JPH07332059A - エンジン用マフラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】耳障りな高周波異音をなくし、マフラによる排
気抵抗を低減する。 【構成】両端が閉止された筒状のマフラ本体１３内が第
１及び第２仕切板２１，２２により第１〜第３膨張室１
３ａ〜１３ｃに区画され、第１膨張室に挿通された入口
パイプ１４のうち第１膨張室内に位置する外周部に多数
の第１小孔１４ａが形成される。一端が開放状態で第１
仕切板に挿着されたインナパイプ１６の他端が閉止状態
で第２仕切板に挿着され、インナパイプのうち第２膨張
室内に位置する外周部に多数の第２小孔１６ａが形成さ
れる。第３膨張室に挿通された出口パイプ１７のうち第
３膨張室内に位置する外周部に多数の第３小孔１７ａが
形成され、第２仕切板に第２及び第３膨張室を連通する
通孔２２ａが形成される。インナパイプの第２膨張室内
に位置する外周部のうちインナパイプの長手方向の略中
央に所定の長さだけ無孔部１６ｃが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの排気音を消す
マフラに関する。更に詳しくは建設機械用エンジンに適
したマフラに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のマフラとして、図８に示
すように両端が閉止された筒状のマフラ本体３の内部が
第１及び第２仕切板８，９により第１〜第３膨張室３ａ
〜３ｃに区画され、入口パイプ４の先端がマフラ本体３
の外周部から第１膨張室３ａに挿通され、一端が開放状
態で第１仕切板８に挿着されたインナパイプ６の他端が
閉止状態で第２仕切板９に挿着され、更に出口パイプ７
の基端がマフラ本体３の外周部から第３膨張室３ｃに挿
通されたものが知られている。上記入口パイプ４のうち
第１膨張室３ａ内に位置する外周部に多数の第１小孔４
ａが形成され、インナパイプ６のうち第２膨張室３ｂ内
に位置する外周部に多数の第２小孔６ａが形成され、出
口パイプ７のうち第３膨張室３ｃ内に位置する外周部に
多数の第３小孔７ａが形成される。また第２仕切板９に
第２及び第３膨張室３ｂ，３ｃを連通する通孔９ａが形
成される。更に入口パイプ４の基端は上流側排気管２ａ
に接続され、出口パイプ７の先端は下流側排気管２ｂに
接続される。

【０００３】このマフラ１では、エンジンから排出され
た高温かつ高圧の排ガスが、上流側排気管２ａ及び入口
パイプ４を通って第１小孔４ａから第１膨張室３ａに入
るときに、第１膨張室３ａ内で断熱膨張することにより
減圧され、更にこの排ガスがインナパイプ６の第２小孔
６ａから第２膨張室３ｂに入るとき及び第２膨張室３ｂ
から通孔９ａを通って第３膨張室３ｃに入るときにも減
圧される。また排ガスの熱は大きな面積を有するマフラ
本体３を伝わって大気に放散される。この結果、排ガス
の排気音は消音されるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のマフラの長
手方向略中央外面からマフラの半径方向に約０．１ｍ離
した位置にマイクロホンを設置して、このマイクロホン
により騒音レベルを周波数分析した結果を図９に示す。
図９より明らかなようにある一定の周波数、この例では
約６ｋＨｚの耳障りな高周波異音を発生する不具合があ
る。このときの第２膨張室内の音圧分布を図１０の実線
で示す。上記耳障りな高周波異音は、図１０に示すよう
にインナパイプ６の長手方向の略中央内側にある音圧レ
ベルが１３７ｄＢの定在波に起因した音源Ｄから第２小
孔６ａを通ってインナパイプ６の外側に音が伝搬し、こ
の音がインナパイプ６外の第２膨張室３ｂを共鳴箱とし
て共鳴することにより、発生するものと考えられる。ま
た上記従来のマフラでは、インナパイプ６の第２小孔６
ａから出た排ガスは第２膨張室３ｂ内で乱流となる。

