(57)【要約】【課題】定在波の節の発生を抑制しつつ、異なる周波数領域での消音効果が得られる消音器を提供する。【解決手段】本開示の一態様は、内部を排気ガスが通過すると共に、複数の連通孔を有する排気管と、排気管の外側に配置されるシェルと、排気管とシェルとの間に配置されると共に、複数の連通孔を覆うように配置された第１吸音材及び第２吸音材と、を備える消音器である。第２吸音材は、第１吸音材よりも通気性が低く、かつ、複数の連通孔を第１吸音材のみで覆った場合に、排気管において定在波の節が形成される位置に少なくとも配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を排気ガスが通過すると共に、複数の連通孔を有する排気管と、
前記排気管の外側に配置されるシェルと、
前記排気管と前記シェルとの間に配置されると共に、前記複数の連通孔を覆うように配置された第１吸音材及び第２吸音材と、
を備え、
前記第２吸音材は、前記第１吸音材よりも通気性が低く、かつ、前記複数の連通孔を前記第１吸音材のみで覆った場合に、前記排気管において定在波の節が形成される位置に少なくとも配置される、消音器。
【請求項２】
請求項１に記載の消音器であって、
前記排気管の径方向において前記第２吸音材の外側に前記第１吸音材が配置される、消音器。
【請求項３】
請求項２に記載の消音器であって、
前記排気管の径方向において前記第２吸音材に外側から当接するカバーをさらに備える、消音器。
【請求項４】
請求項３に記載の消音器であって、
前記カバーは、前記排気管の軸方向における両端部が前記排気管に固定される、消音器。
【請求項５】
請求項３に記載の消音器であって、
前記カバーの前記排気管の軸方向における少なくとも一方の端部は、前記排気管から離間した開口端である、消音器。
【請求項６】
請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の消音器であって、
前記カバーは、前記排気管の外周面と対向する部位に設けられた複数の補助連通孔を有する、消音器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、消音器に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気システムにおいて、異なる周波数領域における騒音の低減を目的として、複数の孔を設けた排気管の外側に密度の異なる吸音材を配置した消音器が知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１１０５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の消音器では、孔の数を増やすか、孔の面積を大きくすることで、消音効果が高められる。しかし、孔の数又は面積が増加すると、排気管内の孔の部分で音圧が下がり、排気管内に定在波の節が形成されやすくなる。その結果、狙った音圧レベルの低減が達成できないおそれがある。
【０００５】
本開示の一局面は、定在波の節の発生を抑制しつつ、異なる周波数領域での消音効果が得られる消音器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様は、内部を排気ガスが通過すると共に、複数の連通孔を有する排気管と、排気管の外側に配置されるシェルと、排気管とシェルとの間に配置されると共に、複数の連通孔を覆うように配置された第１吸音材及び第２吸音材と、を備える消音器である。第２吸音材は、第１吸音材よりも通気性が低く、かつ、複数の連通孔を第１吸音材のみで覆った場合に、排気管において定在波の節が形成される位置に少なくとも配置される。
【０００７】
このような構成によれば、第１吸音材のみで連通孔を覆った場合に定在波の節が発生する位置に通気性の低い第２吸音材が配置されることで、第１吸音材のみで連通孔を覆った場合に比べ排気管内の連通孔と重なる部分で音圧が下がりにくくなり、定在波の節の発生が抑制される。その結果、新たな周波数の定在波の発生を抑制しつつ、第１吸音材と第２吸音材との組み合わせによって異なる周波数領域での消音効果を得ることができる。
【０００８】
