(57)【要約】【課題】  高い消音効果を有し、簡略な構造の内燃機関の排気音低減装置を提供する。【解決手段】  排気管２が接続されたメインマフラー４は、内部に単一の拡張室を有する。拡張室は、内燃機関から排気管２を介して送られた排気ガスを膨張させるように構成されている。拡張室に少なくとも２つのロングテールパイプ１２の一端をそれぞれ連通させる。ロングテールパイプ１２の他端は大気に開放する。ロングテールパイプ１２は、４０ｃｍ以上の長さを有する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気音を低減する排気音低減装置であって、
排気ガスを膨張させる拡張室と、
４０ｃｍ以上の長さを有し、一端が前記拡張室と連通され、且つ、他端が大気に開放された少なくとも２つの排気流路とを備え、
前記少なくとも２つの排気流路は異なる共振周波数を有し、該排気流路は、所定の音の共振周波数を１とした場合に、1/1, 16/15, 17/16, 18/17, 25/24, 9/8, 10/9, 6/5, 5/4, 4/3, 17/12, 24/17,25/18, 36/25, 45/32, 64/45, 3/2, 8/5, 5/3, 27/16, 9/5, 16/9, 30/17, 15/8, 2/1のうちの何れかの比率で表される共振周波数をそれぞれ有することを特徴とする内燃機関の排気音低減装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の排気音低減装置において、
前記排気流路の一端に設けられ、該排気流路内に排気ガスの渦を発生させる渦発生部材をさらに備えたことを特徴とする内燃機関の排気音低減装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の内燃機関の排気音低減装置において、
前記少なくとも２つの排気流路は、４０ｃｍ以上の長さを有するロングテールパイプの内部が内壁により仕切られてなるものであることを特徴とする内燃機関の排気音低減装置。
【請求項４】
請求項１から３の何れかに記載の内燃機関の排気音低減装置を用いた排気音の調律方法であって、
少なくとも１つの排気流路に穴を開けることにより排気音を所望の協和音に調律することを特徴とする排気音の調律方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の排気音を低減する内燃機関の排気音低減装置、及び、この排気音低減装置を用いた排気音の調律方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、実開平２−６３０１６号公報には、排気音を和音化する排気消音装置が開示されている。この装置によれば、複数のテールパイプと、該テールパイプが連通する膨張室とによって決まる共鳴周波数をｆ，２ｆ，４ｆ，…のような関係にすることにより、上記機能が達成される。
【０００３】
【特許文献１】実開平２−６３０１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の装置では、所定の共振周波数の関係を得るために、膨張室の容量をある程度大きくする必要があった。
また、膨張室による消音効果を一定以上確保するためには、膨張室を複数設けたり、膨張室内に吸音材を設けたりする必要がある。
このような膨張室の大型化や複雑化は、装置の製造コストの増大につながってしまう。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高い消音効果を有し、簡略な構造の内燃機関の排気音低減装置を提供することを目的とする。また、この発明は、排気音を低減しつつ、車輌運転者にとって快適な排気音を創造可能な内燃機関の排気音低減装置及び排気音の調律方法を提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の排気音を低減する排気音低減装置であって、
排気ガスを膨張させる拡張室と、
４０ｃｍ以上の長さを有し、一端が前記拡張室と連通され、且つ、他端が大気に開放された少なくとも２つの排気流路とを備え、
前記少なくとも２つの排気流路は異なる共振周波数を有し、該排気流路は、所定の音の共振周波数を１とした場合に、1/1, 16/15, 17/16, 18/17, 25/24, 9/8, 10/9, 6/5, 5/4, 4/3, 17/12, 24/17,25/18, 36/25, 45/32, 64/45, 3/2, 8/5, 5/3, 27/16, 9/5, 16/9, 30/17, 15/8, 2/1のうちの何れかの比率で表される共振周波数をそれぞれ有することを特徴とする。
【０００７】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記排気流路の一端に設けられ、該排気流路内に排気ガスの渦を発生させる渦発生部材をさらに備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記少なくとも２つの排気流路は、４０ｃｍ以上の長さを有するロングテールパイプの内部が内壁により仕切られてなるものであることを特徴とする。
