JP2006200445A

JP2006200445A - 排気システム

Info

Publication number: JP2006200445A
Application number: JP2005012952A
Authority: JP
Inventors: Hidetoshi Taguchi; 英俊田口
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2005-01-20
Filing date: 2005-01-20
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】排気の熱量を低減して大気と混合することで気流音が要因の排気騒音を低減することができる排気システムを提供する。
【解決手段】出口管１８に排気・空気混合部２０が接続されている。排気・空気混合部２０は、シェル２から外部に突出している出口管１８の端部に同軸に接続されている混合管２２と、混合管２２の排気入側の内部に配設されながら出口管１８の端部に接続されている排気ノズル２４と、混合管２２に設けた大気導入スリット２６と、大気導入スリット２６の縁部から混合管２２内部に延在している整流板２８と、混合管２２の排気出側の内部に配設されているローブ付きコーン３０とを備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンから排出された排気を導いて大気に放出する排気システムに関する。

エンジンから排出された排気が排気管を介して大気中に排出されるときには、回転次数成分を持った脈動音（次数音と称する）を要因とする排気騒音や、排気管末端において大気を押し退ける際の音や排気ガスに生じる渦流による音（以下、これらを気流音）を要因とする排気騒音が発生する。特に、気流音を要因とする排気騒音は、大気に比べて排気が高いエネルギ（流速、圧力、熱量）を持っているために生じる。

排気騒音を防止する従来の装置として、次数音を反射によって打ち消したり、膨張室に排気を導入して膨張させることで、排気の流速及び圧力を低下して気流音を低減する装置（例えば、特許文献１）や、排気管の途中にある屈曲部及び吐出部に整流格子や整流板を配置することで、排気で生じている渦流を減少させて気流音を低減する装置（例えば、特許文献２）が知られている。
実公平６−４３４５２号公報特開平８−４２３２２号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２の装置は、高温の排気をそのまま大気に排出しているので、熱量の高い排気と熱量の低い大気とが混合する際に発生する渦流によって気流音が発生しやすい。
そこで、本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、排気の熱量を低減して大気と混合することで気流音が要因の排気騒音を低減することができる排気システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る排気システムは、エンジンから排出された流速を有する排気を大気に放出する排気流路の途中に、前記排気の流速を増大させる排気増速部と、流速が増大した前記排気に対して当該排気の温度より低い温度の空気を、前記排気増速部に隣接した位置から供給する空気供給部と、前記空気との接触面積が増大するように前記排気の拡散を促す排気拡散促進部とを有する排気・空気混合手段を備えている。

本発明の排気システムによると、排気・空気混合手段の排気増速部が、エンジンから排出された高熱の排気を増速し、空気供給部から供給された空気が、増速された高熱の排気に巻き込まれて混合する。その際に、排気拡散促進部が、空気との接触面積が増大するように前記排気の拡散を促し、排気の熱量を低下させてから大気に放出するようにしているので、気流音を要因とした排気騒音を低減することができる。

以下、本発明に係る排気システムについて、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る自動車用排気消音装置の１実施形態を示す図である。なお、図１の左側を排気の上流側、右側を排気の下流側とする。
本実施形態の装置は、筒状のシェル２の一方の開口が端板４により閉塞され、シェル２の他方の開口が端板６により閉塞されているとともに、シェル２内部に配設した仕切り板８によりシェル２の内部空間が拡張室１０及び共鳴室１２とに分割されている。仕切り板８には、拡張室１０及び共鳴室１２とを連通する首管１４が設けられている。

また、端板６を貫通して設けられた入口管１６が拡張室１０に連通し、端板４を貫通して設けられた出口管１８に共鳴室１２が連通し、入口管１６と出口管１８とが拡張室１０を介して接続されている。
そして、入口管１６は、図示しない排気マニホールド、触媒コンバータ等を介してエンジンの排気ポートに接続されているとともに、出口管１８に、排気・空気混合部２０が接続されている。