本開示の一態様では、排気管の径方向において第２吸音材の外側に第１吸音材が配置されてもよい。このような構成によれば、第２吸音材を通過した排気ガスが第１吸音材に達するようになるため、第１吸音材による消音を図ることができる。その結果、通気性の高い第１吸音材による高周波領域での消音効果が高められる。
【０００９】
本開示の一態様は、排気管の径方向において第２吸音材に外側から当接するカバーをさらに備えてもよい。このような構成によれば、第２吸音材の径方向への移動がカバーによって制限される。すなわち、排気管の径方向における第２吸音材の位置ズレを抑制できる。そのため、定在波の節の発生抑止効果と消音効果とを促進することができる。
【００１０】
本開示の一態様では、カバーは、排気管の軸方向における両端部が排気管に固定されてもよい。このような構成によれば、排気管の軸方向における第２吸音材の位置ズレも抑制できる。そのため、定在波の節の発生抑止効果と消音効果とをさらに促進することができる。
【００１１】
本開示の一態様では、カバーの排気管の軸方向における少なくとも一方の端部は、排気管から離間した開口端であってもよい。このような構成によれば、排気管におけるカバーの開口端部分ではカバーが排気管に接触しないため、排気管におけるカバーの開口端部分にも連通孔が形成可能となる。これにより、排気管において連通孔が形成可能な領域が増加する。その結果、第１吸音材と第２吸音材とによる消音効果を促進することができる。
【００１２】
本開示の一態様では、カバーは、排気管の外周面と対向する部位に設けられた複数の補助連通孔を有してもよい。このような構成によれば、第２吸音材の位置ズレを抑制しつつ、第１吸音材と第２吸音材との間で排気ガスの流通を確保することができる。その結果、第１吸音材と第２吸音材とによる消音効果を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施形態の排気システムを示す模式図である。
【図２】図２は、実施形態の消音器の模式的な断面図である。
【図３】図３は、図２とは異なる実施形態の消音器の模式的な断面図である。
【図４】図４は、図２及び図３とは異なる実施形態の消音器の模式的な断面図である。
【図５】図５は、図２ないし図４とは異なる実施形態の消音器の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１に示す排気システム１０は、内燃機関１１の排気ガス流路を構成する。排気システム１０は、触媒コンバータ１２と、メインマフラ１３と、サブマフラとしての消音器１と、を備える。
【００１５】
排気システム１０が適用される内燃機関１１としては、特に限定されないが、自動車、鉄道、船舶、建機等の輸送機器、発電施設などで駆動用又は発電用として用いられるものが挙げられる。
【００１６】
消音器１は、メインマフラ１３の下流側に配置されている。ただし、消音器１は、メインマフラ１３の上流側（つまり、触媒コンバータ１２とメインマフラ１３との間）に配置されてもよい。
【００１７】
消音器１は、図２に示すように、排気管２と、シェル３と、第１吸音材４と、第２吸音材５とを備える。
【００１８】
＜排気管＞
排気管２は、内部を排気ガスＧが通過する金属製のパイプである。本実施形態では、排気管２は、図１に示すように、メインマフラ１３の内部まで延伸している。
【００１９】
排気管２は、図２に示すように、排気管２の内部と排気管２の外部とを連通する複数の連通孔２１と、直径が一定のストレート部２２と、排気ガスＧの流れ方向に沿って拡径した拡径部２３とを有する。
【００２０】
連通孔２１は、排気管２のストレート部２２のうち、シェル３内に位置する部分に周方向全体にわたって配置されている。ただし、連通孔２１は、必ずしも排気管２の周方向全体に配置される必要はない。
【００２１】
連通孔２１の大きさ及び間隔は、適宜設計可能である。ただし、連通孔２１の開口面積の合計は、シェル３の内部において、排気管２内に定在波の節が少なくとも１以上形成できる大きさである。なお、シェル３の内部において、排気管２内で形成される定在波の節は、連通孔２１によって排気管２内の排気ガスＧの圧力が低減し、排気管２が開口しているとみなされる状態になることにより形成される。
