JP2010151104A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を抑制してコストを低減するとともに、重量を軽減し、しかも、組み付け作業性を良好にする。
【解決手段】内燃機関の排気系の消音器内に配設されるバルブ装置７は、弁孔１０ａを有し、消音器に固定される固定部１０と、固定部１０における弁孔１０ａの縁部に連なり、弁孔１０ａの内方へ向けて延びる弁体部１１とを備えている。固定部１０及び弁体部１１は、弾性板材に一体成形されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の排気系に設けられるバルブ装置に関する。

従来より、例えば、特許文献１に開示されているように、内燃機関の排気系には、低回転時の静粛性と高回転時の排気抵抗減少とを両立させる目的で排気ガスの流れを変えるためのバルブ装置が配設されている。すなわち、特許文献１の消音器の内部には、複数の隔壁が設けられており、この隔壁に上記バルブ装置が取り付けられている。バルブ装置は、隔壁に形成された貫通孔の周縁部に取り付けられるハウジングと、ハウジングに取り付けられる弾性板材からなる弁体とを備えている。ハウジングには、隔壁を隔てて隣り合う空間同士を連通させる弁孔が形成されている。一方、弁体は、ハウジングにおける弁孔の縁部にネジによって締結されている。そして、所定値以上の排気圧が弁体に作用すると、弁体が弾性変形することで弁孔が開かれて排気ガスが一方の空間から他方の空間へ流れ、これにより、排気ガスの流れが変わる。排気圧が所定値よりも低くなると弁体の形状が復元して弁孔が閉じられる。
特開２０００−８８３１号公報

ところが、特許文献１のバルブ装置は、ハウジングと弁体とで構成されていて、しかも、弁体をハウジングにネジにより締結するようにしているので、部品点数が多く製造工数が増加してコスト高になるとともに、バルブ装置が重いものとなってしまう。

また、内燃機関の始動直後の排気系の温度と、連続高負荷時における排気系の温度とは大きく異なるので、バルブ装置が曝される雰囲気温度の範囲は広い。従って、特許文献１のようにバルブ装置を複数の部品で構成した場合には、各部材間で異なる熱膨張の差を許容できるように、弁体の組み付け位置の調整を設計値通りに精度良く行わなければスムーズな開閉動作を実現できず、組み付け作業が煩雑である。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、部品点数を抑制してコストを低減するとともに、重量を軽減し、しかも、組み付け作業性を良好にすることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、消音器に固定される固定部と、弁体となる弁体部とを弾性板材に一体成形するようにした。

具体的には、第１の発明では、内燃機関の排気系の消音器内に配設されるバルブ装置であって、弁孔を有し、上記消音器に固定される固定部と、上記固定部における弁孔の縁部に連なり、該縁部から該弁孔の内方へ向けて延びる弁体部とを備え、上記固定部及び上記弁体部は、弾性板材に一体成形されている構成とする。

この構成によれば、固定部と弁体部とが弾性板材に一体成形されているので、固定部を消音器に固定するだけで、弁体部の組み付けも同時に完了し、このとき、弁体部の固定部に対する位置は一定のままなので、弁体部を個別に位置調整する必要はない。そして、所定値以上の排気圧が弁体部に作用すると、弁体部が弾性変形して固定部の弁孔が開かれて排気ガスの流れが変わり、一方、排気圧が所定値未満になると、弁体部の形状が復元して弁孔が閉じられる。

第２の発明では、第１の発明において、弾性板材には、弁体部における固定部に連なる部位以外を囲むように延びるスリットが形成されている構成とする。

この構成によれば、弁体部と弁孔との間にスリットによる隙間が形成されるので、弁体部が開閉動作する際に弁孔の周縁部に摺接する虞れが無くなる。

第３の発明では、第２の発明において、弾性板材には、放射状に延びるスリットが形成されている構成とする。

第４の発明では、第２の発明において、弾性板材には、渦巻き状に延びるスリットが形成されている構成とする。

すなわち、放射状に延びるスリットや、渦巻き状に延びるスリットを弾性板材に形成することで、弁体部の形状を容易に多様化することが可能になる。また、弁体部の周長を長くすることが可能となる。

