(57)【要約】【課題】重量の増大や製造コストの増大を低減しつつ、複雑な制御が不要で簡素な構成で、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ことを抑制する内燃機関の排気装置を提供する。【解決手段】テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの一部を閉口し、排気流によって揺動されることにより通路の開口断面積を変更する揺動プレート４１と、揺動プレート４１が鉛直最下位位置よりも下流側に揺動される場合に揺動プレート４１の揺動に負荷を与える可動ウェイト４６と、を設ける。これにより、排気ガスの背圧の増加や気流音の発生を抑制しつつ、排気装置２０の重量の増大や製造コストの増大を低減し、複雑な制御の追加を行わず簡素な構成で、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制するとともに、車両の走行状態によらずに気柱共鳴の抑制を行うことができる。【選択図】図４
2011080383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排出された排気ガスを導入する上流開口端と、前記排気ガスを大気に排出する下流開口端と、を有する排気管を備えた内燃機関の排気装置であって、
前記排気管内の通路の一部を閉口して前記排気管内に発生する気柱共鳴を抑制するとともに、導入された前記排気ガスの排気流によって揺動されることにより前記通路の開口断面積を変更する弁体と、
前記弁体が揺動される角度が、前記排気管における気柱共鳴に対応する所定の角度よりも大きくなる場合に前記弁体に負荷を与える負荷部材と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記弁体が揺動される角度が前記排気管における気柱共鳴を抑制する所定の角度よりも小さい場合に、前記弁体の揺動により前記通路の開口面積が、前記気柱共鳴を抑制する所定の角度の場合の前記通路を開口面積よりも、大きくなるように前記弁体を配置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。
【請求項３】
前記負荷部材は、前記弁体が前記所定の角度回転したときに前記弁体と接触し、前記弁体の回転にともなって可動する錘である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。
【請求項４】
前記弁体とともに回転する回転軸と、
前記回転軸が前記所定の角度以上回転したときに前記負荷部材に接触し、前記負荷部材を可動させる回転伝達部と、
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
前記負荷部材は、前記排気管の外部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項６】
前記内燃機関の減速運転時に前記内燃機関の回転数が前記排気管における気柱共鳴を発生させる回転数となったとき、前記内燃機関から排出される排気ガスの排気流によって揺動される前記弁体の角度が、前記気柱共鳴を抑制する所定の角度となるように前記弁体を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項７】
前記揺動する弁体の端部が、前記弁体の揺動回転中心からの距離を半径とする円弧状に前記揺動方向に延在していることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１の請求項に記載の内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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レベル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。
【背景技術】
【０００２】
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１７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１７に示すように、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。
【０００３】
また、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から構成されている。
【０００４】
図１８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。
【０００５】
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。
【数１】
2011080383.tif 000003
【０００６】
上記の式（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。また、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。
【０００７】
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。
【０００８】
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を半波長とした気柱共鳴を基本として、半波長の自然数倍が管長Ｌとなる波長の気柱共鳴が発生する。
【０００９】
例えば、サブマフラ９が設けられていないテールパイプ８がメインマフラから後方に延在している場合を例にすると、図１９（ａ）に示すように、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、図１９（ｂ）に示すように、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、図１９（ｃ）に示すように、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。
【００１０】
また、テールパイプ８の気柱共鳴周波数ｆａは、下記の式（２）で表される。
【数２】
2011080383.tif 000004
ただし、ｃは音速（ｍ／ｓ）、Ｌはテールパイプの管長（ｍ）、ｎは次数とする。
【００１１】
上記の式（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、低周波数領域において、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。
【００１２】
また、エンジン１の排気脈動の周波数ｆｅ（Ｈｚ）は、下記の式（３）に示される。
【数３】
2011080383.tif 000005
ただし、Ｎｅはエンジン回転数（ｒｐｍ）、Ｎはエンジンの気筒数（自然数）とする。
【００１３】
したがって、特定のエンジン回転数Ｎｅにおいて、排気脈動の周波数ｆｅが、気柱共鳴周波数ｆａと一致することとなる。このため、図２０に示すように、排気脈動の周波数ｆｅが気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１となる特定のエンジン回転数Ｎｅにおいて、排気音の音圧レベル（ｄＢ）が著しく高くなっている。また、排気脈動の周波数ｆｅが気柱共鳴による排気音の二次成分ｆ２となる特定のエンジン回転数Ｎｅにおいても、排気音の音圧レベル（ｄＢ）が著しく高くなっている。
