JP4551781B2 - 排気マフラー - Google Patents

Description

この発明は自動２輪車等に使用される内燃機関用の排気マフラーに関する。

内部を隔壁により複数の膨張室に区画し、各膨張室間を小径の連通管で接続して排気経路を長くし、かつ膨張を反復することにより排気音エネルギーを減衰して消音する内燃機関用の排気マフラー構造が知られている。また、隔壁に多数の小孔を設け、これに排気ガスを通過させることにより大きな排気音エネルギーの減衰を生じさせるようにして、排気音の低減を図るようにしたものもある。
特開２００４ー１８３６２２号公報

ところで隔壁に多数の小孔を設ける上記構造の場合、排気ガスがこの隔壁の小孔を通過することにより、排気音エネルギーを減衰させて排気音を低減させることができるが、排気抵抗が増大するので出力に影響を生じる場合がある。
そこで本願は排気抵抗を増大させることなく排気音エネルギーを低減させて排気音を効率的に低減させることを目的とする。

上記課題を解決するため本願発明の排気マフラーに係る請求項１の発明は、内燃機関から延びる排気管の下流側に接続され、内部を隔壁により隔てて複数の膨張室を形成し、膨張室間をつなぐ連通管を備えた排気マフラーにおいて、
前記連通管が備えられた前記隔壁に前記排気管の開口端部に対向して多孔の吸音構造を設けたことを特徴とする。

また、前記多孔の吸音構造が、パンチングプレートにより形成されるとともに、このパンチングプレートは前記隔壁の前方側へ配置され、かつこのパンチングプレートと前記隔壁の表面との間に空間を有することを特徴とする。

さらに、前記パンチングプレートは中央が前方に凸となる円弧状断面で、前記排気管の開口端部に対向する部分が最も前方へ突出する最突出部をなすとともにこの最突出部から外周側へ離れるにしたがって前記隔壁へ近接する形状をとり、外周部で隔壁へ接続し、前記排気管の開口端部における開口径よりも、パンチングプレートに設けられる前記吸音構造を構成する吸音孔の径がより小さく形成されるすることを特徴とする。

請求項２は上記請求項１において、前記パンチングプレートにおける、前記排気管の開口端部に対向する位置の中心部から離れた位置に貫通部を設け、ここに前記連通管を貫通させて開口させたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、連通管を備えた隔壁に、排気管の開口端部に対向して多孔の吸音構造を設けたので、排気ガス流が多孔の吸音構造へ接触することにより、排気音エネルギーが減衰される。このとき吸音構造の多孔部は排気ガスを通過させるためのものではないから、吸音構造による流動抵抗がほとんど発生せず、排気抵抗を増やさないので、出力に影響を与えずにかつ効果的に排気音のエネルギーを減衰して、排気音を低減できる。

しかも、多孔の吸音構造が排気管の開口端部に対向する位置にあるので、最も排気音のエネルギーの大きいところに吸音構造を置き、排気音のエネルギーを効率良く減衰できる。

また、多孔の吸音構造をパンチングプレートにより容易かつ安価に形成できる。また、排気音のエネルギーの大きい場所の背後に空間を形成することにより、この空間がレゾネータ同様に機能するため、吸音効率が向上する。

さらに、パンチングプレートを、排気管の開口端部に対向する部分が最も前方へ突出する最突出部をなし、この最突出部から外周側へ離れるにしたがって隔壁へ近接する立体形状としたので、空間の大きさを排気音のエネルギーに応じて変化させることができるとともに、この立体形状と外周部で隔壁へ接続させることとによりパンチングプレートの剛性を確保できる。

請求項２の発明によれば、パンチングプレートにおける排気管の開口端部に対向する位置から離れた位置に貫通部を設け、ここに前記連通管を貫通させて開口させたので、多孔の吸音構造による吸音効果への影響を小さくして連通管を配置できる。また、排気管と連通管をそれぞれの開口が互いにずれて重ならないように配置できるので、吸音構造による排気音低減効果をより大きく発揮させることができる。

以下、図面に基づいて自動２輪車に適用された排気マフラーの実施例を説明する。図１は本願発明の適用された自動２輪車の側面を示す。エンジン１を支持する車体フレーム２はその前端部に設けられたヘッドパイプ３に左右一対のフロントフォーク４が回動自在に支持され、下端に支持された前輪５を上端部のハンドル６により操向する。