【０００９】
また、第４の発明は、第１から第３の何れかの発明の内燃機関の排気音低減装置を用いた排気音の調律方法であって、
少なくとも１つの排気流路に穴を開けることにより排気音を所望の協和音に調律することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明によれば、長さが４０ｃｍ以上の排気流路をメインマフラーと連通させることにより、高い消音効果を有する排気音低減装置が得られる。さらに、この排気流路を少なくとも２つ設けることにより、排気流路の共鳴を分散させることができ、その結果として共鳴による排気音の増大を抑制することができる。このため、拡張室の小型化及び簡略化が可能となり、排気音低減装置の構造の簡略化が可能となる。よって、排気音低減装置の製造コストを低減することができる。
また、共振周波数が異なる少なくとも２つの排気流路を設けることにより、排気流路を排気ガスが通る際に、各排気流路から異なる周波数の音が発生する。この異なる周波数の音が相互に干渉することによって、所望の協和音が発生する。従って、車輌運転者にとって快適な排気音を発生させることができる。
【００１１】
第２の発明によれば、排気流路内に排気ガスの渦を発生させることにより、排気流路から発生する音の音圧レベルを高くすることができる。よって、高い音圧レベルの協和音を発生させることができる。
【００１２】
第３の発明によれば、複数の排気流路を簡易に形成することができるため、排気音低減装置の製造コストを更に低減することができる。
【００１３】
第４の発明によれば、排気流路に穴を開けることにより、車輌運転者にとって快適な排気音に調律することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による内燃機関の排気音低減装置を説明するための概略断面図である。
図１に示すように、排気音低減装置は、排気管２を備えている。排気管２の一端は、図示しない内燃機関と連通している。詳細には、排気管２の一端は、サブマフラー及び触媒を介してエギゾーストマニホールドと連通している。エギゾーストマニホールドは、複数の気筒の排気ポートと連通している。また、排気管２の他端は、メインマフラー４と接続されている。
【００１５】
メインマフラー４は、拡張室（「膨張室」ともいう。）を有している。この拡張室は、排気ガスを体積膨張させ、圧力損失を生じさせるためのものである。拡張室には、３本のテールパイプ１２の一端がそれぞれ連通されている。テールパイプ１２の他端は、大気に開放されている。テールパイプ１２は、４０ｃｍ以上の長さを有する、いわゆるロングテールパイプである。このロングテールパイプ１２は、パイプ自体で排気音の音圧レベルを、例えば、２０ｄＢ以上低減するように構成されている。
【００１６】
また、図１に示す排気音低減装置において、ロングテールパイプ１２の開口面積は、排気管２の開口面積よりも小さい。さらに、３本のロングテールパイプ１２の開口面積の総和は、排気管２の開口面積と同等以上である。
【００１７】
次に、上述した内燃機関の排気音低減装置の動作について説明する。
内燃機関の各気筒において燃料ガスが燃焼すると排気ガスが発生する。排気ガスは、各気筒の排気ポートからエギゾーストマニホールドに送られる。続いて、排気ガスは、触媒において浄化された後、サブマフラーに送られる。その後、排気ガスは、排気管２を介してメインマフラー４の拡張室に送られる。該拡張室において、排気ガスは体積膨張し、圧力損失が生じる。この排気ガスの圧力損失によって、排気音の音圧レベルが低減される。
その後、排気ガスは３本のロングテールパイプ１２に送られ、各ロングテールパイプ１２から車輌の外に排出される。この３本のロングテールパイプ１２内を排気ガスが流れることにより、排気音の音圧レベルが更に低減される。
【００１８】
ここで、仮にロングテールパイプ１２が１本しか設けられていない場合には、１本のロングテールパイプが共鳴することにより、所定周波数での排気音が増大する可能性がある。特に、減速時には、ロングテールパイプ内を流れる排気ガスの量が少ないため、上述したロングテールパイプの共鳴に起因する排気音の増大が起こりやすい。
これに対して、本実施の形態１では、３本のロングテールパイプ１２がメインマフラー４に連通されている。このため、ロングテールパイプの共鳴の影響を分散させることができる。よって、ロングテールパイプの共鳴に起因する排気音の増加を抑制することができる。
【００１９】
以上説明したように、本実施の形態１では、４０ｃｍ以上のパイプ長を有するロングテールパイプ１２をメインマフラー４の拡張室に連通させることにより、排気音の音圧レベルを低減することができる。このロングテールパイプ１２を３本設けることにより、ロングテールパイプを１本設ける場合よりも、各ロングテールパイプの開口面積を小さくすることができる。本発明者は、ロングテールパイプの開口面積が小さいほど、排気音低減効果が増大すると共に、ロングテールパイプの共鳴が小さくなることを見出した。よって、ロングテールパイプの共鳴に起因する排気音の増加を抑制することができる。従って、本実施の形態１によれば、ロングテールパイプによる高い排気音低減効果が得られると共に、ロングテールパイプの共鳴に起因する排気音の増加を抑えることができる。
