JP5304586B2

JP5304586B2 - 排気装置

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Publication number: JP5304586B2
Application number: JP2009240775A
Authority: JP
Inventors: 政治黒田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: JP2011085113A

Description

本発明は、独立した２系統の排気経路の下流側を単一のメインマフラーに連結した内燃機関の排気装置に関する。

特許文献１には、独立した２系統の排気経路の下流側を単一のメインマフラーに連結した内燃機関の排気系構造が開示されている。

この特許文献１では、２系統の排気経路のうちのいずれか一方に、排気ガスを冷却するための冷却手段、あるいは２系統の排気経路の排気ガスに温度差を生じさせるための温度差発生手段を設ける構成にしている。

なお、この特許文献１に開示されている排気系構造は、２系統の排気経路の上流側から下流側まで横に並んだ状態で配列された構成になっている。さらに、メインマフラーの排気ガス導入部分には、高回転用流路と低回転用流路とを開閉するためのバルブ装置が設けられている。

特開２００８−１８０１３６号公報

上記特許文献１に係る従来例では、バルブ装置で高回転用流路と低回転用流路とを選択すると記載されているものの、メインマフラーの内部構造に関する記載がない。そのため、メインマフラー内部における排気ガス流路が１系統になってしまうと考えられ、圧力損失や消音の特性を変更することが難しいと考えられる。ここに改良の余地がある。

このような事情に鑑み、本発明は、独立した２系統の排気経路の下流側を単一のメインマフラーに連結した内燃機関の排気装置において、必要に応じて、圧力損失や消音の特性を変更可能とすることを目的としている。

本発明は、独立した２系統の排気経路の下流側を単一のメインマフラーに連結した内燃機関の排気装置であって、前記メインマフラー内において排気ガスの導入部から放出部に至るまでの排気ガスの流路長を変更するための排気制御装置を備え、前記メインマフラー内には、前記導入部から前記放出部までに、排気ガスを蛇行させて案内する第１流路が設けられているとともに、前記第１流路より短い第２流路が設けられ、前記導入部には、前記２系統の排気経路それぞれの下流側に連接されるアウターパイプと、このアウターパイプ内に非接触に挿入されかつ前記アウターパイプの下流端から飛び出した状態とされるインナーパイプとが設けられ、前記メインマフラーの内部には、前記アウターパイプと前記インナーパイプとの対向空間が開放される前側空間と、この前側空間の後側に配置されかつ前記インナーパイプの下流端が開放されるとともに前記放出部の上流側開口が開放される後側空間と、前記両空間の両側に配置されかつ前記前側空間にそれぞれ連通される第１、第２中間空間と、この第１、第２中間空間のさらに両側に配置される第１、第２外側空間と、前記第１中間空間と前記第２外側空間とを連通する第１バイパスパイプと、前記第２中間空間と前記第１外側空間とを連通する第２バイパスパイプと、前記第１外側空間と前記後側空間とを連通する第３バイパスパイプと、前記第２外側空間と前記後側空間とを連通する第４バイパスパイプとが設けられ、前記第１流路は前記前側空間から前記第１、第２中間空間と前記各バイパスパイプと前記第１、第２外側空間と前記後側空間とを経て前記放出部に至る流路とされ、前記第２流路は前記後側空間から前記放出部に至る流路とされ、前記排気制御装置は、前記インナーパイプ内を開放または閉塞するための排気弁と、負圧を利用して前記排気弁を閉弁状態にさせるためのアクチュエータと、前記アクチュエータに負圧供給源から負圧を供給する状態および供給しない状態にするための切替弁と、この切替弁の開閉動作を制御するための制御装置とを含み、前記制御装置は、前記内燃機関の回転速度が目標値未満の場合に前記切替弁を開弁させることにより、前記排気弁を閉弁状態にさせて前記２系統の排気経路から前記アウターパイプに到達した排気ガスを当該アウターパイプと前記インナーパイプとの対向空間から前記前側空間に導入させる状態にすることにより前記第１流路に排気ガスを優先的に流通させる一方、前記内燃機関の回転速度が前記目標値以上の場合に前記切替弁を閉弁させることにより、前記排気弁を開弁状態にさせて前記２系統の排気経路から前記アウターパイプに到達した排気ガスを優先的に前記インナーパイプの後端開口から前記後側空間に導入させる状態にすることにより前記第２流路に排気ガスを優先的に流通させる、ことを特徴としている。

この構成では、内燃機関の低回転時に排気ガスをメインマフラー内の比較的長い第１流路を経て大気放出させるようにし、また、内燃機関の高回転時に排気ガスを比較的短い第２流路を経て大気放出させるようにしている。そのため、内燃機関の低回転時には排気ガスの排気音を静かにすることが可能になり、また、内燃機関の高回転時には消音しながらも排気ガスの圧力損失を低減することが可能になる。

