(57)【要約】【課題】高価で重量増となる制御バルブを使用することなく低重量且つ安価な装置構成で、しかも広範囲の周波数域における消音を実現する内燃機関用マフラの排気管を提供する。【解決手段】排気ガスを駆動源から大気へと排出させる第１排気流路１を形成する第１排気管２と、一端部３ａ及び他端部３ｂのぞれぞれを前記第１排気管２に接続させ、該第１排気管２から前記排気ガスを第２排気流路４に分流させる第２排気管３とを備え、前記第２排気流路４の任意の位置に、その位置における断面積に対して開口率を１％〜７％となるように小孔５を複数個設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを駆動源から大気へと排出させる第１排気流路（１）を形成する第１排気管（２）と、
一端部（３ａ）及び他端部（３ｂ）のぞれぞれを前記第１排気管（２）に接続させ、該第１排気管（２）から前記排気ガスを第２排気流路（４）に分流させる第２排気管（３）とを備え、
前記第２排気流路（４）の任意の位置に、その位置における断面積に対して開口率を１％〜７％となるように小孔（５）を複数個設けた
ことを特徴とする内燃機関用マフラの排気管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等に備えられた内燃機関の排気系から発する騒音の低減を図るための内燃機関用マフラの排気管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車用マフラにおける騒音対策としては、従来より低周波数域から中間周波数域における消音を図るための分岐管と、また別の消音素子として位相差による消音を狙いとした分流管も多く用いられている。通常、これらの消音素子は、その消音する周波数域に応じてそれぞれの狙いにより単独で用いられている。
【０００３】
分岐管および分流管を単独で用いる場合、どちらの場合も消音特性から見て減衰する周波数域と減衰しない周波数域が存在することになり、減衰しない周波数域における消音量を増やすためには、他の消音素子との組み合わせが必要となるか、或いは、制御バルブを使用して幅広い周波数域を消音させることとなる（例えば、特許文献１など参照）。
【特許文献１】特開平１１−１５３０１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、分岐管と分流管を組み合わせた場合には、低周波数域での消音を図るためには分岐管の長さを長くする必要があり、また中間周波数域〜高周波数域での消音を図るためには流路差を大きくする必要があるため、排気管自体の重量が増加してしまう。
【０００５】
また、制御バルブを使用した場合は、バルブ制御のための制御系によってやはり重量増加が避けられず、また、制御バルブを作動させる駆動系と制御系にコストがかかる。
【０００６】
そこで本発明は、上記事情を考慮し、高価で重量増となる制御バルブを使用することなく低重量且つ安価な装置構成で、しかも広範囲の周波数域における消音を実現する内燃機関用マフラの排気管を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の内燃機関用マフラの排気管は、排気ガスを駆動源から大気へと排出させる第１排気流路を形成する第１排気管と、一端部及び他端部のぞれぞれを前記第１排気管に接続させ、該第１排気管から前記排気ガスを第２排気流路に分流させる第２排気管とを備え、前記第２排気流路の任意の位置に、その位置における断面積に対して開口率を１％〜７％となるように小孔を複数個設けたことを特徴とする。
【０００８】
小孔を設ける位置は、消音したい周波数域に応じて決められ、第２排気流路の任意の位置とする。かかる小孔は、第１排気管と接続される接続部のうち大気側に近い接続部に設けてもよく、或いは第２排気管の中途部に設けてもよい。
【０００９】
第１排気管との接続部に小孔を形成する場合は、該第１排気管に小孔を形成し、第２排気流路内に小孔を形成する場合は、この第２排気流路内に流路を閉塞する仕切り板を設け、その仕切り板に小孔を形成する。また、小孔の形成は、一部に集中して形成するのではなく、全体に亘って形成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の内燃機関用マフラの排気管によれば、第２排気流路の任意の位置に、その位置における断面積に対して開口率を１％〜７％となる小孔を形成しているので、低周波数域では、第２排気管が小孔を認識しない分岐管として機能して低周波数域での消音がなされ、中間周波数域から高周波数域では、第２排気管が小孔を認識する分流管として機能して中間周波数域から高周波数域での消音がなされる。