車体フレーム２は、エンジン１の上方をヘッドパイプ３から後方へ延びるメインフレーム７と、メインフレーム７の後端部に連続してエンジン１の後方を下方へ延びるセンターフレーム８と、ヘッドパイプ３からエンジン１の前方へ斜め下がり後方へ延びるダウンフレーム９及びメインフレーム７とセンターフレーム８の接続部から斜め上がりに後方へ延びる左右一対のシートレール１０並びにセンターフレーム８の下部とシートレール１０の後部間を連結するリヤステー１１を備える。

メインフレーム７、センターフレーム８及びダウンフレーム９はエンジン１を支持する。エンジン１は空冷４ストローク式であり、そのシリンダヘッド１２には気化器１３から混合気を吸気する。符号１４はエアクリーナである。また排気はシリンダヘッド１２の前面側から排気管１５を介して行われる。

排気管１５はシリンダヘッド１２からいったん前方へ出て後方へ屈曲し、エンジン１、センターフレーム８及びリヤステー１１の各側方を通って後方へ延び、シートレール１０の下方に配置された排気マフラー１６へ接続する。
排気マフラー１６はリヤステー１１とシートレール１０に支持され、後端部にて斜め下向きに開口するテールパイプ１７から車体後方へ排気する。

排気マフラー１６の下方には後輪１８が位置し、この後輪１８はリヤアーム１９の後端部へ支持される。リヤアーム１９の前端は車体フレーム２に対して、センターフレーム８の下部に支持されたピボット軸８ａにて上下方向へ揺動自在に軸支され、リヤクッション（図示省略）にて緩衝される。

後輪１８は同軸の後輪スプロケット１８ａとエンジン１の出力スプロケット１ａ間に巻き掛けられたチェーン１ｂにて駆動される。図中の符号６０はメインフレーム７上にて支持される燃料タンク、６１はシートレール１０上に支持されるタンデムシート、６２は燃料タンク６０の下部及びエンジン１上部の各側方を覆うシュラウド、６３はタンデムシート６１下方の車体左右を覆うサイドカバーであり、排気マフラー１６の前端部から後端部近傍にかけて上部側の側方を覆っている。

図２は排気マフラー１６の長さ方向断面を示す。この排気マフラー１６は後方（排気下流側、以下同じ）が拡径するステンレス等からなる適宜金属製の本体筒部２０と、その前後を覆うフロントキャップ２１、テールキャップ２２を備える。フロントキャップ２１には排気管１５の後端部と接続する小径のインテークパイプ２３が前後方向へ貫通し、後端側はより小径の延長パイプ２４に接続する。延長パイプ２４は支持プレート２５にて本体筒部２０内に支持され、後端は本体筒部２０の長さ方向略中央部近傍へ至っている。これらのインテークパイプ２３及び延長パイプ２４は排気管の一部を構成している。

排気マフラー１６内の支持プレート２５よりさらに後方部分は第１隔壁２６、第２隔壁２７にて区画され、フロントキャップ２１と第１隔壁２６の間に第１膨張室２９、第１隔壁２６と第２隔壁２７の間に第３膨張室３０、第２隔壁２７とテールキャップ２２の間に第２膨張室３１が形成される。

なお、支持プレート２５よりも前方の空間２８は、支持プレート２５に設けられた開口部４４（図５）により後方側の空間と連通し、単一の第１膨張室２９をなす。支持プレート２５については後述する。テールキャップ２２は後方へ向かってすぼまる略円錐台形状をなし、その下方斜面をテールパイプ１７が貫通して第３膨張室３０と外気を連通している。

インテークパイプ２３は空間２８を通過し、その後端に接続する延長パイプ２４は第１膨張室２９後部内の略軸心部かつ第１隔壁２６の前方に開口する。第１膨張室２９内には第１隔壁２６を貫通する第１連通管３２の前端が開口する。第１連通管３２は第３膨張室３０を通過し、その後端は第２隔壁２７を貫通して第２膨張室３１内へ開口する。

