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WO2011024231A1 - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

内燃機関の排気装置 Download PDF

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WO2011024231A1
WO2011024231A1 PCT/JP2009/004224 JP2009004224W WO2011024231A1 WO 2011024231 A1 WO2011024231 A1 WO 2011024231A1 JP 2009004224 W JP2009004224 W JP 2009004224W WO 2011024231 A1 WO2011024231 A1 WO 2011024231A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exhaust
tail pipe
pipe
opening end
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2009/004224
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
幸光秀之
高垣仲矢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to US13/387,814 priority Critical patent/US8806859B2/en
Priority to EP09848682.2A priority patent/EP2472076B1/en
Priority to CN200980161155.0A priority patent/CN102482965B/zh
Priority to JP2011528521A priority patent/JP5257517B2/ja
Priority to PCT/JP2009/004224 priority patent/WO2011024231A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F01N1/08—Silencing apparatus characterised by method of silencing by reducing exhaust energy by throttling or whirling
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    • F01N2490/00—Structure, disposition or shape of gas-chambers
    • F01N2490/18—Dimensional characteristics of gas chambers

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust system for an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust system for an internal combustion engine that suppresses an increase in sound pressure due to air column resonance of a tail pipe provided at the most downstream in the exhaust direction of exhaust gas.
  • FIG. 19 As an exhaust device for an internal combustion engine used in a vehicle such as an automobile, one as shown in FIG. 19 is known (for example, see Patent Document 1).
  • exhaust gas exhausted from the engine 1 as an internal combustion engine is introduced into the exhaust device 4 after passing through the exhaust manifold 2 and being purified by the catalytic converter 3.
  • the exhaust device 4 includes a front pipe 5 connected to the catalytic converter 3, a center pipe 6 connected to the front pipe 5, a main muffler 7 as a silencer connected to the center pipe 6, a tail pipe 8 connected to the main muffler 7, and a tail.
  • the sub-muffler 9 is interposed in the pipe 8.
  • the main muffler 7 includes an expansion chamber 7 a into which exhaust gas is expanded and introduced through a small hole 6 a of the center pipe 6, and a resonance chamber 7 b into which the downstream opening end 6 b of the center pipe 6 is inserted.
  • the exhaust gas introduced into the resonance chamber 7b from the downstream opening end 6b of the center pipe 6 is silenced by a Helmholtz resonance.
  • the length of the projecting portion of the center pipe 6 that projects into the resonance chamber 7b is L 1 (m)
  • the cross-sectional area of the center pipe 6 is S (m 2 )
  • the volume of the resonance chamber 7b is V (m 3 )
  • the resonance frequency fn (Hz) in the air is obtained by the following equation (1) regarding Helmholtz resonance.
  • the sub-muffler 9 is configured to suppress an increase in sound pressure due to the occurrence of air column resonance corresponding to the length of the tail pipe 8 in the tail pipe 8 due to exhaust pulsation during operation of the engine 1.
  • the tail pipe 8 having the upstream opening end 8a and the downstream opening end 8b on the upstream side and the downstream side, respectively, in the exhaust direction of the exhaust gas has an incident wave caused by exhaust pulsation during operation of the engine 1 caused by the upstream opening end 8a of the tail pipe 8.
  • air column resonance having a wavelength that is a natural number multiple of the half wavelength is generated with air column resonance having a frequency with the tube length L of the tail pipe 8 being a half wavelength.
  • the wavelength ⁇ 1 of the air column resonance of the fundamental vibration is approximately twice the tube length L of the tail pipe 8
  • the wavelength ⁇ 2 of the air column resonance of the secondary component is approximately the tube length L. It becomes 1 time.
  • the wavelength ⁇ 3 of the air column resonance of the third order component is 2/3 times the tube length L.
  • the air column resonance frequency fa is expressed by the following formula (2).
  • c speed of sound (m / s)
  • L length of tail pipe (m)
  • n order
  • the speed of sound c is a constant value corresponding to the temperature. It can be seen that the longer the tube length L, the more the air column resonance frequency fa shifts to the lower frequency side, and the problem of noise due to the air column resonance of the exhaust sound tends to occur in the low frequency region.
  • the primary component f 1 of the exhaust sound due to the air column resonance is 166.7 Hz
  • the secondary component f 2 is 333.3 Hz.
  • the primary component f 1 of the exhaust sound due to the air column resonance is 66.7 Hz
  • the secondary component f 2 is 133.3 Hz.
  • an exhaust pulsation frequency fe (Hz) of the engine 1 is represented by the following formula (3).
  • Ne engine speed (rpm)
  • N engine cylinder number (natural number)
  • the sound pressure level of exhaust noise in the primary component f 1 of the exhaust sound by air column resonance generated in response to a particular engine speed Ne (dB) is extremely high.
  • the sound pressure level of the secondary component f 2 even exhaust noise (dB) is extremely high.
  • the exhaust sound of the air column resonance is transmitted to the vehicle interior, and a muffled sound is generated in the vehicle interior. This will cause discomfort to the driver.
  • a sub-muffler 9 having a capacity smaller than that of the main muffler 7 is provided at an optimum position of the tail pipe 8 for an antinode portion where the sound pressure of the standing wave generated by the air column resonance is high to prevent the occurrence of air column resonance Like to do.
  • the exhaust pulsation frequency of the engine 1 is 100 Hz as described above.
  • the air column resonance occurs below (the engine speed Ne is 3000 rpm or less).
  • the engine speed Ne becomes 4000 rpm
  • the air column resonance frequency fa shifts to the high frequency side.
  • the present invention has been made to solve the above-described conventional problems, and is provided with a sub-muffler in the tail pipe or a silencer having a large-capacity resonance chamber at the upstream opening end of the tail pipe.
  • An exhaust system for an internal combustion engine that can suppress an increase in sound pressure level due to air column resonance of the tail pipe, can reduce weight, and can reduce manufacturing costs. The issue is to provide.
  • an exhaust device for an internal combustion engine has an upstream opening end connected to a silencer on the upstream side in the exhaust direction of exhaust gas discharged from the internal combustion engine at one end portion, and the other end portion.
  • An exhaust system for an internal combustion engine comprising an exhaust pipe having a downstream opening end for discharging the exhaust gas to the atmosphere, wherein the exhaust pipe has an opening at at least one of the upstream opening end and the downstream opening end.
  • a plate formed with a portion is provided facing the exhaust gas exhaust direction, and the exhaust pipe is spaced from the plate inward in the axial direction at a predetermined ratio with respect to the inner diameter of the exhaust pipe. It consists of what formed the through-hole which penetrates the outer peripheral part and inner peripheral part of an exhaust pipe.
  • a plate having an opening at at least one of the upstream opening end and the downstream opening end of the exhaust pipe is provided, so that exhaust sound is generated when exhaust gas that pulsates due to the operation of the internal combustion engine flows in.
  • the reflected wave is reflected from the opening at the same phase with respect to the incident sound of the exhaust sound.
  • the phase is 180 ° different from that of the wave, and can be distributed to a plate that closes the cross section of the exhaust pipe, that is, a reflected wave by so-called closed end reflection that is reflected from the closed portion.
  • a through-hole penetrating the outer peripheral portion and the inner peripheral portion of the exhaust pipe is formed in the peripheral wall of the exhaust pipe separated from the plate in the axial direction inward of the exhaust pipe at a predetermined ratio with respect to the inner diameter of the exhaust pipe.
  • the exhaust system for an internal combustion engine having the above-mentioned configuration is preferably configured by forming a through hole of the exhaust pipe on the lower side in the gravity direction.
  • the opening area of the opening portion is set with respect to the total area of the opening portion and the closing portion of the plate that closes the cross section of the exhaust pipe. It is comprised from what was set to the magnitude
  • the sound wave reflectance is 0.5, and reflection by closed end reflection is performed.
  • the wave and the reflected wave due to the reflection at the aperture end occur at a ratio of 1: 1, and the reflected waves having a phase difference of 180 ° generated at the same level cancel each other out due to interference, and the effect of reducing the sound pressure level is achieved. Can be increased.
  • the present invention it is not necessary to install a sub-muffler in the tail pipe or to provide a silencer having a large-capacity resonance chamber at the upstream opening end of the tail pipe. Can be suppressed, the weight can be reduced, and the exhaust device of the internal combustion engine that can reduce the manufacturing cost can be provided.
  • FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention, and is a perspective view showing a configuration of an exhaust system of the internal combustion engine.
  • FIG. 1 is a view showing an embodiment of an exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention, and is a perspective view of a muffler showing in cross section a part of a muffler to which a tail pipe is connected.
  • FIG. 3 is a view showing an embodiment of an exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention, and is a longitudinal sectional view of a muffler cut along a plane passing through the central axis of the tail pipe and the center pipe of FIG. 2.
  • FIG. 6 is a diagram showing an embodiment of an exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention, and is a cross-sectional view showing a cross section AA of FIG. 5.
  • FIG. 6 is a view showing an embodiment of an exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention, and is a cross-sectional view showing a BB cross section of FIG. 5.
  • FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of an exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention, in which a standing wave of air column resonance caused by reflection at an open end generated in a tail pipe is represented by a vertical axis representing particle velocity and a horizontal axis representing a tail pipe. It is a figure explaining with the particle
  • 1 is a diagram showing an embodiment of an exhaust system for an internal combustion engine according to the present invention, in which a standing wave of air column resonance due to closed end reflection generated in a tail pipe is represented by a particle velocity on the vertical axis and a tail pipe on the horizontal axis. It is a figure explaining with the particle
  • FIG. 14 is a view showing an embodiment of an exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention, and is a longitudinal sectional view of a muffler cut along a plane passing through the central axis of the tail pipe and the center pipe of FIG. .
  • FIG. 14 shows embodiment of the exhaust apparatus of the internal combustion engine which concerns on this invention, and is a perspective view of the downstream opening end of the tail pipe from which a part of structure differs.
  • FIG. 18 is a view showing an embodiment of an exhaust device for an internal combustion engine according to the present invention, and is a cross-sectional view showing a CC section of FIG. 17. It is a perspective view which shows the structure of the exhaust system provided with the conventional exhaust apparatus. It is a figure which shows the exhaust system provided with the conventional exhaust apparatus, and is a longitudinal cross-sectional view of the muffler with which the tail pipe which both ends become an open end was connected.
  • FIG. 1 to 18 are views showing an exhaust device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. First, the configuration will be described.
  • the exhaust device 20 As shown in FIG. 1, the exhaust device 20 according to the present embodiment is applied to an engine 21 as an in-line four-cylinder internal combustion engine, and is connected to an exhaust manifold 22 connected to the engine 21. .
  • exhaust gas discharged from the engine 21 is purified, exhaust noise is suppressed, and exhaust gas is discharged to the atmosphere.
  • the engine 21 is not limited to the in-line four cylinders, and may be in-line three cylinders or in-line five cylinders or more, or may be a V-type engine having three or more cylinders in each bank divided into left and right. Good.