排気・空気混合部２０は、図２に示すように、シェル２から外部に突出している出口管１８の端部に同軸に接続されている混合管２２と、混合管２２の排気入側の内部に配設されながら出口管１８の端部に接続されている排気ノズル２４と、混合管２２に設けた大気導入スリット２６と、大気導入スリット２６の縁部から混合管２２内部に延在している整流板２８と、混合管２２の排気出側の内部に配設されているローブ付きコーン３０とを備えている。

排気ノズル２４は、出口管１８に接続している側からノズル口３２に向けて徐々に流路面積を小さくした部材であり、図３に示すように、ノズル口３２は矩形状の開口部として混合管２２の中心部で開口している。また、図４に示すように、ノズル口３２の開口端面は、三角形状の凸部３４ａ及び凹部３４ｂが連続する凹凸形状の開口端面３４として形成されている。

また、大気導入スリット２６は、図５に示すように、前述した矩形状のノズル口３２の長辺側で開口するように混合管２２に設けられており、大気導入スリット２６を設けるために混合管２２を切り欠いた部分を、ノズル口３２に向けて延在するように混合管２２の内部に折り曲げることで整流板２８が形成されている。そして、ノズル口３２に最も近接する整流板２８の端部は、図６に示すように、三角形状の凸部３６ａ及び凹部３６ｂが連続する凹凸形状の端面３６して形成されている。

ローブ付きコーン３０は、図７に示すように、排気ノズル２４のノズル口３２から所定の距離Ｌ１の混合空間Ｓ１を設けて配設されている。このローブ付きコーン３０は、排気の上流側から下流側に向かうに従い徐々に外径が拡径しており、混合管２２の内周面とで円錐ノズル４４を画成している第１円錐コーン３８と、この第１円錐コーン３８の最大外径部に同軸に一体化され、排気の下流側に向かうに従い徐々に外径が縮径している第２円錐コーン４０と、第２円錐コーン４０の周方向に所定間隔をあけて配置した複数のローブ４２とで構成されている。各ローブ４２は、図７から図９に示すように、上流側のローブ高さｈ１に対して下流側のローブ高さｈ２が高く設定され（ｈ１＜ｈ２）、隣接するローブ４２の配置角度が、上流側の配置角度ｒ１に対して下流側の配置角度ｒ２が大きくなるように設定されることで、隣接するローブ４２の間の流路面積が下流側に向かうに従い徐々に拡大するようにした減速翼列として形成されている。

ここで、排気・空気混合部２０が本発明の排気・空気混合手段に相当し、排気ノズル２４が本発明の排気増速部に相当し、大気導入スリット２６及び整流板２８が本発明の空気供給部に相当し、排気ノズル２４の凹凸形状の開口端面３４が本発明の排気拡散促進部に相当し、第１円錐コーン３８及び混合管２２とで画成した円錐ノズル４４が本発明の層流制御手段に相当し、流路面積が下流側に向かうに従い徐々に拡大するように減速翼列として形成した複数のローブ４２が本発明の減速制御手段に相当する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
エンジから排出された高熱の排気は、排気マニホールド、触媒コンバータ等を通過して本実施形態の排気消音装置に導入され、入口管１６から容積の大きな拡張室１０内、共鳴室１２内に流入し、拡張型消音要素、共鳴型消音要素によって音響エネルギが減衰された後、出口管１８から排気・空気混合部２０に流れていく。

排気・空気混合部２０の排気ノズル２４は、出口管１８から流れてきた排気（高熱の排気）の流速を増大してノズル口３２から混合空間Ｓ１に吐出する。ここで、ノズル口３２の開口端面が凹凸形状の開口端面３４となっているので、ノズル口３２から吐出する排気は、流れ方向の断面から見て周囲が波状になるように混合空間Ｓ１で拡散する。しかも、開口端面３４の凸部３４ａが三角形状となっているので、波状の振幅が大きくなって拡散する範囲も広くなる。

