JP2000002125A - ディーゼルエンジンの排気シャッタバルブ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 排気シャッタバルブが閉じた状態で生じる乱
流による異音を抑制する。 【解決手段】 排気通路１２の通路面積を絞る円板状の
弁体１４は、バルブシャフト１３を中心に回動し、全閉
状態のときには、所定角度傾斜した姿勢となって、その
揺動端部１４ａ，１４ｂと排気通路１２内壁面との間
に、微小な間隙３１が確保される。弁体１４の外周部
に、同一半径位置に並んで４個の連通孔３２が板厚方向
に貫通形成されている。各連通孔３２を通して高速のガ
ス流が噴出し、排気通路１２内壁面へ向って流れる。従
って、一方の間隙３１から流れ出たガス流による乱流が
整流され、円滑に流れるようになって、乱流に起因する
異音が抑制される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ディーゼルエン
ジンにおいて、特定の条件下で排気系の背圧を高めるた
めに排気通路を絞る排気シャッタバルブの改良に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車用のディーゼルエンジンに
おいては、冷間時の暖機促進あるいは車室ヒータ性能の
向上等のために、排気通路に排気シャッタバルブを備え
たものが知られている。この排気シャッタバルブは、例
えば、運転条件に応じて自動的に、あるいは運転者のス
イッチ操作によって、開閉されるもので、この排気シャ
ッタバルブが閉じると、エンジンの排気系の背圧が上昇
することから、必要な燃料噴射量が増加し、冷却水温が
速やかに上昇する。

【０００３】排気シャッタバルブとしては、一般に、特
開平５−７１３６７号公報に開示されているように、円
形の弁体を備えたバタフライバルブ型の構成が用いられ
ているが、全閉時にも一定量の排気の通流を許容する必
要があるので、全閉状態において弁体の揺動端部と排気
通路内壁面との間に微小間隙が確保されるようになって
いる。さらに、この間隙がカーボンの堆積によって狭め
られた場合の背圧の過度の上昇を回避するために、この
間隙の確保と併せて、弁体の中央部に適宜な開口面積の
連通孔を設けることも多くなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような排気シャッ
タバルブにおいては、全閉時に、排気通路内壁面との間
の微小間隙を通過した高速の排気ガスが、乱流となって
弁体背面側に巻き込まれるため、シュー音と呼ばれる異
音が発生する、という問題がある。この異音は、エンジ
ン音とは明らかに異なる音であり、音圧（音の大小）よ
り音質（音色）が問題となる。特に、排気シャッタバル
ブがマフラの上流側に配置されていると、排気シャッタ
バルブで発生した乱流によってマフラが共振し、比較的
大きな騒音が発生する。

【０００５】また、このシュー音は、弁体の中央部に連
通孔を設けた場合でも、概ね同様に発生する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
ディーゼルエンジンの排気通路に、円板状の弁体がバル
ブシャフトを中心に回動可能に設けられてなるディーゼ
ルエンジンの排気シャッタバルブにおいて、上記弁体の
外周部に連通孔が貫通形成されているとともに、この連
通孔は、少なくとも、バルブシャフトの軸線によって区
画される弁体の一方の１８０°の範囲に複数個設けられ
ていることを特徴としている。

【０００７】上記連通孔は、弁体の一対の１８０°の範
囲のそれぞれに複数個づつ設けられていてもよく、ある
いは請求項２のように、弁体の一方の１８０°の範囲に
のみ形成されていてもよい。また、弁体の一方の１８０
°の範囲には複数個配置され、他方の１８０°の範囲に
は１個のみ配置されていてもよい。

【０００８】そして、複数個の連通孔は、例えば、請求
項５のように、弁体の同一の半径位置に配置されてい
る。

【０００９】この排気シャッタバルブは、通常、請求項
６のように、全閉状態において、上記弁体の揺動端部と
排気通路内壁面との間に微小間隙が確保されるようにな
っている。

