JPS61164013A - 内燃機関の消音装置 - 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） この発明は、内燃機関の消音装置、特に排気通路の通路
断面積を可変制御する切換制御型消音装置に関する。

（従来の技術） 従来の消音装置としては、例えば第３図に示すような排
気消音装置がある（本出願人の出願に係る実願昭５９−
１４３６９５号明細書）。

同図において、１は両端が閉止板２．３により閉止され
た外筒であり、外筒１内は仕切板４．５により閉止板２
側から、順次第１室６、第２室７、および第３室８に画
成されている。９は排気人口管であり、この排気入口管
９は第１室６を貫通して第２室７に開口するとともに、
第１室６を貫通する部分には多数の小孔９Ａが穿設され
ている。１０は連通管であり、この連通管ｌＯは、第２
室７を貫通して、一端が第１室６に他端が第３室８にそ
れぞれ開口するとともに、第２室７を貫通する部分には
多数の小孔１０Ａが穿設されている。１１は小径の第１
排気出口管、１２は第１排気出口管より大径の第２排気
出口管であり、これらの第１、第２排気出口管１１．１
２は第２室７および第３室８をそれぞれ貫通して、各入
口端が第１室６に、各出口端が大気に、それぞれ開口す
るととともに、第３室８を貫通する部分には多数の小孔
１１Ａ、１２Ａがそれぞれ穿設されている。

１３は第２排気出口管１２の後端部の通路１２Ｂ内に配
設されたバタフライ型絞り弁であり、この絞り弁１３は
リンク１４を介してアクチェエータ１５により作動して
通路１２Ｂを開閉制御する。アクチュエータ１５はその
ケース１５Ａ内に圧力室１５Ｂを画成するピストン１５
Ｇを有し、圧力室１５Ｂ内に排気が導入されるとスプリ
ング１５Ｄの付勢力に抗してピストン１５Ｃを第３図中
上方に移動させ、リンク１４を介して絞り弁１３を開弁
させる。圧力室１５Ｂは排圧導入路としての圧力導入管
１６を介して排圧の脈動分を平滑するサージタンク１７
に接続され、サージタンク１７内にはエンジン本体１８
に接続されている排気マニホルド１９内の排圧が所定圧
力以上のとき、チェック弁加を介して導入される。また
、サージタンク１７と圧力室１５Ｂとの間の圧力導入管
１６の途中には、例えばエンジン回転数ＮＥが所定値を
超えたとき排圧をアクチュエータ１５の圧力室１５Ｂへ
送るソレノイド弁２１が介装されている。

なお、絞り弁１３を作動させるアクチュエータ１５を、
例えば実開昭５９−３９７１３号公報に記載されている
排気消音装置のようにダイヤフラム式の負圧アクチュエ
ータとし、エンジンの吸入負圧により絞り弁１３が通路
１２Ｂを開閉するようにしても良い。

したがって、エンジンの低回転少排気流量時においては
、絞り弁１３が第２排気出口管１２の通路１２Ｂを閉止
するので、排気は第１排気出口管１１を通過して大気に
排出される。このとき、第１排気出口管１１の通路断面
積に対する外筒１の断面積の比が小さいため、低中周波
数領域の排気騒音に対する消音量を大きくできる。この
ため、低回転少排気流量時において排気騒音の主成分と
なる低周波数領域の排気脈動音を効果的に消音できる。

この場合、排気の流路抵抗が大きくなることが考えられ
るが、エンジンの低回転時にはその排気流量も少なくな
るので、排圧が高くなることがなく、エンジンの出力損
失の増大を招くことがない。

一方、エンジンの高回転大排気流量時は絞り弁１３は第
２排気出口管１２の通路を開き、排気は第１、第２排気
出口管１１．１２を通過して大気に排出される。このと
き、排気の通路断面積が広がるため、排気の流路抵抗が
減少し、排気流量が増大しても、排圧は高まることがな
く、エンジンの出力損失が増大することがない。また、
第１、第２排気出口管１１．１２内を通過する排気の流
速が低くなるため、高回転大排気流量時に排気騒音の主
成分となる２次気流音の発生を効果的に抑制することが
できる。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、このような従来の排気消音装置にあって
は、排気圧または吸入負圧のいずれか一方を用いてアク
チュエータを作動させる構成となっていたため、エンジ
ンの負荷条件あるいはエンジン回転数領域によって、取
り出すことができる吸入負圧あるいは排気圧の大きさに
はバラツキがあり、これらの圧力を所定の圧力に調整す
るチェックバルブやサージタンクを具備しなければなら
なかった。その結果、これらの圧力を導入する導入経路
が複雑化するばかりでなく、車両への搭載の面で不利で
り、コストも上昇するという問題点があった。

