(57)【要約】【課題】エンジンより発生する排気脈動波形が衝撃波に変化する前に管内圧力レベルを低減するとともに走り出し時のこもり音を低減することが可能な自動車用排気装置を提供することにある。【解決手段】エンジンのエキゾーストマニフォールドに接続される排気管に、前記エキゾーストマニフォールド側から吐出側に向かって、コンバータ、拡張型のサブマフラーおよびメインマフラーを順次配設して成る自動車用排気装置において、前記サブマフラーは、上流側に吸音室を設けるとともに、該吸音室を介して前記コンバータの下流側に一体的に連設されていることを特徴とする。【選択図】　　　図１
2004003417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのエキゾーストマニフォールドに接続される排気管に、前記エキゾーストマニフォールド側から吐出側に向かって、コンバータ、拡張型のサブマフラーおよびメインマフラーを順次配設して成る自動車用排気装置において、
前記サブマフラーは、上流側に吸音室を設けるとともに、該吸音室を介して前記コンバータの下流側に一体的に連設されている
ことを特徴とする自動車用排気装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバータ、拡張型のサブマフラーおよびメインマフラーを順次配設して成る自動車用排気装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の自動車用排気装置としては、図５に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
自動車用排気装置１は、エンジン２のエキゾーストマニフォールド３に接続されるフロントチューブ４と、このフロントチューブ４に取り付けられるコンバータ５と、このコンバータ５の下流側に接続されるセンターチューブ６と、このセンターチューブ６に取り付けられる拡張型のサブマフラー（センターマフラー）７と、この拡張型のサブマフラー７の下流側に取り付けられるメインマフラー（リヤマフラー）８と、このメインマフラー８の下流側に接続されるテールチューブ９とで構成されている。
【０００３】
エンジン２より発生する排気脈動圧の波形は、図６に示すように、自動車用排気装置１の後方に進むにつれ、サインカーブ状の波形が切り立ってピーク部が尖った衝撃波に変化し、メインマフラー８でメインマフラー８を構成するシェル、エンドプレートを加振し、放射音レベルが悪化するとともに、テールチューブ９より吐出音としてバリ音、割れ音を発生し、音色が悪くなるという問題があった。
【０００４】
そこで、従来、このような問題点を解決するために、下記のような解決策が施されていた。
バリ音、割れ音の対策としては、下記の３つの対策が知られている。
１）サブマフラー７およびメインマフラー８の拡張容量をアップして拡散させる。
【０００５】
２）サブマフラー７およびメインマフラー８内に吸音材を充填してバリ音、割れ音を低減する。
３）通気抵抗をアップ（背圧をかける）してエネルギーを低減する。
放射音の対策としては、下記の３つの対策が知られている。
１）メインマフラー８を構成するシェル、エンドプレートの板厚をアップして剛性を高める。
【０００６】
２）メインマフラー８を構成するエンドプレートのビード形状をチューニングして剛性を高める。
３）メインマフラー８内の部屋割りを行ってチューニングする。
【特許文献１】
実開平５−３２７１３号公報（図５）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した解決策は、きわめて個別的であり、車種ごと、機種ごとにその都度、フルチューニングしなければならず、煩わしい作業であった。
また、走り出し時（〜２０００ｒｐｍ）のこもり音は、システム全長の２次共鳴が一般的であり、共鳴のエネルギーを減衰するには、大容量の共鳴室の設定、もしくはマフラー本体の大容量化が必要となり、重量、搭載性に問題があった。本発明は斯かる従来の問題点を解決するために為されたもので、その目的は、エンジンより発生する排気脈動波形が衝撃波に変化する前に管内圧力レベルを低減するとともに走り出し時のこもり音を低減することが可能な自動車用排気装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、エンジンのエキゾーストマニフォールドに接続される排気管に、前記エキゾーストマニフォールド側から吐出側に向かって、コンバータ、拡張型のサブマフラーおよびメインマフラーを順次配設して成る自動車用排気装置において、前記サブマフラーは、上流側に吸音室を設けるとともに、該吸音室を介して前記コンバータの下流側に一体的に連設されていることを特徴とする。
