(57)【要約】【課題】テールパイプへのサブマフラの設置や、メインマフラへの排気通路の開閉機構の設置を不要にして、簡単な構造で排気系に気柱共鳴によって生ずる気柱共鳴による異なった特定周波数の排気音の音圧を低減でき、重量や製造コストを低減できる排気装置を提供すること。【解決手段】マフラ３０が、エンドプレート４２、４３を有するとともに、上流区画室３０Ａと、中間区画室３０Ｂと、下流区画室３０Ｃとを有するマフラ本体３１と、上流開口端および下流開口端２５ｂとを有する排気通路２５ｃが形成されるとともに、インレットパイプ環状スリット２５ｄ、２５ｅが形成されたインレットパイプ部２５Ａと、上流区画室連通端３４ａと下流区画室連通端３４ｂとを有する内部通路３４ｃが形成されるとともに、連通パイプ環状スリット３４ｄが形成された連通パイプ３４と、上流区画室開口端３５ａと大気開口端３５ｂとを有するアウトレットパイプ３５とを備える。【選択図】図４
2012087731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管内を流通する排気ガスの排気音を消音する消音器を備えた排気装置において、
前記消音器が、
前記排気ガスの排気方向上流側に位置する上流側部材と排気方向下流側に位置する下流側部材とを有するとともに、前記上流側部材と上流側区画部材によって形成された上流区画室と、前記上流側区画部材と下流側部材との間に位置する下流側区画部材によって形成された中間区画室と、前記下流側区画部材と前記下流側部材によって形成された下流区画室とを有する消音器本体と、
前記上流側部材、前記上流側区画部材および前記下流側区画部材に支持され、前記排気管の下流端と接続される上流開口端および前記下流区画室で開口する下流開口端を有する排気通路が形成されるとともに、前記排気通路と上流区画室とを連通する上流連通路と前記排気通路と前記中間区画室とを連通する中間連通路が形成されたインレットパイプと、
前記上流側区画部材および前記下流側区画部材を貫通するよう設けられ、前記上流区画室と連通する上流区画室連通端と前記下流区画室と連通する下流区画室連通端とを有する内部通路が形成されるとともに、前記内部通路と前記中間区画室とを連通する内部連通路とが形成された連通パイプと、
前記上流側区画部材、前記下流側区画部材および前記下流側部材を貫通するよう設けられ、前記上流区画室で開口する上流区画室開口端と大気中に開口する大気開口端とを有するアウトレットパイプと、
を備えたことを特徴とする排気装置。
【請求項２】
前記インレットパイプが、前記排気通路を囲む排気通路壁面部を有し、前記上流連通路および前記中間連通路のうち少なくともいずれか１つが、前記排気通路壁面部を環状に切断するインレットパイプ環状スリットで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
【請求項３】
前記インレットパイプが、前記排気通路を囲む排気通路壁面部を有し、前記上流連通路および前記中間連通路のうち少なくともいずれか１つが、前記排気通路壁面部を貫通するインレットパイプ貫通孔で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
【請求項４】
前記インレットパイプが、前記排気通路壁面部を囲むとともに、環状の外筒通路が形成された外筒を有し、前記外筒通路が前記排気方向上流側で閉塞する閉塞端と、前記排気方向下流側で前記中間区画室に開口する中間開口端を有し、前記インレットパイプ貫通孔が、前記排気通路と前記外筒通路とを連通するよう前記排気通路壁面部を貫通して形成されたことを特徴とする請求項２に記載の排気装置。
【請求項５】
前記連通パイプが、前記内部通路を囲む内部通路壁面部を有し、前記内部連通路が、前記内部通路壁面部を環状に切断する連通パイプ環状スリットで形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気装置。
【請求項６】
前記連通パイプが、前記内部通路を囲む内部通路壁面部を有し、前記内部連通路が、前記内部通路壁面部を貫通する連通パイプ貫通孔で形成されたことを特徴とする請求項１に記載の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気装置に関し、特に、内燃機関の排気管内に生ずる気柱共鳴による排気音の音圧の増大を抑制するようにした排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の排気装置として、内部に区画された第１拡張室と、この第１拡張室に隣接する第２拡張室と、この第２拡張室に隣接する共鳴室とを有するマフラを備え、さらに、エンジンの排気ポートに接続された導入本管と、導入本管に接続され排気ガスを第２拡張室に導入する第１の導入管と、導入本管に接続され第１拡張室および第２拡張室を貫通するように延びて共鳴室に排気ガスを導入する第２の導入管と、第１拡張室に開口端を有し、第２拡張室および共鳴室を貫通するように延びて大気中に開口端を有するテールパイプとを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この排気装置においては、第１拡張室と第２拡張室とが開口によって連通している。また、第１拡張室内に位置する第２の導入管の壁部には複数の小孔が形成されており、第２の導入管の排気ガス通路と第１拡張室とが連通している。そして、この複数の小孔を囲んで開閉用筒体が軸方向に移動可能に設けられている。この開閉用筒体には、アクチュエータに接続されたピストンロッドが連結され、コントローラの指令によってアクチュエータが動作し、ピストンロッドを介して複数の小孔が開閉されるようになっている。
【０００４】
この排気装置においては、エンジン回転数が低回転のとき、開閉用筒体により複数の小孔が閉塞状態に維持されており、エンジンの排気ガスは導入本管から第１の導入管を通って第２拡張室に導入され、第２拡張室から開口を通って第１拡張室に導入されテールパイプを通って大気に排気される。このとき、排気音は第２拡張室で拡張され、さらに第１拡張室で拡張されるので、排気音の広い周波数帯域に亘って音圧レベルが低減される。この状態で、エンジンの排気ガスは導入本管から第２の導入管を通って共鳴室に導入され、ヘルムホルツの共鳴作用によって特定周波数の排気音の音圧レベルが低減されることになる。
【０００５】
他方、エンジン回転数が高回転のとき、コントローラの指令によってアクチュエータが動作し、ピストンロッドを介して複数の小孔が開状態に切り替えられる。
この状態においては、エンジンの排気ガスは導入本管から第１の導入管を通って第２拡張室に導入され、第２拡張室から開口を通って第１拡張室に導入されテールパイプを通って大気に排気される。さらに、第２の導入管の複数の小孔から第１拡張室に導入されテールパイプを通って大気に排気される。
【０００６】
このとき、排気音は第２拡張室で拡張され、さらに第１拡張室で拡張されるとともに、複数の小孔を通って第１拡張室で拡張されるので、排気音の広い周波数帯域に亘って音圧レベルが低減される。この状態で、エンジンの排気ガスは導入本管から第２の導入管を通って共鳴室に導入され、ヘルムホルツの共鳴作用によって特定周波数の排気音の音圧レベルが低減される。この場合、複数の小孔が開状態となっているので、複数の小孔が閉状態の場合の特定周波数とは異なり、より高い特定周波数の排気音について、ヘルムホルツの共鳴作用によってその音圧レベルが低減されることになる。
【０００７】
したがって、この排気装置においては、異なった２種の特定周波数の音圧レベルを低減するとともに、２種の特定周波数以外の広い周波数帯域の音圧レベルが低減されるようになっている。
【０００８】
また、従来の排気装置として、図１８（ａ）に示すようなものが知られている。
図１８（ａ）に示す排気装置１は、エンジン２に接続されたフロントパイプ３と、フロントパイプ３に設けられた触媒コンバータ４ａ、４ｂからなる触媒コンバータ４を備えている。また、排気装置１は、触媒コンバータ４ｂに連結されたテールパイプ５と、テールパイプ５に設けられたサブマフラ６と、テールパイプ５に連結されたメインマフラ７とにより構成されている。
【０００９】
サブマフラ６は、図１９に示すように、テールパイプ５の排気ガス通路５ａと連通する排気ガス通路８ａを有しテールパイプ５に連結されたサブパイプ８と、排気ガス通路８ａに連通する共鳴室６ａとを備えている。このサブマフラ６は、図１８（ａ）に示すように、テールパイプ５の中央部分に配置されている。
【００１０】
この構成により、テールパイプ５内に発生する気柱共鳴の音圧モードの矢印ａで示す音圧レベルの腹の部分が、共鳴室６ａのヘルムホルツの共鳴作用により、低減されるようになっている。このテールパイプ５内の音圧モードは、テールパイプ５の両端が開口端であることから、図１８（ｂ）に示すように、両端で音圧が最低となり中央部分で音圧が最高となる気柱共鳴のモードとなっている。このような排気音の気柱共鳴が発生した場合、サブマフラ６などの気柱共鳴を低減する何らかの対策が講じられないと、車室内にこもり音が生じ、不快な排気音の騒音の問題が起きてしまうことになる。
