JPH09291817A - 内燃機関の排気管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高周波音の発生を低減する。 【解決手段】エキゾーストマニホールド１の曲がり部に
おいては、ステンレス製のパイプ上流部１０と、ステン
レス製のパイプ下流部１１と、ステンレス製の４５°エ
ルボ型厚肉パイプ部１２とを備えている。厚肉パイプ部
１２は、パイプ上流部１０とパイプ下流部１１とを連結
するように配置されている。厚肉パイプ部１２は、上流
側端面１２ａがパイプ上流部１０と気密状態にて接合さ
れるとともに下流側端面１２ｂがパイプ下流部１１と気
密状態にて接合されている。パイプ上流部１０の厚さは
２．０ｍｍであり、パイプ下流部１１の厚さは２．０ｍ
ｍであり、厚肉パイプ部１２の厚さは４．０ｍｍであ
る。パイプの曲がり部である厚肉パイプ部１２が排気脈
動により振動する部位となるとともに、当該領域が排気
脈動の制振部となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、内燃機関の排気
管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および課題】従来のエンジンのエキゾース
トマニホールドは、例えば４気筒エンジンの場合、第１
気筒から第４気筒の爆発に同期した排気脈動により６ｋ
〜２０ｋＨｚの高周波音がパイプ全体から発生しエンジ
ン騒音における高周波異音の発生原因となっている。

【０００３】そこで、この発明の目的は、高周波音の発
生を低減することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
よれば、排気管の曲がり部において排気ガスが厚肉部に
当たり、厚肉部が排気脈動により振動する。この振動は
厚肉部においてマス効果により制振、即ち、減衰され
る。このように振動が減衰し、曲がり部の上流側および
下流側においては排気脈動による振動は弱いものとな
り、高周波異音の発生が抑制される。

【０００５】請求項２に記載の発明によれば、エキゾー
ストマニホールドの曲がり部において排気ガスが厚肉部
に当たり、厚肉部が排気脈動により振動する。この振動
は厚肉部においてマス効果により制振、即ち、減衰され
る。このように振動が減衰し、曲がり部の上流側および
下流側においては排気脈動による振動は弱いものとな
り、高周波異音の発生が抑制される。

【０００６】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
に記載の発明において、前記曲がり部におけるパイプの
厚さを、２ｍｍ以上としたので、高周波異音の発生が、
より抑制される。

【０００７】請求項４に記載の発明によれば、請求項２
に記載の発明において、前記曲がり部におけるパイプの
厚さを、２ｍｍ以上、８ｍｍ以下としたので、高周波異
音の発生が、より抑制される。

【０００８】請求項５に記載の発明によれば、内燃機関
の排気管の曲がり部におけるパイプの外側での表面に、
パイプの延設方向に延びる補強材が固設されており、排
気管の曲がり部において排気ガスが補強材設置部に当た
り、補強材設置部が排気脈動により振動する。この振動
は補強材設置部においてマス効果および高剛性化により
制振、即ち、減衰される。このように振動が減衰し、曲
がり部の上流側および下流側においては排気脈動による
振動は弱いものとなり、高周波異音の発生が抑制され
る。

【０００９】請求項６に記載の発明によれば、内燃機関
の排気管の曲がり部を排気ガスによる振動の腹としたと
きの曲がり部から所定間隔を隔てた振動の腹に相当する
箇所でのパイプの表面に、ウェイトが固設されており、
排気管の曲がり部において排気ガスが当たり、曲がり部
が排気脈動により振動する。この振動はウェイト設置部
においてマス効果により制振、即ち、減衰される。この
ように振動が減衰し、高周波異音の発生が抑制される。

【００１０】請求項７に記載の発明によれば、排気管の
曲がり部において排気ガスが鋳鉄製パイプ部に当たり、
鋳鉄製パイプ部が排気脈動により振動する。この振動は
鋳鉄製パイプ部において黒鉛により制振、即ち、減衰さ
れる。このように振動が減衰し、曲がり部の上流側およ
び下流側においては排気脈動による振動は弱いものとな
り、高周波異音の発生が抑制される。

