(57)【要約】【課題】インナパイプを仕切り板に容易に組付けることができるとともに、笛吹き音の発生を抑制した消音器を提供する。【解決手段】  外殻２を有し、該外殻２内に内筒１０を備え、該内筒１０の周壁には、複数の貫通孔１５Ａ，１５Ｂを形成し、前記外殻２の内周面と前記貫通孔１５Ａとの最小距離をＬ１、隣接する貫通孔１５Ａと１５Ｂ間の最小距離をＬ２とした際に、０＜Ｌ２／（４×Ｌ１）＜１／６の関係式が成り立つように形成した消音器。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外殻を有し、該外殻内に内筒を備え、
該内筒の周壁には、複数の貫通孔を形成し、
前記外殻の内周面と前記貫通孔との最小距離をＬ１、隣接する貫通孔間の最小距離をＬ２とした際に、
０＜Ｌ２／（４×Ｌ１）＜１／６の関係式が成り立つように形成したことを特徴とする消音器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は消音器に関するもので、例えば自動車に搭載される内燃機関などの消音器として使用される消音器に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関などを動力源とした車両などには、内燃機関などから発生する騒音を低減する目的で消音器が搭載されている。
【０００３】
このような消音器において、その内部を流れるガスの流速は、５〜１２０ｍ／ｓの広範囲にわたるため、異音である笛吹き音が発生することがある。
【０００４】
そのため、従来、インナパイプに多数の小孔を形成するとともに、この小孔の外側に周方向が開口するルーバーを設けることで、この開口部から、インナパイプとその外周部に設けたハウジング間に形成した空気層からなる共鳴室へ放射された排気脈動の流出を抑制し、異音である笛吹き音の発生を抑制した消音器が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
また、複数の小孔を設けたインナパイプに凹凸を設けることにより、排気ガスの流れを乱し、共鳴作用の打消しにより笛吹き音の発生を抑制した消音器が知られている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３６５８９号公報
【特許文献２】特開平８−３５４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１，２に記載の消音器においては、何れのインナパイプも、ルーバーや凹凸により、その素管径より外側に張り出す形状のため、ハウジング内に仕切り板を設けて共鳴室や拡張室を設ける消音器においては、組付けに際し、仕切り板に形成した取付孔にインナパイプを挿通するには、インナパイプの素管径より取付孔の径を大きくする必要があるため、インナパイプと仕切り板との間に隙間が生じてしまい、インナパイプを仕切り板に圧入して取付けることはできない。また、インナパイプを、仕切り板に溶接により取付けるにも、その溶接が容易に行えず、組み付け性に問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、前記のようなルーバーや凹凸を設けることなく、インナパイプを仕切り板に容易に組付けることができるとともに、笛吹き音の発生を抑制した消音器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】
【０００９】
前記の課題を解決するために、本発明は、外殻を有し、該外殻内に内筒を備え、
該内筒の周壁には、複数の貫通孔を形成し、
前記外殻の内周面と前記貫通孔との最小距離をＬ１、隣接する貫通孔間の最小距離をＬ２とした際に、