【０００９】
（作用）
次に、本発明の自動車用排気装置の原理を説明する。
先ず、図７に基づいて排気系内脈動圧力分布について説明する。
ここでは、センターマフラー（サブマフラー）を共鳴室、拡張室、吸音室の３種類に分け、センターマフラーの前後の圧力１，２とリヤマフラー（メインマフラー）の流入側の圧力３を測定した。
その結果、センターマフラー以降の排気脈動圧力は、センターマフラー構造を共鳴室としたシステムが最も悪く、吸音室としたシステムが最も良いことが確認できた。
【００１０】
すなわち、センターマフラー構造を吸音室としたシステムでは、脈動圧力レベルが低く、かつ脈動圧力波形が切り立っていない（衝撃波に成長していない）ことが確認できる。
図８は、センターマフラー構造差によるリヤマフラーシェル放射音特性への影響を示す図である。
【００１１】
図８からも図７における結果が裏付けられている。
以上のことから、センターマフラーを吸音室とすることによって、排気脈動圧力が低減できることが確認できた。
次に、自動車排気装置のシステム全長の共鳴モードについて説明する。
図９は、５０Ｈｚ付近の共鳴モードを示す図である。
【００１２】
図９に示すように、拡張型のサブマフラー（センターマフラー）７およびメインマフラー（リヤマフラー）８は、共鳴のエネルギーを減衰し難い音圧比の低い位置に設置されていることが分かる。
次に、図５に示す従来の自動車用排気装置１の拡張型のサブマフラー（センターマフラー）７をコンバータ５側へ移動した場合の音圧モードについて検討する。
【００１３】
図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）は、音圧モード分析結果（〜２００Ｈｚ）を示す。
図１０（Ａ）は、図５に示す従来の自動車用排気装置１の音圧モードを示す。図１０（Ｂ）は、図５に示す従来の自動車用排気装置１の拡張型のサブマフラー（センターマフラー）７をコンバータ５と一体化（前出し化）した場合の音圧モードを示す。
【００１４】
図１０（Ｂ）から明らかなように、拡張型のサブマフラー（センターマフラー）７をコンバータ５と一体化（前出し化）することにより、１６８Ｈｚの全長共鳴が低周波領域から移動し（無くなり）、低周波域の消音量が増加したことが確認できる。
図１０（Ｃ）は、図５に示す従来の自動車用排気装置１の拡張型のサブマフラー（センターマフラー）７をコンバータ５と一体化（前出し化）するとともに、拡張型のセンターマフラー７内に吸音材を充填し、吸音構造とした場合の音圧モードを示す。
【００１５】
図１０（Ｃ）から明らかなように、図１０（Ｂ）に示す自動車用排気装置と比較して、共鳴周波数は類似しているものの、低周波域の消音量が減少していることが確認できる。
図１１は、図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示す音圧モード分析結果に基づく挿入損失と周波数との関係を示すＩＬ特性である。
【００１６】
図１０（Ｂ）に示すように、拡張型のサブマフラー（センターマフラー）７をコンバータ５と一体化（前出し化）することにより、拡張型のサブマフラー（センターマフラー）７の最適位置化が図られ、図１０（Ａ）に示す従来の拡張型のサブマフラー（センターマフラー）分離タイプに比べ、消音量が増加した（Ａ部参照）。
【００１７】
しかし、図１０（Ｃ）に示すように、拡張型のサブマフラー（センターマフラー）７を吸音構造のセンターマフラーにして一体化しても、拡張容量が減少するため、低周波数の消音量も減少した（Ｂ部参照）。
以上から、拡張型のサブマフラー（センターマフラー）７を前出しし、コンバータ５と一体化すると、マフラーの最適位置化が図られ、図１０（Ａ）に示す従来の拡張型のサブマフラー（センターマフラー）分離タイプに比べ、消音量が増加することが確認できた。
【００１８】
次に、センターマフラー構造差による放射音、吐出音特性への影響を説明する。
図１２は、その詳細を示す。
ここでは、全拡張室のセンターマフラーと、上流側に吸音室を設けた拡張型のセンターマフラーと、吸音型のセンターマフラーによる放射音、吐出音特性への影響を確認した。
【００１９】
その結果、センターマフラー内部に吸音材を多く充填すると、メインマフラーのシェル放射音レベルは低減するが、吐出音レベルはセンターマフラーの拡張容量が減少したため悪化することが確認できた（○印部参照）。
