(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内の排気流によって揺動される第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１を備え、第１揺動プレート４１に排気ガスを流通させるプレート開口部４１ｆを形成し、第２揺動プレート６１が気柱共鳴時にはプレート開口部４１ｆを閉弁し、排気流の流量が気柱共鳴を生じる流量未満である場合には、プレート開口部４１ｆを開弁するように設ける。これにより、排気装置の重量の増大や製造コストの増大を低減して、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、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。【選択図】図６
2011080382.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、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第１の弁体および第２の弁体を備え、
前記第１の弁体は、前記排気ガスを流通させる開口部が形成され、
前記第２の弁体は、前記排気流の流量が所定の流量以上となった場合に、前記第１の弁体の開口部を閉弁し、前記排気流の流量が所定の流量未満となった場合に、前記第１の弁体の開口部を開弁することを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記第２の弁体は、前記第１の弁体の開口部に対して前記排気ガスの排気方向の上流側に設けられ、
前記第２の弁体を揺動させるトルクは、前記第１の弁体を揺動させるトルクよりも小さくなるように設定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】
前記第２の弁体は、前記第１の弁体の開口部に対して前記排気ガスの排気方向の下流側に設けられ、
前記第２の弁体を揺動させるトルクは、前記第１の弁体を揺動させるトルクよりも大きくなるように設定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４】
前記第２の弁体は、前記排気ガスの排気流により揺動されないとき、鉛直方向となるように設けられ、
前記第１の弁体の開口部は、前記排気ガスの排気流により揺動されないとき、前記第２の弁体と所定の角度となる位置に設けられたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項５】
前記第１の弁体に錘を取り付けて前記第１の弁体の慣性モーメントを大きくしたことを特徴とする請求項２または請求項４に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項６】
前記第１の弁体に取り付けた錘は、前記排気管の外部に設けられたことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気装置。
【請求項７】
前記排気管内において気柱共鳴が生じる前記排気流の流量よりも流量が小さな排気流の流入によって、前記第２の弁体により前記第１の弁体の開口部を閉弁させ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。
【請求項８】
前記排気管内において気柱共鳴が生じる前記排気流の流量よりも流量が大きな排気流が流入された場合、前記第２の弁体により前記開口部が閉弁された前記第１の弁体が揺動されることを特徴とする請求項１から請求項７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２４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２４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２５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】
2011080382.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７から後方に延在している場合を例にすると、図２６（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２６（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２６（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】
2011080382.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】
2011080382.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２７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の常用回転数域（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２６参照）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の常用回転数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の常用回転数域において、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の常用回転数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２８および図２９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、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第１の弁体および第２の弁体を備え、前記第１の弁体は、前記排気ガスを流通させる開口部が形成され、前記第２の弁体は、前記排気流の流量が所定の流量以上となった場合に、前記第１の弁体の開口部を閉弁し、前記排気流の流量が所定の流量未満となった場合に、前記第１の弁体の開口部を開弁することを特徴とした構成を有している。
【００３１】
この構成により、第２の弁体は、排気流の流量が所定の流量以上となった場合には、第１の弁体の開口部を閉弁し、排気流の流量が所定の流量未満となった場合には、第１の弁体の開口部を開弁するので、気柱共鳴が発生する内燃機関の回転数に対応する排気流の流量の場合に、第２の弁体によって第１の弁体の開口部を閉弁することができ、開口部が閉弁された第１の弁体によって閉口端反射波を発生させ、気柱共鳴の発生原因となる開口端反射波と干渉させることにより、簡易に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。
【００３２】
また、内燃機関の回転数が、気柱共鳴が発生する内燃機関の回転数よりも小さい場合には、第２の弁体が第１の弁体の開口部を開口するので、気柱共鳴時の開口面積よりも開口面積を大きくして、背圧の増加を防止するとともに、気流音の発生を抑制することができる。
【００３３】
このように、第１の弁体および第２の弁体が排気ガスの排気流によって揺動されるだけで、排気管内の通路の開口断面積を変更するので、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、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制するとともに、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。