第２膨張室３１は第２隔壁２７を貫通する第２連通管３３を介して第３膨張室３０と連通する。第２連通管３３は第３膨張室３０及び第２膨張室３１の双方へ開口している。第３膨張室３０には第２隔壁２７を貫通するテールパイプ１７の前端が開口する。

排気ガスは矢示するように、インテークパイプ２３、延長パイプ２４から第１膨張室２９へ出て膨張し、続いて第１連通管３２から後方へ流れて第２膨張室３１へ出て再び膨張し、さらに第２連通管３３にて前方へＵターンして流れ、第３膨張室３０へ出て再び膨張し、その後、再びＵターンしてテールパイプ１７内を後方へ流れ、外気へ排出される。３４は本体筒部２０に溶接されたステーであり、ここでシートレール側へ支持される。第１隔壁２６にはその前面側に吸音板３５が設けられている。

図３は図２の第１隔壁２６部分を拡大した図である。吸音板３５は中央が前方へ凸の円弧状断面をなす凸曲面をなし、延長パイプ２４の開口部に対面する部分であり、かつ延長パイプ２４の中心軸線Ｃ上となる位置が最も前方へ凸となる、頂点状の最突出部３５ａになっている。この部分が排気ガス流に対向する位置の中心部をなす。この部分を含む所定範囲に多数の小孔からなる吸音孔３６（指示符号は一部のみを代表的に示す）が形成されている。

吸音板３５の上部には切り欠き３７が形成され、ここに第１連通管３２を貫通させてその前端を前方へ突出させ、この状態で吸音板３５を第１隔壁２６の前面へ重ねて溶接一体化している。切り欠き３７は第１連通管３２の貫通部をなし、切り欠き状の他に貫通穴等が可能である。切り欠き３７は吸音板３５の外周部近傍に位置する。この位置は排気ガス流に対向する位置の中心部、すなわち最突出部３５ａから最も径方向へ離れた位置とし、第１連通管３２の開口と延長パイプ２４の開口とが互いに重ならないようにずらして配置されている。

吸音板３５と第１隔壁２６の間には空間４０が形成される。この空間４０の前後方向幅（吸音板３５と第１隔壁２６の表面との間隔ｄ）は、延長パイプ２４の後端開口に対面する範囲が最も拡大され、延長パイプ２４から遠くなる吸音板３５の外周部へ向かうほど次第に狭くなる。この空間４０の前後方向幅は吸音板３５の曲面に応じて連続的に変化する。吸音孔３６を形成した吸音板３５及び空間４０は本願発明における吸音構造の一例をなす。

吸音板３５下部には凹部３８が形成され、その下方で第１隔壁２６に切り欠き３９が形成されている。切り欠き３９は第１膨張室２９と第３膨張室３０を連通して液抜き穴となっている。

図４は図２の４−４線断面を示す。吸音板３５は、上部の貫通孔３７と下部の凹部３８間を結ぶ直径方向に沿って多数の吸音孔３６が、全体として上下方向に長い略帯状の範囲内に形成されている。吸音孔３６の形成範囲は延長パイプ２４から出た排気ガス流に対面する部分であり、その中心である最突出部３５ａを含む延長パイプ２４の端部開口と対面する部分（仮想線で示す２４）からその上下方向へ広がっている。

吸音板３５はパンチングメタル製であり、ロール掛けにて帯状に形成すると同時に吸音孔３６を形成したパンチングプレートに対して、上方の切り欠き３７及びに下方の凹部３８を一体にプレス成形し、全体として前方へ凸に湾曲する凸曲面状の立体形状に成形され、適宜な金属から形成される。凹部３８から見える切り欠き３９は第１隔壁２６の下部に円弧状をなして形成され、本体筒部２０の内面との間に若干の空間を形成している。

吸音孔３６は仮想線で示す延長パイプ２４の端部開口と対面する部分に形成すれば足り、この部分に設けることがレゾネータ効果を有効に発揮する観点より好ましい。しかし、実際はパンチング成形の都合により帯状に長く分布して形成されている（パンチング範囲を図３中にＡとして示す）。なお、吸音孔３６の形成範囲や、吸音孔３６のサイズ、個数等は任意に設定できる。

図５は図２の５−５線断面を示す。支持プレート２５は延長パイプ２４が貫通する中央部４１と外周部４２を放射方向の連結腕部４３で連結し、その間に大きな開口４４が形成されている。これらの開口４４により支持プレート２５の前方空間２８を後方の空間と連通して第１膨張室２９を形成している。

