JP2008121452A

JP2008121452A - 排気弁構造

Info

Publication number: JP2008121452A
Application number: JP2006303794A
Authority: JP
Inventors: Tomoki Mabuchi; 知樹馬渕
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-05-29

Abstract

【課題】簡単な構造でチャタリングを抑制することができる排気弁構造を得る。
【解決手段】排気バルブ装置１０は、一端側において回動軸５２廻りに回転可能支持され排気ガスの圧力に応じて回動軸５２廻りに回転して排気ガス案内パイプ３８の開口端を開閉するバルブ５４が、その他端側に設けられたガス流集中部８２を有する。ガス流集中部８２は、バルブ５４による排気ガス案内パイプ３８の開度が所定開度以下の場合に排気ガスの流れを集中させるようになっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車等の排気ガスを排出するための排気系に設けられ、排気ガスの圧力で動作する排気弁構造に関する。

排気ガスの圧力により排気ガス流路の開閉を行う排気圧感応バルブが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１０−２６６８３７号公報特開２００２−３０３１２０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、チャタリング（バルブ本体と弁座との繰り返し衝突）を防止するために、全閉からの開放動作初期にはバルブ本体が排気ガス流路の軸線方向に変位する構成であるため、バルブ本体を全閉側に付勢するばねを板ばねとしたり、排気ガスの流通領域内に配置したりする等の制約があった。

本発明は、上記事実を考慮して、簡単な構造でチャタリングを抑制することができる排気弁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、一端側において支軸廻りに回転可能支持され、排気ガスの圧力に応じて前記支軸廻りに回転することで排気ガス流路の開口端を開閉する弁体と、前記弁体及び前記排気ガス流路の流路壁の少なくとも一方における前記弁体の他端側に設けられ、前記弁体による前記排気ガス流路の開度が所定開度以下の場合に排気ガスの流れを集中させるためのガス流集中部と、を備えている。

請求項１記載の排気弁構造では、例えば重力や付勢部材の付勢力によって弁体が排気ガス流路を閉止している状態から、排気ガスの圧力が上昇すると、弁体は、排気ガスの圧力に応じて支軸廻りに回動し、排気ガス流路を開放する。ここで、弁体及び排気ガス流路の流路壁における支軸とは反対側、すなわち開放動作により弁体が排気ガス流路の開口端から最も大きく離間する側にガス流集中部を設けたので、排気ガス流量の少ない状態では、排気ガスは、主にガス流集中部を流れる。これにより、弁体を支軸廻りに回動させるモーメント（以下、回動モーメントという）の腕が最長となる部分で局所的に弁体の上下流の圧力差が大きくなり、弁体が重力や付勢部材の付勢力に抗して排気ガス流路を開放する状態が長時間維持される。

このように、請求項１記載の排気弁構造では、簡単な構造でチャタリング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、前記弁体における前記排気ガス流路を閉止する閉止姿勢で排気ガスの圧力を受ける受圧部は、前記排気ガス流路の軸心部における排気ガス流れ方向の位置が、前記支軸の排気ガス流れ方向における位置に一致するか、又は該支軸の排気ガス流れ方向よりも排気ガス流れ方向の上流側に位置している。

請求項２記載の排気弁構造では、弁体の受圧部に作用する排気ガスの圧力による該弁体の回動モーメントの腕の長さが、受圧部が支軸よりも排気ガス流れ方向下流側に位置する場合よりも短いので、弁体が開動作を開始する排気ガス圧力が高くなる。このため、弁体は、低い排気ガス圧力で開動作することが抑制され、比較的高い排気ガス圧力で回動作初期に比較的大きな開度を得ることができる。これにより、チャタリングの発生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、一端側において支軸廻りに回転可能に支持された弁体が、排気ガスの圧力に応じて前記支軸廻りに回転することで、排気ガス流路の開口端を閉止する閉止姿勢と該開口端を開放する開放姿勢とをとり得る排気弁構造であって、前記弁体は、前記閉止姿勢で前記排気ガス流路の開口端に突き当てられる環状のシール部と、前記閉止姿勢で排気ガスの圧力を受け得るように前記排気ガス流路内に入り込む板状の受圧部と、前記シール部と受圧部とを連結する筒状に形成されると共に、前記閉止姿勢で他の部分よりも前記排気ガス流路の内面から離間して位置するガス流集中部が前記支軸から最も離間した部分に形成されている連結部と、を含んで構成されている。

