(57)【要約】【課題】複雑な制御が不要で簡素な構成の開閉弁を設けることにより、テールパイプ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できるようにして、重量を低減することができるとともに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】排気流のみを受けてテールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積を可変するように軸部材４２を中心に揺動するシャッター部材４１を設け、排気流の流量が所定流量未満の場合に、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シャッター部材４１を位置させて下流開口端２８ｂの通路断面積を絞り、排気流の流量が所定流量以上の場合に、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となる位置からシャッター部材４１を所定角度揺動させて下流開口端２８ｂの通路断面積をシャッター部材４１が閉塞位置にあるときよりも大きくする。【選択図】図４
2011047340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に対して排気流の排気方向下流側に設けられ、一端部に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し、他端部に大気に排気ガスを排出するための下流開口端を有するテールパイプを備えた内燃機関の排気装置であって、
前記テールパイプの延在方向中心軸線に対して直交するとともに、前記延在方向中心軸に対して外周側に離隔して前記テールパイプに取付けられた揺動部を有し、前記テールパイプ内を流れる排気流のみを受けることにより、前記テールパイプ内の通路断面積を可変するように前記揺動部を中心に揺動する弁体を設け、
前記弁体は、前記排気流の流量が所定流量未満の場合に、前記テールパイプ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前記テールパイプの通路断面積を所定の通路断面積に絞り、
前記排気流の流量が所定流量以上の場合に、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となる位置から所定角度揺動して前記テールパイプの通路断面積を前記所定の通路断面積よりも大きくすることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記所定の通路断面積は、前記テールパイプの通路断面積に対して約１／３の大きさに設定され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】
前記弁体に錘を設け、前記弁体の共振周波数を前記テールパイプの気柱共鳴周波数に設定した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。
【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、排気ガスの排気方向の最下流に設けられたテールパイプの気柱共鳴による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】
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３９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３９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】
図４０に示すように、メインマフラ７は、センターパイプ６の小孔６ａから排気ガスが拡張されて導入される拡張室７ａと、センターパイプ６の下流開口端６ｂが挿通される共鳴室７ｂとを備えており、センターパイプ６の下流開口端６ｂから共鳴室７ｂ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。
【０００５】
ここで、共鳴室７ｂに突出する部分のセンターパイプ６の突出部分の長さをＬ１、センターパイプ６の断面積をＳ、共鳴室７ｂの容積をＶ、空気中の音速をＣとするとき、空気中の共鳴周波数ｆｎはヘルムホルツ共鳴に基づいて下記の式（１）により求められる。
【数１】
2011047340.tif 000003
上記の式（１）から明らかなように、共鳴室７ｂの容積Ｖを大きくしたり、センターパイプ６の突出部分の長さＬ１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７ｂの容積Ｖを小さくしたり、センターパイプ６の突出部分の長さＬ１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。
【０００６】
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することによって音圧が増大するのを抑制するようになっている。
【０００７】
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。
【０００８】
例えば、図３９において、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４１（ａ）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、図４１（ｂ）に示すように、二次成分の気柱共鳴の波長λ２は、管長Ｌの略１倍となる。また、図４１（ｃ）に示すように、三次成分の気柱共鳴の波長λ３は、管長Ｌの２／３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が音圧の節となるような定在波ができる。
【０００９】
また、テールパイプ８の気柱共鳴周波数ｆｃは、下記の式（２）で表される。
【００１０】
ｆｃ＝（ｃ／２Ｌ）・ｎ............（２）
但し、ｃ：音速、Ｌ：テールパイプの管長  ｎ：次数
上記の式（２）から明らかなように、音速ｃを４００ｍ／ｓとすると、テールパイプ８の管長Ｌが長い程、気柱共鳴周波数ｆｃが低周波数側に移行して、エンジン１の低回転時に排気音が増大して騒音が悪化してしまう。
【００１１】
例えば、テールパイプ８の管長Ｌ＝１．２ｍの場合、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１ ＝１６６．７Ｈｚ、二次成分ｆ２＝３３４．４Ｈｚとなり、テールパイプ８の管長が短い場合には、気柱共鳴周波数ｆｃは、高周波数側に移行する。
【００１２】
また、テールパイプ８の管長Ｌ＝３．０ｍの場合、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１ ＝６６．７Ｈｚ、二次成分ｆ２ ＝１３４．４Ｈｚとなり、テールパイプ８の管長が長い場合には、気柱共鳴周波数ｆｃは、低周波数側に移行する。
【００１３】
また、エンジン１の排気脈動の周波数ｆｅは、下記の式（３）に示される。
【００１４】
ｆｅ＝（Ｎｅ／６０）・（Ｎ／２）.........（３）
但し、Ｎｅ：エンジン回転数、Ｎ：気筒数
また、図４２に示すように、エンジン１の回転数Ｎｅ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。
【００１５】
例えば、４気筒エンジンの場合には、Ｎ＝４であるため、テールパイプ８の管長Ｌ＝３．０ｍの場合には、気柱共鳴が６７Ｈｚのときにエンジン回転数が２０００ｒｐｍになると、一次成分ｆ１の気柱共鳴が発生し、気柱共鳴が１３４Ｈｚのときにエンジン回転数が４０００ｒｐｍになると、二次成分ｆ２の気柱共鳴が発生する。
【００１６】
したがって、エンジン１の排気脈動の周波数が１００Ｈｚ以下で気柱共鳴が発生する管長が長いテールパイプ８を用いる場合には、エンジン１の回転数が２０００ｒｐｍ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ことになる。
【００１７】
このため、テールパイプ８の管長が長い場合には、図４１に示す音圧が高い定在波の腹ａ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ａ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、気柱共鳴の発生を防止するようにしている。
【００１８】
具体的には、サブマフラ９が設けられていない状態のテールパイプ８の管長Ｌが３．０ｍの場合には、上述したようにエンジン１の排気脈動の周波数が１００Ｈｚ以下（エンジン回転数が３０００ｒｐｍ以下）で気柱共鳴が発生するのに対して、図３９に示すように、テールパイプ８にサブマフラ９を介装してサブマフラ９から後方に延在するテールパイプ８の管長が１．０ｍとなると、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１ ＝２００Ｈｚでエンジン回転数が６０００ｒｐｍとなり、気柱共鳴周波数ｆｃを高周波数側に移行させることができる。
【００１９】
このため、テールパイプ８にサブマフラ９を設けることで、エンジン１の回転数が２０００ｒｐｍの低回転数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。
【００２０】
一方、排気装置４の製造コストや重量を低減するために、サブマフラ９を廃止することが考えられるが、サブマフラ９を廃止すると、テールパイプ８の管長が長くなって、テールパイプ８の気柱共鳴周波数が低周波側に移行してしまう。
【００２１】
この場合には、テールパイプ８の上流開口端８ａに接続されるメインマフラ７の共鳴室７ｂの共鳴周波数をテールパイプ８の気柱共鳴周波数に合わせることによって、メインマフラ７の共鳴室７ｂ内においてテールパイプ８の気柱共鳴を消音することが考えられる。
【００２２】
すなわち、式（１）に基づいて、共鳴室７ｂの容積Ｖを大きくしたり、センターパイプ６の突出部分の長さＬ１を長くして共鳴室７ｂの共鳴周波数を低周波数側にチューニングすることで、テールパイプ８内で発生する気柱共鳴を共鳴室７ｂで予め消音することが考えられる。
【００２３】
ところが、車両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に排気されるガス量が急激に低減された排気流のみとなり、共鳴室７ｂに導入される空気圧が小さくなる。
【００２４】
このため、共鳴室７ｂにおいてヘルムホルツ共鳴を行うのに充分な空気量を得ることができず、テールパイプ８の気柱共鳴を抑制することが困難となってしまう。特に、車両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一次成分ｆ１）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ことになる。
【００２５】
このような不具合を解消するものとしては、図４３〜図４５に示すような排気装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
図４３〜図４５において、気柱共鳴の定在波の音圧の節となるテールパイプ８の下流開口端８ｂには消音バルブ１０が設けられており、この消音バルブ１０は、テールパイプ８の下流開口端８ｂに取付けられたバルブケース１１およびバタフライバルブ型の弁体１２からなり、弁体１２の中央部にはテールパイプ８の通路断面積を絞るためのオリフィス１３が形成されている。
【００２６】
また、弁体１２には駆動軸１４が設けられており、この駆動軸１４は、テールパイプ８の延在方向の中心軸線と直交する方向に延在して設けられている。この駆動軸１４は、ドラム１５およびワイヤ１６を介して電磁アクチュエータ１７に接続されており、電磁アクチュエータ１７は、コントロールユニット１９によってオン・オフ制御されるようになっている。
【００２７】
