(57)【要約】【課題】  内燃機関の排気装置に対する諸要請を充足し、且つ従来以上の消音量を確保し得る排気装置を提供する。【解決手段】  一組の触媒担体（ＣＴ１及びＣＴ２）の間に、上流側の触媒担体（ＣＴ１）下流の縮流部（ＲＴ）に連通接続される拡張部（ＥＤ）を上流側に有すると共に、下流側の触媒担体（ＣＴ２）上流の拡張部（ＥＴ）に連通接続される縮流部（ＲＤ）を下流側に有する容積体（Ｖ１）が介装され、拡張消音機構を構成する。特に、内燃機関（ＥＧ）に最も近接して配置された触媒担体と、その下流に配置された触媒担体との間に容積体を介装するとよい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の触媒担体を備え車両の内燃機関に装着される排気装置において、前記複数の触媒担体のうちの少なくとも一組の触媒担体における前記内燃機関側に位置する上流側の触媒担体に対して下流に形成される縮流部と、下流側の触媒担体に対して上流に形成される拡張部との間に介装される容積体であって、前記上流側の触媒担体下流の縮流部に連通接続される拡張部を上流側に有すると共に、前記下流側の触媒担体上流の拡張部に連通接続される縮流部を下流側に有する容積体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】
前記一組の触媒担体が、前記内燃機関に最も近接して配置された第１の触媒担体と、該第１の触媒担体に対して下流側に配置された第２の触媒担体であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
前記一組の触媒担体が、前記内燃機関に最も近接して配置された暖機用の触媒担体と、前記車両の床下に配置されたメインの触媒担体であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
前記容積体は、前記一組の触媒担体のうち、容量が小さい側の触媒担体の容量よりも大の容量に設定されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
前記一組の触媒担体が単一のハウジング内に支持されると共に、該ハウジングと一体的に前記容積体が形成されてい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。
【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、特に複数の触媒担体を備えた排気装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
車両の内燃機関に装着される排気装置（エキゾースト・システム）として、複数の触媒担体を備えたものが知られており、例えば下記の特許文献１には、三元触媒、ＮＯｘ触媒、スタート触媒等の触媒担体を三個以上連結する態様も開示されている。また、特許文献２には、エキゾーストマニフォールドから吐出側に向かって、コンバータ、共鳴型のサブマフラーおよびメインマフラーを順次配設して成る自動車用排気装置が開示され、上流側に吸音室を設けるとともに、吸音室を介してコンバータの下流側に一体的に連設されたサブマフラーが提案されている。
【０００３】
更に、特許文献３及び特許文献４には、二つの触媒担体の間に共鳴室が形成された装置が開示されている。例えば、特許文献３には、筒体の周壁に複数の小孔又は共鳴管の少なくともいずれか一方を設けて、筒体とシェルとで形成される空間を消音室とした触媒コンバータを、排気騒音中の複数の中心周波数のうち一つの中心周波数の音圧モードを求めて、その音圧比の高い位置に装着する車両排気系が提案されている。
【０００４】
尚、特許文献５には可変拡張比を設定し得る構成が開示されており、特許文献６には無反射構造の消音器が開示されている。また、特許文献７及び特許文献８には、排気装置のハウジングの加工に供し得る傾斜スピニング加工及び偏芯スピニング加工が開示されている。更に、特許文献９には管素材の曲げ加工方法が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２０００６２号公報