  • the exhaust manifold 22 includes four exhaust branch pipes 22a, 22b, 22c, and 22d, and exhaust branch pipes 22a, 22b, 22c, and 22d connected to exhaust ports that respectively communicate with the first cylinder to the fourth cylinder of the engine 21.
  • the exhaust gas collecting pipe 22e that collects the downstream side of the exhaust gas is exhausted from each cylinder of the engine 21 and introduced into the exhaust collecting pipe 22e via the exhaust branch pipes 22a, 22b, 22c, and 22d. It is like that.
  • the exhaust device 20 includes a catalytic converter 24, a cylindrical front pipe 25, a cylindrical center pipe 26, a muffler 27 as a silencer, and a tail pipe 28 as a cylindrical exhaust pipe.
  • the exhaust device 20 is installed on the downstream side in the exhaust direction of the exhaust gas of the engine 21 so as to be elastically suspended below the floor of the vehicle body.
  • the upstream side indicates the upstream side in the exhaust direction of the exhaust gas
  • the downstream side indicates the downstream side in the exhaust direction of the exhaust gas.
  • the upstream end of the catalytic converter 24 is connected to the downstream end of the exhaust collecting pipe 22e, and the downstream end of the catalytic converter 24 is connected to the front pipe 25 via a universal joint 29.
  • This catalytic converter 24 is composed of a honeycomb base or a granular activated alumina support to which a catalyst such as platinum or palladium is attached, which is housed in a main body case, and performs reduction of NOx and oxidation of CO and HC. To do.
  • the universal joint 29 is composed of a spherical joint such as a ball joint, and allows relative displacement between the catalytic converter 24 and the front pipe 25.
  • the upstream end of the center pipe 26 is connected to the downstream end of the front pipe 25 via a universal joint 30.
  • the universal joint 30 is composed of a spherical joint such as a ball joint, and allows relative displacement between the front pipe 25 and the center pipe 26.
  • the downstream side of the center pipe 26 is connected to a muffler 27, which muffles the exhaust sound.
  • the muffler 27 includes an outer shell 31 formed in a hollow cylindrical shape, end plates 32 and 33 that close both ends of the outer shell 31, and an end plate 32 and an end plate 33.
  • the silencer body is configured to include the outer shell 31, the end plates 32 and 33, and the partition plate 34.
  • the muffler 27 according to the present embodiment corresponds to the silencer according to the present invention.
  • the partition plate 34 provided in the outer shell 31 divides the inside of the outer shell 31 into an expansion chamber 35 for expanding exhaust gas and a resonance chamber 36 for silencing exhaust sound of a specific frequency by Helmholtz resonance.
  • the end plate 32 and the partition plate 34 are formed with insertion holes 32a and 34a, respectively.
  • the insertion holes 32a and 34a have downstream ends of the center pipe 26, that is, the inside of the muffler 27 of the center pipe 26. 26A of inlet pipes which consist of the part accommodated in are inserted.
  • the inlet pipe portion 26A is supported by the end plate 32 and the partition plate 34 so as to be accommodated in the expansion chamber 35 and the resonance chamber 36, and the downstream opening end 26b opens to the resonance chamber 36.
  • the inlet pipe portion 26A is formed with a plurality of small holes 26a in the extending direction of the inlet pipe portion 26A (exhaust gas exhaust direction) and in the circumferential direction, and the inside of the inlet pipe portion 26A and the expansion chamber 35 are And communicated through the small hole 26a.
  • the exhaust gas introduced into the muffler 27 through the inlet pipe portion 26A of the center pipe 26 is introduced into the expansion chamber 35 through the small hole 26a, and is introduced into the resonance chamber 36 from the downstream opening end 26b of the inlet pipe portion 26A. Is done.
  • the exhaust gas introduced into the resonance chamber 36 is silenced by a specific frequency (Hz) due to Helmholtz resonance.
  • the length of the protruding portion of the inlet pipe portion 26A protruding into the resonance chamber 36 is L 1 (m)
  • the sectional area of the inlet pipe portion 26A is S (m 2 )
  • the volume of the resonance chamber 36 is V (m 3 ).
  • the resonance frequency can be tuned to the high frequency side.
  • insertion holes 34 b and 33 a are formed in the partition plate 34 and the end plate 33, respectively.
  • the upstream ends of the tail pipe 28, that is, the muffler 27 of the tail pipe 28 are formed in the insertion holes 34 b and 33 a.
  • An outlet pipe portion 28A composed of a portion housed inside is inserted.
  • the tail pipe 28 is formed of a cylindrical pipe and includes a circular plate 41. Further, an upstream opening end 28a is provided at the upstream end of the outlet pipe portion 28A, and a downstream opening end 28b is separated from the upstream opening end 28a by a distance L at the downstream end of the tail pipe 28. Is provided.
  • the outlet pipe portion 28 ⁇ / b> A is connected to the muffler 27 by being inserted into the insertion holes 34 b and 33 a so that the upstream opening end 28 a opens to the expansion chamber 35.
  • the plate 41 is provided at the downstream open end 28b side of the tail pipe 28, and the outer peripheral portion 41a with a diameter D 1 which is formed to protrude outward, the inside of the tail pipe 28 And a side surface portion 41b facing in the exhaust direction of the flowing exhaust gas.
  • the side surface portion 41b is provided with an opening 41d which circular through-hole 41c having a diameter D 2 is formed on the 14 points, and a closed portion 41e except for the opening portion 41d.
  • the side surface portion 41b has a reflection surface portion 41f that faces the exhaust gas outflow direction and an opposite surface portion 41g that opposes the exhaust gas outflow direction.
  • the opening 41d is formed so as to penetrate the reflective surface portion 41f and the opposite surface portion 41g. The opening 41d allows exhaust gas to be discharged to the atmosphere.
  • the plate 41 is provided so as to face the exhaust direction of the exhaust gas flowing in the tail pipe 28, but more specifically, the tail pipe is perpendicular to the axial direction of the tail pipe 28. 28 is attached.
  • the plate 41 is attached to the tail pipe 28 so that the outer peripheral portion 41a and the inner peripheral portion 28c of the tail pipe 28 are in close contact with each other.
  • the attachment method of the plate 41 to the tail pipe 28 is preferably a fixing method such as joining or pressure.
  • it may replace with this attachment method and may process by integral formation methods, such as a drawing process.
  • Plate 41, reflecting surface portion 41f of the exhaust upstream side of the side surface portion 41b is provided from the downstream open end 28b of the tail pipe 28, so as to spaced apart a distance L 2, the inner peripheral portion 28c of the tail pipe 28 at the outer peripheral portion 41a It has been.
  • the outer peripheral portion 41a may protrude inward, and the plate 41 may be fixed to the inner peripheral portion 28c of the tail pipe 28 so that the side surface portion 41b coincides with the downstream opening end 28b of the tail pipe 28.
  • the distance L 2 may be 0. That is, the side surface 41b upstream of the exhaust direction and the downstream opening end 28b may be arranged on the same plane.
  • the side surface portions 41b of the plate 41 is provided with an opening 41d which circular through-hole 41c having a diameter D 2 is formed on the 14 points, and a closed portion 41e except for the opening portion 41d ing.
  • the side surface portion 41b so-called open end reflection occurs in the opening 41d and so-called closed end reflection occurs in the closing portion 41e with respect to the incident wave incident on the tail pipe 28. That is, the exhaust sound is reflected by the reflection surface portion 41 f of the plate 41.
  • the reflective surface portion 41f is a surface that reflects the incident wave or the reflected wave of the exhaust sound, and includes an opening 41d and a part of the closing portion 41e.
  • the traveling wave propagating in the tail pipe 28 is reflected at a position separated by ⁇ L downstream from the opening 41d of the downstream opening end 28b. Therefore, if the accuracy of the frequency of air column resonance is obtained, it is necessary to correct the portion ⁇ L that protrudes from the opening 41d by correction called opening end correction. It is known that the length of the open end correction ⁇ L varies depending on the inner diameter of the tube.
  • the tail pipe 28 has a through hole 28 e having a diameter D 3 that passes through the peripheral wall of the tail pipe 28, that is, through the outer peripheral portion 28 c and the inner peripheral portion 28 d.
  • axially inwardly of the tail pipe 28 to the reflecting surface 41f of the side surface portion 41b of the plate 41 is formed in a position separated from the side surface 41b of the plate 41 by a distance L 3.
  • the through hole 28e is formed on the lower side in the gravity direction of the tail pipe 28 indicated by the arrow g in FIG. 5, that is, the lower side of the vehicle.
  • the distance L 3 is in a predetermined ratio to the inner diameter D 1 of the tail pipe 28 is formed in a position spaced from the side surface 41b of the plate 41 axially inward of the tail pipe 28. Further, it is preferable that the through hole 28e is provided at a position where the central portion is separated by a distance ⁇ L obtained by opening end correction with reference to the closed portion 41e of the reflecting surface portion 41f. A suitable length of the distance ⁇ L by the opening end correction will be described later.
  • the opening area S 2 (m 2 ) of the opening 41 d shown in FIG. 5 and the total area S 1 (m of the side surface 41 b including the opening 41 d of the plate 41 are shown. 2 ), the opening 41d is formed so as to satisfy the following expression (5).
  • D 1 the diameter of the plate 41, when the diameter of the through hole 41c of the opening 41d and D 2, the total area S1 of the foregoing, ⁇ (D 1/2) 2, the opening area S2 is, [pi (D 2 / 2) 2 ⁇ 14.
  • the distribution ratio between the open end reflection and the closed end reflection may be halved.
  • the incident exhaust on the plate 41 may be reduced. It is known that the reflectance of sound should be 0.5.
  • the reflectance of the exhaust sound is Rp
  • the specific acoustic impedance of the medium inside the tail pipe 28 is Z1
  • the specific acoustic impedance of the medium near the downstream opening end 28b outside the tail pipe 28 is Z2
  • the reflectance Rp is expressed by the following formula (6).
  • the reflectance Rp of the exhaust sound is represented by the relationship between the specific acoustic impedances Z 1 and Z 2 , but the difference between the total area S 1 and the opening area S 2 of the side surface part 41 b including the opening part 41 d of the plate 41.
  • the area change is not so large and the sound wave propagates continuously in a substantially plane, it can be represented by a value obtained by multiplying the specific acoustic impedances Z 1 and Z 2 of each medium by each area, that is, Z 1 is represented by Z expressed in 1 S 1, since the Z 2 can be represented by Z 2 S 2, the following expression (6).
  • the medium ⁇ 1 and the sound velocity c 1 inside the tail pipe 28 and the medium ⁇ 2 and the sound velocity c 2 near the downstream opening end 28 b outside the tail pipe 28 are both exhaust gases.
  • air may be generated.
  • ⁇ 1 c 1 ⁇ 2 c 2
  • Z 1 Z 2
  • the reflectance Rp is expressed by the following equation (7).
  • ⁇ is appropriately selected based on data such as design specifications, simulations, experiments, and experience values of the vehicle to which the exhaust device 20 according to the present embodiment is applied.
  • the exhaust gas introduced from the expansion chamber 35 of the muffler 27 to the upstream opening end 28a of the tail pipe 28 is configured to be discharged from the downstream opening end 28b to the atmosphere through the opening 41d of the tail pipe 28.
  • the exhaust gas purified and exhausted by the catalytic converter 24 is introduced into the muffler 27 of the exhaust device 20 through the front pipe 25 and the center pipe 26. As shown by the arrow in FIG. 8, the exhaust gas introduced into the muffler 27 is introduced into the expansion chamber 35 through the small hole 26a of the inlet pipe portion 26A and resonates from the downstream opening end 26b of the inlet pipe portion 26A. It is introduced into the chamber 36.
  • the exhaust gas introduced into the expansion chamber 35 is introduced into the tail pipe 28 through the upstream opening end 28a of the outlet pipe portion 28A, and then the opening 41d of the plate 41 provided at the downstream opening end 28b of the tail pipe 28 and the penetrating hole. It is discharged to the atmosphere through the hole 28e.
  • exhaust sound having a frequency (Hz) that changes in accordance with the rotation speed (rpm) of the engine 21 is generated from each explosion cylinder.
