WO2003071103A1 - Internal combustion engine silencer - Google Patents

Description

明 細 書 内燃機関の消音器 技術分野

本発明は内燃機関の消音器に関する。

背景技術

内燃機関の排気系に設けられる消音器において、 従来排気ガスを消音器内で 1 回以上反転させる Uターン構造のものが知られている。 このような Uターン構造 の消音器として、 例えば図 1 1に示すような消音器が、 実開昭 6 1 - 1 9 4 7 1 8号公報に開示されている。

該消音器は図 1 1に示すように、 ハウジング 1 0 1の内部に上流側 （図左側） より順次、 第 1拡張室 1 0 2、 第 2拡張室 1 0 3、 第 3拡張室 1 0 4及ぴ共鳴室 1 0 5が区画して設けられている。 第 3拡張室 1 0 4には、 排気ガスを消音器内 に導くインレットパイプ 1 0 6が開口し、 第 1拡張室 1 0 2には排気ガスを消音 器から排出するアウトレットパイプ 1 0 9が開口して設けられている。 また、 第 1拡張室 1 0 2と第 3拡張室 1 0 4間には導管 1 0 7が開口して設けられ、 両室 1 0 2と 1 0 4が連通可能になっている。 更に、 第 2拡張室 1 0 3においては、 インレツトパイプ 1 0 6に小孔 1 1 1力 ァゥトレツトパイプ 1 0 9に小孔 1 1 2が、 導管 1 0 7に小孔 1 1 3がそれぞれ設けられ、 第 2拡張室 1 0 3において 排気ガスの一部を放出或いは導入可能になっており、 排気ガス中の音波エネルギ 一を干渉させ、 排気騒音を低減するようになっている。

前記従来の消音器においては、 第 2拡張室 1 0 3部において排気ガス中の音波 エネルギーを相互に干渉させて、 その干渉作用によつて大きな消音効果を得るた めには、 前記の小孔 1 1 1、 1 1 2、 1 1 3の開口率を大きくする必要がある力 反面、 該小孔の開口率を大きくすると、 エンジンの高回転域の消音効果が低下す るという背反関係がある。

発明の開示

そこで本努明は、 エンジンの高回転域の消音効果を低下させることなく、 大き な消音効果を得ることができる消音器を提供することを目的とするものである。 前記の課題を解決するために、 本発明は、 消音器内に形成された少なくとも一 つの拡張室と、 該拡張室に開口し排気ガスを消音器内に導入するインレツトパイ プと、 前記拡張室に開口し排気ガスを消音器から導出するァゥトレットパイプと を備えるとともに、 前記インレットパイプの開口から放出された排気ガスが消音 器内で 1回以上反転して前記アウトレツトパイプの開口に導入されるようにした 消音器において、 前記拡張室を流れる排気ガスの流れ方向と前記アウトレツトパ ィプ内を流れる排気ガスの流れ方向とがー致しない消音器内の逆流部領域にぉレヽ て、 前記拡張室と連通可能な複数の小孔ょりなる干渉孔をアウトレツトパイプに 設けるとともに、 該干渉孔の総開口面積を前記ァゥトレットパイプの逆流部領域 における表面積の 1 %以上かつ 5 %以下にしたことを特徴とする内燃機関の消音 器である。

この構成によって、 拡張室を一方向に流れる排気騒音がアウトレツトパイプに 形成された干渉孔からァゥトレツトパイプ内に進入し、 アウトレツトパイプ内を 前記拡張室内での流れ方向と逆方向に流れる排気騒音と干渉し、 その干渉作用に より消音される。

本発明において、 上記拡張室を複数の拡張室とし、 その内の一つの拡張室に開 口し排気ガスを消音器内に導入するように前記インレツトパイプを備え、 また他 の拡張室に開口し排気ガスを消音器から導出するように前記アウトレツトパイプ を備えてもよい。

本発明において、 前記干渉孔を設ける範囲を前記アウトレツトパイプの逆流部 領域における長さの 7 5 %以上としてもよい。

この構成によって、 種々の経路差で前記の干渉が生じるため、 エンジンの広い 回転域での騒音が消音される。'

