(57)【要約】【課題】排気速度の加速に応じて抵抗レベルを低減し、かつ消音効果にも優れているという機能を備える車両用消音器を提供する。【解決手段】エンジンからの排気ガスが内部導管（５０）の複数の通気孔（５１１）を通って内側の吸音室（６１ｄ）、（６１ｅ）まで膨張し、さらに内管（４０）の複数の通気孔（４１１）から外側の吸音室（６１ａ）、（６１ｂ）、（６１ｃ）にまで膨張して排気圧力を下げるとともに、吸音材（６２）で排気音を吸収する。【選択図】図３
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
頭端部が貫通孔を有する密封面である第一胴部と、第一収縮部と、第一狭端部とにより構成される一の外管と、
管壁に複数の通気孔が形成される第二胴部と、第二収縮部と、第二狭端部とから構成され、かつ外管の内部に設置されることによって、第二胴部の頭端部を前記密封面上に外接させ、第二狭端部の末端部を前記第一狭端部内に挿入させる一の内管と、
前記内管内部に位置する部分の管壁に複数の通気孔が形成される第三胴部と、第三収縮部と、第三狭端部とから構成され、かつ内管の内部に設置されることによって、第三胴部の頭端部を前記密封面の貫通孔に貫設し、第三狭端部の末端部を前記第二狭端部内に挿入させる一の内部導管と、
第一胴部と第二胴部の間および第二胴部と第三胴部の間に設置され、内外の大きさが異なる複数の吸音室を形成する複数のしきりと、を備える車両用消音器。
【請求項２】
各吸音室内には選択的に吸音材が充填されていることを特徴とする請求項１に記載の車両用消音器。
【請求項３】
前記吸音材は消音フォームあるいはスチールウールあるいは両者の組み合わせであることを特徴とする請求項２に記載の車両用消音器。
【請求項４】
前記内管の数は必要に応じて増減することを特徴とする請求項１に記載の車両用消音器。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は車両用消音器に関するものであって、特に、多段膨張式消音器とストレート構造式消音器の消音特性を合わせ持ち、かつエンジン出力を増強可能な設計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料の燃焼によってエンジンから発生する排気ガスが、もし直接大気中へと排出されてしまえば、排気ガスの圧力が高圧から大気圧にまで急激に低下するため、たいへん耳障りな騒音が発生することになる。そこで、消音器に排気ガスを通過させ、排気ガスの圧力と周波数を小さくすることで、排気騒音を効果的に低減させることが必要である。
【０００３】
一般的な車両用消音器は、図１に示すような多段膨張式消音器（１０）であって、一の筒状本体（１１）内部をしきり（１２）で複数のガス室（１３）に分割し、所定の多段膨張式設計にしたがって複数の通気管（１４）を複数のガス室（１３）に直列に貫設し、必要に応じて各通気管（１４）に複数の通気孔（１４１）を形成し、排気ガスを通気孔（１４１）に通過させることによって膨張させる。また、エンジから排出された高圧排気ガスは、図中の矢印が示すように、各通気管（１４）を通って各ガス室（１３）内に膨張することで圧力を下げ消音される。
【０００４】
また、図２に示すストレート構造式消音器（２０）は、一の外部被覆（２１）に一の内部ストレート管（２２）を貫設し、内部ストレート管（２２）のうち外部被覆（２１）内部に位置して外部被覆（２１）に覆われている部分には、複数の通気孔（２２１）が形成され、内部ストレート管（２２）のうち外部被覆（２１）に覆われた部分の外縁と外部被覆（２１）内部とで構成される吸音室には吸音材（２３）が充填されるので、内部ストレート管（２２）を通過したエンジンからの排気ガスは、複数の通気孔（２２１）によって膨張効果を得て排気圧力が低下するとともに、吸音室に充填された吸音材（２３）で排気騒音が吸収され、消音の目的を達成する。
【０００５】