次に、センターマフラーを吸音室とすることが望ましいとする図７および図８から導き出された結果、およびセンターマフラーを前出ししてコンバータと一体化したことが望ましいとする図１０から導き出された結果に基づいて、図１０（Ｂ）に示す前出し化した拡張型のセンターマフラー７を吸音室を加えた２室構造として、挿入損失と周波数との関係を確認した。
【００２０】
その結果、図１３に示す。
図１３に示すように、図１０（Ｂ）に示す全拡張型のセンターマフラーに対し、吸音室を加えて２室構造とすることで拡張室が減少し、消音量も若干減少するが、その影響は小さいことが確認できた。また、２室構造において、拡張室と吸音室を入れ換えても消音量への影響は小さいことも確認できた（○印部参照）。
【００２１】
ただし、吸音室を前に設定すると、脈動圧力レベルを低減できるため、メインマフラーのシェル放射音と吐出衝撃音には吸音室の前置きが有効であることが確認できた。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態に係る自動車用排気装置を示す。
本実施形態に係る自動車用排気装置１０は、コンバータ１５が吸音室１５Ｂと拡張室１５Ｃとを一体化した点で、図５に示す従来の自動車用排気装置１とは相違する。
すなわち、本実施形態に係る自動車用排気装置１０は、エンジン１２のエキゾーストマニフォールド１３に接続されるフロントチューブ１４と、吸音室１５Ｂと拡張室１５Ｃとを一体的に備え、フロントチューブ１４に取り付けられるコンバータ１５と、このコンバータ１５の下流側に接続されるセンターチューブ１６と、このセンターチューブ１６に取り付けられるメインマフラー１７と、このメインマフラー１７の下流側に接続されるテールチューブ１８とで構成されている。
【００２３】
コンバータ１５は、図２に示すように、その下流側に吸音室１５Ｂを設け、この吸音室１５Ｂの下流側に拡張室１５Ｃを設けている。
また、拡張室１５Ｃでは、マフラーパイプ１５１の小孔として、ルーバー孔１５２（図１４）、スタビング孔１５３（図１５）または長孔１５４（図１６）が設けてある。
【００２４】
本実施形態によれば、コンバータ１５に吸音室１５Ｂと拡張室１５Ｃとを一体化することにより、エキゾーストのより上流側に吸音マフラーを搭載したこととなり、エンジン排気脈動波形が衝撃波に変化する前に、吸音室１５Ｂにおいて、管内圧力レベル（Ｐａ）を低減することができる。すなわち、排気脈動圧を下げることができる。
【００２５】
そのため、下流側のメインマフラー１７を構成するシェル、エンドプレートを加振する振幅を小さくすることができる。
また、吐出音圧レベルが下がり、バリ音の発生を抑えることが可能となる。
加えて、吸音室１５Ｂの下流側に拡張室１５Ｃが位置するので、排気騒音の中間波成分を拡張室１５Ｃにより減衰することができる。
【００２６】
しかも、拡張室１５Ｃでは、吸音室１５Ｂに比し共鳴を分断する機能が高いので、システム全体の２次共鳴を引き起こす共鳴のエネルギーを減衰することが可能となる。
また、本実施形態によれば、コンバータ１５に吸音室１５Ｂと拡張室１５Ｃとを一体化することにより、拡張室１５Ｃを音圧比の高い場所に位置するコンバータ１５側に移動することとなり、システム全長共鳴レベルを下げることができる。
【００２７】
そのため、走り出し（〜２０００ｒｐｍ）のシステム全長共鳴レベルを低減できる。また、放射音レベルを下げることが可能となる。
また、本実施形態によれば、コンバータ１５に吸音室１５Ｂと拡張室１５Ｃとを一体化したので、部品点数が削減でき、システム全体の軽量化、低燃費化が可能となる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、放射音レベルが下がるので、メインマフラー１７を構成するシェル、エンドプレートの薄肉化が図れる。その結果、システム全体の軽量化、低燃費化が可能となる。
また、本実施形態によれば、排気脈動圧が下がるので、吐出音圧レベルが下がり、サブマフラーサイズを小さくできる。その結果、システム全体の軽量化、低燃費化が可能となる。
【００２９】
また、本実施形態によれば、拡張室１５Ｃにおけるマフラーパイプ１５１の小孔として、ルーバー孔１５２（図１４）、スタビング孔１５３（図１５）または長孔１５４（図１６）が設けてあるので、脈動圧がメインマフラー１７のシェルに直接当たらなくなり、振動放射音が少なくなる。
特に、長孔１５４の場合には、通常の丸孔に比し、一個当たりの面積が大きく取れるため、長孔１５４を通過する際のガス流速が低くなるとともに、ガス通過時のガス圧力が分散するという利点を有している。そのため、メインマフラー１７のシェルに当たる圧力が小さくなり、放射音も小さくできるという利点がある。
【００３０】
図３は、本実施形態に係る自動車用排気装置１０に適用されるコンバータ１５の変形例を示す。
