(57)【要約】【課題】排気管内を流れる排気の圧力脈動により生じた衝撃波で壁面が加振されると放射音を生じる放射音発生部が，排気管の途中又は下流端に存するエンジンの排気系において，軽量且つ低コストで上記放射音の発生を効果的に低減できるようにする。【解決手段】排気管４の，放射音発生部５よりも上流部４Ａには，その上流部での前記衝撃波の成長を抑えて該放射音発生部５からの前記放射音の発生を低減するための膨大管部１１が形成される。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管（４）内を流れる排気の圧力脈動により生じた衝撃波で壁面が加振されると放射音を生じる放射音発生部（５，６）が，排気管（４）の途中又は下流端に存するエンジンの排気系において，
前記排気管（４）の，前記放射音発生部（５，６）よりも上流部（４Ａ）には，その上流部（４Ａ）での前記衝撃波の成長を抑えて該放射音発生部（５，６）からの前記放射音の発生を低減するための膨大管部（１１）を形成したことを特徴とする，エンジンの排気系における放射音低減装置。
【請求項２】
前記膨大管部（１１）には，その内部の排気通路断面積を急激に増大変化させる通路断面積変化手段（１２）が設けられることを特徴とする，請求項１に記載のエンジンの排気系における放射音低減装置。
【請求項３】
前記膨大管部（１１）は，膨大筒部（１１ｍ）と，その膨大筒部（１１ｍ）の上，下流端をそれぞれ絞るように該上，下流端にそれぞれ連設された接続筒部（１１ａ，１１ｂ）とを一体に有して，内部に膨脹室（Ｃ）を備えており，その上流側の接続筒部（１１ａ）の内周には，膨大筒部（１１ｍ）より小径に形成され且つ下流端部（１２ｄ）が膨脹室（Ｃ）内にその中間部まで突入した内管（１２）が嵌合，接続され，該下流端部（１２ｄ）の外周と膨大筒部（１１ｍ）の内周との間に環状空隙（ｓ）が形成されることを特徴とする，請求項１に記載のエンジンの排気系における放射音低減装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，エンジンの排気系において，そこに設けられるフレキシブルチューブ，触媒コンバータ，主，副消音器等の機能部品から発する放射音を低減するための放射音低減装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記消音器等の機能部品が設けられるエンジンの排気系においては，それら消音器等の各上流側の排気管内で排気の圧力脈動により生じた排気管内音の衝撃波成分が成長して，その消音器等の内部をパルス状に加振し，これにより消音器等の壁面が加振されて壁面周囲の空気を振動させると，不快な高周波成分を含む放射音が発生することが，従来より知られている。
【０００３】
そして，斯かる放射音を低減するための技術手段が既に提案されている（例えば特許文献１を参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第２７４４８９６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，従来の上記放射音低減技術では，消音器等の外筒にグラスウール等の吸音材を特別に巻装したり，或いはその外筒を，内部に多数の隔壁を有する複雑な二重管構造としたりするものであった。
【０００６】
しかしながら，前者のものでは，吸音材の使用に伴うコスト増や重量増が問題となる上，その吸音材が早期に劣化する等の問題があり，一方，後者のものでは，消音器外筒の製作加工が面倒で製造コストが嵩み，量産性が悪い等の問題がある。
【０００７】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたものであり，軽量且つ低コストで上記放射音の発生を効果的に低減できるようにした，構造簡単なエンジンの排気系における放射音低減装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために，請求項１の発明は，排気管内を流れる排気の圧力脈動により生じた衝撃波で壁面が加振されると放射音を生じる放射音発生部が，排気管の途中又は下流端に存するエンジンの排気系において，排気管の，前記放射音発生部よりも上流部には，その上流部での前記衝撃波の成長を抑えて該放射音発生部からの前記放射音の発生を低減するための膨大管部を形成したことを特徴とする。この特徴によれば，上記膨大管部の特設により，放射音発生部よりも上流側での前記衝撃波の成長を抑制して，その放射音発生部からの前記放射音の発生を効果的に低減することができる。