  • This exhaust noise has a frequency that increases as the rotational speed of the engine 21 increases.
  • the exhaust pipe passes through the exhaust manifold 22, the catalytic converter 24, the front pipe 25, and the center pipe 26, and the inlet pipe portion of the muffler 27. 26A.
  • the exhaust sound incident on the inlet pipe portion 26A enters the expansion chamber 35 through the small hole 26a of the inlet pipe portion 26A and is expanded, and the sound pressure level of the exhaust sound is reduced over the entire frequency band. Further, the exhaust sound incident on the inlet pipe portion 26A enters the resonance chamber 36 from the downstream opening end 26b. As for the exhaust sound that has entered the resonance chamber 36, the exhaust sound having a specific frequency set by Helmholtz resonance is silenced.
  • the exhaust sound that has entered the expansion chamber 35 enters the tail pipe 28, and the incident wave is reflected by the plate 41 at the downstream opening end 28 b of the tail pipe 28 to become a reflected wave.
  • the reflected wave due to the open end reflection and the reflected wave due to the closed end reflection cancel each other, and the reflected wave due to the open end reflection and the reflected wave due to the closed end reflection are further reflected by the upstream open end 28a of the tail pipe 28.
  • the light travels in the direction of the downstream opening end 28b in the same manner as the incident wave and re-reflects on the plate 41 in the same manner as the incident wave. Such reflection is repeated.
  • the through hole 28e is formed inward in the axial direction of the tail pipe 28 with respect to the reflective surface portion 41f of the side surface portion 41b of the plate 41, an effective reflective surface in the open end reflection is provided.
  • the reflection surface portion 41f of the side surface portion 41b of the plate 41 can be the same as the reflection surface of the closed end reflection. Therefore, the difference between the phase of the reflected wave due to the reflection at the opening end and the phase of the reflected wave due to the reflection at the closed end can be set to a position that is exactly 180 ° different, and interference that cancels out can be surely caused.
  • the medium is the same at the boundary between the media having the same medium such as the open end of the pipe, so that reflection does not occur and sound waves are transmitted.
  • the exhaust sound that travels in a pipe having a sufficiently small cross-sectional dimension with respect to the wavelength of the exhaust sound, such as the tail pipe 28, becomes a parallel wave consisting of a sparse wave, and at the downstream opening end 28b and the upstream opening end 28a. reflect.
  • the reason why the open end reflection occurs at the downstream open end 28b is as follows. That is, the pressure of the exhaust gas flowing in the tail pipe 28 is high, and the atmospheric pressure outside the downstream opening end 28b of the tail pipe 28 is lower than the pressure of the exhaust gas flowing in the tail pipe 28. For this reason, the incident wave rushes out to the atmosphere from the downstream opening end 28b, thereby generating a low pressure portion where the pressure of the exhaust gas in the downstream opening end 28b is lowered, and this low pressure portion passes through the tail pipe 28 in the upstream opening end 28a. It is because it begins to progress toward.
  • the reflected wave becomes a parallel wave in the opposite direction to the incident wave and travels in the opposite direction to the incident wave.
  • the reason why the reflected wave is generated on the upstream opening end 28a side is the same as the reason why the reflected wave is generated on the downstream opening end 28b.
  • the incident wave which goes to the opening part 41d of the downstream opening end 28b and the 1st reflected wave which goes to the direction away from the opening part 41d of the downstream opening end 28b interfere.
  • the first reflected wave is reflected at the opening of the upstream opening end 28a and becomes the second reflected wave toward the opening 41d, and the second reflected wave, the first reflected wave, and the incident wave are opened upstream. Repeated between end 28a and downstream open end 28b, each interferes.
  • a standing wave can be generated between the opening of the upstream opening end 28a of the tail pipe 28 and the opening 41d of the downstream opening end 28b.
  • the standing wave has an opening at the upstream opening end 28a and an opening 41d at the downstream opening end 28b of the tail pipe 28 when the tube length L of the tail pipe 28 and the wavelength ⁇ of the standing wave have a specific relationship.
  • the amplitude is remarkably increased and air column resonance occurs.
  • This air column resonance is based on a frequency with the pipe length L of the tail pipe 28 as a half wavelength, and air column resonance occurs at a frequency that is a natural number multiple of this basic frequency.
  • the wavelength is a length obtained by dividing the basic wavelength by the natural number.
  • the air column resonance of a certain wavelength is generated, the sound pressure is remarkably increased, and noise is generated.
  • the wavelength ⁇ 1 of the air column resonance of the primary component consisting of the fundamental vibration of the exhaust sound is equal to the tube length L of the tail pipe 28.
  • the wavelength ⁇ 2 of the air column resonance of the secondary component that is approximately twice the fundamental vibration is approximately 1 time the tube length L.
  • the wavelength ⁇ 3 of the air column resonance of the third-order component that is three times the fundamental vibration is 2/3 times the tube length L, and as is apparent from FIG.
  • the end 28a and the downstream opening end 28b become antinodes of the particle velocity, and the particle velocity is maximized.
  • the sound pressure distribution in the standing wave of the air column resonance of the primary component or the tertiary component of the exhaust sound is opposite to the antinodes and nodes of the particle velocity distribution shown in FIG. And the downstream opening end 28b becomes a node of the sound pressure, and the sound pressure becomes zero.
  • the sound pressure level (dB) of the exhaust sound is the resonance frequency (Hz) of the primary component f 1 and the secondary component f 2 as the engine speed Ne (rpm) increases. It increases at the engine speed Ne corresponding to.
  • the air column resonance frequency fc (Hz) when the sound velocity is c (m / s), the length of the tail pipe 28 is L (m), and the order is n is expressed by the following equation (8). .
  • the primary component f 1 of the exhaust sound due to the air column resonance of the tail pipe 28 is 66 based on the above equation (8). .7 Hz, the secondary component f 2 is 133.3 Hz, and the sound pressure level (dB) of the exhaust sound by the primary component f 1 and the secondary component f 2 of the resonance frequency due to the air column resonance corresponding to the rotational speed of the engine 21. Becomes higher.
  • N 4 in the above-described equation (3), and when the engine speed Ne is 2000 rpm, the exhaust noise is caused by the air column resonance of the primary component f 1. sound and pressure level (dB) is increased, the sound pressure level of the engine speed Ne is 4000rpm exhaust sound by air column resonance of the secondary component f 2 at (dB) increases.
  • the air generated in the conventional tail pipe is generated.
  • the sound pressure level (dB) is reliably suppressed from increasing due to column resonance.
  • the opening end reflection occurs with respect to the incident wave incident on the tail pipe 28 at the opening 41d of the plate 41, and the closing end reflection occurs at the closing portion 41e.
  • open end reflection and closed end reflection occur on the reflection surface of the plate 41.
  • a reflected wave by an open end reflection is reflected at the opening 41d, which accounts for about 33% of the total area S 1 of the side surface portion 41b that includes an aperture 41d of the plate 41
  • different 180 ° phase with the incident wave is distributed to a reflected wave by a closed end reflections reflected by blocking parts 41e of the side surface portion 41b of the plate 41, which accounts for about 67% of the total area S 1 of the foregoing.
  • the reflectance Rp of the incident exhaust sound on the plate 41 is set so that the distribution ratio of the opening end reflection and the closing end reflection is halved as described above. It is set to 0.5.
  • the opening area S 2 (m 2 ) of the opening 41d shown in FIG. 5 and the total area S 1 (m 2 ) of the side surface 41b including the opening 41d of the plate 41 are shown.
  • an incident wave G of exhaust sound caused by exhaust pulsation during operation of engine 21 is incident on tail pipe 28, and this incident wave G is incident with tube length L of tail pipe 28 being a half wavelength.
  • the wave G that is, aperture end reflection will be described.
  • the incident wave G matches the air column resonance frequency of the tail pipe 28, as shown in FIG. 11, the incident wave passes through the opening 41d of the plate 41 provided at the downstream opening end 28b of the tail pipe 28. some of G enters the atmosphere becomes a transmitted wave G 1.
  • the opening 41d of the plate 41 occurs the open end reflection of the foregoing, travels in a direction incident wave G at the opening 41d is spaced apart from the plate 41 as reflected wave R 1 shown by a solid line.
  • the reflected wave R 1 is in phase with the incident wave G. That is, the dense or sparse exhaust gas or air mass that has traveled through the narrow air column in the tail pipe 28 expands at once as soon as it reaches the boundary with the wide space of the atmosphere in the opening 41d. until sparse in the place was densely is formed, this sparse reflected wave R 1 become a new wave source will be gradually turned back in the direction that has now progress the air column, dense to sparse, sparse dense Therefore, the phase of the incident wave G is directly the phase of the reflected wave R 1 , and the reflected wave R 1 is in phase with the incident wave G.
  • the reflected wave R 1 since the incident wave G and the reflected wave R 1 have the same phase, the reflected wave R 1 originally overlaps the same line as the incident wave G. However, for convenience of explanation, in FIG. R 1 is shifted downward with respect to the incident wave G.
  • the reflected wave R 2 has an opposite phase to the incident wave G, and is 180 ° out of phase with the reflected wave R 1 . That is, the dense or sparse exhaust gas or air mass that has been transmitted through the narrow air column in the tail pipe 28 collides with the wall surface at the closed portion 41e and rebounds with the dense and the sparse rebound.
  • the phase of the wave G is reversed to be the phase of the reflected wave R 2 , and the reflected wave R 2 is in reverse phase with respect to the incident wave G.
  • the incident wave G and reflected wave R 2 are opposite phase.
  • the reflected wave R 2 is symmetrical with respect to the incident wave G and the horizontal line of phase 0.
  • the reflected wave R 1 and the reflected wave R 2 have a horizontal line of phase 0. so as to be symmetrical about, and shifting the reflected wave R 2 in the horizontal direction of the phase 0.
  • the reflected wave R 1 and the reflected wave R 2 are opposite in phase, but have the same particle velocity, so that they interfere to cancel each other, and in the air column in the tail pipe 28, the air column resonance is I don't get up.
  • the primary component f 1 indicated by the broken line in the exhaust sound caused by air column resonance can be suppressed as shown by the solid line, the sound pressure level of exhaust noise is greatly reduced.
  • the reflected wave reflected from the downstream opening end 28b of the tail pipe 28 is reflected in the incident wave G as in FIG. It is distributed between the reflected wave R 2 by 180 ° phase difference blocking parts 41e against the reflected wave R 1 and incident wave G by opening 41d of the same phase for a reflected wave R 1 and reflected wave R 2 is Interfere to counteract each other.
  • the secondary component f 2 indicated by the broken line in the exhaust sound caused by air column resonance can be suppressed as shown by the solid line, the sound pressure level of exhaust noise is greatly reduced.
  • an incident wave G due to exhaust pulsation during operation of the engine 21 enters the tail pipe 28, and the wavelength of the incident wave G is an incident wave G based on a quarter wavelength of the tube length L of the tail pipe 28. A case will be described.
  • the open end reflection is caused by air column resonance having a wavelength obtained by dividing the fundamental wavelength at this time by a natural number on the basis of a frequency in which the tube length L of the tail pipe 28 is a half wavelength.
  • the closed end reflection is a wavelength obtained by dividing the fundamental wavelength at this time by an odd number with air column resonance at a frequency where the tube length L of the tail pipe 28 is 1/4 wavelength.
