(57)【要約】【課題】テールパイプへのサブマフラの介装や、大容量の共鳴室を有する消音器の設置を不要にして、内燃機関の減速時においてもテールパイプの気柱共鳴による音圧の増大を簡単な構造で抑制することができ、重量や製造コストを低減することができる内燃機関の排気装置を提供すること。【解決手段】マフラ３０が、マフラ本体３１と、共鳴室３０Ａと拡張室３０Ｂ、３０Ｃとに区画するセパレータ３２、３３と、上流開口端３４ａおよび下流開口端３４ｂを有する流通通路３４ｃが形成され、共鳴室３０Ａと流通通路３４ｃとを連通する連通通路３４ｅが形成された連通管３４ｄを有するインレットパイプ３４と、下流開口端３４ｂに設けられ、排気ガスの流量に応じて流通通路３４ｃを開閉するバルブ３６と、拡張室３０Ｂと連通する上流開口端３５ａおよび下流開口端３５ｂを有し、排気ガスを大気に排出するアウトレットパイプ３５とを備えたことを特徴とする。【選択図】図４
2011089487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管内を流通する排気ガスの排気音を消音する消音器を備えた内燃機関の排気装置において、
前記消音器が、
内部空間が形成された消音器本体と、
前記内部空間を前記排気ガスの排気方向上流側に位置する共鳴室と前記共鳴室に対して前記排気ガスの排気方向下流側に位置する拡張室とに区画する区画部材と、
前記消音器本体に設けられ、前記排気管の下流端と接続される上流開口端および前記拡張室内で開口する下流開口端を有する流通通路が形成されるとともに、前記流通通路と前記共鳴室とを連通する連通通路が形成された連通管を有するインレットパイプと、
前記共鳴室に対して前記排気方向下流側であって、前記インレットパイプの前記下流開口端および前記下流開口端と前記連通通路との間に位置する前記流通通路内のいずれか一方に設けられ、前記流通通路内を流れる前記排気ガスの流量に応じて前記流通通路を開閉する開閉部材と、
前記消音器本体に設けられ、前記拡張室内で開口する上流開口端および前記消音器本体の外方に位置し大気中に開口する下流開口端を有し、前記拡張室から排気ガスを大気に排出するアウトレットパイプと、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記連通管が、前記インレットパイプの軸線方向線に対して略直交するよう前記インレットパイプから突出し、突出方向先端部で開口する開口端を有することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
前記連通管が、前記インレットパイプを囲むよう前記インレットパイプの軸線方向に沿って前記インレットパイプの外周部に設けられ、前記連通通路が前記連通管の内周面と前記インレットパイプの外周面とにより画成され、前記連通通路が前記インレットパイプの前記外周部に設けられた貫通孔を介して前記インレットパイプの前記流通通路と連通することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
前記消音器が、前記排気方向下流側における最下流の位置に設けられたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
前記開閉部材が、前記内燃機関の減速時に閉状態となり、前記流通通路の通路断面積を絞り込むことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気装置に関し、特に、排気管内に生ずる気柱共鳴による排気音の音圧の増大を抑制するようにした内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関の排気装置として、エンジンの排気ガスを浄化する触媒コンバータに連結された上流側排気管と、この上流側排気管に連結されたサブマフラと、このサブマフラの排気方向下流側に設けられたメインマフラと、サブマフラとメインマフラとに連結された下流側排気管と、この下流側排気管に設けられた消音バルブとから構成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この消音バルブは、電磁アクチュエータにより開閉動作し、電磁アクチュエータはスロットルセンサの検出情報に基づいてコントロールユニットにより制御されるようになっている。
この排気装置においては、車両の定常走行時や加速時の排気音は、メインマフラおよびサブマフラによって消音される。他方、減速時の排気音は、次のようにして消音される。
すなわち、コントロールユニットがスロットルセンサの検出情報に基づいて車両が減速時であると判断すると、電磁アクチュエータにより消音バルブが閉状態となる。消音バルブが閉じられると、下流側排気管内における排気ガスの流量が減少するとともに、排気音の粒子速度が抑制されることになる。その結果、排気音の音圧の増大が抑制され、排気音が消音されることになる。
【０００３】
また、従来の内燃機関の排気装置として、図３０に示すようなものが知られている。
図３０に示すように、排気装置４は、フロントパイプ５ａと、センターパイプ５ｂと、テールパイプ５ｃと、テールパイプ５ｃに連結されたメインマフラ６と、メインマフラ６に連結されたアウトレットパイプ７と、センターパイプ５ｂとテールパイプ５ｃとの間に介装されたサブマフラ８とから構成されている。フロントパイプ５ａは、触媒コンバータ３に連結されており、触媒コンバータ３から流入する排気ガスはサブマフラ８を介してメインマフラ６に流入するようになっている。この触媒コンバータ３は、エンジン１から排気マニホールド２を経由して排気される排気ガスを浄化するようになっている。
【０００４】
図３１に示すように、メインマフラ６は、テールパイプ５ｃの小孔５ｄから排気ガスが拡張されて導入される拡張室６ａと、テールパイプ５ｃの下流開口端５ｆが挿通される共鳴室６ｂとを備えている。この下流開口端５ｆから共鳴室６ｂ内に排気ガスが導入されると、特定の周波数の排気音がこの共鳴室６ｂ内でヘルムホルツ共鳴を励起させ、このヘルムホルツ共鳴によって排気音が消音されるようになっている。
【０００５】
このようなヘルムホルツ共鳴構造を備えたメインマフラ６においては、例えば、共鳴室６ｂに突出する部分のテールパイプ５ｃの突出部分の長さをＬ０（ｍｍ）とすると、この長さＬ０を長くしたり、共鳴室６ｂの容積を大きくしたりして共鳴周波数を低周波数側にチューニングするようにしている。他方、この長さＬ０を短くしたり、共鳴室６ｂの容積を小さくしたりして共鳴周波数を高周波数側にチューニングするようにしている。
また、サブマフラ８は、エンジン１の運転時の排気脈動によって、フロントパイプ５ａ、センターパイプ５ｂおよびテールパイプ５ｃにより構成される排気管の管長に対応して排気管内で発生する気柱共鳴の音圧の増大を抑制するよう、この排気管の最適な位置に設けられている。
【０００６】
一般に、排気ガスの排気方向の上流側および下流側にそれぞれ上流開口端５ｅおよび下流開口端５ｆを有するテールパイプ５ｃにおいては、エンジン１の運転時の排気脈動による入射波がテールパイプ５ｃの上流開口端５ｅおよび下流開口端５ｆで、いわゆる開口端反射する。この開口端反射により、前述の排気管の管長を半波長とした周波数の気柱共鳴の定在波が発生する。この気柱共鳴の定在波は、入射波が１次音圧モードからなる基本振動の自然数倍の周波数になったときにも発生するので、低次音圧モードから高次音圧モードまで、複数の周波数で発生することになる。しかしながら、特に、減速時などの低周波数領域にある低次音圧モードのとき、排気音の気柱共鳴により車室内にこもり音が生じ、排気音の騒音の問題が起き易くなる。
このような気柱共鳴による定在波の周波数ｆａ（Ｈｚ）は、一般に、下記の開口端反射の式（１）、（２）で表される。
【数１】
2011089487.tif 000003
【数２】
2011089487.tif 000004
ただし、Ｌは排気管の管長（ｍｍ）、ｄは排気管の直径（ｍｍ）、Ｃは排気ガスの温度Ｔ（°Ｋ）における音速（ｍ／ｓ）、ｍは次数をそれぞれ表す。
式（１）、（２）から明らかなように、音速Ｃは、温度Ｔ（°Ｋ）に応じた一定の値となるので、排気管の管長Ｌが長い程、周波数ｆａが問題となる低周波数側に移行してしまうことがわかる。
【０００７】
なお、排気管の気柱共鳴は、エンジン１の排気脈動により励起されるので、気柱共鳴の周波数ｆａ（Ｈｚ）と排気脈動の周波数ｆｅ（Ｈｚ）とは同じ値となる。
このエンジン１の排気脈動の周波数ｆｅ（Ｈｚ）は、下記の式（３）に示される。
【数３】
2011089487.tif 000005
ただし、Ｎｅはエンジン回転数（ｒｐｍ）、ｎはエンジンの気筒数（自然数）を表す。
図１１の破線で示すように、特定のエンジン回転数Ｎｅで、音圧レベル（ｄＢ）が高くなっていることがわかる。この音圧レベルの高い山の部分は、排気脈動に対応して発生した気柱共鳴によるもので、排気音の１次音圧モードｆ１および２次音圧モードｆ２で騒音の問題が生ずることになる。エンジン１の回転数Ｎｅが２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの常用回転数領域で排気管内に気柱共鳴が発生すると、この気柱共鳴の排気音が車室内に伝達され、車室内にこもり音を生じさせてしまい、運転者に不快感を与えてしまうことになる。特に、エンジン１の排気脈動の周波数が１００Ｈｚ以下、すなわちエンジン回転数Ｎｅが３０００ｒｐｍ以下の低い回転数領域で気柱共鳴が発生するような場合に大きな騒音となる。
【０００８】
このため、図３２に示すように、排気音の１次音圧モードにおける音圧が高い定在波の腹ａとなる排気管のほぼ中央の位置に、メインマフラ６より容量の小さなサブマフラ８を設け、車両の加速時や減速時の気柱共鳴音を低減するようにしている。また、排気音の２次音圧モードに対しては、共鳴室６ｂにより加速時の気柱共鳴音を低減するようにしている。その結果、従来の排気装置においては、排気管にサブマフラ８を設けることで、エンジン１の回転数Ｎｅが２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍの常用回転数領域で車室内にこもり音を生じさせてしまうのを抑制することができ、運転者に不快感を与えてしまうのを防止することができる。
【０００９】
また、従来の内燃機関の排気装置として、消音器本体と、この消音器本体に挿通された排気管と、この排気管から分岐するとともに先端部が消音器本体内で開口するレゾネータパイプと、このレゾネータパイプの途中から分岐するとともに先端部が排気管に連結された連通管と、この連通管の途中に設けられ連通管内の分岐通路を開閉する開閉弁と、この開閉弁の開閉を制御する制御装置とにより構成されたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００１０】
この内燃機関の排気装置においては、エンジンの回転数が比較的小さく、消音すべき排気音の周波数が比較的小さい場合には、開閉弁が制御装置により閉状態とされるようになっている。このように開閉弁を閉状態とすることにより、排気ガスが排気管側を流通するようになり、レゾネータパイプの全長を使用することができ、ヘルムホルツ共鳴による低周波数成分の騒音が低減されることになる。他方、エンジンの回転数が増大するに伴い、開閉弁が制御装置により、その開度が大きくなるよう制御されるようになっている。これにより、連通管内を流通する排気ガスの流量が増大し、レゾネータパイプにおける連通管の分岐部分からレゾネータパイプの先端部を使用することができ、ヘルムホルツ共鳴による高周波数成分の騒音が低減されることになる。その結果、単一の構造で、低周波数成分および高周波数成分からなる二つの周波数の騒音を低減するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】実開昭６３−８２０２２号公報
