JP2007291944A - 排気制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】 排気制御弁の構造の簡素化および軽量化を図る。
【解決手段】 排気管３５に外嵌したコイルスプリング４３の軸方向一端部を排気管３５の外周に固定し、軸方向他端部に固定した板状の弁体４１をコイルスプリング４３の引張力により排気管３５の排気ガス流出口に形成した弁座３５ａに着座する方向に付勢するので、圧縮力を発生するコイルスプリングで弁体を排気管に連結した従来のものに比べて構造の簡素化および重量の軽減が可能となる。その結果、弁体４１は排気ガスの圧力変化に速やかに追従して移動することが可能となり、排気制御弁３６の作動応答性が高められる。しかも弁体４１が弁座３５ａから離間するときにコイルスプリング４３がガイドになるので、特別のガイド手段を設けることなく弁体４１の位置を規制することができ、ガイド手段を廃止した分だけ更なる重量の軽減が可能となる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、排気管に設けられ、そこを流れる排気ガスの圧力に応じて開度が変化する排気制御弁に関する。

エンジンの消音器本体内に設けた連通管の開口端や、消音器本体から外部に延びる排気ガス排出管の開口端に、排気ガスの流量を制御する制御弁を設けた排気消音装置が、下記特許文献１により公知である。

この排気消音装置の制御弁は、消音器本体内の連通菅（あるいは排気ガス排出管）の開口端に形成した弁座に有底円筒状の弁体を摺動自在に嵌合させ、連通菅の開口端のフランジと弁体の開口端のフランジとの間に配置した圧縮コイルスプリングで、弁体を弁座に着座する方向に付勢している。排気ガスの圧力増加により弁体がコイルスプリングを圧縮しながら移動して弁座から離間すると、連通菅から出た排気ガスが弁体の外周面に形成した連通口を通過して消音器本体内に排出される。
特許第３３４２４６１号公報

ところで上記従来のものは、弁体が大型の有底円筒状に形成されているため、その加工が面倒でコストが嵩むだけででなく、排気ガスの流速が変化したときに大型の弁体が慣性で移動し難くいため、制御弁の開閉応答性が低下する可能性があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、排気制御弁の構造の簡素化および軽量化を図ることを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、排気管に設けられ、そこを流れる排気ガスの圧力に応じて開度が変化する排気制御弁であって、排気管に外嵌され、軸方向一端部が排気管の外周に固定されるコイルスプリングと、コイルスプリングの軸方向他端部に固定され、コイルスプリングの引張力により排気管の排気ガス流出口に形成した弁座に着座する方向に付勢される弁体とを備え、排気管を流れる排気ガスによる弁体の受圧面に作用する押圧力がコイルスプリングの引張力を上回ったときに、弁体が弁座から離間することを特徴とする排気制御弁が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、弁体が弁座から離間した状態から弁座に着座する状態に移動するときに、弁体が軸方向に対して直交する方向にずれるのを規制するガイド面を弁体の受圧面側に設けたことを特徴とする排気制御弁が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、弁体が弁座に着座している状態において、コイルスプリングの少なくとも一部が排気管の外周に接していることを特徴とする排気制御弁が提案される。

請求項１の構成によれば、排気管に外嵌したコイルスプリングの軸方向一端部を排気管の外周に固定し、軸方向他端部に固定した弁体をコイルスプリングの引張力により排気管の排気ガス流出口に形成した弁座に着座する方向に付勢するので、排気管を流れる排気ガスによる弁体の受圧面に作用する押圧力がコイルスプリングの引張力を上回ったときに、弁体が弁座から離間させて排気制御弁を開弁させることができる。

弁体は引張力を発生するコイルスプリングで排気管に連結されているため、その形状を概ね板状にすることができ、圧縮力を発生するコイルスプリングで弁体が排気管に連結される従来のものに比べて構造の簡素化および重量の軽減が可能となる。その結果、弁体は排気ガスの圧力変化に速やかに追従して移動することが可能となり、排気制御弁の作動応答性が高められる。しかも弁体が弁座から離間するときにコイルスプリングがガイドになるので、特別のガイド手段を設けることなく弁体の位置を規制することができ、特別のガイド手段を廃止した分だけ更なる重量の軽減が可能となる。

また請求項２の構成によれば、弁体の受圧面側にガイド面を設けたので、弁体が弁座から離間した状態から弁座に着座する状態に移動するときに、弁体をセンタリングして弁座に一層確実に着座させることができる。

また請求項３の構成によれば、弁体が弁座に着座しているときにコイルスプリングの少なくとも一部が排気管の外周に接しているので、コイルスプリングの振動を抑制して騒音の発生を防止することができる。

