JP2017025844A - 多気筒エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動圧排気系の可動部を上下流方向に変位させるアクチュエータの小型化を図りつつ、そのアクチュエータにより可動部が上流側に変位した状態を安定して保持すること。
【解決手段】複数の独立排気通路から延びる複数のノズル内通路が形成されたノズル部と、ノズル内通路からガスが流入する流入部および流入部通過ガスが集合する集合部を有し、ノズル部の下流側で上下流方向に変位することで流入部の流路面積を変える可動部と、可動部を上下流方向に変位させる移動機構とを備え、移動機構は、上下流方向に沿って揺動可能な操作部と、操作部の揺動に伴い可動部を上下流方向に変位させる被操作部と、偏心カムと、偏心カムに回転力を付与するアクチュエータと、偏心カムの回転に伴って上下流方向に変位する変位部と、揺動中心に配置されるピボット部と、ピボット部を支持するピボット支持部と、変位部とピボット部と操作部とを連結する連結部とを備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、本発明は、多気筒エンジンの排気装置に関する。

従来より、自動車等のエンジンにおいて、エゼクタ効果を利用して排気を促進することにより、エンジントルクを高めるようにしたエンジンの排気装置の開発が行われている。

エゼクタ効果を利用して排気を促進する排気装置には、例えば、特許文献１に記載されているように、排気通路の流路面積を変更することにより、さらに効果的にエンジントルクを高めるようにしたものがある。

特許文献１に記載のエンジンの排気装置は、複数の気筒にそれぞれ接続された独立排気通路の下流側部分に、上流側から順に、流路面積が下流側に向かうほど小さくなり、各独立排気通路とそれぞれ独立して連通する複数のガス通路が形成された絞り部と、各ガス通路を通過した排気が合流する筒状の合流部と、流路面積が下流側に向かうほど大きくなる筒状のディフューザ部とが設けられ、絞り部内の各ガス通路の流路面積を変更可能とした装置である。

絞り部、合流部、およびディフューザ部は、いわゆる動圧排気系を構成している。すなわち、動圧排気系は、独立排気通路から流入した排気ガスの流速を絞り部で高めて、その高速の排気ガスを合流部に流入させることにより合流部内に負圧を発生させ、その負圧で他の独立排気通路から排気ガスを吸い出す（掃気する）ように構成されたものである。

絞り部の構造について具体的に説明する。絞り部は、上記独立排気通路に接続される内管と、この内管の周面を囲む外管、上記合流部、および上記ディフューザ部を一体化させて成る筒状の可動部とで構成されている。内管は、下流側に向かうほど径が小さくなっており、その周壁に、内管内部と内管外部とを連通させる開口部が形成されている。外管は、下流側に向かうほど径が小さくなっている。内管と外管との間には、内管の周壁に形成された開口部から流出した排気ガスを合流部に導く流路が形成されている。外管（可動部）を内管に対して排気ガスの流れ方向に沿って変位させることにより、内管と外管との間の流路面積、ひいては絞り部内のガス通路の流路面積が変更される。

上記可動部を排気ガスの流れ方向に沿って変位させる方法としては、例えば、可動部をリンク機構およびアクチュエータによって変位させることが考えられる。具体的には、例えば、上記可動部の外周面に突設したピンと、可動部の中心軸から離れた位置で直線動作をするアクチュエータとをリンク機構を介して接続することが考えられる。アクチュエータが作動すると、リンク機構は排気ガスの流れ方向に沿って揺動し、この揺動に伴って可動部を排気ガスの流れ方向に沿って変位させる。

特開２０１３−５７２５５号公報

しかしながら、可動部は排気ガスから下流側に向かう方向の力を受けるため、可動部を上流側に変位させた状態を保持するには、可動部が排気ガスから受ける力に対抗する大きな駆動力を発生させる必要があり、その結果、アクチュエータが大型化する虞があった。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、動圧排気系の可動部を上下流方向に変位させるアクチュエータの小型化を図りつつ、そのアクチュエータにより、可動部が上流側に変位した状態を安定して保持することができる多気筒エンジンの排気装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、複数の気筒を有するエンジンの当該複数の気筒に各々独立して接続された複数の独立排気通路、または、中途部で分岐して排気順序が連続しない複数の気筒に接続された独立排気通路を含む複数の独立排気通路から延びて、各前記独立排気通路から排出されたガスが各々独立して流入する複数のノズル内通路が形成されたノズル部と、前記ノズル内通路から排出されたガスが流入する流入部、および、当該流入部を通過したガスが集合する集合部を有し、ガスの流れ方向における前記ノズル部の下流側にガス流れの上下流方向に変位可能に設けられて、上流側に変位したときに前記流入部の流路面積を縮小し、下流側に変位したときに前記流入部の流路面積を拡大する筒状の可動部と、前記可動部を前記上下流方向に変位させる移動機構とを備え、前記移動機構は、前記可動部よりもその径方向外側の位置に揺動中心を有して前記上下流方向に沿って揺動可能に設けられた操作部と、前記可動部に設けられ、前記操作部の揺動に伴い、前記可動部を前記上下流方向に変位させる被操作部と、前記可動部よりもその径方向外側の位置に設けられる偏心カムと、前記偏心カムに回転力を付与するアクチュエータと、前記偏心カムの回転に伴って前記上下流方向に変位する変位部と、前記揺動中心に配置されるピボット部と、前記ピボット部を支持するピボット支持部と、前記変位部と前記ピボット部と前記操作部とを連結する連結部とを備えることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置を提供する。

本発明によれば、可動部が上流側に変位した状態を保持するためにアクチュエータに必要とされる駆動力を低減することができ、これにより、アクチュエータの小型化を図ることができる。詳しく説明すると、可動部が上流側に変位した状態（上記流入部の流路面積が小さくなった状態）を保持するためには、排気ガスの圧力によって可動部が下流側に変位しないように、可動部を上流側に変位させる向きの駆動力をアクチュエータに発生させる必要がある。本構成では、可動部が排気ガスから受ける力は、偏心カムおよび変位部を介してアクチュエータに伝達されるため、排気ガスによる偏心カムを回転させようとする力（以下、「排気ガスによるカム回転力」と称する）が、偏心カムと変位部との間で低減され、これにより、排気ガスによるカム回転力に対抗するためにアクチュエータに必要とされる駆動力が低減される。

また、本構成によれば、排気ガスが可動部を下流側へ押圧する力が、ピボット支持部および偏心カムの双方に伝達されるため、その押圧力がピボット支持部と偏心カムとに分散される。これにより、排気ガスによるカム回転力が低減され、その結果、アクチュエータに必要とされる駆動力を低減することができる。

本発明においては、前記アクチュエータは、前記偏心カムに固定されたカムシャフトに回転力を付与し、前記可動部がその可動領域の最上流位置にあるときには、前記カムシャフトの軸心が、前記偏心カムにおける径方向の中心を通り、かつ、前記上下流方向に沿った基準線の近傍に位置することが好ましい。

この構成によれば、排気ガスによるカム回転力がゼロ近傍の大きさとなるため、アクチュエータに必要とされる駆動力を格段に低減することができる。

本発明においては、前記アクチュエータは、前記偏心カムに固定されたカムシャフトに回転力を付与し、前記ピ前記ピボット支持部は、前記ピボット部を、当該ピボット部と前記カムシャフトとを結ぶ方向にスライド変位可能に支持することが好ましい。

この構成によれば、偏心カムの回転に伴って、変位部が上下流方向に変位しつつピボット部とカムシャフトとを結ぶ所定方向に変位する場合に、ピボット部が偏心カムの変位に伴って所定方向に変位するため、可動部を上下流方向にスムースに変位させることができる。

本発明においては、前記操作部は、前記上下流方向の一方側に断面円弧状の凹面からなる第１面を備えるとともに、前記上下流方向の他方側に断面円弧状の凸面からなる第２面を備え、前記被操作部は、前記可動部の外周部に設けられ、前記操作部の前記第１面に沿った凸面および前記操作部の前記第２面に沿った凹面を有して当該凸面および凹面により前記操作部をスライド可能に前記上下流方向の両側から支持する内壁面を有する溝部を含み、前記操作部の揺動に伴い、前記操作部を前記溝部内でスライドさせつつ前記可動部を前記上下流方向に変位させることが好ましい。

この構成によれば、操作部の第１面および第２面は、被操作部が有する溝部の内壁面によって、上下流方向の両側からスライド可能に支持される。操作部は、被操作部との接触面が断面円弧状に形成されているので、接触面が断面円弧状でない場合と比べて、被操作部との接触面積が大きくなる。従って、操作部の第１面が広い接触面積で被操作部の凸面に接触し、且つ、操作部の第２面が広い接触面積で被操作部の凹面に接触するため、操作部が被操作部に接触することによるかじり、固着、および過度の摩耗の発生が抑制され、がたつきが生じにくくなって接触音の発生も抑制される。