【０００５】本発明の目的は、耳障りな高周波異音の発
生を防止でき、かつマフラによる排気抵抗を低減できる
エンジン用マフラを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の構成を、実施例に対応する図１を用いて説明
する。本発明は、両端が閉止され内部が一端から他端に
向って第１及び第２仕切板２１，２２により第１〜第３
膨張室１３ａ〜１３ｃに区画された筒状のマフラ本体１
３と、閉止された先端が第１膨張室１３ａに挿通され第
１膨張室１３ａ内に位置する外周部に多数の第１小孔１
４ａが形成されかつ基端が上流側排気管１２ａに接続さ
れた入口パイプ１４と、一端が開放状態で第１仕切板２
１に挿着され他端が閉止状態で第２仕切板２２に挿着又
は固着されかつ第２膨張室１３ｂ内に位置する外周部に
多数の第２小孔１６ａが形成されたインナパイプ１６
と、閉止された基端が第３膨張室１３ｃに挿通され第３
膨張室１３ｃ内に位置する外周部に多数の第３小孔１７
ａが形成されかつ先端が下流側排気管１２ｂに接続され
た出口パイプ１７と、第２仕切板２２に形成され第２及
び第３膨張室１３ｂ，１３ｃを連通する通孔２２ａとを
備えたエンジン用マフラの改良である。その特徴ある構
成は、インナパイプ１６の第２膨張室１３ｂ内に位置す
る外周部のうちインナパイプ１６の長手方向の略中央に
所定の長さＬだけ無孔部１６ｃが形成されたところにあ
る。

【０００７】

【作用】インナパイプ１６の長手方向の略中央に第２小
孔１６ａのない無孔部１６ｃを形成することにより、イ
ンナパイプ１６外の第２膨張室１３ｂ内にて共鳴現象が
生じなくなり、耳障りな高周波異音は発生しない。これ
はインナパイプ１６の無孔部１６ｃの内側にある定在波
に起因した音源からインナパイプ１６の外側に音が伝搬
されなくなるためであると考えられる。また、インナパ
イプ１６の第２小孔１６ａから出た排ガス流は干渉せず
に第２膨張室１３ｂ内で層流となり、排ガスの流れがス
ムーズになるので、マフラ１１による排気抵抗を低減で
きる。

【０００８】

【実施例】次に本発明の実施例を比較例とともに図面に
基づいて詳しく説明する。 ＜実施例＞図１〜図３に示すように、建設機械用エンジ
ンのマフラ１１は排気管１２の途中に設けられる。この
マフラ１１は両端が閉止され内部が一端から他端に向っ
て第１及び第２仕切板２１，２２により第１〜第３膨張
室１３ａ〜１３ｃに区画された筒状のマフラ本体１３
と、閉止された先端が第１膨張室１３ａに挿通された入
口パイプ１４と、一端が開放状態で第１仕切板２１に挿
着され他端が閉止状態で第２仕切板２２に挿着されたイ
ンナパイプ１６と、閉止された基端が第３膨張室１３ｃ
に挿通されたた出口パイプ１７とを備える。排気管１２
は基端がエンジンの排気マニホルド（図示せず）に接続
され先端が入口パイプ１４の基端に接続された上流側排
気管１２ａと、基端が出口パイプ１７の先端に接続され
先端が大気に開放された下流側排気管１２ｂとを有する
（図１）。

【０００９】マフラ本体１３の両端は一対の鏡板１３
ｄ，１３ｄにより閉止され、入口パイプ１４の先端とイ
ンナパイプ１６の他端と出口パイプ１７の基端はそれぞ
れ鏡板１４ｂ，１６ｂ，１７ｂにより閉止される（図
１）。入口パイプ１４のうち第１膨張室１３ａ内に位置
する外周部に多数の第１小孔１４ａが形成され、インナ
パイプ１６のうち第２膨張室１３ｂ内に位置する外周部
に多数の第２小孔１６ａが形成され、更に出口パイプ１
７のうち第３膨張室１３ｃ内に位置する外周部に多数の
第３小孔１７ａが形成される。また第２仕切板２２に第
２及び第３膨張室１３ｂ，１３ｃを連通する２つの通孔
２２ａ，２２ａが形成され（図１及び図２）、入口パイ
プ１４の先端及び出口パイプ１７の基端はマフラ本体１
３の長手方向に直交する方向から第１及び第３膨張室１
３ａ，１３ｃにそれぞれ挿通される。

【００１０】第２膨張室１３ｂの長さ及び内径はこの例
ではそれぞれ２４０ｍｍ及び２４０ｍｍである。インナ
パイプ１６はその中心軸が第２膨張室１３ｂの中心軸と
一致するように第１及び第２仕切板２１，２２に挿着さ
れ、このパイプ１６の外径は７６．３ｍｍである。第２
小孔１６ａの直径はこの例では５ｍｍであり、これらの
小孔１６ａは第２仕切板２２から第１仕切板２１に向っ
て２３ｍｍ離れた位置から更に第１仕切板２１に向って
１６６ｍｍの長さの間に７ｍｍ間隔で形成される。

