(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気管後部に配設した消音器に接続された排気系吐出管であって、大気開放した排気口を下流端に備えたテールパイプを構成する排気系吐出管において、
前記吐出管の管長方向に延び且つ排気口の周縁に達して該周縁に開口する細長いスリットが、該吐出管の末端から計って吐出管全長（Ｌ）の１／２以下の範囲内（Ｄ）で吐出管の下流側半部の管壁に形成され、前記スリットは、前記吐出管の下流側半部且つ車両の歩行者側とは反対の側に片寄せ状態に偏在することを特徴とする内燃機関の排気系吐出管。
【請求項２】
内燃機関の排気管後部に配設した消音器に接続された排気系吐出管であって、大気開放した排気口を下流端に備えたテールパイプを構成する排気系吐出管において、
前記吐出管の下流端部分の管壁には、吐出管の管長方向に真っ直ぐに延びる細長いスロットが、該吐出管の末端から計って吐出管全長（Ｌ）の１／２以下の範囲内（Ｄ）で吐出管の下流側半部の管壁に穿設され、前記スロットは、前記吐出管の下流側半部且つ車両の歩行者側とは反対の側に片寄せ状態に偏在することを特徴とする内燃機関の排気系吐出管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系吐出管に関するものであり、より詳細には、内燃機関の排気管後部に配設した消音器に接続される吐出管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両用エンジン等の内燃機関の排気系は、シリンダブロックの排気ポートに接続された排気マニホールド、排気マニホールドに接続された排気管、更には、排気管に介装された消音器を含む。消音器を通過した内燃機関の排気ガスは、消音器の下流側の管体、即ち、吐出管（テールパイプ）に流入し、吐出管の下流端に設けられた排気口から外界に大気放出される。
【０００３】
この種の管体においては、その長さに起因して共鳴現象が発生することが知られている。共鳴周波数は、一般に次式で示される。
ｆｎ＝２×（ｎＬ／λ）
【０００４】
ここに、ｆ：共鳴周波数
Ｌ：管路の長さ
λ：波長
ｎ：整数
【０００５】
内燃機関の排気騒音は、その排気脈動効果による共鳴現象が発生し易く、脈動の周波数が共鳴周波数と一致する場合、共鳴現象により排気音が増大し、過大な騒音が発生するという問題が生じる。
【０００６】
これは、吐出管内を通過する排ガスが、吐出管内で一次共鳴（ｎ＝１）、二次共鳴（ｎ＝２）等の共鳴現象を発生させ、各共鳴領域において、排気ガスの吐出音Ｐが特に増大するという問題である。
【０００７】
このような共鳴現象による排気騒音の問題を解消すべく、吐出管（テールパイプ）の直上流に消音器を配設して脈動成分を吸収したり、極力共鳴が発生しないように吐出管の長さを設計するなどの対策が一般に講じられている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、仮に消音器だけで排気脈動を吸収しようとした場合、過大な容量の消音器を排気系に介装せざるを得ず、消音器のみに依存した対策は、現実的な解決法とは言い難い。また、吐出管（テールパイプ）の全長を比較的長く設定し、共鳴を起こり難くする解決策は、排気系の配管経路又は配管取り回し等に関する配管レイアウト上の制約や、配管設置スペースの制約等の如く、容易には克服し難い構造上の制限を受けるので、この解決策も又、実務的な困難を伴う。同時に、吐出管が或る長さを有している以上、必ず何らかの周波数帯域で共鳴が発生してしまうという問題は、依然として残される。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、内燃機関の排気脈動による共鳴を吐出管構造の改良により抑制することができる排気系吐出管を提供することにある。
【００１０】
本発明は又、内燃機関の排気音を低減することができる排気系吐出管を提供することを目的とする。
本発明は更に、実際に歩行者の耳に到達する排気音の騒音レベルを有効に低減することができる内燃機関の排気系吐出管を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内燃機関の排気管後部に配設した消音器に接続された排気系吐出管であって、大気開放した排気口を下流端に備えたテールパイプを構成する排気系吐出管であることを前提としたものであり、本発明によれば、上記技術課題を解決すべく、前記吐出管の管長方向に延び且つ排気口の周縁に達して該周縁に開口する細長いスリットが、該吐出管の末端から計って吐出管全長（Ｌ）の１／２以下の範囲内（Ｄ）で吐出管の下流側半部の管壁に形成され、前記スリットは、前記吐出管の下流側半部且つ車両の歩行者側とは反対の側に片寄せ状態に偏在することを特徴とする内燃機関の排気系吐出管が提供される。