本発明においては、前記アクチュエータは、ロッドと、当該ロッドを往復運動させることにより、前記偏心カムに固定されたカムシャフトに回転力を付与するアクチュエータ本体とを有し、前記揺動機構は、前記ロッドに回動可能に接続されたレバーをさらに備え、前記レバーにおける当該レバーと前記ロッドとの接続箇所から離間した位置に、前記カムシャフトが固定されていることが好ましい。

この構成によれば、可動部が上流側に変位した状態を保持するためにアクチュエータ（直動型アクチュエータ）に必要とされる駆動力（引張力または押圧力）を低減することができる。詳しく説明すると、排気ガスによるカム回転力は、レバーを介してロッドに伝達される。このカム回転力に対抗するためには、アクチュエータ本体はレバーを引張または押圧する方向の力をロッドに作用させる必要がある。本構成によれば、上記したように、排気ガスによるカム回転力が低減されるため、アクチュエータに必要とされる駆動力（引張力または押圧力）を低減することができる。

以上説明したように、本発明によれば、動圧排気系の可動部を上下流方向に変位させるアクチュエータの小型化を図りつつ、そのアクチュエータにより、可動部が上流側に変位した状態を安定して保持することができる。

本発明の第１実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置の概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置の概略側面図である。 本発明の第１実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置の概略正面図である。 ノズル部の下流端部を示す図である。 図４におけるＶ方向矢視図である。 可動部が最上流位置にあるときの多気筒エンジンの排気装置を示す部分断面図である。 図６に示す多気筒エンジンの排気装置を、ガス流れの上下流方向に沿って移動機構を切断した状態で示す部分断面図である。 可動部が最下流位置にあるときの多気筒エンジンの排気装置を示す部分断面図である。 図８に示す多気筒エンジンの排気装置を、ガス流れの上下流方向に沿って移動機構を切断した状態で示す部分断面図である。 第１実施形態に係る移動機構の動きを示す断面図であり、（ａ）は可動部が最上流位置にあるときの状態を示す図、（ｂ）は可動部が中流位置にあるときの状態を示す図、（ｃ）は可動部が最下流位置にあるときの状態を示す図である。 第１実施形態に係る移動機構の偏心カムに作用する力を示す図であり、（ａ）は可動部が最上流位置にあるときの状態を示す図、（ｂ）は可動部が中流位置にあるときの状態を示す図、（ｃ）は可動部が最下流位置にあるときの状態を示す図である。 第１実施形態に係る移動機構の偏心カム、ピボット部、操作部およびアクチュエータに作用する力を示す図であり、可動部が最上流位置にあるときの状態を示す図である。 レバー部と揺動アームに固定した場合に、操作部およびアクチュエータに作用する力を示す図であり、可動部が最上流位置にあるときの状態を示す図である。 本発明の第１実施形態におけるエンジンの運転状態（運転領域）を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置において、可動部が最上流位置にあるときの状態を示す部分断面図である。 本発明の第２実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置において、可動部が最下流位置にあるときの状態を示す部分断面図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について詳述する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置１００の概略構成図である。図２は、図１の概略側面図である。図３は、図１の概略正面図である。なお、図１では、後述する移動機構９０Ａの図示は省略している。

なお、以下の説明では、排気ガスの流れ方向における上流側を「上流側」、排気ガスの流れ方向における下流側を「下流側」、上流側の端部を「上流端部」、下流側の端部を「下流端部」、排気ガスの流れに沿った方向を「上下流方向」と各々称する。

図１に示されるように、本実施形態における多気筒エンジンの排気装置１００は、エンジン１に取り付けられるものである。本発明におけるエンジン１は、車幅方向に４つの気筒１２ａ〜１２ｄが並ぶ直列４気筒４サイクルガソリンエンジンである。エンジン１のシリンダヘッド９には、車幅方向に沿って車両の右側から順に、第１気筒１２ａ，第２気筒１２ｂ，第３気筒１２ｃ，および第４気筒１２ｄが形成されている。

エンジン１は、各気筒１２ａ〜１２ｄにおいて、１８０℃Ａずつずれたタイミングで気筒内の混合気に点火が行われて、吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程がそれぞれ１８０℃Ａずつずれるように構成されている。本実施形態では、第１気筒１２ａ→第３気筒１２ｃ→第４気筒１２ｄ→第２気筒１２ｂの順に点火が行われてこの順に排気行程等が実施される。

図１に示されるように、エンジン１のシリンダヘッド９には、上記混合気に点火を行う点火プラグ１５が各気筒１２の燃焼室に臨む位置に設けられている。

シリンダヘッド９には、気筒１２毎に、２つの吸気ポート１７および２つの排気ポート１８が形成されている。吸気ポート１７は、各気筒１２内に吸気を導入するためのものである。排気ポート１８は、各気筒１２内から排気を排出するためのものである。各吸気ポート１７には、当該吸気ポート１７を開閉して吸気ポート１７と気筒１２内部とを連通あるいは遮断するための吸気弁１９が設けられている。各排気ポート１８には、当該排気ポート１８を開閉して排気ポート１８と気筒１２内部とを連通あるいは遮断するための排気弁２０が設けられている。吸気弁１９は、吸気弁駆動機構３０により駆動されて吸気ポート１７を開閉し、排気弁２０は、排気弁駆動機構４０により駆動されて排気ポート１８を開閉する。

吸気弁駆動機構３０は、吸気弁１９に連結された吸気カムシャフト３１と、吸気ＶＶＴ（Valiable Valve Timing）３２とを有している。吸気カムシャフト３１は、周知のチェーン／スプロケット機構等の動力伝達機構を介してクランクシャフトに連結されており、クランクシャフトの回転に伴い回転して吸気弁１９を開閉駆動する。吸気ＶＶＴ３２は、吸気カムシャフト３１と同軸に配置されてクランクシャフトにより直接駆動される所定の被駆動軸と吸気カムシャフト３１との間の位相差を変更する。これにより、吸気ＶＶＴ３２は、クランクシャフトと吸気カムシャフト３１との間の位相差すなわち吸気弁１９のバルブタイミングを変更する。吸気ＶＶＴ３２としては、液圧式のものや電磁式のもの等が用いられる。

排気弁駆動機構４０は、吸気弁駆動機構３０とほぼ同様の構造を有しており、排気弁２０およびクランクシャフトに連結された排気カムシャフト４１と、排気カムシャフト４１とクランクシャフトとの位相差を変更することで排気弁２０のバルブタイミングを変更する排気ＶＶＴ４２とを有している。

次に、本実施形態に係る多気筒エンジンの排気装置１００の構成について詳説する。

図１に示されるように、多気筒エンジンの排気装置１００は、エンジン１の各気筒１２ａ〜１２ｄに各々独立して接続されて下流端が束ねられた４つの独立排気管５２と、独立排気管５２の下流端に接続された動圧排気系６０Ａと、動圧排気系６０Ａの下流端に接続された下流側排気管８０と、動圧排気系６０Ａの後述する可動部６２を上下流方向に変位させるための移動機構９０Ａ（図２，３参照）とを備えている。

＜下流側排気管８０の構成＞
下流側排気管８０は、１つの通路が形成された略円筒状部材である。各気筒１２から排出された排気ガスは、後述するように、それぞれ独立して各独立排気管５２を通過した後、動圧排気系６０Ａ内で合流し、その後、下流側排気管８０を通って排気装置１００の外部に排出される。下流側排気管８０には、触媒装置やマフラー等が配置されている。

＜独立排気管５２の構成＞
独立排気管５２は、図１等に示されるように、気筒１２の排気ポート１８から下流側に延びる部材である。各独立排気管５２には、気筒１２から排出された排気ガスを動圧排気系６０Ａに導く独立排気通路５２ａが形成されている。各独立排気管５２は、動圧排気系６０Ａの上流端に向かって延びており、動圧排気系６０Ａの上流端付近で束ねられて、動圧排気系６０Ａの上流端に接続されている。

＜動圧排気系６０Ａの構成＞
動圧排気系６０Ａは、独立排気管５２から排出された排気ガスの流速を高めて、その高速の排気ガスにより負圧を発生させ、その負圧で他の独立排気管５２から排気ガスを吸い出す（掃気する）ように構成されたものである。図１に示されるように、動圧排気系６０Ａは、全体として、その流路面積が、下流側に向かって次第に小さくなった後、一定状態を維持して延び、その後、下流側に向かって次第に大きくなるような形状を有している。