尚、実施の形態の第２連通管３５は本発明の排気管に対応する。

以下、本発明の実施の形態を添付の図面に基づいて説明する。

図１〜図５は本発明の第１の実施の形態を示すもので、図１は排気消音装置の斜視図、図２は図１の２−２線拡大断面図、図３は図２の３方向拡大矢視図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図４の５−５線断面図である。

図１および図２に示すように、自動車用の排気消音装置Ｍは、断面が概略楕円状のシェル２１と、このシェル２１の左右両端の開口部を閉塞すべく外周のカシメ部２２，２３により固定された一対のエンドプレート２４，２５とから構成された消音器本体２６を備える。消音器本体２６の内部は、外周部を折り曲げたフランジ２７ａ，２８ａをシェル２１の内面に圧入により固定した第１隔壁板２７および第２隔壁板２８により、第１消音室２９、第２消音室３０および第３消音室３１に区画される。

消音器本体２６の内部に挿入された前部排気管１４の下流端部は排気ガス導入管３２を構成し、その排気ガス導入管３２は第２隔壁板２８および第１隔壁板２７を貫通して第１消音室２９に開口する。第２消音室３０に臨む排気ガス導入管３２には、その内外を連通する多数のパンチング孔３２ａ…が形成される。また消音器本体２６の内部に挿入された後部排気管１５の上流端部は排気ガス排出管３３を構成し、その排気ガス排出管３３は第１隔壁板２７および第２隔壁板２８を貫通して第３消音室３１に開口する。第２隔壁板２８を貫通する第１連通管３４は、その両端が第２消音室３０および第３消音室３１にそれぞれ開口する。第１隔壁板２７および第２隔壁板２８を貫通する第２連通管３５は、その両端が第１消音室２９および第３消音室３１に開口する。そして第３消音室３１に開口する第２連通管３５の端部に本実施の形態の制御弁３６が設けられる。

従って、前部排気管１４から消音器本体２６の内部の排気ガス導入管３２に導入された排気ガスの一部は、排気ガス導入管３２に形成したパンチング孔３２ａ…から第２消音室３０および第１連通管３４を経て第３消音室３１に流入し、また前部排気管１４から排気ガス導入管３２に導入された排気ガスの残部は、第１消音室２９から第２連通管３５および制御弁３６を経て第３消音室３１に流入する。そして第３消音室３１の排気ガスは、排気ガス排出管３３を通って消音器本体２６の外部の後部排気管１５に排出される。

次に、図３〜図５に基づいて制御弁３６の構造を説明する。

制御弁３６は、概ね円板状の弁体４１と、第２連通管３５の外周に溶接された概ね環状のスプリング受け部材４２と、第２連通管３５の外周に摺動自在に嵌合するコイルスプリング４３とを備える。弁体４１は第２連通管３５の下流端に形成された環状の弁座３５ａに着座して第２連通管３５の下流端を閉塞可能な大きさを有しており、その外周から１２０°間隔で突出する３個のスプリング固定部４１ａ…でコイルスプリング４３の一端部に固定される。弁体４１の第２連通管３５の下流端に対向する面は、排気ガスの圧力を受ける受圧面４１ｂとされる。スプリング受け部材４２も、その外周から１２０°間隔で突出する３個のスプリング固定部４２ａ…でコイルスプリング４３の他端部に固定される。

次に、上記構成を備えた第１の実施の形態の作用を説明する。

図２において、排気ガスの圧力が低いエンジンの低負荷運転時には、第１消音室２９から第２連通管３５を介して制御弁３６の弁体４１の受圧面４１ｂに加わる圧力が小さいため、弁体４１はコイルスプリング４３の引張力で図４に実線で示す閉弁位置に保持され、第２連通管３５による第１消音室２９および第３消音室３１間の連通が阻止される。その結果、前部排気管１４からの排気ガスは排気ガス導入管３２のパンチング孔３２ａ…、第２消音室３０、第１連通管３４、第３消音室３１および排気ガス排出管３３を経て後部排気管１５に排出される。このようにエンジンの低負荷運転時に弁体４１が閉弁位置に保持されるので、排気消音装置Ｍ内の排気ガスの流通抵抗が増加することにより、排気消音効果が高められてエンジンの排気騒音が低減する。

エンジンの運転状態が低負荷運転から高負荷運転に移行すると、制御弁３６の弁体４１の受圧面４１ｂに加わる排気ガスの圧力が増加するため、弁体４１はコイルスプリング４３の引張力に抗して図４に鎖線で示す位置に移動し、第２連通管３５の弁座３５ａとの間に隙間が発生し、第１消音室２９および第３消音室３１が第２連通管３５を介して相互に連通する。そして弁体４１の移動量、つまり制御弁３６の開口面積は排気ガスの圧力の増加に応じて増加するため、エンジンの高負荷運転時に排気消音装置Ｍ内の排気ガスの流通抵抗を低減してエンジン出力の低減量を最小限に抑えることができる。

