JP5472321B2 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気装置に関し、特に、排気流の排気方向の最下流に設けられた排気管の気柱共鳴による排気騒音を低減するようにした内燃機関の排気装置に関する。

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１８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１８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。

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。

図１９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。

ここで、小孔６ａから共鳴室７ｂに突出するセンターパイプ６の長さをＬ_１、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。

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Ｌ_１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Ｌ_１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。

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。

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。

例えば、図１８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２０に示すように、基本振動（一次成分）の気柱共鳴の波長λ１は、テールパイプ８の管長Ｌの略２倍となり、二次成分の気柱共鳴の波長λ２は、管長Ｌの略１倍となる。また、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。

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。
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、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い、運転者に不快感を与えてしまうことになる。

特に、図２１に示すように、気柱共鳴の一次成分ｆ１および二次成分ｆ２が常用回転域で発生すると、こもり音と呼ばれる不快な騒音が発生してしまい、排気騒音の悪化の原因となる。

このため、テールパイプ８の管長が長い場合には、音圧レベルが高い定在波の腹の部分で、かつ、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１、二次成分ｆ２のそれぞれの腹に対して最適な位置に、メインマフラ７より容量の小さなサブマフラ９を設けることにより、エンジン１の常用回転域において排気騒音を低減して、運転者に不快感を与えてしまうのを防止するようにしている。

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。

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。

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Ｌ_１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。

特開２００６−４６１２１号公報

しかしながら、共鳴室７ｂのヘルムホルツ共鳴を利用して排気音を消音するようにした場合には、共鳴室７ｂとテールパイプ８の上流開口端８ａとが離隔しているため、共鳴室７ｂによって気柱共鳴を予め消音するようにしても、テールパイプ８内に発生する定在波の反射の繰り返しによって発生する音がテールパイプ８の下流開口端８ｂから吐出してしまう。したがって、共鳴室７ｂのヘルムホルツ共鳴が実際にテールパイプ８内で発生する気柱共鳴に効果的に作用し難く、気柱共鳴を充分に抑制することができない。

また、車両の減速時にはアクセルペダルが解放されてスロットルバルブが閉じるため、エンジン１から排気装置４に排気される流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。

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。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、例えば、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。

したがって、気柱共鳴を効果的に抑制するためには、テールパイプ８にサブマフラ９を設ける必要があり、結果的に、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。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、従来用いられていたサブマフラを廃止して排気騒音を低減することができ、排気装置の重量を低減することができるとともに、排気装置の製造コストを低減することができる内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。

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）内燃機関から排出された排気流が導入され、前記排気流を拡張して消音する拡張室および前記拡張室に隣接し、特定の周波数の排気音を消音する共鳴室を有する消音器と、前記排気流の排気方向の上流部に前記消音器の前記拡張室に接続される上流開口端を有するとともに、下流部に前記消音器から排出される排気流を大気に排出するための下流開口端を有する排気管とを備えた内燃機関の排気装置であって、前記排気管の内部に中空部材を設け、前記中空部材は、下流端が開口端を構成し、開口端を構成する上流端が前記排気管の内部から前記排気管の前記上流開口端を通して外方に突出して前記共鳴室に連通することにより、前記共鳴室を画成する前記消音器の壁部によって囲まれる閉空間内に位置し、前記排気管は、前記消音器の内部に設けられたアウターパイプと、前記アウターパイプに接続され、前記アウターパイプから前記消音器の下流側に延在するテールパイプとから構成され、前記中空部材は、前記アウターパイプの内部に設けられたアウトレットパイプから構成され、前記アウトレットパイプの下流部は、前記テールパイプの上流部に接続されるとともに、前記アウトレットパイプの下流部に前記アウトレットパイプの内部と前記アウターパイプの内部とを連通する孔が形成されるものから構成されている。

この排気管は、排気管の内部に中空部材が設けられ、中空部材の下流端が開口端を構成するとともに、中空部材の上流端が排気管の内部から外方に突出して共鳴室に連通することにより、共鳴室を画成する消音器の壁部によって囲まれる閉空間内に位置するので、排気管内の排気流の圧力エネルギー、すなわち、空気の圧力エネルギーの圧力分布を中空部材および共鳴室内に発生させて、圧力エネルギーを中空部材および共鳴室に蓄積することができ、気柱共鳴時にこの圧力エネルギーを中空部材および共鳴室内に保持して外部に放出させないようにすることができる。

この中空部材および共鳴室に空気の圧力エネルギーを蓄積することは、排気管内の空気が持つ圧力エネルギーによって行われ、排気管全体の圧力エネルギーに変化が生じない。したがって、排気管内の圧力エネルギーは、中空部材および共鳴室内の圧力エネルギーと、中空部材と共鳴室とを除いた排気管の圧力エネルギーとに分散することができ、中空部材と共鳴室とを除いた排気管内の圧力エネルギーのみを外部に放出することができる。

また、中空部材および共鳴室は、圧力エネルギーを蓄積する容量が大きいため、排気管から放出される圧力エネルギーを大幅に低減することができる。
したがって、気柱共鳴時の音圧のピークを下げて音圧レベルを低減することができ、排気騒音を低減することができる。

また、気柱共鳴時には排気管内において排気脈動による音波が開口端反射を繰り返すことにより定在波が発生し、排気管の管長と定在波の波長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。

本発明では、排気管の内部に、排気管の下流側に下流開口端が開口し、共鳴室に連通することにより、共鳴室を画成する消音器の壁部によって囲まれる閉空間内に位置する上流端を有する中空部材を設けたので、音波の伝搬方向に中空部材および共鳴室を対向させることができるとともに、気柱共鳴の発生部位に中空部材の下流開口端を位置させることができる。

このため、中空部材および共鳴室を、気柱共鳴を音源とするヘルムホルツ共鳴室にすることができ、共鳴室の共鳴周波数を排気管の気柱共鳴周波数と一致させるようにすれば、気柱共鳴を抑制することができる。

また、気柱共鳴の発生領域に中空部材の下流部を位置させることができるため、減速時に消音器に導入される排気流量が急減した場合であっても、気柱共鳴を充分に抑制することができる。

このように音圧そのものを低減することができるため、気柱共鳴時および気柱共鳴時以外の運転領域に亘って音圧を低減することができるとともに、気柱共鳴時には音圧の低減に加えてヘルムホルツ共鳴を利用して気柱共鳴をより一層抑制することができる。このため、排気騒音を大幅に低減することができる。

この結果、従来用いられていたサブマフラを廃止することができるとともに排気管の上流部に設けられた消音器を小型化することができるため、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。