図１に示されるように、動圧排気系６０Ａは、上流端が独立排気管５２に接続され、下流端が下流側排気管８０に接続された筒状のアウターシェル６１と、このアウターシェル６１の内部にそれぞれ収容されるノズル部６４、可動部６２、およびディフューザ部６３とを有する。ノズル部６４、可動部６２、およびディフューザ部６３は、この順で上流側から順に配置されている。

＜ノズル部６４の構成＞
図７に示されるように、ノズル部６４は、上下流方向に延びる管状部材であり、独立排気管５２の下流端から下流側へ延びている。ノズル部６４は、アウターシェル６１内の上流端部に配置されている。ノズル部６４には、各独立排気通路５２から排出された排気がそれぞれ独立して流入する４つのノズル内通路６４ａ（図４，７参照）が形成されている。４つのノズル内通路６４ａは、４つの独立排気通路５２にそれぞれ対応して設けられている。図４，７に示されるように、各ノズル内通路６４ａは、同一の構造を有しており、ノズル部６４の中心軸Ｘ１周りに互いに等間隔（９０°間隔）に並んでいる。

図７に示されるように、ノズル部６４は、ノズル側ストレート部６４ｂと、ノズル側縮径部６４ｃとを有している。

ノズル側ストレート部６４ｂは、独立排気管５２の下流端から同一径を維持しつつ下流側に延びる円筒状をなしている。ノズル側ストレート部６４ｂ内のノズル内通路６４ａは、ノズル部６４の中心軸Ｘ１に沿って直線状に延びている。

図７，９に示されるように、ノズル側ストレート部６４ｂの周壁の下端部には、上流側緩衝部材６５が設けられている。上流側緩衝部材６５は、ノズル部６４の外周面に取り付けられるリング状の部材である。上流側緩衝部材６５の外周面は、可動部６２における後述の湾曲部６２ａの内周面に沿った形状（断面円弧状）をなしている。具体的には、上流側緩衝部材６５の外周面は、ノズル部６４の中心軸Ｘ１上の点Ｐ１を中心とする半径Ｒ１の第１の球面Ｃ１の一部をなすように形成されている。つまり、中心軸Ｘ１を通る平面で上流側緩衝部材６５を切断すると、その切断面の外縁（中心軸Ｘ１とは反対側の縁）が円弧状となる。点Ｐ１は、中心軸Ｘ１上で上流側緩衝部材６５よりも上流側に位置している。

上流側緩衝部材６５の材質は、特に限定されるものではないが、例えば、膨張黒鉛とステンレスメッシュとを組み合わせて構成することができる。具体的には、例えば、帯状のステンレスメッシュシートに帯状の膨張黒鉛シートを重ね合わせたものをリング状に巻回し、その巻回したものを外周面が断面円弧状をなすように加圧成形することにより、上流側緩衝部材６５を製造することができる。膨張黒鉛を用いたリング状部材は、一般的に、ガスケット等のシールリングとして用いられるものである。本実施形態では、このように一般的に用いられているシールリングを上流側緩衝部材６５に用いることにより、上流側緩衝部材６５にかかるコストを抑えることができる。

図７に示されるように、上流側緩衝部材６５は、可動部６２が上流方向に所定位置（後述する可動部６２の可動領域の最上流位置）まで変位したときにノズル部６４と可動部６２との間に挟まれるように配置される。つまり、上流側緩衝部材６５は、可動部６２が上記所定位置まで変位したときに、可動部６２の湾曲部６２ａに接触するように配置されている。このように配置されることにより、上流側緩衝部材６５は、可動部６２の上記所定位置からの上流方向への変位を阻止する。すなわち、上流側緩衝部材６５は、可動部６２の可動領域の最も上流側の位置（最上流位置）を規定する。

ノズル側縮径部６４ｃは、ノズル側ストレート部６４ｂの下流端から下流側に延びており、下流側に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなしている。つまり、ノズル側縮径部６４ｃの周壁は、下流側に向かうに従って中心軸Ｘ１側に傾斜するよう構成されている。これに伴い、ノズル側縮径部６４ｃ内のノズル内通路６４ａの流路面積は、ノズル側ストレート部６４ｂ内のノズル内通路６４ａの流路面積よりも小さくなっている。詳細には、ノズル側ストレート部６４ｂ内の流路面積は上下流方向全体に亘り一定であり、ノズル側縮径部６４ｃ内の流路面積は下流側に向かうに従って小さくなっている。ノズル部６４の下流端の内径は、例えば、ノズル部６４の上流端の内径の約半分に設定されている。

図４，７に示されるように、ノズル側縮径部６４ｃの周壁には、ノズル内通路６４ａの内側と外側とを連通させる開口部６４ｄが形成されている。図４に示されるように、開口部６４ｄは、ノズル部６４の中心軸Ｘ１周りに等間隔で（９０°間隔で）設けられている。図５に示されるように、ノズル側縮径部６４ｃの周壁の一部が、下流端から上流側に向かって略半円状に切り欠かれることで開口部６４ｄが形成されている。ここで、ノズル側縮径部６４ｃの周壁が、上記のように下流側に向かうに従って中心軸Ｘ１側に傾斜していることから、開口部６４ｄは下流側に向けて開口している。

＜可動部６２の構成＞
可動部６２は、ノズル部６４およびアウターシェル６１と同軸上にあって上下流方向に延びる管状部材である。可動部６２の中心軸Ｘ２は、可動部６２がその可動領域の最上流位置にあるとき（図７参照）、および、最下流位置にあるとき（図９参照）に、ノズル部６４の中心軸Ｘ１およびアウターシェル６１の中心軸Ｘ３と一致する。

可動部６２には、１つの通路が形成されている。可動部６２は、独立排気通路５２ａからノズル内通路６４ａに流入した排気ガスが通過する通路の流路面積を変更するために、アクチュエータ７０により駆動されて上下流方向に変位する。

図７，９に示されるように、可動部６２の下流端部は、ディフューザ部６３内を上下流方向に変位する。

可動部６２は、湾曲部６２ａと、可動側縮径部６２ｂと、可動側ストレート部６２ｃとを有している。湾曲部６２ａおよび可動側縮径部６２ｂは、本発明の「流入部」に相当する。可動側ストレート部６２ｃは、本発明の「集合部」に相当する。

図７，９に示されるように、湾曲部６２ａは、可動部６２の上流端から下流側に延びる筒状部分である。湾曲部６２ａの内周面は、可動部６２の中心軸Ｘ２上の点Ｐ１を中心とする半径Ｒ１の第１の球面Ｃ１の一部をなすように形成されている。つまり、中心軸Ｘ２を通る平面で湾曲部６２ａを切断すると、その切断面の内縁（中心軸Ｘ２側の縁）が円弧状となる。点Ｐ１は、中心軸Ｘ２上で湾曲部６２ａよりも上流側に位置している。

可動側縮径部６２ｂは、湾曲部６２ａの下流端から下流側へ延びる筒状部分であり、ノズル側縮径部６４ｃに沿って延びる形状を有している。すなわち、可動側縮径部６２ｂは、下流側に向かうに従って可動部６２の中心軸Ｘ２側に傾斜するよう構成されており、下流側に向かうほど径が小さくなる円錐台状に形成されている。これに伴い、可動側縮径部６２ｂの流路面積は下流側に向かうほど小さくなっている。

湾曲部６２ａおよび可動側縮径部６２ｂは、ノズル部６４の下流端部を覆うように配置されている。

具体的には、図６，７に示されるように、可動部６２が最上流位置に変位しているときには、可動部６２の湾曲部６２ａおよび可動側縮径部６２ｂは、ノズル側ストレート部６４ｂの下流端部、ノズル側縮径部６４ｃ、および上流側緩衝部材６５を覆う。そして、湾曲部６２ａの内周面は、上流側緩衝部材６５の外周面に接触する。この状態において、湾曲部６２ａおよび可動側縮径部６２ｂとノズル側縮径部６４ｃとは互いに接してはいないものの、その距離は小さく、互いに近接した状態となる。

一方、図８，９に示されるように、可動部６２が最下流位置に変位しているときには、湾曲部６２ａおよび可動側縮径部６２ｂは、ノズル側縮径部６４ｃを覆う。この状態において、湾曲部６２ａの内周面は、上流側緩衝部材６５の外周面から大きく離間する。

隆起部６２ｄは、可動側縮径部６２ｂの下流端部に設けられている。図６〜９に示されるように、隆起部６２ｄは、可動側縮径部６２ｂの外周面から径方向外側へ隆起しており、可動側縮径部６２ｂの全周に亘って形成されている。隆起部６２ｄの下流側部分は、周方向全体に亘ってリング状に切り欠かれている。この切欠部には、リング状の下流側緩衝部材６６が取り付けられている。