０＜Ｌ２／（４×Ｌ１）＜１／６の関係式が成り立つように形成したことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、外殻の内周面と前記貫通孔との最小距離Ｌ１と、隣接する貫通孔間の最小距離Ｌ２を、０＜Ｌ２／（４×Ｌ１）＜１／６として、笛吹き音の発生を抑制したことにより、内筒の素管径を変更する必要がなく、内筒を仕切り板等に対して容易に組み付けることができ、従来技術よりも組み付け性が向上し製造コストを削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係る消音器の軸芯方向断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図。
【図３】図１における貫通孔の配列を説明する部分拡大図。
【図４】本発明における笛吹き音の低減を説明するための斜視図。
【図５】α＝０．１とした場合における合成音を説明するためのグラフ。
【図６】α＝０．２５とした場合における合成音を説明するためのグラフ。
【図７】本発明の実施例３に係る消音器の一例を示す軸方向断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の消音器は、車両等の内燃機関、汎用エンジン、据置式燃焼装置等に用いられるあらゆる消音器として用いることができるものである。以下の実施例においては、車両等の内燃機関に用いる消音器に本発明を適用した例に基づいて説明する。
【００１３】
［実施例１］
図１乃至図４は、本発明の実施例１を示す。
【００１４】
図１は消音器１の軸芯方向の断面図で、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。  
【００１５】
消音器１は、図２に示すように断面が長円状で筒状に形成された外殻であるアウターシェル２を有し、その軸芯方向Ｘ−Ｘの両端部にはアウタープレート３，４が固設されている。アウタープレート３には、インレットパイプ挿入孔３ａが形成され、アウタープレート４には、アウトレットパイプ挿入孔４ａが形成されている。
【００１６】
また、アウターシェル２内には、インナープレート５が設けられ、このインナープレート５により第１消音室７と第２消音室８が区画形成されている。第１消音室７と第２消音室８は、インナープレート５に形成した連通孔５ａにより連通している。インナープレート５には、インレットパイプ挿入孔５ｂとアウトレットパイプ挿入孔５ｃが形成されている。
【００１７】
内筒であるインレットパイプ１０は、アウタープレート３とインナープレート５のインレットパイプ挿入孔３ａ，５ｂに圧入して固設されている。
【００１８】
また、内筒であるアウトレットパイプ１１は、アウタープレート４とインナープレート５のインレットパイプ挿入孔４ａ，５ｃに圧入して固設されている。なお、インレットパイプ１０又はアウトレットパイプ１１の、アウタープレート３，４とインナープレート５に組付を、圧入ではなく溶接により行ってもよい。
【００１９】
インレットパイプ１０の周壁には、図３に示すように、同じ内径ｄを有する複数の貫通孔１５が形成されている。貫通孔１５の周縁には、前記従来技術のようなルーバー等は形成されていない。また、貫通孔１５を、インレットパイプ１０の軸方向の略全体に設けてもよいし、軸方向の一部のみに設けてもよい。また、貫通孔１５を、インレットパイプ１０の軸芯を中心とする周方向全体に設けてもよいし、周方向の一部のみに設けるようにしてもよい。また、隣接する貫通孔１５，１５間の距離Ｌ２はすべて同一に設定することが好ましい。
【００２０】
次に、笛吹き音の発生と、その笛吹き音の低減について説明する。
【００２１】
図４において、貫通孔１５のうち、任意の一つの貫通孔を１５Ａとし、その貫通孔１５Ａと隣接する一つの貫通孔を１５Ｂとして説明する。
