(57)【要約】【課題】従来用いられていたマフラを廃止するとともに排気管の一端部に設けられた消音器を小型化して排気騒音を低減することができ、排気装置の重量を低減することができるとともに、排気装置の製造コストを低減することができる排気管部品および内燃機関の排気装置を提供すること。【解決手段】テールパイプ２８に取付けられる排気管部品４１を設け、排気管部品４１を、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の音圧分布の節を含んだ領域に位置するようにしてテールパイプ２８の軸線方向に連接される中空部材４２と、テールパイプ２８の軸線方向に沿って延在するように中空部材４２の内部に設けられ、テールパイプ２８の排気通路４５の単位長さ当たりの体積に対して中空部材４２の内部の排気通路４５ａの単位長さ当たりの体積を小さくする粒子速度上昇手段としての軸部材４３とを含んだものから構成する。【選択図】図４
2011069244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部に内燃機関から排出された排気ガスの排気方向上流側の消音器に接続される上流開口端を有するとともに、他端部に排気ガスを大気に排出するための下流開口端を有する排気管に取付けられ、前記排気管の一部を構成する排気管部品であって、
前記排気管内に生じる気柱共鳴の音圧分布の節を含んだ領域に位置するようにして前記排気管の軸線方向に連接される中空部材と、前記排気管の排気通路の単位長さ当たりの体積に対して、前記中空部材の内部の排気通路の単位長さ当たりの体積を小さくすることにより、前記中空部材内に生じる気柱共鳴の定在波の粒子速度を上昇させる粒子速度上昇手段とを備えたことを特徴とする排気管部品。
【請求項２】
一端部に内燃機関から排出された排気ガスの排気方向上流側の消音器に接続される上流開口端を有するとともに、他端部に排気ガスを大気に排出するための下流開口端を有する排気管に取付けられ、前記排気管の一部を構成する排気管部品であって、
前記排気管内に生じる気柱共鳴の音圧分布の節を含んだ領域に位置するようにして前記排気管の軸線方向に連接される中空部材と、前記排気管の軸線方向に沿って延在するように前記中空部材の内部に設けられ、前記排気管の排気通路の単位長さ当たりの体積に対して前記中空部材の内部の排気通路の単位長さ当たりの体積を小さくする軸部材とを有することを特徴とする排気管部品。
【請求項３】
前記軸部材が設けられていない場合の前記排気管の排気通路全体の体積に対して、前記軸部材が設けられた前記排気管の排気通路全体の体積減少量が５％以上となるように前記軸部材の大きさが設定されることを特徴とする請求項２に記載の排気管部品。
【請求項４】
前記軸部材は、前記排気管内に生じる気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ（但し、ｍは、次数）以下の長さに設定され、軸線方向一端が前記排気管内に生じる気柱共鳴の定在波の音圧分布の節と略同位置に位置することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の排気管部品。
【請求項５】
前記軸部材は、前記排気管内に生じる気柱共鳴の定在波の音圧分布の節と略同位置に位置する軸線方向一端から軸線方向他端に向かって断面積が縮小する形状を有することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の排気管部品。
【請求項６】
前記軸部材は、排気ガスの排気方向上流側の断面積が、排気ガスの排気方向下流側の断面積よりも小さい形状を有することを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１の請求項に記載の排気管部品。
【請求項７】
一端部に内燃機関から排出された排気ガスの排気方向上流側の消音器に接続される上流開口端を有するとともに、他端部に排気ガスを大気に排出するための下流開口端を有する排気管に取付けられ、前記排気管の一部を構成する排気管部品であって、
前記排気管内に生じる気柱共鳴の音圧分布の節を含んだ領域に位置するようにして前記排気管の軸線方向に連接される中空部材から構成され、前記中空部材が、前記排気管の排気通路の単位長さ当たりの体積に対して、前記中空部材の内部の排気通路の単位長さ当たりの体積が小さくなるように前記排気管の軸線方向に沿って縮径されることを特徴とする排気管部品。
【請求項８】
前記排気管が軸線方向に沿って同一の内径である場合の前記排気管の排気通路全体の体積に対して、前記排気管の排気通路全体の体積減少量が５％以上となるように前記中空部材が縮径されることを特徴とする請求項７に記載の排気管部品。
【請求項９】
前記中空部材は、前記気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ（但し、ｍは、次数）以下の長さに亘って縮径され、縮径方向一端部が前記排気管内で生じる気柱共鳴の定在波の音圧分布の節と略同位置に位置することを特徴とする請求項７または請求項８に記載の排気管部品。
【請求項１０】
前記中空部材は、前記中空部材の軸線方向一端が、前記排気管の前記上流開口端および前記下流開口端の少なくとも一方を構成するように、前記排気管の前記一端部および前記他端部の少なくとも一方に設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１の請求項に記載の排気管部品。
【請求項１１】
一端部に内燃機関から排出された排気ガスの排気方向上流側の消音器に接続される上流開口端を有するとともに、他端部に排気ガスを大気に排出するための下流開口端を有する排気管を備えた内燃機関の排気装置において、
前記排気管が、請求項１ないし請求項１０のいずれか１の請求項に記載の排気管部品を有することを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項１２】
前記排気管および前記中空部材が一体成形されることを特徴とする請求項１１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、排気管部品および内燃機関の排気装置に関し、特に、排気ガスの排気方向の最下流に設けられた排気管の気柱共鳴による排気騒音を低減するようにした排気管部品および内燃機関の排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に用いられる内燃機関の排気装置としては、図２６に示すようなものが知られている（例えば、特許文献１参照）。図２６において、内燃機関としてのエンジン１から排気マニホールド２に排気される排気ガスは、触媒コンバータ３によって浄化された後に、排気装置４に導入される。
【０００３】
排気装置４は、触媒コンバータ３に連結されたフロントパイプ５、フロントパイプ５に連結されたセンターパイプ６、センターパイプ６に連結された消音器としてのメインマフラ７、メインマフラ７に連結されたテールパイプ８およびテールパイプ８に介装されたサブマフラ９から構成されている。
【０００４】
メインマフラ７は、内部に排気ガスを拡張して消音するための拡張室と、ヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数の排気音を消音するための共鳴室とが設けられている。具体的には、共鳴室は、共鳴室の容積を大きくしたり、共鳴室内に突出するセンターパイプ６の突出長さを長くすることにより、共鳴周波数を低周波数側にチューニングすることができるとともに、共鳴室の容積を小さくしたり、共鳴室内に突出するセンターパイプ６の突出部分の長さを短くすることにより、共鳴周波数を高周波数側にチューニングすることができるようになっている。
【０００５】
サブマフラ９は、エンジン１の運転時の排気脈動によってテールパイプ８内でテールパイプ８の管長に対応した気柱共鳴が発生したときに、この気柱共鳴の音圧レベルを低減するようになっている。
【０００６】
一般に、排気ガスの排気方向上流側および下流側にそれぞれ上流開口端および下流開口端を有するパイプは、エンジンの運転時の排気脈動による入射波がパイプの上流開口端および下流開口端で反射することにより、パイプの管長を半波長とした周波数の気柱共鳴を基本成分として、その半波長の自然数倍の波長の気柱共鳴が発生する。
【０００７】
例えば、サブマフラ９が設けられていないテールパイプ８がメインマフラ７から後方に延在している場合を例にすると、図２７に示すように、基本振動（一次成分）の気柱共鳴の波長λ１は、テールパイプ８の管長Ｌの略２倍となり、二次成分の気柱共鳴の波長λ２は、管長Ｌの略１倍となる。このように、テールパイプ８内には上流開口端８ａおよび下流開口端８ｂが定在波の音圧分布の節となるような定在波ができる。
【０００８】
また、テールパイプ８の気柱共鳴周波数ｆｍは、下記の式（１）で表される。
ｆｍ＝（ｃ／２Ｌ）・ｍ............（１）
但し、ｃ：音速、Ｌ：テールパイプの管長、ｍ：次数
上記の式（１）から明らかなように、テールパイプ８の管長Ｌが長い程、気柱共鳴周波数ｆｍがエンジン１の回転数が低い低周波数領域に移行してしまうことが知られている。
【０００９】
また、図２８に示すように、エンジン１の排気脈動の周波数は、エンジン１の回転数が増大するのに伴って増大するようになっており、エンジン１の回転数に対応した気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１と二次成分ｆ２とで排気音の音圧レベル（ｄＢ）が高くなることが知られている。
【００１０】
したがって、管長が長いテールパイプ８（例えば、テールパイプ８の管長が１．５ｍ以上）を用いる場合には、エンジン回転数が低い常用回転域（２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍ）で気柱共鳴が発生してしまうことがあり、排気騒音が悪化してしまい、運転者に不快感を与えてしまうことになる。
【００１１】
特に、図２６に示すように、気柱共鳴の一次成分ｆ１の音圧のピーク（音圧分布の腹の幅）は、二次成分ｆ２の音圧のピークよりも大きいため、常用回転域でこもり音と呼ばれる不快な騒音が発生してしまい、排気騒音の悪化の原因となる。
【００１２】
このため、テールパイプ８の管長が長い場合には、図２６に示す音圧レベルが高い定在波の腹の部分で、かつ、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１、二次成分ｆ２のそれぞれの腹に対して最適な位置に、メインマフラ７より容量の小さなサブマフラ９を設けることにより、エンジン１の常用回転域において排気騒音を低減して、運転者に不快感を与えてしまうのを防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００６−４６１２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、このような従来のエンジン１の排気装置にあっては、気柱共鳴の音圧レベルを低減するために、テールパイプ８のサブマフラ９を設ける必要があるため、サブマフラ９を設ける分だけ排気装置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。
【００１５】
また、サブマフラ９を廃止して、テールパイプ８の気柱共鳴をメインマフラ７の共鳴室によって低減した場合に、共鳴室の容積を大きくする必要があるため、メインマフラ７が大型化してしまい、メインマフラ７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。