【特許文献２】実開平２−１１９９１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この特許文献１に記載の従来の排気装置にあっては、車両の定常走行時や加速時の排気音がメインマフラおよびサブマフラの双方で消音されるようになっているので、排気装置の重量が増大してしまい、製造コストが増加してしまうという問題があった。また、内燃機関の減速時においては、スロットルセンサの検出情報に基づいてコントロールユニットが消音バルブを閉状態にし、下流側排気管内における音波の粒子速度を抑制するようにして排気音を消音しているので、構造が複雑となり、制御に手間がかかるという問題があった。
【００１３】
また、図３０に示す従来の排気装置にあっては、サブマフラ８を設け、サブマフラ８とメインマフラ６との協働により、車両の加速時や減速時の気柱共鳴音を低減するようにしているので、排気装置の重量が増大してしまい、製造コストが増加してしまうという問題があった。この従来の排気装置において、解決策としてサブマフラ８を廃止し、排気管の気柱共鳴をメインマフラ６の共鳴室６ｂによって低減するようにしても、共鳴室６ｂの容積を大きくする必要があるため、メインマフラ６が大型化してしまうという問題がある。その結果、メインマフラ６の大型化に伴って排気装置４の重量が増大してしまうとともに、排気装置４の製造コストが増大してしまうという問題がある。
【００１４】
また、排気管の気柱共鳴をメインマフラ６の共鳴室６ｂによって低減する構造の場合、内燃機関の減速時にはアクセルペダルが解放されるため、エンジン１から排気装置４に排気されるガスの流量が急激に減少してしまい、共鳴室６ｂに導入される空気圧が小さくなる。このため、共鳴室６ｂにおいてヘルムホルツ共鳴を行うのに充分な空気圧を得ることができず、排気管の気柱共鳴の発生を抑制することが困難となってしまうという問題があった。特に、内燃機関の減速時にはエンジン１の回転数が急激に低下するため、２０００ｒｐｍ程度（気柱共鳴による排気音の１次音圧モード）の低回転数で車室内にこもり音を生じさせてしまい、運転者に不快感を与えてしまうという問題があった。
したがって、図３０に示す従来の排気装置にあっては、排気管の最適な位置にサブマフラ８を設け、排気管の気柱共鳴によって音圧が増大してしまうのを抑制することが必須となり、結果的に、排気装置４の重量が増大してしまうとともに、排気装置４の製造コストが増大してしまうという問題が発生してしまった。
【００１５】
また、特許文献２に記載の排気装置にあっては、レゾネータパイプの途中から分岐するとともに先端部が排気管に連結された連通管が形成されており、排気ガスの流通ルートが排気管を通るルートと、レゾネータパイプおよび連通管を通るルートの複数のルートを有しているので構造が複雑となり、排気装置の製造コストが増大してしまうという問題があった。また、連通管内に設けられた開閉弁が、制御装置によりその分岐通路の開閉が制御されるので、さらに構造が複雑となり、開閉制御に手間が掛かり、排気装置４の製造コストが増大してしまうという問題があった。
【００１６】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、テールパイプへのサブマフラの介装や、テールパイプの下流開口端の近傍への大容量の共鳴室を有する消音器の設置を不要にして、内燃機関の減速時においてもテールパイプの気柱共鳴による音圧の増大を簡単な構造で抑制することができ、重量や製造コストを低減することができる内燃機関の排気装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る内燃機関の排気装置は、上記課題を解決するため、（１）内燃機関の排気管内を流通する排気ガスの排気音を消音する消音器を備えた内燃機関の排気装置において、前記消音器が、内部空間が形成された消音器本体と、前記内部空間を前記排気ガスの排気方向上流側に位置する共鳴室と前記共鳴室に対して前記排気ガスの排気方向下流側に位置する拡張室とに区画する区画部材と、前記消音器本体に設けられ、前記排気管の下流端と接続される上流開口端および前記拡張室内で開口する下流開口端を有する流通通路が形成されるとともに、前記流通通路と前記共鳴室とを連通する連通通路が形成された連通管を有するインレットパイプと、前記共鳴室に対して前記排気方向下流側であって、前記インレットパイプの前記下流開口端および前記下流開口端と前記連通通路との間に位置する前記流通通路内のいずれか一方に設けられ、前記流通通路内を流れる前記排気ガスの流量に応じて前記流通通路を開閉する開閉部材と、前記消音器本体に設けられ、前記拡張室内で開口する上流開口端および前記消音器本体の外方に位置し大気中に開口する下流開口端を有し、前記拡張室から排気ガスを大気に排出するアウトレットパイプと、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この構成により、内燃機関が減速時や低回転領域にある場合、排気ガスは排気管内を流通し、排気管の下流端と接続されたインレットパイプの上流開口端から流通通路に流入し、閉状態の開閉部材とインレットパイプとの間に画成された隙間を通過して、拡張室に流入する。このとき、排気ガスの体積が急激に拡張され、内燃機関の排気脈動からなる圧力変動が弱められて、排気騒音の音圧レベルが広い周波数帯域に亘って低減される。
そして、拡張室内の排気ガスは、上流開口端からアウトレットパイプに流入し、下流開口端から大気に排出される。
また、インレットパイプの流通通路内の排気ガスは、連通管の連通通路を通って共鳴室に流入する。このとき、すなわち開閉部材が閉状態のとき、排気管およびインレットパイプにより画成された閉管の気柱内で発生する気柱共鳴の周波数と同じ周波数の共鳴が共鳴室内で発生する。この共鳴室内のいわゆるヘルムホルツ共鳴により、連通通路内で排気ガスが振動し、連通通路を囲む連通管の内壁と排気ガスとの摩擦などの抵抗により排気ガスの振動エネルギが熱エネルギに変換され、排気音が減衰する。この場合、インレットパイプの下流開口端の開閉部材が閉状態となっているので、共鳴室内の音圧が高い状態が確保され、ヘルムホルツ共鳴による排気音の減衰作用が高められる。
【００１９】
他方、内燃機関が加速時や高回転領域にある場合、排気ガスは排気管内を流通し、排気管の下流端と接続されたインレットパイプの上流開口端から流通通路に流入し、流通通路内の背圧および流動圧により開閉部材が開状態となる。排気ガスは、開閉部材を通過して、拡張室に流入し、前述の拡張効果により排気騒音の音圧レベルが広い周波数帯域に亘って低減される。そして、拡張室内の排気ガスは、上流開口端からアウトレットパイプに流入し、下流開口端から大気に排出される。
【００２０】
また、インレットパイプの流通通路内の排気ガスは、連通管の連通通路を通って共鳴室に流入する。このとき、すなわち開閉部材が開状態のとき、排気管およびインレットパイプにより画成された開管の気柱内で発生する気柱共鳴の周波数と同じ周波数の共鳴が共鳴室内で発生する。この共鳴室内のヘルムホルツ共鳴により排気音が減衰する。この場合、インレットパイプの下流開口端の開閉部材が開状態となり、その近傍の音圧が低下していても、内燃機関が高回転領域にある場合は、排気ガスの流量が増大して共鳴室内の音圧は高くなり、ヘルムホルツ共鳴による排気音は効果的に減衰する。また、開閉部材が開状態となっているので、排気管およびインレットパイプ内で背圧が高まることはなく、開閉部材により内燃機関に負荷が加えられることはない。
【００２１】
その結果、内燃機関が低回転領域にある場合であっても、排気管およびインレットパイプにより画成された閉管の気柱共鳴による音圧の増大が抑制される。また、内燃機関が高回転領域にある場合、排気管およびインレットパイプにより画成された開管の気柱共鳴による音圧の増大が抑制される。すなわち、簡単な構造で排気音の音圧の増大が抑制され、重量や製造コストが低減される。
【００２２】
上記（１）に記載の内燃機関の排気装置において、好ましくは、（２）前記連通管が、前記インレットパイプの軸線方向線に対して略直交するよう前記インレットパイプから突出し、突出方向先端部で開口する開口端を有するものから構成される。
【００２３】
この構成により、連通管がインレットパイプの軸線方向線に対して略直交するようインレットパイプから突出しているので、連通通路を比較的長く形成することができ、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数を、問題の起き易い低周波数側に設定することができる。
また、連通管の連通通路および共鳴室を開閉部材の上流側の近傍に位置させることができ、内燃機関の減速時において、排気管およびインレットパイプにより画成された閉管の音圧の高い部分に連通通路を配置させることができる。その結果、特に、内燃機関が減速時や低回転領域にある場合、ヘルムホルツ共鳴による排気音の音圧の増大が効果的に抑制される。
【００２４】
上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気装置において、好ましくは、（３）前記連通管が、前記インレットパイプを囲むよう前記インレットパイプの軸線方向に沿って前記インレットパイプの外周部に設けられ、前記連通通路が前記連通管の内周面と前記インレットパイプの外周面とにより画成され、前記連通通路が前記インレットパイプの前記外周部に設けられた貫通孔を介して前記インレットパイプの前記流通通路と連通するものから構成される。
【００２５】
この構成により、連通管がを囲むようインレットパイプの軸線方向に沿ってインレットパイプの外周部に設けられているので、連通通路を比較的長く形成することができ、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数を、問題の起き易い低周波数側に設定することができる。
また、共鳴室に連通する連通管の連通通路を開閉部材の上流側の直前に位置させることができ、内燃機関の減速時において、排気管およびインレットパイプにより画成された閉管の音圧の最も高い部分に連通通路を配置させることができる。その結果、特に、内燃機関が減速時のとき、ヘルムホルツ共鳴による排気音の音圧の増大が極めて効果的に抑制される。
【００２６】
上記（１）〜（３）のいずれかに記載の内燃機関の排気装置において、好ましくは、（４）前記消音器が、前記排気装置の前記排気方向下流側における最下流の位置に設けられたものから構成される。
【００２７】
この構成により、消音器が排気装置の排気方向下流側における最下流の位置に設けられるので、排気装置の上流側のサブマフラを不要にすることができ、重量や製造コストが低減される。
【００２８】
上記（１）〜（４）のいずれかに記載の内燃機関の排気装置において、好ましくは、（５）前記開閉部材が、前記内燃機関の減速時に閉状態となり、前記流通通路の通路断面積を絞り込むものから構成される。
【００２９】
この構成により、内燃機関の減速時の開閉部材を通過する排気ガスの流量が、加速時に開閉部材を通過する排気ガスの流量よりも少なくなるよう絞り込まれるので、内燃機関の減速時に開閉部材の上流側付近の排気音の音圧が高められる。
