JP2011117412A - 排気通路制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】弁体が理想的な弁開放状態となる排気通路制御弁を提供することを目的としている。
【解決手段】エンジンの排気ガスＧが通過する弁口２４を有する弁座２２と、弁口２４を開閉する弁体２６と、弁体２６に弁口２４を閉じる方向にばね力を付加する圧縮コイル形のばね体２８とを備え、弁体２６は、少なくとも弁口２４の内径側に対向する部位から外径側に対向する部位に至る部分に、径方向外方に進むにつれて開弁方向に偏位する弁体傾斜部２６ｂが形成されている。
【選択図】図５

Description

本発明は、例えば、排気ガスを消音するマフラの消音室を区画する隔壁に設けられる排気通路制御弁に関するものである。

内燃機関の排気通路に配置される排気通路制御弁は、排気通路に流れる排気ガスの圧力が所定値以上になると開動作するように設定されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の排気通路制御弁は、弁体を閉止方向に付勢するねじりコイルばねを有し、排気通路内の圧力が所定値以上になると、ばね力に抗して弁体が開状態となり、圧力が低下するとばね力により閉状態となる。

特開２００７−２６３０５７号公報

しかしながら、特許文献１の排気通路制御弁では、ばね力が弁体の開閉動作方向に均一に加わり難いので、弁体が傾斜して弁体の一部が弁座に接触したままで弁体の他部が弁口から離れる、いわゆる「片開き状態」になり易い。弁体が片開き状態になると、弁口を通る排気ガスの流れが乱れるために弁体が振れて、カタカタという異音を発生することがある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、片開きを防いで理想的な弁開放状態となる排気通路制御弁を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る排気通路制御弁は、エンジンの排気ガスが通過する弁口を有する弁座と、前記弁口を開閉する弁体と、前記弁体に前記弁口を閉じる方向にばね力を付加する圧縮コイル形のばね体とを備え、前記弁体は、少なくとも前記弁口の内径側に対向する部位から外径側に対向する部位に至る部分に、径方向外方に進むにつれて開弁方向に偏位する弁体傾斜部が形成されている。

この構成によれば、圧縮コイル形のばね体により、前記弁口の開閉方向にばね力を付加しているので、弁体全体に均一にばねの付勢力が作用し、片開きが防がれて理想的な弁の開放状態が得られる。これにより、弁体の外周部全体と弁座との間の隙間に通路が形成されるので、そこから排気ガスが円滑に排出される。また、理想的な弁の開放状態が得られる結果、弁体の振れによる作動音（弁体と弁座との接触音）の発生が防止される。

本発明において、前記弁体および弁口は円形であり、前記ばね体の中心軸線が前記弁口の中心軸線と一致するように配置されていることが好ましい。この構成によれば、ばねの付勢力が弁口の中心軸線に沿って作用するので、弁体が弁口に対して同芯となるように押圧される結果、弁体の姿勢が安定する。

本発明において、前記弁座に、開閉移動する前記弁体の外周部をガイドして径方向への移動を規制する３つ以上のガイド体が設けられ、隣接するガイド体の周方向間隔が１８０°未満であることが好ましい。この構成によれば、ガイド体により、弁体の径方向への移動が規制されるので、弁体の傾きが効果的に防止され、その結果、弁体の片開きに起因する作動音の発生が防止される。

また、前記ばね体の軸線方向の一端部が、前記ガイド体に支持されていることが好ましい。この構成によれば、ガイド体により前記ばねの支持部材が兼用され、部品点数の増加を抑えることができる。

さらに、前記弁体は円形の板材からなり、かつ、中心部に弁体の開閉移動方向に直交する平坦部を有し、前記ばね体の他端部が前記平坦部に支持されていることが好ましい。この構成によれば、平坦部で大きな排気ガスの圧力を受けることにより、この圧力の変化に対する弁体の開閉動作の追従性が向上するとともに、ばね体の他端部を安定して支持できる。

