JP2011027038A

JP2011027038A - マフラ

Info

Publication number: JP2011027038A
Application number: JP2009174327A
Authority: JP
Inventors: Motochika Sakabe; 元哉坂部; Kazutoshi Wakatsuki; 一稔若月; Hideyuki Yukimitsu; 秀之幸光
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-07-27
Filing date: 2009-07-27
Publication date: 2011-02-10

Abstract

【課題】内燃機関から排出される排気ガスの排気騒音を広い周波数帯域に亘って低減することができるマフラを提供すること。
【解決手段】第１区画室２６、第２区画室２７および第３区画室２８を有するマフラ本体１１と、インレットパイプ１２と、アウトレットパイプ１３とを備え、インレットパイプ１２が、導入通路１２ａを有するとともに、複数の連通孔１２ｃを有し、導入通路１２ａと第１区画室２６とを連通する第１連通路１４ａを有する第１連通管１４と連結され、アウトレットパイプ１３が、第３区画室２８で開口するとともに、マフラ本体１１の外方で開口する排出通路３１ａを有するとともに、第３区画室２８内の開口端部１９に排出通路３１ａを開閉する開閉バルブ３２を備え、排出通路３１ａと第１区画室２６とを連通する第２連通路１５ａを有する第２連通管１５と連結されたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気音を低減するマフラに関する。

一般に、自動車などの車両に搭載された内燃機関は、内燃機関の運転中に回転数に応じて様々な周波数の排気音を発生する。この排気音のうち、ある特定の周波数のものは特に大きな音となり、耳障りな排気騒音の原因となることがある。一般に、このような様々な周波数の排気音や特定の周波数の大きな排気音を低減するよう、内燃機関の排気管にはマフラが設けられている。

従来、この種のマフラとして、前側壁と後側壁と区画板とによって区画された第１室、第２室および第３室を有する外筒と、上流端部が内燃機関の排気管に連結され、前側壁から第１室と第２室を貫通して第３室で下流端部が開口する排気入口管と、上流端部が第２室で開口し第３室と後側壁を貫通して下流端部が外筒の外側で開口する第１排気出口管と、上流端部が第１室で開口し下流端部が第２室で第１排気出口管と連結され、第１室内の排気ガスを第１排気出口管に流入させる第２排気出口管とを備え、第１排気出口管の上流端部に第１排気出口管の排気ガス流通路を開閉する開閉手段が設けられたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このマフラにおいては、排気入口管に第１室で開口する第１小孔、第２室で開口する第２小孔が設けられている。また、第１室と第２室とを区画する区画板に第１室と第２室とを連通させる連通管が設けられている。

この構成により、内燃機関の回転数が低い領域では、開閉手段が閉状態になっており、内燃機関から排出される排気ガスは、排気入口管から第１小孔を通って第１室内に流入するとともに、第２小孔を通って第２室内に流入し連通管を通って第２室から第１室内に流入する。第１室内に流入した排気ガスは、第２排気出口管の上流端部から第２排気出口管に流入し、第１排気出口管を通ってその下流端部から外部に排出される。

内燃機関の回転数が高い領域では、第２室内で上昇した排気ガスの圧力で開閉手段が開状態に切り替わり、内燃機関から排出される排気ガスの大半は、排気入口管から第２小孔を通って第２室内に流入するとともに、第１排気出口管の上流端部から第１排気出口管に流入し、その下流端部から外部に排出される。また、排気ガスの残りの一部は、排気入口管から第１小孔を通って第１室内に流入し、第２排気出口管の上流端部から第２排気出口管に流入し、第１排気出口管を通ってその下流端部から外部に排出される。

このようにして、従来のマフラにおいては、排気ガスを排気入口管から第１小孔を通して第１室内で拡張させるとともに、第２小孔を通し第２室内で拡張させて消音効果を得るようにしている。さらに、このマフラにおいては、内燃機関の回転数が低い領域で開閉手段を閉状態とし、第１排気出口管および第２排気出口管の長さの合計を従来のものより短く設定することにより、第１排気出口管および第２排気出口管の共鳴周波数を高周波側にシフトし、エンジン脈動による低周波領域での共鳴の発生を防止するようにしている。
また、このマフラにおいては、内燃機関の回転数が高い領域で開閉手段を開状態とし、排気ガスの背圧が高まるのを防止するとともに、第１排気出口管および第２排気出口管の全長を最少限にして、第１排気出口管および第２排気出口管のそれぞれの共鳴周波数を高く設定するようにしている。

特開平１１−８１９７８号公報

しかしながら、従来のマフラにおいては、第１排気出口管および第２排気出口管の合計の長さを短く設定することによる低周波領域の共鳴の回避と、第１排気出口管および第２排気出口管のそれぞれの長さを最少限に設定することによる低周波領域の共鳴の回避との３つの共鳴周波数の対策となっており、低減できる共鳴周波数の数に限界があるという問題があった。

また、このマフラにおいては、内燃機関の回転数が低い領域で、第１排気出口管および第２排気出口管の共鳴周波数を高周波側にシフトするだけであり、なお、高周波側で、エンジン脈動による共鳴が発生してしまうおそれがあるという問題があった。また、このマフラにおいては、内燃機関の回転数が高い領域で、第１排気出口管および第２排気出口管のそれぞれの共鳴周波数を高く設定するだけであり、なお、高い周波数の領域で、エンジン脈動による共鳴が発生してしまうおそれがあるという問題があった。

本発明は、前述の従来の問題を解決するためになされたもので、内燃機関から排出される排気ガスの排気騒音を広い周波数帯域に亘って低減することができるマフラを提供することを課題とする。

本発明に係るマフラは、上記の課題を解決するため、（１）筒状部材および区画板により区画された第１区画室、第２区画室および前記第１区画室と前記第２区画室との間に位置する第３区画室を有するマフラ本体と、内燃機関から排出される排気ガスを前記第１区画室内、前記第２区画室内および前記第３区画室内に導入する導入管と、前記第３区画室内の前記排気ガスを前記マフラ本体の外方に排出する排出管と、を備えたマフラにおいて、前記導入管が、前記第２区画室で開口する導入通路を有するとともに、前記導入通路と前記第３区画室とを連通する複数の連通孔を有し、前記導入通路と前記第１区画室とを連通する第１連通路を有する第１連通管と連結され、前記排出管が、前記第３区画室で開口するとともに、前記マフラ本体の外方で開口する排出通路を有するとともに、前記第３区画室内の開口端部に前記排出通路を開閉する開閉バルブを備え、前記排出通路と前記第１区画室とを連通する第２連通路を有する第２連通管と連結されたことを特徴とする。

この構成により、排出管の開口端部に排出通路を開閉する開閉バルブが設けられているので、内燃機関から排出される排気ガスの流通経路を切り替えることができる。
この開閉バルブにより、第２連通管と排出通路との連通部分を開状態とするとともに、排出通路の開口端部を閉状態とすることができる。
逆に排出通路の開口端部を開状態とするとともに、第２連通管と排出通路との連通部分を閉状態とすることができる。このように、単一の開閉バルブで、第２連通管と排出通路との連通部分の開閉だけでなく、排出通路の開口端部の開閉を同時に行うことができ、いわゆる三方弁として機能する。その結果、内燃機関から排出される排気ガスの排気騒音を広い周波数帯域に亘って低減することができる。

上記（１）に記載のマフラにおいて、（２）前記排出通路と前記第２連通路との連通部分が、前記開閉バルブの近傍に設けられ、前記開閉バルブが、前記内燃機関の回転数に応じて前記排出通路を開状態とするとき、前記第２連通路の前記連通部分を閉状態とし、前記排出通路を閉状態とするとき、前記第２連通路の前記連通部分を開状態とすることを特徴とする。