  • the incident wave that has entered the tube from the opening end of the tail pipe 28 is reflected at a closed end with a phase that is 180 ° different from the incident wave.
  • the wavelength ⁇ 1 of the primary component air column resonance consisting of the fundamental vibration is approximately four times the tube length L of the tail pipe 28, and the wavelength ⁇ of the secondary component air column resonance is ⁇ . 2 is approximately 4/3 times the tube length L.
  • the wavelength ⁇ 3 of the air column resonance of the third-order component is 4/5 times the tube length L, and a standing wave is generated in which the closed end is a node of the particle velocity and the open end is an antinode of the particle velocity.
  • the sound pressure distribution in the standing wave of the air column resonance of the primary component or the third component is the particle velocity distribution and the antinode and node are reversed, the closed end is the sound pressure antinode, and the open end is the sound pressure node.
  • a standing wave like this is possible.
  • the increase of the sound pressure level (dB) of the exhaust sound due to the resonance frequency is not limited even when the wavelength of the incident wave G is the incident wave G based on the quarter wavelength of the tube length L of the tail pipe 28. Occurs as in the case of the incident wave G based on the half wavelength of the tube length L of the tail pipe 28. That is, as in the graph shown in FIG. 10, the sound pressure level (dB) of the exhaust sound is increased with the resonance frequency (the primary component f 1 and the secondary component f 2 as the engine speed Ne (rpm) increases. Hz) at an engine speed Ne corresponding to the frequency.
  • the air column resonance frequency fd (Hz) when the sound velocity is c (m / s), the length of the tail pipe 28 is L (m), and the order is n is expressed by the following equation (9). .
  • the primary component f 1 of the exhaust sound due to the air column resonance of the tail pipe 28 is 33 based on the above equation (9). .3 Hz, the secondary component f 2 is 100 Hz, and the sound pressure level (dB) of the exhaust sound is increased by the primary component f 1 and the secondary component f 2 of the resonance frequency due to the air column resonance corresponding to the rotational speed of the engine 21. .
  • N 4
  • the engine speed Ne exhaust sound by air column resonance of the primary component f 1 at 1000rpm sound pressure level (dB) increases
  • the sound pressure level of the engine speed Ne exhaust sound by air column resonance of the secondary component f 2 at 3000 rpm (dB) increases.
  • the air column resonance frequency is the same.
  • the reflected wave reflected from the downstream opening end 28 b of the tail pipe 28 is 180 ° in phase with the reflected wave R 1 of the opening end reflection by the opening 41 d in phase with the incident wave G and the incident wave G. It is distributed to the reflected wave R 2 in the closed end reflection by different blocking parts 41e.
  • the reflected wave R 1 and the reflected wave R 2 are opposite in phase but have the same particle velocity, so that they interfere with each other so that the primary component f 1 of the exhaust sound due to air column resonance is suppressed.
  • the sound pressure level of exhaust sound is greatly reduced.
  • the reflected wave reflected from the downstream opening end 28b of the tail pipe 28 is reflected in the incident wave G as in FIG. 180 ° phase with respect to the reflected wave R 1 and incident wave G reflected at the opening 41d of the plate 41 of the same phase is distributed to the reflected wave R 2 reflected by the closed portion 41e of the different plates 41 against.
  • the reflected wave R 1 and the reflected wave R 2 cancel each other, the secondary component f 2 of the exhaust sound due to air column resonance is suppressed, and the sound pressure level of the exhaust sound is greatly reduced.
  • the apparent air column length in the air column resonance generated in the tail pipe 28, that is, the length that determines the resonance frequency is: It is known that the length Lh is slightly longer than the tube length (LL 2 ) from the upstream opening end 28a of the tail pipe 28 to the reflection surface portion 41f of the plate 41 at the downstream opening end 28b. As described above, the difference between the tube length (L ⁇ L 2 ) and the apparent air column length Lh is that, as described above, in the reflection at the opening end, the reflection surfaces at both ends are respectively upstream from the upstream opening end 28a. This is because the position is separated by the distance ⁇ L, and the position is separated by the distance ⁇ L downstream from the reflection surface portion 41 f of the plate 41.
  • This distance ⁇ L is expressed by the following equation (10), for example, where D 1 is the inner diameter of the tail pipe 28. Therefore, when there is no through hole 28e, the effective reflection surface in the open end reflection is downstream from the reflection surface portion 41f of the plate 41 by the distance ⁇ . For this reason, in the tail pipe 28 of the present embodiment, the through hole 28e is provided on the upstream side by a distance ⁇ from the reflective surface portion 41f of the plate 41, and the effective reflective surface in the open end reflection is the reflective surface portion of the plate 41. 41f is set.
  • the position of the effective reflection surface by the opening end reflection can be accurately matched with the reflection surface (the reflection surface portion 41f of the plate 41) in the closed end reflection.
  • the reflected wave reflected by the opening end reflection at the reflection surface portion 41f of the plate 41 and the reflected wave reflected by the closed end reflection both become the opening end reflection, and therefore the phase difference between them is , 180 ° is maintained.
  • the length (mm) of the muffler 27 of the exhaust device 20 is applied to the total area S 1 , the opening area S 2 , the distances L (mm), L 1 (mm), L 2 (mm), and L 3 (mm) of the portion 41b. It is selected as appropriate based on data such as vehicle design specifications, simulations, experiments, and experience values.
  • the exhaust device 20 for an internal combustion engine is provided with the plate 41 having the opening 41d and the closing portion 41e at the downstream opening end 28b of the tail pipe 28, and therefore pulsates due to the operation of the engine 21.
  • exhaust sound is generated.
  • the frequency of the exhaust sound matches the air column resonance frequency of the tail pipe 28, the exhaust gas has the same phase as the incident wave of the exhaust sound.
  • the peripheral wall of the distance L 2 spaced apart tail pipe 28 since a through hole is formed 28e, the position of the reflection of the reflected wave by the open end reflection, closed end reflection
  • the phase difference between the reflected wave due to the reflection at the opening end and the reflected wave due to the reflection at the closed end is set to 180 ° so that the phase is almost completely reversed. It is possible to interfere with each other so as to surely cancel each other, and the reduction of the sound pressure level due to the interference can be maximized.
  • the exhaust device 20 for an internal combustion engine is prevented from generating a muffled noise in the passenger compartment when the engine 21 is rotating at a low speed, and has a large silencer corresponding to the main muffler as in the past. It is no longer necessary to install a sub-muffler on the tail pipe 28, so that a simple structure in which the tail pipe 28 is simply provided with the plate 41 and the through hole 28e can prevent an increase in the weight of the exhaust device and the exhaust gas. An effect of preventing an increase in the manufacturing cost of the device can be obtained.
  • the through hole 28e of the tail pipe 28 is formed on the lower side in the gravitational direction, that is, the lower side of the vehicle. Condensed water or the like can be easily discharged from the through hole 28e.
  • an exhaust system 20 of an internal combustion engine according to the present embodiment, the total area S 1 including the opening 41d of the plate 41, to set the opening area S 2 of the opening 41d in the size of 1/3 Therefore, the reflectance of the sound wave is 0.5, and the reflected wave due to the closed end reflection and the reflected wave due to the open end reflection occur at a ratio of 1: 1, and the phase difference generated at the same level differs by 180 °.
  • the reflected waves cancel each other out due to interference, and the effect of reducing the sound pressure level can be enhanced.
  • the exhaust device 20 when a columnar resonance of a wavelength having a length obtained by dividing the fundamental wavelength by a natural number is generated with a wavelength having the tube length L of the tail pipe 28 as a half wavelength as a fundamental wavelength, Even if it exists, it can suppress that a sound pressure increases by the air column resonance of the tail pipe 28, and it can prevent that a noise is generated in a vehicle interior at the time of the engine 21 low rotation (2000 rpm). The effect of being able to be obtained.
  • the case where the plate 41 is provided only at the downstream opening end 28b of the tail pipe 28 has been described.
  • a structure other than the structure in which the plate 41 is provided only at the downstream opening end 28b of the tail pipe 28 may be used.
  • the plate 41 may be provided at both the upstream opening end 28 a and the downstream opening end 28 b of the tail pipe 28. Moreover, the structure which provided the plate 41 only in the upstream opening end 28a of the tail pipe 28 may be sufficient. The same effects as described above can be obtained in the structure in which such a plate 41 is provided in both the upstream opening end 28a and the downstream opening end 28b of the tail pipe 28 and in the structure in which only the upstream opening end 28a of the tail pipe 28 is provided. An effect can be obtained.
  • the opening 41d of the plate 41 of the exhaust device 20 has explained the case consists of a through hole 41c of the formed diameter D 2 to 14 places, and other shapes You may do it.
  • the numerical aperture may be one or plural other than 14.
  • the cross-sectional shape of the opening may be a shape other than a circle.
  • the plate 51 is configured in the same manner as the plate 41 of the exhaust device 20 according to the present embodiment, and the oval-shaped slit 51 a and the two oval shapes longer than the slit 51 a are formed.
  • the slit 51b and the notch 51c in which a gap is defined between the plate 51 and the inner peripheral portion 28c of the tail pipe 28 may constitute the opening of the plate 51.
  • the opening area S 2 of the opening becomes the sum of the respective opening areas of the slit 51a, 2 pieces of slits 51b and notches 51c.
  • elliptical or polygonal through holes may be used.
  • the plate 41 of the exhaust device 20 according to this embodiment, whereas an outer peripheral portion 41a with a diameter D 1 which is formed to protrude to the side, has been described composed of the side surface portion 41b, other shapes You may make it comprise.
  • you may make it comprise with the plate which consists of a disk which has predetermined
  • the through hole 28e having a circular cross section is formed only at one position inward in the axial direction of the tail pipe 28 with respect to the side surface portion 41b of the plate 41.
  • the tail pipe 28 may be configured with a shape and a number different from those of the through holes 28e in the present embodiment.
  • the tail pipe 78 from the downstream open end 78b, so that the side surface portion 41b of the plate 41 axially inwardly a distance L 4 by spaced location of the tail pipe 78 is positioned
  • the plate 41 is disposed.
  • the tail just a position separated by a distance L 5 in the axial direction inwardly of the tail pipe 78 to the side surface portion 41b of the plate 41, the slit 78d of the oval shape having a length L 6 and width L 7 at three positions pipe 78 is formed through.
  • the slit 78e may be formed through the tail pipe 78 at three positions at positions facing the slits 78d.
  • the exhaust system for an internal combustion engine eliminates the need for providing a sub-muffler in the tail pipe or providing a silencer having a large-capacity resonance chamber at the upstream opening end of the tail pipe. It is possible to suppress an increase in sound pressure level due to air column resonance of the tail pipe, and it is useful for exhaust systems for internal combustion engines that can reduce weight and manufacturing cost. .
  • exhaust system 21 engine 22 exhaust manifold 24 catalytic converter 25 front pipe 26 center pipe 27 muffler 28, 78 tail pipe 28A outlet pipe portion 28a upstream opening end 28b downstream opening end 28c inner peripheral portion 28d outer peripheral portion 35 expansion chamber 36 resonance chamber 41, 51 plate 41a outer peripheral portion 41b side portion 41c through hole 41d opening 41e blocking parts 41f reflecting surface portion S 1 total area S 2 opening area

