(57)【要約】    【課題】  簡単な構成で気柱共鳴を適切に抑制することができる排気消音装置を提供することを課題とする。    【解決手段】  マフラ２内に連通し、マフラ２から排気ガスを導出する導出管４と、マフラ２内と導出管４との連通部分に設けられ、連通部分の開口面積を調整する可変弁３２と、マフラ２内で導出管４に接続され、導出管４の長さに対応して形成されたブランチ管３１と、を備えた排気消音装置１である。    【選択図】  図１
2005264900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マフラ内に連通し、当該マフラから排気ガスを導出する導出管と、
前記マフラ内と前記導出管との連通部分に設けられ、当該連通部分の開口面積を調整する可変弁と、
前記マフラ内で前記導出管に接続され、当該導出管の長さに対応して形成されたブランチ管と、
を備えた排気消音装置。
【請求項２】
前記ブランチ管は、前記マフラ内に収容されている請求項１に記載の排気消音装置。
【請求項３】
拡張室および共鳴室を内部に有するマフラと、
前記拡張室に連通し、当該拡張室から排気ガスを導出する導出管と、
前記拡張室と前記導出管との連通部分に設けられ、当該連通部分の開口面積を調整する可変弁と、
一方の端部が前記共鳴室に連通すると共に、他方の端部が前記拡張室内で前記導出管に接続された連通管と、
を備えた排気消音装置。
【請求項４】
前記可変弁の弁体には、前記マフラ内と前記導出管とを連通する連通穴が貫通形成されている請求項１ないし３のいずれか一項に記載の排気消音装置。
【請求項５】
前記可変弁は、内燃機関の高回転移行時に前記開口面積を大きくすると共に、内燃機関の低回転移行時に前記開口面積を小さくする請求項１ないし４のいずれか一項に記載の排気消音装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気音を低減する排気消音装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば内燃機関のこの種の排気消音装置として、低周波数の排気音を共鳴減衰作用により低減するために、その排気音の波長の１／４に管長を設定したブランチ管をマフラ内の拡張室に連通させたものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開昭６０−２１２６０６号公報（第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような従来の排気消音装置では、ブランチ管を拡張室を介して取り付けているため、特に車両の減速時において拡張室で反射波が発生し易く、ブランチ管に排気音が伝播されにくかった。このため、ブランチ管による消音効果が十分に発揮されていなかった。また特に、拡張室内から排気ガスを導出する導出管の管長が長くなると、導出管自体の気柱共鳴が内燃機関の常用回転域で起こるが、従来の構造ではこれを十分に抑制することができなかった。
【０００４】
本発明は、簡単な構成で気柱共鳴を適切に抑制することができる排気消音装置を提供することをその目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の排気消音装置は、マフラ内に連通し、マフラから排気ガスを導出する導出管と、マフラ内と導出管との連通部分に設けられ、連通部分の開口面積を調整する可変弁と、マフラ内で導出管に接続され、導出管の長さに対応して形成されたブランチ管と、を備えたものである。
【０００６】
この構成によれば、導出管とブランチ管とを直結しているため、導出管からブランチ管へと排気音は比較的伝播され易くなる。これにより、ブランチ管による消音効果を十分に発揮することができるため、導出管で発生する気柱共鳴をブランチ管で好適に抑制することができる。また、可変弁の開度を調整することによって、マフラ内と導出管との連通部分の開口面積を調整することができるため、例えば内燃機関の運転状況に応じた消音を達成することが可能となる。なお、導出管とブランチ管とは単一の管で構成することができる。
【０００７】
この場合、ブランチ管は、マフラ内に収容されていることが、好ましい。
【０００８】
この構成によれば、集約配置することができるため、全体としてコンパクト化することができ、取扱い性等も高めることができる。
【０００９】