また、この排気装置は、中空部材を、消音器に既存のアウトレットパイプから構成し、このアウトレットパイプの外周部にアウターパイプを取付け、アウトレットパイプの下流部にアウトレットパイプの内部とアウターパイプの内部を連通する孔を形成することにより、アウターパイプの内周部とアウトレットパイプの外周部の間に画成される通路からアウトレットパイプの孔を介してテールパイプに排気ガスを排出することができる。

また、消音器に既存のアウトレットパイプを利用することにより、音圧そのものを低減することができるため、気柱共鳴時および気柱共鳴時以外の運転領域に亘って音圧を低減することができるとともに、気柱共鳴時には音圧の低減に加えてヘルムホルツ共鳴を利用して気柱共鳴をより一層抑制することができる。このため、消音器の製造コストが増大するのを抑制することができ、排気装置の製造コストが増大するのを抑制することができる。

上記（１）に記載の内燃機関の排気装置において、（２）前記アウターパイプおよび前記アウトレットパイプが前記消音器内で湾曲されるものから構成されている。

この排気装置は、アウターパイプおよびアウトレットパイプを消音器内で湾曲させているので、消音器内でアウターパイプおよびアウトレットパイプを長くすることができ、消音器の軸線方向長さを短くして共鳴室の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。

上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気装置において、（３）前記アウターパイプおよび前記テールパイプから構成される前記排気管内で発生する気柱共鳴周波数と前記共鳴室の前記特定の周波数を一致させるように、前記アウターパイプおよび前記テールパイプから構成される前記排気管の軸線方向長さと前記アウトレットパイプの軸線方向長さとが設定されるものから構成されている。

この排気装置は、排気管内で発生する気柱共鳴周波数と共鳴室の特定の周波数を一致させるように排気管の軸線方向長さと中空部材の軸線方向長さとを設定しているため、ヘルムホルツ共鳴によって気柱共鳴をより一層抑制することができる。

また、中空部材を長くすることにより、共鳴室の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ため、内燃機関の常用回転域において気柱共鳴周波数の一次成分および二次成分の気柱共鳴の音圧レベルを低減することができ、排気騒音を低減して運転者に不快感を与えるのを防止することができる。

上記（１）ないし（３）に記載の内燃機関の排気装置において、（４）前記アウトレットパイプの下流端が、前記アウターパイプおよび前記テールパイプから構成される前記排気管の軸線方向長さの中央部よりも上流側に位置するものから構成されている。

この排気装置は、アウトレットパイプの下流端がアウターパイプおよびテールパイプから構成される排気管の軸線方向長さの中央部よりも上流側に位置しているので、気柱共鳴の音圧が高い位置、例えば、気柱共鳴の定在波の腹または、腹に近い位置に位置させることにより、ヘルムホルツ共鳴によって気柱共鳴をより一層抑制することができる。

本発明によれば、従来用いられていたサブマフラを廃止して排気騒音を低減することができ、排気装置の重量を低減することができるとともに、排気装置の製造コストを低減することができる内燃機関の排気装置を提供することができる。

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、内燃機関の排気装置の構成図である。 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、マフラの斜視断面図である。 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、インレットパイプとテールパイプとを横切る面で切ったマフラの断面図である。 図３のＡ−Ａ方向矢視断面図である。 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。 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の一次成分と二次成分を説明する図である。 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、テールパイプ内に発生する音圧レベルとエンジン回転数との関係を示す図である。 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、インナーパイプが設けられていないテールパイプ内に発生する気柱共鳴の音圧分布を示す図である。 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、テールパイプ内に発生する気柱共鳴の圧力エネルギーが分散された状態を示す図である。 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、テールパイプ内に発生する気柱共鳴の圧力エネルギーの分散と音圧の低減を説明するための図である。 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、本実施の形態のテールパイプとインナーパイプが設けられていない従来のテールパイプとによってスピーカ加振試験を行ったときの音圧レベルと周波数との関係を示す図である。 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、他の形状のインナーパイプが設けられたマフラおよびテールパイプの断面図である。 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、他の形状のインナーパイプが設けられたテールパイプ内に発生する気柱共鳴の音圧分布の定在波の一次成分および二次成分の音圧の腹とインナーパイプとの位置関係を説明する図である。 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、マフラおよびテールパイプの断面図である。 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、マフラおよびテールパイプの断面図である。 図１５のＢ−Ｂ方向矢視断面図である。 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、マフラおよびテールパイプの断面図である。 従来の内燃機関の排気系の構成図である。 従来のマフラの断面図である。 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。 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。

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１３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。

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。

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、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと、排気枝管２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、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流としての排気ガスが排気枝管２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、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。

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および排気管としての単体のテールパイプ４０を備えており、この排気装置２３は、車体の床下に弾性的に垂下されるようにしてエンジン２１の排気ガスの排気方向下流側に設置されている。
なお、上流とは排気ガスの排気方向の上流を示し、下流とは排気ガスの排気方向の下流を示すものである。

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、フロントパイプ２５に接続されている。この触媒コンバータ２４は、ハニカム基材または粒状の活性アルミナ製担体に白金、パラジウム等の触媒を付着させたものが本体ケースに収納されたものから構成され、ＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化を行うようになっている。
また、フロントパイプ２５の下流端にはセンターパイプ２６の上流端が接続されており、センターパイプ２６の下流側は、排気音の消音を行うマフラ２７に接続されている。

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とを備えている。
アウタシェル３１内には仕切板３４、３５が設けられており、この仕切板３４、３５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３６、３７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３８に区画されている。

また、エンドプレート３２、仕切板３４および仕切板３５にはそれぞれ挿通孔３２ａ、３４ａ、３５ａが形成されており、この挿通孔３２ａ、３４ａ、３５ａにはセンターパイプ２６の下流側が接続されるインレットパイプ３９が挿通されている。

このインレットパイプ３９は、拡張室３６、３７および共鳴室３８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、３５に支持されている。

また、インレットパイプ３９にはインレットパイプ３９の軸線方向（排気流の排気方向）および周方向に複数の連通孔３９ｂ、３９ｃが形成されており、インレットパイプ３９の内部と拡張室３６、３７とは、連通孔３９ｂ、３９ｃを介して連通している。また、仕切板３５には連通孔３５ｂが形成されており、この連通孔３５ｂは、拡張室３６と拡張室３７とを連通している。

したがって、センターパイプ２６からインレットパイプ３９を通してマフラ２７に導入される排気ガスは、連通孔３９ｂ、３９ｃを介して拡張室３６、３７に導入されることになる。

また、仕切板３４、３５およびエンドプレート３３にはそれぞれ挿通孔３４ｂ、３５ｃ、３３ａが形成されており、挿通孔３５ｃ、３３ａにはテールパイプ４０の上流部４０Ａが挿通されている。