【００１０】また、この排気シャッタバルブは、例え
ば、請求項７のように、上記弁体がマフラの上流側に配
置されている。

【００１１】本発明の構成においては、弁体外周部に設
けられた複数個の連通孔を通過して高速のガス流が弁体
背部へと流れるので、弁体と排気通路内壁面との間の間
隙を流れるガス流による乱流が整流され、この乱流に起
因する異音が抑制される。

【００１２】また、請求項３の発明は、上記弁体の閉状
態において相対的に上流側に位置している一方の１８０
°の範囲に配置された連通孔が、弁体の板厚方向に貫通
形成されている。

【００１３】バタフライバルブ型に開閉される弁体は、
全閉時においても、排気通路と直交する平面に対し僅か
に傾いている。請求項３の発明では、この傾きによって
相対的に上流側となる側に設けられた連通孔が、弁体の
板厚方向に沿っているので、この連通孔を通して噴出し
たガス流は、排気通路中心軸と平行ではなく、排気通路
内壁面へ向って流れる。従って、弁体と排気通路内壁面
との間の間隙を通過したガス流が排気通路内壁面に沿っ
て流れるように整流され、乱流発生が一層強く抑制され
る。

【００１４】このように板厚方向に形成する場合、上記
連通孔は、例えば、請求項４のように、プレス加工によ
って形成することが可能である。

【００１５】

【発明の効果】本発明に係るディーゼルエンジンの排気
シャッタバルブにおいては、この排気シャッタバルブが
閉じた状態において、弁体外周部に設けられた連通孔を
通過したガス流によって、周囲の間隙を通るガス流によ
る乱流が整流され、この乱流に起因する異音が抑制され
る。

【００１６】特に請求項３の発明によれば、連通孔を通
して噴出したガス流が排気通路内壁面へ向うようにな
り、間隙を通過したガス流に対する整流作用が一層強く
なって異音を一層低下させることができる。

【００１７】そして、このように板厚方向に沿った連通
孔を請求項４のようにプレス加工により形成すれば、加
工工程が非常に容易となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００１９】図１は、この発明に係る排気シャッタバル
ブ１を備えた自動車用ディーゼルエンジン２の排気系の
構成を示している。この図１に示すように、ディーゼル
エンジン２の排気マニホルド３に触媒コンバータ４を介
してフロントチューブ５が接続され、かつこのフロント
チューブ５に、メインマフラ８を備えたセンタチューブ
６およびリアマフラ９を備えたテールチューブ７が順次
接続されている。なお、上記フロントチューブ５の中間
部には、振動遮断のためのフレキシブルチューブ１０が
介装されている。そして、上記フロントチューブ５とセ
ンタチューブ６との間に、排気シャッタバルブ１が介装
されている。

【００２０】図２および図３は、排気シャッタバルブ１
全体の構成を示す部分断面図であって、フロントチュー
ブ５とセンタチューブ６のそれぞれの図示せぬフランジ
の間に挟持されるバルブハウジング１１に、両チューブ
５，６と連なる断面円形の排気通路１２が貫通形成され
ているとともに、この排気通路１２と直交する方向に沿
って、バルブシャフト１３が配置されており、かつこの
バルブシャフト１３に、円板状の弁体１４が取り付けら
れている。上記バルブハウジング１１の四隅には、両チ
ューブ５，６の各フランジと共締めする図示せぬボルト
が貫通するボルト貫通孔１９が形成されている。

【００２１】上記バルブシャフト１３は、排気通路１２
を横切る部分が大径となっており、この大径部の両側に
配置された２つの軸受部材１５，１６によって回動自在
に支持されている。また、バルブシャフト１３の大径部
は、両端を僅かに残して断面半円形に切欠形成されてお
り、ここに上記弁体１４が一対のボルト１７によって固
定されている。

【００２２】また、図２に示すように、上記バルブシャ
フト１３の一端部は、軸受部材１５に隣接したシール部
材１８を貫通してバルブハウジング１１の側方に延びて
おり、ここに、図３に示すように、レバー２１およびリ
ンク２２を介して、ダイヤフラム式アクチュエータ２３
のロッド２４が連係している。なお、２５は、バルブハ
ウジング１１の側面に一対のボルト２６（図２参照）に
よって固定され、上記アクチュエータ２３を支持するブ
ラケットである。上記アクチュエータ２３は、負圧室２
７内に設けられたリターンスプリング２８によって、通
常は、弁体１４を図示するような全開状態に保持してお
り、負圧が導入されると、バルブシャフト１３を回動さ
せて弁体１４を閉状態とする構成となっている。なお、
図３において矢印Ｇは、排気の流れ方向を示している。

