JP2008101479A - 排気弁構造、排気系熱交換器、及び排気系構造 - Google Patents

Abstract

【課題】チャタリングの発生を抑制することができる排気弁構造、並びに該排気弁構造を適用して異音発生を抑制することができる排気系熱交換器及び排気系構造を得る。
【解決手段】排気弁装置１０における排気ガス流路を成すバルブハウジング４６には、排気ガスの流れ方向との直交方向に対向する２個所で筒壁を貫通して形成された一対の主排気口５２と、排気ガス流れ方向に開口する副排気口５４とを有する。一対の主排気口５２は、副弁部６０が回動軸６４廻りに回動して副排気口５４を開閉する動作に連動する一対の主弁部５８によって開閉される。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気系路の少なくとも一部を開閉するための排気弁構造、該排気弁構造が適用された排気系熱交換器、排気系構造に関する。

排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行う熱交換部の軸心部にバイパス流路を設け、このバイパス流路を排気圧感応型の排気制御弁にて開閉するように構成された排気冷却装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００４−２９３３９５号公報 特開２００４−２４５１２７号公報

しかしながら、上記の如き従来の技術では、排気制御弁の弁体がバイパス流路を閉止し得る１つの面で排気圧を受ける構造であるため、排気脈動によってチャタリングを生じる原因となる。

本発明は、チャタリングの発生を抑制することができる排気弁構造、並びに該排気弁構造を適用して異音発生を抑制することができる排気系熱交換器及び排気系構造を得ることが目的である。

請求項１記載の発明に係る排気弁構造は、排気ガス流路を構成する筒状に形成され、前記排気ガスの流れ方向との直交方向に対向する２個所で筒壁を貫通して形成された一対の主排気口と、排気ガス流れ方向に開口する副排気口とを有する筒状部材と、前記一対の主排気口の少なくとも一部をそれぞれ開閉可能な一対の主弁部と、前記副排気口の少なくとも一部を排気圧に応じて開閉可能な副弁部と、前記主弁部の開閉動作を前記副弁部の開閉動作に連動させる連動部と、を備えている。

請求項１記載の排気弁構造では、例えば副弁部に作用する排気圧が変化すると、該副弁部は筒状部材に対する位置や姿勢を変え、副排気口の開度が変化する。この際、連動部は副弁部の開度増減（開閉）動作に主弁部の開度増減（開閉）動作を連動させるので、一対の主弁部による一対の主排気口の開度の増減は、副排気口の開度の増減に追従する。

ここで、本排気弁構造では、一対の主弁部が排気ガスの流れ方向との直交方向に対向していると共に連動部を介して連動可能に連結されているため、排気脈動圧が一対の主弁部に作用した場合に、一対の主弁部には反対向きの力が作用して筒状部材に対し変位する力が互いに打ち消しあう。これにより、一対の主弁部に作用する排気脈動によるチャタリングを抑制することができる。また、主弁部が開閉する主排気口が設けられているため、副弁部が開閉する副排気口すなわち副弁部の受圧面積を小さく設定することが可能となり、副弁部を排気脈動に対し鈍感な構造とすることができる。これにより、副弁部に作用する排気脈動によるチャタリングを抑制することができる。

このように、請求項１記載の排気弁構造では、チャタリングの発生を抑制することができる。

請求項２記載の発明に係る排気弁構造は、請求項１記載の排気弁構造において、前記一対の主弁部は、前記筒壁に沿って変位することで一対の主排気口を開閉するようになっている。

請求項２記載の排気弁構造では、一対の主弁部は、筒状部材の筒壁に沿って変位（スライド、回動等）することで一対の主排気口の開度を変化させる。すなわち、一対の主弁部は、排気脈動圧を受け難い方向に動作するため、排気脈動によるチャタリングが一層効果的に抑制される。

請求項３記載の発明に係る排気弁構造は、請求項２記載の排気弁構造において、前記一対の主弁部は、それぞれ前記筒壁に対し前記排気ガス流路の外側に配置されると共に、前記筒状部材の外側から前記副排気口を開閉する前記副弁部を介して連結されている。

請求項３記載の排気弁構造では、一対の主弁部は、副弁部が副排気口に接離する動作に伴って筒壁の外面に沿って動作する。これにより、排気圧により動作する副弁部が筒状部材（シール材）と干渉することが防止され、簡単な構造で確実な動作を実現することができる。

請求項４記載の発明に係る排気弁構造は、排気ガス流路を構成する筒状に形成され、前記排気ガスの流れ方向との直交方向に対向する２個所で筒壁を貫通して形成された一対の主排気口と、排気ガス流れ方向に開口すると共に開口面積が前記排気ガス流路の流路断面積よりも小さい副排気口とを有する筒状部材と、前記一対の主排気口を開閉可能に前記筒壁に対する前記排気ガス流路の外側に設けられた一対の主弁部と、前記筒状部の外側で前記一対の主弁部を連結すると共に排気圧に応じて前記副排気口を開閉可能な副弁部とを有して構成された弁体と、前記副弁部が前記副排気口に対し前記排気ガスの流れ方向に接離することで該副排気口を開閉するのに連動して、前記一対の主弁部が前記一対の主排気口を開閉するように、前記弁体を前記筒状部材に対し案内する案内手段と、を備えている。