テールパイプ４０の上流部４０Ａの上流端には上流開口端４０ａが設けられており、テールパイプ４０の上流部４０Ａは、上流開口端４０ａが拡張室３６に開口するようにして挿通孔３５ｃ、３３ａに挿通されることにより、マフラ２７に接続されて仕切板３５およびエンドプレート３３に支持されている。

また、テールパイプ４０の下流部４０Ｂの下流端には下流開口端４０ｂが形成されており、この下流開口端４０ｂは、大気に連通している。このため、マフラ２７の拡張室３６、３７からテールパイプ４０の上流開口端４０ａに導入された排気ガスは、テールパイプ４０を通して下流開口端４０ｂから大気に排出される。

すなわち、本実施の形態のテールパイプ４０は、上流部４０Ａにエンジン２１から排出された排気ガスの排気方向上流側のマフラ２７に接続される上流開口端４０ａを有するとともに、下流部４０Ｂに排気ガスを大気に排出するための下流開口端４０ｂを有している。

ここで、テールパイプ４０の上流部４０Ａおよび下流部４０Ｂは、上流開口端４０ａおよび下流開口端４０ｂを含んで所定の長さを有するテールパイプ４０の上流側と下流側の部分を示す。

また、拡張室３６、３７内に収納されるテールパイプ４０の上流部４０Ａには中空部材としてのインナーパイプ４１が設けられており、このインナーパイプ４１は、下流端にテールパイプ４０の内方に開口する開口端（以下、下流端を下流開口端４１ｂという）を有するとともに、上流端に開口端（以下、上流端を上流開口端４１ａという）を有している。

また、インナーパイプ４１は、上流開口端４１ａがテールパイプ４０の内部から外方に突出して共鳴室３８に連通しており、上流部４１Ａが仕切板３４の挿通孔３４ｂに貫通することによって上流部４１Ａが仕切板３４に支持されている。このため、インナーパイプ４１の上流開口端４１ａは、テールパイプ４０の内部からテールパイプ４０の上流開口端４０ａを通して外方に突出して共鳴室３８に連通することにより、共鳴室３８を画成する消音器の壁部を構成するアウタシェル３１、エンドプレート３２および仕切板３４によって囲まれる閉空間内に位置している。

また、インナーパイプ４１の下流部４１Ｂの外周部はテールパイプ４０によって支持されている。すなわち、図４に示すように、テールパイプ４０の上部および下部にはインナーパイプ４１側に突出する突出部４２ａ、４２ｂが形成されており、この突出部４２ａ、４２ｂによってインナーパイプ４１がテールパイプ４０の内周部に支持されている。このため、インナーパイプ４１は、上流部４１Ａおよび下流部４１Ｂが仕切板３４およびテールパイプ４０に両持ちに支持されている。
また、突出部４２ａ、４２ｂは、テールパイプ４０の上下にのみ形成されているため、テールパイプ４０の内周部とインナーパイプ４１の外周部の間の通路４３を流通する排気流の背圧が上昇することが抑制される。

一方、共鳴室３８は、インナーパイプ４１の長さをＬ_２、インナーパイプ４１の断面積をＳ、共鳴室３８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（３）により求められる。

このため、共鳴室３８に導入される排気ガスは、ヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数の排気音が消音される。具体的には、共鳴室３８は、共鳴室３８の容積を大きくしたり、共鳴室３８に接続されるインナーパイプ４１の長さＬ_２を長くすることにより、共鳴室３８の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３８の容積を小さくしたり、インナーパイプ４１の長さＬ_２を短くすることにより、共鳴周波数を高周波数側にチューニングすることができるようになっている。

本実施の形態では、インナーパイプ４１を長くすることにより、共鳴室３８の共鳴周波数を低周波数側にチューニングしている。また、インナーパイプ４１を長くすることにより、共鳴室３８の容積を小さくして共鳴室３８の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３８の容量を小さくして、マフラ２７の小型化を図ることができる。

また、本実施の形態では、共鳴室３８の共鳴周波数をテールパイプ４０で発生する気柱共鳴周波数と一致させるようにテールパイプ４０の軸線方向長さとインナーパイプ４１の軸線方向長さが設定されている。

すなわち、エンジン２１の気柱共鳴周波数が低い定常回転域で気柱共鳴が発生する場合には、テールパイプ４０が長くなるため、テールパイプ４０に発生する気柱共鳴に共鳴作用を発生させるために、共鳴室３８の共鳴周波数を低くする必要がある。

式（３）から明らかなように、ヘルムホルツ共鳴は、インナーパイプ４１の長さと共鳴室３８の容積とが関係しているが、本実施の形態では、共鳴室３８の容積を小さくするために、インナーパイプ４１の長さを適宜設定して共鳴室３８の共鳴周波数とテールパイプ４０の気柱共鳴周波数とを一致させるようにしている。

ここで、気柱共鳴について説明を行う。
テールパイプ４０内に発生する気柱共鳴の定在波は、テールパイプ４０の管長Ｌ_３（図３参照）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４０の管長Ｌ_３を半波長とした周波数を基本として、その半波長の自然数倍の波長の気柱共鳴が発生して音圧が増大する。

具体的には、図５にテールパイプ４０内で発生する気柱共鳴の定在波の音圧分布を示すように、基本振動（一次成分）の気柱共鳴の波長λ１は、テールパイプ４０の管長Ｌ_３の略２倍となり、二次成分の気柱共鳴の波長λ２は、管長Ｌ_３の略１倍となる。

図５から明らかなように、それぞれの定在波は、テールパイプ４０の上流開口端４０ａおよび下流開口端４０ｂが音圧分布の節となり、一次成分の気柱共鳴の音圧は、テールパイプ４０の軸線方向中心部（１／２Ｌ_３）が最大となり、二次成分の気柱共鳴の音圧は、テールパイプ４０の軸線方向中心部から１／４Ｌ_３ずれた位置が最大となる。

本実施の形態では、図６に示すように、インナーパイプ４１の下流開口端４１ｂをテールパイプ４０の軸線方向長さの中央部よりも上流側に位置させて気柱共鳴の音圧の高い位置に位置させている。具体的には、インナーパイプ４１の下流開口端４１ｂを一次成分ｆ１に近い二次成分ｆ２の音圧の腹の位置に位置させている。

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。

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３９の連通孔３９ｂ、３９ｃを介して拡張室３６、３７に導入された後、テールパイプ４０の上流開口端４０ａを通して通路４３に導入される。この通路４３に導入された排気ガスは、通路４３からテールパイプ４０の下流側に流通してテールパイプ４０の下流開口端４０ｂから大気に排出される。

また、エンジン２１の運転時にテールパイプ４０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。

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４０に導入されると、この入射波がテールパイプ４０の下流開口端４０ｂ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４０ａ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４０ａで反射波となる。