【００１２】
他の観点より、本発明は、内燃機関の排気管後部に配設した消音器に接続された排気系吐出管であって、大気開放した排気口を下流端に備えたテールパイプを構成する排気系吐出管において、前記吐出管の下流端部分の管壁には、吐出管の管長方向に真っ直ぐに延びる細長いスロットが、該吐出管の末端から計って吐出管全長（Ｌ）の１／２以下の範囲内（Ｄ）で吐出管の下流側半部の管壁に穿設され、前記スロットは、前記吐出管の下流側半部且つ車両の歩行者側とは反対の側に片寄せ状態に偏在することを特徴とする内燃機関の排気系吐出管を提供する。
【００１３】
本発明の上記構成によれば、吐出管の下流部分に形成されたスリット又はスロットは、吐出管を通過する排気ガスの一部を吐出管の側方に漏出せしめる。本発明者の試験結果によれば、このようにして排気ガスの一部を吐出管の側方に逃がすことにより、吐出管の排気口から外部に放出される排気ガスの音圧レベルを低下することができる。
【００１４】
上記スリット又はスロット（以下、「スリット等」という）の箇所数は、任意に設定することができ、単一又は複数のスリット等を吐出管の管壁に形成し、あるいは、複数のスリット等を吐出管の周方向に隔設しても良い。
【００１５】
上記スリット等は、車両の歩行者側とは反対側に位置するように吐出管の管壁に配置される。これは、スリット等と反対の側に生じる騒音レベルを有効に低減し、排気音を不快音として歩行者に意識させ難くするので、排気騒音防止の効果として実効性が高く、有利である。
【００１６】
【実施例】
以下、添付図面を参照して、本発明の好ましい実施例について詳細に説明する。
図１は、車両用内燃機関（図示せず）の排気系の部分構成、殊に、排気管後部の構造を概略的に示す斜視図である。
【００１７】
本例の内燃機関は、燃料としてガソリン又は軽油を使用する車両用エンジンである。内燃機関は、シリンダブロックに接続された排気系１を備え、排気系１は、排気ガスの流れ方向上流側から下流側に向けて順に配置された排気マニホールド及び排気管（図示せず）を含み、排気管の後部は、消音器２及び吐出管（テールパイプ）３から構成される。
【００１８】
吐出管３は、全長が比較的短く、車長方向に真っ直ぐに延びる断面円形の金属管からなり、吐出管３の末端部、即ち、排気吐出端は、外界に向かって開放した排気口４を構成する。すなわち、吐出管３は、一端が消音器２に接続し、他端が排気口４を備える。
【００１９】
一般に、この種の排気系１の後部構造は、消音器２及び吐出管３を車長方向に沿って整列配置したものであり、吐出管３は、消音器２から車体後方に突出する形態に配設される。
【００２０】
吐出管３の後部、即ち、下流側端部には、単一のスリット５が形成される。スリット５は、排気口４から吐出管３の中間部分まで真っ直ぐに延びる管壁の切欠きとして形成され、ほぼ全長に亘って均一な幅を有する。スリット５の下流端は、排気口４の周縁に開口し、管長方向に直線的に延びる細長い略長方形形態を有する。
【００２１】
例えば、吐出管３の全長＝Ｌとしたとき、理論上好適なスリット５の全長は、Ｄ≦Ｌ／２の範囲内の寸法に設定される。例えば、１次共鳴（ｎ＝１）の抑制を重視した吐出管３の構成において、スリット５の長さＤは、理論的には、約Ｌ／２に設定され、２次共鳴（ｎ＝２）の抑制を重視した構成にあっては、スリット５の長さＤは、約Ｌ／４に設定され、また、３次共鳴（ｎ＝３）の抑制を重視した場合には、スリット５の長さＤは、約Ｌ／８に設定される。なお、本例における吐出管３の長さＬは、Ｌ＝１０〜２０cmの範囲の寸法に設定され、スリット５の幅は３〜５mm程度の寸法に設定される。
【００２２】
図１に示す吐出管３は、単数のスリット５を備えた構成のものであるが、吐出管には、図２に示す如く、周方向に所定間隔を隔てた複数のスリット５を形成しても良い。図２は、２本のスリット５を設けた吐出管２０の構成を示す斜視図である。図２に示す吐出管２０は、一対のスリット５、５を備え、スリット５、５は、径方向に対向する位置に配置された状態で示されているが、本発明においては、２本のスリット５、５は、吐出管３の片側に偏在する。この場合、複数のスリット５が、吐出管３の一方の側に片寄せした状態に配置され、互いに隣接した状態で吐出管３の片側にのみ形成されるので、吐出管３の他方の側には、スリット５は、設けられない。
【００２３】