Landscapes

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Abstract

　テールパイプにサブマフラを介装したり、テールパイプの上流開口端に大容量の共鳴室を有する消音器を設けるのを不要にして、テールパイプの気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうのを抑制でき、重量を低減でき、製造コストを低減できる内燃機関の排気装置を提供するため、内燃機関（２１）から排出された排気ガスを大気に排出する排気管（２８）を備えた内燃機関の排気装置であって、排気管（２８）が、排気ガスの排気方向上流側の消音器（２７）に接続される上流開口端（２８ａ）と、大気に排気ガスを排出するための下流開口端（２８ｂ）とを有しており、上流開口端（２８ａ）および下流開口端（２８ｂ）の少なくとも一方に、排気ガスの排気方向に対向してプレート（４１）が設けられ、プレートに開口部（４１ｄ）が形成され、プレート（４１）から軸線方向内方に離隔した排気管（２８）の周壁に貫通孔（２８ｅ）が形成される。

Description

内燃機関の排気装置
　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。
　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１９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１９において、この排気装置４には、内燃機関としてのエンジン１から排気される排気ガスが、排気マニホールド２を通り、触媒コンバータ３によって浄化された後に導入されるようになっている。
　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とから構成されている。
　図２０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、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（ｍ）、センターパイプ６の断面積をＳ（ｍ２）、共鳴室７ｂの容積をＶ（ｍ３）、空気中の音速をｃ（ｍ／ｓ）とするとき、空気中の共鳴周波数ｆｎ（Ｈｚ）は、ヘルムホルツ共鳴に関する下記の式（１）により求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　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を長くして共鳴周波数を低周波数側にチューニングしたり、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を短くして共鳴周波数を高周波数側にチューニングするようにしている。
　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８ａおよび下流開口端８ｂを有するテールパイプ８は、エンジン１の運転時の排気脈動による入射波がテールパイプ８の上流開口端８ａおよび下流開口端８ｂで反射することにより、テールパイプ８の管長Ｌ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。
　具体的には、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、気柱共鳴周波数ｆａは、下記式（２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　但し、ｃ：音速（ｍ／ｓ）　Ｌ：テールパイプの管長（ｍ）　ｎ：次数
　式（２）から明らかなように、音速ｃは、温度に応じた一定の値となるので、テールパイプ８の管長Ｌが長い程、気柱共鳴周波数ｆａが低周波数側に移行して、低周波領域において、排気音の気柱共鳴による騒音の問題が起き易くなってしまうことがわかる。
　例えば、音速ｃを４００ｍ／ｓとすると、テールパイプ８の管長Ｌが１．２ｍの場合、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１は１６６．７Ｈｚ、二次成分ｆ２は３３３．３Ｈｚとなる。他方、テールパイプ８の管長Ｌが３．０ｍの場合、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１は６６．７Ｈｚ、二次成分ｆ２は１３３．３Ｈｚとなる。このように、テールパイプ８の管長Ｌを長くする程、気柱共鳴周波数ｆａは、低周波数側に移行する。
　また、エンジン１の排気脈動の周波数ｆｅ（Ｈｚ）は、下記式（３）に示される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
　但し、Ｎｅ：エンジン回転数（ｒｐｍ）、Ｎ：エンジンの気筒数（自然数）
　また、特定のエンジン回転数Ｎｅに対応して発生した気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１で排気音の音圧レベル（ｄＢ）が著しく高くなっている。また、二次成分ｆ２でも排気音の音圧レベル（ｄＢ）が著しく高くなっている。
　例えば、音速ｃを４００ｍ／ｓとすると、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が３．０ｍの場合には、エンジン回転数Ｎｅが２０００ｒｐｍになると、周波数６６．７Ｈｚの一次成分ｆ１の気柱共鳴が発生し、エンジン回転数Ｎｅが４０００ｒｐｍになると、周波数１３３．３Ｈｚの二次成分ｆ２の気柱共鳴が発生する。
　特に、エンジン１の排気脈動の周波数が１００Ｈｚ以下の低い周波数領域で気柱共鳴が発生するような場合に騒音が問題となる。例えば、前述のようにエンジン１の回転数が２０００ｒｐｍの低回転数でテールパイプ８内に気柱共鳴が発生すると、この気柱共鳴の排気音が車室内に伝達され、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。
　このため、気柱共鳴により発生する定常波の音圧が高い腹の部分に対して、テールパイプ８の最適な位置に、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。
　したがって、例えば、音速ｃを４００ｍ／ｓとすると、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Ｎｅが３０００ｒｐｍ以下）で気柱共鳴が発生する。これに対して、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１．５ｍとなると、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１は、周波数＝１３３．３Ｈｚでエンジン回転数Ｎｅが４０００ｒｐｍとなり、気柱共鳴周波数ｆａが高周波数側に移行する。
　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。
　他方、サブマフラ９を廃止するよう対策して、排気装置４の製造コストや重量を低減することが考えられる。この対策として、例えば、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の共鳴周波数を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の共鳴室内においてテールパイプ８の気柱共鳴の排気音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。
特開２００６－４６１２１号公報
　このような従来のエンジン１の排気装置にあっては、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によって低減するような構成では、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が大型化してしまうという問題がある。また、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という問題がある。
　また、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。
　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。
　したがって、テールパイプ８の最適な位置にサブマフラ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必要があり、結果的に、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。
　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、テールパイプにサブマフラを介装したり、テールパイプの上流開口端に大容量の共鳴室を有する消音器を設けるのを不要にして、テールパイプの気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうのを抑制することができ、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課題とする。
　本発明に係る内燃機関の排気装置は、上記課題を解決するため、一端部に内燃機関から排出された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と、他端部に前記排気ガスを大気に排出するための下流開口端と、を有する排気管を備えた内燃機関の排気装置であって、前記排気管の前記上流開口端および前記下流開口端の少なくとも一方に、開口部を形成したプレートを前記排気ガスの排気方向に対向して設け、前記排気管の内径に対する所定の割合で前記プレートから前記排気管の軸線方向内方に離隔した前記排気管の周壁に、前記排気管の外周部と内周部とを貫通する貫通孔を形成したものから構成されている。
　この排気装置においては、排気管の上流開口端および下流開口端の少なくとも一方に開口部を形成したプレートを設けたので、内燃機関の作動により脈動する排気ガスが流入することにより、排気音が発生し、この排気音の周波数と排気管の気柱共鳴周波数とが一致したときに、排気音の入射波に対して同位相で開口部から反射される、いわゆる開口端反射による反射波と、入射波に対して１８０°位相が異なり、排気管の断面を閉口するプレート、すなわち、閉口部から反射される、いわゆる閉口端反射による反射波と、に分配することができる。さらに、排気管の内径に対する所定の割合でプレートから排気管の軸線方向内方に離隔した排気管の周壁に、排気管の外周部と内周部とを貫通する貫通孔を形成したので、開口端で生じる反射波の反射の位置を補正して（開口端補正）、開口端反射による反射波の反射の位置を、閉口端反射による反射波の反射の位置と正確に合わせ、開口端反射による反射波と閉口端反射による反射波との位相差を１８０°とし、音圧レベルを真逆とすることができ、干渉による音圧レベルの低減を最大とすることができる。
　このように排気管における気柱共鳴の発生が抑制され、排気管の気柱共鳴による音圧レベルの増大が抑制されるので、特に、従来問題となっていた内燃機関の低回転時における車室内に発生するこもり音がなくなる。　
　その結果、従来のようにメインマフラに相当する消音器を大型化したり、排気管にサブマフラを介装することが不要となり、排気装置の重量の増大が防止されるとともに、排気装置の製造コストの増大が防止される。
　上記構成を有する内燃機関の排気装置は、好ましくは、前記排気管の貫通孔を、重力方向下方側に形成したものから構成されている。
　この排気装置においては、貫通孔が車両の下方に形成されるので、排気管内に滞留した排気ガス凝縮水等を、この貫通孔から容易に排出させることができる。
　上記構成を有する内燃機関の排気装置は、好ましくは、前記排気管の断面を閉口する前記プレートの閉口部と、前記開口部と、を合わせた総面積に対して、前記開口部の開口面積を１／３の大きさに設定したものから構成されている。
　この排気装置においては、音波を反射する反射面に形成された開口部の面積が、全反射面積の１／３となっているので、音波の反射率が０．５となり、閉口端反射による反射波と、開口端反射による反射波と、が１：１の割合で起こることとなり、同レベルで発生する位相差が１８０°異なる互いの反射波が干渉により打ち消し合い、音圧レベルの低減効果を高めることができる。
　本発明によれば、テールパイプにサブマフラを介装したり、テールパイプの上流開口端に大容量の共鳴室を有する消音器を設けるのを不要にして、テールパイプの気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうのを抑制することができ、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。
本発明に係る内燃機関の排気装置の実施の形態を示す図であり、内燃機関の排気系の構成を示す斜視図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置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。 本発明に係る内燃機関の排気装置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。 本発明に係る内燃機関の排気装置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。 本発明に係る内燃機関の排気装置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。 本発明に係る内燃機関の排気装置の実施の形態を示す図であり、図５のＡ－Ａ断面を示す断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の実施の形態を示す図であり、図５のＢ－Ｂ断面を示す断面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置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内の排気ガスの流れを示す図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置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定在波を、縦軸に粒子速度を表し横軸にテールパイプの位置を模式的に表した粒子速度分布で説明する図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置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。 本発明に係る内燃機関の排気装置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、縦軸に粒子速度を表し横軸にテールパイプの位置を模式的に表した粒子速度分布で説明する図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置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閉口端反射による気柱共鳴の定在波を、縦軸に粒子速度を表し横軸にテールパイプの位置を模式的に表した粒子速度分布で説明する図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の実施の形態を示す図であり、構成の一部が異なる他の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。 本発明に係る内燃機関の排気装置の実施の形態を示す図であり、構成の一部が異なる図１３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。 本発明に係る内燃機関の排気装置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の下流開口端の斜視図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置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の下流開口端の正面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置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の一部をスリットを通る断面で示すテールパイプの下流開口端の正面図である。 本発明に係る内燃機関の排気装置の実施の形態を示す図であり、図１７のＣ－Ｃ断面を示す断面図である。 従来の排気装置を備えた排気系の構成を示す斜視図である。 従来の排気装置を備えた排気系を示す図であり、両端が開口端となるテールパイプが連結されたマフラの縦断面図である。
　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、図面を参照して説明する。
　図１ないし図１８は、本発明に係る実施の形態の内燃機関の排気装置を示す図である。　
　まず、構成を説明する。
　本実施の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２１に適用されたもので、このエンジン２１に接続された排気マニホールド２２に接続されている。この排気装置２０においては、エンジン２１から排出される排気ガスが浄化されるとともに、排気音が抑制されて排気ガスが大気に排出されるようになっている。
　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２０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および円筒状の排気管としてのテールパイプ２８を備えている。この排気装置２０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。
　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。
　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。
　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。
　図２、図３に示すように、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、エンドプレート３２とエンドプレート３３との間に介装された仕切板３４とを備えており、アウタシェル３１、エンドプレート３２、３３および仕切板３４とを含んで消音器本体が構成されている。　
　本実施の形態に係るマフラ２７は、本発明に係る消音器に対応している。
　アウタシェル３１内に設けられた仕切板３４は、アウタシェル３１内を排気ガスを拡張するための拡張室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に区画している。また、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の下流側の端部、すなわち、センターパイプ２６のうちマフラ２７の内部に収納されている部分からなるインレットパイプ部２６Ａが挿通されている。
　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。
　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。
　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。
　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（Ｈｚ）の排気音が消音される。
　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（ｍ）、インレットパイプ部２６Ａの断面積をＳ（ｍ２）、共鳴室３６の容積をＶ（ｍ３）、空気中の音速をｃ（ｍ／ｓ）とするとき、空気中の共鳴周波数ｆｂ（Ｈｚ）はヘルムホルツ共鳴に関する下記の式（４）により求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  
　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を短くしたり、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る。また、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の突出部分の長さＬ１を長くしたり、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。
　一方、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の上流側の端部、すなわち、テールパイプ２８のうちマフラ２７の内部に収納されている部分からなるアウトレットパイプ部２８Ａが挿通されている。
　テールパイプ２８は、円筒状のパイプからなり、円形のプレート４１を備えている。また、アウトレットパイプ部２８Ａの上流側の端部には上流開口端２８ａが設けられており、テールパイプ２８の下流側の端部には下流開口端２８ｂが、上流開口端２８ａから距離Ｌだけ離隔して設けられている。また、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。
　図４ないし図６に示すように、プレート４１は、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂ側に設けられ、外方側に突出して形成された直径Ｄ１の外周部４１ａと、テールパイプ２８内を流動する排気ガスの排気方向に対向する側面部４１ｂとを備えている。この側面部４１ｂは、直径Ｄ２の円形の貫通孔４１ｃが１４箇所に形成された開口部４１ｄと、開口部４１ｄを除く閉口部４１ｅとを備えている。
　側面部４１ｂは、排気流出方向に対向する反射面部４１ｆと、この排気流出方向と逆方向に対向した反対面部４１ｇとを有している。開口部４１ｄは、反射面部４１ｆと反対面部４１ｇとを貫通して形成されている。　
　この開口部４１ｄは、排気ガスを大気に排出することを可能にしている。
　ここで、このプレート４１は、テールパイプ２８内を流動する排気ガスの排気方向に対向するように設けられているが、より具体的には、テールパイプ２８の軸線方向に直交するようにテールパイプ２８に取り付けられている。また、プレート４１は、外周部４１ａとテールパイプ２８の内周部２８ｃとが密着するよう、テールパイプ２８に取り付けられている。ここで、プレート４１のテールパイプ２８に対する取付方法は、接合や圧力などの固定方法が好ましい。なお、この取付方法に代えて、絞り加工などの一体形成方法により加工してもよい。
　プレート４１は、側面部４１ｂの排気方向上流側の反射面部４１fが、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂから、距離Ｌ２だけ離隔するよう、外周部４１ａでテールパイプ２８の内周部２８ｃに設けられている。なお、外周部４１ａを内方側に突出させ、側面部４１ｂがテールパイプ２８の下流開口端２８ｂと一致するようプレート４１が、テールパイプ２８の内周部２８ｃに固定されるようにしてもよい。また、この距離Ｌ２は、０であってもよい。すなわち、側面部４１ｂの排気方向上流側の側面と下流開口端２８ｂとが同一平面に配置されるよう構成してもよい。
　図５および図６に示すように、プレート４１の側面部４１ｂは、直径Ｄ２の円形の貫通孔４１ｃが１４箇所に形成された開口部４１ｄと、開口部４１ｄを除く閉口部４１ｅとを備えている。この側面部４１ｂにおいては、テールパイプ２８に入射した入射波に対して、開口部４１ｄで、いわゆる開口端反射が起き、閉口部４１ｅで、いわゆる閉口端反射が起きるようになっている。すなわち、プレート４１の反射面部４１fで排気音の反射が行われている。
　この場合、開口部４１ｄおよび閉口部４１ｅで分配された開口端反射および閉口端反射による反射波が互いに打ち消し合い、その結果、反射音が消音される。なお、反射面部４１fは、排気音の入射波や反射波を反射する面からなり、開口部４１ｄおよび閉口部４１ｅの一部により構成されている。
　ここで、このような開口端反射において、厳密には、テールパイプ２８内を伝播する進行波は、下流開口端２８ｂの開口部４１ｄから下流側にΔＬだけ離隔した位置で反射することになる。したがって、気柱共鳴の周波数の正確性を求めると、開口端補正と呼ばれる補正によって、上記開口部４１ｄからはみ出している部分ΔＬを補正する必要がある。この開口端補正ΔＬの長さは、管の内径によって異なることが知られている。
　また、このようなテールパイプ２８においては、下流開口端２８ｂの開口部４１ｄから外側にもテールパイプ２８内と同様の排気ガスなどの媒体が存在しているので、厳密には音のエネルギ（Ｊ）は、テールパイプ２８の外側にも伝達されてしまう。そのため、下流開口端２８ｂの開口部４１ｄで音圧（Ｐａ）はゼロにならず、下流開口端２８ｂの開口部４１ｄからΔＬだけ外側に離隔した位置が実効的な管端になってしまう。その結果、入射波は、下流開口端２８ｂの開口部４１ｄからΔＬだけ外側に離隔した実効的な管端で反射することになる。　
　そこで、本実施の形態のテールパイプ２８においては、このような実効的な管端の位置を、下流開口端２８ｂの開口部４１ｄと一致させるため、テールパイプ２８の軸線方向内方に、以下に説明する貫通孔が形成されている。
　図５、図６および図７に示すように、テールパイプ２８には、テールパイプ２８の周壁を貫通する、すなわち、外周部２８ｃと内周部２８ｄとを貫通する直径Ｄ３の貫通孔２８ｅが、プレート４１の側面部４１ｂの反射面部４１ｆに対してテールパイプ２８の軸線方向内方に、プレート４１の側面部４１ｂから距離Ｌ３だけ離隔した位置に形成されている。また、この貫通孔２８ｅは、図５の矢印ｇに示すテールパイプ２８の重力方向下方側、すなわち、車両の下方側に形成されている。
　なお、この距離Ｌ３は、テールパイプ２８の内径Ｄ１に対する所定の割合で、プレート４１の側面部４１ｂからテールパイプ２８の軸線方向内方に離隔した位置に形成されている。また、貫通孔２８ｅは、その中央部が反射面部４１ｆの閉口部４１ｅを基準に開口端補正により求められる距離ΔＬだけ離隔した位置に設けられるのが好ましい。開口端補正による距離ΔＬの好適な長さについては、後述する。
　さらに、この反射音の最適な消音効果を得るため、図５に示す開口部４１ｄの開口面積Ｓ２（ｍ２）と、プレート４１の開口部４１ｄを含む側面部４１ｂの総面積Ｓ１（ｍ２）は、次式（５）を満たすよう、その開口部４１ｄが形成されている。
　なお、プレート４１の直径をＤ１、開口部４１ｄの貫通孔４１ｃの直径をＤ２とすると、前述の総面積Ｓ１は、π（Ｄ１／２）２、開口面積Ｓ２は、π（Ｄ２／２）２×１４で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
  