しかしながら、上記の車両用消音器にはそれぞれ短所と長所があり、多段膨張式消音器（１０）は、排気ガスの流動路が複雑であるため抵抗が大きくなるという問題がある反面、消音効果には優れており、一方、ストレート構造式消音器（２０）は、排気ガスの流動路が単純で通過しやすいため抵抗が小さく高速排気に優れているが、排気音の吸収能力が低く騒音が大きいという問題がある。
【０００６】
エンジンとはエアポンプであるため、その効率の大部分はシリンダーへの空気の吸排気しやすさ、つまりシリンダーへの吸排気抵抗で決まるのだが、これを吸排気損失（ポンピングロス：Ｐｕｍｐｉｎｇ  ｌｏｓｓ）と呼ぶ。障害となるものを最少とすればポンピングロスを低減することができ、エンジン出力が増強可能であることは明らかであり、エンジン出力を最大とするためには、排気システムは排気ガスの流れに対して障害を最小に維持する必要がある。こういった障害はエンジンからの排気ガスの排出を妨げ、後からエンジンに吸入される新鮮なガスを希釈してしまう（ガスの一部がシリンダー内に残留して新鮮なガスと混合してしまう）ため、当然のことながら性能を低下させ、障害が大きいほど抵抗が発生して、エンジンが排気ガスをシリンダーに排出するためにさらに大きな力を必要とすることとなり、これがすなわちポンピングロスの原因の一つである。
【０００７】
従来の多段膨張式消音器およびストレート構造式消音器にはそれぞれ長所と短所があるが、低騒音と最大エンジン出力という二つの要求を叶えることは未だできておらず、改善の余地がある。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
本考案は、抵抗レベルと消音効果を両立できないという従来技術における問題を解決するためになされたものであって、排気速度の加速に応じて抵抗レベルを低減し、かつ消音効果にも優れているという機能を備えることを目的とする。
また、本考案は、多段膨張式の消音効果を有すとともに、排気ガスの流れが受ける障害を最小に保つことでエンジン効率を最適に維持し、エンジン出力を２０％以上増強することが可能な車両用消音器を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本考案で用いられる原理として、エンジンの排出した排気ガスが消音管に吸入されると、排気ガスの流れは複数の管を軸方向に貫設し組み合わすことによって形成される複数の異なる吸音室にまで膨張し、かつ、各管は吸気端の孔径が大きく、排気端の孔径は小さくなるよう設計されており、いわゆる「ベンチュリ管」（Ｖｅｎｔｕｒｉ  ｔｕｂｅ）の形体で「ベンチュリ管効果」を生じさる。また、ガスの流速変化を計算するにあたっては、ベルヌーイの定理（Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ‘ｓ  ｅｑｕａｔｉｏｎ）に基づく以下の公式が用いられる。
Ｑ=Φ1×Ｖ1＝Φ2×Ｖ2
【００１０】
よって、流量（Ｑ）が同じである排気ガスが前部および後部の貫通孔を通る際には、後部の貫通孔（Φ2）の孔径が小さくなっているため、必然的にＶ2（流速）は大きくなり、消音管内に「流速加速」効果が生まれることとなり、かつ、この流速はノズル（Ｆｌｏｗ  ｎｏｚｚｌｅ）の周囲に「吸引効果」を発生させるので外管内部の排気ガスの流れを動かすことが可能であって、複数の管内の排気ガスが膨張・消音した後であっても急速に排出されて「ドラフト」作用を生じさせる。このようにしてエンジンの吸排気損失（Ｐｕｍｐｉｎｇ  ｌｏｓｓ）を低減させ、騒音を増大させないという前提のもとに、エンジン出力を増強させるという効果を上げることができる。
【００１１】