また、前記構成では、導入部をインナーパイプとアウターパイプとで２重管構造にしているから、排気弁をインナーパイプに設置するだけで、この排気弁を開閉させることで、インナーパイプとアウターパイプとの対向空間やインナーパイプそのものを、排気ガスの導入路とすることが可能になる。そのため、インナーパイプとアウターパイプとのそれぞれに排気弁を設置する必要がない等、構成の簡素化が図れる。

さらに、前記構成では、インナーパイプとアウターパイプとの対向空間から導入される排気ガスが、前側空間、側方空間ならびに後側空間を通るようになるので、この排気ガスの流路長が比較的長い第１流路となり、また、インナーパイプから導入される排気ガスが、後側空間のみを経て放出部から放出されるようになるので、この排気ガスの流路長が比較的短い第２流路となる。この場合、空間を通る数が多い第１流路では、排気抵抗が大きくなるので、消音作用が向上する一方、空間を通る数が少ない第２流路では、排気抵抗が小さくなるので、圧力損失が少なくなる。

さらに、前記構成では、アクチュエータについて負圧を動力源として作動する構成に特定して、アクチュエータに対する負圧の供給と非供給とを切り替えるための切替弁を用いるようにしている。これにより、一般的に市販されているアクチュエータや切替弁を流用することが可能になるから、設備コストを低減するうえで有利となる。

好ましくは、前記排気制御装置は、前記負圧供給源から供給される負圧を蓄圧するとともに、前記アクチュエータを多数回作動させるのに必要な蓄圧量とされた負圧タンクをさらに含む、構成とすることができる。

このように、アクチュエータを連続的に作動可能とするための負圧タンクを用いる構成に特定することができる。この特定によれば、万一、負圧供給源から負圧を受け取れない状況になったとしても、負圧タンクに蓄圧される負圧によって排気弁を開閉することが可能になる。

本発明は、独立した２系統の排気経路の下流側を単一のメインマフラーに連結した内燃機関の排気装置において、必要に応じて、圧力損失や消音の特性を変更可能とすることが可能になる。

本発明に係る内燃機関の排気装置の一実施形態で、その全体の外観を示す斜視図である。図１の排気装置の平面図である。図１の排気装置の側面図である。図３の（４）−（４）線断面の矢視図である。図１から図３のメインマフラーおよびその周辺を部分的に透過して示す斜視図である。図１の排気装置の排気制御装置を示す構成図である。図１のメインマフラー内での排気ガスの流路を説明するために模式的に示す平面図である。図７の（８）−（８）線断面の矢視図である。図７の（９）−（９）線断面の矢視図である。図６の排気制御装置の排気弁が開弁している状態を示す図である。図６の排気制御装置の排気弁が閉弁している状態を示す図である。

以下、本発明を実施するための最良の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１から図１１に、本発明の一実施形態を示している。なお、以下において、前後、上下、左右という記載は、基本的に、排気装置を組み付けた車両を基準としており、また、上流、下流という記載は、基本的に、排気ガスの流れ方向を基準としている。

この実施形態では、排気装置の適用対象の内燃機関１として、自動車等の車両に搭載されるＶ型多気筒（例えば６気筒〜１２気筒）の内燃機関とする場合を例に挙げている。

なお、内燃機関１は、車両に対して縦置きに搭載される例を挙げている。縦置きとは、内燃機関１の左バンク１Ｌが車両の左側に、右バンク１Ｒが車両の右側に、それぞれ配置される状態になることを言う。また、内燃機関１の回転動力を駆動系に伝達するためのプロペラシャフト３は、内燃機関１が搭載される車両の下部において左右方向中央に前後方向に沿う状態で設置されている。

図例の排気装置は、内燃機関１から排出される排気ガスを浄化、消音して大気に放出するものであり、独立した２系統の排気経路１０，２０を有する構成、つまり所謂、デュアル排気装置とされている。

第１排気経路１０は、内燃機関１の左バンク１Ｌから排気ガスを送るものであり、第２排気経路２０は、内燃機関１の右バンク１Ｒから排気ガスを送るものである。このように独立した第１、第２排気経路１０，２０には、共に上流側から順に、排気ガスを浄化するための触媒コンバータ１１，２１と、排気音を低減するためのサブマフラー１２，２２とが直列に配設されており、両排気経路１０，２０の下流側に、排気音を低減するための単一のメインマフラー３０が設けられている。

触媒コンバータ１１，２１とサブマフラー１２，２２とを連通連結する部分はフロントパイプ１３，２３と呼ばれ、また、サブマフラー１２，２２とメインマフラー３０とを連通連結する部分はリアパイプ１４，２４と呼ばれている。

なお、内燃機関１が始動されると、内燃機関１から排出される排気ガスが、エキゾーストマニホールド２Ｌ，２Ｒを経て触媒コンバータ１１，２１で浄化されてから、この浄化された排気ガスがサブマフラー１２，２２で消音されるとともに、さらにメインマフラー３０で消音されてから、放出部３３から外部（大気）に放出される。