開口端反射が起こる理由としては、テールパイプ４０内を流れる排気ガスの圧力が高く、テールパイプ４０の下流開口端４０ｂ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４０ｂ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４０を上流開口端４０ａに向かって進行し始めるからである。

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４０ａ側で反射波が発生する理由も下流開口端４０ｂで反射波が発生する理由と同様である。

そして、下流開口端４０ｂに向かう入射波と下流開口端４０ｂと逆向きの反射とが干渉することで、図５に示すように、テールパイプ４０の上流開口端４０ａおよび下流開口端４０ｂにおいて音圧が最小となるような定在波ができる。

また、この定在波は、テールパイプ４０の管長Ｌ_３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４０の管長Ｌ_３を半波長とした周波数を基本として、その半波長の自然数倍の波長の気柱共鳴が発生して音圧が増大する。

ここで、音速をｃ、テールパイプ４０の長さをＬ_３、次数をｍとしたときのテールパイプ４０の気柱共鳴周波数ｆｍは、
ｆｍ＝（ｃ／２Ｌ_３）・ｍ............（４）
で表される。

また、図７に示すように、エンジン２１の排気脈動の周波数は、エンジン２１の回転数が増大するのに伴って増大するようになっており、エンジン２１の回転数に対応した気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１と二次成分ｆ２とで排気音の音圧レベル（ｄＢ）が高くなる。

したがって、管長が長いテールパイプ４０（例えば、テールパイプ４０の管長が１．５ｍ以上）を用いる場合には、エンジン２１の回転数が低い常用回転域（２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍ）で気柱共鳴が発生してしまう。このため、常用回転域でこもり音と呼ばれる不快な騒音が発生してしまい、排気騒音の悪化の原因となり、運転者に不快感を与えてしまうことになる。

そこで、本実施の形態は、エンジン２１の常用回転域において気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１および二次成分ｆ２の気柱共鳴の音圧レベルを低減し、排気騒音を低減して運転者に不快感を与えるのを防止するようにしたのである。

インナーパイプ４１が設けられていないテールパイプ４０内に気柱共鳴が発生しているときの気柱共鳴の定在波の一次成分ｆ１の音圧分布を図８に示すと、テールパイプ４０の上流開口端４０ａおよび下流開口端４０ｂが気柱共鳴の定在波の音圧分布の節となるため、上流開口端４０ａおよび下流開口端４０ｂにおいて、気柱共鳴の定在波の音圧が最小となる。また、中央部が気柱共鳴の定在波の音圧分布の腹となるため、中央部において、気柱共鳴の定在波の音圧がピークＰ１となる。

本実施の形態では、テールパイプ４０の内部に上流開口端４１ａおよび下流開口端４１ｂを有するインナーパイプ４１を設け、インナーパイプ４１の上流開口端４１ａをテールパイプ４０の内部からテールパイプ４０の上流開口端４０ａを通して外方に突出させて共鳴室３８に連通させることにより、この上流開口端４１ａを共鳴室３８を画成する消音器の壁部を構成するアウタシェル３１、エンドプレート３２および仕切板３４によって囲まれる閉空間内に位置させているので、テールパイプ４０内の排気ガスの圧力エネルギー、すなわち、空気の圧力エネルギーの圧力分布Ａ１をインナーパイプ４１および共鳴室３８内に発生させることができる（図９参照）。

このため、この圧力エネルギーをインナーパイプ４１および共鳴室３８内に蓄積することができ、気柱共鳴時にこの圧力エネルギーをインナーパイプ４１および共鳴室３８内に保持して外部に放出させないようにすることができる
したがって、図９に示すように、テールパイプ４０内の圧力エネルギーは、インナーパイプ４１および共鳴室３８内の圧力分布に応じた圧力エネルギーＡ１と、インナーパイプ４１と共鳴室３８とを除いたテールパイプ４０の圧力分布に応じて圧力エネルギーＡ２とに分散することができ、インナーパイプ４１および共鳴室３８内を除いたテールパイプ４０の圧力エネルギーのみを外部に放出することができる。

すなわち、図１０に示すように、テールパイプ４０内の圧力エネルギーＡからインナーパイプ４１および共鳴室３８内の圧力エネルギーＡ１（ハッチングで示す）を差し引いた残りの圧力エネルギーＡ２（ハッチングで示す）がテールパイプ４０から外部に放出される。

気柱共鳴による音圧レベルは、圧力エネルギーによって決まるため、圧力エネルギーを少なくすることにより、すなわち、テールパイプ４０の圧力エネルギーを圧力エネルギーＡ２のみとすることにより、音圧のピークをピークＰ１からピークＰ２（図８、図９参照）に下げて音圧レベルを低減することができる。

また、インナーパイプ４１および共鳴室３８内は、圧力エネルギーを蓄積する容量が大きいため、テールパイプ４０から放出される圧力エネルギーを大幅に低減することができる。したがって、気柱共鳴時の音圧のピークを下げて音圧レベルを低減することができ、排気騒音を低減することができる。

一方、気柱共鳴時には、テールパイプ４０内において上述したように排気脈動による音波（入射波と反射波）が開口端反射を繰り返すことにより定在波が発生し、テールパイプ４０の管長Ｌ_３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。

本実施の形態では、テールパイプ４０の内部に、テールパイプ４０の下流側に下流開口端４１ｂが開口し、共鳴室３８を画成する消音器の壁部を構成するアウタシェル３１、エンドプレート３２および仕切板３４によって囲まれる閉空間内に位置する上流開口端４１ａを有するインナーパイプ４１を設けたので、音波の伝搬方向にインナーパイプ４１および共鳴室３８を対向させることができるとともに、気柱共鳴の発生部位にインナーパイプ４１の下流開口端４１ｂを位置させることができる。

このため、インナーパイプ４１および共鳴室３８を、気柱共鳴を音源とするヘルムホルツ共鳴室にすることができる。したがって、共鳴室３８の共鳴周波数をテールパイプ４０の気柱共鳴周波数と一致させることにより、気柱共鳴を抑制することができる。

図１１は、共鳴室３８内に上流開口端４１ａが位置するインナーパイプ４１を有するテールパイプ４０を用いてスピーカ加振試験を行ったときの排気脈動の周波数と排気音の音圧レベル（ｄＢ）との測定結果を示す図である。
図１１において、実線は、インナーパイプ４１を有する本実施の形態のテールパイプ４０を用いた測定結果を示し、破線は、インナーパイプを有していない従来のテールパイプを用いた測定結果を示している。