【００１４】
このように、管長が長いテールパイプ８を用いる場合には、エンジン１の常用回転域（例えば、２０００ｒｐｍ〜５０００ｒｐｍ）に対応する周波数領域で気柱共鳴が発生してしまうことがあり、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。
【００１５】
このため、テールパイプ８の管長が長い場合には、気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１、二次成分ｆ２のそれぞれの音圧が高い腹ａ（図１９参照）に対して最適な位置に、メインマフラ７より容量の小さなサブマフラ９を設け、エンジン１の常用回転域において気柱共鳴の発生を防止するようにしている。
【００１６】
一方、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の共鳴室７ｂの共鳴周波数をテールパイプ８の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７ｂ内においてテールパイプ８の気柱共鳴を消音することが考えられる。
【００１７】
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、エンジン１の常用回転域において、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。
【００１８】
ところが、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。
【００１９】
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、エンジン１の常用回転域に気柱共鳴による排気音の一次成分ｆ１が入ってしまい、低回転数で車室内にこもり音を生じさせてしまうことがあり、運転者に不快感を与えてしまうことになる。
【００２０】
このような減速時の騒音を低減するものとして、排気管を開閉するバルブを設けて、このバルブの開閉を制御する制御装置を備えた排気装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【００２１】
図２１および図２２に示すように、この排気装置は、気柱共鳴の定在波の音圧の節となるテールパイプ８の下流開口端８ｂに消音バルブ１０が設けられており、この消音バルブ１０は、テールパイプ８の下流開口端８ｂに取り付けられたバルブケース１１およびバタフライバルブ型の弁体１２からなり、弁体１２の中央部にはテールパイプ８の通路断面積を絞るためのオリフィス１３が形成されている。
【００２２】
また、弁体１２には、駆動軸１４が設けられており、この駆動軸１４は、テールパイプ８の延在方向の中心軸線と直交する方向に延在して設けられている。この駆動軸１４は、ドラム１５およびワイヤ１６を介して電磁アクチュエータ１７に接続されており、電磁アクチュエータ１７は、コントロールユニット１９によってオン・オフ制御されるようになっている。
【００２３】
コントロールユニット１９は、図示しないスロットルバルブの開度を検出するスロットルセンサ１８の検出信号に基づいて電磁アクチュエータ１７をオン・オフ制御するための指令信号を電磁アクチュエータ１７に出力するようになっている。
【００２４】
具体的には、コントロールユニット１９は、通常は、電磁アクチュエータ１７にオフ信号を出力して電磁アクチュエータ１７によって弁体１２を開状態に保つようになっている。また、コントロールユニット１９は、車両の減速時にスロットルセンサ１８からの検出情報に基づいて電磁アクチュエータ１７にオン信号を出力して電磁アクチュエータ１７によって弁体１２を閉動作させるようになっている。
【００２５】
このため、車両の定常走行時や加速時には、消音バルブ１０が排気ガスの排気を妨げることを防止することができる。また、車両の減速時には、排気ガスがオリフィス１３のみを通過するため、排気ガスの粒子速度が最大となる気柱共鳴の定在波の音圧の節において粒子の運動に抵抗を与えて、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ことを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２６】
【特許文献１】特開２００６−４６１２１号公報
【特許文献２】特開平３−０３９１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
しかしながら、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Ｖ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った。また、メインマフラ７の大型化にともなって排気装置の重量が増大してしまうとともに、排気装置の製造コストが増大してしまうという問題があった。
【００２８】
また、テールパイプ８の下流開口端８ｂに設けた消音バルブ１０の開閉を制御する排気装置においては、車両の減速時にテールパイプ８の気柱共鳴による音圧の増大を抑制することができるが、コントロールユニット１９および電磁アクチュエータ１７によって消音バルブ１０を開閉制御する必要があるため、排気装置の構造や制御が複雑になってしまい、排気装置の製造コストが増大してしまうという問題があった。
【００２９】
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、重量の増大や製造コストの増大を低減しつつ、複雑な制御が不要で簡素な構成で、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ことを抑制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。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
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、（１）内燃機関から排出された排気ガスを導入する上流開口端と、前記排気ガスを大気に排出する下流開口端と、を有する排気管を備えた内燃機関の排気装置であって、前記排気管内の通路の一部を閉口して前記排気管内に発生する気柱共鳴を抑制するとともに、導入された前記排気ガスの排気流によって揺動されることにより前記通路の開口断面積を変更する弁体と、前記弁体が揺動される角度が、前記排気管における気柱共鳴に対応する所定の角度よりも大きくなる場合に前記弁体に負荷を与える負荷部材と、を備えたことを特徴とした構成を有している。
【００３１】
この構成により、排気管内の通路の一部を閉口する弁体を設けたので、排気管に入射した入射波を弁体によって反射させることで、気柱共鳴の発生原因となる開口端反射波と位相が１８０度異なる閉口端反射波が発生し、この閉口端反射波と上記開口端反射波とが干渉することにより、重量の増大や製造コストの増大を低減しつつ、複雑な制御が不要で簡素な構成で、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制することができる。  
また、排気管内に設けた弁体が排気ガスの排気流によって揺動されることにより通路の開口断面積を変更するので、揺動により気柱共鳴時以外の開口断面積を大きく取ることができ、排気ガスの背圧の増加や気流音の発生を抑制することができる。
【００３２】