この構成により、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が低回転領域にあるとき、第２連通管内の高まった排気ガスの背圧（Ｐａ）、すなわちバルブ絞り効果を利用して、連通部分が開状態となり、開口端部が閉状態となったとき、ヘルムホルツの共鳴原理により、複数の共鳴周波数（Ｈｚ）を発生させるとともに減衰させ、排気騒音を低減することができる。

また、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が低回転領域にあるとき、動力の伝達効率を向上させ、いわゆる燃費を良くするため、トルクコンバータが搭載された車両においてロックアップが実行される場合がある。この場合、内燃機関の動力が直接トランスミッションに伝達され、急峻に内燃機関の負荷が上昇し、エンジン音、すなわち排気音が大きくなる。このようなときに、本発明に係るマフラにより、比較的低周波数（Ｈｚ）の共鳴周波数が低減されるので、車室内の低周波こもり音を低減することができる。

また、連通部分が開状態となり、開口端部が閉状態となったとき、第１区画室は、拡張室としても作用し、導入通路内を流通する排気ガスが第１連通管を通って第１区画室に流入する際、その体積が急激に拡張され、内燃機関の排気脈動からなる圧力変動が弱められて、排気騒音の音圧レベル（ｄＢ）が広い周波数帯域に亘って低減される。

他方、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が高回転領域にあるとき、第２連通管内の排気ガスの圧力（Ｐａ）が低下するとともに、第３区画室内の排気ガスの流速（ｍ／ｓ）が高まり、排気ガスの流動圧（Ｐａ）が所定の圧力（Ｐａ）に到達すると、開閉バルブが回動し排出通路の開口端部が開状態となり、第２連通管と排出通路との連通部分を閉状態とすることができる。
このように連通部分が閉状態となり、開口端部が開状態となったとき、ヘルムホルツの共鳴原理により、多段に共鳴周波数（Ｈｚ）を発生させるとともに減衰させ、排気騒音を低減することができる。

上記（１）または（２）に記載のマフラにおいて、（３）前記開閉バルブが、前記排出管に回動可能に支持された弁体を有するとともに、前記第２連通路の前記連通部分が閉状態になるよう前記弁体を付勢する付勢部材を有し、前記内燃機関の回転数が低回転領域のとき、前記第２連通路内の高まった負圧により、前記付勢部材の付勢力に抗して、前記弁体が回動し、前記第２連通路の前記連通部分が開状態になることを特徴とする。

この構成により、開閉バルブの第３区画室側の排気ガスの圧力と、第２連通路内の排気ガスの圧力とのバランスを利用して弁体が開閉するので、例えば、弁体を強制的に回動させるアクチュエータおよびこのアクチュエータの動作を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）などの新たな構成要素を設ける必要がなくなる。その結果、簡単な構造で安価に排気騒音が低減される。また、従来のマフラに開閉バルブが設けられているものの場合、新たに構成要素が増大することがなく、多段に共鳴周波数の排気騒音が低減される。また、付勢部材により弁体が付勢されているので、開閉バルブが車両の振動により振動することはなく、開閉バルブから異音が発生することはない。また、付勢部材により弁体が付勢されているので、所定の圧力が弁体に負荷されたとき、確実に弁体が開閉する。

上記（１）ないし（３）に記載のマフラにおいて、（４）前記排出管が、前記排気ガスを大気に放出するテールパイプと連続的に連結されたことを特徴とする。

この構成により、テールパイプの長さがアウトレットパイプに付加されパイプが長くなるので、共鳴周波数（Ｈｚ）が、比較的低周波数（Ｈｚ）となる。したがって、共鳴周波数ｆ_２（Ｈｚ）は、例えば、３０Ｈｚないし５０Ｈｚ程度の比較的低周波数（Ｈｚ）の共鳴を減衰させることができ、比較的低周波数において、車室内の反射で形成されうる定在波による共鳴の発生を抑制することができ、車室内の低周波こもり音を低減することができるという効果が得られる。

本発明によれば、内燃機関から排出される排気ガスの排気騒音を広い周波数帯域に亘って低減することができるマフラを提供することができる。

本発明の実施形態に係るマフラの斜視図である。本発明の実施形態に係るマフラの正面図である。図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。本発明の実施形態に係るマフラのアウタシェルの断面図である。本発明の実施形態に係るマフラのエンドプレートの正面図である。本発明の実施形態に係るマフラのエンドプレートの正面図である。本発明の実施形態に係るマフラのプレートの正面図である。本発明の実施形態に係るマフラのプレートの正面図である。本発明の実施形態に係るマフラの開閉バルブの一部を破断した開閉バルブの正面図である。図９のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。特定周波数の音を低減するための共鳴パイプの断面積Ｓ、共鳴パイプの長さＬ、共鳴室の容積Ｖの関係を示す図である。本発明の実施形態に係るマフラの断面図であり、開閉バルブが閉じた状態を示す。本発明の実施形態に係るマフラの断面図であり、開閉バルブが開いた状態を示す。本発明の実施形態に係るマフラの排出管の部分断面図であり、（ａ）は、開閉バルブが閉じた状態を示し、（ｂ）は、開閉バルブが開く途中の状態を示し、（ｃ）は、開閉バルブが開いた状態を示す。本発明の実施形態に係るマフラの消音効果を説明する説明図である。本発明の実施形態の変形例に係るマフラの排出管の部分断面図であり、（ａ）は、開閉バルブが閉じた状態を示し、（ｂ）は、開閉バルブが開く途中の状態を示し、（ｃ）は、開閉バルブが開いた状態を示す。本発明の実施形態の変形例に係るマフラの断面図である。本発明の実施形態の他の変形例に係るマフラの断面図である。

（実施形態）
以下、本発明の実施形態に係るマフラ１０について、図面を参照して説明する。

まず、構成について説明する。
本発明の実施形態に係るマフラ１０は、図示しない車両に搭載された内燃機関に適用されており、内燃機関から排出される排気ガスの排気音を低減するよう構成されている。
この内燃機関は、ガソリン内燃機関、ディーゼル内燃機関などの内燃機関の種類に制限はなく、また、適宜選択された単気筒または複数気筒を有するＶ型もしくは直列の内燃機関であってもよい。

マフラ１０は、図１に示すように、マフラ本体１１と、内燃機関から排出される排気ガスを導入する導入管としてのインレットパイプ１２と、マフラ本体１１内の排気ガスをマフラ本体１１の外方に排出する排出管としてのアウトレットパイプ１３と、インレットパイプ１２に設けられた第１連通管１４と、アウトレットパイプ１３に設けられた第２連通管１５とを含んで構成されている。

このアウトレットパイプ１３には、テールパイプ１６が連続的に連結されており、このテールパイプ１６の開口１６ａから排気ガスが大気に放出されるようになっている。このマフラ１０においては、各構成要素が高温の排気ガスに耐えうる耐熱性および耐食性と、高い機械的強度を有する材料、例えば、ステンレス（ＳＵＳ）などの金属材料で形成されており、内部の排気ガスが外部に漏出しないようになっている。

マフラ本体１１は、図２および図３に示すように、筒状部材としてのアウタシェル２１と、このアウタシェル２１の両端を閉塞する区画板としてのエンドプレート２２、２３と、このエンドプレート２２、２３の間に配置された区画板としてのセパレータ２４、２５とを含んで構成されている。マフラ本体１１の内部には、排気ガスを収容する第１区画室２６、第２区画室２７および第３区画室２８が画成されている。

アウタシェル２１は、図３および図４に示すように、略楕円形の断面を有する筒部２１ａと、エンドプレート２２と高い剛性を有して嵌合するよう、全周に亘って一定の幅で半径方向の外側に折り返された折り返し端部２１ｂと、エンドプレート２３と高い剛性を有して嵌合するよう、全周に亘って一定の幅で半径方向の外側に折り返された折り返し端部２１ｃとを有している。

