JP2015232327A - マフラ - Google Patents

Abstract

【課題】ヘルムホルツ共鳴器が少なくとも２つの異なる共鳴振動数（固有振動数）の間で切替可能なマフラを提供する。【解決手段】マフラ１は、気密筐体２と、筐体内に配置された少なくとも１つの仕切壁３１と、少なくとも１つの入口管５１と、少なくとも１つの第１の出口管６１と、少なくとも１つの切替可能な第２の出口管７と、少なくとも１つの共鳴器管８とを含む。仕切壁は、筐体の内部を第１の空間４１と該第１の空間とは別の第２の空間４２とに分割する。入口管、出口管、第２の出口管７、および共鳴器管は、第１の空間と流体連通する。共鳴器管は、第２の空間とも流体連通し、それにより、第１の空間と第２の空間との間に流体連通を提供する。第２の出口管は、第２の空間を通過し、当該出口管が仕切壁を貫通する部分において、この部分における第２の出口管を周方向に完全に囲む共鳴器管内に位置する。【選択図】図１

Description

関連出願への相互参照
本出願は、独国にて２０１４年６月４日付で出願された特許出願第１０ ２０１４ １０７ ９０７．８号の優先権を主張するものであり、この出願の内容全体を参照により本明細書に援用する。

本発明は、内燃機関によって駆動される車両の排気系のための切替可能なマフラに関する。

内燃機関の種類（例えば、レシプロピストンエンジン、ピストンのないロータリーエンジン、またはフリーピストンエンジン）にかかわらず、連続して実行される行程（特に、混合気の吸入および圧縮、燃焼、ならびに燃焼混合気の排出）の結果として騒音が発生する。騒音は、内燃機関中を固体伝搬音として伝搬し、内燃機関の外部では空気伝搬音として放出される。騒音は、また、内燃機関と流体連通する排気系中を空気伝搬音として燃焼混合気と共に伝わる。これにより、内燃機関からの騒音に気流音も加わる。この排気系中を伝わる騒音を排気騒音という。

この騒音は不利なものとみなされることが多い。内燃機関によって駆動される車両の製造会社が遵守するべき、騒音からの保護に関する法による規定が存在する。これらの法による規定は、通常、車両の動作についての最大音圧を示している。さらに、製造会社も、それぞれの製造会社のイメージに合い、かつ顧客に評判のよい特徴的な騒音放出を自社が生産する内燃機関により駆動される車両に付与しようとする。排気量が小さい現在のエンジンは、このような意図された特徴的騒音を自然に発生させることができない場合が多い。

内燃機関中を固体伝搬音として伝搬する騒音は、かなり小さくすることができるため、騒音からの保護に関する限り、通常は問題にならない。

内燃機関の排気系中を空気伝搬音として燃焼混合気と共に伝わる騒音は、排気系排出口の手前、かつ触媒コンバータがある場合はその下流、に位置する排気マフラによって低減される。各マフラは、例えば、吸収および／または反射の原理に従って作用し得る。とりわけ、ヘルムホルツ共鳴器の原理に従って動作する共鳴吸音器が用いられている。

ヘルムホルツ共鳴器は、空気塊（air volume）を取り囲む本体からなり、本体は、空気塊を周囲につなぐ開口部を有する共鳴器ネックを備える。共鳴器ネックの開口部により、空気塊は、本体によって完全には取り囲まれていないが、第１および第２のサブ空気塊（sub-volumes of air）に分割されていると考えることができる。第１のサブ空気塊は、共鳴器ネックの幾何学的形状によって画定され、共鳴器ネックの開口部から共鳴器ネックの全長に沿って延在する。よって、第１のサブ空気塊の大きさは、共鳴器ネックの断面および長さによって決まる。共鳴器ネックの断面は、共鳴器ネックの長さに沿って変化してもよく、一定のままであってもよい。共鳴器ネックは、さらに、直線状であってもよく、湾曲していてもよい。第２のサブ空気塊は、本体の内部で第１のサブ空気塊に直接隣接し、それによって、共鳴器ネックはこれを本体の開口部から分離している。第１のサブ空気塊よりも大きい第２のサブ空気塊は、共鳴器ネックを除く本体の幾何学的形状によって画定される。第１のサブ空気塊と第２のサブ空気塊との間の移行部には、例えば、本体壁の開口部が存在するか、本体壁の曲率の符号が変化し得る。本体内の空気塊の弾性は、共鳴器ネック内に存在する空気の慣性質量と組み合わさって、機械的な質量−バネ系を形成する。空気塊の形状に応じて、質量−バネ系は、１つの（球状の場合）共鳴振動数（固有振動数）または複数の（球とは異なる形状の場合）共鳴振動数（固有振動数）を有する。固有振動数は、特に、取り囲まれた空気塊の大きさと、共鳴器ネックの開口部の断面積と、共鳴器ネックの長さと、口の形状および構成（例えば、円形、角形、スリット状）によって決まる口調整係数とによって決まる。

どちらの動作モード（吸収および／または反射の原理）も、排気系中を伝わり内燃機関の変化する回転数に伴って変化する騒音の周波数スペクトルへの適応性に欠ける。したがって、従来のマフラでの最適な騒音消音はめったに達成されない。排気系中を伝わる排気についての流れ抵抗は、どちらの動作モードにも共通の問題を生じさせる。騒音消音は、内燃機関が高速の時の最大排気ガス流に対してマフラを設計した場合は、不十分であることが多い。内燃機関が中速の時の平均排気ガス流に対してマフラを設計した場合は、より高いエンジン回転数の時に、流れ抵抗ひいては内燃機関の消費量が著しく増加することになる。

特許文献１から、消音システムが、開いた管と閉じた管との両方に対してアクティブである、つまりそれぞれに対して消音効果を有するが、開いた管に対してと閉じた管に対してとでは異なる消音特性を有するように、切替可能なマフラ管が消音システムに音響的に結合されたマフラが公知である。この設計によると、切替可能な管は、閉じられた状態でも有効な消音システムの一部を形成し、それによって、当該管は開かれたときにはその消音特性を変えるがやはりアクティブなままである。

ヘルムホルツ共鳴器の原理に従って動作するマフラは、特許文献２、特許文献３、および特許文献４から公知である。さらなるマフラが、特許文献５および特許文献６から公知である。

欧州特許第１ ７６０ ２７９号明細書 米国特許第３，６１３，８３０号明細書 米国特許第４，５０１，３４１号明細書 米国特許第５，６０２，３６８号明細書 米国特許第２，１１２，９６４号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００８ ０６２ ０１４号明細書

実施形態は、内燃機関によって駆動される車両の排気系のための切替可能なマフラであって、ヘルムホルツ空間とヘルムホルツ管とを有するヘルムホルツ共鳴器を含み、該ヘルムホルツ共鳴器が少なくとも２つの異なる共鳴振動数（固有振動数）の間で切替可能であるマフラに関する。

内燃機関によって駆動される車両の排気系のためのマフラの実施形態は、気密筐体と、筐体内に配置された少なくとも１つの仕切壁と、少なくとも１つの入口管と、少なくとも１つの出口管（第１の種類の出口管）と、少なくとも１つの好ましくは切替可能な第２の出口管（第２の種類の出口管）と、少なくとも１つの共鳴器管とを含む。少なくとも１つの仕切壁は、筐体の内部を第１の空間と該第１の空間とは別の第２の空間とに分割する。少なくとも１つの入口管、ならびに少なくとも１つの第１の出口管、少なくとも１つの第２の出口管、および少なくとも１つの共鳴器管は、第１の空間と流体連通（fluid communication）する。少なくとも１つの共鳴器管は、第２の空間とも流体連通し、それにより、全体として第１の空間と第２の空間との間に流体連通を提供する。少なくとも１つの第２の出口管は、第２の空間を通過し、少なくとも上記少なくとも１つの仕切壁を貫通する部分で、共鳴器管内に配置される。したがって、少なくとも１つの第２の出口管の長手方向に沿った部分であって、第２の出口管が少なくとも１つの仕切壁を貫通する部分において、少なくとも１つの共鳴器管は少なくとも１つの第２の出口管を周方向に完全に囲む。また、少なくとも１つの第１の出口管が、第２の空間と少なくとも１つの仕切壁とを貫通していてもよい。これにより、第１の空間と第２の空間との間の流体連通が、少なくとも部分的に、第２の出口管と共鳴器管との間に形成される環状の隙間によって提供される。複数の共鳴器管および複数の第２の出口管が存在する場合、各第２の出口管は、少なくとも１つの第２の出口管の長手方向に沿った部分であって、第２の出口管が少なくとも１つの仕切壁を貫通する部分において、１つの共鳴器管によって囲まれ得る。

「仕切壁を貫通する」という表現は、これによって、管（例えば、少なくとも１つの第１の出口管、第２の出口管、または共鳴器管）が少なくとも１つの仕切壁を越えて第１の空間に突出する場合をいうだけでなく、管の口が少なくとも１つの仕切壁と同一平面にそろえられ、管と第１の空間との間の流体連通を提供する対応する開口部が仕切壁に設けられている場合もいう。

