JP2005171784A - 排気制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求と、高速回転時に必要とされる低背圧化要求によるエンジン出力向上要求とを同時に達成させることができる排気制御弁の提供。
【解決手段】 マフラ本体内における排気流通路の途中に設けられる弁座１に対し支軸４を介して開閉可能に設けられた弁体３と、該弁体３を弁座１のシート面１１に当接させて制御弁を閉じる方向に付勢するコイルスプリング６と、を備えた排気制御弁において、弁体３における開閉自由端側でシート面１１より外側位置に弁体３の開弁時に該弁体３とシート面１１との間の開口部を通過する排気ガスの流れを受けて弁体を押し開く方向に揚力を発生させる揚力発生翼５が設けられる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、マフラ内に配置された排気パイプの端部や、仕切板（バッフルプレート）に形成された連通穴の部分等に設けられ、排気圧により開閉する排圧感応式の排気制御弁に関する。

従来のこの種の排気制御弁は、エンジン側から流入する排気の圧力変動に対応してマフラ本体内部の小室同士を任意の組み合わせで連通するように配置した排気通路を開閉することにより、消音効果を向上させつつ、排気圧力損失によるエンジン出力の低下を防止するためにマフラ内に組み込まれるようになっている。 このような排気制御弁としては、例えば、図５（平面図）、図６（縦断側面図）に示すように、マフラ本体内の排気パイプ１０１の端部に設けられた弁座１０２の環状シート面１０３に対し支軸１０４を介して開閉可能に設けられた弁体１０５と、前記支軸１０４にコイル部１０６ａが係止され前記弁体１０５を弁座１０２のシート面１０３に当接させて制御弁を閉じる方向に付勢するコイルスプリング１０６とを備えた構造となっており、エンジンの低速回転時には、このコイルスプリング１０６の付勢力によって排気パイプ１０１を閉じて前記小室を共鳴室として消音効果を優先させることにより静寂性を確保させるように作用させ、エンジンの高速回転時には、排気圧がコイルスプリング１０６の付勢力に勝るようになった時に弁体１０５を押し開くことで排気パイプ１０１を開き、前記小室を拡張室として高速時の低背圧化を優先させることによりエンジン出力を向上させるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２３５５３６号公報（明細書（３）頁、図１）

従来のこの種の排気制御弁は、エンジン側から流入する排気の圧力変動に対応して排気通路を開閉することにより、消音効果を向上させつつ、エンジン出力の低下を防止するためにマフラ内に組み込まれるものであるが、従来例の排気制御弁にあっては、上述のように、コイルスプリング１０６の付勢力は、弁体１０５の初期開弁時よりも、その開度が大きくなるにつれて大きくなるように作用する構造であるため、エンジンの高速回転時において十分に背圧を低下させることができないという問題点がある。

この場合、コイルスプリング１０６の付勢力を弱めに設定することにより、エンジンの高速回転時における背圧を十分に低下させて排気圧力損失を低減させることは可能であるが、その反面、エンジンの低速回転時から弁体１０５が開き始めることになるため、エンジンの低速回転時における低騒音化要求が満たされなくなるという問題がある。

このように、従来構造では、エンジン低速回転時の低騒音化対策と、エンジン高速回転時の低背圧化によるエンジン出力向上対策は二律背反の関係にあり、両要求を同時に達成することができないという問題があった。

本発明の解決しようとする課題は、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求と、高速回転時に必要とされる低背圧化によるエンジン出力向上要求とを同時に達成させることができる排気制御弁を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、マフラ本体内における排気流通路の途中に設けられる弁座に対し支軸を介して開閉可能に設けられた弁体と、該弁体を前記弁座のシート面に当接させて制御弁を閉じる方向に付勢する付勢手段とを備えた排気制御弁において、前記弁体における開閉自由端側で前記シート面より外側位置に前記弁体の開弁時に該弁体と前記シート面との間の開口部を通過する排気ガスの流れを受けて前記弁体を押し開く方向に揚力を発生させる揚力発生翼が設けられていることを特徴とする手段とした。