エンドプレート２２は、図３および図５に示すように、アウタシェル２１の折り返し端部２１ｂと高い剛性を有して嵌合するよう、全周に亘って一定の幅で半径方向の外側に折り返された折り返し縁部２２ａを有している。また、エンドプレート２２は、折り返し縁部２２ａ側に突出した環状突出部２２ｂが形成されており、この環状突出部２２ｂに形成された貫通孔２２ｃには、インレットパイプ１２が挿入されるようになっている。

エンドプレート２３も、エンドプレート２２と同様、図３および図６に示すように、アウタシェル２１の折り返し端部２１ｃと高い剛性を有して嵌合するよう、全周に亘って一定の幅で半径方向の外側に折り返された折り返し縁部２３ａを有している。また、エンドプレート２３は、折り返し縁部２３ａ側に突出した環状突出部２３ｂが形成されており、この環状突出部２３ｂに形成された貫通孔２３ｃには、アウトレットパイプ１３が挿入されるようになっている。

セパレータ２４は、図３および図７に示すように、アウタシェル２１の内周面２１ｄと高い剛性を有して嵌合するよう、全周に亘って一定の高さで軸線方向に折り曲げられた折り曲げ部２４ａを有している。また、セパレータ２４は、折り曲げ部２４ａ側に突出した環状突出部２４ｂ、２４ｃが形成されており、この環状突出部２４ｂに形成された貫通孔２４ｄには、インレットパイプ１２が挿入されるようになっている。また、環状突出部２４ｃに形成された貫通孔２４ｅには、第２連通管１５が挿入されるようになっている。このセパレータ２４は、図３に示すように、エンドプレート２２とエンドプレート２３の間に配置されている。

セパレータ２５も、セパレータ２４と同様、図３および図８に示すように、アウタシェル２１の内周面２１ｄと高い剛性を有して嵌合するよう、全周に亘って一定の高さで軸線方向に折り曲げられた折り曲げ部２５ａを有している。また、セパレータ２５は、折り曲げ部２５ａ側に突出した環状突出部２５ｂ、２５ｃが形成されており、この環状突出部２５ｂに形成された貫通孔２５ｄには、インレットパイプ１２が挿入されるようになっている。また、環状突出部２５ｃに形成された貫通孔２５ｅには、アウトレットパイプ１３が挿入されるようになっている。

インレットパイプ１２は、図１および図３に示すように、円筒状に形成されており、内部に、内燃機関から排出される排気ガスを第１区画室２６、第２区画室２７および第３区画室２８に導入するよう両端が開口した導入通路１２ａを有している。一端部の開口は、マフラ本体１１の外方で、排気ガスの通路と連通している。

また、インレットパイプ１２には、第１区画室２６で半径方向に貫通する貫通孔１２ｂが形成されるとともに、第３区画室２８と導入通路１２ａとを連通する複数の連通孔１２ｃが形成されている。

このインレットパイプ１２は、エンドプレート２２の貫通孔２２ｃ、セパレータ２４の貫通孔２４ｄおよびセパレータ２５の貫通孔２５ｄに挿入され、エンドプレート２２、セパレータ２４およびセパレータ２５により支持され固定されている。

また、インレットパイプ１２は、図３に示すように、貫通孔１２ｂの中心と、複数の連通孔１２ｃの内、貫通孔１２ｂに近接した連通孔１２ｃの中心との間の距離は、Ｌ１で形成され、貫通孔１２ｂに近接した連通孔１２ｃの中心と開口端との間の距離は、Ｌ２で形成されている。

アウトレットパイプ１３は、図１、図３、図９および図１０に示すように、円筒状に形成された筒部３１と、この筒部３１の上流側の開口端部１９を開閉する開閉バルブ３２と、を含んで構成されている。この筒部３１は、内部に第３区画室２８で開口するとともに、マフラ１０の外方で開口する排出通路３１ａを有している。この筒部３１の第３区画室２８での開口端と、マフラ１０の外方での筒部３１の開口端との間の距離は、Ｌ５になるよう形成されている。

この筒部３１には、図１０に示すように、上流側の開口端部１９から中心までの間の距離がＬ６となるよう、貫通孔３１ｂが形成されており、貫通孔３１ｂには、第２連通管１５が挿入されるようになっている。また、筒部３１の上流側の開口端部１９は、図１および図９に示すように、その断面が四角形になるよう、例えば、絞り加工により開閉バルブ３２を収容するバルブ収容部３１ｃが形成されている。

このバルブ収容部３１ｃの両側面部の下部、すなわち貫通孔３１ｂに近接する側に、互いに軸線が一致する貫通孔３１ｅがそれぞれ対向するよう形成されている。また、一方側の貫通孔３１ｅに隣接するとともに並行して、貫通孔３１ｅよりも小径の貫通孔３１ｆが形成されている。

開閉バルブ３２は、図９および図１０に示すように、弁体３３と、シャフト３４と、付勢部材としてのコイルスプリング３５と、ストッパピン３６と、ストッパ３７と、固定リング３８とを含んで構成されている。開閉バルブ３２は、コイルスプリング３５の付勢力（Ｎ）により、第２連通管１５の開口を閉止するようになっている。図９および図１０は、第２連通管１５からアウトレットパイプ１３の排出通路３１ａに流入する排気ガスの圧力（Ｐａ）で開閉バルブ３２が開いた状態を示している。

この開閉バルブ３２においては、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が低回転領域にあるとき、第２連通管１５内の排気ガスの圧力（Ｐａ）、すなわち背圧（Ｐａ）が高まり、この背圧（Ｐａ）が所定値に到達すると弁体３３が回動して第２連通管１５と排出通路３１ａとの連通部分１８が開状態となり、排出通路３１ａの開口端部１９が閉状態となるよう構成されている。

他方、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が高回転領域にあるとき、第２連通管１５内の排気ガスの圧力（Ｐａ）、すなわち背圧（Ｐａ）が低下するとともに、第３区画室２８内の排気ガスの流速（ｍ／ｓ）が高まり、排気ガスの流動圧（Ｐａ）所定値に到達すると、弁体３３が押され排出通路３１ａの開口端部１９が開状態となり、第２連通管１５と排出通路３１ａとの連通部分１８が閉状態となるよう構成されている。

弁体３３は、例えば、板金のプレス加工により形成され、第２連通管１５の開口を閉止する閉止部３３ａと、シャフト３４に、溶接などの接合手段により接合されるよう湾曲した湾曲部３３ｂとを有している。この弁体３３は、完全に開状態のとき、図９に示すように、アウトレットパイプ１３の排出通路３１ａが閉状態となるよう構成されており、この閉状態のとき、筒部３１の内壁面３１ｄと弁体３３の外周側面との間に僅かの隙間ができるようその外形が形成されている。

シャフト３４は、円柱状に形成され、各端部が貫通孔３１ｅに挿入され回動可能に筒部３１に支持されている。シャフト３４の一方端部には、コイルスプリング３５の一端部を係止させるストッパピン３６が連結されており、コイルスプリング３５を変形可能に支持している。シャフト３４の他方端部には、固定リング３８が装着されており、シャフト３４が貫通孔３１ｅから抜け出ないようになっている。

コイルスプリング３５は、巻回された線材で形成され、所定のバネ定数（Ｎ／ｍ）を有しており、第２連通管１５の開口を所定の押圧力（Ｎ）で閉止するようになっている。一方端部は、バルブ収容部３１ｃの貫通孔３１ｆに挿入され、他方端部は、ストッパピン３６に係止されている。

ストッパ３７は、Ｌの字状に形成され、バルブ収容部３１ｃの上部、すなわちシャフト３４から離隔した側の内壁に固定され、弁体３３が完全に開状態のとき、それ以上開かないよう規制している。