前記効果を得るために、本考案の構造は、頭端部が貫通孔を有する密封面である第一胴部と第一収縮部と第一狭端部とにより構成される一の外管と、管壁に複数の通気孔が形成される第二胴部と第二収縮部と第二狭端部とから構成され、かつ外管の内部に設置されることによって、第二胴部の頭端部を前記密封面上に外接させ、第二狭端部の末端部を前記第一狭端部内に挿入させる一の内管と、前記内管内部に位置する部分の管壁に複数の通気孔が形成される第三胴部と第三収縮部と第三狭端部とから構成され、かつ内管の内部に設置されることによって、第三胴部の頭端部を前記密封面の貫通孔に貫設し、第三狭端部の末端部を前記第二狭端部内に挿入させる一の内部導管と、第一胴部と第二胴部の間および第二胴部と第三胴部の間に設置され、内外の大きさが異なる複数の吸音室を形成する複数のしきりとを備えることを特徴とする。
【考案を実施するための最良の形態】
【００１２】
本考案の実施の形態を図３および４の基づいて説明する。本考案の実施形態は、頭部が貫通孔（３４１）を有する密封面（３４）である第一胴部（３１）と第一収縮部（３２）と第一狭端部（３３）とにより構成される一の外管（３０）と、管壁に複数の通気孔（４１１）が形成される第二胴部（４１）と第二収縮部（４２）と第二狭端部（４３）とから構成され、かつ外管（３０）の内部に設置されることによって、第二胴部（４１）の頭端部を前記密封面（３４）上に外接させ、第二狭端部（４３）の末端部を前記第一狭端部（３３）内に挿入させる一の内管（４０）と、前記内管（４０）内部に位置する部分の管壁に複数の通気孔（５１１）が形成される第三胴部（５１）と第三収縮部（５２）と第三狭端部（５３）とから構成され、かつ内管（４０）の内部に設置されることによって、第三胴部（５１）の頭端部を前記密封面（３４）の貫通孔（３４１）に貫設し、第三狭端部（５３）の末端部を前記第二狭端部（４３）内に挿入させる一の内部導管（５０）と、第一胴部（３１）と第二胴部（４１）の間および第二胴部（４１）と第三胴部（５１）の間に設置され、消音フォームあるいはスチールウールあるいはこれらの組み合わせである吸音材（６２）を選択的に充填した内外の大きさが異なる複数の吸音室（６１ａ）、（６１ｂ）、（６１ｃ）、（６１ｄ）、（６１ｅ）を形成する複数のしきり（６０）とを備える。
前記内管（４０）は必要に応じて増減可能であって、大型車のように比較的大量に排気が必要な場合には、一層あるいは二層になっていてもよい。当然、排気量が比較的少ない機関車については、前記内部導管（５０）は外管（３０）あるいは内管（４０）のいずれか一つと協調していれば実現可能である。
【００１３】
このような構成によると、本考案の消音作用は次の二つの部分に分けることが可能である。一つは、エンジンからの排気ガスが内部導管（５０）の複数の通気孔（５１１）を通って内側の吸音室（６１ｄ）、（６１ｅ）まで膨張し、さらに内管（４０）の複数の通気孔（４１１）から外側の吸音室（６１ａ）、（６１ｂ）、（６１ｃ）にまで膨張して排気圧力を下げるとともに、吸音材（６２）で排気音を吸収するという部分である。そして他の一つは、内部導管（５０）の複数の通気孔（５１１）を通らなかったエンジンからの排気ガスが内部導管（５０）の第三狭端部（５３）から内管（４０）の第二狭端部（４３）に排出され、さらに外管（３０）の第一狭端部（３３）に排出されるという部分であって、排気管の口径が拡大することよって排気圧力の膨張作用が低減されるとともに、後部吸音室（６１ｃ）、（６１ｅ）へ膨張した排気ガスを導引することが可能である。
【００１４】
よって、図４の矢印が示す排気ガスの流れからわかるように、本考案は多段膨張式の消音方法とストレート構造式の消音方法とを兼ね備える。エンジンが低速で排気する際には、後部吸音室（６１ｃ）、（６１ｅ）まで膨張した排気ガスが低速で導引されるため、比較的高い多段膨張式効果が生じ、大抵抗が発生してねじり力を増強させることが可能である。エンジンが高速で排気する際には、後部吸音室（６１ｃ）、（６１ｅ）まで膨張した排気ガスが高速で導引されるため、ストレート構造における小抵抗に近い効果が生じる。一方、複数のしきり（６０）が内外の大きさが異なる複数の吸音室（６１ａ）、（６１ｂ）、（６１ｃ）、（６１ｄ）、（６１ｅ）を形成し、充填されている吸音材と協調して異なる音域の排気音を吸収する。よって、本考案は排気速度の加速に従って抵抗レベルを増減させ、かつ消音効果にも優れているという機能を備える。
