(57)【要約】【課題】車両の床下レイアウトによってマフラーの設置位置が制約される場合にも、排気の共鳴騒音を好適に抑えることのできる排気消音装置を提供する。【解決手段】排気消音装置は、消音器であるマフラー１４と、排気通路１０の通路断面積を局所的に縮小する絞り部１５とを有する。マフラー１４は、排気通路１０におけるその上流端からの距離が排気通路全長Ｌの３分の２の位置よりも下流側の位置に設置される。絞り部１５は、排気通路１０の下流端に設置され、同下流端における排気通路１０の通路断面積を、排気通路１０にあってその上流端からの距離が排気通路全長Ｌの３分の１の位置よりも小さくすることで、排気通路１０の全体を気柱とした２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の下流側の腹部の位置を、マフラー１４の設置位置に近づく側に移動させる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路にあってその上流端からの距離が同排気通路の全長の３分の１の位置、および同排気通路の下流端のいずれか一方の通路断面積が他方よりも小さくされるとともに、前記排気通路における前記上流端からの距離が同排気通路の全長の３分の１の位置よりも下流側の部分にあって、前記他方よりも前記一方に近い位置にマフラーが設置された、
ことを特徴とする排気消音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気音を低減するための排気消音装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、車両では、排気通路に設置されたマフラーにより、排気音の低減を図っている（特許文献１など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２５７４１８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、エンジンから排気通路に入射する音波の周波数が特定の周波数（共振周波数）となると、エンジンからの入射波と排気通路の大気開放端からの反射波とが重なって気柱共鳴が発生する。そして、音圧振動の節数が２つの２節モード気柱共鳴は、排気音が問題となり易いエンジンの低回転域で発生するため、それに起因した排気音（共鳴騒音）の抑制が特に重要となっている。
【０００５】
排気通路を直管と見做した場合、２節モード気柱共鳴の音圧振動波形は、排気通路の上流端と、同排気通路にあってその上流端からの距離が排気通路全長の３分の２の位置と、に音圧振動の振幅が極大となる腹部を有する。また、同音圧振動波形は、排気通路にあってその上流端からの距離が排気通路全長の３分の１の位置と、同排気通路の下流端（大気開放端）と、に音圧振動の振幅がほぼ零となる節部を有する。
【０００６】
マフラーは、音圧振動の振幅が大きい位置に設置するほど、大きな消音効果が得られる。したがって、２節モード気柱共鳴に起因した共鳴騒音の抑制のための理想的なマフラーの設置位置は、上記音圧振動波形の腹部の位置、すなわち排気通路にあってその上流端からの距離が排気通路全長の３分の１の位置となる。しかしながら、車両の床下レイアウトによっては、そうした理想的な位置にマフラーを設置できないことがある。そうした場合、マフラー自体により高い消音性能を持たせなければ、２節モード気柱共鳴に起因した共鳴騒音を十分に抑制できなくなり、マフラーの容量や重量、コストの増大を招いてしまう。
【０００７】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、車両の床下レイアウトによってマフラーの設置位置が制約される場合にも、排気の共鳴騒音を好適に抑えることのできる排気消音装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する排気消音装置では、排気通路にあってその上流端からの距離が同排気通路の全長の３分の１の位置、および同排気通路の下流端のいずれか一方の通路断面積が他方よりも小さくされている。そして、排気通路におけるその上流端からの距離が同排気通路の全長の３分の１の位置よりも下流側の部分にあって、上記他方よりも上記一方に近い位置に、すなわち通路断面積がより小さくされた側に近い位置にマフラーが設置されている。
【０００９】