【００２０】
さらに、本実施の形態１によれば、ロングテールパイプ１２による高い消音効果が得られるため、メインマフラー４の小型化や、メインマフラー４の構造の簡略化が可能となる。構造の簡略化について具体的に言えば、メインマフラー４は単一の拡張室を有していれば十分であり、拡張室内にグラスウールやパンチングメタル等の吸音部材を設ける必要がない。
また、３本のロングテールパイプをサブマフラーに接続することにより、メインマフラーを不要とすることができる。
また、触媒に拡張室を付加し、該付加した拡張室に３本のロングテールパイプを接続することにより、サブマフラーとメインマフラーの双方を不要とすることができる。
このように、排気音低減装置の構造を簡略することが可能となるため、排気音低減装置の製造コストを下げることができる（後述する実施の形態２，３についても同様）。
【００２１】
また、本実施の形態１によれば、３本のロングテールパイプ１２の開口面積の総和を排気管２の開口面積と同等以上にすることにより、背圧を低減することができる（後述する変形例及び実施の形態２，３についても同様）。
【００２２】
ところで、本実施の形態１では、ロングテールパイプ１２を３本備えた排気音低減装置について説明したが、該ロングテールパイプ１２を少なくとも２本備えていれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００２３】
次に、実施の形態１の変形例について説明する。
（第１変形例）
図２は、本発明の実施の形態１の第１変形例を示す図である。詳細には、図２（ａ）は、本第１変形例による排気音低減装置を示す外観図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
上記実施の形態１では、３本の独立したロングテールパイプ１２がメインマフラー４と連通されている。これに対して、本第１変形例では、図２に示すように、３つの排気流路（以下「流路」と略する。）１８ａを有する１本のロングテールパイプ１８がメインマフラー４と連通されている。詳細には、ロングテールパイプ１８の内部が、内壁１９によって３つの流路１８ａに仕切られている。この３つの流路１８ａは、それぞれ４０ｃｍ以上の長さを有する。また、３つの流路１８ａがメインマフラー４の拡張室と連通されている。
また、図２に示す排気音低減装置において、流路１８ａの開口面積は、排気管２の開口面積よりも小さい。さらに、３つの流路１８ａの開口面積の総和は、排気管２の開口面積と同等以上である。
本第１変形例の３つの流路１８ａは、上記実施の形態１の３本のロングテールパイプ１２と同様の機能を果たす。よって、本第１変形例によれば、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。さらに、本第１変形例によれば、ロングテールパイプ１８とメインマフラー４との接続を一箇所で行えばよいので、実施の形態１と比較して排気音低減装置の製造をより簡略化することができる。
なお、本第１変形例では、内壁１９によって３つの流路１８ａに仕切られたロングテールパイプ１８について説明したが、少なくとも２つの流路に仕切られたロングテールパイプを用いることにより、上記第１変形例と同様の効果が得られる（後述する第２変形例についても同様）。
【００２４】
（第２変形例）
図３は、本発明の実施の形態１の第２変形例を示す図である。詳細には、図３（ａ）は、本第２変形例による排気音低減装置を示す外観図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。
上記第１変形例では、長方形状の開口断面を有するロングテールパイプ１８の内部が３つの流路に仕切られている。これに対して、本第２変形例では、図３に示すように、円状の開口断面を有するロングテールパイプ２０の内部が、内壁２１によって３つの流路２０ａに仕切られている。
ここで、図３に示す排気音低減装置においても、流路２０ａの開口面積は、排気管２の開口面積よりも小さい。さらに、３つの流路２０ａの開口面積の総和は、排気管２の開口面積と同等以上である。
本第２変形例の３つの流路２０ａは、上記第１変形例の３つの流路１８ａと同様の機能を果たす。よって、本第２変形例によれば、上記第１変形例と同様の効果が得られる。
【００２５】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２による内燃機関の排気音低減装置を説明するための概略断面図である。