第２の出口管に関して、「第２の出口管の長手方向に沿った部分であって、第２の出口管が少なくとも１つの仕切壁を貫通する部分」という表現は、一実施形態によると、共鳴器管が仕切壁を越えて第１の空間に突出するか、または共鳴器管の口が第１の仕切壁と同一平面にあって、共鳴器管と第１の空間との間に流体連通を提供する対応する開口部が仕切壁に設けられており、第２の出口管の口が仕切壁に対して第２の空間側へずらされて共鳴器管内に配置されている場合もいう。代替の実施形態によると、第２の出口管が仕切壁を越えて第１の空間に突出するか、または、第２の出口管の口が第１の仕切壁と同一平面にそろえられ、第２の出口管と第１の空間との間に流体連通を提供する対応する開口部が仕切壁に設けられる。そして、第２の出口管は、少なくともその口の周辺の領域において、共鳴器管内に配置される。

流体連通は、それによって、直接的に、すなわち、さらなる構成要素（特に、管もしくは仕切壁に形成された開口部）を流れることなく、または、間接的に、すなわち、さらなる構成要素（特に、管もしくは仕切壁に形成された開口部）を通る流れによって、提供され得る。

「気密筐体」という用語は、少なくとも１つの入口管、少なくとも１つの第１の出口管、および少なくとも１つの第２の出口管が筐体の壁を貫通することを明確に含み、それによって、この目的のために適切な開口部が筐体の壁に設けられ得る。少なくとも１つの入口管、少なくとも１つの第１の出口管、および少なくとも１つの第２の出口管は、そのような場合、上記開口部において筐体の壁に対して気密に封止される。このため、筐体の第１の空間は、少なくとも１つの入口管、少なくとも１つの第１の出口管、および第２の出口管を介して外部から直接的にアクセスでき、筐体の第２の空間は、第１の空間と共鳴器管とを介して外部から間接的にアクセスできる。これにより、少なくとも１つの入口管によって第１の空間に流体、特に排気ガスを送り込むことが可能であり、流体は、その後、少なくとも１つの第１の出口管および第２の出口管を介して、第１の空間から排出され、それによって、筐体から排出される。第２の空間は共鳴器管を除いては閉じられているため、第１の空間に流体が充満していても第１の空間と第２の空間との間での空気交換はほとんどない。

筐体内に設けられた第２の空間の大きさは一定であり、ヘルムホルツ空間を形成する。第１の空間と第２の空間との間に流体連通を提供する共鳴器管は、ヘルムホルツ管を形成する。このように第２の空間と共鳴器管とによって形成されたヘルムホルツ共鳴器の共鳴振動数（固有振動数）は、とりわけ、ヘルムホルツ管を形成する共鳴器管の有効長さによって決まる。

第２の出口管の長手方向のある部分を共鳴器管内に配置することにより、第２の出口管と共鳴器管とが正しく設置されている場合には、ヘルムホルツ管を形成する共鳴器管の有効容積を、第２の出口管を接続・接続解除することによって変更することが可能である。共鳴器管の有効容積は、筐体内の第１の空間と第２の空間との間の定在気柱（standing air column）の寸法によって規定される。この定在気柱の寸法は、第２の出口管が接続または接続解除されるのに応じて変わり得る。それによって、定在気柱は、完全にまたは部分的に共鳴器管内に配置され得、また、第１の空間と第２の空間との間の第２の出口管の部分をさらに含み得る。「接続する」とは、これによって、第２の出口管が開いていて、流体、特に排気ガスを通過させることを意味し、「接続解除する」とは、第２の出口管が閉じられて、流体、特に排気ガスを通過させないことを意味する。このようにして、第２の空間と共鳴器管とからこのように形成されたヘルムホルツ共鳴器を、少なくとも２つの異なる共鳴振動数（固有振動数）間で切り替えることができる。第２の出口管の接続・接続解除によってマフラの流れ抵抗も変えられる。

結果として、本発明に係る構造により、第２の出口管を接続・接続解除することによって、共鳴振動数（固有振動数）の変更による消音特性の変更と、マフラの流れ抵抗の変更とを、同時に行うことが可能になる。したがって、内燃機関の２つの異なる動作状況に関してマフラを消音特性の点と流れ抵抗の点で同時に調整することが可能である。このことによって、マフラを通過する排気騒音のより良好な騒音消音と内燃機関の燃料消費量の低減とが可能になる。

これに関連して、入口管は内燃機関と流体連通するように構成され得、第１および第２の出口管は排気系のテールパイプと流体連通するように構成され得る。あるいは、入口管は排気系のテールパイプと流体連通するように構成され得（その結果、入口管は出口管の機能を担う）、第１および第２の出口管は内燃機関と流体連通するように構成され得る（その結果、第１および第２の出口管は入口管の機能を担う）。

上記マフラの第１の実施形態によると、第２の出口管は、共鳴器管の長さの全体にわたって共鳴器管内に配置され、第２の出口管の壁は、共鳴器管によって囲まれた部分に開口部を含む。この部分は、完全に第１の空間に位置していてもよく、完全に第２の空間に位置していてもよく、部分的に第１の空間に位置し部分的に第２の空間に位置していてもよい。第２の出口管は、これによって、共鳴器管を越えて第１の空間の中まで延びていてもよく、第２の出口管の口が共鳴器管の口と同一平面にあってもよい。第２の出口管が接続解除されている（閉じられている）とき、共鳴器管の内壁と第２の出口管の外壁との間の環状の隙間は、共鳴器管の全長にわたってヘルムホルツ管として作用する。さらに、第２の出口管が接続解除されている（閉じられている）とき、共鳴器管と第２の出口管との間の環状の隙間および第２の出口管の開口部を介して第２の空間と流体連通するさらなる定在気柱が、第２の出口管の一部までもがヘルムホルツ管として作用するように、第１の空間と第２の空間との間の第２の出口管内に位置する。第２の出口管が接続されている（開いている）とき、筐体の第２の空間に位置する共鳴器管の端から第２の出口管の開口部が配置された部分まで延びる共鳴器管の部分が、主にヘルムホルツ管として作用する部分を形成する。

上記マフラの第２の実施形態によると、入口管と第２の出口管とが一体形成されて単体の管を形成する。この単体の管の壁は、該単体の管が第１の空間内に位置するが共鳴器管の内部には位置しない（すなわち、外部に位置する）部分、したがって共鳴器管によって周方向に囲まれていない部分に、開口部をさらに含む。流体、特に排気ガスは、これらの開口部を通じて第１の空間に供給され得る。単体の管の壁はまた、該単体の管が共鳴器管内に位置する第２の部分、したがって共鳴器管によって周方向に囲まれている第２の部分に、開口部をさらに含む。この第２の部分は、完全に第１の空間に配置されていてもよく、完全に第２の空間に配置されていてもよく、部分的に第１の空間に配置され部分的に第２の空間に配置されていてもよい。第２の出口管が接続解除されている（閉じられている）とき、共鳴器管の内壁と単体の管の外壁との間に形成された環状の隙間が、共鳴器管の長さ全体にわたってヘルムホルツ管として作用する。さらに、第２の出口管が接続解除されている（閉じられている）ときは、第１の空間と第２の空間との間の上記単体の管内にさらなる定在気柱が位置し、該定在気柱は、共鳴器管と単体の管との間の環状の隙間と単体の管の開口部とを通じて第１および第２の空間と流体連通するため、単体の管の一部分もヘルムホルツ管として作用する。第２の出口管が接続されている（開いている）ときは、筐体の第２の空間内に位置する共鳴器管の端から第２の出口管の開口部が形成された第２の部分まで延びる共鳴器管の部分が、主にヘルムホルツ管として作用する。

第１および第２の実施形態によると、共鳴器管は、第１の空間内に位置して第２の出口管または単体の管に気密に結合された端を含んでいてもよい。その際、第１の空間と第２の空間との間の流体連通は、第２の出口管または単体の管と共鳴器管との間に形成された環状の隙間を通る１つの部分と、第２の出口管または単体の管の開口部と第２の出口管または単体の管の中とを通る別の部分とにおいてのみ提供される。