排気音の伝達媒体となる排気の、気柱共鳴の発生時における粒子振動の振幅は、音圧振動波形の腹部において極小となり、その節部において極大となる。ここで、２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の上流側の節部の位置と、下流側の節部の位置とで、排気通路の通路断面積を異ならせると、通路断面積がより小さくされた側の節部の位置では、もう一方の節部の位置よりも、排気の流動抵抗が高くなり、粒子振動の振幅が小さくなる。そうした場合、両節部の間において粒子振動の振幅が極小となる位置が、すなわち音圧振動波形の腹部の位置が、両節部の中央位置よりも、通路断面積がより小さくされた側の節部に近い位置となる。
【００１０】
上記排気消音装置では、２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の上流側の節部、下流側の節部がそれぞれ位置する、排気通路にあってその上流端からの距離が同排気通路の全長の３分の１の位置、および同排気通路の下流端の通路断面積が異ならされている。そのため、２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の下流側の腹部の位置が、本来の位置から、すなわち排気通路にあってその上流端からの距離が同排気通路の全長の３分の２の位置から、通路断面積がより小さくされた側の節部の位置側に移動するようになる。
【００１１】
一方、上記排気消音装置では、排気通路におけるその上流端からの距離が同排気通路の全長の３分の１の位置よりも下流側の部分にあって、上記上流側、下流側の節部のうちの通路断面積がより小さくされた側の節部に近い位置にマフラーが設置されている。そのため、マフラーは、その設置位置が本来の理想位置、すなわち２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の下流側の腹部の本来の位置からずれているにも関わらず、同気柱共鳴に起因した共鳴騒音に対する消音効果を発揮するようになる。したがって、上記のように構成された排気消音装置によれば、車両の床下レイアウトによってマフラーの設置位置が制約される場合にも、排気の共鳴騒音を好適に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は、第１実施形態の排気消音装置の全体構造を模式的に示す略図であり、（ｂ）は、同排気消音装置におけるマフラーおよび絞りの設置位置を説明するための説明図である。
【図２】絞り部のない排気消音装置の比較例の模式構造、２節モード気柱共鳴の発生時の排気通路内の音圧振動波形および粒子振動振幅を併せ示す図。
【図３】第１実施形態の排気消音装置の模式構造、２節モード気柱共鳴の発生時の排気通路内の音圧振動波形および粒子振動振幅を併せ示す図。
【図４】排気消音装置の第１実施形態および上記比較例における、音圧レベルとエンジン回転速度との関係を示すグラフ。
【図５】第２実施形態の排気消音装置の模式構造、２節モード気柱共鳴の発生時の排気通路内の音圧振動波形および粒子振動振幅を併せ示す図。
【図６】通路断面積を可変とする可変バルブにより絞り部を構成した排気消音装置の変形例について、その絞り部周辺の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、排気消音装置の第１実施形態を、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）に示すように、本実施形態の排気消音装置が適用されるエンジンは、そのエンジン本体１１（シリンダーヘッド）内に形成された排気ポート１２と、その排気ポート１２に接続された排気管１３とにより構成された排気通路１０を備える。そして、その排気通路１０には、マフラー１４と絞り部１５とが設けられている。
【００１４】
マフラー１４は、排気音の低減するための消音器であり、吸収材により排気音を吸収する吸収型消音構造、拡張室での排気の膨張により音圧を低減する拡張型消音構造、共鳴室での共鳴干渉により消音を行う共鳴型消音構造などの消音構造を１つ以上備える。図１（ｂ）に示すように、マフラー１４は、排気通路１０にあって、その上流端からの距離が同排気通路１０の全長（以下、排気通路全長Ｌと記載する）の３分の２の位置よりも下流側、かつ同排気通路１０の下流端（大気開放端）よりも上流側の部分に設置されている。
【００１５】
一方、絞り部１５は、排気通路１０にあって、その通路断面積が局所的に縮小された部分、すなわち排気管１３の他の部分よりも排気通路１０の通路断面積が小さくされた部分である。図１（ｂ）に示すように、この排気消音装置では、そうした絞り部１５が、排気通路１０の下流端に設置されている。
【００１６】