【特許文献２】特開２００３−２８６８４０号公報
【特許文献３】実用新案登録第２５５１９３６号公報
【特許文献４】特開２０００−２９１４２４号公報
【特許文献５】特開２０００−２５７４１８号公報
【特許文献６】特開２００３−３１４２４０号公報
【特許文献７】特許第２９５７１５４号公報
【特許文献８】特許第２９５７１５３号公報
【特許文献９】特許第３００００１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、内燃機関の形式や搭載方向（縦置もしくは横置）を問わず、触媒担体を含む排気系部品が配設され排気管によって連結された排気装置が一般的となっている。即ち、前方の内燃機関の排気ガス排出ポートに接続される排気マニホールド部、その直後に設けられ、昇温が早く早期触媒活性が可能なスタート触媒コンバータ（プリコンバータ）、その下流側に配置され、例えば車両の床下最前部に設けられたメインの触媒コンバータ、その後に設けられたサブマフラ、そして長尺の排気管を介して車両最後部に設けられたメインマフラという配列となっている。
【０００７】
特に、排出ガス浄化が時代の要請である今日、内燃機関始動直後（暖機時）の排出ガス浄化のために、上記のスタート触媒コンバータ（プリコンバータ）を装備することが一般化しつつある。更に、前掲の特許文献１に記載のように、三個以上の触媒担体を連結する例も見られる。このように、排気装置における触媒担体の多数配備、及び容量増加に起因する大型化は不可避である。
【０００８】
一方、排気装置における消音の観点からは、上記と同様、環境面の要請から高い消音性能が要求され、大型化が不可避となる反面、客室及び荷室スペースの拡大要請に対応するため床面の低床化及びフラット化が必要とされるので、その部分に設置されていたマフラ等の排気部品の搭載スペースが圧迫されている。この傾向は今後一層強くなると予測され、究極的には、床下には従来の排気系部品を搭載が困難となる。このように、排気浄化及び排気消音における種々の要請を充足するためには、排気系部品の多数化及び大型化が必至であるにもかかわらず、それらの搭載スペースの狭小化が余儀なくされつつあり、このような背反が顕著となっている。
【０００９】
最近では、床下スペースに比較的余裕がある前方に、排気系部品のうち最も大型なメインマフラを設置し、サブマフラを従来のメインマフラの位置（最後尾）に配置する構成も提案されている。しかし、このようなメインマフラの前方配置によって従来のメインマフラ程の大容量を吸収することは搭載上困難であり、結局十分な消音量を満たすことができず、サブマフラの大型化、ひいては客室又は荷室スペースの狭小化を招いてしまう場合が多い。従って、内燃機関の性能を維持しつつ、客室及び荷室スペースの拡大要請を充足し、且つ排気浄化に係る要請も充足した上で、従来以上の消音量を確保し得る、従来にない画期的な消音機構が望まれている。
【００１０】
前掲の特許文献２には、従来の排気系における（床下）触媒コンバータとサブマフラを一体化しつつ圧力変動の大きい位置に配備し、「触媒担体＋吸音室＋共鳴室」という配列にすることで、有効な消音量の確保と衝撃波発生防止とを実現する装置が提案されている。しかし、この装置は、特許文献２に記載のような圧力脈動分布の排気装置でなければ所望の効果を期待できず、複数の触媒担体が配置される排気装置への適用は不明であり、普遍的な解決とは成り得ない。また、前掲の特許文献３及び４に開示された、二つの触媒担体の間に共鳴室が形成された装置については、共鳴室が特定周波数を減衰するものであり、全周波数に亘る減衰は不可能であるので、絶対的な消音量不足を解決し得るものではない。全域周波数での有効な減衰を実現するには、拡張、共鳴及び吸音という消音３要素のうち、拡張を用いるほかなく、排気音エネルギー減衰のためには、できるだけ大きな拡張比を設定することが望ましく、従って、大きな拡張室を設置することが必要であるが、前述のように、スペース上の余裕はない。
【００１１】