第１連通管１４は、図１および図３に示すように、円筒状に形成されており、内部に内燃機関から排出される排気ガスを第１区画室２６内に流入させるよう、インレットパイプ１２の貫通孔１２ｂと連通するとともに、第１区画室２６内で開口する第１連通路１４ａを有している。この第１連通管１４は、インレットパイプ１２に連結されており、貫通孔１２ｂと第１連通路１４ａとの連通部分から開口までの距離がＬ３で形成されている。

この第１連通路１４ａの断面積Ｓ１（ｍｍ^２）は、インレットパイプ１２の導入通路１２ａの断面積Ｓ２（ｍｍ^２）よりも小さく形成されており、第１連通路１４ａ内の排気ガスの背圧（Ｐａ）が高くなるよう、いわゆる絞り孔として作用するようになっている。また、第１連通路１４ａ、導入通路１２ａの形状は、円形以外の任意の形状で形成してもよい。例えば、楕円形、方形、多角形で形成してもよい。

第２連通管１５は、図３および図１０に示すように、略Ｌの字状に折り曲げられた円筒で形成されており、内部に第１区画室２６内の排気ガスをアウトレットパイプ１３の排出通路３１ａに流入させるよう第１区画室２６内で開口するとともに、排出通路３１ａと連通する、第２連通路１５ａを有している。この第２連通管１５の一方端部は、アウトレットパイプ１３の貫通孔３１ｂに挿入され、アウトレットパイプ１３の内壁面３１ｄから僅かに突出してアウトレットパイプ１３に固定されている。この第２連通管１５の第１区画室２６内での開口端と、マフラ１０の外方での筒部３１の開口端との間の距離は、Ｌ４になるよう形成されている。

この第２連通路１５ａの断面積Ｓ３（ｍｍ^２）は、アウトレットパイプ１３の排出通路３１ａの断面積Ｓ４（ｍｍ^２）よりも小さく形成されているが、同等またはそれ以上の大きさで形成されていてもよい。また、第２連通路１５ａ、排出通路３１ａの形状は、円形以外の任意の形状で形成してもよい。例えば、楕円形、方形、多角形で形成してもよい。

なお、第２連通管１５は、略Ｌの字状に折り曲げられた円筒で形成されているが、他の形状で形成されるようにしてもよい。例えば、第２連通管１５の直線部分をさらに湾曲させ、Ｕの字状にして、その全長が長くなるようにしてもよい。

テールパイプ１６は、円筒状に形成されており、内部にアウトレットパイプ１３の排出通路３１ａと連通し、下流側の端部で排気ガスを大気に放出する開口１６ａが形成された排出通路１６ｂを有している。このテールパイプ１６は、図３に示すように、アウトレットパイプ１３の排出通路３１ａとの連通部分から開口１６ａまでの距離がＬｔになるよう形成されている。

この構成により、第１区画室２６は、エンドプレート２２の側面２２ｄと、アウタシェル２１の内周面２１ｄと、セパレータ２４の側面２４ｆとにより画成されており、いわゆる拡張室または共鳴室として機能するようになっている。

また、第２区画室２７は、エンドプレート２３の側面２３ｄと、アウタシェル２１の内周面２１ｄと、セパレータ２５の側面２５ｇとにより画成されており、いわゆる共鳴室として機能するようになっている。

また、第３区画室２８は、セパレータ２４の側面２４ｇと、アウタシェル２１の内周面２１ｄと、セパレータ２５の側面２５ｆとにより画成されており、いわゆる拡張室または共鳴室として機能するようになっている。

ここで、拡張室とは、インレットパイプ１２内の導入通路１２ａの断面積（ｍｍ^２）に対して比較的大きな断面積（ｍｍ^２）を有し、所定の容積（ｍｍ^３）を備えた空洞からなる。この拡張室においては、導入通路１２ａ内を流通する排気ガスが拡張室に流入する際、その体積が急激に拡張され、内燃機関の排気脈動からなる圧力変動が弱められて、排気騒音の音圧レベル（ｄＢ）が広い周波数帯域に亘って低減されるといういわゆる拡張効果が得られる。

また、共鳴室とは、いわゆるヘルムホルツの共鳴原理を利用して特定周波数（Ｈｚ）の排気音を共鳴させるよう、所定の容積（ｍｍ^３）を備えた空洞からなる。この共鳴室は、図１１に模式的に示すように、空気流通路ｔから分岐した分岐通路ｂを有するいわゆる首の部分からなる共鳴パイプｐに連結され、この分岐通路ｂと連通して共鳴部材内部に形成された空洞ｈで、特定周波数の排気音がこの空洞内で共鳴するようになっている。

この特定周波数をｆ（Ｈｚ）とし、共鳴パイプｐの断面積をＳ（ｍｍ^２）、共鳴パイプｐの長さ、すなわち分岐通路ｂの空気流通路ｔからの分岐部分から、分岐通路ｂと空洞ｈとの連通部分までの距離をＬ（ｍｍ）とし、空洞ｈの容積をＶ（ｍｍ^３）とし、ｃを空気中の音速（ｍ／ｓ）すると、特定周波数ｆは次式（１）で表されることが知られている。

この場合、分岐通路ｂから空洞ｈに伝播する排気音の周波数（Ｈｚ）が、ｆと一致すると、排気音は、空洞ｈで共鳴することになる。そして、空洞ｈで共鳴が起きると、共鳴パイプｐの分岐通路ｂ内で空気が激しく振動し、共鳴パイプｐの内壁との摩擦などにより振動エネルギが熱エネルギに変換されて減衰することになる。その結果、共鳴した排気騒音が低減される。

このように、排気騒音となる音圧レベル（ｄＢ）の高い特定周波数ｆで共鳴するよう共鳴パイプｐの断面積Ｓおよび長さＬ、空洞ｈの容積Ｖを設計すれば、その１次成分の周波数だけでなく、２次成分や３次成分などの整数倍の成分の周波数の騒音も低減することができる。例えば、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）によって発生する特定周波数ｆが２００Ｈｚであると、ｆが２００Ｈｚになるよう前述のＳ、ＬおよびＶが設計されていれば、２００Ｈｚの排気音だけでなく、２次成分の４００Ｈｚ、３次成分の６００ＨＺ、４次成分の８００Ｈｚや５次成分の１ｋＨｚなどの整数倍の成分の排気騒音を低減することができる。

本実施形態に係るマフラ１０のマフラ本体１１の長さ（ｍｍ）、外形の大きさ（ｍｍ）、インレットパイプ１２、アウトレットパイプ１３、第１連通管１４、第２連通管１５およびテールパイプ１６の内径（ｍｍ）、厚さ（ｍｍ）および長さ（ｍｍ）、開閉バルブ３２のコイルスプリング３５の付勢力（Ｎ）および所定のバネ定数（Ｎ／ｍ）、開閉バルブ３２を開状態にする排気ガスの背圧の所定値（Ｐａ）、各構成要素の材質、距離Ｌ１（ｍｍ）、Ｌ２（ｍｍ）、Ｌ３（ｍｍ）、Ｌ４（ｍｍ）、Ｌ５（ｍｍ）、Ｌ６（ｍｍ）、Ｌｔ（ｍｍ）、第１区画室２６、第２区画室２７および第３区画室２８の容積（ｍｍ^３）は、本実施形態に係るマフラ１０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。