続いて、以上のように構成された本実施形態の排気消音装置の作用を説明する。
排気通路１０には、排気バルブの開弁に応じて、燃焼室内での燃料の燃焼により発生する音波が入射する。この音波の周波数は、エンジン回転速度によって変化する。そして、そうした音波の周波数が、特定の周波数（排気通路１０の共振周波数）となると、エンジンからの入射波と排気通路１０の大気開放端からの反射波とが重なって気柱共鳴が発生し、排気音の音圧レベルが大きくなる。特に、音圧振動の節数が２つの２節モード気柱共鳴は、排気音が問題となり易いエンジンの低回転速度域で発生するため、それに起因した排気音（共鳴騒音）の抑制が重要となっている。
【００１７】
図２に示すように、排気通路１０に絞り部１５が設けられていない場合、排気通路１０における２節モード気柱共鳴の音圧振動波形は、音波の入射位置である排気通路１０の上流端と、同上流端からの距離が排気通路全長Ｌの３分の２の位置とにそれぞれ腹部を有する。また、同音圧振動波形は、排気通路１０の上流端からの距離が排気通路全長Ｌの３分の１の位置と、排気通路１０の下流端とに、それぞれ節部を有する。なお、２節モード気柱共鳴における、音波の伝達媒体である排気の粒子振動の振幅は、上記音圧振動波形の２つの節部においてそれぞれ極大となる。
【００１８】
こうした２節モード気柱共鳴に起因した共鳴騒音を効果的に抑制するには、マフラー１４の設置位置を、上記音圧振動波形の腹部の位置、すなわち排気通路１０にあってその上流端からの距離が排気通路全長Ｌの３分の２となる位置とするのが理想である。しかしながら、車両の床下レイアウトによっては、本実施形態の排気消音装置のように、そうした理想の設置位置よりも排気通路１０における下流側の位置にしか、マフラー１４を設置できないことがある。そうした場合、２節モード気柱共鳴の共鳴騒音を十分抑制するため、高い消音能力を有したマフラー１４が必要となり、マフラー１４の容量や重量、コストの増大を招いてしまう。
【００１９】
図３に示すように、本実施形態の排気消音装置では、上記絞り部１５の設置により、排気通路１０における、２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の下流側の節部の位置の通路断面積が、同音圧振動波形の上流側の節部の位置よりも小さくされている。通路断面積がより小さくされた上流側の節部の位置では、下流側の節部の位置よりも、排気の流動抵抗が大きいため、粒子振動の振幅がより小さくなる。そのため、こうした本実施形態の排気消音装置では、両節部の間において粒子振動の振幅が極小となる位置が、すなわち音圧振動波形の下流側の腹部の位置が、両節部の中央位置よりも、通路断面積がより小さくされた側の節部の側に移動する。本実施形態の排気消音装置では、そうした腹部の位置が、マフラー１４の設置位置まで移動するように、絞り部１５の通路断面積が設定されている。
【００２０】
図４に、本実施形態および上記比較例の排気消音装置における排気音の音圧レベルとエンジン回転速度との関係を示す。上記比較例では、２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の腹部の位置にマフラー１４が設置されていないため、同２節モード気柱共鳴に起因した共鳴騒音の抑制が不十分となる。そのため、同図に点線で示すように、２節モード気柱共鳴が発生するエンジン回転速度域において、排気音の音圧ピークが現れてしまう。
【００２１】
これに対して、本実施形態では、絞り部１５の設置により、２節モード気柱共鳴の位置がマフラー１４の設置位置まで移動されている。そのため、２節モード気柱共鳴に起因した共鳴騒音が効果的に抑えられており、同図に実線で示すように、比較例の場合のような音圧ピークは現れないようになる。
【００２２】
以上の本実施形態の排気消音装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態の排気消音装置には、排気通路１０の下流端の通路断面積が、排気通路１０にあってその上流端からの距離が排気通路全長Ｌの３分の１の位置よりも小さくされている。すなわち、排気通路１０にあって、その全体を気柱とした２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の上流側の節部が位置する部分の通路断面積が、同音圧振動波形の下流側の節部が位置する部分の通路断面積よりも小さくされている。そして、排気通路１０におけるその上流端からの距離が排気通路全長Ｌの３分の１の位置よりも下流側の部分にあって、上記下流側の節部の位置よりも上記上流側の節部の位置に近い位置に、マフラー１４が設置されている。