【００２３】図４および図５は、上記弁体１４の詳細を
示している。この弁体１４は、例えば２ｍｍ程度の板厚
の金属板から構成されているものであって、図４に示す
ように、全閉状態のときに、図示せぬストッパ機構によ
って所定角度傾斜した姿勢となり、かつその揺動端部１
４ａ，１４ｂと排気通路１２内壁面との間に、微小な間
隙３１がそれぞれ確保されるようになっている。また上
記弁体１４の外周面は、図４のように傾斜した全閉状態
において排気通路１２内壁面と平行となっている。つま
り、弁体１４の表裏面に直交する弁体１４の中心線に対
しては、所定角度傾斜した円筒面をなしている。なお、
弁体１４の外形は、このように傾斜した状態において排
気通路１２軸方向に見た投影形状が真円形をなすので、
弁体１４単体としては、完全な真円形ではなく、極僅か
な楕円をなしている。換言すれば、弁体１４の外周面を
構成する円筒面が、断面真円形となっている。

【００２４】ここで、図５に示すように、上記弁体１４
の外周部には、４個の連通孔３２が貫通形成されてい
る。この４個の連通孔３２は、円形の弁体１４の中で、
バルブシャフト１３の軸線によって区画される一方の１
８０°の範囲に形成されており、弁体１４の同一の半径
位置に並んでいるとともに、それぞれ同一の角度間隔で
もって配置されている。ここで、上記弁体１４は、図４
に示すように傾斜している結果、矢印Ｇで示すガス流れ
方向に対し、バルブシャフト１３を中心として一方の１
８０°の範囲が相対的に上流側となり、他方の１８０°
の範囲が相対的に下流側となるのであるが、その相対的
に上流側となる側に、４個の連通孔３２が形成されてい
る。そして、これらの連通孔３２は、いずれも、弁体１
４の板厚方向に、貫通形成されている。具体的には、こ
れらの貫通孔３２は、バルブシャフト１３に取り付ける
ための一対の取付孔３３とともに、プレス加工によって
形成されている。上記連通孔３２の口径は、全閉時に許
容すべきガス流量によっても異なるが、カーボンの堆積
による目詰まりを回避するために、直径３ｍｍ以上であ
ることが望ましい。

【００２５】次に上記実施例の作用について説明する。

【００２６】図６は、上記のように構成された弁体１４
の全閉時におけるガス流れを従来のものと対比して説明
するための説明図である。ここで、（Ｃ）が、上記の実
施例であり、（Ａ）は、弁体１４の中央部付近に単一の
大きな連通孔３２’を設けた従来例、（Ｂ）は、連通孔
を全く具備しない従来例のガス流れをそれぞれ示してい
る。

【００２７】（Ｂ）に示すように、連通孔を具備しない
ものにおいては、弁体１４の揺動端部１４ａ，１４ｂと
排気通路１２内壁面との間の間隙３１，３１を通った高
速ガス流が、矢印のように、排気通路１２の中心寄りに
巻き込んで弁体１４の背部で乱流を生じる。従って、上
述したように、シュー音と呼ばれる異音が生じるのであ
る。また、（Ａ）のように弁体１４の中央部付近に単一
の大きな連通孔３２’を具備していても、ここから流れ
出るガス流は、排気通路１２の中心付近を通って下流側
へ流れようとするので、間隙３１，３１を通って生じた
乱流を整流するような作用はない。