そこで、本発明は、内燃機関の排気装置において、上述の諸要請を充足し、且つ従来以上の消音量を確保し得る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】
【００１２】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、複数の触媒担体を備え車両の内燃機関に装着される排気装置において、前記複数の触媒担体のうちの少なくとも一組の触媒担体における前記内燃機関側に位置する上流側の触媒担体に対して下流に形成される縮流部と、下流側の触媒担体に対して上流に形成される拡張部との間に介装される容積体であって、前記上流側の触媒担体下流の縮流部に連通接続される拡張部を上流側に有すると共に、前記下流側の触媒担体上流の拡張部に連通接続される縮流部を下流側に有する容積体を備えることとしたものである。
【００１３】
上記の排気装置において、請求項２に記載のように、前記一組の触媒担体は、前記内燃機関に最も近接して配置された第１の触媒担体と、該第１の触媒担体に対して下流側に配置された第２の触媒担体とするとよい。
【００１４】
上記の排気装置において、請求項３に記載のように、前記一組の触媒担体は、前記内燃機関に最も近接して配置された暖機用の触媒担体と、前記車両の床下に配置されたメインの触媒担体としてもよい。
【００１５】
上記の排気装置において、請求項４に記載のように、前記容積体は、前記一組の触媒担体のうち、容量が小さい側の触媒担体の容量よりも大の容量に設定するとよい。また、請求項５に記載のように、前記一組の触媒担体が単一のハウジング内に支持されると共に、該ハウジングと一体的に前記容積体を形成することとしてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、請求項１に記載の排気装置においては、一組の触媒担体の間に、上流側の触媒担体下流の縮流部に連通接続される拡張部を上流側に有すると共に、下流側の触媒担体上流の拡張部に連通接続される縮流部を下流側に有する容積体が介装されるように構成されているので、内燃機関の性能や排気浄化性能を損なうことなく、従来以上の消音量を確保し得る拡張消音機構を有する排気装置となる。特に、拡張消音機構の配置先としてこれまで着目されなかった一組の触媒担体の間というデッドスペースに容積体が介装されるものであるので、従前のマフラ等の排気要素へのスペース上の制限を与えることがないというだけでなく、容積体による消音効果の増大に伴い、従前の排気要素の小型化が可能となる。而して、従前の排気装置に対し、スペース、コスト、重量、背圧低減効果等において有利となる。
【００１７】
請求項２に記載の排気装置においては、内燃機関に最も近接して配置された第１の触媒担体と、その下流側に配置された第２の触媒担体によって一組の触媒担体が構成されており、この間に容積体が介装され、また、請求項３に記載の排気装置においては、暖機用の触媒担体と、車両の床下に配置されたメインの触媒担体によって一組の触媒担体が構成されており、この間に容積体が介装されるので、排気エネルギーの大きな上流に拡張容積（ボリューム）が付与されることになり、大きな消音効果を得ることができる。更に、上流で消音量を確保し排気エネルギーを減衰することができるので、高エネルギーの伝播に伴って発生する衝撃波の成長を抑え、排気異音の発生を防止することができる。
【００１８】
一般的に、上流側の触媒担体は下流側の触媒担体より容量が小さく予備的な触媒担体であることが多いが、請求項４に記載の排気装置においては、容積体は、容量が小さい側の触媒担体の容量よりも大の容量に設定されるので、大きな消音効果を得ることができる。尚、請求項５に記載の排気装置においては、一組の触媒担体が単一のハウジング内に支持されると共に、これと一体的に容積体が形成されるので、小型で安価な装置とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
内燃機関の排気装置に関し、上述の諸要請を充足し、且つ従来以上の消音量を確保し得る拡張消音機構を実現すべく、発明者等は以下の検証を行い、本発明の一実施形態を図１に示すように構成した。先ず、図１８に示すように暖機用のスタート触媒コンバータＣＢ１とメイン触媒コンバータＣＢ２を備えた排気装置モデルに対する検証結果について説明する。