請求項３記載の排気弁構造では、弁体は、シール部を排気ガス流路の開口端（弁座）に突き当てられると共に受圧部が排気ガス流路内に入り込んだ姿勢が閉止姿勢とされ、連結部は排気ガス流路の内周面を向いている。そして、例えば重力や付勢部材の付勢力によって弁体が排気ガス流路を閉止している状態から、排気ガスの圧力が上昇すると、弁体は、排気ガスの圧力に応じて支軸廻りに回動し、排気ガス流路を開放する。

ここで、弁体の連結部における支軸から最も離間した部分すなわち開放姿勢で排気ガス流路の開口端から最も大きく離間する部分にガス流集中部を設けたので、排気ガス流量が少なく連結部が排気ガス流路の内周面に対し排気ガス流れ方向にオーバラップしている状態では、排気ガスは、ガス流集中部を主に流れる。これにより、弁体を支軸廻りに回動させるモーメント（以下、回動モーメントという）の腕が最長となる部分で局所的に弁体の上下流の圧力差が大きくなり、弁体が重力や付勢部材の付勢力に抗して排気ガス流路を開放する状態が長時間維持される。

このように、請求項３記載の排気弁構造では、簡単な構造でチャタリングを抑制することができる。

請求項４記載の発明に係る排気弁構造は、請求項３記載の排気弁構造において、前記受圧部は、前記閉止姿勢で前記排気ガス流路の軸線と交差する位置が、前記支軸の前記排気ガス流路の軸線方向における位置に一致するか、又は該支軸の前記排気ガス流路の軸線方向における位置よりも排気ガス流れ方向の上流側に位置している。

請求項４記載の排気弁構造では、弁体の受圧部に作用する排気ガスの圧力による該弁体の回動モーメントの腕の長さが、受圧部が支軸よりも排気ガス流れ方向下流側に位置する場合よりも短いので、弁体が開動作を開始する排気ガス圧力が高くなる。このため、弁体は、低い排気ガス圧力で開動作することが抑制され、比較的高い排気ガス圧力で回動作初期に比較的大きな開度を得ることができる。これにより、チャタリングの発生が一層効果的に抑制される。

請求項５記載の発明に係る排気弁構造は、請求項２又は請求項４記載の排気弁構造において、前記受圧部は、前記閉止姿勢で前記排気ガス流路の軸線との直交面に沿う平板状に形成されている。

請求項５記載の排気弁構造では、受圧部が排気ガス流路の軸線との直交面に沿う平板状に形成されているため、受圧部の面積を小さくすることができる。このため、弁体が開動作を開始する排気ガスの圧力を一層高くすることができ、チャタリングが効果的に抑制される。

以上説明したように本発明に係る排気弁構造は、簡単な構造でチャタリングを抑制することができるという優れた効果を有する。

本発明の実施形態に係る排気弁構造としての排気バルブ装置１０について、図１乃至図６に基づいて説明する。先ず、排気バルブ装置１０が適用された排気系熱交換器１４について説明し、その後、本発明の主要部である排気弁構造としての排気バルブ装置１０の詳細構成を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の上流・下流を示すものとする。また、説明の便宜上、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、上方向、幅方向とする。

（排気系熱交換器の構成）
図６には、排気系熱交換器１４が適用された車両用排気系構造（排気熱回収システム）１０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１１は、自動車の内燃機関であるエンジン１２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１２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１２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、浄化後の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１１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を開閉するための流路切替バルブとしての排気バルブ装置１０を備えている。これにより、車両用排気系構造１１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１１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１２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１１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、排気バルブ装置１０は、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。以下、排気系熱交換器１４について具体的に説明する。

排気系熱交換器１４は、排気ガスの熱を冷媒としてのエンジン冷却水に回収する構成とされており、図５に示される如く該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。この実施形態では、隔壁パイプ２６は、そのパイプ壁の内外に螺旋状に形成された螺旋溝２６Ａ、２６Ｂが形成されている。螺旋溝２６Ａ、螺旋溝２６Ｂは、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換を行う熱交換部１４Ａの略全長に亘り形成されており、隔壁パイプ２６の前後は、熱交換部１４Ａに対し前後にそれぞれ延設された排気ガス導入部２６Ｃ、排気ガス排出部２６Ｄとされている。

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。この隔壁パイプ２６とインナパイプ２８との間に形成された空間が、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。