図３は、第３実施例の吐出管３０を例示する斜視図である。図３に示す吐出管３０では、管長方向に延びるスロット（長孔）３１が、上記各実施例のスリット５と同様、吐出管３の後部、即ち、下流側領域に形成される。スロット３１は、その前端縁３１ａと後端縁３１ｂとの間で管長方向に真っ直ぐに延び、その後端縁３１ｂは、排気口４の周縁に達することなく、排気口４の縁から所定間隔を隔てて終端する。スロット３１は、ほぼ全長に亘って均一な幅を有し、また、吐出管３０の全長Ｌに対して、吐出管３０の下流端からＤ≦Ｌ／２の範囲内の管壁領域、即ち、下流側半部に位置決めされる。
【００２４】
前述の如く、１次共鳴（ｎ＝１）を抑制するのであれば、理論的には、スロット３１の長さＤを約Ｌ／２に設定すれば良く、２次共鳴（ｎ＝２）を抑えるのであれば、Ｄを約Ｌ／４に設定すれば良く、更には、３次共鳴（ｎ＝３）を抑えるのであれば、Ｄを約Ｌ／８に設定すれば良い。ちなみに、吐出管３０の長さは、Ｌ＝１０〜２０cmの範囲内の所定寸法に好適に設定し、また、スロット３１の幅は、３〜５mmの範囲内の所定寸法に好適に設定し得る。
【００２５】
本例の吐出管３０にあっても、上記第２実施例の吐出管２０と同様、単数のスロット３１を吐出管３に形成し、或いは、任意の数のスロット３１を周方向に隔設することができる。複数のスロット３１を吐出管３０に設ける場合、スロット３１は、吐出管３０の一方の側に片寄せした状態に配置される。
【００２６】
図４は、本発明の第４実施例に係る吐出管４０の構成を示す斜視図である。吐出管４０は、第１実施例の吐出管３と同様、排気口４の周縁に開口したスリット４１を有する。スリット４１の幅は、上流側に向かって収束する収斂形状、即ち、上流側に向かうに従って徐々に先細りになる二等辺三角形の形態を有する。
【００２７】
前述の各実施例と同様、スリット４１の全長Ｄは、吐出管４０の全長Ｌに対し、Ｄ≦Ｌ／２の範囲内の寸法に設定される。１次共鳴（ｎ＝１）の抑制を重視した場合、スリット４１の長さＤは、約Ｌ／２に設定され、２次共鳴（ｎ＝２）の抑制を重視した場合、長さ寸法Ｄは、約Ｌ／４に設定され、３次共鳴（ｎ＝３）の抑制を重視した場合、長さ寸法Ｄは、約Ｌ／８に設定される。なお、吐出管４０の全長は、Ｌ＝１０〜２０cmの範囲内の所定寸法に設定される。
【００２８】
スリット４１の箇所数は、前述の各実施例と同様、任意に設定することができ、また、スリット４１は、吐出管４０の一方の側にのみ偏在する。
【００２９】
図５は、参考例に係る吐出管５０の構成を示す斜視図である。吐出管５０は、前述の各実施例と異なり、管壁貫通孔５１を下流端部分に有する。貫通孔５１は、吐出管５０の側面に円形開口を形成する透孔として、吐出管５０の管壁に穿設される。
【００３３】
図６〜図１５は、本発明の効果を確認すべく行った実証試験の試験方法及び試験結果（試験データ）を示す斜視図及び線図である。
図６は、排気口における音圧レベルの試験方法を示す斜視図であり、図７は、試験データを示す線図である。図６に示す試験は、上記第１及び第２実施例に係る吐出管３、２０に関するものであり、単一のスリット５を形成した吐出管３と、２本のスリット５を径方向に対向した位置に形成した吐出管３とを予め用意し、音圧レベルを測定する測定器具Ｍを排気口４の中心位置に位置決めした状態で実施された。比較例として、スリットを備えていない従来構造の吐出管を用意し、同様な条件で比較試験を実施した。
【００３４】
図７において、実線は、比較例に係る吐出管に関する排気口の音圧レベル測定結果を示し、長破線は、１本のスリット５を設けた吐出管３に関する排気口４の音圧レベル測定結果を示し、短破線は、２本のスリット５を設けた吐出管２０に関する排気口４の音圧レベル測定結果を示す。図７に示す音圧レベル測定結果によれば、２次共鳴（ｎ＝２）及び３次共鳴（ｎ＝３）が大幅に抑制され、特に、１０００Hz以下の周波数帯域において、騒音レベルが大きく低減する。
【００３５】
図８及び図９は、スリット側方における音圧レベルの試験方法及び測定結果を示す斜視図及び線図である。図８に示す試験は、図６に示す試験と同一条件でスリット側方に伝播する騒音を測定すべく実施されたものである。
【００３６】
この試験では、図８に示す如く、単一のスリット５を備えた吐出管３を供試体として使用し、この吐出管３の側方に音圧測定器具Ｍを配置した。
【００３７】
図９において、実線は、比較例として、従来の吐出管(スリット無し)に関する測定結果を示し、長破線は、スリット５に対面してスリット５から約１０cm離れた位置に音圧測定器具Ｍを配置した状態で得られた試験結果を示し、短破線は、スリット５の径方向反対側に、吐出管３から１０cm離れた位置に音圧測定器具Ｍを配置した状態で得られた試験結果を示す。