【００１１】
メインマフラ７は、図１９に示すように、本体７ａと、本体７ａに挿入されたテールパイプ５のインレットパイプ部５Ａと、アウトレットパイプ７ｂと、連通部材７ｃとを備えている。本体７ａは、第１拡張室７Ａと、第１拡張室７Ａに隣接する第２拡張室７Ｂと、第２拡張室７Ｂに隣接する共鳴室７Ｃとを有しており、第１拡張室７Ａと第２拡張室７Ｂは、連通部材７ｃにより連通している。
【００１２】
インレットパイプ部５Ａは、第１拡張室７Ａおよび第２拡張室７Ｂを貫通して共鳴室７Ｃで開口している。また、インレットパイプ部５Ａの第２拡張室７Ｂに位置する壁部には複数の小孔５ｂが形成されており、インレットパイプ部５Ａ内の排気ガス通路５ｃと第２拡張室７Ｂとが連通している。
【００１３】
アウトレットパイプ７ｂは、第１拡張室７Ａで開口するとともに、第２拡張室７Ｂおよび共鳴室７Ｃを貫通するように延びて大気中で開口している。
このメインマフラ７においては、共鳴室７Ｃで、図１８（ｃ）に示すように、フロントパイプ３のエンジン２との連結部分３ａと、アウトレットパイプ７ｂの大気側の開口部分７ｄとの間で発生する排気系の気柱共鳴の音圧モードにおける音圧レベルが、ヘルムホルツの共鳴作用により低減されるようになっている。
【００１４】
この排気系の音圧モードは、フロントパイプ３のエンジン２との連結部分３ａが図示しない排気バルブにより閉口端となり、開口部分７ｄが開口端であることから、図１８（ｃ）に示すように、開口部分７ｄおよび排気系の中間部分で音圧が最低となり連結部分３ａおよび音圧が最低の中間部分と開口部分７ｄとの中央部分で音圧が最高となる気柱共鳴のモードとなっている。このような排気音の気柱共鳴が発生した場合、メインマフラ７の共鳴室７Ｃなどの気柱共鳴を低減する何らかの対策が講じられないと、この場合においても車室内にこもり音が生じ、不快な排気音の騒音の問題が起きてしまうことになる。
【００１５】
また、排気径の気柱共鳴の特定周波数以外の周波数の排気音に対しては、インレットパイプ部５Ａの複数の小孔５ｂから第２拡張室７Ｂに排気ガスが流入する際の拡張効果により、広い周波数帯域に亘って音圧レベルが低減されるようになっている。また、排気ガスが第２拡張室７Ｂから連通部材７ｃを通って第１拡張室７Ａに流入する際の拡張効果により、広い周波数帯域に亘って音圧レベルが低減されるようになっている。
【００１６】
したがって、この排気装置１においては、サブマフラ６によりテールパイプ５に発生する特定周波数の音圧レベルが低減されるとともに、共鳴室７Ｃにより排気系に発生する特定周波数の音圧レベルが低減される。すなわち、２種の特定周波数以外の広い周波数帯域の音圧レベルが低減されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開平７−３３２０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
この特許文献１に記載の従来の排気装置にあっては、第２の導入管の壁部の複数の小孔を囲む開閉用筒体が第２の導入管に設けられており、この開閉用筒体をコントローラで開閉制御することにより２種の特定周波数の排気音の共鳴を低減するようにしている。そのため、開閉用筒体を開閉するアクチュエータやピストンロッドなどの開閉機構が必要となり、排気装置の構造が複雑となり、その重量も増大してしまい、製造コストが増加してしまうという問題があった。
【００１９】
また、コントローラは、エンジンの運転状態に応じて開閉用筒体を動作させるよう、スロットルバルブの開度やエンジン回転数などの物理量を検出するセンサの情報に基づく制御を実行しているので、制御に手間がかかるという問題があった。
【００２０】
また、図１８（ａ）に示す従来の排気装置にあっては、テールパイプ５に設けられたサブマフラ６およびメインマフラ７の協働により、テールパイプ５および排気系に生ずる気柱共鳴による異なった特定周波数の気柱共鳴の音圧モードを低減するようにしている。
そのため、排気装置のサブマフラ６の設置により構成要素が増えて、その重量も増大してしまい、製造コストが増加してしまうという問題があった。
【００２１】
また、サブマフラ６はテールパイプ５に生ずる所定の特定周波数にのみ音圧低減作用を有しており、それ以外の他の周波数の排気音に対しては、音圧低減作用が発揮されず余分な構成要素になってしまっていた。また、メインマフラ７の共鳴室７Ｃにおいても、共鳴室７Ｃが排気系に生ずる所定の特定周波数にのみ音圧低減作用を有しており、それ以外の他の周波数の排気音に対しては、音圧低減作用が発揮されず余分な構成要素になってしまっていた。
【００２２】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、テールパイプへのサブマフラの設置や、メインマフラへの排気通路の開閉機構の設置を不要にして、簡単な構造で排気系に生ずる気柱共鳴による異なった特定周波数の排気音の音圧を低減することができ、重量や製造コストを低減することができる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】
【００２３】
本発明に係る排気装置は、上記課題を解決するため、（１）排気管内を流通する排気ガスの排気音を消音する消音器を備えた排気装置において、前記消音器が、前記排気ガスの排気方向上流側に位置する上流側部材と排気方向下流側に位置する下流側部材とを有するとともに、前記上流側部材と上流側区画部材によって形成された上流区画室と、前記上流側区画部材と下流側部材との間に位置する下流側区画部材によって形成された中間区画室と、前記下流側区画部材と前記下流側部材によって形成された下流区画室とを有する消音器本体と、前記上流側部材、前記上流側区画部材および前記下流側区画部材に支持され、前記排気管の下流端と接続される上流開口端および前記下流区画室で開口する下流開口端を有する排気通路が形成されるとともに、前記排気通路と上流区画室とを連通する上流連通路と前記排気通路と前記中間区画室とを連通する中間連通路が形成されたインレットパイプと、前記上流側区画部材および前記下流側区画部材を貫通するよう設けられ、前記上流区画室と連通する上流区画室連通端と前記下流区画室と連通する下流区画室連通端とを有する内部通路が形成されるとともに、前記内部通路と前記中間区画室とを連通する内部連通路とが形成された連通パイプと、前記上流側区画部材、前記下流側区画部材および前記下流側部材を貫通するよう設けられ、前記上流区画室で開口する上流区画室開口端と大気中に開口する大気開口端とを有するアウトレットパイプと、を備えたことを特徴とする。
【００２４】
この構成により、本発明に係る排気装置は、排気管内を流通する排気ガスの排気音周波数が、音圧レベルの高い共鳴ピークを有する特定周波数以外の周波数のとき、すなわち排気音の広い周波数帯域に亘って、上流区画室、中間区画室および下流区画室をすべて拡張室として機能させることができる。したがって、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧が低減される。
【００２５】
すなわち、上流区画室においては、排気ガスがインレットパイプの上流連通路を通って上流区画室内に流入するとき、いわゆる拡張効果により、排気音が広い周波数帯域に亘って、その音圧が低減される。また、中間区画室においては、排気ガスが中間連通路を通って中間区画室内に流入するとき、同様にその音圧が低減される。また、下流区画室においては、排気ガスがインレットパイプの下流開口端を通って下流区画室内に流入するとき、同様にその音圧が低減される。
【００２６】
さらに、下流区画室内の排気ガスが連通パイプの上流区画室連通端から上流区画室内に流入するときも、同様にその音圧が低減される。このように、消音器内の空間が有効に機能するので、排気音の周波数が、特定周波数以外の周波数のときでも、その音圧が著しく低減される。
【００２７】
本発明に係る排気装置においては、例えば、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的低回転のときに、排気音の周波数が特定周波数と合致すると、中間区画室および下流区画室が共鳴室として機能し、この共鳴室内でヘルムホルツ共鳴が励起される。
その結果、従来の排気装置において発生していた排気系の気柱共鳴ピークにおける音圧レベルが、著しく低減される。
【００２８】
また、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的高回転のときに、排気音の周波数が特定周波数と合致すると、下流区画室が共鳴室として機能し、この共鳴室内でヘルムホルツ共鳴が励起される。