【０００９】
また請求項２の発明は，請求項１の上記特徴に加えて，前記膨大管部には，その内部の排気通路断面積を急激に増大変化させる断面積変化手段が設けられることを特徴とし，さらに請求項３の発明は，請求項１の上記特徴に加えて，前記膨大管部が，膨大筒部と，その膨大筒部の上，下流端をそれぞれ絞るように該上，下流端にそれぞれ連設された接続筒部とを一体に有して，内部に膨脹室を備えており，その上流側の接続筒部の内周には，膨大筒部より小径に形成され且つ下流端部が膨脹室内にその中間部まで突入した内管が嵌合，接続され，該下流端部の外周と膨大筒部の内周との間に環状空隙が形成されることを特徴としている。この特徴によれば，膨大管部の内部において排気通路断面積を急激に増大変化させることができるから，放射音発生部より上流側での前記衝撃波の成長が効果的に抑えられる。
【００１０】
尚，本発明において，「放射音発生部」とは，エンジンの排気系に設けられて上記放射音の発生が問題となるフレキシブルチューブ，触媒コンバータ，主，副消音器等の機能部品が相当する。また本発明の「放射音」には，排気管のテールエンドからの排気の吐出音は含まれない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下，本発明の実施の形態を，添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【００１２】
本実施例は，本発明を直列四気筒エンジンを備えた車両に実施した場合であって，図１は，エンジンＥ及びその排気系Ｅｘの要部を示す側面図，図２は，図１の２矢視拡大図，図３は，図２の３−３線拡大断面図，図４は，図３の４−４線断面図，図５は，排気の圧力比と膨大管部の開口断面積比との関係を示すグラフ，図６は，フレキシブルチューブ内に衝撃波が入力された際の管内圧力の時系列圧力波形変化を示すグラフ，図７は，フレキシブルチューブからの放射音の周波数分布の一例を示すグラフ，図８は，膨大管部の配設部位を変更した別の実施例を示す図１対応図である。
【００１３】
図１において，車両Ｖの車体フレーム１上には，前後のエンジンマウントを介して，その車両Ｖの走行用のエンジンＥが横置きに搭載されている。このエンジンＥは，四サイクルの直列四気筒エンジンであって，その後側（図１の右側）には，４つの排気ポート２が並列して開口され，これらの排気ポート２に本発明に従う排気系Ｅｘが接続される。
【００１４】
前記排気系Ｅｘは，前記排気ポート２に上流端が一体に接続されるエキゾーストマニホールド３と，その下流端に接続される排気管４とを備えている。
【００１５】
その排気管４は，上流側の第１排気管部４Ａと，下流側の第２排気管部４Ｂとを備えており，エキゾーストマニホールド３と第１排気管部４Ａとの間には球面ジョイントＪが介在され，また，第１排気管部４Ａと第２排気管部４Ｂとの間にはフレキシブルチューブ５が介在され，さらに第２排気管部４Ｂの途中には，触媒コンバータ６と副消音器（図示せず）と主消音器（図示せず）とがこの順序で互いに間隔をおいて直列に介装されている。
【００１６】
次に図２，３を併せて参照して，排気管４の構造を説明する。第１排気管部４Ａは，中空の二重管よりなる耐熱剛性材（例えば鋳鉄）製の第１排気管部本体１０と，その上流端に接続される耐熱剛性材（例えばステンレス）製の膨大管部１１とで構成される。
【００１７】
その膨大管部１１は，その軸線方向中央部に位置する膨大筒部１１ｍと，この膨大筒部１１ｍの両端に一体に連なる各々先細りテーパ状の接続筒部１１ａ，１１ｂとを備えていて，その内部空間が膨脹室Ｃとなっている。上流側の接続筒部１１ａの先端部，即ち膨大管部１１の入口端は，球面ジョイントＪの後述する第２接続フランジｆ２の下流端に全周に亘って気密に嵌合接続（溶接）される。また下流側の接続筒部１１ｂの先端部，即ち膨大管部１１の出口端は，第１排気管部本体１０の上流端に同じく全周に亘って気密に嵌合接続（溶接）される。
【００１８】
前記膨大管部１１には，上流側接続筒部１１ａの先端部の内径と略等径の，即ち膨大筒部１１ｍと比べ十分に小径の円筒管よりなる内管１２が内装される。この内管１２は，膨大管部１１の内部で排気通路断面積を急激に増大させるための通路断面積変化手段として機能するものであって，図示例ではその上流端が膨大管部１１の上流側接続筒部１１ａの先端部に全周に亘って気密に嵌合接続（溶接）される。