【００３４】
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）前記第２の弁体は、前記第１の弁体の開口部に対して前記排気ガスの排気方向の上流側に設けられ、前記第２の弁体を揺動させるトルクは、前記第１の弁体を揺動させるトルクよりも小さくなるように設定したことを特徴とした構成を有している。
【００３５】
この構成により、第１の弁体を揺動させるトルクよりも小さなトルクで揺動する第２の弁体が第１の弁体の開口部よりも上流側に設けられているので、排気流によって第１の弁体よりも第２の弁体の方が大きく揺動され、第１の弁体の開口部が第２の弁体によって閉弁されることとなり、制御装置等を設けることなく、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。
【００３６】
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）に記載の内燃機関の排気装置において、（３）前記第２の弁体は、前記第１の弁体の開口部に対して前記排気ガスの排気方向の下流側に設けられ、前記第２の弁体を揺動させるトルクは、前記第１の弁体を揺動させるトルクよりも大きくなるように設定したことを特徴とした構成を有している。
【００３７】
この構成により、第１の弁体を揺動させるトルクよりも大きなトルクでないと揺動しない第２の弁体が第１の弁体よりも下流側に設けられているので、排気流によって第２の弁体よりも第１の弁体の方が大きく揺動され、第１の弁体の開口部が第２の弁体によって閉弁されることとなり、制御装置等を設けることなく、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。
【００３８】
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（２）に記載の内燃機関の排気装置において、（４）前記第２の弁体は、前記排気ガスの排気流により揺動されないとき、鉛直方向となるように設けられ、前記第１の弁体の開口部は、前記排気ガスの排気流により揺動されないとき、前記第２の弁体と所定の角度となる位置に設けられたことを特徴とした構成を有している。
【００３９】
この構成により、第１の弁体よりも小さなトルクで揺動する第２の弁体を、第２の弁体にトルクがかかっていないときに鉛直方向となるように設けたので、第２の弁体に角度を付ける等に余計な構造を必要としない。また、第２の弁体に余分な負荷をかけて角度を付ける必要がないため、第２の弁体の慣性モーメントを増加させずに設置することができ、第２の弁体の揺動トルクを小さくすることができる。したがって、第２の弁体による、第１の弁体の開口部の開弁時と閉弁時との角度差、すなわち、開弁時の開口断面積を大きくして、排気することができる排気ガスの量を大きくすることができ、背圧の増加防止効果および気流音の発生の抑制効果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（２）または（４）に記載の内燃機関の排気装置において、（５）前記第１の弁体に錘を取り付けて前記第１の弁体の慣性モーメントを大きくしたことを特徴とした構成を有している。  
この構成により、錘の取り付けという簡易な構成で第１の弁体の慣性モーメントを大きくしたので、第１の弁体と第２の弁体との揺動トルクの差を錘によって容易に設定することができ、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とともに、背圧の増加や気流音の発生を抑制することができる。
【００４１】
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（５）に記載の内燃機関の排気装置において、（６）前記第１の弁体に取り付けた錘は、前記排気管の外部に設けられたことを特徴とした構成を有している。  
この構成により、第１の弁体に取り付けた錘は、排気管の外部に設けたので、錘の取り付け位置や形状等によって排気管内部の排気流等に無用な影響を与えることがない。また、第１の弁体に取り付けた錘を排気管の外部に設けたので、錘の大きさや取り付け時に不要な制限がかかることもなく、錘の設計上の自由度を増すことができるとともに、取り付けを容易に行うことができる。
【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）前記排気管内において気柱共鳴が生じる前記排気流の流量よりも流量が小さな排気流の流入によって、前記第２の弁体により前記第１の弁体の開口部を閉弁させ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、気柱共鳴が生じる排気流の流量よりも流量が小さな排気流の流入によって、第２の弁体が第１の弁体の開口部を閉弁させるので、気柱共鳴が生じる際には、第１の弁体の開口部を第２の弁体によって閉弁させることができ、開口部が閉弁された第１の弁体によって閉口端反射波を発生させ、気柱共鳴の発生原因となる開口端反射波と干渉させることにより、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。
【００４４】
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（７）に記載の内燃機関の排気装置において、（８）前記排気管内において気柱共鳴が生じる前記排気流の流量よりも流量が大きな排気流が流入された場合、前記第２の弁体により前記開口部が閉弁された前記第１の弁体が揺動されることを特徴とした構成を有している。
【００４５】
この構成により、気柱共鳴が生じる排気流の流量よりも流量が大きな排気流が流入された場合、第２の弁体により開口部が閉弁された第１の弁体が揺動されるので、気柱共鳴が生じる排気流を超える流量の排気流が流入された際には、第１の弁体が揺動され、排気ガスが流通する排気管内の開口部が大きくなるため、背圧の増加を防止するとともに、気流音の発生を抑制することができる。
【発明の効果】
【００４６】
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、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制するとともに、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】
【００４７】
【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、第１揺動プレートおよび第２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、第１揺動プレートおよび第２揺動プレートが着座閉塞位置にある場合の断面図であり、（ｂ）は、第１揺動プレートおよび第２揺動プレートが一体回転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、エンジン回転数と第１揺動プレートおよび第２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１４】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正面図である。