【００２２】
インレットパイプ１０内を排気ガスが図４の矢印Ｂ方向に流通すると、貫通孔１５Ａの上流側の周縁１５ａで生じた渦塊が、下流側の周縁１５ｂで衝突して圧力変動が生じる。この圧力変動は、インレットパイプ１０の貫通孔１５Ａと、アウターシェル２間の空気層が共鳴器の役割を果たすと増幅されて笛吹き音が発生する。
【００２３】
渦塊が、下流側の周縁１５ｂに衝突して生じる圧力変動の周波数ｆ１（Ｈｚ）は、
排気ガスの流速をｕ（ｍ／ｓ）、貫通孔１５の内径をｄ（ｍ）とすると、
ｆ１＝０．５×ｕ／ｄ                        ・・・（１）
となる。
【００２４】
また、貫通孔１５Ａと、アウターシェル２間の空気層が共鳴器の役割を果たす際の周波数ｆ２（Ｈｚ）は、
音速をｃ（ｍ／ｓ）、貫通孔１５Ａとアウターシェル２の内周面との距離をＬ１とすると、
ｆ２＝ｃ／（４×Ｌ１）                      ・・・（２）
となり、貫通孔１５Ａで笛吹き音が発生するのは、ｆ１＝ｆ２の時である。
【００２５】
次に、α＝音が貫通孔１５Ａから貫通孔１５Ｂに伝わる伝搬時間／貫通孔１５Ａで発生する圧力変動の１周期時間とした場合、隣接する貫通孔１５Ａと１５Ｂ間の距離をＬ２とすると、式（１）、ｆ１＝ｆ２より、
α＝（Ｌ２／ｃ）／（２×ｄ／ｕ）
＝（Ｌ２／ｃ）／（４×Ｌ１／ｃ）
＝Ｌ２／（４×Ｌ１）                      ・・・（３）
となる。
【００２６】
また、貫通孔１５Ａで生じた笛吹き音ｐ１（ｔ）は、
θ＝ωｔ（ｒａｄ）、ω：角周波数（ｒａｄ／ｓ）、ａ：貫通孔１５Ａで生じる音の振幅とすると、
ｐ１（ｔ）＝ａｓｉｎωｔ＝ａｃｏｓ（ωｔ＋π／２）
【００２７】
貫通孔１５Ａで生じた笛吹き音は、貫通孔１５Ｂに伝播し、貫通孔１５Ｂが共鳴器として働くと、貫通孔１５Ｂからは、貫通孔１５Ａで生じた笛吹き音とは位相遅れの音が発生する。
【００２８】
貫通孔１５Ａから貫通孔１５Ｂへの音の伝搬による位相の遅れｔ’は、式（２）、（３）、より、
ｔ’＝Ｌ２／ｃ＝α×（４×Ｌ１）／ｃ＝α／ｆ
貫通孔１５Ｂにおいて、音が入ってから出てくるまでの間による位相の遅れｔ”は、式（２）より、
ｔ”＝２×Ｌ１／ｃ＝１／（２×ｆ）
【００２９】
そのため、貫通孔１５Ｂで生じる音ｐ２（ｔ）は、
ｐ２（ｔ）＝ａｓｉｎ（ωｔ−ｔ’−ｔ”）
＝ａｓｉｎω（ｔ−α／ｆ−１／（２×ｆ））
＝ａｃｏｓ（ωｔ−２πα−π＋π／２）
【００３０】
そして、貫通孔１５Ａで生じた笛吹き音と、貫通孔１５Ｂで生じた位相遅れの音とが干渉作用を起こして生じる合成音ｐ（ｔ）は、
ｐ（ｔ）＝ｐ１（ｔ）＋ｐ２（ｔ）
＝ａｃｏｓ（ωｔ＋π／２）＋ａｃｏｓ（ωｔ−２πα−π＋π／２）
【００３１】
合成音の振幅をＡとすると、吉川茂、藤田肇著の基礎音響学（講談社  ２００２年発行）ｐ５０−５１より  
Ａ2＝ａ2＋ａ2＋２ａａｃｏｓ（−２πα―π）
となる。
【００３２】
合成音が、貫通孔１５Ａで生じた笛吹き音より大きくならない、すなわち、合成音の振幅Ａが、貫通孔１５Ａで生じる音の振幅ａより小さくなる０＜Ａ／ａ＜１は、
０＜α＝Ｌ２／（４×Ｌ１）＜１／６
のときである。
【００３３】
例えば、α＝０．１とした場合には、貫通孔１５Ａから貫通孔１５Ｂに音が伝わる間に生じる位相差はπ／５であり、貫通孔１５Ａから出た音と、貫通孔１５Ｂから出た音とが干渉し打消しあい、その合成音は、図５に示すように、貫通孔１５Ａから出た音より小さくなることが分かる。
【００３４】
このように、α＜１／６のときは、貫通孔１５Ａから出た音と、貫通孔１５Ｂから出た音とが干渉し打消しあうことにより、合成音は、貫通孔１５Ａで生じた笛吹き音より小さくなる。
【００３５】