下流側緩衝部材６６の外周面は、後述するアウターシェル６１の膨出部６１ｅの内周面（凹面）に沿った形状（断面円弧状）をなしている。具体的には、図９に示されるように、下流側緩衝部材６６の外周面は、可動部６２の中心軸Ｘ２上の点Ｐ２を中心とする半径Ｒ２の第２の球面Ｃ２の一部をなすように形成されている。つまり、中心軸Ｘ２を通る平面で下流側緩衝部材６６を切断すると、その切断面の外縁（中心軸Ｘ２とは反対側の縁）が円弧状となる。点Ｐ２は、中心軸Ｘ２上で下流側緩衝部材６６よりも上流側に位置している。

下流側緩衝部材６６は、上流側緩衝部材６５と同様の材料で構成することができる。

図８，９に示されるように、下流側緩衝部材６６は、可動部６２が下流方向に所定位置（後述する可動部６２の可動領域の最下流位置）まで変位したときにアウターシェル６１と可動部６２との間に挟まれるように配置される。つまり、下流側緩衝部材６６は、上記所定位置まで変位したときに、アウターシェル６１の膨出部６１ｅの内周面に接触するように配置されている。このように配置されることにより、下流側緩衝部材６６は、可動部６２の上記所定位置からの下流方向への変位を阻止する。すなわち、下流側緩衝部材６６は、可動部６２の可動領域の最も下流側の位置（最下流位置）を規定する。

図６，７に示されるように、可動部６２が最上流位置に変位している状態では、可動側縮径部６２ｂはノズル部側縮径部６４ｃのほぼ全体と近接する結果、図７の矢印に示すように、可動側縮径部６２ｂによってノズル部側縮径部６４ｃの各開口部６４ｄが実質的に塞がれた状態となる。具体的には、可動側縮径部６２ｂとノズル部側縮径部６４ｃの間には、若干の隙間があるものの、その隙間は狭いため、可動側縮径部６２ｂとノズル部側縮径部６４ｃの間の空間には、殆ど排気ガスが流れない。従って、独立排気通路５２からノズル内通路６４ａに流入した排気は、開口部６４ｄからノズル部６４外に流出することなくノズル内通路６４ａを通過し、ノズル内通路６４ａの下流端から下流側に流れていく。

一方、図８，９に示されるように、可動部６２が上記最上流位置から下流側に変位して、最下流位置に到達すると、可動側縮径部６２ｂはノズル部側縮径部６４ｃから下流側に大きく離間する。これに伴い、これら縮径部６２ｂ，６４ｃ間には通路が形成されるとともに、各開口部６４ｄは開放される。このため、可動部６２が最下流位置に変位した状態では、独立排気通路５２からノズル内通路６４ａに流入した排気ガスの一部は、可動側縮径部６２ｂとノズル部側縮径部６４ｃとの間に形成された通路（以下、「外部通路６４ｅ」と称する）を通って下流に流れていく。すなわち、図９に矢印で示すように、独立排気通路５２からノズル内通路６４ａに流入した排気ガスは、ノズル内通路６４ａに加えてこの外部通路６４ｅを通過する。

このように、本実施形態では、可動部６２の位置が、最上流位置と、これよりも下流側の位置とに変位することで、独立排気通路５２からノズル内通路６４ａに流入した排気ガスが通過する通路が、ノズル内通路６４ａのみと、ノズル内通路６４ａおよび外部通路６４ｅとに切り替えられ、これにより、排気ガスが通過する通路の流路面積が切り替えられる。すなわち、可動部６２の位置が最上流位置とされることで、排気ガスが通過する通路の流路面積は最小とされ、可動部６２の位置が最上流位置よも下流側とされることで、この流路面積が最小よりも大きくされる。そして、この流路面積の切替に伴って、ノズル内通路６４ａから下流に排出される排気の速度が切り替えられる。具体的には、可動部６２の位置が最上流位置とされて排気ガスが通過する通路の流路面積が最小とされると、この排気がノズル内通路６４ａから下流側に排出される速度は高くなる。一方、可動部６２の位置が最下流位置とされて上記排気が通過する通路の流路面積が最大とされると、排気ガスがノズル内通路６４ａから下流側に排出される速度は低く抑えられる。

ここで、各ノズル内通路６４ａは各独立排気通路５２とそれぞれ個別に連通している。そのため、ノズル内通路６４ａ内の排気は他のノズル内通路６４ａ内の排気と混合することなく流下する。これに対して、可動部側縮径部とノズル部側縮径部との間の空間は、中心軸Ｘ１周りの全周で連通している。しかしながら、上記のように開口部６４ｄが下流向きに開口していることから、外部通路６４ｅにおいても、独立排気通路５２およびノズル内通路６４ａを通過した排気ガスは、他の独立排気通路５２、６４ａを通過した排気とほとんど混合することなく、独立して流下する。

可動側ストレート部６２ｃは、各独立排気通路５２からそれぞれ排出されてノズル内通路６４ａ、あるいはノズル内通路６４ａおよび外部通路６４ｅを独立して通過した排気ガス、すなわち、各気筒１２ａ〜１２ｄから排出された排気ガスが、合流する部分である。

可動側ストレート部６２ｃは、各気筒１２ａ〜２ｄから排出された排気が合流し、十分に混合して良好に整流化されるように、その流路面積が下流側部分で一定とされている。

本実施形態では、可動側ストレート部６２ｃの上流側部分は、下流側に向かうほど流路面積が小さくなるよう構成される一方、下流側部分は、流路面積一定で下流側に延びている。具体的には、可動側ストレート部６２ｃの上流側部分は、中心軸Ｘ２を中心として下流側に向かうに従って縮径する略円錐台形状をなしており、可動側ストレート部６２ｃの下流側部分は、径が一定の円筒状をなしている。可動側ストレート部６２ｃの上流側部分は、可動側縮径部６２ｂの下流端に連続して延びおり、可動側ストレート部６２ｃの下流側部分は、この上流側部分の下流端から流路面積一定で延びている。

可動側ストレート部６２ｃの下流側部分の外周面には、その外周面から径方向外側に突出するフランジ部６２ｅが設けられている。フランジ部６２ｅは、可動側ストレート部６２ｃと一体に形成されている。

＜ディフューザ部６３の構成＞
ディフューザ部６３は、下流側に向かうに従って流路面積が拡大するよう構成された筒状部分である。具体的には、ディフューザ部６３の上流側部分６３ａは上下流方向に径が一定の円筒状をなしている。この上流側部分６３ａよりも下流側の部分６３ｂは、下流側に向かうほど径が大きい略円錐台状をなしている。

ディフューザ部６３の内側には、上流側から可動側ストレート部６２ｃの下流端部が挿通されている。ディフューザ部６３の上流側部分６３ａの内径は、可動側ストレート部６２ｃの下流端部の外径よりも大きい寸法に設定されている。具体的には、可動部６２が最上流位置にあるときおよび最下流位置にあるとき（図６〜９、１０（ａ），（ｃ）、１１（ａ），（ｃ）参照）に、可動側ストレート部６２ｃの下流端部の外周面がディフューザ部６３の上流側部分６３ａの内周面から離間する一方、偏心カム８０の回転に伴って可動側ストレート部６２ｃがピボット支持部８２に最も接近したとき（図１０（ｂ）参照）に、可動側ストレート部６２ｃの下流端部の外周面がディフューザ部６３の上流側部分６３ａの内周面に当接するように、ディフューザ部６３の上流側部分６３ａの内径が設定されている。可動部６２の変位時には、可動側ストレート部６２ｃの下流端部が、ディフューザ部６３内において、ディフューザ部６３の軸方向に沿って上下流方向に移動しつつ、ディフューザ部６３の径方向に移動する。ディフューザ部６３は、アウターシェル６１に固定されている。本実施形態では、ディフューザ部６３は、アウターシェル６１に溶接されている。

＜アウターシェル６１の構成＞
アウターシェル６１は、ノズル部６４、可動部６２、ディフューザ部６３、上流側緩衝部材６５、下流側緩衝部材６６、後述の操作部７５、被操作部９２、偏心カム８０、外輪部８１ａ、揺動アーム８１ｂ，８１ｃ、ピボット部８１ｄを収容する管状部材である。図６，７に示されるように、アウターシェル６１は、上流から順に、第１部分６１ａ、第２部分６１ｂ、第３部分６１ｃ、および第４部分６１ｄを有する。

第１部分６１ａは、可動部６２の上流側部分、ノズル部６４、および上流側緩衝部材６５を囲んで（覆って）おり、上下流方向に同一径を維持しつつ下流側へ円筒状に延びている。

第２部分６１ｂは、可動部６２の可動側縮径部６２ｂ、隆起部６２ｄ、下流側緩衝部材６６、およびストレート部６２ｃの上流側部分を囲んで、下流側に延びている。第２部分６１ｂは、下流に向かうに従って中心軸Ｘ２側に傾斜するように構成されており、下流側に向かうほど径が小さくなる円錐台状に形成されている。