【図１５】本発明に係る内燃機関の排気装置の第３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３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１７】本発明に係る内燃機関の排気装置の第３の実施の形態を示す図であり、図１６のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図１８】本発明に係る内燃機関の排気装置の第３の実施の形態を示す図であり、第１揺動プレートおよび第２揺動プレートが揺動し、着座閉塞位置にある場合の図１６のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。
【図１９】本発明に係る内燃機関の排気装置の第３の実施の形態を示す図であり、構成の一部が異なる第１揺動プレートおよび第２揺動プレートの断面を示す断面図である。
【図２０】本発明に係る内燃機関の排気装置の第４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２１】本発明に係る内燃機関の排気装置の第４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２２】本発明に係る内燃機関の排気装置の第４の実施の形態を示す図であり、図２１のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。
【図２３】本発明に係る内燃機関の排気装置の第４の実施の形態を示す図であり、第１揺動プレートおよび第２揺動プレートが揺動し、着座閉塞位置にある場合の図２１のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。
【図２４】従来の内燃機関の排気系の構成図である。
【図２５】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２６】（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２７】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２８】従来の内燃機関の他の構成の排気系の構成図である。
【図２９】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】
【００４８】
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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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】
2011080382.tif 000006
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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、第１の弁体としての第１揺動プレート４１および第２の弁体としての第２揺動プレート６１が設けられている。  
第１揺動プレート４１は、プレート正面部４１ａと、プレート底部４１ｂと、プレート着座部４１ｃと、プレート連結部４１ｄと、プレート軸部４１ｅと、を有している。
【００６８】
プレート正面部４１ａは、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交方向、すなわち、テールパイプ２８の管断面を塞ぐ方向に設けられ、排気流を受けプレート軸部４１ｅを中心に揺動するようになっている。  
プレート底部４１ｂは、一端がプレート正面部４１ａに接続され、プレート軸部４１ｅからの距離を半径とする円弧状に下流側に延在している。
【００６９】
プレート着座部４１ｃは、排気ガスを流通させるプレート開口部４１ｆが形成されている。このプレート開口部４１ｆは、第２揺動プレート６１よりも小さく形成され、第２揺動プレート６１によって開口および閉口されるようになっている。  
プレート連結部４１ｄは、プレート着座部４１ｃが下流側となるように、プレート軸部４１ｅを中心に、プレート正面部４１ａとプレート着座部４１ｃとが所定の角度となるように連結されている。
【００７０】
プレート軸部４１ｅは、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交して設けられるとともに、プレート着座部４１ｃの上部に固定され、第１揺動プレート４１の回転軸となっている。
【００７１】
ここで、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの上部には、挿通孔２８ｃ、２８ｄが形成されており、この挿通孔２８ｃ、２８ｄには、プレート軸部４１ｅが挿通されるようになっている。  
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、それぞれプレート軸部４１ｅが挿通される挿通孔４３ｃ、４３ｄが形成されている。
【００７２】
また、プレート軸部４１ｅの両端部には、それぞれスナップリング４４ａ、４４ｂ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４４ａ、４４ｂによってプレート軸部４１ｅが突出片４３ａ、４３ｂに係止され、プレート軸部４１ｅが挿通孔４３ｃ、２８ｃ、２８ｄ、４３ｄから抜け出ることが防止される。
【００７３】
したがって、第１揺動プレート４１は、プレート軸部４１ｅを回転軸として、プレート正面部４１ａ、プレート底部４１ｂ、プレート着座部４１ｃおよびプレート連結部４１ｄを一体に回転可能となっている。これにより、第１揺動プレート４１は、テールパイプ２８内の通路の一部を閉口し、排気ガスの排気流によって揺動されることによりテールパイプ２８の開口断面積を変更するようになっている。
【００７４】
また、第１揺動プレート４１は、排気ガスの排気流により揺動されていないとき、プレート着座部４１ｃすなわちプレート開口部４１ｆが、テールパイプ２８の下流側に、鉛直方向と所定の角度となるように設置されている。
【００７５】
第２揺動プレート６１は、上記のように第１揺動プレート４１のプレート着座部４１ｃに形成されたプレート開口部４１ｆよりも大きく、上部に挿通孔６１ａが形成されている。この挿通孔６１ａには、第１揺動プレート４１のプレート軸部４１ｅが、挿通されるようになっている。
【００７６】
また、第２揺動プレート６１は、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交方向、すなわち、テールパイプ２８の管断面を塞ぐ方向に設けられ、排気流を受け挿通孔６１ａに挿通されたプレート軸部４１ｅを中心に揺動するようになっている。したがって、第２揺動プレート６１は、テールパイプ２８内の通路の一部を閉口し、排気ガスの排気流によって揺動されることによりテールパイプ２８の開口断面積を変更するようになっている。
【００７７】
また、第２揺動プレート６１は、排気ガスの排気流により揺動されていないとき、自重のみで鉛直方向となるように設置されている。ここで、第１揺動プレート４１のプレート着座部４１ｃは、プレート軸部４１ｅを中心に下流側に所定の角度となるように設けられているので、プレート開口部４１ｆは、第２揺動プレート６１が排気流によって揺動される方向に形成されている。
【００７８】
また、第２揺動プレート６１の慣性モーメントは、第１揺動プレート４１の慣性モーメントよりも小さく設定されている。すなわち、第２揺動プレート６１を揺動させるトルクは、第１揺動プレート４１を揺動させるトルクよりも小さくなるように設定されている。
【００７９】