【００１１】

【発明の実施の形態】

（第１の実施の形態）以下、この発明の第１の実施の形
態を図面に従って説明する。

【００１２】図１には本実施の形態におけるエキゾース
トマニホールドの平面図を、図２には、エキゾーストマ
ニホールドの正面図を示す。４気筒ガソリンエンジンＥ
ｎには、エキゾーストマニホールド１が取り付けられて
いる。ステンレス製エキゾーストマニホールド１は４つ
の分岐管２，３，４，５と１本の集合管６とを有してい
る。即ち、第１気筒の排気ガスを排出するための第１気
筒用分岐管２と、第２気筒の排気ガスを排出するための
第２気筒用分岐管３と、第３気筒の排気ガスを排出する
ための第３気筒用分岐管４と、第４気筒の排気ガスを排
出するための第４気筒用分岐管５とを備え、各分岐管が
集合して集合管６と連通している。集合管６にはフロン
トパイプ７が接続されている。エキゾーストマニホール
ド１は取付けフランジ８，９によりエンジンＥｎおよび
フロントパイプ７に取り付けられる。

【００１３】そして、エンジンＥｎの第１気筒〜第４気
筒までの排気ガスは各気筒に対応した分岐管２〜５へ排
出され、集合管６において全気筒の排気ガスが集合して
フロントパイプ７に流れ、図示しないマフラーを通して
大気に放出される。

【００１４】エキゾーストマニホールド１の曲がり部
（図２中のＡ部）においては、図３に示すように、防振
のための厚肉管構造となっている。つまり、ステンレス
製のパイプ上流部１０と、ステンレス製のパイプ下流部
１１と、ステンレス製のエルボ型厚肉パイプ部１２とを
備えている。パイプ上流部１０はエンジンの排気系にお
ける上流側となり、パイプ上流部１０にエンジンの排気
ガスが供給される。パイプ下流部１１はエンジンの排気
系における下流側となり、パイプ下流部１１からエンジ
ンの排気ガスが排出される。厚肉パイプ部１２は、パイ
プ上流部１０とパイプ下流部１１とを連結するように配
置されている。又、厚肉パイプ部１２は、上流側端面１
２ａがパイプ上流部１０と気密状態にて接合されるとと
もに下流側端面１２ｂがパイプ下流部１１と気密状態に
て接合されている。より具体的には、全周溶接（外周溶
接）により気密状態にて接合されている。図３において
は溶接部を符号１３，１４にて示す。

【００１５】パイプの曲がり部である厚肉パイプ部１２
が排気脈動により振動する部位（加振源）となるととも
に、当該領域がマス効果による制振部となる。パイプ上
流部１０の厚さ（肉厚）は２．０ｍｍであり、パイプ下
流部１１の厚さ（肉厚）は２．０ｍｍであり、厚肉パイ
プ部１２の厚さ（肉厚）は４．０ｍｍである。各パイプ
部１０，１１，１２の内径は等しくなっており、パイプ
内壁において段差が無い構造となっている。よって、各
パイプ部１０，１１，１２内を排気ガスが円滑に流れ
る。

【００１６】この構造（厚肉管構造）は、エキゾースト
マニホールド１の全ての曲がり部に採用されている。次
に、作用について述べる。

【００１７】一本のステンレス製分岐パイプを数箇所曲
げることにより集合部に各分岐パイプを集合させた構造
を採った場合にはパイプの曲がり部において排気により
発生する圧力波が曲がり箇所においてパイプの管内壁に
衝突し、そこで発生する高周波の振動がパイプ全体に伝
わりエキゾーストマニホールド全体から同時にエンジン
排気に同期した高周波異音が発生する。これに対し、本
実施の形態においては以下の動作により高周波異音が低
減する。

【００１８】エンジンからの排気ガスがエキゾーストマ
ニホールド１に入り、さらに、パイプ上流部１０〜厚肉
パイプ部１２〜パイプ下流部１１を経由してエキゾース
トマニホールド１を通過していく。この排気ガスの排出
過程において、排気ガスがエキゾーストマニホールド１
の曲がり部において厚肉パイプ部１２の内壁に衝突し、
その衝突により振動が発生する。この振動が厚肉パイプ
部１２からパイプ上流部１０とパイプ下流部１１に伝達
する。この際、厚肉パイプ部１２においてマス効果によ
り制振、即ち、減衰する。その結果、振動の伝達が低減
でき放射音が低減する。

