動車用エンジンの排気消音
装置において、前記サブマフラを高周波吸音型の
サブマフラとし、該サブマフラの出口からメイン
マフラ内に挿通されている排気管の管端までの距
離を衝撃波が成長する距離よりも小さくするとと
もに、前記サブマフラを、該サブマフラ上流側に
配設されたサブマフラに一番近い容量物の出口か
ら前記排気管の管端までの距離の1/2の点を含む
位置に配設したものから成る。

［作用］ このような排気消音装置においては、サブマフ
ラが高周波吸音型のサブマフラとされ、該サブマ
フラ出口からメインマフラ内に挿通されている排
気管の管端までの距離が、後述の如く衝撃波が成
長する距離よりも小さくされているので、排気は
衝撃波が実質的にない状態でメインマフラ内に送
られ、消音される。また、後述の試験結果に示す
ように、サブマフラを、上記管端とサブマフラ上
流のサブマフラに一番近い容量物（たとえば別の
サブマフラ）の出口との間の距離Ｌの1/2の位置
に配置することにより、排気の音圧レベルが最も
効果的に低減される。

したがつて、上記サブマフラ出口から管端まで
の距離を規制するとともに、サブマフラを最適な
位置に配置することにより、排気中に衝撃波が成
長するのが抑えられると同時に排気の音圧レベル
が最も効率よく低減され、広い回転数域に対して
も効果的な消音機能を発揮させることが可能にな
る。

［実施例］ 以下に、本考案の望ましい実施例を、図面を参
照して説明する。

第１図ないし第３図は、本考案の第１実施例に
係る自動車用エンジンの排気消音装置を示してい
る。図において、１はエンジン本体（図示略）に
接続される排気マニホルドを示しており、２は排
気管系のフロントパイプ、３はフレキシブルパイ
プ、４は触媒コンバータをそれぞれ示している。

触媒コンバータ４の下流側には、本実施例では
第１のサブマフラ５が配置され、その下流側に曲
管の排気管からなるセンタパイプ６ａが接続され
ている。センタパイプ６は第２のサブマフラ８に
接続され、該サブマフラ８は、高周波吸音型のサ
ブマフラに構成されている。サブマフラ８の下流
側には排気管６ｂが接続され、該排気管６ｂは、
メインマフラ７内に挿通されている。

高周波吸音型のサブマフラ８は、第２図および
第３図に断面を示すように、上部アウタシエル８
ａ、下部アウタシエル８ｂ、上部インナシエル９
ａ、下部インナシエル９ｂ，アウタシエルとイン
ナシエル間に充填されたガラス繊維１０、ステン
レス繊維１１、およびパンチ穴１２によつて構成
されており、高周波吸音型としては一般的な構造
である。

この高周波吸音型のサブマフラ８の出口からメ
インマフラ７内に挿通されている排気管６ｂの管
端６ｃまでの距離Ｈは、排気に衝撃波が成長する
距離よりも小さく設定されている。

この排気に衝撃波が成長する距離とは、次のよ
うな距離以上の距離をいう。つまり、衝撃波の力
学（コロナ社、生井武文、松尾一泰著、昭和58年
４月発行）の第179頁に示されるように、衝撃波
の成長する距離ｘと排気管の内径Ｄとの比と、後
述の第８図および第９図に示す排気管内の排気の
圧力のピーク値P₄とベース値P₁との比との間に
は、第４図に示すような関係がある。P₄／P₁は、
自動車用排気管においては略１〜10の範囲内にあ
るから、第４図から、ｘ／Ｄは約10であり、距離
ｘは排気管内径の約10倍の値ということになる。
この距離以内に上記Ｈを納めることにより、衝撃
波の成長が抑えられる。

また、サブマフラ８は、サブマフラ８上流側に
配設されたサブマフラに一番近い容量物、本実施
例では第１のサブマフラ５の出口から前期排気管
の管端６ｃまでの距離Ｌの1/2の点を含む位置に
配設されている。つまりサブマフラ８の機能部分
が、上記1/2Ｌの点を含めばよい。サブマフラ８
の上流側の一番最初の位置に、上記第１のサブマ
フラ５以外の容量物がある場合には、その容量物
の出口の位置までの距離をＬとすればよい。