第２部分６１ｂにおける上下流方向の下流端部には、その周方向全体に亘って、外側に膨出する膨出部６１ｅが形成されている。膨出部６１ｅは、上下流方向に所定の長さに亘って形成されている。具体的には、膨出部６１ｅの上下流方向の長さは、下流側緩衝部材６６の上下流方向の長さとほぼ同じとなっている。膨出部６１ｅの内周面は、下流側緩衝部材６６の外周面に沿った形状（断面円弧状）に形成されている。具体的には、図９に示されるように、膨出部６１ｅの内周面は、アウターシェル６１の中心軸Ｘ３上の点Ｐ２を中心とする半径Ｒ２の第２の球面Ｃ２の一部をなすように形成されている。つまり、中心軸Ｘ３を通る平面で膨出部６１ｅを切断すると、その切断面の内縁（中心軸Ｘ３側の縁）が円弧状となる。点Ｐ２は、中心軸Ｘ３上で膨出部６１ｅよりも上流側に位置している。

第３部分６１ｃは、可動側ストレート部６２ｃの円筒状の下流側部分、操作部７５、被操作部９２、偏心カム８０、外輪部８１ａ、揺動アーム８１ｂ，８１ｃ、およびピボット部８１ｄを囲んでいる。

第３部分６１ｃは、偏心カム８０および外輪部８１ａを収容するカバー部６１ｆと、ピボット部８１ｄを支持するピボット支持部８２とを有している。

カバー部６１ｆは、アウターシェル６１における膨出部６１ｅの下流側で径方向外側に膨出する部分である。カバー部６１ｆは、円筒状のブッシュ（図示略）を介して、シャフト７３Ａを回転自在に支持している。

ピボット支持部８２は、アウターシェル６１における膨出部６１ｅの下流側で径方向外側に突起状に膨出する部分である。ピボット支持部８２は、アウターシェル６１におけるカバー部６１ｆとは径方向反対側に形成されている。ピボット支持部８２は、その内側に径方向外側に延びる円筒状のスライド支持面８２ａ（図６〜１０，１２参照）を有している。スライド支持面８２ａは、後述する球状のピボット部８１ｄを、ピボット部８１ｄとシャフト７３Ａとを結ぶ方向Ａ（図１０参照）にスライド変位可能に支持する。

第４部分６１ｄは、ディフューザ部６３を囲んでおり、ディフューザ部６３の外形に沿って略円錐台形状に形成されている。ディフューザ部６３は、この第４部分６１ｄに固定されている。

＜移動機構９０Ａの構成＞
可動部６２を変位させるための移動機構９０Ａについて説明する。

図２，３に示されるように、本実施形態における移動機構９０Ａは、アクチュエータ７０と、レバー部９４と、シャフト７３Ａ（本発明の「カムシャフト」に相当する）と、揺動アーム８１ａ，８１ｂ（図６〜１０，１２参照）と、操作部７５と、被操作部９２と、偏心カム８０と、ピボット部８１ｄと、ピボット支持部８２と、外輪部８１ａとを備えている。外輪部８１ａ、揺動アーム８１ｂ，８１ｃ、操作部７５、およびピボット部８１ｄは、一体に形成されている。

レバー部９４は、ロッド７２とシャフト７３とを繋ぐ板状の部材である。レバー部９４の一端部は、ロッド７２の先端部（アクチュエータ本体７１とは反対側の端部）に揺動可能に接続されている。ロッド７２の変位（前進および後退）に伴い、レバー部９４は、シャフト７３Ａを中心として、上下流方向に沿って揺動する。

シャフト７３Ａは、円柱状の部材であり、レバー部９４からアウターシェル６１に向かって延びている。シャフト７３Ａのレバー部９４側の端部は、レバー部９４に固定されている。レバー部９４の揺動に伴い、シャフト７３Ａは、その軸心Ｑ（図６，８参照）周りに回転（回動）する。

図６〜１０，１２に示されるように、偏心カム８０は、可動部６２の可動側ストレート部６２ｃよりもその径方向外側の位置に設けられた円板状のカムであり、その偏心位置にシャフト７３Ａが固定され、シャフト７３Ａの回転に伴って回転する。偏心カム８０の径方向の中心Ｃ（図６，８，１１参照）は、シャフト７３Ａの回転に伴い、上下流方向に変位しつつ、シャフト７３Ａの軸心Ｑとピボット部８１ｄとを結ぶ方向Ａ（図１０参照）に変位する。

具体的には、偏心カム８０の径方向の中心Ｃがシャフト７３Ａの軸心Ｑよりも上流側に位置する状態（図６，７，１０（ａ），１１（ａ）参照）において、シャフト７３Ａが図６における反時計回り方向（左回り方向）に回転することにより、偏心カム８０の中心Ｃがシャフト７３Ａの軸心Ｑに対して上下流方向の同じ位置に並ぶ状態（図１０（ｂ），１１（ｂ）参照）を経て、偏心カム８０の中心Ｃがシャフト７３Ａの軸心Ｑよりも下流側に位置する状態（図８，９，１０（ｃ），１１（ｃ）参照）に遷移する。

また、偏心カム８０の径方向の中心Ｃがシャフト７３Ａの軸心Ｑよりも下流側に位置する状態（図８，９，１０（ｃ），１１（ｃ）参照）において、シャフト７３Ａが図８における時計回り方向（右回り方向）に回転することにより、偏心カム８０の中心Ｃがシャフト７３Ａの軸心Ｑに対して上下流方向の同じ位置に並ぶ状態（図１０（ｂ），１１（ｂ）参照）を経て、偏心カム８０の中心Ｃがシャフト７３Ａの軸心Ｑよりも上流側に位置する状態（図６，７，１０（ａ），１１（ａ）参照）に遷移する。

偏心カム８０の中心Ｃが最も上流側に位置する状態（図６，７参照）では、シャフト７３Ａの軸心Ｑが、偏心カム８０の中心Ｃを通り、かつ、上下流方向に沿った基準線Ｘ４の近傍に位置する（図１１（ａ）参照）。すなわち、基準線Ｘ４とシャフト７３Ａの軸心Ｑとの距離Ｓ３は、ゼロ近傍の値とされる。なお、図１１（ａ）における直線Ｘ５は、シャフト７３Ａの軸心Ｑを通り、かつ、基準線Ｘ４と平行な線である。また、図１１（ａ）では、図を見易くするために、距離Ｓ３がシャフト７３Ａの半径程度に図示されているが、実際には、距離Ｓ３はシャフト７３Ａの半径よりも小さく設定される。

この状態では、可動部６２の位置が最上流位置（図６，７参照）となり、これにより、独立排気通路５２からノズル内通路６４ａに流入した排気ガスが通過する通路が、ノズル内通路６４ａのみとなる。その結果、排気ガスが通過する通路の流路面積が最小となる。

一方、偏心カム８０の中心Ｃが最も下流側に位置する状態（図８，９参照）では、シャフト７３Ａの軸心Ｑが、偏心カム８０の中心Ｃを通り、かつ、上下流方向に沿った基準線Ｘ４の近傍に位置する（図１１（ｃ）参照）。すなわち、基準線Ｘ４とシャフト７３Ａの軸心Ｑとの距離Ｓ４は、ゼロ近傍の値とされる。なお、図１１（ｃ）における直線Ｘ５は、シャフト７３Ａの軸心Ｑを通り、かつ、基準線Ｘ４と平行な線である。また、図１１（ｃ）では、図を見易くするために、距離Ｓ４がシャフト７３Ａの半径程度に図示されているが、実際には、距離Ｓ４はシャフト７３Ａの半径よりも小さく設定される。

この状態では、スライド部６２の位置が最下流位置（図８，９参照）となり、これにより、独立排気通路５２からノズル内通路６４ａに流入した排気ガスが通過する通路が、ノズル内通路６４ａおよび外部通路６４ｅとなる。その結果、排気ガスが通過する通路の流路面積が図６，７の場合よりも大きくなる。

図６〜１０，１２に示されるように、外輪部８１ａ（本発明の「変位部」に相当）は、偏心カム８０の外周に回転自在に外嵌めされた円環状の部材である。外輪部８１ａは、偏心カム８０の回転に伴って、上下流方向に変位しつつ、シャフト７３Ａの軸心Ｑとピボット部８１ｄとを結ぶ方向Ａ（図１０参照）に変位する。つまり、外輪部８１ａは、偏心カム８０の中心Ｃの動きに合わせて変位する。図１０（ｂ）に示される状態、すなわち、可動部６２が最上流位置と最下流位置の間の中央位置にあるときに、外輪部８１ａおよび可動側ストレート部６２ｃがピボット支持部８２に最も接近する。