請求項２に記載の排気制御弁は、請求項１に記載の排気制御弁において、前記弁座には、前記弁体の開弁時に該弁体と前記シート面との間の開口部を通過する排気ガスの流れを前記揚力発生翼に向けて案内する案内板が設けられていることを特徴とする手段とした。

請求項３に記載の排気制御弁は、請求項２に記載の排気制御弁において、前記両案内板が前記弁体を回動自在に軸支する支軸の両端支持部を兼ねていることを特徴とする手段とした。

請求項４に記載の排気制御弁は、請求項１に記載の排気制御弁において、前記弁体には、該弁体の開弁時に該弁体と前記シート面との間の開口部を通過する排気ガスの流れを前記揚力発生翼に向けて案内する案内板が設けられていることを特徴とする手段とした。

請求項５に記載の排気制御弁は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気制御弁において、前記弁座および弁体が方形に形成されていることを特徴とする手段とした。

請求項６に記載の排気制御弁は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気制御弁において、前記弁体における前記シート面より外側位置に開口部が形成され、該開口部より外側の板材を中高の円弧状に湾曲させることにより前記揚力発生翼が前記弁体と一体に形成されていることを特徴とする手段とした。

請求項１記載の発明では、上述のように、弁体における開閉自由端側でシート面より外側位置に弁体の開弁時に該弁体とシート面との間の開口部を通過する排気ガスの流れを受けて弁体を押し開く方向に揚力を発生させる揚力発生翼が設けられている構成としたため、エンジンの回転数が所定の低速回転数域においては開弁しない程度に付勢手段の付勢力を強めに設定しておくことにより、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求を満足させることができる。

また、エンジン回転数が所定の低速回転域を越え、排気圧力が付勢手段の付勢力に勝って弁体がシート面から押し開かれた初期開弁状態になると、弁体とシート面との間の開口部を通過する排気ガスの流れを揚力発生翼で受けることにより、弁体を押し開く方向に揚力が発生し、しかも、この揚力は揚力発生翼に受ける風量（排気ガス流量）の増加に伴って増加する結果、この揚力分だけ排気ガスによる開弁力が強くなるため、付勢手段の付勢力を強めに設定しておいてもエンジンの高速回転時における低背圧化要求を満足させることができる。
従って、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求と、高速回転時に必要とされる低背圧化によるエンジン出力向上要求とを同時に達成させることができるようになる。

請求項２に記載の排気制御弁では、上述のように、前記弁座には、弁体の開弁時に該弁体とシート面との間の開口部を通過する排気ガスの流れを揚力発生翼に向けて案内する案内板が設けられている構成としたことにより、揚力発生翼による揚力を高めることができるようになる。

請求項３に記載の排気制御弁では、上述のように、前記両案内板が弁体を回動自在に軸支する支軸の両端支持部を兼ねている構成としたことで、部品点数の削減と構造の簡略化が可能となる。

請求項４に記載の排気制御弁では、上述のように、前記弁体には、該弁体の開弁時に該弁体とシート面との間の開口部を通過する排気ガスの流れを揚力発生翼に向けて案内する案内板が設けられている構成としたことにより、揚力発生翼による揚力を高めることができるようになる。

請求項５に記載の排気制御弁では、上述のように、前記弁座および弁体が方形に形成されることにより、排気ガスの流れを揚力発生翼に集中させ易くなる。

請求項６に記載の排気制御弁では、上述のように、前記弁体におけるシート面より外側位置に開口部が形成され、該開口部より外側の板材を中高の円弧状に湾曲させることにより揚力発生翼が弁体と一体に形成された構成としたことにより、所定の位置に揚力発生翼を備えた弁体をプレス加工により容易に一体成形することができるようになる。

この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例の排気制御弁は、請求項１、２、４、５に記載の発明に対応する。 まず、この実施例の排気制御弁の構成を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例の排気制御弁を示す正面図、図２は同平面図、図３は同縦断側面図（（イ）は閉弁状態、（ロ）は初期開弁状態、（ハ）は開弁状態）である。
この実施例の排気制御弁は、弁座１と、案内板２、２と、弁体３と、支軸４と、揚力発生翼５と、コイルスプリング（付勢手段）６と、を主な構成として備えている。