上記マフラの第３の実施形態によると、共鳴器管は、共鳴器管が第１の空間内に位置し、第２の出口管がない（したがって、第２の出口管が共鳴器管によって周方向に囲まれていない）第１の部分と、共鳴器管が第２の出口管を収容する第２の部分とを含む。よって、第２の出口管の口は、共鳴器管内に位置し、かつ、筐体の第１の空間内に配置された共鳴器管の端から離間されており、それにより、第２の出口管は、共鳴器管内で終わる。その際、明らかに、第２の部分は、第２の出口管が接続されている（開いている）ときに第２の出口管の中を移動する流体、特に排気ガスの流れに沿って第１の部分の下流に位置する。言い換えれば、第２の部分は、第１の部分よりも第２の空間寄りに位置する。第２の部分は、これによって、完全に第１の空間内に位置していてもよく、完全に第２の空間内に位置していてもよく、部分的に第１および第２の空間に位置していてもよい。第２の出口管が接続解除されている（閉じられている）とき、共鳴器管は、その長さの全体にわたってヘルムホルツ管として作用する。共鳴器管の上記第２の部分においては、共鳴器管と第２の出口管との間に形成された環状の隙間のみが第１の空間と第２の空間との間の定在気柱に寄与するが、共鳴器管の上記第１の部分においては、共鳴器管の全内径が第１の空間と第２の空間との間の定在気柱に加わる。第２の出口管が接続されている（開いている）とき、筐体の第２の空間内に位置する共鳴器管の端から第２の出口管の口まで延びる共鳴器管の部分が、主にヘルムホルツ管として作用する。

第３の実施形態によると、入口管の口がさらに共鳴器管内に配置されてもよい。さらに、共鳴器管の壁も、共鳴器管に第２の出口管がない部分において開口部を有さなくてもよい。あるいは、またはさらに、共鳴器管の壁は、共鳴器管に第２の出口管がない部分において開口部を有していてもよい。

上記マフラの第４の実施形態によると、共鳴器管と入口管とが一体形成されて単体の管を形成する。この単体の管は、第２の空間につながる。単体の管の壁は、該単体の管が第１の空間を通過する第１の部分に、入口管と第１の空間との間に流体連通を提供する開口部を含む。単体の管の壁は、少なくとも該単体の管が第２の出口管を囲む第２の部分においては開口部を有さない。単体の管の壁は、任意に、少なくとも該単体の管が第２の出口管を囲む第３の部分において開口部を含む。その際、明らかに、第２の部分は、単体の管の中を移動する流体、特に排気ガスの流れに沿って上記第１の部分の下流に配置される。

第３および第４の実施形態によると、第２の出口管の壁は、共鳴器管によって囲まれた部分に開口部を有し得る。

第１〜第４の実施形態に従う上記マフラの実施形態は、任意に、マフラの筐体の内部または外部で第２の出口管内に配置され、第２の出口管を選択により閉じるように構成されたフラップをさらに含む。さらに、制御装置、特にエンジン制御ユニットに結合されるかまたは結合されるように適合された電気モータが、フラップを選択的に開閉するために設けられてもよい。フラップの開閉は、特に、車両の内燃機関の回転数または負荷に応じて行われ得る。電気モータを用いる代わりに、フラップを空気圧または油圧により動作させて、フラップを例えば負圧の印加によって開位置へ動かしてもよい。あるいは、フラップが、例えばバネを用いて、第２の出口管を閉じる位置へ付勢され、その付勢力は、排気ガスによってフラップに加えられる圧力が所定の値に等しくなるとフラップが当該付勢力に逆らって開かれるように選択されてもよい。

実施形態によると、第１の出口管の外壁は、少なくとも１つの仕切壁に気密に接続される。

実施形態によると、共鳴器管の外壁は、少なくとも１つの仕切壁に気密に接続される。

実施形態によると、共鳴器管が第２の出口管を囲む部分において、第２の出口管の外壁と共鳴器管の内壁との間に放射状支持体が配置され、当該放射状支持体によって第２の出口管が共鳴器管を支持する。このため、第２の出口管と共鳴器管との間に形成された環状の隙間は、当該支持体によって数箇所で部分的に閉じられる。

実施形態によると、入口管は、第１の出口管または第２の出口管と一直線にそろえられる。このように一直線にそろえることによって流れ抵抗をさらに低減することが可能である。

実施形態は、筐体内で第１の空間と第２の空間との間に配置されて防音材を収容する第３の空間を画定する少なくとも第２の仕切壁をさらに含む。その際、共鳴器管と、該当する場合には少なくとも１つの第１の出口管と第２の出口管とのうちの少なくとも１つとが、少なくとも１つの第１の仕切壁と少なくとも１つの第２の仕切壁との両方を貫通してもよい。

実施形態によると、共鳴器管の断面は、その長さの全体にわたって一定である。

実施形態によると、共鳴器管の断面は、共鳴器管の長さに沿って変化し、特に各口の周辺で大きくなる。

実施形態によると、少なくとも１つの第１の出口管の断面は、その長さの全体にわたって一定である。

実施形態によると、少なくとも１つの第１の出口管の断面は、第１の出口管の長さに沿って変化し、特に各口の周辺で大きくなる。

実施形態によると、第２の出口管の断面は、その長さの全体にわたって一定である。

実施形態によると、第２の出口管の断面は、第２の出口管の長さに沿って変化し、特に各口の周辺で大きくなる。

断面の変化は、例えば、それぞれの管を段階的または連続的に広げたり先細りさせたりすることおよび／またはそれぞれの管の口部分をフレア状に広げることによって、達成され得る。

実施形態によると、第１の出口管および第２の出口管は、フラップの下流で接続片によって接続されて単一の出口管を形成する。この接続片は、筐体の内部または外部に配置され得る。

実施形態によると、少なくとも１つの第１の出口管が、第２の空間と少なくとも１つの仕切壁とを通過し、少なくとも１つの第１の出口管の壁は、少なくとも当該少なくとも１つの第１の出口管が第２の空間を通過する部分においては、開口部を有さないか、または、少なくとも１つの第１の出口管の壁は、少なくとも当該少なくとも１つの第１の出口管が第２の空間を通過する部分において、開口部を有する。

実施形態によると、第２の出口管の壁は、少なくとも当該第２の出口管が第２の空間を通過する部分においては、開口部を有さないか、または、第２の出口管の壁は、少なくとも当該第２の出口管が第２の空間を通過する部分において、開口部を有する。

実施形態によると、共鳴器管の壁は、少なくとも当該共鳴器管が第２の空間内に位置する部分においては、開口部を有さないか、または、共鳴器管の壁は、少なくとも当該共鳴器管が第２の空間内に位置する部分において、開口部を有する。

実施形態によると、入口管は、第２の空間を通過し、入口管の壁は、少なくとも当該入口管が第２の空間を通過する部分においては、開口部を有さないか、または、入口管の壁は、少なくとも当該入口管が第２の空間を通過する部分において、開口部を有する。

実施形態によると、少なくとも１つの第１の仕切壁および／または少なくとも１つの第２の仕切壁が開口部を有さないか、または、上記少なくとも１つの仕切壁が開口部を有する。

実施形態によると、筐体は、ステンレス鋼またはシート鋼からなる。

実施形態によると、少なくとも１つの仕切壁は、ステンレス鋼またはシート鋼からなる。

実施形態によると、少なくとも１つの第１の入口管がステンレス鋼もしくはシート鋼からなるか、または、全ての入口管がステンレス鋼もしくはシート鋼からなる。

実施形態によると、少なくとも１つの第１の出口管がステンレス鋼もしくはシート鋼からなるか、または、全ての第１の出口管がステンレス鋼もしくはシート鋼からなる。

実施形態によると、少なくとも１つの第２の出口管がステンレス鋼もしくはシート鋼からなるか、または、全ての第２の出口管がステンレス鋼もしくはシート鋼からなる。

実施形態によると、少なくとも１つの共鳴器管がステンレス鋼もしくはシート鋼からなるか、または、全ての共鳴器管がステンレス鋼もしくはシート鋼からなる。

実施形態によると、少なくとも１つの入口管が筐体内で直線状であるか、または、全ての入口管が筐体内で直線状である。

実施形態によると、少なくとも１つの第１の出口管が筐体内で直線状であるか、または、全ての第１の出口管が筐体内で直線状である。

実施形態によると、少なくとも１つの第２の出口管が筐体内で直線状であるか、または、全ての第２の出口管が筐体内で直線状である。

実施形態によると、少なくとも１つの共鳴器管が直線状であるか、または、全ての共鳴器管が直線状である。

実施形態によると、ただ１つの第２の出口管が設けられる。

実施形態によると、ただ１つの共鳴器管が設けられる。

実施形態によると、ある管がある空間内またはある位置で終わるという表現は、その管の口がその空間内にあるかまたはその位置にあるというように解釈されるべきである。

実施形態は、ヘルムホルツ空間と流体連通する共鳴器管の中に配置された切替可能な出口管の概念を共有し、それによって、共鳴器管によって提供されるヘルムホルツ管の長さは切替可能な出口管の動作状況に応じて変化する。

実施形態によると、切替可能な第２の出口管の動作状況ごとに、定在気柱ひいては共鳴器管が第１の空間と第２の空間との間に形成され、定在気柱は、第２の空間と共にヘルムホルツ共鳴器を形成する。定在気柱の長さおよび／または断面は、切替可能な第２の出口管の動作状況に応じて変わる。