【００１１】
したがって、本発明の内燃機関用マフラの排気管によれば、分岐管と分流管をそれぞれ独立して使用する必要がなく、また、高価且つ重量増となる制御バルブを使用することがないため、低重量且つ安価な装置構成で、しかも広範囲の周波数域における消音を実現することができる。
【００１２】
また、本発明の内燃機関用マフラの排気管によれば、小孔を設ける位置を任意に選択して決定すれば、消音したい周波数域にける消音が可能となる。また、本発明によれば、消音量は増加するが、圧力損失および気流音が悪化することはなく、むしろ減少する方向にある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
先ず、本実施形態の内燃機関用マフラの排気管について説明する前に、２種類の消音素子である分岐管（分岐型）と分流管（干渉型）について説明する。図６は分岐型の排気管構造を示し、（Ａ）は排気管全体の断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＡ部における要部拡大図である。
【００１５】
分岐型では、排気ガスを駆動源から大気へと排出させる第１排気流路１を形成する第１排気管２に対して、一端部３ａ及び他端部３ｂのそれぞれを第１排気管２に接続させる第２排気管３を分岐させて設け、その第２排気管３の第２排気流路４内に第１排気流路１から排気ガスを流入させる。排気ガス流れ方向上流側では、第１排気流路１と第２排気流路４とが連通しており、排気ガス流れ方向下流側では、第２排気流路４が行き止まりとなっている。
【００１６】
なお、第１排気管２及び第２排気管３は、何れも断面形状を円形状としたチューブ管としている。
【００１７】
この分岐型の消音は、第２排気管３に入った音波が閉管端で反射してきた反射波と干渉して消音する。低周波数域から高周波数域の消音を目的として採用され、第２排気管３の管長さ（第２排気流路４の流路長さ）を長くする程、低周波数域での消音に効果が得られることが知られている。すなわち、減衰周波数Ｆは、Ｆ＝Ｃ／４Ｌ、２ｎ−１で表されるから第２排気管３の管長さを長くすることが消音性効果が高まることになる。なお、前記式において、Ｃは音速、Ｌは分岐部長さを表す。
【００１８】
図７は干渉型の排気管構造を示し、排気管全体の断面図である。干渉型では、排気ガス流れ方向下流側では、第１排気流路１と第２排気流路４が連通されており、それぞれの排気経路の長さが異なるため、この部分で両経路を通過して来た音波に位相差が生じて、それらが合流して干渉することで消音する。
【００１９】
干渉型の消音もまた、低周波数域から高周波数域までの消音が可能であり、二つの流路（第１排気流路１と第２排気流路４）長さの差にもよるが、それら流路の差を大きくすればする程、低周波数域の消音に効果が得られることが知られている。すなわち、減衰周波数Ｆは、Ｆ＝Ｃ／２（Ｌ１−Ｌ２）、２ｎ−１で表されるからそれら二つの流路差を長くすることが消音性能効果が高まることになる。なお、前記式において、Ｃは音速、Ｌ１、Ｌ２は各流路の長さを表す。
【００２０】
そして、前記した分岐型と干渉型の消音素子は、何れも騒音低減性能は非常に優れるが、周波数選択性が大きく、減衰する周波数と減衰しない周波数が明確に現れるという特性を備えている。
【００２１】
そこで、本実施形態では、分岐型と干渉型を組み合わせた特性を狙い、第２排気流路４の任意の位置に、その位置における断面積に対して開口率を１％〜７％となるように小孔５を複数個設けるようにする。具体的には、図１に示すように、排気ガス流れ方向下流における第２排気流路４の行き止まり部位の第１排気管２に、開口率１％〜７％となる小孔５を複数個形成する。
【００２２】
図１（Ｂ）では、φ３（直径３ｍｍ）の小孔５を１３個形成し、同図（Ｃ）ではφ４の小孔５を７個形成し、同図（Ｄ）ではφ２の小孔５を２８個形成した例を示す。小孔５は、一箇所に集中して設けるのではなく、前記した例のように全体にほぼ均等に設けるようにする。
【００２３】
このように、第２排気流路４の奥側の第１排気管２との接続部に、その位置における断面積に対して開口率を１％〜７％となるように小孔５を複数個形成すれば、低周波数域（例えば、１７０Ｈｚ以下）では第２排気管３が分岐管として作用し、その管長さに応じた低周波数域の消音がなされ、１７０Ｈｚ前後から徐々に干渉型構造の消音特性へと変化する。