【００１９】
そしてその内管１２の下流端部１２ｄは膨脹室Ｃ内に，膨大筒部１１ｍの略中央領域まで突入しており，その内管１２の突入部外周面と，膨大管部１１（特に膨大筒部１１ｍ及び上流側接続筒部１１ａ）の内周面との間には環状の空隙ｓが介在している。
【００２０】
而して膨大管部１１は，放射音発生部としてのフレキシブルチューブ５よりも上流側の排気管４（即ち第１排気管部４Ａ）に形成されるものであって，本発明の膨大管部を構成している。
【００２１】
ところで，排気系Ｅｘは，前記球面ジョイントＪとフレキシブルチューブ５との併設により，車両Ｖの走行，特にその急発進，急加速，急減速などの走行により，エンジンＥが大きくローリング振動すなわちローリング変位した際に，この変位を効果的に吸収して，エンジンＥのローリング変位に起因する車両振動を可及的に低減することができるものであって，以下に，排気管４より上流側の排気系Ｅｘの構成を具体的に説明する。
【００２２】
図２，３に明瞭に示すように，エキゾーストマニホールド３の４本の分配管３ａは，それらの上流端がエンジンＥの４つの排気ポート２にそれぞれ接続されてエルボ状に湾曲され，下流側に向かって漸次集合しつつ，前記エンジンＥの後面に隣接して下向きに延びており，それらの下流端部が下向きに開口して，その下流端部は，一つの排気集合部３ｂに一体に接続されている。そして，この排気集合部３ｂは，図１に示すように，エンジンＥの後面に近いところで，前記球面ジョイントＪを介して前記第１排気管部４Ａの上流端（図示例では膨大管部１１の上流端）に接続される。
【００２３】
図３，４に示すように，前記球面ジョイントＪは，排気マニホールド側のジョイント半体を構成する第１接続フランジｆ１と，排気管側のジョイント半体を構成する第２接続フランジｆ２と，それら両フランジｆ１，ｆ２間に気密に挟持されるガスケットＧとを備える。このガスケットＧは，カーボン等の耐熱材により形成されて，その中央に排ガス流通用の開口Ｇａを有すると共にその一側面にその開口を囲む球面部Ｇｂを有している。そして，このガスケットＧは，その平坦な他側面Ｇｃが，前記第１接続フランジｆ１に接触され，また前記球面部Ｇｂは，第２接続フランジｆ２に形成した球面状の座面に摺動自在に接触される。第１，第２接続フランジｆ１，ｆ２の相互間は，複数組のボルト・ナット７によりバネ８を介して弾発的に連結されている。
【００２４】
前記球面ジョイントＪの第１接続フランジｆ１の中央部には，前記エキゾーストマニホールド３の下流端の排気集合部３ｂが気密に嵌合接続（溶接）される。また第２接続フランジｆ２の中央部には，第１の排気管部４Ａの，上向きに開口する上流端（膨大管部１１の上流端）が一体に連通接続されている。したがって，エキゾーストマニホールド３を流れる排ガスは，球面ジョイントＪを通って第１排気管部４Ａに流れる。
【００２５】
前記球面ジョイントＪの第１接続フランジｆ１は，ステー９を介してエンジンＥの後面に着脱可能に固着されている。従ってエンジンＥが，前記ローリング変位をするときには，第１接続フランジｆ１に対してガスケットＧを介して第２接続フランジｆ２が回転変位する。
【００２６】
前述のように，上流端が前記球面ジョイントＪに接続される第１排気管部４Ａの排気管部本体１０は，エンジンＥ側に向かって凸に湾曲する湾曲部を有して，その上流側半部がエンジンＥに対して下向きに延び，且つその下流側半部がエンジンＥに対して後方に延びており，側面視でエルボ状に形成されている。そして，第１排気管部４Ａの，後方に向けて開放される下流端には，前記フレキシブルチューブ５の前端が全周に亘って気密に嵌合接続（溶接）されている。
【００２７】
このフレキシブルチューブ５は，前後方向に伸縮可能な蛇腹状に形成されるものであって，その伸縮変形により，エンジンＥのローリング変位のうち主として前後方向の成分を吸収する。フレキシブルチューブ５の蛇腹状の壁面５ｗの外周には，図示例では金属メッシュの保護ブレード１５が巻装されるが，この保護ブレードは省略してもよい。尚，前記フレキシブルチューブ５は，従来公知のものが採用されるので，これ以上の詳細な説明を省略する。
【００２８】
