JP2004360618A

JP2004360618A - テールパイプ

Info

Publication number: JP2004360618A
Application number: JP2003161721A
Authority: JP
Inventors: Hideki Enomoto; 秀喜榎本
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2003-06-06
Filing date: 2003-06-06
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】耐久性に優れ、高排気率で気流音を低減することのできるテールパイプを提供すること。
【解決手段】排気管の後端部に設けられた第１の直管部１ａと、前記第１の直管部１ａから排気方向にテーパ状に拡径して形成されたテーパ部１ｂと、前記テーパ部１ｂから排気口まで形成された第２の直管部１ｃとを備えるテールパイプ１００であって、前記第１の直管部１ａの内径よりも大きい内径Ｒ２を有し、前記第２の直管部１ｃの排気口側内周部に装着された整流部材である円環状デバイス２を備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばエンジンからの排気ガスを排気するテールパイプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車においては、エンジンの高出力化、および高周波域の低騒音化に対応するため、消音器においてディフューザ型のテールパイプが用いられている。このディフューザ型のテールパイプは、一般に直管から排気口に向けてテーパ状に拡径した部分を有している。これによって管内の流れを減速加圧し、排気ガスをスムーズに大気中に排出するようにしている。
【０００３】
ところが、前記ディフューザ型のテールパイプは、その拡径部において排気流が剥離し、この流れ変動が加振源となってテールパイプの共鳴を励起することが知られている。
この共鳴は、テールパイプ管長に相当した共鳴周波数で卓越した音圧レベルとなり、車外騒音の一要因となる気流音となって、その騒音が問題となっている。
【０００４】
この問題に対して、特許文献１（特開平８−１７０５１８号公報）では、図８のテールパイプの断面図に示すように、ディフューザ型テールパイプ５０の管壁面５１に多孔５１ａを設け、その外側にグラスウール５２の収納室５３を備える構造としている。
前記特許文献１によれば、このようにディフューザ型の構造により排気に渦流が発生するのを抑え、排気抵抗の増加による出力低下を回避し、グラスウール５２によって共鳴による気流音を吸収するようにしている。
【０００５】
一方、前記した問題に対し、特許文献２（実開平４−１３７２１１号公報）では、図９のテールパイプの断面図に示すように、テールパイプ６０の先端部部分を２重管構造としている。このテールパイプ６０の先端部は直管部６１ａの径が拡径された拡径直管部６１ｂと、パイプ６２とにより構成されている。
この特許文献２によれば、パイプ６２の外側を流れる排気ガス６３は、拡径直管部６１ｂにおいて流速が低下し外部へ排出される。このため、排気ガス６３の気流音は低下し、またパイプ６２を流れる排気ガス６４は、その流速は低下しないが、外部において気流音の低い排気ガス６３の層により包囲される。よって排出された排気ガス６４の気流音も低下するようにされている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−１７０５１８号公報（第３頁右欄第５行乃至第１２行、第７図）
【特許文献２】
実開平４−１３７２１１号公報（第４頁第１４行乃至第５頁第１０行、第１図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１にあっては、排気抵抗の増加による出力低下と気流音の発生を回避することはできるが、排気ガスは高温ガスであるため、吸音材であるグラスウールに対する負荷が大きく、その耐久性の問題から吸音性能に劣化の虞がある。
すなわち、ディフューザ型テールパイプを頻繁に取り替える等のメンテナンスが必要となり、コスト面からも好ましくない。
また、特許文献２にあっては、２重管構造によって噴流部のせん断力を弱め、気流音の低減を図っている。しかしながら、図９に示すようにパイプ６２の径は直管部６１ａの径よりも小さいため、圧力損失が大きくなる。このため、排気効率が低下し、エンジンへの負荷が生じるという問題がある。
【０００８】
本発明は、前記したような事情の下になされたものであり、耐久性に優れ、高排気率で気流音を低減することのできるテールパイプを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかるテールパイプは、排気管の後端部に設けられた第１の直管部と、前記第１の直管部から排気方向にテーパ状に拡径して形成されたテーパ部と、前記テーパ部から排気口まで形成された第２の直管部とを備えるテールパイプであって、前記第１の直管部の内径よりも大きい内径を有し、前記第２の直管部の排気口側内周部に装着された整流部材を備えることに特徴を有する。