さらに、弁体が気柱共鳴に対応する所定の角度よりも大きく揺動される場合には、負荷部材によって弁体の揺動が妨げられるので、減速時と加速時のように内燃機関の回転数が同じでも排気ガスの流量の違いにより弁体の角度が異なってしまう場合でも、負荷部材により弁体が気柱共鳴を抑制する角度内に収められ、車両の走行状態によらずに気柱共鳴の抑制を行うことができる。
【００３３】
また、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、上記（１）に記載の内燃機関の排気装置において、（２）前記弁体が揺動される角度が前記排気管における気柱共鳴を抑制する所定の角度よりも小さい場合に、前記弁体の揺動により前記通路の開口面積が、前記気柱共鳴を抑制する所定の角度の場合の前記通路の開口面積よりも、大きくなるように前記弁体を配置したことを特徴とした構成を有している。
【００３４】
この構成により、弁体が気柱共鳴を抑制する所定の角度よりも揺動が小さい場合には、排気ガスが流通する通路が大きく開口するので、背圧の抑制や気流音の発生の抑制を行うことができる。
【００３５】
さらに、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、上記（１）または（２）に記載の内燃機関の排気装置において、（３）前記負荷部材は、前記弁体が前記所定の角度回転したときに前記弁体と接触し、前記弁体の回転にともなって可動する錘であることを特徴とした構成を有している。
【００３６】
この構成により、弁体が所定の角度回転したときに接触し可動する錘を設けることで、弁体の揺動に負荷を与えることができ、所定の角度を超える弁体の揺動に対して、容易に負荷を与えることができ、製造コストを抑えて気柱共鳴を抑制することができる。
【００３７】
さらに、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、上記（３）に記載の内燃機関の排気装置において、（４）前記弁体とともに回転する回転軸と、前記回転軸が前記所定の角度以上回転したときに前記負荷部材に接触し、前記負荷部材を可動させる回転伝達部と、を備えたことを特徴とした構成を有している。
【００３８】
この構成により、回転伝達部が負荷部材と接触する角度を調整することによって、弁体の揺動に負荷を与える角度、すなわち、気柱共鳴を抑制する角度の調整を行うことができ、排気管通路の開口量を弁体の角度によって容易に調節することができる。したがって、排気管通路の開口量によって変化する気柱共鳴の抑制効率を、容易に調整することができる。
【００３９】
さらに、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、上記（１）から（４）のいずれかに記載の内燃機関の排気装置において、（５）前記負荷部材は、前記排気管の外部に設けられていることを特徴とした構成を有している。  
この構成により、負荷部材が排気管の外部にあるので、負荷部材によって排気が妨げられることなく、また、負荷部材の取り付けを容易に行うことができる。さらに、負荷部材が排気管の外部にあることにより、負荷部材の大きさに制約がかからず、慣性モーメントを容易に大きくすることができる。すなわち、負荷部材の重心を回転軸から離れた場所とすることにより、重量を重くせずに弁体に対する負荷を大きくすることができる。
【００４０】
さらに、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、上記（１）から（５）のいずれかに記載の内燃機関の排気装置において、（６）前記内燃機関の減速運転時に前記内燃機関の回転数が前記排気管における気柱共鳴を発生させる回転数となったとき、前記内燃機関から排出される排気ガスの排気流によって揺動される前記弁体の角度が、前記気柱共鳴を抑制する所定の角度となるように前記弁体を設けたことを特徴とした構成を有している。
【００４１】
この構成により、弁体の角度が減速運転時に気柱共鳴を効果的に抑制する所定の角度となるので、気柱共鳴音が特に気になる減速運転時に気柱共鳴を効果的に抑制することができるとともに、減速時よりも排気ガスの流量が増え、弁体の揺動角度が大きくなる加速時や定常走行時では、負荷部材により弁体の揺動角度が抑えられるため、減速時以外でも気柱共鳴を抑制することができる。
【００４２】
さらに、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、上記（１）から（６）に記載の内燃機関の排気装置において、（７）前記揺動する弁体の端部が、前記弁体の揺動回転中心からの距離を半径とする円弧状に前記揺動方向に延在していることを特徴とした構成を有している。
【００４３】
この構成により、弁体の端部が円弧状に延在しているので、排気管の通路の開口面積を最小とする弁体の角度が広範囲にわたり、弁体の揺動による回転角度が多少ずれた場合であっても、同一の開口面積とすることができ、負荷部材により弁体に対する負荷を与える角度の調整が容易であるとともに、車両の走行状態により弁体の角度がずれても同様の気柱共鳴の抑制を行うことができ、走行状態の変化に対応した気柱共鳴の抑制を行うことができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、重量の増大や製造コストの増大を低減しつつ、複雑な制御が不要で簡素な構成で、さらに、車両の走行状態によらずに気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうことを抑制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。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、内燃機関の排気系の構成図である。
【図２】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１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の内部構造を示すマフラの斜視図である。
【図３】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１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。
【図４】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１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。
【図５】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１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。
【図６】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１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。
【図７】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、揺動プレートが揺動した場合の図５のＡ−Ａ断面を示す断面図である。また、（ａ）は、揺動プレートが鉛直最下位位置にある場合の断面図であり、（ｂ）は、揺動プレートが下流傾斜位置にある場合の断面図であり、（ｃ）は、揺動プレートが下流開口位置にある場合の断面図である。
【図８】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、テールパイプ内の排気ガスの流れを示す図である。