【００２２】
連通孔２１の形状は、真円に限定されず、楕円、多角形等としてもよい。また、連通孔２１は、排気管２の管壁の一部を外側に切り起こしたルーバーを有する形状であってもよい。
【００２３】
＜シェル＞
シェル３は、排気管２の外周面を囲うように排気管２の外側に配置された金属製のパイプである。シェル３の内径は、排気管２の外径よりも大きい。
【００２４】
シェル３の第１開口部３１及び第２開口部３２は、それぞれ、排気管２の軸方向の外側に向かって縮径している。第１開口部３１及び第２開口部３２は、排気管２の外周面に例えば溶接によって固定されている。
【００２５】
シェル３は、排気管２の外周面を囲むことで、排気管２との間に後述する第１吸音材４及び第２吸音材５が配置可能な空間を形成している。
【００２６】
＜吸音材＞
第１吸音材４は、排気管２とシェル３との間に配置されると共に、複数の連通孔２１の一部を覆うように配置されている。
【００２７】
具体的には、第１吸音材４は、排気管２のストレート部２２のうち、シェル３の第１開口部３１に近い部分（つまり上流部分）を周方向に取り囲むように配置されている。第１吸音材４は、排気管２の連通孔２１のうち、上流側の複数の連通孔２１と当接している。
【００２８】
第１吸音材４は、排気管２とシェル３との間の空間を後述する第２吸音材５と共に充填している。そのため、排気管２とシェル３との間には空隙は存在しない。また、第１吸音材４は、排気管２の径方向において排気管２の外周面からシェル３の内周面まで到達するように配置されている。
【００２９】
第１吸音材４の材質としては、例えば、グラスファイバー等の無機繊維が使用できる。第１吸音材４としては、無機繊維の集合体（例えば、グラスウール）のほか、無機繊維の織物、編み物又は不織布、無機繊維を部分的にバインダーで固めた構造体などが使用できる。
【００３０】
第２吸音材５は、第１吸音材４と同様、排気管２とシェル３との間に配置されると共に、複数の連通孔２１の一部を覆うように配置されている。具体的には、第２吸音材５は、排気管２のストレート部２２のうち、シェル３の第２開口部３２に近い部分（つまり下流部分）を周方向に取り囲むように配置されている。第２吸音材５は、排気管２の連通孔２１のうち、下流側の複数の連通孔２１と当接している。排気管２の連通孔２１は、全て、第１吸音材４又は第２吸音材５のいずれかによって覆われている。
【００３１】
本実施形態では、図２に示すように、第２吸音材５は、排気ガスＧの流れ方向において第１吸音材４の下流側に配置されている。第２吸音材５は、排気管２の径方向において排気管２の外周面からシェル３の内周面まで到達するように配置されている。
【００３２】
第２吸音材５には、第１吸音材４と同じ材質を用いることができる。ただし、第２吸音材５は、第１吸音材４よりも通気性が低い。そのため、例えば密度の高い第２吸音材５は、固有振動数が低いため、第１吸音材４よりも低周波領域の音圧を低減する。
【００３３】
ここで、「通気性が低い」とは、例えばガスを通過させた時の圧損が大きいことを意味する。吸音材の通気性は、例えば、吸音材の密度、吸音材の材質、吸音材の構造（例えば構成する繊維の配置）等を変えることで、調整することができる。
【００３４】
したがって、例えば、第２吸音材５の密度を第１吸音材４の密度より高くすることで、第２吸音材５の通気性を第１吸音材４よりも低くすることができる。また、第１吸音材４と第２吸音材５とを同じ密度としたまま材質を変えることで、第２吸音材５の通気性を第１吸音材４よりも低くすることもできる。さらに、密度と材質との双方を変えることで、第２吸音材５の通気性を第１吸音材４よりも低くしてもよい。
【００３５】
［１−２．作用］
消音器１の排気管２が連通孔２１を有しない場合、図１に示すように、排気システム１０には、排気管２内に排気ガスＧの定在波Ｗ１が発生する。
【００３６】
定在波Ｗ１は、排気管２の両端部が節となる１次モードの波形である。定在波の節は、圧力が大きく低下している部分に形成される。例えば、排気管２の径方向の端部が拡径している部分、排気管２が開口している部分等に節が形成される。また、排気管２の連通孔２１の合計面積が、例えば排気管２の流路断面積に対しある程度大きくなっている所では、排気管２内の音圧が低下し、定在波の節が形成される。
