(57)【要約】【課題】共鳴振動を抑制するための絞りの位置が制約される場合であっても、排気管に生じる気柱共鳴を抑制することが可能な排気管の共鳴抑制装置を提供する。【解決手段】排気管３の共鳴抑制装置は、気柱共鳴の定在波の音圧分布において隣接する節及び腹の中間と同節との間の管壁９に孔１０を形成するとともに、同孔１０の位置に絞り１１を設けた。そして、こうした装置において、絞り１１を覆う外壁１２によって同外壁１２の内周面と管壁９の外周面との間に密閉空間を形成し、同密閉空間と管壁９の内部とを孔１０によって連通した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気柱共鳴の定在波の音圧分布において隣接する節及び腹の中間と前記節との間の管壁に孔を形成するとともに同孔の位置に絞りを形成し、その絞りを覆う外壁により同外壁の内周面と前記管壁の外周面との間に密閉空間を形成し、前記孔により同密閉空間と前記管壁の内部とを連通してなる排気管の共鳴抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気管の共鳴抑制装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼室から排気管に流入する排気は、その脈動によって排気管内の空気、すなわち気柱を加振する。このとき、排気脈動の周波数が気柱の固有振動数と一致すると、気柱が共鳴して騒音が発生する。こうした共鳴を抑制するために、特許文献１に記載の装置では、気柱共鳴により生じる定在波についてその音圧分布の節の位置、換言すれば粒子速度が最大となる位置に、排気の流路断面積を変更可能な絞りを設けるようにしている。そして、気柱共鳴が生じるおそれがある場合には、その絞りによって流路断面積を減少させることにより粒子速度を減少させて、気柱共鳴を抑制するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭６３‐８２０２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述したように特許文献１に記載の装置では、音圧分布の節の位置に絞りを設けるようにしている。しかし、こうした絞りを車両に搭載する際には、設置空間等の様々な制約があるため、同絞りを音圧分布の節の位置に設けることができないことがある。そのため、こうした場合には排気管の気柱共鳴を抑制することができなくなる。
【０００５】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、共鳴振動を抑制するための絞りの位置が制約される場合であっても、排気管に生じる気柱共鳴を抑制することが可能な排気管の共鳴抑制装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する排気管の共鳴抑制装置は、気柱共鳴の定在波の音圧分布において隣接する節及び腹の中間と同節との間の管壁に孔を形成するとともに、同孔の位置に絞りを形成するようにしている。そして、その絞りを覆う外壁により同外壁の内周面と管壁の外周面との間に密閉空間を形成し、孔により同密閉空間と管壁の内部とを連通するようにしている。
【０００７】
上記構成では、気柱共鳴の定在波の音圧分布において隣接する節と腹の中間と前記節側との間の管壁に孔を形成するようにしている。こうした部分に孔を形成すると、排気管内を流れる排気が孔から密閉空間に流出して音圧が減少し、孔が形成されている部分に節が移動することとなる。そして、この孔が形成されている部分に絞りが設けられているため、共鳴振動の粒子速度を減少させて、気柱共鳴を抑制することができる。すなわち、上記構成によれば、孔を形成しない場合において隣接する節と腹の中間と前記節との間の範囲で、実際の節の位置、換言すれば絞りの位置を排気管の配設状況に応じて変更することができる。このため、共鳴振動を抑制するための絞りの位置が制約される場合であっても、その位置を変更することにより排気管に生じる気柱共鳴を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】排気管の共鳴抑制装置の一実施形態における全体構成図、並びに気柱共鳴により生じる定在波の音圧分布を示すグラフ。
【図２】同実施形態の排気管の拡大断面図。
【図３】（ａ）は同実施形態における音圧分布の一例を示すグラフ、（ｂ）は同実施形態における粒子速度分布の一例を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、排気管の共鳴抑制装置を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、内燃機関１の燃焼室２には、排気管３が接続されている。排気管３は、車両の前後方向（図中の左右方向）に延びて、その後方（図中の右側）の端部に開口部４が形成されている。なお、排気管３は、車室５の下側を通過するように配設されている。また、排気管３には、触媒コンバータ６が設けられている。また、車両において、排気管３の後方には燃料タンク７が配設されている。