【００１９】図４には、放射音低減効果についての騒音
測定結果（実験結果）を示す。実験に用いたサンプルを
図５に示す。図５において、パイプ上流部１０とパイプ
下流部１１と厚肉パイプ部１２とは、全て、ＳＵＳ３０
４材を用い、パイプ上流部１０とパイプ下流部１１の厚
さは１ｍｍであり、厚肉パイプ部１２には９０°エルボ
を用い厚肉パイプ部１２の厚さは４ｍｍである。パイプ
寸法は、パイプ部１０，１１の外径が３６．１ｍｍ、厚
肉パイプ部１２の外径が４２．１ｍｍである。さらに、
厚肉パイプ部１２はＲ７０（曲げ半径７０ｍｍ）であ
る。その他の寸法は図５に示すとおりである。

【００２０】又、エンジンには２０００ｃｃ直列４気筒
ガソリン噴射エンジンを用い、実験時のエンジン条件は
１５００ｒｐｍ、負荷トルクは１５ｋｇｆｍである。こ
れは特に高周波音の異音感を感じる条件である。さら
に、マイクは管中心から２０ｃｍの位置に設置した。

【００２１】図４において、実線にて図５における構造
（厚肉管構造）を採用した場合を示し、二点鎖線にて外
径が３６．１ｍｍで、Ｒ７０のステンレスパイプ（単な
る曲げパイプ）を用いた場合を示す。

【００２２】この図４から厚肉管構造を採用したものの
方が騒音低減効果があることが分かる。より正確には、
高周波異音の周波数帯域である６ｋ〜２０ｋＨｚのＯ．
Ａ値（オーバーオール値）で２．５ｄＢの低減効果があ
ることが分かった。

【００２３】このように、加振源となる箇所において加
振力が同じであっても厚肉パイプ部１２にて振動を減衰
させることができ、これにより、聴感で差ができる程度
に放射音低減効果がある。

【００２４】図６には、厚肉パイプ部１２の厚さを変え
た時の放射音低減効果についての騒音測定結果（実験結
果）を示す。つまり、横軸に、パイプ上流部１０とパイ
プ下流部１１の厚さを１ｍｍとしたときにおける厚肉パ
イプ部１２の厚さをとり、縦軸に放射音低減レベルをと
っている。

【００２５】この図６から、厚肉パイプ部１２の厚みが
厚くなるほど、放射音低減効果があることが分かる。
又、厚肉パイプ部１２（曲がり部におけるパイプ）の厚
さを、１ｍｍ〜４ｍｍとしたときにおいて高い放射音低
減効果があり、４ｍｍ〜８ｍｍとしたときにおいても放
射音低減効果がある。さらに、厚肉パイプ部１２（曲が
り部におけるパイプ）の厚さを、８ｍｍ以上としたとき
においては放射音低減レベルは厚さに無関係に一定とな
ることが分かった。

【００２６】このように本実施の形態は、下記の（イ）
〜（ハ）の特徴を有する。 （イ）エキゾーストマニホールド１の曲がり部における
パイプ（厚肉パイプ部１２）の厚さを他の領域（パイプ
上流部１０およびパイプ下流部１１）よりも厚くし、当
該領域を排気脈動の制振部とした。よって、排気ガスが
厚肉パイプ部１２に当たり、厚肉パイプ部１２が排気脈
動により振動するが、この振動は厚肉パイプ部１２にお
いてマス効果により制振、即ち、減衰される。このよう
に振動が減衰し、曲がり部の上流側および下流側のパイ
プ部１０，１１においては排気脈動による振動は弱いも
のとなり、高周波異音の発生を抑制することができる。

【００２７】又、肉厚を厚くする箇所は加振源となる曲
がり部のみであるので、パイプ全体の肉厚を上げるより
もコスト安で、重量の増加を極力抑制して放射音の低減
を図ることができる。 （ロ）曲がり部におけるパイプ（１２）の厚さを４ｍｍ
として、２ｍｍ以上を満たす範囲内としたので、図６か
ら分かるように、高周波異音の発生を、より抑制するこ
とができる。 （ハ）曲がり部におけるパイプ（１２）の厚さを４ｍｍ
として、２ｍｍ以上、８ｍｍ以下を満たす範囲内とした
ので、図６から分かるように、高周波異音の発生を、よ
り抑制することができる。 （第２の実施の形態）次に、この発明の第２の実施の形
態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００２８】図７には本実施の形態におけるエキゾース
トマニホールドの曲がり部の側面図を示すとともに、図
８には、図７のＢ矢視方向から見たエキゾーストマニホ
ールドの曲がり部を示す。