本実施の形態では、音圧そのものを低減することができるため、図１１に示すように、気柱共鳴時および気柱共鳴時以外の運転領域（周波数とエンジン２１の回転数は対応している）に亘って音圧を低減することができるとともに、気柱共鳴時には音圧の低減に加えて、インナーパイプ４１の長さＬ_２に依存するヘルムホルツ共鳴を利用して気柱共鳴（一次成分ｆ１、二次成分ｆ２、三次成分ｆ３）をより一層抑制することができる。このため、排気騒音を大幅に低減することができる。

特に、図６に示すように、インナーパイプ４１の下流開口端４１ｂを、テールパイプ４０の軸線方向長さの中央部よりも上流側に位置させることにより、気柱共鳴の定在波の音圧分布の高い位置、図６では、一次成分の音圧分布の腹ａ１の上流側の二次成分ｆ２の音圧分布の腹ａ２に位置させることができ、ヘルムホルツ共鳴によって気柱共鳴をより一層抑制することができる。

また、本実施の形態では、気柱共鳴の発生領域にインナーパイプ４１の下流開口端４１ｂを位置させることができるため、減速時にマフラ２７に導入される排気流量が急減した場合であっても、気柱共鳴を充分に抑制することができる。

この結果、従来用いられていたサブマフラを廃止することができるとともにマフラ２７を小型化することができるため、マフラ２７の重量を低減することができるとともに、マフラ２７の製造コストを低減することができる。

なお、本実施の形態では、インナーパイプ４１をマフラ２７内に位置させているが、図１２、図１３に示すように、インナーパイプ４１の下流端である下流開口端４１ｃをマフラ２７内からテールパイプ４０の下流開口端４０ｂ側に延在させ、下流開口端４１ｃを気柱共鳴の一次成分ｆ１の音圧分布の腹ａ１と二次成分ｆ２の音圧分布の腹ａ２の中間に位置させてもよい。

このようにすれば、気柱共鳴の一次成分ｆ１と二次成分ｆ２をヘルムホルツ共鳴によってより一層低減することができ、エンジン２１の常用回転域でこもり音が発生するのをより一層抑制することができる。

このようにインナーパイプ４１の下流開口端４１ｃが気柱共鳴の一次成分ｆ１の音圧分布の腹ａ１と二次成分ｆ２の音圧分布の腹ａ２の中間に位置するように、インナーパイプ４１をテールパイプ４０内に設ける場合には、マフラ２７の外方に位置するテールパイプ４０の内周部に突出部４２ｃ、４２ｄを設け、この突出部４２ｃ、４２ｄによってインナーパイプ４１をテールパイプ４０に支持すればよい。
また、テールパイプ４０の気柱共鳴周波数に共鳴室３８の共鳴周波数を一致させるように、インナーパイプ４１の長さと共鳴室３８の容積Ｖを適宜設定すればよい。

また、本実施の形態では、インナーパイプ４１の上流部４１Ａの外周部を共鳴室３８の仕切板３４の内周部に支持するとともに、下流部４１Ｂの円周方向の一部分である下流部４１Ｂの上部および下部をテールパイプ４０の突出部４２ａ、４２ｂを介してテールパイプ４０の内周部に支持しているので、インナーパイプ４１の上流部４１Ａと下流部４１Ｂとをそれぞれ共鳴室３８の仕切板３４とテールパイプ４０に両持ちで支持することができ、インナーパイプ４１をテールパイプ４０に強固に取付けることができる
また、本実施の形態では、単体のテールパイプ４０をマフラ２７に取付けているため、テールパイプ４０の上流部をアウトレットパイプとして利用することができ、排気装置２３の部品点数を削減して排気装置２３の製造コストをより一層低減することができる。

（第２の実施の形態）
図１４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の実施の形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
図１４において、マフラ２７内にはアウターパイプ５１が設けられており、このアウターパイプ５１は、仕切板３５およびエンドプレート３３の挿通孔３５ｃ、３３ａに挿通され、拡張室３６、３７において仕切板３５およびエンドプレート３３によって支持されている。

また、アウターパイプ５１にはアウトレットパイプ５２が設けられており、このアウトレットパイプ５２は、仕切板３４およびエンドプレート３３の挿通孔３４ａ、３３ａに挿通され、上流部５２Ａおよび下流部５２Ｂが仕切板３４およびエンドプレート３３によって両持ちで支持されている。

また、中空部材としてのアウトレットパイプ５２の下流部５２Ｂにはテールパイプ５３の上流部５３Ａが溶接等によって接続されており、アウトレットパイプ５２の下流開口端５２ｂがテールパイプ５３の上流開口端５３ａよりも下流側に位置することにより、アウトレットパイプ５２の下流開口端５２ｂがテールパイプ５３の上流部５３Ａに連通している。

また、アウトレットパイプ５２の下流部５２Ｂには孔５２ｃが形成されており、この孔５２ｃは、アウターパイプ５１の内周部とアウトレットパイプ５２の外周部とによって画成される通路５４とアウトレットパイプ５２の内部とを連通している。

また、アウトレットパイプ５２の上流部５２Ａの上流開口端５２ａは、アウターパイプ５１の内部から外方に突出して共鳴室３８に連通しており、アウトレットパイプ５２は、上流開口端５２ａが共鳴室３８を画成する消音器の壁部を構成するアウタシェル３１、エンドプレート３２および仕切板３４によって囲まれる閉空間内に位置している。

次に、作用を説明する。
マフラ２７に導入される排気ガスは、インレットパイプ３９の連通孔３９ｂ、３９ｃを介して拡張室３６、３７に導入された後、アウターパイプ５１の上流開口端５１ａからアウターパイプ５１の内周部とアウトレットパイプ５２の外周部とによって画成される通路５４に導入される。

この排気ガスは、アウトレットパイプ５２の孔５２ｃを通してアウトレットパイプ５２に導入された後、テールパイプ５３を通してテールパイプ５３の下流部５３Ｂの下流開口端５３ｂから大気に排出される。

本実施の形態では、アウターパイプ５１とテールパイプ５３が排気ガスを排出する排気管を構成するようになっており、アウターパイプ５１の上流部５１Ａが排気管の上流部を構成するとともに、アウターパイプ５１の上流開口端５１ａが排気管の上流開口端を構成している。また、テールパイプ５３の下流部５３Ｂが排気管の下流部を構成するとともに、テールパイプ５３の下流開口端５３ｂが排気管の下流開口端を構成している。

そして、アウターパイプ５１とテールパイプ５３内にはアウターパイプ５１とテールパイプ５３の長さＬ_３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ことになる。

本実施の形態では、アウターパイプ５１の内部に上流開口端５２ａおよび下流開口端５２ｂを有するアウトレットパイプ５２を設け、アウトレットパイプ５２の上流開口端５２ａをアウターパイプ５１の内部から外方に突出させて共鳴室３８に連通させることにより、この上流開口端５２ａが共鳴室３８を画成するマフラ２７のアウタシェル３１、エンドプレート３２および仕切板３４によって囲まれる閉空間内に位置されるので、アウターパイプ５１およびテールパイプ５３内の空気の圧力エネルギーの圧力分布をアウトレットパイプ５２および共鳴室３８内に発生させることができ、第１の実施の形態と同様に音圧そのものを低減することができる。

