JPH09287432A - 内燃機関のマフラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 長さの長い排気排出管を利用して低周波数の
振動を減衰すると共に、排気排出管から発生する気柱共
鳴を抑制することにより、マフラーの消音性能を向上さ
せる。 【解決手段】 マフラー１０内部を共鳴室１６と拡張室
１２、１４とに分割し、排気導入管１８により導入した
排気ガスを上記拡張室１２、１４を介して排気排出管２
２から排出するようにした内燃機関のマフラーにおい
て、前記排気排出管の中間部を上記共鳴室に連通した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関のマフラー
に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関から排出される排気ガスに起因
する排気音を低減するために、マフラーを排気系に取り
付けることが提案されている。マフラーとして用いられ
ているものには、特定周波数の振動に共鳴してその振動
に起因する騒音のレベルを低減する共鳴室と、排気ガス
の流路断面を大きくすることにより排気音全体の音圧レ
ベルを低減する拡張室とに内部を分割したものがある。
排気音については低周波数の振動による所謂『こもり
音』が特に問題となることが多い。例えば実開平２−３
１３１８号に開示されたデュアルモードマフラーでは、
排気ガスをマフラー外部へ排出するための排気排出管の
長さを長くすることにより、排気系全長に対するマフラ
ーの位置を変え、低周波数の振動を減衰している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うに排気排出管の長さを長くすると、長さが短いうちは
問題にならなかった排気排出管自体の気柱共鳴が、内燃
機関の実用回転数領域で生じることとなり、マフラー全
体としての音圧レベルが増大してしまう。具体的には、
通常、排気排出管の長さを長くして低周波数の振動を良
好に減衰させるには、その長さを約１〜１．２ｍに設定
する。管の長さに対する気柱共鳴周波数ｆはｆ＝Ｃ／
（２Ｌ）で表され、ここでのＣは音速、Ｌは管の長さで
ある。つまり約１ｍ以上の長さの管では、音速を約４０
０ｍ／ｓとすると、気柱共鳴周波数ｆは２００Ｈｚ以下
となる。一方、４気筒の内燃機関において６０００ｒｐ
ｍ以下、即ち実用機関回転数領域における爆発一次成分
の周波数は２００Ｈｚ以下である。長さが１ｍ以上の管
における気柱共鳴周波数の範囲と、実用機関回転数領域
において発生する爆発一次成分の周波数の範囲とが一致
するため、実用機関回転領域にて気柱共鳴が生じ、結果
としてマフラー全体の音圧レベルが増大することとな
る。また気柱共鳴による音圧レベルの増大は、減速時に
特に問題となる。減速時においては排気排出管内を排気
ガスが流れていないため、排気排出管は理想的な管の状
態となり、従って気柱共鳴による音圧レベルに対する悪
影響がより大きくなる。本発明は、長さの長い排気排出
管を利用して低周波数の振動を減衰すると共に、排気排
出管から発生する気柱共鳴を抑制することにより、マフ
ラーの消音性能を向上させることを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を鑑みるに、
本発明においては、マフラー内部を共鳴室と拡張室とに
分割し、排気導入管により導入した排気ガスを上記拡張
室を介して排気排出管から排出するようにした内燃機関
のマフラーにおいて、前記排気排出管の中間部を上記共
鳴室に連通する。これにより排気排出管内において気柱
共鳴を生じる低周波数の振動が共鳴室により減衰され
る。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の内燃機関のマフラーの構
造について説明する。図１は本発明の内燃機関のマフラ
ー１０の内部構成を示しており、マフラー１０の内部は
二つの拡張室１２、１４と一つの共鳴室１６とに分割さ
れている。マフラー１０は内燃機関（図示せず）と第一
の拡張室１２とを連通する排気導入管１８と、第一の拡
張室１２と第二の拡張室１４とを連通する接続管２０
と、第二の拡張室１４とマフラー外部とを連通する排気
排出管２２とを具備する。上記排気導入管１８は、順
に、共鳴室１６、第二の拡張室１４を通過して第一の拡
張室１２へと直線的に延び、一端は内燃機関（図示せ
ず）へ連通し、他端は第一の拡張室１２内で開放されて
いる。共鳴室１６内において排気導入管１８には開口部
２４が設けられ、その開口部２４は制御弁２６により閉
鎖されている。この制御弁２６は、例えばばね等の弾性
体によって閉弁方向へ付勢されているため、排気導入管
１８内の圧力が上昇すると開弁し、このときに排気導入
管１８は共鳴室１６と連通される。また排気導入管１８
は第二の拡張室１４とは直接連通していない。

