サイレンサー（マフラー）容量による出力の変化

質問

ちょっと気になった事があります。
レシプロエンジンから排出された排ガスが消音されるサイレンサー部分の容量が変わると出力変化はあるのかということです。
具体的な例を挙げないと答えも変わってきそうなので、以下のような条件を仮定します。

125cc程度の単気筒バイク。排気ポートは１つ。レース用で触媒なしのステンレスエキパイ。その他使う金属材はステンレスに統一。エキパイ出口の直径を50パイとします。

そのバイクを使用して以下のものをエキパイ出口に装着すると仮定します。

１、50パイのステンレスの筒、長さ50cmを繋ぐ（俗にいう直管）

２、外径100パイのサイレンサーで内部のパンチングパイプの径は50パイ。パンチングパイプと外側の間にはグラスウール等の消音材を詰める。入口出口は50パイ。サイレンサー長さは50cm

３、外径150パイのサイレンサーで内部のパンチングパイプの径は50パイ。パンチングパイプと外側の間にはグラスウール等の消音材を詰める。入口出口は50パイ。サイレンサー長さは50cm

この３つを比べた場合、出力・トルクには何か変化が起きるのでしょうか？
(50パイ同士だと繋がらないとか、ステンの厚さ種類だとかetc……細かいところは目をつぶってください)

ようするに、
排気されるガスの通り道の途中にガスが膨張する空間があり、その空間の有無や容量の違いで出力が変わるのか気になった次第です。
同じストレート構造で最終的に排出される排ガスが同じ量なら出力に影響しないような気もしますし、パンチングパイプ等でガスが膨張する空間があると排気脈動等の影響があるようにも思えます。また、排気流速を考えると膨張する空間のない１番の直管が一番速いような気もします。

純正マフラーのように多段膨張の方が低速トルクに長けているというのは何となく想像がつくのですが、上記挙げた１～３は全て「ストレートマフラー」なので、なんだかどれも変わらないような気も……します。

回答No.3

m29yh4em

通常吸気系でも排気系でもノーマルから変更すれば体感できる、できないは別として何かしら影響が出ます。
しかし、今回の条件では１、２、３共に出力変化なしだと思います。

理由
前提で「流れる電流は断面積に比例して長さに反比例する。」
これに当てはめると
排気ガスが電流
断面積が50パイ
エキパイ長さが50cmもしくは100cm

１　125ccの排気ガスの量に対して50パイのエキパイはとてつもなく太い。
２　パンチングパイプの径が50パイでは、ほぼストレート。トータル2倍の100cmになっても抵抗が無い。
　　排気流速には変化なし。
　　サイレンサーが内部拡張式（多段膨張）であればそれなりの抵抗になります。

結果
音量のみ１＞２＞３になります。

排気脈動は4ストの4気筒以上に影響します。

抜けのいい排気パーツは高回転ではパワーアップしますが、排気慣性により低速では逆にトルクが細くなります。
マフラーの設計はどの回転域にウェイトを置くかで、全域で良くしたい場合は途中にバルブを
開閉することで低回転から高回転をカバーするのが一般的です。

お礼

なるほど！
今回はとりあえずの数値として汎用（？）の50パイということにしましたが、確かに排気量的にどれだけ多く流そうとも流速の上がり方は高が知れてますね。

となると、30パイのようなもっと細い径、同じようにストレート構造の消音室容量の違いでの出力変化が今度は気になりますね。（或いは考察上の排気量→250ccへの変更など）

回答No.2

CBGB109

そのために社外マフラーがあったりするわけですから、計上による出力変化ならびに出力特性は変わるでしょうね。

お礼

そう考えるのが妥当ですね。素人がどこまで理解できるのかわかりませんが、携わっている技術者の説明を一度受けてみたいものです。

回答No.1

sirasak

レシプロエンジンから排出された排ガスが消音されるサイレンサー部分の容量が変わると電力がマフラーの抵抗分で出力が減る変化はあると思います。
マフラーは排熱を抑える効果、エンジンの回転を適度に抑える効果、共鳴して出力減少を減らす効果、など良く知らんけど色々な要素があるのではないでしょうか？
理想的なマフラーにするには巨大にすれば良いと思うのですが、車体より大きく出来ないだろうし、規格に合う寸法に小さくしないといけないので、理論上の計算だけでなくて、費用/効果や出力損失や騒音など質問されているような種々実験や検討をして作られていると想像します。

お礼

確かに理想的な形にすればいいだけではなくて、大きさなど考慮しなくてはいけない制約もありますね。
設計時の実験……面白そうです。携わっている方に是非お話を伺いたいものです。