次いで、本実施形態に係るマフラ１０内の排気ガスの流動と、このマフラ１０内で発生する排気騒音を低減する低減作用について説明する。

内燃機関が始動すると、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が低回転領域にあるとき、図示しないシリンダ内の排気ガスは、排気ポート、エキゾーストマニホールド、排気管内を流通し、三元触媒装置により浄化された後、図１２に示すように、インレットパイプ１２の導入通路１２ａ内に流入する。そして、導入通路１２ａ内の排気ガスは、第１連通管１４の第１連通路１４ａを通って第１区画室２６内に流入し、複数の連通孔１２ｃを通って第３区画室２８内に流入し、開口１２ｄから第２区画室２７に流入する。

このとき、第１区画室２６および第２連通管１５の第２連通路１５ａ内の排気ガスの背圧Ｐｈ（Ｐａ）が、第１連通管１４のいわゆる絞り孔効果によって高められている。他方、複数の連通孔１２ｃを通って第３区画室２８内に流入した排気ガスは、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が低回転領域にあるので、その流速（ｍ／ｓ）は低く、流動圧Ｐｒ（Ｐａ）が低くなっている。すなわち、背圧Ｐｈ＞流動圧Ｐｒとなっているので、図１４（ｂ）に示すように、開閉バルブ３２の弁体３３を徐々に反時計方向に回動させる。そして、この背圧Ｐｈ（Ｐａ）が所定値（Ｐａ）に到達すると開閉バルブ３２の弁体３３は、コイルスプリング３５の付勢力（ｎ）に抗して、さらに反時計回りに回動し、図１４（ａ）に示すように、第２連通管１５と排出通路３１ａとの連通部分１８が開状態となり、排出通路３１ａの開口端部１９が閉状態となる。

この状態、すなわち、連通部分１８が開状態となり、開口端部１９が閉状態となったとき、前述のヘルムホルツの共鳴原理により、次のような共鳴周波数（Ｈｚ）が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。

このようなマフラ１０において、低減することができる共鳴周波数（Ｈｚ）とマフラ１０の構造との関係は、一般に、次式（２）に表されることが知られている。

ここで、ｆ_０は、低減される共鳴周波数（Ｈｚ）、ｃは、空気中の音速（ｍ／ｓ）、ｋは音響バネ係数（Ｎ／ｍ：ｋｇ／ｓ^２）、ｍは、音響マス（ｋｇ）、Ｓは、図１１に示す分岐通路ｂを構成する共鳴パイプの断面積（ｍｍ^２）、Ｖは、図１１に示す空洞ｈを構成する共鳴室の体積（ｍｍ^３）、Ｌは、共鳴パイプの長さ（ｍｍ）、ｄは、共鳴パイプの径（ｍｍ）を表している。

マフラ１０においては、まず、図１２に示すＬ１がインレットパイプ１２で構成される共鳴パイプの長さに相当し、第２区画室２７および第３区画室２８で構成される共鳴室の体積をＶ_２３とし、インレットパイプ１２の径をｄ_１とし、インレットパイプ１２の断面積をＳ_１とし、この場合の共鳴周波数をｆ_１とすると、ｆ_１は、次式（３）で表される。

この式（３）で表される共鳴周波数ｆ_１（Ｈｚ）がマフラ１０において低減され、さらに、このｆ_１を基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆ_１の共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆ_１の共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

また、図１２に示すＬ４＋Ｌｔが、第２連通管１５、アウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６で構成される共鳴パイプの長さに相当し、第１区画室２６で構成される共鳴室の体積をＶ_１とし、第２連通管１５、アウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６の径をｄ_２とし、第２連通管１５、アウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６の断面積をＳ_２とし、この場合の共鳴周波数をｆ_２とすると、ｆ_２は、次式（４）で表される。ここで、長さ（Ｌ４＋Ｌｔ）は、各パイプの各通路の軸線であって、折れ曲がった曲部に沿う軸線の曲部の長さを含む実質の長さを表し、径ｄ_２は、各パイプの実質的な径を表している。

この場合、第２連通管１５、アウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６に侵入した排気音は、テールパイプ１６の開口１６ａから放出される音と、開口１６ａで反射して第２連通管１５の方向に侵入する音に分かれる。テールパイプ１６内を下流側に進行する粗密波からなる排気音は、開口１６ａで大気に開放されるので、急激な圧力変化により、いわゆる排気音の開口端反射が起こり、この反射音の侵入する通路が、第２連通管１５、アウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６で構成される共鳴パイプとなり、第１区画室２６が共鳴室となる。

共鳴周波数ｆ_１と同様、この式（４）で表される共鳴周波数ｆ_２（Ｈｚ）がマフラ１０において低減され、さらに、このｆ_２を基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆ_２の共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆ_２の共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

この連通部分１８が開状態となり、開口端部１９が閉状態となったとき、第１区画室２６は、前述の拡張室としても作用し、導入通路１２ａ内を流通する排気ガスが第１連通管１４を通って第１区画室２６に流入する際、その体積が急激に拡張され、内燃機関の排気脈動からなる圧力変動が弱められて、排気騒音の音圧レベル（ｄＢ）が広い周波数帯域に亘って低減される。

他方、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が高回転領域になると、回転数（ｒｐｍ）が低回転領域にあるときと同様、図１３に示すように、インレットパイプ１２の導入通路１２ａ内に流入する。そして、導入通路１２ａ内の排気ガスは、第１連通管１４の第１連通路１４ａを通って第１区画室２６内に流入し、複数の連通孔１２ｃを通って第３区画室２８内に流入し、開口１２ｄから第２区画室２７に流入する。

このとき、第１区画室２６および第２連通管１５の第２連通路１５ａ内の排気ガスの背圧Ｐｈ（Ｐａ）が、第１連通管１４のいわゆる絞り孔によって高められている。他方、複数の連通孔１２ｃを通って第３区画室２８内に流入した排気ガスは、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が高回転領域にあるので、その流速（ｍ／ｓ）は高く、流動圧Ｐｒ（Ｐａ）が高くなっている。すなわち、流動圧Ｐｒ＞背圧Ｐｈとなっているので、図１４（ｂ）に示すように、この流動圧Ｐｒ（Ｐａ）が開閉バルブ３２の弁体３３を徐々に時計回りに回動させ、流動圧Ｐｒ（Ｐａ）が所定値（Ｐａ）に到達すると開閉バルブ３２の弁体３３はコイルスプリング３５の付勢力（ｎ）に助けられ、図１４（ｃ）に示すように、時計回りに回動して第２連通管１５と排出通路３１ａとの連通部分１８が閉状態となり、排出通路３１ａの開口端部１９が開状態となる。

この状態、すなわち、連通部分１８が閉状態となり、開口端部１９が開状態となったとき、前述のヘルムホルツの共鳴原理により、次のような共鳴周波数（Ｈｚ）が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。

まず、図１２に示すＬ２がインレットパイプ１２で構成される共鳴パイプの長さに相当し、第２区画室２７で構成される共鳴室の体積をＶ_２とし、インレットパイプ１２の径をｄ_１とし、インレットパイプ１２の断面積をＳ_１とし、この場合の共鳴周波数をｆ_３とすると、ｆ_３は、次式（５）で表される。

この式（５）で表される共鳴周波数ｆ_３（Ｈｚ）がマフラ１０において低減され、さらに、このｆ_３を基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆ_３の共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆ_３の共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

また、図１２に示すＬ５＋Ｌｔがアウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６で構成される共鳴パイプの長さに相当し、第３区画室２８で構成される共鳴室の体積をＶ_３とし、アウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６の径をｄ_４とし、アウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６の断面積をＳ_４とし、この場合の共鳴周波数をｆ_４とすると、ｆ_４は、次式（６）で表される。ここで、長さ（Ｌ５＋Ｌｔ）は、各パイプの各通路の軸線であって、折れ曲がった曲部に沿う軸線の曲部の長さを含む実質の長さを表し、径ｄ_４は、各パイプの実質的な径を表している。