【００２０】
図１８において、内燃機関ＥＧの各気筒とスタート触媒コンバータＣＢ１とを連結する排気管ＵＰにおけるＡ位置と、二つの触媒コンバータＣＢ１及びＣＢ２間を連結する排気管ＭＰにおけるＢ位置と、メイン触媒コンバータＣＢ２の下流側（排出側）に連結する排気管ＤＰにおけるＣ位置の各々に対し、拡張容積（以下、ボリュームという）を付与した場合の消音効果を検証した。
【００２１】
車両の床下には、消音部品を含む排気系部品を増設できない状況にあることを考慮すると、拡張容積はメイン触媒コンバータより上流側に設ける必要がある。そこで、図１８における上記の３位置にボリュームを付与し、その消音効果を検証した。従来より、排気装置の上流側、特に内燃機関ＥＧの排気ポート直下で拡張消音を行うと、下流側で消音を行うよりも効率が良く、必要なボリュームの数分の一で済むことが知られており、排気マニホールド部にボリュームを付与する例も散見される。これを検証すべく、排気マニホールド直下（スタート触媒コンバータＣＢ１の上流側）であるＡ位置にボリュームを付与することとした。
【００２２】
次に、Ｂ位置は、従来車両における排気装置では、酸素センサや自在継手（ボールジョイント、ベローズ等）の装置は見られるものの、特に消音に寄与する部位とはされていないが、Ａ位置との比較上、この位置にボリュームを付与することとした。尚、この位置は、実車では排気管が前方隔壁（スカットル）から床下に進入する位置近傍であり、車両への搭載性が困難であるため、この位置に消音要素を配置することは従来から検討対象とされていなかった。そして、Ｃ位置は、従来車両における排気装置では、共鳴型や吸収型のサブマフラが配置される位置である。
【００２３】
上記の３位置での拡張消音効果を検証すべく、検証対象のスタート触媒コンバータＣＢ１として、容量０．９Ｌ（リットル。以下同様）の一般的なモノリス触媒コンバータ、及びメイン触媒コンバータＣＢ２として容量１．１Ｌの一般的なモノリス触媒コンバータを備え、２Ｌの４気筒ガソリンエンジンＥＧに適用して、その体積効率（内燃機関の出力性能に近似）と消音特性（爆発１次成分の全域Ａ特性）を計測した。尚、付与したボリュームは、各位置それぞれ１Ｌ（リットル）、２Ｌ及び３Ｌの単純な空間ボリュームである。
【００２４】
先ず、内燃機関の出力性能（体積効率）についての検証結果を説明すると、図２０に示すように、Ａ位置では、回転数１５００ｒｐｍや４０００ｒｐｍ近傍等で、ベース性能（ボリューム付与せず）を上回る箇所もあるが、回転数３０００ｒｐｍ近傍での低下が大きい。つまり、内燃機関の出力性能に係る体積効率においては、ボリューム付与による長所及び短所がともに顕著に現れ、その程度はボリュームが大となる程顕著になる。尚、図２０における「Ａ１Ｌ」はＡ位置に１Ｌ（１リットル）のボリュームを付与したとき、「Ａ２Ｌ」はＡ位置に２Ｌ（２リットル）のボリュームを付与したとき、「Ａ３Ｌ」はＡ位置に３Ｌ（３リットル）のボリュームを付与したとき、そして、「ベース」はボリュームを付与しないときを夫々表す（以下、図２１乃至２５においても同様。但し、ＢはＢ位置、ＣはＣ位置を表す）。次に、図２１に示すように、Ｂ位置では、ベースに比較し全域で若干劣るものの、顕著な低下やピークはなく、チューニング次第でベースに比肩できるレベルとなり得る。そして、図２２に示すように、Ｃ位置では、Ａ位置における長所を除去した特性を呈し、ベースを超える部分は無く、回転数３０００ｒｐｍ近傍の落込みが顕著であった。
【００２５】
結局、内燃機関の出力性能（体積効率）からみると、１Ｌ、２Ｌ及び３Ｌのボリュームは何れも、Ｂ位置に付与することが望ましいことが確認された。ここで、排気装置に対し大きなボリュームを付与することにより、（１）排気装置全体の圧力振幅モードが変わる。（２）圧力波のブローダウンが各消音装置で反射し上流に伝播して、ブローダウン波と干渉する。この結果、異音発生、体積効率・消音効率の悪化等も顕在化する。（３）ボリューム付与部において背圧が上昇し、抵抗増による体積効率悪化等が生ずるといった悪影響が懸念される。本検証におけるＡ位置及びＣ位置へのボリューム付与結果には、如実にその悪影響が表れたが、Ｂ位置においては、それらの悪影響がほとんど表れなかった。