本発明の他の排気消音装置は、拡張室および共鳴室を内部に有するマフラと、拡張室に連通し、拡張室から排気ガスを導出する導出管と、拡張室と導出管との連通部分に設けられ、連通部分の開口面積を調整する可変弁と、一方の端部が共鳴室に連通すると共に、他方の端部が導出管に拡張室内で接続された連通管と、を備えたものである。
【００１０】
この構成によれば、上記と同様に、導出管と共鳴室とが連通管を介して連通しているため、導出管から共鳴室へと排気音は比較的伝播され易くなり、共鳴室による消音効果が十分に発揮される。これにより、導出管で発生する気柱共鳴を共鳴室で好適に抑制することができる。また、可変弁の開度を調整することによって、上記と同様に、例えば内燃機関の運転状況に応じた消音を達成することが可能となる。なお、共鳴室は、導出管の長さ（気柱共鳴の波長）に対応した容積（周波数）を有する。
【００１１】
これらの場合、可変弁の弁体には、マフラ内と導出管とを連通する連通穴が貫通形成されていることが、好ましい。
【００１２】
この構成によれば、可変弁を全閉しても、連通穴によってマフラから導出管への排気ガスの流れは確保される。これにより、可変弁の調整について全開と全閉との二つの調整とすることも可能となるため、可変弁による開口面積の調整を容易に行い得る。
【００１３】
これらの場合、可変弁は、内燃機関の高回転移行時に開口面積を大きくすると共に、内燃機関の低回転移行時に開口面積を小さくすることが、好ましい。
【００１４】
この構成によれば、例えば車両の加速時など、内燃機関の高回転移行時は、開口面積が大きくともこの部分（連通部分）で反射波が発生しにくいため、導出管で発生する気柱共鳴を他の周波数の悪化なしに抑制することができると共に、マララ内の圧損を低減することができる。一方、例えば車両の減速時など、内燃機関の低回転移行時は、開口面積が大きいとこの部分で反射波が発生し易いが、上記構成により開口面積を小さくすることにより、ブランチ管等へ音波を伝播し易くしているため、導出管で発生する気柱共鳴を抑制することができる。
このように、内燃機関の運転状況に基づいて可変弁を調整することで、高回転移行時の低圧損と、低回転移行時の気柱共鳴の抑制とを好適に達成し得る。なお、可変弁としては、電磁式のもので構成することもできるし、バネ等を用いる動圧式のもので構成することもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の排気消音装置によれば、簡単な構成で気柱共鳴を適切に抑制することができ、消音性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態に係る排気消音装置を自動車の内燃機関の排気系に適用した例について説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１に示すように、排気消音装置１は、内燃機関から排気された排気ガスの排気音を消音するマフラ２と、内燃機関からマフラ２に排気ガスを導入する導入管３と、マフラ２から外部へと排気ガスを導出する管長Ｌの導出管４と、を備えている。マフラ２内は、隔壁６によって第１拡張室７と第２拡張室８とに区画されており、隔壁６に穿設した複数の連通孔９によって、第１拡張室７と第２拡張室８とは連通されている。
【００１８】
導入管３は、一方の端部が内燃機関側の図示しないエキゾーストマニホールドに連なると共に、他方の端部１１が第１拡張室７に連通している。導出管４は、一方の端部２１が外部に連通して大気に開放されていると共に、他方の端部２２がブランチ管３１に一体に接続されている。導出管４とブランチ管３１との接続部は、第２拡張室８に臨んでおり、導出管４とブランチ管３１とは、可変弁３２を介して第２拡張室８に連通している。
【００１９】
ブランチ管３１は、全体としてＵ字状に導出管４と同じ内径で形成され、一方の端部４１が導出管４の端部２２と一体に形成されて連なっていると共に、他方の端部４２が閉塞端として形成されている。ブランチ管３１は、そのＵ字状の中間部を隔壁６に支持されており、左半部が第１拡張室７に配置されていると共に、右半部が第２拡張室８に配置されている。
【００２０】
この場合、ブランチ管３１は、導出管４で発生する気柱共鳴を抑制するために、導出管４の管長Ｌに対応した管長で形成されている。具体的には、内燃機関の運転時の排気脈動によって、導出管４にはその管長Ｌに対応した気柱共鳴が発生するが、その気柱共鳴は管長Ｌを半波長とした周波数を基本とするものである。そこで、この気柱共鳴をブランチ管３１で抑制するために、ブランチ管３１の管長は、この気柱共鳴の波長の１／４に設定される。