その結果、従来の排気装置において発生していたテールパイプの気柱共鳴ピークにおける音圧レベルが、著しく低減される。
このように、本発明に係る排気装置においては、簡単な構造の消音器で構成することができる。すなわち、従来の排気装置において必須の構成であった、区画室を拡張室と共鳴室とに切り替えるアクチュエータなどの開閉機構や開閉バルブ機構などの複雑な構成が不要となり、極めて簡素な構成とすることができる。
【００２９】
本発明に係る排気装置においては、排気系やインレットパイプに生ずる気柱共鳴による異なった２種の特定周波数の排気音の音圧が、確実に低減され、車室内に生じていたこもり音などの騒音の問題が解消される。また、機構を制御する制御装置やサブマフラも不要となるので、重量や製造コストが著しく低減される。
【００３０】
上記（１）に記載の排気装置において、（２）前記インレットパイプが、前記排気通路を囲む排気通路壁面部を有し、前記上流連通路および前記中間連通路のうち少なくともいずれか１つが、前記排気通路壁面部を環状に切断するインレットパイプ環状スリットで形成されたことを特徴とする。
【００３１】
この構成により、上流連通路および中間連通路のうち少なくともいずれか１つが、排気
通路壁面部を貫通するインレットパイプ環状スリットで形成されると、上流連通路と上流区画室、中間連通路と中間区画室との間の少なくともいずれか１つで、排気ガスが円滑に流通する。
【００３２】
上記（１）に記載の排気装置において、（３）前記インレットパイプが、前記排気通路を囲む排気通路壁面部を有し、前記上流連通路および前記中間連通路のうち少なくともいずれか１つが、前記排気通路壁面部を貫通するインレットパイプ貫通孔で形成されたことを特徴とする。
【００３３】
この構成により、上流連通路および中間連通路のうち少なくともいずれか１つが、排気通路壁面部を貫通するインレットパイプ貫通孔で形成されると、インレットパイプを単一のパイプで形成することができ、構造が極めて簡素化される。
【００３４】
上記（１）または（２）に記載の排気装置において、好ましくは、（４）前記インレットパイプが、前記排気通路壁面部を囲むとともに、環状の外筒通路が形成された外筒を有し、前記外筒通路が前記排気方向上流側で閉塞する閉塞端と、前記排気方向下流側で前記中間区画室に開口する中間開口端を有し、前記インレットパイプ貫通孔が、前記排気通路と前記外筒通路とを連通するよう前排気通路記壁面部を貫通して形成されたことを特徴とする。
【００３５】
この構成により、インレットパイプが外筒を有するという、いわゆる二重管構造になっているので、消音器の容積を増大させることなく、いわゆる首の部分となる気流通路を、より長く設定することができ、ヘルムホルツ共鳴の特定周波数（Ｈｚ）を、より低くなるよう設定することができる。すなわち、特定周波数の設定の自由度を高めることができる。
【００３６】
上記（１）または（２）に記載の排気装置において、好ましくは、（５）前記連通パイプが、前記内部通路を囲む内部通路壁面部を有し、前記内部連通路が、前記内部通路壁面部を環状に切断する連通パイプ環状スリットで形成されたことを特徴とする。
【００３７】
この構成により、インレットパイプにおけるインレットパイプ環状スリットと同様に、内部連通路が、内部通路壁面部を貫通する連通パイプ環状スリットで形成されると、内部通路と中間区画室との間で、排気ガスが円滑に流通する。
【００３８】
上記（１）に記載の排気装置において、好ましくは、（６）前記連通パイプが、前記内部通路を囲む内部通路壁面部を有し、前記内部連通路が、前記内部通路壁面部を貫通する連通パイプ貫通孔で形成されたことを特徴とする。
【００３９】
この構成により、インレットパイプにおけるインレットパイプ貫通孔と同様に、内部連通路が、内部通路壁面部を貫通する連通パイプ貫通孔で形成されると、連通パイプを単一のパイプで形成することができ、構造が極めて簡素化される。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、テールパイプへのサブマフラの設置や、メインマフラへの排気通路の開閉機構の設置を不要にして、簡単な構造で排気系に気柱共鳴によって生ずる気柱共鳴による異なった特定周波数の排気音の音圧を低減することができ、重量や製造コストを低減することができる排気装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る排気装置の第１実施形態を示す図であり、排気系の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る排気装置の第１実施形態を示す図であり、マフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図３】本発明に係る排気装置の第１実施形態を示す図であり、上流側から見たマフラの側面図である。
【図４】本発明に係る排気装置の第１実施形態を示す図であり、図３のＡ−Ａ断面を示すマフラの断面図である。
【図５】本発明に係る排気装置の第１実施形態を示す図であり、２個の共鳴パイプを有するヘルムホルツ共鳴器の構成を示す模式図である。
【図６】本発明に係る排気装置の第１実施形態を示す図であり、マフラ内の排気ガスの流動状態を示す断面図である。
【図７】本発明に係る排気装置の第１実施形態を示す図であり、エンジンの低回転時におけるヘルムホルツ共鳴の状態を示す断面図である。
【図８】本発明に係る排気装置の第１実施形態を示す図であり、エンジンの高回転時におけるヘルムホルツ共鳴の状態を示す断面図である。
【図９】本発明に係る排気装置の第１実施形態を示す図であり、テールパイプおよび排気系の音圧レベルとエンジン回転数Ｎｅとの関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る排気装置の第２実施形態を示す図であり、排気系の構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明に係る排気装置の第２実施形態を示す図であり、マフラの一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図１２】本発明に係る排気装置の第２実施形態を示す図であり、下流開口端側から見たインレットパイプの正面図である。
【図１３】本発明に係る排気装置の第２実施形態を示す図であり、図１１のＢ−Ｂ断面を示す縦断面図である。
【図１４】本発明に係る排気装置の第２実施形態を示す図であり、エンジンの低回転時におけるヘルムホルツ共鳴の状態を示す断面図である。
【図１５】本発明に係る排気装置の第２実施形態を示す図であり、エンジンの高回転時におけるヘルムホルツ共鳴の状態を示す断面図である。
【図１６】本発明に係る排気装置の第２実施形態を示す図であり、マフラ内の排気ガスの流動状態を示す断面図である。
【図１７】本発明に係る排気装置の第１実施形態の変形例を示す図であり、図３のＡ−Ａ断面を示すマフラの断面図である。
【図１８】従来の排気装置を備えた排気系を示す図であり、（ａ）は、サブマフラおよびテールパイプとアウトレットパイプが連結されたマフラの縦断面図であり、（ｂ）は、テールパイプに発生する気柱共鳴の音圧モードを示し、（ｃ）は、フロントパイプの閉口端からアウトレットパイプの開口端までの排気系に発生する気柱共鳴の音圧モードを示す。
【図１９】従来の排気装置を備えた排気系を示す図であり、サブマフラおよびマフラの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、本発明に係る排気装置の第１実施形態および第２実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４３】
（第１実施形態）
図１〜図９は、本発明に係る排気装置の第１実施形態を示す図であり、まず、第１実施形態に係る排気装置２０の構成を説明する。
【００４４】
第１実施形態に係る排気装置２０は、図１に示すように、直列４気筒の内燃機関としてのエンジン１０に接続されており、エンジン１０から排出される排気ガスを浄化するとともに、発生する排気音の音圧の増大を抑制しつつ、排気ガスを大気に排出するよう構成されている。
【００４５】
エンジン１０は、車両の駆動源となるエンジン本体１１と、エンジン本体１１から排出される排気ガスを流通させる排気マニホールド１２とを有している。なお、エンジン１０は、直列４気筒に限られず、直列３気筒または直列５気筒以上で構成されていてもよく、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型エンジンで構成されていてもよい。
【００４６】