すなわち、 インレッ トパイプの開口を起点として干渉する地点までの経路（距 離）は、 アウトレットパイプの開口を経由する場合と、 干渉孔を経由する場合と で異なるため、 この経路差分だけ到達時間が異なる。

従って、 アウトレツトパイプの開口からァゥトレツトパイプ内に進入した排気 騒音の位相と、 干渉孔からアウトレツトパイプに進入した排気騒音の位相は異な る（位相差)ため、 干渉し合レ、消音される。

消音効率がよいのは位相が 1 8 0度異なる場合であるため、 種々の周波数の騒 音 （エンジンの広い回転域の騒音） を効果的に消音するためには、 種々の経路差 で干渉させる必要がある。

本発明においては、 干渉孔をアウトレットパイプの逆流部領域における長さの 7 5 %以上の範囲（長範囲）に設けることにより、 種々の経路差が設定されるため、 ェンジンの広い回転域の騒音が消音される。

また本発明において、 アウトレツトパイプの前記逆流部領域に対する下流部に 前記拡張室と連通する複数の小孔ょりなるバイパス孔を設け、 前記干渉孔と前記 パイパス孔を合わせた総開口面積を前記アウトレツトパイプの流路断面積以下と してもよい。

この構成では、 バイパス孔を設けたことにより、 低回転域の消音に効果を発揮 する。

さらに本発明において、 インレツトパイプの前記逆流部領域における部分に、 前記拡張室と連通する複数の小孔ょりなる干渉孔を設けてもよい。

この構成では、 インレツトパイプに干渉孔を設けたことにより、 エンジンの高 回転域の消音効果を低下させることなく、 一層大きな消音効果を得ることができ る。

図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1実施例を示す側面断面図。 図 2 A、 図 2 Bは図 1のセパレ ータを示す各正面図。 図 3は図 1の実施例において、 アウトレツトパイプの逆流 部領域 L 2における表面積に対する干渉孔の総開口面積を変化させて排気騒音の 1次成分をシミュレーシヨンにより解析した結果を示す図。 図 4は図 1の実施例 において、 干渉孔の開口率に対する平均消音量との関係をシミュレーションによ り解析した結果を示す図。 図 5は本発明の第 2実施例を示す側面断面図。 図 6は 図 5におけるセパレータを示す正面図。 図 7は本発明の第 3実施例を示す側面断 面図。 図 8は本発明の第 4実施例を示す側面断面図。 図 9は図 8における K一 K 泉に沿った断面図。 図 1 0は本発明による第 5実施例を示す側面断面図。 図 1 1 は従来の消音器を示す側面断面図。 発明を実施するための最良の形態

本発明による実施例を図 1乃至図 1 0を参照して説明する。

図 1及ぴ図 4は本発明による第 1実施例を示す。

図 1において、 消音器 1におけるハウジング 2は、 その両端が縮径加工されて 首部 2 a及び 2 bを形成した金属製の筒状体より成っている。

前記ハウジング 2内には、 図 2 Aに示すように複数の貫通孔 3 aと 2個のバー リング孔 3 b、 3 cが形成されたセパレータ 3と、 図 2 Bに示すように複数の貫 通孔 4 aと 2個のバーリング孔 4 b、 4 cが形成されたセパレータ 4が所定の間 隔 L 1を置いて固設されており、 これらにより、 ハウジング 2内が長手方向にお いて第 1拡張室 1 1、 第 2拡張室 1 2、 第 3拡張室 1 3に区画形成されている。 前記ハウジング 2内には、 その首部 2 a及びセパレータ 3、 4のバーリング孔 3 b、 4 bに挿通して、 排気ガスを消音器 1内に導入するインレットパイプ 5が 設けられ、 その下流側の開口 5 aが第 1拡張室 1 1に開口している。 なお、 上流 側の開口 5 bは上流側排気管に接続される。