【００２１】
より具体的には、一般的に消音し難い長い波長（低周波数）の気柱共鳴に対応するためには、ブランチ管３１の管長を次のように設定すればよい。すなわち、基本振動の気柱共鳴を好適に抑制するためには、ブランチ管３１の管長を導出管４の管長Ｌの略１／２に設定すればよく、２倍振動の気柱共鳴を好適に抑制するためには、ブランチ管３１の管長を導出管４の管長Ｌの略１／４に設定すればよい。なお、「略」としているのは、開口端補正を含めたものである。
【００２２】
可変弁３２は、図２に示すように、導出管４およびブランチ管３１の接続部の一部に形成された開口部に取り付けられており、第２拡張室８に対して導出管４およびブランチ管３１を連通している。すなわち、可変弁３２は第２拡張室８と導出管４との連通部分に設けられると共に、この連通部分を挟んで一方には導出管４が配置され、他方にはブランチ管３１が配置されている。
【００２３】
可変弁３２は、バタフライ式の弁等で構成することができるが、本実施例ではスイング式の弁で構成され、第２拡張室８と導出管４との連通部分の開口面積を開閉動作により調整可能に構成されている。可変弁３２は、中央に貫通形成された連通穴５１を有する弁体５２と、弁体５２を回動可能に支持する回動軸部５３と、回動軸部５３に対向して設けられ、弁体５２が離接する弁座５４と、回動軸部５３を介して弁体５２を閉弁方向に付勢する図示省略した付勢バネと、を有している。
【００２４】
可変弁３２は、第２拡張室８の圧力が導出管４の圧力に対し十分に上昇すると、弁体５２が付勢バネに抗して弁座５４から離間し、開弁する。これにより、第２拡張室８と導出管４との連通部分の開口面積は、大きくなる。一方、可変弁３２は、第２拡張室８の圧力が導出管４の圧力と同程度に低下すると、弁体５２が付勢バネの付勢力に従って弁座５４に当接し、閉弁する。このとき、第２拡張室８と導出管４との連通部分の開口面積は小さくなるが、両者の連通は連通穴５１によって維持されることになる。
【００２５】
本実施例の排気消音装置１の作用について、内燃機関の運転状況と関連させて説明する。自動車の加速時には内燃機関は高回転に移行するが、特に内燃機関の高回転時には、内燃機関から排気される排気ガスはその量および圧力が増大し、可変弁３２は開弁する。このような加速時では、導出管４と第２拡張室８との連通部分の開口面積が大きくともこの部分で反射波が発生しにくいため、導出管４で発生する気柱共鳴をブランチ管３１で抑制することができる。
【００２６】
すなわち、加速時では、導出管４で発生する気柱共鳴の反射波は、第２拡張室８の圧力によって抑制され、ブランチ管３１へ伝播され易くなる。このため、この気柱共鳴はブランチ管３１で好適に抑制される。またこのとき、連通部分の開口面積が大きくなるため、マフラ２内の圧損が低減される。
【００２７】
一方、自動車の減速時など、内燃機関が低回転に移行するときには、内燃機関から排気される排気ガスはその量および圧力が減少し、可変弁３２は閉弁する。これにより、導出管４と第２拡張室８との連通部分の開口は連通穴５１のみとなり、この部分で反射波が発生しにくくなるため、導出管４で発生する気柱共鳴をブランチ管３１で抑制することができる。
【００２８】
すなわち、減速時では、導出管４と第２拡張室８との連通部分の開口面積が大きいとこの部分で反射波が発生し易いが、本実施例のように開口面積を小さくしているため、排気音はブランチ管３１へと伝播され易くなる。これにより、気柱共鳴が好適に抑制され、消音量が向上することになる。
【００２９】
以上のように、本実施例によれば、内燃機関の運転状況に基づいて可変弁３２を調整しているため、特に内燃機関の低回転移行時の気柱共鳴を好適に抑制することができると共に、内燃機関の高回転移行時の低圧損を好適に達成することができる。また、本実施例の可変弁３２は、予め連通部分に対応して連通穴５１が設けられているため、全閉（弁体５２を弁座５４に当接）しつつ、マフラ２内と導出管４との連通を維持することができる。
【００３０】
これにより、可変弁３２による開口面積の調整を極めて容易に行うことができ、本実施例のような動圧式で可変弁３２を構成することも容易となる。また、可変弁３２に予め連通穴５１を設けておくことは、導出管４にそのための穴を設ける必要がなくなり、導出管４の加工上有利となる。なお、弁体５２の連通穴５１は一つでもよいし、複数でもよい。
