(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に一端が接続され他端がマフラ(22)の入口パイプ(22a)に接続された上流側排気管(24)と、前記マフラ(22)の出口パイプ(22b)に一端が接続され他端が大気に開放された下流側排気管(23)と、前記下流側排気管(23)の内部に設けられ前記出口パイプ(22b)から排出される排ガスにより生じる定在波(F)と干渉可能な干渉物(27)とを備えたエンジンの排ガス排出管において、
前記干渉物が、前記下流側排気管(23)を横断するように設けられ一対の丸棒(27a,27a)を互いに交差した十字状物(27)である
ことを特徴とするエンジンの排ガス排出管。
【請求項２】
干渉物(27)が定在波(F)の振幅が極大となる個所（腹）に相応する部分の下流側排気管(23)の内部に設けられた請求項１記載のエンジンの排ガス排出管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等に搭載されるエンジンの排気を外部に排出するエンジンの排ガス排出管に関する。更に詳しくはエンジンの騒音を音響的に低減し得るエンジンの排ガス排出管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンの排気音を消音させる消音機器としてマフラが知られている。一般的なマフラは、両端が鏡板によりそれぞれ封止された円筒又は角筒状のマフラ本体の内部を複数の仕切板により複数の小室に仕切り、入口パイプと出口パイプを連通させる内部パイプをこれらの仕切られた小室に通している。内部パイプには多数の小孔が形成され、入口パイプから入り込んだエンジンの排ガスが内部パイプを通過するときにこの小孔を介して膨張してその排ガスの音圧を下げ、その後出口パイプから排出するように構成される。また、別の種類のマフラとして、筒状のマフラ本体の内部に吸音材を装着したものも知られている。このマフラでは入口パイプから入り込んで内部パイプを通過する排ガスが、マフラ本体内部で膨張して排ガスの圧力が低下させられるとともに、吸音材がその排気音を吸収して消音し、その後出口パイプから排出するようになっている。
【０００３】
このマフラはエンジンの排ガスを外部に排出させる排出管の中間に設けられる。この排ガス排出管は上流側排気管と下流側排気管とにより構成され、上流側排気管は、エンジンの排気マニホルドに一端が接続され他端がマフラの入口パイプに接続される。一方、下流側排気管は、出口パイプに一端が接続され、他端が大気に開放される。マフラで消音されて出口パイプから排出された排ガスは、下流側排気管の一端から他端に流通して大気に放出するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、排ガスには複数周波数の音波が内在するため、マフラの出口パイプから排出された排ガスを下流側排気管に流通させると、同じ周波数の音波の干渉によって、どの場所でも同一の位相を持つ振動が現れ、音圧の振幅が極大となる点（以下「腹」という）と極小となる点（以下「節」という）とが空間的に交互に存在し、各点で同じ運動を繰り返して波形が進行しない状態のいわゆる定在波を発生させることが知られている。この定在波は、排ガスが下流側排気管の他端側から大気に排出された段階で排気騒音として共鳴し、マフラにより排ガス騒音を十分に低減できたとしてもこの定在波による騒音によりエンジンの総排気騒音を十分に低減することが困難である不具合があった。
本発明の目的は、下流側排気管に生じる定在波の音圧を低減してエンジンの総排気騒音を十分に低減し得るエンジンの排ガス排出管を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、エンジンの排気系に一端が接続され他端がマフラ２２の入口パイプ２２ａに接続された上流側排気管２４と、マフラ２２の出口パイプ２２ｂに一端が接続され他端が大気に開放された下流側排気管２３と、下流側排気管２３の内部に設けられ出口パイプ２２ｂから排出される排ガスにより生じる定在波Ｆと干渉可能な干渉物２７とを備えたエンジンの排ガス排出管の改良である。