すなわち、内燃機関の減速時に音圧のピークを開閉部材の上流側付近にさせることができ、共鳴室内の音圧が高められる。その結果、減速時に排気管およびインレットパイプにより画成された閉管内に発生する気柱共鳴がヘルムホルツ共鳴により好適に抑制される。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、テールパイプへのサブマフラの介装や、テールパイプの下流開口端の近傍への大容量の共鳴室を有する消音器の設置を不要にして、内燃機関の減速時においてもテールパイプの気柱共鳴による音圧の増大を簡単な構造で抑制することができ、重量や製造コストを低減することができる内燃機関の排気装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図であり、内燃機関の排気系の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図であり、マフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図３】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図であり、上流側から見たマフラの側面図である。
【図４】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図であり、図３のＡ−Ａ断面を示すマフラの断面図である。
【図５】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図であり、特定周波数の音を低減するための連通部材の断面積Ｓ、連通部材の長さＬ、空洞の容積Ｖの関係を示す模式図である。
【図６】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図であり、インレットパイプの下流開口端の斜視図である。
【図７】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図であり、下流開口端側から見たインレットパイプの正面図である。
【図８】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図であり、図７のＢ−Ｂ断面を示すインレットパイプの断面図である。
【図９】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図であり、（ａ）は閉状態のインレットパイプ、マフラおよびアウトレットパイプ内の排気ガスの流れを示す図であり、（ｂ）は開状態のインレットパイプ、マフラおよびアウトレットパイプ内の排気ガスの流れを示す図である。
【図１０】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図であり、（ａ）は閉状態のテールパイプ内に発生する気柱共鳴の定在波を、縦軸に音圧を表し横軸にテールパイプの位置を模式的に表した音圧分布で説明する図であり、（ｂ）は開状態のテールパイプ内に発生する気柱共鳴の定在波を、縦軸に音圧を表し横軸にテールパイプの位置を模式的に表した音圧分布で説明する図である。
【図１１】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図であり、テールパイプの音圧レベルとエンジン回転数Ｎｅとの関係を示す図である。
【図１２】本発明に係る内燃機関の排気装置の第２実施形態を示す図であり、マフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図１３】本発明に係る内燃機関の排気装置の第２実施形態を示す図であり、図１２のインレットパイプとアウトレットパイプとの中心軸を通る面で切断されたマフラの縦断面図である。
【図１４】本発明に係る内燃機関の排気装置の第２実施形態を示す図であり、一部を断面で示すインレットパイプの斜視図である。
【図１５】本発明に係る内燃機関の排気装置の第２実施形態を示す図であり、下流開口端側から見たインレットパイプの正面図である。
【図１６】本発明に係る内燃機関の排気装置の第２実施形態を示す図であり、図１５のＣ−Ｃ断面を示す縦断面図である。
【図１７】本発明に係る内燃機関の排気装置の第２実施形態を示す図であり、（ａ）は閉状態のインレットパイプ、マフラおよびアウトレットパイプ内の排気ガスの流れを示す図であり、（ｂ）は開状態のインレットパイプ、マフラおよびアウトレットパイプ内の排気ガスの流れを示す図である。
【図１８】本発明に係る内燃機関の排気装置の第３実施形態を示す図であり、マフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図１９】本発明に係る内燃機関の排気装置の第３実施形態を示す図であり、図２０のインレットパイプとアウトレットパイプとの中心軸を通る面で切断されたマフラの縦断面図である。
【図２０】本発明に係る内燃機関の排気装置の第３実施形態を示す図であり、下流開口端側から見たインレットパイプの正面図である。
【図２１】本発明に係る内燃機関の排気装置の第３実施形態を示す図であり、図１９のＤ−Ｄ断面を示すインレットパイプおよび連通管の断面図である。
【図２２】本発明に係る内燃機関の排気装置の第３実施形態を示す図であり、（ａ）は閉状態のインレットパイプ、マフラおよびアウトレットパイプ内の排気ガスの流れを示す図であり、（ｂ）は開状態のインレットパイプ、マフラおよびアウトレットパイプ内の排気ガスの流れを示す図である。
【図２３】本発明に係る内燃機関の排気装置の第４実施形態を示す図であり、マフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図２４】本発明に係る内燃機関の排気装置の第４実施形態を示す図であり、図２３のインレットパイプパイプとアウトレットパイプとの中心軸を通る面で切断されたマフラの縦断面図である。
【図２５】本発明に係る内燃機関の排気装置の第４実施形態を示す図であり、図２４の矢印Ｅ方向から見たインレットパイプの正面図である。
【図２６】本発明に係る内燃機関の排気装置の第４実施形態を示す図であり、図２５のＦ−Ｆ断面を示すインレットパイプの断面図である。
【図２７】本発明に係る内燃機関の排気装置の第４実施形態を示す図であり、（ａ）は閉状態のインレットパイプ、マフラおよびアウトレットパイプ内の排気ガスの流れを示す図であり、（ｂ）は開状態のインレットパイプ、マフラおよびアウトレットパイプ内の排気ガスの流れを示す図である。
【図２８】本発明に係る内燃機関の排気装置の変形例を示す図であり、マフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図２９】本発明に係る内燃機関の排気装置の変形例を示す図であり、図２８のインレットパイプとアウトレットパイプとの中心軸を通る面で切断されたマフラの縦断面図である。
【図３０】従来の排気装置を備えた排気系の構成を示す斜視図である。
【図３１】従来の排気装置を備えた排気系を示す図であり、テールパイプとアウトレットパイプが連結されたマフラの縦断面図である。
【図３２】従来の排気装置を備えた排気系を示す図であり、テールパイプ内に発生する気柱共鳴の定在波を、縦軸に音圧を表し横軸にテールパイプの位置を模式的に表した音圧分布で説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態〜第４実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１〜図１１は、本発明に係る内燃機関の排気装置の第１実施形態を示す図である。
まず、構成を説明する。
第１実施形態に係る排気装置２０は、図１に示すように、直列４気筒の内燃機関としてのエンジン１０に接続されており、エンジン１０から排出される排気ガスを浄化するとともに、排気音の発生を抑制し排気ガスを大気に排出するよう構成されている。
【００３４】
エンジン１０は、車両の駆動源となるエンジン本体１１と、エンジン本体１１から排出される排気ガスを流通させる排気マニホールド１２とを有している。
なお、エンジン１０は、直列４気筒に限らず、直列３気筒または直列５気筒以上であってもよく、左右に分割されたそれぞれのバンクに３気筒以上の気筒を有するＶ型エンジンであってもよい。
【００３５】
排気マニホールド１２は、エンジン本体１１の第１気筒から第４気筒にそれぞれ連通する排気ポートにそれぞれ接続される４つの排気枝管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと、排気枝管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの下流側を集合させる排気集合管１２ｅとから構成されている。このエンジン１０の各気筒から排気される排気ガスは、排気枝管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを介して排気集合管１２ｅに導入されるようになっている。
【００３６】
排気装置２０は、触媒コンバータ２１と、自在継手２２を介して触媒コンバータ２１に連結されたフロントパイプ２３と、自在継手２４を介してフロントパイプ２３に連結されたセンターパイプ２５と、センターパイプ２５と接続された消音器としてのマフラ３０とを備えている。この排気装置２０は、車両の床下に弾性的に垂下されるようにしてエンジン１０の下流側に設置されている。なお、上流側とは、エンジン１０から排出される排気ガスの排気方向における上流側を示し、下流側とは、この排気ガスの排気方向における下流側を示している。
【００３７】
触媒コンバータ２１は、ハニカム基材や粒状の活性アルミナ製担体に白金、パラジウム等の触媒を付着させたものからなり、本体ケースに収納されている。この触媒コンバータ２１の上流端は、排気集合管１２ｅの下流端に接続されており、排気集合管１２ｅから流入する排気ガス中のＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化を行うようになっている。
自在継手２２は、ボールジョイントなどの球面継手から構成されており、触媒コンバータ２１とフロントパイプ２３との相対変位を許容するようになっている。また自在継手２４も、自在継手２２と同様、ボールジョイントなどの球面継手から構成されており、フロントパイプ２３とセンターパイプ２５との相対変位を許容するようになっている。
【００３８】
フロントパイプ２３は、円筒状に形成されており、上流端２３ａで触媒コンバータ２１の排気ガス流出口と連通し触媒コンバータ２１から流出する排気ガスを上流端２３ａから下流端２３ｂに流通させる排気通路２３ｃを有している。センターパイプ２５も、フロントパイプ２３と同様、排気通路２５ｃを有しており、フロントパイプ２３から流出する排気ガスを上流端２５ａから下流端２５ｂに流通させるようになっている。センターパイプ２５の下流端２５ｂは、マフラ３０に接続されており、下流端２５ｂから排気ガスがマフラ３０内に流入するようになっている。
【００３９】
図２〜図４に示すように、マフラ３０は、消音器本体としてのマフラ本体３１と、区画部材としてのセパレータ３２、３３と、インレットパイプ３４と、アウトレットパイプ３５と、開閉部材としてのバルブ３６とを含んで構成されている。インレットパイプ３４からマフラ本体３１に流入した排気ガスは、アウトレットパイプ３５から排出されるようになっており、マフラ本体３１内で排気音が消音されるようになっている。
【００４０】
マフラ本体３１は、円筒状に形成されたアウタシェル４１と、アウタシェル４１の両端を閉塞し内部空間を画成するエンドプレート４２、４３とを含んで構成されている。このエンドプレート４２、４３はそれぞれアウタシェル４１にかしめ構造などの固定手段により固定され、内部空間から外部に排気ガスが漏出しないようになっている。