【００２６】
次に、消音性能については、図２３乃至図２５に示すように、１Ｌ、２Ｌ及び３Ｌのボリューム付与の何れの場合も、略全域に亘ってベースに比べて音圧レベルが低下し、消音効果が認められた。そして、ボリューム付与位置の比較では、１Ｌ、２Ｌ及び３Ｌのボリューム付与の何れの場合においても、図２３乃至図２５から明らかなように、Ｂ位置でのボリューム付与が、Ａ位置及びＣ位置でのボリューム付与に比べ、全域に亘って消音量が多いことが確認された。
【００２７】
以上の検証結果をまとめると、従来の一般的な考え方に反し、ボリューム付与位置としては、内燃機関の出力性能を略そのまま維持しつつ大きな消音効果を得ることができるＢ位置が最適であった。このように、Ｂ位置、即ち二つの触媒担体に挟まれた位置へのボリューム付与（図２０）によって最良の効果が得られた理由は、以下のように考えることができる。先ず、前述の図１８の排気系の等価回路として、図１９に示す電気回路を用いることができ、二つの触媒コンバータ（ＣＢ１及びＣＢ２）は電気抵抗体（α及びβ）と等価、拡張消音用のボリューム（ＶＯＬ）はコンデンサ（γ）と等価として表すことができる。
【００２８】
而して、図１９の左側の上流側から伝播してきた交流電流（排気装置ではブローダウン波）は第１の抵抗α（スタート触媒コンバータＣＢ１）にて（位相はそのままに）減衰され、電流（圧力）が若干弱められる。その後、並列接続されたコンデンサγ（ボリュームＶＯＬ）にて大きく減衰される（ａ）。コンデンサγ（ボリュームＶＯＬ）で減衰された電流（圧力）はさらに下流へ伝播し（ｂ）、第２の抵抗β（メイン触媒コンバータＣＢ２）で弱められてさらに後方に伝播する（ｅ）。後方には更に抵抗となり得る要素（消音要素や開口端）があるため、反射波となって上流に戻り（ｆ）、干渉（ｇ）が発生するが、この干渉は、往復で第２の抵抗βを通過し弱められた反射波（ｄ）によるものであるため、無視し得る程度に留められ、体積効率や消音への悪影響は少ない。
【００２９】
同様に、コンデンサγ（ボリュームＶＯＬ）自体も反射波を発生し（ｃ）、これが上流に伝播（ｈ）して干渉（ｉ）を発生するが、この干渉も、往復で第１の抵抗αを通過し弱められた反射波によるものであるため、無視し得る程度の弱い干渉に留められ、体積効率や消音への悪影響が少ない。即ち、コンデンサγ（ボリュームＶＯＬ）の存在自体によって生ずる悪影響は、両側が抵抗体（触媒担体）で挟まれていることによって最小限に抑えられる。従って、コンデンサγ（ボリュームＶＯＬ）の消音効果だけが、有効に機能することとなる。
【００３０】
図１は本発明の一実施形態に係る排気装置を示すもので、上記のスタート触媒コンバータＣＢ１及びメイン触媒コンバータＣＢ２を構成する第１の触媒担体ＣＴ１及び第２の触媒担体ＣＴ２と、これらの間に介装される単純拡張型の容積体Ｖ１を備えている。この容積体Ｖ１は、内燃機関ＥＧ側の第１の触媒担体ＣＴ１下流の縮流部ＲＴに連通接続される拡張部ＥＤを上流側に有すると共に、第２の触媒担体ＣＴ２上流の拡張部ＥＴに連通接続される縮流部ＲＤを下流側に有し、拡張室ＥＣによって上記のボリュームＶＯＬを付与するものである。尚、内燃機関ＥＧと第１の触媒担体ＣＴ１とは上流側の排気管ＵＰで連結され、第２の触媒担体ＣＴ２にはサブマフラＳＭが連結され、更に、このサブマフラＳＭとメインマフラＭＭとは下流側の排気管ＤＰで連結されている。そして、酸素センサＳ１及びＳ２が図１に示す位置に配設されている。尚、本実施形態では、容積体Ｖ１の設置に伴い、酸素センサＳ２は第１の触媒担体ＣＴ１の前方に配置されているが、容積体Ｖ１の後方に配置することとしてもよい。
【００３１】
