【手続補正書】
【提出日】平成16年4月12日(2004.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】上音の多いスポーティーな排気騒音を発生させるための装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】４気筒エンジン（１）にて上音が多くスポーティーに鳴り響く排気騒音を発生させるための装置であって、４本のマニホールド管（２、３、４、５）と少なくとも１本のヘッド管（６；９、１０）とをいずれにせよ含む排気ガス案内管と、テール管（８）とを実質的に含む前記装置において、
少なくとも１本の排気ガス管（２；９）の長さ及び／又は横断面が、対応する他の排気ガス管（３、４、５；１０）のそれらの値と相違すること、及び、少なくとも数本の排気ガス管（２、３、４、５；６；９、１０）が第１、第２の集合位置及び／又は第３の集合位置（ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ；ＩＸ）に通じていることを特徴とする装置。
【請求項２】少なくとも１本のマニホールド管（２）の長さ及び／又は横断面が、他のマニホールド管（３、４、５）のそれらの値と相違することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】２本のヘッド管（９、１０）が設けられていること、及び、１本のヘッド管（９）の長さ及び／又は横断面が他のヘッド管（１０）のそれらの値と異なることを特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】少なくとも２本のマニホールド管（２、３；４、５）が、第１又は第２の集合位置（ＩＩ、ＩＩＩ）に通じていること、及び、第１ないしは第２の集合位置（ＩＩ、ＩＩＩ）にてヘッド管（６；９、１０）が開始することを特徴とする、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】２本の集合管（９、１０）が設けられていること、集合管（６；９、１０）が第３の集合位置に通じていること、及び、１本の集合管（９）の長さ及び／又は横断面が他の集合管（１０）のそれらの値と相違することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】少なくとも１本のマニホールド管（２、３、４、５）及び／又は集合管（６；９、１０）に共鳴器空間が接続されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】少なくとも１本のマニホールド管（２、３、４、５）及び／又は集合管（６；９、１０）に絞りが取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】少なくとも１本のマニホールド管（２、３、４、５）及び／又は集合管（６；９、１０）にノズルが取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】少なくとも１本のマニホールド管（２、３、４、５）及び／又は集合管（６；９、１０）に弁が取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】少なくとも１本のマニホールド管（２、３、４、５）及び／又は集合管（６；９、１０）に、流体能動体、有利には触媒体が取り付けられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の前提概念に従い、４気筒エンジンにて上音の多いスポーティーな排気騒音を発生させるための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
６気筒エンジン、８気筒エンジン、又は１２気筒エンジンが装備されている自動車両が、顧客にとって特にスポーティーと称される排気騒音を発生することは知られている。更に、４気筒エンジンが装備されている自動車両が、そのようなスポーティーな排気騒音を発生しないことも知られている。各自動車両を６気筒エンジン、８気筒エンジン、又は１２気筒エンジンで装備することはコスト面及びその他の原因により不可能であるので、４気筒エンジンを備えた自動車両の排気ガス装置を、当該自動車両がスポーティーな騒音を発生するように変更するという試みが絶えず成されてきた。しかし、これらの措置の大多数は、排気ガス消音器の部分を音響的に切断することにより、ポート騒音の振幅だけを回転数が小さい場合、特に空転時に増加させることを目的としている。これらの措置により排気騒音は確かに大きくなるが、６気筒エンジン、８気筒エンジン、及び１２気筒エンジンにおける周知の好ましい排気騒音には依然として対応しないままである。