また、アウターパイプ５１の内部に、テールパイプ５３の下流側に下流開口端５２ｂが開口し、共鳴室３８内に位置する上流開口端５２を有するアウトレットパイプ５２を設けたので、音波の伝搬方向にアウトレットパイプ５２および共鳴室３８を対向させることができるとともに、気柱共鳴の発生部位にアウトレットパイプ５２の下流開口端５２ｂを位置させることができるため、アウトレットパイプ５２および共鳴室３８を、気柱共鳴を音源とするヘルムホルツ共鳴室にすることができる。このため、共鳴室３８の共鳴周波数と一致させることにより、気柱共鳴を抑制することができる。

なお、本実施の形態では、アウトレットパイプ５２の下流部５２Ｂに孔５２ｃを有するので、この孔５２ｃから上流開口端５２ａまでの間のアウトレットパイプ５２の部位と共鳴室３８とがヘルムホルツ共鳴室を構成することになる。このため、孔５２ｃをアウトレットパイプ５２の下流開口端５２ｂ側に近づけることにより、共鳴室３８の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。

このように本実施の形態では、音圧そのものを低減することができるため、第１の実施の形態と同様に、気柱共鳴時および気柱共鳴時以外の運転領域に亘って音圧を低減することができるとともに、気柱共鳴時には音圧の低減に加えて上流開口端５２ａから孔５２ｃまでのアウトレットパイプ５２の長さＬ_２と共鳴室３８の容積に依存するヘルムホルツ共鳴を利用して気柱共鳴をより一層抑制することができる。このため、排気騒音を大幅に低減することができる。

また、気柱共鳴の発生領域にアウトレットパイプ５２の下流開口端５２ｂを位置させることができるため、減速時にマフラ２７に導入される排気流量が急減した場合であっても、気柱共鳴を充分に抑制することができる。

この結果、従来用いられていたサブマフラを廃止することができるとともにマフラ２７を小型化することができるため、マフラ２７の重量を低減することができるとともに、マフラ２７の製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態では、マフラ２７に既存のアウトレットパイプ５２を中空部材として利用することにより、気柱共鳴をより一層抑制することができるため、マフラ２７の製造コストが増大するのを抑制することができる。

（第３の実施の形態）
図１５、図１６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の実施の形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
図１６において、マフラ２７内にはアウトレットパイプ６１が設けられており、このアウトレットパイプ６１は、仕切板３４、３５およびエンドプレート３３の挿通孔３４ｂ、３５ｃ、３３ａに挿通され、拡張室３６、３７において仕切板３４、３５およびエンドプレート３３によって支持されている。

また、アウトレットパイプ６１の下流部６１Ｂにはテールパイプ６２の上流部６２Ａが溶接等によって接続されている。また、アウトレットパイプ６１の上流部６１Ａには上流開口端としての孔６１ａが形成されており、マフラ２７に導入された排気ガスは、孔６１ａを通してアウトレットパイプ６１に導入されるようになっている。

また、図１５、図１６に示すように、アウトレットパイプ６１の内部には平板状の仕切板６３が設けられており、この仕切板６３は、アウトレットパイプ６１内をアウトレットパイプ６１からテールパイプ６２の上流開口端６２ａを通してテールパイプ６２内に排気ガスを導入する排気通路６５と、共鳴室３８に連通する共鳴通路６６とに区画している。

すなわち、排気通路６５は、仕切板６３の上面とアウトレットパイプ６１の半環形状の上部半環部６８の内周面によって画成される半円状の通路から構成されており、共鳴通路６６は、仕切板６３の下面とアウトレットパイプ６１の半環形状の下部半環部６９の内周面によって画成される半円状の通路から構成されている。

また、アウトレットパイプ６１の上流端には閉止板６４が設けられており、アウトレットパイプ６１の上流端は、閉止板６４によって閉止されている。このため、アウトレットパイプ６１の排気通路６５と共鳴室３８とは連通しないようになっている。

また、アウトレットパイプ６１の下部半環部６９の上流端６９ａは、仕切板６３の上流端６３ａと共に共鳴室３８内に延出して共鳴室３８に連通することにより、共鳴通路６６を構成する仕切板６３および下部半環部６９とが共鳴室３８を画成するアウタシェル３１、エンドプレート３２および仕切板３４によって囲まれる閉空間内に位置している。

したがって、本実施の形態では、仕切板６３と下部半環部６９によって中空部材が構成されており、仕切板６３の上流端６３ａと下部半環部６９の上流端６９ａとによって上流端としての上流開口端７０が構成され、仕切板６３の下流端６３ｂと仕切板６３の下流端６３ｂの直下の下部半環部６９の部位とによって下流端としての下流開口端７１が構成されることになる。

次に、作用を説明する。
マフラ２７に導入される排気ガスは、インレットパイプ３９の連通孔３９ｂ、３９ｃを介して拡張室３６、３７に導入された後、アウトレットパイプ６１の孔６１ａから排気通路６５に導入される。

この排気ガスは、排気通路６５からテールパイプ６２の上流開口端６２ａを通してテールパイプ６２内に導入され、テールパイプ６２の下流開口端６２ｂから大気に排出される。

本実施の形態では、アウトレットパイプ６１とテールパイプ６２とが排気ガスを排出する排気管を構成するようになっており、アウトレットパイプ６１の上流部６１Ａが排気管の上流部を構成するとともに、アウトレットパイプ６１の孔６１ａが排気管の上流開口端を構成している。
また、テールパイプ６２の下流部６２Ｂが排気管の下流部を構成するとともに、テールパイプ６２の下流開口端６２ｂが排気管の下流開口端を構成している。
そして、アウトレットパイプ６１とテールパイプ６２内には孔６１ａからテールパイプ６２の下流開口端６２ｂの長さＬ_３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ことになる。

本実施の形態では、アウトレットパイプ６１の内部に、アウトレットパイプ６１の下部半環部６９と共に上流開口端７０および下流開口端７１を構成する仕切板６３を設け、仕切板６３の上流端６３ａと下部半環部６９の上流端６９ａとを共鳴室３８に連通させることにより、この仕切板６３の上流端６３ａと下部半環部６９の上流端６９ａとが共鳴室３８を画成するアウタシェル３１、エンドプレート３２および仕切板３４によって囲まれる閉空間内に位置させているので、アウトレットパイプ６１およびテールパイプ６２内の空気の圧力エネルギーの圧力分布を共鳴通路６６および共鳴室３８内に発生させることができ、第１の実施の形態と同様に音圧そのものを低減することができる。

