JPH01155013A - 内燃機関用ガス流消音器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関用ガス流消音器に関し、特に、排気ガ
スを通過させるために、外部に直通した主排気路を形成
する主管に対して、排気ガスの一部分を高圧時に蓄積し
て、低圧時に該蓄積ガスを主排気路内に回帰させて、ガ
ス圧低下分を補償する膨張装置を備けて、消音を行うガ
ス流消音器に関する。

〔従来の技術〕

周知のように、内燃機関の排気に伴う騒音は、高温の排
気ガスが排気管から、点火−排気一吸込一圧縮一点火と
いう出力サイクルに従って、高圧−低圧一高圧一低圧と
排気ガスが外部へ排出されると共に、急激に膨張するた
めに発生ずるエアーハンマー現象に起因している。

従って、従来技術の消音器の一つとして、第９図に示す
ように、密閉したケーシング７を有する消音器内を、幾
つかの膨張室８．８ａ、８ｂ。

８ｃ・・・に仕切ると共に、各膨張室を、管状壁面に多
数個の小孔を穿孔した複数本の連通管９．９ａ。

９ｂ、９ｃ・・・によって互に連通させて、排気ガスの
膨張を徐々に進行させ、かつ、同時に排気ガスの圧力差
をできるだけ均一にすることによって、消音効果を向上
させている。第９図に示す消音器は、主として自動車に
使用されるもので、普通、エンジンの排気管の前後２箇
所にこのような膨張式消音器を介設する。

また、膨張式消音器とは別に、排気ガスが内燃機関から
外部へ直接に排出される直通式の排気路を有する直通式
消音器は、構造が簡単で装置体積も小さいのでオートバ
イ等に使用されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第９図の膨張式消音器においては、排気
速度が著しく遅くなるために、逆に内燃機関へ排気ガス
が押しもどされて、シリンダへ反対方向の作用力を与え
るハックプレッシャー現象が発生しがちとなる。このパ
ックプレッシャー現象が発生ずると、気化燃料が不完全
燃焼の状態で排気されるので、燃料効率が低下して、燃
料消費量が増大すると共に、エンジン出力が低下スる。

従って、内燃機関において最大のエンジン出力を得よう
とするレーシングカーにおいては、消音器を除去するの
が通常である。

そこで、エンジン出力を落さずに、しかも消音効果が上
げられる消音器として、排気ガスを直接に外部へ排出す
る直通式のガス流消音器が注目されているが、現在の直
通式ガス流消音器において、その消音効果は主に排気ガ
スが通過する消音器内壁面に敷設される吸音物質に依存
しているので、内燃機関の定格排気量が小さいオートバ
イ等では実用性があるものの、自動車など定格排気量が
大きい内燃機関では十分な消音効果が得られるまでには
至っていない。

本発明は以上のような実情を背景になされたもので、そ
の構造が簡単で装置体積も小さくてすむ直通式ガス流消
音器において、自動車など比較的大きな定格排気量を有
する内燃機関に対して使用できる新規な構造を備えたガ
ス流消音器を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は以上の問題点を解決するために、排気ガスを外
部に直通的に排出する主排気路を構成する主管と、該主
管内の主排気路と排気ガスが往復できるように連通され
て、前記主排気路を通過する排気ガスが高圧である時は
、その排気ガスの一部分を内部に蓄積しておくように形
成され、前記主排気路を通過する排気ガスが低圧となっ
た時に、前記の蓄積していた排気ガスを主排気路内へ自
然回帰させて、低下したガス圧分を補償して主排気路内
の排気ガス圧をほぼ一定に保つように形成された膨張装
置とを具備することを主旨としている。

以下余白 〔作　用〕 第８図について説明すると、図は、内！！８機関から排
出された排気ガスのガス圧力変化を時間経過に従ってグ
ラフ化した線図で、図中、実線Ａは、排気ガスを消音器
を経ずに外部に排出させた時の曲線で、破線Ｂは、排気
ガスを本発明の消音器を経て外部へ排出した時の曲線で
ある。

公知のように、内燃機関においては、排気ガス圧は一定
圧力値ではな（，４ザイクルエンジン、２サイクルエン
ジンまたはディーゼルエンジンの違いを問わず、吸込−
圧縮一点火一排気という行程が順序に行われる（２サイ
クルエンジンにおいては吸気と圧縮が同時に行われる）
ので、その排気ガス圧は実線Ａのように変化している。