また、前記弁体と前記ガイド体に設けられたばねキャップとの間に、前記ばね体を配置することができる。この構成によれば、ばね体の復元力によって、弁体とばねキャップとの間にばね体が装着されるので、別途固定手段を省略できる。

さらに、前記ばねキャップおよび弁体に、前記ばね体が嵌合する円形の凹所を形成してもよい。この構成によれば、ばね体の径方向の位置ずれが防止されるので、弁体の片開きが効果的に防止され、その結果、弁体の作動音の発生が防止される。

本発明において、前記ガイド体は前記弁体の開閉移動方向に延びるガイド溝を有し、前記弁体の外周部に径方向外方へ突出して前記ガイド溝に挿入される被ガイド片が設けられていることが好ましい。この構成によれば、弁体が、ガイド溝に沿って開閉移動するので、弁体の周方向への変位を防止できる。

本発明において、少なくとも前記ガイド体に、前記被ガイド片に当接して前記弁体の全開位置を規制するストッパ部が形成されているのが好ましい。この構成によれば、ストッパ部により弁体の全開位置が規制されるので、ばね体の過圧縮を防止することができる。

本発明において、前記弁座における弁口の周縁部に、前記弁体傾斜部に平行な弁座傾斜部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、弁体傾斜部と弁座傾斜部との間に排気ガス通路が形成されるので、排気ガスが傾斜した排気ガス通路を通って円滑に排出される。

本発明に係る排気通路制御弁によれば、圧縮コイル形のばね体により、前記弁口の開閉方向にばね力を付加しているので、弁体全体に均一にばねの付勢力が作用し、片開きのない理想的な弁の開放状態が得られる。これにより、排気ガスが弁口を通って円滑に排出されるとともに、弁体の振れによる作動音の発生が防止される。

本発明の一実施形態に係る排気通路制御弁を備えたマフラの内部を示す概略図である。 同排気通路制御弁の正面図である。 同排気通路制御弁の平面図である。 同排気通路制御弁の側面図である。 同排気通路制御弁の断面図である。 同排気通路制御弁の開弁状態の断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、例えば自動二輪車に搭載され、エンジンの排気ガスを消音するマフラ１の概略図である。マフラ１は、第一消音室２、第二消音室４および第三消音室６を有し、第一消音室２と第二消音室４、および第二消音室４と第三消音室６とは、それぞれ第一連通管８および第二連通管１０で連通している。このマフラ１は、第一消音室２、第三消音室６、第二消音室４の順に配置されており、第一消音室２と第三消音室６、および第三消音室６と第二消音室４とは、それぞれ第一隔壁１２、第二隔壁１４で区画されている。第一消音室２には、エンジン（図示せず）からの排気ガスＧが排気通路１５を通って流入する入口部１６が設けられ、第三消音室６には、消音された排気ガスＧを排出する出口部１８が設けられている。前記第一隔壁１２には、排気ガスＧの圧力に応じて動作する排気通路制御弁２０が設けられ、第一隔壁１２の一部が排気通路制御弁２０の弁座２２を形成している。弁座２２には、エンジンの排気ガスＧが通過する弁口２４が形成されている。

図２に示すように、排気通路制御弁２０は弁口２４を開閉する弁体２６を有し、弁体２６は、圧縮コイル形のばね体２８により、弁口２４を閉じる方向にばね力が付加されており、第一消音室２内の排気ガスＧの圧力が低い、エンジンの低回転領域では、弁口２４が弁体２６により閉止されて閉弁状態となる。弁座２２には、図３に示すように、開閉移動する弁体２６の外周部をガイドして径方向への移動を規制し、開閉方向の移動を許容する中央ガイド体３２および２つの側部ガイド体３４，３４が設けられている。中央ガイド体３２は、弁座２２に固着された一対のガイドバー３３，３３を有し、弁体２６の中央部の上方を通って弁体２６の直径方向に延びている。側部ガイド体３４は、中央ガイド体３２の両側に位置して弁座２２に固着されている。