　この反射音の最適な消音効果を得るためには、開口端反射と閉口端反射との分配の割合を半分づつにすればよく、この分配の割合を得るためには、プレート４１における入射する排気音の反射率を０．５にすればよいことが知られている。
　ここで、排気音の反射率をＲｐとし、テールパイプ２８内部の媒質の固有音響インピーダンスをＺ１、テールパイプ２８の外部の下流開口端２８ｂ付近の媒質の固有音響インピーダンスをＺ２とすると、排気音の反射率Ｒｐは、次式（６）で表される。本来、排気音の反射率Ｒｐは、固有音響インピーダンスＺ１、Ｚ２との関係で表されるが、プレート４１の開口部４１ｄを含む側面部４１ｂの総面積Ｓ１と開口面積Ｓ２の断面積変化があまり大きくなく、音波がほぼ平面で連続的に伝播することから、各媒質の固有音響インピーダンスＺ１、Ｚ２に各面積を乗算した値で表すことができる、すなわち、Ｚ１をＺ１Ｓ１で表し、Ｚ２をＺ２Ｓ２で表すことができるので、次式（６）となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
  
　ここで、固有音響インピーダンスは、媒質の密度ρ（Ｋｇ／ｍ３）と音速ｃ（ｍ／ｓ）の積で表されるので、Ｚ１＝ρ１ｃ１、Ｚ２＝ρ２ｃ２となる。そして、テールパイプ２８の内部の媒質ρ１および音速ｃ１と、テールパイプ２８の外部の下流開口端２８ｂ付近の媒質ρ２および音速ｃ２とはともに排気ガスである。なお、エンジン２１が、燃料の無噴射状態で回転している場合には、ともに空気となることがある。ともに排気ガスおよび空気の場合には、ρ１ｃ１＝ρ２ｃ２となるので、Ｚ１＝Ｚ２となり、反射率Ｒｐは、次式(７)で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
  