その特徴ある構成は、干渉物が、下流側排気管２３を横断するように設けられ一対の丸棒２７ａ，２７ａを互いに交差した十字状物２７であるところにある。
この請求項１に係るエンジンの排ガス排出管では、干渉物２７が定在波Ｆの一部を反射し、その反射波と定在波を干渉させる。この結果、定在波の振幅は小さくなり、その定在波は減衰されて排ガスが大気に排出された段階で生じる音圧を従来より低減させる。
また、一対の丸棒２７ａ，２７ａを下流側排気管２３に横断するように設けるだけであるので、比較的簡単に干渉物を下流側排気管２３に設けることができる。
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、干渉物２７が定在波Ｆの振幅が極大となる個所（腹）に相応する部分の下流側排気管２３の内部に設けられたエンジンの排ガス排出管である。
この請求項２に係るエンジンの排ガス排出管では、干渉物２７により反射された反射波が定在波の波長と半波長ずれることになり、定在波を有効に減衰させることができる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明であって、干渉物２７が定在波Ｆの振幅が極大となる個所（腹）に相応する部分の下流側排気管２３の内部に設けられたエンジンの排ガス排出管である。
この請求項２に係るエンジンの排ガス排出管では、干渉物２７により反射された反射波が定在波の波長と半波長ずれることになり、定在波を有効に減衰させることができる。
ここで、マフラ２２の一方の鏡板から下流側排気管２３の他端開口端までの長さをＬとし自然数をＮとすると、下流側排気管２３に生じる定在波Ｆの波長λは、λ＝２Ｌ／Ｎとなる。Ｎ＝３の場合を例示すると、下流側排気管２３には図１の一点鎖線で示すような定在波Ｆが生じる。従って、下流側排気管定在波Ｆの振幅が極大となる個所（腹）を考慮して、Ｌ／（２ｎ＋１）の位置に干渉物２７を設けることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、この実施の形態におけるエンジンの排ガス排出管２１は、車両であるトラクタ１０のエンジンにおける排ガス排出管２１を示す。図２に示すように、トラクタ１０は、シャシフレーム１１の前部に搭載されたキャブ１２と、シャシフレーム１１の後部の上面に固着されたカプラ１３とを有する。キャブ１２はチルトアップ可能にシャシフレーム１１に搭載され、キャブ１２には運転者が着座する運転席と同乗者が着座する助手席が設けられる。一方、カプラ１３は図示しないトレーラを連結するためのものであり、トレーラの前部下部に設けられた図示しないキングピンをこのカプラ１３に係合又は離脱させることにより、そのトレーラを連結し、又は切り離すことができるように構成される。また、シャシフレーム１１の左側部にはエンジンの燃料を貯留する燃料タンク１６が設けられる。
【００１１】
図１及び図２に示すように、トラクタのシャシフレーム１１は一対のサイドフレーム１１ａ，１１ａを有し、キャブ１２下方の一対のサイドフレーム１１ａ，１１ａの間には図示しないエンジンが設けられる。また、シャシフレーム１１の右側部のキャブ１２近傍には、トラクタのエアブレーキ等のエア機器を作動させるための動力源であるエアタンク１７が設けられる。シャシフレーム１１の左側部のキャブ１２近傍には、マフラ２２が設けられる。エアタンク１７及びマフラ２２は、一対のサイドフレーム１１ａ，１１ａに互いに車幅方向に突出するように設けられた支持ステー１８を介してそれぞれシャシフレーム１１に吊り下げられる。
【００１２】