実施形態によると、２つ以上の共鳴器管が設けられる。これらのさらなる共鳴器管は排気管を有していなくてもよい。あるいは、これらのさらなる共鳴器管のいくつかまたは全てがそれぞれ排気管を内部に収容していてもよい。これらの排気管のいくつかまたは全てが切替可能であってもよい。これらの共鳴器管は、これによって、同じまたは異なるヘルムホルツ空間と相互作用し得る。これらの共鳴器管は、さらに、寸法が等しくても異なっていてもよい。

実施形態によると、少なくとも１つの第１の出口管の口は、少なくとも１つの仕切壁と同一平面にそろえられ、仕切壁には、少なくとも１つの第１の出口管と第１の空間との間に流体連通を提供する少なくとも１つの対応する開口部が設けられる。

実施形態によると、第２の出口管の口は、少なくとも１つの仕切壁と同一平面にそろえられ、仕切壁には、少なくとも１つの第２の出口管と第１の空間との間に流体連通を提供する少なくとも１つの対応する開口部が設けられる。

実施形態によると、第２の出口管の口は、少なくとも１つの仕切壁と同一平面にそろえられ、仕切壁には、少なくとも１つの第２の出口管と第１の空間との間に流体連通を提供する少なくとも１つの対応する開口部が設けられる。

実施形態によると、共鳴器管の口は、少なくとも１つの仕切壁と同一平面にそろえられ、仕切壁には、共鳴器管と第１の空間との間に流体連通を提供する少なくとも１つの対応する開口部が設けられる。

この関連において、本明細書および特許請求項において特徴を列挙するために用いられる用語「含む（including）」、「含む（comprising）」、「含有する（contain）」、「有する（have）」、および「備える（with）」、ならびにそれらの文法的変化は、概して、例えば方法のステップ、構成要素、範囲、寸法などのような特徴の非制限的な列挙を示すものとして理解されるべきであり、１つまたは複数の他の特徴または他のもしくは追加の特徴のグループの存在あるいは追加を除外するものではない。

本開示の上記およびその他の有利な特徴は、以下の代表的な実施形態の詳細な説明から、添付の図面を参照して、より明らかになる。なお、全ての考えられ得る実施形態が本明細書において特定される利点のひとつひとつの全て、またはいずれかを提示するとは必ずしも限らない。以下の本発明の代表的な実施形態の説明においては、次の添付の図面を参照する。
図１は、第１の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図２は、第２の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図３は、第３の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図４は、第４の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図５は、第５の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図６は、第６の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図７は、第７の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図８は、本発明の一実施形態に係るマフラを用いた排気系の非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ａは、第８の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｂは、第９の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｃは、第１０の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｄは、第１１の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｅは、第１２の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｆは、第１３の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｇは、第１４の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｈは、第１５の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｉは、第１６の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｊは、第１７の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｋは、第１８の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｌは、第１９の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。 図９Ｍは、第２０の実施形態に係るマフラの非常に簡単化された概略図を示す。

以下に説明する代表的な実施形態においては、機能および構造が同様の構成要素を、可能な限り、同様の参照符号によって示す。したがって、ある特定の実施形態の個々の構成要素の特徴を理解するには、他の実施形態および本開示の概要の説明を参照すべきである。

図１は、本発明に係るマフラの第１の実施形態を図示する。

マフラ１は、ステンレス鋼からなる気密筐体２を含み、それによって、その内部では、ステンレス鋼からなる仕切壁３１が、第１の空間４１と、仕切壁３１によって該第１の空間から隔てられた第２の空間４２とを画定する。ステンレス鋼製の入口管５１は、筐体２の壁を貫通し、フレア状の口（すなわち、断面が端に向かって大きくなる）を有して第１の空間４１内で終わる。第１の出口管６１および第２の出口管７は、筐体２の壁と仕切壁３１とを貫通し、かつ、第２の空間４２を通過する。第１の出口管６１のフレア状の口および第２の出口管７のフレア状の口は、第１の空間内に位置する。第１の出口管６１および第２の出口管７もステンレス鋼からなる。第１の出口管６１は、第２の空間４２と仕切壁３１とを直線状に通過し、筐体２内ではその壁に開口部を有さない（第１の空間内に配置された上記口を除く）。さらに、第１の出口管６１および共鳴器管８の外壁は、スポット溶接によって（それゆえ非気密に）仕切壁３１に接続され、入口管５１は、第２の出口管７および共鳴器管８と一直線にそろえられる。

筐体２の外部で、ステンレス鋼製のフラップ１０が第２の出口管７内に配置される。電気モータ１１の使用によって、このフラップは、フラップ１０が第２の出口管７を閉じて作動停止させる位置と、フラップ１０が出口管７を閉じないで作動させる位置とに選択的に動かされ得る。制御線が、内燃機関（図示せず）の回転数および負荷のうちの少なくとも一方に応じて電気モータ１１を駆動するエンジン制御ユニット１６に電気モータ１１を結合する。電気モータに代えて、油圧または空気圧システムがフラップ１０の動作制御用に設けられてもよい。

ステンレス鋼製の共鳴器管８は、さらに、筐体２内で、仕切壁３１を貫通し、第２の出口管７が少なくとも１つの仕切壁３１を貫通する部分で第２の出口管７を径方向に間隔をおいて周方向に完全に囲むように、配置される。このため、第２の出口管７は、仕切壁３１を貫通する部分が、直線状の共鳴器管８内に位置する。第２の出口管７は、これによって、共鳴器管８の全長を通過し、共鳴器管８を越えて第１の空間４１の内部に突出している。

第１の出口管６１および第２の出口管７の断面は、当該管の長手方向に沿って変化し、特に、各口の周辺で大きくなる。入口管５１の断面も、当該管の長手方向の範囲に沿って変化し、口の領域で大きくなるが、共鳴器管８の断面は、当該管の長手方向の範囲に沿って一定のままである。

共鳴器管８は、第２の出口管７の外壁と共鳴器管８の内壁との間に形成された環状の隙間によって、第１の空間４１と第２の空間４２との間に流体連通を提供する。

第２の出口管７は、共鳴器管８内に位置する部分において、その壁に、仕切壁３１に関して一部が第１の空間４１側に位置し一部が第２の空間４２側に位置する開口部９１を有する。しかしながら、共鳴器管８は、それが延びる全長さにわたって開口部を全く有さない（共鳴器管の各口は除く）。第２の出口管７も、第２の出口管７の外壁と共鳴器管８の内壁との間に形成された環状の隙間と上記開口部９１とによって、第１の空間４１と第２の空間４２との間に流体連通を提供する。

また、仕切壁３１は、各管が通過する開口部を除いては、その範囲全体にわたって開口部を有さない。

これにより、第２の空間４２はヘルムホルツ空間を形成し、共鳴器管８の環状の隙間は第１のヘルムホルツ管を形成し、第２の出口管７は開口部９１と上記環状の隙間とによって第２のヘルムホルツ管を形成し、これらのヘルムホルツ管は上記ヘルムホルツ空間と共にヘルムホルツ共鳴器を形成する。

封止されていない第１の空間４１と封止された第２の空間４２との間に定在する（standing）気柱の体積は、ヘルムホルツ共鳴器の固有振動数（共鳴振動数）についての重要な特徴を形成する。各定在気柱の体積は、それぞれのヘルムホルツ管の長さおよび断面によって決まる。

それぞれに有効なヘルムホルツ管の長さＬ１、Ｌ１’、Ｌ２は、フラップ１０が開いているか閉じられているか、したがって、第２の出口管７がアクティブであるか非アクティブであるかによって決まる。

フラップ１０が開かれていて第２の出口管７がアクティブである場合、第１のヘルムホルツ管の有効長さＬ２は、第２の出口管７の外壁と共鳴器管８の内壁との間に形成された環状の隙間のうちの一部分に限定される。環状の隙間のこの部分は、第２の空間４２内に位置する共鳴器管８の口から、共鳴器管８の長手方向に沿って、第２の出口管７が開口部９１を有する位置まで延びる。第２のヘルムホルツ管は、フラップ１０が開いているときはアクティブではなく、したがって、有効長さがないことが特徴である。これは、第２の出口管７内に定在気柱が形成されないからである。このため、フラップ１０が開いているとき、ヘルムホルツ共鳴器は１つの固有振動数のみを有する。

フラップ１０が閉じられていて第２の出口管７が作動停止されている場合、第１のヘルムホルツ管の有効長さＬ１は、第２の出口管７の外壁と共鳴器管８の内壁との間に形成された環状の隙間の長さ全体にわたり、したがって、共鳴器管８の全長にわたっている。フラップが閉じられているとき、第２のヘルムホルツ管の有効長さはＬ１’であり、第２の空間４２内に位置する共鳴器管８の口から、まずは環状の隙間に沿って、第２の出口管７が開口部９１を有する位置まで及ぶ。第２のヘルムホルツ管の有効長さＬ１’は、さらに、開口部９１を通って、第１の空間４１内に位置する第２の出口管７の口まで及ぶ。明らかに、第２のヘルムホルツ管の定在気柱の断面は、長さＬ１’に沿って変化する。これは、第２の空間４２から開始して、最初は、第２の出口管７の外壁と共鳴器管８の内壁との間に形成された環状の隙間のみが第２のヘルムホルツ管の定在気柱に寄与するが、さらに進むと、第２の出口管７の全内径が第２のヘルムホルツ管の定在気柱に寄与するからである。このため、フラップ１０が閉じられているとき、ヘルムホルツ共鳴器は少なくとも２つの異なる固有振動数を有する。