中央ガイド体３２の上部にはばねキャップ３０が固着されており、ばね体２８は圧縮状態で、図２に示す弁体２６とばねキャップ３０との間に介装されている。これら弁座２２、弁口２４、弁体２６、ばね体２８、ばねキャップ３０、中央ガイド体３２および側部ガイド体３４により、排気通路制御弁２０が構成されている。

弁体２６、ばね体２８、ばねキャップ３０、中央ガイド体３２および側部ガイド体３４は、第三消音室６側すなわち低圧雰囲気中に配置される。弁体２６の一部は、第一消音室２と第三消音室６とを仕切る壁面の一部を形成し、第一消音室２側、すなわち高圧雰囲気中に露出して受圧面である弁体平坦面２６ａを構成する。

図３からわかるように、弁口２４および弁体２６は円形である。図５に示すように、弁座２２における弁口２４の周縁部には、弁口２２の中心軸線Ｃ１に直交する円形の面である弁座平坦部２２ａが形成されている。弁座平坦部２２ａの周縁部には、径方向外方に進むにつれて開弁方向ＯＰに偏位する弁座傾斜部２２ｂが形成されている。

弁体２６は板材からなり、中心部に弁口２４の中心軸線Ｃ１、すなわち弁体２６の開閉移動方向に直交する円形の弁体平坦部２６ａを有し、この弁体平坦部２６ａが弁口２４に嵌まり込むことで、弁体２６が弁口２４を閉止する。弁体平坦部２６ａは、その周辺部分よりも閉弁方向ＣＬへ若干凹入して、弁体凹所２７が形成されている。つまり、弁体平坦部２６ａの周縁部２６ａａは開弁方向ＯＰに折り曲げられ、開弁時に、この周縁部２６ａａが弁口２４の開口縁２４ａに径方向に接触する。弁体平坦部２６ａの外面には第一消音室２内の排気ガスＧの圧力が作用する。さらに、この周縁部２６ａａから径方向外方に進むにつれて開弁方向ＯＰに偏位する弁体傾斜部２６ｂが形成されている。弁体傾斜部２６ｂは、円錐体の周面に沿う形状に形成され、弁座平坦部２２ａおよび弁座傾斜部２２ｂに対向している。これら弁体平坦部２６ａおよび弁体傾斜部２６ｂは、板材を曲げ加工することにより形成される。弁体の開弁時に弁体傾斜部２６ｂと弁座平坦部２２ａ，弁座傾斜部２２ｂとの間に排気通路１５ａが形成される。

弁体傾斜部２６ｂと弁座傾斜部２２ｂとは互いにほぼ平行な面であり、両傾斜部２２ｂ，２６ｂ間に、排気ガスＧに対する通気性を有する、スチールウールからなる緩衝材３５が介装されている。本実施形態では、緩衝材３５は周方向に約９０°の間隔をあけて４つ設けているが、数や位置はこれに限定されず、例えば全周に設けてもよい。

弁体傾斜部２６ｂの外周部には、図３に示す径方向外方へ突出する複数、例えば４つの突片３６が一体に形成されている。弁体２６の突片３６は、後述するように、ガイド体３２，３４に案内されて弁体２６の開閉移動方向に移動し、弁体２６の周方向への変位、すなわち回動が防止される。本実施形態では、突片３６は周方向に約９０°の間隔をあけて４つ設けているが、数や位置はこれに限定されず、１つ以上あればよい。また、弁体２６の外周をガイドするガイド体３２，３４は、３つ以上で、且つ隣接するガイド体３２，３４の周方向間隔が１８０°未満であればよく、これにより、弁体２６の径方向の移動を阻止できる。