【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、従来用いられていたマフラを廃止するとともに排気管の一端部に設けられた消音器を小型化して排気騒音を低減することができ、排気装置の重量を低減することができるとともに、排気装置の製造コストを低減することができる排気管部品および内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る排気管部品は、上記目的を達成するため、（１）一端部に内燃機関から排出された排気ガスの排気方向上流側の消音器に接続される上流開口端を有するとともに、他端部に排気ガスを大気に排出するための下流開口端を有する排気管に取付けられ、前記排気管の一部を構成する排気管部品であって、前記排気管内に生じる気柱共鳴の音圧分布の節を含んだ領域に位置するようにして前記排気管の軸線方向に連接される中空部材と、前記排気管の排気通路の単位長さ当たりの体積に対して、前記中空部材の内部の排気通路の単位長さ当たりの体積を小さくすることにより、前記中空部材内に生じる気柱共鳴の定在波の粒子速度を上昇させる粒子速度上昇手段とを備えたものから構成されている。
このように、排気管部品を備えた排気管は、気柱共鳴の発生時に、定在波の粒子速度が最大となる音圧分布の節の位置において、粒子速度を上昇させることができる。
【００１８】
排気管内の気柱共鳴が有する力学的エネルギーは、速度の二乗に比例して大きくなる排気ガスの運動エネルギーとポテンシャルエネルギーの和で表され、力学的エネルギーは保存されるため、気柱共鳴の発生時に排気ガスの粒子速度を上昇させることで運動エネルギーを上昇させることができる。
【００１９】
また、排気管内のポテンシャルエネルギーは、中空部材の内部で排気通路の体積が減少された分だけ排除されることになるため、減少された体積分の排気ガスが気柱共鳴時に保持していたポテンシャルエネルギーを奪うことができる。気柱共鳴による音圧レベルは、ポテンシャルエネルギーによって決まるため、ポテンシャルエネルギーを少なくすることにより、音圧のピークを下げて音圧レベルを低減することができる。
【００２０】
また、ポテンシャルエネルギーの減少量に対して運動エネルギーの増加量を圧倒的に多くすることができるため、力学的エネルギーを増加させて排気管を擬似的に長くすることができ、気柱共鳴周波数を管長が長い排気管と同等の気柱共鳴周波数に下げることができる。
【００２１】
また、中空部材の内部の体積の減少分を除いた排気管内の排気ガスのポテンシャルエネルギーは、排気管が長くなった分だけ排気管の全体に分散されるため、力学的エネルギーの観点からは、排気管の内径が細くなったものと等価となり、気柱共鳴の音圧のピークをさらに低減して気柱共鳴の音圧レベルをさらに低減することができる。
【００２２】
この結果、排気騒音を大幅に低減することができ、排気管部品を排気管と消音器とを備えた排気装置に設けた場合に、従来用いられていたマフラを廃止するとともに排気管の一端部に設けられた消音器を小型化して排気騒音を低減することができ、排気装置の重量を低減することができるとともに、排気装置の製造コストを低減することができる。
【００２３】
本発明に係る排気管部品は、上記目的を達成するため、（２）一端部に内燃機関から排出された排気ガスの排気方向上流側の消音器に接続される上流開口端を有するとともに、他端部に排気ガスを大気に排出するための下流開口端を有する排気管に取付けられ、前記排気管の一部を構成する排気管部品であって、前記排気管内に生じる気柱共鳴の音圧分布の節を含んだ領域に位置するようにして前記排気管の軸線方向に連接される中空部材と、前記排気管の軸線方向に沿って延在するように前記中空部材の内部に設けられ、前記排気管の排気通路の単位長さ当たりの体積に対して前記中空部材の内部の排気通路の単位長さ当たりの体積を小さくする軸部材とを有するものから構成されている。
【００２４】
このように、排気管部品を備えた排気管は、気柱共鳴の発生時に、定在波の粒子速度が最大となる音圧分布の節の位置において粒子速度を上昇させることができるとともに、排気管内の体積の減少分だけ排気管内の排気ガスのポテンシャルエネルギーを低減することができる。
【００２５】
このため、上記（１）と同様に、ポテンシャルエネルギーを低減することで気柱共鳴の音圧のピークを低減することができることに加え、排気管を擬似的に長くして気柱共鳴周波数を下げるとともに排気管の内径を擬似的に細くすることができ、音圧のピークをさらに低減することができる。
【００２６】
このため、排気騒音を大幅に低減することができ、排気管部品を排気管と消音器とを備えた排気装置に設けた場合に、従来用いられていたマフラを廃止するとともに排気管の一端部に設けられた消音器を小型化して排気騒音を低減することができ、排気装置の重量を低減することができるとともに、排気装置の製造コストを低減することができる。
【００２７】
上記（２）に記載の排気管部品において、（３）前記軸部材が設けられていない場合の前記排気管の排気通路全体の体積に対して、前記軸部材が設けられた前記排気管の排気通路全体の体積減少量が５％以上となるように前記軸部材の大きさが設定されるものから構成されている。
【００２８】
このように、排気管部品を備えた排気管は、排気管の排気通路全体の体積減少量が５％以上となるように軸部材の大きさが設定された排気管を用いてスピーカ加振試験を行った結果、気柱共鳴周波数を管長が長い排気管と同等の気柱共鳴周波数に下げることができるとともに、音圧のピークを低減できることが確認された。
【００２９】
上記（２）または（３）に記載の排気管部品において、（４）前記軸部材は、前記排気管内に生じる気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ（但し、ｍは、次数）以下の長さに設定され、軸線方向一端が前記排気管内に生じる気柱共鳴の定在波の音圧分布の節と略同位置に位置するものから構成されている。
【００３０】
この構成により、排気管部品を備えた排気管は、軸部材を気柱共鳴の定在波の粒子速度が大きい位置に軸部材を位置させることができ、ポテンシャルエネルギーの減少量に対して排気管内の排気ガスの運動エネルギーをより効果的に大きくすることができる。
【００３１】
上記（２）ないし（４）に記載の排気管部品において、（５）前記軸部材は、前記排気管内に生じる気柱共鳴の定在波の音圧分布の節と略同位置に位置する軸線方向一端から軸線方向他端に向かって断面積が縮小する形状を有するものから構成されている。
【００３２】
この構成により、排気管部品を備えた排気管は、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節と略同位置に位置する軸部材の軸線方向一端の断面積を最も大きくすることができ、粒子速度分布の腹に位置する排気通路を大きく絞ることができる。このため、気柱共鳴の定在波の粒子速度をより一層大きくして、排気ガスの運動エネルギーをより効果的に大きくすることができる。
【００３３】
上記（２）ないし（４）に記載の排気管部品において、（６）前記軸部材は、排気ガスの排気方向上流側の断面積が、排気ガスの排気方向下流側の断面積よりも小さい形状を有するものから構成されている。
【００３４】
この構成により、排気管部品を備えた排気管は、中空部材の内部の排気方向上流側の排気通路を下流側の排気通路よりも大きくすることができるため、軸部材が排気ガスの抵抗になるのを防止して、排気管内を流れる排気ガスの背圧が上昇するのを防止することができる。
【００３５】
本発明に係る排気管部品は、上記目的を達成するため、（７）一端部に内燃機関から排出された排気ガスの排気方向上流側の消音器に接続される上流開口端を有するとともに、他端部に排気ガスを大気に排出するための下流開口端を有する排気管に取付けられ、前記排気管の一部を構成する排気管部品であって、前記排気管内に生じる気柱共鳴の音圧分布の節を含んだ領域に位置するようにして前記排気管の軸線方向に連接される中空部材から構成され、前記中空部材が、前記排気管の排気通路の単位長さ当たりの体積に対して、前記中空部材の内部の排気通路の単位長さ当たりの体積が小さくなるように前記排気管の軸線方向に沿って縮径されるものから構成されている。
【００３６】
このように、排気管部品を備えた排気管は、気柱共鳴の発生時に、定在波の粒子速度が最大となる音圧分布の節の位置において粒子速度を上昇させることができるとともに、排気管内の体積の減少分だけ排気管内の排気ガスのポテンシャルエネルギーを低減することができる。
【００３７】
このため、上記（１）と同様に、ポテンシャルエネルギーを低減することで気柱共鳴の音圧のピークを低減することができることに加え、排気管を擬似的に長くして気柱共鳴周波数を下げるとともに排気管の内径を擬似的に細くすることができ、音圧のピークをさらに低減することができる。
【００３８】
このため、排気騒音を大幅に低減することができ、排気管部品を排気管と消音器とを備えた排気装置に設けた場合に、従来用いられていたマフラを廃止するとともに排気管の一端部に設けられた消音器を小型化して排気騒音を低減することができ、排気装置の重量を低減することができるとともに、排気装置の製造コストを低減することができる。
【００３９】
上記（７）に記載の排気管部品において、（８）前記排気管が軸線方向に沿って同一の内径である場合の前記排気管の排気通路全体の体積に対して、前記排気管の排気通路全体の体積減少量が５％以上となるように前記中空部材が縮径されるものから構成されている。
【００４０】
このように、排気管部品を備えた排気管は、排気管の排気通路全体の体積減少量が５％以上となるように中空部材を縮径したので、この排気管を用いてスピーカ加振試験を行った結果、気柱共鳴周波数を管長が長い排気管と同等の気柱共鳴周波数に下げることができるとともに、音圧のピークを低減することが確認された。
【００４１】
上記（７）または（８）に記載の排気管部品において、（９）前記中空部材は、前記気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ（但し、ｍは、次数）以下の長さに亘って縮径され、縮径方向一端部が前記排気管内で生じる気柱共鳴の定在波の音圧分布の節と略同位置に位置するものから構成されている。
【００４２】
この構成により、排気管部品を備えた排気管は、中空部材を気柱共鳴の定在波の粒子速度が大きい位置に位置させることができ、ポテンシャルエネルギーの減少量に対して排気管内の排気ガスの運動エネルギーをより効果的に大きくすることができる。
【００４３】
上記（１）ないし（９）に記載の排気管部品において、（１０）前記中空部材は、前記中空部材の軸線方向一端が、前記排気管の前記上流開口端および前記下流開口端の少なくとも一方を構成するように、前記排気管の前記一端部および前記他端部の少なくとも一方に設けられるものから構成されている。
【００４４】
このように、排気管部品を備えた排気管は、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となる排気管の上流開口端または下流開口端を排気管部品から構成すれば、気柱共鳴の音圧のピークが最も大きい一次成分の音圧のピークを確実に低減することができるとともに、一次成分の気柱共鳴周波数を管長が長い排気管と同等の気柱共鳴周波数に下げることができる。この結果、排気騒音をより一層低減することができる。
【００４５】
これに加えて、気柱共鳴の一次成分を基本とした二次成分以上の音圧のピークも低減することができるため、内燃機関の常用回転域において排気騒音をより一層低減することができる。
【００４６】
本発明に係る内燃機関の排気装置は、（１１）一端部に内燃機関から排出された排気ガスの排気方向上流側の消音器に接続される上流開口端を有するとともに、他端部に排気ガスを大気に排出するための下流開口端を有する排気管を備えた内燃機関の排気装置において、前記排気管が、上記（１）ないし（１０）の排気管部品を有するものから構成されている。