排気系熱交換器１４では、排気ガス流れ方向におけるエンジン冷却水流路３４の形成範囲が、排気ガスとエンジン冷却水との熱交換が行われる熱交換部１４Ａとされており、インナパイプ２８は熱交換部１４Ａよりも上流側及び下流側に突出している。この排気系熱交換器１４におけるインナパイプ２８内の空間は、排気系熱交換器１４における熱交換部１４Ａをバイパスするための上流したバイパス流路２０とされている。

より具体的には、図５に示される如く、インナパイプ２８の上流端２８Ａは、排気管１５の下流端が接続されており、インナパイプ２８の下流端２８Ｂは、排気ガス案内パイプ３８の上流端３８Ａに略同軸的に接続されている。なお、排気ガス案内パイプ３８に代えて、インナパイプ２８を下流側に延長しても良い。この排気ガス案内パイプ３８（又はインナパイプ２８）の内部空間が排気バルブ装置１０にて開閉され、本発明における排気ガス流路に相当する。

また、隔壁パイプ２６におけるアウタパイプ３２（エンジン冷却水流路３４）よりも上流に突出した排気ガス導入部２６Ｃ（熱交換部１４Ａよりも上流部分）の前端は、インナパイプ２８の上流端２８Ａの外周面に気密状態で接続されている。さらに、隔壁パイプ２６におけるアウタパイプ３２（エンジン冷却水流路３４）よりも下流に突出した隔壁パイプ２６の排気ガス排出部２６Ｄ（熱交換部１４Ａよりも下流部分）は、エンドパイプ４０を介して排気ガス案内パイプ３８に気密状態で接続されている。

そして、インナパイプ２８における隔壁パイプ２６の排気ガス導入部２６Ｃの内側に位置する部分には、該インナパイプ２８内の空間であるバイパス流路２０と排気系熱交換器１４の排気ガス流路３０と連通する透孔４２が設けられている。すなわち、透孔４２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。一方、エンドパイプ４０には、排気ガス流路３０の内外を連通する透孔４４が設けられている。透孔４４及び排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂは、上流側開口端４６Ａがエンドパイプ４０に気密状態で接続されたシェルとしての熱交換器後部シェル４６内の空間である排気ガス出口ヘッダ４８において、それぞれ開口している。

したがって、排気系熱交換器１４では、熱交換部１４Ａをバイパスしてバイパス流路２０を通過した排気ガスは、排気ガス案内パイプ３８の内側を経由して熱交換器後部シェル４６内の排気ガス出口ヘッダ４８に至り、一方、透孔４２を経由して排気ガス流路３０を通過した排気ガスは、排気ガス案内パイプ３８の外側、透孔４４を経由して熱交換器後部シェル４６内の排気ガス出口ヘッダ４８に至る構成とされている。

一方、図５に示される如く、排気系熱交換器１４のアウタパイプ３２における排気ガス流れ方向の下流端側は、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７０が接続されている。また、アウタパイプ３２における排気ガス流れ方向の上流端側には、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７２が接続されている。冷却水入口パイプ７０及び冷却水出口パイプ７２は、冷却水循環路２４に、少なくともエンジン冷却水流れに沿ってエンジン１２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おり、この実施形態では、排気系熱交換器１４は、排気ガスが螺旋溝２６Ａに沿って螺旋状の流れを生じると共に、エンジン冷却水が螺旋溝２６Ｂに沿って排気ガスとは逆向きの螺旋状の流れを生じることで、コンパクトで熱交換効率の高い構成とされている。また、排気系熱交換器１４では、バイパス流路２０を通過することによる排気ガスの圧力損失（背圧）が、排気ガス流路３０を通過することによる排気ガスの圧力損失に対し十分に小さく、バルブ５４が開放姿勢をとる場合に排気ガスは主にバイパス流路２０を流通するようになっている。

そして、排気系熱交換器１４は、排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂを開閉するための排気バルブ装置１０を備えている。以下、排気バルブ装置１０の詳細構成を説明する。

（排気バルブ装置の構成）
図１にも示される如く、排気バルブ装置１０は、熱交換器後部シェル４６に支持された支軸としての回動軸５２廻りに回動することで、排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂを閉止する閉止姿勢（図１参照）と、該閉止位置から矢印Ａ方向に回動して排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂを開放する開放姿勢（図５の想像線参照）とをとり得る弁体としてのバルブ５４を備えている。閉止姿勢に位置するバルブ５４は、排気ガス案内パイプ３８における下流側開口端３８Ｂ廻りに設けられた弁座（シール）５５に当接する構成とされている。