また、インレットパイプ６１の内部に、テールパイプ６２の下流側に下流開口端７１が開口し、共鳴室３８によって上流開口端７０が閉塞される仕切板６３を設けたので、音波の伝搬方向に共鳴通路６６および共鳴室３８を対向させることができるとともに、気柱共鳴の発生部位に下流開口端７１を位置させることができる。
このため、共鳴通路６６および共鳴室３８を、気柱共鳴を音源とするヘルムホルツ共鳴室にすることができる。したがって、共鳴室３８の共鳴周波数を排気通路６５およびテールパイプ６２、すなわち、排気管の気柱共鳴周波数と一致させることにより、気柱共鳴を抑制することができる。

このように本実施の形態では、音圧そのものを低減することができるため、第１の実施の形態と同様に、気柱共鳴時および気柱共鳴時以外の運転領域に亘って音圧を低減することができるとともに、気柱共鳴時には音圧の低減に加えて、下部半環部６９と仕切板６３の長さＬ_２と共鳴室３８の容積に依存するヘルムホルツ共鳴を利用して気柱共鳴をより一層抑制することができる。このため、排気騒音を大幅に低減することができる。

また、気柱共鳴の発生領域に仕切板６３の下流端６３ｂとアウトレットパイプ６１の下部半環部６９とによって構成される下流開口端７１を位置させることができるため、減速時にマフラ２７に導入される排気流量が急減した場合であっても、気柱共鳴を充分に抑制することができる。

この結果、従来用いられていたサブマフラを廃止することができるとともにマフラ２７を小型化することができるため、マフラ２７の重量を低減することができるとともに、マフラ２７の製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態では、マフラ２７に既存のアウトレットパイプ６１に仕切板６３を取付けることにより、アウトレットパイプ６１を中空部材として利用して気柱共鳴をより一層抑制することができるため、マフラ２７の製造コストが増大するのを抑制することができる。

（第４の実施の形態）
図１７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の実施の形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
図１７において、消音器としてのマフラ８１は、中空筒状に形成されたアウタシェル８２と、アウタシェル８２の両端を閉塞するエンドプレート８３、８４とを備えている。

アウタシェル８２内には仕切板８５が設けられており、この仕切板８５によってアウタシェル８２内は、排気ガスを拡張して消音するための拡張室８６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８７に区画されている。

また、エンドプレート８３および仕切板８５にはそれぞれ挿通孔８３ａ、８５ａが形成されており、この挿通孔８３ａ、８５ａにはセンターパイプ２６の下流側が接続されるインレットパイプ８８が挿通されている。

このインレットパイプ８８は、拡張室８６に収納されるようにしてエンドプレート８３および仕切板８５に支持されており、インレットパイプ８８は、下流端が閉止されて共鳴室８７と非連通状態となっている。

また、インレットパイプ８８にはインレットパイプ８８の軸線方向（排気流の排気方向）および周方向に複数の小孔８８ａが形成されており、インレットパイプ８８の内部と拡張室８６とは、小孔８８ａを介して連通している。したがって、センターパイプ２６からインレットパイプ８８を通してマフラ８１に導入される排気ガスは、小孔８８ａを介して拡張室８６に導入されるようになっている。

また、エンドプレート８３、８４および仕切板８５にはそれぞれ挿通孔８３ｂ、８３ｃ、８４ａ、８５ｂ、８５ｃが形成されており、挿通孔８５ｂ、８３ｂ、８３ｃ、８５ｃ、８４ａには湾曲形状を有する中空部材としてのアウトレットパイプ８９が挿通され、このアウトレットパイプ８９は、エンドプレート８３および仕切板８５に支持されている。

また、挿通孔８３ｂ、８３ｃ、８５ｃ、８４ａには湾曲形状を有するアウターパイプ９０が挿通されており、このアウターパイプ９０は、内部にアウトレットパイプ８９が収納され、エンドプレート８３、８４および仕切板８５に支持されている。

アウトレットパイプ８９の下流部８９Ｂにはテールパイプ９１の上流部９１Ａが溶接等によって接続されており、アウトレットパイプ８９の下流開口端８９ｂがテールパイプ９１の上流開口端９１ａよりも下流側に位置することにより、アウトレットパイプ８９の下流開口端８９ｂがテールパイプ９１の上流部９１Ａに連通している。

また、アウトレットパイプ８９の下流部８９Ｂには孔８９ｃが形成されており、この孔８９ｃは、アウターパイプ９０の内周部とアウトレットパイプ８９の外周部とによって画成される通路９２とアウトレットパイプ８９の内部とを連通している。

また、アウトレットパイプ８９の上流端としての上流開口端８９ａは、アウターパイプ９０の内部から外方に突出して共鳴室８７に連通しており、アウトレットパイプ８９は、上流開口端８９ａが共鳴室８７を画成する消音器の壁部を構成するアウタシェル８２、エンドプレート８４および仕切板８５によって囲まれる閉空間内に位置している。

次に、作用を説明する。
マフラ８１に導入される排気ガスは、インレットパイプ８８の連通孔８８ａを介して拡張室８６に導入された後、アウターパイプ９０の上流開口端９０ａからアウターパイプ９０の内周部とアウトレットパイプ８９の外周部とによって画成される通路９２に導入される。

この排気ガスは、アウトレットパイプ８９の孔８９ｃを通してアウトレットパイプ８９に導入された後、テールパイプ９１を通してテールパイプ９１の下流開口端９１ｂから大気に排出される。

本実施の形態では、アウターパイプ９０とテールパイプ９１とが排気ガスを排出する排気管を構成するようになっており、アウターパイプ９０の上流部９０Ａが排気管の上流部を構成するとともに、アウターパイプ９０の上流開口端９０ａが排気管の上流開口端を構成している。

また、テールパイプ９１の下流部９１Ｂが排気管の下流部を構成し、テールパイプ９１の下流開口端９１ｂが排気管の下流開口端を構成している。
そして、アウターパイプ９０とテールパイプ９１内にはアウターパイプ９０とテールパイプ９１の長さＬ_３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ことになる。

本実施の形態では、アウターパイプ９０の内部に上流開口端８９ａおよび下流端としての下流開口端８９ｂを有するアウトレットパイプ８９を設け、アウトレットパイプ８９の上流開口端８９ａをアウターパイプ９０の内部から外方に突出させて共鳴室８７に連通させることにより、上流開口端８９ａが共鳴室８７を画成するアウタシェル８２、エンドプレート８３および仕切板８５によって囲まれる閉空間内に位置されるので、アウターパイプ９０およびテールパイプ９１内の空気の圧力エネルギーの圧力分布をアウトレットパイプ８９および共鳴室８７内に発生させることができ、第１の実施の形態と同様に音圧そのものを低減することができる。