突片３６に対応する位置に前記ガイド体３２，３４が設けられている。中央ガイド体３２を形成する各ガイドバー３３は鋼製の棒状部材からなり、棒状部材の中央部を幅広のＵ字状に折り曲げて、弁体２６の上方に位置する、弁座２２と平行な頂部３３ａと、その両側の上り部３３ｂとを形成し、さらに両端部を弁座２２と平行になるように折り曲げて、足部３３ｃを形成している。両端の足部３３ｃが弁座２２に、例えば溶接により固着されている。２つのガイドバー３３の頂部３３ａには、頂壁部材４６が固着されている。頂壁部材４６は、図２に示すように、平面視でほぼ長方形で、長手方向の両端部４６ａ，４６ａが弁座２２に向かってほぼ９０°に折り曲げられている。頂壁部材４６の長手方向中央部には、両端部４６ａ，４６ａの折り曲げ方向と反対方向に凹入した、図３に示す円形のばねキャップ３０が一体形成されている。頂部３３ａの中央部分は、ばねキャップ３０の外周形状に沿って湾曲しており、両ガイドバー３３の頂部３３ａの湾曲部分の間にばねキャップ３０が嵌め込まれた状態で、頂壁部材４６がガイドバー３３，３３に固着されている。図４に示すように、互いに平行に延びた上り部３３ｂ，３３ｂ間に第１ガイド溝４０が形成されている。

第２ガイド体３４も鋼製の棒状部材からなり、図２に示すように、棒状部材の中央部をＵ字状に曲げて湾曲した頂部３４ａと、その両側の立上り部３４ｂ，３４ｂとを形成し、両立上り部３４ｂ，３４ｂ間に第２ガイド溝４２を形成している。棒状部材の両端部は弁座２２と平行となるように折り曲げられて足部３４ｃ，３４ｃとなっており、足部３４ｃが弁座２２に、例えば溶接により固着されている。図３の相対向する一対の突片３６が第１ガイド溝４０に挿入され、相対向する他の一対の突片３６が第２ガイド溝４２に挿入されて、弁体２６の開閉動作方向に案内され、弁体２６の周方向の変位、つまり回動が規制される。このように、突片３６は被ガイド片として作用する。また、第２ガイド体３４の頂部３４ａはストッパ部として作用し、突片３６がこのストッパ部３４ａに当接することで、弁体２６の全開位置が規制される。

図５に示すように、ばね体２８は、一端部２８ａがばねキャップ３０の内側の凹所４８に嵌合され、他端部２８ｂが弁体平坦部２６ａの弁体凹所２７に嵌合され、その中心軸線Ｃ２が弁口２４の中心軸線Ｃ１とほぼ一致するように配置されている。これにより、ばね体２８による付勢力が弁口２４の中心軸線Ｃ１に沿って作用するから、弁体２６が弁口２４に対して同芯となるように押圧される結果、弁体２６の姿勢が安定する。

つぎに、排気通路制御弁２０の作用について説明する。エンジンからの排気ガスＧ、図１に示す排気通路１５を経て入口部１６を通って、エンジンからの排気ガスＧが第一消音室２に流入する。エンジンの低回転時は排気ガスＧの圧力が低いので、排気制御弁２０が閉弁しており、排気ガスＧは、第一消音室２で膨張したのちに第一連通管８を通って第二消音室４に流入する。さらに、第二消音室４で膨張したのちに第二連通管１０を通って第三消音室６に流入し、第三消音室６での膨張を経て出口部１８から外部へ排出される。

エンジンの回転数が上昇し、弁体２６の弁体平坦部２６ａに作用する上向きの排気ガスＧの圧力が、図２に示すばね体２８の復元力よりも大きくなると、図６に示すように、排気ガスＧの圧力で弁体２６が持ち上げられ、第一消音室２と第三消音室６とが連通し、第一消音室２内の排気ガスＧが、第二消音室４（図１）を経ずに、排気制御弁２０を通って第三消音室６に流入する。さらに、排気通路内の排気ガスＧの圧力が、ばね体２８の復元力よりも小さくなると、ばね体２８の復元力により弁体２６が弁口２４を塞いで、図１のように、排気ガスＧは第一消音室２、第二消音室４、第三消音室６の順に流れて出口部１８から外部へ排出される。