図２に示される如く、回動軸５２は、排気ガス案内パイプ３８に固定されたフレーム５６に取り付けられた軸受ホルダ５７に保持された軸受５８、フレーム５６に取り付けられた軸受ホルダ５９に保持された軸受６０によって、長手方向に離間した２箇所で熱交換器後部シェル４６に対し回転自在に支持されている。バルブ５４は、アーム６２を介して回動軸５２と一体回転可能に連結されている。これにより、バルブ５４は、回動軸５２廻りに回動することで上記した閉止姿勢と開放姿勢とをとり得る。また、回動軸５２における熱交換器後部シェル４６の外側に突出した端部にはレバー６４が固定されており、レバー６４にはストッパ６６が設けられている。

ストッパ６６には、一端が熱交換器後部シェル４６に係止された（図３参照）付勢部材としてのリターンスプリング６８の他端が係止されている。回動軸５２は、リターンスプリング６８の付勢力によってバルブ５４が閉止姿勢をとる方向に付勢されている。これにより、排気系熱交換器１４では、排気ガスの圧力が低い場合には、リターンスプリング６８の付勢力によってバルブ５４が排気ガス案内パイプ３８すなわちバイパス流路２０を閉止し、排気ガスが熱交換部１４Ａの排気ガス流路３０を流通するようになっている。一方、排気ガスの圧力が所定値以上になると、バルブ５４はリターンスプリング６８の付勢力に抗して排気ガスの圧力に応じた開放姿勢をとるようになっている。この実施形態では、上記した内燃機関エンジンが最高出力を発生する場合の排気ガスの圧力によって、バルブ５４は、排気ガスの圧力による最大開度となる開放姿勢をとる設定とされている。

また、この実施形態では、排気バルブ装置１０は、排気ガスと熱交換を行うエンジン冷却水の温度が所定温度（この実施形態では８０℃）以上である場合には、排気ガスの圧力に依らず強制的にバルブ５４を開放姿勢で保持するために、リターンスプリング６８の付勢力に抗するバルブ駆動力、保持力を生じる図示しないサーモアクチュエータ７４を備えている。サーモアクチュエータ７４は、冷却水入口パイプ７０から分岐した分岐部７０Ａに設けられており、排気ガスの圧力による開放姿勢よりも開度が大きい全開姿勢（閉止姿勢から矢印Ａ方向に略９０°回動した姿勢）に保持するようになっている。このサーモアクチュエータ７４については、公知の構造を採用することができるので、その構成の説明は省略する。

以上説明した排気バルブ装置１０を構成するバルブ５４は、図１に示される如く、閉止姿勢で弁座５５に当接するシール部７６と、閉止姿勢で排気ガス案内パイプ３８に入り込み排気ガスの圧力を受ける受圧部７８と、受圧部７８とシール部７６とを連結する連結短筒部８０とを有して構成されている。

より具体的には、排気バルブ装置１０では、排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂが、該排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬとの直交面に対し、回動軸５２から遠い側が近い側に対し排気ガス流れ方向の下流側に位置するように連続的に傾斜されている（片テーパ状とされている）。これに倣って、弁座５５は、排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬとの直交面に対し傾斜されて座面（シール面）が楕円形状とされている。したがって、シール部７６は、略楕円環状でかつ平板状に形成されている。

同様に、受圧部７８は、排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬに対し傾斜（シール部７６と略平行と）されると共に、シール部７６と同軸的な略楕円平板状に形成されている。この実施形態では、アーム６２は、受圧部７８における受圧面とは反対側の面に固定されている。

連結短筒部８０は、略楕円テーパ筒状を成しており、シール部７６の内縁と受圧部７８の外縁とを滑らかに連続させている。図１およびに示される如く、連結短筒部８０は、バルブ５４の閉止姿勢で、排気ガス案内パイプ３８の内周面３８Ｃとの間に隙間Ｃが形成されるように、該内周面３８Ｃ側を向いている。

そして、図１に示される如く、連結短筒部８０における回動軸５２から最も遠い部分（図１では下端）には、ガス流集中部（ガス逃がし部）８２が設けられている。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示される如く、ガス流集中部８２は、連結短筒部８０における回動軸５２から最も遠い部分を径方向外向きに凹となるように凹ませて形成されており、排気ガス流れ方向の上流側の端部が受圧部７８において該上流側を向いて開口するガス入口部８２Ａとされると共に、排気ガス流れ方向の下流側の端部は、シール部７６まで至っている。

