JPH09329013A - 排気管騒音低減装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高周波音の発生を低減することができる排気管
騒音低減装置を提供する。 【解決手段】エキゾーストマニホールド１の曲がり部に
排気管騒音低減装置が取り付けられている。排気管騒音
低減装置の拘束バンド体１０は、金属塊１１と、直線的
に延びる帯板１２と締付部材１３とからなる。金属塊１
１に形成した貫通孔１４に帯板１２を通すことにより各
金属塊１１が連結され、パイプに巻回されている。締付
部材１３は第１の板材１５と第２の板材１６とボルト１
７とナット１８よりなり、ナット１８の螺入により拘束
バンド体１０がパイプに締付力を付与した状態で締め付
けられている。

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、排気管から放射
される騒音を低減する排気管騒音低減装置に関し、例え
ば、内燃機関の排気管等に装着されるものである。

【０００２】

【従来の技術および課題】従来、エンジンのエキゾース
トマニホールドにおいてステンレス鋼を用いた際には、
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
波音がエキゾーストマニホールド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
生を低減することができる排気管騒音低減装置を提供す
ることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは次のことを
見出した。高周波の異音は排気管の全体から発生してい
るが、異音の発生原因である排気管の表面振動（６ｋＨ
ｚ以上の表面の膜振動）は排気時に発生する衝撃的圧力
波によって管内壁が加振されその振動が排気管のエンジ
ン側（上流）やマフラ側（下流側）に伝達し、排気管全
体にいきわたってから放射していることを見出した。つ
まり、加振源付近での対策を実施すれば排気管全体への
振動伝播を防止して騒音対策を講じることができること
が分かった。

【０００５】そこで、請求項１に記載のように、金属塊
を連結して帯状とした拘束バンド体を排気管に締付力を
付与した状態で巻回する。このようにすれば、排気管の
曲げ部や合流部において排気ガスがパイプに衝突し、そ
の箇所での排気管の内壁が排気脈動（排気圧力、排気高
速流）により振動する。この振動は締付力を付与した状
態で巻回された拘束バンド体において拘束バンド体（金
属塊）と排気管との間が摩擦し、この摩擦エネルギ（接
触摩擦減衰作用）および拘束バンド体のマス効果により
制振、即ち、減衰される。このように振動が減衰し、排
気脈動による振動は弱いものとなり、振動が排気管全体
に伝達することが抑制されて高周波異音の発生が抑制さ
れる。

【０００６】又、請求項２に記載の発明のように、金属
塊の貫通孔に帯板を通すことにより複数の金属塊を連結
して拘束バンド体を構成することができる。この場合に
おいて、請求項３に記載の発明のように、各金属塊を接
触した状態で連結すると、金属塊同志の摩擦が許容さ
れ、排気脈動が加わった際に、拘束バンド体と排気管と
の間で摩擦エネルギに変換されるとともに金属塊と金属
塊との間でも摩擦エネルギに変換されて騒音低減に寄与
する。

【０００７】又、請求項４に記載の発明のように、一方
の金属塊での係合凹部と他方の金属塊での係合突起とを
凹凸関係により係合して複数の金属塊を連結して拘束バ
ンド体を構成することができる。

【０００８】この場合において、請求項５に記載の発明
のように、各金属塊を変形可能な状態で連結すると、金
属塊同志の摩擦が許容され、排気脈動が加わった際に、
拘束バンド体と排気管との間で摩擦エネルギに変換され
るとともに金属塊と金属塊との間でも摩擦エネルギに変
換されて騒音低減に寄与する。

【０００９】

【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。

【００１０】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。

【００１１】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。

【００１２】エキゾーストマニホールド１の曲がり部に
おいては、図３，４，５に示すように、排気管騒音低減
装置が装着されている。即ち、防振のための拘束バンド
体１０が締付力を付与した状態で巻回されている。この
拘束バンド体１０について詳細に説明すると、拘束バン
ド体１０は、複数の金属塊１１と、直線的に延びる帯板
１２と締付部材１３とからなる。金属塊１１は、図６に
示すように、直方体をなし、縦が８ｍｍ、横が１６ｍ
ｍ、高さが７ｍｍである。金属塊１１には四角形状の貫
通孔１４が形成されている。各金属塊１１の貫通孔１４
に帯板１２が通され、各金属塊１１が互いに接触した状
態で連結され帯状となっている。締付部材１３は、図４
に示すように、第１の板材１５と第２の板材１６とボル
ト１７とナット１８よりなる。第１の板材１５は帯板１
２の一端を外方に曲げ形成したものであり、第２の板材
１６は帯板１２の他端を外方に曲げ形成したものであ
り、両者は所定の間隔をおいて対向している。ボルト１
７は第１の板材１５と第２の板材１６とを貫通して配置
され、ナット１８が螺合している。そして、ナット１８
の螺入に伴い両板材１５，１６の間隔を狭くして連結し
た金属塊１１をパイプに締め付けることができるように
なっている。