【００３１】
さらに、本実施例の排気消音装置１の効果を自動車側からみれば、導出管４の長さに対応したブランチ管３１を設定すればよいので、マフラ２の配置の自由度やサブマフラ等が不必要となるなど、全体としてレイアウトの自由度を高め、軽量化および低コスト化に供することができる。
【実施例２】
【００３２】
次に、実施例２に係る排気消音装置１について、図３を参照して説明する。なお、実施例１との相違点を中心に説明し、同一部材については同一符号を付することとする。
【００３３】
図３に示すように、実施例２に係る排気消音装置１のマフラ２の内部は、隔壁６を介して共鳴室７１と拡張室７２とに区画されている。拡張室７２には、導入管３が連通していると共に、導出管４が可変弁３２を介して連通している。また、拡張室７２では、導出管４の一方の端部２２と連通管７３の一方の端部８１とが一体に接続されており、上記と同様に、この接続部に設けた開口部に可変弁３２が取り付けられている。
【００３４】
すなわち、可変弁３２は拡張室７２と導出管４との連通部分に設けられると共に、この連通部分を挟んで一方には導出管４が配置され、他方には連通管７３が配置されている。連通管７３は、導出管４と同径に一体に形成されており、その他方の端部８２が共鳴室７１に連通している。共鳴室７１は、特定周波数の振動に共鳴してその振動に起因する排気音のレベルを低減するものであり、本実施例では、導出管４で発生する気柱共鳴を抑制するべく、導出管４の管長Ｌに対応して共鳴室７１の容積が設定されている。
【００３５】
したがって、本実施例においても、第１実施例と同様に、内燃機関の運転状況に基づいて可変弁３２が調整されると共に、共鳴室７１がブランチ管３１と同様に機能することになる。これにより、内燃機関の低回転移行時の気柱共鳴を好適に抑制することができると共に、内燃機関の高回転移行時の低圧損を好適に達成することができる。
【実施例３】
【００３６】
次に、実施例３に係る排気消音装置１について、実施例１との相違点を中心に説明する。本実施例は、図４に示すように、実施例１に対し、可変弁３２をマフラ２内において前だししたものである。
【００３７】
具体的には、本実施例の排気消音装置１のマフラ２の内部は、隔壁６を介して右側の第１拡張室９１と左側の第２拡張室９２とに区画されている。導入管３は第１拡張室９１に連通し、導出管４は第２拡張室９２に連通している。導出管４とブランチ管３１との接続部は、第２拡張室９２に臨んでおり、導出管４とブランチ管３１とは、可変弁３２を介して第２拡張室９２に連通している。そして、排気消音装置１は、第１拡張室９１が自動車のフロント側に位置し、第２拡張室９２が自動車のリア側に位置するように、自動車に設けられる。
【００３８】
本実施例によれば、実施例１の作用効果に加え、自動車の走行時において可変弁３２にかかる排気ガスの熱を低減することができる。すなわち、第１拡張室９１の外壁には走行風が積極的にあたるため、第１拡張室９１内にある可変弁３２の周囲の排気ガスを冷却することができる。これにより、可変弁３２自体の信頼性を高めることができる。特に、上記のように、付勢バネを用いる動圧式で構成された可変弁３２に対しては、付勢バネのいわゆるヘタリを大きく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施例１に係る排気消音装置を模式的に示す概略図である。
【図２】図１の可変弁まわりの構造を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の実施例２に係る排気消音装置を模式的に示す概略図である。
【図４】本発明の実施例３に係る排気消音装置を模式的に示す概略図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  排気消音装置、２  マフラ、３  導入管、４  導出管、７  第１拡張室、８  第２拡張室、３１  ブランチ管、  ３２  可変弁、５１  連通穴  ５２  弁体、７１  共鳴室、７２  拡張室、７３  連通管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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