前記フレキシブルチューブ５の下流端に接続される第２排気管部４Ｂは，車両Ｖの前後方向に略水平に延長されており，その途中には，触媒コンバータ５が接続され，さらにその触媒コンバータ５より下流側の第２排気管部４Ｂには，図示しない副消音器及び主消音器が接続され，その主消音器の出口側には，大気に開口するテールパイプ（図示せず）が連通接続される。
【００２９】
尚，図示例では，第２排気管部４Ｂの上流端部が弾性支持手段１４を介して車両Ｖの車体に支持されている。
【００３０】
次に，この実施例の作用について説明する。
【００３１】
エンジンＥの運転により発生する排気ガスは，エキゾーストマニホールド３，球面ジョイントＪ，第１排気管部４Ａ，フレキシブルチューブ５，第２排気管部４Ｂの上流部，触媒コンバータ６，第２排気管部４Ｂの下流部および図示しない副消音器及び主消音器を通り，その間に，ＨＣ，ＣＯなどの有害成分が浄化されると共に排気音が消音されて，大気に放出される。
【００３２】
ところで，車両Ｖの走行，特にその急発進時，急加速時，急減速時などには，エンジンＥは，前述のようにローリング変位するが，このローリング変位は，前記球面ジョイントＪの第１，第２接続フランジｆ１，ｆ２の相対的な回転変位により効果的に吸収される。即ち，この球面ジョイントＪはエンジンＥに近接した位置でエキゾーストマニホールド３と第１排気管部４Ａとの間に配置されるので，この球面ジョイントＪはエンジンＥのローリング軸に可及的に近づけて配置されることになり，エンジンＥが大きくローリング変位した場合にも，球面ジョイントＪの少ない回転変位により，その大きなローリング変位を確実に吸収でき，その変位がフレキシブルチューブ５に伝達されるのを防止できる。従ってそのフレキシブルチューブ５の長さは，車両Ｖの通常の走行時に発生する，前記ローリング変位の前後方向の変位成分を吸収すれば足りる程度の比較的短い長さに設定可能となり，コスト節減と耐久性向上が図られる。
【００３３】
また排気管４の前記膨大管部１１は，排気の圧力脈動により生じた排気管内音の衝撃波で壁面が加振されると放射音を生じる放射音発生部としてのフレキシブルチューブ５より上流側に位置している。そして，この膨大管部１１の内部において排気が内管１２の下流端部１２ｄより膨脹室Ｃ内に流出する過程で，排気通路断面積を急激に増大変化させて排気を急膨脹させ，前記衝撃波を減衰させることができ，これにより，該チューブ５より上流側での前記衝撃波の成長が効果的に抑えられて，該チューブ５からの前記放射音の発生が効果的に低減される。
【００３４】
このような膨大管部１１の特設による放射音の低減効果は，本発明者が行なった実験により確認された。ここで膨大管部１１の直上流の排気圧力（入口側の圧力）に対する，放射音発生部としてのフレキシブルチューブ５の直上流の排気圧力（出口側の圧力）の圧力比は，排気管内音の衝撃波の強さを表す指標となるものであって，その圧力比が小さい程，衝撃波が小さいことを示している。
【００３５】
そこで内管１２の内径をＡとし，膨大管部１１の膨大筒部１１ｍの内径をＢとした場合に，（Ｂ／Ａ）２　で表される開口断面積比（所謂Ｍ比と呼ばれる）と，上記圧力比との関係を実機により確認すると，図５のようなグラフが得られた。このグラフによれば，圧力比は開口断面積比が大きくなるほど低下し，開口断面積比が１〜１．５の範囲では最大であった。この結果から，開口断面積比が大きい，即ち膨大管部１１における排気通路断面積の急増変化比率が大きいほど圧力比が低下，即ち衝撃波が低減されて，放射音の低減効果が良好であることが確認された。尚，前記グラフにおいて，プロットａは従来例に対応するものであってＡ，Ｂ共に４８．６ミリであり，またプロットｂはＡが４８．６ミリでＢが６０ミリであり，またプロットｃはＡが４８．６ミリでＢが７０ミリであり，さらにプロットｄはＡが４８．６ミリでＢが９０ミリである。
【００３６】
また図６は，上記各プロット条件において，フレキシブルチューブ５内に衝撃波が入力された際の管内圧力の時系列圧力波形変化を示しており，さらに図７は，プロットａ，ｃの条件でのフレキシブルチューブ５からの放射音の周波数分布（エンジン回転数は４０００ｒｐｍ　）を示している。これらのグラフからも，膨大管部１１の特設により排気管内音の衝撃波が低減されて，放射音の低減効果が良好であることが判る。
【００３７】