更に、 ハウジング 2内には、 その首部 2 b及びセパレータ 3、 4のバーリング 孔 3 c、 4 cに挿通して、 排気ガスを消音器 1から排出するアウトレットパイプ 6が設けられ、 その上流側の開口 6 aが第 3拡張室 1 3に開口している。 なお、 下流側の開口 6 bは下流側排気管に接続される。

この消音器において、 前記インレツトパイプ 5の下流側の開口 5 aからアウト レットパイプ 6の上流側の開口 6 aの範囲を逆流部領域 L 2とすると、 本実施例 では、 前記アウトレットパイプ 6に、 この逆流部領域 L 2に位置して第 1〜第 3 拡張室 1 1 - 1 3に連通する複数の小孔ょりなる干渉孔 7が設けられている。 前記逆流部領域 L 2は後に説明するように、 消音器内において、 インレッ トパ ィプ 5におけると同様に、 アウトレツトパイプ 6内の排気ガスの流れ方向が拡張 室における排気ガスの流れ方向と一致しなレ、範囲を指すものである。

次に、 前記第 1実施例の作用について説明する。

図 1において図示しない上流側の排気管を流通してきた排気ガスの大部分は、 インレツトパイプ 5內を矢印 Aの流れ方向に流通して開口 5 aから第 1拡張室 1 1に流入した後、 矢印 Bのように流れ方向を反転させ、 矢印 Cの流れ方向に変わ りセパレータ 3に設けられた貫通孔 3 aを通って第 2拡張室 1 2に流入し、 該第 2拡張室 1 2内において矢印 C方向、 すなわち、 アウトレツトパイプ 6の上流側 へ流れる。 更に、 セパレータ 4に設けられた貫通孔 4 aを通って第 3拡張室 1 3 に流入し、 その後、 矢印 Dのように流れ方向を反転させ、 アウトレットパイプ 6 の開口 6 aからアウトレットパイプ 6内を、 前記第 2拡張室 1 2での流れ方向と 逆の方向である矢印 Eの流れ方向に流通して、 その後消音器 1から排出される。 排気騒音も上述した排気ガスと同様に消音器内を流通し、 各拡張室 1 1〜1 3 において拡張作用により消音される。

更に、 排気ガスの一部は、 各拡張室 1 1〜1 3からアウトレットパイプ 6に設 けられた小孔よりなる干渉孔 7を通じてアウトレットパイプ 6内に進入する。 こ のとき、 排気ガスとともに干渉孔 7から進入した排気騒音は、 アウトレットパイ プ 6内を流通する排気騒音と相互に干渉して、 この干渉作用により消音される。 なお、 前記の逆流部領域 L 2のできるだけ広い領域に干渉孔 7を設けることで、 種々の経路差で干渉が生じるため、 エンジンの広い回転域の騒音に対して消音効 果がある。 したがって、 逆流部領域 L 2の長さに対して、 図 1の干渉孔 7が設け られた領域 L 3力 S 7 5 %以上であることが望ましい。

また、 逆流部領域 L 2におけるァゥトレツトパイプ 6の表面積 S 1に対する干 渉孔 7の総開口面積 S 2 (開口率） を変化させて、 加速時の排気騒音の 1次成分 をシミュレーションにより解析した結果を図 3に示す。

この結果から、 前記の開口率を大きくすることにより、 より大きな消音効果が 得られることがわかる。 し力 し、 一方、 開口率を大きくし過ぎると、 エンジンの 高回転域の消音効果が低下していることもわかる。

更に、 詳細に開口率を変化させて、 開口率 0 %のものに対する平均消音量 （各 回転数における消音量を平均したもの） と開口率の関係をシミュレーシヨンによ り解析した結果を図 4に示す。

図 4の結果から、 開口率は 1 %以上かつ 5 %以下が望ましい。 更に、 1 . 5 % 以上かつ 3 . 5 %以下がより望ましい。

図 5及ぴ図 6は本発明による第 2実施例を示す。

図 5において、 消音器 2 1のハウジングは鋼板を筒状に形成したシェル 2 2と、 該シェル 2 2の両端にカシメ結合されたァウタプレート 2 3、 2 4によって構成 されている。 ハウジング内には、 図 6に示すように複数の貫通孔 3 1 aとパーリ ング孔 3 1 bが形成されたセパレータ 3 1が固設され、 該セパレータ 3 1により 第 1拡張室 2 9と第 2拡張室 3 0に区画されている。