【００２８】これに対し、上記実施例の構成では、
（Ｃ）に示すように、４個の連通孔３２が弁体１４の外
周部に位置し、かつ個々の連通孔３２は比較的小径に形
成されているので、各連通孔３２を通して高速のガス流
が噴出し、排気通路１２内壁面近傍を流れる。従って、
弁体１４と排気通路１２内壁面との間の間隙３１から流
れ出たガス流による乱流が整流され、非常に円滑に流れ
るようになる。そのため、この乱流に起因する異音が抑
制される。特に、連通孔３２が弁体１４の板厚方向に形
成され、かつ弁体１４の姿勢が図のように傾斜している
ので、連通孔３２を通して噴出したガス流は、排気通路
１２中心軸と平行ではなく、排気通路１２内壁面へ向っ
て斜めに流れ出ることになり、従って、乱流が一層強く
整流される。なお、この実施例では、一方の揺動端部１
４ａ側にのみ連通孔３２が形成されているので、他方の
揺動端部１４ｂ側の間隙３１による乱流は抑制されない
が、このように一方の乱流を整流するだけでも、実際に
発生する異音は大幅に低減する。

【００２９】次に、本発明の他の実施例を説明する。

【００３０】図７は、弁体１４の一方の１８０°の範囲
に、５個の連通孔３２を貫通形成した実施例を示してお
り、この５個の連通孔３２は、弁体１４の同一の半径位
置に並んでいるとともに、それぞれ同一の角度間隔でも
って配置されている。

【００３１】図８は、弁体１４の一対の１８０°の範囲
に、それぞれ２個の連通孔３２を配置し、弁体１４全体
としては、計４個の連通孔３２を貫通形成した実施例を
示している。この４個の連通孔３２は、弁体１４の同一
の半径位置に並んでいるとともに、バルブシャフト１３
を挟んで対称位置に配置されている。

【００３２】図９は、弁体１４の一対の１８０°の範囲
に、それぞれ４個の連通孔３２を配置し、弁体１４全体
としては、計８個の連通孔３２を貫通形成した実施例を
示している。一方の１８０°の範囲における４個の連通
孔３２は、前述した図５の配置と同様であり、これが、
さらにバルブシャフト１３を挟んで対称位置に配置され
ている。

【００３３】図１０は、弁体１４の一対の１８０°の範
囲に、それぞれ４個の連通孔３２を配置し、弁体１４全
体としては、計８個の連通孔３２を貫通形成した実施例
を示しているが、各連通孔３２の配置が図９のものと異
なっている。この実施例では、各４個の連通孔３２の中
で、３個の連通孔３２は、弁体１４の同一の半径位置に
並んでおり、残りの１個の連通孔３２は、弁体１４の中
央部寄りに配置されている。

【００３４】次に、図１１は、連通孔３２の形成方向に
ついての変形例をまとめて示したものである。なお、矢
印Ｇは、排気ガスの流れ方向を示している。

【００３５】同図の（ａ）は、前述した図４，図５の実
施例に相当するものであり、弁体１４の相対的に上流側
となる揺動端部１４ａ側に、板厚方向に連通孔３２が貫
通形成されている。

【００３６】（ｂ）は、逆に、弁体１４の相対的に下流
側となる揺動端部１４ｂ側に、板厚方向に連通孔３２が
貫通形成されている。この場合、前述したような排気ガ
スが排気通路１２内壁面を指向する作用はないが、弁体
１４の傾斜に伴い排気ガス流量が大となる揺動端部１４
ｂ側の間隙３１における乱流を、同様に相対的に（揺動
端部１４ａ側に設けた場合に比較して）流量が大となる
連通孔３２からの排気ガス流によって整流することがで
きる。また、このように弁体１４の板厚方向とすること
で、やはり連通孔３２の加工が容易となる。

【００３７】（ｃ）は、弁体１４の相対的に下流側とな
る揺動端部１４ｂ側に、連通孔３２を配置したものであ
るが、この連通孔３２は、板厚方向ではなく、弁体１４
全閉時に排気通路１２内壁面を指向する方向に傾斜して
貫通形成されている。従って、連通孔３２の加工は若干
複雑となるものの、排気ガス流量が大となる揺動端部１
４ｂ側の間隙３１における乱流を、一層確実に整流する
ことができる。