請求項４記載の排気弁構造では、副弁部に所定値以上の排気圧が作用すると、該副弁部が副排気口から離間して該副排気口を開放すると共に、一対の主弁部が筒状部材の筒壁外面に沿って変位（スライドや回動等）して一対の主排気口を開放する。

ここで、本排気弁構造では、一対の主弁部が排気ガスの流れ方向との直交方向に対向していると共に副弁部を介して連結されているため、排気脈動圧が一対の主弁部に作用した場合に、一対の主弁部には反対向きの力が作用して筒状部材に対し変位する力が互いに打ち消しあう。これにより、一対の主弁部に作用する排気脈動によるチャタリングを抑制することができる。また、主弁部が開閉する主排気口が設けられていることで、副排気口すなわち副弁部の受圧面積が小さく設定されているので、該副弁部は排気脈動に対し鈍感な構造とされている。これにより、副弁部に作用する排気脈動によるチャタリングを抑制することができる。

このように、請求項４記載の排気弁構造では、チャタリングの発生を抑制することができる。

請求項５記載の発明に係る排気弁構造は、請求項４記載の排気弁構造において、前記遮熱体は、前記案内手段は、前記弁体を前記筒状部材に対し回動可能に支持する回動軸を含んで構成されている。

請求項５記載の排気弁構造では、回動軸が弁体を回動方向に案内する案内機能を果たすため、構造が簡単で信頼性を向上することができる。特に、主弁部と副弁部とを回動軸に対し反対側に配置した構成とすれば、コンパクトな構成とすることが可能となる。

請求項６記載の発明に係る排気系熱交換器は、冷媒との熱交換を行う排気ガスが流通するための排気ガス流路と、前記熱交換部をバイパスするためのバイパス流路と、前記筒状部材にて前記バイパス流路の少なくとも一部を構成することで、該バイパス流路を排気圧に応じて開閉可能に構成された請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の排気弁構造と、を備えた。

請求項６記載の排気系熱交換器では、排気弁構造の主弁部及び副弁部がバイパス流路の主排気口及び副排気口を閉止した状態では、排気ガスは排気ガス流路（熱交換部）を流れて排気ガスと冷媒との熱交換が行われる。一方、排気弁構造の主弁部及び副弁部がバイパス流路の主排気口及び副排気口を開放した状態では、排気ガスは面にバイパス流路を流れる。本排気系熱交換器では、上記排気弁構造を採用したので、チャタリングに伴う異音の発生が防止される。

このように、請求項６記載の排気系熱交換器では、上記排気弁構造を適用して異音発生を抑制することができる。

請求項７記載の発明に係る排気系構造は、排気ガス流路におけるマフラよりも上流側に、請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の排気弁構造を設けた。

請求項７記載の排気系構造では、例えば排気ガス流量が小さい場合には排気ガス流路が閉止され又は開度が小さいので、例えば、排気弁構造を通過した排気ガスが下流側で拡張することによる消音効果や、排気弁構造が塞き止めていた排気ガスが圧力上昇に伴って解放されてマフラへの排気ガス量が増すことによる消音効果が得られる。したがって、マフラの小型化を図ることが可能になる。そして、本排気系構造では、上記排気弁構造を採用したので、チャタリングに伴う異音の発生が防止される。換言すれば、チャタリングの防止効果により、排気ガス流路に排気弁を配設することが可能になった。

以上説明したように本発明に係る排気弁構造は、チャタリングの発生を抑制することができるという優れた効果を有する。また、本発明に係る排気系熱交換器及び排気系構造は、それぞれ上記排気弁構造を適用して異音発生を抑制することができるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る排気弁構造が適用された排気弁装置１０について、図１から図７に基づいて説明する。先ず、排気弁装置１０が適用された車両用排気系構造１２の概略構成を説明し、次いで、排気弁装置１０を内蔵して車両用排気系構造１２を構成する排気系熱交換器１４について説明し、その後、排気弁装置１０について説明することとする。なお、以下の説明で、単に上流・下流の語を用いるときは、排気ガスの流れ方向（各図に適宜示す矢印Ｇ参照）の上流・下流を示すものとする。

（排気系構造の構成）
図７には、車両用排気弁構造（排気熱回収システム）１２の概略全体構成がフロー図にて示されている。この図に示される如く、車両用排気系構造１２は、自動車の内燃機関であるエンジン１１の排気ガスが有する熱をエンジン冷却水との熱交換によって回収し、暖房やエンジン１１の暖機促進等に利用する排気系熱交換器１４を含んで構成されている。