また、アウターパイプ９０の内部に、テールパイプ９１の下流側に下流開口端８９ｂが開口し、共鳴室８７内に位置する上流開口端８９ａを有するアウトレットパイプ８９を設けたので、音波の伝搬方向にアウトレットパイプ８９および共鳴室８７を対向させることができるとともに、気柱共鳴の発生部位にアウトレットパイプ８９の下流開口端８９ｂを位置させることができるため、アウトレットパイプ８９および共鳴室８７を、気柱共鳴を音源とするヘルムホルツ共鳴室にすることができる。
このため、共鳴室８７の共鳴周波数をアウターパイプ９０およびテールパイプ９１の気柱共鳴周波数と一致させることにより、気柱共鳴を抑制することができる。
なお、本実施の形態では、アウトレットパイプ８９が下流部８９Ｂに孔８９ｃを有するので、この孔８９ｃから上流端８９ａまでの間のアウトレットパイプ８９の部位と共鳴室８７とがヘルムホルツ共鳴室を構成することになる。このため、孔８９ｃをアウトレットパイプ８９の下流開口端８９ｂ側に近づけることにより、共鳴室８７の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。

このように本実施の形態では、音圧そのものを低減することができるため、第１の実施の形態と同様に、気柱共鳴時および気柱共鳴時以外の運転領域に亘って音圧を低減することができるとともに、気柱共鳴時には音圧の低減に加えて、上流端８９ａから孔８９ｃまでのアウトレットパイプ８９の長さＬ_２と共鳴室８７の容積に依存するヘルムホルツ共鳴を利用して気柱共鳴をより一層抑制することができる。このため、排気騒音を大幅に低減することができる。

また、気柱共鳴の発生領域にアウトレットパイプ８９の下流開口端８９ｂを位置させることができるため、減速時にマフラ８１に導入される排気流量が急減した場合であっても、気柱共鳴を充分に抑制することができる。

この結果、従来用いられていたサブマフラを廃止することができるとともにマフラ８１を小型化することができるため、マフラ８１の重量を低減することができるとともに、マフラ８１の製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態では、アウトレットパイプ８９およびアウターパイプ９０を湾曲させているので、マフラ８１内でアウトレットパイプ８９を長くすることができ、マフラ８１の軸線方向長さを短くして共鳴室８７の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。

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請求の範囲によって示され、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。

以上のように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、従来用いられていたサブマフラを廃止して排気騒音を低減することができ、排気装置の重量を低減することができるとともに、排気装置の製造コストを低減することができるという効果を有し、排気流の排気方向の最下流に設けられた排気管の気柱共鳴による排気騒音を低減するようにした内燃機関の排気装置等として有用である。

２１ エンジン（内燃機関）
２３ 排気装置
２７、８１ マフラ（消音器）
３１、８２ アウタシェル（消音器の壁部）
３２、８４ エンドプレート（消音器の壁部）
３４、８５ 仕切板（消音器の壁部）
３８、８７ 共鳴室
４０ テールパイプ（排気管）
４０Ａ 上流部
４０Ｂ 下流部
４０ａ 上流開口端
４０ｂ 下流開口端
４１ インナーパイプ（中空部材）
４１Ａ 上流部
４１Ｂ 下流部
４１ａ 上流開口端（上流端）
４１ｂ、４１ｃ 下流開口端（下流端）
４１ｃ 下流開口端（下流端）
５１ アウターパイプ（排気管）
５１ａ 上流開口端（排気管の上流開口端）
５２ アウトレットパイプ（中空部材）
５２Ａ 上流部（排気管の上流部）
５２ａ 上流開口端（排気管の上流開口端）
５２ａ 上流開口端（上流端）
５２ｂ 下流開口端（下流端）
５３ テールパイプ（排気管）
５３Ｂ 下流部（排気管の下流部）
５３ｂ 下流開口端（排気管の下流開口端）
６１ アウトレットパイプ（排気管）
６１Ａ 上流部（排気管の上流部）
６１ａ 孔（排気管の上流開口端）
６２ テールパイプ（排気管）
６２Ｂ 下流部（排気管の下流部）
６２ｂ 下流開口端（排気管の下流開口端）
６３ 仕切板（中空部材）
６９ 下部半環部（中空部材）
７０ 上流開口端（上流端）
７１ 下流開口端（下流端）
８９ アウトレットパイプ（中空部材）
８９ａ 上流開口端（上流端）
８９ｂ 下流開口端（下流端）
９０ アウターパイプ（排気管）
９０Ａ 上流部（排気管の上流部）
９０ａ 上流開口端（排気管の上流開口端）
９１ テールパイプ（排気管）
９１Ｂ 下流部（排気管の下流部）
９１ｂ 下流開口端（排気管の下流開口端）

Claims (4)

1. 内燃機関から排出された排気流が導入され、前記排気流を拡張して消音する拡張室および前記拡張室に隣接し、特定の周波数の排気音を消音する共鳴室を有する消音器と、前記排気流の排気方向の上流部に前記消音器の前記拡張室に接続される上流開口端を有するとともに、下流部に前記消音器から排出される排気流を大気に排出するための下流開口端を有する排気管とを備えた内燃機関の排気装置であって、
   前記排気管の内部に中空部材を設け、前記中空部材は、下流端が開口端を構成し、開口端を構成する上流端が前記排気管の内部から前記排気管の前記上流開口端を通して外方に突出して前記共鳴室に連通することにより、前記共鳴室を画成する前記消音器の壁部によって囲まれる閉空間内に位置し、
   前記排気管は、前記消音器の内部に設けられたアウターパイプと、前記アウターパイプに接続され、前記アウターパイプから前記消音器の下流側に延在するテールパイプとから構成され、前記中空部材は、前記アウターパイプの内部に設けられたアウトレットパイプから構成され、
   前記アウトレットパイプの下流部は、前記テールパイプの上流部に接続されるとともに、前記アウトレットパイプの下流部に前記アウトレットパイプの内部と前記アウターパイプの内部とを連通する孔が形成されることを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 前記アウターパイプおよび前記アウトレットパイプが前記消音器内で湾曲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。
3. 前記アウターパイプおよび前記テールパイプから構成される前記排気管内で発生する気柱共鳴周波数と前記共鳴室の前記特定の周波数を一致させるように、前記アウターパイプおよび前記テールパイプから構成される前記排気管の軸線方向長さと前記アウトレットパイプの軸線方向長さとが設定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の内燃機関の排気装置。
4. 前記アウトレットパイプの下流端が、前記アウターパイプおよび前記テールパイプから構成される前記排気管内の軸線方向長さの中央部よりも上流側に位置することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気装置。

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