このエンドプレート４２とエンドプレート４３との間には、セパレータ３２が介装されるとともに、セパレータ３２とエンドプレート４３との間には、セパレータ３３が介装されている。
【００４１】
セパレータ３２は、マフラ本体３１内の内部空間を排気方向上流側に位置する共鳴室３０Ａと、この共鳴室３０Ａの排気方向下流側に位置する拡張室３０Ｂとに区画している。
また、セパレータ３３は、マフラ本体３１内の内部空間を拡張室３０Ｂと、この拡張室３０Ｂの排気方向下流側に位置する拡張室３０Ｃとに区画している。
また、エンドプレート４２には挿通孔４２ａが形成され、セパレータ３２には挿通孔３２ａが形成され、さらにセパレータ３３には挿通孔３３ａが形成されており、これらの挿通孔４２ａ、３２ａ、３３ａにはインレットパイプ３４が挿通されている。
【００４２】
また、エンドプレート４３に挿通孔４３ａが形成され、セパレータ３３に挿通孔３３ｂが形成されており、これらの挿通孔４３ａ、３３ｂにはアウトレットパイプ３５が挿通されている。さらに、セパレータ３３には、拡張室３０Ｃと拡張室３０Ｂとを連通する連通孔３３ｃが形成されており、拡張室３０Ｃ内の排気ガスが、連通孔３３ｃを通って拡張室３０Ｂに流入する際に、さらに拡張されるようになっている。
【００４３】
インレットパイプ３４は、図４に示すように、センターパイプ２５の下流端２５ｂと接続される上流開口端３４ａと、拡張室３０Ｃ内で開口する下流開口端３４ｂと、この上流開口端３４ａと下流開口端３４ｂとの間に形成された流通通路３４ｃとを有している。
また、インレットパイプ３４は、流通通路３４ｃと共鳴室３０Ａとを連通する連通通路３４ｅが形成された連通管３４ｄを有している。この連通管３４ｄは、インレットパイプ３４の軸線方向に対して略直交するようインレットパイプ３４から突出し、このインレットパイプ３４の突出方向先端部が共鳴室３０Ａ内で開口する開口端３４ｆを有している。
なお、インレットパイプ３４、フロントパイプ２３およびセンターパイプ２５は、本発明の排気管としてのテールパイプ４０を構成している。
【００４４】
ここで、拡張室とは、一般にインレットパイプ内の流通通路の断面積（ｍｍ２）に対して比較的大きな断面積（ｍｍ２）を有し、所定の容積（ｍｍ３）を備えた空洞からなる。
この拡張室においては、排気ガスが、流通通路から拡張室内に流入する際、その体積が急激に拡張され、内燃機関の排気脈動からなる圧力変動が弱められて、排気音の音圧レベル（ｄＢ）が広い周波数帯域に亘って低減されるといういわゆる拡張効果が得られる。
【００４５】
また、共鳴室とは、一般にヘルムホルツの共鳴原理を利用して特定周波数（Ｈｚ）の排気音を共鳴させるよう、所定の容積（ｍｍ３）を備えた空洞からなる。この共鳴室は、図５に模式的に示すように、共鳴部材Ｋの内部に形成された空洞ｋからなる。この共鳴部材Ｋは、筒部材Ｔに連通部材Ｒを介して連結されている。筒部材Ｔは気流通路ｔを有しており、連通部材Ｒは、気流通路ｔと空洞ｋとを連通するいわゆる首の部分からなる連通通路ｒを有している。この構成により、特定周波数（Ｈｚ）の排気音がこの空洞ｈ内で共鳴するようになっている。
【００４６】
この特定周波数をｆｋ（Ｈｚ）とし、連通通路ｒの断面積をＳ（ｍｍ２）、連通通路ｒの長さをＬ（ｍｍ）とし、空洞ｈの容積をＶ（ｍｍ３）とし、Ｃを空気中の音速（ｍ／ｓ）すると、特定周波数ｆｋは下記の式（４）で表されることが知られている。
【数４】
2011089487.tif 000006
【００４７】
この場合、連通通路ｒから空洞ｈに伝播する排気音の周波数（Ｈｚ）が、設定された特定周波数ｆｋ（Ｈｚ）とほぼ一致すると、排気音は、空洞ｈ内で共鳴することになる。
そして、空洞ｈで共鳴が起きると、連通通路ｒ内で空気が激しく振動し、連通部材Ｒの内壁と空気との摩擦などの抵抗により、空気の振動エネルギが熱エネルギに変換されて排気音が減衰することになる。その結果、空洞ｈ内で共鳴した排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減される。
【００４８】
このように、排気音の音圧レベル（ｄＢ）の高い特定周波数ｆで共鳴するよう連通通路ｒの断面積Ｓおよび長さＬ、空洞ｈの容積Ｖを設計すれば、その１次音圧モードの周波数だけでなく、２次音圧モードや３次音圧モードなどの整数倍の音圧モードの周波数においても共鳴が励起されるので、複数の周波数の排気音も低減できる。例えば、エンジン１０の回転数（ｒｐｍ）によって発生する特定周波数ｆが１００Ｈｚであると、ｆが１００Ｈｚになるよう前述の断面積Ｓ、長さＬおよび容積Ｖが設計されていれば、１００Ｈｚの排気音だけでなく、２次音圧モードの２００Ｈｚ、３次音圧モードの３００Ｈｚなどの整数倍の音圧モードの排気音の音圧レベルを低減できる。
【００４９】
このマフラ３０においては、図４に示すように、連通管３４ｄの連通通路３４ｅの長さ、すなわち流通通路３４ｃと連通通路３４ｅとの連通部分から開口端３４ｆまでの長さはＬ１で形成されている。また、連通通路３４ｅの断面積はＳ１、共鳴室３０Ａの体積は、Ｖ１で形成されており、それぞれ設定された各諸元に基づく特定の共鳴周波数（Ｈｚ）が設定されている。
したがって、このマフラ３０においては、インレットパイプ３４の流通通路３４ｃから連通通路３４ｅを経由して共鳴室３０Ａ内に排気ガスが導入されることにより、ヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数（Ｈｚ）の排気音の音圧レベルが低減されるようになっている。すなわち、共鳴室３０Ａ内で、排気音が消音されるようになっている。
【００５０】
アウトレットパイプ３５は、拡張室３０Ｂ内で開口する上流開口端３５ａと、マフラ本体３１の外方に位置し大気中に開口する下流開口端３５ｂと、この上流開口端３５ａと下流開口端３５ｂとの間に形成された流通通路３５ｃとを有している。拡張室３０Ｂ内の排気ガスは、上流開口端３５ａから流入し流通通路３５ｃを通って下流開口端３５ｂから大気中に排出されるようになっている。
【００５１】
バルブ３６は、図６〜図８に示すように、軸受部５１、５２と、回動軸５３と、この回動軸５３の軸線方向の移動を規制する規制リング５４、５５と、弁体５６とを含んで構成されている。軸受部５１は、インレットパイプ３４の下流開口端３４ｂの外周部３４ｇに突出して設けられ、貫通孔５１ａを有しており、この貫通孔５１ａおよびインレットパイプ３４を貫通して設けられた貫通孔３４ｈに回動軸５３の一端が回動可能に挿通されている。また、軸受部５２も、軸受部５１と同様に、インレットパイプ３４の下流開口端３４ｂの外周部３４ｇに突出して設けられ、貫通孔５１ａと軸線を同一にする貫通孔５２ａを有しており、この貫通孔５２ａおよびインレットパイプ３４を貫通して設けられた貫通孔３４ｈに回動軸５３の他端が回動可能に挿通されている。
【００５２】
弁体５６は、インレットパイプ３４の内径よりも僅かに小さな直径を有する円盤からなり、本体部５６ａと、回動軸５３と連結される連結部５６ｂとを有している。本体部５６ａには、矢印ｇで示す重力方向の下方に切り欠き５６ｃが形成されている。弁体５６がインレットパイプ３４の流通通路３４ｃを閉状態にしたとき、この切り欠き５６ｃとインレットパイプ３４の内壁部との間に形成される隙間３６ａを通って、排気ガスが流通するようになっている。連結部５６ｂには、貫通孔５６ｄが形成されており、回動軸５３が挿通されている。
【００５３】
このバルブ３６においては、図８に示すように、インレットパイプ３４の流通通路３４ｃ内を流通する排気ガスの流動圧（Ｐａ）が所定の圧力（Ｐａ）以上になると、弁体５６が回動軸５３を中心として滑らかに回動し流通通路３４ｃが開状態になる。
排気ガスの流動圧（Ｐａ）が所定の圧力（Ｐａ）未満であると、弁体５６がその自重により回動軸５３を中心として矢印ｇの重力方向に回動し、閉状態になる。
【００５４】
本実施形態に係る排気装置２０のフロントパイプ２３およびセンターパイプ２５の内径（ｍｍ）、厚さ（ｍｍ）および長さ（ｍｍ）、マフラ本体３１の長さ（ｍｍ）、外形の大きさ（ｍｍ）、インレットパイプ３４およびアウトレットパイプ３５の内径（ｍｍ）、厚さ（ｍｍ）および長さ（ｍｍ）、バルブ３６を開状態にする排気ガスの流動圧の所定値（Ｐａ）、連通管３４ｄの長さＬ１（ｍｍ）、連通通路３４ｅの断面積Ｓ１（ｍｍ２）、共鳴室３０Ａの体積Ｖ１（ｍｍ３）、拡張室３０Ｂ、３０Ｃの各体積（ｍｍ３）、各構成要素の材質などの設計諸元は、本実施形態に係る排気装置２０が適用される車両の設計諸元、シミュレーション、実験や経験値などのデータに基づいて適宜選択される。
【００５５】
次に、排気装置２０の作用およびテールパイプ４０内で発生する気柱共鳴について説明する。
【００５６】
まず、図１に示す排気装置２０の上流側のエンジン１０が始動されると、エンジン１０の各気筒から排気される排気ガスは、排気マニホールド１２から触媒コンバータ２１に導入され、触媒コンバータ２１によってＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化などの排気ガスの浄化が行われる。浄化された排気ガスは、フロントパイプ２３およびセンターパイプ２５を通してインレットパイプ３４内に導入される。
【００５７】
インレットパイプ３４内に導入された排気ガスの一部は、図９（ａ）の矢印で示すように、流通通路３４ｃ内を流通し、連通通路３４ｅを通って開口端３４ｆから共鳴室３０Ａに導入される。
エンジン１０の始動直後でエンジン回転数が比較的低回転数領域にある場合や、エンジン１０の減速時の場合には、流通通路３４ｃ内を通る排気ガスの流量が比較的少ないので、バルブ３６は、排気ガスの流動圧が加わっても回動しない。その結果、流通通路３４ｃは閉状態に維持されている。
この場合、連通通路３４ｅに流入しなかった排気ガスは、図８に示す隙間３６ａを通って、拡張室３０Ｃに流入する。拡張室３０Ｃに流入した排気ガスは、さらにセパレータ３３の連通孔３３ｃを通って拡張室３０Ｂに流入し、アウトレットパイプ３５の上流開口端３５ａから流通通路３５ｃに流入し、下流開口端３５ｂから大気に排出される。
【００５８】
流通通路３４ｃが閉状態であると、テールパイプ４０は、図１０（ａ）に示すように、その上流端２３ａが開口端、その下流開口端３４ｂが閉口端となる。この場合、テールパイプ４０は閉管となり、次式（５）で表される周波数ｆｂの気柱共鳴が発生することになる。
【数５】
2011089487.tif 000007
ただし、Ｌｂはテールパイプ４０の管長（ｍｍ）、ｄｂはテールパイプ４０の内径（ｍｍ）、Ｃは前述の式（２）で表される排気ガスの温度Ｔ（°Ｋ）における音速（ｍ／ｓ）、ｍは次数をそれぞれ表す。
この気柱共鳴は、図１０（ａ）に示すように、長さＬｂが（１／４）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードとなり、バルブ３６の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹を有している。また、２次音圧モードでは、長さＬｂが（３／４）λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、バルブ３６の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹を有している。
【００５９】
テールパイプ４０内で発生する周波数ｆｂの気柱共鳴は、マフラ３０の共鳴室３０Ａ内でヘルムホルツ共鳴を励起させることにより、減衰させることができる。
すなわち、共鳴室３０Ａのヘルムホルツ共鳴の周波数を気柱共鳴の周波数ｆｂとほぼ一致させることにより、周波数ｆｂの気柱共鳴を減衰させることができる。
したがって、次式（６）で表されるヘルムホルツ共鳴の周波数をｆｂとすることにより、テールパイプ４０内で発生する周波数ｆｂの気柱共鳴が減衰する。