（問題点を解決するための手段） この発明はこのような問題点を解決するためになされた
ものであって、消音器の排気通路内に設けた絞り弁によ
り排気通路の断面積を機関の運転状態に応じて可変制御
する内燃機関の消音装置において、２つの圧力室内の圧
力差に応じて変位することにより絞り弁を開閉作動させ
るアクチュエータと、前記２つの圧力室のいずれか一方
に吸入負圧を導入すると同時に残りの他方に排気圧を導
入するとともに、機関運転条件に応じてこの導入を切換
える導入切換手段と、を備えたものである。

（作用） このような構成を有するこの発明にあっては、エンジン
回転数が所定回転数に達する迄は、導入切換手段（ソレ
ノイド弁）は作動せず、また２つの圧力室内にそれぞれ
導入された吸入負圧と排気圧とによってダイヤフラムも
変位しないので絞り弁は排気通路を閉じている。一方、
エンジンの回転数が所定回転数を超えると、ソレノイド
弁が作動し、吸入負圧と排気圧とが切換えられるため、
これらの圧力によりダイヤフラムが変位し、絞り弁は排
気通路を開く。このように、吸入負圧と排気圧とを交互
に切換え制御することにより、チェックパルプやサージ
タンクを必要とすることなく、排気通路の断面積を可変
制御できる。したがって、エンジンの全回転域に亘って
、エンジンの出力損失を一定値以下の低いレベルに抑制
し、また排気騒音を効果的に消音する。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図はこの発明の一実施例を示す図であ
る。なお、第２図は前記従来例と同様な構成を有する２
段カスケード型消音器を示す図であり、従来例と同一構
成部分には同一符号を付してその構成については説明を
省略する。

まず、構成を説明すると、第１図において、３１はエン
ジン本体であり、このエンジン本体３１の一側面には吸
気ボート３２を介して燃焼室３３に連通ずる吸気管あが
、他側面には排気ポート３５を介して燃焼室羽に連通ず
る排気管あが、それぞれ接続されている。吸気管別内に
はスロットル弁「が配設されており、スロットル弁訂の
上流の吸気管３４にはベンチュリ部３８が、スロットル
弁五の下流の吸気管別には小孔おが、それぞれ形成され
ている。

小孔おは負圧導入管４０を介してソレノイド弁４１の一
方の入力ポート４２に連通しており、吸気管３４内の吸
入負圧は、小孔おおよび負圧導入管４０を介してソレノ
イド弁４１の一方の入力ポート４２へ導入される。また
、排気管（排気マニホルド）３６の集合部３６Ａにも小
孔招が形成されており、この小孔４３は排気導入管４４
を介して前記ソレノイド弁４１の他方の入力ポート４５
に連通している。したがって、集合部３６Ａ内の排圧は
、小孔４３、排気導入管４４を介してソレノイド弁４１
への他方の入力ポート４５に導入される。

ソレノイド弁４１は、シリンダ孔４６Ａが形成されたシ
リンダ部４６と、複数個のピストン部４７Ａを有すると
ともに、ピストン部４７Ａ同士の間に複数個の環状の溝
４７Ｂ、４７Ｃが形成されたバルブスプール４７とバル
ブスプール４７を第１図中左方向へ常時付勢するコイル
スプリング４８と、制御回路４９からの制御信号Ｓによ
りコイルスプリング佃の付勢力に抗してバルブスプール
４７を図中右方向へ移動させるソレノイドコイル父と、
を有している。シリンダ部４６には前記各入力ポート４
２．６がそれぞれ形成されており、これらの入力ポート
４２．４５は同じくシリンダ部４６に形成された２つの
出力ポート５１．５２に前記環状の溝４７Ｂ、４７Ｇを
介して連通可能となっている。すなわち、ソレノイドコ
イル５０がＯＦＦのときは、バルブスプール４７は第１
図の実線に示すような位置にあり、一方の入力ポート４
２は一方の溝４７Ｂを介して一方の出力ポート５１に連
通し、他方の入力ポート４５は他方の溝４７Ｃを介して
他方の出力ポート５２に、連通している。ソレノイドコ
イル（資）がＯＮとなると、バルブスプール４７がコイ
ルスプリング４８の付勢力に抗して図中右側（破線で示
す）に移動し、一方の入力ポート４２は一方の溝４７Ｂ
を介して他方の出力ポート５２に連通し、他方の入力ポ
ート４５は他方の溝４７Ｃを介して一方の出力ポート５
１に、それぞれ連通する。