　この式（７）に、反射率Ｒｐの最適値０．５を代入すると、前述の式（５）が得られ、プレート４１の開口部４１ｄを含む側面部４１ｂの総面積に対する開口部４１ｄの開口率は３３％になっている。なお、この開口率は、３３％が最も好ましい値となっているが、本実施の形態のプレート４１においては、（３３±α）％の範囲であれば、プレート４１における反射音の消音効果を得ることは可能である。
　開口率が３３％以外の値であっても、開口部４１ｄおよび閉口部４１ｅで分配された開口端反射および閉口端反射による反射音が互いに打ち消し合い、ある程度の反射音が消音されるからである。（３３±α）％の範囲を逸脱した場合には、開口端反射および閉口端反射による反射音の打ち消し効果が得られないことがある。ここでαは、本実施の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。
　このプレート４１においては、開口部４１ｄでテールパイプ２８の内部と、大気とが連通している。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の開口部４１ｄを通して下流開口端２８ｂから大気に排出されるよう構成されている。
　次に、排気装置２０の作用および気柱共鳴の発生する理由について説明する。　
　排気装置２０の上流側のエンジン２１が始動されると、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で浄化されて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を通して排気装置２０のマフラ２７に導入される。マフラ２７に導入される排気ガスは、図８の矢印で示すように、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に導入される。
　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に設けられたプレート４１の開口部４１ｄおよび貫通孔２８ｅを通って大気に排出される。
　エンジン２１の運転時にエンジン２１の各爆発気筒で励起される排気脈動により、エンジン２１の回転数（ｒｐｍ）に応じて変化する周波数（Ｈｚ）の排気音が各爆発気筒から発生する。この排気音は、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り、排気ガスを媒体として、排気マニホールド２２、触媒コンバータ２４、フロントパイプ２５およびセンターパイプ２６を通ってマフラ２７のインレットパイプ部２６Ａに入射する。
　インレットパイプ部２６Ａに入射した排気音は、インレットパイプ部２６Ａの小孔２６ａを介して拡張室３５に侵入し、拡張されて、全周波数帯域に亘って排気音の音圧レベルが低減される。また、インレットパイプ部２６Ａに入射した排気音は、下流開口端２６ｂから共鳴室３６に侵入する。共鳴室３６に侵入した排気音は、ヘルムホルツ共鳴によって設定された特定の周波数の排気音が消音される。
　また、拡張室３５に侵入した排気音は、テールパイプ２８に入射し、この入射波がテールパイプ２８の下流開口端２８ｂのプレート４１で反射して反射波となる。　
　この開口端反射による反射波と閉口端反射による反射波とは互いに打ち消し合う干渉が起きるとともに、開口端反射による反射波および閉口端反射による反射波は、テールパイプ２８の上流開口端２８ａでさらに反射し下流開口端２８ｂ方向に入射波と同様にそれぞれ進行し、プレート４１で入射波と同様に再反射する。このような反射が繰り返される。
　ここで、上記のように、プレート４１の側面部４１ｂの反射面部４１ｆに対してテールパイプ２８の軸線方向内方に貫通孔２８ｅを形成しているので、開口端反射における実効的な反射面を、プレート４１の側面部４１ｂの反射面部４１ｆとすることができ、閉口端反射の反射面と同一とすることができる。したがって、開口端反射による反射波の位相と閉口端反射による反射波の位相との差を、正確に１８０°異なる位置とすることができ、確実に打ち消し合う干渉を起こさせることができる。
　なお、本来、パイプの開口端のような同じ媒質を有する媒体同士の境界では、媒質が同じであり、反射は起きず音波は透過してしまうようにも思われる。しかしながら、テールパイプ２８のような、排気音の波長に対して充分に小さな断面の寸法を有するパイプ内を進行する排気音は疎密波からなる平行波となり、下流開口端２８ｂおよび上流開口端２８ａで反射する。
　下流開口端２８ｂで開口端反射が起こる理由としては、次のものが挙げられる。すなわち、テールパイプ２８内を流れる排気ガスの圧力は高くなっており、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの外側の大気圧はテールパイプ２８内を流れる排気ガスの圧力よりも低くなっている。このため、入射波が下流開口端２８ｂから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る低圧部が発生し、この低圧部がテールパイプ２８内を上流開口端２８ａ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、入射波と逆向きの平行波となり入射波と逆向きに進行することになる。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。
　そして、下流開口端２８ｂの開口部４１ｄに向かう入射波と下流開口端２８ｂの開口部４１ｄと離隔する方向に向かう第１の反射波とが干渉する。さらに、第１の反射波が、上流開口端２８ａの開口で反射し、開口部４１ｄに向かう第２の反射波となり、この第２の反射波と、第１の反射波および入射波が上流開口端２８ａと下流開口端２８ｂとの間で繰り返され、それぞれが干渉する。　
　このように、入射波の反射が繰り返されることで、テールパイプ２８の上流開口端２８ａの開口および下流開口端２８ｂの開口部４１ｄとの間で定在波ができることになる。
　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、テールパイプ２８の上流開口端２８ａの開口および下流開口端２８ｂの開口部４１ｄがそれぞれ粒子速度の腹となるような定在波ができ、この場合には、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、この基本周波数の自然数倍の周波数の気柱共鳴が発生、波長としては基本の波長を自然数で割った長さの波長の気柱共鳴が発生して音圧が著しく増大し、騒音となってしまう。
　具体的には、図９に気柱共鳴の定在波の粒子速度分布を示すように、排気音の基本振動からなる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、基本振動の二倍の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、基本振動の三倍の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り、粒子速度が最大となる。
　また、排気音の一次成分ないし三次成分の気柱共鳴の定在波における音圧分布は、図９に示す粒子速度分布の腹と節がそれぞれと逆になり、テールパイプ２８の上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂが音圧の節となり、音圧が０となる。
　さらに、図１０に示すように、排気音の音圧レベル（ｄＢ）は、エンジン回転数Ｎｅ（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（Ｈｚ）に対応するエンジン回転数Ｎｅで増大する。
　ここで、音速をｃ（ｍ／ｓ）、テールパイプ２８の長さをＬ（ｍ）、次数をｎとしたときの気柱共鳴周波数ｆｃ（Ｈｚ）は、次式（８）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
  
　音速ｃを４００ｍ／ｓとし、テールパイプ２８の管長Ｌを３．０ｍとした場合には、上記式（８）に基づいてテールパイプ２８の気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１は、６６．７Ｈｚ、二次成分ｆ２は、１３３．３Ｈｚとなり、エンジン２１の回転数に対応した気柱共鳴による共鳴周波数の一次成分ｆ１と二次成分ｆ２で排気音の音圧レベル（ｄＢ）が高くなる。
　また、本実施の形態では、エンジン２１が４気筒であるため、前述の式（３）において、Ｎ＝４となり、エンジン回転数Ｎｅが２０００ｒｐｍのときに一次成分ｆ１の気柱共鳴により排気音の音圧レベル（ｄＢ）が増大し、エンジン回転数Ｎｅが４０００ｒｐｍのときに二次成分ｆ２の気柱共鳴により排気音の音圧レベル（ｄＢ）が増大する。
　特に、排気音の一次成分ｆ１の気柱共鳴のような１００Ｈｚ以下の低周波の低速回転域では、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。三次成分の気柱共鳴周波数では、エンジン回転数Ｎｅは、６０００ｒｐｍとなり、四次成分の気柱共鳴周波数では、エンジン回転数Ｎｅは、８０００ｒｐｍとなるように、多数次成分の気柱共鳴周波数も起こりうるが、このような気柱共鳴による騒音は、運転者に気にならないものとなるので、図１０では、三次成分以降の多数次成分については、図示していない。
　本実施の形態に係る排気装置においては、エンジン回転数Ｎｅ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、従来のテールパイプにおいて発生する気柱共鳴によって音圧レベル（ｄＢ）が増大してしまうのを確実に抑制するようにしたものである。
　次に、気柱共鳴によって音圧レベル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。
　前述のようにプレート４１の開口部４１ｄで、テールパイプ２８に入射した入射波に対して、開口端反射が起き、閉口部４１ｅで、閉口端反射が起きる。換言すれば、プレート４１の反射面で開口端反射および閉口端反射が起きる。具体的には、入射波に対して同位相で、プレート４１の開口部４１ｄを含む側面部４１ｂの総面積Ｓ１の約３３％を占める開口部４１ｄで反射する開口端反射による反射波と、入射波に対して１８０°位相が異なり、前述の総面積Ｓ１の約６７％を占めるプレート４１の側面部４１ｂの閉口部４１ｅで反射する閉口端反射による反射波とに分配される。開口部４１ｄおよび閉口部４１ｅで分配された開口端反射および閉口端反射による反射波は、互いに打ち消し合い、その結果、反射音が消音され、気柱共鳴によって音圧レベル（ｄＢ）が増大してしまうのが抑制される。
　この場合、この反射音の最適な消音効果を得るため、前述のように開口端反射と閉口端反射との分配の割合が半分づつになるよう、プレート４１における入射する排気音の反射率Ｒｐが０．５に設定されている。この反射率Ｒｐを０．５にするため、図５に示す開口部４１ｄの開口面積Ｓ２（ｍ２）と、プレート４１の開口部４１ｄを含む側面部４１ｂの総面積Ｓ１（ｍ２）は、前述の式（５）に示すように、Ｓ２＝（１／３）Ｓ１を満たすよう、その開口部４１ｄが形成されている。
　まず、図１１を参照して、エンジン２１の運転時の排気脈動による排気音の入射波Ｇがテールパイプ２８内に入射し、この入射波Ｇがテールパイプ２８の管長Ｌを半波長とする入射波Ｇである場合、すなわち開口端反射について説明する。
　入射波Ｇの周波数がテールパイプ２８が有している気柱共鳴周波数に合致すると、図１１に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂに設けられたプレート４１の開口部４１ｄから入射波Ｇの一部が透過波Ｇ１となって大気中に侵入する。他方、プレート４１の開口部４１ｄにおいて前述の開口端反射が起こり、開口部４１ｄにおける入射波Ｇが実線で示す反射波Ｒ１となってプレート４１と離隔する方向に進行する。
　この反射波Ｒ１は、入射波Ｇに対して同位相となる。すなわち、テールパイプ２８内の狭い気柱を伝わってきた密または疎の排気ガスや空気の固まりは、開口部４１ｄにおいて大気の広い空間との境界に達した途端、一気に膨張し、その慣性でそれまで密だったところに疎が形成され、この疎が新たな波源となって反射波Ｒ１は気柱を今進行してきた向きに引き返していくことになり、密は疎に、疎は密になるので入射波Ｇの位相がそのまま反射波Ｒ１の位相となり、反射波Ｒ１は、入射波Ｇに対して同位相となる。
　このように、入射波Ｇと反射波Ｒ１とが同位相であるので、本来この反射波Ｒ１は入射波Ｇと同一線上に重なっているが、説明の便宜上、図１１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。
　他方、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂに設けられたプレート４１の閉口部４１ｅにおいて前述の閉口端反射が起こり、閉口部４１ｅにおける入射波Ｇが破線で示す反射波Ｒ２となってプレート４１と離隔する方向に進行する。
　この反射波Ｒ２は、入射波Ｇに対して逆位相となり、反射波Ｒ１に対して１８０°位相が異なっている。すなわち、テールパイプ２８内の狭い気柱を伝わってきた密または疎の排気ガスや空気の固まりは、閉口部４１ｅにおいて、その壁面に衝突し密は密のまま、疎は疎のまま跳ね返るので入射波Ｇの位相が逆転し、反射波Ｒ２の位相となり、反射波Ｒ２は、入射波Ｇに対して逆位相となる。
　このように、入射波Ｇと反射波Ｒ２とが逆位相となる。本来この反射波Ｒ２は入射波Ｇと位相０の横線を中心として対称となっているが、説明の便宜上、図１１においては、反射波Ｒ１と反射波Ｒ２とが位相０の横線を中心として対称になるよう、反射波Ｒ２を位相０の横線方向にずらしている。
　この反射波Ｒ１と反射波Ｒ２は位相が逆であるが、粒子速度の大きさは同じであるため、互いに打ち消し合うよう干渉し、テールパイプ２８内の気柱においては、気柱共鳴は起きない。その結果、図１０に示すように、気柱共鳴による排気音の破線で示す一次成分ｆ１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。
　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４１ｄによる反射波Ｒ１と入射波Ｇに対して１８０°位相が異なる閉口部４１ｅ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うよう干渉する。その結果、図１０に示すように、気柱共鳴による排気音の破線で示す二次成分ｆ２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。
　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。
　開口端反射は、図９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、このときの基本波長を自然数で割った波長の気柱共鳴が発生するものである。　
　これに対し、閉口端反射は、図１２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、このときの基本波長を奇数で割った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。
　具体的には、図１２に示すように、基本振動からなる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、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、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。
　また、一次成分ないし三次成分の気柱共鳴の定在波における音圧分布は、粒子速度分布と腹と節がそれぞれ逆になり、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。
　排気音の音圧レベル（ｄＢ）の共鳴周波数による増大は、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である場合も、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である場合と同様に起きる。　
　すなわち、図１０に示すグラフと同様に、排気音の音圧レベル（ｄＢ）は、エンジン回転数Ｎｅ（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（Ｈｚ）に対応するエンジン回転数Ｎｅで増大する。
　ここで、音速をｃ（ｍ／ｓ）、テールパイプ２８の長さをＬ（ｍ）、次数をｎとしたときの気柱共鳴周波数ｆｄ（Ｈｚ）は、次式（９）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
  