【００３８】（ｄ）は、図８〜図１０の実施例のよう
に、揺動端部１４ａ側および揺動端部１４ｂ側の双方に
連通孔３２を配置した場合の例であり、このものでは、
いずれの連通孔３２も弁体１４の板厚方向に形成されて
いる。従って、例えば全ての貫通孔３２を同時にプレス
加工することが可能であり、加工が容易となる。

【００３９】（ｅ）は、揺動端部１４ａ側および揺動端
部１４ｂ側の双方の連通孔３２が、それぞれ弁体１４全
閉時に排気通路１２内壁面を指向する方向に貫通形成さ
れている。従って、連通孔３２の加工は若干複雑となる
ものの、一対の間隙３１における乱流を、一層確実に整
流することができる。

【００４０】なお、連通孔３２は例えば図９に示すよう
に周方向に複数個並んでいるので、各連通孔３２を通過
した排気ガス流が放射状に広がるように、各連通孔３２
の形成方向を定めてもよい。つまり、例えば８個の連通
孔３２の各中心線が、円錐形をなすように、１点で集合
する形となる。

【００４１】（ｆ）は、各連通孔３２を、弁体１４全閉
時に排気通路１２と平行となる方向に貫通形成したもの
である。この例では、（ｅ）に比べて加工が容易とな
り、例えば、多数の弁体１４を積層して一斉に加工する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る排気シャッタバルブを備えたデ
ィーゼルエンジンの排気系の構成説明図。

【図２】排気シャッタバルブの部分断面図。

【図３】異なる方向から見た排気シャッタバルブの部分
断面図。

【図４】弁体をその全閉位置において示す断面図。

【図５】弁体のみの平面図。

【図６】弁体の全閉時におけるガス流れを従来のものと
対比して示す説明図。

【図７】連通孔の配置が異なる他の実施例を示す弁体の
平面図。

【図８】連通孔の配置が異なるさらに他の実施例を示す
弁体の平面図。

【図９】連通孔の配置が異なるさらに他の実施例を示す
弁体の平面図。

【図１０】連通孔の配置が異なるさらに他の実施例を示
す弁体の平面図。

【図１１】連通孔の形成方向の変形例を示す断面の説明
図。

【符号の説明】

１…排気シャッタバルブ １１…バルブハウジング １２…排気通路 １３…バルブシャフト １４…弁体 ３２…連通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 浩司 埼玉県東松山市神明町２丁目11番６号 自 動車機器株式会社松山工場内 Ｆターム(参考） 3G065 AA01 AA09 CA14 CA26 DA02 EA02 FA01 GA43 HA09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気通路に、円板
   状の弁体がバルブシャフトを中心に回動可能に設けられ
   てなるディーゼルエンジンの排気シャッタバルブにおい
   て、上記弁体の外周部に連通孔が貫通形成されていると
   ともに、この連通孔は、少なくとも、バルブシャフトの
   軸線によって区画される弁体の一方の１８０°の範囲に
   複数個設けられていることを特徴とするディーゼルエン
   ジンの排気シャッタバルブ。
2. 【請求項２】 上記連通孔が、弁体の一方の１８０°の
   範囲にのみ形成されていることを特徴とする請求項１記
   載のディーゼルエンジンの排気シャッタバルブ。
3. 【請求項３】 上記弁体の閉状態において相対的に上流
   側に位置している一方の１８０°の範囲に配置された連
   通孔が、弁体の板厚方向に貫通形成されていることを特
   徴とする請求項１または２に記載のディーゼルエンジン
   の排気シャッタバルブ。
4. 【請求項４】 上記連通孔は、プレス加工によって形成
   されていることを特徴とする請求項３記載のディーゼル
   エンジンの排気シャッタバルブ。
5. 【請求項５】 複数個の連通孔は、弁体の同一の半径位
   置に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のい
   ずれかに記載のディーゼルエンジンの排気シャッタバル
   ブ。
6. 【請求項６】 全閉状態において、上記弁体の揺動端部
   と排気通路内壁面との間に微小間隙が確保されることを
   特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のディーゼル
   エンジンの排気シャッタバルブ。
7. 【請求項７】 上記弁体がマフラの上流側に配置されて
   いることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の
   ディーゼルエンジンの排気シャッタバルブ。