具体的には、エンジン１１には、排気ガスを導出する排気経路を構成する排気管１５が接続されている。排気管１５による排気ガスの排出経路上には、上流側から順に触媒コンバータ１６、熱交換器としての排気系熱交換器１４、メインマフラ１８が配設されている。触媒コンバータ１６は、内蔵した触媒１６Ａによって通過する排気ガスを浄化するように構成されている。消音器としてのメインマフラ１８は、排気ガスを大気中に排出するのに伴って生じる排気音を低減（消音）するように構成されている。

また、車両用排気系構造１２は、排気ガスが排気系熱交換器１４（後述する熱交換部１４Ａ）をバイパスするためのバイパス流路２０、該バイパス流路２０を開閉するための排気弁装置１０を備えている。これにより、車両用排気系構造１２では、排気ガスがエンジン冷却水との熱交換を行う排気熱回収モードと、排気ガスがバイパス流路２０を通過するノーマルモードとを切り替え得る構成とされている。

さらに、車両用排気系構造１２は、排気系熱交換器１４の熱交換部１４Ａ（後述するエンジン冷却水流路３４）に排気ガスと熱交換を行う冷媒としてのエンジン冷却水を循環するための冷媒流路としての冷却水循環路２４を備えている。この実施形態で、冷却水循環路２４は、エンジン１１と排気系熱交換器１４とを直列に連通している。また、図示は省略するが、冷却水循環路２４上には、ヒータ熱源としてのヒータコアが配設されている。

そして、この実施形態に係る車両用排気系構造１２では、バイパス流路２０は排気系熱交換器１４の内部に設けられており、排気弁装置１０は、排気ガスの排気圧によってバイパス流路２０の開閉状態（開度）を変更する自圧式バルブとされ、排気系熱交換器１４における熱交換部１４Ａに対し下流に配設されている。

（排気系熱交換器の構成）
図５に示される如く、排気系熱交換器１４は、排気ガスの流路とエンジン冷却水の流路とを隔てる隔壁パイプ２６を備えている。また、隔壁パイプ２６の内側には、略円筒状に形成されたバイパス管部としてのインナパイプ２８が同軸的に配置されている。このインナパイプ２８の内部空間がバイパス流路２０とされ、インナパイプ２８と隔壁パイプ２６との間の空間が排気系熱交換器１４の排気ガス流路３０とされている。

また、隔壁パイプ２６は、略円筒状に形成されると共に同軸的に配置されたアウタパイプ３２にて外周側から覆われている。この隔壁パイプ２６とアウタパイプ３２との間の空間が排気系熱交換器１４のエンジン冷却水流路３４とされている。この実施形態では、排気系熱交換器１４におけるエンジン冷却水流路３４の設置範囲（排気ガス流れ方向における範囲）が熱交換部１４Ａとされている。また、この実施形態では、アウタパイプ３２の上下流端３２Ａ、３２Ｂは、それぞれ縮径されて隔壁パイプ２６の上下流端２６Ａ、２６Ｂ外周面に水密状態で接合されている。

さらに、この実施形態では、隔壁パイプ２６の上流端２６Ａは縮径されてインナパイプ２８の上流端２８Ａの外周面に気密状態で接合されており、インナパイプ２８の上流端２８Ａが触媒コンバータ１６側の排気管１５に気密状態で接合されている。一方、隔壁パイプ２６の下流端２６Ｂには、熱交換器後部シェル３６が接続されている。熱交換器後部シェル３６は、円筒状に形成された上流端３６Ａが隔壁パイプ２６に嵌合して気密状態で接合され、中間部３６Ｂは図２に示される如く矩形筒状に形成されて排気弁装置１０を収容するようになっている。熱交換器後部シェル３６の下流端３６Ｃ（図５参照）は、円筒状に形成されてメインマフラ１８側の排気管１５に気密状態で接合されている。

そして、インナパイプ２８の下流端２８Ｂには、その内部空間であるバイパス流路２０を開閉するための排気弁装置１０が設けられている。上記した通り、排気弁装置１０は、熱交換器後部シェル３６内に配設されている。すなわち、熱交換器後部シェル３６の内部空間は、バイパス流路２０と排気ガス流路３０とが合流する排気ガス出口ヘッダ３８とされている。一方、インナパイプ２８の上流端２８Ａの近傍には、バイパス流路２０と排気ガス流路３０と連通する複数（多数）の透孔４０が設けられている。すなわち、透孔４０が排気ガス流路３０とバイパス流路２０との分岐部を構成している。

以上により、排気系熱交換器１４では、図５に示される如く排気弁装置１０がバイパス流路２０を閉止した排気熱回収モードでは、排気ガスは、インナパイプ２８の上流端２８Ａから透孔４０を経由して排気ガス流路３０に導入され、排気弁装置１０の外側を通過して排気ガス出口ヘッダ３８に排出されるようになっている。一方、図６に示される如く排気弁装置１０がバイパス流路２０を開放したノーマルモードでは、排気ガスは、排気ガス流路３０とバイパス流路２０との流動抵抗の差（圧力損失のバランス）によって、主にバイパス流路２０を流れるようになっている。