これにより、排気バルブ装置１０では、図４に示される如く、バルブ５４による排気ガス案内パイプ３８の開度が小さい場合（例えば、回動軸５２廻りの回動角θが５°以下の場合）に、ガス流集中部８２の設置部分が周方向の他の部分よりも広いガス流路を形成し、ガス流集中部８２に排気ガス流れが集中する構成とされている。

以上説明した排気バルブ装置１０のバルブ５４は、シール部７６、受圧部７８、ガス流集中部８２を有する連結短筒部８０を含む各部が、一体に形成されている。

次に、本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１１では、エンジン冷却水温が低い場合には、サーモアクチュエータ７４に対しバルブ５４がフリーとされ、排気バルブ装置１０は自圧バルブとして作用する。このため、排気ガスの圧力が低い運転条件では、リターンスプリング６８の付勢力によって排気ガス案内パイプ３８すなわちバイパス流路２０が閉止され、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、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、排気ガスの圧力が上昇すると、この排気ガスの圧力を受けたバルブ５４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、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。すなわち、自圧バルブとして機能する排気バルブ装置１０を備えた車両用排気系構造１１では、内燃機関エンジンの暖気等のための排気熱回収よりも出力確保のための背圧低減が優先される場合に、排気ガスが熱交換部１４Ａをバイパスしてバイパス流路２０を流れることで、自動的に背圧の低減が果たされる。そして、内燃機関エンジンが最高出力を発生する際には、その排気ガスの圧力でバルブ５４が排気ガスの圧力による最大開度となる。

また、車両用排気系構造１１では、エンジン冷却水温が８０℃以上になると、サーモアクチュエータ７４によりバルブ５４が全開位置に移動し、該全開位置で保持される。これにより、排気ガスは主にバイパス流路２０を流れ、排気ガス案内パイプ３８、熱交換器後部シェル４６の排気ガス出口ヘッダ４８を経由して排気管１５から排出される。すなわち、排気熱の回収が不要な運転状態では、排気ガス流路が自動的にバイパス流路２０に切り替えられる。

ここで、車両用排気系構造１１では、バルブ５４にガス流集中部８２を設けたため、エンジン１２の低負荷時、すなわち排気ガス流量が少なく排気脈動を生じ易い運転条件で、バルブ５４のチャタリングが抑制される。具体的には、図４に示される如くバルブ５４の開度が小さくなるエンジン１２の低負荷時には、排気ガス圧（バルブ５４の上下流の圧力差）が低下してリターンスプリング６８の付勢力にてバルブ５４は閉止姿勢側に戻る方向に変位するとシール部７６が弁座５５に当接し易いが、排気バルブ装置１０では、バルブ５４の小開度状態において回動軸５２から最も遠い部分であるガス流集中部８２に排気ガス流れが集中するため、リターンスプリング６８の付勢力に抗する力が維持され易い（開放姿勢を長時間維持することができる）。すなわち、バルブ５４における周方向の特定部位に排気ガス流れを集中させることで該特定部分の上下流での圧力差を確保し、かつこの特定部分が回動軸５２廻りのモーメントアームを最長にする部分（回動軸５２から最も離間した部分）であるため、排気ガス流量が少ない運転条件でリターンスプリング６８の付勢力に抗する力を得ることができる。

しかも、ガス流集中部８２を設けることで、バルブ５４が所定開度（回動軸５２廻りの回動角で５°相当）に至った場合のガス流集中部８２による排気ガスの流路断面積と、該所定開度よりも小さい開度での排気ガスの流路断面積との差小さくなるので、換言すれば、チャタリングを生じ易い小開度（回動軸５２廻りの回動角で５°以下）でガス流集中部８２を通過する排気ガス流れが維持されるので、上記したリターンスプリング６８の付勢力に抗する力を得る効果が、バルブ５４の微小開度でも発揮され、チャタリングの発生が効果的に抑制される。

このように、第１の実施形態に係る車両用排気系構造１１では、簡単な構造でチャタリングを抑制することができる。これにより、チャタリングに伴うバタツキ音（パタパタ音）が防止され、またバルブ５４すなわち排気バルブ装置１０の寿命が長くなる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。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、部分については、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７には、本発明の第２の実施形態に係る排気バルブ装置９０が図１に対応する側断面図にて示されている。この図に示される如く、排気バルブ装置９０は、受圧部７８、連結短筒部８０を有するバルブ５４に代えて、受圧部９２、連結短筒部９４を有するバルブ９６を備える点で、第１の実施形態とは異なる。