フラップ１０が開いている場合の第１のヘルムホルツ管の有効長さＬ２は、フラップ１０が閉じられていて第２の出口管７が作動停止されている場合の第１および第２のヘルムホルツ管の有効長さＬ１、Ｌ１’よりもさらに小さい。このことによって、第２の空間４２と第１および第２のヘルムホルツ管とによって形成されるヘルムホルツ共鳴器の固有振動数が、第２の出口管７の動作状況に応じて変わることになる。

以下、本発明に係るマフラの第２の実施形態を、図２を参照して説明する。繰り返しを避けるために、主に上記第１の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては上記第１の実施形態を参照する。

第２の実施形態は、まず第１に、１つの入口管５１が設けられるだけでなく、この第１の入口管５１と同様に筐体２の壁を貫通して第１の空間４１内で終わる第２の入口管５２も設けられる点で、上記第１の実施形態とは異なる。上記第１の実施形態とは異なり、両方の入口管５１、５２および全ての出口管６１、７の断面は、少なくとも筐体２内では、一定であり、したがって、これらの管はそれぞれの口の領域においてフレア状になっていない。第２の実施形態においては、バネがフラップ１０を閉鎖位置に付勢しており、フラップを、圧力が加えられると自動的に開くことで自動的に出口管７を作動または作動停止させる受動構成要素としている。第２の実施形態において、共鳴器管８は、第１の空間４１内に位置決めされた口において、溶接シーム１３によって第２の出口管７に気密に接続されており、このため、第２の出口管７と共鳴器管８との間の環状の隙間はこの位置で閉じられる。よって、本実施形態において、第１の空間４１と第２の空間４２との間の流体接続、したがって、ヘルムホルツ共鳴器のヘルムホルツ管は、共鳴器管８と第２の出口管７との間の環状の隙間を通る部分と第２の出口管７の一部に沿って開口部９１を通る部分とに設けられる。

第２の実施形態においては、フラップ１０の各動作状態において、第１の空間４１と第２の空間４２との間に定在する気柱は１つしか形成されず、したがって、いずれの場合にもヘルムホルツ管が１つしか形成されない。この結果、ヘルムホルツ共鳴器は、フラップ１０が閉じられている場合とフラップ１０が開いている場合とで異なる固有振動数を有する。

フラップ１０が開かれていて第２の出口管７がアクティブである場合、第２の出口管７の外壁と共鳴器管８の内壁との間に形成される環状の隙間に沿ったヘルムホルツ管の有効長さＬ２は、第２の空間４２内に位置する共鳴器管８の口と第２の出口管７が開口部９１を有する位置との間の部分に限定される。

フラップ１０が閉じられている場合、ヘルムホルツ管は有効長さＬ１を有し、これは、第２の空間４２内に位置する共鳴器管８の口から、まずは環状の隙間に沿って、第２の出口管７が開口部９１を有する位置まで及ぶ。フラップ１０が閉じられていると、ヘルムホルツ管の有効長さＬ１は、開口部９１を通ってさらに延び、第１の空間４１内に位置する第２の出口管７の口まで及ぶ。

第２の実施形態において、両方の入口管５１、５２と、第１の出口管６１と、第２の出口管７とは、筐体内では直線状である。

以下、本発明に係るマフラの第３の実施形態を、図３を参照して説明する。ここでも、繰り返しを避けるために主に上記第１または第２の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては上記実施形態を参照する。

第３の実施形態に係るマフラ１は、特に、第２の実施形態と同様に受動フラップ１０が用いられる点で、第１の実施形態に係るマフラ１とは異なるが、このフラップは、上記第１および第２の実施形態とは異なり、筐体２の外部に配置されるのではなく、筐体２の内部で第２の出口管７の内側に配置される。さらに、排気ガスの流れ方向が逆になっており、それにより、第１および第２の出口管７、６１が内燃機関と流体連通し、入口管５１が排気系のテールパイプと流体連通する。さらに、第１の実施形態とは異なり、共鳴器管８の断面は、その長手方向の範囲全体に沿って一定なのではなく、各口の領域においてフレア状になっており、これらの領域で断面が大きくなっている。さらに、第２の出口管７は、本実施形態においては、第２の出口管７の周方向に沿って離間された複数の放射状支持体１４によって、共鳴器管８を支持する。上記第１および第２の実施形態とは異なり、第２の出口管７は、共鳴器管８を完全には通過しておらず、その結果、第２の出口管７の口が共鳴器管８内に位置し、共鳴器管８が第２の出口管７を越えて第１の空間４１の内部に突出している。さらに、第２の出口管７の壁は、共鳴器管の壁と同様に、開口部を有さない。

フラップ１０が開いていて第２の出口管７がアクティブであるとき、ヘルムホルツ管の有効長さＬ２は、第２の出口管７と共鳴器管８の内壁との間に形成される環状の隙間の長さに限定される。この環状の隙間は、第２の空間４２内に位置する共鳴器管８の口と共鳴器管８内に位置する第２の出口管７の口との間に延在する。

フラップ１０が閉じられている場合、ヘルムホルツ管は有効長さＬ１を有し、これは、第２の空間４２内に位置する共鳴器管８の口から、まずは環状の隙間に沿って、共鳴器管８内に位置する第２の出口管７の口まで及ぶ。フラップ１０が閉じられていると、ヘルムホルツ管の有効長さＬ１は、さらに延び、第１の空間４１内に位置する共鳴器管８の口まで及ぶ。共鳴器管８がフレア状に広げられていることにより、環状の隙間の断面と共鳴器管８の断面とのどちらもが、共鳴器管８の長さに沿って変化する。

このように形成されたヘルムホルツ共鳴器のヘルムホルツ管は、第２の出口管７の動作状態に応じて、２つの異なる長さＬ１およびＬ２ならびに２つの異なる断面を有し、それゆえ、このように形成されたヘルムホルツ共鳴器は、（少なくとも）２つの異なる固有振動数間で調整可能である。

本発明に係るマフラの第４の実施形態を、図４を参照して以下に説明する。繰り返しを避けるために、主に上記第１〜第３の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては上記の説明を参照する。

図４に示す第４の実施形態は、基本的には、防音材が充填されて第１の空間４１と第２の空間４２との間に位置する第３の空間４３を画定するステンレス鋼製のさらなる仕切壁３２が設けられていることが、上記各実施形態とは異なる。ここで、第１の出口管６１と第２の出口管７とは、筐体２の壁を気密に貫通するだけでなく、第１の仕切壁３１と第２の仕切壁３２とを滑り嵌め（sliding fit）で貫通する。また、図示した実施形態において口がフレア状になって断面が拡大しており、かつ、筐体２内に位置している共鳴器管８は、第１の仕切壁３１および第２の仕切壁３２の両方を滑り嵌めで貫通する。図示した実施形態において、入口管５１と出口管７とは一体形成されている。このように形成された単体の管の壁は、第１の空間４１内の当該管が共鳴器管８によって囲まれていない部分に、入口管５１内を移動する流体が第１の空間４１内へ進むことを可能にする開口部９２を有する。入口管５１と第２の出口管７とによって一体形成された管は、共鳴器管８内に位置する部分に、さらに開口部９１も有する。開口部９１および９２の間において、入口管５１と第２の出口管７とによって一体形成された管は、スロットルとして作用する、直径が変更、この場合は縮小、された部分を含む。図４においては、以下の図５および図６と同様に、簡単化のために電気モータ１１用の制御装置を図示していない。入口管５１と第２の出口管７とによって一体形成された管と第１の仕切壁３１および第２の仕切壁３２との間の滑り嵌めが共鳴器管８を介して達成されることは明らかである。したがって、入口管５１と第２の出口管７とによって一体形成された管と第１の仕切壁３１および第２の仕切壁３２とが直接接触する必要がない。

第１および第２の実施形態と同様に、フラップ１０が開いていて第２の出口管７がアクティブである場合のヘルムホルツ管の有効長さＬ２は、第２の出口管７の外壁と共鳴器管８の内壁との間に形成された環状の隙間に沿った部分であって、第２の空間４２内に配置された共鳴器管８の口と入口管５１と第２の出口管７とによって一体形成された管が開口部９１を有する位置との間にある部分に限定される。