したがって、第２揺動プレート６１は、排気流の流量が所定の流量以上となった場合に、第１揺動プレート４１のプレート着座部４１ｃに追い付き、第１揺動プレート４１に形成されたプレート開口部４１ｆを閉弁する。また、排気流の流量が所定の流量未満である場合には、第１揺動プレート４１のプレート開口部４１ｆは、開弁された状態となっている。
【００８０】
このような第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１の揺動により、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１と、テールパイプ２８の内周断面と、の間には、排気ガスが流通する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、第１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。
【００８１】
なお、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１が所定の角度にある場合において、第１揺動プレート４１とテールパイプ２８の内周断面との間の、プレート開口部４１ｆを含まず、排気ガスが流通する開口部を開口部４５ａとし、第１揺動プレート４１と第２揺動プレート６１との間の、排気ガスが流通する開口部を開口部４５ｂとし、開口部４５ａおよび開口部４５ｂを合わせて開口部４５とする。
【００８２】
さらに、テールパイプ２８内において気柱共鳴が生じる排気流の流量よりも流量が小さな排気流の流入によって、第２揺動プレート６１により第１揺動プレート４１のプレート開口部４１ｆを閉弁させるように、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１の慣性モーメントが設定されている。
【００８３】
また、テールパイプ２８内において気柱共鳴が生じる排気流の流量よりも流量が大きな排気流が流入された場合、第２揺動プレート６１によりプレート開口部４１ｆが閉弁された第１揺動プレート４１が揺動されるように、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１の慣性モーメントが設定されている。
【００８４】
したがって、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１は、図６に示すように、第２揺動プレート６１が第１揺動プレート４１のプレート開口部４１ｆを開口している位置（以下、開口部開口位置という）から、図７（ａ）に示すように、第２揺動プレート６１が第１揺動プレート４１のプレート着座部４１ｃに追い付き、プレート開口部４１ｆを閉口する位置（以下、着座閉口位置という）を経て、図７（ｂ）に示すように、第２揺動プレート６１が第１揺動プレート４１と一体となって回転する位置（以下、一体回転位置という）との間で、プレート軸部４１ｅ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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１が設けられており、この第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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。
【００８９】
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、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１が開口部開口位置となり、テールパイプ２８に導入される排気ガス（矢印で示す）は、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１が着座閉塞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）。
【００９０】
すなわち、第１揺動プレート４１と第２揺動プレート６１との間の開口部４５ｂが大きく開かれている。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。
【００９１】
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、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１の開度と、の関係を表す第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１の開度特性を示す。  
図９において、実線で示す開度特性は、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１による開度特性を示し、破線で示す開度特性は、第２揺動プレート６１を設けず、第１揺動プレート４１のプレート着座部４１ｃにもプレート開口部４１ｆを設けない場合の第１揺動プレート４１のみによる開度特性を示す。
【００９２】
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、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１が開口部開口位置、または、開口部開口位置と着座閉塞位置との間となり、テールパイプ２８に導入される排気ガスは、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１が着座閉口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）。
【００９３】
すなわち、第１揺動プレート４１と第２揺動プレート６１との間の開口部４５ｂが開かれているとともに、第１揺動プレート４１とテールパイプ２８の内周断面との間の開口部４５ａが開き始める。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。
【００９４】
また、アイドル回転域または低回転域から、エンジン回転数が増加されると、エンジン２１から排出される排気ガス量が増える。エンジン回転数が増加し、テールパイプ２８において気柱共鳴が発生する所定のエンジン回転数（以下、共鳴回転域という）に近づくと、第１揺動プレート４１のプレート着座部４１ｃに、第２揺動プレート６１が追い付き、プレート着座部４１ｃに形成されたプレート開口部４１ｆを閉口する。これにより、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１が着座閉塞位置となり、テールパイプ２８に導入される排気ガスは、第１揺動プレート４１とテールパイプ２８の内周断面との間の開口部４５ａのみから大気に排出される（図７（ａ）参照）。
【００９５】
このため、共鳴回転域においては、開口部４５が大きく開かれず、排気ガスが流通する通路が第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１により閉口された閉口部と、開口された開口部４５（開口部４５ａのみ）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。なお、この反射波の発生および干渉による騒音の抑制原理については、後述する。
【００９６】