インレッ トパイプ 2 5は、 前記第 1拡張室 2 9側に位置してシヱル 2 2のバー リング孔 2 2 aに揷通され、 対向する部位に設けられたキャップ 2 7により端部 を閉塞して設けられている。

また、 インレツトパイプ 2 5のパイプ側面には排出孔 （開口） 2 8が開口して 設けられており、 インレツトパイプ 2 5内の排気ガスが排出孔 2 8から第 1拡張 室 2 9に流入可能になっている。

ァゥトレツ 1、パイプ 2 6はァウタプレート 2 4のパーリング孔 2 4 a及びセパ レータ 3 1のバーリング孔 3 1 bに揷通され、 上流側の開口 2 6 aが第 2拡張室 3 0に開口するように設けられている。

図 5で、 インレツトパイプ 2 5の^ ^出孔 2 8からアウトレツトパイプ 2 6にお ける上流側の開口 2 6 aまでの範囲を逆流部領域 L 4とすると、 アウトレツトパ ィプ 2 6には、 逆流部領域 L 4において第 1、 第 2拡張室 2 9、 3 0に連通可能 な複数の小孔ょりなる干渉孔 3 2が設けられている。

次に前記第 2実施例の作用について説明する。

図 5において、 インレツトパイプ 2 5内を矢印 Fのように流通してきた排気ガ スは、 インレットパイプ 2 5の排出孔 2 8から第 1拡張室 2 9に流入し、 その後、 排気ガスの大部分は第 1拡張室 2 9内において矢印 Gのように流入して、 セパレ ータ 3 1の貫通孔 3 1 aを通って第 2拡張室 3 0内に流入し、 該第 2拡張室 3 0 内を矢印 Hのように流入し、 その後、 矢印 Iのように流れ方向を反転させた後、 ァゥトレツトパイプ 2 6の上流側の開口 2 6 aからァゥトレツトパイプ 2 6内に 流入し、 アウトレットパイプ 2 6内を、 前記第 1、 第 2拡張室 2 9、 3 0での流 れ方向 G、 Hと逆方向である矢印 Jの流れ方向に流通する。

このとき、 第 1拡張室 2 9及ぴ第 2拡張室 3 0を流通する排気ガスの一部がァ ゥトレツトパイプ 2 6に形成された小孔ょりなる干渉孔 3 2からァゥトレツトパ ィプ 2 6内に進入する。 この排気ガスとともに干渉孔 3 2からァゥトレツトパイ プ 2 6内に進入した排気騒音はァゥトレットパイプ 2 6内を、 前記両拡張室 2 9、 3 0内での流通方向と逆流する排気騒音と相互に干渉して、 この干渉作用により 消音される。

また、 本第 2実施例においても、 干渉孔 3 2の開口率を 1 %以上かつ 5 %以下、 より望ましくは 1 . 5 %以上かつ 3 . 5 %以下にすることにより、 第 1実施例と 同様な効果が得られる。

また、 図 5に示す逆流部領域 L 4の長さに対して、 干渉孔 3 2が設けられた領 域の長さ L 5が 7 5 %以上であることが望ましい。

図 7は本発明による第 3実施例を示す。

図 7において、 消音器 4 1のハウジング 4 2は、 その両端が同軸状に縮 f圣加ェ されて首部 4 2 aおよび首部 4 2 bを有する金属製の筒状体よりなっている。 前記ハウジング 4 2内には前記第 1実施例と同様な貫通孔 3 aを形成したセパ レータ 3と、 貫通孔 4 aを形成したセパレータ 4が所定の間隔 L 1を置いて固設 されており、 これらにより、 ハウジング 4 2内が長手方向に第 1拡張室 5 1、 第 2拡張室 5 2、 第 3拡張室 5 3に区画形成されている。