【００１１】本実施例の特徴ある構成は、インナパイプ
１６の第２膨張室１３ｂ内に位置する外周部のうちイン
ナパイプ１６の長手方向の略中央に所定の長さＬだけ無
孔部１６ｃが形成されたところにある（図１及び図
３）。無孔部１６ｃはこの例では第２仕切板２２から第
１仕切板２１に向って９０ｍｍ離れた位置から更に第１
仕切板２１に向ってＬ＝３０ｍｍに形成される。

【００１２】＜比較例＞図８及び図１０に示すマフラ１
を比較例とした。このマフラ１はインナパイプ６の略中
央に無孔部が形成されていない、即ちインナパイプ６の
略中央にも左右の第２小孔６ａと同一の第２小孔６ａが
等間隔に形成されたことを除いて実施例と同一に構成さ
れる。

【００１３】＜比較試験１と評価＞周波数６ｋＨｚにお
ける実施例及び比較例のマフラ１１，１の第２膨張室１
３ｂ，３ｂ内での音圧分布をそれぞれ測定した。この測
定は先端にマイクロホン（図示せず）が取付けられたプ
ローブ（図示せず）をマフラ本体１３，３の外周部から
第２膨張室１３ｂ，３ｂに差込んでこの膨張室１３ｂ，
３ｂの各部位の音圧を測定することにより行う必要があ
り、実際のエンジン及びマフラ１１，１では排ガスが高
温であり測定が難しいため、マフラ１１，１を透明樹脂
により形成し、このマフラ１１，１にブロア（図示せ
ず）からエンジンの排ガスと同等のエアを導入すること
により行った。実施例のマフラ１１の第２膨張室１３ｂ
内での音圧分布を図３に、比較例のマフラ１の第２膨張
室３ｂ内での音圧分布を図１０に示す。実施例のマフラ
１１ではインナパイプ１６外の第２膨張室１３ｂ内にて
共鳴現象が発生しなかった。

【００１４】＜比較試験２と評価＞図４に示すように実
施例及び比較例のマフラ１１，１の長手方向略中央の外
面からマフラ１１，１の半径方向に約０．１ｍ離した位
置にマイクロホン２６を設置し、エンジンが全負荷状態
で所定の回転速度における騒音レベルをそれぞれ周波数
分析した。実施例の周波数分析した騒音レベルを図５
に、比較例の周波数分析した騒音レベルを図９に示す。
実施例のマフラ１１では比較例のマフラ１のような周波
数約６ｋＨｚにおいてピークとなる高周波騒音がなくな
っていた。

【００１５】＜比較試験３と評価＞図４に示すように実
施例及び比較例の下流側排気管１２ｂ，２ｂの先端から
この排気管１２ｂ，２ｂの軸線に対して角度４５度だけ
傾けかつ先端から０．５ｍ離れた位置にマイクロホン２
７を設置し、全負荷状態のエンジンの回転速度を変化さ
せたときの騒音レベルの変化をそれぞれ測定した。実施
例及び比較例の騒音レベルの変化を図６に示す。図６か
ら明らかなように、騒音レベルの変化は実施例も比較例
もともに同一であった。

【００１６】＜比較試験４と評価＞図４に示すように実
施例及び比較例のマフラ１１，１に起因した全負荷状態
のエンジンの回転速度を変化させたときのエンジン背圧
の変化をマノメータ２８を用いてそれぞれ測定した。実
施例のエンジン背圧の変化を図７の実線で、比較例のエ
ンジン背圧の変化を破線で示す。この結果、排気抵抗が
３％低減した。これはインナパイプ１６に形成された無
孔部１６ｃにより第２小孔１６ａから出た排ガス流が干
渉せずに層流となり、排ガスの流れがスムーズになった
ためであると考えられる。