さらに、共鳴回転域からエンジン回転数が増加され、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、排気流によって第２揺動プレート６１がプレート着座部４１ｃに形成されたプレート開口部４１ｆを閉口したまま、第１揺動プレート４１が大きく揺動される。これにより、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１が一体回転位置となり、テールパイプ２８に導入される排気ガスは、開口部４５が下流側で着座閉口位置における開口面積よりも大きく開かれた状態で大気に排出される（図７（ｂ）参照）。したがって、高回転域では、共鳴回転域よりも、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。
【００９７】
次に、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂ、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１により発生する反射波および干渉について、説明する。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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、本実施の形態の第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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】
2011080382.tif 000007
【０１０７】
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】
2011080382.tif 000008
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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プレート軸部４１ｅを中心軸として揺動する第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１を設け、排気流の流量に応じて揺動する第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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。
【０１１３】
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。
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】
2011080382.tif 000009
【０１１４】
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】
2011080382.tif 000010
【０１１５】
第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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。この第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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が反射される。また、入射波Ｇは、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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Ｒ２が反射される。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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。
【０１２３】
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第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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。
【０１２４】
また、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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。
【０１２５】
また、本実施の形態では、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１をテールパイプ２８の下流開口端２８ｂのみに設けているが、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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の第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１に加えて、テールパイプ２８の上流開口端２８ａに第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１を設けてもよい。
【０１２６】
このように第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１によって発生する開口部による反射波Ｒ１と第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１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。
【０１２７】
また、本実施の形態では、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１をテールパイプ２８の下流開口端２８ｂに設けているが、第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１は、着座閉塞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いので、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の中央部に第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１を設けてもよい。
【０１２８】
（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１３および図１４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。
【０１２９】
図１３および図１４に示すように、本実施の形態の内燃機関の排気装置は、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、プレート軸部４１ｅと一体回転し、第１揺動プレート４１の錘となる可動ウェイト４６が設けられている。
【０１３０】
また、可動ウェイト４６の上部の内部には、挿通孔４６ａが形成されており、この挿通孔４６ａには、第１揺動プレート４１とともに回転するプレート軸部４１ｅ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４３ｅが形成されており、突出片４３ｅには、プレート軸部４１ｅが挿通される挿通孔４３ｆが形成されている。可動ウェイト４６の上部で、テールパイプ２８との間には、突出片４３ｇが形成されており、突出片４３ｇには、プレート軸部４１ｅが挿通される挿通孔４３ｈが形成されている。