【図９】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、エンジン回転数と揺動プレートの開度との関係を表す揺動プレート開度特性図である。
【図１０】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、（ａ）〜（ｃ）は、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音圧分布の定在波を説明する図である。
【図１１】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、テールパイプのエンジン回転数と音圧レベルとの関係を示す図である。
【図１２】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、下流開口端で入射波Ｇが透過波Ｇ１および反射波Ｒ１、Ｒ２に分配される状態を説明する図である。
【図１３】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１の実施の形態を示す図であり、揺動プレートの端部を円弧状にした場合のテールパイプの下流開口端を示す断面図である。
【図１４】本発明に係る内燃機関の排気装置の第１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が連結されたマフラの一部の内部構造を示すマフラの斜視図である。
【図１５】本発明に係る内燃機関の排気装置の第２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。
【図１６】本発明に係る内燃機関の排気装置の第２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および可動ウェイトの斜視図である。
【図１７】従来の内燃機関の排気系の構成図である。
【図１８】両端が開口端となる従来のテールパイプが連結されたマフラの縦断面図である。
【図１９】（ａ）〜（ｃ）は、従来の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音圧分布の定在波を説明する図である。
【図２０】従来のテールパイプのエンジン回転数と音圧レベルとの関係を示す図である。
【図２１】従来の内燃機関の他の構成の排気系の構成図である。
【図２２】従来の消音バルブの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４７】
（第１の実施の形態）
まず、本発明の第１の実施の形態における内燃機関の排気装置の構成について、図１に示す内燃機関の排気装置の概略ブロック構成図を参照して、説明する。
【００４８】
図１に示すように、本実施の形態における排気装置２０は、直列４気筒の内燃機関としてのエンジン２１から排出された排気ガスを排気する装置として、適用されている。エンジン２１には、排気マニホールド２２が接続されており、排気マニホールド２２には、排気装置２０が接続されている。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
排気装置２０は、触媒コンバータ２４と、円筒状のフロントパイプ２５と、円筒状のセンターパイプ２６と、消音器としてのマフラ２７と、円筒状の排気管としてのテールパイプ２８と、を備えている。また、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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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を含んで消音器本体が構成されている。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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の排気音が消音される。
【００６１】
すなわち、インレットパイプ部２６Ａの小孔２６ａの最下流側から共鳴室３６に突出するインレットパイプ部２６Ａの突出部分までの長さを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ｆｎ（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。
【数４】
2011080383.tif 000006
【００６２】
上記の式（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。
【００６３】
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。
【００６４】
テールパイプ２８は、一端部に、上流開口端２８ａが形成されており、上流開口端２８ａから距離Ｌだけ離隔した他端部に、下流開口端２８ｂが形成されている。また、テールパイプ２８の上流開口端２８ａは、拡張室３５に開口し、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂは、大気に連通している。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を通して下流開口端２８ｂから大気に排出される。  
また、テールパイプ２８の外部、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの近傍には、錘となる可動ウェイト４６が設けられている。
【００６５】
図４〜図７に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂには、弁体としての揺動プレート４１が設けられている。揺動プレート４１は、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対する直交方向に設けられ、排気流の揺動により所定の角度で排気流を受ける排気受圧面４１ａと、排気受圧面４１ａと略直行方向で排気受圧面４１ａの下流側側面および下面を覆うプレート側面部４１ｂを有している。また、揺動プレート４１のプレート側面部４１ｂの上部には、回転軸としての軸部材４２が挿通される挿通孔４１ｃが形成されている。
【００６６】
また、揺動プレート４１は、排気受圧面４１ａが排気ガスの排気流を受けていない場合には、排気受圧面４１ａがテールパイプ２８の上流側に傾いた状態となるように設置されている。
【００６７】
軸部材４２は、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交するとともに、テールパイプ２８の延在方向中心軸に対して外周側に離隔してテールパイプ２８に取り付けられている。
【００６８】
また、軸部材４２は、揺動プレート４１とともに回転するようになっている。さらに、軸部材４２は、可動ウェイト４６が設けられた側の一端部に、軸部材４２と一体回転し、可動ウェイト４６と接触したときに可動ウェイト４６を可動させる回転伝達部としてのフック４２ａが設けられている。
【００６９】
また、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの外周上部には、突出片４３ａ、４３ｂが形成されており、突出片４３ａ、４３ｂには、それぞれ軸部材４２が挿通される挿通孔４３ｃが形成されている。  