【００２４】
図２は分岐型と干渉型それぞれの周波数と挿入損失との関係を示す特性図、図３は分岐型と干渉型と本発明型でのそれぞれのパルセータ回転数と吐出音との関係を示す特性図である。なお、図２では、挿入損失０ｄＢから数値がプラスになるに連れて減衰し、マイナスになると減衰しなくなることを表している。
【００２５】
また、本実施形態では、開口率１％〜７％に合わせて第２排気管３の管長さをチューニングすることにより、低周波数域から高周波数域に渡り広範囲で消音させることができる。一例として、管長さの長い方の第２排気管３の管長を２ｍとし、短い方の第１排気管２の管長を１ｍとした場合、１７０Ｈｚ以下の低周波数域では、第２排気管３が分岐管として作用するので、４２．５Ｈｚ、１２７．５Ｈｚと減衰し、次は通常２１２．５Ｈｚが減衰されるが、１７０Ｈｚからは干渉型構造に変化してゆくので１７０Ｈｚの干渉減衰効果が得られることになる。
【００２６】
このように、分岐管だけだと１７０Ｈｚは消音しないで、また、干渉構造だけだと１７０Ｈｚ、５１０Ｈｚは減衰するが４２．５Ｈｚ、１２７Ｈｚが減衰しないことになるが、本実施形態によれば、中心周波数が４２．５Ｈｚから１７０Ｈｚ（裾野での消音も含めると１次成分の８００〜５６００回転）まで減衰する消音器が得られる。
【００２７】
このようなチューニングは、第１排気管２との接続部である第２排気流路４の行き止まり部位ではなく、その第２排気流路４の途中に小孔５を設けるようにすることで、分岐管の減衰周波数はさらに高くなり、同時に干渉減衰効果と合わせた効果が得られる。第２排気流路４の途中に小孔５を設けるためには、第２排気流路４を閉塞する仕切り板（例えば円盤形状の金属板）を設け、その仕切り板に開口率１％〜７％の小孔５を複数個形成する。小孔５を設けた仕切り板を第２排気流路４の任意の位置に配置すれば、狙った周波数域の消音を実現することが可能となる。
【００２８】
「その他の実施形態」
図４は第２排気管の第１排気管に対する接続部分を充分に大きく確保した例の排気管構造を示す。この例では、排気管を車体に取り付けたときに取り付けスペースに余裕が無い場合に第２排気管３の管径を小さくせざるを得ないような場合において、第２排気管３の第１排気管２に対する接続部位３ｂを矩形状にし、そこに小孔５を形成する。こうすることで、第２排気管３の管径に拘わらず小孔５を形成するスペースを確保することができる。
【００２９】
図５は、本発明の原理をマフラに適用させた例を示す。この例のマフラ１０では、マフラシェル１１内に挿入される入口パイプ１２を支持する穴開きバッフル１３と、出口パイプ１４を支持する１％〜７％の小孔５を設けたバッフル１５とをマフラシェル１１内に形成している。
【００３０】
そして、この構造のマフラでは、開口率１％〜７％の場合、１７０Ｈｚ以下においてはＡ部は分岐管として作用し、１７０Ｈｚ以上では分岐要素は小さくなりＡ部からＢ部を通過し出口パイプ１４に形成した孔部１６へと伝達する通路と、Ａ部から穴開きバッフル１３を通り出口パイプ１４から前記孔部１６へ伝達する通路が生じ、その通路長さの差による干渉現象が生じる。したがって、本発明の原理をマフラ１０に適用すれば、先の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態の排気管構造を示す図である。
【図２】分岐型と干渉型におけるそれぞれの周波数と挿入損失との関係を示す特性図である。
【図３】分岐型と干渉型と本発明型におけるそれぞれのパルセータ回転数と吐出音との関係を示す特性図である。
【図４】本実施形態の排気管構造の他の例を示す図である。
【図５】本発明の原理をマフラに適用させた例を示す図である。
【図６】分岐型の排気管構造を示す図である。
【図７】干渉型の排気管構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…第１排気流路
２…第１排気管
３…第２排気管
４…第２排気流路
５…小孔
１０…マフラ
１２…入口パイプ
１３…穴開きバッフル
１４…出口パイプ
１５…小孔を設けたバッフル
【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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