【００４７】
この構成により、排気装置は、排気管内のポテンシャルエネルギーを、中空部材の内部で排気通路の体積が減少された分だけ排除することができるため、減少された体積分の排気ガスが気柱共鳴時に保持していたポテンシャルエネルギーを奪うことができ、ポテンシャルエネルギーを少なくすることにより、音圧のピークを下げて音圧レベルを低減することができる。
【００４８】
また、排気管を擬似的に長くして気柱共鳴周波数を管長が長い排気管と同等の気柱共鳴周波数に下げることができるとともに、ポテンシャルエネルギーを排気管の伸び代分だけテールパイプ全体に分散させて排気管の内径を擬似的に細くすることができ、気柱共鳴の音圧のピークをさらに低減して気柱共鳴の音圧レベルをさらに低減することができる。
【００４９】
この結果、排気騒音を大幅に低減することができ、排気管部品を排気管と消音器とを備えた排気装置に設けた場合に、従来用いられていたマフラを廃止するとともに排気管の一端部に設けられた消音器を小型化して排気騒音を低減することができ、排気装置の重量を低減することができるとともに、排気装置の製造コストを低減することができる。
【００５０】
上記（１１）に記載の内燃機関の排気装置において、（１２）前記排気管および前記中空部材が一体成形されるものから構成されている。
この構成により、排気装置は、排気管と排気管部品を別々に製造して排気管に排気管部品を取付ける必要がないため、排気管の製造を容易に行うことができるとともに、排気管の製造コストを低減することができる。
【発明の効果】
【００５１】
本発明によれば、従来用いられていたマフラを廃止するとともに排気管の一端部に設けられた消音器を小型化して排気騒音を低減することができ、排気装置の重量を低減することができるとともに、排気装置の製造コストを低減することができる排気管部品および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】
【００５２】
【図１】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、内燃機関の排気装置の構成図である。
【図２】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、テールパイプが連結されたマフラの断面図である。
【図３】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、テールパイプの軸線方向の正面図である。
【図４】図３のテールパイプのＡ−Ａ方向矢視断面図である。
【図５】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、テールパイプのパイプ本体と排気管部品との分解図である。
【図６】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、テールパイプ内に発生する開口端反射による気柱共鳴の粒子速度分布の定在波を説明する図である。
【図７】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、テールパイプ内に発生する開口端反射による気柱共鳴の音圧分布の定在波を説明する図である。
【図８】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、テールパイプ内に発生する音圧レベルとエンジン回転数との関係を示す図である。
【図９】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、テールパイプ内に発生する気柱共鳴の音圧および粒子速度と増減を示す図である。
【図１０】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、テールパイプ内に発生する気柱共鳴が有するポテンシャルエネルギーと運動エネルギーの増減を示す図である。
【図１１】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、管長が擬似的に長くなる原理を説明するための軸部材が設けられていないテールパイプの模式図である。
【図１２】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、管長が擬似的に長くなる原理を説明するための軸部材が設けられたテールパイプの模式図である。
【図１３】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、排気管内のポテンシャルエネルギーの減少と排気管の管長が擬似的に長くなる原理を説明するためのテールパイプの力学的エネルギーの状態を示す図である。
【図１４】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、テールパイプ内に発生する一次成分の音圧レベルと周波数との関係を示す図である。
【図１５】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、周波数別感度と周波数とを関連付けた聴感補正曲線を示す図である。
【図１６】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、上流部および下流部に軸部材を有するテールパイプを示す図である。
【図１７】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第２の実施の形態を示す図であり、テールパイプの軸線方向の正面図である。
【図１８】図１７のテールパイプのＢ−Ｂ方向矢視断面図である。
【図１９】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第３の実施の形態を示す図であり、テールパイプの軸線方向の正面図である。
【図２０】図１９のテールパイプのＣ−Ｃ方向矢視断面図である。
【図２１】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第４の実施の形態を示す図であり、テールパイプの軸線方向の正面図である。
【図２２】図２１のテールパイプのＤ−Ｄ方向矢視断面図である。
【図２３】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第５の実施の形態を示す図であり、テールパイプの軸線方向の正面図である。
【図２４】図２３のテールパイプのＥ−Ｅ方向矢視断面図である。
【図２５】本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第６の実施の形態を示す図であり、テールパイプの断面図である。
【図２６】従来の内燃機関の排気装置の構成図である。
【図２７】従来のテールパイプ内に発生する開口端反射による気柱共鳴の音圧分布の定在波を説明する図である。
【図２８】従来のテールパイプの音圧レベルとエンジン回転数との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）  
図１〜図１６は、本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図である。
まず、構成を説明する。
図１において、例えば、直列４気筒の内燃機関としてのエンジン２１には排気マニホールド２２が接続されており、この排気マニホールド２２には排気装置２３が接続されている。
【００５４】
なお、エンジン２１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。
【００５５】
排気マニホールド２２は、エンジン２１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２２ａ（図示１つ）と、排気枝管２２ａの下流側を集合させる排気集合管２２ｂとから構成されており、エンジン２１の各気筒から排気される排気ガスが排気枝管２２ａを介して排気集合管２２ｂに導入されるようになっている。
【００５６】
排気装置２３は、触媒コンバータ２４、円筒状のフロントパイプ２５、円筒状のセンターパイプ２６、消音器としてのマフラ２７および円筒状のテールパイプ２８を備えており、この排気装置２３は、車体の床下に弾性的に垂下されるようにしてエンジン２１の排気ガスの排気方向下流側に設置されている。
なお、上流とは排気ガスの排気方向の上流を示し、下流とは排気ガスの排気方向の下流を示すものである。
【００５７】
触媒コンバータ２４の上流端は、排気集合管２２ｂの下流端に接続されており、触媒コンバータ２４の下流端は、フロントパイプ２５に接続されている。この触媒コンバータ２４は、ハニカム基材または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が本体ケースに収納されたものから構成され、ＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化を行うようになっている。
また、フロントパイプ２５の下流端にはセンターパイプ２６の上流端が接続されており、センターパイプ２６の下流側は、排気音の消音を行うマフラ２７に接続されている。
【００５８】
図２において、マフラ２７は、中空筒状に形成されたアウタシェル３１と、アウタシェル３１の両端を閉塞するエンドプレート３２、３３とを備えている。
アウタシェル３１内には仕切板３４が設けられており、この仕切板３４によってアウタシェル３１内は、排気ガスを拡張して消音するための拡張室３５およびヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数の排気音を消音するための共鳴室３６に区画されている。
【００５９】
また、エンドプレート３２と仕切板３４にはそれぞれ挿通孔３２ａ、３４ａが形成されており、この挿通孔３２ａ、３４ａにはセンターパイプ２６の下流側（以下、センターパイプ２６の下流側をインレットパイプ部２６Ａという）が挿通されている。
【００６０】
このインレットパイプ部２６Ａは、拡張室３５および共鳴室３６に収納されるようにしてエンドプレート３２および仕切板３４に支持されており、下流開口端２６ｂが共鳴室３６に開口している。
【００６１】
また、インレットパイプ部２６Ａにはインレットパイプ部２６Ａの軸線方向（排気ガスの排気方向）および周方向に複数の小孔２６ａが形成されており、インレットパイプ部２６Ａの内部と拡張室３５とは、小孔２６ａを介して連通している。
【００６２】
したがって、センターパイプ２６のインレットパイプ部２６Ａを通してマフラ２７に導入される排気ガスは、小孔２６ａを介して拡張室３５に導入されるとともに、インレットパイプ部２６Ａの下流開口端２６ｂから共鳴室３６に導入される。
【００６３】
そして、共鳴室３６に導入される排気ガスは、ヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数の排気音が消音される。具体的には、共鳴室３６は、共鳴室３６の容積を大きくしたり、共鳴室３６内に突出するセンターパイプ２６の突出長さを長くすることにより、共鳴周波数を低周波数側にチューニングすることができ、共鳴室３６の容積を小さくしたり、共鳴室３６内に突出するセンターパイプ２６の突出部分の長さを短くすることにより、共鳴周波数を高周波数側にチューニングすることができるようになっている。
【００６４】
また、仕切板３４とエンドプレート３３にはそれぞれ挿通孔３４ｂ、３３ａが形成されており、この挿通孔３４ｂ、３３ａにはテールパイプ２８の上流部（一端部）２８Ａが挿通されている。
【００６５】