コントロールユニット１９は、図示しないスロットル弁の開度を検出するスロットルセンサ１８の検出信号に基づいて電磁アクチュエータ１７をオン・オフ制御するための指令信号を電磁アクチュエータ１７に出力するようになっている。
【００２８】
具体的には、コントロールユニット１９は、通常は、電磁アクチュエータ１７にオフ信号を出力して電磁アクチュエータ１７によって弁体１２を開状態に保つようになっている。また、コントロールユニット１９は、車両の減速時にスロットルセンサ１８からの検出情報に基づいて電磁アクチュエータ１７にオン信号を出力して電磁アクチュエータ１７によって弁体１２を閉動作させるようになっている。
【００２９】
このため、車両の定常走行時や加速時には消音バルブ１０が排気ガスの排気を妨げるのを防止することができる。また、車両の減速時には排気ガスがオリフィス１３のみを通過するため、排気ガスの粒子速度が最大となる気柱共鳴の定在波の音圧の節において粒子の運動に抵抗を与えて、テールパイプ８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できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３０】
【特許文献１】特開２００６−４６１２１号公報
【特許文献２】特開平３−３９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
このような従来のエンジン１の排気装置にあっては、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７ｂによって低減した場合に、共鳴室７ｂ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。
【００３２】
また、特許文献２に示すものは、車両の減速時にテールパイプ８の気柱共鳴による音圧の増大を抑制することができるが、コントロールユニット１９および電磁アクチュエータ１７によって消音バルブ１０を開閉制御する必要があるため、排気装置の構造や制御が複雑になってしまい、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。
【００３３】
この結果、テールパイプ８にサブマフラ９を設け、テールパイプ８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望ましいが、この場合には、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という問題が発生してしまった。
【００３４】
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、複雑な制御が不要で簡素な構成の開閉弁を設けることにより、テールパイプ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できるようにして、重量を低減することができるとともに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目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
本発明に係る内燃機関の排気装置は、上記目的を達成するため、（１）内燃機関に対して排気流の排気方向下流側に設けられ、一端部に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し、他端部に大気に排気ガスを排出するための下流開口端を有するテールパイプを備えた内燃機関の排気装置であって、前記テールパイプの延在方向中心軸線に対して直交するとともに、前記延在方向中心軸に対して外周側に離隔して前記テールパイプに取付けられた揺動部を有し、前記テールパイプ内を流れる排気流のみを受けることにより、前記テールパイプ内の通路断面積を可変するように前記揺動部を中心に揺動する弁体を設け、前記弁体は、前記排気流の流量が所定流量未満の場合に、前記テールパイプ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前記テールパイプの通路断面積を所定の通路断面積に絞り、前記排気流の流量が所定流量以上の場合に、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となる位置から所定角度揺動して前記テールパイプの通路断面積を前記所定の通路断面積よりも大きくするものから構成されている。
【００３６】
このように排気装置は、排気流のみを受けてテールパイプ内の通路断面積を可変するように揺動部を中心に揺動する弁体を設け、弁体は、排気流の流量が所定流量未満の場合に、テールパイプ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テールパイプの通路断面積を所定の通路断面積に絞り、排気流の流量が所定流量以上の場合に、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となる位置から所定角度揺動してテールパイプの通路断面積を所定の通路断面積よりも大きくするので、例えば、弁体をテールパイプの開口端に設けた場合には、排気流量が少ない内燃機関の低回転時や中回転時に弁体によって開口端の通路断面積を絞ることにより、テールパイプの開口端の開口率を下げることができる。
【００３７】
このようにテールパイプの開口端の開口率を下げるようにすれば、内燃機関の運転時の排気脈動による入射波がテールパイプ内に入射してこの入射波の周波数とテールパイプの気柱共鳴周波数とが一致したときに、通路断面積が絞られた開口端の開口部から反射される反射波を、入射波に対して同位相で開口部から反射される反射波（開口端反射）と、入射波に対して１８０°位相が異なる弁体から反射される反射波（閉口端反射）とに分配することができる。
【００３８】
このため、開口端反射による反射波と閉口端反射による反射とが互いに干渉することで、テールパイプ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できる。
【００３９】
また、内燃機関の排気流量が増大する内燃機関の高回転時には、排気ガスの圧力により弁体を解放することができるため、排気ガスの背圧が増大するのを防止することができ、排気性能が低下するのを防止することができる。
【００４０】
また、内燃機関の高回転時にアクセルペダルを解放して車両を減速した場合には、内燃機関の排気ガスの排気量が急激に低下して内燃機関の排気流量が少なくなるが、この場合には、弁体を気柱共鳴の音圧分布の節となる位置に位置させて開口端の通路断面積を絞ることにより、開口端の開口率を下げることができる。このため、開口端から反射される反射波を開口端反射と閉口端反射の２つの反射波を発生させることができ、テールパイプ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できる。
【００４１】
このようにテールパイプに、排気流量のみによってテールパイプの通路断面積を可変させる弁体を設けることにより、テールパイプ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できるため、特に、内燃機関の低回転時に室内にこもり音が発生するのを防止することができる。
【００４２】
したがって、従来のようにコントロールユニットおよび電磁アクチュエータによって弁体を制御したり、消音器（従来のメインマフラに相当）を大型化したり、テールパイプにサブマフラを介装するのを不要にできるため、排気装置の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置の製造コストが増大するのを防止することができる。
【００４３】
上記（１）に記載の内燃機関の排気装置において、（２）前記所定の通路断面積は、前記テールパイプの通路断面積に対して約１／３の大きさに設定されるものから構成されている。
【００４４】
このように排気装置は、テールパイプの通路断面積に対して、弁体がテールパイプの通路断面積を絞ったときの通路断面積が約１／３の大きさに設定されるので、テールパイプの開口率を３３％にすることで、内燃機関の運転時の排気脈動による入射波がテールパイプ内に入射してこの入射波の周波数とテールパイプの気柱共鳴周波数とが一致したときに、通路断面積が絞られた開口端の開口部から反射される反射波を、入射波に対して同位相で開口部から反射される反射波（開口端反射）と、入射波に対して１８０°位相が異なり、開口から反射される反射波と同等の大きさで弁体から反射される反射波（閉口端反射）とに分配することができる。
【００４５】
このため、入射波に対して同位相の開口端反射による反射波と逆位相の閉口端反射による反射とを打ち消し合うことができ、テールパイプの気柱共鳴によって音圧が増大してしまうのをより一層抑制することができる。
【００４６】
上記（１）に記載の内燃機関の排気装置において、（３）前記弁体に錘を設け、前記弁体の共振周波数を前記テールパイプの気柱共鳴周波数に設定したものから構成されている。
このように排気装置の弁体に錘を設け、前記弁体の共振周波数を前記テールパイプの気柱共鳴周波数に設定したので、弁体の共振周波数を内燃機関の低回転時の気柱共鳴周波数の一次成分に設定すれば、テールパイプの管長を半波長とした一次成分の気柱共鳴が発生した場合に、弁体を解放状態と閉塞状態との間で繰り返し振動させることができ、テールパイプの管長に対して入射される半波長の入射波を一次成分の気柱共鳴周波数の半波長に対してずらすことができる。
【００４７】
このため、例えば、テールパイプの開口端の反射波によってテールパイプ内で気柱共鳴が成長されてしまうのを抑制することができる。このため、テールパイプに発生する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できる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、複雑な制御が不要で簡素な構成の開閉弁を設けることにより、テールパイプ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できるようにして、重量を低減することができるとともに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】
【００４９】
【図１】本発明に係る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、内燃機関の排気系の構成図である。
【図２】本発明に係る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の実施の形態を示す図であり、図２のテールパイプとセンター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４】本発明に係る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、テールパイプの下流開口端の斜視図である。
【図５】本発明に係る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、テールパイプの下流開口端の正面図である。
【図６】本発明に係る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、図５のＡ−Ａ方向矢視断面図である。
【図７】本発明に係る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、シャッター部材が解放位置にあるときの図５のＡ−Ａ方向矢視断面図である。
【図８】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、シャッター部材が閉塞位置にあるときの排気ガスの流れを示す図である。