共鳴周波数ｆ_１と同様、この式（６）で表される共鳴周波数ｆ_４（Ｈｚ）がマフラ１０において低減され、さらに、このｆ_４を基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆ_４の共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆ_４の共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

また、図１２に示すＬ３が第１連通管１４で構成される共鳴パイプの長さに相当し、第１区画室２６で構成される共鳴室の体積をＶ_１とし、第１連通管１４の径をｄ_５とし、第１連通管１４の断面積をＳ_５とし、この場合の共鳴周波数をｆ_５とすると、ｆ_５は、次式（７）で表される。

共鳴周波数ｆ_１と同様、この式（７）で表される共鳴周波数ｆ_５（Ｈｚ）がマフラ１０において低減され、さらに、このｆ_５を基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆ_５の共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆ_５の共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

本実施形態に係るマフラ１０は、前述のように構成されているので、以下のような効果が得られる。

すなわち、本実施形態に係るマフラ１０は、アウタシェル２１およびセパレータ２４、２５により区画された第１区画室２６、第２区画室２７および第１区画室２６と第２区画室２７との間に位置する第３区画室２８を有するマフラ本体１１と、内燃機関から排出される排気ガスを第１区画室２６内、第２区画室内２７および第３区画室２８内に導入するインレットパイプ１２と、第３区画室２８内の排気ガスをマフラ本体１１の外方に排出するアウトレットパイプ１３とを備えている。

このマフラ１０において、インレットパイプ１２が、第２区画室２７で開口する導入通路１２ａを有するとともに、導入通路１２ａと第３区画室２８とを連通する複数の連通孔１２ｃを有し、導入通路１２ａと第１区画室２６とを連通する第１連通路１４ａを有する第１連通管１４と連結されている。

また、アウトレットパイプ１３が、第３区画室２８で開口するとともに、マフラ本体１１の外方で開口する排出通路３１ａを有するとともに、第３区画室２８内の開口端部１９に排出通路３１ａを開閉する開閉バルブ３２を備え、排出通路３１ａと第１区画室２６とを連通する第２連通路１５ａを有する第２連通管１５と連結されている。

また、排出通路３１ａと第２連通路１５ａとの連通部分１８が、開閉バルブ３２の近傍であって、開口端部１９から中心までの間の距離がＬ６となるように設けられ、開閉バルブ３２が、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）に応じて排出通路３１ａを開状態とするとき、第２連通路１５ａの連通部分１８を閉状態とし、排出通路３１ａを閉状態とするとき、第２連通路１５ａの連通部分１８を開状態とするよう構成されている。

その結果、マフラ１０においては、アウトレットパイプ１３の開口端部１９に開閉バルブ３２が設けられているので、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が低回転領域にあるとき、第２連通管１５内の高まった排気ガスの背圧（Ｐａ）、すなわちバルブ絞り効果を利用して、弁体３３を自動的に回動させて第２連通管１５と排出通路３１ａとの連通部分１８を開状態とし、排出通路３１ａの開口端部１９を閉状態とすることができる。

この状態、すなわち、連通部分１８が開状態となり、開口端部１９が閉状態となったとき、前述のヘルムホルツの共鳴原理により、前述のように共鳴周波数ｆ_１（Ｈｚ）、ｆ_２（Ｈｚ）を発生させるとともに減衰させ、排気騒音を低減することができるという効果が得られる。特に共鳴周波数ｆ_２（Ｈｚ）は、いわゆる共鳴パイプの長さを（Ｌ４＋Ｌｔ）という長い距離とすることができるので、式（４）から比較的低周波数（Ｈｚ）となる。したがって、共鳴周波数ｆ_２（Ｈｚ）は、例えば、３０Ｈｚないし５０Ｈｚ程度の比較的低周波数（Ｈｚ）となり、低周波の共鳴を減衰させることができ、比較的低周波帯域において、車室内の反射で形成されうる定在波による共鳴の発生を抑制することができ、車室内の低周波こもり音を低減することができるという効果が得られる。

また、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が低回転領域にあるとき、動力の伝達効率を向上させ、いわゆる燃費を良くするため、図示しないトルクコンバータにおいてロックアップが実行される場合がある。このときに、内燃機関の動力が直接トランスミッションに伝達され、急峻に内燃機関の負荷が上昇し、エンジン音、すなわち排気音が大きくなる。このようなときに、本実施形態に係るマフラ１０により、比較的低周波数（Ｈｚ）の共鳴周波数ｆ_２が低減されるので、車室内の低周波こもり音を低減することができるという効果が得られる。

また、共鳴周波数ｆ_１（Ｈｚ）、ｆ_２（Ｈｚ）を基本周波数（Ｈｚ）とする２次ないし高次の共鳴周波数（Ｈｚ）をそれぞれ発生させるとともに減衰させ、排気騒音を低減することができるという効果が得られる。

また、連通部分１８が開状態となり、開口端部１９が閉状態となったとき、第１区画室２６は、前述のように拡張室としても作用し、導入通路１２ａ内を流通する排気ガスが第１連通管１４を通って第１区画室２６に流入する際、その体積が急激に拡張され、内燃機関の排気脈動からなる圧力変動が弱められて、排気騒音の音圧レベル（ｄＢ）が広い周波数帯域に亘って低減されるという効果が得られる。

この開閉バルブ３２は、排気ガスの背圧（Ｐａ）および流動圧（Ｐａ）を利用して、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）に応じて自動的に開閉されるので、開閉バルブを強制的に回動させるアクチュエータおよびこのアクチュエータの動作を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）を必要としない。その結果、簡単な構造で安価に排気騒音を低減することができるという効果が得られる。また、従来のマフラに開閉バルブが設けられているものの場合、新たに構成要素を増大することがなく、多段に共鳴周波数の排気騒音を低減することができるという効果が得られる。また、コイルスプリング３５により弁体３３が付勢されているので、開閉バルブ３２が車両の振動や排気ガスの脈動により振動することはなく、開閉バルブ３２から異音が発生することはない。また、コイルスプリング３５により弁体３３が付勢されているので、所定の圧力（Ｐａ）が弁体３３に負荷されたとき、確実に弁体３３が開閉する。

他方、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が高回転領域にあるとき、第２連通管１５内の排気ガスの圧力（Ｐａ）が低下するとともに、第３区画室２８内の排気ガスの流速（ｍ／ｓ）が高まり、排気ガスの流動圧（Ｐａ）が所定値に到達すると、弁体３３が押され排出通路３１ａの開口端部１９が開状態となり、第２連通管１５と排出通路３１ａとの連通部分１８を閉状態とすることができる。

この状態、すなわち、連通部分１８が閉状態となり、開口端部１９が開状態となったとき、前述のヘルムホルツの共鳴原理により、前述のように共鳴周波数ｆ_３（Ｈｚ）、ｆ_４（Ｈｚ）およびｆ_５（Ｈｚ）を発生させるとともに減衰させ、排気騒音を低減することができるという効果が得られる。

また、共鳴周波数ｆ_３（Ｈｚ）、ｆ_４（Ｈｚ）およびｆ_５（Ｈｚ）を基本周波数（Ｈｚ）とする２次ないし高次の共鳴周波数（Ｈｚ）をそれぞれ発生させるとともに減衰させ、排気騒音を低減することができるという効果が得られる。

本実施形態に係るマフラ１０においては、図１５に示すように、内燃機関の低回転領域におけるバルブ絞り効果による排気ガスの背圧（Ｐａ）の上昇を利用して、開閉バルブ３２がアウトレットパイプ１３の開口端部１９を閉じたとき、すなわちバルブ閉のとき、ロングテール共鳴１で示した共鳴周波数（Ｈｚ）および低周波共鳴で示した共鳴周波数（Ｈｚ）を低減させることができ、消音効果が得られる。