下部の連結腕部４３には切り欠き３９と同形・同寸の切り欠き４５が液抜き穴として形成され、支持プレート２５の前後の空間を連通している。

図６は、図２の６−６線断面を示す。第２隔壁２７は直径上にて上方から下方へ第１連通管３２、テールパイプ１７及び第２連通管３３の各開口がこの順で並び、下部には切り欠き３９と同形・同寸の切り欠き４６が形成されて液抜き穴となっている。

次に本実施例の作用を説明する。図２において排気ガスがインテークパイプ２３及び延長パイプ２４を通して第１膨張室２９内へ出て膨張する。このとき最も排気ガスの排気音エネルギーが大きい場所は、延長パイプ２４の後端開口の後方となる、最突出部３５ａを含む吸音板３５上における排気ガス流に対面する部分となる。ところで、この部分には図３に示すように、吸音孔３６が形成されているため、排気ガスが吸音板３５と接触することにより吸音孔３６によって排気音エネルギーが減衰し、排気音が低減する。

このとき、図３にて明瞭に示すように、吸音板３５の背面と第１隔壁２６の間に空間４０が形成されており、この空間４０が吸音孔３６を通して一種のレゾネータとして機能するから、さらに効率的に排気音を低減できる。また、この空間４０の大きさは排気音のエネルギーが最も大きい排気ガス流に対面する部分の中心、すなわち最突出部３５ａの近傍部が最も大きく、排気音のエネルギーが小さくなる外周側にむかって次第に小さくなるから、空間４０を必要な.大きさになるよう効率的に形成できる。

しかも、吸音孔３６は排気ガス流に対面する部分を含んで形成されているため、最も排気音エネルギーの大きな部分のみを効率的に吸収できる。また、吸音板３５が固定される第１隔壁２６には第１連通管３２が貫通して開口している。このため、吸音板３５を設けない場合と同程度の必要な排気流量が確保されていることになり、しかも吸音板３５及びその吸音孔３６はほとんど排気ガスに対して排気抵抗を発生させないから、吸音板３５からなる吸音構造を設けても排気抵抗を従来より増大させることもない。

そのうえ、吸音板３５をパンチングプレート製としたので、多孔の吸音構造をパンチングプレートにより容易かつ安価に形成できる。また、空間４０を形成するよう凸に湾曲する立体形状の曲面とすること、並びに外周部で第１隔壁２６へ接続させることとにより、パンチングプレートである吸音板３５の剛性も確保できる。

また、吸音板３５の排気流に対向する位置の中心部から離れた位置である外周部に切り欠き３７を設け、ここに第１連通管３２を貫通させて開口させたので、吸音効果への影響を小さくして第１連通管３２を配置できる。また排気管の一部をなす延長パイプ２４と第１連通管３２の半径方向の位置を、互いの開口が重ならないようにずらすことになるので、吸音構造による排気音低減効果をより大きく発揮させることができる。

図７は、この消音効果を示すグラフであり、横軸に排気音の周波数、縦軸に音量（ｄＢ）をとったものであり、排気音の周波数を所定範囲毎に区分し、各区分毎に測定された平均音量を示す。この図において、上側のグラフが吸音板３５を設けない従来例であり、下側が本願発明である。両グラフ間の斜線部が排気音の低減程度を示す。この図より、本実施例においては比較的広い周波数範囲において排気音の低減を図ることができたことが判る。

図８は別実施例に係る図３と同様部位を示す。この例では、図３における吸音構造の空間４０内へグラスウール等の吸音材４７を充填したものである。吸音材４７はグラスウール以外にもステンレススチールウールやセラミックウール等が使用できる。また、セラミックや金属の多孔質ブロック体等の吸音材を挟んでも良い。このようにするとさらに吸音効率を上げることも可能になる。

図９は吸音構造に関する参考例について、図３と同様部位を示す。この例では吸音部５０は、第１隔壁２６より前方へ突出する多数の突起５１からなる。突起５１は金属等の適宜材料より第１隔壁２６と一体又は別体に形成され、隣り合う突起５１の間に狭い通路状をなす多数の間隙５２が前方へ開放されて形成されている。