前記ハゥジング 4 2内には前記実施例と同様に、 首部 4 2 a及びセパレータ 3、 4により保持されて、 排気ガスを消音器 4 1内に導入するインレツトパイプ 4 5 が設けられ、 その下流側の開口 4 5 aが第 1拡張室 5 1に開口している。 なお、 上流側の開口 4 5 bは上流側排気管に接続される。

前記ハウジング 4 2内には、 前記実施例と同様に、 首部 4 2 b及ぴセパレータ 3、 4により保持されて、 排気ガスを消音器 4 1内から排出するアウトレットパ ィプ 4 6が設けられ、 その上流端の開口 4 6 aが第 3拡張室 5 3に開口している。 なお、 下流側の開口 4 6 bは下流側排気管に接続される。

前記インレツトパイプ 4 5とァゥトレツトパイプ 4 6は、 図 7に示すように、 消音器 4 1内でオフセットするようにそれぞれ曲成されて設けられている。

図 7において、 インレツトパイプ 4 5の下流端の開口 4 5 aからァゥトレツト パイプ 4 6の上流端の開口 4 6 aの範囲を逆流部領域 L 2とすると、 前記アウト レツトパイプ 4 6には、 逆流部領域 L 2に位置して第 1〜第 3拡張室 5 1〜5 3 に連通する複数の小孔ょりなる干渉孔 4 7が設けられている。 更に、 アウトレットパイプ 4 6には、 その逆流部領域 L 2の下流に位置して第 1拡張室 5 1に連通する複数の小孔ょりなるバイパス孔 4 8が設けられている。 なお、 該バイパス孔 4 8は、 アウトレットパイプ 4 6の可能な限り下流側まで設 けられていることが望ましい。

また、 前記干渉孔 4 7及びバイパス孔 4 8を合わせた総開口面積は、 アウトレ ットパイプ 4 6の流路面積以下であることが望ましい。

更に、 前記インレッ トパイプ 4 5には、 その逆流部領域 L 2において、 第 2拡 張室 5 2に連通する複数の小孔ょりなる干渉孔 4 9が設けられている。

その他の構造は前記第 1実施例と同様であるため、 前記と同一部分には前記と 同一符号を付してその説明は省略する。

次に、 第 3実施例の作用について説明する。

本第 3実施例においては、 前記第 1実施例と同様の作用、 効果を発揮する上に、 アウトレットパイプ 4 6にバイパス孔 4 8を設けたことにより、 低回転域の消音 に効果を発揮する。

更に、 インレツトパイプ 4 5に干渉孔 4 9を設けたことにより、 エンジンの高 回転域の消音効果を低下させることなく、 一層大きな消音効果を得ることができ る。

図 8及び図 9は本発明による第 4実施例を示す。

本第 4実施例は、 前記第 3実施例におけるインレツトパイプ 4 5及びァゥトレ ットパイプ 4 6の変形例で、 インレットパイプ 6 5及ぴァゥトレットパイプ 6 6 ヽ 消音器 4 1内で図 9に示すように断面が略 D字状に成形され、 これらを、 断 面が略円形になるように接合したものである。

また、 ァゥトレツトパイプ 6 6の下流端とハウジング 4 2の首部 4 2 bとの間 にワイヤメッシュ 7 4が挟持されて、 ハウジング 4 2とァゥトレツトパイプ 6 6 の熱膨脹差を吸収できるようになつている。

また、 前記干渉孔 4 7及びバイパス孔 4 8を合わせた総開口面積は、 アウトレ ットパイプ 4 6の略 D字状断面領域での流路面積以下であることが望ましい。 その他の構造は前記第 3実施例と同様であるため、 前記と同一部分には前記と 同一符号を付してその説明は省略する。 本第 4実施例においても前記第 3実施例と同様の作用、 効果が得られる。 また、 上記第 4実施例においては、 インレツトパイプ 6 5およぴァゥトレツト パイプ 6 6の断面をそれぞれ D字状に成形し両者を接合した例で示したが、 内部 を仕切り板により径方向に分割して略 D字状断面の通路を並列に形成した別体の パイプに、 その開口においてインレットパイプおよびアウトレットパイプをそれ ぞれ接合するようにしてもよい。