【数６】
2011089487.tif 000008
ただし、図４に示すように、長さＬ１は、連通通路３４ｅの長さ（ｍｍ）、断面積Ｓ１は、連通通路３４ｅの断面積（ｍｍ２）、体積Ｖ１は、共鳴室３０Ａの体積（ｍｍ３）をそれぞれ表している。
この共鳴室３０Ａにおいては、長さＬｂとほぼ一致する（１／４）λの波長の周波数の自然数倍となる複数の周波数の共鳴を減衰させることができる。
【００６０】
内燃機関の減速時などの排気ガスの流量が少なく、流通通路３４ｃ内の圧力が小さい場合でも、この共鳴室３０Ａが、バルブ３６の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹の近傍に設けられているので、ヘルムホルツ共鳴を有効に機能させることができる。
【００６１】
他方、エンジン１０の加速時など比較的高回転数領域にある場合には、流通通路３４ｃ内を通る排気ガスの流量が比較的多いので、図９（ｂ）に示すように、バルブ３６は、排気ガスの流動圧により回動する。その結果、流通通路３４ｃは開状態となる。
そして、排気ガスはインレットパイプ３４の下流開口端３４ｂを通って、拡張室３０Ｃに流入する。この排気ガスは、さらにセパレータ３３の連通孔３３ｃを通って拡張室３０Ｂに流入し、アウトレットパイプ３５の上流開口端３５ａから流通通路３５ｃに流入し、下流開口端３５ｂから大気に排出される。
また、インレットパイプ３４内に導入された排気ガスの一部は、勢いよく流通通路３４ｃ内を流通し、連通通路３４ｅを通って開口端３４ｆから共鳴室３０Ａに導入される。
【００６２】
流通通路３４ｃが開状態であると、テールパイプ４０は、図１０（ｂ）に示すように、上流端２３ａが開口端、下流開口端３４ｂが開口端となる。この場合、テールパイプ４０は開管となり、次式（７）で表される周波数ｆｃの気柱共鳴が発生することになる。
【数７】
2011089487.tif 000009
ただし、Ｌｂはテールパイプ４０の管長（ｍｍ）、ｄｂはテールパイプ４０の内径（ｍｍ）、Ｃは前述の式（２）で表される排気ガスの温度Ｔ（°Ｋ）における音速（ｍ／ｓ）、ｍは次数をそれぞれ表す。
この気柱共鳴は、図１０（ｂ）に示すように、長さＬｂが（１／２）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードとなり、テールパイプ４０の排気方向の中間部で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹を有している。また、２次音圧モードでは、長さＬｂが１λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、テールパイプ４０の排気方向の二箇所で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹を有している。
【００６３】
テールパイプ４０内で発生する周波数ｆｃの気柱共鳴は、マフラ３０の共鳴室３０Ａ内でヘルムホルツ共鳴を励起させることにより、減衰させることができる。
すなわち、共鳴室３０Ａのヘルムホルツ共鳴の周波数は、前述のように周波数ｆｂとほぼ一致するよう設定されており、この周波数ｆｂを基本周波数とすると、この基本周波数の自然数倍の周波数の共鳴を減衰させることができる。具体的には、基本となる周波数ｆｂが、（１／４）λの波長を有しているので、この波長の２倍となる（１／２）λの波長の周波数、この波長の３倍となる（３／４）λの波長の周波数、この波長の４倍となる１λの波長の周波数などの複数の周波数の共鳴を減衰させることができる。
【００６４】
したがって、エンジン１０の加速時などのエンジン回転数が比較的高回転数領域にあり、流通通路３４ｃが開状態となる場合にも、共鳴室３０Ａのヘルムホルツ共鳴により、図１０（ｂ）に示すように、長さＬｂが（１／２）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードおよび長さＬｂが１λの波長とほぼ一致する２次音圧モードの気柱共鳴を減衰させることができる。この場合、共鳴室３０Ａは、バルブ３６の上流側の比較的音圧が低く見える部分に位置することになるが、比較的高回転数領域では、排気ガスの流量が多く流動圧力が高いのでヘルムホルツ共鳴による減衰が効果的に機能する。
【００６５】
第１実施形態に係る排気装置２０においては、前述のように構成されているので、次の効果が得られる。
【００６６】
すなわち、排気装置２０においては、エンジン１０が減速時や低回転領域にある場合、バルブ３６が流通通路３４ｃを閉状態に維持するので、テールパイプ４０が閉管になる。このような閉管の場合、テールパイプ４０内で気柱共鳴が発生すると、図１０（ａ）に示すような音圧分布となり、１次音圧モードおよび２次音圧モードで、バルブ３６の排気方向上流側が高い音圧となる。この高い音圧は、バルブ３６に対して排気方向上流側に配置された共鳴室３０Ａに作用し、共鳴室３０Ａにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められるという効果が得られる。
【００６７】
したがって、エンジン１０が低回転領域にある場合でも、テールパイプ４０内に発生する気柱共鳴による音圧の増大を好適に抑制できる。その結果、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていた気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
【００６８】
具体的には、図１１に示すように、従来の排気装置において、エンジン回転数Ｎｅが比較的低回転数領域で生じてしまう気柱共鳴による１次音圧モードおよび２次音圧モードの破線で示す高い音圧レベル（ｄＢ）の山の部分が、実線で示す音圧レベルにまで低減される。その結果、気柱共鳴の排気音が車室内に伝達され、車室内にこもり音を生じさせてしまい、運転者に不快感を与えてしまうという問題が解消されるという効果が得られる。
【００６９】
他方、エンジン１０が加速時や高回転領域にある場合、バルブ３６が流通通路３４ｃを開状態にするので、テールパイプ４０が開管になる。このような開管の場合、テールパイプ４０内で気柱共鳴が発生すると、図１０（ｂ）に示すような音圧分布となり、１次音圧モードおよび２次音圧モードで、バルブ３６の排気方向上流側が低い音圧となる。
【００７０】
このようにバルブ３６の排気方向上流側が低い音圧となっても、エンジン１０が高回転領域にある場合、インレットパイプ３４の流通通路３４ｃ内を流通する排気ガスの流量が増大しており、その流動圧力も高まっているので、共鳴室３０Ａにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められる。したがって、エンジン１０が高回転領域にある場合においても、テールパイプ４０内に発生する気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。
また、バルブ３６が流通通路３４ｃを開状態にするので、流通通路３４ｃ内を流通する排気ガスを、バルブ３６から円滑に拡張室３０Ｃに流入させることができ、テールパイプ４０内で背圧が高まることはなく、エンジン１０に負荷が加わることはない。
【００７１】
その結果、エンジン１０が減速時や低回転領域にあっても、加速時や高回転領域にあっても、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていた気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。また、拡張室３０Ｂ、３０Ｃが共鳴室３０Ａよりも排気方向下流側に設けられているので、共鳴室３０Ａにおけるヘルムホルツ共鳴に影響を与えることはない。この拡張室３０Ｃに、流通通路３４ｃから排気ガスが流入する際、その体積が急激に拡張されるので、全周波数領域に亘って、排気音を低減できる。さらに、排気ガスが拡張室３０Ｃから拡張室３０Ｂに流入する際、再度、体積が急激に拡張されるので、さらに全周波数領域に亘って、排気音を低減でき、アウトレットパイプ３５から排気ガスが大気に排出される際に、著しく排気音を低減できる。
【００７２】
また、連通管３４ｄがインレットパイプ３４の軸線方向線に対して略直交するようインレットパイプ３４から突出しているので、簡単な構造で、連通通路３４ｅを比較的長く形成でき、ヘルムホルツ共鳴の共鳴周波数を、問題の起き易い低周波数側に設定できるという効果が得られる。また、マフラ３０をテールパイプ４０における排気方向の最下流側に設けているので、次のような効果が得られる。
【００７３】
すなわち、連通通路３４ｅおよび共鳴室３０Ａをバルブ３６の上流側の近傍に位置させることができ、気柱共鳴の音圧の高い部分に連通通路３４ｅを配置させることができる。
その結果、特に、エンジン１０が減速時にある場合、ヘルムホルツ共鳴による排気音の音圧の増大を効果的に抑制できる。また、バルブ３６が閉状態のとき、図７および図８に示すように、隙間３６ａは、流通通路３４ｃの断面積よりも極めて小さく形成されているので、エンジン１０が減速時にある場合、バルブ３６の上流側の音圧をより効果的に高めることができる。
【００７４】
（第２実施形態）
なお、第２実施形態に係る排気装置６０は、第１実施形態のマフラ３０に替えてマフラ７０により構成されているが、その他は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１〜図１１に示した第１実施形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
【００７５】
図１に示す排気装置６０において、マフラ７０の他は第１実施形態と同様に構成されており、図１２、図１３に示すように、マフラ７０において、インレットパイプ６１および開閉部材としてのバルブ５０の他は第１実施形態と同様に構成されている。
インレットパイプ６１は、上流開口端６１ａと、下流開口端６１ｂと、流通通路６１ｃと、連通通路６１ｅが形成された連通管６１ｄとを有している。この連通管６１ｄは、突出方向先端部が共鳴室３０Ａ内で開口する開口端６１ｆを有している。
なお、インレットパイプ６１、フロントパイプ２３およびセンターパイプ２５は、本発明の排気管としてのテールパイプ４０ａを構成している。
【００７６】
このマフラ７０においては、図１３に示すように、第１実施形態と同様に、連通管６１ｄの連通通路６１ｅの長さはＬ２、連通通路６１ｅの断面積はＳ２、共鳴室３０Ａの体積は、Ｖ２で形成されており、それぞれ設定された各諸元に基づく特定の共鳴周波数（Ｈｚ）が設定されている。
【００７７】
バルブ５０は、図１４〜図１６に示すように、軸受部６３、６４と、回動軸６５と、この回動軸６５の軸線方向の移動を規制する規制リング６６、６７と、弁体６８と、錘６９とを含んで構成されている。軸受部６３は、インレットパイプ６１の上流開口端６１ａと下流開口端６１ｂとの間の外周部６１ｇに突出して設けられ、貫通孔６３ａを有しており、この貫通孔６３ａおよびインレットパイプ６１を貫通して設けられた貫通孔６１ｈに回動軸６５の一端が回動可能に挿通されている。また、軸受部６４は、軸受部６３と対向する外周部６１ｇに突出して設けられ、貫通孔６３ａと軸線を同一にする貫通孔６４ａを有しており、この貫通孔６４ａおよびインレットパイプ６１を貫通して設けられた貫通孔６１ｈに回動軸６５の他端が回動可能に挿通されている。
【００７８】