【００３７】
一方、定在波Ｗ１が形成される排気管２の複数の連通孔２１を第１吸音材４のみで覆う場合、複数の連通孔２１から排気ガスが排出されるため、排気管２内の音圧が低下し、排気管２内に定在波Ｗ１の代わりに２つの定在波Ｗ２，Ｗ３が形成される。図１中の節Ｓは、この定在波Ｗ２の節と定在波Ｗ３の節との一致点である。排気管２の側面のうち、節Ｓの外周側に位置する連通孔２１を第２吸音材５で覆うと、定在波Ｗ２，Ｗ３の代わりに定在波Ｗ４が形成される。これは、次の理由による。すなわち、節Ｓが形成される位置の連通孔２１を第１吸音材４よりも通気性が低い第２吸音材５で覆うことにより、連通孔２１の開口の合計面積が実質的に減少する。その結果、排気ガスＧの排気管２の外への排出量が低下して音圧が下がりにくくなることにより、節Ｓが形成されなくなる。なお、排気管２内の音圧が下がるため、定在波Ｗ４の音圧は定在波Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の音圧よりも低減する。
【００３８】
このように第１吸音材４は、排気管２の連通孔２１を覆った際に定在波Ｗ２，Ｗ３が形成されるような通気性の材質で構成される。第２吸音材５は、排気管２の連通孔２１を覆った際に定在波Ｗ２，Ｗ３が形成されないような通気性の材質で構成される。
【００３９】
［１−３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）上述のように、第１吸音材４のみで連通孔２１を覆った場合に定在波の節が発生する位置に通気性の低い第２吸音材５が配置されることで、第１吸音材４のみで連通孔２１を覆った場合に比べ排気管２内の連通孔２１と重なる部分で音圧が下がりにくくなり、定在波の節Ｓの発生が抑制される。その結果、新たな周波数の定在波の発生を抑制しつつ、第１吸音材４と第２吸音材５との組み合わせによって異なる周波数領域での消音効果を得ることができる。
【００４０】
［２．第２実施形態］
［２−１．構成］
図３に示す消音器１Ａは、排気管２と、シェル３と、第１吸音材４と、第２吸音材５と、カバー６とを備える。排気管２、シェル３、第１吸音材４及び第２吸音材５は、図２の消音器１と同じものである。
【００４１】
＜カバー＞
カバー６は、排気管２の径方向において第２吸音材５に外側から当接する円筒状の部材である。カバー６は、排気管２とシェル３との間に配置されている。
【００４２】
カバー６は、排気管２の外周面と対向する部位に設けられた少なくとも１つの補助連通孔６１を有する。また、カバー６の排気管２の軸方向における第１端部６２及び第２端部６３は、共に、先端に向かうに連れて縮径しており、先端が例えば溶接によって排気管２の外周面に固定されている。なお、排気管２の外周面のうち第１端部６２及び第２端部６３が固定される部分には、連通孔２１が形成されていない。
【００４３】
第２吸音材５は、カバー６と排気管２との間の空間に充填されている。第１吸音材４は、カバー６とシェル３との間の空隙に充填されている。したがって、本実施形態では、排気管２の径方向において第２吸音材５の外側に第１吸音材４が配置されている。
【００４４】
消音器１Ａの上流領域では、排気管２の径方向において第１吸音材４のみが配置されている。消音器１Ａのカバー６が配置された領域では、排気管２の径方向において第２吸音材５と第１吸音材４との２層構造が構成されている。
【００４５】
［２−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）排気管２の径方向において第２吸音材５の外側に第１吸音材４が配置されることで、第２吸音材５を通過した排気ガスＧが第１吸音材４に達するようになるため、第１吸音材４による消音を図ることができる。その結果、通気性の高い第１吸音材４による高周波領域での消音効果が高められる。また、第１吸音材４を通過した排気ガスＧに対し、第２吸音材５による消音を図ることができる。その結果、低周波領域での消音効果も高められる。
【００４６】