図１に示すように、この実施の形態におけるマフラ２２は両端が鏡板により封止された角筒状に形成され、一方の鏡板がシャシフレーム１１に対向するようにマフラ２２がシャシフレーム１１に吊り下げられる。シャシフレーム１１近傍における一方の鏡板には入口パイプ２２ａと出口パイプ２２ｂの双方が設けられる。マフラ２２の内部には入口パイプ２２ａと出口パイプ２２ｂを連通させる内部パイプが設けられ、内部パイプ周囲のマフラ２２内部には吸音材が装着されて吸音室が形成される。吸音室に位置する内部パイプには複数の通気孔が形成される。このマフラ２２では、入口パイプ２２ａからエンジンの排ガスが入ると、その排ガスは入口パイプ２２ａから図示しない内部パイプを通過し、内部パイプに形成された通気孔を介して膨張減圧され、その膨張減圧により消音された状態で排ガスは内部パイプから出口パイプ２２ｂに流れ、その出口パイプ２２ｂから排出されるように構成される。
【００１３】
入口パイプ２２ａ及び出口パイプ２２ｂは一方の鏡板から突出して設けられ、入口パイプ２２ａ及び出口パイプ２２ｂの先端にはそれぞれ絞り部２２ｃ，２２ｄが形成される。入口パイプ２２ａの絞り部２２ｃには、上流側排気管２４の他端が接続され、上流側排気管２４の一端はエンジンの排気マニホルドに接続される。出口パイプ２２ｂの絞り部２２ｄには下流側排気管２３の一端が接続され、下流側排気管２３の他端は大気に開放される。この実施の形態では、出口パイプ２２ｂに一端が接続された状態で下流側排気管２３の中間は吊下部材２６によりシャシフレーム１１に吊下げられ、この上流側排気管２４と下流側排気管２３により本発明のエンジンの排ガス排出管２１が構成される。
【００１４】
ここで、マフラ２２の内部に形成された空洞の体積は 下流側排気管２３の管内の体積に比べて大きく、そのマフラ２２の排気騒音に対する音響インピーダンスは下流側排気管２３に比べて小さな値となるので、排ガスが流入する下流側排気管２３内には、その排気騒音の定在波がマフラ２２を節として形成される。一方、下流側排気管２３の他端側開口部より外側の大気の体積は下流側排気管２３の管内の体積に比べて著しく大きく、その大気の排気騒音に対する音響インピーダンスは下流側排気管２３に比べて小さな値となるので、下流側排気管２３内には、その排気騒音の定在波が両側開口部を腹として形成される。即ち、マフラ２２の一方の鏡板から下流側排気管２３の他端開口端までの長さをＬとし自然数をＮとすると、下流側排気管２３に生じる定在波の波長λは、λ＝２Ｌ／Ｎとなる。Ｎ＝３の場合を例示すると、下流側排気管２３には図１の破線で示すような定在波Ｆが生じる。
【００１５】
一方、下流側排気管２３の内部には、上述した定在波Ｆと干渉可能な干渉物が設けられる。この実施の形態における干渉物は一対の金属製丸棒２７ａ、２７ａを互いに交差することにより作られた十字状物２７であり、下流側排気管２３の周囲に４つの孔を開けて一対の丸棒２７ａ、２７ａをその孔に挿入することにより、この十字状物２７は下流側排気管２３を横断するように設けられる。ここで、干渉物である十字状物２７は、定在波Ｆの振幅が極大となる個所（腹）に相応する部分の下流側排気管２３の内部に設けられる。この位置は、定在波Ｆにおける圧力変動の振幅が極小となる点（節）から極大となる点（腹）の間に位置し、圧力変動が極大となる直前に干渉物である十字状物２７がその定在波Ｆと干渉するように構成される。
【００１６】
このように構成されたエンジンの排ガス排出管の動作を説明する。
排ガス排出管２１を構成する上流側排気管２４は、図示しないエンジンの排気系から排出される排ガスをマフラ２２の入口パイプ２２ａに案内する。具体的に説明すると、図示しないエンジンから排出される排ガスは上流側排気管２４に一端側から流入し、その上流側排気管２４を通過して他端に接続されたマフラ２２の入口パイプ２２ａに流入する。マフラ２２の入口パイプ２２ａから流入した排ガスは、その入口パイプ２２ａから図示しない内部パイプを通過し、内部パイプに形成された通気孔を介して膨張減圧され、その膨張減圧により消音された状態で内部パイプから出口パイプ２２ｂに流れ、その出口パイプ２２ｂから排出される。マフラ２２の出口パイプ２２ｂから排出された排ガスは下流側排気管２３に一端側から流入し、その下流側排気管２３を通過して大気に開口する他端側からその大気に排出される。この際にテープパイプ２３には定在波Ｆが生じる。