揺動アーム８１ｂ，８１ｃは、本発明の「連結部」に相当する棒状の部材である。図６〜１０，１２に示されるように、揺動アーム８１ｂは、外輪部８１ａと操作部７５とを連結し、揺動アーム８１ｃは、操作部７５とピボット部８１ｄとを連結する。揺動アーム８１ｂおよび揺動アーム８１ｃは、各々、外輪部８１ａとピボット部８１ｄとを結ぶ方向に延びており、これらは同一直線上に配置されている。

揺動アーム８１ｂ，８１ｃは、シャフト７３Ａの回動に伴い、ピボット部８１ｄを中心として、上下流方向に沿って揺動する（図６〜１０参照）。つまり、揺動アーム８１ｂ，８１ｃは、ピボット部８１ｄの中心Ｎを揺動中心として、この揺動中心Ｎ周りに揺動する。

なお、図７，９において、点Ｋは、シャフト７３Ａの軸心Ｑとピボット部８１ｄの中心Ｎとを結ぶ直線Ｌ１と中心軸Ｘ１，Ｘ２との交点であり、点Ｍは、偏心カム８０の中心Ｃとピボット部８１ｄの中心Ｎとを結ぶ直線Ｌ２と中心軸Ｘ１，Ｘ２との交点である。

ピボット部８１ｄは、揺動アーム８１ｃの先端部に設けられた球状部分である。ピボット部８１ｄは、スライド支持部８２のスライド支持面８２ａに当接しつつ、ピボット部８１ｄとシャフト７３Ａとを結ぶ方向Ａ（図１０参照）にスライド変位する。

図２，３に示される例では、アクチュエータ７０は、直動型のダイアフラム式アクチュエータである。アクチュエータ７０は、ロッド７２と、ダイアフラム（図示略）が内蔵され、ロッド７２を往復運動させるアクチュエータ本体７１とを有する。ロッド７２は、アクチュエータ本体７１からアウターシェル６１の中心軸Ｘ３に対して傾斜した方向に延びている。アクチュエータ本体７１が作動することにより、ロッド７２は、アクチュエータ本体７１と接離する方向に直線的に変位する（下流側に向かって前進および上流側に向かって後退する）。

図２に示されるように、レバー部９４の一端部（可動部６２側の端部）は、ロッド７２の先端部に揺動可能に接続され、レバー部９４の他端部（反可動部６２側の端部）は、シャフト７３Ａに固定されている。レバー部９４とロッド７２との接続部は、レバー部９４とシャフト７３Ａとの接続部（固定部）よりも、アウターシェル６１の中心軸Ｘ３側に位置している。

本実施形態では、シャフト７３Ａの回転に伴って偏心カム８０が回転することにより、スライド部６２の位置が、最上流位置（図６，７参照）と、これよりも下流側の位置（図８，９参照）とに変位し、これにより、排気ガスが通過する通路の流路面積が切り替えられる。

ロッド７２、レバー部９４、シャフト７３Ａにより、ロッド７２の直線運動をシャフト７３Ａの回転運動に変換するリンク機構が構成され、偏心カム８０、外輪部８１ａ、揺動アーム８１ａ，８１ｂ、ピボット部８１ｄ、およびピボット支持部８２により、シャフト７３Ａの回転運動を揺動アーム８１ａ，８１ｂの揺動運動に変換するカム機構が構成されている。

図６〜９に示されるように、操作部７５は、揺動アーム８１ｂと揺動アーム８１ｃの間に設けられている。操作部７５は、下流側に向かうほど径が小さくなる円錐台状の周壁からなり、その周壁の外周面および内周面は球面状に湾曲している。操作部７５の上流側端部は、揺動アーム８１ｂの可動部６２側の端部および揺動アーム８１ｃの可動部６２側の端部と一体に形成されている。操作部７５の厚みは、その全体で一定となっている。

操作部７５は、揺動アーム８１ｂ，８１ｃと共にピボット部８１ｄの中心Ｎ周りに、上下流方向に沿って揺動する。

操作部７５を上流側もしくは下流側から見ると、操作部７５は、可動側ストレート部６２ｃの外径よりも大きな内径を有して可動側ストレート部６２ｃを包囲するリング状をなしている。操作部７５の中央部には、可動側ストレート部６２ｃが挿通される挿通孔７５ａ（図６，８参照）が形成されている。挿通孔７５ａの径は、可動側ストレート部６２ｃの外径よりも大きく、後述の第１の被操作部７８の外径よりも小さい。

操作部７５は、上流側に操作部７５の内周面である第１面を有し、下流側に操作部７５の外周面である第２面を有している。

操作部７５の第１面は、断面円弧状の凹面をなしている。具体的には、操作部７５の第１面は、可動部６２の中心軸Ｘ２上の点Ｐ３を中心とする半径Ｒ３の第３の球面Ｃ３の一部で構成されている。

可動部６２がその可動領域の最上流位置にあるときの中心点Ｐ３（以下、「最上流位置の中心点Ｐ３」と称する）と、可動部６２がその可動領域の最下流位置にあるときの中心点Ｐ３（以下、「最下流位置の中心点Ｐ３」と称する）とは、シャフト７３Ａの軸心Ｑとピボット部８１ｄの中心Ｎとを結ぶ直線Ｌ１（シャフト７３Ａから中心軸Ｘ２に下した垂線）と可動部６２の中心軸Ｘ２との交点Ｋ（図７，９参照）よりも上流側に位置している。

可動部６２がその可動領域の最上流位置にあるときには、交点Ｍが、可動部６２の中心軸Ｘ２、ノズル部６４の中心軸Ｘ１、およびアウターシェル６１の中心軸Ｘ３上で且つ交点Ｋよりも上流側に位置する（図７参照）。一方、可動部６２がその可動領域の最下流位置にあるときには、交点Ｍが、可動部６２の中心軸Ｘ２、ノズル部６４の中心軸Ｘ１、およびアウターシェル６１の中心軸Ｘ３上で且つ交点Ｋよりも下流側に位置する（図９参照）。

可動部６２が最上流位置にあるときの交点Ｋと交点Ｍとの距離（図７参照）は、可動部６２が最下流位置にあるときの交点Ｋと交点Ｍとの距離（図９参照）に等しい。

操作部７５の第２面は、断面円弧状の凸面をなしている。具体的には、操作部７５の第２面は、第３の球面Ｃ３の中心点Ｐ３を中心とする半径Ｒ４の第４の球面Ｃ４の一部で構成されている。

図６〜９に示されるように、被操作部９２は、可動側ストレート部６２ｃの下流側部分の外周面に設けられている。被操作部９２は、操作部７５をスライド可能に上下流方向の両側から支持する内壁面を有する溝部９３（図７，９参照）を含んでいる。溝部９３の内壁面は、操作部７５の第１面に沿った凸面、および操作部７５の第２面に沿った凹面により形成されている。

被操作部９２は、上記凸面を有する第１の被操作部７８と、上記凹面を有して第１の被操作部７８とは別体の第２の被操作部７６とを含む。溝部９３は、第１の被操作部７８の凸面と第２の被操作部７６の凹面との間に形成される。溝部９３の幅（凸面と凹面との間隔）は、操作部７５の厚みとほぼ同じである。第１の被操作部７８および第２の被操作部７６は、可動側ストレート部６２ｃの外周面の全周に沿ってリング状に形成されている。

第１の被操作部７８は、第２の被操作部７６の上流側に配置されている。第１の被操作部７８は、その凸面が下流側を向くように配置されている。第１の被操作部７８の上流側の面は、可動部６２におけるフランジ部６２ｅの下流側の面に当接している。第１の被操作部７８は、上流側緩衝部材６５と同様の材料で構成することができる。

第１の被操作部７８の凸面は、断面円弧状をなしている。具体的には、第１の被操作部７８の凸面は、第３の球面Ｃ３（半径Ｒ３よりも僅かに小さな半径の球面でもよい）の一部で構成されている。つまり、第１の被操作部７８の凸面は、操作部７５の第１面に沿っており、操作部７５の第１面に接触している。操作部７５の第１面は、第１の被操作部７８の凸面に対してスライド可能である。

第２の被操作部７６は、その凹面が上流側を向くように配置されている。第２の被操作部７６は、可動側ストレート部６２ｃの外周面に固定される円筒状の固定部７６ｂと、固定部７６ｂの上流端から上流側に延びて操作部７５の第２面を支持する支持部７６ａとを有する。支持部７６ａは、上流側に向かうほど径が大きくなる円錐台状の周壁である。支持部７６ａの上流側の面が、第２の被操作部７６の上記凹面となっている。