排気マニホールド１２は、エンジン本体１１の第１気筒から第４気筒にそれぞれ連通する排気ポートにそれぞれ接続される４つの排気枝管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと、排気枝管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの下流側を集合させる排気集合管１２ｅとから構成されている。このエンジン１０の各気筒から排気される排気ガスは、排気枝管１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄを介して排気集合管１２ｅに導入されるようになっている。
【００４７】
排気装置２０は、触媒コンバータ２１ａ、２１ｂからなる触媒コンバータ２１と、自在継手２２を介して触媒コンバータ２１ａに連結されたフロントパイプ２３と、自在継手２４を介して触媒コンバータ２１ｂに連結されたテールパイプ２５と、テールパイプ２５と連結された消音器としてのマフラ３０とを備えている。この排気装置２０は、車両の床下に弾性的に垂下されるようにしてエンジン１０の下流側に設置されている。なお、上流側とは、エンジン１０から排出される排気ガスの排気方向における上流側を示し、下流側とは、この排気ガスの排気方向における下流側を示している。
【００４８】
触媒コンバータ２１ａ、２１ｂは、それぞれハニカム基材や粒状の活性アルミナ製担体に白金、パラジウム等の触媒を付着させたものからなり、これらを収納する本体ケースを有している。上流端で排気集合管１２ｅの下流端に接続された触媒コンバータ２１ａおよび下流端でテールパイプ２５に接続された触媒コンバータ２１ｂは、それぞれ、排気集合管１２ｅから排気された排気ガス中のＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化を行うようになっている。
【００４９】
自在継手２２は、ボールジョイントなどの球面継手から構成されており、触媒コンバータ２１ａとフロントパイプ２３との相対変位を許容するようになっている。また自在継手２４も、自在継手２２と同様、ボールジョイントなどの球面継手から構成されており、触媒コンバータ２１ｂとテールパイプ２５との相対変位を許容するようになっている。
【００５０】
フロントパイプ２３は、円筒状に形成されており、触媒コンバータ２１ａから排出される排気ガスを触媒コンバータ２１ｂに流通させる排気通路２３ａを有している。テールパイプ２５も、フロントパイプ２３と同様、円筒状に形成されており、排気通路２５ｃを有し、触媒コンバータ２１ｂから排出される排気ガスを上流開口端２５ａから下流開口端２５ｂに流通させるようになっている。テールパイプ２５の下流開口端２５ｂは、マフラ３０に挿入されるテールパイプ２５のインレットパイプ部２５Ａに形成されており、下流開口端２５ｂから排気ガスがマフラ３０内に流入するようになっている。
【００５１】
図２〜図４に示すように、マフラ３０は、消音器本体としてのマフラ本体３１と、上流側区画部材としてのセパレータ３２と、下流側区画部材としてのセパレータ３３と、インレットパイプとしてのインレットパイプ部２５Ａと、連通パイプ３４と、アウトレットパイプ３５とを含んで構成されている。インレットパイプ部２５Ａからマフラ本体３１に流入した排気ガスは、アウトレットパイプ３５から排出されるようになっており、マフラ本体３１内で排気音が消音されるようになっている。
【００５２】
マフラ本体３１は、円筒状に形成されたアウタシェル４１と、アウタシェル４１の両端を閉塞し内部空間を画成する上流側部材としてのエンドプレート４２と、下流側部材としてのエンドプレート４３とを含んで構成されている。このエンドプレート４２、４３はそれぞれアウタシェル４１にかしめなどの固定手段により固定され、内部空間から外部に排気ガスが漏出しないようになっている。
このエンドプレート４２とエンドプレート４３との間には、セパレータ３２が介装されるとともに、セパレータ３２とエンドプレート４３との間には、セパレータ３３が介装されている。
【００５３】
セパレータ３２は、マフラ本体３１内の内部空間を排気方向上流側に位置する上流区画室３０Ａと、この上流区画室３０Ａの排気方向下流側に位置する中間区画室３０Ｂとに区画している。また、セパレータ３３は、マフラ本体３１内の内部空間を中間区画室３０Ｂと、この中間区画室３０Ｂの排気方向下流側に位置する下流区画室３０Ｃとに区画している。
【００５４】
エンドプレート４２には、図３に示す挿通孔４２ａが形成され、図２および図４に示すように、セパレータ３２には挿通孔３２ａが形成され、さらにセパレータ３３には挿通孔３３ａが形成されており、これらの挿通孔４２ａ、３２ａ、３３ａにはインレットパイプ部２５Ａが挿通されるようになっている。また、エンドプレート４３には、挿通孔４３ａが形成され、セパレータ３３には挿通孔３３ｂが形成され、セパレータ３２には挿通孔３２ｂが形成されており、これらの挿通孔４３ａ、３３ｂ、３２ｂにはアウトレットパイプ３５が挿通されるようになっている。また、セパレータ３２には挿通孔３２ｃが形成され、セパレータ３３には挿通孔３３ｃが形成されており、これらの挿通孔３２ｃ、３３ｃには連通パイプ３４が挿通されるようになっている。
【００５５】
インレットパイプ部２５Ａは、図２および図４に示すように、排気通路２５ｃと上流区画室３０Ａとを連通する上流連通路としてのインレットパイプ環状スリット２５ｄを複数個有している。このインレットパイプ環状スリット２５ｄは排気通路２５ｃを囲む排気通路壁面部２５ｗを環状に切断して形成されており、排気ガスが流通するようになっている。
また、排気通路２５ｃと中間区画室３０Ｂとを連通する中間連通路としての環状に切断されたインレットパイプ環状スリット２５ｅを有している。
【００５６】
連通パイプ３４は、円筒状に形成されており、上流区画室３０Ａと連通する上流区画室連通端３４ａと、下流区画室３０Ｃと連通する下流区画室連通端３４ｂと、上流区画室連通端３４ａと下流区画室連通端３４ｂとを連通する内部通路３４ｃを有している。
また、内部通路３４ｃと中間区画室３０Ｂとを連通する内部連通路としての連通パイプ環状スリット３４ｄを有している。この連通パイプ環状スリット３４ｄは内部通路３４ｃを囲む内部通路壁面部３４ｗを環状に切断して形成されており、排気ガスが流通するようになっている。
【００５７】
アウトレットパイプ３５は、円筒状に形成されており、上流区画室３０Ａで開口する上流区画室開口端３５ａと、大気中に開口する大気開口端３５ｂと、上流区画室開口端３５ａと大気開口端３５ｂとを連通する排気通路３５ｃを有している。上流区画室３０Ａ内の排気ガスが大気開口端３５ｂから大気中に排出されるようになっている。
【００５８】
マフラ３０においては、上流区画室３０Ａ、中間区画室３０Ｂおよび下流区画室３０Ｃは、拡張室として機能するようになっている。また、中間区画室３０Ｂおよび下流区画室３０Ｃは、共鳴室としても機能するようになっている。
【００５９】
ここで、拡張室とは、一般に消音器におけるインレットパイプ内の排気通路の断面積（ｍｍ２）に対して比較的大きな断面積（ｍｍ２）を有し、所定の容積（ｍｍ３）を備えた空洞からなる。
この拡張室においては、排気ガスが、排気通路から拡張室内に流入する際、排気ガスの体積が急激に拡張され、排気脈動からなる圧力変動が弱められて、排気音の音圧レベル（ｄＢ）が広い周波数帯域に亘って低減されるといういわゆる拡張効果が得られる。
【００６０】
また、共鳴室とは、一般にヘルムホルツの共鳴原理を利用して特定周波数（Ｈｚ）の排気音を共鳴させるよう、所定の容積（ｍｍ３）を備えた空洞からなる。
第１実施形態の共鳴室は、図５に模式的に示すように、共鳴室形成部材Ｃの内部に形成された空洞ｋからなる。この共鳴室形成部材Ｃは、通路形成部材Ｎ１、Ｎ２に連結されており、いわゆる２個の孔を有する共鳴器を構成している。
通路形成部材Ｎ１、Ｎ２は、それぞれ気流通路ｔ１、ｔ２を有しており、気流通路ｔ１、ｔ２は、それぞれ空洞ｋと連通するいわゆる首の部分を構成している。この構成により、排気音が特定周波数（Ｈｚ）になったとき、この空洞ｋ内で、いわゆるヘルムホルツ共鳴が発生するとともに、この特定周波数の音圧レベルが低減される。
【００６１】
具体的には、次のような特定周波数ｆ（Ｈｚ）のヘルムホルツ共鳴が発生することが知られている。すなわち、２個の孔を有する共鳴器における特定周波数ｆは、下記の式（１）で表されることが知られている。
【数１】
2012087731.tif 000003
【００６２】
ここで、Ｃは、排気ガスの温度Ｔ（°Ｋ）における音速（ｍ／ｓ）、Ｓ１は、気流通路ｔ１の断面積（ｍｍ２）、Ｓ２は、気流通路ｔ２の断面積（ｍｍ２）、Ｖは、空洞ｋの容積（ｍｍ３）、Ｌ１は、気流通路ｔ１の長さ（ｍｍ）、Ｌ２は、気流通路ｔ２の長さ（ｍｍ）、ｄ１は、気流通路ｔ１の直径（ｍｍ）、ｄ２は、気流通路ｔ２の直径（ｍｍ）、ｍは、音圧のモード次数を示す整数をそれぞれ表している。
【００６３】
この場合、例えば、気流通路ｔ１から空洞ｋ内に伝播する排気音の周波数（Ｈｚ）が、式（１）で表される設定された特定周波数ｆ（Ｈｚ）とほぼ一致すると、気流通路ｔ１および気流通路ｔ２の双方から圧力が加わり空洞ｋ内のガスは圧縮され、その反動で膨張し排気音は、空洞ｋ内で共鳴することになる。