【０００６】上記接続管２０は、互いに隣接した第一の
拡張室１２と第二の拡張室１４との間で直線的に延び、
これらを直接連通している。上記排気排出管２２は、順
に、第二の拡張室１４から共鳴室１６へと直線的に延
び、そして共鳴室１６内にて曲がって１８０°方向を転
換し、再び第二の拡張室１４から第一の拡張室１２を通
過してマフラー外部へと延び、外部において開放されて
いる。排気排出管２２は、その中間部、好ましくはその
全長の略中央から共鳴室１６へと延びる連通管２８を備
え、この連通管２８は共鳴室１６内にて開放されてい
る。排気排出管２２は、その開放端３０および連通管２
８を介した共鳴室１６側の開放端３４を除き、共鳴室１
６、第一の拡張室１２、第二の拡張室１４とは直接連通
されていない。

【０００７】次に本発明のマフラーの作動を説明する。
加速時であって機関低回転時においては、内燃機関から
排出された排気ガスは、排気導入管１８から第一の拡張
室１２へと導入される。この際、排気ガス量は少なく、
排気圧が低いため制御弁２６は閉弁されている。排気ガ
スは更に接続管２０を介して第二の拡張室１４へ導かれ
る。第一の拡張室１２および第二の拡張室１４に排気ガ
スが導入される度に、排気ガスの流路断面が増大される
ため、排気ガス全体の音圧レベルが低減される。排気ガ
スは更に第二の拡張室１４から排気排出管２２を介して
外部へと排出される。共鳴室１６へは連通管２８を介し
て圧力波のみが導かれる。共鳴室１６および連通管２８
に関して、排気排出管２２において発生する気柱共鳴に
よる振動を減衰するように共鳴室１６の容積および連通
管２８の長さを調節しておく。こうすることにより、従
来排気排出管２２内において発生していた気柱共鳴を抑
制することが可能であると共に、本発明においても従来
同様に、排気排出管２２の長さが長いため、低周波数の
振動を全体的に減衰して音圧レベルを低減できる。

【０００８】加速時であって機関高回転時においては、
内燃機関から排出される排気ガスの量が増大し、排気圧
が上昇するため制御弁２６は開弁される。これによりマ
フラー１０内部には、排気導入管１８から順に、開口部
２４、共鳴室１６、連通管２８、排気排出管２２を介し
て外部へと続く、排気ガスの流通路が新たに形成され
る。この時、共鳴室１６は第三の拡張室として機能して
いる。これにより背圧が低減されるため、本来、高出力
を必要とする加速時であって機関高回転時に出力の向上
が図られる。

【０００９】減速時であって機関高回転時においては、
内燃機関から排出される排気ガスが非常に少なくなるた
め、制御弁２６は閉弁される。減速時には排気排出管２
２内に燃焼後の排気ガスがほとんど流れ込まないため、
排気排出管２２は管としてより理想的な状態となってい
る。しかしながら本発明においては、従来、排気排出管
が管として理想状態にあるために発生したより大きな気
柱共鳴を共鳴室１６にて低減できるため、従来に比較し
て音圧レベルを更に低減している。

【００１０】減速時であって機関低回転時においても、
上記減速時であって機関高回転時における作動と同様で
あり、また同様の効果がある。

【００１１】加速時および減速時における機関回転数と
音圧レベルとの関係を図２および図３に示した。図２お
よび図３のグラフは本発明と従来との音圧レベル特性の
差異を理解するための一般的な傾向を示したものであ
り、当然のことながら音圧レベルの変化幅などは共鳴室
の設定共鳴周波数や排気排出管の長さなどにより異な
る。図中において実線は本発明、鎖線は従来のマフラー
におけるグラフである。加速時、従来のマフラーの音圧
レベルは、参照符号Ａの領域において共鳴室（共鳴周波
数を１００〜１２０Ｈｚに設定した場合）の共鳴効果に
より本発明のマフラーに比べて音圧レベルが下がってい
る。しかしながら逆に参照符号Ｂの領域では気柱共鳴の
影響で音圧レベルが増大している。この音圧レベルの増
大は、上述の理由で減速時に特に顕著に現れ、図３にあ
るように、従来のマフラーの音圧レベルは、参照符号Ｃ
の領域で本発明のマフラーに比べてかなり増大する。従
って本発明においては特定の機関回転数で極度に音圧レ
ベルが増大することなく、実用機関回転数全域にわたり
一様に音圧レベルを低減することができる。

【００１２】また本発明では、排気排出管２２の全長の
略中央に連通管２８を設けたことで、気柱共鳴において
最も振幅が大きい圧力波を共鳴室へ導入することが可能
となり、従って排気排出管２２の気柱共鳴は良好に低減
される。