また、排気系熱交換器１４では、アウタパイプ３２における排気ガス流れ方向の下流側には、エンジン冷却水流路３４にエンジン冷却水を導入するための冷却水入口パイプ４２が接続されており、アウタパイプ３２における排気ガス流れ方向の上流側には、エンジン冷却水流路３４からエンジン冷却水を排出するための冷却水出口パイプ４４が接続されている。冷却水入口パイプ４２及び冷却水出口パイプ４４は、エンジン１１、ラジエータ、ヒータコアを含む冷却水循環路２４に、上記した通りエンジン冷却水流れに沿ってエンジン１１と直列となるように接続されている。

以上により、排気系熱交換器１４は、排気ガスの流れ方向とエンジン冷却水の流れ方向とが反対向きである向流型熱交換器とされている。

（排気弁装置１０の構成）
図１には、排気弁装置１０の分解斜視図が示されており、図２及び図３には、排気弁装置１０が斜視図にて示されている。これらの図に示される如く、排気弁装置１０は、インナパイプ２８に接続されて排気ガスの流路を構成する弁箱としてのバルブハウジング４６を備えている。以下の説明では、便宜上、各図に適宜矢印Ｆ、矢印Ｕ、矢印Ｗにて示す方向を、それぞれ前方向（上流側）、上方向、幅方向とする。

バルブハウジング４６は、略矩形箱状（立方体状）に形成され、上流端側開口端４６Ａが円環状とされてインナパイプ２８の上流端２８Ａに気密状態で接合されており、その内部空間がバイパス流路２０の下流端とされている。具体的には、バルブハウジング４６は、マクロ的な排気ガス流れ方向に沿って延在し、該排気ガス流れ方向（軸線方向）との直交面に沿って矩形状の閉断面を成す筒壁４８と、筒壁４８の下流端を封止するエンドプレート５０と有して構成されている。

図１に示される如く、筒壁４８のうち互いに幅方向に対向する側部筒壁４８Ａ、４８Ｂには、それぞれ主排気口５２が形成されている。各主排気口５２は、それぞれ主に側部筒壁４８Ａ、４８Ｂの上下方向略中央部に対し一方側に配置され、かつエンドプレート５０側を要部とすると共に下縁部が排気ガス流れ方向に沿って延在する略扇状を成している。

また、バルブハウジング４６のエンドプレート５０の下部には、副排気口５４が形成されている。副排気口５４は、幅方向に長手の矩形状に形成され、エンドプレート５０の下部を全幅に亘り切り欠いて形成されている。

以上により、バルブハウジング４６は、排気ガス流れ方向に沿う側部筒壁４８Ａ、４８Ｂに形成されて排気ガスな流れ方向のとの直交方向（幅方向）に対向する一対の主排気口５２、及び排気ガス流れ方向に開口する副排気口５４を有して構成されている。換言すれば、バルブハウジング４６の内部空間、各主排気口５２、副排気口５４がバイパス流路２０から排気ガス出口ヘッダ３８に排気ガスを排出するための排気ガス出口流路とされている。

そして、この実施形態では、バルブハウジング４６の各主排気口５２及び副排気口５４は、単一の弁体としてのバルブ５６によって開閉されるようになっている。図１に示される如く、バルブ５６は、一対の主排気口５２を開閉するための一対の主弁部５８と、副排気口５４を開閉するための副弁部６０とを含んで構成されている。

各主弁部５８は、弦５８Ａの長さがバルブハウジング４６（エンドプレート５０）の上下方向寸法に略一致する略半円状に形成されており、図２及び図３に示される如く、側部筒壁４８Ａ、側部筒壁４８Ｂの外側において弦５８Ａをバルブハウジング４６の前縁に略一致させた姿勢で、主排気口５２を閉止する構成とされている。この姿勢を閉止姿勢ということとする。そして、一対の主弁部５８は、閉止姿勢における下端部の近傍間が副弁部６０に架け渡されて（固定的に連結されて）いる。この姿勢で副弁部６０は、副排気口５４を下流側から閉止するようになっている。これにより、単一のバルブ５６は、バルブハウジング４６の一対の主排気口５２及び副排気口５４を同時に閉止し得る構成とされている。

また、バルブ５６では、一対の主弁部５８の弦５８Ａの中央部から軸固定部６２がそれぞれ突出しており、軸固定部６２には幅方向に長手とされた回動軸６４がバルブ５６と一体に回転するように少なくとも周方向に固定されている。この実施形態では、回動軸６４の軸心は、一対の主弁部５８、主排気口５２の周縁を成す円弧の中心と略一致している。この回動軸６４は、エンドプレート５０に固定された軸受部材６６によって自軸廻りに回転可能に支持されている。この実施形態では、回動軸６４、軸受部材６６が本発明における案内手段を構成している。また、この実施形態では、副弁部６０、回動軸６４、及び軸受部材６６が本発明における連動部を構成している。