フラップ１０が閉じられているとき、第１のヘルムホルツ管の有効長さＬ１は、入口管５１と第２の出口管７とによって一体形成された管の外壁と共鳴器管８の内壁との間に形成された環状の隙間の長さ全体にわたり、したがって、共鳴器管８の長さ全体にわたる。さらに、フラップ１０が閉じられていると、第２のヘルムホルツ管は有効長さＬ１’を有し、これは、第２の空間４２内に位置する共鳴器管８の口から、まずは環状の隙間に沿って、入口管５１と第２の出口管７とによって一体形成された管が開口部９１を有する位置まで及ぶ。フラップ１０が閉じられていると、ヘルムホルツ管の有効長さＬ１’は、開口部９１を通って入口管５１と第２の出口管７とによって一体形成された管内にさらに延び、入口管５１と第２の出口管７とによって一体形成された管が開口部９２を有する位置まで及ぶ。

第１の実施形態と同様に、このように形成されたヘルムホルツ共鳴器の各定在気柱の体積は、第２の出口管７内に位置するフラップ１０が開いているか閉じられているかに応じて変化し、その結果、ヘルムホルツ共鳴器の固有振動数は切替可能である。 図５を参照して、本発明に係るマフラの第５の実施形態を以下に説明し、それによって、繰り返しを避けるために上記第１〜第４の実施形態についての説明を参照し、主に相違点を取り上げる。

第５の実施形態は、特に、入口管５１の口が共鳴器管８内に配置される点と、共鳴器管８が入口管５１の周方向において離間された放射状支持体１５によって入口管５１によっても支持される点で、上記第３の実施形態とは異なる。第３の実施形態とは異なり、共鳴器管８の各口はフレア状になっていないため、共鳴器管８の断面はその長さ方向の範囲全体にわたって一定である。したがって、第１の空間４１は、本実施形態においては、入口管５１の中を移動する流体、特に排気ガスを、共鳴器管８と入口管５１との間の環状の隙間から受け入れる。

フラップ１０が開いていて第２の出口管７がアクティブであると、ヘルムホルツ管の有効長さＬ２は、第２の出口管７の外壁と共鳴器管８の内壁との間に形成された環状の隙間の長さに限定される。この環状の隙間は、第２の空間４２に位置する共鳴器管８の口から共鳴器管８内に位置する第２の出口管７の口まで延在する。

フラップ１０が閉じられているとき、ヘルムホルツ管の有効長さＬ１は、第２の空間４２内に位置する共鳴器管８の口から、まずは環状の隙間に沿って、共鳴器管８内に位置する第２の出口管７の口まで及ぶ。フラップ１０が閉じられていると、ヘルムホルツ管の有効長さＬ１は、さらに延び、共鳴器管８内に位置する入口管５１の口の手前の位置まで及ぶ。したがって、最初は環状の隙間の断面のみが、その後は共鳴器管８の断面が、第１の空間４１と第２の空間４２との間のヘルムホルツ管に定在する気柱に寄与する。

ヘルムホルツ管と第２の空間４２とによって形成されるヘルムホルツ共鳴器の定在気柱の体積は、筐体２の内部で第２の出口管７の内側に位置して電気モータ１１によって動作するフラップ１０で調整することができ、その結果、ヘルムホルツ共鳴器は（少なくとも）２つの切替可能な固有振動数を有する。

以下、本発明に係るマフラの第６の実施形態を、図６を参照して説明する。繰り返しを避けるために、上記第５の実施形態との相違点を主に取り上げ、残りについては上記各実施形態を参照する。

第６の実施形態に係るマフラ１は、特に、共鳴器管８と入口管５１との間の環状の隙間が溶接シーム１３によって封止されている点で、上記第５の実施形態とは異なる。溶接シーム１３に代るものとして、環状のカバーを用いてもよい。引き換えに、共鳴器管８には、第２の出口管７が貫通しない部分に、入口管５１を通過する流体を第１の空間４１に導入することを可能にする開口部９３が設けられる。図６に示した実施形態においては、第２の出口管７もその壁に形成された開口部９１を有する。

フラップ１０が開いていて第２の出口管７がアクティブであると、ヘルムホルツ管の有効長さＬ２は、第２の出口管７の外壁と共鳴器管８の内壁との間に形成された環状の隙間に沿った、第２の空間４２内に配置された共鳴器管８の口と第２の出口管７がその開口部９１を有する位置との間に位置する部分に限定される。

フラップ１０が閉じられているとき、ヘルムホルツ管の有効長さＬ１は、第２の空間４２内に位置する共鳴器管８の口から、まずは環状の隙間に沿って、共鳴器管８内に位置する第２の出口管７の口まで及ぶ。開口部９１の周辺の領域においては、環状の隙間だけでなく、第２の出口管の断面も、ヘルムホルツ管に定在する気柱に寄与する。フラップ１０が閉じられていると、ヘルムホルツ管の有効長さＬ１は、共鳴器管８内でさらに共鳴器管８の開口部９３まで及ぶ。

このように形成されたヘルムホルツ共鳴器のヘルムホルツ管の有効長さＬ１、Ｌ２および有効断面は、第２の出口管７内に配置されたフラップ１０が開いているか閉じられているかによって決まり、その結果、ヘルムホルツ共鳴器は（少なくとも）２つの固有振動数の間で切替可能である。

以下、本発明に係るマフラの第７の実施形態を、図７を参照して説明する。繰り返しを避けるために、主に上記第６の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては上記の説明を参照する。

第７の実施形態に係るマフラ１は、筐体２の壁と仕切壁３１とを通過し第２の空間４２の内部で終わる入口管５１と一体に形成された共鳴器管８を含む。第１の空間４１内の、第２の出口管７が存在しない部分において、入口管５１と一体形に成された共鳴器管８は、入口管５１の中を移動する流体、特に排気ガスが第１の空間４１内へ進むことを可能にする開口部９３を含む。入口管５１と一体に形成された共鳴器管８の壁は、入口管５１と一体に形成された共鳴器管８内に第２の出口管７が位置している部分には、出口開口部を有さない。図示した実施形態においては、２つの第１の出口管６１および６２が設けられ、そのうちの一方の第１の出口管は、接続片によって、第２の出口管７内に配置されたフラップ１０よりも下流の位置で第２の出口管７に接続され、単一の共通の出口管を形成する。あるいは、全ての出口管が、第２の出口管７内に配置されたフラップ１０よりも下流で相互接続されてもよい。

フラップ１０が開いていると、ヘルムホルツ管の有効長さＬ２は、第２の空間４２内に位置する共鳴器管８の口から、環状の隙間（入口管５１と一体に形成された共鳴器管８と第２の出口管７との間）を介して、共鳴器管８内に位置する第２の出口管７の口までである。それゆえ、フラップ１０が開いていると、環状の隙間のみが定在気柱に寄与する。

フラップ１０が閉じられていると、ヘルムホルツ管の有効長さＬ１は、第２の空間４２内に位置する共鳴器管８の口から、まずは環状の隙間（入口管５１と一体形成された共鳴器管８と第２の出口管７との間）に沿って、共鳴器管８内に配置された第２の出口管７の口まで及ぶ。フラップ１０が閉じられていると、ヘルムホルツ管の有効長さＬ１は、共鳴器管８内でさらに延び、共鳴器管８の開口部９３まで及ぶ。

本実施形態においては受動フラップとして構成されるフラップ１０が開いているか閉じられているかに応じて、開かれた第１の空間４１と封止された第２の空間４２との間のこのように形成されたヘルムホルツ共鳴器の定在気柱の有効長さおよび有効断面ひいては体積が、ヘルムホルツ共鳴器の各固有振動数も変わるように切替可能である。なお、本実施形態においては出口管間の接続片が筐体２の外部に位置しているが、接続片は筐体２の内部に位置していてもよい。

図８を参照して、上記実施形態のうちの１つに係るマフラを用いた排気系の一実施形態を以下に説明する。

内燃機関１７からの排気ガスは、触媒コンバータ１８と入口管５１とを通過して、上記のマフラ１のうちの１つの筐体２に入る。第２の出口管７内に配置された、図示した実施形態においてはマフラ１の一部ではなく全体的な排気系の一部を形成するフラップ１０よりも下流において、排気ガスがテールパイプから排出される前に、第１の出口管６１と第２の出口管７とがＹ字管によって連結される。図示した実施形態においては、エンジン制御ユニット１９が、内燃機関１７の各回転数に応じてフラップ１０を動作させる電気モータ１１を制御する。

図９Ａを参照して、第８の実施形態に係るマフラ１を以下に説明する。マフラ１は、大部分は、図１に示した実施形態のマフラ１に対応する。繰り返しを避けるために、主に上記第１の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第１の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