【００２９】パイプ２０における曲がり部において、パ
イプ２０の外側（図７においては右側）での表面には、
補強材としてのリブプレート２１が溶接により固設され
ている。リブプレート２１は帯板状をなし、厚さが５ｍ
ｍで、高さが９ｍｍであり、パイプ２０の延設方向に延
びている。このリブプレート２１の設置領域においては
パイプ２０はリブプレート２１により剛性が向上してお
り、この領域が排気脈動の制振部となる。

【００３０】作用について説明すると、パイプ２０の曲
がり部において排気ガスがリブプレート設置部に当た
り、リブプレート設置部が排気脈動により振動する。こ
の振動はリブプレート設置部においてマス効果および高
剛性化により制振、即ち、減衰される。このように振動
が減衰し、曲がり部の上流側および下流側のパイプ部に
おいては排気脈動による振動は弱いものとなり、高周波
異音の発生が抑制される。 （第３の実施の形態）次に、この発明の第３の実施の形
態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００３１】図９には本実施の形態におけるエキゾース
トマニホールドの曲がり部の側面図を示すとともに、図
１０には、図９のＣ視方向から見たエキゾーストマニホ
ールドの曲がり部を示す。

【００３２】パイプ３０の曲がり部に対し、上流側に所
定間隔Ｌ１を隔てた振動の腹に相当する箇所でのパイプ
３０の表面に、ウェイト用鋼材３１が溶接により固設さ
れている。又、パイプ３０の曲がり部に対し、下流側に
所定間隔Ｌ２を隔てた振動の腹に相当する箇所でのパイ
プ３０の表面に、ウェイト用鋼材３２が溶接により固設
されている。つまり、パイプ３０の曲がり部を排気ガス
による振動の腹としたときの曲がり部から所定間隔Ｌ
１，Ｌ２を隔てた振動の腹に相当する箇所でのパイプ３
０の表面に、ウェイト用鋼材３１，３２が固設されてい
る。このウェイト用鋼材３１，３２の設置領域が排気脈
動の制振部となる。このウェイト用鋼材３１，３２は、
立方体をなしている。

【００３３】ウェイト用鋼材３１，３２の設置箇所の決
定方法について言及すると、レーザドップラ面振動計に
より振動モードを測定して各周波数における振動の腹を
決定する。

【００３４】又、パイプ３０の曲げ部において、パイプ
３０の外側（図９においては右側）での表面には、ウェ
イト用鋼材３３が溶接により固設されている。このウェ
イト用鋼材３３は立方体をなしており、ウェイト用鋼材
３３によりマス効果による加振源における制振効果があ
る。

【００３５】作用について説明すると、パイプ３０の曲
がり部において排気ガスが当たり、曲がり部が排気脈動
により振動する。この振動はウェイト用鋼材３１，３２
の設置部においてマス効果により制振、即ち、減衰され
る。このように振動が減衰し、曲がり部の上流側および
下流側のパイプ部においては排気脈動による振動は弱い
ものとなり、高周波異音の発生が抑制される。

【００３６】本実施の形態における応用例を説明する
と、ウェイト用鋼材３３は無くてもよい。又、振動の腹
に相当する箇所に配置するウェイト用鋼材は、３１と３
２の内の一方のみでもよい。 （第４の実施の形態）次に、この発明の第４の実施の形
態を、第１の実施の形態との相違点を中心に説明する。

【００３７】図１１には本実施の形態におけるエキゾー
ストマニホールドの曲がり部の断面図を示す。エキゾー
ストマニホールドにおける曲がり部において、ステンレ
ス製のパイプ上流部４０と、ステンレス製のパイプ下流
部４１と、鋳鉄製の９０°エルボ型パイプ部４２とを備
えている。直管であるパイプ上流部４０はエンジンの排
気系における上流側となり、パイプ上流部４０にエンジ
ンの排気ガスが供給される。直管であるパイプ下流部４
１はエンジンの排気系における下流側となり、パイプ下
流部４１からエンジンの排気ガスが排出される。鋳鉄製
パイプ部４２は、パイプ上流部４０とパイプ下流部４１
とを連結するように配置され、鋳鉄製パイプ部４２とパ
イプ上流部４０とはフランジ４０ａ，４２ａにより固定
され、又、鋳鉄製パイプ部４２とパイプ下流部４１とは
フランジ４２ｂ，４１ａにより固定されている。尚、図
中、４３，４４はガスケットであり、ボルトの図示は省
略した。