また、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの上部には、挿通孔２８ｃが形成されており、この挿通孔２８ｃには、軸部材４２が挿通されるようになっている。
【００７０】
また、可動ウェイト４６の上部には、挿通孔４６ａが形成されており、この挿通孔４６ａには、軸部材４２が挿通されるようになっている。  
また、可動ウェイト４６の上部で、テールパイプ２８と反対側には、突出片４３ｄが形成されており、突出片４３ｄには、軸部材４２が挿通される挿通孔４３ｅが形成されている。
【００７１】
また、揺動プレート４１に対して回転させるトルクが加えられておらず、揺動プレート４１が自重のみによって釣り合っている状態において、軸部材４２に設けられたフック４２ａと、可動ウェイト４６のウェイト上面４６ｂとは、所定の角度Ａとなるように設置されている。すなわち、フック４２ａは、排気ガスの排気流により、揺動プレート４１が角度Ａだけ回転すると、可動ウェイト４６のウェイト上面４６ｂと接触するようになっている。したがって、可動ウェイト４６は、揺動プレート４１が揺動される角度が、角度Ａよりも大きくなる場合に負荷を与える負荷部材として機能するようになっている。
【００７２】
また、軸部材４２の両端部には、それぞれスナップリング４４が取り付けられるようになっており、このスナップリング４４によって軸部材４２が突出片４３ａ、４３ｄに係止され、軸部材４２が挿通孔４１ｃ、２８ｃ、４３ｃ、４６ａ、４３ｅから抜け出ることが防止される。
【００７３】
したがって、揺動プレート４１は、図６に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積を所定の通路断面積とした位置（以下、上流傾斜位置という）から、図７（ａ）に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積を最も小さくする位置（以下、鉛直最下位位置という）を経て、図７（ｃ）に示すように、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積を大きくする位置（以下、下流開口位置という）との間で軸部材４２を回転軸として揺動することにより、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積を可変するようになっている。なお、図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す鉛直最下位位置と、図７（ｃ）に示す下流開口位置との間の、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積を所定の通路断面積とする揺動プレート４１の位置（以下、下流傾斜位置という）を示す図である。
【００７４】
また、揺動プレート４１およびプレート側面部４１ｂと、下流開口端２８ｂと、の間には、一定の開口面積の開口部４５が画成されるようになっている。すなわち、この開口部４５は、揺動プレート４１が揺動される角度に応じて絞られたテールパイプ２８の下流開口端２８ｂの通路断面積に相当するものとなる。
【００７５】
次に、作用を説明する。  
エンジン２１の運転時にエンジン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。
【００７６】
触媒コンバータ２４から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、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、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の排気音が消音される。
【００７７】
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を通して大気に排出される。
【００７８】
また、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂには、排気ガスの排気流によって揺動されることにより下流開口端２８ｂの開口断面積を変更する揺動プレート４１が設けられており、この揺動プレート４１と下流開口端２８ｂの内周部との間には、一定の開口面積の開口部４５が画成される。このため、エンジン２１の回転数が排気ガスの排気量が少ないアイドル回転数である領域（以下、アイドル回転域という）では、図８に示すように、揺動プレート４１が上流傾斜位置となり、テールパイプ２８に導入される排気ガス（矢印で示す）は、揺動プレート４１が鉛直最下位位置にある場合よりも、開口部４５が大きく開かれた状態で大気に排出される（図６参照）。これにより、アイドル回転域では、排気ガスが流通する通路が大きく開口するので、背圧の抑制や気流音の発生の抑制を行うことができる。
【００７９】
図９に、エンジン２１の回転数と、テールパイプ２８の断面積における開口部４５の比率、すなわち、揺動プレート４１の開度と、の関係を表す揺動プレート４１の開度特性を示す。
【００８０】
アイドル回転域と同様に、エンジン回転数が低く排気ガスの排気量が少ない領域（以下、低回転域という）では、揺動プレート４１が上流傾斜位置、または、上流傾斜位置と鉛直最下位位置との間となり、テールパイプ２８に導入される排気ガスは、揺動プレート４１が鉛直最下位位置にある場合よりも、開口部４５が大きく開かれた状態で大気に排出される（図６参照）。これにより、低回転域においても、排気ガスが流通する通路が大きく開口するので、背圧の抑制や気流音の発生の抑制を行うことができる。
【００８１】
また、エンジン回転数が高く排気ガスの排気量が多い領域（以下、高回転域という）では、排気流によって揺動プレート４１が大きく揺動され、揺動プレート４１が下流開口位置となり、テールパイプ２８に導入される排気ガスは、開口部４５が下流側で上流傾斜位置における開口面積よりもさらに大きく開かれた状態で大気に排出される（図７（ｃ）参照）。したがって、高回転域では、アイドル回転域よりも、排気ガスが流通する通路が大きく開口し、背圧の抑制や気流音の発生の抑制を行うことができる。
【００８２】
一方、このような高回転域から、スロットルバルブが閉じられ車両が減速される領域（以下、減速回転域という）となると、エンジン２１から排出される排気ガス量が減る。これにより、揺動プレート４１が下流傾斜位置を経て鉛直最下位位置となり、テールパイプ２８に導入される排気ガスは、開口部４５が最も絞られた状態で大気に排出される（図７（ａ）参照）。これにより、減速回転域では、排気ガスが流通する通路が揺動プレート４１により閉口された閉口部と、開口された開口部４５と、により、それぞれ反射波が発生し、この反射波の干渉によりテールパイプ２８で発生する騒音の抑制を行うことができる。上記反射波の発生および干渉については、後述する。
【００８３】
また、アイドル回転域または低回転域から、スロットルバルブが開かれ車両が加速される領域（以下、加速回転域という）となると、エンジン２１から排出される排気ガス量が増える。これにより、揺動プレート４１が鉛直最下位位置を経て下流傾斜位置となり、テールパイプ２８に導入される排気ガスは、開口部４５がある程度絞られた状態で大気に排出される（図７（ｂ）参照）。
【００８４】
ここで、揺動プレート４１は、鉛直最下位位置まで回転すると、揺動プレート４１とともに回転する軸部材４２に設けられたフック４２ａが、可動ウェイト４６のウェイト上面４６ｂと接触する。これにより、揺動プレート４１は、上流傾斜位置から鉛直最下位位置までの間は、揺動プレート４１のみを回転させるトルクにより回転するが、鉛直最下位位置から下流傾斜位置および下流開口位置方向に回転するには、揺動プレート４１に加え、可動ウェイト４６も回転させるトルクが必要となる。