図３に示すコンバータ１５には、拡張室１５Ｃの下流側に枝管１５ｄを備えた共鳴室１５Ｄが設けてある。
この例では、上述の実施形態における効果に、共鳴室１５Ｄによる共鳴エネルギーの減衰が期待できる。
【００３１】
この例においても、拡張室１５Ｃでは、マフラーパイプ１５１の小孔として、ルーバー孔１５２（図１４）、スタビング孔１５３（図１５）または長孔１５４（図１６）が設けてある。
従って、図２に示す実施形態と同様に、脈動圧がメインマフラー１７のシェルに直接当たらなくなり、振動放射音が少なくなる。
【００３２】
図４は、本実施形態に係る自動車用排気装置１０に適用されるコンバータ１５の変形例を示す。
図４に示すコンバータ１５には、拡張室１５Ｃの下流側に二重管１５ｅを備えた共鳴室１５Ｅが設けてある。
この例では、上述の実施形態における効果に、共鳴室１５Ｅによる共鳴エネルギーの減衰が期待できる。
【００３３】
この例においても、拡張室１５Ｃでは、マフラーパイプ１５１の小孔として、ルーバー孔１５２（図１４）、スタビング孔１５３（図１５）または長孔１５４（図１６）が設けてある。
従って、図２に示す実施形態と同様に、脈動圧がメインマフラー１７のシェルに直接当たらなくなり、振動放射音が少なくなる。
【００３４】
なお、本発明においては、コンバータ１５は、床下に設置される床下コンバータ、マニフォールドに設置されるマニフォールドコンバータ、あるいはプリコンバータと称される小型のコンバータであっても良い。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、排気系上流部で脈動レベルが低減できるので、放射音レベルを低減し、シェル、エンドプレートの板厚を薄くでき、軽量化を可能とし、バリ音の吐出音レベルを低減でき、かつ、走り出し（〜２０００ｒｐｍ）のシステム全長共鳴レベルを低減できるという効果を奏することが可能となる。
勿論、従来のように車種ごと、機種ごとの煩わしいチューニングを行うことが無くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動車用排気装置を示す説明図である。
【図２】図１の自動車用排気装置におけるコンバータを示す説明図である。
【図３】図１の自動車用排気装置に適用されるコンバータの変形例を示す説明図である。
【図４】図１の自動車用排気装置に適用されるコンバータの変形例を示す説明図である。
【図５】従来の自動車用排気装置を示す説明図である。
【図６】従来の自動車用排気装置における排気脈動圧の波形を示す説明図である。
【図７】排気系内脈動圧力分布の説明図である。
【図８】センターマフラー構造差によるリヤマフラーシェル放射音特性への影響を示す図である。
【図９】５０Ｈｚ付近の共鳴モードを示す図である。
【図１０】音圧モード分析結果（〜２００Ｈｚ）を示す図である。
【図１１】図１０（Ａ）〜図１０（Ｃ）に示す音圧モード分析結果に基づく挿入損失と周波数との関係を示す図である。
【図１２】センターマフラー構造差による放射音、吐出音特性への影響を説明する図である。
【図１３】前出し化した拡張型のセンターマフラーを、吸音室を加えた２室構造として、挿入損失と周波数との関係を示す図である。
【図１４】（ａ）図２に示すコンバータにおける拡張室１５Ｃのマフラーパイプ１５１の小孔としてルーバー孔１５２を設けた場合を示す拡大平面図である。（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。（ｃ）（ａ）のＢ矢視図である。
【図１５】（ａ）図２に示すコンバータにおける拡張室１５Ｃのマフラーパイプ１５１の小孔としてスタビング孔１５３を設けた場合を示す拡大平面図である。（ｂ）（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。（ｃ）（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図１６】図２に示すコンバータにおける拡張室１５Ｃのマフラーパイプ１５１の小孔として長孔１５３を設けた場合を示す拡大平面図である。
【符号の説明】
１０　本実施形態に係る自動車用排気装置
１２　エンジン
１３　エキゾーストマニフォールド
１４　フロントチューブ
１５　コンバータ
１５Ｂ　吸音室
１５Ｃ　拡張室
１５Ｄ、１５Ｅ　共鳴室
１６　センターチューブ
１７　メインマフラー
１８　テールチューブ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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