【０００３】
４気筒エンジンの排気騒音を解析すると、この排気騒音の中には、エンジン回転数により決定される基本周波数の第２、第４、第６、第８等々の倍音（高調波）が含まれていることが確認される。同様に６気筒エンジン、８気筒エンジン、及び１２気筒エンジンの排気騒音を解析すると、この排気騒音の中には、基本周波数の第１、第３、第５、第７等々の倍音、エンジンタイプに応じて基本周波数の第１．５、第２．５、第３．５等々の倍音も含まれていることが確認される。より大きな気筒数により発生する倍音は４気筒エンジンでは完全に欠如してしまう。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この点より本発明の課題は、４気筒エンジンにおいて、排気騒音の振幅を増加することなく、上音の多い、所謂スポーティーな排気騒音を発生させることを可能にする装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、請求項１に記載した特徴を有する装置により解決される。
【０００６】
本発明は、エンジンの４つの気筒内にて異なる時間に発生する音響事象を、排気ガス案内管（排気ガス管）の異なる長さと横断面により遅延させるという原則に基づいているので、管の集合位置では、６気筒エンジン、８気筒エンジン、又は１２気筒エンジンから知られるパルスイメージに対応する重なり合いが成され、それによりこのパルスイメージには基本周波数の第１、第３、第５、第７等々の倍音、及び場合によっては基本周波数の第１．５、第２．５、第３．５等々の倍音も含まれている。この場合、従来では第２、第４、第６等々の倍音だけに潜んでいる音響エネルギーが新たに発生する倍音に変換されるので、排気騒音が主観的には寧ろ、より小さくなるということが確認された。この変換は、欠如する倍音をスピーカを使って排気ガス装置に投入するという以前の解決策とは異なり、全周波数領域においても同様に良好に機能する。
【０００７】
本発明の第１の形態によれば、少なくとも１本のマニホールド管の長さ及び／又は横断面（即ち、長さ、又は、横断面、又は、長さ及び横断面）が他のマニホールド管のそれらの値と相違する。この形態により、第１．５、第２．５、第３．５等々の倍音が発生される。
【０００８】
本発明の他の形態によれば、２本のヘッド管（フロント管）が設けられていて、この場合、１本のヘッド管の長さ及び／又は横断面は他のヘッド管のそれらの値と異なる。本発明のこの形態により、基本周波数の第３、第５、第７等々の倍音が発生される。
【０００９】
１つの変形例では、少なくとも２本のマニホールド管が、ヘッド管が開始する第１の集合位置に通じている。他の２本のマニホールド管は、市販の４気筒エンジンにてそうであるように、第２の集合位置にて結合され得る。
【００１０】
また、３本のマニホールド管を１つの集合位置にて結合させ、そこに接続するヘッド管と第４のマニホールド管とを下流側で第２の集合位置にて集めることも可能である。
【００１１】
本発明の他の形態によれば、２本の集合管が設けられていて、これらの集合管は第３の集合位置に通じていて、この場合、１本の集合管の長さ及び／又は横断面は他の集合管のそれらの値と相違する。
【００１２】
上音を発生させる他の措置としては、少なくとも１本のマニホールド管及び／又は集合管に共鳴器空間を接続すること、又は、絞り、ノズル、弁、及び／又は触媒体を少なくとも１本のマニホールド管及び／又は集合管に取り付けることが挙げられる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、図面を用いて実施形態に基づいて本発明を説明する。
【００１４】
図１には、従来の技術による排気ガス装置と接続されている４気筒エンジン（４気筒内燃機関）１が示されている。前記排気ガス装置は、４本のマニホールド管２、３、４、５を有し、これらのマニホールド管は、２本で一組になって第１の集合位置ＩＩないしはＩＩＩにて集められている。これらの集合位置からは２本のヘッド管６が第３の集合位置ＩＶに案内されている。この第３の集合位置ＩＶの後方には排気ガス消音器７及びテール管８が接続されている。