また、大気導入スリット２６から混合管２２内に入り込んだ大気（冷却空気）は、排気ノズル２４のノズル口３２から吐出する排気が増速されているので、整流板２８に沿って混合空間Ｓ１に巻き込まれていく。ここで、冷却空気は、整流板２８に沿って矩形状の開口部としたノズル口３２の長辺側に向けて流れていく。また、整流板２８の端面が凹凸形状の端面３６となっているので、ノズル口３２の長辺側に向けて流れた冷却空気は、流れ方向の断面から見て周囲が波状になるように混合空間Ｓ１で拡散する。しかも、端面３６の凸部３６ａが三角形状となっているので、波状の振幅が大きくなって拡散する範囲も広くなる。

このように、混合空間Ｓ１に、高熱の排気と冷却空気が拡散する範囲を広くしながら流れ込むので、高熱の排気と冷却空気と混合が促進される。
混合空間Ｓ１で混合された高熱の排気と冷却空気（以下、混合気体と称する）は、ローブ付きコーン３０の円錐ノズル４４を通過することで流速が増大し、流れ全体の流速分布が均一に整えられて層流状態となる。
そして、円錐ノズル４４を通過した混合気体は、ローブ付きコーン３０の隣接するローブ４２の間の流路を流れて大気に放出される。その際、隣接するローブ４２の間の流路面積が、下流側に向かうに従い徐々に拡大するようにした減速翼列として形成されているので、混合気体は、層流状態が維持されながら流速が低減されて大気に放出される。

以上説明したように、本実施形態では、排気ノズル２４を通過することで増速した高熱の排気が、大気導入スリット２６から入り込んだ冷却空気を巻き込みながら混合空間Ｓ１に流れ込み、その際に、ノズル口３２の開口端面３４が凹凸形状となっていることで高熱の排気が混合空間Ｓ１で拡散され、冷却空気との混合が促進されて排気の熱量が低下するので、混合管２２から大気に吐出する際の気流音を要因とした排気騒音を低減することができる。

また、混合空間Ｓ１で混合された高熱の排気と冷却空気との混合気体は、ローブ付きコーン３０の円錐ノズル４４を通過することで流速が増大し、流れ全体の流速分布が均一に整えられて層流状態となることで渦流の発生を抑制しているので、渦流による気流音の発生を防止することができる。
また、円錐ノズル４４を通過した混合気体は、複数のローブ４２の間を通過することで、層流状態が維持されながら流速が低減されて大気に放出されるので、排気の流速増大を要因とした排気騒音も低減することができる。

そして、本実施形態では、以下のように構成したので、混合空間Ｓ１における高温の排気と冷却空気との混合が促進され、さらに排気の熱量を効率良く低減することができる。
先ず、大気導入スリット２６から混合管２２内に入り込んだ冷却空気は、整流板２８に沿って混合空間Ｓ１に流れ、整流板２８の端面３６が凹凸形状となっていることで混合空間Ｓ１で拡散するので、高温の排気との混合をさらに促進することができる。

また、ノズル口３２の凹凸形状の開口端面３４の凸部３４ａ及び整流板２８の凹凸形状の端面３６の凸部３６ａが三角形状になっており、混合空間Ｓ１における波状の振幅が大きくなって拡散する範囲も広くなるので、高温の排気との混合をさらに促進することができる。
また、冷却空気は排気ノズル２４のノズル口３２の長辺側に向かい、ノズル口３２から吐出する排気の流れ中心側に流れるので、排気との冷却効率が向上して高温の排気との混合をさらに促進することができる。

なお、本実施形態では、出口管１８に排気・空気混合部２０を接続した構成を示したが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、例えば、入口管１６の途中に排気・空気混合部２０を接続しても、同様の効果を奏することができる。
また、本実施形態では、自動車用排気消音装置に排気・空気混合部２０を配設した構造を示したが、本発明の要旨がこれに限定されるものではなく、エンジンから排出された排気を導いて大気に放出する他の構造の排気システムの途中に、排気・空気混合部２０を設けても、同様の効果を奏することができる。
さらにまた、ノズル口３２の開口端面３４、又は整流板２８の端面３６の形状は凹凸形状であればよく、製造方法等の事情を考慮して前記三角形状以外にも、例えば図１０に示すような形状でもよい。