以上のような膨大管部１１の特設によるフレキシブルチューブ５の放射音の低減効果は，放射音発生部すなわちフレキシブルチューブ５から膨大管部１１までの排気通路長さが長過ぎると悪化することが実験で確認された。これは，その排気通路長さが所定限界長さを超えると，その間で前記衝撃波が再度大きく成長して放射音発生部を加振するためと考えられる。また，前記排気通路長さが所定限界長さ以下であれば，その長短に関係なく膨大管部による放射音の低減効果が十分得られることも実験により確認された。
【００３８】
図８には，膨大管部を前記実施例とは別の部位に配置した実施例が示される。例えば，図８の（Ａ）では，膨大管部１１が放射音発生部としてのフレキシブルチューブ５の直上流に配設されており，この配置では，フレキシブルチューブ５及び他の放射音発生部としての触媒コンバータ６からの各放射音の低減に有効である。
【００３９】
また図８の（Ｂ）では，膨大管部１１が放射音発生部としてのフレキシブルチューブ５の直下流（即ち触媒コンバータ６の直上流）に配設されており，この配置では，触媒コンバータ６からの放射音の低減に有効であるが，フレキシブルチューブ５からの放射音の低減には有効ではない。
【００４０】
また，触媒コンバータ６下流に位置する図示しない消音器からの放射音を低減するためには，該消音器から上流側に膨大管部を設けるようにし，その際には，該消音器と膨大管部との間の排気通路長さが前記所定限界長さを超えないようにする。
【００４１】
以上，本発明の一実施例について説明したが，本発明はその実施例に限定されることなく，本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。
【００４２】
たとえば，前記実施例では，本発明にかかる排気系における放射音低減装置を直列四気筒の四サイクルエンジンに実施した場合を説明したが，これを他の型式のエンジンにも実施できることは勿論である。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば，排気管内を流れる排気の圧力脈動により生じた衝撃波で壁面が加振されると放射音を生じる放射音発生部が，排気管の途中又は下流端に存するエンジンの排気系において，放射音発生部よりも上流側の排気管に設けた膨大管部により，放射音発生部より上流側での前記衝撃波の成長を抑えて，その放射音発生部からの前記放射音の発生を効果的に低減できる。しかも放射音発生部よりも上流側の排気管に上記膨大管部を設けるだけの比較的簡単な構造で前記効果が得られ，放射音発生部たる消音器等の機能部品の周壁を特別に改造したりグラスウール等の吸音材を特別に用いる必要はないことから，放射音低減装置の特設によるコスト増と重量増を極力抑えることができ，またその放射音低減効果が長期に亘り有効に発揮される。
【００４４】
また特に請求項２，３の発明によれば，膨大管部の内部において排気通路断面積を急激に増大変化させることができるから，放射音発生部より上流側での前記衝撃波の成長が効果的に抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジンＥ及びその排気系Ｅｘの要部を示す側面図
【図２】図１の２矢視拡大図
【図３】図２の３−３線拡大断面図
【図４】図３の４−４線断面図
【図５】排気の圧力比と膨大管部の開口断面積比との関係を示すグラフ
【図６】フレキシブルチューブ内に衝撃波が入力された際の管内圧力の時系列圧力波形変化を示すグラフ
【図７】フレキシブルチューブからの放射音の周波数分布の一例を示すグラフ
【図８】膨大管部の配設部位を変更した別の実施例を示す図１対応図
【符号の説明】
４・・・・排気管
４Ａ・・・第１排気管部（上流部）
４Ｂ・・・第２排気管部
５・・・・フレキシブルチューブ（放射音発生部）
６・・・・触媒コンバータ（放射音発生部）
１１・・・膨大管部
１１ａ・・上流側の接続筒部
１１ｂ・・下流側の接続筒部
１１ｍ・・膨大筒部
１２・・・内管（通路断面積変化手段）
１２ｄ・・下流端部
Ｃ・・・・膨脹室
Ｅ・・・・エンジン
Ｅｘ・・・排気系
ｓ・・・・環状空隙
【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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【図７】
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【図８】
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