すなわち、ソレノイド弁４１の作動により、各入力ポー
ト４２．４５に対して、各出力ポート５１．５２がそれ
ぞれ切換えられる。なお、前記制御回路４９には例えば
エンジン回転数ＮＥが入力しており、エンジン回転数Ｎ
Ｅが所定値を超えると、制御回路４９はソレノイドコイ
ル（資）に制御信号Ｓを出力する（ソレノイドコイル父
を励磁する）。

各出力ポート５１．５２は各連通路５３．５４を介して
ダイヤフラム式アクチェエータあの各入口部５６．５７
に連通している。アクチュエータ希は、そのケース５５
Ａ内に押え板５５Ｂにスプリング５５Ｆ、５５Ｇに挟持
されたダイヤフラム５５Ｃと、ダイヤ−ｙ−ｙム５５Ｇ
により２分された各圧力室５５Ｄ、５５Ｅと、ダイヤフ
ラム５５Ｇの変位によりリンク団を介してバタフライ型
絞り弁５９を開閉制御するプッシュロッ１’５５Ｈと、
を有している。なお、本実施例においては、スプリング
５５Ｆの図中右方向へ付勢する力がスプリング５５Ｇの
図中左方向へ付勢する力より大きく設定されている。し
たがって、ソレノイドコイル５０がＯＦＦのときは、一
方の圧力室５５Ｄには吸入負圧が、他方の圧力室５５Ｅ
には排気圧が各入口部５７、兜を介して導入されるので
、ダイヤフラム５５Ｃは図中右側へ付勢されて、絞り弁
５９は第２図中の通路１２Ｂを閉じる。ソレノイドコイ
ル関がＯＮになると、他方の圧力室５５Ｅには吸入負圧
が、一方の圧力室５５Ｄには排圧が切換えられてそれぞ
れ導入されるため、ダイヤフラム５５Ｃは図中左側へ付
勢されるので、これに伴ってブツシュロッド５５Ｈが図
中左方向に移動する。したがって、絞り弁５９はブツシ
ュロッド５５Ｈによりリンク団を介して通路１２Ｂを開
く。

次に、作用を説明する。

エンジン回転数ＮＥが所定回転数以下の場合には、絞り
弁５９は通路１２Ｂを閉止している。すなわち、制御回
路４９から制御信号Ｓは出力されず、ソレノイドコイル
（資）はＯＦＦの状態にあり、バルブスプール４７は第
１図中左側に移動している。したがって、吸入負圧は小
孔３９、一方の入力ボート４２、一方の出力ポート５１
、および一方の入口部５６を介して一方の圧力室５５Ｄ
に導入され、排気圧（正圧）は小孔招、他方の入力ポー
トロ、他方の出力ポート５２および他方の入口部５７を
介して他方の圧力室５５Ｅに導入される。このため、ダ
イヤフラム５５Ｃはスプリング５５Ｆ、５５ｇの付勢力
の差により、図中右方向へ付勢され（第１図に示す状態
）、絞り弁５９は通路１２Ｂを閉止した状態にある。

したがって、第２図において、排気入口管９に流入した
排気は第２室７へ流入し、第２室７で膨張した後述通管
１０の小孔１０Ａから連通管１０を通過して第３室８へ
流れ込む。さらに、排気は第３室８で膨張した後、第１
排気出口管１１の小孔１１Ａから第１排気出口管１１を
通・って大気へ放出される。

このとき、第１排気出口管１１の通路断面積に対する外
筒１の断面積の比が小さいため、低中周波数領域の排気
騒音に対する消音量を大きくできる。

このため、低回転生排気流量時において排気騒音の主成
分となる低周波数領域の排気脈動音を効果的に消音でき
る。この場合、排気の流路抵抗が大きくなることが考え
られるが、エンジンの低回転時にはその排気流量も少な
くなるので、排圧が高くなることがなく、エンジンの出
力損失の増大を招くことがない。さらに、排気入口管９
と第２室７および連通管１０と第３室８とでそれぞれ構
成される各拡張型消音要素において、主として中高周波
数領域の排気騒音が、また第１室６と小孔９Ａとで構成
される多孔共鳴型消音要素において、主として中高周波
数領域の２次気流音が、それぞれ消音される。