【図９】本発明に係る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、（ａ）〜（ｃ）は、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１０】本発明に係る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、（ａ）〜（ｃ）は、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１１】本発明に係る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１２】本発明に係る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、上流開口端で入射波Ｇが反射波Ｒ１、Ｒ２に分配される状態を説明する図である。
【図１３】本発明に係る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、（ａ）〜（ｃ）は、テールパイプ内に発生する閉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１４】本発明に係る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、（ａ）〜（ｃ）は、テールパイプ内に発生する閉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１５】本発明に係る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、シャッター部材が解放位置にあるときの排気ガスの流れを示す図である。
【図１６】本発明に係る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、構成の一部が異なるテールパイプが連結されたマフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図１７】本発明に係る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、構成の一部が異なるテールパイプが連結されたマフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図１８】本発明に係る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、形状の一部が異なるテールパイプの上流開口端の正面図である。
【図１９】本発明に係る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、図１８のＢ−Ｂ方向矢視断面図である。
【図２０】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、シャッター部材が解放位置にあるときの形状の一部が異なるテールパイプの上流開口端の正面図である。
【図２１】本発明に係る内燃機関の排気装置の第２の実施の形態を示す図であり、テールパイプの下流開口端の正面図である。
【図２２】本発明に係る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、図２１のＣ−Ｃ方向矢視断面図である。
【図２３】本発明に係る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、シャッター部材が解放位置にあるときのテールパイプの下流開口端の正面図である。
【図２４】本発明に係る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、構成の一部が異なるテールパイプが連結されたマフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図２５】本発明に係る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、構成の一部が異なるテールパイプが連結されたマフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図２６】本発明に係る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、形状の一部が異なるテールパイプの上流開口端の正面図である。
【図２７】本発明に係る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、図２６のＤ−Ｄ方向矢視断面図である。
【図２８】本発明に係る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、シャッター部材が解放位置にあるときの形状の一部が異なるテールパイプの上流開口端の正面図である。
【図２９】本発明に係る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、テールパイプの上流開口端の正面図である。
【図３０】本発明に係る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、図２９のＥ−Ｅ方向矢視断面図である。
【図３１】本発明に係る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、一次成分の気柱共鳴によってシャッター部材が振動している状態を示す図である。
【図３２】本発明に係る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、構成の一部が異なるテールパイプが連結されたマフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図３３】本発明に係る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、テールパイプの上流開口端の正面図である。
【図３４】本発明に係る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、テールパイプの下流開口端の正面図である。
【図３５】本発明に係る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、図３４のＦ−Ｆ方向矢視断面図である。
【図３６】本発明に係る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、一次成分の気柱共鳴によって板バネが振動している状態を示す図である。
【図３７】本発明に係る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、構成の一部が異なるテールパイプが連結されたマフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図３８】本発明に係る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、テールパイプの上流開口端の正面図である。
【図３９】従来の内燃機関の排気系の構成図である。
【図４０】両端が開口端となる従来のテールパイプが連結されたマフラの縦断面図である。
【図４１】（ａ）〜（ｃ）は、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４２】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。
【図４３】従来の内燃機関の他の構成の排気系の構成図である。
【図４４】従来の消音バルブの斜視図である。
【図４５】図４４のＧ方向矢視図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、本発明に係る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２０は、本発明に係る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。
【００５１】
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。
【００５２】
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〜２２ｄと、排気枝管２２ａ〜２２ｄの下流側を集合させる排気集合管２２ｅ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〜２２ｄを介して排気集合管２２ｅに導入されるようになっている。
【００５３】
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。
【００５４】
なお、上流側とは排気ガスの排気方向上流側を示し、下流側とは排気ガスの排気方向下流側を示す。
【００５５】
触媒コンバータ２４の上流端は、排気集合管２２ｅ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、自在継手２９を介してフロントパイプ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。
【００５６】
自在継手２９は、ボールジョイント等の球面継手から構成されており、触媒コンバータ２４とフロントパイプ２５との相対変位を許容するようになっている。また、フロントパイプ２５の下流端には自在継手３０を介してセンターパイプ２６の上流端が接続されている。自在継手３０は、ボールジョイント等の球面継手から構成されており、フロントパイプ２５とセンターパイプ２６との相対変位を許容するようになっている。
【００５７】
センターパイプ２６の下流側は、マフラ２７に接続されており、このマフラ２７は、排気音の消音を行うようになっている。
【００５８】
図２、図３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とを備えており、アウタシェル３１およびエンドプレート３２、３３を含んで消音器本体が構成されている。
【００５９】
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とに区画されている。また、図３に示すように、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の延在方向（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。
【００６４】
すなわち、共鳴室３６に突出するインレットパイプ部２６Ａの突出部分の長さをＬ１、インレットパイプ部２６Ａの断面積をＳ、共鳴室３６の容積をＶ、空気中の音速をＣとするとき、空気中の共鳴周波数ｆｎはヘルムホルツ共鳴に基づいて下記の式（４）により求められる。
【数２】
2011047340.tif 000004
上記の式（４）から明らかなように、共鳴室３６の容積Ｖを小さくしたり、インレットパイプ部２６Ａの突出部分の長さＬ１を短く、かつ、インレットパイプ部２６Ａの断面積Ｓを大きくすることにより、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、共鳴室３６の容積Ｖを大きくしたり、インレットパイプ部２６Ａの長さＬを長く、かつ、インレットパイプ部２６Ａの断面積Ｓを小さくすることにより、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。
【００６５】
図３に示すように、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の上流側が挿通されている（以下、このテールパイプ２８の上流側をアウトレットパイプ部２８Ａという）。
【００６６】
テールパイプ２８のアウトレットパイプ部２８Ａの一端部には上流開口端２８ａが設けられており、アウトレットパイプ部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。
【００６７】
また、テールパイプ２８の他端部には下流開口端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。
【００６８】