弁体６８は、インレットパイプ６１の内径よりも僅かに小さな直径を有する円盤からなり、本体部６８ａと、回動軸６５と連結される連結部６８ｂとを有している。本体部６８ａには、図１５の矢印ｇで示す重力方向の上方に切り欠き６８ｃが形成されている。弁体６８がインレットパイプ６１の流通通路６１ｃを閉状態にしたとき、この切り欠き６８ｃとインレットパイプ６１の内壁部との間に形成される隙間５０ａを通って、排気ガスが流通するようになっている。
【００７９】
連結部６８ｂには、貫通孔６８ｄが形成されており、回動軸６５が挿通されている。
このバルブ５０においては、図１６に示すように、インレットパイプ６１の流通通路６１ｃ内を流通する排気ガスの流動圧（Ｐａ）が所定の圧力（Ｐａ）以上になると、弁体６８が回動軸６５を中心として滑らかに回動し流通通路６１ｃが開状態になる。
錘６９は、弁体６８の連結部６８ｂよりも矢印ｇで示す重力方向の下方に設けられており、排気ガスの流動圧が所定の圧力未満のとき、弁体６８が流通通路６１ｃに直交する姿勢、すなわち閉状態で維持するよう構成されている。
【００８０】
次に、排気装置６０の作用およびテールパイプ４０ａ内で発生する気柱共鳴について説明する。
【００８１】
まず、図１に示すエンジン１０が始動されると、第１実施形態と同様に、排気ガスはインレットパイプ６１内に導入され、図１７（ａ）の矢印で示すように、連通通路６１ｅを通って開口端６１ｆから共鳴室３０Ａに導入される。エンジン１０が低回転数領域にある場合には、流通通路６１ｃ内を通る排気ガスの流量が比較的少ないので、バルブ５０は、排気ガスの流動圧が加わっても回動せず、流通通路６１ｃは閉状態に維持されている。
この場合、排気ガスは、図１５に示す隙間５０ａを通って、拡張室３０Ｃに流入し、さらに拡張室３０Ｂに流入し、全周波数帯域に亘って排気音が低減されて下流開口端３５ｂから大気に排出される。
【００８２】
流通通路６１ｃが閉状態であると、テールパイプ４０ａは、第１実施形態と同様、バルブ５０の上流側が閉口端となり、テールパイプ４０ａは長さＬｂを有する閉管となるので、前述の式（５）と同様に特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。この気柱共鳴は、第１実施形態と同様、長さＬｂが（１／４）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードとなり、バルブ５０の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹が形成されることになる。また、２次音圧モードでは、長さＬｂが（３／４）λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、バルブ５０の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹が形成されることになる。
【００８３】
テールパイプ４０ａ内で発生する特定周波数の気柱共鳴は、第１実施形態と同様に、マフラ７０の共鳴室３０Ａ内でヘルムホルツ共鳴を励起させることにより、減衰させることができる。内燃機関の減速時などの排気ガスの流量が少なく、流通通路６１ｃ内の圧力が小さい場合でも、第１実施形態と同様、共鳴室３０Ａがバルブ５０の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹の近傍に位置するので、ヘルムホルツ共鳴を有効に機能させることができる。
【００８４】
エンジン１０が高回転数領域にある場合には、流通通路６１ｃ内を通る排気ガスの流量が比較的多いので、図１７（ｂ）に示すように、バルブ５０は、排気ガスの流動圧により回動し、流通通路６１ｃは開状態となる。そして、排気ガスは下流開口端６１ｂを通って、拡張室３０Ｃに流入し、さらに拡張室３０Ｂに流入し、アウトレットパイプ３５の下流開口端３５ｂから大気に排出される。また、排気ガスの一部は、勢いよく連通通路６１ｅを通って開口端６１ｆから共鳴室３０Ａに導入される。
【００８５】
流通通路６１ｃが開状態であると、テールパイプ４０ａは、第１実施形態と同様に、その下流開口端６１ｂが開口端となり、長さＬｂを有する開管となるので、前述の式（７）で表される特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。この気柱共鳴は、第１実施形態と同様に、Ｌｂが（１／２）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードとなり、テールパイプ４０ａの排気方向の中間部で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹を有している。また、２次音圧モードでは、Ｌｂが１λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、テールパイプ４０ａの排気方向の二箇所で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹を有している。
【００８６】
エンジン１０の加速時などのエンジン回転数が比較的高回転数領域にあり、流通通路６１ｃが開状態となる場合にも、共鳴室３０Ａのヘルムホルツ共鳴により、長さＬｂが（１／２）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードおよび長さＬｂが１λの波長とほぼ一致する２次音圧モードの気柱共鳴を減衰させることができる。
この場合、第１実施形態と同様に、共鳴室３０Ａは、バルブ５０の上流側の比較的音圧が低く見える部分に位置することになるが、比較的高回転数領域では、排気ガスの流量が多く流動圧力が高いのでヘルムホルツ共鳴による減衰が効果的に機能する。
【００８７】
第２実施形態に係る排気装置６０においては、前述のように構成されているので、次の効果が得られる。
【００８８】
すなわち、排気装置６０においては、エンジン１０が低回転領域にある場合、第１実施形態と比較して、バルブ５０がより共鳴室３０Ａに近接して設けられているので、バルブ５０の排気方向上流側が第１実施形態の場合よりも高い音圧となる。この高い音圧により、共鳴室３０Ａにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められ、気柱共鳴による排気音の音圧の増大をより好適に抑制できるという効果が得られる。その結果、車室内のこもり音の問題が解消されるという効果が得られ、第１実施形態と同様に、エンジン１０が低回転領域にあっても、気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
【００８９】
他方、エンジン１０が高回転領域にある場合、バルブ５０が流通通路６１ｃを開状態にするので、テールパイプ４０ａが開管になる。このような開管の場合、第１実施形態と同様に、１次音圧モードおよび２次音圧モードで、バルブ５０の排気方向上流側が低い音圧となっても、流通通路６１ｃ内を流通する排気ガスの流量が増大しており、その流動圧力も高まっているので、共鳴室３０Ａにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められる。したがって、高回転領域においても、テールパイプ４０ａ内の気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。
また、第１実施形態と同様に、バルブ５０が流通通路６１ｃを開状態にするので、排気ガスを、円滑に拡張室３０Ｃに流入させることができ、テールパイプ４０ａ内で背圧が高まることはなく、エンジン１０に負荷が加わることはない。
【００９０】
その結果、エンジン１０が低回転から高回転までの全域で、気柱共鳴による排気音の音圧の増大が抑制されるので、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていたサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
【００９１】
（第３実施形態）
なお、第３実施形態に係る排気装置８０は、第１実施形態のマフラ３０に替えてマフラ９０により構成されているが、その他は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１〜図１１に示した第１実施形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
【００９２】
図１に示す排気装置８０において、マフラ９０の他は第１実施形態と同様に構成されており、図１８ないし図２０に示すように、マフラ９０において、インレットパイプ８１およびセパレータ７４、７５の他は第１実施形態と同様に構成されている。
【００９３】
インレットパイプ８１は、上流開口端８１ａと、下流開口端８１ｂと、流通通路８１ｃと、連通管８２とを有している。この連通管８２は、インレットパイプ８１の軸線方向に沿ってインレットパイプ８１の外周部８１ｄを囲む筒状部８２ａと、この筒状部８２ａとインレットパイプ８１の外周部８１ｄとを連結する連結部８２ｂと、共鳴室３０Ａで開口する開口端８２ｃとを有している。この連通管８２の内周面とインレットパイプ８１の外周部８１ｄの外周面と連結部８２ｂの内壁面との間にインレットパイプ８１の流通通路８１ｃと共鳴室３０Ａとを連通する連通通路８３が画成されている。この連通通路８３は、インレットパイプ８１の外周部８１ｄに設けられた直径ｄの貫通孔８１ｅを介して流通通路８１ｃと連通している。この直径ｄの大きさは、排気ガスが円滑に流通する程度のものであればよく、外周部８１ｄの円周方向に複数個形成されていてもよい。また、この貫通孔８１ｅの位置は、音圧の高いバルブ３６の近傍であることが好ましい。
【００９４】
なお、インレットパイプ８１、フロントパイプ２３およびセンターパイプ２５は、本発明の排気管としてのテールパイプ４０ｂを構成している。
このマフラ９０においては、第１実施形態と同様に、連通管８２の連通通路８３の長さ、連通通路８３の断面積、共鳴室３０Ａの体積は所定の寸法で形成されており、それぞれ設定された各諸元に基づく特定の共鳴周波数（Ｈｚ）が設定されている。
【００９５】
バルブ５０の回動軸５３は、図２０に示すように、インレットパイプ８１の外周部８１ｄに設けられた貫通孔８１ｆに挿通されており、弁体５６が回動軸５３を中心として回動するようになっている。また、弁体５６の切り欠き５６ｃとインレットパイプ８１の内壁部との間に隙間３６ａが画成されている。
【００９６】
セパレータ７４は、図１９に示すように、マフラ本体３１内の内部空間を排気方向上流側に位置する共鳴室３０Ａと、この共鳴室３０Ａの排気方向下流側に位置する拡張室３０Ｂとに区画している。また、セパレータ７５は、マフラ本体３１内の内部空間を拡張室３０Ｂと、この拡張室３０Ｂの排気方向下流側に位置する拡張室３０Ｃとに区画している。
セパレータ７４には挿通孔７４ａが形成され、さらにセパレータ７５には挿通孔７５ａが形成されており、これらの挿通孔７４ａ、７５ａにはインレットパイプ８１が挿通されている。また、セパレータ７５に挿通孔７５ｂが形成されており、挿通孔７５ｂにはアウトレットパイプ３５が挿通されている。
【００９７】
次に、排気装置８０の作用およびテールパイプ４０ｂ内で発生する気柱共鳴について説明する。
【００９８】
まず、図１に示すエンジン１０が始動されると、第１実施形態と同様に、排気ガスは、インレットパイプ８１内に導入され、図２２（ａ）の矢印で示すように、貫通孔８１ｅおよび連通通路８３を通って開口端８２ｃから共鳴室３０Ａに導入される。エンジン１０が低回転数領域にある場合には、流通通路８１ｃ内を通る排気ガスの流量が比較的少ないので、バルブ３６は、排気ガスの流動圧が加わっても回動せず、流通通路８１ｃは閉状態に維持されている。この場合、排気ガスは、図２０に示す隙間３６ａを通って、拡張室３０Ｃに流入し、さらに拡張室３０Ｂに流入し、全周波数帯域に亘って排気音が低減されてアウトレットパイプ３５の下流開口端３５ｂから大気に排出される。