【００１３】更に本発明では、排気圧によって開閉する
タイプの制御弁２６を用いたことにより、アクチュエー
タを用いた制御弁を用いるのに比べてマフラーの製造コ
ストが抑えられている。また従来、排気圧を利用した制
御弁においては、開弁初期の段階では、圧力によって開
弁したとき一時的に圧力が下がるため、制御弁が一旦閉
弁し、そして制御弁が閉弁したことにより圧力が上昇し
て制御弁が開弁し、チャタリング音という騒音が発生す
る。例えば、実開平２−３１３１８号に開示されている
マフラーの制御弁として圧力により開閉する制御弁を用
いた場合、この制御弁はより外部に近い排気排出管に配
置されるため、マフラー全体の音圧レベルに対するチャ
タリング音の影響は大きいが、本発明のように制御弁２
６をマフラー内部の比較的上流側に配置した構成では、
制御弁にて発生するチャタリング音をマフラー内で低減
することが可能であり、従来に比べてチャタリング音に
よる音圧レベルの増大を抑えることができる。

【００１４】図４は、本発明の第二の実施形態のマフラ
ーを示している。本実施形態のマフラー１０’は上記第
一の実施形態とほぼ同様であるが、排気導入管１８’に
ついては、内燃機関（図示せず）と第二の拡張室１４と
を連通し、制御弁２６を備えていない点、接続管２０’
については、第二の拡張室１４と第一の拡張室１２とを
連通する点、排気排出管２２’については、第一の拡張
室１２と外部とを連通する点においては上記第一の実施
形態とは異なる。また第二の拡張室１４と共鳴室１６と
を分割する隔壁に開口部２４’が設けられており、この
開口部２４’に制御弁２６’が取り付けられている。制
御弁２６’の作動に関しては第一の実施形態の制御弁２
６と同様である。本実施形態では、上記第一の実施形態
における効果に加えて、制御弁によるチャタリング音が
第一の実施形態に比べて小さいという利点がある。第一
の実施形態では制御弁２６を排気導入管１８に設けてい
るのに対し、第二の実施形態では拡張室１４と共鳴室１
６とを分割する隔壁に設けている。同じ機関回転数、即
ち同じ排気量がマフラー内を流通する場合、排気導入管
１８内の圧力よりも拡張室１４内の圧力の方が相対的に
低いため、制御弁２６’にかかる圧力は第一の実施形態
の制御弁２６にかかる圧力よりも低い。所定の排気量範
囲において制御弁を閉弁しておくのには、第一の実施形
態では排気導入管１８と共鳴室１６との圧力差、第二の
実施形態では第二の拡張室１４と共鳴室１６との圧力差
に応じた付勢力が必要となる。従って第二の実施形態の
方が上記圧力差が小さく、当該付勢力は第二の実施形態
の制御弁２６’の方が小さくてよい。このため、チャタ
リング音の原因となる制御弁の初期開弁時の圧力減少に
よる閉弁の際に制御弁にかかる力（付勢力）は第二の実
施形態の制御弁の方が小さいため、閉弁速度が小さく、
従ってチャタリング音も小さい。

【００１５】最後に、本願において拡張室とは、それ自
体が排気ガスの流通路としての機能を有するものをい
い、共鳴室とは、本発明のように内燃機関の運転状況に
よって選択的に上記拡張室や共鳴室として機能するもの
のみならず、内燃機関の運転状況によらずそれ自体が排
気ガスの流通路として機能しないものも意味する。更に
本願において排気排出管とは、マフラー内部とマフラー
外部とを直接連通する管をいう。

【００１６】

【発明の効果】本発明により、長さの長い排気排出管を
用いて排気音における低周波数の振動を抑制すると共
に、排気排出管内に発生する気柱共鳴に対応した周波数
の振動を共鳴室により低減したため、マフラー全体の音
圧レベルを低減し、マフラーの消音性能が向上される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の内燃機関のマフラーの略図である。

【図２】加速時における本発明および従来のマフラーの
機関回転数と音圧レベルとの関係を示した図である。

【図３】減速時における本発明および従来のマフラーの
機関回転数と音圧レベルとの関係を示した図である。

【図４】本発明の第二の実施形態の内燃機関のマフラー
の略図である。

【符号の説明】

１０…マフラー １２…第一の拡張室 １４…第二の拡張室 １６…共鳴室 １８、１８’…排気導入管 ２２、２２’…排気排出管 ２８…連通管

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マフラー内部を共鳴室と拡張室とに分割
   し、排気導入管により導入した排気ガスを上記拡張室を
   介して排気排出管から排出するようにした内燃機関のマ
   フラーにおいて、前記排気排出管の中間部を上記共鳴室
   に連通したことを特徴とする内燃機関のマフラー。