上記第 1実施例から第 4実施例については、 複数の拡張室を設けた例について 説明したが、 図 1 0に示す第 5実施例のように消音器内で拡張室は一つであって あよい。

第 5実施例は第 3実施例におけるセパレータ 3、 4を取り除いたもので、 消音 器 8 1のハウジング 4 2内には単一の拡張室 9 1が形成されている。

なお、 インレツトパイプ 4 5、 アウトレツトパイプ 4 6は、 それぞれステー 9 3、 9 4により支持されている。

その他の構造は前記第 3実施例と同様であるため、 前記と同一部分には前記と 同一符号を付してその説明は省略する。

更に、 消音器のハウジングは上記第 1〜 5実施例に示した以外に、 プレス成形 したシェル同士を接合するなど周知の形成方法を採用することができ、 また、 そ の断面形状も任意である。

更に、 前記インレットパイプおよびアウトレットパイプの途中に、 吸音材、 熱 膨脹差吸収機構、 排気ガス浄化機構などを設けてもよい。

産業上の利用可能性

以上のようであるから、 本発明によれば、 エンジンの高回転域の消音効果を低 下させることなく、 大きな消音効果を得ることが可能である。

また本発明において、 干渉孔をアウトレツトパイプの逆流部領域における長さ の 7 5 %以上の範囲に設けると、 更に、 エンジンのより広い回転域の騒音に消音 効果を発揮する。

さらに本発明において、 ァゥトレツトパイプの逆流部領域に対する下流の部分 に拡張室と連通するパイパス孔を設け、 干渉孔とパイパス孔を合わせた総開口面 積をァゥトレットパイプの流路断面積以下にすると、 低回転域の消音に効果を発 揮する。

また本発明において、 インレッ トパイプに、 その逆流部領域において拡張室と 連通する干渉孔を設けると、 エンジンの高回転域の消音効果を低下させることな く、 一層大きな消音効果を得ることができる。

Claims

請 求 の 範 囲

1. 消音器内に形成された少なくとも 1つの拡張室と、 該拡張室に開口しお気 ガスを消音器内に導入するインレツトパイプと、 前記拡張室に開口し排気ガスを 消音器から導出するアウトレットパイプとを備えるとともに、 前記インレットパ ィプの開口から放出された排気ガスが消音器内で 1回以上反転して前記ァゥトレ ットパイプの開口に導入されるようにした消音器において、 前記拡張室を流れる 排気ガスの流れ方向と前記アウトレツトパイプ内を流れる排気ガスの流れ方向と がー致しない逆流部領域において、 前記拡張室と連通可能な複数の小孔ょりなる 干渉孔をァゥトレツトパイプに設けるとともに、 該干渉孔の総開口面積を前記ァ ゥトレットパイプの前記逆流部領域における表面積の 1 %以上かつ 5 %以下にし たことを特徴とする内燃機関の消音器。

2. 前記拡張室が複数の拡張室であり、 前記インレッ トパイプをその内の一つ に開口し排気ガスを消音器内に導入するように設け、 前記ァゥトレツトパイプを 他の一つに開口し排気ガスを消音器から導出するように備えることを特徴とする 請求項 1記載の内燃機関の消音器。

3. 前記干渉孔を前記ァゥトレツトパイプの前記逆流部領域における長さの 7 5 %以上の範囲に設けたことを特徴する請求項 1又は請求項 2に記載の内燃機関 の消音器。

4. 前記ァゥトレットパイプの前記逆流部領域における部分の下流に前記拡張 室と連通する複数の小孔ょりなるバイパス孔を設けるとともに、 前記干渉孔と前 記バイパス孔を合わせた総開口面積を前記ァゥトレツトパイプの流路断面積以下 にしたことを特徴する請求項 1又は請求項 2又は請求項 3に記載の内燃機関の消

5. 前記インレッ トパイプの前記逆流部における部分において、 前記拡張室と 連通する複数の小孔ょりなる干渉孔を設けたことを特徴とする請求項 1又は請求 項 2又は請求項 3又は請求項 4に記載の内燃機関の消音器。