このような排気ガス圧の変化が、エアーハンマー現象を
引きおこし、断続した騒音を生む原因となっている。

そこで、本発明においては前記膨張装置を採用すること
によって、内燃機関から排出された周期的圧力変化を伴
う排気ガスの大部分を、外部に直通した主排気路によっ
てスムーズに排気することで、排気ガスが内燃機関方向
へ逆流するバックプレッシャー現象を解消して、エンジ
ン出力の低下を防止すると同時に、前記主排気路を通過
する排気ガスの一部を、高圧時には内部に蓄積し、低圧
時にはその蓄積ガスを主排気路内へ自然回帰させてガス
圧力の低下分を補償する膨張装置を設けることで、破線
Ｂのように該主排気路内の排気ガス圧をほぼ一定に保持
し、内燃機関の排気におけるエアーハンマー現象を解消
したものである。

〔実施例〕

以下、本発明にかかわる好適な実施例を図面に基づいて
説明する。

第１図は、本発明の第１実施例を示す断面図、第２図は
、第１図の端面図、第３図は、第１図の■−■線に沿っ
て示した断面図である。

第１図に示すように、本発明のガス流消音器は直線状の
主管１と、膨張装置を構成する膨張パイプ２とを備える
。この膨張パイプ２は、その内部を主排気路１ａとする
主管１の外周面のまわりを略包囲するように設けられて
いる。主管１の内壁面には、グラスファイバーのような
吸音材１１が付設されていて、吸音効果を向上させるよ
うになっている。実際の製造にあたって、吸音材１１は
、多孔パイプ１２と主管１の内壁面との間に挟着される
。この多孔バイブ１２は、縮径化された主管１の前後端
部によって、主管１内に挿嵌される。

膨張パイプ２は、チューブ管２１と、このチューブ管２
１の前後開口に溶接された前部プレート２２及び後部プ
レート２３とを備えている。前部プレート２２は、その
中央に中央孔２４を、後部プレート２３は、その中央に
中央孔２５をそれぞれ開設しているが、後部プレート２
３は、更に、中央孔２５内周縁の周りに等間隔に設けた
３ケ所に挿入用切欠き２６．２６．２６　（第２図）を
付設して、主管１を中央孔２５に挿嵌する際に便利なよ
うになっている。なお、主管１と前部プレート２２、後
部プレート２３とは内部に略機密性を保つように溶接さ
れている。

このようにして、環状膨張室１３が、主管１と膨張バイ
ブ２の間に形成されるが、主管１の前端と前部プレート
２２の中央孔２４との間には、排気ガスの一部分を環状
膨張室１３内へ送り込むために、後端開口断面が三角形
状の分散管１４が介設されている（第３図参照）。この
分散管１４は、図示していないが、その前端付近におい
て、内燃機関の排気管後端に連接され、その後端付近に
おいて、第３図に図示のように、主管１の外周面を３等
分する各点において当接状に溶着されているので、主管
１と分散管１４との間に３つの連通路１５が設けられて
、前記環状膨張室１３と分散管１４（即ち、主排気路１
ａ）とが連通されることになる。この連通路１５によっ
て、分散管１４を通過する排気ガスの大部分は、主管１
内の主排気路１ａに流入するが、排気ガスの一部分はほ
ぼ密閉状環状膨張室１３へ流入して蓄積され、主排気路
ｌａ内の排気ガス圧が低下する時に、連通路１５を介し
て主排気路ｌａ内へ自然回帰して、ガス圧低下分を補償
することになる。

再び、第１図に戻って、前記膨張パイプ２には、小径の
排気孔２７が開設されて、内燃機関が比較的高速回転さ
れる時、環状膨張室１３内に流入して蓄積された排気ガ
スが高圧になりすぎることを防止している。

もちろん、膨張パイプ２の内壁面に別に吸音材（図示せ
ず）を付設することも可能であり、また、消音効果向上
の上で望ましい。

第４図は、前記環状膨張室１３の別の変形態様を示す図
で、主管１は、先端が閉じた管状体である一つの分岐管
２８を図のように分岐させているので、この分岐管２８
内部と主管１内部の主排気路１ａとは連通状態となって
、これによってガス圧補償の消音効果が上げられる。こ
の場合、分岐管２８部分の容量は、内燃機関の定格総排
気量にほぼ等しいことが必要である。

第５図は、本発明の第２実施例を示す断面図である。第
２実施例も、直線状の主管３と、この主管３外周面を包
囲した膨張バイブ４とから構成される。この膨張バイブ
４のほぼ中間に直径方向に仕切り板４０を設けて、第１
膨張室Ｃ１と第２膨張室Ｃ２とに区切っている。第２膨
張室Ｃ２の後方に設けられるものを第１膨張室Ｃ１とし
ている。