【０１３１】
さらに、プレート軸部４１ｅの両端部には、それぞれスナップリング４４ａ、４４ｃ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４４ａ、４４ｃによってプレート軸部４１ｅが突出片４３ａ、４３ｅに係止され、プレート軸部４１ｅが挿通孔４３ｃ、２８ｃ、２８ｄ、４３ｈ、４６ａ、４３ｆから抜け出ることが防止される。
【０１３２】
したがって、第１揺動プレート４１は、可動ウェイト４６とつながっているので、慣性モーメントが大きくなり、回転しづらくなる。すなわち、第１揺動プレート４１は、可動ウェイト４６を設けていない場合よりも、このように可動ウェイト４６を設けた場合の方が、大きなトルクが与えられないと回転しないようになる。
【０１３３】
このように、本実施の形態の内燃機関の排気装置は、第１揺動プレート４１に可動ウェイト４６を設けたので、第１揺動プレート４１の回転モーメントを容易に大きくすることができ、第１揺動プレート４１と第２揺動プレート６１との回転に必要なトルクの差を簡単に付け、第１揺動プレート４１に比べ第２揺動プレート６１の回転を早くでき、アイドル回転数域および低回転数域における第１揺動プレート４１と第２揺動プレート６１との開きを大きくして、背圧の増加を防止するとともに、気流音の発生を抑制することができる。
【０１３４】
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。さらに、可動ウェイト４６をテールパイプ２８の外部に設けたことにより、可動ウェイト４６の大きさに制約がかからずに、慣性モーメントを容易に大きくすることができる。例えば、可動ウェイト４６の端部までの距離を長くし、端部側を重くし、端部側に重量が偏るようにすれば、可動ウェイト４６の全体の重量は軽くても、慣性モーメントを大きくすることができる。この場合、可動ウェイト４６がテールパイプ２８の外部にあれば、端部までの距離に制約がかからずに、長くすることができる。
【０１３５】
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、第１揺動プレート４１の回転に負荷を与えているが、これに限らず、弾性体、例えば、ばね等によって第１揺動プレート４１の回転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。
【０１３６】
（第３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から図１８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。
【０１３７】
図１５から図１７に示すように、本実施の形態の内燃機関の排気装置は、第１の実施の形態における内燃機関の排気装置における第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１の代わりに、第１の弁体としての第１揺動プレート５２および第２の弁体としての第２揺動プレート６２を備えている。なお、本実施の形態における内燃機関の排気装置は、第２揺動プレート６２の回転軸が、第１揺動プレート５２の回転軸と、異なる軸線に設けられている。
【０１３８】
第１揺動プレート５２は、プレート正面部５２ａと、プレート底部５２ｂと、プレート着座部５２ｃと、プレート連結部５２ｄと、プレート軸部５２ｅと、プレート正面上部５２ｇと、第２プレート軸部５２ｈと、を有している。  
プレート正面部５２ａ、プレート底部５２ｂおよびプレート連結部５２ｄは、第１の実施の形態におけるプレート正面部４１ａ、プレート底部４１ｂおよびプレート連結部４１ｄと同様のものである。
【０１３９】
プレート着座部５２ｃは、第１の実施の形態のプレート着座部４１ｃと同様に、排気ガスを流通させるプレート開口部５２ｆが形成されている。このプレート開口部５２ｆは、第２揺動プレート６２よりも小さく形成され、第２揺動プレート６２によって開口および閉口されるようになっている。  
プレート軸部５２ｅは、第１の実施の形態のプレート軸部４１ｅと同様に、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交して設けられるとともに、第１揺動プレート５２の回転軸となっている。
【０１４０】
プレート正面上部５２ｇは、上部がプレート軸部５２ｅに固定され、下部がプレート着座部５２ｃが下流側となるように、プレート正面上部５２ｇとプレート着座部５２ｃとが所定の角度となるように連結されている。また、プレート正面上部５２ｇの下部には、第２プレート軸部５２ｈが設けられている。
【０１４１】
第１の実施の形態と同様に、テールパイプ２８の下流開口端２８ｂの上部には、挿通孔２８ｃ、２８ｄが形成されており、この挿通孔２８ｃ、２８ｄには、プレート軸部５２ｅが挿通されるようになっている。  
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、それぞれプレート軸部５２ｅが挿通される挿通孔４３ｃ、４３ｄが形成されている。
【０１４２】
また、プレート軸部５２ｅの両端部には、それぞれスナップリング４４ａ、４４ｂ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４４ａ、４４ｂによってプレート軸部５２ｅが突出片４３ａ、４３ｂに係止され、プレート軸部５２ｅが挿通孔４３ｃ、２８ｃ、２８ｄ、４３ｄから抜け出ることが防止される。
【０１４３】
したがって、第１揺動プレート５２は、プレート軸部５２ｅを回転軸として、プレート正面部５２ａ、プレート底部５２ｂ、プレート着座部５２ｃ、プレート連結部５２ｄおよびプレート正面上部５２ｇを一体に回転可能となっている。これにより、第１揺動プレート５２は、テールパイプ２８内の通路の一部を閉口し、排気ガスの排気流によって揺動されることによりテールパイプ２８の開口断面積を変更するようになっている。
【０１４４】
また、第１揺動プレート５２は、排気ガスの排気流により揺動されていないとき、プレート着座部５２ｃすなわちプレート開口部５２ｆが、テールパイプ２８の下流側に、鉛直方向と所定の角度となるように設置されている。
【０１４５】
第２揺動プレート６２は、上記のように第１揺動プレート５２のプレート着座部５２ｃに形成されたプレート開口部５２ｆよりも大きく、上部に挿通孔６２ａが形成されている。この挿通孔６２ａには、第１揺動プレート５２の第２プレート軸部５２ｈが、挿通されるようになっている。
【０１４６】
また、第２揺動プレート６２は、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交方向、すなわち、テールパイプ２８の管断面を塞ぐ方向に設けられ、排気流を受け挿通孔６２ａに挿通された第２プレート軸部５２ｈを中心に揺動するようになっている。したがって、第２揺動プレート６２は、テールパイプ２８内の通路の一部を閉口し、排気ガスの排気流によって揺動されることによりテールパイプ２８の開口断面積を変更するようになっている。
【０１４７】
また、第２揺動プレート６２は、排気ガスの排気流により揺動されていないとき、自重のみで鉛直方向となるように設置されている。ここで、第１揺動プレート５２のプレート着座部５２ｃは、プレート正面上部５２ｇと下流側に所定の角度となるように設けられているので、プレート開口部５２ｆは、第２揺動プレート６２が排気流によって揺動される方向に形成されている。
【０１４８】
また、第２揺動プレート６２の慣性モーメントは、第１揺動プレート５２の慣性モーメントよりも小さく設定されている。すなわち、第２揺動プレート６２を揺動させるトルクは、第１揺動プレート５２を揺動させるトルクよりも小さくなるように設定されている。