【００１７】なお、上記実施例では無孔部の長さを３０
ｍｍとしたが、無孔部の長さを第２膨張室の長さを１０
０とするとき１０〜３０であればよい。無孔部の長さを
上記範囲に限定したのは、無孔部の長さを第２膨張室の
長さを１００とするときに１０未満にすると高周波異音
が急激に増大し、無孔部の長さを第２膨張室の長さを１
００とするときに３０を越えるとエンジンの背圧が上昇
して好ましくないからである。また、上記実施例では入
口パイプの先端及び出口パイプの基端をマフラ本体の長
手方向に直交する方向から第１及び第３膨張室にそれぞ
れ挿通したが、入口パイプをマフラ本体の一端面からマ
フラ本体の長手方向に第１膨張室に挿通し、出口パイプ
をマフラ本体の他端面からマフラ本体の長手方向に第３
膨張室に挿通してもよい。また、上記実施例ではインナ
パイプの他端を閉止状態で第２仕切板に挿着したが、イ
ンナパイプの他端を閉止状態で第２仕切板に固着しても
よい。更に、上記実施例で挙げた数値は一例であって、
これらの数値に限定されるものではない。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、イ
ンナパイプの第２膨張室内に位置する外周部のうちイン
ナパイプの長手方向の略中央に所定の長さだけ無孔部を
形成したので、インナパイプの無孔部の内側にある定在
波に起因した音源からインナパイプの外側に音が伝搬さ
れなくなり、インナパイプ外の第２膨張室で共鳴現象が
生じない。この結果、耳障りな高周波異音の発生を防止
できる。また、インナパイプに無孔部を形成することに
より、インナパイプの第２小孔から出た排ガスの干渉が
なくなり、この排ガスが第２膨張室内で層流となって排
ガスの流れがスムーズになるので、マフラによる排気抵
抗を低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明一実施例エンジン用マフラの縦断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。

【図３】本発明実施例の周波数６ｋＨｚにおける第２膨
張室内の音圧分布を実線で示した図１のＢ部拡大断面
図。

【図４】本発明実施例及び比較例の騒音レベル及びエン
ジン背圧の測定個所を示すマフラの平面図。

【図５】実施例のマフラの長手方向略中央の外面からマ
フラの半径方向に約０．１ｍ離した位置における周波数
分析による騒音レベルの変化を示す図。

【図６】実施例及び比較例の全負荷時のエンジン回転速
度の変化に対する騒音レベルの変化を示す図。

【図７】実施例及び比較例の全負荷時のエンジン回転速
度の変化に対するエンジン背圧の変化を示す図。

【図８】比較例を示す図１に対応する断面図。

【図９】比較例のマフラの長手方向略中央の外面からマ
フラの半径方向に約０．１ｍ離した位置における周波数
分析による騒音レベルの変化を示す図。

【図１０】比較例の周波数６ｋＨｚにおける第２膨張室
内の音圧分布を実線で示した図８のＣ部拡大断面図。

【符号の説明】

１１ マフラ １２ａ 上流側排気管 １２ｂ 下流側排気管 １３ マフラ本体 １３ａ 第１膨張室 １３ｂ 第２膨張室 １３ｃ 第３膨張室 １４ 入口パイプ １４ａ 第１小孔 １６ インナパイプ １６ａ 第２小孔 １６ｃ 無孔部 １７ 出口パイプ １７ａ 第３小孔 ２１ 第１仕切板 ２２ 第２仕切板 ２２ａ 通孔

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 両端が閉止され内部が一端から他端に向
   って第１及び第２仕切板(21,22)により第１〜第３膨張
   室(13a〜13c)に区画された筒状のマフラ本体(13)と、閉
   止された先端が前記第１膨張室(13a)に挿通され前記第
   １膨張室(13a)内に位置する外周部に多数の第１小孔(14
   a)が形成されかつ基端が上流側排気管(12a)に接続され
   た入口パイプ(14)と、一端が開放状態で前記第１仕切板
   (21)に挿着され他端が閉止状態で前記第２仕切板(22)に
   挿着又は固着されかつ前記第２膨張室(13b)内に位置す
   る外周部に多数の第２小孔(16a)が形成されたインナパ
   イプ(16)と、閉止された基端が前記第３膨張室(13c)に
   挿通され前記第３膨張室(13c)内に位置する外周部に多
   数の第３小孔(17a)が形成されかつ先端が下流側排気管
   (12b)に接続された出口パイプ(17)と、前記第２仕切板
   (22)に形成され前記第２及び第３膨張室(13b,13c)を連
   通する通孔(22a)とを備えたエンジン用マフラにおい
   て、 前記インナパイプ(16)の前記第２膨張室(13b)内に位置
   する外周部のうち前記インナパイプ(16)の長手方向の略
   中央に所定の長さ(L)だけ無孔部(16c)が形成されたこと
   を特徴とするエンジン用マフラ。
2. 【請求項２】 無孔部(16c)の長さが第２膨張室(13b)の
   長さを１００とするとき１０〜３０である請求項１記載
   のエンジン用マフラ。