JP4654634B2 - 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する。

自動車では、一般に、エンジン（内燃機関）に、排気管、触媒コンバータ、マフラ等の構成部材が連設されて排気系が構成されている。特に、内燃機関がＶ型エンジンや水平対向エンジン等の二つのバンクを有するものであると、例えば、両バンクにそれぞれ排気マニホールドを含む排気管が接続され、それら二つの排気管が、排気後流側に設けられた消音用のマフラに接続される。かかる排気系の構成として、例えば、特許文献１に記載されたものが挙げられる。

特許文献１に記載された内燃機関の排気装置は、二つのバンクのそれぞれに各排気管の基端部を接続し、各排気管を通して排気をマフラに供給し、そのマフラの中で各排気管からの排気を合流せしめると共に、両排気管の基端部から開口部までの長さを略等しく構成したものである。この従来装置は、かかる構成により、マフラの配置上の制約から二つの排気管が不等長となってしまうことに起因する異音の発生及び出力低下の抑制を企図している。
特開平１１−２００８５４号公報

ところで、自動車の運転者・搭乗者のなかには、Ｖ型エンジンや水平対向エンジン等が気筒数に応じて発生する独特の迫力のあるエンジン音やそれに起因する排気音を好む者もおり、そのような趣向から、エンジン音や排気音が自動車の購入者の購買意欲をかきたてる有利な特徴の一つとなり得る。しかし、その一方で、室内外の騒音振動を低減する観点からは、上記従来装置のように、通常はエンジン音や排気音を極力低下させることが望まれる。よって、上記従来装置では、運転者や搭乗者が、エンジンからの迫力感のある独特の原音やそれに起因する迫力感のある排気音を体感することはできなかった。

また、エンジン音のマフラへの伝わり方は、バンクからマフラまでの排気管長によって多少変化することもあるが、上記従来装置では二つの排気管を略等長となるように構成しているので、ハーフ次数の音質成分が打ち消され易く、そうであるが故に、マフラ内で音質を自由に調整（チューニング）することが困難であった。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、Ｖ型エンジンや水平対向エンジン等の内燃機関が発現する迫力感のある排気音を得ることができ、しかもその排気音を所望の音質に調整（チューニング）し易く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。

上記課題を解決するために、本発明による内燃機関の排気装置は、内燃機関に設けられた二つのバンクと、それら二つのバンクのそれぞれに接続された第１及び第２の排気管と、第１及び第２の排気管の排気下流側に接続された単一のマフラと、マフラの排気下流側に接続された第３の排気管とを有するものであって、第１の排気管は、その第１の排気管におけるバンクからマフラまでの管路長が、第２の排気管におけるバンクからマフラまでの管路長よりも小さくなるように設けられており、且つ、第１の排気管の後方端が第３の排気管における吸気口の近傍に位置するように設けられたものである。

このように構成された内燃機関の排気装置は、第１及び第２の二つの排気管が単一のマフラへのインレットパイプとして機能し、第３の排気管がアウトレットパイプとして機能するデュアルインレット型のマフラを備える排気系として構成される。この排気装置においては、第１の排気管の後方端すなわち第１の排気管における排気の出口が、マフラの排気下流側に接続された第３の排気管の吸気口つまり排気の入口の近傍に位置するので、第１の排気管から排出された排気ガスが第３の排気管に略直接的に導出される。よって、第１の排気管を通気してきた排気ガスがマフラ内で殆ど滞留したり流通したりすることがないので、内燃機関から放出される原音が、その音質を殆ど損なうことなく第３の排気管へ伝達される。したがって、排気音に迫力感を生じさせることができる。

しかも、第１の排気管は、バンクからマフラまでの管路長が、第２の排気管のかかる管路長よりも短くされており、上述の如く、その短い方の第１の排気管からの排気ガスが第３の排気管に直ちに導入されるので、内燃機関の原音質の変化がより一層抑えられる。

ここで、第３の排気管の吸気口は、第３の排気管の前方端ばかりでなく、第３の排気管の管壁に孔が設けられている場合には、その孔であってもよい。また、第３の排気管における吸気口の「近傍」とは、第１の排気管の後方端から第３の排気管の吸気口までの排気路長が、バンク内において第２の排気管を通して第３の排気管に送通される排気路の総長よりも小さい場合を示し、より具体的には、マフラの長手方向全長の好ましくは１／３以下、より好ましくは１／４以下とされる。さらに、第１の排気管の後方端が第３の排気管の吸気口に対向して開口するように設けられると好適である。

また、マフラ内における第２の排気管の管路長を適宜調節すれば、上記のような第１の排気管と第３の排気管との配置関係によって維持される内燃機関から原音音質や音量を損なうことなく、ハーフ次数等の他の音質成分をも発現させることが可能となるので、排気音を所望の音質（音色）に調整（チューニング）し易くなる。