前記弁座１は、図示を省略したマフラ本体内のインナーパイプの端部やバッフルプレートに形成された貫通穴と連通する状態で設けられるもので、この実施例では、その断面およびシート面１１が形成される開口縁部が方形に形成された角筒状をなしている。
前記案内板２、２は、前記角筒状をなした弁座１における左右両側面に沿って固定され、その上部がシート面１１より上方へ大きく垂直に突出する状態で設けられている。

前記弁体３は、前記シート面１１に当接する範囲の広さを有する方形の平板状本体部３１と、該平板状本体部３１の左右両側縁部を上方へ向けて略垂直に折曲形成された軸支持部を兼ねた左右両側壁部３２、３２とを備え、該左右両側壁部３２、２２をその後端部において前記左右両案内板２、２に横架された前記支軸４に対し回動自在に軸支されることにより、該支軸４を中心として弁座１に対し弁体３が開閉自在な状態に組み付けられている。

前記揚力発生翼５は、弁体３の開弁時に該弁体３とシート面１１との間の開口部を通過する排気ガスの流れを受けて弁体３を押し開く方向に揚力を発生させる役目をなすもので、この実施例では、一枚の板材をプレス加工することにより弁体３と一体に形成されている。

即ち、前記弁体３および左右両側壁部３２、２２がシート面１１より前方（外側）に長く延設されていて、該弁体３の延設部でシート面１１の外側縁部に沿ってスリット（開口部）２３が形成され、該スリット３３より前方の弁体の延設部を中高の円弧状に湾曲させることにより、前記揚力発生翼５が弁体３と一体に形成されている。

前記コイルスプリング６は、前記支軸３の回りにそのコイル部６１が装着されていて、その両端を弁体３の本体部３１の略中央部と弁座１の後端部にそれぞれ当接係止させることにより、弁体３の本体部３１を弁座１のシート面１１に当接させて制御弁を閉じる方向に付勢力を作用させている。

次に、本実施例の作用・効果を説明する。
この実施例の排気制御弁では、上述のように構成されるため、図３（イ）に示すように、エンジンの回転数が所定の低速回転数域においては開弁しない程度にコイルスプリング６の付勢力を強めに設定しておくことにより、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求を満足させることができる。

また、エンジン回転数が所定の低速回転域を越え、排気圧力がコイルスプリング６の付勢力に勝り、これにより、図３（ロ）に示すように、弁体３がシート面１１から押し開かれた初期開弁状態になると、弁体３とシート面１１との間の開口部を通過する排気ガスの流れを揚力発生翼５で受けることにより、弁体３を押し開く方向に揚力が発生し、しかも、この揚力は揚力発生翼５に受ける風量（排気ガス流量）の増加に伴って増加するため、この揚力分だけ排気ガスによる開弁力が強くなるもので、これにより、コイルスプリング６の付勢力を強めに設定しておいてもエンジンの高速回転時における低背圧化要求を満足させることができるようになる。

なお、図４は、制御弁通気流量に対する制御弁開角度（イ）、開弁力（ロ）、および、制御弁入口圧力（ハ）特性をそれぞれ示しており、この特性図より明らかなように、図３（ハ）に示すエンジンの高速回転時にエンジン回転数（制御弁通気流量）が増加するにつれて制御弁入力圧力が低下しており、従って、エンジンの高速回転時における低背圧化要求が十分に満足されることがわかる。

以上のように、弁体３における開閉自由端側（前方）でシート面１１より外側（前方）位置に弁体３の開弁時に該弁体３とシート面１１との間の開口部を通過する排気ガスの流れを受けて弁体３を押し開く方向に揚力を発生させる揚力発生翼５が設けられている構成としたことにより、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求と、高速回転時に必要とされる低背圧化によるエンジン出力向上要求とを同時に達成させることができるようになるという効果が得られる。