第５の発明では、第２から４のいずれか１つの発明において、スリットの基端部は分岐して延びている構成とする。

すなわち、弁体部が開閉動作する際には、スリットの基端部近傍に局部的に力が作用して応力が集中して発生する虞れがあるが、スリットの基端部を分岐させることで、力を分散させて応力を低減することが可能になる。また、スリットの基端部を分岐させることで、弁体部の変形に要する力が低減されて変形し易くなる。さらに、弁体部の変形に要する力が低減されることで、排気圧が変化した際の弁体部の応答性を向上させることが可能になる。

第６の発明では、第１から５のいずれか１つの発明において、弁体部は複数設けられている構成とする。

この構成によれば、個々の弁体部を小さくしながら、弁孔の開口面積を十分に確保することが可能になる。

第１の発明によれば、消音器に固定される固定部と弁体部とを弾性板材に一体成形したので、部品点数を削減してコストを低減できるとともに、重量を軽減できる。さらに、弁体部の組み付け位置の調整が不要になり、組み付け作業性を良好にできる。

第２の発明によれば、弾性板材に弁体部を囲むように延びるスリットを形成したので、弁体部をより一層スムーズに開閉動作させることができる。

第３、４の発明によれば、弁体の形状を容易に多様化することができるので、高い汎用性を得ることができる。また、弁孔の開口面積は、弁体部の周長に、弁体部の変形量（弁孔からのリフト量に相当）を乗じた値に略比例するので、そのうちの周長を長くできる当該発明により、開口面積を広くすることができる。

第５の発明によれば、スリットの基端部を分岐して延びる形状としたので、スリットの基端部近傍に応力が集中するのを抑制でき、弁体の耐久性を向上させることができる。また、排気圧が変化した際の弁体部の応答性を向上させて、狙い通りの性能を得ることができる。

第６の発明によれば、小さい弁体部を用いながら、弁孔の開口面積を十分に確保することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係るバルブ装置７を備えた消音器１の内部構造を示すものである。この消音器１は、自動車に搭載されるエンジン（内燃機関）の排気系（図示せず）に設けられている。消音器１は、筒状のシェル２と、シェル２の両端部をそれぞれ閉塞する第１及び第２端板３，４と、シェル２内に配設される第１及び第２隔壁部材５，６と、インレットパイプ８と、アウトレットパイプ９とを備えている。バルブ装置７は第１隔壁部材５に取り付けられており、このバルブ装置７の開閉動作により、シェル２内の排気ガスの流れが変わるようになっている。

第１隔壁部材５は、第１端板３と略平行に延びており、シェル２内部の第１端板３寄りに配設されている。第２隔壁部材６は、第２端板４と略平行に延びており、シェル２内部の第１隔壁部材５と第２端板４との間に配設されている。シェル２内部には、第１及び第２隔壁部材５，６により、第１端板３側から第２端板４側に向けて第１〜第３空間Ｒ１〜Ｒ３が区画形成されている。

インレットパイプ８の下流側は、第１端板３、第１隔壁部材５及び第２隔壁部材６を順に貫通して第３空間Ｒ３内へ突出している。インレットパイプ８における第２空間Ｒ２に臨む部分には、排気ガスが吐出する複数の吐出孔８ａ，８ａ，…が形成されている。アウトレットパイプ９の上流側は、第２端板４、第２隔壁部材６及び第２隔壁部材５を順に貫通して第１空間Ｒ１内へ突出している。

図２にも示すように、第１隔壁部材５には、第１空間Ｒ１と第２空間Ｒ２とを連通させる貫通孔５ａが形成されている。また、図１に示すように、第１隔壁部材５には、バルブ装置７を取り付けるための取付孔５ｂが貫通形成されている。この取付孔５ｂは、円形である。

図３に示すように、バルブ装置７は、１枚の弾性板材を成形してなるものである。弾性板材としては、排気ガス雰囲気中で劣化し難く、所定の弾性を失わない素材で構成されたものが好ましく、素材としては、例えば、ステンレス鋼、チタン合金、ばね鋼等が挙げられるがこれらに限定されるものではない。ステンレス鋼としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４１０が好ましく、チタン合金としては、チタンα−β型合金（Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ）、Ｔｉ−１１００が好ましい。ばね鋼としては、ＳＵＰ７が好ましい。