具体的には、第２の排気管のマフラ内における管路長が、第１の排気管のマフラ内における管路長よりも大きくなるように設けられたものであると有用である。

このようにすれば、マフラ内において第１の排気管を通して第３の排気管まで導かれる排気路（導線）長に比して、マフラ内において第２の排気管を通して第３の排気管まで導かれる排気路（導線）長を増大させることができる。よって、第２の排気管の長さを適宜調節することにより、高次のハーフ次数の音質成分を所望に加減調節することが可能となるので、第３の排気管へ伝えられる排気音を調整（チューニング）することが簡易となる。

なお、第２の排気管は、マフラ内において分断されていてもよい。この場合、第２の排気管は、複数の管状部材から構成されることとなるが、このときの「第２のパイプのマフラ内における管路長」とは、管状部材の長さの総和に加え、管状部材間の間隙距離を含む。すなわち、この場合の「第２のパイプのマフラ内における管路長」とは、マフラ内において第２の排気管を通して第３の排気管まで導かれる排気路（導線）長と略等しくなる。

本発明の内燃機関の排気装置によれば、バンクからマフラまでの管路長が第２の排気管よりも短くされた第１の排気管を、その後方端が第３の排気管の吸気口の近傍に配されるので、内燃機関が発現する原音をそのまま第３の排気管に伝達させて迫力感ある排気音を得ることができると共に、その迫力感ある排気音を所望の音質に調整し易くできる。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、同一要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。さらに、図面の寸法比率は、図示の比率に限られるものではない。

図１は、本発明による内燃機関の排気装置の好適な一実施形態を示す模式構成図である。排気装置１００は、車両に備わるＶ型エンジンの右バンク及び左バンクの二つのバンク（図示せず）に接続されるものである。各バンクには、排気マニホールド１１，１２が、各バンクに設けられた複数の気筒と連通可能に接続されている。それら各排気マニホールド１１，１２には、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ１３，１４を有するフロントパイプ１５（第１の排気管）及びフロントパイプ１６（第２の排気管）がそれぞれ接続されている。

フロントパイプ１５，１６の排気下流側（後流側）には、単一のマフラ２０が設けられており、フロントパイプ１５，１６の後端部がマフラ２０の内部に延設されている。また、マフラ２０の排気下流側には、リアパイプ３０（第３の排気管）が接続されており、リアパイプ３０の前端部がマフラ２０の内部に延設されている。また、本実施形態では、フロントパイプ１５は単一の管状部材で構成されており、フロントパイプ１６は、触媒コンバータ１４が途中に設けられたパイプ１６ａと、マフラ２０内に配置されたパイプ１６ｂとの二つの管状部材で構成されている。

ここで、フロントパイプ１５，１６は、下記式（１）及び（２）；
Ｌ１＜Ｌ２ …（１）、
Ｌ３＜Ｌ４ …（２）、
で表される関係を満たすように設けられている。

式中、Ｌ１は、バンクに接続された排気マニホールド１１からマフラ２０までのフロントパイプ１５の管路長を示し、Ｌ２は、バンクに接続された排気マニホールド１２からマフラ２０までのフロントパイプ１６の管路長を示す。また、Ｌ３は、フロントパイプ１５のマフラ２０内における管路長を示し、Ｌ４は、フロントパイプ１６のマフラ２０内における管路長、すなわち、下記式（３）；
Ｌ４＝Ｌ４１＋Ｌ４２＋Ｌ４３ …（３）、
Ｌ４１：マフラ２０内におけるパイプ１６ａの管路長、
Ｌ４２：マフラ２０内におけるパイプ１６ｂの管路長、
Ｌ４３：パイプ１６ａ，１６ｂ間の距離、
で表される長さを示す。

図２は、排気装置１００におけるマフラ２０の周辺部位を模式的に示す水平断面図である。マフラ２０は、一般的なマフラ構造に採用されるように、排気上流側から順にＡ室２１、Ｂ室２２、Ｃ室２３、及びＤ室２４が画成されたものである。通常、Ａ室２１は共鳴室として機能し、Ｂ〜Ｄ室２２，２３，２４は拡張室として機能する。フロントパイプ１５は、その後方端１５ｄがＣ室２３内に位置するように配置されている。また、フロントパイプ１６を構成するパイプ１６ａは、その後方端１６ｄがＣ室２３内に位置するように配置されている。さらに、パイプ１６ｂはＢ室２２を横断してＡ室２１とＣ室２３とを連通するように配置されている。またさらに、リアパイプ３０は、前方端３０ｄ（吸気口）がＡ室２１内に配置されると共に、Ｄ室２４内に位置する管壁に複数の貫通孔Ｈ（吸気口）が設けられている。