そして、排気弁装置１０では、副弁部６０が副排気口５４から離間する方向（下流側）に移動するようにバルブ５６が回動軸６４廻りの矢印Ａ方向（図４（Ｂ）参照）に回動すると、一対の主弁部５８が側部筒壁４８Ａ、４８Ｂに沿って回動して、一対の主排気口５２が開放される構成とされている。これにより、単一のバルブ５６は、バルブハウジング４６の一対の主排気口５２及び副排気口５４を共に開放し（開度を増し）得る構成とされている。

図２に示される如く、回動軸６４は、熱交換器後部シェル３６を貫通して排気系熱交換器１４（排気ガス出口ヘッダ３８）の外側に突出しており、その突出端６４Ａには付勢部材としてのリターンスプリング６８の一端が係止されている。このリターンスプリング６８の付勢力によって、バルブ５６は、主排気口５２及び副排気口５４を閉止する閉止姿勢側に閉じ付勢されている。また、回動軸６４における突出端６４Ａとは反対側の端部６４Ｂには、ストッパプレート７０が固定されている。ストッパプレート７０は、リターンスプリング６８の付勢力によって熱交換器後部シェル３６の内面に固定されたストッパ７２に係合した状態で、バルブ５６を閉止姿勢に保持する構成とされている。

なお、ストッパプレート７０とストッパ７２との間には、図示しないワイヤメッシュ等が介在しており、緩衝用とされている。また、側部筒壁４８Ａ、側部筒壁４８Ｂにおける主排気口５２の周縁部と対応する主弁部５８との間には、図４（Ａ）に示される如くワイヤメッシュ７４が配設されており、排気ガスの漏れを防止するシール機能を果たす構成とされている。

以上説明した排気弁装置１０は、バルブ５６に作用する排気ガスの圧力（動圧）が所定値以上になると、バルブ５６がリターンスプリング６８の付勢力（及び摩擦力等）に抗して回動軸６４廻りに矢印Ａ方向に回動し、閉止姿勢から主排気口５２及び副排気口５４を開放する開放姿勢になる構成とされている。リターンスプリング６８の付勢力は、例えば上記したエンジン１１が最高出力を発生する場合の排気ガスの圧力によって、所要開度（最大開度）となる開放姿勢をとるように設定されている。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

上記構成の車両用排気系構造１２では、自圧バルブである排気弁装置１０は、排気ガスの圧力が低い運転条件において、リターンスプリング６８の付勢力によってインナパイプ２８すなわちバイパス流路２０を閉止する。すると、排気ガスは、熱交換部１４Ａの排気ガス流路３０を流れ、エンジン冷却水流路３４を流れるエンジン冷却水との熱交換が行われる。これにより、例えば、内燃機関エンジンの暖機促進や、低温始動時の暖房維持が果たされる。

例えば加速や登坂等の内燃機関エンジンの出力が増す運転条件で、排気ガスの圧力（動圧）が上昇すると、この排気ガスの圧力を受けた副弁部６０は、リターンスプリング６８の付勢力に抗し矢印Ａ方向に回動し、一対の主弁部５８と共に（バルブ５６全体として）開放姿勢に至る。これにより、排気ガスは、主にバイパス流路２０を流れ、排気ガス流路３０を流れる場合と比較して背圧が低減される。

ここで、排気弁装置１０では、バルブハウジング４６に排気ガス流れ方向との直交方向に対向する一対の主排気口５２が設けられており、該一対の主排気口５２を開閉する一対の主弁部５８が副弁部６０にて連結されているため、排気脈動が一対の主弁部５８に均一に（同じタイミングで）作用してチャタリング（バタツキ）の発生が防止される。より具体的には、図４（Ａ）に示される如く、バイパス流路２０の長手方向に伝わってきた排気脈動ｐが一対の主弁部５８に均一に作用するので、排気脈動によってバルブハウジング４６に対しバルブ５６を変位させようとする力が互いに打ち消しあう（一方の主弁部５８に作用する排気脈動に基づく力が、他方の主弁部５８に作用する排気脈動に基づく力の反力となる）。このため、排気脈動によるバルブ５６のチャタリングが防止される。

特に、一対の主弁部５８は、バルブ５６の回動軸６４廻りの回動に伴って側部筒壁４８Ａ、４８Ｂに沿って変位するため、換言すれば、一対の主弁部５８による主排気口５２の開閉方向と一対の主弁部５８への排気圧（脈動）の作用方向とが異なるので、一対の主弁部５８による主排気口５２の開閉に伴うチャタリングが生じることはない。