また、内燃機関の高回転領域における排気ガスの背圧（Ｐａ）の低下と流動圧（Ｐａ）の上昇を利用して開閉バルブ３２がアウトレットパイプ１３の開口端部１９を開いたとき、すなわちバルブ開のとき、高周波共鳴１で示した共鳴周波数（Ｈｚ）と、ロングテール共鳴２で示した共鳴周波数（Ｈｚ）および高周波共鳴２で示した共鳴周波数（Ｈｚ）を低減させることができる。さらに、これらの共鳴周波数（Ｈｚ）の高次の共鳴周波数（Ｈｚ）も低減することができる。したがって、本実施形態に係るマフラ１０においては、従来のマフラの場合よりも、さらに多段に亘って多数の共鳴周波数（Ｈｚ）を低減することができ、優れた消音効果が得られる。

また、各共鳴周波数（Ｈｚ）が、近接した周波数（Ｈｚ）になるよう本実施形態に係るマフラ１０を構成するようにすれば、比較的広範囲の排気騒音を低減することができる。
例えば、図１５に示す高周波共鳴１で示した共鳴周波数（Ｈｚ）と、ロングテール共鳴２で示した共鳴周波数（Ｈｚ）とを近くに置くよう本実施形態に係るマフラ１０を構成するようにすれば、高周波共鳴１の近傍の周波数とロングテール共鳴２の近傍の周波数の帯域をカバーすることができる。

本実施形態に係るマフラ１０においては、略四角形の開閉バルブ３２を断面が四角形のバルブ収容部３１ｃに収容した場合について説明したが、本発明のマフラの開閉バルブを、他の構造で構成するようにしてもよい。例えば、本発明のマフラの開閉バルブを、図１６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す開閉バルブ４０で構成してもよい。

図１６（ａ）に示すように、開閉バルブ４０は、筒部３１の上流側の開口端部１９に形成されたバルブ収容部３９に収容されるよう構成されており、バルブ収容部３９の下部に設けられたバルブ支持金具４１と、このバルブ支持金具４１に回動可能に支持されたシャフト４２と、このシャフト４２に固定された弁体４３と、この弁体４３を図１６（ｃ）に示すように第２連通管１５と排出通路３１ａとの連通部分１８が閉状態となるよう付勢するコイルスプリング４４、４５と、弁体４３の回動を規制するストッパ４６とを含んで構成されている。開閉バルブ４０においては、弁体４３が時計回りに回動したとき、弁体４３に凸状に形成された閉止部４３ａが、コイルスプリング４４、４５の付勢力（Ｎ）により、第２連通管１５の開口を閉止するようになっている。

この開閉バルブ４０においては、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が低回転領域にあるとき、第２連通管１５内の排気ガスの圧力（Ｐａ）、すなわち背圧（Ｐａ）が高まり、この背圧（Ｐａ）が所定値に到達すると弁体４３が回動して第２連通管１５と排出通路３１ａとの連通部分１８が開状態となり、排出通路３１ａの開口端部１９が閉状態となるよう構成される。

他方、内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が高回転領域にあるとき、第２連通管１５内の排気ガスの圧力（Ｐａ）、すなわち背圧（Ｐａ）が低下するとともに、第３区画室２８内の排気ガスの流速（ｍ／ｓ）が高まり、排気ガスの流動圧（Ｐａ）所定値に到達すると、図１６（ｃ）に示すように、弁体４３が押され排出通路３１ａの開口端部１９が開状態となり、第２連通管１５と排出通路３１ａとの連通部分１８が閉状態となるよう構成される。

本実施形態に係るマフラ１０においては、マフラ本体１１、インレットパイプ１２、アウトレットパイプ１３、第１連通管１４および第２連通管１５とを有し、マフラ本体１１が第１区画室２６、第２区画室２７および第３区画室２８の３個の区画室を有する場合について説明した。しかしながら、マフラ本体１１が有する区画室が３個以外のもので、マフラ本体１１を構成するようにしてもよい。

以下、２個の区画室を有するマフラ本体５１でマフラ５０を構成した第１変形例と、３個の区画室を有するマフラ本体６１でマフラ６０を構成した第２変形例について図面を参照して説明する。なお、第１変形例に係るマフラ５０および第２変形例に係るマフラ６０においては、本実施形態に係るマフラ１０のマフラ本体１１に形成された第１区画室２６、第２区画室２７、第３区画室２８およびこれらを区画する構成要素が異なっているが、他の構成要素は同様に構成されている。したがって、図１ないし図１０に示した実施形態と同一の符号を用いて説明し、特に相違点のみ詳述する。

（第１変形例）
図１７に示すように、マフラ５０は、マフラ本体５１、インレットパイプ５２および実施形態と同じ他の構成要素を含んで構成されている。

マフラ本体５１は、実施形態と同様、筒状部材としてのアウタシェル５３および実施形態と同じ他の構成要素を含んで構成されており、マフラ本体５１の内部には、Ａ室５４、Ｂ室５５が画成されている。アウタシェル５３は、実施形態と同様、略楕円形の断面を有する筒部５３ａと、折り返し端部５３ｂ、５３ｃとを有している。インレットパイプ５２は、実施形態のインレットパイプ１２に形成された連通孔１２ｃが設けられていないこと以外はインレットパイプ１２と同様に形成されている。

この構成により、第１変形例に係るマフラ５０においては、前述のヘルムホルツの共鳴原理により、以下のように複数の共鳴周波数（Ｈｚ）を発生させるとともに減衰させ、排気騒音を低減することができるという効果が得られる。

内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が、低回転領域のとき、すなわち、開閉バルブ３２の弁体３３が、図１７に示すＡの位置になり、連通部分１８が開状態となり、開口端部１９が閉状態となったとき、前述のヘルムホルツの共鳴原理により、次のような共鳴周波数（Ｈｚ）が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。

まず、インレットパイプ５２で構成される共鳴パイプＬ１部分と、Ｂ室５５で構成される共鳴室とにより、共鳴周波数ｆａのいわゆる低周波共鳴が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。さらに、このｆａを基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆａの共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆａの共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

また、第２連通管１５、アウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６で構成される共鳴パイプ（Ｌ３＋Ｌｔ）部分と、Ａ室５４で構成される共鳴室とにより、共鳴周波数ｆｂのいわゆるロングテール共鳴が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。さらに、このｆｂを基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆｂの共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆｂの共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が、高回転領域のとき、すなわち、開閉バルブ３２が、図１７のＢで示すように、連通部分１８が閉状態となり、開口端部１９が開状態となったとき、前述のヘルムホルツの共鳴原理により、次のような共鳴周波数（Ｈｚ）が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。

まず、第１連通管１４で構成される共鳴パイプＬ２部分と、Ａ室５４で構成される共鳴室とにより、共鳴周波数ｆｃのいわゆる高周波共鳴が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。さらに、このｆｃを基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆｃの共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆｃの共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

また、アウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６で構成される共鳴パイプ（Ｌ４＋Ｌｔ）部分と、Ｂ室５５で構成される共鳴室とにより、共鳴周波数ｆｄのいわゆるロングテール共鳴が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。さらに、このｆｄを基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆｄの共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆｄの共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

車両およびこの車両に搭載される内燃機関の設定諸元に応じて、共鳴周波数ｆａないし共鳴周波数ｆｄが目的とする所定の周波数（Ｈｚ）になるよう、第１変形例に係るマフラ５０の各構成要素の構造や寸法などの諸元がシミュレーション、実験や経験値などのデータに基づいて適宜選択される。