受圧部９２は、略円板状に形成されており、バルブ９６の閉止姿勢で排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬとの直交面に沿って配置されるようになっている。そして、この実施形態では、バルブ９６の閉止姿勢において、受圧部９２における排気ガス流れ方向の上流側を向く受圧面９２Ａは、排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬと直交すると共に回動軸５２の軸線を通る仮想直線Ｌに沿って位置する構成とされている。換言すれば、受圧部９２の受圧面９２Ａは、排気ガス流れ方向（矢印Ｆ方向と平行な排気ガス案内パイプ３８、インナパイプ２８の軸線方向）における位置が、回動軸５２の排気ガス流れ方向における位置に一致している。

これにより、バルブ９６は、受圧部９２に作用する排気ガス圧力による回動軸５２廻りの回動モーメントが、バルブ５４における回動軸５２よりも排気ガス流れ方向下流側に位置する受圧部７８に作用する排気ガス圧力による回動軸５２廻りの回動モーメントに対して、小さくなる構成とされている。具体的には、受圧部９２、受圧部７８の軸心部に排気ガス圧力による集中荷重が作用すると仮定した場合、バルブ５４のモーメントアーム長さＬ_５４（図１参照）よりもバルブ９６のモーメント長さＬ_９６（図７参照）の方が短くなっている。

連結短筒部９４は、バルブ９６の閉止姿勢で排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬとの直交面に沿う受圧部９２と、該直交面に対し傾斜して弁座５５に当接するシール部７６とを連結するので、連結短筒部８０とは形状が異なる。具体的には、連結短筒部９４は、回動軸５２から離間するほど、排気ガス案内パイプ３８の内周面３８Ｃとの排気ガス流れ方向のオーバラップ量が大きくなる構成とされている。そして、この連結短筒部９４には、ガス流集中部９８が設けられている。

ガス流集中部９８は、バルブ５４のガス流集中部８２と同様に、連結短筒部９４における回動軸５２から最も遠い部分を径方向外向きに凹となるように凹ませて形成されており、排気ガス流れ方向の上流側の端部が受圧部９２において該上流側を向いて開口するガス入口部９８Ａとされると共に、排気ガス流れ方向の下流側の端部は、シール部７６まで至っている。

以上説明した排気バルブ装置９０のバルブ９６は、シール部７６、受圧部９２、ガス流集中部９８を有する連結短筒部９４を含む各部が、一体に形成されている。排気バルブ装置９０の他の構成は、排気バルブ装置１０の対応する構成と同じである。

したがって、第２の実施形態に係る排気バルブ装置９０によっても、バルブ９６における回動軸５２から最も離間した部分に設けたられたガス流集中部９８に排気ガス流れを集中させることができ、第１の実施形態に係る車両用排気系構造１１と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。すなわち、バルブ９６のチャタリングを抑制することができる

また、排気バルブ装置９０では、受圧部９２の受圧面９２Ａが排気ガス流れ方向において回動軸５２と同じ位置に位置しているため、換言すれば、上記した如く、バルブ９６の回動軸５２廻りのモーメントアーム長さＬ_９６がバルブ５４の回動軸５２廻りのモーメントアーム長さＬ_５４よりも短いため、リターンスプリング６８の付勢力に抗してバルブ９６を開駆動する排気ガス圧力が高くなる。これにより、バルブ９６は、比較的（バルブ５４よりも）排気ガス圧力が高くなってから開駆動されるので、該開駆動後の開度が比較的大きくなり（弁座５５に当接するまでのストロークが長くなり）、チャタリングが抑制される。すなわち、上記したガス流集中部への排気ガス流れの集中によるチャタリング防止効果と併せて、効果的にチャタリングを抑制することができる。

さらに、排気バルブ装置９０では、閉止姿勢をとるバルブ９６の受圧部９２が排気ガス案内パイプ３８との直交面に沿って配置される構成であるため、受圧面積（排気ガスの圧力をバルブ９６の開駆動力に変換する有効面積）が小さく（バルブ５４と比較して小さく）、バルブ９６を開駆動する排気ガス圧力が一層高くなる。すなわち、バルブ９６のチャタリングが効果的に抑制される。