バルブ装置７は、第１隔壁部材５に固定される固定部１０と、８つの弁体部１１，１１，…とが一体成形されてなるものである。固定部１０は、第１隔壁部材５の取付孔５ｂよりも大きい円形の枠状をなしている。図２に示すように、固定部１０の外周部分が、第１隔壁部材５の取付孔５ｂの周縁部に溶接されるようになっている。尚、固定部１０は、締結部材等を用いて第１隔壁部材５に締結するようにしてもよい。

固定部１０には、取付孔５ｂと略一致する弁孔１０ａが形成されている。弾性板材には、弁体部１１における固定部１０に連なる部位以外を囲むように延びるスリットＳが形成されており、このスリットＳの形成により弁体部１１，１１，…が得られるようになっている。スリットＳは、弁孔１０ａの中心部から放射状に８方向に延びており、これにより、８つの同じ形状の弁体部１１，１１，…が形成され、各々が、排気圧を受けることによって独立して撓み変形可能となっている。弁体部１１が撓み変形すると、弁孔１０ａが開かれた開状態となり、形状が復元することで弁孔１０ａが閉じられた閉状態となる。

弁体部１１が開状態となるのに必要な力は、弾性板材の厚みや素材、スリットＳの幅、弁体部１１の形状等により任意に設定できるものである。この実施形態では、弁体部１１が開状態となるのに必要な力は、エンジンの運転状態が約３０００回転／分以上のときに受ける排気圧とされている。

上記のようなスリットＳの形成により得られた弁体部１１は、固定部１０に連なる基端部の幅が最も広く、先端側に近づくほど狭くなっていき、先端部は尖った形状となっている。また、弁体部１１の厚みと固定部１０の厚みとは、同じである。

スリットＳは、図示しないレーザー切断機を用いて加工されたものである。スリットＳの幅は、弾性板材の厚みが１．０ｍｍであれは、その半分の０．５ｍｍ程度が好ましいが、これに限られるものではなく、０．５ｍｍ未満又は０．５ｍｍより広くしてもよい。ただし、スリットＳの幅を狭くしていくと、製造誤差が生じた際に隣り合う弁体部１１，１１同士が接触する虞れがあるので、０．５ｍｍ以上確保するのがよい。また、スリットＳの幅を広くしていくと、弁体部１１，１１，…が閉状態にあるときに排気ガスの漏れ量が多くなるので、例えば３．０ｍｍ以下がよい。尚、スリットＳは、レーザー切断機以外にもプレス加工機を用いて形成するようにしてもよい。この場合、スリットＳの幅は、弾性板材の厚みの約２倍程度にするのが型設計上、好ましい。

図４に示すように、スリットＳの基端部には、円形の貫通孔１２が連なっている。この貫通孔１２の径はスリットＳの幅よりも広く設定され、例えば、スリットＳの幅の２倍程度が好ましい。

上記バルブ装置７は、第１隔壁部材５に固定される固定部１０と、開閉動作を行う弁体部１１，１１，…とが一体成形されているので、部品点数が少ない。さらに、消音器１への組み付け時には、固定部１０を第１隔壁部材５に固定するだけで、弁体部１１の組み付けも同時に完了するので、製造工数が低減される。

また、固定部１０と弁体部１１，１１，…とが一体成形されているから、弁体部１１の固定部１０に対する位置は一定のままであり、弁体部１１，１１，…を個別に位置調整する必要はなく、設計通りに組み付けることができる。

次に、上記のように構成されたバルブ装置７の動作について説明する。エンジンが例えばアイドリング状態にあるときには、シェル２の第２空間Ｒ２内の排気圧は、弁体部１１，１１，…を開状態とさせるまで高くなく、よって、弁体部１１，１１，…は閉状態のままである。