以上のように、エンジンの負荷が増加すると制御弁３６を通過する排気ガスの流量が増加するため、エンジンの負荷変化に応じて排気音の消音効果およびエンジン出力低下の抑制効果の目的割合を自動的に変更することができ、排気消音装置Ｍにエンジンの負荷変化に応じた最適の性能を発揮させることができる。

また第２連通管３５、弁体４１、スプリング受け部材４２およびコイルスプリング４３の４つの部材から制御弁３６を構成することができ、しかも本来は第１消音室２９および第３消音室３１を連通させるための第２連通管３５を弁座３５ａおよびスプリング受け部材４２の取付部として利用したので、制御弁３６の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができる。

更に、引張コイルスプリング４３を用いたことで、従来の有底円筒状の弁体を、単純な板状の弁体４１に置き換えることが可能となり、制御弁３６の軽量化や軸方向寸法の小型化に寄与することができる。特に、弁体４１が軽量になって慣性が小さくなることで、排気ガスの圧力変化に弁体４１が追従し易くなり、制御弁３６の開閉応答性が向上する。しかも弁体が弁座３５ａから離間するときに、第２連通管３５の外周に嵌まったコイルスプリング４３がガイドになるので、特別のガイド手段を設けることなく弁体４１の位置を規制することができ、ガイド手段を廃止した分だけ更なる重量の軽減が可能となる。

次に、図６に基づいて本発明の第２の実施の形態を説明する。

第１の実施の形態の制御弁３６の弁体４１は平坦な板状に形成されているが、第２の実施の形態の制御弁３６の弁体４１は受圧面４１ｂが第２連通管３５に向けてコーン状に突出し、その受圧面４１ｂの外周部がガイド面４１ｃを構成している。従って、排気ガスの圧力で弁体４１が弁座３５ａから離れた後、コイルスプリング４３の弾発力で弁体４１が弁座３５ａに着座するときに、コーン状のガイド面４１ｃがガイドになって弁体４１を弁座３５ａに対してセンタリングすることができ、弁座３５ａからの排気ガスの漏れを確実に阻止することができる。

次に、図７に基づいて本発明の第３の実施の形態を説明する。

第１、第２の実施の形態の制御弁３６のコイルスプリング４３の内径は第２連通管３５の外径よりも大きく設定されており、コイルスプリング４３の内周および第２連通管３５の外周間に隙間α（図４および図６参照）が形成されている。それに対して第３の実施の形態のコイルスプリング４３の内径は第２連通管３５の外径と略等しく設定されており、コイルスプリング４３が第２連通管３５の外周に接しているので、コイルスプリング４３の振動を抑制して騒音の発生を防止することができる。

上記第２の実施の形態および第３の実施の形態のその他の作用効果は、上述した第１の実施の形態の作用効果と同一である。

以上、本発明の実施の形態を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施の形態では排気消音装置Ｍの第２連通管３５に制御弁３６を設けているが、制御弁３６は排気ガスの流通経路の任意の位置に設けることができる。

第１の実施の形態に係る排気消音装置の斜視図 図１の２−２線拡大断面図 図２の３方向拡大矢視図 図３の４−４線断面図 図４の５−５線断面図 第２の実施の形態に係る、前記図４に対応する図 第３の実施の形態に係る、前記図４に対応する図

符号の説明

３５ 第２連通管（排気管）
３５ａ 弁座
４１ 弁体
４１ｂ 受圧面
４１ｃ ガイド面
４３ コイルスプリング

Claims (3)

1. 排気管（３５）に設けられ、そこを流れる排気ガスの圧力に応じて開度が変化する排気制御弁であって、
   排気管（３５）に外嵌され、軸方向一端部が排気管（３５）の外周に固定されるコイルスプリング（４３）と、
   コイルスプリング（４３）の軸方向他端部に固定され、コイルスプリング（４３）の引張力により排気管（３５）の排気ガス流出口に形成した弁座（３５ａ）に着座する方向に付勢される弁体（４１）とを備え、
   排気管（３５）を流れる排気ガスによる弁体（４１）の受圧面（４１ｂ）に作用する押圧力がコイルスプリング（４３）の引張力を上回ったときに、弁体（４１）が弁座（３５ａ）から離間することを特徴とする排気制御弁。
2. 弁体（４１）が弁座（３５ａ）から離間した状態から弁座（３５ａ）に着座する状態に移動するときに、弁体（４１）が軸方向に対して直交する方向にずれるのを規制するガイド面（４１ｃ）を弁体（４１）の受圧面（４１ｂ）側に設けたことを特徴とする、請求項１に記載の排気制御弁。
3. 弁体（４１）が弁座（３５ａ）に着座している状態において、コイルスプリング（４３）の少なくとも一部が排気管（３５）の外周に接していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の排気制御弁。
   

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