【００１０】
ところで、燃焼室２から排気管３に流入する排気の脈動によって、排気管３内で気柱共鳴が生じると、排気管３内には定在波が発生する。そして、こうした定在波が発生すると、排気管３内の音圧は、排気管３の軸方向（図中の左右方向）の位置に応じてそれぞれ所定の値をとるようになる。図１には、気柱共鳴が生じたときの排気管３における音圧分布を示している。
【００１１】
図１に示すように、定在波の音圧分布は、燃焼室２と排気管３との接続部８から排気管３の開口部４までの間で音圧の高い腹と音圧の低い節とが周期的に繰り返される態様となっている。なお、この定在波の振動モードは、節が４つ存在する４次の振動モードである。排気管３の音圧分布において、節の位置では共鳴振動の粒子速度が最大となる。一方、腹の位置では共鳴振動の粒子速度がほぼ０となる。したがって、排気管３において音圧分布の節の位置に絞りを形成することで粒子速度を減少させることができ、これにより共鳴振動を抑制することが可能となる。
【００１２】
ところで、同図１に示すように、排気管３において音圧分布の節の位置に触媒コンバータ６等が配設される場合には、節の位置に絞りを設けることができない。また、節が車室５内における乗員の直下や燃料タンク７等が設けられる位置にある場合にも同様に、絞りを設置することができないことがある。このように、排気管３を車両に搭載する際には、その配設状況に応じて様々な制約があり、絞りを音圧分布の節の位置に設けることができない場合がある。
【００１３】
そこで、本実施形態では、この定在波の節の位置を以下の構成を通じて変更するようにしている。なお、以下では、燃料タンク７の近傍に位置する節の位置を変更する場合について説明するが、触媒コンバータ６等が配設される位置や車室５内における乗員の直下に、定在波の節が位置する場合についても同様の構成を採用することができる。
【００１４】
排気管３において、定在波の音圧分布における節の位置Ａ及び腹の位置Ｃの中間と同節の位置Ａとの間の管壁９（位置Ｂ）には、孔１０が形成されている。そして、この孔１０が形成されている位置Ｂに絞り１１が設けられている。なお、位置Ａの節及び位置Ｃの腹が、気柱共鳴の定在波の音圧分布において隣接する節及び腹に相当する。図２は、こうした排気管３の拡大断面図である。
【００１５】
図２に示すように、排気管３の管壁９には、位置Ｂにおいてその上下にそれぞれ１つ孔１０が形成されている。孔１０が形成されている部分には、同孔１０側ほど排気の流路断面積を減少させる絞り１１が形成されている。換言すれば、排気管３の絞り１１においてその流路断面積が最も小さくなる部分に孔１０が位置している。また、絞り１１は、排気管３の管壁９をその周方向全体にわたって内部に屈曲させることで形成されている。絞り１１が形成されている部分の外周面には、円筒状に形成されて同絞り１１を覆う外壁１２が固定されている。そして、この外壁１２の内周面と管壁９の外周面との間に密閉空間１３が形成されている。密閉空間１３と管壁９の内部とは、孔１０によって連通されている。なお、ここでは孔１０を定在波の音圧分布における節の位置Ａ及び腹の位置Ｃの中間と同節の位置Ａとの間の位置Ｂに形成するようにしているが、これは以下の理由による。すなわち、節の位置Ａ及び腹の位置Ｃの中間よりも同腹の位置Ｃ側の部分に孔を形成した場合には、同部分における音圧が相対的に高いため、音圧を十分に低下させることができず、節の位置を変更することが困難になるからである。
【００１６】
次に、図３を参照して、本実施形態の排気管３の共鳴抑制装置の作用について説明する。なお、同図では、横軸における起点が図１の接続部８の位置に相当し、同軸の位置Ｆが開口部４の位置に相当するように図１に対応させてその位置を設定している。
【００１７】
図３（ａ）に実線で示す波形は、図１で示した音圧分布の波形と同一である。すなわち、排気管３に孔１０が形成されていない場合における定在波の音圧分布を示しており、節が位置Ａに形成されている。なお、節の位置Ａでは、腹の位置Ｃよりも音圧が減少しているが、その音圧は大気圧よりも高い圧力に維持されている。また、図３（ｂ）に実線で示すように、同場合における共鳴振動の粒子速度は、音圧分布の腹の位置でほぼ０となり、腹から節側の位置になるほど上昇する。そして、節の位置で粒子速度が最大となる。
【００１８】
これに対して、図３（ａ）に一点鎖線で示すように、排気管３の管壁９において位置Ｂに孔１０を形成した場合には、排気管３内を流れる排気が孔１０から密閉空間１３に流出する。そのため、排気管３内の音圧が減少して、実際の節の位置が位置Ａから位置Ｂに移動する。なお、このとき、排気管３内の音圧が略大気圧となるまで低下することとなる。すなわち、孔１０が形成された場合の節の位置Ｂでは、孔１０が形成されていない場合の節の位置Ａと比較して音圧がより低下する。共鳴振動では、音圧が低下すると粒子速度が上昇する。そのため、図３（ｂ）に一点鎖線で示すように、同位置Ｂでは、その粒子速度が位置Ａにおける粒子速度よりも大きくなる。