【００６４】
そして、空洞ｋ内で共鳴が起きると、気流通路ｔ１および気流通路ｔ２内で空気が激しく振動し、通路形成部材Ｎ１、Ｎ２の各内壁とガスとの摩擦などの抵抗や空洞ｋ内での反射の繰り返しなどにより、空気の振動エネルギが熱エネルギに変換されて排気音が減衰することになる。その結果、空洞ｋ内で共鳴した排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減されることになる（例えば、音響工学原論上巻、伊藤毅著、コロナ社参照）。
【００６５】
このように、排気音の音圧レベル（ｄＢ）が高くなる特定周波数ｆで共鳴するよう気流通路ｔ１、ｔ２の断面積Ｓ１、Ｓ２および長さＬ１、Ｌ２、空洞ｋの容積Ｖを設計すれば、その１次音圧モードの周波数だけでなく、２次音圧モードや３次音圧モードなどの整数倍の音圧モードの周波数においても共鳴が励起されるので、複数の周波数の排気音も低減することができる。例えば、エンジン１０の回転数（ｒｐｍ）によって発生する特定周波数ｆが１００Ｈｚであると、ｆが１００Ｈｚになるよう前述の断面積Ｓ１、Ｓ２、長さＬ１、Ｌ２および容積Ｖが設計されていれば、１００Ｈｚの排気音だけでなく、２次音圧モードの２００Ｈｚ、３次音圧モードの３００Ｈｚなどの整数倍の音圧モードの排気音の音圧レベルを低減することができる。
【００６６】
以上、２個の孔を有する共鳴器の一般的なヘルムホルツ共鳴について説明したが、第１実施形態のマフラ３０においては、排気音の周波数が、特定周波数ｆ１、ｆ２にほぼ合致したときに、マフラ３０内でヘルムホルツ共鳴が励起されるよう構成されている。
【００６７】
特定周波数ｆ１は、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的低回転のときに、第１実施形態の排気系に生ずる気柱共鳴の周波数とほぼ一致する周波数で、図１８（ｃ）に示す排気系音圧モードにおける気柱共鳴の音圧をマフラ３０内のヘルムホルツ共鳴により低減するよう設定されている。
【００６８】
ここでいう排気系は、具体的には、図１に示すエンジン１０内の閉じた排気バルブの位置から、排気マニホールド１２、触媒コンバータ２１ａ、フロントパイプ２３、触媒コンバータ２１ｂ、テールパイプ２５、マフラ３０、アウトレットパイプ３５内を流通する排気ガスの全経路を指している。この排気系に生ずる気柱共鳴は、閉じた排気バルブによる閉口端と、大気に開口するアウトレットパイプ３５の大気開口端３５ｂとの間で励起され、図１８（ｃ）に示す音圧モードとなる。
【００６９】
第１実施形態のマフラ３０においては、前述の気流通路ｔ１の長さＬ１に相当する気流通路が、その長さがＬａ（ｍｍ）、Ｌｃ（ｍｍ）で、インレットパイプ部２５Ａに形成されている。この気流通路の断面積はＳａ（ｍｍ２）、直径はｄａ（ｍｍ）で形成されている。
また、前述の気流通路ｔ２の長さＬ２に相当する気流通路が、その長さがＬｂ（ｍｍ）、Ｌｄ（ｍｍ）で、連通パイプ３４に形成されている。この気流通路の断面積はＳｂ（ｍｍ２）、直径はｄｂ（ｍｍ）で形成されている。
【００７０】
また、中間区画室３０Ｂの容積は、Ｖｂで形成されており、下流区画室３０Ｃの容積は、Ｖｃで形成されている。この容積Ｖｂは、中間区画室３０Ｂ内を貫通するアウトレットパイプ３５の貫通部分の容積が除かれたものとなっている。また、容積Ｖｃは、下流区画室３０Ｃ内を貫通するアウトレットパイプ３５の貫通部分の容積が除かれたものとなっている。
【００７１】
前述の特定周波数ｆ１は、次の構成により励起されるヘルムホルツの共鳴周波数となる。すなわち、図７に示すように、中間区画室３０Ｂの容積Ｖｂと下流区画室３０Ｃの容積Ｖｃとを合わせた斜線で示す合計容積Ｖｂｃ内で排気音が共鳴し、いわゆる首の部分が、長さＬａと長さＬｂとにより構成される。ただし、合計容積Ｖｂｃからは、長さＬａおよび長さＬｂの容積Ｖｂに侵入する部分の容積が除かれている。この特定周波数ｆ１は、式（１）にそれぞれの諸元を代入し、次式（２）で表される。
【数２】
2012087731.tif 000004
【００７２】
特定周波数ｆ２は、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的高回転のときに、第１実施形態のテールパイプ２５内に生ずる気柱共鳴の周波数とほぼ一致する周波数で、図１８（ｂ）に示すテールパイプ音圧モードにおける気柱共鳴の音圧をマフラ３０内のヘルムホルツ共鳴により低減するよう設定されている。
テールパイプ２５においては、具体的には、図１に示す上流開口端２５ａから下流開口端２５ｂを有する排気通路２５ｃに気柱共鳴が発生する。この気柱共鳴は、図１８（ｂ）に示すように両端が開口端の音圧モードとなる。
【００７３】
この特定周波数ｆ２は、次の構成により励起されるヘルムホルツの共鳴周波数となる。すなわち、図８に示すように、斜線で示す下流区画室３０Ｃの容積Ｖｃ内で排気音が共鳴し、いわゆる首の部分が、長さＬｃと長さＬｄとにより構成される。ただし、容積Ｖｃからは、長さＬｃおよび長さＬｄの容積Ｖｃに侵入する部分の容積が除かれている。この特定周波数ｆ２は、式（１）にそれぞれの諸元を代入し、次式（３）で表される。
【数３】
2012087731.tif 000005
【００７４】
第１実施形態に係る排気装置２０のフロントパイプ２３およびテールパイプ２５の内径（ｍｍ）、厚さ（ｍｍ）および長さ（ｍｍ）、マフラ本体３１の長さ（ｍｍ）、外形の大きさ（ｍｍ）、インレットパイプ部２５Ａおよびアウトレットパイプ３５の内径（ｍｍ）、厚さ（ｍｍ）および長さ（ｍｍ）、いわゆる首の部分の長さＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄ（ｍｍ）直径ｄａ、ｄｂ（ｍｍ）および面積Ｓａ、Ｓｂ（ｍｍ２）、中間区画室３０Ｂの体積Ｖｂ（ｍｍ３）、下流区画室３０Ｃの体積Ｖｃ（ｍｍ３）、各構成要素の材質などの設計諸元は、第１実施形態に係る排気装置２０が適用される車両の設計諸元、シミュレーション、実験や経験値などのデータに基づいて適宜選択される。
【００７５】
次に、排気装置２０の作用について説明する。
【００７６】
まず、図１に示す排気装置２０の上流側のエンジン１０が始動されると、エンジン１０の各気筒から排気される排気ガスは、排気マニホールド１２から触媒コンバータ２１に導入され、触媒コンバータ２１によってＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化などの排気ガスの浄化が行われる。浄化された排気ガスは、テールパイプ２５を通してインレットパイプ部２５Ａ内に導入される。
【００７７】
インレットパイプ部２５Ａ内に導入された排気ガスの一部は、図６の矢印で示すように、排気通路２５ｃからインレットパイプ環状スリット２５ｄを通って上流区画室３０Ａ内に流入する。このとき、前述の拡張効果により、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減される。すなわち、上流区画室３０Ａは拡張室として機能する。そして、上流区画室３０Ａ内の排気ガスは、アウトレットパイプ３５の上流区画室開口端３５ａから排気通路３５ｃを通って大気開口端３５ｂから大気中に排気される。
【００７８】
また、排気通路２５ｃ内の排気ガスは、インレットパイプ環状スリット２５ｅを通って中間区画室３０Ｂ内に流入する。このとき、前述の拡張効果により、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減される。すなわち、中間区画室３０Ｂは拡張室として機能する。そして、中間区画室３０Ｂ内の排気ガスは、連通パイプ３４の連通パイプ環状スリット３４ｄから排気通路３５ｃに流入し上流区画室連通端３４ａから上流区画室３０Ａ内に流入する。このときも、さらに拡張効果により、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減される。
【００７９】
また、排気通路２５ｃ内の排気ガスは、下流開口端２５ｂから下流区画室３０Ｃ内に流入する。このとき、前述の拡張効果により、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減される。すなわち、下流区画室３０Ｃは拡張室として機能する。
【００８０】
下流区画室３０Ｃに流入した排気ガスは、さらに連通パイプ３４の下流区画室連通端３４ｂから排気通路３５ｃに流入し上流区画室連通端３４ａから上流区画室３０Ａ内に流入する。このときも、前述の拡張効果により、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減される。
このように、排気音が、特定周波数ｆ１、ｆ２以外の周波数を有しているとき、上流区画室３０Ａ、中間区画室３０Ｂおよび下流区画室３０Ｃはそれぞれ拡張室として機能することができる。
【００８１】
エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的低回転のときに、排気音の周波数が特定周波数ｆ１と合致すると、図７に示すように、合計容積Ｖｂｃからなる中間区画室３０Ｂおよび下流区画室３０Ｃ内でヘルムホルツ共鳴が励起され、排気系に生ずる気柱共鳴の音圧が低減される。すなわち、この場合には、中間区画室３０Ｂおよび下流区画室３０Ｃは共鳴室として機能する。
【００８２】
エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的高回転のときに、排気音の周波数が特定周波数ｆ２と合致すると、図８に示すように、容積Ｖｃからなる下流区画室３０Ｃ内でヘルムホルツ共鳴が励起され、テールパイプ２５内に生ずる気柱共鳴の音圧が低減される。すなわち、この場合には、下流区画室３０Ｃは共鳴室として機能する。
【００８３】
次に、排気装置２０の効果について説明する。
【００８４】
第１実施形態に係る排気装置２０は、マフラ３０を備えている。排気装置２０のマフラ３０は、上流区画室３０Ａ、中間区画室３０Ｂおよび下流区画室３０Ｃとを有するマフラ本体３１と、上流区画室３０Ａおよび中間区画室３０Ｂを通って下流区画室３０Ｃで開口するインレットパイプ部２５Ａと、下流区画室３０Ｃと中間区画室３０Ｂとを連通する連通パイプ３４と、上流区画室３０Ａで開口するとともに、大気中に開口するアウトレットパイプ３５とを備え、インレットパイプ部２５Ａが、上流区画室３０Ａと連通するインレットパイプ環状スリット２５ｄと、中間区画室３０Ｂと連通するインレットパイプ環状スリット２５ｅを有している。さらに、連通パイプ３４が中間区画室３０Ｂと連通する連通パイプ環状スリット３４ｄを有するよう構成されている。
【００８５】
したがって、排気装置２０においては、エンジン１０から伝播する排気音の周波数が、前述の特定周波数ｆ１、ｆ２以外の周波数のとき、すなわち排気音の広い周波数帯域に亘って、上流区画室３０Ａ、中間区画室３０Ｂおよび下流区画室３０Ｃをすべて拡張室として機能させることができ、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧を低減することができるという効果がある。
【００８６】
すなわち、上流区画室３０Ａにおいては、排気ガスがインレットパイプ部２５Ａのインレットパイプ環状スリット２５ｄを通って上流区画室３０Ａ内に流入するとき、拡張効果により、排気音が広い周波数帯域に亘って、その音圧が低減される。また、中間区画室３０Ｂにおいては、排気ガスがインレットパイプ部２５Ａのインレットパイプ環状スリット２５ｅを通って中間区画室３０Ｂ内に流入するとき、同様にその音圧が低減される。また、下流区画室３０Ｃにおいては、排気ガスがインレットパイプ部２５Ａの下流開口端２５ｂを通って下流区画室３０Ｃ内に流入するとき、同様にその音圧が低減される。さらに、下流区画室３０Ｃ内の排気ガスが連通パイプ３４の上流区画室連通端３４ａから上流区画室３０Ａ内に流入するときも、同様にその音圧が低減される。このように、マフラ３０内の空間が有効に機能するので、排気音の周波数が、特定周波数ｆ１、ｆ２以外の周波数のときでも、その音圧を著しく低減することができるという効果がある。
【００８７】
排気装置２０においては、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的低回転のときに、排気音の周波数が特定周波数ｆ１と合致すると、中間区画室３０Ｂおよび下流区画室３０Ｃが共鳴室として機能し、この共鳴室内でヘルムホルツ共鳴を励起させることができる。
その結果、図９に示すように、従来の排気装置において発生していた排気系の気柱共鳴ピークにおける音圧レベルを、著しく低減することができるという効果が得られる。
【００８８】
また、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的高回転のときに、排気音の周波数が特定周波数ｆ２と合致すると、下流区画室３０Ｃが共鳴室として機能し、この共鳴室内でヘルムホルツ共鳴を励起させることができる。
【００８９】
その結果、図９に示すように、従来の排気装置において発生していたテールパイプの気柱共鳴ピークにおける音圧レベルを、著しく低減することができるという効果が得られる。
このように、排気装置２０においては、内部に設けたセパレータ３２、３３と、インレットパイプ部２５Ａと、連通パイプ３４と、アウトレットパイプ３５のみで構成することができる。すなわち、従来の排気装置において必須の構成であった、区画室を拡張室と共鳴室とに切り替えるアクチュエータなどの開閉機構や開閉バルブ機構などの複雑な構成が不要となり、極めて簡素な構成とすることができるという効果が得られる。
【００９０】
排気装置２０においては、排気系やテールパイプ２５に生ずる気柱共鳴による異なった特定周波数ｆ１、ｆ２の排気音の音圧を、確実に低減することができ、車室内に生じていたこもり音などの騒音の問題が解消されるという効果が得られる。また、機構を制御する制御装置やサブマフラも不要となるので、重量や製造コストを著しく低減することができるという効果が得られる。
【００９１】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る排気装置５０は、第１実施形態のマフラ３０に替えてマフラ８０により構成されているが、その他は同様に構成されている。したがって、同一の構成については、図１〜図９に示した第１実施形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点についてのみ詳述する。
図１０〜図１６は、本発明に係る排気装置の第２実施形態を示す図であり、まず、第２実施形態に係る排気装置５０の構成を説明する。
【００９２】
第２実施形態に係る排気装置５０は、図１０に示すように、第１実施形態と同様にエンジン１０に接続されている。
【００９３】
排気装置５０は、テールパイプ７５と、テールパイプ７５と連結された消音器としてのマフラ８０を除き第１実施形態の排気装置２０と同様に構成されている。
テールパイプ７５は、第１実施形態と同様、円筒状に形成されており、排気通路７５ｃを有し、触媒コンバータ２１ｂから排出される排気ガスを上流開口端７５ａから下流開口端７５ｂに流通させるようになっている。テールパイプ７５の下流開口端７５ｂは、マフラ８０に挿入されるインレットパイプとしてのテールパイプ７５のインレットパイプ部７５Ａに形成されており、下流開口端７５ｂから排気ガスがマフラ８０内に流入するようになっている。
【００９４】
図１１〜図１３に示すように、マフラ８０は、インレットパイプ部７５Ａと、消音器本体としてのマフラ本体８１と、上流側区画部材としてのセパレータ８２を除き、第１実施形態のマフラ３０と同様に構成されている。
【００９５】
インレットパイプ部７５Ａは、図１１および図１３に示すように、排気通路壁面部７５ｗを囲むとともに、環状の外筒通路７５ｇが形成された外筒７５Ｂを有しており、外筒７５Ｂの部分がいわゆる二重管構造で構成されている。
この外筒通路７５ｇは、排気ガスの排気方向上流側で閉塞する閉塞端７５ｈと、排気方向下流側で中間区画室８０Ｂに開口する中間開口端７５ｍを有している。
【００９６】
また、インレットパイプ部７５Ａは、排気通路壁面部７５ｗを貫通する複数のインレットパイプ貫通孔７５ｅを有しており、排気通路７５ｃと外筒通路７５ｇとの間で排気ガスが流通するようになっている。したがって、排気通路７５ｃは、外筒通路７５ｇ、中間開口端７５ｍを介して中間区画室８０Ｂに連通している。
また、インレットパイプ部７５Ａは、排気通路壁面部７５ｗを貫通する複数のインレットパイプ貫通孔７５ｄを有しており、排気通路７５ｃと上流区画室８０Ａとの間で排気ガスが流通するようになっている。
【００９７】
なお、インレットパイプ貫通孔７５ｄ、７５ｅは、それぞれ単数で形成されていてもよく、インレットパイプ部７５Ａを上流側および下流側に分離させ、互いに対向する端面を有する隙間部分で形成されていてもよい。
連通パイプ３４には、第１実施形態と異なり、連通パイプ環状スリット３４ｄに代えて、複数個の連通パイプ貫通孔１３４ｄが形成されている。
【００９８】
セパレータ８２は、マフラ本体３１内の内部空間を排気方向上流側に位置する上流区画室８０Ａと、この上流区画室８０Ａの排気方向下流側に位置する中間区画室８０Ｂとに区画している。セパレータ８２には挿通孔８２ａが形成され、この挿通孔８２ａには、外筒７５Ｂが挿通されるようになっている。また、セパレータ８２には挿通孔８２ｂ、８２ｃが形成され、アウトレットパイプ３５、連通パイプ３４がそれぞれ挿通されるようになっている。
【００９９】
マフラ８０においては、上流区画室８０Ａ、中間区画室８０Ｂおよび下流区画室８０Ｃは、拡張室として機能するようになっている。また、中間区画室８０Ｂおよび下流区画室８０Ｃは、共鳴室としても機能するようになっている。