主管３は、その内部を主排気路３ａとしていると共に、
主管前部３０と主管後部３２とから構成されている。こ
れら主管前部３０と主管後部３２とは、第１実施例と同
様な形態で溶接されている。

主管前部３０は、その前端において内燃機関の排気管５
と連接され、主管後部３２は、その後部においてテール
バイブロと連接されている。主管３は、主管後部３２後
端において、第１実施例の分散管１４（第１図及び第３
図参照）と同様に３つの連通路３４によって、第１膨張
室Ｃ１と連通している。第１膨張室Ｃ１と第２膨張室Ｃ
２とは、主管３に平行に内設された複数の小孔をその管
壁に有する第１ダクトＤ１によって、相互に連通されて
いると共に、主管前部３０の第２膨張室Ｃ２内において
、複数の小孔３６を開設しているので、主排気路３ａと
第２膨張室Ｃ２とも相互に連通できるようになっている
。

エンジンが６００〜１１０００ｒｐの低速回転をしてい
る時、第１膨張室Ｃ１のガスは主管３０から流入した排
気ガスが充満圧縮されて相対的に高圧となるので、主排
気路３ａ内の排気ガス圧が下がった時に、第１膨張室Ｃ
１内の排気ガスが主排気路３ａにそのガス圧低下分を補
償するだけ自然回帰する。この時、第２膨張室Ｃ２には
、流体抵抗があるので排気ガスが第１膨張室ＣＩかられ
ずかに流入するだけである。

エンジンが３０００ｒｐｍ以上の高速回転をしている時
、排気ガスが主管前部３６下端から第１膨張室Ｃ１へと
多量に流入すると共に、第１膨張室Ｃ１内で飽和状態と
なった排気ガスは前記第１ダクトＤ１により第２膨張室
Ｃ２へ流入する。主排気路３ａの排気ガス圧が低下した
時、第１膨張室Ｃ１と第２膨張室Ｃ２とに蓄積された排
気ガスは、前記連通路３４と主管前部３０に開設された
複数の小孔３６から主排気路３ａ内へ自然回帰する。

第６図は、本発明の第３実施例を示す断面図である。第
３実施例は第２実施例と違って、膨張パイプ４を、第１
膨張室Ｃ１の後方に延長しかつ第３膨張室Ｃ３を増設し
ている。この第３膨張室Ｃ３は、主排気路３ａと平行に
設けられた第２ダクトＤ２によって、第２膨張室Ｃ２と
連通されている。更に、３つの放出路３８が新たに設け
られて、第３膨張室Ｃ３と主排気路３ａとを相互に連通
している。この放出路３８は、第１実施例の分散管１４
と同様な構造を有している（第３図参照）ので、エンジ
ンを５０００ｒｐｍ以上に高速回転させても、この第３
膨張室Ｃ３が設けれることによって、第３膨張室Ｃ３に
より高圧な排気ガスを蓄積できると共に、主排気路３ａ
のガス圧が低下するとすぐ前記放出路３８によって高圧
の排気ガスを回帰させることができる。

第７図は、本発明の第４実施例を示す断面図である。こ
の第４実施例では、第３実施例の第１ダクトＤＩ及び第
２ダクトＤ２が、主管３から分岐した管状体である分岐
管３１と、この分岐管３１が主管３となる部位に複数個
開設された小孔３３とによって置きかえられているが、
これら複数個開設された小孔３３で、第１膨張室Ｃ１と
第２膨張室Ｃ２とが第３実施例と同様に相互連通されて
いる。また、主管３も第２膨張室Ｃ２内において複数個
の小孔３５を開設しているので、第３実施例と同様な消
音効果を上げることができる。