また、前記弁座１の左右両側部には、弁体３の開弁時に該弁体３とシート面１１との間の開口部を通過する排気ガスの流れを揚力発生翼５に向けて案内する案内板２、２が設けられている構成としたことにより、揚力発生翼５による揚力を高めることができるようになる。

また、前記両案内板２、２が弁体３を回動自在に軸支する支軸４の両端支持部を兼ねている構成したことで、部品点数の削減と構造の簡略化が可能となる。
また、前記弁座１および弁体３が方形に形成されることにより、排気ガスの流れを揚力発生翼に集中させ易くなる。

また、前記弁体３におけるシート面１１より前方（外側）位置にスリット３３が成され、該スリット３３より前方の板材を中高の円弧状に湾曲させることにより揚力発生翼５を弁体３と一体に形成した構成としたことにより、所定の位置に揚力発生翼５を備えた弁体３をプレス加工により容易に一体成形することができるようになる。

以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例では、左右両案内板２、２を弁座１側に設けたが、弁体３側に設けるようにしてもよい。

また、実施例では、弁座１および弁体３を方形に形成したが、円形その他任意の形状にすることができる。
また、実施例では、揚力発生翼５を弁体３と一体に形成したが、別体に形成させるようにしてもよい。

また、実施例では、左右両案内板２、２が弁体３を回動自在に軸支する支軸４の両端支持部を兼ねている構成したが、別体に形成してもよい。
また、実施例では、付勢手段として、コイルスプリング６を用いたが、その他に、板スプリング等公知の付勢手段を用いることができる。

実施例の排気制御弁を示す正面図である。 実施例の排気制御弁を示す平面図である。 実施例の排気制御弁を示す縦断側面図（（イ）は閉弁状態、（ロ）は初期開弁状態、（ハ）は開弁状態）である。 制御弁通気流量に対する制御弁開角度（イ）、開弁力（ロ）、および、制御弁入口圧力（ハ）特性図である。 従来例の排気制御弁を示す平面図である。 従来例の排気制御弁を示す縦断側面図である。

符号の説明

１ 弁座
１１ シート面
２ 案内板
３ 弁体
３１ 本体部
３２ 側壁部
３３ スリット（開口部）
４ 支軸
５ 揚力発生翼
６ コイルスプリング（付勢部材）
６１ コイル部

Claims (6)

1. マフラ本体内における排気流通路の途中に設けられる弁座に対し支軸を介して開閉可能に設けられた弁体と、該弁体を前記弁座のシート面に当接させて制御弁を閉じる方向に付勢する付勢手段とを備えた排気制御弁において、
   前記弁体における開閉自由端側で前記シート面より外側位置に前記弁体の開弁時に該弁体と前記シート面との間の開口部を通過する排気ガスの流れを受けて前記弁体を押し開く方向に揚力を発生させる揚力発生翼が設けられていることを特徴とする排気制御弁。
2. 請求項１に記載の排気制御弁において、前記弁座には、前記弁体の開弁時に該弁体と前記シート面との間の開口部を通過する排気ガスの流れを前記揚力発生翼に向けて案内する案内板が設けられていることを特徴とする排気制御弁。
3. 請求項２に記載の排気制御弁において、前記両案内板が前記弁体を回動自在に軸支する支軸の両端支持部を兼ねていることを特徴とする排気制御弁。
4. 請求項１に記載の排気制御弁において、前記弁体には、該弁体の開弁時に該弁体と前記シート面との間の開口部を通過する排気ガスの流れを前記揚力発生翼に向けて案内する案内板が設けられていることを特徴とする排気制御弁。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気制御弁において、前記弁座および弁体が方形に形成されていることを特徴とする排気制御弁。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気制御弁において、前記弁体における前記シート面より外側位置に開口部が形成され、該開口部より外側の板材を中高の円弧状に湾曲させることにより前記揚力発生翼が前記弁体と一体に形成されていることを特徴とする排気制御弁。

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