【０１００】
第２実施形態のマフラ８０においては、第１実施形態と同様、排気音の周波数が、特定周波数ｆ３、ｆ４にほぼ合致したときに、マフラ８０内でヘルムホルツ共鳴が励起されるよう構成されている。
【０１０１】
特定周波数ｆ３は、第１実施形態と同様、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的低回転のときに、第２実施形態の排気系に生ずる気柱共鳴の周波数とほぼ一致する周波数で、図１７（ｃ）に示す排気系音圧モードにおける気柱共鳴の音圧をマフラ８０内のヘルムホルツ共鳴により低減するよう設定されている。
【０１０２】
ここでいう排気系は、第１実施形態と同様、図１０に示すエンジン１０内の閉じた排気バルブの位置から、排気マニホールド１２、触媒コンバータ２１ａ、フロントパイプ２３、触媒コンバータ２１ｂ、テールパイプ７５、マフラ８０、アウトレットパイプ３５内を流通する排気ガスの全経路を指している。この排気系に生ずる気柱共鳴は、閉じた排気バルブによる閉口端と、大気に開口するアウトレットパイプ３５の大気開口端３５ｂとの間で励起され、図１７（ｃ）に示す音圧モードとなる。
【０１０３】
第２実施形態のマフラ８０においては、図１３に示すように、第１実施形態の図５で説明した気流通路ｔ１の長さＬ１に相当する気流通路が、その長さがＬｅ（ｍｍ）で、外筒７５Ｂの外筒通路７５ｇに形成され、その断面積はＳｃ（ｍｍ２）で、直径はｄｃ（ｍｍ）で形成されている。
また、長さＬｇ（ｍｍ）、断面積Ｓｄ（ｍｍ２）、直径はｄｅ（ｍｍ）の気流通路が、インレットパイプ部７５Ａに形成されている。
また、第１実施形態と同様、気流通路ｔ２の長さＬ２に相当する気流通路の長さがＬｆ（ｍｍ）、断面積Ｓｄ（ｍｍ２）、直径ｄｆ（ｍｍ）で、連通パイプ３４に形成されている。
【０１０４】
また、中間区画室８０Ｂの容積は、Ｖｄで形成されており、下流区画室８０Ｃの容積は、Ｖｅで形成されている。この容積Ｖｄは、中間区画室８０Ｂ内を貫通するテールパイプ７５の貫通部分の容積が除かれたものとなっている。また、容積Ｖｅは、下流区画室８０Ｃ内を貫通するアウトレットパイプ３５の貫通部分の容積が除かれたものとなっている。
【０１０５】
前述の特定周波数ｆ３は、第１実施形態と同様、次の構成により励起されるヘルムホルツの共鳴周波数となる。すなわち、図１５に示すように、中間区画室８０Ｂの容積Ｖｄと下流区画室８０Ｃの容積Ｖｅとを合わせた斜線で示す合計容積Ｖｄｅ内で排気音が共鳴し、いわゆる首の部分が、長さＬａと長さＬｂとにより構成される。ただし、合計容積Ｖｄｅからは、長さＬｅおよび長さＬｆの容積Ｖｄに侵入する部分の容積が除かれている。この特定周波数ｆ３は、式（１）にそれぞれの諸元を代入し、次式（４）で表される。
【数４】
2012087731.tif 000006
【０１０６】
特定周波数ｆ４は、第１実施形態と同様、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的高回転のときに、第２実施形態のテールパイプ７５内に生ずる気柱共鳴の周波数とほぼ一致する周波数で、図１８（ｂ）に示すテールパイプ音圧モードにおける気柱共鳴の音圧をマフラ８０内のヘルムホルツ共鳴により低減するよう設定されている。
テールパイプ７５においては、第１実施形態と同様、図１０に示す上流開口端７５ａから下流開口端７５ｂを有する排気通路７５ｃに気柱共鳴が発生する。この気柱共鳴は、図１８（ｂ）に示すように両端が開口端の音圧モードとなる。
【０１０７】
この特定周波数ｆ４は、次の構成により励起されるヘルムホルツの共鳴周波数となる。すなわち、図１６に示すように、斜線で示す下流区画室８０Ｃの容積Ｖｅ内で排気音が共鳴し、いわゆる首の部分が、長さＬｇと長さＬｈとにより構成される。ただし、容積Ｖｅからは、長さＬｇおよび長さＬｈの容積Ｖｅに侵入する部分の容積が除かれている。この特定周波数ｆ４は、式（１）にそれぞれの諸元を代入し、次式（５）で表される。
【数５】
2012087731.tif 000007
【０１０８】
次に、排気装置５０の作用について説明する。
【０１０９】
まず、図１０に示す排気装置５０の上流側のエンジン１０が始動されると、エンジン１０の各気筒から排気される排気ガスは、排気マニホールド１２から触媒コンバータ２１に導入され、触媒コンバータ２１によってＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化などの排気ガスの浄化が行われる。浄化された排気ガスは、テールパイプ７５を通してインレットパイプ部７５Ａ内に導入される。
【０１１０】
インレットパイプ部７５Ａ内に導入された排気ガスの一部は、図１４の矢印で示すように、排気通路７５ｃからインレットパイプ貫通孔７５ｄを通って上流区画室８０Ａ内に流入する。このとき、拡張効果により、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減される。すなわち、上流区画室８０Ａは拡張室として機能する。そして、上流区画室８０Ａ内の排気ガスは、アウトレットパイプ３５の上流区画室開口端３５ａから排気通路３５ｃを通って大気開口端３５ｂから大気中に排気される。
【０１１１】
また、排気通路７５ｃ内の排気ガスは、インレットパイプ貫通孔７５ｅを通って、外筒通路７５ｇ内に流入し、さらに、中間開口端７５ｍから中間区画室８０Ｂ内に流入する。このとき、拡張効果により、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減される。すなわち、中間区画室８０Ｂは拡張室として機能する。そして、中間区画室８０Ｂ内の排気ガスは、連通パイプ３４の連通パイプ貫通孔１３４ｄから排気通路３５ｃに流入し上流区画室連通端３４ａから上流区画室８０Ａ内に流入する。このときも、さらに拡張効果により、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減される。
【０１１２】
また、排気通路７５ｃ内の排気ガスは、下流開口端７５ｂから下流区画室８０Ｃ内に流入する。このとき、拡張効果により、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減される。すなわち、下流区画室８０Ｃは拡張室として機能する。
【０１１３】
下流区画室８０Ｃに流入した排気ガスは、さらに連通パイプ３４の下流区画室連通端３４ｂから排気通路３５ｃに流入し上流区画室連通端３４ａから上流区画室８０Ａ内に流入する。このときも、前述の拡張効果により、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧レベル（ｄＢ）が低減される。
このように、排気音が、特定周波数ｆ３、ｆ４以外の周波数を有しているとき、上流区画室８０Ａ、中間区画室８０Ｂおよび下流区画室８０Ｃはそれぞれ拡張室として機能することができる。
【０１１４】
エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的低回転のときに、排気音の周波数が特定周波数ｆ３と合致すると、図１５に示すように、合計容積Ｖｄｅからなる中間区画室８０Ｂおよび下流区画室８０Ｃ内でヘルムホルツ共鳴が励起され、排気系に生ずる気柱共鳴の音圧が低減される。すなわち、この場合には、中間区画室８０Ｂおよび下流区画室８０Ｃは共鳴室として機能する。
【０１１５】
エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的高回転のときに、排気音の周波数が特定周波数ｆ４と合致すると、図１６に示すように、容積Ｖｅからなる下流区画室８０Ｃ内でヘルムホルツ共鳴が励起され、テールパイプ２５内に生ずる気柱共鳴の音圧が低減される。すなわち、この場合には、下流区画室８０Ｃは共鳴室として機能する。
【０１１６】
次に、排気装置５０の効果について説明する。
【０１１７】
第２実施形態に係る排気装置５０は、マフラ８０を備えている。排気装置５０のマフラ８０は、上流区画室８０Ａ、中間区画室８０Ｂおよび下流区画室８０Ｃとを有するマフラ本体８１と、上流区画室８０Ａおよび中間区画室８０Ｂを通って下流区画室８０Ｃで開口するとともに、インレットパイプ部７５Ａと、下流区画室８０Ｃと中間区画室８０Ｂとを連通する連通パイプ３４と、上流区画室８０Ａで開口するとともに、大気中に開口するアウトレットパイプ３５とを備えている。そして、インレットパイプ部７５Ａが、外筒７５Ｂによる二重管構造を有するとともに、上流区画室８０Ａと連通するインレットパイプ貫通孔７５ｄと、外筒７５Ｂの外筒通路７５ｇと連通するインレットパイプ貫通孔７５ｅを有している。さらに、連通パイプ３４が中間区画室３０Ｂと連通する連通パイプ貫通孔１３４ｄを有するよう構成されている。
【０１１８】