〔発明の効果〕

本発明は、排気ガスの大部分を外部へ直接に排出するこ
とで、内燃機関へのバックプレッシャー現象を解消する
ので内燃機関の出力効果と燃費とを従来技術と比べて大
きく向上させることができると共に、内燃機関の排気騒
音の大きな原因の一つであるエアーハンマー現象を、直
通の主排気路に対して周設された膨張装置により解消し
ているので、より簡単な構造とより小さな装置体積を有
す４ガス流消音器により実用にかなう消音効果を達成し
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかわる第１実施例を示す断面図、
第２図は、第１図の背面図、第３図は、く１７） 第１図のＩＩＩ−Ｉ線に沿って示した断面図、第４図は
、異った形態を有する主管と膨張装置の変形態様を示す
断面図、第５図は、本発明にかかわる第２実施例を示す
断面図、第６図は、本発明にかかわる第３実施例を示す
断面図、第７図は、本発明にかかわる第４実施例を示す
断面図、第８図は、排気ガスの圧力変化を示す線図、第
９図は、従来のガス流消音器を示す断面図である。 １．３・・・主管、　　　　　１ａ・・・主排気路、１
１・・・消音材、　　　　　１３・・・環状膨張室、１
５．３４・・・連通路、　　　２８．３１・・・分岐管
、３３．３５．３６・・・小孔、　　　３８・・・放出
路、ＣＩ・・・第１膨張室、　　Ｃ２・・・第２膨張室
、Ｃ３・・・第３膨張室、　　Ｄｌ・・・第１ダクト、
Ｄ２・・・第２ダクト。 以下命白 日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、排気ガスを外部に直通的に排出する主排気路を構成
   する主管と、該主管内の主排気路と排気ガスが往復でき
   るように連通されて、前記主排気路を通過する排気ガス
   が高圧である時は、その排気ガスの一部分を内部に蓄積
   しておくように形成され、前記主排気路を通過する排気
   ガスが低圧となった時に、前記の蓄積していた排気ガス
   を主排気路内へ自然回帰させて、低下したガス圧分を補
   償して主排気路内の排気ガス圧をほぼ一定に保つように
   形成された膨張装置とを具備する内燃機関用ガス流消音
   器。 ２、前記膨張装置は、そのガス蓄積容量が少くとも内燃
   機関の定格総排気容量に等しいことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項に記載の消音器。 ３、前記主管は、その内部の前記主排気路を形成する内
   壁面上に吸音材を層状に付設していることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載の消音器。 ４、前記膨張装置は、前記主管の外周面に周設される一
   つの環状膨張室であることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項または第３項に記載の消音器。 ５、前記膨張装置は、前記主管から分岐する管状体であ
   ると共に、前記主排気路と環状膨張室とを連通する連通
   路を備えることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記
   載の消音器。 ６、前記膨張装置は、前記主管から分岐する管状体であ
   ると共に、前記主排気路とその前端において連通し、そ
   の後端においてはいずれとも連通しない密閉端を有する
   分岐管であることを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項に記載の消音器。 ７、前記膨張装置は、前記主排気路と連通する第１膨張
   室及び第２膨張室と、これら第１膨張室及び第２膨張室
   を相互に連通させる第１ダクトとを備えることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の消音器。 ８、前記第１膨張室は、前記第２膨張室のすぐ後方に連
   設されると共に、前記第１ダクトが前記主管と平行に介
   設されて排気ガスを前記主排気路へ回帰させることを特
   徴とする特許請求の範囲第７項に記載の消音器。 ９、前記第１ダクトは、その壁面に小孔を複数個開設し
   ていることを特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の
   消音器。 １０、前記第１膨張室と第２膨張室とは、いずれも前記
   主管の外周面に周設される環状膨張室を形成すると共に
   、主管壁面の第２膨張室側において複数個の小孔を開設
   することによって、該主管の主排気路が第２膨張室と連
   通することを特徴とする特許請求の範囲第７項または第
   ８項に記載の消音器。 １１、前記膨張装置は、第３膨張室を連設すると共に、
   第２ダクトを設けて、前記第２膨張室とこの第３膨張室
   とを連通することを特徴とする特許請求の範囲第１項、
   第７項、第８項、第９項、第１０項のいずれか１項に記
   載の消音器。 １２、前記第３膨張室は、前記主管外周面に環状に周設
   されると共に、前記第１膨張室のすぐ後方に連設されて
   、排気ガスが前記主排気路内に回帰する放出路を形成す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載の消
   音器。 １３、前記膨張装置は、前記主管から分岐される管状体
   の分岐管であると共に、前記第３膨張室に連通すること
   で、この第３膨張室から前記主排気路へ排気ガスを回帰
   させる放出路を備えることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項、第１１項、第１２項のいずれか１項に記載の消
   音器。 １４、前記膨張装置は、その一前端が前記主管と連通す
   ると共に、その一後端が前記第３膨張室とを連通する分
   岐管を備え、かつ、内燃機関側の排気管とその前端にお
   いて連接する前記主管と平行となる部位の壁面に複数個
   の小孔を開設し、また、前記主管が前記第２膨張室内に
   おいて、その壁面に複数個の小孔を開設することで、第
   １膨張室と第２膨張室と第３膨張室とがそれぞれに連通
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１３項に記載
   の消音器。