容積体Ｖ１は、図１に示すように拡張部ＥＤと縮流部ＲＤとの間に形成される単純な拡張室ＥＣを有し、三元触媒である第２の触媒担体ＣＴ２前方のコーン部に一体的に接続される。この場合において、容積体Ｖ１は第２の触媒担体ＣＴ２や排気管と一体的に形成しても、別体で形成した後に接合することとしてもよく、その製造方法も、スピニング加工、プレス加工（所謂モナカ構造）等、任意の加工方法を適用し得る。尚、実車に搭載する際の便宜を考慮すると、容積体Ｖ１は車両のスカットル周辺（図示せず）に位置し、他部品との干渉が生じ易いため、例えばプレス成形にて三次元的な凹凸形状に加工し、最大の容積を確保するように形成することが望ましい。
【００３２】
而して、本実施形態では、結果的に、一般的な排気装置の二つの触媒担体間に容積体Ｖ１を付設した形態となるが、エンジン性能及び浄化性能を悪化させることなく必要な消音量を確保することができる。この結果、メインマフラＭＭの容量を大幅に少なくでき（その容積低減可能量は容積体Ｖ１の容量の数倍である）、小型化が可能となる。尚、触媒担体は二つに限らず、三個以上の触媒担体を設けることとしてもよく、それらのうち、容積体を設置する組は何れの組の触媒担体の間でもよいが、好ましくは、消音効果の大きな上流の組ほどよい。この場合の最適態様としては、最上流の触媒担体とその直後の触媒担体との間に容積体を設置する態様である。
【００３３】
図２は、本発明の他の実施形態に係る排気装置を示すもので、メインマフラとサブマフラが図１の実施形態とは逆の配置とされ、第２の触媒担体ＣＴ２の前後に単純拡張型の容積体Ｖ２とメインマフラＵＭが一体的に形成されている。従って、第２の触媒担体ＣＴ２のコーン部ＲＣ内に拡張部ＥＴが構成され、コーン部ＲＣの開口で縮流部ＲＤが構成されている。第２の触媒担体ＣＴ２部分は、これを構成する三元触媒担体を緩衝マット（図示せず）を介して堅固に保持する必要があるので、剛性の高い（厚板の）金属板で形成されているが、その前後に接合される容積体Ｖ２及び消音器部分（メインマフラＵＭ）はそれほど剛性を必要としないので、第２の触媒担体ＣＴ２のケースより薄板材で構成されている。従って、図２に示すように、容積体Ｖ２及びメインマフラＵＭは、夫々第２の触媒担体ＣＴ２のケースの前後に、その外側から嵌合されて溶接されている。このように、容積体Ｖ２、第２の触媒担体ＣＴ２及びメインマフラＵＭが一体的に接合されている。尚、図１の実施形態の構成要素と実質的に同じ構成要素には同一の符号を付して、説明は省略する。
【００３４】
而して、一般的にメインマフラの前方配置によって小容量化が余儀なくされるのに対し、本実施形態においては、容積体Ｖ２によって充分に補うことができ、サブマフラＳＭの大型化、ひいてはスペースの狭小化を回避することができる。
【００３５】
次に、上記のように構成される排気装置を、例えば直列４気筒の内燃機関に適用するときの構成例を図３乃至図７に示す。各図において、一点鎖線で示す内燃機関ＥＧ内の１乃至４は気筒番号を示し、これらに接続される枝管によってエキゾーストマニホールドが構成され、これに接続される実線が排気管を表している。そして、Ｃ１が第１の触媒担体、Ｃ２が第２の触媒担体、Ｖが容積体を示している。図７はエキゾーストマニホールドにターボチャージャＴＢが設けられたものである。尚、内燃機関ＥＧは車両の軸に対して縦置き又は横置きを問わず、その側部の何れの側にエキゾーストマニホールドを接続する構成としてもよい。例えば、横置き搭載の内燃機関における前方排気でも後方排気でもよく、配管はこれらに限定するものではない。
【００３６】
更に、前述の排気装置は、エキゾーストマニホールドが左右バンクに分離され、Ｖ型、Ｗ型、水平対向型等として構成される内燃機関にも適用することができ、これらの６気筒の内燃機関での構成例を図８及び図９に示す。例えば図８に示す構成例においては、両バンクからの排気管は合流するが、合流部の容積は本発明の容積体を構成し得ない。本発明の容積体は、その前後の触媒担体の容量のうちの小さい方の容量よりも大きな容量であることが必要であるが、通常、排気管の合流部にそれだけ大きな容量を確保し得るものではない。尚、配管は図８及び図９に示すものに限定されず、任意である。また、内燃機関の気筒数も任意で、単気筒あるいは多気筒、偶数気筒あるいは奇数気筒でもよく、形式もレシプロあるいはロータリー、２サイクルあるいは４サイクル、更にはハイブリッドや高膨脹比サイクル（アトキンソンサイクルあるいはミラーサイクル）であってもよい。搭載対象も、自動車に限らず、２輪車、船舶、汎用機等、任意である。