【００１７】
一方、下流側排気管２３に設けられた干渉物である十字状物２７は、その定在波Ｆの一部を反射してその反射波と定在波Ｆを干渉させる。定在波Ｆが反射波と干渉すると、定在波Ｆの振幅が小さくなり、その定在波Ｆは減衰される。ここで、干渉物である十字状物２７は、下流側排気管２３内で発生する定在波Ｆの腹の部分に設けられので、十字状物２７により反射された反射波は定在波Ｆの波長と半波長ずれることになり、定在波Ｆを有効に減衰させることができる。定在波Ｆはその後排ガスが下流側排気管２３の他端側から大気に排出された段階で排気騒音として共鳴するが、このように減衰された定在波Ｆによる音響は、定在波Ｆが減衰されることなく音響する場合に比較して極めて小さく、本発明の排ガス排出管では定在波Ｆによる共鳴を従来より著しく低減させることができる。
【００１８】
図３に本発明の別の干渉物を説明する。図３における干渉物は、複数の小孔３７ａを有し下流側排気管の他端に向かって小径になる金属製のコーン状３７である。このコーン状物３７は、予め複数の小孔３７ａが形成されたいわゆるパンチングメタルをコーン状に板金加工することにより作られ、コーン状物３７の複数の小孔３７ａの総面積が下流側排気管２３の排ガス流路断面積になるように形成される。このコーン状物３７は下流側排気管２３の他端に向かって小径となるように下流側排気管２３に挿入され、大径部３７ｂの外面を下流側排気管２３の内面に接触させた状態でその大径部３７ｂと下流側排気管２３を抵抗溶接することにより、そのコーン状物３７は下流側排気管２３の内部に設けられる。
【００１９】
このように構成されたコーン状物３７からなる干渉物であっても、下流側排気管２３に生じる定在波Ｆの一部を反射することができる。この場合、上述したコーン状物３７は比較的堅牢であるため、このコーン状物３７からなる干渉物により反射する反射波の波長は複雑なものになり、定在波Ｆを効果的にぼかすことが可能になる。なお、複数の小孔３７ａの総面積を下流側排気管２３の排ガス流路断面積にすることにより、コーン状物３７からなる干渉物を下流側排気管２３に設けることに起因する背圧の上昇を防止することができる。この結果、背圧の上昇を抑制しつつ定在波Ｆによる音圧を従来より低減してエンジンの総排気騒音を十分に低減させることができる。
【００２０】
【実施例】
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。
＜実施例１＞
図１に示すように、車両であるトラクタ１０のエンジンに従来から取付けられている排ガス排出管２１に、本発明の十字状物２７からなる干渉物を設けた。この排ガス排出管２１の下流側排気管２３は円筒状に形成され、外径及び内径が１１０ｍｍ及び１０５ｍｍであって、全長Ｌは１８００ｍｍである。十字状物２７は、下流側排気管２３の開口する他端から３６０ｍｍの内部位置に設け、下流側排気管２３の周囲に４つの孔を開けて外径が８ｍｍの一対の丸棒２７ａ、２７ａをその孔に挿入することにより下流側排気管２３を横断するようにその十字状物２７を設けた。このように十字状物２７からなる干渉物が設けられた排ガス排出管２１を実施例１とした。
【００２１】
＜実施例２＞