図４〜図７に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂには弁体としての円状のシャッター部材４１が設けられており、このシャッター部材４１の上部には揺動部としての軸部材４２が挿通される挿通孔４１ａが形成されている。この軸部材４２は、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交するとともに、テールパイプ２８の延在方向中心軸に対して外周側に離隔してテールパイプ２８に取付けられている。
【００６９】
また、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの外周上部には一対の突出片４３が形成されており、この突出片４３にはそれぞれ軸部材４２が挿通される挿通孔４３ａが形成されている。
【００７０】
また、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの上部には挿通孔２８ｃが形成されており、この挿通孔２８ｃには軸部材４２が挿通されるようになっている。
【００７１】
また、軸部材４２の両端部にはそれぞれスナップリング４４が取付けられるようになっており、このスナップリング４４によって軸部材４２が突出片４３に係止され、軸部材４２が挿通孔４１ａ、２８ｃ、４３ａから抜け出ることが防止される。
【００７２】
したがって、シャッター部材４１は、図６に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積を所定の通路断面積に絞る位置（以下、この位置を閉塞位置という）と、図７に示すようにテールパイプ２８の下流開口端２８ｂを解放する解放位置との間で軸部材４２に対して揺動することにより、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積を可変するようになっている。
【００７３】
また、シャッター部材４１は、テールパイプ２８内を流通する排気ガスのみを受けて軸部材４２を中心に閉塞位置と解放位置との間で揺動するようになっており、排気ガスの流量が所定流量以上、例えば、７０ｇ／ｓ以上（エンジン２１の回転数が５５００ｒｐｍ以上）になったときに排気ガスの圧力で閉塞位置から所定角度（例えば、９０°）揺動して下流開口端２８ｂを解放し、排気ガスの流量が所定流量未満（７０ｇ／ｓ未満）になったときに、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置して下流開口端２８ｂを閉塞するようになっている。このため、シャッター部材４１の材料や重量等は、排気ガスの排気流量に応じた開閉状態となるように設計されている。
【００７４】
また、シャッター部材４１の下面には直線状の切欠き部４１ｂが形成されており、シャッター部材４１が閉塞状態にあるときに、下流開口端２８ｂの内周部と切欠き部４１ｂとの間には一定の開口面積の開口部４５が画成されるようになっている。すなわち、この開口部４５は、シャッター部材４１が閉塞位置にあるときにテールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積に相当するものであり、シャッター部材４１が閉塞位置にあるときには、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積が絞られることになる。
【００７５】
また、シャッター部材４１の下流開口端２８ｂを閉塞した状態の開口部４５の開口面積（通路断面積）Ｓ１は、下流開口端２８ｂの開口面積（通路断面積）Ｓ２の１／３、すなわち、Ｓ１＝（１／３）・Ｓ２に設定されており、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの開口率は、３３％程度と小さくなっている。本実施の形態では、この開口部４５の開口面積が所定の通路断面積に相当する。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
拡張室３５に導入された排気ガスは、アウトレットパイプ部２８Ａの上流開口端２８ａを通してテールパイプ２８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。
【００７９】
また、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂには下流開口端２８ｂを開閉するシャッター部材４１が設けられており、このシャッター部材４１の切欠き部４１ｂと下流開口端２８ｂの内周部との間には一定の開口面積の開口部４５が画成されているため、排気ガスの排気量が少ない低回転域と中回転域では、図８に示すように、シャッター部材４１が閉じた状態となり、テールパイプ２８に導入される排気ガス（矢印で示す）は、開口部４５から大気に排出される。
【００８０】
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。
【００８１】
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の開口部４５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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
そして、下流開口端２８ｂの開口部４５に向かう入射波と下流開口端２８ｂの開口部４５と逆向きの反射とが干渉することで、テールパイプ２８の上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂの開口部４５の粒子速度が最大となるような定在波ができる。
【００８５】
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し、騒音となってしまう。
【００８６】
具体的には、図９（ａ）に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、図９（ｂ）に示すように、二次成分の気柱共鳴の波長λ２は、管長Ｌの略１倍となる。また、図９（ｃ）に示すように、三次成分の気柱共鳴の波長λ３は、管長Ｌの２／３倍となり、図９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る。図９から明らかなように、本実施の形態のシャッター部材４１は、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂに設けられているため、気柱共鳴の定在波の粒子速度分布の腹に位置している。
【００８７】
また、一次成分〜三次成分の気柱共鳴の定在波の音圧分布は、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すように、粒子速度分布の腹と節とがそれぞれ逆になり、テールパイプ２８の上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂが音圧の節となる。図１０から明らかなように、本実施の形態のシャッター部材４１は、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂに設けられているため、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置している。
【００８８】
さらに、図１１に示すように、排気音の音圧レベル（ｄＢ）は、エンジン回転数（ｒｐｍ）が増大するのに伴って一次成分ｆ１、二次成分ｆ２の共鳴周波数に対応するエンジン回転数で増大する。
【００８９】
ここで、音速をｃ、テールパイプ２８の長さをＬ、次数をｎとしたときのテールパイプ２８の気柱共鳴周波数ｆｃは、
ｆｃ＝（ｃ／２Ｌ）・ｎ............（５）
で表され、
エンジン回転数をＮｅ、気筒数をＮとしたときのエンジンの排気脈動の周波数ｆｅは、
ｆｅ＝（Ｎｅ／６０）・（Ｎ／２）.........（６）
で表される。
【００９０】
上記の式（５）、（６）に基づいて、音速ｃを４００ｍ／ｓ、テールパイプ２８の管長Ｌ＝３．０ｍとした場合には、テールパイプ２８の気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１ ＝６６．７Ｈｚ、二次成分ｆ２ ＝１３４．４Ｈｚとなり、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で排気音の音圧レベル（ｄＢ）が高くなる。
【００９１】
また、本実施の形態では、エンジン２１が４気筒であるため、Ｎ＝４となり、エンジン回転数が約２０００ｒｐｍ程度のときに一次成分ｆ１の気柱共鳴により排気音が増大し、エンジン回転数が約４０００ｒｐｍ程度のときに二次成分ｆ２の気柱共鳴により排気音が増大する。
【００９２】
特に、１００Ｈｚ以下の低周波の低速回転域（エンジン回転数３０００ｒｐｍ以下の回転域）では、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。
【００９３】
なお、三次成分の気柱共鳴周波数では、エンジン回転数は、６０００ｒｐｍ程度となり、車両が高速走行状態になるため、風切り音等のような高速時に発生する各種の騒音によって気柱共鳴による騒音が運転者に気にならないものとなる。したがって、三次成分については、図１１に図示しない。
【００９４】
本実施の形態では、エンジン回転数が低回転の２０００ｒｐｍ（一次成分ｆ１）および中回転の４０００ｒｐｍ（二次成分ｆ２）のときに、気柱共鳴によって音圧が増大してしまうのを抑制するようにしたものであり、その中でもエンジン回転数が低回転の一次成分ｆ１の気柱共鳴による排気音が車室内にこもり音となって運転者に不快なものとなるため、この一次成分ｆの気柱共鳴によって音圧が増大してしまうのを確実に抑制することができるようにしたものである。
【００９５】
そこで、本実施の形態の排気装置２３は、アウトレットパイプ部２８Ａの下流開口端２８ｂに、排気流のみを受けてテールパイプ２８内の通路断面積を可変するように軸部材４２を中心に揺動するシャッター部材４１を設け、排気流の流量が所定流量未満の場合には、シャッター部材４１を気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となる閉塞位置に位置させて開口部４５の開口面積を下流開口端２８ｂの開口面積の１／３に設定することにより、アウトレットパイプ部２８Ａの下流開口端２８ｂに開口端反射と閉口端反射との２つの反射波を発生させて気柱共鳴によって音圧が増大してしまうのを抑制するようにしている。
【００９６】
以下、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できる理由を説明する。
開口部４５の開口面積をＳ１、下流開口端２８ｂの開口面積をＳ２とし、媒質の音響インピーダンスをそれぞれＺ１、Ｚ２とすると、音の反射率Ｒｐは、
Ｒｐ＝（Ｚ２・Ｓ２−Ｚ１・Ｓ１）／（Ｚ１・Ｓ１＋Ｚ２・Ｓ２）.........（７）
で表される。
【００９７】
ここで、音響インピーダンスは、媒質の密度と音速の積であり、この場合には、媒質は、排気ガスであるため、Ｚ１＝Ｚ２となり、音の反射率Ｒｐは、
Ｒｐ＝（Ｓ２−Ｓ１）／（Ｓ１＋Ｓ２）.........（８）
となる。
【００９８】
シャッター部材４１による閉口端反射と開口部４５による開口端反射の割合を半分にするには、Ｒｐを０、５にすればよいため、式（８）からＳ１＝（１／３）・Ｓ２となり、したがって、シャッター部材４１が下流開口端２８ｂを閉塞した状態の開口部４５の開口面積を下流開口端２８ｂの開口面積の１／３に設定することで、上述した開口部４５による反射である開口端反射以外にシャッター部材４１による反射である閉口端反射が生じることが考えられる。
【００９９】
まず、エンジン２１の運転時の排気脈動による入射波Ｇがテールパイプ２８内に入射し、この入射波Ｇの波長がテールパイプ２８の管長Ｌの半波長を基本とする入射波Ｇである場合について説明する。
【０１００】