このような排気装置を構成する要素について詳細に説明する。

第１、第２触媒コンバータ１１，２１は、第１、第２排気経路１０，２０の各上流端に設けられている。この第１、第２触媒コンバータ１１，２１の上流端は、内燃機関１の左右両方のバンク１Ｌ，１Ｒに個別に取り付けられるエキゾーストマニホールド２Ｌ，２Ｒの下流端に個別に連通する状態で取り付けられるようになっている。

第１、第２サブマフラー１２，２２は、第１、第２排気経路１０，２０の各上流側の途中に設けられている。この第１、第２サブマフラー１２，２２は、外形形状が円柱形とされており、その外径寸法はフロントパイプ１３，２３やリアパイプ１４，２４の外径寸法よりも大きく設定されている。

単一のメインマフラー３０は、第１、第２排気経路１０，２０の各下流側に設けられている。このメインマフラー３０は、平面視で略長方形の外形形状になっており、その長手方向が第１、第２排気経路１０，２０全体の長手方向に対して略直交する状態で第１、第２排気経路１０，２０のリアパイプ１４，２４に連通連結されている。

詳しくは、メインマフラー３０は、ケース３１と、排気ガスの導入部３２と、排気ガスの放出部（エンドパイプと呼ばれる）３３とを含んで構成されている。

ケース３１は、平面視で略長方形にかつ端面視で楕円形に形成された箱からなり、その内部には、計６つの拡張室４１Ｆｒ，４１Ｒｒ，４２Ｌ，４２Ｒ，４３Ｌ，４３Ｒが設けられている。具体的に、ケース３１の内部は、その長手方向（車両左右方向）の４ヶ所に隔壁３４〜３７を設けることによって５つの空間に区画されており、そのうちの長手方向中央に位置する空間は、短手方向（車両前後方向）の中央の１ヶ所に隔壁３８を設けることによって２つの空間に区画されている。

これらの計６つの空間が、拡張室４１Ｆｒ，４１Ｒｒ，４２Ｌ，４２Ｒ，４３Ｌ，４３Ｒとされている。説明をわかりやすくするために、例えば、長手方向中央の２つの空間を、第１中央拡張室４１Ｆｒと第２中央拡張室４１Ｒｒと言うことにし、また、長手方向中間の２つの空間を、第１中間拡張室４２Ｌと第２中間拡張室４２Ｒと言うことにし、さらに、両端の２つの空間を、第１外側拡張室４３Ｌと第２外側拡張室４３Ｒと言うことにする。

そして、メインマフラー３０の長手方向中間に位置する隔壁３４，３５において第１中央拡張室４１Ｆｒ側の領域には、板厚方向に貫通する複数の孔４４，４５が設けられている。この孔４４，４５は、第１中央拡張室４１Ｆｒに導入された排気ガスをその両隣の第１中間拡張室４２Ｌと第２中間拡張室４２Ｒとに流入可能とするものである。また、隔壁３４〜３７には、４つのバイパスパイプ４６〜４９が取り付けられている。第１バイパスパイプ４６は、第１中間拡張室４２Ｌに流入した排気ガスを第２外側拡張室４３Ｒに流入させるもので、第２バイパスパイプ４７は、第２中間拡張室４２Ｒに流入した排気ガスを第１外側拡張室４３Ｌに流入させるもので、第３バイパスパイプ４８は、第１外側拡張室４３Ｌに流入した排気ガスを第２中央拡張室４１Ｒｒに流入させるもので、第４バイパスパイプ４９は、第２外側拡張室４３Ｒに流入した排気ガスを第２中央拡張室４１Ｒｒに流入させるものである。

導入部３２は、メインマフラー３０内に排気ガスを導入する部分であり、ケース３１の前部において長手方向中間領域に、前方へ向けて突出した状態で取り付けられている。この導入部３２は、この実施形態において２本のインナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒと２本のアウターパイプ５２Ｌ，５２Ｒとを含む構成になっている。インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒは、アウターパイプ５２Ｌ，５２Ｒの内側に非接触に挿入配置されている。

両インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒの上流端は、両アウターパイプ５２Ｌ，５２Ｒの上流端よりも内側に入り込んでいて、両インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒの下流端は、両アウターパイプ５２Ｌ，５２Ｒの下流端よりも外側に飛び出した状態になっている。そして、導入部３２の前端つまり両アウターパイプ５２Ｌ，５２Ｒの上流端は、リアパイプ１４，２４の下流端に個別に連通連結されている。この連結形態は、所謂、フランジ結合とされている。

両アウターパイプ５２Ｌ，５２Ｒにおけるケース３１内の開口は、第１中央拡張室４１Ｆｒに開放されている。一方、導入部３２の後端つまり両インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒにおけるケース３１内の開口は、第２中央拡張室４１Ｒｒに開放されている。