【００３８】
図９に示す如く、スリット５を設けた側では、音圧レベルが増大する。これはスリット５からの排気ガスの漏れに起因すると考えられる。しかし、スリット５と反対の側では、音圧レベルは、特に低周波領域で低下することが分かる。
【００３９】
図１０及び図１１は、別の試験に関する図である。図１０は、試験条件を示す平面図であり、図１１は、試験結果を示す線図である。この試験は、スリットの本数及び位置と、吐出管の排気口４の音圧レベルとの関係を調べるために行った騒音測定試験である。
【００４０】
図１０は、吐出管の排気口４を模式的に示し、No.１〜４は、スリット５の位置を示す。また、図１０の破線で示す小円は、吐出管に８本のスリット５を配置した場合のスリット５の位置を示す。なお、測定器具Ｍは、吐出管の排気口４の中心に臨むように配置した。
【００４１】
図１１において、実線は、比較例として、従来の吐出管(スリット無し)を測定した測定結果を示し、長破線は、１本のスリット５（図１０のNo.１の位置に配置）を設けた吐出管に関して測定された排気口４の音圧レベルを示し、短破線は、２本のスリット５（図１０のNo.１、No.２）を設けた吐出管に関して測定した排気口４の音圧レベルを示し、一点鎖線は、４本のスリット５（図１０のNo.１〜４の位置に配置）を設けた吐出管に関する排気口４の音圧レベルを示し、二点鎖線は、８本のスリット５（（図１０のNo.１〜４の位置及び破線の小円で記した位置に配置）を設けた吐出管に関する排気口４の音圧レベルを示す。図１１に示す如く、スリット５の本数を増すほど、排気口４の音圧レベルは低下する。
【００４２】
図１２及び図１３は、更に他の試験に関する図である。図１２は、試験条件を示す平面図であり、図１３は、試験結果を示す線図である。この試験は、スリットの本数と、吐出管の側方の音圧レベルとの関係を調べるために行った試験である。
【００４３】
図１２は、図１０と同様、吐出管の排気口４を模式的に示し、No.１〜４は、スリット５の位置を示す。また、図１２の破線で示す小円は、吐出管に８本のスリット５を配置した場合のスリット５の位置を示す。測定器具Ｍは、No.１スリット５の側方に１０ｃｍ離間した位置に配置した。
【００４４】
図１３において、実線は、比較例として、従来のスリット無しの吐出管のデータを示し、長破線は、１本のスリット５（図１０のNo.１の位置に配置）を設けたときの排気口４の音圧レベルを示し、短破線は、２本のスリット５（図１０のNo.１、No.２）を設けたときの排気口４の音圧レベルを示し、一点鎖線は、４本のスリット５（図１０のNo.１〜４の位置に配置）を設けたときの排気口４の音圧レベルを示し、二点鎖線は、８本のスリット５（（図１０のNo.１〜４の位置及び破線の丸で記した位置に配置）を設けたときの排気口４の音圧レベルを示す。
【００４５】
図１３の試験データから、測定器具Ｍが臨む側にスリット５を１本から４本まで増加させると、吐出管のスリット５を片寄せして配置した側の音圧レベルが増大することが分かる。また、吐出管の円周方向に等間隔でスリット５を８本設けた場合、特に、1000Hz以下の低周波数領域、つまり、内燃機関の低回転領域で比較的大きく音圧レベルが低下することが判明した。
【００４６】
図１４及び図１５は、図１２及び図１３に示す試験と対比するために行った別の試験に関する図である。図１４は、試験条件を示す平面図であり、図１５は、試験結果を示す線図である。図１４から分かるように、測定器具Ｍは、No.１スリット５の径方向反対側に配置され、吐出管から１０ｃｍ離間した位置に位置決めされた。
【００４７】
図１５において、実線は、比較例として、従来のスリット無しの吐出管のデータを示し、長破線は、１本のスリット５（図１０のNo.１の位置に配置）を設けたときの排気口４の音圧レベルを示し、短破線は、２本のスリット５（図１０のNo.１、No.２）を設けたときの排気口４の音圧レベルを示し、一点鎖線は、４本のスリット５（図１０のNo.１〜４の位置に配置）を設けたときの排気口４の音圧レベルを示し、二点鎖線は、８本のスリット５（（図１０のNo.１〜４の位置及び破線の丸で記した位置に配置）を設けたときの排気口４の音圧レベルを示す。
【００４８】
図１５の試験データから、吐出管の一方の側に１〜４本のスリット５を片寄せした状態で設けた場合、このスリット５とは反対側では、吐出管の側方の音圧レベルは、高周波数領域では格別に増大することなく、低周波数領域では低下することが分かる。
【００４９】