【００１３】金属塊１１には鉄材（例えば、ステンレス
鋼材や圧延鋼材）が用いられるとともに、帯板１２とし
ては鉄材（例えば、ステンレス鋼板や圧延鋼板）が用い
られる。金属塊１１および帯板１２としては、その密度
が排気管の密度に近く、耐熱性（ガス温度；４００℃）
が高く、かつ、錆びにくい材料が適している。

【００１４】そして、パイプの曲がり部が排気脈動（排
気圧力、排気高速流）の衝突により振動する部位（加振
源）となるとともに、当該領域が拘束バンド体１０の設
置に伴う摩擦効果およびマス効果による制振部となる。

【００１５】この構造（拘束バンド体の設置）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。

【００１６】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、図７に示すように、パイプの曲がり
部において排気により発生する圧力波や高速流が曲がり
箇所においてパイプの内壁に衝突して高周波数の膜振動
（面内振動、つまり、厚み方向の振動）が発生しその振
動が上流方向Ｆ１および下流方向Ｆ２に伝播しパイプ全
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。

【００１７】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、パイプの曲がり部である
拘束バンド体１０の設置部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、図７に示すように、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パイプの内壁に衝突
し、その衝突により振動が発生する。この曲がり部（排
気管加振源）の振動がパイプの上流および下流側に伝達
する。この際、拘束バンド体１０の設置部（拘束バンド
体１０による拘束部）において金属塊１１同志、排気管
２と金属塊１１との間、および、金属塊１１と帯板１２
との間が摩擦（接触摩擦）し、この摩擦エネルギによっ
て振動そのものが減衰される。また同時に、拘束バンド
体１０の設置による質量の増加によるマス効果により制
振、即ち、減衰される。その結果、振動の伝達が低減で
き放射音が低減する。

【００１８】図８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。この実験には、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２０
ｃｍの位置に設置した。

【００１９】図８において、実線にて図４における構造
（拘束バンド体による締め付け構造）を採用した場合を
示し、一点鎖線にて拘束バンド体が無いステンレスパイ
プ（単なる曲げパイプ）を用いた場合を示す。

【００２０】この図８から拘束バンド構造を採用したも
のの方が騒音低減効果があることが分かる。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
拘束バンド体締め付けによってマス効果と摩擦エネルギ
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。

【００２１】さらに、図９には摩擦エネルギによる放射
音低減効果についての騒音測定結果（実験結果）を示
す。図９において、実線にて図４における構造（拘束バ
ンド体による締め付け構造）を採用した場合を示し、二
点鎖線にて拘束ハンド体を排気管に溶接し剛体バンドと
した場合を示す。尚、実験条件は図８の場合と同じであ
る。

【００２２】この図９において、剛体バンドを用いた特
性線（二点鎖線）よりも拘束バンドを用いた特性線（実
線）の方が下にあり、２本の特性線の差が摩擦エネルギ
による放射音低減効果として表れている。

【００２３】このように本実施の形態の排気管騒音低減
装置は、下記の特徴を有する。 （イ）エキゾーストマニホールド１の曲がり部に、金属
塊１１を連結して帯状とした拘束バンド体１０を締付力
を付与した状態で巻回した。よって、排気脈動による振
動は締付力を付与した状態で巻回された拘束バンド体１
０において拘束バンド体１０とパイプとの間が摩擦し、
この摩擦エネルギおよび拘束バンド体１０のマス効果に
より制振、即ち、減衰される。このように振動が減衰
し、排気脈動による振動は弱いものとなり、振動が排気
管全体に伝達することが抑制されて高周波異音の発生を
抑制することができることとなる。 （ロ）金属塊１１の貫通孔１４に帯板１２を通すことに
より複数の金属塊１１を連結して拘束バンド体１０を構
成し、さらに、各金属塊１１を接触した状態で連結して
いるので、金属塊１１同志の摩擦が許容され、排気脈動
が加わった際に、拘束バンド体１０と排気管２との間で
摩擦エネルギに変換されるとともに金属塊１１と金属塊
１１との間および金属塊１１と帯板１２との間でも摩擦
エネルギに変換されて騒音低減に寄与する。 （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。

【００２４】図１０には本実施の形態におけるエンジン
およびエキゾーストマニホールドの平面図を示す。Ｖ型
エンジンＥの排気管においては、配管が集合するＴ字部
分（合流部）を有する。このＴ字部分（合流部）の上流
側近傍には拘束バンド体１０が設けられるとともに、Ｔ
字部分（合流部）の下流側近傍には拘束バンド体１０が
設けられている。つまり、Ｔ字部分（合流部）における
排気ガス衝突部には拘束バンド体１０が配置できないの
で、排気ガス衝突部から離れたパイプ部に巻き付けてい
る。