放出部３３は、メインマフラー３０内の排気ガスを外部へ放出するパイプからなり、ケース３１の後部において長手方向中間領域に、後方へ向けて突出した状態で３つ取り付けられている。この放出部３３においてケース３１内の開口は、第２中央拡張室４１Ｒｒに開放されている。

フロントパイプ１３，２３およびリアパイプ１４，２４は、内燃機関１から排出される排気ガスを流通させるための通路である。なお、このフロントパイプ１３，２３およびリアパイプ１４，２４や、導入部３２および放出部３３は、それぞれ任意の金属（ステンレス鋼やチタン合金等）で形成される。

このような排気装置では、２系統の排気経路１０，２０における排気ガスの総流路長がほぼ等長に設定されている。詳しくは、例えば内燃機関１の左バンク１Ｌに取り付けられるエキゾーストマニホールド２Ｌからメインマフラー３０までの距離と、右バンク１Ｒに取り付けられるエキゾーストマニホールド２Ｒからメインマフラー３０までの距離とがほぼ等長に設定されている。

そして、２系統の排気経路１０，２０は、車両前後方向に沿って略直線的に配列されていて、例えば図示していないが、サブマフラー１２，２２が車両の運転席および助手席の下部に配置され、メインマフラー３０が車両の後端側の下部に配置されるようになっている。

ところで、一般的に、内燃機関１の回転動力を駆動系に伝達するためのプロペラシャフト３は、内燃機関１が搭載される車両の下部で左右方向中央に車両前後方向に沿う状態で設置される関係より、このプロペラシャフト３に対して車両の運転席および助手席の下部で左右方向中間に配置されるサブマフラー１２，２２が干渉するおそれがある。そこで、そのような干渉を回避するために、この実施形態では、プロペラシャフト３の上側にサブマフラー１２，２２を非接触状態で設置させるようにしている。

しかも、この実施形態では、第１、第２サブマフラー１２，２２を縦配列つまり上下方向に非接触状態で並んだ配列とし、リアパイプ１４，２４を横配列つまり左右方向に非接触状態で並んだ配列としている。

このようにしている理由を説明する。仮に、プロペラシャフト３の下側にサブマフラー１２，２２を設置すると、サブマフラー１２，２２と路面との間隔つまり最低車高が低くなり過ぎると考えられる。それを避けるために、プロペラシャフト３の左右両側にサブマフラー１２，２２を振り分けて設置すると、次のような場合に好ましくない。

つまり、車両の下部を可及的に平坦にして下向きへの突出物を無くすようにするには、車両下部４において左右方向中央に、車室内へ張り出すように上向きの凹みを設け、この凹み内に、プロペラシャフト３を収納することが考えられる。その場合には、例えば前記凹みの左右方向両側にさらに凹みを設け、この凹み内にサブマフラー１２，２２を収納することが必要になる。しかしながら、そのようなサブマフラー１２，２２収納用の凹みの上方は、前記したように運転席および助手席が存在することになるために、運転席や助手席の設置面が高くなってしまい、運転者のアイポイントが高くなる等、ドライビングポジションが悪化することが懸念される。そのような理由から、前記したようにプロペラシャフト３の左右両側にサブマフラー１２，２２を振り分けて設置することは好ましくないと考える。

そこで、この実施形態では、図４に示すように、車両下部４において左右方向中間に、車室内へ大きく張り出すように上向きに深くした凹み５を設け、この凹み５内に、プロペラシャフト３とその上方に設置するサブマフラー１２，２２とを収納するようにしている。つまり、この凹み５の設置場所は、運転席と助手席との間となる関係より、前記したように凹み５の深さを可及的に高くすることが可能なのであり、その点に着目して、プロペラシャフト３とサブマフラー１２，２２とを縦配列にするようにしている。

なお、リアパイプ１４，２４については、運転席や助手席の後ろ側に存在する関係より、車両室内に設置場所を確保しやすいと言えるので、前記のような縦配列とせずに、横配列にしているのである。

そして、このような排気装置の下流側には、排気制御装置７０が設けられているので、以下で詳細に説明する。

具体的に、排気制御装置７０は、２系統の排気経路１０，２０においてリアパイプ１４，２４とメインマフラー３０との連結部分に設置されていて、メインマフラー３０内において排気ガスの流路長の異なる２系統の流路のいずれか一方を選択可能にするように工夫されている。

なお、メインマフラー３０内には、先に詳細に説明したように、導入部３２に流入する排気ガスを蛇行させて放出部３３に案内する第１流路（図５、図７の破線Ｘ参照）と、導入部３２に流入する排気ガスを最短距離で放出部３３へ案内する第２流路（図５、図７の実線Ｙ参照）とが設けられている。