本発明に係る自動車用排気騒音装置を示す断面図である。本発明に係る排気・空気混合手段を示す断面図である。図２のIII−III線矢視図である。本発明に係る排気拡散促進部の具体的な構成である排気ノズルのノズル口の開口端面に設けた凹凸部を示す図である。本発明に係る空気供給部を構成する大気導入スリット及び整流板を示す図２のV−V線矢視図である。本発明に係る空気供給部を構成する整流板の端部に設けた凹凸部を示す図である。本発明に係る層流制御手段及び減速制御手段を示す断面図である。図７のVIII-VIII線矢視図である。図７のIX-IX線矢視図である。ノズル口の凹凸形状の開口端面、又は整流板の凹凸形状の端面の他の形状を示す図である。

符号の説明

２シェル
１０拡張室
１２共鳴室
１６入口管
１８出口管
２０排気・空気混合部（排気・空気混合手段）
２２混合管
２４排気ノズル
２６大気導入スリット
２８整流板
３０ローブ付きコーン
３２ノズル口
３４ノズル口の凹凸形状の開口端面
３４ａ凸部
３６整流板の凹凸形状の端面
３６ａ凸部
３８第１円錐コーン（層流制御手段を構成する円錐体）
４０第２円錐コーン（減速制御手段を構成する下流側円錐体）
４２ローブ
４４円錐ノズル
Ｓ１混合空間

Claims

エンジンから排出された流速を有する排気を大気に放出する排気流路の途中に、前記排気の流速を増大させる排気増速部と、流速が増大した前記排気に対して当該排気の温度より低い温度の空気を、前記排気増速部に隣接した位置から供給する空気供給部と、前記空気との接触面積が増大するように前記排気の拡散を促す排気拡散促進部とを有する排気・空気混合手段を備えたことを特徴とする排気システム。
前記排気・空気混合手段の前記排気増速部は、前記排気が流れる方向に向けて徐々に流路面積を小さくした排気ノズルであることを特徴とする請求項１記載の排気システム。
前記排気・空気混合手段の前記排気拡散促進部は、前記排気ノズルのノズル口の開口端面に連続して設けた凹凸部であることを特徴とする請求項２記載の排気システム。
前記排気・空気混合手段の前記空気供給部は、前記ノズル口に向けて前記空気を導き、前記ノズル口に近い端部に凹凸部を連続して設けた整流板であることを特徴とする請求項２又は３記載の排気システム。
前記凹凸部の凸部は、先端に向かうに従い先細り形状となっていることを特徴とする請求項３又は４記載の排気システム。
前記凹凸部の凸部を、三角形状としたことを特徴とする請求項５記載の排気システム。
前記排気ノズルの前記ノズル口を矩形状の開口形状とし、このノズル口の長辺側に前記整流板の端部を近接させていることを特徴とする請求項４乃至６の何れかに記載の排気システム。
前記排気流路は断面が円形状の筒状体であり、前記排気・空気混合手段に対して下流側の前記筒状体の内側に、底面の直径が前記筒状体の直径より小さい円錐体を、該底面が下流側に向き、且つ前記筒状体の円周方向において前記円錐体の斜面と前記筒状体との距離が等しくなるように配置した層流制御手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の排気システム。
前記層流制御手段より下流側の前記筒状体の内側に、円錐体であって、底面が前記層流制御手段の前記円錐体の底面に接して、頂点が下流側を向くように配置する下流側円錐体と、この下流側円錐体の斜面及び前記筒状体を連結し、前記筒状体の長手方向に延在する板材で、該長手方向において面外方向ねじりを有する翼部材が前記筒状体の円周方向に複数配置される翼列体とを備えてなる減速制御手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至８の何れかに記載の排気システム。
前記排気・空気混合手段の前記空気供給部は、装置周辺の大気を供給するようにしたことを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の排気システム。
前記排気・空気混合手段を、エンジンから排出された排気を筒状のシェルに導入する入口管と、前記シェルに導入した排気を大気に放出する出口管とのうち少なくとも一方に配置したことを特徴とする請求項１乃至１０の何れかに記載の排気消音装置。