そして、排気弁装置１０では、バルブハウジング４６（バイパス流路２０）の流路断面積と比較して小面積である副排気口５４を開閉するための副弁部６０に作用する排気圧によって、バルブ５６が開方向（矢印Ａ）方向に回転して主排気口５２、副排気口５４が開放される構成であるため、換言すれば、バイパス流路２０の全断面積を受圧面積とするバルブと比較して副弁部６０の受圧面積が小さいため、排気脈動圧によってはバルブ５６が矢印Ａ方向に動き難い（排気脈動に対し鈍感である）。これにより、副弁部６０に作用する排気脈動圧によるチャタリングが効果的に抑制される。

一方、排気ガスの流量が増す（バイパス流路２０の開放が要求される）エンジン１１の運転状態では、流動に伴う所定値以上の動圧（運動エネルギ）がバルブ５６が作用することで、バルブ５６は確実に開放姿勢に移行する。また、バルブハウジング４６に主排気口５２が設けられているので、バルブ５６の回動軸６４廻りの小さい回動角で大きな開口率（弁開度）を得ることができる。

さらに、排気弁装置１０では、一対の主弁部５８がバルブハウジング４６の外側に配設されているため、排気脈動を受けた場合にワイヤメッシュ７４から離間する方向に変形し、一対の主弁部５８とワイヤメッシュ７４との固着が防止される。また、排気弁装置１０では、バルブ５６が回動軸６４廻りに回動して一対の主排気口５２、副排気口５４を開閉するため、構造が簡単で信頼性が高い。しかも、この構成によってリターンスプリング６８を排気ガス流路（高温環境）の外側に配設することが可能になり、安価な材料でリターンスプリング６８を構成することができる。さらに、一対の主弁部５８（のうち実質的に主排気口５２を開閉する部分）と副弁部６０とが回動軸６４に対し上下反対側に灰ｓ地されているので、コンパクトな構成でありながら、バルブ５６の回動軸６４廻りの小さい回動角で一層大きな開口率（弁開度）を得ることができる。

また、排気弁装置１０が適用された排気系熱交換器１４では、バルブ５６のチャタリングが防止されるため、排気熱回収モードでチャタリングに伴う異音が生じることが防止される。

（排気弁装置が適用される排気系の別例）
図８（Ａ）には、第１の実施形態に排気弁装置１０が適用された車両用排気系構造８０が模式図にて示されており、図８（Ｂ）には、排気弁装置１０の車両用排気系構造８０への適用構造が模式的な断面図にて示されている。これらの図に示される如く、車両用排気系構造８０は、排気系熱交換器１４を備えず、排気弁装置１０が排気管１５を開閉するように配設されている点で車両用排気系構造１２とは異なる。

図８（Ａ）に示される如く、車両用排気系構造８０では、上流から順にマニバータ（排気マニホルドに組み込まれた触媒コンバータ）８２、触媒コンバータ１６、排気弁装置１０、メインマフラ１８が、排気管１５上に配設されている。図８（Ｂ）に示される如く、触媒コンバータ１６とメインマフラ１８との間に位置する排気管１５には、一部拡径されたバルブ収容部８４が形成されており、該バルブ収容部８４内に排気弁装置１０が配設されている。

以上説明した車両用排気系構造８０では、エンジン１１の低負荷時すなわち排気ガス流量の少ない運転状態では、排気弁装置１０が排気ガスの流れを塞き止め、排気弁装置１０（副弁部６０）の上流側の排気圧が所定圧力以上になると、バルブ５６が主排気口５２、副排気口５４を開放して排気ガスが排出される。すなわち、低負荷時には、排気弁装置１０によって排気音の漏れ（メインマフラ１８側への流れ）を防止し、排気ガス量（圧力）が増すと排気弁装置１０が排気管１５を開放することで、メインマフラ１８に導入される排気ガス流量が増す。これにより、小型のメインマフラ１８により十分な消音性能を得ることができる。換言すれば、排気弁装置１０を設けることで、メインマフラ１８の小型化、車両用排気系構造８０の省スペース化、低コスト化が図られる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、上記第１の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部品・部分には、上記第１の実施形態又は前出の構成と同一の符号を付して説明を省略し、また図示を省略する場合がある。

（第２の実施形態）
図９（Ａ）及び図９（Ｂ）には、第２の実施形態に係る排気弁装置９０が模式的な断面図にて示されている。これらの図に示される如く、排気弁装置９０は、バルブハウジング９２を備えている。バルブハウジング９２には、一対の主排気口５２及び副排気口９４が形成されている。以下、一対の主排気口５２を区別する場合には、一方の主排気口５２を主排気口５２Ａといい、他方の主排気口５２を主排気口５２Ｂということとする。副排気口９４は、一方の主排気口５２Ａと同じ側を向いて開口している。すなわち、バルブハウジング９２では、矢印Ｇにて示す如く、排気ガス流れ方向が下流端で変換（湾曲）されている。なお、バルブハウジング９２は、バルブハウジング４６と同様に矩形筒形状であっても良く、円筒形状であっても良い。