【００３７】
図１０乃至図１３は本発明の容積体における拡張室の構成例を示すもので、先ず、図１０は、図１及び図２に示した単純拡張型の容積体Ｖ１及びＶ２に対し、セパレータＳＰを挿入し、二重拡張型の容積体Ｖ３とした態様である。このように拡張室が増えることにより消音量は増加するが、その分、圧損が増加し、背圧の増加、ひいてはエンジン性能の低下を惹起するおそれがあるので、長所と短所のバランスを計る必要がある。
【００３８】
次に、図１１は、図１及び図２に示した単純拡張型の容積体Ｖ１及びＶ２に対し、入口管ＩＰ及び出口管ＯＰに挿入代ｄ１及びｄ２を設けることにより、擬似的に拡張比（消音量）を確保することとした容積体Ｖ４である。この態様では若干の背圧増を伴うので、縮流部ＲＤ側の出口管ＯＰの先端にはベルマウスＯＰｂを形成し、背圧増を抑えると共に、異音（気流音）の発生を防止することとしている。図１２は、拡張部ＥＤ側の入口管ＩＰの管端に動圧式の可変バルブＥＶを設けた容積体Ｖ５であり、前掲の特許文献５と同様に可変拡張比を確保するものである。これも背圧の増加が不可避であるので、長所と短所のバランスを計る必要がある。更に、図１３は、入口管ＩＰ及び出口管ＯＰに挿入代を設けると共に、拡張室ＥＣ内に開口する複数の連通孔ＩＰｘ及びＯＰｘを穿設して成る容積体Ｖ６であり、前掲の特許文献６と同様の無反射構造とするものである。
【００３９】
図１４は本発明の他の実施形態に係るもので、第１の触媒担体ＣＴ１及び第２の触媒担体ＣＴ２が単一のハウジングＨ内に支持されると共に、このハウジングＨと一体的に容積体Ｖ７が形成された態様である。これは、例えばスピニング加工によって一本の筒状部材（金属パイプ）を成形して、図１４に示すように第１及び第２の触媒担体ＣＴ１及びＣＴ２並びに容積体Ｖ７を同軸上に形成することができる。尚、第１及び第２の触媒担体ＣＴ１及びＣＴ２並びに容積体Ｖ７の軸は必ずしも同軸でなくてもよく、オフセット、傾斜、捩れ等、任意に設定することができる。何れの構造でも、両端部のネッキング加工、及び二箇所の縮径加工はスピニング加工装置によって容易且つ適切に行うことができるが、プレス成形や周知の塑性加工を利用することとしてもよい。また、ハウジング全体をプレス成形にて半割モナカ構造とし、それらを溶接接合することとしてもよい。
【００４０】
図１５は本発明の更に他の実施形態に係るもので、単一の円筒状ハウジングＨ２内に第１の触媒担体ＣＴ１及び第２の触媒担体ＣＴ２が支持されると共に、二枚のセパレータＳＰ１及びＳＰ２が支持され、これらのセパレータＳＰ１及びＳＰ２の間に拡張室ＥＣが画定され、容積体Ｖ８が形成された態様である。セパレータＳＰ１及びＳＰ２には、夫々、傾斜した首管ＳＰｉ及びＳＰｏが形成されており、これによって必要な拡張比／縮流比が確保されるように構成されている。例えば、一本の筒状部材（金属パイプ）の内部に、第１及び第２の触媒担体ＣＴ１及びＣＴ２並びにセパレータＳＰ１及びＳＰ２を挿入後、両端部に対しスピニング加工装置によってネッキング加工を行うことができる。例えば、左端部は特許文献７の傾斜スピニング加工を適用し、右端部は特許文献８の偏芯スピニング加工を適用するとよい。
【００４１】
図１６は本発明の別の実施形態に係るもので、横置き搭載の内燃機関で後方排気の車両に好適な排気装置の実施形態を示す。具体的には、単一の円筒状ハウジングＨ３が容積体Ｖ９を構成する部分で屈曲され、第１及び第２の触媒担体ＣＴ１及びＣＴ２並びにセパレータＳＰ３及びＳＰ４が内蔵されている。本実施形態では、エキゾーストマニホールドＥＸとはボールジョイントＢＪを介して接続されているが、これらは一体的に形成することとしてもよい。その他の構成は図１５等と同様である。尚、このように大径のハウジングＨ３を略直角に屈曲する際には、特許文献９に記載の方法を適用すればよい。また、セパレータＳＰ３及びＳＰ４によって拡張室ＥＣを画定する代わりに、図１４に示すように縮径部（絞り）を形成することとしてもよい。而して、図１６に示す形状とすることにより、排気装置の搭載スペースが少ない小型のＦＦ車両に対しても適用が可能となる。