（２ｂ）カバー６が配置されることによって、第２吸音材５の径方向への移動が制限される。すなわち、排気管２の径方向における第２吸音材５の位置ズレを抑制できる。そのため、定在波の節の発生抑止効果と消音効果とを促進することができる。
【００４７】
（２ｃ）カバー６の両端部が排気管２に固定されることで、排気管２の軸方向における第２吸音材５の位置ズレも抑制できる。そのため、定在波の節の発生抑止効果と消音効果とをさらに促進することができる。
【００４８】
（２ｄ）カバー６が補助連通孔６１を有することで、第２吸音材５の位置ズレを抑制しつつ、第１吸音材４と第２吸音材５との間で排気ガスＧの流通を確保することができる。その結果、第１吸音材４と第２吸音材５とによる消音効果を促進することができる。
【００４９】
［３．第３実施形態］
［３−１．構成］
図４に示す消音器１Ｂは、排気管２と、シェル３と、第１吸音材４と、第２吸音材５と、カバー６Ｂとを備える。消音器１Ｂは、カバー６Ｂの第１端部６２Ｂを除いて、図３の消音器１Ａと同じものである。
【００５０】
カバー６Ｂの第１端部６２Ｂは、排気管２から離間した開口端である。つまり、カバー６Ｂは、上流側の第１端部６２Ｂが閉塞されていない。そのため、第１端部６２Ｂにおいて第１吸音材４と第２吸音材５とが排気管２の軸方向に沿って当接している。なお、カバー６Ｂの下流側の第２端部６３Ｂは排気管２に固定されている。すなわち、排気管２の外周面において、径方向に第１端部６２Ｂと重なる部分にも、排気管２の連通孔２１が形成されている。
【００５１】
［３−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（３ａ）第１端部６２Ｂを開口端とすることで、排気管２におけるカバー６の開口端部分ではカバー６が排気管２に接触しないため、排気管２におけるカバー６の開口端部分にも連通孔２１が形成可能となる。これにより、排気管２において連通孔２１が形成可能な領域が増加する。その結果、第１吸音材４と第２吸音材５とによる消音効果を促進することができる。
【００５２】
［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００５３】
（４ａ）上記実施形態の消音器において、排気管２とシェル３との間に、第１吸音材４及び第２吸音材５が充填されない空隙が形成されてもよい。また、排気管２とシェル３との間には、第１吸音材４及び第２吸音材５と通気性が異なる第３吸音材がさらに配置されてもよい。第３吸音材は、排気管２の連通孔２１の一部を覆うように配置される。
【００５４】
（４ｂ）上記実施形態の消音器１Ａ，１Ｂにおいて、カバー６，６Ｂは、必ずしも補助連通孔６１を有しなくてもよい。また、消音器１Ａ，１Ｂは、必ずしもカバー６，６Ｂを備えなくてもよい。例えば、第２吸音材５は、バインダー等の固定手段によって排気管２の外側に保持されてもよい。
【００５５】
（４ｃ）上記実施形態の消音器１Ｂにおいて、カバー６Ｂは、第１端部６２Ｂの替わりに第２端部６３Ｂが開口端であってもよい。また、カバー６Ｂの両端部が開口端であってもよい。例えば、図５に示す消音器１Ｃは、第１端部６２Ｃ及び第２端部６３Ｃの双方が排気管２から離間したカバー６Ｃを備える。
【００５６】
（４ｄ）上記実施形態の消音器において、上流側と下流側とを入れ替えてもよい。つまり、消音器の上流端と下流端とを反転させてもよい。
【００５７】
（４ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【００５８】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ…消音器、２…排気管、３…シェル、４…第１吸音材、
５…第２吸音材、６，６Ｂ，６Ｃ…カバー、１０…排気システム、１１…内燃機関、
１２…触媒コンバータ、１３…メインマフラ、２１…連通孔、２２…ストレート部、
２３…拡径部、３１…第１開口部、３２…第２開口部、６１…補助連通孔、
６２，６２Ｂ，６２Ｃ…第１端部、６３，６３Ｂ，６３Ｃ…第２端部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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