【００８５】
したがって、揺動プレート４１を上流傾斜位置から鉛直最下位位置までの間で回転させるトルクよりも、揺動プレート４１を鉛直最下位位置から下流傾斜位置および下流開口位置方向に回転させるトルクの方が大きくなり、同一のトルクが与えられても、上流傾斜位置から鉛直最下位位置までの間の回転角よりも、鉛直最下位位置から下流傾斜位置および下流開口位置方向に回転する回転角の方が小さくなる。
【００８６】
このため、加速回転域においては、開口部４５が大きく開かれず、減速回転域と同様に、排気ガスが流通する通路が揺動プレート４１により閉口された閉口部と、開口された開口部４５と、により、それぞれ反射波が発生し、この反射波の干渉によりテールパイプ２８で発生する騒音の抑制を行うことができる。
【００８７】
次に、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂおよび揺動プレート４１により発生する反射波および干渉について、説明する。
【００８８】
エンジン２１の運転によりテールパイプ２８に導入される排気ガスは、エンジン２１の回転数に応じて変化する排気脈動をともなって入力される。この排気脈動は、テールパイプ２８の入射波となり、この入射波は、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る。
【００８９】
エンジン２１の運転時の排気脈動による入射波がテールパイプ２８に導入されると、この入射波がテールパイプ２８の下流開口端２８ｂの開口部４５で、いわゆる、開口端反射する。この反射波は、入射波と同じ位相で進行方向が入射波と逆向きとなる。また、この反射波は、再び上流開口端２８ａでこの反射波と同位相で逆向きに開口端反射を行う。この反射波が今度は入射波となり、下流開口端２８ｂの開口部４５で反射波となる。
【００９０】
開口端反射が起こる理由としては、テールパイプ２８内を流れる排気ガスの圧力は高く、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの外側は圧力が低いため、入射波が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り、この低圧部がテールパイプ２８を上流開口端２８ａに向かって進行し始めるからである。
【００９１】
したがって、反射波は、入射波と同位相で逆向きとなるのである。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。
【００９２】
そして、下流開口端２８ｂの開口部４５に向かう入射波と下流開口端２８ｂの開口部４５と逆向きの反射波とが干渉することで、テールパイプ２８の上流開口端２８ａおよび下流開口端２８ｂの開口部４５が音圧分布の節となるような定在波ができる。
【００９３】
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、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を半波長とした定在波を基本として、半波長の自然数倍が管長Ｌとなる波長の定在波が発生して音圧が増大し、騒音となってしまう。
【００９４】
具体的には、図１０（ａ）に気柱共鳴の定在波の音圧分布を示すように、基本振動（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２倍となり、図１０（ｂ）に示すように、二次成分の気柱共鳴の波長λ２は、管長Ｌの１倍となる。また、図１０（ｃ）に示すように、三次成分の気柱共鳴の波長λ３は、管長Ｌの２／３倍となり、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が音圧分布の節となる。また、本実施の形態の揺動プレート４１は、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂに設けられているため、気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置している。
【００９５】
さらに、図１１に示すように、排気音の音圧レベル（ｄＢ）は、エンジン回転数（ｒｐｍ）が増大するのにともなって一次成分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でそれぞれ極大となる。
【００９６】
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としたときのテールパイプ２８の気柱共鳴周波数ｆｃ（Ｈｚ）は、下記の式（５）で表される。
【数５】
2011080383.tif 000007
【００９７】
また、エンジン回転数をＮｅ、気筒数をＮとしたときのエンジンの排気脈動の周波数ｆｅは、下記の式（６）で表される。
【数６】
2011080383.tif 000008
【００９８】
音速ｃを４００ｍ／ｓとし、テールパイプ２８の管長Ｌ＝３．０ｍとした場合には、上記の式（５）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となる。
【００９９】
また、本実施の形態では、エンジン２１が４気筒であるため、Ｎ＝４となり、上記の式（６）に基づいて、エンジン回転数が２０００ｒｐｍのときに排気脈動の周波数ｆｅが、６６．７Ｈｚとなり、気柱共鳴の一次成分ｆ１と一致し、排気音が増大する。また、エンジン回転数が４０００ｒｐｍのときに排気脈動の周波数ｆｅが、１３３．３Ｈｚとなり、気柱共鳴の二次成分ｆ２と一致し、排気音が増大する。
【０１００】
特に、１００Ｈｚ以下の低周波を発生させる低速回転域（エンジン回転数３０００ｒｐｍ以下の回転域）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。
【０１０１】
なお、三次成分の気柱共鳴周波数では、エンジン回転数は、６０００ｒｐｍ程度となり、車両が高速走行状態になるため、風切り音等のような高速時に発生する各種の騒音によって気柱共鳴による騒音が運転者に気にならないものとなる。したがって、三次成分およびそれ以上の高次成分については、あまり問題とならない。
【０１０２】
そこで、本実施の形態の排気装置２０は、アウトレットパイプ部２８Ａの下流開口端２８ｂに、排気流のみを受けてテールパイプ２８内の通路断面積を可変するように軸部材４２を中心軸として揺動する揺動プレート４１を設け、排気流の流量に応じて揺動する揺動プレート４１の位置が気柱共鳴の定在波の音圧分布の節の位置となるように設定することにより、アウトレットパイプ部２８Ａの下流開口端２８ｂに開口端反射と閉口端反射との２つの反射波を発生させて気柱共鳴によって音圧レベル（ｄＢ）が増大してしまうことを抑制するようにしている。
【０１０３】
以下、気柱共鳴によって音圧レベルの増大を抑制することができる理由について、説明する。
【０１０４】
開口部４５の開口面積をＳ１、下流開口端２８ｂの開口面積をＳ２とし、媒質の音響インピーダンスをそれぞれＺ１、Ｚ２とすると、音の反射率Ｒｐは、下記の式（７）で表される。
【数７】
2011080383.tif 000009
【０１０５】
ここで、音響インピーダンスは、媒質の密度と音速の積であり、この場合には、媒質は、排気ガスであるため、Ｚ１＝Ｚ２となり、音の反射率Ｒｐは、下記の式（８）で表される。
【数８】
2011080383.tif 000010
【０１０６】