【００４２】
図１７は本発明の更に別の実施形態に係るもので、三つの触媒担体ＣＴ１、ＣＴ２及びＣＴ３を備え、夫々の間に容積体Ｖ１１及びＶ１２が介装された排気装置の実施形態を示す。本実施形態は、図１６の実施形態と図１の実施形態とを組み合わせた態様で、二点鎖線で示す車体Ｂに対し適切に配置されている。尚、何れの実施形態においても、触媒担体としては、三元触媒、ＨＣやＮＯｘ吸着触媒、酸化触媒等の狭義の触媒担体はもとより、ディーゼル・パティキュレート・フィルタ（ＤＰＦ）等のフィルタ類も包含される。換言すれば、音響的に等価なハニカム状の通路が軸方向に多数穿設された浄化処理装置ということができ、材質はセラミックでも金属でもよい。更に、何れの実施形態においても、ヒータ、液体噴霧装置、各種センサ、ヒートインシュレータ等の付加物の設置は任意であり、保温のためにハウジング（外筒）を複層構造にしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気装置を示す断面図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る排気装置を示す断面図である。
【図３】本発明の排気装置を直列４気筒の内燃機関に適用するときの構成例を示す構成図である。
【図４】本発明の排気装置を直列４気筒の内燃機関に適用するときの構成例を示す構成図である。
【図５】本発明の排気装置を直列４気筒の内燃機関に適用するときの構成例を示す構成図である。
【図６】本発明の排気装置を直列４気筒の内燃機関に適用するときの構成例を示す構成図である。
【図７】本発明の排気装置を直列４気筒の内燃機関に適用するときの構成例を示す構成図である。
【図８】本発明の排気装置をＶ型等の６気筒の内燃機関に適用するときの構成例を示す構成図である。
【図９】本発明の排気装置をＶ型等の６気筒の内燃機関に適用するときの構成例を示す構成図である。
【図１０】本発明の容積体における拡張室の構成例を示す断面図である。
【図１１】本発明の容積体における拡張室の構成例を示す断面図である。
【図１２】本発明の容積体における拡張室の構成例を示す断面図である。
【図１３】本発明の容積体における拡張室の構成例を示す断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態に係る排気装置を示す断面図である。
【図１５】本発明の更に他の実施形態に係る排気装置を示す断面図である。
【図１６】本発明の別の実施形態に係る排気装置を示す断面図である。
【図１７】本発明の更に別の実施形態に係る排気装置を示す断面図である。
【図１８】スタート触媒コンバータとメイン触媒コンバータを備えた排気装置モデルを示す構成図である。
【図１９】図１８に示す排気系の等価回路の電気回路図である。
【図２０】内燃機関の体積効率についての検証結果を示すグラフである。
【図２１】内燃機関の体積効率についての検証結果を示すグラフである。
【図２２】内燃機関の体積効率についての検証結果を示すグラフである。
【図２３】内燃機関の消音性能についての検証結果を示すグラフである。
【図２４】内燃機関の消音性能についての検証結果を示すグラフである。
【図２５】内燃機関の消音性能についての検証結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４４】
ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３    触媒担体
Ｖ１〜Ｖ８，Ｖ１１，Ｖ１２    容積体
ＥＤ    拡張部
ＥＣ    拡張室
ＲＤ    縮流部
ＥＧ    内燃機関
ＵＰ，ＭＰ，ＤＰ    排気管
ＭＭ    メインマフラ
ＳＭ    サブマフラ
【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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