第８の実施形態に係るマフラ１は、入口管５１、第１の出口管６１、および第２の出口管７の断面が常に一定である点で、第１の実施形態に係るマフラとは異なる。したがって、各口付近の領域におけるフレア状の広がりは省略されている。さらに、仕切壁３１と平行な第２の仕切壁３２が筐体２内に設けられている。共鳴器管８は、仕切壁３１および３２の両方を貫通する。２つの離間された仕切壁３１、３２を用いることによって、安定化が容易になるため、筐体２内での共鳴器管８の支持が保証される。

図９Ｂを参照して、第９の実施形態に係るマフラ１を以下に説明する。このマフラは、大部分は、図３に示した第３の実施形態のマフラに対応する。繰り返しを避けるために、主に上記第３の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第３の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

第９の実施形態に係るマフラ１は、共鳴器管８の断面が常に一定である点で、第３の実施形態に係るマフラとは異なる。したがって、図３に示す各口付近の領域における共鳴器管８のフレア状の広がりが省略されている。第９の実施形態によると、さらに、第２の出口管７は、第２の出口管７の周方向に沿って離間された複数の放射状支持体１４によって共鳴器管８を支持してはいない。しかしながら、共鳴器管８と第２の出口管７との間に形成された環状の隙間には支持体が無い。最後に、第２の出口管７は、共鳴器管８内に配置された部分に開口部９１が設けられている。上記第８の実施形態と同様に、仕切壁３１と平行なさらなる仕切壁３２が筐体２内に設けられ、共鳴器管８は仕切壁３１および３２の両方を貫通している。

図９Ｃを参照して、第１０の実施形態に係るマフラ１を以下に説明する。このマフラは、上記第８の実施形態と上記第９の実施形態とを組み合わせたものに対応する。繰り返しを避けるために、主に上記第８および第９の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第８および第９の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

第１０の実施形態に係るマフラ１は、第２の出口管７が共鳴器管８を越えて第１の空間４１に突出してはいないことが、第８の実施形態に係るマフラとは異なる。その代わりに、第２の出口管７および共鳴器管８の各口は互いに同一平面にある。このため、第９の実施形態とは異なり、第２の出口管７の口は、共鳴器管８の径方向のみにおいて共鳴器管８内に配置され、共鳴器管８の軸方向においてはそうではない。

図９Ｄを参照して、第１１の実施形態に係るマフラ１を以下に説明する。このマフラ１は、大部分は、図２に示した第２の実施形態に係るマフラに対応する。繰り返しを避けるために、主に上記第２の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第２の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

第１１の実施形態に係るマフラ１は、溶接シームではなく環状のカバー１３が第２の出口管７と共鳴器管８との間の環状の隙間を気密に封止している点で、第２の実施形態に係るマフラとは異なる。さらに、１つの入口管５１のみが設けられ、第２の入口管５２は省略されている。上記第８〜第１０の実施形態と同様に、第１の仕切壁３１と平行な第２の仕切壁３２が筐体２内に設けられ、共鳴器管８は（よって共鳴器管８内に配置された第２の出口管７も）仕切壁３１および３２の両方を貫通する。環状のカバー１３を用いることによって、共鳴器管８と第２の出口管７との相互支持が可能になる。

図９Ｅおよび図９Ｆを参照して、第１２および第１３の実施形態に係るマフラ１を以下に説明する。このマフラは上記第１１の実施形態に基づいている。繰り返しを避けるために、主に上記第１１の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第１１の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

図９Ｅに示した第１２の実施形態に係るマフラ１は、第２の出口管７が共鳴器管８を越えて第１の空間４１に突出してはいない点で、第１１の実施形態に係るマフラとは異なる。その代わり、共鳴器管８が、第２の出口管７の口を越えて第１の空間４１に突出している。したがって、第２の出口管の口は、共鳴器管８の径方向および軸方向において、共鳴器管８内に配置され、共鳴器管８の口から離間されている。

図９Ｆに示した第１３の実施形態に係るマフラ１は、第２の出口管７が共鳴器管８を越えて第１の空間４１に突出してはいないことが、図９Ｄに示した第１１の実施形態に係るマフラとは異なる。その代わり、第２の出口管７および共鳴器管８の各口は互いに同一平面にある。

図９Ｇを参照して、第１４の実施形態に係るマフラ１を以下に説明する。このマフラは、大部分は、図９Ｃに示した第１０の実施形態に係るマフラに対応する。繰り返しを避けるために、主に上記第１０の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第１０の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

第１４の実施形態に係るマフラ１は、特に、入口管５１および第１の出口管６１の配置が、第１０の実施形態のマフラとは異なる。第１０の実施形態とは異なり、第１の出口管６１は、仕切壁３１および３２を貫通してはいない。その代わり、第１の出口管６１と第２の出口管７とは、筐体２の反対側で筐体２から出ている。入口管５１は、出口管６１、７のうちの一方とは一直線にそろわないように配置される。その代わり、出口管６１、７に対して９０°の角度で配置される。

第１４の実施形態における管の配置は、全ての管が第１の空間４１内で終わり、第２の出口管７が第１の空間４１と第２の空間４２との間に配置された共鳴器管８によって少なくとも部分的に囲まれるのであれば、少なくとも１つの入口管と出口管とが互いに関して任意の構成で配置されてもよいことを例示するための単なる例にすぎない。さらに、複数の仕切壁を用いることは全くの任意である。３つ以上の仕切壁または１つの仕切壁のみが用いられてもよい。少なくとも１つの入口管および出口管ならびに少なくとも１つの共鳴器管の断面は、それらの長手方向の範囲に沿って一定であってもよく、それらの口周辺の領域で断面が拡大してフレア状になっていてもよい。

図９Ｈを参照して、第１５の実施形態に係るマフラ１を以下に説明する。このマフラは、大部分は、図９Ｂに示した第９の実施形態のマフラに対応する。繰り返しを避けるために、主に上記第９の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第９の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

第１５の実施形態に係るマフラ１は、第１の出口管６１および共鳴器管８の各口が仕切壁３１と同一平面にあることが、第９の実施形態のマフラとは異なる。したがって、第１の出口管６１と共鳴器管８のどちらも、仕切壁３１を越えて第１の空間４１に突出してはいない。第２の出口管７の口は、第２の出口管７が仕切壁３１を貫通しないように、共鳴器管８の口に対して後退させられている。

図９Ｉを参照して、第１６の実施形態に係るマフラ１を以下に説明する。このマフラは、大部分は、図９Ｃに示した第１０の実施形態のマフラに対応する。繰り返しを避けるために、主に上記第１０の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第１０の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

第１６の実施形態に係るマフラ１は、第１の出口管６１、第２の出口管７、および共鳴器管８の各口が仕切壁３１と同一平面にあることが、第１０の実施形態のマフラとは異なる。したがって、第１の出口管６１、第２の出口管７、および共鳴器管８のいずれもが、仕切壁３１を越えて第１の空間４１に突出してはいない。

図９Ｊを参照して、第１７の実施形態に係るマフラ１を以下に説明する。このマフラは、大部分は、図９Ａに示した第８の実施形態のマフラに対応する。繰り返しを避けるために、主に上記第８の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第８の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

第１７の実施形態に係るマフラ１は、共鳴器管８の口が仕切壁３１と同一平面にあることが、第８の実施形態のマフラとは異なる。したがって、第１の出口管６１および第２の出口管７のみが、仕切壁３１を越えて第１の空間４１に突出する。

図９Ｋを参照して、第１８の実施形態に係るマフラ１を以下に説明する。このマフラは、大部分は、図９Ｉに示した第１６の実施形態のマフラに対応する。繰り返しを避けるために、主に上記第１６の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第１６の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

図９Ｋの左側の図は、第１８の実施形態に係るマフラ１の非常に簡単化された概略図を示し、図９Ｋの右側の図は、視線Ｘに沿って見た仕切壁３１の上面図を示し、仕切壁３１を左側の図に対して反時計回りに９０°回転させている。

第１８の実施形態に係るマフラ１は、共鳴器管８と第２の出口管７との間の環状の隙間に支持体１４が配置されていることが、第１６の実施形態のマフラとは異なる。支持体は、仕切壁３１のうちの仕切壁が共鳴器管８と第２の出口管７との間に形成された環状の隙間を封止する領域に、円形に配置された複数の開口部を設けることにより、仕切壁３１によって形成されている。支持体１４はこれらの開口部の間に残る。このようにして、仕切壁３１による第２の出口管７の支持を確保しつつ、大部分が開放された環状の隙間が得られる。

なお、第１８の実施形態に示した第２の出口管の支持形態は単なる例示にすぎない。支持は、例えば、共鳴器管と第２の出口管との間または仕切壁と第２の出口管との間に配置されたピンや、仕切壁の１つに形成されたタブや、バイパス管や、共鳴器管または第２の出口管に形成された凹部または凸部によって達成されてもよい。

図９Ｌを参照して、第１９の実施形態に係るマフラを以下に説明する。このマフラは、大部分は、図９Ｄに示した第１１の実施形態のマフラに対応する。繰り返しを避けるために、主に上記第１１の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第１１の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