さらに本実施例では、サブマフラ８は、サブマ
フラ５の下流側の曲管６ａの後部に配置されてい
る。

このような構成を有する実施例装置において
は、第５図に示すような排気騒音レベル低減効果
が得られる。

第５図において、横軸はエンジン回転数、縦軸
は排気騒音レベルを示しており、破線で示す特性
は第２のサブマフラ８がない場合（本考案未実施
の場合）の特性、実線で示す特性は本考案による
特性をそれぞれ示している。

第５図に示すように、本考案を未実施の排気騒
音レベルに対し、エンジン回転数域の略全領域で
排気騒音レベルを低減できる。とくに衝撃波が発
生する、約3200rpmをピーク値として±500rpm
以上の広い回転数域で良好な低減効果が得られ
る。

また、第６図は、サブマフラ８の最適位置を示
すために、サブマフラ８の位置によつて排気騒音
レベル（実線で示す）と2.5KHz（1/3オクターブ
バンド）の音圧レベル（破線で示す）がどのよう
に低減するかを示したものである。図の縦軸は音
圧（排気騒音）レベル、横軸は、サブマフラ８の
メインマフラ７からの距離を示す。横軸において
0°はサブマフラ８をメインマフラ７の直前に設置
した場合、1/2Ｌは第１図の実施例の場合、Ｌは
サブマフラ５の直後にサブマフラ８を設置した場
合である。サブマフラ８を1/2Ｌの位置に設置し
た場合が、排気騒音レベル、音圧レベル共に最も
低減されていることが判る。

第７図は、第１図の実施例において、サブマフ
ラ８後端からメインマフラ７の間の管内圧力の測
定位置ａ，ｂ，ｃを示す図である。

第８図は、第７図に示す実施例の３箇所ａ，
ｂ，ｃの圧力波形を示す図である。第９図は、第
７図に示す実施例装置において、サブマフラ８が
組込まれていない場合の、第８図と同じ測定点の
３箇所ａ，ｂ，ｃの圧力波形を示す図である。

第８図および第９図から判るように、ベース圧
力P₁に対しピーク圧力P₄が大きく低減され（約
半分以下）、衝撃波の成長が効率よく抑制されて
いる。

上述の如き効果は、次のような理由によつて得
られる。

第９図に示すように未実施の場合は、第７図に
示すサブマフラ５からメインマフラ７の間の排気
管内圧力が、高周波成分が高レベルで含まれる圧
力の急峻な上昇（以下、衝撃波という）があるも
のとなる。

これに対し本実施例の場合、第８図に示すよう
に高周波成分の圧力振幅が1/2以下となる。その
ためメインマフラ７に入る圧力振幅の高周波成分
が低減し、従つてメインマフラ７より吐出する排
気騒音レベルを低減することができる。

衝撃波は、エンジン回転数の特定回転数（本実
施例では第５図に示したように約3200rpm）をピ
ークとし、約±500rpm以上の広い回転数域で発
生するが、サブマフラ８によつてこの広い回転数
域での衝撃波抑制効果が得られる。これは共鳴要
素のように特定の周波数だけ効果の出るものでな
く、サブマフラ８が高周波成分の吸収拡散要素で
あるため、エンジン回転数の広い回転数域で発生
する衝撃波の高周波成分を低減できるためであ
る。

また、サブマフラ８をサブマフラ５（容量物）
とメインマフラ７の中間に設置するのは、前述し
た衝撃波をサブマフラ８により吸収する際、中間
より後すぎると衝撃波が大きく成長したものがサ
ブマフラ８に入るためサブマフラ８からの放射音
が悪化するし、また前すぎると、サブマフラ８と
メインマフラ７までの距離が長くなるので、衝撃
波が再成長し、排気音が悪化するためである。