入射波Ｇの周波数とテールパイプ２８の気柱共鳴周波数とが一致すると、図１２に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂから透過波Ｇ１が大気に透過されるとともに、下流開口端２８ｂから反射波Ｒ１が反射される。
【０１０１】
この反射波Ｒ１は、入射波Ｇに対して同位相の開口部４５による反射波（開口端反射）Ｒ１と入射波Ｇに対して１８０°位相が異なるシャッター部材４１による反射波（閉口端反射）Ｒ２とに分配される。
【０１０２】
なお、反射波Ｒ１は、入射波Ｇに対して同位相であるため、入射波Ｇと反射波Ｒ１は重なっているが、説明の便宜上、図１２においては、反射波Ｒ１を入射波Ｇに対して下方にずらしている。
【０１０３】
この反射波Ｒ１とＲ２は位相が逆であるが、大きさは同じであるため、互いに打ち消し合い、図１１に示すように、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１（破線で示す）が実線で示すように抑制され、排気音の音圧レベルが大幅に低減される。
【０１０４】
また、一次成分ｆ１を基本振動とした二次成分ｆ２の気柱共鳴に対しても、図１１と同様にテールパイプ２８の下流開口端２８ｂから反射される反射波が、入射波Ｇに対して同位相の開口部４５による反射波Ｒ１と入射波Ｇに対して１８０°位相が異なるシャッター部材４１による反射波Ｒ２とに分配されて反射波Ｒ１と反射波Ｒ２とが互いに打ち消し合い、図１１に示すように、気柱共鳴による排気音の二次成分ｆ２（破線で示す）が実線で示すように抑制され、排気音の音圧レベルが大幅に低減される。
【０１０５】
次に、エンジン２１の運転時の排気脈動による入射波Ｇがテールパイプ２８内に入射し、この入射波Ｇの波長がテールパイプ２８の管長Ｌの１／４波長を基本とする入射波Ｇである場合について説明する。
【０１０６】
開口端反射は、図９、図１０に示すように、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するものであるが、閉口端反射は、図１３に示すように、テールパイプ２８の管長Ｌを１／４波長とした周波数の気柱共鳴を基本成分として、その１／４波長の奇数倍の波長の気柱共鳴が発生するものであり、テールパイプ２８の開口端から管内に入射された入射波が閉口端で入射波と１８０°異なる位相で反射するものである。
【０１０７】
具体的には、図１３（ａ）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２８の管長Ｌの略４倍となり、図１３（ｂ）に示すように、二次成分の気柱共鳴の波長λ２は、管長Ｌの略４／３倍となる。また、図１３（ｃ）に示すように、三次成分の気柱共鳴の波長λ３は、管長Ｌの４／５倍となり、閉口端が粒子速度の節、開口端が粒子速度の腹となるような定在波ができる。
【０１０８】
また、一次成分〜三次成分の気柱共鳴の定在波の音圧分布は、図１４（ａ）〜（ｃ）に示すように、粒子速度分布と腹と節とが逆になり、閉口端が音圧の腹、開口端が音圧の節となるような定在波ができる。
【０１０９】
ここで、音速をｃ、テールパイプ２８の長さをＬ、次数をｎとしたときに、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４波長を基本とするテールパイプ２８の気柱共鳴周波数ｆｃは、
ｆｃ＝（ｃ／４Ｌ）・ｎ............（９）
で表される。
【０１１０】
上記の式（６）、（９）に基づいて、音速ｃを４００ｍ／ｓとし、テールパイプ２８の管長Ｌ＝３．０ｍとした場合には、テールパイプ２８の気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１ ＝３３．３Ｈｚ、二次成分ｆ２ ＝９９．９Ｈｚとなり、エンジン回転数が約１０００ｒｐｍ程度のときに一次成分ｆ１の気柱共鳴により排気音が増大し、エンジン回転数が約３０００ｒｐｍ程度のときに二次成分ｆ２の気柱共鳴により排気音が増大することになる。
【０１１１】
本実施の形態では、エンジン２１の運転時の排気脈動によりテールパイプ２８の管長Ｌを１／４波長とする入射波Ｇがテールパイプ２８内に入射すると、この入射波Ｇの周波数とテールパイプ２８の気柱共鳴周波数とが一致する。
【０１１２】
このとき、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂから反射される反射波が、入射波Ｇに対して同位相の開口部４５による反射波（閉口端反射）Ｒ１と入射波Ｇに対して１８０°位相が異なるシャッター部材４１による反射波（開口端反射）Ｒ２とに分配される。
【０１１３】
この反射波Ｒ１とＲ２は位相が逆であるが、大きさは同じであるため、互いに打ち消し合い、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１が抑制され、排気音の音圧レベルが大幅に低減される。
【０１１４】
また、一次成分ｆ１を基本振動とした二次成分ｆ２の気柱共鳴に対しても、図１２と同様にテールパイプ２８の下流開口端２８ｂから反射される反射波が、入射波Ｇに対して同位相の開口部４５による反射波Ｒ１と入射波Ｇに対して１８０°位相が異なるシャッター部材４１による反射波Ｒ２とに分配されて反射波Ｒ１と反射波Ｒ２とが互いに打ち消し合い、気柱共鳴による排気音の二次成分ｆ２が抑制され、排気音の音圧レベルが大幅に低減される。
【０１１５】
一方、エンジン２１の排気ガスの排気量が増大し、エンジン２１の排気ガスの流量が７０ｇ／ｓ以上となる５５００ｒｐｍ以上になったときには、シャッター部材４１が排気ガスの圧力で解放される（図１５参照、排気ガスを矢印で示す）。このため、エンジン２１の高回転時には、排気ガスの背圧が増大するのを防止して、排気性能が低下するのを防止することができる。
【０１１６】
また、エンジン２１の高回転時にアクセルペダルを解放して車両を減速した場合には、エンジン２１の排気ガスの排気量が急激に低下してエンジン２１の排気流量が少なくなる（例えば、７ｇ／ｓ）ため、図８に示すようにシャッター部材４１が閉塞し、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの開口率が再び３３％に下がる。
【０１１７】
このため、図１２に示すように、入射波Ｇの周波数とテールパイプ２８の気柱共鳴周波数の二次成分ｆ２、一次成分ｆ１とがそれぞれ一致したときに、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂから反射される反射波が開口端反射と閉口端反射の２つの反射波となり、反射波Ｒ１とＲ２とが互いに打ち消し合い、二次成分ｆ２、一次成分ｆ１の気柱共鳴によって音圧が増大されてしまうことが抑制される。
【０１１８】
このように本実施の形態では、排気流のみを受けてテールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積を可変するように軸部材４２を中心に揺動するシャッター部材４１を設け、排気流の流量が所定流量未満の場合に、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シャッター部材４１を位置させて下流開口端２８ｂの通路断面積を絞り、排気流の流量が所定流量以上の場合に、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となる位置からシャッター部材４１を所定角度揺動させて下流開口端２８ｂの通路断面積をシャッター部材４１が閉塞位置にあるときよりも大きくし、シャッター部材４１が閉塞位置にあるときの下流開口端２８ｂの開口率を３３％に設定したので、テールパイプ２８の管長Ｌの半波長を基本とする自然倍数の波長の気柱共鳴が発生した場合であっても、テールパイプ２８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でき、エンジン２１の低回転時（２０００ｒｐｍ）に室内にこもり音が発生するのを防止することができる。
【０１１９】
また、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４波長を基本とする奇数倍数の波長の気柱共鳴が発生した場合であっても、テールパイプ２８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でき、エンジン２１の低回転時（１０００ｒｐｍ）に室内にこもり音が発生するのを防止することができる。
【０１２０】
すなわち、本実施の形態では、シャッター部材４１が下流開口端２８ｂを閉塞した状態の下流開口端２８ｂの開口率を３３％に設定したので、テールパイプ２８の管長Ｌの半波長を基本とする自然倍数の波長の気柱共鳴の定在波を有する完全開口端の反射モードと、テールパイプ２８の管長Ｌの１／４波長を基本とする奇数倍数の波長の気柱共鳴の定在波を有する完全閉口端の２つの反射モードが発生することがあるが、いずれの反射モードが発生した場合であっても、図１２に示すように反射波Ｒ１と反射波Ｒ２とを互いに打ち消し合うことができ、気柱共鳴による排気音の音圧レベルを大幅に低減することができる。
【０１２１】
この結果、従来のようにコントロールユニットおよび電磁アクチュエータによってシャッター部材４１を制御したり、マフラ２７（従来のメインマフラに相当）を大型化したり、テールパイプ２８にサブマフラを介装するのを不要にできるため、排気装置２３の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置２３の製造コストが増大するのを防止することができる。
【０１２２】
なお、本実施の形態では、シャッター部材４１が閉塞位置にあるときの下流開口端２８ｂの開口率を３３％に設定しているが、アウトレットパイプ部２８Ａの下流開口端２８ｂに開口端反射と閉口端反射との２つの反射波を発生させて、反射波Ｒ１とＲ２が互いに干渉することができる開口率であれば、下流開口端２８ｂを３３％以外の開口率としてもよい。すなわち、テールパイプ２８の通路断面積に対して所定の通路断面積としての開口部４５の開口面積を約１／３以外の大きさに設定してもよい。
【０１２３】
但し、下流開口端２８ｂの開口率が３３％であれば、反射波Ｒ１とＲ２が互いに逆位相となって打ち消し合うため、下流開口端２８ｂを３３％以外の開口率にしたものに比べて気柱共鳴によって音圧が増大してしまうのをより一層抑制することができる。
【０１２４】
また、本実施の形態では、シャッター部材４１をテールパイプ２８の下流開口端２８ｂのみに設けているが、図１６に示すように、弁体としてのシャッター部材５２をテールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けてもよく、図１７に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂのシャッター部材４１に加えて、テールパイプ２８の上流開口端２８ａにシャッター部材５２を設けてもよい。
【０１２５】
このようにシャッター部材５２をテールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けた場合およびシャッター部材４１、５２をテールパイプ２８の上流開口端２８ａと下流開口端２８ｂの両方に設けた場合であっても、テールパイプ２８の上流開口端２８ａから反射される反射波を、シャッター部材５２の開口部４５による反射波Ｒ１とシャッター部材５２による反射波Ｒ２との２つの反射波に分配することができ、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できる。
【０１２６】
但し、シャッター部材５２をテールパイプ２８の上流開口端２８ａに設ける場合には、シャッター部材５２がテールパイプ２８において下流開口端２８ｂに向かって移動するため、テールパイプ２８の上流開口端２８ａの形状を円筒ではなく、角形にする必要がある。
【０１２７】
図１８〜図２０は、テールパイプ２８の上流開口端２８ａを示す図である。図１８〜図２０において、アウトレットパイプ部２８Ａの上流開口端２８ａは、直線状の上部５１ａと、上部５１ａの両端部から下方に延在する直線状の側部５１ｂ、５１ｃと、側部５１ｂ、５１ｃの下端から湾曲して延在する底部５１ｄとから構成されている。