【０１４９】
したがって、第２揺動プレート６２は、排気流の流量が所定の流量以上となった場合に、第１揺動プレート５２のプレート着座部５２ｃに追い付き、第１揺動プレート５２に形成されたプレート開口部５２ｆを閉弁する。また、排気流の流量が所定の流量未満である場合には、第１揺動プレート５２のプレート開口部５２ｆは、開弁された状態となっている。
【０１５０】
さらに、テールパイプ２８内において気柱共鳴が生じる排気流の流量よりも流量が小さな排気流の流入によって、第２揺動プレート６２により第１揺動プレート５２のプレート開口部５２ｆを閉弁させるように、第１揺動プレート５２および第２揺動プレート６２の慣性モーメントが設定されている。
【０１５１】
また、テールパイプ２８内において気柱共鳴が生じる排気流の流量よりも流量が大きな排気流が流入された場合、第２揺動プレート６２によりプレート開口部５２ｆが閉弁された第１揺動プレート５２が揺動されるように、第１揺動プレート５２および第２揺動プレート６２の慣性モーメントが設定されている。
【０１５２】
したがって、第１揺動プレート５２および第２揺動プレート６２は、図１７に示すように、第２揺動プレート６２が第１揺動プレート５２のプレート開口部５２ｆを開口している開口部開口位置から、図１８に示すように、第２揺動プレート６２が第１揺動プレート５２のプレート着座部５２ｃに追い付き、プレート開口部５２ｆを閉口する着座閉口位置を経て、第２揺動プレート６２が第１揺動プレート５２と一体となって回転する一体回転位置との間で、プレート軸部５２ｅおよび第２プレート軸部５２ｈ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。
【０１５３】
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第１揺動プレート５２および第２揺動プレート６２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。
【０１５４】
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第１揺動プレート５２および第２揺動プレート６２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、排気装置の重量の増大を防止すること、排気装置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。
【０１５５】
また、第１揺動プレート５２および第２揺動プレート６２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。
【０１５６】
また、図１９に示すように、上記第１揺動プレート５２および第２揺動プレート６２の代わりに、第１の弁体としての第１揺動プレート５３および第２の弁体としての第２揺動プレート６３を備えるようにすることもできる。
【０１５７】
すなわち、第１揺動プレート５３は、プレート正面部５３ａと、プレート底部５３ｂと、プレート着座部５３ｃと、プレート連結部５３ｄと、プレート軸部５３ｅと、プレート正面上部５３ｇと、第２プレート軸部５３ｈと、を有している。
【０１５８】
プレート正面部５３ａ、プレート底部５３ｂおよびプレート連結部５３ｄは、上記実施の形態におけるプレート正面部５２ａ、プレート底部５２ｂおよびプレート連結部５２ｄと同様のものである。
【０１５９】
プレート着座部５３ｃは、上記実施の形態のプレート着座部５２ｃと同様に、排気ガスを流通させるプレート開口部５３ｆが形成されている。このプレート開口部５３ｆは、第２揺動プレート６３よりも小さく形成され、第２揺動プレート６３によって開口および閉口されるようになっている。また、プレート着座部５３ｃに形成されたプレート開口部５３ｆの上部には、第２プレート軸部５３ｈが設けられている。
【０１６０】
プレート軸部５３ｅは、上記実施の形態のプレート軸部５２ｅと同様に、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交して設けられるとともに、第１揺動プレート５２の回転軸となっている。
【０１６１】
プレート正面上部５３ｇは、上部がプレート軸部５３ｅに固定され、下部がプレート着座部５３ｃが下流側となるように、プレート正面上部５３ｇとプレート着座部５３ｃとが所定の角度となるように連結されている。
【０１６２】
第２揺動プレート６３は、上記のように第１揺動プレート５３のプレート着座部５３ｃに形成されたプレート開口部５３ｆよりも大きく、上部に挿通孔６３ａが形成されている。この挿通孔６３ａには、第１揺動プレート５３の第２プレート軸部５３ｈが、挿通されるようになっている。
【０１６３】
また、第２揺動プレート６３は、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交方向、すなわち、テールパイプ２８の管断面を塞ぐ方向に設けられ、排気流を受け挿通孔６３ａに挿通された第２プレート軸部５３ｈを中心に揺動するようになっている。したがって、第２揺動プレート６３は、テールパイプ２８内の通路の一部を閉口し、排気ガスの排気流によって揺動されることによりテールパイプ２８の開口断面積を変更するようになっている。
【０１６４】
さらに、テールパイプ２８内において気柱共鳴が生じる排気流の流量よりも流量が小さな排気流の流入によって、第２揺動プレート６２により第１揺動プレート５２のプレート開口部５２ｆを閉弁させるように、第１揺動プレート５２および第２揺動プレート６２の慣性モーメントが設定されている。
【０１６５】
また、テールパイプ２８内において気柱共鳴が生じる排気流の流量よりも流量が大きな排気流が流入された場合、第２揺動プレート６２によりプレート開口部５２ｆが閉弁された第１揺動プレート５２が揺動されるように、第１揺動プレート５２および第２揺動プレート６２の慣性モーメントが設定されている。
【０１６６】
したがって、第２プレート軸部５３ｈをプレート着座部５３ｃに設けた場合においても、第１揺動プレート５３および第２揺動プレート６３が、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、排気装置の重量の増大を防止すること、排気装置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、また、アイドル回転数域や高回転数域では開口部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。
【０１６７】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４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２０から図２３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。
【０１６８】
図２０から図２２に示すように、本実施の形態の内燃機関の排気装置は、第１の実施の形態における内燃機関の排気装置における第１揺動プレート４１および第２揺動プレート６１の代わりに、第１の弁体としての第１揺動プレート５４および第２の弁体としての第２揺動プレート６４を備えている。なお、本実施の形態における内燃機関の排気装置は、第１揺動プレート５４に形成されたプレート開口部５４ｆが、第２揺動プレート６４の上流側に設けられている。
【０１６９】
第１揺動プレート５４は、プレート正面部５４ａと、プレート底部５４ｂと、プレート着座部５４ｃと、プレート連結部５４ｄと、プレート軸部５４ｅと、プレート後部５４ｇと、を有している。
【０１７０】