揺動プレート４１による閉口端反射波と、開口部４５による開口端反射波と、が同一の強さである場合に、干渉により双方の反射波が最も抑制される。この揺動プレート４１による閉口端反射波と開口部４５による開口端反射波とを同一の強さにするには、反射率Ｒｐを０．５にすればよいため、上記の式（８）からＳ１＝（１／３）・Ｓ２となる。したがって、揺動プレート４１が揺動されることにより、下流開口端２８ｂを閉塞した状態の開口部４５の開口面積が、下流開口端２８ｂの開口面積の１／３となったときに、音圧レベルが最も抑制されることとなる。
【０１０７】
以下、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を半波長とする入射波Ｇである場合について説明する。
【０１０８】
図１２に示すように、入射波Ｇは、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂにおいて、開口部４５により透過波Ｇ１が大気に透過されるとともに、下流開口端２８ｂから上流開口端２８ａに向かって反射波Ｒ１（開口端反射波）が反射される。また、入射波Ｇは、揺動プレート４１により下流開口端２８ｂから上流開口端２８ａに向かって反射波（閉口端反射波）Ｒ２が反射される。
【０１０９】
この反射波Ｒ１は、入射波Ｇに対して同位相の開口端反射波であり、反射波Ｒ２は、入射波Ｇに対して１８０度位相が異なる閉口端反射波である。  
なお、図１２において、反射波Ｒ１は、入射波Ｇに対して同位相であるため、入射波Ｇと反射波Ｒ１は重なっているが、説明の便宜上、反射波Ｒ１を入射波Ｇに対して下方にずらしている。
【０１１０】
このように、反射波Ｒ１は、入射波Ｇと同位相であるため、入射波Ｇの周波数がテールパイプ２８の気柱共鳴周波数となると、入射波Ｇと反射波Ｒ１との干渉により互いに強め合い、排気音の音圧レベルが増大される。
【０１１１】
これに対して、反射波Ｒ２は、反射波Ｒ１および入射波Ｇに対して位相が１８０度異なるため、互いに打ち消し合い、排気音の音圧レベルが低減される。  
例えば、図１１に示すように、排気脈動による入射波Ｇの周波数が、テールパイプ２８の気柱共鳴周波数の一次成分ｆ１となると、開口端反射波である反射波Ｒ１による干渉だけでは、破線で示すように、音圧レベルが増大して（極大となる）しまうが、閉口端反射波である反射波Ｒ２による干渉があることにより、実線で示すように、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制して、排気音の音圧レベルを大幅に低減することができる。
【０１１２】
また、同様に、排気脈動による入射波Ｇの周波数が、テールパイプ２８の気柱共鳴周波数の二次成分ｆ２となった場合にも、開口端反射波である反射波Ｒ１の干渉による音圧レベルの増大を、閉口端反射波である反射波Ｒ２の干渉によって抑制して、排気音の音圧レベルを大幅に低減することができる。
【０１１３】
ここで、上記説明において、下流開口端２８ｂを揺動プレート４１の揺動により閉塞し、開口部４５が下流開口端２８ｂの開口面積の１／３となったとき、気柱共鳴による音圧レベルが最も抑制されるとしたが、開口部４５の開口面積が下流開口端２８ｂの開口面積の１／３でなくても、閉口端反射波の干渉による気柱共鳴の音圧レベルの抑制効果は、発生する。ただし、所定の割合、例えば、開口面積が７０％以上となってしまうと、音圧レベルの抑制効果が著しく低下してしまう。
【０１１４】
そこで、本実施の形態では、減速時にエンジン回転数が気柱共鳴回転数となったときに、揺動プレート４１が下流開口端２８ｂの開口面積を最も小さくする位置、すなわち、鉛直最下位位置となるように設定する。この揺動プレート４１が鉛直最下位位置となったときに、例えば、気柱共鳴により発生する音圧レベルの抑制を最も効率よく行うことができるように、すなわち、揺動プレート４１により下流開口端２８ｂが閉口され、開口部４５の開口面積が下流開口端２８ｂの開口面積の１／３となるようにする。
【０１１５】
ここで、揺動プレート４１は、加速時や定常走行時には、減速時の排気ガスに比べ多くの排気ガスが流入するため、下流側に大きく開くが、可動ウェイト４６によって鉛直最下位位置よりも下流側への回転に負荷が加えられているので、下流側への回転が抑制され、揺動プレート４１の位置が、下流開口位置まで開かずに下流傾斜位置となる。
【０１１６】
したがって、上記のように揺動プレート４１の角度が、減速時に気柱共鳴を最も効果的に抑制する角度とすることにより、気柱共鳴音が特に気になる減速運転時に気柱共鳴により発生する音圧レベルを効果的に抑制することができるとともに、減速時よりも排気ガスの流量が増え、揺動プレート４１の揺動角度が大きくなる加速時や定常走行時では、可動ウェイト４６により揺動プレート４１の揺動角度が抑えられるため、減速時以外でも気柱共鳴により発生する音圧レベルの抑制を行うことができる。
【０１１７】
また、揺動プレート４１が鉛直最下位位置となったときの開口部４５の開口面積を、下流開口端２８ｂの１／３よりも小さく設定することにより、加速時の開口部４５の開口面積も小さく抑えることができ、加速時における音圧レベルの抑制効果を高めることができる。
【０１１８】
このように本実施の形態では、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの一部を閉口し、排気流によって揺動されることにより通路の開口断面積を変更する揺動プレート４１を設けることにより、気柱共鳴の発生原因となる開口端反射波と位相が１８０度異なる閉口端反射波を発生させ、この閉口端反射波と上記開口端反射波とを干渉させることができ、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制することができる。
【０１１９】
この結果、従来のようにコントロールユニットおよび電磁アクチュエータによって揺動プレート４１を制御したり、マフラ２７（従来のメインマフラに相当）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を不要にできるため、排気装置２０の重量の増大を防止すること、排気装置２０の製造コストの増大を防止すること、および、複雑な制御の追加を防止した簡素な構成で、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制することができる。
【０１２０】
また、揺動プレート４１は、排気ガスの排気流によって揺動されることにより、通路の開口断面積を変更し、アイドル回転数域や高回転数域では開口部４５を大きく開口するので、排気ガスの背圧の増加や気流音の発生を抑制することができる。
【０１２１】
さらに、揺動プレート４１が鉛直最下位位置よりも下流側に揺動される場合に揺動プレート４１の揺動に負荷を与える可動ウェイト４６を設けることにより、揺動プレート４１が鉛直最下位位置よりも下流側に揺動される場合には、可動ウェイト４６によって揺動が妨げられるので、減速時と加速時のようにエンジン２１の回転数が同じでも排気ガスの流量の違いにより揺動プレート４１の角度が異なってしまう場合でも、可動ウェイト４６により揺動プレート４１が気柱共鳴を抑制する角度内に収められ、車両の走行状態によらずに気柱共鳴の抑制を行うことができる。
【０１２２】
さらに、本実施の形態の揺動プレート４１は、軸部材４２と一体的に回転するフック４２ａが可動ウェイト４６のウェイト上面４６ｂと接触することにより、回転に負荷が与えられるようになっている。したがって、フック４２ａとウェイト上面４６ｂとの設定角度を調整することによって、揺動プレート４１の揺動に負荷を与える角度、すなわち、気柱共鳴を抑制する角度の調整を行うことができ、テールパイプ２８における開口部４５の開口面積を変更する揺動プレート４１の角度を容易に調節することができ、気柱共鳴の抑制効率を容易に調整することができる。