次に、エンジン回転数ＮＥが所定回転数を超えると、制
御回路４９からの制御信号Ｓによりソレノイドコイル５
０がＯＮとなり、バルブスプール４７は第１図中右側に
吸引され、破線で示す位置に移動する。このため、各圧
力室５５Ｄ、５５Ｅにそれぞれ導入される吸入負圧と排
気圧（正圧）が互いに切換えれらる。すなわち、吸入負
圧は、小孔３９、一方の入力ボート４２、他方の出力ポ
ート５２を介して他方の入口部５７から他方の圧力室５
５Ｅへ導入され、排気圧（正圧）は、小孔４３、他方の
入力ボート４５、一方の出力ポート５１を介して一方の
入口部謁から一方の圧力室５５Ｄへ導入される。ここで
、吸入負圧と排圧とはエンジンの回転数の上昇に従って
、吸入負圧は小さくなり、排気圧は大きくなる関係にあ
ることから、ダイヤフラム５５Ｃは図中左側へ変位して
、ブツシュロッド５５Ｈを図中左側へ移動させる。した
がって、絞り弁５９はリンク５８を介して第２排気出口
管１２の通路１２Ｂを開く。

その結果、排気マニホルド３６を介して排気入口管９に
送出される大量の排気はその一部が第１室６へ流入し、
残りの大部分が第２室７へ流入し、大部分の排気は、連
通管１０の小孔１０Ａを通過して連通管１０内へ流れ込
む。連通管１０内へ流入した排気はさらに第３室８へ流
れ込む。第３室８へ流入した主流をなす排気は第１、第
２排気出口管１１．１２の小孔１１Ａ、１２Ａを通過し
て第１、第２排気出口管１１．１２内へそれぞれ流入し
、第１、第２排気出口管１１．１２からそれぞれ大気に
放出される。一方、第１室６に流入した少量の排気は連
通管１０および第１、第２排気出口管１１．１２の第１
室６側開ロ部から連通管１０、第１、第２排気出口管１
１．１２内へ流れ込む。この少量の排気は容管１０．１
１．１２内で圧縮流となって流速が高まり、これに伴っ
て容管１１．１２内の負圧が高まるため、主流をなす排
気が第２室７から小孔１０Ａを介して連通管１０に、ま
た第３室８から各小孔１１Ａ、１２Ａを介して第１、第
２出口管１１．１２にそれぞれ流入しやすくなる。

また、少量の排気は各小孔１０Ａ、ＩＩＡ、１２Ａを通
って管径方向に流入する排気に対して下流方向にその流
れを方向づけするとともに、その整流作用により、容管
１０．１１．１２内での流速分布を均一化する。このた
め、排気が各小孔１０Ａ、ＩＩＡ、１２Ａを通過し、容
管１０．１１．１２内を流れるときの排圧損失が抑制さ
れるとともに乱流の発生が防止されて２次気流音が低レ
ベルに抑制される。また、排気騒音は排気入口管９と第
２室７および連通管１０と第３室８とでそれぞれ構成さ
れる各拡張型消音要素においてその大部分が消音される
。したがって、エンジンの高回転大排気流量時において
、排圧に起因する出力損失を低減し、排気騒音を低レベ
ルに抑制する。

（効果） 以上説明してきたように、この発明によれば、エンジン
回転数が所定回転数を超えるとき、吸入負圧と排気圧と
を切換えて絞り弁を作動させ、排気通路面積を拡くした
り狭くしたりするようにしたので、エンジンの全回転域
に亘って出力損失を増大させることなく排圧を所定値以
下の低レベルに抑制することができるとともに、排気騒
音を効果的に消音できる。また、チェックバルブやサー
ジタンクが必要とされないため、コストを低減すること
ができ、さらに、これらの圧力の切換えにより、装置の
作動の信頼性及び応答性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明に係る内燃機関の消音装
置の一実施例を示す図であり、第１図は絞り弁駆動手段
を示す全体図、第２図は消音器の断面図、第３図は従来
の消音装置を示すその断面図である。 １２　Ｂ−−−・・−排気通路、 ４１・−−一一一導入切換手段（ソレノイド弁）、５５
−−−−−−アクチュエータ、 ５９−−−−−一絞り弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 消音器の排気通路内に設けた絞り弁により排気通路の断
   面積を機関の運転状態に応じて可変制御する内燃機関の
   消音装置において、２つの圧力室内の圧力差に応じて変
   位することにより絞り弁を開閉作動させるアクチュエー
   タと、前記２つの圧力室のいずれか一方に吸入負圧を導
   入すると同時に残りの他方に排気圧を導入するとともに
   、機関運転条件に応じてこの導入を切換える導入切換手
   段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の消音装置。