このように構成された排気装置１００では、内燃機関の左右のバンクから排出された排気ガスが、それぞれ排気マニホールド１１，１２及びフロントパイプ１５，１６を通してマフラ２０内に供給される。フロントパイプ１５を送通した排気ガスは、図示矢印Ｘで示す方向に沿って流通する。すなわち、フロントパイプ１５を送通した排気ガスは、フロントパイプ１５の後方端１５ｄからＣ室２３内に排出され、Ｃ室２３とＤ室２４とを画成する隔壁に穿設された通気孔２５を通してＤ室２４内に流入した後、貫通孔Ｈを通してリアパイプ３０へ導入されて大気中へ放出される。

このように、フロントパイプ１５の後方端１５ｄがリアパイプ３０の貫通孔Ｈの近傍に配置されており、フロントパイプ１５からマフラ２０内に排出された排気ガスがマフラ２０内を殆ど滞留したり流通したりすることなく、略直接的にリアパイプ３０へ導出される。よって、フロントパイプ１５によって伝達されるＶ型エンジンの原音の音量が殆ど減弱されることなく、且つ、音質（音色）が殆ど変化することなくリアパイプ３０へ伝えられる。よって、Ｖ型エンジンの原音に近い迫力感のある音質及び音量の排気音を得ることができる。

また、フロントパイプ１５におけるバンクからマフラ２０までの管路長Ｌ１が、フロントパイプ１６におけるバンクからマフラ２０までの管路長Ｌ２よりも短くされているので、Ｖ型エンジンの奏でる原音に近い音質及び音量がより一層維持された状態でリアパイプ３０へ伝えることができる。

一方、フロントパイプ１６を送通した排気ガスは、図示矢印Ｙで示す方向に沿って流通する。すなわち、フロントパイプ１６を送通した排気ガスは、フロントパイプ１６の後方端１６ｄからＣ室２３内に排出され、主としてパイプ１６ｂをその後方端１６ｅから前方端１６ｆへ向かって流通しＡ室２１内に流入する。その後、リアパイプ３０の前方端３０ｄからリアパイプ３０内へ導入されて大気中へ放出される。

このように、フロントパイプ１６を通ってマフラ２０内に導入された排気ガスは、略直接的にリアパイプ３０へ流入するのではなく、比較的長い導線を通ってリアパイプ３０へ供給される。つまり、フロントパイプ１６のマフラ２０内における管路長Ｌ４が、フロントパイプ１５のマフラ２０内における管路長Ｌ３よりも大きくされている。

よって、フロントパイプ１６側からマフラ２０内に導入される排気ガスによってハーフ次数の音質成分を生起させ易くなる。このような異音成分の音質や音量を加減することにより、フロントパイプ１５からの排気ガスによって奏される迫力感のある排気音の微妙な調整（チューニング）が可能となる。かかるハーフ次数成分のような異音成分の音質や音量は、管路長Ｌ１が管路長Ｌ２よりも短くされていることと相俟って、フロントパイプ１６のマフラ２０内における管路長Ｌ４を適宜調節することにより簡便に調整可能であるので、排気音の微妙なチューニングが極めて簡易に行うことができる。

図３（Ａ）〜（Ｃ）及び図４（Ａ）〜（Ｃ）は、そのようなフロントパイプのマフラ２０内における管路長Ｌ４を適宜変化させた種々の実施形態を模式的に示す水平断面図である。図３（Ａ）〜（Ｃ）及び図４（Ａ）〜（Ｃ）において、リアパイプ３１（第３の排気管）は、貫通孔Ｈが形成されていないこと以外は、上述したリアパイプ３０と同様にマフラ２０に直管状に延設されており、前方端が吸気口として機能する。また、フロントパイプ４１（第１の排気管）は、その後方端がリアパイプ３１の前方端の近傍に略対向するように配置されたものである。

図３（Ａ）に示すフロントパイプ５１（第２の排気管）は、マフラ２０内に直管状に延設されている。また、図３（Ｂ）に示すフロントパイプ５２（第２の排気管）は、マフラ２０内で一回屈曲された形状を有している。さらに、図３（Ｃ）に示すフロントパイプ５３（第２の排気管）は、マフラ２０内で二回屈曲された形状を成している。また、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示される排気装置は、フロントパイプ６１，６２，６３の屈曲部（曲折部）がマフラ２０の外部に位置するように構成されたものである。

このようにして、第２の排気管であるフロントパイプ１６，５１〜５３，６１〜６３のマフラ２０内での長さを容易に調節することが可能であり、排気音の微妙なチューニングを極めて簡便に実施できる。