エンジンの回転数が約３０００回転／分以上になると、第２空間Ｒ２の排気圧が高まり、その排気圧が弁体部１１，１１，…に作用する。すると、弁体部１１，１１，…は、先端側が第１空間Ｒ１へ突出するように湾曲変形して開状態となり、これにより、弁孔１０ａが開かれる。このとき弁体部１１，１，…は、その先端側へ行くほど第１空間Ｒ１へ大きく突出することになる。尚、エンジンの回転数が低下すると、第２空間Ｒ２の排気圧が低下して弁体部１１，１１，…の形状が弾性力により復元し、閉状態となる。尚、弁体部１１の開閉タイミング及び開口面積は、上記したエンジン回転数に限られるものではなく、エンジン特性等に応じて任意に設定することができる。

したがって、この実施形態に係るバルブ装置７によれば、消音器１に固定される固定部１０と弁体部１１，１１，…とを弾性板材に一体成形したので、部品点数を削減してコストを低減できるとともに、重量を軽減できる。さらに、弁体部１１，１１，…が固定部１０と一体であるため弁体部１１の組み付け位置の調整が不要になり、組み付け作業性を良好にできる。

また、弾性板材にスリットＳを形成することで弁体部１１，１１，…を得るようにしたので、各弁体部１１が開閉動作する際に弁孔１０ａの周縁部や他の弁体部１１に摺接しなくなり、スムーズに動作させることができる。

また、複数の弁体部１１，１１，…を設けたので、個々の弁体部１１を小さくしながら、弁孔１０ａの開口面積を十分に確保できる。

また、弁体部１１が開閉動作する際には、スリットＳの基端部近傍に局部的に力が作用して応力が集中して発生する虞れがあるが、この実施形態では、バルブ装置に、スリットＳの基端部に連なる円形の貫通孔１２を形成したことで、力を分散させ、応力が集中して発生するのを回避できる。これにより、弁体部１１の耐久性を高めることができる。尚、貫通孔１２は省略してもよい。

また、上記実施形態では、弁体部１１の数が８つの場合について説明したが、弁体部１１の数は、これに限られるものではなく、例えは、図５に示す変形例１のように６つであってもよいし、図６に示す変形例２のように１２であってもよく、特に限定されない。また、弁体部１１の形状は、互いに異ならせてもよい。

また、図７に示す変形例３のように、スリットＳの基端側を分岐させて延びるように形成してもよい。これにより、スリットＳの基端部近傍に作用する力を分散させて応力が集中して発生するのを回避でき、弁体部１１の耐久性を高めることができる。また、スリットＳの基端部を分岐させることで、弁体部１１の変形に要する力が低減されて変形し易くなる。さらに、弁体部１１の変形に要する力が低減されることで、排気圧が変化した際の弁体部１１の応答性を向上させることが可能になり、ひいては、狙い通りの性能を得ることができるようになる。

また、図８に示す変形例４のように、１本のスリットＳを渦巻き状に形成してもよい。また、図９に示す変形例５のように、２本のスリットＳを渦巻き状に形成してもよい。スリットＳを渦巻き状に形成することで弁体部１１の周長を長くできる。ここで、開口面積は、弁体部１１の周長に、弁体部１１の変形量（弁孔１０ａからのリフト量に相当）を乗じた値に略比例するので、そのうちの周長を長くできる当該構造により、開口面積を広くすることができる。

また、図１０に示す変形例６のように、弁体部１１には段差部１１ａを形成してもよい。段差部１１ａは、弁体部１１の基端部と先端部との中間部分で、該弁体部１１の先端側が基端側よりも板厚方向に突出するように形成されている。この変形例６のバルブ装置７は、段差部１１ａよりも先端側が第１空間Ｒ１に突出するように配設される。このように段差部１１ａを形成したことで、弁体部１１が撓み変形した際に、同じ変形量でも、段差部１１ａが無いものに比べて開口面積を大きくすることができる。

また、図１１に示す変形例７のように、固定部１０を矩形枠状にしてもよい。この場合、弁孔１０ａ内に収まるように取付孔５ｂを配置すればよい。

（実施形態２）
図１２は、本発明の実施形態２に係る消音器１の内部構造を示すものである。この実施形態２の消音器１は、実施形態１のものに対し内部構造が異なっており、これに伴ってバルブ装置７の配設位置も実施形態１のものに対し異なっている。以下、実施形態１と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。