上記実施の形態１では、同じパイプ長を有するロングテールパイプ１２が、メインマフラー４の拡張室と連通されている。これに対して、本実施の形態２では、図４に示すように、４０ｃｍ以上で異なるパイプ長を有する３本のロングテールパイプ１２，１４，１６が拡張室と連通されている。換言すれば、異なる共振周波数を有する３本のロングテールパイプ１２，１４，１６が拡張室と連通されている。ここで、３本のロングテールパイプ１２，１４，１６は、純正率音階の関係を満たす周波数比を有する。すなわち、ロングテールパイプ１２，１４，１６は、主音（仮にドとする。）の共振周波数を１とした場合に、1/1（主音がドであればド。）, 16/15（主音がドであればド♯。以下同様に示すこととする。）, 17/16（ド♯）, 18/17（ド♯）, 25/24（ド♯）, 9/8（レ）, 10/9（レ）, 6/5（レ♯）, 5/4（ミ）, 4/3（ファ）, 17/12（ファ♯）, 24/17（ファ♯）, 25/18（ファ♯）, 36/25（ファ♯）, 45/32（ファ♯）, 64/45（ファ♯）, 3/2（ソ）, 8/5（ソ♯）, 5/3（ラ）, 27/16（ラ）, 9/5（ラ♯）, 16/9（ラ♯）, 30/17（ラ♯）, 15/8（シ）, 2/1（１オクターブ上のド）のうちの何れかの比率で表される共振周波数をそれぞれ有する。
よって、これらのロングテールパイプ１２，１４，１６内を排気ガスが流れると、該ロングテールパイプ１２，１４，１６が有する共振周波数の音がそれぞれ発生する。周波数が異なるこれらの音が相互に干渉することにより、協和音が発生する。
【００２６】
これらのロングテールパイプ１２，１４，１６が有する共振周波数の比率としては、４：５：６又は３：４：５が特に好適である。すなわち、４：５：６の比率である「ド・ミ・ソ」、「ファ・ラ・ド」、「ソ・シ・レ」、及び、３：４：５の比率である「ド・ファ・ラ」の協和音を発生させることが特に好適である。
その他の装置構成は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００２７】
次に、上述した内燃機関の排気音低減装置の動作について説明する。
内燃機関において燃料ガスの燃焼により排気ガスが発生する。排気ガスは、内燃機関の各気筒の排気ポートからエギゾーストマニホールドに送られる。続いて、排気ガスは、触媒において浄化された後、サブマフラーに送られる。その後、排気ガスは、排気管２を介してメインマフラー４の拡張室に送られる。該拡張室において、排気ガスは体積膨張し、圧力損失が生じる。この排気ガスの圧力損失によって、排気音の音圧レベルが低減される。
その後、排気ガスは３本のロングテールパイプ１２，１４，１６に送られ、各ロングテールパイプ１２，１４，１６から車輌の外に排出される。この３本のロングテールパイプ１２，１４，１６内を排気ガスが流れることにより、排気音の音圧レベルが更に低減される。さらに、この３本のロングテールパイプ１２，１４，１６内を排気ガスが流れる際に、上述したように、異なる周波数の音が発生する。周波数が互いに異なるこれらの音が干渉することにより、協和音が発生する。この協和音は、機関回転数の変化に伴って連続して発生する音であり、車輌の運転者にとって快適な音である。従って、車輌の運転者にとって快適な排気音が得られる。
【００２８】
以上説明したように、本実施の形態２では、４０ｃｍ以上で異なるパイプ長を有するロングテールパイプ１２，１４，１６を拡張室と連通させることにより、上記実施の形態１で得られる効果に加えて、車輌運転者にとって快適な排気音を発生させることができるという効果が得られる。
【００２９】
ところで、本実施の形態２においては、パイプ長を異ならしめることにより異なる共振周波数を有するロングテールパイプ１２，１４，１６を構成したが、ロングテールパイプの共振周波数を異ならしめる手法はこれに限定されるものではない。例えば、ロングテールパイプの開口面積を異ならしめることにより、ロングテールパイプの共振周波数を異ならしめるようにしてもよい。
【００３０】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３による内燃機関の排気音低減装置を説明するための図である。詳細には、図５（ａ）は、本実施の形態３による排気音低減装置を示す概略図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＣ−Ｃ’断面図である。
上記実施の形態２では、異なるパイプ長を有するロングテールパイプ１２，１４，１６が、メインマフラー４の拡張室と連通されている。本実施の形態３では、図５に示すように、ロングテールパイプ１２，１４，１６の各端部に渦発生部材２２が更に設けられている。具体的には、ロングテールパイプ１２，１４，１６の開口の中央部を横断するように三角柱状の渦発生部材２２が設けられている。渦発生部材２２は、パイプ１２，１４，１６と同じ材料により形成することができる。
図５（ｂ）に示すように、拡張室から送られた排気ガスが渦発生部材２２に当たると、ロングテールパイプ１６内にカルマン渦２３が発生する。このカルマン渦２３によりロングテールパイプ１６が共鳴する。このため、実施の形態２よりも高い音圧レベルで所定周波数の音が発生する。このようにロングテールパイプの共鳴を利用することを考慮すれば、拡張室側のロングテールパイプの端部近傍に渦発生部材２２を設けることが好適である。
【００３１】
以上説明したように、本実施の形態３では、ロングテールパイプ１２，１４，１６の端部に渦発生部材２２をそれぞれ設けることにより、上記実施の形態２よりも高い音圧レベルの協和音を発生させることができる。
【００３２】