【００９９】
流通通路８１ｃが閉状態であると、テールパイプ４０ｂは、第１実施形態と同様に、バルブ３６の上流側が閉口端となり、長さＬｂを有する閉管となるので、前述の式（５）と同様に特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。この気柱共鳴は、第１実施形態と同様、長さＬｂが（１／４）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードとなり、バルブ３６の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹が形成されることになる。また、２次音圧モードでは、長さＬｂが（３／４）λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、バルブ３６の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹が形成されることになる。
【０１００】
テールパイプ４０ｂ内で発生する特定周波数の気柱共鳴は、第１実施形態と同様に、マフラ９０の共鳴室３０Ａ内でヘルムホルツ共鳴を励起させることにより、減衰させることができる。内燃機関の減速時などの排気ガスの流量が少なく、流通通路８１ｃ内の圧力が小さい場合でも、第１実施形態と同様に、共鳴室３０Ａが、バルブ３６の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹の近傍に設けられているので、ヘルムホルツ共鳴を有効に機能させることができる。
【０１０１】
エンジン１０が高回転数領域にある場合には、流通通路８１ｃ内を通る排気ガスの流量が比較的多いので、図２２（ｂ）に示すように、バルブ３６は、排気ガスの流動圧により回動し、流通通路８１ｃは開状態となる。そして、排気ガスは下流開口端８１ｂを通って、拡張室３０Ｃに流入し、さらに拡張室３０Ｂに流入し、全周波数帯域に亘って排気音が低減されて下流開口端３５ｂから大気に排出される。また、排気ガスの一部は、勢いよく貫通孔８１ｅおよび連通通路８３を通って開口端８２ｃから共鳴室３０Ａに導入される。
【０１０２】
流通通路８１ｃが開状態であると、テールパイプ４０ｂは、第１実施形態と同様に、その下流開口端８１ｂが開口端となり、長さＬｂを有する開管となるので、前述の式（７）で表される特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。この気柱共鳴は、第１実施形態と同様に、Ｌｂが（１／２）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードとなり、テールパイプ４０ｂの排気方向の中間部で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹を有している。また、２次音圧モードでは、Ｌｂが１λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、テールパイプ４０ｂの排気方向の二箇所で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹を有している。
【０１０３】
エンジン１０の加速時などのエンジン回転数が比較的高回転数領域にあり、流通通路８１ｃが開状態となる場合にも、共鳴室３０Ａのヘルムホルツ共鳴により、長さＬｂが（１／２）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードおよび長さＬｂが１λの波長とほぼ一致する２次音圧モードの気柱共鳴を減衰させることができる。
この場合、第１実施形態と同様に、共鳴室３０Ａは、バルブ３６の上流側の比較的音圧が低く見える部分に位置することになるが、比較的高回転数領域では、排気ガスの流量が多く流動圧力が高いのでヘルムホルツ共鳴による減衰が効果的に機能する。
【０１０４】
第３実施形態に係る排気装置８０においては、前述のように構成されているので、次の効果が得られる。
【０１０５】
すなわち、排気装置８０においては、エンジン１０が低回転領域にある場合、第１実施形態と同様に、バルブ３６の排気方向上流側が高い音圧となる。この高い音圧により、共鳴室３０Ａにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められ、気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。その結果、気柱共鳴の排気音によるこもり音の問題が解消されるという効果が得られ、第１実施形態と同様に、エンジン１０が低回転領域にあっても、気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
【０１０６】
他方、エンジン１０が高回転領域にある場合、バルブ３６が流通通路８１ｃを開状態にするので、テールパイプ４０ｂが開管になる。このような開管の場合、第１実施形態と同様に、１次音圧モードおよび２次音圧モードで、バルブ３６の排気方向上流側が低い音圧となっても、排気ガスの流動圧力が高まっているので、共鳴室３０Ａにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められる。したがって、エンジン１０が高回転領域にある場合においても、テールパイプ４０ｂ内の気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。また、第１実施形態と同様に、バルブ３６が流通通路８１ｃを開状態にするので、排気ガスを、バルブ３６から円滑に拡張室３０Ｃに流入させることができ、テールパイプ４０ｂ内で背圧が高まることはなく、エンジン１０に負荷が加わることはない。
【０１０７】
その結果、エンジン１０が低回転から高回転までの全域で、気柱共鳴による排気音の音圧の増大が抑制されるので、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていた気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
また、第１実施形態および第２実施形態と比較して、共鳴室３０Ａをバルブ３６の上流側の極めて近くに位置させることができ、特に、エンジン１０の減速時において、テールパイプ４０ｂが閉状態になった際、気柱共鳴の音圧の高い部分に共鳴室３０Ａを配置させることができる。その結果、特に、エンジン１０が減速時にある場合、ヘルムホルツ共鳴による排気音の音圧の増大を効果的に抑制できる。
【０１０８】
（第４実施形態）
なお、第４実施形態に係る排気装置１００は、第１実施形態のマフラ３０に替えてマフラ１１０により構成されているが、その他は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１〜図１１に示した第１実施形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
【０１０９】
図１に示す排気装置１００において、マフラ１１０の他は第１実施形態と同様に構成されており、図２３ないし図２６に示すように、マフラ１１０において、インレットパイプ８５、セパレータ８６、８７および開閉部材としてのバルブ８８の他は第１実施形態と同様に構成されている。インレットパイプ８５は、上流開口端８５ａと、下流開口端８５ｂと、流通通路８５ｃと、連通管８５ｄとを有している。
【０１１０】
セパレータ８６は、マフラ本体３１内の内部空間を排気方向上流側に位置する共鳴室１１０Ａと、この共鳴室１１０Ａの排気方向下流側に位置する拡張室１１０Ｂとに区画している。また、セパレータ８７は、マフラ本体３１内の内部空間を拡張室１１０Ｃと、この拡張室１１０Ｃの排気方向下流側に位置する拡張室１１０Ｂとに区画している。
セパレータ８６には挿通孔８６ａが形成され、さらにセパレータ８７には挿通孔８７ａが形成されており、これらの挿通孔８６ａ、８７ａにはインレットパイプ８５が挿通されている。また、セパレータ８６に挿通孔８６ｂが形成されており、挿通孔８６ｂにはアウトレットパイプ３５が挿通されている。
【０１１１】
また、インレットパイプ８５の下流開口端８５ｂは、拡張室１１０Ｃ内で開口するよう、拡張室１１０Ｃ内でインレットパイプ８５の軸線方向に略直交するよう屈曲部８５ｈで屈曲して形成されている。また、連通管８５ｄは、屈曲部８５ｈからインレットパイプ８５の軸線方向に延在して形成され、共鳴室１１０Ａで開口する開口端８５ｆを有している。また、連通管８５ｄは、流通通路８５ｃと共鳴室１１０Ａとを連通する連通通路８５ｅを有している。
【０１１２】
なお、インレットパイプ８５、フロントパイプ２３およびセンターパイプ２５は、本発明の排気管としてのテールパイプ４０ｃを構成している。
このマフラ１１０においては、第１実施形態と同様に、連通管８５ｄの連通通路８５ｅの屈曲部８５ｈから開口端８５ｆまでの長さＬ３、連通通路８５ｅの断面積Ｓ３、共鳴室１１０Ａの体積Ｖ３は所定の寸法で形成されており、それぞれ設定された各諸元に基づく特定の共鳴周波数（Ｈｚ）が設定されている。
【０１１３】
バルブ８８は、図２５、図２６に示すように、弁体８８ａと、リテーナ８８ｂとを有している。弁体８８ａは、インレットパイプ８５の内径よりも僅かに小さな直径を有する円盤からなり、切り欠き８８ｃが形成されている。弁体８８ａがインレットパイプ８５の流通通路８５ｃを閉状態にしたとき、この切り欠き８８ｃとインレットパイプ８５の内壁部との間に形成される隙間８９を通って、排気ガスが流通するようになっている。
リテーナ８８ｂは、弁体８８ａの切り欠き８８ｃと対向する側であって、インレットパイプ８５の流通通路８５ｃ側に屈曲するよう弁体８８ａと一体的に形成されている。
また、リテーナ８８ｂは、インレットパイプ８５の内壁部に密着するよう、湾曲して形成され、スポット溶接などの接合手段やリベットなどの固定手段によりインレットパイプ８５の内壁部に取り付けられている。
【０１１４】
このバルブ８８は、ばね材などの弾性材料からなり、図２６に示すように、インレットパイプ８５の流通通路８５ｃ内を流通する排気ガスの流動圧（Ｐａ）が所定の圧力（Ｐａ）以上になると、弁体８８ａが弁体８８ａとリテーナ８８ｂとの連結部分を中心として排気ガスの流出方向に弾性変形し流通通路８５ｃが開状態になるよう構成されている。
排気ガスの流動圧（Ｐａ）が所定の圧力（Ｐａ）未満の場合は、図２６の矢印ｇで示す重力方向に加わる自重に抗して閉状態が維持されるようになっている。
【０１１５】
次に、排気装置１１０の作用およびテールパイプ４０ｃ内で発生する気柱共鳴について説明する。
【０１１６】
まず、図１に示すエンジン１０が始動されると、第１実施形態と同様に、排気ガスは、インレットパイプ８５内に導入され、図２７（ａ）の矢印で示すように、連通通路８５ｅを通って開口端８５ｆから共鳴室１１０Ａに導入される。エンジン１０が低回転数領域にある場合には、流通通路８５ｃ内を通る排気ガスの流量が比較的少ないので、バルブ８８は、排気ガスの流動圧が加わっても弾性変形せず、流通通路８５ｃは閉状態に維持されている。この場合、排気ガスは、図２５に示す隙間８９を通って拡張室１１０Ｃに流入し、さらに拡張室１１０Ｂに流入し、全周波数帯域に亘って排気音が低減されて下流開口端３５ｂから大気に排出される。