なお、前記整流部材は、円環状に形成され、前記第２の直管部の排気口側内周部に複数のフレームを介して装着されることが好ましい。
このように構成することによって、テーパ部での排気ガス流の剥離によって生じる強い速度変動を強制的に崩壊し、共鳴により発生する卓越した気流音を低減することができる。
【００１０】
また、前記整流部材の中心を通る軸線を含む面における前記整流部材の断面形状が翼断面形状であってもよい。
円環状デバイスをこのように形成すれば、排気ガス流と該デバイスとの干渉を低減することができ、高周波騒音増加を極力抑え、共鳴による気流音低減と高排気率をさらに維持することができる。
さらに、前記第２の直管部は前記テーパ部に対して着脱自在に形成されていることが好ましい。
これにより、円環状デバイスの着脱が容易となり、排気音質をチューニングすることができる。
【００１１】
また、前記整流部材の径方向の肉厚が、前記第２の直管部の内半径に対して４〜５％の厚さ寸法を有し、前記整流部材と前記第２の直管部との間に形成された隙間の径方向の長さ寸法が、前記第２の直管部の内半径に対して６〜８％の長さ寸法を有し、排気方向における前記整流部材の長さ寸法が、前記第２の直管部の長さに対して３０〜４０％の長さ寸法を有することが好ましい。
このように円環状デバイスを形成することによって、排気ガス流の流れに影響を及ぼさず、高排気率を維持することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係るテールパイプについて、図１および図２に示す実施形態に基づいて説明する。なお、図１は、本発明に係るテールパイプの全体構成を示す側面透視図である。また、図２は図１のテールパイプを排気口側からみた側面図である。
【００１３】
この図に示すテールパイプ１００は、例えば車両の排気管後端部に設けられるものであって、図示しないエンジンからの排気ガスを矢印１０に示す方向に流し、車両外部後方に排出するものである。
【００１４】
そして、このテールパイプ１００は、排気ガス流の上流に形成された第１の直管部１ａと、第１の直管部１ａから排気口１１に向けてテーパ状に拡径して形成されたテーパ部１ｂと、前記テーパ部１ｂから排気口１１まで同一の内径で形成された第２の直管部１ｃとを備えている。
【００１５】
さらに図１および図２に示すように、前記第２の直管部１ｃの排気口側内周部には、複数のフレーム２ａ（図では４つ）を介して、整流部材である円環状デバイス２が装着されている。この円環状デバイス２の内径ｄ２は、第１の直管部１ａの内径ｄ０よりも大きく形成されている。
なお、第２の直管部１ｃの内径ｄ１は円環状デバイス２の内径ｄ２よりも大きいので、夫々の内径はｄ０＜ｄ２＜ｄ１の関係を成している。
【００１６】
また、円環状デバイス２の径方向の肉厚Ｔ１は、第２の直管部１ｃの内半径Ｒ１に対して、４〜５％の厚さ寸法となるように形成されている。
そして、円環状デバイス２と第２の直管部１ｃとの間に形成された隙間の径方向の長さ寸法Ｃ１は、第２の直管部１ｃの内半径Ｒ１に対して、６〜８％の長さ寸法となるように形成されている。
さらに、排気方向における円環状デバイス２の長さＬ２は、第２の直管部１ｃの長さＬ１に対して３０〜４０％の長さ寸法に形成されている。
【００１７】
このように構成されたテールパイプ１００においては、整流された排気ガスがテールパイプ１００に流入すると、テーパ部１ｂでガスの流れが剥離して流れ変動が生じる。また、この流れ変動によって、円環状に強い速度変動が生じようとする。
しかしながら、円環状デバイス２によって、流れ変動が抑制され、強い速度変動が強制的に崩壊される。これによって、排気効率低下が極力抑えられた状態で卓越した気流音レベルが低減される。
【００１８】
以上、本発明の実施の形態によれば、テーパ部１ｂでの排気ガス流の剥離によって生じる強い速度変動を強制的に崩壊し、共鳴により発生する卓越した気流音を低減することができ、騒音の低減を図ることができる。
また、円環状デバイス２の配置は、管内の排気ガス流の主流部ではなく剥離域であり、該デバイスの厚さは排気ガス流の流れに影響を及ぼさない厚さであるため、高排気率を維持することができる。
さらに、グラスウール等の防音材を用いずに、高排気率と気流音低減を実現できるため、耐久性、性能劣化等の問題がなく、メンテナンスが容易となる。
【００１９】
なお、前記実施の形態においては、円環状デバイス２はフレーム２ａを除き円筒形状であって、円環状デバイス２の中心を通る軸線を含む面における、その断面形状は矩形状であるが、図３のテールパイプ１００の断面図に示すように、この断面形状を翼の断面形状となるように円環状デバイス２を形成してもよい。
円環状デバイス２をこのように形成すれば、排気ガス流と該デバイスとの干渉を低減することができ、高周波騒音増加を極力抑え、共鳴による気流音低減と高排気率をさらに維持することができる。
また、図４のテールパイプ１００の側面図に示すように、例えば第２の直管部１ｃをテーパ部１ｂに対し螺子１ｄ等により着脱自在な構成としてもよい。
これにより、円環状デバイス２の着脱が容易となり、排気音質をチューニングすることができる。
【００２０】
【実施例】