第２の実施形態に排気弁装置９０は、主排気口５２及び副排気口９４を単体で開閉する弁体としてのバルブ９５を備える。バルブ９５は、幅方向に変位（主排気口５２Ａに接離）して主排気口５２Ａを外側から開閉する主弁部９６と、幅方向に変位（主排気口５２Ｂに接離）して主排気口５２Ｂを内側から開閉する主弁部９８と、幅方向に変位（副排気口９４に接離）して副排気口９４を外側から開閉する副弁部１００と、主弁部９６と主弁部９８とを固定的に連結する連動部としての連結部１０２と、主弁部９６と副弁部１００とを固定的に連結する連動部としての連結部１０４とを有する。

バルブ９５は、図示しない案内手段としてのスライドガイドによって、バルブハウジング９２に対し幅方向にスライド可能に支持されると共に、図示しないリターンスプリングによって閉じ付勢されている。すなわち、バルブ９５は、通常は図９（Ａ）に示される如く、リターンスプリングの付勢力によって、主弁部９６によって主排気口５２Ａを、主弁部９８によって主排気口５２Ｂを、副弁部１００によって副排気口９４を閉止する閉止姿勢をとるようになっている。

一方、バルブ９５は、副弁部１００に作用する排気圧が所定値以上になった場合に、図９（Ｂ）に示される如く、副弁部１００が副排気口９４から離間して該副排気口９４を開放するのに伴って、主弁部９６、９８が一対の主排気口５２から離間して該一対の主排気口５２を解放する構成とされている。

上記構成の排気弁装置９０では、バルブハウジング９２が一対の主排気口５２及び副排気口９４を備えると共に、バルブ９５が主弁部９６、９８及び副弁部１００を備えるため、一対の主弁部５８が側部筒壁４８Ａ、４８Ｂに沿って動作する構成による効果、一対の主弁部５８がバルブハウジング４６の外側に位置することによる効果、バルブ５６が回動軸６４廻りに案内されることによる効果を除いて、第１の実施形態に係る排気弁装置１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。

（第３の実施形態）
図１０（Ａ）及び図１０（Ｂ）には、第３の実施形態に係る排気弁装置１１０が模式的な断面図にて示されている。これらの図に示される如く、排気弁装置１１０は、バルブハウジング９２の一対の主排気口５２及び副排気口９４を開閉するために、バルブ９５に代えて弁体としてのバルブ１１２を備える点で、第２の実施形態に係る排気弁装置９０とは異なる。

バルブ１１２は、主排気口５２Ａに接離して該主排気口５２Ａを内側から開閉する主弁部１１４と、主排気口５２Ｂに接離して該主排気口５２Ｂを外側から開閉する主弁部１１６と、副排気口９４に接離して該副排気口９４を外側から開閉する副弁部１１８と、主弁部９６と主弁部９８とを固定的に連結する連動部としての連結部１２０と、連結部１２０と副弁部１１８とを固定的に連結する連動部としての連結アーム部１２２とを有する。

バルブ１１２は、連結アーム部１２２の長手方向中間部に設けられた案内手段又は連動としての回動軸１２４と同軸的かつ一体的に回動可能とされている。また、バルブ１１２は、図示しないリターンスプリングによって閉じ付勢されている。すなわち、バルブ１１２は、通常は図１０（Ａ）に示される如く、リターンスプリングの付勢力によって、主弁部１１４によって主排気口５２Ａを、主弁部１１６によって主排気口５２Ｂを、副弁部１１８によって副排気口９４を閉止する閉止姿勢をとるようになっている。

一方、バルブ１１２は、副弁部１１８に作用する排気圧が所定値以上になった場合に、図１０（Ｂ）に示される如く回動軸１２４廻りに矢印Ｂ方向に回動し、副弁部１１８が副排気口９４から離間して該副排気口９４を開放するのに伴って、主弁部１１４、１１６が一対の主排気口５２から離間して該一対の主排気口５２を解放する構成とされている。

上記構成の排気弁装置１１０では、バルブハウジング９２が一対の主排気口５２及び副排気口９４を備えると共に、バルブ１１２が主弁部１１４、１１６及び１１８を備えるため、一対の主弁部５８が側部筒壁４８Ａ、４８Ｂに沿って動作する構成による効果、一対の主弁部５８がバルブハウジング４６の外側に位置することによる効果を除いて、第１の実施形態に係る排気弁装置１０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。

なお、上記した各実施形態では、排気弁装置１０、９０、１１０がそれぞれ自圧式バルブである例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、サーモスタットやモータアクチュエータ等のアクチュエータを設けて、自圧式バルブの機能と制御バルブの機能とを共に果たすことができる構成としても良い。