流通通路８５ｃが閉状態であると、テールパイプ４０ｃは、第１実施形態と同様に、バルブ８８の上流側が閉口端となり、テールパイプ４０ｃは、長さＬｂを有する閉管となるので、前述の式（５）と同様に特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。
【０１１７】
この気柱共鳴は、第１実施形態と同様、長さＬｂが（１／４）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードとなり、バルブ８８の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹が形成されることになる。また、２次音圧モードでは、長さＬｂが（３／４）λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、バルブ８８の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹が形成されることになる。テールパイプ４０ｃ内で発生する特定周波数の気柱共鳴は、第１実施形態と同様に、マフラ９０の共鳴室３０Ａ内でヘルムホルツ共鳴を励起させることにより、減衰させることができる。減速時などの排気ガスの流量が少なく、流通通路８５ｃ内の圧力が小さい場合でも、第１実施形態と同様に、共鳴室３０Ａが、連通通路８５ｅを介してバルブ８８の上流側で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹の近傍に設けられているので、ヘルムホルツ共鳴を有効に機能させることができる。
【０１１８】
エンジン１０が加速時などの比較的高回転数領域にある場合には、流通通路８５ｃ内を通る排気ガスの流量が比較的多いので、図２７（ｂ）に示すように、バルブ８８は、排気ガスの流動圧により排気方向に弾性変形し、流通通路８５ｃは開状態となる。
そして、排気ガスは下流開口端８５ｂを通って、拡張室１１０Ｃに流入し、さらに拡張室１１０Ｂに流入し、全周波数帯域に亘って排気音が低減されて下流開口端３５ｂから大気に排出される。また、排気ガスの一部は、勢いよく連通通路８５ｅを通って開口端８５ｆから共鳴室１１０Ａに導入される。
【０１１９】
流通通路８５ｃが開状態であると、テールパイプ４０ｃは、第１実施形態と同様に、その下流開口端８１ｂが開口端となり、長さＬｂを有する開管となるので、前述の式（７）で表される特定周波数の気柱共鳴が発生することになる。この気柱共鳴は、第１実施形態と同様に、Ｌｂが（１／２）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードとなり、テールパイプ４０ｃの排気方向の中間部で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹を有している。また、２次音圧モードでは、Ｌｂが１λの波長とほぼ一致する気柱共鳴となり、テールパイプ４０ｃの排気方向の二箇所で音圧（Ｐａ）が最も高くなる腹を有している。
【０１２０】
エンジン１０が加速時などの高回転数領域にあり、流通通路８５ｃが開状態となる場合にも、共鳴室１１０Ａのヘルムホルツ共鳴により、長さＬｂが（１／２）λの波長とほぼ一致する１次音圧モードおよび長さＬｂが１λの波長とほぼ一致する２次音圧モードの気柱共鳴を減衰させることができる。
この場合、第１実施形態と同様に、共鳴室１１０Ａは、バルブ８８の上流側の比較的音圧が低く見える部分に位置することになるが、比較的高回転数領域では、排気ガスの流量が多く流動圧力が高いのでヘルムホルツ共鳴による減衰が効果的に機能する。
【０１２１】
第４実施形態に係る排気装置１００においては、前述のように構成されているので、次の効果が得られる。
【０１２２】
すなわち、排気装置１００においては、エンジン１０が減速時や低回転領域にある場合、第１実施形態と同様に、バルブ８８の排気方向上流側が高い音圧となる。この高い音圧により、共鳴室１１０Ａにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められ、気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。その結果、気柱共鳴の排気音が車室内に伝達され、車室内にこもり音を生じさせてしまい、運転者に不快感を与えてしまうという問題が解消されるという効果が得られ、第１実施形態と同様に、エンジン１０が低回転領域にある場合においても、気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
【０１２３】
他方、エンジン１０が高回転領域にある場合、バルブ８８が流通通路８５ｃを開状態にするので、テールパイプ４０ｃが開管になる。このような開管の場合、第１実施形態と同様に、１次音圧モードおよび２次音圧モードで、バルブ８８の排気方向上流側が低い音圧となっても、その流動圧力が高まっているので、共鳴室１１０Ａにおけるヘルムホルツ共鳴の排気音の減衰作用が高められる。したがって、高回転領域の場合でも、テールパイプ４０ｃ内に発生する気柱共鳴による排気音の音圧の増大を好適に抑制できるという効果が得られる。また、第１実施形態と同様に、バルブ８８が流通通路８５ｃを開状態にするので、排気ガスを、バルブ８８から円滑に拡張室１１０Ｃに流入させることができ、テールパイプ４０ｃ内で背圧が高まることはなく、エンジン１０に負荷が加わることはない。
【０１２４】
その結果、エンジン１０が低回転から高回転までの全域で、気柱共鳴による排気音の音圧の増大が抑制されるので、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていた気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
【０１２５】
また、第１実施形態および第２実施形態と比較して、共鳴室１１０Ａをバルブ３６の上流側の極めて近くに位置させることができ、特に、エンジン１０の減速時において、テールパイプ４０ｃが閉状態になった際、気柱共鳴の音圧の高い部分に共鳴室１１０Ａを配置させることができる。その結果、特に、エンジン１０が減速時にある場合、ヘルムホルツ共鳴による排気音の音圧の増大を効果的に抑制できる。また、第１実施形態および第２実施形態と比較して、連通管８５ｄをより長く設定することができるので、共鳴室１１０Ａにおける共鳴周波数を、より低周波数側に設定することができる。その結果、より低周波数側で生ずるこもり音による騒音の問題を解消することができる。
【０１２６】
（変形例）
なお、第１ないし第４実施形態のマフラ３０、７０、９０、１１０は、いずれも内部空間に、１個の共鳴室および２個の拡張室が形成される３室構造で構成されているが、それ以外の構造によりマフラを構成するようにしてもよい。例えば、図２８、図２９に示すように、マフラを２室構造で構成するようにしてもよい。
【０１２７】
この２室構造のマフラ１２０は、図２８、図２９に示すように、消音器本体としてのマフラ本体９１と、区画部材としてのセパレータ３２と、インレットパイプ９２と、アウトレットパイプ９５と、開閉部材としてのバルブ３６とを含んで構成されている。マフラ本体９１は、円筒状に形成されたアウタシェル９３と、アウタシェル９３の両端を閉塞し内部空間を画成するエンドプレート４２、４３とを含んで構成されている。このエンドプレート４２とエンドプレート４３との間には、セパレータ３２が介装されている。
【０１２８】
セパレータ３２は、マフラ本体９１内の内部空間を排気方向上流側に位置する共鳴室１２０Ａと、この共鳴室１２０Ａの排気方向下流側に位置する拡張室１２０Ｂとに区画している。また、エンドプレート４２には挿通孔４２ａが形成され、セパレータ３２には挿通孔３２ａが形成され、これらの挿通孔４２ａ、３２ａにはインレットパイプ９２が挿通されている。また、エンドプレート４３に挿通孔４３ａが形成され、アウトレットパイプ９５が挿通されている。
【０１２９】
インレットパイプ９２は、センターパイプ２５の下流端２５ｂと接続される上流開口端９２ａと、拡張室１２０Ｂ内で開口する下流開口端９２ｂと、この上流開口端９２ａと下流開口端９２ｂとの間に形成された流通通路９２ｃとを有している。また、インレットパイプ９２は、流通通路９２ｃと共鳴室１２０Ａとを連通する連通通路９２ｅが形成された連通管９２ｄを有しており、共鳴室１２０Ａ内で開口する開口端９２ｆを有している。
アウトレットパイプ９５は、拡張室１２０Ｂ内で開口する上流開口端９５ａと、マフラ本体９１の外方で大気中に開口する下流開口端９５ｂと、上流開口端９５ａから下流開口端９５ｂまで連通する流通通路９５ｃとを有している。このように、マフラ１２０が構成されているので、第１実施形態と同様に、エンジン１０が低回転から高回転までの全域で気柱共鳴による排気音の音圧の増大が抑制され、従来の排気装置において必要とされ、テールパイプに設けられていた気柱共鳴を抑制するためのサブマフラが設置不要となり、構造が簡単になり、重量や製造コストの低減効果が得られる。
【０１３０】
なお、第１実施形態の開閉部材としてのバルブ３６は、軸受部５１、５２と、回動軸５３と、この回動軸５３の軸線方向の移動を規制する規制リング５４、５５と、弁体５６とを含んで構成した場合について説明した。しかしながら、本発明の開閉部材を、このような軸受部を有する軸受構造以外の構造で構成してもよい。例えば、インレットパイプの内径よりも僅かに小さく形成した外形を有する弁体と、この弁体をインレットパイプの内壁面部に取り付けるよう、弾性変形可能な弾性材料からなる取付部材とにより構成したものであってもよい。さらに、この弁体と取付部材とを一体的に形成した一体構造のものであってもよい。このような構造にすることにより、より簡単な構造でバルブを形成することができ、製造コストをより低減することができる。
【０１３１】
以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、テールパイプへのサブマフラの介装や、テールパイプの下流開口端の近傍への大容量の共鳴室を有する消音器の設置を不要にして、内燃機関の減速時においてもテールパイプの気柱共鳴による音圧の増大を簡単な構造で抑制することができ、重量や製造コストを低減することができるので、内燃機関の排気装置全般に有用である。
【符号の説明】
【０１３２】
１０  エンジン（内燃機関）
２０、６０、８０、１００  排気装置
２３  フロントパイプ（排気管）
２５  センターパイプ（排気管）
３０、７０、９０、１１０、１２０  マフラ（消音器）
３０Ａ、１１０Ａ、１２０Ａ  共鳴室
３０Ｂ、３０Ｃ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１２０Ｂ  拡張室
３１、９１  マフラ本体（消音器本体）
３２、３３、７４、７５、８６、８７  セパレータ（区画部材）
３４、６１、８１、８５、９２  インレットパイプ（排気管）
３４ａ、３５ａ、６１ａ、８１ａ、８５ａ、９２ａ、９５ａ  上流開口端
３４ｂ、３５ｂ、６１ｂ、８１ｂ、８５ｂ、９２ｂ、９５ｂ  下流開口端
３４ｃ、６１ｃ、８１ｃ、８５ｃ、９２ｃ、９５ｃ  流通通路
３４ｄ、６１ｄ、８２、８５ｄ、９２ｄ  連通管
３４ｅ、６１ｅ、８３、８５ｅ、９２ｅ  連通通路
３４ｆ、６１ｆ、８２ｃ、８５ｆ、９２ｆ  開口端
３５、９５  アウトレットパイプ
３６、５０、８８  バルブ
４０、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ  テールパイプ（排気管）
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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