前記実施の形態に示したテールパイプ１００およびその構成から円環状デバイス２を取り外した状態のテールパイプ１００Ａを用いテーパイプ内の排気ガスの速度変動を測定した。
図５にテールパイプ１００Ａにおける速度変動分布を示す。図５は、排気口１１における速度変動を示すグラフである。図５の横軸は、第１の直管部１ａの内径寸法ｄ０に対する排気口１１の中心点からの水平方向距離の割合を表し、縦軸は垂直方向距離の割合を表している。
また、図６に円環状デバイス２を取り付けたテールパイプ１００の排気口１１における速度変動を示す。図６のグラフにおいて、横軸は、第１の直管部１ａの内径寸法ｄ０に対する排気口１１の中心点からの水平方向距離の割合を表し、縦軸は垂直方向距離の割合を表している。
これら速度変動分布は、各ポイントにおける速度ｕ１をテールパイプ入口の一様流速ｕ０で割った値を速度変動量として表したものである。
さらに図７にテールパイプ１００Ａおよびテールパイプ１００におけるパイプ外での気流音圧を周波数単位で計測したグラフを示す。
なお、この音圧測定は、排気口１１の中心位置から５００ｍｍの位置で計測した。
【００２１】
図５のグラフにおいて、テールパイプ１００Ａの排気ガス流中央部２０では、速度変動が少なく、速度変動量は約０．０１２程度となった。
一方、テーパ状に拡径した拡径部２１では排気ガス流が剥離し、速度変動が大きく、速度変動量は約０．１７０程度となった。
なお、図５に矢印で示すように、排気口１１における最大速度変動量は拡径部２１の部位であって、０．１７３であった。
【００２２】
一方、図６のグラフにおいて、テールパイプ１００の排気ガス流中央部２２では、テールパイプ１００Ａの場合と同様に速度変動が少なく、速度変動量は約０．０１２程度となった。
しかしながら、テーパ状に拡径した拡径部２３においも速度変動量は抑えられ、約０．１１８程度となった。
なお、矢印で示すように、排気口１１における最大速度変動量は拡径部２３の部位であって、０．１３５であった。
また、図７のグラフにおいて、一点鎖線で囲んだ部分は、テールパイプでの共鳴音を示したものであるが、この共鳴音の音圧は円環状デバイス２を装着したテールパイプ１００において円環状デバイス２を装着しないテールパイプ１００Ａよりも低く抑えられた。
【００２３】
以上の実施例の結果からも、円環状デバイスを装着した本発明のテールパイプにより、耐久性、性能劣化等の問題がなく、高排気率と気流音低減を実現できることが判った。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなとおり、本発明によれば、耐久性に優れ、高排気率で気流音を低減することのできるテールパイプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明に係るテールパイプの全体構成を示す側面透視図である。
【図２】図２は図１のテールパイプを排気口側からみた側面図である。
【図３】図３は、円環状デバイスの断面が翼形状である場合のテールパイプの側面断面図である。
【図４】図４は、第２の直管部をテーパ部に対し着脱自在な構成としたテールパイプの側面図である。
【図５】図５は、円環状デバイスを装着しないテールパイプにおける排気ガス流の速度変動分布を示すグラフである。
【図６】図６は、円環状デバイスを装着したテールパイプにおける排気ガス流の速度変動分布を示すグラフである。
【図７】図７は、パイプ外での気流音圧を周波数単位で計測したグラフである。
【図８】図８は、従来のテールパイプの断面図である。
【図９】図９は、従来の別のテールパイプの断面図である。
【符号の説明】
１ａ第１の直管部
１ｂテーパ部
１ｃ第２の直管部
２円環状デバイス
１１排気口
１００テールパイプ

Claims

排気管の後端部に設けられた第１の直管部と、前記第１の直管部から排気方向にテーパ状に拡径して形成されたテーパ部と、前記テーパ部から排気口まで形成された第２の直管部とを備えるテールパイプであって、
前記第１の直管部の内径よりも大きい内径を有し、前記第２の直管部の排気口側内周部に装着された整流部材を備えることを特徴とするテールパイプ。
前記整流部材は、円環状に形成され、前記第２の直管部の排気口側内周部に複数のフレームを介して装着されることを特徴とする請求項１に記載されたテールパイプ。
前記整流部材の中心を通る軸線を含む面における前記整流部材の断面形状が翼断面形状であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載されたテールパイプ。
前記第２の直管部は前記テーパ部に対して着脱自在に形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載されたテールパイプ。
前記整流部材の径方向の肉厚が、前記第２の直管部の内半径に対して４〜５％の厚さ寸法を有し、前記整流部材と前記第２の直管部との間に形成された隙間の径方向の長さ寸法が、前記第２の直管部の内半径に対して６〜８％の長さ寸法を有し、排気方向における前記整流部材の長さ寸法が、前記第２の直管部の長さに対して３０〜４０％の長さ寸法を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載されたテールパイプ。