　音速ｃを４００ｍ／ｓとし、テールパイプ２８の管長Ｌを３．０ｍとした場合には、上記式（９）に基づいてテールパイプ２８の気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１は、３３．３Ｈｚ、二次成分ｆ２は１００Ｈｚとなり、エンジン２１の回転数に対応した気柱共鳴による共鳴周波数の一次成分ｆ１と二次成分ｆ２で排気音の音圧レベル（ｄＢ）が高くなる。
　また、本実施の形態では、エンジン２１が４気筒であるため、前述の式（３）において、Ｎ＝４となり、エンジン回転数Ｎｅが１０００ｒｐｍのときに一次成分ｆ１の気柱共鳴により排気音の音圧レベル（ｄＢ）が増大し、エンジン回転数Ｎｅが３０００ｒｐｍのときに二次成分ｆ２の気柱共鳴により排気音の音圧レベル（ｄＢ）が増大する。
　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ことになる。
　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４１ｄによる開口端反射の反射波Ｒ１と入射波Ｇに対して１８０°位相が異なる閉口部４１ｅによる閉口端反射の反射波Ｒ２とに分配される。
　この反射波Ｒ１と反射波Ｒ２は位相が逆であるが、粒子速度の大きさは同じであるため、互いに打ち消し合うよう干渉し、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。
　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に対して同位相のプレート４１の開口部４１ｄで反射する反射波Ｒ１と入射波Ｇに対して１８０°位相が異なるプレート４１の閉口部４１ｅで反射する反射波Ｒ２とに分配される。このとき、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。
　（開口端補正）
　ここで、上述の開口端補正により求められる距離ΔＬの好適な長さについて、説明する。
　開口端反射において、本実施の形態のように貫通孔２８ｅがない場合、テールパイプ２８内で発生する気柱共鳴における見かけ上の気柱の長さ、すなわち、共鳴周波数を決定する長さは、テールパイプ２８の上流開口端２８ａから下流開口端２８ｂのプレート４１の反射面部４１fまでの管長（Ｌ－Ｌ２）よりも僅かに長いＬｈとなることが知られている。この管長（Ｌ－Ｌ２）と見かけ上の気柱の長さＬｈとの差は、上述のように開口端反射において厳密には、両端の反射面が、それぞれ上流開口端２８ａから上流側に距離ΔＬ離隔した位置、プレート４１の反射面部４１fから下流側に距離ΔＬ離隔した位置となるためである。
　この距離ΔＬは、テールパイプ２８の内径をＤ１とすると、例えば、次式（１０）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
  
　したがって、貫通孔２８ｅがない場合、開口端反射における実効的な反射面が、プレート４１の反射面部４１fから距離Δだけ下流側となる。このため、本実施の形態のテールパイプ２８では、プレート４１の反射面部４１fから距離Δだけ上流側に、貫通孔２８ｅを設けて、開口端反射における実効的な反射面が、プレート４１の反射面部４１fとなるようにしている。
　これにより、開口端反射による実効的な反射面の位置を、閉口端反射における反射面（プレート４１の反射面部４１f）に正確に合わせることができる。また、上流開口端２８ａにおいては、プレート４１の反射面部４１fにおいて開口端反射によって反射された反射波も、閉口端反射によって反射された反射波も、開口端反射となるので、双方の位相差は、１８０°のまま保たれる。
　なお、本実施の形態に係る排気装置２０のマフラ２７の長さ（ｍｍ）、外形の大きさ（ｍｍ）および共鳴室や拡張室の個数、インレットパイプ部２６Ａおよびテールパイプ２８の内径（ｍｍ）、厚さ（ｍｍ）および長さ（ｍｍ）、プレート４１の厚さ（ｍｍ）、プレート４１の直径Ｄ１、開口部４１ｄの貫通孔４１ｃの直径Ｄ２およびプレート４１の開口部４１ｄを含む側面部４１ｂの総面積Ｓ１、開口面積Ｓ２、距離Ｌ（ｍｍ）、Ｌ１（ｍｍ）、Ｌ２（ｍｍ）、Ｌ３（ｍｍ）は、本実施の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。
　本実施の形態に係る内燃機関の排気装置２０においては、前述のように構成されているので、次の効果が得られる。
　すなわち、本実施の形態に係る内燃機関の排気装置２０は、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂに開口部４１ｄと閉口部４１ｅとを形成したプレート４１を設けたので、エンジン２１の作動により脈動する排気ガスがテールパイプ２８内に流入することにより、排気音が発生し、この排気音の周波数とテールパイプ２８の気柱共鳴周波数とが一致したときに、排気音の入射波に対して同位相でプレート４１の開口部４１ｄから反射される、いわゆる開口端反射による反射波と、入射波に対して１８０°位相が異なるプレート４１の閉口部４１ｅから反射される、いわゆる閉口端反射による反射波と、に分配することができる。さらに、プレート４１からテールパイプ２８の軸線方向内方に、距離Ｌ２離隔したテールパイプ２８の周壁に、貫通孔２８ｅを形成したので、開口端反射による反射波の反射の位置を、閉口端反射による反射波の反射の位置であるプレート４１の反射面部４１ｆに正確に合わせ、開口端反射による反射波と閉口端反射による反射波との位相差を１８０°として、ほぼ完全な逆位相とすることができ、互いに確実に打ち消し合うように干渉させ、干渉による音圧レベルの低減を最大とすることができる。なお、上記距離Ｌ３とは、テールパイプ２８の半径（内径の１／２）Ｄ１／２に対して０．６倍（Ｌ３＝０．６Ｄ１／２）の距離としている。
　このように、本実施の形態に係る内燃機関の排気装置２０は、エンジン２１の低回転時に車室内におけるこもり音の発生が防止されるとともに、従来のようにメインマフラに相当する消音器を大型化したり、テールパイプ２８にサブマフラを介装することが不要となるため、テールパイプ２８にプレート４１および貫通孔２８ｅを設けるだけの簡単構造で、排気装置の重量の増大が防止されるとともに、排気装置の製造コストの増大が防止されるという効果が得られる。
　また、本実施の形態に係る内燃機関の排気装置２０は、テールパイプ２８の貫通孔２８ｅを、重力方向下方側、すなわち、車両の下方に形成させたので、テールパイプ２８内に滞留した排気ガス凝縮水等を、この貫通孔２８ｅから容易に排出させることができる。
　さらに、本実施の形態に係る内燃機関の排気装置２０は、プレート４１の開口部４１ｄを含む総面積Ｓ１に対して、開口部４１ｄの開口面積Ｓ２を１／３の大きさに設定したので、音波の反射率が０．５となり、閉口端反射による反射波と、開口端反射による反射波と、が１：１の割合で起こることとなり、同レベルで発生する位相差が１８０°異なる互いの反射波が干渉により打ち消し合い、音圧レベルの低減効果を高めることができる。
　本実施の形態に係る排気装置２０においては、テールパイプ２８の管長Ｌを半波長とする波長を基本波長として、この基本波長を自然数で割った長さ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）に車室内にこもり音が発生するのを防止することができるという効果が得られる。
　また、テールパイプ２８の管長Ｌを１／４波長とする波長を基本波長として、この基本波長を奇数で割った長さ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。
　また、本実施の形態に係る排気装置２０においては、プレート４１をテールパイプ２８の下流開口端２８ｂのみに設けた場合について説明した。しかしながら、プレート４１をテールパイプ２８の下流開口端２８ｂのみに設けた構造以外の構造であってもよい。
　例えば、図１３および図１４に示すように、プレート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の双方に設けた構造であってもよい。また、プレート４１を、テールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けた構造であってもよい。　
　このようなプレート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の双方に設けた構造、および、テールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けた構造においても、上記と同様の作用効果を得ることができる。
　また、本実施の形態に係る排気装置２０のプレート４１の開口部４１ｄは、１４箇所に形成された直径Ｄ２の貫通孔４１ｃで構成される場合について説明したが、他の形状で構成されるようにしてもよい。例えば、開口数は１個であってもよく１４個以外の複数個であってもよい。また、開口の断面形状は、円形以外の他の形状であってもよい。
　例えば、図１５および図１６に示すように、プレート５１を本実施の形態に係る排気装置２０のプレート４１と同様に構成するとともに、小判形状のスリット５１ａおよびスリット５１ａよりも長い２個の小判形状のスリット５１ｂと、プレート５１とテールパイプ２８の内周部２８ｃとの間に隙間が画成される切欠き５１ｃとにより、プレート５１の開口部を構成するようにしてもよい。この場合、開口部の開口面積Ｓ２は、スリット５１ａ、２個のスリット５１ｂおよび切欠き５１ｃの各開口面積を合計したものとなる。また、このようなスリットの他、楕円形や多角形の貫通孔であってもよい。
　また、本実施の形態に係る排気装置２０のプレート４１は、一方側に突出して形成された直径Ｄ１の外周部４１ａと、側面部４１ｂとで構成される場合について説明したが、他の形状で構成されるようにしてもよい。
　例えば、所定の厚みを有する円盤からなるプレートで構成するようにしてもよい。このプレートは、直径Ｄ１の外周部と、テールパイプ２８内を流動する排気ガスの排気方向に対向する側面部と、を備え、外周部とテールパイプ２８の内周部２８ｃとを密着させる。
　さらに、本実施の形態に係る排気装置２０のテールパイプ２８においては、円形の断面を有する貫通孔２８ｅが、プレート４１の側面部４１ｂに対してテールパイプ２８の軸線方向内方に１箇所だけ形成された場合について説明した。しかしながら、本発明に係る排気装置においては、テールパイプ２８に本実施の形態における貫通孔２８ｅとは異なった形状、異なった個数のもので構成するようにしてもよい。
　例えば、図１７および図１８に示すように、テールパイプ７８において、下流開口端７８ｂから、テールパイプ７８の軸線方向内方に距離Ｌ４だけ離隔した位置にプレート４１の側面部４１ｂが位置するようプレート４１を配置する。そして、プレート４１の側面部４１ｂに対してテールパイプ７８の軸線方向内方に距離Ｌ５だけ離隔した位置に、長さＬ６および幅Ｌ７を有する小判形状のスリット７８ｄを３箇所にテールパイプ７８を貫通して形成する。さらに、これらのスリット７８ｄにそれぞれ対向する位置で３箇所に、テールパイプ７８を貫通してスリット７８ｅを形成するようにしてもよい。
　以上説明したように、本発明に係る内燃機関の排気装置は、テールパイプにサブマフラを介装したり、テールパイプの上流開口端に大容量の共鳴室を有する消音器を設けるのを不要にして、テールパイプの気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうのを抑制することができ、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全般に有用である。
　２０　排気装置
　２１　エンジン
　２２　排気マニホールド
　２４　触媒コンバータ
　２５　フロントパイプ
　２６　センターパイプ
　２７　マフラ
　２８、７８　テールパイプ
　２８Ａ　アウトレットパイプ部
　２８ａ　上流開口端
　２８ｂ　下流開口端
　２８ｃ　内周部
　２８ｄ　外周部
　３５　拡張室
　３６　共鳴室
　４１、５１　プレート
　４１ａ　外周部
　４１ｂ　側面部
　４１ｃ　貫通孔
　４１ｄ　開口部
　４１ｅ　閉口部
　４１ｆ　反射面部
　Ｓ１　総面積
　Ｓ２　開口面積
 

Claims (3)

  1. 　一端部に内燃機関から排出された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と、他端部に前記排気ガスを大気に排出するための下流開口端と、を有する排気管を備えた内燃機関の排気装置であって、
    　前記排気管の前記上流開口端および前記下流開口端の少なくとも一方に、開口部を形成したプレートを前記排気ガスの排気方向に対向して設け、
    　前記排気管の内径に対する所定の割合で前記プレートから前記排気管の軸線方向内方に離隔した前記排気管の周壁に、前記排気管の外周部と内周部とを貫通する貫通孔を形成したことを特徴とする内燃機関の排気装置。
  2. 　前記排気管の貫通孔を、重力方向下方側に形成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。
  3. 　前記排気管の断面を閉口する前記プレートの閉口部と、前記開口部と、を合わせた総面積に対して、前記開口部の開口面積を１／３の大きさに設定した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。
     
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