【０１２３】
また、本実施の形態の可動ウェイト４６は、テールパイプ２８の外部に設けたので、可動ウェイト４６によってテールパイプ２８内の排気が妨げられることなく、また、可動ウェイト４６の取り付けも容易である。
【０１２４】
さらに、図１３に示すように、揺動プレート４１の代わりに揺動プレート５３を設け、揺動プレート５３のプレート底部５３ｂを、揺動プレート５３の揺動回転中心からの距離を半径とする円弧状に揺動方向に延在させる形状とすることができる。
【０１２５】
この構成により、揺動プレート５３のプレート底部５３ｂが円弧状に延在しているので、テールパイプ２８の通路断面積の開口面積を最小とする揺動プレート５３の角度が広範囲にわたり、揺動プレート５３の揺動による回転角度が多少ずれた場合であっても、同一の開口面積とすることができ、可動ウェイト４６により揺動プレート５３に対する負荷を与える角度の調整を容易にすることができるとともに、車両の走行状態により揺動プレート５３の角度がずれても同様の気柱共鳴の抑制を行うことができ、走行状態の変化に対応した気柱共鳴の抑制を行うことができる。
【０１２６】
なお、本実施の形態においては、減速時にエンジン回転数が気柱共鳴回転数となったときに、揺動プレート４１が鉛直最下位位置となるようにしたが、これに限らず、エンジン回転数が気柱共鳴回転数よりも小さい回転数において、揺動プレート４１が鉛直最下位位置となるように設定してもよい。この場合、減速時と加速時との揺動プレート４１の開きの差が小さくなるので、減速時と加速時との双方で、気柱共鳴による音圧レベルの抑制効率を向上させることができる。
【０１２７】
また、本実施の形態では、揺動プレート４１をテールパイプ２８の下流開口端２８ｂのみに設けているが、図１４に示すように、弁体としての揺動プレート５２をテールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けてもよい。また、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの揺動プレート４１に加えて、テールパイプ２８の上流開口端２８ａに揺動プレート５２を設けてもよい。
【０１２８】
このように揺動プレート５２をテールパイプ２８の上流開口端２８ａのみに設けた場合および揺動プレート４１、５２をテールパイプ２８の上流開口端２８ａと下流開口端２８ｂの両方に設けた場合であっても、テールパイプ２８の上流開口端２８ａから反射される反射波を、揺動プレート５２の開口部４５による反射波Ｒ１と揺動プレート５２による反射波Ｒ２との２つの反射波に分配することができ、気柱共鳴によって音圧が増大してしまうことを抑制することができる。
【０１２９】
また、本実施の形態では、揺動プレート４１をテールパイプ２８の下流開口端２８ｂに設けているが、揺動プレート４１は、鉛直最下位位置にあるときに気柱共鳴の定在波の音圧分布の節に位置すればよく、例えば、図１０の音圧分布の真ん中の節に位置するように、すなわち、テールパイプ２８の中央部に揺動プレート４１を設けてもよい。
【０１３０】
さらに、本実施の形態においては、可動ウェイト４６によって、揺動プレート４１が鉛直最下位位置から下流方向へ揺動しにくくなるように、負荷を与えているが、これに限らず、弾性体、例えば、ばね等によって揺動プレート４１に負荷を与えるようにしてもよい。この場合も上述した内燃機関の排気装置と同様の効果が得られる。
【０１３１】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態における内燃機関の排気装置の構成について、図１５および図１６を参照して、説明する。なお、本実施の形態において、第１の実施の形態の内燃機関の排気装置と同様の構成には、同一の符号を付して、説明を省略する。
【０１３２】
図１５に示すように、本実施の形態の内燃機関の排気装置は、揺動プレート４１と一体回転する軸部材４２に、かぎ状のフック４２ｂが設けられている。また、テールパイプ２８には、フック４２ｂの近傍に、可動ウェイト４７が設けられている。
【０１３３】
可動ウェイト４７は、テールパイプ２８に固定された回転軸４７ａを有し、この回転軸４７ａを中心軸として、回転可能となっている。また、可動ウェイト４７の回転軸４７ａは、軸部材４２と軸線を異にし、軸部材４２と平行に設けられている。
【０１３４】
さらに、フック４２ｂは、軸部材４２と一体回転することにより、所定の角度Ａだけ回転すると、可動ウェイト４７に当接するようになっている。したがって、可動ウェイト４７は、軸部材４２が所定の角度Ａまでの回転には関与しないが、軸部材４２が所定の角度Ａよりも大きく回転しようとすると、フック４２ｂを介して、その自重によって軸部材４２の回転を妨げようとするようになっている。すなわち、揺動プレート４１は、鉛直最下位位置までは可動ウェイト４７に関係なく回転するが、鉛直最下位位置よりも下流側に回転しようとすると、可動ウェイト４７によって回転が妨げられる。
【０１３５】
このように本実施の形態によれば、揺動プレート４１を支える軸部材４２と、可動ウェイト４７を支える回転軸４７ａと、が別々に設けられ、アイドル回転域等では、軸部材４２に可動ウェイト４７の負荷がかからないので、揺動プレート４１および軸部材４２を支えるベアリングにかかる負荷を低減することができる。
【０１３６】
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、重量の増大や製造コストの増大を低減しつつ、複雑な制御が不要で簡素な構成で、さらに、車両の走行状態によらずに気柱共鳴によって音圧レベルが増大してしまうことを抑制することができるという効果を有し、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レベルの増大を抑制するようにした内燃機関の排気装置等として有用である。
【符号の説明】
【０１３７】
２０  排気装置
２１  エンジン（内燃機関）
２２  排気マニホールド
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ  排気枝管
２２ｅ  排気集合管
２４  触媒コンバータ
２５  フロントパイプ
２６  センターパイプ
２６Ａ  インレットパイプ部
２６ａ  小孔
２６ｂ、２８ｂ  下流開口端
２７  マフラ
２８  テールパイプ（排気管）
２８Ａ  アウトレットパイプ部
２８ａ  上流開口端
２８ｃ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３４ｂ、４１ｃ、４３ｃ、４３ｅ、４６ａ  挿通孔
２９、３０  自在継手
３１  アウタシェル
３２、３３  エンドプレート
３４  仕切板
３５  拡張室
３６  共鳴室
４１、５２、５３  揺動プレート（弁体）
４１ａ  排気受圧面
４１ｂ  プレート側面部
４２  軸部材
４２ａ、４２ｂ  フック（回転伝達部）
４３ａ、４３ｂ、４３ｄ  突出片
４４  スナップリング
４５  開口部
４６、４７  可動ウェイト（負荷部材、錘）
４６ｂ  ウェイト上面
４７ａ  回転軸
５３ｂ  プレート底部（弁体の端部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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