テールパイプ２８の上流部２８Ａの上流端には上流開口端２８ａが設けられており、テールパイプ２８の上流部２８Ａは、上流開口端２８ａが拡張室３５に開口するようにして挿通孔３４ｂ、３３ａに挿通されることにより、マフラ２７に接続されている。
【００６６】
また、テールパイプ２８の下流部（他端部）２８Ｂの下流端には下流開口端２８ｂが形成されており、この下流開口端２８ｂは、大気に連通している。このため、マフラ２７の拡張室３５からテールパイプ２８の上流開口端２８ａに導入された排気ガスは、テールパイプ２８を通して下流開口端２８ｂから大気に排出される。
【００６７】
すなわち、本実施の形態のテールパイプ２８は、上流部２８Ａにエンジン２１から排出された排気ガスの排気方向上流側のマフラ２７に接続される上流開口端２８ａを有するとともに、下流部２８Ｂに排気ガスを大気に排出するための下流開口端２８ｂを有している。
【００６８】
ここで、テールパイプ２８の上流部２８Ａおよび下流部２８Ｂは、上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂを含んで所定の長さを有するテールパイプ２８の上流側と下流側の部分を示す。
【００６９】
また、図３〜図５に示すように、テールパイプ２８は、パイプ本体４０と排気管部品４１とを備えており、このパイプ本体４０と排気管部品４１とが一体化されたものから構成されている。すなわち、排気管部品４１は、テールパイプ２８の一部であるテールパイプ２８の下流部２８Ｂを構成している。
【００７０】
排気管部品４１は、中空部材４２と、粒子速度上昇手段としての軸部材４３と、中空部材４２と軸部材４３の間に介装されたブラケット４４ａ、４４ｂとから構成されている。
【００７１】
中空部材４２の上流開口端（中空部材の軸線方向他端）４２ａは、パイプ本体４０の外径よりも大径の内径を有する拡径部を構成しており、この上流開口端４２ａがパイプ本体４０の下流端４０ａの外周部に溶接等によって固定されることで中空部材４２がパイプ本体４０に固定される。
【００７２】
すなわち、本実施の形態の中空部材４２は、パイプ本体４０の軸線方向に連接されている。なお、中空部材４２をパイプ本体４０に取付ける方法としては、溶接以外にボルト等を用いてもよい。
【００７３】
また、軸部材４３の外周部は、板状のブラケット４４ａ、４４ｂの内周部に溶接等によって固定されており、このブラケット４４ａ、４４ｂの外周部は、中空部材４２の内周部に溶接等によって固定されている。このため、軸部材４３は、ブラケット４４ａ、４４ｂを介して中空部材４２に取付けられている。
【００７４】
また、軸部材４３の軸線方向中心軸は、パイプ本体４０、すなわち、テールパイプ２８の軸線方向中心軸と同一の中心軸となるようにテールパイプ２８の中心軸線と同軸上に設置されている。
【００７５】
また、軸部材４３の下流端（軸部材４３の軸線方向一端）４３ｂは、中空部材４２の下流開口端（中空部材４２の軸線方向一端）であるテールパイプ２８の下流開口端２８ｂと同一面上に位置しており、軸部材４３の上流端４３ａは、下流端４３ｂからパイプ本体４０側に向かって延在している。
【００７６】
本実施の形態の排気管部品４１は、パイプ本体４０に取付けられてパイプ本体４０と共にテールパイプ２８を構成するため、中空部材４２の下流開口端（軸線方向一端）４２ｂがテールパイプ２８の下流開口端２８ｂを構成するようになっている。
【００７７】
そして、軸部材４３の下流端４３ｂが、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂと同一面上に位置しているため、軸部材４３の下流端４３ｂがテールパイプ２８内で発生する気柱共鳴の音圧分布の定在波の節に位置している。なお、軸部材４３の下流端４３ｂは、気柱共鳴の音圧分布の定在波の節から、上流側または下流側に若干量だけずれていてもよい。
【００７８】
ここで、テールパイプ２８内に発生する気柱共鳴の定在波は、テールパイプ２８の管長Ｌと定在波の波長λとが特定の関係にあるとき、振幅が著しく大きくなり、気柱共鳴が生じる。この気柱共鳴は、テールパイプ２８の管長Ｌを半波長とした周波数を基本として、その半波長の自然数倍の波長の気柱共鳴が発生して音圧が増大する。
【００７９】
具体的には、図６にテールパイプ２８内で発生する気柱共鳴の定在波の粒子速度分布を示すように、基本振動（一次成分）の気柱共鳴の波長λ１は、テールパイプ２８の管長Ｌの略２倍となり、二次成分の気柱共鳴の波長λ２は、管長Ｌの略１倍となる。
【００８０】
図６から明らかなように、それぞれの定在波は、テールパイプ２８の上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂが粒子速度の腹となり、この粒子速度は、上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂで最大となる。
【００８１】
また、一次成分および二次成分の気柱共鳴の定在波の音圧分布は、図７に示すように、粒子速度分布の腹と節とがそれぞれ逆となってテールパイプ２８の上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂが音圧分布の節となり、音圧は、上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂで最小となる。
【００８２】
また、軸部材４３は、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ（但し、ｍは、次数）以下の長さに設定されている。本実施の形態では、軸部材４３がテールパイプ２８の下流部２８Ｂに設けられており、図６に示すように、λ１＝２Ｌであるため、軸部材４３の長さは、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４の長さに設定されている。
なお、軸部材４３は、気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ以下の長さ、すなわち、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４以下の長さに設定してもよい。
【００８３】
また、本実施の形態では、中空部材４２の内部にテールパイプ２８の軸線方向に沿ってテールパイプ２８の管長Ｌの１／４の長さで延在する軸部材４３が設けられるため、テールパイプ２８の排気通路４５の単位長さ当たりの体積に対して、中空部材４２の内部の排気通路４５ａの単位長さ当たりの体積が小さくなる。
【００８４】
このため、本実施の形態では、図６、図７に示すように、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節において気柱共鳴の粒子速度が最大となることを利用して、テールパイプ２８の下流部２８Ｂの単位長さ当たりの体積を小さくすることにより、テールパイプ２８の下流部２８Ｂの気柱共鳴の粒子速度を上昇させることができる。
【００８５】
また、軸部材４３の大きさは、軸部材４３が取付けられていない状態のテールパイプ２８の排気通路４５の体積に対して、軸部材４３をテールパイプ２８に取付けたときのテールパイプ２８の排気通路４５の体積の減少量が５％以上となるような大きさに設定されている。
なお、本実施の形態では、テールパイプ２８の下流部２８Ｂにブラケット４４ａ、４４ｂを設けているが、ブラケット４４ａ、４４ｂは板状であるため、ブラケット４４ａ、４４ｂの断面積は、軸部材４３の断面積よりも小さい。このため、排気通路４５の体積の減少量は、軸部材４３の断面積に大きく依存される。
【００８６】
なお、排気通路４５は、テールパイプ２８、すなわち、パイプ本体４０と中空部材４２とによって囲まれる空間の全てであり、排気通路４５の中で軸部材４３の外周部と中空部材４２とによって囲まれる空間が排気通路４５ａを構成している。
【００８７】
なお、軸部材４３は、中実の円柱体であってもよく、軸線方向両端が閉止端となるように内部が中空状に形成された筒状体であってもよい。
【００８８】
次に、作用を説明する。
エンジン２１の運転時にエンジン２１の各気筒から排気される排気ガスは、排気マニホールド２２から触媒コンバータ２４に導入され、触媒コンバータ２４によってＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化が行われる。
【００８９】
触媒コンバータ２４から排気される排気ガスは、フロントパイプ２５およびセンターパイプ２６を通してマフラ２７に導入される。マフラ２７に導入される排気ガスは、インレットパイプ部２６Ａの小孔２６ａを介して拡張室３５に導入されるとともに、インレットパイプ部２６Ａの下流開口端２６ｂから共鳴室３６に導入され、共鳴室３６に導入される排気ガスは、ヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数の排気音が消音される。
【００９０】
拡張室３５に導入された排気ガスは、テールパイプ２８の上流開口端２８ａを通してテールパイプ２８内に導入された後、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂを通して大気に排出される。
【００９１】
また、エンジン２１の運転時にテールパイプ２８に導入される排気ガスの排気音は、エンジン２１の回転数に応じて変化する排気脈動の入射波であり、この入射波は、エンジン２１の回転数が増大するにつれて周波数が大きくなるものである。
【００９２】
エンジン２１の運転時の排気脈動による入射波がテールパイプ２８に導入されると、この入射波がテールパイプ２８の下流開口端２８ｂで、所謂、開口端反射する。この反射波は、入射波と同じ位相で入射波と逆向きとなる。また、この反射波は、再び上流開口端２８ａでこの反射波と同位相で逆向きに開口端反射を行う。この反射波が今度は入射波となり、上流開口端２８ａで反射波となる。
【００９３】
開口端反射が起こる理由としては、テールパイプ２８内を流れる排気ガスの圧力は高く、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの外側は圧力が低いため、入射波が勢いよく大気に飛び出すことで下流開口端２８ｂ内の排気ガスの圧力が低くなり、この低圧部がテールパイプ２８を上流開口端２８ａに向かって進行し始めるからである。
【００９４】
したがって、反射波は、入射波と同位相で逆向きとなるのである。また、上流開口端２８ａ側で反射波が発生する理由も下流開口端２８ｂで反射波が発生する理由と同様である。
【００９５】
そして、下流開口端２８ｂに向かう入射波と下流開口端２８ｂと逆向きの反射とが干渉することで、図６に示すように、テールパイプ２８の上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂにおいて粒子速度が最大となるような定在波ができる。
【００９６】
また、この定在波は、テールパイプ２８の管長Ｌと定在波の波長λとが特定の関係にあるとき、振幅が著しく大きくなり、気柱共鳴が生じる。この気柱共鳴は、テールパイプ２８の管長Ｌを半波長とした周波数を基本として、その半波長の自然数倍の波長の気柱共鳴が発生して音圧が増大する。
【００９７】
ここで、音速をｃ、テールパイプ２８の長さをＬ、次数をｍとしたときのテールパイプ２８の気柱共鳴周波数ｆｍは、
ｆｍ＝（ｃ／２Ｌ）・ｍ............（２）
で表される。
【００９８】
また、図８に示すように、エンジン２１の排気脈動の周波数は、エンジン２１の回転数が増大するのに伴って増大するようになっており、エンジン２１の回転数に対応した気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１と二次成分ｆ２とで排気音の音圧レベル（ｄＢ）が高くなる。
【００９９】