第１９の実施形態に係るマフラは、特に、共鳴器管８の口が仕切壁３１と同一平面にあることが、第１１の実施形態のマフラとは異なる。したがって、第１の出口管６１および第２の出口管７のみが、仕切壁３１を越えて第１の空間４１に突出する。さらに、共鳴器管８と第２の出口管７との間に形成された環状の隙間は、別個の環状のカバーによってではなく仕切壁３１自体によって封止される。このことによって、仕切壁３１が第１および第２の出口管６１、７と共鳴器管８との両方を直接支持することも可能になる。

図９Ｍを参照して、第２０の実施形態に係るマフラを以下に説明する。このマフラは、大部分は、図９Ｆに示した第１３の実施形態のマフラに対応する。繰り返しを避けるために、主に上記第１３の実施形態との相違点を取り上げ、残りについては第１３の実施形態について述べた上記の説明を参照する。

第２０の実施形態にかかるマフラは、特に、第１の出口管６１、第２の出口管７、および共鳴器管８の各口が仕切壁３１と同一平面にある点で、第１３の実施形態のマフラとは異なる。したがって、第１の出口管６１、第２の出口管７、および共鳴器管８のいずれもが、仕切壁３１を越えて第１の空間４１に突出してはいない。さらに、共鳴器管８と第２の出口管７との間に形成された環状の隙間は、別個の環状カバーによってではなく、仕切壁３１自体によって封止される。

上記において、開かれた第１の空間と封止された第２の空間との間に定在気柱が形成される領域を示すために「ヘルムホルツ管」という用語を用いたが、この用語は、その機能的な意味で理解されるべきであり、限定的（例えば、物理的な管に限定される）に理解されるべきではない。したがって、ヘルムホルツ管は、任意の断面を有し得、特に、ヘルムホルツ管に沿って変化する断面を有していてもよい。

さらに、上記で用いた「環状の隙間」という用語は、円形断面の隙間に限定されるわけではなく、楕円形または矩形の断面の隙間を含むことも意図している。さらに、隙間は、周方向において連続していてもよく、周方向において不連続であってもよい。

本開示をいくつかの代表的な実施形態に関して説明したが、当業者にとって多くの代替、修正および変形が明らかであろうことは明白である。したがって、本明細書中に記載の本開示の代表的な実施形態は、例示的なものであり、いかなる点においても限定的なものではない。以下の請求項において定められる本開示の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更がなされ得る。

Claims (15)

1. 内燃機関によって駆動される車両の排気系のためのマフラであって、
   気密筐体と、
   前記筐体内に配置され、前記筐体の内部を第１の空間と前記第１の空間とは別の第２の空間とに分割する少なくとも１つの仕切壁と、
   前記第１の空間と流体連通する少なくとも１つの入口管と、
   前記第１の空間と流体連通する少なくとも１つの第１の出口管と、
   前記第１の空間と流体連通し、前記第２の空間を通過し、前記少なくとも１つの仕切壁を貫通する、切替可能な第２の出口管と、
   前記第１の空間と前記第２の空間との間に流体連通を提供する共鳴器管と、を含み、
   前記第２の出口管が、少なくとも前記少なくとも１つの仕切壁を貫通する部分において、前記共鳴器管内に配置され、
   前記第２の出口管が、前記共鳴器管の長さの全体にわたって前記共鳴器管内に位置し、
   前記第２の出口管の壁が、前記共鳴器管に囲まれた部分に開口部を有する、マフラ。
2. 内燃機関によって駆動される車両の排気系のためのマフラであって、
   気密筐体と、
   前記筐体内に配置され、前記筐体の内部を第１の空間と前記第１の空間とは別の第２の空間とに分割する少なくとも１つの仕切壁と、
   前記第１の空間と流体連通する少なくとも１つの入口管と、
   前記第１の空間と流体連通する少なくとも１つの第１の出口管と、
   前記第１の空間と流体連通し、前記第２の空間を通過し、前記少なくとも１つの仕切壁を貫通する、切替可能な第２の出口管と、
   前記第１の空間と前記第２の空間との間に流体連通を提供する共鳴器管と、を含み、
   前記第２の出口管が、少なくとも前記少なくとも１つの仕切壁を貫通する部分において、前記共鳴器管内に配置され、
   １つの入口管と前記第２の出口管とが一体形成されて単体の管を形成し、
   前記単体の管の壁は、前記単体の管が前記第１の空間の内部かつ前記共鳴器管の外部に位置する第１の部分に開口部を有し、前記単体の管が前記共鳴器管内に位置する第２の部分に開口部を有する、マフラ。
3. 前記共鳴器管の一端が、前記第１の空間内に位置し、前記第２の出口管または前記単体の管に気密に接続された、請求項１および２のうちの１項に記載のマフラ。
4. 内燃機関によって駆動される車両の排気系のためのマフラであって、
   気密筐体と、
   前記筐体内に配置され、前記筐体の内部を第１の空間と前記第１の空間とは別の第２の空間とに分割する少なくとも１つの仕切壁と、
   前記第１の空間と流体連通する少なくとも１つの入口管と、
   前記第１の空間と流体連通する少なくとも１つの第１の出口管と、
   前記第１の空間と流体連通し、前記第２の空間を通過し、前記少なくとも１つの仕切壁を貫通する、切替可能な第２の出口管と、
   前記第１の空間と前記第２の空間との間に流体連通を提供する共鳴器管と、を含み、
   前記第２の出口管が、少なくとも前記少なくとも１つの仕切壁を貫通する部分において、前記共鳴器管内に配置され、
   前記共鳴器管は、前記共鳴器管が前記第１の空間の内部に位置しかつ前記第２の出口管が存在しない第１の部分と、前記共鳴器管が前記第２の出口管を収容する第２の部分とを有する、マフラ。
5. 前記入口管の口が前記共鳴器管内に配置された、請求項４に記載のマフラ。
6. 前記共鳴器管の壁が、前記共鳴器管に前記第２の出口管がない部分に開口部を有さない、または、
   前記共鳴器管の壁が、前記共鳴器管に前記第２の出口管がない部分に開口部を有する、請求項５に記載のマフラ。
7. 内燃機関によって駆動される車両の排気系のためのマフラであって、
   気密筐体と、
   前記筐体内に配置され、前記筐体の内部を第１の空間と前記第１の空間とは別の第２の空間とに分割する少なくとも１つの仕切壁と、
   前記第１の空間と流体連通する少なくとも１つの入口管と、
   前記第１の空間と流体連通する少なくとも１つの第１の出口管と、
   前記第１の空間と流体連通し、前記第２の空間を通過し、前記少なくとも１つの仕切壁を貫通する、切替可能な第２の出口管と、
   前記第１の空間と前記第２の空間との間に流体連通を提供する共鳴器管と、を含み、
   前記第２の出口管が、少なくとも前記少なくとも１つの仕切壁を貫通する部分において、前記共鳴器管内に配置され、
   前記共鳴器管と前記入口管とが一体形成されて単体の管を形成し、
   前記単体の管が前記第２の空間内で終わり、
   前記単体の管の壁は、前記単体の管が前記第１の空間を通過する第１の部分に、前記入口管と前記第１の空間との間に流体連通を提供する開口部を有し、前記単体の管が前記第２の出口管を囲む第２の部分には開口部を有さない、マフラ。
8. 前記第２の出口管の壁は、前記共鳴器管に囲まれた部分に開口部を有する、請求項４から７のうちの１項に記載のマフラ。
9. 前記マフラの前記筐体の内部または外部で前記第２の出口管内に配置され、前記第２の出口管を選択的に閉じるように構成されたフラップをさらに含む、請求項１から８のうちの１項に記載のマフラ。
10. 前記フラップを選択的に開閉するように構成され、制御装置に結合されるように構成された電気モータをさらに含む、請求項９に記載のマフラ。
11. 前記フラップは、前記第２の出口管を閉じるための位置に付勢され、その付勢力は、前記フラップに加わる排気ガスの圧力が所定の値に等しくなると前記フラップが当該付勢力に逆らって開かれるように選択される、請求項９に記載のマフラ。
12. 前記第１の出口管の外壁は、前記少なくとも１つの仕切壁に気密に接続され、かつ／または、
    前記共鳴器管の外壁は、前記少なくとも１つの仕切壁に気密に接続された、請求項１から１１のうちの１項に記載のマフラ。
13. 放射状に延びる支持体が、前記共鳴器管が前記第２の出口管を囲む部分において、前記第２の出口管の外壁と前記共鳴器管の内壁との間に配置された、請求項１から１２のうちの１項に記載のマフラ。
14. 入口管は、前記第１の出口管または前記第２の出口管と一直線にそろえられた、請求項１から１３のうちの１項に記載のマフラ。
15. 前記筐体内で前記第１の空間と前記第２の空間との間に位置して防音材を収容する第３の空間を画定する少なくとも１つの第２の仕切壁をさらに含む、請求項１から１４のうちの１項に記載のマフラ。

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