なお、吐出管の円周方向に等間隔に８本のスリット５を設けたときの音圧レベルは、図１３のデータと一致すべきであるが、若干異なる結果となった。これは、スリット５の位置や幅などに関する製造上の誤差に起因するものと考えられる。
【００５０】
以上の試験結果より、以下の事項が判明した。
（１）吐出管にスリット５を設けることにより、排気口４の音圧レベルが低下する。
（２）吐出管の側方の音圧レベルは、スリット５を設けた側では増大する傾向を示すが、スリット５の無い側では低下する傾向を示す。
（３）上記（２）に関連して、特に、低周波数領域の音圧レベルが低下する。
【００５１】
以上の試験は、スリット５に関するものであるが、図３及び図４に示すスロット３１、スリット４１に関しても、同様の結果が得られる。
【００５２】
したがって、スリット５、スロット３１、スリット４１を吐出管の一方の側に単数又は複数設けた排気系１を車両に搭載する際に、歩道から遠ざかる側にスリット５、スロット３１、４１を設け、歩道側には、スリット等を設けないようにすることが望ましいと考えられる。例えば、車道が左車線を原則とする日本国等においては、車両の前進方向右側(車体後方から見て右側)の管壁部分にスリット５、スロット３１、スリット４１を配置し、歩行者側に位置する左側(車体後方から見て左側)の管壁部分には、スリット等を設けないようにすることが望ましい。
【００５３】
なお、上記各実施例では、断面円形の管構造を有する吐出管について説明したが、吐出管の断面形状は、上記実施例に限定されるものではなく、本発明は、楕円形断面、方形断面等の各種断面形状の吐出管に適用しても良い。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明した如く、本発明の上記構成によれば、内燃機関の排気脈動による共鳴を吐出管構造の改良により抑制し、内燃機関の排気音を低減することができる排気系吐出管が提供される。
【００５５】
また、本発明の排気系吐出管によれば、歩行者側とは反対の側にスリット又はスロットを配置することにより、歩行者の耳に到達する排気音の騒音レベルを有効に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、車両用内燃機関（図示せず）の排気系における排気管後部の構造を概略的に示す斜視図であり、本発明の第１実施例を示す。
【図２】本発明の第２実施例に係る吐出管の構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の第３実施例に係る吐出管の構造を示す斜視図である。
【図４】本発明の第４実施例に係る吐出管の構造を示す斜視図である。
【図５】  吐出管の構造の他の例(参考例)を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る吐出管に関し、排気口の騒音低減効果を実証するために実施した騒音測定試験の試験方法を示す斜視図である。
【図７】図６に示す試験方法により実施した騒音測定試験の試験結果を示す線図である。
【図８】本発明に係る吐出管に関し、吐出管側方の騒音を測定するために実施した騒音測定試験の試験方法を示す斜視図である。
【図９】図８に示す試験方法により実施した騒音測定試験の試験結果を示す線図である。
【図１０】本発明に係る吐出管に関し、多数のスリットを設けた排気口の騒音低減効果を実証するために実施した騒音測定試験の試験方法を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す試験方法により実施した騒音測定試験の試験結果を示す線図である。
【図１２】本発明に係る吐出管に関し、吐出管側方の騒音を測定するために実施した騒音測定試験の試験方法を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す試験方法により実施した騒音測定試験の試験結果を示す線図である。
【図１４】本発明に係る吐出管に関し、吐出管側方の騒音を測定するために実施した騒音測定試験の試験方法を示す斜視図である。
【図１５】図１４に示す試験方法により実施した騒音測定試験の試験結果を示す線図である。
【符号の説明】
１    内燃機関の排気系
２    消音器
３:20:30:40:50    吐出管
４    排気口
５:41    スリット
31    スロット
51    貫通孔
【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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