【００１５】
図２には、集合位置ＩＩにおけるパルスグラフが簡素化されて示されている。そこでは、シリンダ２及び３にて発生されるパルスの振幅Ａがクランクシャフト角度α（アルファ）に対して示されている。
【００１６】
同様のグラフにて、図３には、シリンダ１及び４により発生される、集合位置ＩＩＩにおけるパルスが示されている。
【００１７】
図４には、図２及び図３から得られる、両方のヘッド管６の端部における集合位置ＩＶにおけるパルスグラフが示されている。
【００１８】
図５には、図４のパルスグラフに属する周波数スペクトルが示されている。そこでは、エンジン回転数による所定の基本周波数に対する第２の倍音Ｈ２、第４の倍音Ｈ４、第６の倍音Ｈ６、第８の倍音Ｈ８等々が認識され、この場合、これらの倍音Ｈ２、Ｈ４、Ｈ６、Ｈ８の振幅は連続的に減少している。第３、第５、第７等々の倍音も、第１．５、第２．５、第３．５等々の倍音も欠如しているので、この４気筒エンジンでは典型的に「スポーティーでない」排気騒音が図１による排気ガス装置のテール管８にて得られることになる。
【００１９】
図６には、同様の４気筒エンジン１が示されているが、この４気筒エンジン１は、変更されている排気ガス装置を備えている。この実施形態では、４本のマニホールド管２、３、４、５が同様に維持され且つ以前のように集合位置ＩＩないしはＩＩＩにて集められているが、これらの集合位置に接続するヘッド管９、１０は、長さに関しても横断面に関しても互いに異なっている。それにより、シリンダ２、３ないしは１、４により発生されるパルスは異なる速度でヘッド管９、１０を通り抜け、このことは、集合位置ＩＸにて完全に別のパルスグラフを導くことになる。
【００２０】
図７には、集合位置ＩＸの前方の位置ＶＩＩにおけるパルスグラフが示されている。これは図２のパルスグラフに対応するが、時間的にずらされている。
【００２１】
図８には、集合位置ＩＸの前方の位置ＶＩＩＩにおけるパルスグラフが示されている。図８のパルスが図３のパルスに対して時間的にずらされていることが認識される。
【００２２】
図９には、集合位置ＩＸにて得られるパルスグラフが示されている。このパルスグラフは図４のパルスグラフとは明らかに異なっている。
【００２３】
図１０には、図９のパルスグラフに属する周波数スペクトルが示されている。ここでも第１の倍音Ｈ１、第３の倍音Ｈ３等々が存在することが認識される。更に、第２の倍音Ｈ２、第４の倍音Ｈ４等々に含まれる音響エネルギーが新たに形成される倍音に変換されたので、これらの第２の倍音Ｈ２、第４の倍音Ｈ４等々の振幅が明らかに低下されていることが認識される。
【００２４】
上述したように、マニホールド管２、３、４、５の長さ及び／又は横断面が更に変化されると、第１．５、第２．５、第３．５等々の倍音も発生され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術による排気ガス装置を備えた４気筒エンジンを示す図である。
【図２】図１による第１の集合位置（ＩＩ）におけるパルスグラフを簡素化して示す図である。
【図３】図１による第２の集合位置（ＩＩＩ）におけるパルスグラフを簡素化して示す図である。
【図４】図１による第３の集合位置（ＩＶ）におけるパルスグラフを簡素化して示す図である。
【図５】図４のパルスグラフに属する周波数スペクトルを示す図である。
【図６】本発明による排気ガス装置を備えた４気筒エンジンを示す図である。
【図７】図６による第１の集合位置（ＶＩＩ）におけるパルスグラフを簡素化して示す図である。
【図８】図６による第２の集合位置（ＶＩＩＩ）におけるパルスグラフを簡素化して示す図である。
【図９】図６による第３の集合位置（ＩＸ）におけるパルスグラフを簡素化して示す図である。
【図１０】図９のパルスグラフに属する周波数スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１  ４気筒エンジン（４気筒内燃機関）
２  マニホールド管
３  マニホールド管
４  マニホールド管
５  マニホールド管
６  ヘッド管
７  排気ガス消音器
８  テール管
ＩＩ  排気ガス管の集合位置
ＩＩＩ  排気ガス管の集合位置
ＩＶ  排気ガス管の集合位置
ＶＩＩ  排気ガス管の集合位置
ＶＩＩＩ  排気ガス管の集合位置
ＩＸ  排気ガス管の集合位置