まず、第１流路では、リアパイプ１４，２４に到達した排気ガスが、導入部３２においてインナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒとアウターパイプ５２Ｌ，５２Ｒとの対向環状空間を通って最上流側に位置する第１中央拡張室４１Ｆｒに導入され、この第１中央拡張室４１Ｆｒから左右の隔壁３４，３５の通孔４４，４５を通って第１、第２中間拡張室４２Ｌ，４２Ｒに流入し、その後、第１、第２バイパスパイプ４６，４７を介して第１、第２外側拡張室４３Ｌ，４３Ｒに流入、さらにその後、第３、第４バイパスパイプ４８，４９を介して最終拡張室となる第２中央拡張室４１Ｒｒに集められ、放出部３３からメインマフラー３０の外部へ放出されることになる。このように、第１流路は、メインマフラー１内で排気ガスを蛇行させるようになっていて、流路長が可及的に長く設定されている。

一方、第２流路では、リアパイプ１４，２４に到達した排気ガスの大半が、インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒを通って最終拡張室となる第２中央拡張室４１Ｒｒに直接的に導入されることになり、放出部３３からメインマフラー３０の外部へ放出されることになる。このように、第２流路は、メインマフラー１内で導入部３２と放出部３３とを最短距離を直線的に流すようになっていて、流路長が可及的に短く設定されている。

このように、導入部３２において、インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒとアウターパイプ５２Ｌ，５２Ｒとの対向環状空間が、メインマフラー３０内における第１流路の導入路となり、また、インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒが、メインマフラー３０内における第２流路の導入路となる。

図５および図６を参照して、排気制御装置７０を詳細に説明する。

排気制御装置７０は、主として、排気弁７１と、アクチュエータ７２と、負圧タンク７３と、切替弁７４と、制御装置７５とを含んだ構成になっている。

排気弁７１は、インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒの上流側に設置されて、略完全に閉塞する閉弁状態と、略全開とする開弁状態とに変更可能なように設置されている。

この排気弁７１は、２つの弁体７１ａ，７１ｂを単一の支軸７１ｃにその軸方向隣り合わせに一体に取り付けられた構成である。支軸７１ｃは、その両端がアウターパイプ５２Ｌ，５２Ｒの内壁に回転自在に支持されており、この支軸７１ｃをアクチュエータ７２でもって所定角度回転させることにより２つの弁体７１ａ，７１ｂをインナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒの中心線に沿う横向き姿勢にすると開弁状態（図１０参照）となり、また、支軸７１ｃを所定角度回転させることにより略２つの弁体７１ａ，７１ｂをインナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒの中心線に対して直交する直交姿勢（図１１参照）にすると閉弁状態になる。

アクチュエータ７２は、排気弁７１を作動させるものであって、例えば負圧を動力源としてピストンロッド７２ａを押し引きする構成になっている。ピストンロッド７２ａは、動力伝達部材としてのリンクバー７６を介して排気弁７１の支軸７１ｃに連結されている。そのため、ピストンロッド７２ａの押し引き運動がリンクバー７６を介して支軸７１ｃを正回転または逆回転させる回転運動に変換されるようになっており、この支軸７１ｃの正回転または逆回転運動により弁体７１ａ，７１ｂが開閉されるようになっている。

このアクチュエータ７２のケース内圧力室（図示省略）には、図示していないが、ピストンロッド３２ａを外側へ押し出すように付勢するためのスプリング（ダイアフラムスプリング、コイルスプリング、皿ばね等）が収納されるようになっている。

このアクチュエータ７２の動作としては、前記圧力室に負圧を供給していない自然状態つまり前記圧力室の内圧が大気圧と同等の場合に、前記スプリングの弾力でピストンロッド７２ａを押し出して排気弁７１の弁体７１ａ，７１ｂを開弁状態（図１０参照）にする。一方、前記圧力室に負圧を供給した状態つまり前記圧力室の内圧が大気圧より低下した場合に、前記スプリングの弾力に抗してピストンロッド７２ａを引き込んで排気弁７１の弁体７１ａ，７１ｂを閉弁状態（図１１参照）にする。

つまり、この実施形態では、アクチュエータ７２を非作動にしている自然状態においてアクチュエータ７２の内部スプリングの弾力で排気弁７１の弁体７１ａ，７１ｂを開弁状態にするようになっている。つまり、排気弁７１は、ノーマリーオープンとされる。

このようにノーマリーオープンにしている理由は、排気制御装置７０のフェール対策である。つまり、万一、排気制御装置７０の機能不良（例えば作動機構系、制御系あるいは負圧供給系等の故障）が発生して、排気弁７１の弁体７１ａ，７１ｂを動かせなくなった場合、弁体７１ａ，７１ｂを開弁状態にしていれば、内燃機関１を高回転とするような状況においても排気ガスの抜けを良好にできるので、内燃機関１の背圧が過剰に上昇することを回避できる。