また、排気音の高周波成分の低減効果（第６
図）からも、サブマフラ８をサブマフラ５（容量
物）とメインマフラ７の中間への設置が最適であ
る。

また、サブマフラ８をセンタパイプ曲管部の後
に設置することで、サブマフラ５後の直管部分を
短くでき、排気はサブマフラ５を出た衝撃波の再
成長が少ないうちにサブマフラ８に入るため、サ
ブマフラ８からの放射音が低い。

また、衝撃波は、直管部分では平面波（または
球面波）となり（再）成長し易いが、曲管部では
衝撃波が斜め衝撃波となり、パイプ内面で反射、
屈折をくり返し、エネルギの散乱が起きて、（再）
成長しにくいためである。

さらに、もしパイプ曲管部にサブマフラ８を設
置してしまうと、曲管部の外周ではガスの流速が
早くなり、サブマフラ８の内面のパンチ穴と干渉
して気流音が大きくなり、かつ通気抵抗も大きく
なる。そこで曲管部の後の直管部に設置すること
で、ガス流速が平均化され、また境界層も形成さ
れるので、ガス流とパンチ穴との干渉が減少し、
気流音が低下し、さらに通気抵抗も低くなる。

次に、第１０図に本考案の第２実施例を示す。
本実施例では、サブマフラ８の上流側でサブマフ
ラ８に一番近い容量物は触媒コンバータ４であ
り、サブマフラ８は、触媒コンバータ４の出口と
排気管６ｂの管端６ｃとの距離Ｌの1/2の点を含
む位置に配置されている。そして、第１実施例同
様、サブマフラ８は曲管部６ａの直下流側に設置
されている。

このように、第１のサブマフラがない構造であ
つても、サブマフラ８として第１実施例に準じた
作用、効果が得られる。

［考案の効果］ 以上説明したように、本考案の自動車用エンジ
ンの排気消音装置によるときは、サブマフラを高
周波吸音型のサブマフラとし、該サブマフラから
排気管管端までの距離Ｈを衝撃波が成長する距離
内とし、さらにサブマフラを上流側容量物から排
気管管端までの1/2の位置に配置したので、第５
図に示したようにエンジンの略全回転数域で排気
騒音レベルを低減できるとともに、とくに衝撃波
の生じやすい特定回転数域において衝撃波の成長
を抑え騒音レベルを大きく低減させることができ
る。

また、サブマフラを排気管系の最適位置に配置
したことから、最も効果的な排気騒音レベル低減
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例に係る排気消音装
置の斜視図、第２図は第１図のサブマフラの拡大
縦断面図、第３図は第２図の−線に沿う縦断
面図、第４図は衝撃波の成長する距離を示す特性
図、第５図は第１図の装置における、本考案実施
と未実施の場合の排気騒音レベルとエンジン回転
数との関係図、第６図は第１図の装置における音
圧レベルとサブマフラ配置位置との関係図、第７
図は第１図の装置における圧力測定位置を示す斜
視図、第８図は第７図の測定位置における圧力特
性図、第９図は第７図の測定位置における、サブ
マフラ８がない場合の圧力特性図、第１０図は本
考案の第２実施例に係る排気消音装置の概略側面
図、である。 １……排気マニホルド、２……フロントパイ
プ、３……フレキシブルパイプ、４……触媒コン
バータ、５……最初の容量物としての第１のサブ
マフラ、６ａ……曲管部、６ｂ……排気管、６ｃ
……管端、７……メインマフラ、８……第２のサ
ブマフラ（サブマフラ）、８ａ，８ｂ……アウタ
シエル、９ａ，９ｂ……インナシエル、１０……
ガラス繊維、１１……ステンレス繊維。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気管系にサブマフラおよびその後流側にメイ
   ンマフラを有する自動車用エンジンの排気消音装
   置において、前記サブマフラを高周波吸音型のサ
   ブマフラとし、該サブマフラの出口からメインマ
   フラ内に挿通されている排気管の管端までの距離
   を衝撃波が成長する距離よりも小さくするととも
   に、前記サブマフラを、該サブマフラ上流側に配
   設されたサブマフラに一番近い容量物の出口から
   前記排気管の管端までの距離の1/2の点を含む位
   置に配設したことを特徴とする自動車用エンジン
   の排気消音装置。