【００１５】
次に、図５は図４に示す各管におけるベンチュリ効果を説明する図であって、本図によると、本実施の形態における内部導管（５０）の吸気口（第三胴部５１）の直径Φ1は５０ｍｍであり、外管（３０）の排気口（第一狭端部３３）の直径Φ4はほぼ一様に５０ｍｍであるが、これに限るものではない。また、本考案の最大の特徴を以下に述べる。前記内管（４０）の第二狭端部（４３）の直径Φ3はおよそ１８ｍｍであり前記第一狭端部（３３）に挿入され、前記内部導管（５０）の第三狭端部の直径Φ2は約９ｍｍであり前記第二狭端部（４３）に挿入され、多重「ベンチュリ効果」生じさせる。また、ベルヌーイの定理に基づくＱ（流量）＝Φ1×Ｖ1＝Φ2×Ｖ2という公式から、前記内部導管（５０）の管径がΦ1（５０ｍｍ）からΦ2（９ｍｍ）に減じると、第三狭端部（５３）の流速（Ｖ2）が大きくなり、かつ、第一ノズル（５４）の周囲に吸引効果が生じて負圧状態を発生させ、内管（４０）内部の排気ガスの流れ（Ｓ1）を動かして急速に第二狭端部（４３）内の混合室（４４）内に導引することが可能である。当該混合室（４４）中の排気ガスは第二ノズル（４５）を通って第一狭端部（３３）に進入し、外管（３０）内の排気ガスの流れ（Ｓ2）を動かす。こうして、内部導管（５０）から各吸音室内に進入し消音された排気ガスは、「ドラフト」作用で急速に排出され、エンジンの吸排気損失を低減させてエンジン出力を増強することが可能である。
【００１６】
考案者が２００７年２月６日に桃園県政府環境保護局においておこなった測定データおよび結果を以下に示す。
１．車両データ
メーカー・機種：中華ＦＢ５１１Ｗ、
エンジン型式：Ｌ４
工場出荷年月：１９９６年７月
車両番号（ナンバープレート）：Ｌ５−３５０８
総排気量：２８３５（Ｃ．Ｃ．）
車両総重量：３４９０（ｋｇ）
最大予測エンジン出力および回転速度：９３／４０００（ｈｐ／ｒｐｍ）
温度環境および大気圧：２９４．６、  １００．４（ｋ／ｋｐａ）
【００１７】
２．測定結果
（１）従来の消音管を用いたものと本考案の消音管を用いたものについて汚染度測定を行った結果、両者とも合格基準に達していた。
（２）エンジン出力比（％）：従来の消音管を用いたもののエンジン出力比は４１％、本考案の消音管を装着したもののエンジン出力比は６１％であって、エンジン出力比はちょうど２０％増強した。
【００１８】
以上の説明および測定結果より、本考案の消音管は騒音と汚染度を増大させないという前提の下で、確実にエンジン出力を増強することが可能であり、エンジン効果を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】多段膨張式消音器の構造を説明するための図である。
【図２】ストレート構造式消音器の構造を説明するための図である。
【図３】本考案の構造を立体的に示す半断面図である。
【図４】本考案の構造を示す断面図である。
【図５】図４におけるベンチュリ効果を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０：多段膨張式消音器、１１：筒状本体、１２：しきり、１３：ガス室、１４：通気管、１４１：通気孔、２０：ストレート構造式消音器、２１：外部被覆、２２：内部ストレート管、２２１：通気孔、２３：吸音材、３０：外管、３１：第一胴部、３２：第一収縮部、３３：第一狭端部、３４：密封面、３４１：貫通孔、４１：第二胴部、４０：内管、４１１：通気孔、４２：第二収縮部、４３：第二狭端部、４４：混合室、４５：第二ノズル、５０：内部導管、５１：第三胴部、５１１：通気孔、５２：第三収縮部、５３：第三狭端部、５４：第一ノズル、６０：複数のしきり６１ａ・６１ｂ・６１ｃ・６１ｄ・６１ｅ：吸音室、６２：吸音材
【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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