【００３８】パイプの曲がり部である鋳鉄製パイプ部４
２が排気脈動により振動する部位（加振源）となるとと
もに、当該領域が制振部となる。又、パイプ上流部４０
とパイプ下流部４１と鋳鉄製パイプ部４２とは同じ内径
で、かつ同じ厚さ（肉厚）である。

【００３９】作用について説明すると、パイプの曲がり
部において排気ガスが鋳鉄製パイプ部４２に当たり、鋳
鉄製パイプ部４２が排気脈動により振動する。この振動
は鋳鉄製パイプ部４２において黒鉛により制振、即ち、
減衰される。このように振動が減衰し、曲がり部の上流
側および下流側のパイプ部４０，４１においては排気脈
動による振動は弱いものとなり、高周波異音の発生が抑
制される。

【００４０】上述した各実施の形態ではエキゾーストマ
ニホールドの曲がり部に適用したが、これに限ることな
く、エキゾーストマニホールド以外の排気管（排気系）
の曲がり部に適用して放射音を低減させてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１の実施の形態におけるエキゾーストマニ
ホールドの平面図。

【図２】 第１の実施の形態におけるエキゾーストマニ
ホールドの正面図。

【図３】 第１の実施の形態におけるエキゾーストマニ
ホールドの曲がり部の断面図。

【図４】 第１の実施の形態における騒音測定結果を示
す周波数特性図。

【図５】 実験に用いたサンプルの断面図。

【図６】 第１の実施の形態における騒音測定結果を示
す図。

【図７】 第２の実施の形態におけるエキゾーストマニ
ホールドの曲がり部の側面図。

【図８】 図７のＢ矢視方向から見たエキゾーストマニ
ホールドの曲がり部を示す図。

【図９】 第３の実施の形態におけるエキゾーストマニ
ホールドの曲がり部の側面図。

【図１０】 図９のＣ矢視方向から見たエキゾーストマ
ニホールドの曲がり部を示す図。

【図１１】 第４の実施の形態におけるエキゾーストマ
ニホールドの曲がり部の断面図。

【符号の説明】

Ｅｎ…ガソリンエンジン、１…エキゾーストマニホール
ド、１０…パイプ上流部、１１…パイプ下流部、１２…
厚肉パイプ部、２１…補強材としてのリブプレート、３
１…ウェイト用鋼材（ウェイト）、３２…ウェイト用鋼
材（ウェイト）、４０…パイプ上流部、４１…パイプ下
流部、４２…鋳鉄製パイプ部。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の排気管の曲がり部におけるパ
   イプの厚さを他の領域よりも厚くし、当該領域を排気脈
   動の制振部としたことを特徴とする内燃機関の排気管。
2. 【請求項２】 エキゾーストマニホールドの曲がり部に
   おけるパイプの厚さを他の領域よりも厚くし、当該領域
   を排気脈動の制振部としたことを特徴とする内燃機関の
   排気管。
3. 【請求項３】 前記曲がり部におけるパイプの厚さを、
   ２ｍｍ以上とした請求項２に記載の内燃機関の排気管。
4. 【請求項４】 前記曲がり部におけるパイプの厚さを、
   ２ｍｍ以上、８ｍｍ以下とした請求項２に記載の内燃機
   関の排気管。
5. 【請求項５】 内燃機関の排気管の曲がり部におけるパ
   イプの外側での表面に、パイプの延設方向に延びる補強
   材を固設し、当該領域を排気脈動の制振部としたことを
   特徴とする内燃機関の排気管。
6. 【請求項６】 内燃機関の排気管の曲がり部を排気ガス
   による振動の腹としたときの曲がり部から所定間隔を隔
   てた振動の腹に相当する箇所でのパイプの表面に、ウェ
   イトを固設し、当該領域を排気脈動の制振部としたこと
   を特徴とする内燃機関の排気管。
7. 【請求項７】 内燃機関の排気管の曲がり部におけるパ
   イプを鋳鉄製とするとともに、曲がり部の下流および上
   流側のパイプをステンレス製とし、前記曲がり部を排気
   脈動の制振部としたことを特徴とする内燃機関の排気
   管。