なお、第２の実施形態では、受圧面９２Ａを回動軸５２（の軸心）と排気ガス流れ方向の同じ位置に配置する例を示したが、本発明はこれに限定されず、受圧面９２Ａの軸心を回動軸５２の軸心よりも排気ガス流れ方向の上流側に配置しても良い。受圧部９２を排気ガス案内パイプ３８の軸心に対し傾斜させる構成においても同じである。

（第３の実施形態）
図８には、本発明の第３の実施形態に係る排気バルブ装置１００が図１に対応する側断面図にて示されている。この図に示される如く、排気バルブ装置１００は、シール部７６、連結短筒部９４を有するバルブ９６に代えて、シール部１０２、連結短筒部１０４を有するバルブ１０６を備える点で、第１の実施形態とは異なる。

シール部１０２は、回動軸５２に最も近い部分のシール面１０２Ａと、回動軸５２から最も遠い部分のシール面１０２Ｂとが排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬに対して、第１及び第２の実施形態に係るシール部７６と同様に傾斜している。シール面１０２Ａに隣接するシール面１０２Ｃは、排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬに対する直交面に略沿っており（該築港面との成す角が小さく）、シール面１０２Ｃとシール面１０２Ｂとの間に形成されたシール面１０２Ｄは、排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬに対する傾斜角がシール面１０２Ａ、１０２Ｂの対応する傾斜角に対し小さく設定されている。この実施形態では、シール面１０２Ｄの排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬ（との直交面）との成す角は、略４５°とされている。

排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂには、シール部１０２と全周に亘り当接可能な弁座１０８が弁座５５に代えて設けられている。また、連結短筒部１０４は、受圧部９２とシール部１０２とを連結するように形成されている点を除き、連結短筒部９４と同様に構成されており、回動軸５２から最も離間した部分にガス流集中部９８を有する。排気バルブ装置１００の他の構成は、排気バルブ装置９０の対応する構成と同じである。

したがって、第３の実施形態に係る排気バルブ装置１００によっても、第１及び第２の実施形態に係る車両用排気系構造１１、９０と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。すなわち、バルブ１０６のチャタリングを抑制することができる

また、排気バルブ装置１００では、シール部１０２が、排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬ（との直交面）に対する傾斜角の異なるシール面１０２Ａ及びシール面１０２Ｂ、シール面１０２Ｃ、シール面１０２Ｄを有するため、バルブ１０６が開放姿勢から閉止姿勢に至る際のバルブ１０６と弁座１０８との当接音が抑制される。特に、シール面１０２Ｃは、弁座１０８に当接する際の回動軸５２廻りの回動軌跡（接線方向）との直交面に対し傾斜しているので、弁座１０８と線接触に近い形態で当接することとなり、当接音が効果的に抑制される。

これにより、排気バルブ装置１００では、バルブ１０６のチャタリングが生じた場合でも、異音（バタツキ音）が抑制される。

なお、第３の実施形態では、シール部１０２がシール面１０２Ａ及びシール面１０２Ｂ、シール面１０２Ｃ、シール面１０２Ｄを有する例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、シール部１０２が排気ガス案内パイプ３８の軸線ＣＬ（との直交面）に対する傾斜角の異なる複数のシール面を有していれば足り、各種形状をとり得る。この場合でも、シール面１０２Ｃのように、弁座１０８と先接触に近い形態で当接するシール面を設けることが望ましい。

また、第３の実施形態では、バルブ１０６がシール部１０２、連結短筒部１０４、受圧部９２を有して構成された例を示したが、本発明はこれに限定されず。例えば、バルブ１０６に代えて、シール部１０２、受圧部７８、及びこれらを連結する連結短筒部を有して構成されたバルブを採用しても良い。

（第４の実施形態）
図９には、本発明の第４の実施形態に係る排気バルブ装置１１０が図１に対応する側断面図にて示されている。この図に示される如く、排気バルブ装置１１０は、受圧部９２の受圧面９２Ａにワイヤメッシュ１１２が設けられている点で、第３の実施形態に係る１００とは異なる。排気バルブ装置１１０の他の構成は、第３の実施形態の対応する構成と同じである。

したがって、第４の実施形態に係る排気バルブ装置１１０によっても、第１乃至第３の実施形態に係る車両用排気系構造１１、９０、１００と同様の作用によって同様の効果を得ることができる。すなわち、バルブ１０６のチャタリングを抑制することができる

また、排気バルブ装置１００では、ワイヤメッシュ１１２がチャタリングの原因となる排気脈動（排気ガス圧力の変動）を減衰（吸収）するため、排気脈動に起因するチャタリングが効果的に抑制される。