したがって、管長が長いテールパイプ２８（例えば、テールパイプ２８の管長が１．５ｍ以上）を用いる場合には、エンジン２１の回転数が低い常用回転域（２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍ）で気柱共鳴が発生してしまうことがある。
【０１００】
特に、気柱共鳴の一次成分ｆ１の音圧のピーク（音圧分布の腹の幅）は、二次成分ｆ２の音圧のピークよりも大きいため、常用回転域でこもり音と呼ばれる不快な騒音が発生してしまい、排気騒音の悪化の原因となり、運転者に不快感を与えてしまうことになる。
【０１０１】
そこで、本実施の形態は、エンジン２１の常用回転域において気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１および二次成分ｆ２の気柱共鳴の音圧のレベルを低減し、排気騒音を低減して運転者に不快感を与えるのを防止するようにした。
【０１０２】
まず、気柱共鳴の音圧レベルを低減することができる理由を説明する。
テールパイプ２８内に気柱共鳴が発生しているときの気柱共鳴の一次成分ｆ１の定在波の音圧分布を図９のＡで示すと、テールパイプ２８の上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂが気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となるため、上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂにおいて、気柱共鳴の定在波の音圧が最小となる。
【０１０３】
また、テールパイプ２８内に気柱共鳴が発生しているときの気柱共鳴の一次成分ｆ１の定在波の粒子速度分布を図９でＢに示すと、テールパイプ２８の上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂが気柱共鳴の定在波の流速度分布の腹となるため、上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂで定在波の粒子速度が最大となる。
【０１０４】
気柱共鳴が生じる系が持つ力学的エネルギーについて考えると、力学的エネルギーは、排気ガスの運動エネルギーとポテンシャルエネルギー（排気ガスの質量）の和で表される。そして、力学的エネルギーは、保存されることが知られている。
【０１０５】
本実施の形態では、軸部材４３が収納されるテールパイプ２８の下流部２８Ｂ（中空部材４２）の排気通路４５ａの単位長さ当たりの体積を、下流部２８Ｂを除いたテールパイプ２８の排気通路４５の単位当たりの体積に対して小さくしたので、下流部２８Ｂの排気通路４５ａの体積が図９においてＡ１からＡ２に減少する分だけ、排気ガスのポテンシャルエネルギーを図１０においてＡ１からＡ２に示す分だけ排除することができる。
【０１０６】
このため、テールパイプ２８内で減少された排気通路４５の体積分の排気ガスが気柱共鳴時に保持していたポテンシャルエネルギーを奪うことができる。
【０１０７】
このポテンシャルエネルギーは、排気通路４５の体積によって決まるものであり、本実施の形態では、軸部材４３が取付けられていない状態のテールパイプ２８の排気通路４５の体積に対して、軸部材４３をテールパイプ２８に取付けたときのテールパイプ２８の排気通路４５の体積の減少量が５％以上に設定することにより、テールパイプ２８内のポテンシャルエネルギーは、体積の減少分だけ減少し、図１０においてハッチングで示す分だけのポテンシャルエネルギーとなる。
【０１０８】
このため、図１３に示すように、テールパイプ２８内全体のポテンシャルエネルギーを、軸部材４３が設けられていない場合のテールパイプのポテンシャルエネルギー（矢印Ａを付した実線）から体積の減少分を差し引いたポテンシャルエネルギー（ハッチングで示す）に低下させることができる。このため、矢印Ａ３を付した破線で示すように、テールパイプ２８内の音圧のピークをポテンシャルエネルギーの減少した分だけ低減させることができ、音圧レベルを低減することができる。
【０１０９】
次に、排気ガスの運動エネルギーにおいて考えると、本実施の形態では、テールパイプ２８の下流部２８Ｂに、テールパイプ２８の軸線方向に沿って延在する軸部材４３を設け、テールパイプ２８の排気通路４５の単位長さ当たりの体積に対して下流部２８Ｂの内部の排気通路４５ａの単位長さ当たりの体積を小さくすることにより、下流部２８Ｂ内の粒子速度を上昇させるようにしている。
【０１１０】
この粒子速度を運動エネルギーで考えると、運動エネルギーは、速度の二乗に比例することから、テールパイプ２８の排気通路４５内の運動エネルギーは、増えた粒子速度の二乗分だけ増加する。図１０に運動エネルギーの増加レベルを示すと、運動エネルギーは、Ｂ１で示す位置からＢ３で示す位置まで飛躍的に増加する。
【０１１１】
排気ガスの運動エネルギーの増加量と排気ガスのポテンシャルエネルギーの減少量を見ると、ポテンシャルエネルギーは、排気通路４５の体積の減少分だけ少なくなっているが、運動エネルギーの増大量は、ポテンシャルエネルギーの減少量に比較して圧倒的に多い（ポテンシャルエネルギー＜＜運動エネルギー）ため、ポテンシャルエネルギーと運動エネルギーの和である力学的エネルギーが増加する。
【０１１２】
したがって、テールパイプ２８内の気柱共鳴が持つ力学的エネルギーが保存されるようにテールパイプ２８が擬似的に長くなり、気柱共鳴周波数を管長が長いテールパイプと同等の気柱共鳴周波数に下げることができる。
【０１１３】
具体的にテールパイプ２８が擬似的に長くなる理由を説明する。
図１１に示すように、断面積Ｓ０、管長Ｌのテールパイプ２８の下流部２８Ｂに軸部材４３を設けていない場合に、このテールパイプ２８内に気柱共鳴が発生した場合には、テールパイプ２８の下流部２８Ｂの定在波の粒子速度は、ξとなる。
【０１１４】
次に、図１２に示すように、断面積Ｓ０、長さＬのテールパイプ２８の上流開口端２８ａを原点とし、テールパイプ２８の軸線方向にＸ軸をとり、テールパイプ２８の下流部２８Ｂに断面積ΔＳの軸部材４３を取付けて下流部２８Ｂの断面積を小さくし、下流部２８Ｂの断面積をＳ＝Ｓ０−ΔＳのように表した場合を考える。但し、断面積の変化ΔＳは微小とする。このとき、テールパイプ２８の下流部２８Ｂの定在波の粒子速度は、ξ＋Δξとなる。
【０１１５】
なお、本実施の形態では、下記の数式を説明するための便宜上、下流部２８Ｂの断面積をＳ＝Ｓ０＋ΔＳとした場合（すなわち、拡径した場合）について説明を行う。
【０１１６】
このテールパイプ２８の下流部２８ＢをＳ＝Ｓ０＋ΔＳとする修正によってテールパイプ２８内の気柱共鳴周波数が変化し、この気柱共鳴周波数の変化をテールパイプ２８の長さの変化ΔＬとして求めると、下記の式（３）で表すことができる。
【０１１７】
【数１】
2011069244.tif 000003
ここで、ｍは、気柱共鳴周波数の一次成分、二次成分、三次成分......を表す。
【０１１８】
テールパイプ２８内に気柱共鳴が発生しているときには、気柱の各部分は圧縮および膨張を繰り返してそれぞれ異なる運動状態にあるが、気柱全体としては、力学的エネルギーが一定に保たれている。したがって、上記の式（３）が導かれる。
【０１１９】
次に、上記の式（３）の導出方法を説明する。
まず、運動エネルギーＴを求める。単位時間当たりにテールパイプ２８内のある断面を通過する空気の体積をＸとすると、粒子速度は、ξ＝Ｘ／Ｓである。空気の密度をρ０で表すと、テールパイプ２８内の空気全体の運動エネルギーは、下記の式（４）で表される。
【０１２０】
【数２】
2011069244.tif 000004
また、テールパイプ２８の全体の空気のポテンシャルエネルギーＰは、下記の式（５）で表される。
【０１２１】
【数３】
2011069244.tif 000005
但し、ｃ（音速）とｓ（空気の凝縮率）は、それぞれ下記の式（６）、（７）で表される。下記の式（６）において、ｋは、体積弾性率である。
【０１２２】
【数４】
2011069244.tif 000006
【数５】
2011069244.tif 000007
【０１２３】
ところで、テールパイプ２８内に気柱共鳴が発生しているときには、テールパイプ２８内の空気全体の力学的エネルギーは、一定に保たれていると考えられる。すなわち、Ｔ＋Ｖ＝ｃｏｎｓｔ、あるいは下記の式（８）となる。
【０１２４】
【数６】
2011069244.tif 000008
今、Ｘが正弦的に変動していて下記の式（９）で表せるものとして、上記の式（４）、（５）に代入して計算し、それぞれを上記の式（８）に代入してωについて解くと、下記の式（１０）のように表される。
【０１２５】
【数７】
2011069244.tif 000009
【数８】
2011069244.tif 000010
ここで、断面積Ｓ＝Ｓ０＋ΔＳにおいて、ΔＳの変化量は微小なので二次の項を無視して近似式を求めると、下記の式（１１）を得ることができる。
【０１２６】
【数９】
2011069244.tif 000011
これにより、気柱共鳴周波数ｆは、ｓ＝ω／２πを用いて下記の式（１２）となる。
【０１２７】
【数１０】
2011069244.tif 000012
上記の式（１２）とテールパイプ２８の気柱共鳴周波数を求める上記の式（２）を比較すると、テールパイプ２８の長さが等価的に上記の式（３）だけ短くなったことになる。
【０１２８】
本実施の形態では、軸部材４３が収納されるテールパイプ２８の下流部２８Ｂの排気通路４５ａの単位長さ当たりの体積が、下流部２８Ｂを除いたテールパイプ２８の排気通路４５の単位当たりの体積に対して小さくなっている。
【０１２９】
すなわち、テールパイプ２８の下流部２８Ｂに軸部材４３が設けられてテールパイプ２８の下流部２８Ｂの排気通路４５ａの断面積が、排気通路４５の断面積よりも小さくなっているため、ΔＳが−（マイナス）となる。
【０１３０】
したがって、テールパイプ２８の長さがΔＬだけ長くなったものと等価となり、テールパイプ２８が長くなった分だけ、気柱共鳴周波数の波長を長くすることができ、テールパイプ２８の気柱共鳴周波数を管長が長いテールパイプと同等の気柱共鳴周波数に下げることができる。
【０１３１】
そして、テールパイプ２８が擬似的に長くなると、テールパイプ２８内のポテンシャルエネルギーは、テールパイプ２８が擬似的に長くなった分だけ（伸び代ΔＬ分だけ）、テールパイプ２８全体に分散されため、力学的エネルギーの観点からは、テールパイプ２８の内径が細くなったものと等価となる。
【０１３２】
したがって、テールパイプ２８が有する気柱共鳴のポテンシャルエネルギーは、テールパイプ２８の内径が擬似的に細くなった分だけ、最終的に、図１３のＡ４のハッチングで示す大きさとなる。すなわち、気柱共鳴の音圧のピークを図１３のピークＡ３からピークＡ４までさらに低減することができ、音圧レベルをさらに低減することができる。
【０１３３】
図１４は、軸部材４３が取付けられたときの排気通路４５の体積の減少量が１２．５％のテールパイプを用いてスピーカ加振試験を行ったときの排気脈動の周波数と排気音の音圧レベル（ｄＢ）との測定結果を示す図である。
【０１３４】
図１４においては、実線は、軸部材４３が設けられていないテールパイプ２８の排気脈動を示し、破線は、軸部材４３が設けられた本実施の形態のテールパイプ２８の排気脈動を示すものである。
【０１３５】
本実施の形態では、図１４に示すように、テールパイプ２８内に発生する気柱共鳴の一次成分ｆ１の周波数を下げることができるとともに、一次成分ｆ１の音圧レベルを確実に低減できることが確認された。
【０１３６】
また、スピーカ加振試験を行った結果、音圧のピークの低減と気柱共鳴周波数を下げることが可能なテールパイプ２８の体積の減少量の最低値は、５％であり、体積の減少量が５％未満の場合には音圧を低減する効果を期待できないことが確認された。