上記構成において、図３に示す圧縮コイル形のばね体２８により、弁口２４の中心軸線Ｃ１、すなわち弁口２４の開閉方向にばね力を付加しているので、弁体２６全体に均一にばねの付勢力が作用し、図６のような片開きが防がれて理想的な弁の開放状態が得られる。これにより、弁体２６の外周部全体と弁座２２との間の隙間に通路が形成されるので、そこから排気ガスＧが円滑に排出される。また、理想的な弁の開放状態が得られる結果、弁体２６の振れによる作動音の発生が防止される。

さらに、弁体２６および弁口２４は円形であり、ばね体２８の中心軸線Ｃ２が弁口２４の中心軸線Ｃ１と一致するように配置されているので、ばね体２８による付勢力が弁口２４の中心軸線Ｃ１に沿って作用するから、弁体２６が弁口２４に対して同芯となるように押圧される結果、弁体２６の姿勢が安定する。

また、弁座２２に、開閉移動する弁体２６の外周部をガイドして径方向への移動を規制する図３の４つのガイド体３２，３４が設けられているので、弁体２６の傾きが効果的に防止され、その結果、弁体２６の片開きに起因する作動音の発生が防止される。さらに、ガイド体３２，３４が周方向に等間隔、具体的には９０°間隔で設けられているので、一層効果的に傾きを防止できる。

さらに、図５に示すばね体２８の軸線方向の一端部２８ａが、中央ガイド体３２に一体形成されたキャップ３０の内側に支持されているので、中央ガイド体３２によりばね体２８の支持部材が兼用され、部品点数の増加を抑えることができる。

また、弁体平坦部２６ａに、ばね体２８の他端部２８ｂが支持されているので、弁体平坦部２６ａで大きな排気ガスＧの圧力を受けることにより、この圧力の変化に対する弁体２６の開閉動作の追従性が向上するとともに、ばね体２８の他端部２８ｂを安定して支持できる。

さらに、弁体２６と、ガイド体３２に設けられたばねキャップ３０との間に、ばね体２８が配置されており、ばね体２８の復元力によって、弁体２６とばねキャップ３０との間にばね体２８が装着されるので、別途固定手段を省略できる。

また、弁体２６およびばねキャップ３０に、ばね体２８の両端部２８ａ，２８ｂが嵌合する円形の凹所２７，４８がそれぞれ形成されているから、ばね体２８の径方向の位置ずれが防止されることで、弁体２６の片開きが効果的に防止される。

さらに、図３に示す各ガイド体３２，３４のガイド溝４０（図４），４２（図２）に沿って、弁体２６の突片３６が移動するので、弁体２６の周方向への角変位を防止できる。

また、突片３６が、図２の第２ガイド体３４のストッパ部３４ａに当接することで、弁体２６の全開位置が規制されるので、ばね体２８の過圧縮を防止することができる。

さらに、図５の弁座２２における弁口２４の周縁部に、弁体傾斜部２６ｂに平行な弁座傾斜部２２ｂが形成されているから、弁体傾斜部２６ｂと弁座傾斜部２２ｂとの間に傾斜した排気ガス通路１５ａが形成される。したがって、第一消音室２内の排気ガスＧが弁口２４から排気ガス通路１５ａに入る際に、９０°よりも小さい偏向角で偏向されるだけで済むから、排気ガスＧが傾斜した排気ガス通路１５ａを通って円滑に第三消音室６内に排出される。