また、上記した各実施形態では、排気弁装置１０、９０、１１０が流路（主排気口５２、副排気口５４又は副排気口９４）を全閉し得る例を示したが、本発明はこれに限定されず、流路の一部のみを開閉する構成であっても良い。この構成では、例えば車両用排気系構造８０に適用された場合に、エンジン１１の低負荷時に排気ガス流路断面積を絞り、絞り後の排気ガスの拡張によって、メインマフラ１８の上流側で補助的な消音効果を得ることが可能になる。

さらに、上記した各実施形態では、バルブ５６、９５、１１２が全体として一体に動作する例を示したが、本発明はこれに限定されず、各排気口を開閉する部分は、互いに連動されるように、かつ一対の主排気口５２を開閉する部分が脈動を打ち消すように、例えば確動カム（ポジティブカム）等によって拘束されていれば足りる。

本発明の第１の実施形態に係る排気弁装置の分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気弁装置の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気弁装置の要部の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気弁装置を示す図であって、（Ａ）は平面断面図、（Ｂ）は側断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気弁装置が適用された排気系熱交換器のバイパス閉止状態を示す側断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気弁装置が適用された排気系熱交換器のバイパス開放状態を示す側断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気弁装置が適用された車両用排気構造を示す側フロー図である。 本発明の第１の実施形態に係る排気弁装置が適用された車両用排気構造の別例を示す側フロー図である。 本発明の第２の実施形態に係る排気弁装置を示す図であって、（Ａ）は閉状態の側断面図、（Ｂ）は開状態の側断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る排気弁装置を示す図であって、（Ａ）は閉状態の側断面図、（Ｂ）は開状態の側断面図である。

符号の説明

１０ 排気弁装置
１４ 排気系熱交換器
２０ バイパス流路
３０ 排気ガス流路
４６ バルブハウジング（筒状部材）
５２ 主排気口
５４ 副排気口
５６ バルブ（弁体）
５８ 主弁部
６０ 副弁部（連動部）
６４ 回動軸（連動部、案内手段）
６６ 軸受部材（連動部、案内手段）
８０ 車両用排気系構造（排気系構造）
９０・１１０ 排気弁装置
９２ バルブハウジング（筒状部材）
９４ 副排気口
９５・１１２ バルブ（弁体）
９６・９８・１１４・１１６ 主弁部
１００・１１８ 副弁部
１０２・１０４・１２０・１２２ 連結部（連動部）
１２４ 回動軸（連動部、案内手段）

Claims (7)

1. 排気ガス流路を構成する筒状に形成され、前記排気ガスの流れ方向との直交方向に対向する２個所で筒壁を貫通して形成された一対の主排気口と、排気ガス流れ方向に開口する副排気口とを有する筒状部材と、
   前記一対の主排気口の少なくとも一部をそれぞれ開閉可能な一対の主弁部と、
   前記副排気口の少なくとも一部を排気圧に応じて開閉可能な副弁部と、
   前記主弁部の開閉動作を前記副弁部の開閉動作に連動させる連動部と、
   を備えた排気弁構造。
2. 前記一対の主弁部は、前記筒壁に沿って変位することで一対の主排気口を開閉するようになっている請求項１記載の排気弁構造。
3. 前記一対の主弁部は、それぞれ前記筒壁に対し前記排気ガス流路の外側に配置されると共に、前記筒状部材の外側から前記副排気口を開閉する前記副弁部を介して連結されている請求項２記載の排気弁構造。
4. 排気ガス流路を構成する筒状に形成され、前記排気ガスの流れ方向との直交方向に対向する２個所で筒壁を貫通して形成された一対の主排気口と、排気ガス流れ方向に開口すると共に開口面積が前記排気ガス流路の流路断面積よりも小さい副排気口とを有する筒状部材と、
   前記一対の主排気口を開閉可能に前記筒壁に対する前記排気ガス流路の外側に設けられた一対の主弁部と、前記筒状部の外側で前記一対の主弁部を連結すると共に排気圧に応じて前記副排気口を開閉可能な副弁部とを有して構成された弁体と、
   前記副弁部が前記副排気口に対し前記排気ガスの流れ方向に接離することで該副排気口を開閉するのに連動して、前記一対の主弁部が前記一対の主排気口を開閉するように、前記弁体を前記筒状部材に対し案内する案内手段と、
   を備えた排気弁構造。
5. 前記案内手段は、前記弁体を前記筒状部材に対し回動可能に支持する回動軸を含んで構成されている請求項４記載の排気弁構造。
6. 冷媒との熱交換を行う排気ガスが流通するための排気ガス流路と、
   前記熱交換部をバイパスするためのバイパス流路と、
   前記筒状部材にて前記バイパス流路の少なくとも一部を構成することで、該バイパス流路を排気圧に応じて開閉可能に構成された請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の排気弁構造と、
   を備えた排気系熱交換器。
7. 排気ガス流路におけるマフラよりも上流側に、請求項１乃至請求項５の何れか１項記載の排気弁構造を設けた排気系構造。

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