【０１３７】
このように本実施の形態では、テールパイプ２８の一部を構成するようにテールパイプ２８に排気管部品４１を設け、排気管部品４１を、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の音圧分布の節を含んだ領域に位置するようにしてテールパイプ２８の軸線方向に連接される中空部材４２と、テールパイプ２８の軸線方向に沿って延在するように中空部材４２の内部に設けられ、テールパイプ２８の排気通路４５の単位長さ当たりの体積に対して中空部材４２の内部の排気通路４５の単位長さ当たりの体積を小さくする粒子速度上昇手段としての軸部材４３とを含んで構成し、中空部材４２内に生じる気柱共鳴の定在波の粒子速度を上昇させるようにしたので、気柱共鳴の定在波の粒子速度が最大となる音圧分布の節の位置において、粒子速度を上昇させることができる。
【０１３８】
このため、気柱共鳴の音圧のピークを低減することができるとともに、テールパイプ２８を擬似的に長くして気柱共鳴周波数を管長が長いテールパイプと同等の気柱共鳴周波数に下げることができるとともに、ポテンシャルエネルギーをテールパイプ２８の伸び代分だけテールパイプ２８全体に分散させてテールパイプ２８の内径を擬似的に細くすることができる。このため、音圧のピークをさらに低減することができ、音圧レベルをさらに低減することができる。
【０１３９】
したがって、テールパイプ２８内に発生する気柱共鳴周波数を、管長が長いテールパイプと同等の気柱共鳴周波数に下げることができるため、気柱共鳴周波数を、低周波になる程に聞こえ難いＡ特性（人の耳に近い特性）を利用して実質的に下げることができる（図１５参照）。
【０１４０】
また、気柱共鳴周波数を管長が長いテールパイプと同等の気柱共鳴周波数に下げることができるため、気柱共鳴の発生時に、音源となるエンジン２１の回転数をエンジン２１の回転振動が小さい低回転域に下げることができる。これに加えて、気柱共鳴発生時の音圧レベルを大幅に低減することができるので、結果的に、排気騒音を大幅に低減することができる。
【０１４１】
特に、本実施の形態では、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となるテールパイプ２８の下流開口端２８ｂを排気管部品４１から構成したので、気柱共鳴の音圧のピークが最も大きい一次成分ｆ１の音圧のピークを確実に低減することができるとともに、一次成分ｆ１の気柱共鳴周波数を管長が長いテールパイプ２８と同等の気柱共鳴周波数に下げることができるため、排気騒音をより一層低減することができる。
【０１４２】
これに加えて、気柱共鳴の一次成分ｆ１を基本とした二次成分ｆ２の音圧のピークも低減することができるため、エンジン２１の常用回転域において排気騒音をより一層低減することができる。すなわち、図８に示すように、気柱共鳴の一次成分ｆ１と一次成分の倍音である気柱共鳴の二次成分ｆ２の音圧のピークを点線で示す位置から実線で示す位置に低減することができるため、排気騒音を大幅に低減することができる。
【０１４３】
したがって、従来用いられていたマフラを廃止することができるとともに、大容量の共鳴室３６を不要にしてマフラ２７を小型化することができる。このため、排気装置２３の重量を低減することができるとともに、排気装置２３の製造コストを低減することができる。
【０１４４】
また、本実施の形態では、軸部材４３を、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍの長さに設定し、軸部材４３の下流端４３ｂを、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置させたので、軸部材４３を気柱共鳴の定在波の粒子速度が最大となる位置に位置させてテールパイプ２８内の排気ガスの運動エネルギーをより効果的に大きくすることができる。
【０１４５】
これに対して、軸部材４３を気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍを越える長さに設定すると、ポテンシャルエネルギーが大きく粒子速度の小さい位置に軸部材４３の一部が位置してしまうことになるので、テールパイプ２８内のポテンシャルエネルギーの減少量に対してテールパイプ２８内の運動エネルギーの増加量を大きくすることができないため、結果的に、テールパイプ２８内の力学的エネルギーが減少してしまう。
【０１４６】
このため、テールパイプ２８が擬似的に短くなって、気柱共鳴周波数を上げてしまうことになるので、好ましくない。したがって、軸部材４３の長さは、気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ以下の長さに設定するのが好ましい。
【０１４７】
なお、本実施の形態では、テールパイプ２８をパイプ本体４０と排気管部品４１とから構成しているが、テールパイプを、パイプ本体４０と排気管部品４１とが一体成形された１本のパイプから構成してもよい。このようにすれば、パイプ本体４０と排気管部品４１を別々に製造してパイプ本体４０に排気管部品４１を取付ける必要がないため、テールパイプの製造を容易に行うことができるとともに、テールパイプの製造コストを低減することができる。
【０１４８】
また、本実施の形態では、排気管部品４１をテールパイプ２８の下流部２８Ｂから構成しているが、これに限らず、図１６に示すように、一体成形されたテールパイプ２８の上流部２８Ａと下流部２８Ｂの内部、すなわち、気柱共鳴の音圧分布の節を含んだ領域に軸部材４３、４６に収納し、テールパイプ２８の上流部２８Ａおよび下流部２８Ｂの排気通路４５ａの単位長さ当たりの体積を、テールパイプ２８の排気通路４５の単位体積当たりの体積通路よりも小さくしてもよい。
【０１４９】
このように、テールパイプ２８の上流部２８Ａおよび下流部２８Ｂの両方の単位長さ当たりの体積を小さくするようにすれば、テールパイプ２８内に発生する気柱共鳴が持つポテンシャルエネルギーをより一層低減することができるとともに、テールパイプ２８の上流部２８Ａおよび下流部２８Ｂの両方で気柱共鳴の定在波の粒子速度を上昇させて力学的エネルギーをより一層増加させることができる。
【０１５０】
また、テールパイプ２８の上流部２８Ａの内部のみに軸部材４６を設け、テールパイプ２８の上流部２８Ａの排気通路４５ａの単位長さ当たりの体積を、テールパイプ２８の排気通路４５の単位体積当たりの体積通路よりも小さくしてもよい。このようにしてもテールパイプ２８の下流部２８Ｂに軸部材４３を設けたものと同様の効果を得ることができる。
【０１５１】
また、本実施の形態では、テールパイプ２８の上流部２８Ａをパイプ本体４０と別体の排気管部品４１から構成し、この排気管部品４１の中空部材４２の上流開口端がテールパイプ２８の上流開口端２８ａを構成するようにしてもよい。
【０１５２】
（第２の実施の形態）
図１７、図１８は、本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第２の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
【０１５３】
図１７、図１８において、粒子速度上昇手段としての軸部材６１は、断面積が軸線方向に亘って均一な筒状に形成されており、この軸部材６１の外周部は、テールパイプ２８の下流部２８Ｂの内周部に溶接等によって固定されている。
【０１５４】
本実施の形態のテールパイプ２８は、下流部２８Ｂが中空部材を構成している。この中空部材は、テールパイプ２８と一体成形されたものであり、テールパイプ２８は、１本のパイプから構成されている。
【０１５５】
なお、テールパイプ２８の下流部２８Ｂをテールパイプ２８と別体の中空部材から構成することにより、中空部材からなる下流部２８Ｂと軸部材６１とによって排気管部品を構成し、この排気管部品をテールパイプ２８に後付けするようにしてもよい。
【０１５６】
軸部材６１の下流端（軸線方向一端）６１ｂは、下流開口端２８ｂと同一面上に位置しており、軸部材６１の上流端６１ａは、下流端６１ｂから上流開口端２８ａに向かって延在している。本実施の形態の軸部材６１は、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍの長さ、すなわち、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４の長さに設定されている。
【０１５７】
なお、軸部材６１は、気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ以下の長さ、すなわち、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４以下の長さに設定してもよい。
【０１５８】
したがって、軸部材６１が設けられるテールパイプ２８の下流部２８Ｂの排気通路６２ａの単位長さ当たりの体積は、下流部２８Ｂを除いたテールパイプ２８の排気通路６２の単位当たりの体積に対して小さくなっている。
【０１５９】
なお、排気通路６２は、テールパイプ２８によって囲まれる空間の全てであり、排気通路６２の中で軸部材６１の内周部によって囲まれる空間が排気通路６２ａを構成している。
【０１６０】
また、本実施の形態では、軸部材６１の下流端６１ｂが下流開口端２８ｂと同一面上に位置しているため、軸部材６１の下流端６１ｂは、テールパイプ２８内で発生する気柱共鳴の音圧分布の定在波の節に位置している。なお、軸部材６１の下流端６１ｂは、音圧分布の節の位置に対して上流側または下流側に若干ずれていてもよい。
【０１６１】
本実施の形態にあっても、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節で気柱共鳴の粒子速度が最大となることを利用して、テールパイプ２８の下流部２８Ｂに軸部材６１を収納してテールパイプ２８の下流部２８Ｂの単位長さ当たりの体積を絞ることにより、テールパイプ２８の下流部２８Ｂの気柱共鳴の粒子速度を上昇させるようになっている。
【０１６２】
また、軸部材６１の形状は、軸部材６１が取付けられていない状態のテールパイプ２８の排気通路６２の体積に対して、軸部材６１をテールパイプ２８に取付けたときのテールパイプ２８の排気通路６２の体積の減少量が５％以上となるような大きさに設定されている。
【０１６３】
このような構成の軸部材６１を有するテールパイプ２８にあっても、気柱共鳴発生時の排気ガスのポテンシャルエネルギーを低減させて気柱共鳴の音圧のピークを低減することができるとともに、テールパイプ２８を擬似的に長くして気柱共鳴周波数を管長が長いテールパイプと同等の気柱共鳴周波数に下げることができる。
【０１６４】
さらに、ポテンシャルエネルギーをテールパイプ２８の伸び代分だけテールパイプ２８全体に分散させてテールパイプ２８の内径を擬似的に細くすることができ、気柱共鳴の音圧のピークをさらに低減して気柱共鳴の音圧レベルをさらに低減することができる。
【０１６５】
この結果、第１の実施の形態と同様に排気騒音を低減することができ、従来用いられていたマフラを廃止するとともにマフラ２７を小型化して、排気装置２３の重量を低減することができるとともに、排気装置２３の製造コストを低減することができる。
【０１６６】
また、本実施の形態では、軸部材６１を筒状に形成して軸部材６１の外周部をテールパイプ２８の下流部２８Ｂの内周部に溶接等によって直接固定するようにしたので、軸部材６１をテールパイプ２８の内周部に取付けるためのブラケットを不要にすることができ、テールパイプ２８の製造コストを低減することができるとともに、テールパイプ２８の軽量化を図ることができる。
【０１６７】