【０１２８】
また、シャッター部材５２の上面５２ａおよび側面５２ｂ、５２ｃは、上流開口端２８ａの上部５１ａおよび側部５１ｂ、５１ｃに沿った直線状に形成されており、シャッター部材５２の下面には直線状の切欠き部５２ｄが形成されている。
【０１２９】
また、上流開口端２８ａの底部５１ｄの上面、すなわち、上流開口端２８ａの内周部と切欠き部５２ｄとの間には一定の開口面積の開口部５５が画成されるようになっている。また、シャッター部材５２の閉塞時の開口部５５の開口面積（通路断面積）は、上流開口端２８ａの開口面積（通路断面積）の１／３に設定されており、テールパイプ２８の上流開口端２８ａの開口率は、３３％程度と小さくなっている。本実施の形態では、この開口部５５の開口面積が所定の通路断面積に相当する。
【０１３０】
また、シャッター部材５２の上部には揺動部としての軸部材５３が挿通される挿通孔５３ａが形成されており、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの側部５１ｂ、５１ｃの上方にはそれぞれ軸部材５３が挿通される挿通孔５１ｅが形成されている。この軸部材５３は、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交するとともに、テールパイプ２８の延在方向中心軸に対して外周側に離隔してテールパイプ２８に取付けられている。
【０１３１】
軸部材５３の両端部にはそれぞれスナップリング５４が取付けられるようになっており、このスナップリング５４によって軸部材５３が側部５１ｂ、５１ｃの外周面に係止され、軸部材５３が挿通孔５１ｅ、５３ａから抜け出ることが防止される。
【０１３２】
したがって、シャッター部材５２は、図１８に示す閉塞位置（図１９に実線で示す）と図２０に示す解放位置（図１９に一点鎖線で示す）との間で軸部材５３に対して揺動することにより、テールパイプ２８の上流開口端２８ａを開閉するようになっている。
【０１３３】
また、上流開口端２８ａの上部５１ａおよび側部５１ｂ、５１ｃとシャッター部材５２の上面５２ａおよび側面５２ｂ、５２ｃが直線状になっているため、シャッター部材５２が解放位置と閉塞位置との間で移動するときに、シャッター部材５２の上面５２ａおよび側面５２ｂ、５２ｃが上流開口端２８ａの上部５１ａおよび側部５１ｂ、５１ｃに衝突するのを防止することができ、シャッター部材５２を円滑に開閉することができる。
【０１３４】
また、本実施の形態では、シャッター部材４１をテールパイプ２８の上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂの少なくとも一方に設けているが、シャッター部材４１は、閉塞位置にあるときに気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置すればよいので、例えば、図１０の音圧分布の真ん中の節に位置するように、すなわち、テールパイプ２８の中央部にシャッター部材４１を設けてもよい。
【０１３５】
（第２の実施の形態）
図２１〜図２３は、本発明に係る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の実施の形態と同様の構成には同一番号を付して説明を省略する。
【０１３６】
図２１〜図２３において、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂには弁体としての円状の板バネ６１が設けられており、この板バネ６１の底部は、テールパイプ２８の上流開口端２８ａ側に折り曲げられた揺動部としての折り曲げ部６１ａを有している。この折り曲げ部６１ａは、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交して延在するように所定長の幅を有するとともに、テールパイプ２８の延在方向中心軸に対して外周側に離隔してテールパイプ２８に取付けられている。
【０１３７】
この折り曲げ部６１ａは、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの内周底面に接合されており、板バネ６１は、図２２の実線および図２１に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積を所定の通路断面積に絞る位置（以下、この位置を閉塞位置という）と図２２の一点鎖線および図２３で示すように、下流開口端２８ｂを解放して下流開口端２８ｂの通路断面積を大きくする解放位置との間で折り曲げ部６１ａを揺動支点として揺動することにより、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂを開閉して下流開口端２８ｂの通路断面積を可変するようになっている。
【０１３８】
また、板バネ６１は、テールパイプ２８内を流通する排気ガスのみを受けて軸部材４２を中心に閉塞位置と解放位置との間で揺動するようになっており、排気ガスの流量が所定流量以上、例えば、７０ｇ／ｓ以上（エンジン２１の回転数が５５００ｒｐｍ以上）になったときに排気ガスの圧力で閉塞位置から所定角度（例えば、８０°）揺動して下流開口端２８ｂを解放し、排気ガスの流量が所定流量未満（７０ｇ／ｓ未満）になったときに、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置して下流開口端２８ｂを閉塞するようになっている。このため、板バネ６１の材料や重量等は、排気ガスの排気流量に応じた開閉状態となるように設計されている。
【０１３９】
また、板バネ６１の上部には直線状の切欠き部６１ｂが形成されており、板バネ６１が閉塞状態にあるときに、下流開口端２８ｂの内周部と切欠き部６１ｂとの間には一定の開口面積の開口部６２が画成されるようになっている。すなわち、この開口部６２は、板バネ６１が閉塞位置にあるときにテールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積に相当するものであり、板バネ６１が閉塞位置にあるときには、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積が絞られることになる。
【０１４０】
また、板バネ６１の閉塞時の開口部６２の開口面積は、上流開口端２８ａの開口面積の１／３に設定されており、テールパイプ２８の上流開口端２８ａの開口率は、３３％程度と小さくなっている。なお、上流開口端２８ａの開口率を３３％にした理由は、第１の実施の形態と同じである。
【０１４１】
次に、作用を説明する。
まず、エンジン２１の運転時の排気脈動による入射波Ｇがテールパイプ２８内に入射し、この入射波Ｇの波長がテールパイプ２８の管長Ｌの半波長を基本とする入射波Ｇである場合に、入射波Ｇの周波数とテールパイプ２８の気柱共鳴周波数とが一致するので、図１２に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂから透過波Ｇが大気に透過されるとともに、下流開口端２８ｂから反射波が反射される。
【０１４２】
この反射波は、入射波Ｇに対して同位相の開口部６２による反射波（開口端反射）Ｒ１と入射波Ｇに対して１８０°位相が異なる板バネ６１による反射波（閉口端反射）Ｒ２とに分配される。
【０１４３】
この反射波Ｒ１とＲ２は位相が逆であるが、大きさは同じであるため、互いに打ち消し合い、図１１に示すように、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１（破線で示す）が実線で示すように抑制され、排気音の音圧レベルが大幅に低減される。
【０１４４】
また、一次成分ｆ１を基本振動とした二次成分ｆ２の気柱共鳴に対しても、図１２と同様にテールパイプ２８の下流開口端２８ｂから反射される反射波が、入射波Ｇに対して同位相の開口部６２による反射波Ｒ１と入射波Ｇに対して１８０°位相が異なる板バネ６１による反射波Ｒ２とに分配されて反射波Ｒ１と反射波Ｒ２とが互いに打ち消し合い、図１１に示すように、気柱共鳴による排気音の二次成分ｆ２（破線で示す）が実線で示すように抑制され、排気音の音圧レベルが大幅に低減される。
【０１４５】
次に、エンジン２１の運転時の排気脈動による入射波Ｇがテールパイプ２８内に入射し、この入射波Ｇの波長がテールパイプ２８の管長Ｌの１／４波長を基本とする入射波Ｇである場合には、入射波Ｇの周波数とテールパイプ２８の気柱共鳴周波数とが一致する。
【０１４６】
このとき、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂから反射される反射波が、入射波Ｇに対して同位相の開口部６２による反射波（閉口端反射）Ｒ１と入射波Ｇに対して１８０°位相が異なる板バネ６１による反射波（開口端反射）Ｒ２とに分配される。
【０１４７】
この反射波Ｒ１とＲ２は位相が逆であるが、大きさは同じであるため、互いに打ち消し合い、気柱共鳴による排気音の一次成分が抑制され、排気音の音圧レベルが大幅に低減される。
【０１４８】
また、エンジン２１の排気ガスの排気量が増大し、エンジン２１の排気ガスの流量が７０ｇ／ｓ以上となる５５００ｒｐｍ以上になったときに、図２２の一点鎖線および図２３に示すように、板バネ６１が排気ガスの圧力で解放される。このため、エンジン２１の高回転時には、排気ガスの背圧が増大するのを防止して、排気性能が低下するのを防止することができる。
【０１４９】
また、エンジン２１の高回転時にアクセルペダルを解放して車両を減速した場合には、エンジン２１の排気ガスの排気量が急激に低下してエンジン２１の排気流量が少なくなるため、板バネ６１が閉塞位置に復帰して、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの開口率が再び３３％に下がる。
【０１５０】
このため、図１１に示すように、入射波Ｇの周波数とテールパイプ２８の一次成分ｆ１および二次成分ｆ２の気柱共鳴周波数とが一致すると、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂから反射される反射波が開口端反射と閉口端反射の２つの反射波となり、反射波Ｒ１とＲ２とが互いに打ち消し合い、二次成分ｆ２、一次成分ｆ１の気柱共鳴によって音圧が増大してしまうことが抑制される。
【０１５１】
このように本実施の形態では、排気流のみを受けてテールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積を可変するように折り曲げ部６１ａを中心に揺動する板バネ６１を設け、排気流の流量が所定流量未満の場合に、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板バネ６１を位置させて下流開口端２８ｂの通路断面積を絞り、排気流の流量が所定流量以上の場合に、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となる位置から板バネ６１を所定角度揺動させて下流開口端２８ｂの通路断面積を板バネ６１が閉塞位置にあるときよりも大きくし、板バネ６１が下流開口端２８ｂを閉塞した状態の下流開口端２８ｂの開口率を３３％に設定したので、テールパイプ２８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でき、エンジン２１の低回転時（２０００ｒｐｍ）に室内にこもり音が発生するのを防止することができる。
【０１５２】
また、本実施の形態では、従来のようにコントロールユニットおよび電磁アクチュエータによって板バネ６１を制御したり、従来のようにマフラ２７（従来のメインマフラに相当）を大型化したり、テールパイプ２８にサブマフラを介装するのを不要にできるため、排気装置２３の重量が増大するのを防止することができるとともに、排気装置２３の製造コストが増大するのを防止することができる。
【０１５３】
なお、本実施の形態では、板バネ６１が閉塞位置にあるときの下流開口端２８ｂの開口率を３３％に設定しているが、アウトレットパイプ部２８Ａの下流開口端２８ｂに開口端反射と閉口端反射との２つの反射波を発生させて、反射波Ｒ１とＲ２が互いに干渉することができる開口率であれば、下流開口端２８ｂを３３％以外の開口率としてもよい。すなわち、テールパイプ２８の通路断面積に対して所定の通路断面積としての開口部６２の開口面積を約１／３以外の大きさに設定してもよい。