プレート正面部５４ａ、プレート底部５４ｂおよびプレート連結部５４ｄは、第１の実施の形態におけるプレート正面部４１ａ、プレート底部４１ｂおよびプレート連結部４１ｄと同様のものであり、排気ガスの排気流を受けていない状態では、プレート後部５４ｇの重さにより、鉛直方向よりも上流側に傾くように設置されている。
【０１７１】
プレート着座部５４ｃは、第１の実施の形態のプレート着座部４１ｃと同様に、排気ガスを流通させるプレート開口部５４ｆが形成されている。このプレート開口部５４ｆは、第２揺動プレート６４よりも小さく形成され、第２揺動プレート６４によって下流側で開口および閉口されるようになっている。  
プレート軸部５４ｅは、第１の実施の形態のプレート軸部４１ｅと同様に、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交して設けられるとともに、プレート着座部５４ｃの上部に固定され、第１揺動プレート５４の回転軸となっている。
【０１７２】
プレート後部５４ｇは、下部にプレート質量体５４ｈを有し、上部がプレート軸部５４ｅに固定され、プレート着座部５４ｃが上流側となるように、プレート着座部５４ｃと所定の角度となるように連結されている。また、プレート質量体５４ｈは、プレート正面部５４ａ、プレート底部５４ｂ、プレート着座部５４ｃおよびプレート連結部５４ｄと、プレート後部５４ｇとのバランスを取るためのものであり、排気ガスの排気流を受けていない状態では、プレート正面部５４ａ、プレート底部５４ｂ、プレート着座部５４ｃおよびプレート連結部５４ｄが、鉛直方向よりも上流側に傾くように設けられている。
【０１７３】
第２揺動プレート６４は、上記のように第１揺動プレート５４のプレート着座部５４ｃに形成されたプレート開口部５４ｆよりも大きく、上部に挿通孔６４ａが形成されている。この挿通孔６４ａには、第１揺動プレート５４のプレート軸部５４ｅが、挿通されるようになっている。
【０１７４】
また、第２揺動プレート６４は、テールパイプ２８の延在方向中心軸線に対して直交方向、すなわち、テールパイプ２８の管断面を塞ぐ方向に設けられ、排気流を受け挿通孔６４ａに挿通されたプレート軸部５４ｅを中心に揺動するようになっている。したがって、第２揺動プレート６４は、テールパイプ２８内の通路の一部を閉口し、排気ガスの排気流によって揺動されることによりテールパイプ２８の開口断面積を変更するようになっている。
【０１７５】
また、第２揺動プレート６４は、排気ガスの排気流により揺動されていないとき、鉛直方向となるように設置されている。ここで、第１揺動プレート５４のプレート着座部５４ｃは、鉛直方向に対して所定の角度上流側に傾いて設けられているので、プレート開口部５４ｆと第２揺動プレート６４とも所定の角度で設けられる。
【０１７６】
また、第２揺動プレート６４の慣性モーメントは、第１揺動プレート５４の慣性モーメントよりも大きく設定されている。すなわち、第２揺動プレート６４を揺動させるトルクは、第１揺動プレート５４を揺動させるトルクよりも大きくなるように設定されている。
【０１７７】
したがって、第２揺動プレート６４は、排気流の流量が所定の流量以上となった場合に、第１揺動プレート５４のプレート着座部５４ｃに追い付かれ、第１揺動プレート５４に形成されたプレート開口部５４ｆを閉弁する。また、排気流の流量が所定の流量未満である場合には、第１揺動プレート５４のプレート開口部５４ｆは、開弁された状態となっている。
【０１７８】
さらに、テールパイプ２８内において気柱共鳴が生じる排気流の流量よりも流量が小さな排気流の流入によって、第２揺動プレート６４により第１揺動プレート５４のプレート開口部５４ｆを閉弁させるように、第１揺動プレート５４および第２揺動プレート６４の慣性モーメントが設定されている。
【０１７９】
また、テールパイプ２８内において気柱共鳴が生じる排気流の流量よりも流量が大きな排気流が流入された場合、第２揺動プレート６４によりプレート開口部５４ｆが閉弁された第１揺動プレート５４が揺動されるように、第１揺動プレート５４および第２揺動プレート６４の慣性モーメントが設定されている。
【０１８０】
したがって、第１揺動プレート５４および第２揺動プレート６４は、図２２に示すように、第２揺動プレート６４が第１揺動プレート５４のプレート開口部５４ｆを開口している開口部開口位置から、図２３に示すように、第２揺動プレート６４が第１揺動プレート５４のプレート着座部５４ｃに追い付かれ、プレート開口部５４ｆを閉口する着座閉口位置を経て、第２揺動プレート６４が第１揺動プレート５４と一体となって回転する一体回転位置との間で、プレート軸部５４ｅ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。
【０１８１】
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第１揺動プレート５４および第２揺動プレート６４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。
【０１８２】
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第１揺動プレート５４および第２揺動プレート６４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、排気装置の重量の増大を防止すること、排気装置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。
【０１８３】
また、第１揺動プレート５４および第２揺動プレート６４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。
【０１８４】
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、気柱共鳴による音圧レベルの増大を抑制するとともに、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】
【０１８５】
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
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、２８ｄ、３２ａ、３３ａ、３４ａ、３４ｂ、４１ｃ、４３ｃ、４３ｄ、４３ｆ、４３ｈ、４６ａ、６１ａ、６２ａ、６３ａ、６４ａ  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、５４  第１揺動プレート（第１の弁体）
４１ａ、５２ａ、５３ａ、５４ａ  プレート正面部
４１ｂ、５２ｂ、５３ｂ、５４ｂ  プレート底部
４１ｃ、５２ｃ、５３ｃ、５４ｃ  プレート着座部
４１ｄ、５２ｄ、５３ｄ、５４ｄ  プレート連結部
４１ｅ、５２ｅ、５３ｅ、５４ｅ  プレート軸部
４１ｆ、５２ｆ、５３ｆ、５４ｆ  プレート開口部（開口部）
４３ａ、４３ｂ、４３ｅ、４３ｇ  突出片
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ  スナップリング
４５、４５ａ、４５ｂ  開口部
４６  可動ウェイト（錘）
５２ｇ、５３ｇ  プレート正面上部
５２ｈ、５３ｈ  第２プレート軸部
６１、６２、６３、６４  第２揺動プレート（第２の弁体）
【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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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