（第２変形例）
図１８に示すように、マフラ６０は、マフラ本体６１、インレットパイプ６２および実施形態と同じ他の構成要素を含んで構成されている。

マフラ本体６１は、実施形態と同様、筒状部材としてのアウタシェル６３および実施形態と同じ他の構成要素を含んで構成されており、マフラ本体６１の内部には、Ａ室６４、Ｂ室６５、Ｃ室６６、Ｄ室６７、Ｅ室６８が画成されている。アウタシェル６３は、実施形態と同様、略楕円形の断面を有する筒部６３ａと、折り返し端部６３ｂ、６３ｃとを有している。インレットパイプ６２は、実施形態のインレットパイプ１２に形成された連通孔１２ｃが、Ｂ室６５の部分、Ｃ室６６の部分、Ｄ室６７の部分にそれぞれ設けられていること以外はインレットパイプ１２と同様に形成されている。Ｂ室６５の部分に連通孔６２ａ、Ｃ室６６の部分に連通孔６２ｂ、Ｄ室６７の部分に連通孔６２ｃがそれぞれ設けられている。また、連通孔６２ａ、６２ｂ、６２ｃが形成されている部分のインレットパイプ６２の板厚はｔで形成されている。

この構成により、第２変形例に係るマフラ６０においては、前述のヘルムホルツの共鳴原理により、以下のように複数の共鳴周波数（Ｈｚ）を発生させるとともに減衰させ、排気騒音を低減することができるという効果が得られる。

内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が、低回転領域のとき、すなわち、開閉バルブ３２の弁体３３が、図１８に示すＡの位置になり、連通部分１８が開状態となり、開口端部１９が閉状態となったとき、前述のヘルムホルツの共鳴原理により、次のような共鳴周波数（Ｈｚ）が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。

まず、インレットパイプ６２で構成される共鳴パイプＬ１部分と、Ｂ室６５、Ｃ室６６、Ｄ室６７、Ｅ室６８で一体的に構成される共鳴室とにより、共鳴周波数ｆｅのいわゆる低周波共鳴が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。さらに、このｆｅを基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆｅの共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆｅの共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

また、第２連通管１５、アウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６で構成される共鳴パイプ（Ｌ４＋Ｌｔ）部分と、Ａ室６４で構成される共鳴室とにより、共鳴周波数ｆｇのいわゆるロングテール共鳴が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。さらに、このｆｇを基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆｇの共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆｇの共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

内燃機関の回転数（ｒｐｍ）が、高回転領域のとき、すなわち、開閉バルブ３２が、図１８のＢで示すように、連通部分１８が閉状態となり、開口端部１９が開状態となったとき、前述のヘルムホルツの共鳴原理により、次のような共鳴周波数（Ｈｚ）が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。

まず、第１連通管１４で構成される共鳴パイプＬ３部分と、Ａ室６４で構成される共鳴室とにより、共鳴周波数ｆｈのいわゆる高周波共鳴が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。さらに、このｆｈを基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆｈの共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆｈの共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

また、インレットパイプ６２で構成される共鳴パイプＬ２部分と、Ｅ室６８で構成される共鳴室とにより、共鳴周波数ｆｉのいわゆる高周波共鳴が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。さらに、このｆｉを基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆｉの共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆｉの共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

また、インレットパイプ６２の連通孔６２ａの板厚ｔ部分の長さで構成される共鳴パイプｔ部分と、Ｄ室６７、Ｅ室６８で一体的に構成される共鳴室とにより、共鳴周波数ｆｊのいわゆる高周波共鳴が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。さらに、このｆｊを基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆｊの共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆｊの共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

また、インレットパイプ６２の連通孔６２ｃの板厚ｔ部分の長さで構成される共鳴パイプｔ部分と、Ｄ室６７で一体的に構成される共鳴室とにより、共鳴周波数ｆｋのいわゆる高周波共鳴が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。さらに、このｆｋを基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆｋの共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆｋの共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

また、アウトレットパイプ１３およびテールパイプ１６で構成される共鳴パイプ（Ｌ５＋Ｌｔ）部分と、Ｃ室６６で構成される共鳴室とにより、共鳴周波数ｆｍのいわゆるロングテール共鳴が発生するとともに減衰し、排気騒音が低減される。さらに、このｆｍを基本周波数（Ｈｚ）とする２次の２×ｆｍの共鳴周波数（Ｈｚ）、３次の３×ｆｍの共鳴周波数（Ｈｚ）およびさらに高次の共鳴周波数（Ｈｚ）の排気騒音が低減される。

車両およびこの車両に搭載される内燃機関の設定諸元に応じて、共鳴周波数ｆｅないし共鳴周波数ｆｍが目的とする所定の周波数（Ｈｚ）になるよう、第２変形例に係るマフラ６０の各構成要素の構造や寸法などの諸元が、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。

以上のように、本発明によれば、内燃機関から排出される排気ガスの排気騒音を広い周波数帯域に亘って低減することができるマフラを提供することができるという効果を奏し、内燃機関のマフラ全般に有用である。

１０、５０、６０マフラ
１１、５１、６１マフラ本体
１２、５２、６２インレットパイプ（導入管）
１２ａ導入通路
１２ｂ貫通孔
１２ｃ、６２ａ、６２ｂ、６２ｃ連通孔
１２ｄ開口
１３アウトレットパイプ（排出管）
１４第１連通管
１４ａ第１連通路
１５第２連通管
１５ａ第２連通路
１６テールパイプ
１６ｂ排出通路
１８連通部分
１９開口端部
２１、５３、６３アウタシェル（筒状部材）
２２、２３エンドプレート
２４、２５セパレータ（区画板）
２６第１区画室
２７第２区画室
２８第３区画室
３１筒部
３１ａ排出通路
３２開閉バルブ
３３弁体
３４シャフト
３５コイルスプリング（付勢部材）
３６ストッパピン
３７ストッパ
３８固定リング
５４、６４Ａ室（第１区画室）
５５Ｂ室
６５Ｂ室（第２区画室）
６６Ｃ室（第３区画室）
６７Ｄ室
６８Ｅ室（第２区画室）

Claims

筒状部材および区画板により区画された第１区画室、第２区画室および前記第１区画室と前記第２区画室との間に位置する第３区画室を有するマフラ本体と、内燃機関から排出される排気ガスを前記第１区画室内、前記第２区画室内および前記第３区画室内に導入する導入管と、前記第３区画室内の前記排気ガスを前記マフラ本体の外方に排出する排出管と、を備えたマフラにおいて、
前記導入管が、前記第２区画室で開口する導入通路を有するとともに、前記導入通路と前記第３区画室とを連通する複数の連通孔を有し、前記導入通路と前記第１区画室とを連通する第１連通路を有する第１連通管と連結され、
前記排出管が、前記第３区画室で開口するとともに、前記マフラ本体の外方で開口する排出通路を有するとともに、前記第３区画室内の開口端部に前記排出通路を開閉する開閉バルブを備え、前記排出通路と前記第１区画室とを連通する第２連通路を有する第２連通管と連結されたことを特徴とするマフラ。
前記排出通路と前記第２連通路との連通部分が、前記開閉バルブの近傍に設けられ、
前記開閉バルブが、前記内燃機関の回転数に応じて前記排出通路を開状態とするとき、前記第２連通路の前記連通部分を閉状態とし、前記排出通路を閉状態とするとき、前記第２連通路の前記連通部分を開状態とすることを特徴とする請求項１に記載のマフラ。
前記開閉バルブが、前記排出管に回動可能に支持された弁体を有するとともに、前記第２連通路の前記連通部分が閉状態になるよう前記弁体を付勢する付勢部材を有し、前記内燃機関の回転数が低回転領域のとき、前記第２連通路内の高まった負圧により、前記付勢部材の付勢力に抗して、前記弁体が回動し、前記第２連通路の前記連通部分が開状態になることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のマフラ。
前記排出管が、前記排気ガスを大気に放出するテールパイプと連続的に連結された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の請求項に記載のマフラ。