【０１５４】
但し、下流開口端２８ｂの開口率が３３％であれば、反射波Ｒ１とＲ２が互いに逆位相となって打ち消し合うため、下流開口端２８ｂを３３％以外の開口率にしたものに比べて気柱共鳴によって音圧が増大してしまうのをより一層抑制することができる。
【０１５５】
また、本実施の形態では、板バネ６１をテールパイプ２８の下流開口端２８ｂのみに設けているが、図２４に示すように、弁体としての板バネ６３をテールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けてもよく、図２５に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの板バネ６１に加えて、テールパイプ２８の上流開口端２８ａに板バネ６３を設けてもよい。
【０１５６】
このように板バネ６３をテールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けた場合および板バネ６１、６３をテールパイプ２８の上流開口端２８ａと下流開口端２８ｂの両方に設けた場合であっても、テールパイプ２８の上流開口端２８ａにおいて板バネ６３の開口部６４から反射される反射波を、板バネ６３の開口部６４による反射波Ｒ１と板バネ６３による反射波Ｒ２との２つの反射波を発生させることができ、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できる。
【０１５７】
但し、板バネ６３をテールパイプ２８の上流開口端２８ａに設ける場合には、板バネ６３がテールパイプ２８の内方に移動するため、テールパイプ２８の上流開口端２８ａの形状を円筒ではなく、角形にする必要がある。
【０１５８】
図２６〜図２８は、テールパイプ２８のアウトレットパイプ部２８Ａを示す図である。
図２６〜図２８において、アウトレットパイプ部２８Ａの上流開口端２８ａは、直線状の底部６５ａと、底部６５ａの両端部から上方に延在する直線状の側部６５ｂ、６５ｃと、側部６５ｂ、６５ｃの上端から湾曲して延在する上部６５ｄとから構成されている。
【０１５９】
また、板バネ６３の上面には直線状の切欠き部６３ａが形成されており、板バネ６３の側面６３ｂ、６３ｃおよび下面６３ｄは、上流開口端２８ａの側部６５ｂ、６５ｃおよび底部６５ａに沿った直線状に形成されており、板バネ６３の下面６３ｄにはテールパイプ２８の上流開口端２８ａ側に折り曲げられて上流開口端２８ａの内周底面に接合された揺動部としての折り曲げ部６３ｅが設けられている。この折り曲げ部６３ｅは、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交して延在するように所定長の幅を有するとともに、テールパイプ２８の延在方向中心軸に対して外周側に離隔してテールパイプ２８に取付けられている。
【０１６０】
また、上流開口端２８ａの上部６５ｄの下面、すなわち、上流開口端２８ａの内周部と板バネ６３の切欠き部６３ａとの間には一定の開口面積の開口部６４が画成されるようになっている。
【０１６１】
また、板バネ６３の閉塞時の開口部６４の開口面積は、上流開口端２８ａの開口面積の１／３に設定されており、テールパイプ２８の上流開口端２８ａの開口率は、３３％程度と小さくなっている。
【０１６２】
したがって、板バネ６３は、図２６、図２７の実線に示す閉塞位置と図２７の一点鎖線および図２８に示す解放位置との間で揺動することにより、テールパイプ２８の上流開口端２８ａを開閉するようになっている。
【０１６３】
そして、アウトレットパイプ部２８Ａの上流開口端２８ａの側部６５ｂ、６５ｃおよび底部６５ａと板バネ６３の側面６３ｂ、６３ｃおよび下面６３ｄとが直線状になっているため、板バネ６３が解放位置と閉塞位置との間で移動するときに、板バネ６３の側面６３ｂ、６３ｃが上流開口端２８ａの側部６５ｂ、６５ｃに衝突するのを防止することができ、板バネ６３を円滑に開閉することができる。
【０１６４】
また、本実施の形態では、板バネ６１をテールパイプ２８の上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂの少なくとも一方に設けているが、板バネ６１は、閉塞位置にあるときに気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置すればよいので、例えば、図１０の音圧分布の真ん中の節に位置するように、すなわち、テールパイプ２８の中央部にシャッター部材６１を設けてもよい。
【０１６５】
（第３の実施の形態）
図２９〜図３３は、本発明に係る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の実施の形態と同様の構成には同一番号を付して説明を省略する。
【０１６６】
図２９において、アウトレットパイプ部２８Ａの下流開口端２８ｂは、直線状の上部７１ａと、上部７１ａの両端部から下方に延在する直線状の側部７１ｂ、７１ｃと、側部７１ｂ、７１ｃの下端から湾曲して延在する底部７１ｄとから構成されている。
【０１６７】
また、弁体としてのシャッター部材７２の上面７２ａおよび側面７２ｂ、７２ｃは、下流開口端２８ｂの上部７１ａおよび側部７１ｂ、７１ｃに沿った直線状に形成されており、シャッター部材７２の下面には直線状の切欠き部７２ｄが形成されている。
【０１６８】
また、シャッター部材７２の上部には揺動部としての軸部材７３が挿通される挿通孔７３ａが形成されており、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの側部７１ｂ、７１ｃの上方にはそれぞれ軸部材７３が挿通される挿通孔７１ｅが形成されている。
【０１６９】
軸部材７３の両端部にはそれぞれスナップリング７４が取付けられるようになっており、このスナップリング７４によって軸部材７３が側部７１ｂ、７１ｃの外周面に係止され、軸部材７３が挿通孔７１ｅ、７３ａから抜け出ることが防止される。
【０１７０】
したがって、シャッター部材７２は、図３０に実線で示す閉塞位置と一点鎖線で示す解放位置との間で軸部材７３に対して揺動することにより、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂを開閉するようになっており、シャッター部材７２は、閉塞位置にあるときに気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置する。
【０１７１】
また、シャッター部材７２の切欠き部７２ｄと下流開口端２８ｂの底部７１ｄとの間には開口部７９が形成されており、テールパイプ２８内の排気ガスは、この開口部７９を通して大気に排出される。
【０１７２】
また、シャッター部材７２には錘７５が設けられており、このシャッター部材７２の共振周波数は、テールパイプ２８の気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１に設定されている。
【０１７３】
すなわち、本実施の形態のシャッター部材７２は、振動体として機能し、エンジン２１の排気脈動の周波数がテールパイプ２８の気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１と一致したときに、シャッター部材７２が図３０に実線で示す解放状態と一点鎖線で示す閉塞状態との間で繰り返し振動する。なお、錘７５は、シャッター部材７２と一体に設けられていてもよく、別部材をシャッター部材７２に組み付けるようにしてもよい。
【０１７４】
本実施の形態では、シャッター部材７２に錘７５を設け、シャッター部材７２の共振周波数をテールパイプ２８の気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１に設定したので、図９（ａ）に示すように、テールパイプ２８の管長Ｌを半波長とした一次成分ｆ１の気柱共鳴が発生した場合に、図３１に示すようにシャッター部材７２を解放状態と閉塞状態との間で繰り返し振動させることができ、テールパイプ２８の管長Ｌに対して入射される半波長の入射波を一次成分ｆの気柱共鳴周波数の半波長に対してずらすことができる。
【０１７５】
このため、下流開口端２８ｂの反射波によってテールパイプ２８内で一次成分ｆ１の気柱共鳴が成長されてしまうのを抑制することができ、テールパイプ２８に発生する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できる。この結果、エンジン２１が低回転数のときに車室内にこもり音が発生するのを抑制することができる。
【０１７６】
また、エンジン２１の排気ガスの排気量が増大し、エンジン２１の排気ガスの流量が７０ｇ／ｓ以上となる５５００ｒｐｍ以上になったときに、図３０の一方の一点鎖線で示すように、シャッター部材４１が排気ガスの圧力で気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となる位置から下流開口端２８ｂの外方に解放される。このため、エンジン２１の高回転時には、排気ガスの背圧が増大するのを防止して、排気性能が低下するのを防止することができる。
【０１７７】
また、エンジン２１の高回転時にアクセルペダルを解放して車両を減速した場合に、シャッター部材７２の共鳴周波数がテールパイプ２８の気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１と一致するので、図３１に示すように、シャッター部材４１を解放状態と閉塞状態との間で繰り返し振動させることができるため、下流開口端２８ｂの反射波によってテールパイプ２８内で一次成分ｆ１の気柱共鳴が成長されてしまうのを抑制することができる。
【０１７８】
また、本実施の形態では、シャッター部材７２が下流開口端２８ｂを閉塞した状態の開口部７９の開口面積を下流開口端２８ｂの開口面積に対して特別な関係に設定する必要はなく、シャッター部材７２が閉塞状態で排気流量の少ないエンジン２１の低回転、中回転時に開口部７９から排気ガスを排出できるような開口面積であればよい。
【０１７９】
また、本実施の形態では、下流開口端２８ｂの上部７１ａおよび側部７１ｂ、７１ｃとシャッター部材７２の上面７２ａおよび側面７２ｂ、７２ｃが直線状になっているため、シャッター部材７２が解放位置と閉塞位置との間で振動するときに、シャッター部材７２の上面７２ａおよび側面７２ｂ、７２ｃが下流開口端２８ｂの上部７１ａおよび側部７１ｂ、７１ｃに衝突するのを防止することができ、シャッター部材７２を円滑に振動させることができる。
【０１８０】
また、本実施の形態では、錘７５を有するシャッター部材７２をテールパイプ２８の下流開口端２８ｂのみに設けているが、図３２に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂのシャッター部材７２に加えて、テールパイプ２８の上流開口端２８ａに錘７６を有するシャッター部材５２を設けてもよく、また、錘７６を有するシャッター部材５２をテールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けてもよい。
【０１８１】
このように錘７６を有するシャッター部材５２をテールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けた場合および錘７５、７６をそれぞれ有するシャッター部材７２、５２をテールパイプ２８の上流開口端２８ａと下流開口端２８ｂの両方に設けた場合であっても、シャッター部材７２、５２を振動体として機能させ、エンジン２１の排気脈動の周波数がテールパイプ２８の気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１と一致したときに、シャッター部材７２、５２を解放状態と閉塞状態との間で繰り返し振動させ、上流開口端２８ａの反射波によってテールパイプ２８内に気柱共鳴が成長されるのを抑制することができる。