しかしながら、仮に、ノーマリークローズ、つまりアクチュエータ７２を非作動にしている自然状態においてアクチュエータ７２の内部スプリングの弾力で排気弁７１の弁体７１ａ，７１ｂを閉弁状態にするようにしていると、排気制御装置７０の機能不良（例えば作動機構系、制御系あるいは負圧供給系等の故障）が発生して、排気弁７１の弁体７１ａ，７１ｂを動かせなくなった場合、内燃機関１を高回転とするような状況においても排気ガスの抜けが悪くなるために、内燃機関１の背圧が過剰に上昇するおそれがあり、好ましくない。

負圧タンク７３は、アクチュエータ７２の作動動力源つまりピストンロッド７２ａを引いて内部スプリングに弾性復元力を発生させるための動力源となる負圧を蓄圧するものである。この負圧タンク７３の蓄圧量は、排気弁７１を複数回（任意）連続的に開閉作動させることを可能とする容量に設定される。

この負圧タンク７３に蓄圧する負圧としては、例えば内燃機関１の吸気系、例えばインテークマニホールド（図示省略）内で発生する負圧とすることができる。そのため、負圧タンク７３とインテークマニホールドとが、負圧導入配管７７を介して連通連結されるようになっている。さらに、この負圧タンク７３は、アクチュエータ７２の前記圧力室（図示省略）に適宜の負圧供給配管７８を介して連通連結されている。ところで、前記負圧タンク７３に供給する負圧としては、図示していないが、車両に装備されるブレーキブースタで発生するブレーキ負圧等とすることも可能である。

切替弁７４は、負圧タンク７３内の負圧をアクチュエータ７２の圧力室に供給する状態と供給させない状態とに切り替えるものであり、前記負圧供給配管７８の途中に設置されている。この切替弁７４は、例えばソレノイドバルブあるいはスイッチングバルブと呼ばれるものとされ、制御装置７５でもって電気的に制御されることにより、前記負圧供給配管７８を略完全に閉塞する閉弁状態と、略全開にする開弁状態とに切り替えられるようになっている。

制御装置７５は、切替弁７４を必要に応じて開閉制御することにより排気弁７１を閉弁状態または開弁状態にするための処理を少なくとも実行する。この制御装置７５は、一般的に周知のＥＣＵ（Electronic Control Unit）とされ、双方向性バスによって相互に接続した中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラムメモリ（ＲＯＭ）、データメモリ（ＲＡＭ）、バックアップメモリ（不揮発性ＲＡＭ）等を含んだ構成になっている。この制御装置７５としては、例えば内燃機関１を制御するための既存の制御装置を利用することが可能であり、その場合には、設備の無駄を省略することが可能になる。

この実施形態では、内燃機関１の低回転時と高回転時とで排気弁７１の開閉状態を変更することによりメインマフラー３０内における排気ガスの流路長を長短変更するようになっている。

例えば、内燃機関１の回転速度が所定の目標値未満の低回転時に、排気弁７１を閉弁状態にすることにより、排気ガスの流路長の長い第１流路（図５、図７の破線Ｘ参照）を確保するようにし、また、内燃機関１の回転速度が前記目標値以上の高回転時に、排気弁７１を開弁状態にすることにより、排気ガスの流路長の短い第２流路（図５、図７の実線Ｙ参照）を確保するようにしている。

このため、制御装置７５には、少なくとも内燃機関１の回転速度センサ８１（図６参照）からの出力が入力されるようになっており、この出力と予め設定している目標値とを対比することにより、排気弁７１を作動させるようになっている。なお、回転速度センサ８１としては、一般的に周知のものを流用すればよく、図示していないが、内燃機関１のクランクシャフトに取り付けられるパルサリングと、このパルサリングの回転に伴いパルス信号を出力するセンサとを組み合わせた構成とされる。

次に、動作について説明する。

そもそも、内燃機関１が停止している場合には、排気制御装置７０が非作動となっているが、そのときには、排気弁７１が開弁状態になっていて、インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒを全開する状態になっている。

詳しくは、内燃機関１が停止している場合には、切替弁７４は閉弁状態になっているために、負圧タンク７３内の負圧がアクチュエータ７２に供給されない状態になっている。これにより、アクチュエータ７２の内部スプリングの弾力でもってピストンロッド７２ａがアクチュエータケース外に押し出された状態になっていて、図１０に示すように、排気弁７１の弁体７１ａ，７１ｂがインナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒの中心線に沿う横向き姿勢になっているので、インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒが全開状態になっているのである。

そして、内燃機関１が始動された後、内燃機関１の回転速度が所定の目標値未満の場合であると、制御装置７５は、排気制御装置７０の排気弁７１を閉弁状態にする。

そうするために、制御装置７５は、切替弁７４を開弁することにより、負圧タンク７３内の負圧をアクチュエータ７２に供給させる状態にする。これにより、アクチュエータ７２の内部スプリングの弾力に抗してピストンロッド７２ａがアクチュエータケース内に引き込まれることになる。それによって、図１１に示すように、排気弁７１の弁体７１ａ，７１ｂがインナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒの中心線に対して略直交する直交姿勢になるので、インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒを閉塞する状態になる。