なお、本実施の形態では、軸部材６１をテールパイプ２８の下流部２８Ｂに設けているが、これに限らず、軸部材６１のテールパイプ２８の上流部２８Ａに設けてもよく、上流部２８Ａと下流部２８Ｂの両方に設けてもよい。
【０１６８】
（第３の実施の形態）
図１９、図２０は、本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第３の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
【０１６９】
図１９、図２０において、粒子速度上昇手段としての軸部材６５は、テールパイプ２８の軸線方向に沿って延在しており、軸部材６５は、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置する下流端（軸線方向一端）６５ｂから上流端（軸線方向他端）６５ａに向かって断面積が縮小する円錐形状を有している。
【０１７０】
また、軸部材６５は、板状のブラケット６６ａ、６６ｂを介してテールパイプ２８の下流部２８Ｂに取付けられている。なお、ブラケット６６ａ、６６ｂの内周部は、軸部材６５の外径形状に沿ってテーパ状に形成されている。
【０１７１】
本実施の形態のテールパイプ２８は、下流部２８Ｂが中空部材を構成している。この中空部材は、テールパイプ２８と一体成形されたものであり、テールパイプ２８は、１本のパイプから構成されている。
【０１７２】
なお、テールパイプ２８の下流部２８Ｂをテールパイプ２８と別体の中空部材から構成することにより、中空部材からなる下流部２８Ｂと軸部材６５とによって排気管部品を構成し、この排気管部品をテールパイプ２８に後付けするようにしてもよい。
【０１７３】
また、本実施の形態の軸部材６５は、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍの長さ、すなわち、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４の長さに設定されている。
なお、軸部材６５は、気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ以下の長さ、すなわち、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４以下の長さに設定してもよい。
【０１７４】
したがって、軸部材６５が設けられるテールパイプ２８の下流部２８Ｂの排気通路６７ａの単位長さ当たりの体積は、下流部２８Ｂを除いたテールパイプ２８の排気通路６７の単位当たりの体積に対して小さくなっている。
【０１７５】
なお、排気通路６７は、テールパイプ２８によって囲まれる空間の全てであり、排気通路６７の中で軸部材６５の外周部と下流部２８Ｂの内周部とによって囲まれる空間が排気通路６７ａを構成している。
【０１７６】
また、本実施の形態では、軸部材６５の下流端６５ｂが下流開口端２８ｂと同一面上に位置しているため、軸部材６５の下流端６５ｂは、テールパイプ２８内で発生する気柱共鳴の音圧分布の定在波の節に位置している。なお、軸部材６５の下流端６５ｂは、音圧分布の節の位置に対して上流側または下流側に若干ずれていてもよい。
【０１７７】
本実施の形態にあっても、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節において気柱共鳴の粒子速度が最大となることを利用して、テールパイプ２８の下流部２８Ｂに軸部材６５を収納してテールパイプ２８の下流部２８Ｂの単位長さ当たりの体積を絞ることにより、テールパイプ２８の下流部２８Ｂの気柱共鳴の粒子速度を上昇させるようになっている。
【０１７８】
また、軸部材６５の形状は、軸部材６５が取付けられていない状態のテールパイプ２８の排気通路６７の体積に対して、軸部材６１をテールパイプ２８に取付けたときのテールパイプ２８の排気通路６７の体積の減少量が５％以上となるような大きさに設定されている。
【０１７９】
このような構成の軸部材６５を有するテールパイプ２８にあっても、気柱共鳴発生時の排気ガスのポテンシャルエネルギーを低減させて気柱共鳴の音圧のピークを低減することができるとともに、テールパイプ２８を擬似的に長くして気柱共鳴周波数を管長が長いテールパイプと同等の気柱共鳴周波数に下げることができる。
【０１８０】
さらに、ポテンシャルエネルギーをテールパイプ２８の伸び代分だけテールパイプ２８全体に分散させてテールパイプ２８の内径を擬似的に細くすることができ、音圧のピークをさらに低減して気柱共鳴の音圧レベルをさらに低減することができる。
この結果、第１の実施の形態と同様に排気騒音を低減することができ、従来用いられていたサブマフラを廃止するとともにマフラ２７を小型化して、排気装置２３の重量を低減することができるとともに、排気装置２３の製造コストを低減することができる。
【０１８１】
また、本実施の形態では、軸部材６５が、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置する下流端６５ｂから上流端６５ａに向かって断面積が縮小する円錐形状を有しているので、排気通路６７ａの中で粒子速度が最大となる粒子速度分布の腹の位置を最も絞ることができる。このため、運動エネルギーを効率よく増加させることができる。
【０１８２】
また、本実施の形態では、軸部材６５が、下流端６５ｂから上流端６５ａに向かって断面積が縮小する円錐形状を有しているので、テールパイプ２８の下流部２８Ｂにおいて、排気通路６７ａの上流側の断面積を排気通路６７ａの下流側の断面積よりも大きくすることができる。このため、軸部材６５が排気ガスの抵抗になるのを防止して、テールパイプ２８内を流れる排気ガスの背圧が上昇するのを防止することができる。
【０１８３】
（第４の実施の形態）
図２１、図２２は、本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第４の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
【０１８４】
図２１、図２２において、テールパイプ２８の下流部２８Ｃは、拡径されており、この下流部２８Ｃの内部には粒子速度上昇手段としての軸部材７１が収納されている。軸部材７１は、テールパイプ２８の軸線方向に沿って延在しており、軸部材７１は、上流端７１ａから下流端７１ｂに亘って断面積が均一となっている。なお、軸部材７１は、中実の円柱体であってもよく、軸線方向両端が閉止端となるように内部が中空状に形成された筒状体であってもよい。
【０１８５】
また、軸部材７１は、板状のブラケット７２ａ、７２ｂによってテールパイプ２８の下流部２８Ｃに取付けられている。
【０１８６】
また、本実施の形態のテールパイプ２８は、下流部２８Ｃが中空部材を構成している。この中空部材は、テールパイプ２８と一体成形されたものであり、テールパイプ２８は、１本のパイプから構成されている。
【０１８７】
なお、テールパイプ２８の下流部２８Ｃをテールパイプ２８と別体の中空部材から構成することにより、中空部材からなる下流部２８Ｃと軸部材７１とによって排気管部品を構成し、この排気管部品をテールパイプ２８に後付けするようにしてもよい。
【０１８８】
また、本実施の形態の軸部材７１は、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍの長さ、すなわち、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４の長さに設定されている。
なお、軸部材７１は、気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ以下の長さ、すなわち、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４以下の長さに設定してもよい。
【０１８９】
したがって、軸部材７１が設けられるテールパイプ２８の下流部２８Ｃの排気通路７３ａの単位長さ当たりの体積は、下流部２８Ｃを除いたテールパイプ２８の排気通路７３ａの単位当たりの体積に対して小さくなっている。
【０１９０】
なお、排気通路７３は、テールパイプ２８によって囲まれる空間の全てであり、排気通路７３の中で軸部材７１の外周部と他端部２８Ｃの内周部によって囲まれる空間が排気通路７３ａを構成している。
【０１９１】
また、本実施の形態では、軸部材７１の下流端（軸線方向一端）７１ｂが下流部２８Ｃ
の下流開口端２８ｃと同一面上に位置しているため、軸部材７１の下流端７１ｂは、テールパイプ２８内で発生する気柱共鳴の音圧分布の定在波の節に位置している。なお、軸部材７１の下流端７１ｂは、音圧分布の節の位置に対して上流側または下流側に若干ずれていてもよい。
【０１９２】
本実施の形態にあっても、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節において気柱共鳴の粒子速度が最大となることを利用して、テールパイプ２８の下流部２８Ｃに軸部材７１を収納してテールパイプ２８の下流部２８Ｃの単位長さ当たりの体積を絞ることにより、テールパイプ２８の下流部２８Ｃの気柱共鳴の粒子速度を上昇させるようになっている。
【０１９３】
また、軸部材７１の形状は、軸部材７１が取付けられていない状態のテールパイプ２８の排気通路７３の体積に対して、軸部材７１をテールパイプ２８に取付けたときのテールパイプ２８の排気通路７３の体積の減少量が５％以上となるような大きさに設定されている。
【０１９４】
このような構成の軸部材７１を有するテールパイプ２８にあっても、気柱共鳴発生時の排気ガスのポテンシャルエネルギーを低減させて気柱共鳴の音圧のピークを低減することができるとともに、テールパイプ２８を擬似的に長くして気柱共鳴周波数を管長が長いテールパイプと同等の気柱共鳴周波数に下げることができる。
【０１９５】
さらに、ポテンシャルエネルギーをテールパイプ２８の伸び代分だけテールパイプ２８全体に分散させてテールパイプ２８の内径を擬似的に細くすることができ、音圧のピークをさらに低減して気柱共鳴の音圧レベルをさらに低減することができる。
【０１９６】
この結果、第１の実施の形態と同様に排気騒音を低減することができ、従来用いられていたサブマフラを廃止するとともにマフラ２７を小型化して、排気装置２３の重量を低減することができるとともに、排気装置２３の製造コストを低減することができる。
【０１９７】
また、本実施の形態では、テールパイプ２８の下流部２８Ｃを拡径し、軸部材７１をテールパイプ２８に取付けたときのテールパイプ２８の排気通路７３の体積の減少量を、元のテールパイプ２８の排気通路７３の体積の５％以上となるような大きさに設定したので、テールパイプ２８内で排気ガスの背圧が上昇するのを防止することができ、排気ガスの排気性能が低下してしまうのを防止することができる。
【０１９８】
（第５の実施の形態）
図２３、図２４は、本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第５の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
【０１９９】
図２３、図２４において、粒子速度上昇手段としての軸部材７５は、テールパイプ２８の軸線方向に沿って延在しており、軸部材７５の上流端７５ａは、球面または放物面に形成されている。
【０２００】
すなわち、軸部材７５は、排気ガスの排気方向上流側に位置する上流端７５ａの断面積が、排気ガスの排気方向下流側に位置する下流端７５ｂの断面積よりも小さく形成されている。なお、軸部材７５は、中実の円柱体であってもよく、軸線方向両端が閉止端となるように内部が中空状に形成された筒状体であってもよい。
【０２０１】
また、軸部材７５は、板状のブラケット７６ａ、７６ｂによってテールパイプ２８の上流部２８Ａに取付けられている。