また、排気装置１００によれば、Ｖ型エンジンの左右両方のバンクから排出された排気ガスが、単一のマフラ２０を通して単一のリアパイプ３０で合流されるので、排気流が円滑となって背圧を低減することができる。さらに、デュアル長（管路長Ｌ１＋Ｌ２）を長く確保し易いので、排気の掃気性能と共に充填効率を向上でき、これらによりＶ型エンジンにおける中・低速域のトルクを増大させることができる。またさらに、二本のフロントパイプをマフラ２０の前段で接合する場合に比して、排気マニホールド１１，１２とマフラ２０との間のフロントパイプの機械強度を高めることができる。

なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない限度において様々な変形が可能である。例えば、排気装置１００が適用される内燃機関は、水平対向エンジン等のバンクを二つ有する他の内燃機関であってもよい。また、フロントパイプ１６をパイプ１６ａ，１６ｂの二部材から成る構成としたが、図３（Ｂ）に示すように、単一部材で形成して屈曲部を設けてもよいし、三部材以上から成る構成としてもよい。また逆に、図３（Ａ）〜（Ｃ）及び図４（Ａ）〜（Ｃ）におけるフロントパイプ５１〜５３，６１〜６３を途中で分断して複数部材で構成しても構わない。

さらに、マフラ２０内の室構成は図示に限られない。またさらに、フロントパイプ１６等の第２の排気管の管周にグラスウール等の消音材を取り付けてもよい。さらにまた、触媒コンバータ１３，１４は、マフラ２０の排気下流側に設置してもよい。

本発明による内燃機関の排気装置は、バンクからマフラまでの管路長が第２の排気管よりも短くされた第１の排気管を、その後方端が第３の排気管の吸気口の近傍に配される。よって、内燃機関が発現する原音をそのまま第３の排気管に伝達させて迫力感ある排気音を得ることができると共に、その迫力感ある排気音を所望の音質に調整し易くできる。したがって、内燃機関に接続された排気系等を備える車両等の機器、動機、設備等に広く利用することができる。

本発明による内燃機関の排気装置の好適な一実施形態を示す模式構成図で ある。 排気装置１００におけるマフラ２０の周辺部位を模式的に示す水平断面図 である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、フロントパイプのマフラ２０内における管路長Ｌ４を 適宜変化させた種々の実施形態を模式的に示す水平断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、フロントパイプのマフラ２０内における管路長Ｌ４を 適宜変化させた種々の実施形態を模式的に示す水平断面図である。

符号の説明

１６，５１，５２，５３，６１，６２，６３…フロントパイプ（第２の排気管）、１１，１２…排気マニホールド、１３，１４…触媒コンバータ、１５，４１…フロントパイプ（第１の排気管）、１５ｄ，１６ｄ，１６ｅ…後方端、１６ａ，１６ｂ…パイプ、１６ｆ…前方端、２０…マフラ、２１…Ａ室、２２…Ｂ室、２３…Ｃ室、２４…Ｄ室、２５…通気孔、３０，３１…リアパイプ（第３の排気管）、３０ｄ…前方端（吸気口）、１００…排気装置、Ｈ…貫通孔（吸気口）、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４…管路長。

Claims (2)

1. 内燃機関に設けられた二つのバンクと、該二つのバンクのそれぞれに接続された第１及び第２の排気管と、該第１及び第２の排気管の排気下流側に接続された単一のマフラと、該マフラの排気下流側に接続された第３の排気管と、を有する内燃機関の排気装置であって、
   前記第１の排気管は、該第１の排気管における前記バンクから前記マフラまでの管路長が、前記第２の排気管における前記バンクから前記マフラまでの管路長よりも短くなるように設けられており、且つ、該第１の排気管の後方端より排気流下流に第３の排気管における吸気口が設けられるとともに、第１の排気管の後方端と第３の排気管の吸気口との距離は、第２の排気管の後方端と第３の排気管の吸気口との距離より短く、
   前記第１の排気管の後方端が前記第３の排気管の吸気口に対向して開口するように設けられている、内燃機関の排気装置。
2. 内燃機関に設けられた二つのバンクと、該二つのバンクのそれぞれに接続された第１及び第２の排気管と、該第１及び第２の排気管の排気下流側に接続された単一のマフラと、該マフラの排気下流側に接続された第３の排気管と、を有する内燃機関の排気装置であって、
   前記第１の排気管は、該第１の排気管における前記バンクから前記マフラまでの管路長が、前記第２の排気管における前記バンクから前記マフラまでの管路長よりも短くなるように設けられており、且つ、該第１の排気管の後方端より排気流下流に第３の排気管における吸気口が設けられるとともに、第１の排気管の後方端と第３の排気管の吸気口との距離は、第２の排気管の後方端と第３の排気管の吸気口との距離より短く、
   前記第２の排気管の前記マフラ内における管路長が、前記第１の排気管の前記マフラ内における管路長よりも長くなるように設けられたものである、
   内燃機関の排気装置。

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