このようにして、排気弁７１を閉弁状態にすると、リアパイプ１４，２４に到達した排気ガスは、インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒとアウターパイプ５２Ｌ，５２Ｒとの対向環状空間を通って最上流側に位置する第１中央拡張室４１Ｆｒに導入されるようになる。この第１中央拡張室４１Ｆｒ内の排気ガスは、その左右の隔壁３４，３５の通孔４４，４５を通って第１、第２中間拡張室４２Ｌ，４２Ｒに流入し、その後、第１、第２バイパスパイプ４６，４７を介して第１、第２外側拡張室４３Ｌ，４３Ｒに流入し、さらにその後、第３、第４バイパスパイプ４８，４９を介して最終拡張室となる第２中央拡張室４１Ｒｒに集められ、放出部３３からメインマフラー３０の外部へ放出されることになる。

この場合、メインマフラー３０内における排気ガスの流路長が長くなったうえで、複数の拡張室４１Ｆｒ，４１Ｒｒ，４２Ｌ，４２Ｒ，４３Ｌ，４３Ｒで排気ガスが膨張されるとともに、複数のバイパスパイプ４６〜４９で排気ガスが圧縮されることになるので、排気ガスの排気音が効率良く低減されることになって静かになる。この場合、排気抵抗が大きくなるものの、そもそも、内燃機関１が低回転である状況では、内燃機関１から排出される排気ガスの量が少ないので、内燃機関１の背圧を高めるまでには至らずに済む。そのことから、この状態は、内燃機関１の低回転時において選択することが有効になると言える。

そして、例えば内燃機関１の回転速度が所定の目標値以上の場合であると、制御装置７５は、排気弁７１を開弁状態にする。

そのようにするために、制御装置７５は、切替弁７４を閉弁することにより、負圧タンク７３内の負圧をアクチュエータ７２に供給させない状態にする。これにより、アクチュエータ７２の内部スプリングの弾力でもってピストンロッド７２ａがアクチュエータケース外に押し出されることになる。それによって、図１０に示すように、排気弁７１の弁体７１ａ，７１ｂがインナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒの中心線に沿う横向き姿勢になってインナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒを全開する状態になる。

このようにして排気弁７１を開弁状態にすると、リアパイプ１４，２４に到達した排気ガスは、その大半がインナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒを通って最終拡張室となる第２中央拡張室４１Ｒｒに直接的に導入されることになり、放出部３３からメインマフラー３０の外部へ放出されることになる。特に、この実施形態では、インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒの下流側開口を、放出部３３の内側開口に対向させるようにしているから、インナーパイプ５１Ｌ，５１Ｒから排出される排気ガスは、最終拡張室となる第２中央拡張室４１Ｒｒで拡散されずに、ほとんど素通りして放出部３３からメインマフラー３０の外部（大気）へ直接的に放出されることになる。

この場合、メインマフラー３０内における排気ガスの流路長が前記排気弁７１の閉弁状態に比べて大幅に短くなって、排気抵抗が大幅に低減されることになるので、排気ガスの圧力損失を低減することが可能になるとともに、低回転時に比べて迫力感のある排気音を得ることが可能になる。この状態は、内燃機関１の高回転時において選択することが有効になると言える。

以上説明したように、本発明に係る実施形態では、例えば内燃機関１の低回転時に排気ガスをメインマフラー３０内において流路長の比較的長い第１流路Ｘを経て大気放出させるようにし、また、内燃機関１の高回転時に排気ガスをメインマフラー３０内において流路長の比較的短い第２流路Ｙを経て大気放出させるようにしている。その結果として、内燃機関１の低回転時には排気ガスの排気音を静かにすることが可能になり、また、内燃機関１の高回転時には内燃機関１の背圧を低減して内燃機関１の高出力化を可能にするとともに、低回転時に比べて迫力のある排気音を得ることが可能になる。

特に、内燃機関１が多気筒である場合には、爆発間隔が短いために、一般的に、略等長のデュアル排気装置でもって迫力感のある排気音を出すことが比較的困難であるが、前記したように、この実施形態での排気装置であれば、単に排気制御装置７０を設けるだけの比較的簡単な構成を採ることで、低回転時に比べて迫力感のある排気音を得ることが可能になる。

また、この実施形態での排気装置は、２系統の排気経路１０，２０の上流側に配置されるサブマフラー１２，２２をプロペラシャフト３の上方に縦配列にし、これらを車両下部４の左右方向中央に設けた単一の凹み５内に収納させるようにしているので、車両の運転席や助手席の設置位置を下げることが可能になって、運転者のアイポイントを低く設定することが可能になる等、ドライビングポジションを良好にセッテングすることが可能になっている。

なお、本発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内および当該範囲と均等の範囲で包含されるすべての変形や応用が可能である。以下で例を挙げる。