【００２５】尚、図１０においては排気管での多数のＴ
字部のうちのＴ字部３０のみに拘束バンド体１０を設け
た状態を示すが、他のＴ字部にも拘束バンド体１０が設
けられている。

【００２６】そして、Ｆ３にて示すエンジンからの排気
脈動（排気圧力波や高速流）がＴ字部（合流部）におい
てＦ４にて示すように管表面振動が発生し排気管全体へ
伝達しようとする。この振動は拘束バンド体設置部にお
いて摩擦効果および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、Ｔ字部の上流側および
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、振動伝達が防止されるとともに高周波異音
の発生が抑制される。

【００２７】尚、図１０においては配管が集合するＴ字
部分（合流部）における上流側と下流側のそれぞれに拘
束バンド体１０を設けたが、上流側と下流側のいずれか
一方のみに拘束バンド体を設けてもよい。 （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。

【００２８】本形態においては、拘束バンド体は、金属
塊を帯板で連結せずに、図１１に示すように、金属塊２
０に設けた凹部２１と突起２２による凹凸関係にて連結
している。つまり、金属塊２０は、一端面に係合凹部２
１が形成されるとともに他端面に係合突起２２が形成さ
れている。係合突起２２は、突条部２２ａと、その先端
部に形成された円柱部２２ｂとからなる。又、係合凹部
２１は、係合突起２２の突条部２２ａに対応する溝部２
１ａと、円柱部２２ｂに対応する溝部２１ｂとからな
る。そして、一方の金属塊２０での係合凹部２１内に他
方の金属塊２０の係合突起２２が嵌入されており、凹凸
関係により金属塊２０が係合してバンド状になってい
る。このとき、係合凹部２１の内周面と係合突起２２の
外周面との間には僅かの隙間が存在し、関節のごとく各
係合部において径方向Ｆ５に金属塊２０が自在に動く
（回動する）。この金属塊２０が複数連結されて拘束バ
ンド体が構成され、この拘束バンド体が排気管に巻かれ
る。

【００２９】このように、各金属塊２０は変形可能な状
態で連結され、金属塊同志の摩擦が許容された状態とな
る。そして、排気脈動が加わった際に、拘束バンド体と
排気管との間に摩擦エネルギが発生するとともに金属塊
と金属塊との間に摩擦エネルギが発生して騒音低減に寄
与する。

【００３０】これまで説明した各実施の形態の他にも、
次のように実施してもよい。拘束バンド体の両終端は必
ずしも結合させる必要はなく、例えば拘束バンド体を排
気管に螺旋状に巻回し、両端を共に排気管に溶接やボル
ト締め等により固定してもよい。

【００３１】又、上述した各実施の形態ではエキゾース
トマニホールドに適用したが、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）に適用
して放射音を低減させてもよい。

【００３２】又、内燃機関の排気管以外にも、例えば、
ボイラの排気管に設けてもよい。

【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】 エキゾーストマニホールドの正面図。

【図３】 拘束バンド体の正面図。

【図４】 拘束バンド体の断面図。

【図５】 図４のＡ−Ａ断面図。

【図６】 金属塊の斜視図。

【図７】 作用を説明するための断面図。

【図８】 騒音測定結果を示す周波数特性図。

【図９】 騒音測定結果を示す周波数特性図。

【図１０】 第２の実施の形態における平面図。

【図１１】 第３の実施の形態における金属塊の斜視
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（排気管）、１０…拘束バンド体、１１…金属塊、１
２…帯板、１４…貫通孔、２０…金属塊、２１…凹部、
２２…突部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属塊を連結して帯状とした拘束バンド
   体を、排気管に締付力を付与した状態で巻回してなる排
   気管騒音低減装置。
2. 【請求項２】 前記拘束バンド体は、金属塊に形成した
   貫通孔に帯板を通すことにより構成したものである請求
   項１に記載の排気管騒音低減装置。
3. 【請求項３】 各金属塊は接触した状態で連結されてい
   るものである請求項２に記載の排気管騒音低減装置。
4. 【請求項４】 前記拘束バンド体は、係合凹部と係合突
   起を有する金属塊における一方の金属塊での係合凹部と
   他方の金属塊での係合突起とを凹凸関係により係合する
   ことにより構成したものである請求項１に記載の排気管
   騒音低減装置。
5. 【請求項５】 各金属塊は変形可能な状態で連結されて
   いるものである請求項４に記載の排気管騒音低減装置。