したがって、排気装置５０においては、エンジン１０から伝播する排気音の周波数が、前述の特定周波数ｆ３、ｆ４以外の周波数のとき、すなわち排気音の広い周波数帯域に亘って、上流区画室８０Ａ、中間区画室８０Ｂおよび下流区画室８０Ｃをすべて拡張室として機能させることができ、広い周波数帯域に亘って排気音の音圧を低減することができるという効果がある。
【０１１９】
すなわち、上流区画室８０Ａにおいては、排気ガスがインレットパイプ部７５Ａのインレットパイプ貫通孔７５ｄを通って上流区画室８０Ａ内に流入するとき、拡張効果により、排気音が広い周波数帯域に亘って、その音圧が低減される。また、中間区画室８０Ｂにおいては、排気ガスがインレットパイプ部７５Ａのインレットパイプ貫通孔７５ｅを通って外筒通路７５ｇに流入し、さらに中間区画室８０Ｂ内に流入するとき、同様にその音圧が低減される。
【０１２０】
また、下流区画室８０Ｃにおいては、排気ガスがインレットパイプ部７５Ａの下流開口端７５ｂを通って下流区画室８０Ｃ内に流入するとき、同様にその音圧が低減される。さらに、下流区画室８０Ｃ内の排気ガスが連通パイプ３４の上流区画室連通端３４ａから上流区画室８０Ａ内に流入するときも、同様にその音圧が低減される。このように、マフラ８０内の空間が有効に機能するので、排気音の周波数が、特定周波数ｆ３、ｆ４以外の周波数のときでも、その音圧を著しく低減することができるという効果がある。
【０１２１】
排気装置５０においては、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的低回転のときに、排気音の周波数が特定周波数ｆ３と合致すると、中間区画室８０Ｂおよび下流区画室８０Ｃが共鳴室として機能し、この共鳴室内でヘルムホルツ共鳴を励起させることができる。その結果、第１実施形態と同様に、図９に示す従来の排気装置において発生していた排気系の気柱共鳴ピークにおける音圧レベルを、著しく低減することができるという効果が得られる。
【０１２２】
また、エンジン回転数Ｎｅ（ｒｐｍ）が比較的高回転のときに、排気音の周波数が特定周波数ｆ４と合致すると、下流区画室８０Ｃが共鳴室として機能し、この共鳴室内でヘルムホルツ共鳴を励起させることができる。
【０１２３】
その結果、第１実施形態と同様に、図９に示す従来の排気装置において発生していたテールパイプの気柱共鳴ピークにおける音圧レベルを、著しく低減することができるという効果が得られる。
【０１２４】
このように、排気装置５０においては、内部に設けたセパレータ８２、３３と、二重管構造を有するインレットパイプ部７５Ａと、連通パイプ３４と、アウトレットパイプ３５のみで構成することができる。すなわち、従来の排気装置において必須の構成であった、区画室を拡張室と共鳴室とに切り替えるアクチュエータなどの開閉機構や開閉バルブ機構などの複雑な構成が不要となり、極めて簡素な構成とすることができるという効果が得られる。
【０１２５】
特に、インレットパイプ部７５Ａが外筒７５Ｂを有する二重管構造で構成されているので、図１３に示すように、マフラ本体８１の容積を増大させることなく、いわゆる首の部分となる気流通路を、より長く設定することができ、ヘルムホルツ共鳴の周波数（Ｈｚ）を、より低くなるよう設定することができるという効果がある。
【０１２６】
なお、第１実施形態の排気装置２０においては、インレットパイプ部２５Ａが、排気通路２５ｃと上流区画室３０Ａとを連通する環状に切断されたインレットパイプ環状スリット２５ｄを有するよう構成した。また、排気通路２５ｃと中間区画室３０Ｂとを連通する環状に切断されたインレットパイプ環状スリット２５ｅを有するよう構成した。
さらに、連通パイプ３４が、内部通路３４ｃと中間区画室３０Ｂとを連通する環状に切断された連通パイプ環状スリット３４ｄを有するよう構成した。
【０１２７】
しかしながら、本発明の排気装置においては、第１実施形態の排気装置２０におけるインレットパイプ環状スリット２５ｄ、２５ｅおよび連通パイプ環状スリット３４ｄを異なった構造のもので構成するようにしてもよい。
【０１２８】
例えば、図１７に示すように、第１実施形態の排気装置３０のインレットパイプ部２５Ａが、第２実施形態と同様の排気通路壁面部２５ｗを貫通する単一または複数個のインレットパイプ貫通孔１２５ｄ、１２５ｅを有する構造のもので構成するようにしてもよい。
【０１２９】
また、連通パイプ３４が、第２実施形態と同様の内部通路壁面部３４ｗを貫通する単一または複数個の連通パイプ貫通孔１３４ｄを有する構造のもので構成するようにしてもよい。
このように、インレットパイプ貫通孔１２５ｄ、１２５ｅや連通パイプ貫通孔１３４ｄで構成した場合でも、第１実施形態の排気装置２０のインレットパイプ環状スリット２５ｄ、２５ｅおよび連通パイプ環状スリット３４ｄで構成したものと同様の効果が得られる。
すなわち、従来の排気装置において必須の構成であった、区画室を拡張室と共鳴室とに切り替えるアクチュエータなどの開閉機構や開閉バルブ機構などの複雑な構成が不要となり、特にインレットパイプ部２５Ａや連通パイプ３４を単一のパイプで構成することができ、極めて簡素な構成とすることができるという効果が得られる。
【０１３０】
また、排気系やテールパイプ２５に生ずる気柱共鳴による異なった特定周波数ｆ１、ｆ２の排気音の音圧を、確実に低減することができ、車室内に生じていたこもり音などの騒音の問題が解消されるという効果が得られる。また、機構を制御する制御装置やサブマフラも不要となるので、重量や製造コストを著しく低減することができるという効果が得られる。
【０１３１】
また、第２実施形態の排気装置５０においては、排気系やテールパイプ７５に生ずる気柱共鳴による異なった特定周波数ｆ３、ｆ４の排気音の音圧を、確実に低減することができ、車室内に生じていたこもり音などの騒音の問題が解消されるという効果が得られる。また、機構を制御する制御装置やサブマフラも不要となるので、重量や製造コストを著しく低減することができるという効果が得られる。
【０１３２】
以上説明したように、本発明に係る排気装置は、テールパイプへのサブマフラの設置や、メインマフラへの排気通路の開閉機構の設置を不要にして、簡単な構造で排気系に生ずる気柱共鳴による異なった特定周波数の排気音の音圧を低減することができ、重量や製造コストを低減することができるので、排気装置全般に有用である。
【符号の説明】
【０１３３】
１０  エンジン
２０、５０  排気装置
２５、７５  テールパイプ（インレットパイプ）
２５Ａ、７５Ａ  インレットパイプ部（インレットパイプ）
２５ａ、７５ａ  上流開口端
２５ｂ、７５ｂ  下流開口端
２５ｃ、７５ｃ  排気通路
２５ｄ  インレットパイプ環状スリット（上流連通路）
２５ｅ  インレットパイプ環状スリット（中間連通路）
２５ｗ、７５ｗ  排気通路壁面部
３０、８０  マフラ
３０Ａ、８０Ａ  上流区画室
３０Ｂ、８０Ｂ  中間区画室
３０Ｃ、８０Ｃ  下流区画室
３１、８１  マフラ本体
３２、８２  セパレータ（上流側区画部材）
３３  セパレータ（下流側区画部材）
３４  連通パイプ
３４ａ  上流区画室連通端
３４ｂ  下流区画室連通端
３４ｃ  内部通路
３４ｄ  連通パイプ環状スリット（内部連通路）
３４ｗ  内部通路壁面部
３５  アウトレットパイプ
３５ａ  上流区画室開口端
３５ｂ  大気開口端
３５ｃ  排気通路
４１  アウタシェル
４２  エンドプレート（上流側部材）
４３  エンドプレート（下流側部材）
７５Ｂ  外筒
７５ｄ  インレットパイプ貫通孔（上流連通路）
７５ｅ  インレットパイプ貫通孔（中間連通路）
７５ｇ  外筒通路
７５ｈ  閉塞端
７５ｍ  中間開口端
１２５ｄ  インレットパイプ貫通孔（上流連通路）
１２５ｅ  インレットパイプ貫通孔（中間連通路）
１３４ｄ  連通パイプ貫通孔（内部連通路）
【図１】
2012087731.tif 000008
【図２】
2012087731.tif 000009
【図３】
2012087731.tif 000010
【図４】
2012087731.tif 000011
【図５】
2012087731.tif 000012
【図６】
2012087731.tif 000013
【図７】
2012087731.tif 000014
【図８】
2012087731.tif 000015
【図９】
2012087731.tif 000016
【図１０】
2012087731.tif 000017
【図１１】
2012087731.tif 000018
【図１２】
2012087731.tif 000019
【図１３】
2012087731.tif 000020
【図１４】
2012087731.tif 000021
【図１５】
2012087731.tif 000022
【図１６】
2012087731.tif 000023
【図１７】
2012087731.tif 000024
【図１８】
2012087731.tif 000025
【図１９】
2012087731.tif 000026