（１）上記実施形態では、本発明の排気装置の適用対象としてＶ型多気筒内燃機関を例に挙げているが、適用対象となる内燃機関の型式は、例えば水平対向型や直列型等、特に限定されるものではない。

（２）上記実施形態では、各排気経路１０，２０に単一の長尺な触媒コンバータ１１，２１を設置した場合を例に挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば排気流れ方向に任意数のいろいろな種類の触媒コンバータを直列に設置する形態とすることも可能である。

（３）上記実施形態では、アクチュエータ７２を負圧作動タイプとした例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、アクチュエータ７２を例えば電動タイプとすることも可能である。

（４）上記実施形態では、メインマフラー３０内に設置している２つの隔壁３４，３５に孔４４，４５を設けた例を挙げているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、前記孔４４，４５の代わりに、第１中央拡張室４１Ｆｒと第１中間拡張室４２Ｌとを連通するためのバイパスパイプ（図示省略）を用いるとともに、第１中央拡張室４１Ｆｒと第２中間拡張室４２Ｒとを連通するためのバイパスパイプ（図示省略）を用いることが可能である。ちなみに、排気ガスを隣の拡張室へ送るための通路について、前記の孔４４，４５とする場合には、前記のバイパスパイプを用いる場合に比べて、排気ガスの高周波側の音を消音するために特に効果が高くなる。

１内燃機関
２Ｌ第１エキゾーストマニホールド
２Ｒ第２エキゾーストマニホールド
３クランクシャフト
１０第１排気経路
１１第１触媒コンバータ
１２第１サブマフラー
１３第１フロントパイプ
１４第１リアパイプ
２０第２排気経路
２１第２触媒コンバータ
２２第２サブマフラー
２３第２フロントパイプ
２４第２リアパイプ
３０メインマフラー
３２導入部
３３放出部
５１Ｌ第１インナーパイプ
５１Ｒ第２インナーパイプ
５２Ｌ第１アウターパイプ
５２Ｒ第２アウターパイプ
７０排気制御装置
７１排気弁
７２アクチュエータ
７３負圧タンク
７４切替弁
７５制御装置
７６リンクバー
７７負圧導入配管
７８負圧供給配管

Claims

独立した２系統の排気経路の下流側を単一のメインマフラーに連結した内燃機関の排気装置であって、
前記メインマフラー内において排気ガスの導入部から放出部に至るまでの排気ガスの流路長を変更するための排気制御装置を備え、
前記メインマフラー内には、前記導入部から前記放出部までに、排気ガスを蛇行させて案内する第１流路が設けられているとともに、前記第１流路より短い第２流路が設けられ、
前記導入部には、前記２系統の排気経路それぞれの下流側に連接されるアウターパイプと、このアウターパイプ内に非接触に挿入されかつ前記アウターパイプの下流端から飛び出した状態とされるインナーパイプとが設けられ、
前記メインマフラーの内部には、前記アウターパイプと前記インナーパイプとの対向空間が開放される前側空間と、この前側空間の後側に配置されかつ前記インナーパイプの下流端が開放されるとともに前記放出部の上流側開口が開放される後側空間と、前記両空間の両側に配置されかつ前記前側空間にそれぞれ連通される第１、第２中間空間と、この第１、第２中間空間のさらに両側に配置される第１、第２外側空間と、前記第１中間空間と前記第２外側空間とを連通する第１バイパスパイプと、前記第２中間空間と前記第１外側空間とを連通する第２バイパスパイプと、前記第１外側空間と前記後側空間とを連通する第３バイパスパイプと、前記第２外側空間と前記後側空間とを連通する第４バイパスパイプとが設けられ、
前記第１流路は前記前側空間から前記第１、第２中間空間と前記各バイパスパイプと前記第１、第２外側空間と前記後側空間とを経て前記放出部に至る流路とされ、前記第２流路は前記後側空間から前記放出部に至る流路とされ、
前記排気制御装置は、前記インナーパイプ内を開放または閉塞するための排気弁と、負圧を利用して前記排気弁を閉弁状態にさせるためのアクチュエータと、前記アクチュエータに負圧供給源から負圧を供給する状態および供給しない状態にするための切替弁と、この切替弁の開閉動作を制御するための制御装置とを含み、
前記制御装置は、前記内燃機関の回転速度が目標値未満の場合に前記切替弁を開弁させることにより、前記排気弁を閉弁状態にさせて前記２系統の排気経路から前記アウターパイプに到達した排気ガスを当該アウターパイプと前記インナーパイプとの対向空間から前記前側空間に導入させる状態にすることにより前記第１流路に排気ガスを優先的に流通させる一方、前記内燃機関の回転速度が前記目標値以上の場合に前記切替弁を閉弁させることにより、前記排気弁を開弁状態にさせて前記２系統の排気経路から前記アウターパイプに到達した排気ガスを優先的に前記インナーパイプの後端開口から前記後側空間に導入させる状態にすることにより前記第２流路に排気ガスを優先的に流通させる、ことを特徴とする排気装置。