【００１９】
そして、本実施形態では、孔１０が形成されている位置Ｂに絞り１１を形成している。そのため、図３（ｂ）に二点鎖線で示すように、絞り１１によって共鳴振動における粒子の移動が制限されることで、粒子速度が減少することとなる。これにより、図３（ａ）に二点鎖線で示すように気柱共鳴の音圧分布における音圧が全体的に減少して、気柱共鳴が抑制される。
【００２０】
以上説明した一実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）本実施形態では、定在波の音圧分布において隣接する節（位置Ａ）及び腹（位置Ｃ）の中間と、同節（位置Ａ）との間の範囲に孔１０を形成することにより、実際の節の位置、換言すれば絞り１１の位置を排気管３の配設状況に応じて変更するようにしている。したがって、共鳴振動を抑制するための絞り１１の位置が制約される場合であっても、その位置を変更することにより排気管３に生じる気柱共鳴を抑制することができるようになる。
【００２１】
なお、上記第一実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・上記実施形態では、排気管３の管壁９を内部に屈曲させることによって絞り１１を形成したが、管壁９の内壁から排気管３の内部に突出する部材を設けることによって絞り１１を形成する等してもよい。
【００２２】
・上記各実施形態の密閉空間１３を共鳴室として形成してもよい。こうした場合には、密閉空間１３の容積や孔１０の開口面積を変更して共鳴周波数を調節することで、特定の周波数領域における共鳴を抑制することができる。そのため、気柱共鳴をより抑制することができるようになる。
【００２３】
・上記各実施形態では、孔１０を２つ形成したが、孔の数はこれに限られず、１つでもよいし３つ以上でもよい。また、孔１０を、絞り１１における流路断面積が最も小さくなる部分に形成するようにしたが、排気管３において絞り１１が形成されている部分の管壁であれば、その形成する位置を適宜変更するようにしてもよい。
【００２４】
・上記各実施形態では、絞り１１の外周全体を覆うように外壁１２を設けたが、孔１０が形成された部分の管壁９の外周を覆うものであれば、絞り１１の外周の一部を外壁１２によって覆うようにしてもよい。
【００２５】
・上記各実施形態では、定在波の振動モードにおいて４次の振動モードを示したが、３次の振動モード等、他の振動モードであってもよい。
・上記各実施形態では、位置Ａの節及び位置Ｃの腹の中間と、同節の位置Ａとの間の位置Ｂに孔１０を形成したが、隣接する他の節及び他の腹の中間と同他の節との間の管壁に孔１０が形成されさえすれば、他の位置に孔１０を設けるようにしてもよい。
【００２６】
次に、上記各実施形態から想起される技術的思想について、その効果とともに以下に追記する。
（イ）前記定在波の振動モードが３次以上のモードである排気管の共鳴抑制装置。
【００２７】
上述したように、排気管における気柱共鳴の定在波の音圧分布において、隣接する節及び腹の中間と同節との間の管壁に孔を形成すれば、定在波の音圧分布の節の位置が、孔が形成されている位置に移動する。こうした移動は、振動モードが３次以上（節が３つ以上）であるときにより生じ易くなることを実験により確認している。そのため、上記構成によれば、共鳴振動を抑制するための絞りの位置が制約される場合であっても、気柱共鳴をより効果的に抑制することができるようになる。
【００２８】
（ロ）前記密閉空間が共鳴室である排気管の共鳴抑制装置。
密閉空間を共鳴室とする際には、その容積や孔の開口面積を変更して共鳴周波数を調節することで、特定の周波数領域における共鳴をヘルムホルツの共鳴原理による消音機能を通じて抑制することができる。すなわち、排気管の気柱共鳴による振動を共鳴室に伝達することで、同共鳴室内の空気の粘性抵抗によって振動を熱に変換することができる。したがって、上記構成によれば、排気管に生じる気柱共鳴をより抑制することができるようになる。
【００２９】
（ハ）前記絞り部は、前記排気管の管壁を内周側に屈曲させることによって形成されてなる排気管の共鳴抑制装置。
上記構成によれば、部品点数を増加することなく、より簡易な構成で排気管の共鳴抑制装置を製造することが可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１…内燃機関、２…燃焼室、３…排気管、４…開口部、５…車室、６…触媒コンバータ、７…燃料タンク、８…接続部、９…管壁、１０…孔、１１…絞り、１２…外壁、１３…密閉空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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