一方、α＝０．２５とした場合には、貫通孔１５Ａから貫通孔１５Ｂに音が伝わる間に生じる位相差はπ／２であり、貫通孔１５Ａから出た音と、貫通孔１５Ｂから出た音とが干渉して増幅し、その合成音は、図６に示すように、貫通孔１５Ａから出た音より大きくなっていることが分かる。
【００３６】
このように、α＞１／６のときは、貫通孔１５Ａから出た音と、貫通孔１５Ｂから出た音が、干渉して増幅し、合成音が、貫通孔１５Ａで生じた笛吹き音より大きくなる。
【００３７】
このように貫通孔１５とアウターシェル２の距離は、貫通孔１５を形成した位置により異なるが、笛吹き音の低減においては、貫通孔１５とアウターシェル２との距離が最も小さくなる位置に設けた貫通孔１５での影響が大きい。また、最も隣接する貫通孔１５Ａ，１５Ｂ同士での干渉作用が強いため、０＜α＝Ｌ２／（４×Ｌ１）＜１／６におけるＬ１は貫通孔１５とアウターシェル２との最小距離を用い、Ｌ２は隣り合う貫通孔１５Ａと１５Ｂ間の最小距離を用いてこの関係式が成り立つように、貫通孔１５やインレットパイプ１０の位置を設定することにより、笛吹き音の発生を抑制した消音器１とすることができる。
【００３８】
また、このように設計した消音器において、α＝０．１６となるように設計した消音器では笛吹き音が発生せず、α＝０．２３となるように設計した消音器では笛吹き音が発生し、α＜１／６とすることにより笛吹き音が発生することを抑制できることが実験からも認められた。
【００３９】
また、貫通孔１５とアウターシェル２との最小距離Ｌ１と隣接する貫通孔１５間の距離Ｌ２との関係を所定の関係とすることにより、笛吹き音の発生を抑制できるため、インレットパイプ１０の素管径を、従来技術のように変形する必要がない。そのため、インレットパイプ１０を、アウタープレート３とインナープレート５のインレットパイプ挿入孔３ａ，５ｂに圧入したり、溶接したりして容易に組付けることができ、上記従来技術と比較して組み付け性が向上し、製造コストを削減することができる。
【００４０】
［実施例２］
上記実施例１においては、インレットパイプ１０に、０＜Ｌ２／（４×Ｌ１）＜１／６の関係が成り立つ貫通孔１５を複数形成したが、アウトレットパイプ１１に０＜Ｌ２／（４×Ｌ１）＜１／６の関係が成り立つ貫通孔１５を複数形成するようにしてもよいし、インレットパイプ１０及びアウトレットパイプ１１に０＜Ｌ２／（４×Ｌ１）＜１／６の関係が成り立つ貫通孔１５を複数形成するようにしてもよい。
【００４１】
その他の構造は、上記実施例１と同様であるため、その説明を省略する。
本実施例２においても、上記実施例１と同様の効果を奏する。
【００４２】
［実施例３］
本発明は、上記実施例１に係る図面に示した消音器１の構造に限定されず、外殻を有し、外殻内に複数の貫通孔を形成した内筒を備えたものであれば、任意の構造の消音器に適用することができる。
【００４３】
外殻であるアウターシェルとしては、金属板を巻回したものや、スピニング加工により形成したもの、プレス成形で形成したものなど任意に成形方法で成形したものを用いることができ、その形状も任意に設定することができる。
【００４４】
例えば、図７に示すように、筒状に形成した外殻２１の両端部をテーパ状に縮径し、外殻２１の内部に内筒２２を挿通した消音器２０に本発明を適用することができる。この内筒２２に上記実施例１と同様の貫通孔１５を形成する。
【００４５】
本実施例３においても、上記実施例１，２と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００４６】
１，２０  消音器
２，２１  外殻
１０，１１，２２  内筒
１５  貫通孔  
【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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