また、図１に示すように、排気通路制御弁２０の開閉方向は、閉弁状態で排気ガスＧが流れる方向、つまり、第一隔壁１２の壁面と平行な方向に対して、ほぼ直交する方向となっているので、排気ガス流量が急激に変化しても、排気ガスＧが勢いよく図２の弁体平坦面２６ａに衝突するのが避けられ、不所望な排気通路制御弁２０の開閉を防ぐことができる。さらに、弁体傾斜部２６ｂが弁体２６の全周にわたって形成され、弁口２４よりも十分大きな直径を有しているので、図６に示すように、排気ガスＧが弁口２４から放射状に周方向にわたって均一に流れることになり、片開きを一層確実に防ぐことができる。また、図５の突片３６が、弁体平坦面２６ａおよび弁座２２から開弁方向ＯＰに偏位した位置に配置されているので、仮に、弁体２６が若干傾斜したとしても、突片３６が弁座２２に衝突することがなく、衝突音が発生しない。

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、ばねキャップ３０を第１ガイド体４２方向へ延設して、ばねキャップ３０と第１ガイド体４２とを固着して一体化させることができる。これにより、ばねキャップ３０およびガイド体３２の強度を向上させることができる。

また、本実施形態では、３つの消音室２，４，６が設けられているが、３つ以上であってもよい。また、排気通路制御弁２２は、閉弁時に比べて開弁時の流路抵抗が小さくなるように設定される位置に設けられればよく、例えば、第一消音室２と第三消音室６とを連通する第一連通管８を開閉するように設けてもよい。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１５ａ 排気通路
２０ 排気通路制御弁
２２ 弁座
２２ｂ 弁座傾斜部
２４ 弁口
２６ 弁体
２６ａ 弁体平坦部
２６ｂ 弁体傾斜部
２７ 弁体凹所
２８ ばね体
３０ ばねキャップ
３２ ガイド体
３４ａ ストッパ部
３５ 緩衝材
３６ 被ガイド片（突片）
４０，４２ ガイド溝
４８ 凹所
Ｃ１ 弁口の中心軸線
Ｃ２ ばね体の中心軸線
Ｇ 排気ガス

Claims (10)

1. エンジンの排気ガスが通過する弁口を有する弁座と、前記弁口を開閉する弁体と、前記弁体に前記弁口を閉じる方向にばね力を付加する圧縮コイル形のばね体とを備え、
   前記弁体は、少なくとも前記弁口の内径側に対向する部位から外径側に対向する部位に至る部分に、径方向外方に進むにつれて開弁方向に偏位する弁体傾斜部が形成されている排気通路制御弁。
2. 請求項1において、前記弁体および弁口は円形であり、前記ばね体の中心軸線が前記弁口の中心軸線と一致するように配置されている排気通路制御弁。
3. 請求項１または２において、前記弁座に、開閉移動する前記弁体の外周部をガイドして径方向への移動を規制する３つ以上のガイド体が設けられ、隣接するガイド体の周方向間隔が１８０°未満である排気通路制御弁。
4. 請求項３において、前記ばね体の軸線方向の一端部が、前記ガイド体に支持されている排気通路制御弁。
5. 請求項４において、前記弁体は円形の板材からなり、かつ、中心部に弁体の開閉移動方向に直交する平坦部を有し、前記ばね体の他端部が前記平坦部に支持されている排気通路制御弁。
6. 請求項５において、前記弁体と前記ガイド体に設けられたばねキャップとの間に、前記ばね体が配置されている排気通路制御弁。
7. 請求項６において、前記ばねキャップおよび弁体には、前記ばね体が嵌合する円形の凹所が形成されている排気通路制御弁。
8. 請求項３から７のいずれか一項において、前記ガイド体は前記弁体の開閉移動方向に延びるガイド溝を有し、前記弁体の外周部に径方向外方へ突出して前記ガイド溝に挿入される被ガイド片が設けられている排気通路制御弁。
9. 請求項８において、少なくとも前記ガイド体に、前記被ガイド片に当接して前記弁体の全開位置を規制するストッパ部が形成されている排気通路制御弁。
10. 請求項１から９のいずれか一項において、前記弁座における弁口の周縁部に、前記弁体傾斜部に平行な弁座傾斜部が形成されている排気通路制御弁。

Images