このようにしても、各突起５１間の間隙５２が多数の吸音孔３６と同様に機能し、これらの間隙５２を通して排気ガスが第２膨張室２９と第１隔壁２６の間を往復することにより排気音エネルギーを減衰させることができる。したがって、このような吸音部５０も多孔の吸音構造の一例をなす。

なお、本願発明は上記の各実施例に限定されるものではなく、発明の原理内において種々に変形や応用が可能である。例えば、吸音板３５を多数重ねる多重構造として、剛性を大きくしても良い。この場合には、各吸音板３５間に空間を設けるようにしてよく、設けなくてもよい。また吸音板３５の形成はパンチングメタルとすれば安価かつ容易に形成できるが、アルミダイキャスト等の他の任意形成方法を採用できる。また、多孔質のセラミックを配置してもよい。さらに、自動２輪車に限らず、各種内燃機関における排気マフラーに適用できる。

本願発明が適用された自動２輪車の側面図 実施例に係る排気マフラーの長さ方向図断面図 吸音板部分の拡大断面図 図２の４−４線断面図 図２の５−５線断面図 図２の６−６線断面図 効果を示すグラフ 別実施例に係る図３と同様部位を示す図 参考例に係る図３と同様部位を示す図

符号の説明

１：エンジン、１２：シリンダヘッド、１５：排気管、１６：排気マフラー、２０：本体筒部、２１：フロントキャップ、２２：テールキャップ、２３：インテークパイプ（排気管の一部）、２４：延長パイプ（排気管の一部）、２５：支持プレート、２６：第１隔壁、２７：第２隔壁、２９：第１膨張室、３０：第３膨張室、３１：第２膨張室、３２：第１連通管、３３：第２連通管、３５：吸音板、３６：吸音孔、４０：空間、４５：開口、５０：吸音部、５１：突起

Claims (5)

1. 内燃機関から延びる排気管の下流側に接続され、内部を隔壁により隔てて複数の膨張室を形成し、膨張室間をつなぐ連通管を備えた排気マフラーにおいて、
   前記連通管（３２）が備えられた前記隔壁（２６）に前記排気管（２４）の開口端部に対向して多孔の吸音構造を設けるとともに、
   この多孔の吸音構造は、パンチングプレート（３５）により形成され、このパンチングプレート（３５）は前記隔壁（２６）の前方側へ配置され、かつこのパンチングプレート（３５）と前記隔壁（２６）の表面との間に空間（４０）を有し、
   前記パンチングプレート（３５）は、中央が前方に凸となる円弧状断面で、前記排気管（２４）の開口端部に対向する部分が最も前方へ突出する最突出部（３５ａ）をなすとともにこの最突出部（３５ａ）から外周側へ離れるにしたがって前記隔壁（２６）へ近接する形状をとり、外周部で隔壁（２６）へ接続し、
   排気管（２４）の開口端部における開口径よりも、パンチングプレート（３５）に設けられる前記吸音構造を構成する吸音孔（３６）の径がより小さく形成されることを特徴とする排気マフラー。
2. 前記パンチングプレート（３５）における、前記排気管（２４）の開口端部に対向する位置の中心部（３５ａ）から離れた位置に貫通部（３７）を設け、ここに前記連通管（３２）を貫通させて開口させたことを特徴とする請求項１記載の排気マフラー。
3. 前記パンチングプレート（３５）は対向する前記排気管（２４）の中心軸線方向（Ｃ）から見て略円形であり、このパンチングプレート（３５）の直径方向に前記吸音孔（３６）が略帯状に配置されるとともに、この吸音孔（３６）が略帯状に配置される方向のパンチングプレート端部に、前記排気管（２４）側から前記隔壁（２６）が見える切り欠き（３７）又は凹部（３８）が形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載した排気マフラー。
4. 前記パンチングプレート（３５）における前記排気管（２４）の開口端部に対向する部分内に前記最突出部（３５ａ）と複数の前記吸音孔（３６）が配置されるとともに、この排気管（２４）の開口端部に対向する部分を挟んでかつ重ならない位置に前記切り欠き（３７）又は凹部（３８）が形成されることを特徴とする請求項３に記載した排気マフラー。
5. 前空間（４０）内に吸音材（４７）を充填したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載した排気マフラー。

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