図３に示すように、実施例１と同一のトラクタ１０における排ガス排出管２１に、本発明のコーン状物３７からなる干渉物を設けた。このコーン状３７は、直径１０５ｍｍの複数の小孔３７ａが形成されたパンチングメタルを加工することにより作り、大径部が下流側排気管２３の内径より僅かに小さい１０４ｍｍに加工するとともに、高さが１５０ｍｍの円錐形に加工してコーン状物３７を得た。この場合の複数の小孔３７ａの総面積は９０００ｍｍ2であって、下流側排気管２３の排ガス流路断面積である９０００ｍｍ2であった。このコーン状物３７を下流側排気管２３の他端に向かって小径となるように下流側排気管２３に挿入し、大径部３７ｂの外面を下流側排気管２３の内面に抵抗溶接することにより、そのコーン状物３７を下流側排気管２３の開口する他端から３６０ｍｍの内部位置に設けた。このようにコーン状物３７からなる干渉物が設けられた排ガス排出管２１を実施例２とした。
【００２２】
＜比較例１＞
実施例１と同一のトラクタ１０における排ガス排出管２１に何ら干渉物を設けない排ガス排出管２１を比較例１とした。
＜比較試験及び評価＞
実施例１及び２並びに比較例１のトラクタにおける排気騒音を台上により測定し、そして比較例１におけるエネルギを１００とした場合における実施例１及び２のエネルギの比を求めた。この結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】
0003732138.tif 000002
【００２４】
表１から明らかなように、干渉物を設けた実施例１及び２は、干渉物を設けていない比較例１に比較して騒音レベルが低下していることが判る。これは干渉物が定在波の一部を反射し、その反射波と定在波を干渉させた結果と考えられる。また、実施例２の騒音レベルが実施例１における騒音レベルより低いのは、コーン状物からなる干渉物により反射された反射波が、十字状物からなる干渉物による反射された反射波に比較して複雑になり、コーン状物からなる干渉物により反射された反射波は十字状物からなる干渉物による反射された反射波に比較して定在波を有効にぼかしたためと考えられる。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、出口パイプから排出される排ガスにより生じる定在波と干渉可能な干渉物を下流側排気管の内部に設けたので、その干渉物が定在波の一部を反射し、その反射波と定在波を干渉させる。この結果、定在波の振幅は小さくなり、その定在波は減衰されて排ガスが大気に排出された段階で生じる音圧を従来より低減させることができる。この場合、下流側排気管内部で発生する定在波の腹の部分に干渉物を設ければ、干渉物により反射される反射波の波長を定在波の波長と半波長ずらすことが可能になり、その反射波により定在波を有効に減衰させることができ、エンジンの総排気騒音を十分に低減させることができる。
【００２６】
また、干渉物が、下流側排気管を横断するように設けられ一対の丸棒を互いに交差した十字状物である場合には、一対の丸棒を下流側排気管に横断するように設けるだけで、比較的簡単に干渉物を下流側排気管に設けることができる。一方、干渉物が、複数の小孔を有し下流側排気管の他端に向かって小径になる金属製のコーン状物である場合には、比較的堅牢な干渉物を得ることができ、この干渉物により反射する反射波の波長を複雑にして定在波を効果的にぼかすことができる。この場合、コーン状物の複数の小孔の総面積が下流側排気管の排ガス流路断面積にすれば、コーン状物からなる干渉物を下流側排気管に設けることに起因する背圧の上昇を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガス排出管を示す図２のＡ−Ａ線断面図。
【図２】その排ガス排出管を備えた車両であるトラクタの上面図。
【図３】その別の干渉物を示す斜視図。
【符号の説明】
２２  マフラ
２２ａ  入口パイプ
２２ｂ  出口パイプ
２３  下流側排気管
２４  上流側排気管
２７  十字状物（干渉物）
２７ａ  丸棒
３７  コーン状物（干渉物）
３７ａ  小孔
Ｆ  定在波
【図１】
0003732138.tif 000003
【図２】
0003732138.tif 000004
【図３】
0003732138.tif 000005