なお、第４の実施形態では、バルブ１０６にワイヤメッシュ１１２を設けた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、バルブ５４、バルブ９６にワイヤメッシュ１１２を設けた構成としても良い。

また、上記した各実施形態では、排気バルブ装置１０、９０、１００、１１０が排気系熱交換器１４に適用された例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、マフラ装置やマフラ装置上流の排気管に排気バルブ装置１０、９０、１００、１１０を適用しても良い。したがって、排気バルブ装置１０、９０、１００、１１０は、サーモアクチュエータ７４を有する構成に限定されないことは言うまでもない。

さらに、上記した各実施形態では、ガス流集中部８２、９８がバルブ５４、９６、１０６に設けられた例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば、排気ガス案内パイプ３８の下流側開口端３８Ｂ近傍に、径方向内向きに凹でかつ排気ガス流れ方向の下流向きに（弁座５５、１０８において）開口し、シール部７６、１０２によって閉止し得るガス流集中部を設けても良い。

本発明の第１の実施形態に係る排気バルブ装置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バルブ装置を示す背面図である。本発明の第１の実施形態に係る排気バルブ装置を構成するバルブを示す図であって、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部切り欠いた斜視図である。本発明の第１の実施形態に係る排気バルブ装置の微小開度の側断面図である。本発明の第１の実施形態に係る排気バルブ装置が適用された排気系熱交換器の側断面図である。本発明の第１の実施形態に係る排気バルブ装置が適用された車両用排気系構造の概略構成を示すフロー図である。本発明の第２の実施形態に係る排気バルブ装置を示す側断面図である。本発明の第３の実施形態に係る排気バルブ装置を示す側断面図である。本発明の第４の実施形態に係る排気バルブ装置を示す側断面図である。

符号の説明

１０排気バルブ装置（排気弁構造）
３８排気ガス案内パイプ（排気ガス流路）
５２回動軸（支軸）
５４バルブ（弁体）
７６シール部
７８受圧部
８０連結短筒部（連結部）
８２ガス流集中部
９０・１００・１１０排気バルブ装置（排気弁構造）
９２受圧部
９４・１０４連結短筒部（連結部）
９６．１０６バルブ
９８ガス流集中部
１０２シール部

Claims

一端側において支軸廻りに回転可能支持され、排気ガスの圧力に応じて前記支軸廻りに回転することで排気ガス流路の開口端を開閉する弁体と、
前記弁体及び前記排気ガス流路の流路壁の少なくとも一方における前記弁体の他端側に設けられ、前記弁体による前記排気ガス流路の開度が所定開度以下の場合に排気ガスの流れを集中させるためのガス流集中部と、
を備えた排気弁構造。
前記弁体における前記排気ガス流路を閉止する閉止姿勢で排気ガスの圧力を受ける受圧部は、前記排気ガス流路の軸心部における排気ガス流れ方向の位置が、前記支軸の排気ガス流れ方向における位置に一致するか、又は該支軸の排気ガス流れ方向よりも排気ガス流れ方向の上流側に位置している請求項１記載の排気弁構造。
一端側において支軸廻りに回転可能に支持された弁体が、排気ガスの圧力に応じて前記支軸廻りに回転することで、排気ガス流路の開口端を閉止する閉止姿勢と該開口端を開放する開放姿勢とをとり得る排気弁構造であって、
前記弁体は、
前記閉止姿勢で前記排気ガス流路の開口端に突き当てられる環状のシール部と、
前記閉止姿勢で排気ガスの圧力を受け得るように前記排気ガス流路内に入り込む板状の受圧部と、
前記シール部と受圧部とを連結する筒状に形成されると共に、前記閉止姿勢で他の部分よりも前記排気ガス流路の内面から離間して位置するガス流集中部が前記支軸から最も離間した部分に形成されている連結部と、
を含んで構成されている排気弁構造。
前記受圧部は、前記閉止姿勢で前記排気ガス流路の軸線と交差する位置が、前記支軸の前記排気ガス流路の軸線方向における位置に一致するか、又は該支軸の前記排気ガス流路の軸線方向における位置よりも排気ガス流れ方向の上流側に位置している請求項１記載の排気弁構造。
前記受圧部は、前記閉止姿勢で前記排気ガス流路の軸線との直交面に沿う平板状に形成されている請求項２又は請求項４記載の排気弁構造。