すなわち、シェル２の内部には、パイプ３０が配設されている。パイプ３０は、第１隔壁部材５及び第２隔壁部材６を貫通した状態で両部材５，６に固定されている。パイプ３０の両端部は、第１空間Ｒ１及び第２空間Ｒ２にそれぞれ臨み、開口している。このパイプ３０の第１空間Ｒ１側の端部にバルブ装置７が取り付けられるようになっている。

図１３及び図１４に示すように、バルブ装置７の固定部１０の外周縁には、板厚方向一方に略直角に折り曲げられた折り曲げ部１４が形成されている。折り曲げ部１４は、環状をなしており、その内周面がパイプ３０の外周面に接するようになっている。

この実施形態２のバルブ装置７は、折り曲げ部１４がパイプ３０に溶接されて組み付けられている。そして、実施形態１と同様にエンジンの回転数によってバルブ装置７の弁体部１１が開閉動作して、消音器１内の排気ガスの流れが変わる。

したがって、この実施形態２のバルブ装置７によれば、実施形態１のものと同様に、消音器１に固定される固定部１０と弁体部１１，１１，…とを弾性板材に一体成形したので、部品点数を削減してコストを低減できるとともに、重量を軽減できる。さらに、弁体部１１，１１，…の組み付け位置の調整が不要になり、組み付け作業性を良好にできる。

尚、図１５に示す実施形態２の変形例１のように、パイプ３０の端部に、内方へ向けて折り曲げられた屈曲部３１を設ける一方、バルブ装置７の折り曲げ部１４を省略し、バルブ装置７の固定部１０の外周部を屈曲部３１に溶接するようにしてもよい。

また、図１６に示す実施形態２の変形例２のように、バルブ装置７の固定部１０の外径をパイプ３０の外径よりも大きくして、パイプ３０の端部を固定部１０に突き当てて溶接するようにしてもよい。

（実施形態３）
図１７は、本発明の実施形態３に係る消音器１の内部構造を示すものである。この実施形態３の消音器１は、実施形態１のものに対し内部構造が異なっており、これに伴ってバルブ装置３４の配設位置も実施形態１のものに対し異なっている。以下、実施形態１と同じ部分には同じ符号を付して説明を省略し、異なる部分について詳細に説明する。

すなわち、アウトレットパイプ９の上流側は、第１室Ｒ１から第１隔壁部材５及び第２隔壁部材６を貫通して第３室Ｒ３まで延びた後、再び第２隔壁部材６を貫通して第２室Ｒ２において開口している。アウトレットパイプ９の第２室Ｒ２に臨む部分にバルブ装置３４が配設されている。また、アウトレットパイプ９のバルブ装置３４よりも上流側には、貫通孔９ａが形成されている。また、インレットパイプ８の第１室Ｒ１に臨む部分には、排気ガスの吐出孔８ｂが形成されている。

図１８に示すように、アウトレットパイプ９のバルブ装置３４が取り付けられる部分には、貫通孔９ｂが形成されており、この貫通孔９ｂを覆うように取付部材３５が設けられている。この取付部材３５は、アウトレットパイプ９外周面における貫通孔９ｂ周りに沿うように湾曲形成された接合板部３５ａと、接合板部３５ａからアウトレットパイプ９の外方へ向けて膨出する膨出部３５ｂとを備えている。膨出部３５ｂの先端面は、平坦に形成されている。膨出部３５ｂの先端面には、アウトレットパイプ９の貫通孔９ｂと連通する取付孔３５ｃが形成されている。取付孔３５ｃは、アウトレットパイプ９の長手方向に長い矩形状とされている。

バルブ装置３４は、図１９にも示すように、取付孔３５ｃよりも大きい矩形の固定部３６と、１つの弁体部３７とを備えており、固定部３６及び弁体部３７が弾性板材に一体成形されている。固定部３６の外周部分が、取付部材３５の取付孔３５ｃの周縁部に溶接されるようになっている。固定部３６には、弁孔３６ａが形成されている。弁体部３７は、弾性板材に形成されたスリットＳにより得られるものである。