【０１８２】
但し、シャッター部材５２をテールパイプ２８の上流開口端２８ａに設ける場合には、シャッター部材５２がテールパイプ２８の内方側と外方側とに移動するため、テールパイプ２８の上流開口端２８ａの形状を円筒ではなく、図３３に示すように、第１の実施の形態と同様に、角形にし、シャッター部材５２に錘７６を設ければよい。
【０１８３】
このようにすれば、テールパイプ２８の上流開口端２８ａの上部５１ａおよび側部５１ｂ、５１ｃとシャッター部材５２の上面５２ａおよび側面５２ｂ、５２ｃが直線状になっているため、シャッター部材５２が解放状態と閉塞状態との間で振動するときに、シャッター部材５２の上面５２ａおよび側面５２ｂ、５２ｃが上流開口端２８ａの上部５１ａおよび側部５１ｂ、５１ｃに衝突するのを防止することができ、シャッター部材５２を円滑に振動させることができる。
【０１８４】
（第４の実施の形態）
図３４〜図３８は、本発明に係る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の実施の形態および第２の実施の形態と同様の構成には同一番号を付して説明を省略する。
【０１８５】
図３４に示すように、アウトレットパイプ部２８Ａの下流開口端２８ｂは、直線状の底部８１ａと、底部８１ａの両端部から上方に延在する直線状の側部８１ｂ、８１ｃと、側部８１ｂ、８１ｃの上端から湾曲して延在する上部８１ｄとから構成されている。
【０１８６】
また、弁体としての板バネ８２の上面には直線状の切欠き部８２ａが形成されており、板バネ８２の側面８２ｂ、８２ｃおよび底部８２ｄは、下流開口端２８ｂの側部８１ｂ、８１ｃおよび底部８１ａに沿った直線状に形成されており、板バネ８２の底部８２ｄにはテールパイプ２８の上流開口端２８ａ側に折り曲げられて上流開口端２８ａの内周底面に接合された揺動部としての折り曲げ部８２ｅが設けられている。
【０１８７】
また、下流開口端２８ｂの上部８１ｄの下面、すなわち、下流開口端２８ｂの内周部と板バネの切欠き部８２ａとの間には一定の開口面積の開口部８３が画成されるようになっている。
【０１８８】
また、板バネ８２には錘７７が設けられており、図３５に示すように、板バネ８２は、錘７７の重さによってテールパイプ２８の上流開口端２８ａ側に傾斜している。また、板バネ８２の共振周波数は、テールパイプ２８の気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１に設定されており、板バネ８２は、エンジン２１の運転時にテールパイプ２８内を流れる排気ガスの排気圧と錘７７の重さとが釣り合った傾斜状態となる。
【０１８９】
本実施の形態の板バネ８２は、振動体として機能するようになっており、エンジン２１の排気脈動の周波数がテールパイプ２８の気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１と一致したときに、板バネ８２が解放状態と閉塞状態との間で繰り返し振動する。なお、錘７７は、板バネ８２と一体に設けられていてもよく、別部材を板バネ８２に組み付けるようにしてもよい。
【０１９０】
このように本実施の形態では、板バネ８２に錘７７を設け、板バネ８２の共振周波数をテールパイプ２８の気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１に設定したので、図９（ａ）に示すように、テールパイプ２８の管長Ｌを半波長とした一次成分ｆ１の気柱共鳴が発生した場合に、図３６に示すように、板バネ８２を解放状態と閉塞状態との間で繰り返し振動させることができ、テールパイプ２８の管長Ｌに対して入射される半波長の入射波を一次成分ｆの気柱共鳴周波数の半波長に対してずらすことができる。
【０１９１】
このため、下流開口端２８ｂの反射波によってテールパイプ２８内で一次成分ｆ１の気柱共鳴が成長されてしまうのを抑制することができ、テールパイプ２８に発生する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できる。この結果、エンジン２１が低回転数のときに車室内にこもり音が発生するのを抑制することができる。
【０１９２】
また、エンジン２１の排気ガスの排気量が増大し、エンジン２１の排気ガスの流量が７０ｇ／ｓ以上となる５５００ｒｐｍ以上になったときに、図３５の一方の一点鎖線で示すように、板バネ８２が排気ガスの圧力で気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となる位置から下流開口端２８ｂの外方に解放される。このため、エンジン２１の高回転時には、排気ガスの背圧が増大するのを防止して、排気性能が低下するのを防止することができる。
【０１９３】
また、エンジン２１の高回転時にアクセルペダルを解放して車両を減速した場合に、板バネ８２の共鳴周波数がテールパイプ２８の気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１と一致したときに、板バネ８２を解放状態と閉塞状態との間で繰り返し振動させることができるため、下流開口端２８ｂの反射波によってテールパイプ２８内で一次成分ｆ１の気柱共鳴が成長されてしまうのを抑制することができる。
【０１９４】
また、本実施の形態では、板バネ８２が下流開口端２８ｂを閉塞した状態の開口部８３の開口面積を下流開口端２８ｂの開口面積に対して特別な関係に設定する必要はなく、板バネ８２が下流開口端２８ｂを閉塞した状態で排気流量の少ないエンジン２１の低回転、中回転時に開口部８３から排気ガスを排出できるような開口面積であればよい。
【０１９５】
また、本実施の形態では、アウトレットパイプ部２８Ａの下流開口端２８ｂの側部８１ｂ、８１ｃおよび底部８１ａと板バネ８２の側面８２ｂ、８２ｃおよび底部８２ｄが直線状になっているため、板バネ８２が解放状態と閉塞状態との間で移動するときに、板バネ８２の側面８２ｂ、８２ｃが上流開口端２８ａの側部８１ｂ、８１ｃに衝突するのを防止することができ、板バネ８２を円滑に振動させることができる。
【０１９６】
また、本実施の形態では、錘７７を有する板バネ８２をテールパイプ２８の下流開口端２８ｂのみに設けているが、図３７に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの板バネ８２に加えて、テールパイプ２８の上流開口端２８ａに錘７８を有する板バネ６３を設けてもよく、また、錘７８を有する板バネ６３をテールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けてもよい。
【０１９７】
このように錘７８を有する板バネ６３をテールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けた場合および錘７７、７８を有する板バネ８２、６３をテールパイプ２８の上流開口端２８ａと下流開口端２８ｂの両方に設けた場合であっても、板バネ８２、６３を振動体として機能させ、エンジン２１の排気脈動の周波数がテールパイプ２８の気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１と一致したときに、板バネ８２、６３を解放状態と閉塞状態との間で繰り返し振動させ、上流開口端２８ａの反射波によって気柱共鳴が成長されるのを抑制することができる。
【０１９８】
但し、錘７８を有する板バネ６３をテールパイプ２８の上流開口端２８ａに設ける場合には、板バネ６３がテールパイプ２８の内方側と外方側とに移動するため、テールパイプ２８の上流開口端２８ａの形状を円筒ではなく、図３８に示すように、第２の実施の形態と同様に、角形にし、板バネ６３に錘７８を設ければよい。
【０１９９】
このようにすれば、アウトレットパイプ部２８Ａの上流開口端２８ａの側部６５ｂ、６５ｃおよび底部６５ａと板バネ６３の側面６３ｂ、６３ｃおよび下面６３ｄが直線状になっているため、板バネ６３が解放状態と閉塞状態との間で移動するときに、板バネ６３の側面６３ｂ、６３ｃが上流開口端２８ａの側部６５ｂ、６５ｃに衝突するのを防止することができ、板バネ６３を円滑に振動させることができる。
【０２００】
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。
【０２０１】
以上のように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、複雑な制御が不要で簡素な構成の開閉弁を設けることにより、テールパイプ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できるようにして、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テールパイプの気柱共鳴による音圧の増大を抑制するようにした内燃機関の排気装置等として有用である。
【符号の説明】
【０２０２】
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
２８ａ  上流開口端
２８ｂ  下流開口端
４１、５２、７２  シャッター部材（弁体）
４２、５３、７３  軸部材（揺動部）
４５、５５、６２、６４、７９、８３  開口部
６１、６３、８２  板バネ（弁体）
６１ａ、６３ｅ、８２ｅ  折り曲げ部（揺動部）
７５〜７８  錘
【図１】
2011047340.tif 000005
【図２】
2011047340.tif 000006
【図３】
2011047340.tif 000007
【図４】
2011047340.tif 000008
【図５】
2011047340.tif 000009
【図６】
2011047340.tif 000010
【図７】
2011047340.tif 000011
【図８】
2011047340.tif 000012
【図９】
2011047340.tif 000013
【図１０】
2011047340.tif 000014
【図１１】
2011047340.tif 000015
【図１２】
2011047340.tif 000016
【図１３】
2011047340.tif 000017
【図１４】
2011047340.tif 000018
【図１５】
2011047340.tif 000019
【図１６】
2011047340.tif 000020
【図１７】
2011047340.tif 000021
【図１８】
2011047340.tif 000022
【図１９】
2011047340.tif 000023
【図２０】
2011047340.tif 000024
【図２１】
2011047340.tif 000025
【図２２】
2011047340.tif 000026
【図２３】
2011047340.tif 000027
【図２４】
2011047340.tif 000028
【図２５】
2011047340.tif 000029
【図２６】
2011047340.tif 000030
【図２７】
2011047340.tif 000031
【図２８】
2011047340.tif 000032
【図２９】
2011047340.tif 000033
【図３０】
2011047340.tif 000034
【図３１】
2011047340.tif 000035
【図３２】
2011047340.tif 000036
【図３３】
2011047340.tif 000037
【図３４】
2011047340.tif 000038
【図３５】
2011047340.tif 000039
【図３６】
2011047340.tif 000040
【図３７】
2011047340.tif 000041
【図３８】
2011047340.tif 000042
【図３９】
2011047340.tif 000043
【図４０】
2011047340.tif 000044
【図４１】
2011047340.tif 000045
【図４２】
2011047340.tif 000046
【図４３】
2011047340.tif 000047
【図４４】
2011047340.tif 000048
【図４５】
2011047340.tif 000049