第２の被操作部７６の凹面は、断面円弧状をなしている。具体的には、第２の被操作部７６の凹面は、第４の球面Ｃ４（半径Ｒ４よりも僅かに大きな半径の球面でもよい）の一部で構成されている。つまり、第２の被操作部７６の凹面は、操作部７５の第２面に沿っており、操作部７５の第２面に接触している。操作部７５の第２面は、第２の被操作部７６の凸面に対してスライド可能である。

以上のように構成された移動機構９０Ａでは、アクチュエータ本体７１の駆動によってロッド７２が変位すると、レバー部９４がシャフト７３Ａを支点として揺動し、これに伴いシャフト７３Ａがその軸心Ｑを中心として回転（回動）する。シャフト７３Ａの回転に伴い、偏心カム８０が回転して、外輪部８１ａが上下流方向に変位する。これにより、揺動アーム８１ｂ，８１ｃおよび操作部７５が、ピボット部８１ｄを中心として揺動する。操作部７５の揺動に伴い、被操作部９２は、操作部７５を溝部９３内でスライドさせつつ可動部６２を上下流方向に変位させる（図７，９参照）。

次に、移動機構９０Ａの構成部材に作用する力について、図１１，１２を参照しつつ説明する。図１１（ａ），１２は、可動部６２が可動領域の最上流位置にあるときの偏心カム８０の状態を示しており、図１１（ｂ）は、可動部６２が可動領域の中流位置にあるときの偏心カム８０の状態を示しており、図１１（ｃ）は、可動部６２が可動領域の最下流位置にあるときの偏心カム８０の状態を示している。なお、図１２において、移動機構９０Ａ全体で力が釣り合っているものとする。

可動部６２の内部には、下流側に向かって排気ガスが流れている。このため、図１２に示されるように、可動部６２は下流側に向かう方向の押圧力Ｆ１を排気ガスから受け、その押圧力Ｆ１は被操作部９２を介して操作部７５に伝達される。操作部７５が受けた押圧力Ｆ１の一部の力Ｆ６が、揺動アーム８１ｂを介して外輪部８１ａに伝達され、力Ｆ１から力Ｆ６を差し引いた力Ｆ４が、揺動アーム８１ｃを介してピボット部８１ｄに伝達される。つまり、力Ｆ１の大きさは、力Ｆ４の大きさと力Ｆ６の大きさの和に等しい。そして、下流側へ向かう方向の力Ｆ６が、外輪部８１ａから偏心カム８０に伝達され、下流側へ向かう方向の力Ｆ４が、ピボット部８１ｄからピボット支持部８２に伝達される（図１２参照）。

外輪部８１ａから力Ｆ６を受けた偏心カム８０は、外輪部８１ａに対して、上流側に向く方向の力Ｆ２（反作用の力）を作用させる（図１１（ａ），１２参照）。力Ｆ２は、排気ガスが偏心カム８０を回転させようとする力（以下、「排気ガスによるカム回転力」と称する）に対抗する分力（図１１（ａ），１２における時計回り方向の力）ｆ２２と、排気ガスがシャフト７３Ａを下流側へ押圧する力に対抗する分力（上流側に向く力）ｆ２１とに分けられる。分力ｆ２２は、アクチュエータ７０の駆動力Ｆ３（図１２参照）から得られる力である。なお、図１１，１２における直線Ｌ３は、力ｆ２１の作用線であり、力ｆ２１の作用点とシャフト７３Ａの軸心Ｑとを通る直線である。直線Ｌ４は、力ｆ２２の作用線であり、アクチュエータ７０のロッド７２が進退する方向に平行な直線である。

アクチュエータ７０は、偏心カム８０に分力ｆ２２を作用させるために、分力ｆ２２と向きが同じで、かつ、分力ｆ２２に基づく大きさの力Ｆ３でロッド７２を引っ張ればよい。アクチュエータ７０のアクチュエータ本体７１が、ロッド７２を力Ｆ３で引っ張ることにより、可動部６２の上下流方向の位置を保持することができる。なお、図１２における力ｆ３１は、力Ｆ３の上下流方向の分力であり、力ｆ３２は、直線Ｌ３に平行な方向の分力である。

図１１（ａ）〜（ｃ）から分かるように、図１１（ａ）に示される状態では、分力ｆ２２が図１１（ｂ），（ｃ）に示される状態と比べて格段に小さくなっている。これは、偏心カム８０と外輪部８１ａとの間で、排気ガスによるカム回転力（分力ｆ２２と大きさが同じで逆向きの力）が低減され、そのカム回転力は、可動部６２が可動領域の最上流位置にあるとき（図１１（ａ）参照）に最も低減されるためである。つまり、力Ｆ６の作用点（図１１においては偏心カム８０の上流端部）において力Ｆ６と直線Ｌ３とがなす角度θが小さい程、換言すれば距離Ｓ３が小さい程、排気ガスによるカム回転力が小さくなる。このことから、アクチュエータ７０に小さい引張力Ｆ３を発生させるだけで、可動部６２が最上流位置にある状態を保持できることが分かる。

これに対し、図１３に示されるように、レバー部９４がシャフト７３（図外のアウターシェルに回転自在に支持されている）を介して揺動アーム７４に固定されている場合には、排気ガスがシャフト７３を回転させようとする力が、揺動アーム７４とレバー部９４との間で低減されないため、アクチュエータ７０は本実施形態における力Ｆ３よりも大きな駆動力（引張力）Ｆ７を発生させる必要がある。なお、図１３における力ｆ７１は、力Ｆ７の上下流方向の分力であり、力ｆ７２は、力Ｆ７のレバー部９４に沿った方向の分力である。

＜制御系の構成＞
次に、本実施形態に係る排気装置１００の制御系統について説明する。本実施形態の排気装置１００は、その各部が図外のＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって統括的に制御される。ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。

アクチュエータ本体７１は、ＥＣＵによりオンオフ制御され、ロッド７２の位置を第１の位置と第２の位置との２つの位置で切り替えるようになっており、これに伴い可動部６２は、その位置が最上流位置と最下流位置との２つの位置で切り替えられるようになっている。例えば、アクチュエータ７０がオンとされることで、可動部６２は最上流位置とされ、オフとされることで、可動部６２は最下流位置とされる。

以下、具体的に説明する。ＥＣＵは、車両の運転状態（運転領域）を検出する図外のセンサから車両の運転状態を入力し、その運転状態に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつ、排気装置１００の各部を制御する。

本実施形態では、図１４に示すように、運転領域として、エンジン回転数が低くエンジン負荷が高い低速高負荷領域（第１領域）Ａ１と、エンジン回転数が低くエンジン負荷が低い低速低負荷領域（第２領域）Ａ２と、エンジン回転数が高くエンジン負荷が高い高速領域（第３領域）Ａ３とが設定されている。

以下、各運転領域で実施される制御内容について説明する。

（低速高負荷領域Ａ１における制御）
低速高負荷領域Ａ１では、可動部６２が最上流位置に変位するように、ＥＣＵによりアクチュエータ７０が制御される。具体的には、低速高負荷領域Ａ１では、ＥＣＵは、アクチュエータ７０をオンとする制御を行う。

この制御は、主として、エゼクタ効果を高めて、このエゼクタ効果により各気筒１２ａ〜１２ｄ内の掃気を促進してエンジントルクを確保することを目的として実施される。

（低速低負荷領域Ａ２における制御）
低速低負荷領域Ａ２では、可動部６２が最下流位置に変位するように、ＥＣＵによりアクチュエータ７０が制御される。具体的には、低速低負荷領域Ａ２では、ＥＣＵは、アクチュエータ７０をオフとする制御を行う。

この制御は、主として、気筒１２ａ〜１２ｄ内に残留ガス量を確保して、吸気のポンピングロスを抑制するとともに、燃焼温度を低く抑えて冷却損失の増大を抑制し、これにより、適正なエンジントルクを確保することを目的として実施される。

（高速領域Ａ３における制御）
高速領域Ａ３では、可動部６２が最下流位置に変位するように、ＥＣＵによりアクチュエータ７０が制御される。具体的には、高速領域Ａ３では、ＥＣＵは、アクチュエータ７０をオフとする制御を行う。

この制御は、主として、背圧を低く抑え、これにより掃気性能を高めて、高いエンジントルクを確保することを目的として実施される。

以上説明したように、本実施形態によれば、可動部６２が上流側に変位した状態を保持するためにアクチュエータ７０（直動型アクチュエータ）に必要とされる駆動力（引張力）を低減することができ、これにより、アクチュエータ７０の小型化を図ることができる。詳しく説明すると、可動部６２が上流側に変位した状態（可動側縮径部６２ｂの流路面積が小さくなった状態）を保持するためには、排気ガスの圧力によって可動部６２が下流側に変位しないように、可動部６２を上流側に変位させる向きの駆動力（引張力）Ｆ３をアクチュエータ７０に発生させる必要がある。本実施形態では、アクチュエータ７０と可動部６２との間に、偏心カム８０および偏心カム８０の回動に伴って上下流方向に変位する外輪部８１ａが介在しているため、排気ガスによるカム回転力が、偏心カム８０と外輪部８１ａとの間で低減され、これにより、排気ガスによるカム回転力に対抗するためにアクチュエータ７０に必要とされる駆動力Ｆ３が低減される。