【０２０２】
また、本実施の形態のテールパイプ２８は、上流部２８Ａが中空部材を構成している。この中空部材は、テールパイプ２８と一体成形されたものであり、テールパイプ２８は、１本のパイプから構成されている。
【０２０３】
なお、テールパイプ２８の上流部２８Ａをテールパイプ２８と別体の中空部材から構成することにより、中空部材からなる上流部２８Ａと軸部材７５とによって排気管部品を構成し、この排気管部品をテールパイプ２８に後付けするようにしてもよい。
【０２０４】
また、本実施の形態の軸部材７５は、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍの長さ、すなわち、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４の長さに設定されている。
なお、軸部材７５は、気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ以下の長さ、すなわち、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４以下の長さに設定してもよい。
【０２０５】
したがって、軸部材７５が設けられるテールパイプ２８の上流部２８Ａの排気通路７７ａの単位長さ当たりの体積は、上流部２８Ａを除いたテールパイプ２８の排気通路７７の単位当たりの体積に対して小さくなっている。
【０２０６】
なお、排気通路７７は、テールパイプ２８によって囲まれる空間の全てであり、排気通路７７の中で軸部材７５の外周部と上流部２８Ａの内周部とによって囲まれる空間が排気通路７７ａを構成している。
【０２０７】
また、本実施の形態では、軸部材７５の上流端７５ａが上流開口端２８ａと同一面上に位置しているため、軸部材７５の上流端７５ａは、テールパイプ２８内で発生する気柱共鳴の音圧分布の定在波の節に位置している。なお、軸部材７５の上流端７５ａは、音圧分布の節の位置に対して上流側または下流側に若干ずれていてもよい。
【０２０８】
本実施の形態にあっても、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節において気柱共鳴の粒子速度が最大となることを利用して、テールパイプ２８の上流部２８Ａに軸部材７５を収納してテールパイプ２８の上流部２８Ａの単位長さ当たりの体積を絞ることにより、テールパイプ２８の上流部２８Ａの気柱共鳴の粒子速度を上昇させるようになっている。
【０２０９】
また、軸部材７５の形状は、軸部材７５が取付けられていない状態のテールパイプ２８の排気通路７７の体積に対して、軸部材７５をテールパイプ２８に取付けたときのテールパイプ２８の排気通路７７の体積の減少量が５％以上となるような大きさに設定されている。
【０２１０】
このような構成の軸部材７５を有するテールパイプ２８にあっても、気柱共鳴発生時の排気ガスのポテンシャルエネルギーを低減させて気柱共鳴の音圧のピークを低減することができるとともに、テールパイプ２８を擬似的に長くして気柱共鳴周波数を管長が長いテールパイプと同等の気柱共鳴周波数に下げることができる。
【０２１１】
さらに、ポテンシャルエネルギーをテールパイプ２８の伸び代分だけテールパイプ２８全体に分散させてテールパイプ２８の内径を擬似的に細くすることができ、音圧のピークをさらに低減して気柱共鳴の音圧レベルをさらに低減することができる。
【０２１２】
この結果、第１の実施の形態と同様に排気騒音を低減することができ、従来用いられていたサブマフラを廃止するとともにマフラ２７を小型化して、排気装置２３の重量を低減することができるとともに、排気装置２３の製造コストを低減することができる。
【０２１３】
また、本実施の形態では、軸部材７５の上流端７５ａを球面または放物面に形成しているため、軸部材７５の上流端７５ａに衝突した排気ガスを球面または放物面に沿って排気通路７７ａに案内することができ、排気通路７７ａで排気ガスの乱流が発生するのを防止することができる。
【０２１４】
なお、上記各実施の形態では、軸部材４３、４６、６１、６５、７１、７５をテールパイプ２８の少なくとも上流部２８Ａと下流部２８Ｂの何れか一方に設けるようにしているが、軸部材を気柱共鳴の二次成分ｆ２の音圧分布の節に軸部材を追加してもよい。この場合、追加された軸部材の長さは、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ以下の長さに設定する。すなわち、二次成分ｆ２の波長λ２は、λ２＝Ｌであるため、軸部材の長さをテールパイプ２８の管長Ｌの１／８以下の長さに設定し、軸部材の上流端または下流端が音圧分布の節に位置するようにすればよい。
【０２１５】
（第６の実施の形態）
図２５は、本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置の第６の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一番号を付して説明を省略する。
図２５において、テールパイプ８１は、上流部８１Ａにエンジン２１から排出された排気ガスの排気方向上流側のマフラ２７に接続される上流開口端８１ａを有するとともに、下流部８１Ｂに排気ガスを大気に排出するための下流開口端８１ｂを有している。
【０２１６】
テールパイプ８１の下流部８１Ｂは、テーパ部８２および下流部８１Ｂを除いたテールパイプ２８の内径よりも小さい内径を有してテールパイプ２８の軸線方向に沿って延在する縮径部８３から構成されており、縮径部８３の内部の排気通路８４ａは、排気通路８４ａを除いたテールパイプ８１の排気通路８４に対して、単位長さ当たりの体積が小さくなっている。
【０２１７】
なお、排気通路８４は、テールパイプ２８によって囲まれる空間の全てであり、排気通路８４の中で縮径部８３によって囲まれる空間が排気通路８４ａを構成している。
【０２１８】
また、縮径部８３は、テールパイプ２８が軸線方向に沿って同一の内径である場合のテールパイプ２８の排気通路全体の体積に対して、テールパイプ２８の排気通路８４全体の体積減少量が５％以上となるように縮径されている。
【０２１９】
また、縮径部８３は、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍの長さ、すなわち、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４の長さに亘って縮径されており、縮径方向一端部である下流開口端８１ｂがテールパイプ２８内で生じる気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置している。
【０２２０】
したがって、縮径部８３の排気通路８４ａの単位長さ当たりの体積は、縮径部８３を除いたテールパイプ２８の排気通路８４の単位当たりの体積に対して小さくなっている。
【０２２１】
本実施の形態では、縮径部８３が粒子速度上昇手段を構成しており、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節において気柱共鳴の粒子速度が最大となることを利用して、縮径部８３がテールパイプ８１の下流部８１Ｂの単位長さ当たりの体積を絞ることにより、テールパイプ８１の下流部８１Ｂの気柱共鳴の粒子速度を上昇させるようになっている。
【０２２２】
また、本実施の形態のテールパイプ８１は、下流部８１Ｂが中空部材を構成している。この中空部材は、テールパイプ８１に一体成形されたものであり、テールパイプ８１は、１本のパイプから構成されている。
なお、テールパイプ８１の下流部８１Ｂをテールパイプ２８と別体の中空部材からなる排気管部品から構成し、排気管部品をテールパイプ８１に後付けするようにしてもよい。
【０２２３】
このような構成の縮径部８３を有するテールパイプ８１にあっても、気柱共鳴発生時の排気ガスのポテンシャルエネルギーを低減させて気柱共鳴の音圧のピークを低減することができるとともに、テールパイプ８１を擬似的に長くして気柱共鳴周波数を管長が長いテールハイプと同等の気柱共鳴周波数に下げることができる。
【０２２４】
さらに、ポテンシャルエネルギーをテールパイプ８１の伸び代分だけテールパイプ２８全体に分散させてテールパイプ８１の内径を擬似的に細くすることができ、気柱共鳴の音圧のピークをさらに低減して気柱共鳴の音圧レベルをさらに低減することができる。
【０２２５】
この結果、第１の実施の形態と同様に排気騒音を低減することができ、従来用いられていたサブマフラを廃止するとともにマフラ２７を小型化して、排気装置２３の重量を低減することができるとともに、排気装置２３の製造コストを低減することができる。
【０２２６】
また、本実施の形態では、テールパイプ８１の下流部８１Ｂに縮径部８３を設けることにより、テールパイプ８１の下流部８１Ｂに絞り加工を施すだけで排気騒音を低減することができるため、テールパイプ８１の製造を容易に行うことができるとともに、テールパイプ８１の製造コストを低減することができる。
【０２２７】
なお、本実施の形態では、縮径部８３をテールパイプ８１の下流部８１Ｂに設けているが、縮径部８３をテールパイプ８１の上流部８１Ａに設けてもよく、上流部８１Ａと下流部８１Ｂの両方に設けてもよい。
【０２２８】
また、本実施の形態では、縮径部８３をテールパイプ２８の少なくとも上流部２８Ａと下流部２８Ｂの何れか一方に形成しているが、気柱共鳴の二次成分ｆ２の音圧分布の節の領域のテールパイプ２８の部分を縮径してもよい。
【０２２９】
この場合には、縮径部の長さは、テールパイプ２８内に生じる気柱共鳴の定在波の波長λに対して１／８・λｍ以下の長さに設定する。すなわち、軸部材の長さをテールパイプ２８の管長Ｌの１／８以下の長さに設定し、縮径部の上流端または下流端が音圧分布の節に位置するようにすればよい。
【０２３０】
また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【０２３１】
以上のように、本発明に係る排気管部品および内燃機関の排気装置は、従来用いられていたマフラを廃止するとともに排気管の一端部に設けられた消音器を小型化して排気騒音を低減することができ、排気装置の重量を低減することができるとともに、排気装置の製造コストを低減することができるという効果を有し、排気ガスの排気方向の最下流に設けられた排気管の気柱共鳴による排気騒音を低減するようにした排気管部品および内燃機関の排気装置等として有用である。
【符号の説明】
【０２３２】
２１  エンジン（内燃機関）
２３  排気装置
２７  マフラ（消音器）
２８  テールパイプ（排気管）
２８Ａ  上流部（一端部）
２８Ｂ  下流部（他端部、中空部材）
２８ａ  上流開口端
２８ｂ  下流開口端
４１  排気管部品
４２  中空部材
４２ａ  上流開口端（軸線方向一端）
４３、４６  軸部材（粒子速度上昇手段）
４５、４５ａ  排気通路
６１  軸部材（粒子速度上昇手段）
６１ｂ  下流端（軸線方向一端）
６２、６２ａ  排気通路
６５  軸部材（粒子速度上昇手段）
６５ａ  上流端（軸線方向他端）
６５ｂ  下流端（軸線方向一端）
６７、６７ａ  排気通路
７１  軸部材（粒子速度上昇手段）
７１ｂ  下流端（軸線方向一端）
７３、７３ａ  排気通路
７５  軸部材（粒子速度上昇手段）
７７、７７ａ  排気通路
８１  テールパイプ
８１Ａ  上流部
８１Ｂ  下流部（中空部材）
８１ｂ  下流開口端（縮径方向一端部）
８３  縮径部（粒子速度上昇手段）
８４、８４ａ  排気通路
【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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