なお、本実施の形態３では、三角柱状の渦発生部材２２を設けているが、カルマン渦２３を発生させるものであれば、渦発生部材２２の形状は任意であってよい。例えば、円柱状や四角柱状の渦発生部材を用いることによっても、上記実施の形態３と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
また、本実施の形態３では、３本のロングテールパイプ１２，１４，１６の端部にそれぞれ渦発生部材２２を設けているが、特定のロングテールパイプの端部のみに渦発生部材２２を設けるようにしてもよい。この場合、特定の音の音圧レベルのみを高くすることができるため、多様な協和音を発生させることができる。
【００３４】
実施の形態４．
図６は、図４に示した内燃機関の排気音低減装置を用いた排気音の調律方法を説明するための外観図である。
上記実施の形態２で説明したように、通常は、各ロングテールパイプが有する共振周波数の音がそれぞれ発生する。しかし、あるロングテールパイプについては、製造時等に周波数が所望の値からずれてしまう場合が考えられる。この場合、排気音を所望の協和音にするため、該当するロングテールパイプの共振周波数を調整することが望ましい。
【００３５】
図６は、２本のロングテールパイプ１４，１６の共振周波数を調整する場合を示している。図６に示すように、ロングテールパイプ１４，１６に開孔２４を形成することにより、ロングテールパイプ１４，１６の共振周波数を調整することができる。これにより、ロングテールパイプ１４，１６から発せられる音色を調律することができ、ひいては排気音を車輌運転者にとって快適な協和音に調律することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態４では、図４に示した排気音低減装置を用いて排気音を調律する方法について説明したが、もちろん図５に示した排気音低減装置を用いて排気音を調律することもできる。この場合も、上記実施の形態４と同様の効果が得られる。
【００３７】
次に、本実施の形態４の応用例について説明する。
図７及び図８は、本実施の形態４の応用例を説明するための外観図である。
上記実施の形態１の第１変形例及び第２変形例で説明したように、１つのロングテールパイプの内部を複数の流路に分割することにより、複数のロングテールパイプを設けた場合と同様の効果を得ることができる。しかし、複数の流路は同一の長さ有するため、同一の共振周波数を有している。よって、この複数の流路内を排気ガスが流れても、実施の形態２，３で説明したような協和音は発生しない。
【００３８】
本応用例では、上記実施の形態４で説明した手法を用いることによって、協和音を発生させることが可能となる。すなわち、本応用例による排気音低減装置では、図７に示すように、流路１８ｂ，１８ｃ，１８ｄに開孔２４が形成されている。開孔２４の形成位置は、流路１８ｂ，１８ｃ，１８ｄでそれぞれ異なっている。これにより、４つの流路１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄが有する共振周波数を異ならしめることができる。
同様に、図８に示すように、流路２０ｂ，２０ｃに開孔２４が形成されている。開孔２４の形成位置は、流路２０ｂ，２０ｃで異なっている。これにより、３つの流路２０ａ，２０ｂ，２０ｃが有する共振周波数を異ならしめることができる。
このように、本応用例によれば、流路に開孔２４を形成することにより、複数の流路が有する共振周波数を異ならしめることができる。よって、流路を排気ガスが流れる際に、周波数が異なる音を発生させることができ、協和音を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１による内燃機関の排気音低減装置を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１の第１変形例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１の第２変形例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２による内燃機関の排気音低減装置を説明するための概略断面図である。
【図５】本発明の実施の形態３による内燃機関の排気音低減装置を説明するための図である。
【図６】図４に示した内燃機関の排気音低減装置を用いた排気音の調律方法を説明するための外観図である。
【図７】本発明の実施の形態４の応用例を説明するための外観図である。
【図８】本発明の実施の形態４の応用例を説明するための外観図である。
【符号の説明】
【００４０】
２  排気管
４  メインマフラー
１２，１４，１６，１８，２０  ロングテールパイプ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ  排気流路
１９，２１  内壁
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  排気流路
２２  渦発生部材
２４  開孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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