そのため、車両の床下レイアウトによってマフラー１４の設置位置が制約される場合にも、２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の腹部の位置にマフラー１４を位置させることが可能となり、排気の共鳴騒音を好適に抑えられる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、排気消音装置の第２実施形態を、図５を併せ参照して詳細に説明する。なお本実施形態にあって、上記実施形態と共通する構成については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００２４】
図５に示すように、本実施形態の排気消音装置が適用されるエンジンの排気通路１０にも、消音器であるマフラー１４と、排気通路１０の通路断面積を局所的に縮小する絞り部１５とが設けられている。ただし、本実施形態の排気消音装置では、マフラー１４は、排気通路１０にあってその上流端からの距離が排気通路全長Ｌの３分の１の位置よりも下流側、かつ同距離が排気通路全長Ｌの３分の２の位置よりも上流側の部分に設置されている。一方、絞り部１５は、排気通路１０にあって、その上流端からの距離が排気通路全長Ｌの３分の１の位置に設置されている。
【００２５】
こうした本実施形態では、絞り部１５は、２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の上流側の節部の位置に位置される。この場合、そうした絞り部１５での粒子振動振幅の縮小により、音圧振動波形の下流側の腹部の位置が、絞り部１５が設けられた節部の側、すなわち排気通路１０における上流側に移動する。本実施形態の排気消音装置では、そうした腹部の位置が、マフラー１４の設置位置まで移動するように、絞り部１５の通路断面積が設定されている。そのため、本実施形態の排気消音装置によっても、車両の床下レイアウトによってマフラー１４の設置位置が制約される場合にも、２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の腹部の位置にマフラー１４を設置することが可能となり、排気の共鳴騒音を好適に抑えられる。
【００２６】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・図６に示すような可変バルブ１６によって、上記各実施形態の排気消音装置の絞り部１５を構成するようにしてもよい。この可変バルブ１６は、排気管１３内に設置され、その設置位置における排気通路１０の通路断面積をその開閉に応じて増減する。そして、２節モード気柱共鳴が発生するエンジン回転速度域では、可変バルブ１６を閉じて絞り部として機能させるとともに、それ以外のときには、可変バルブ１６を開いて、通路断面積の縮小に伴う排気圧の増大を抑えるようにすることができる。
【００２７】
・上記実施形態では、２節モード気柱共鳴の音圧振動波形の下流側の腹部がマフラー１４の設置位置まで移動するように、絞り部１５の通路断面積を設定していた。尤も、上記腹部の位置とマフラー１４の位置とが完全に一致しなくとも、それらの位置のずれが小さくなれば、２節モード気柱共鳴による共振騒音に対するマフラー１４の消音効果は高くなる。よって、それらの位置が完全に一致せずとも、それらの位置のずれがより小さくなるように絞り部１５の通路断面積が設定されていれば、車両の床下レイアウトによる設置位置の制約により、２節モード気柱共鳴の共振騒音に対するマフラー１４の消音効果の低下が抑えられ、排気の共鳴騒音のより好適な抑制が可能となる。
【００２８】
・マフラー１４および絞り部１５だけでは、カバーし切れない周波数域がある場合などには、さらにそうした周波数域の音圧レベルを低減するサブマフラー等の追加の消音構造を排気通路１０に設置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１０…排気通路、１１…エンジン本体、１２…排気ポート（排気通路）、１３…排気管（排気通路）、１４…マフラー、１５…絞り部、１６…可変バルブ（絞り部）。
【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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【図６】
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