この実施形態３のバルブ装置３４も、実施形態１と同様にエンジンの回転数によって弁体部３７が開閉動作し、これにより、排気ガスの流れが変わる。

したがって、この実施形態３のバルブ装置３４によれば、実施形態１のものと同様に、消音器１に固定される固定部３６と弁体部３７とを弾性板材に一体成形したので、部品点数を削減してコストを低減できるとともに、重量を軽減できる。さらに、弁体部３７の組み付け位置の調整が不要になり、組み付け作業性を良好にできる。

また、バルブ装置３４の固定部３６をアウトレットパイプ９の外周面に沿うように成形して、アウトレットパイプ９に直接固定するようにしてもよく、こうすることで、取付部材３５を省略して重量をより軽減できる。

尚、図２０に示す実施形態３の変形例１のように、２つの弁体部３７，３７を設けてもよい。この変形例１では、弾性板材にＺ型のスリットＳを形成することで弁体部３７，３７を得るようにしている。

図２１に示す実施形態３の変形例２のように、４つの弁体部３７，３７，…を設けてもよい。この変形例２では、弾性板材にＸ型のスリットＳを形成することで弁体部３７，３７，…を得るようにしている。

実施形態３の取付部材３５及びバルブ装置３４を、実施形態１，２の消音器１に配設してもよい。

また、実施形態１，２のバルブ装置７を実施形態３の消音器１に配設してもよい。

以上説明したように、本発明に係るバルブ装置は、例えば、自動車に搭載されるエンジンの排気系の消音器に配設するのに適している。

実施形態１に係るバルブ装置が取り付けられた消音器の内部構造を説明する断面図である。 消音器の内部におけるバルブ装置近傍を示す斜視図である。 バルブ装置の平面図である。 バルブ装置のスリットの基端部近傍の拡大図である。 実施形態１の変形例１に係る図３相当図である。 実施形態１の変形例２に係る図３相当図である。 実施形態１の変形例３に係る図３相当図である。 実施形態１の変形例４に係る図３相当図である。 実施形態１の変形例５に係る図３相当図である。 実施形態１の変形例６に係る図３相当図である。 実施形態１の変形例７に係る図３相当図である。 実施形態２に係る図１相当図である。 実施形態２に係る図３相当図である。 実施形態２に係るバルブ装置及びパイプの断面図である。 実施形態２の変形例１に係る図１４相当図である。 実施形態２の変形例２に係る図１４相当図である。 実施形態３に係る図１相当図である。 実施形態３のバルブ装置の組み付け構造を説明する分解斜視図である。 実施形態３に係る図３相当図である。 実施形態３の変形例１に係る図３相当図である。 実施形態３の変形例２に係る図３相当図である。

符号の説明

１ 消音器
２ シェル
７，３４ バルブ装置
１０，３６ 固定部
１０ａ，３６ａ 弁孔
１１，３７ 弁体部
Ｓ スリット

Claims (6)

1. 内燃機関の排気系の消音器内に配設されるバルブ装置であって、
   弁孔を有し、上記消音器に固定される固定部と、
   上記固定部における弁孔の縁部に連なり、該縁部から該弁孔の内方へ向けて延びる弁体部とを備え、
   上記固定部及び上記弁体部は、弾性板材に一体成形されていることを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１に記載のバルブ装置において、
   弾性板材には、弁体部における固定部に連なる部位以外を囲むように延びるスリットが形成されていることを特徴とするバルブ装置。
3. 請求項２に記載のバルブ装置において、
   弾性板材には、放射状に延びるスリットが形成されていることを特徴とするバルブ装置。
4. 請求項２に記載のバルブ装置において、
   弾性板材には、渦巻き状に延びるスリットが形成されていることを特徴とするバルブ装置。
5. 請求項２から４のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   スリットの基端部は分岐して延びていることを特徴とするバルブ装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載のバルブ装置において、
   弁体部は複数設けられていることを特徴とするバルブ装置。

Images