また、本実施形態によれば、排気ガスが可動部６２を下流側へ押圧する力が、ピボット支持部８２および偏心カム８０の双方に伝達されるため、その押圧力がピボット支持部８２と偏心カム８０とに分散される（力Ｆ４と力Ｆ６）。これにより、排気ガスによるカム回転力が低減され、その結果、アクチュエータ７０に必要とされる駆動力Ｆ３を低減することができる。

また、本実施形態によれば、可動部６２がその可動領域の最上流位置にあるときには、シャフト７３Ａの軸心Ｑが、偏心カム８０における径方向の中心Ｃを通り、かつ、上下流方向に沿った基準線Ｘ４の近傍に位置しているため、排気ガスによるカム回転力がゼロ近傍の大きさとなる。これにより、アクチュエータ７０に必要とされる駆動力Ｆ３（図１２参照）を格段に低減することができる。

また、本実施形態によれば、ピボット支持部８２が、ピボット部８１ｄを、ピボット部８１ｄとシャフト７３Ａとを結ぶ方向Ａ（図１０参照）にスライド変位可能に支持しているため、可動部６２を上下流方向にスムースに変位させることができる。

また、本実施形態によれば、操作部７５の第１面および第２面は、被操作部９２の溝部９３の内壁面により、上下流方向の両側から広い接触面積で支持されるため、操作部７５が被操作部９２に接触することによるかじり、固着、および過度の摩耗の発生が抑制され、がたつきが生じにくくなって接触音の発生も抑制される。

なお、上記実施形態では、全ての気筒１２ａ〜１２ｄが、各々独立して（各々個別に）独立排気通路５２に接続されており、これによりエンジン１に接続される独立排気通路５２の数が４つとされているが、これに限られない。例えば、気筒１２のうち第１気筒１２ａと第４気筒１２ｄとが、各々独立して独立排気通路５２，５２に接続される一方、排気行程が隣り合わず排気順序が連続しない第２気筒１２ｂと第３気筒１２ｃとが、中途部で二股状に分岐した１つの独立排気通路５２に接続されてもよい。詳細には、第２気筒１２ｂと第３気筒１２ｃに接続されている独立排気通路５２は、その中途部で下流側から上流側に向かって２つの通路に分岐しており、その一方の分岐通路に第２気筒１２ｂが接続され、他方の分岐通路に第３気筒１２ｃが接続されてもよい。このような構成とすることにより、エンジン１に接続される独立排気通路５２の数が３つとなり、排気装置の構造が簡素化される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図１５，１６を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と同様の構成については、同一の参照符号を付して、その説明を省略する。

図１５，１６に示されるように、第２実施形態においては、揺動アーム８１ｄの中央部に、揺動アーム８１ｄの長手方向に沿って直線状に延びるスリット部８１ｅが設けられている。このスリット部８１ｅは、少なくとも可動部６２側に開口する長孔であり、図１５，１６に示される例では、可動部６２側および反可動部６２側に開口している。揺動アーム８１ｄは、外輪部８１ａとピボット部８１ｄとスリット部８１ｅとを連結している。スリット部８１ｅは、本発明の「操作部」に相当する。

また、可動側ストレート部６２ｃの外周面には、当該外周面からスリット部８１ｅ側へ突出する突起部６２ｆが設けられている。突起部６２ｆは、スリット部８１ｅに挿入された状態でスリット部８１ｅの内壁面に摺接しており、スリット部８１ｅ内でその長手方向に沿ってスライド変位可能となっている。

第２実施形態においては、シャフト７３Ａの回転に伴って、揺動アーム８１ｄがピボット部８１ｄを中心として、上下流方向に沿って揺動する。そして、この揺動に伴い、突起部６２ｆがスリット部８１ｅ内をその長手方向に沿ってスライド変位する。突起部６２ｆは、揺動アーム８１ｄから、スリット部８１ｅの内壁面から上下流方向の力を受けるため、可動部６２は上下流方向に変位する（図１５，１６参照）。

第２実施形態においても、第１実施形態と同様、アクチュエータに必要とされる駆動力を低減して、アクチュエータの小型化を図ることができる。

１ エンジン
１２ａ〜１２ｄ 気筒
５２ａ 独立排気通路
６２ 可動部
６２ｂ 可動側縮径部（流入部）
６２ｃ 可動側ストレート部（集合部）
６２ｆ，９２ 被操作部
６４ ノズル部
６４ａ ノズル内通路
７０ アクチュエータ
７３Ａ シャフト（カムシャフト）
７５，８１ｅ 操作部
８０ 偏心カム
８１ａ 外輪部（変位部）
８１ｂ，８１ｃ 揺動アーム（連結部）
８１ｄ ピボット部
８２ ピボット支持部
９０Ａ 移動機構
９３ 溝部
Ｃ 偏心カムの中心
Ｎ 揺動中心
Ｑ シャフトの軸心

Claims (5)

1. 複数の気筒を有するエンジンの当該複数の気筒に各々独立して接続された複数の独立排気通路、または、中途部で分岐して排気順序が連続しない複数の気筒に接続された独立排気通路を含む複数の独立排気通路から延びて、各前記独立排気通路から排出されたガスが各々独立して流入する複数のノズル内通路が形成されたノズル部と、
   前記ノズル内通路から排出されたガスが流入する流入部、および、当該流入部を通過したガスが集合する集合部を有し、ガスの流れ方向における前記ノズル部の下流側にガス流れの上下流方向に変位可能に設けられて、上流側に変位したときに前記流入部の流路面積を縮小し、下流側に変位したときに前記流入部の流路面積を拡大する筒状の可動部と、
   前記可動部を前記上下流方向に変位させる移動機構とを備え、
   前記移動機構は、
   前記可動部よりもその径方向外側の位置に揺動中心を有して前記上下流方向に沿って揺動可能に設けられた操作部と、
   前記可動部に設けられ、前記操作部の揺動に伴い、前記可動部を前記上下流方向に変位させる被操作部と、
   前記可動部よりもその径方向外側の位置に設けられる偏心カムと、
   前記偏心カムに回転力を付与するアクチュエータと、
   前記偏心カムの回転に伴って前記上下流方向に変位する変位部と、
   前記揺動中心に配置されるピボット部と、
   前記ピボット部を支持するピボット支持部と、
   前記変位部と前記ピボット部と前記操作部とを連結する連結部とを備えることを特徴とする多気筒エンジンの排気装置。
2. 前記アクチュエータは、前記偏心カムに固定されたカムシャフトに回転力を付与し、
   前記可動部がその可動領域の最上流位置にあるときには、前記カムシャフトの軸心が、前記偏心カムにおける径方向の中心を通り、かつ、前記上下流方向に沿った基準線の近傍に位置することを特徴とする、請求項１に記載の多気筒エンジンの排気装置。
3. 前記アクチュエータは、前記偏心カムに固定されたカムシャフトに回転力を付与し、
   前記ピボット支持部は、前記ピボット部を、当該ピボット部と前記カムシャフトとを結ぶ方向にスライド変位可能に支持することを特徴とする、請求項１または２に記載の多気筒エンジンの排気装置。
4. 前記操作部は、前記上下流方向の一方側に断面円弧状の凹面からなる第１面を備えるとともに、前記上下流方向の他方側に断面円弧状の凸面からなる第２面を備え、
   前記被操作部は、前記可動部の外周部に設けられ、前記操作部の前記第１面に沿った凸面および前記操作部の前記第２面に沿った凹面を有して当該凸面および凹面により前記操作部をスライド可能に前記上下流方向の両側から支持する内壁面を有する溝部を含み、前記操作部の揺動に伴い、前記操作部を前記溝部内でスライドさせつつ前記可動部を前記上下流方向に変位させることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の多気筒エンジンの排気装置。
5. 前記アクチュエータは、ロッドと、当該ロッドを往復運動させることにより、前記偏心カムに固定されたカムシャフトに回転力を付与するアクチュエータ本体とを有し、
   前記揺動機構は、前記ロッドに回動可能に接続されたレバーをさらに備え、
   前記レバーにおける当該レバーと前記ロッドとの接続箇所から離間した位置に、前記カムシャフトが固定されていることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれかに記載の多気筒エンジンの排気装置。

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