JP2016125473A - 排気流路用弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数の少ない排気流路用弁装置を提供する。
【解決手段】排気流路用弁装置は、仕切板と、下流管と、弁体と、ケースと、付勢部材と、を備える。仕切板は、排ガスが流れる排気流路を上流側と下流側とに区画し、上流側と下流側とを連通する連通部を形成する。下流管は、連通部から流入した排ガスが案内される下流流路を形成する。弁体は、下流流路へ流れる排ガスの流量を調整する。ケースは、連通部を覆うように仕切板に固定され、下流流路と連通しかつ弁体を収容する収容空間を形成する。付勢部材は、下流流路へ流れる排ガスの流量が最小になる方向へ弁体を付勢する。具体的には、ケースには、収容空間へ排ガスを流入させる流入孔が形成される。弁体は、収容空間の内側から流入孔を閉塞又は開放する。
【選択図】図２

Description

本発明は、排気流路用弁装置に関する。

内燃機関の排気系において、排気流路を開閉することにより流路形態を切り替える排気流路用弁装置が知られている。例えば特許文献１には、内燃機関用マフラの内部でテールパイプに連通する連通流路（アウトレットパイプの上流端に形成された流路）を開閉する排気流路用弁装置が開示されている。具体的には、この排気流路用弁装置では、テールパイプに連通する連通流路の流入部にケース（バルブハウジング）が設けられ、ケースには排ガスの流入孔が形成されている。ケースの内部には、流入孔を閉塞又は開放する弁体が設けられ、弁体は、流入孔を閉塞する方向へ付勢部材により付勢されている。このため、上流側の排ガスの圧力が低い状態では、流入孔が弁体により閉塞された閉弁状態となり、排気音が低減される。特に、この構成では、テールパイプに連通する連通流路が閉塞されるため、低周波成分を低減する効果が高い。一方、上流側の排ガスの圧力が高くなると、弁体が排ガスの圧力で動かされ、流入孔が開放された開弁状態となり、圧力損失が低減される。

特許第４１５６７８５号公報

ところで、前述したテールパイプに連通する連通流路を開閉する排気流路用弁装置は、ケースの内部に弁体を収容する構成であるため、部品点数が多くなってしまうという問題があった。

本発明は、部品点数の少ない排気流路用弁装置を提供することを目的としている。

本発明の一側面は、排気流路用弁装置であって、仕切板と、下流管と、弁体と、ケースと、付勢部材と、を備える。仕切板は、排ガスが流れる排気流路を上流側と下流側とに区画し、上流側と下流側とを連通する連通部を形成する。下流管は、連通部から流入した排ガスが案内される下流流路を形成する。弁体は、下流流路へ流れる排ガスの流量を調整する。ケースは、連通部を覆うように仕切板に固定され、下流流路と連通しかつ弁体を収容する収容空間を形成する。付勢部材は、下流流路へ流れる排ガスの流量が最小になる方向へ弁体を付勢する。具体的には、ケースには、収容空間へ排ガスを流入させる流入孔が形成される。弁体は、収容空間の内側から流入孔を閉塞又は開放する。

このような構成によれば、仕切板に形成された連通部を覆うように仕切板に固定されたケースが、下流流路と連通しかつ弁体を収容する収容空間を形成する。そして、弁体は、このように形成された収容空間の内側から流入孔を閉塞する。つまり、ケースが弁体を収容するとともに弁体により閉塞される部材（いわゆるステー）として機能するため、排気流路用弁装置を構成するための部品点数を少なくすることが可能となる。

上記構成において、ケースは、前記仕切板との間に収容空間を形成してもよい。このような構成によれば、排気流路を区画するための仕切板が、ケースとともに弁体の収容空間を形成する壁として機能するため、ケースを構成するための部品点数を少なくすることができる。

上記構成において、ケースは、連通部を上流側から覆うように仕切板に固定され、仕切板には、流入孔を開放する方向に弁体が移動するための空間を確保する凹部が形成されていてもよい。このような構成によれば、凹部が仕切板の一部として形成されているため、弁体が移動するための空間を確保するための別部品を新たに設ける必要がない。したがって、より少ない部品点数で排気流路用弁装置を構成することが可能となる。

上記構成において、ケースには、流入孔が弁体により閉塞されている状態において、収容空間へ排ガスを流入させるバイパス孔が形成されていてもよい。このような構成によれば、例えば、仕切板に別途形成された貫通孔と弁体よりも下流側の流路とを連通するバイパス流路をパイプで形成する場合と比較して、より少ない部品点数で排気流路用弁装置を構成することが可能となる。

実施形態のマフラの断面図である。 実施形態の排気流路用弁装置の斜視図である。 実施形態の排気流路用弁装置の構成要素を示す分解図である。 実施形態の排気流路用弁装置の断面図である。 比較例のマフラの断面図である。 比較例の排気流路用弁装置の構成要素を示す分解図である。 変形例の排気流路用弁装置の斜視図である。

以下、本発明の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．構成］
図１に示すマフラ１００は、車両に搭載された内燃機関（図示せず）から排出される排ガスの排気流路の一部を構成するものであり、筒状のシェル部材１１の両端開口部が前端板１２と後端板１３とにより閉塞された筐体１４を備える。筐体１４の内部は、仕切板１０１により上流室１４ａ及び下流室１４ｂに区画されている。上流室１４ａは、前端板１２と仕切板１０１との間に形成され、下流室１４ｂは、後端板１３と仕切板１０１との間に形成される。

また、マフラ１００は、内燃機関からの排ガスが導入されるインレットパイプ１５を備える。インレットパイプ１５は、前端板１２に形成された貫通孔１２ａ及び仕切板１０１に形成された貫通孔１０１ａに挿通されている。つまり、インレットパイプ１５の下流側端部は、下流室１４ｂに開口する。ただし、上流室１４ａにおけるインレットパイプ１５の外周面には、インレットパイプ１５の内部空間と上流室１４ａとを連通する複数の貫通孔１５ａが形成されている。

また、マフラ１００は、図示しないテールパイプに接続されて排ガスを排出するアウトレットパイプ１６を備える。アウトレットパイプ１６は、後端板１３に形成された貫通孔１３ａに挿通され、仕切板１０１に形成された貫通孔１０１ｂに接続されている。つまり、アウトレットパイプ１６の上流側端部は、上流室１４ａに開口し、アウトレットパイプ１６は、上流室１４ａから流入した排ガスが案内される下流流路を形成する。ただし、上流室１４ａには、アウトレットパイプ１６により形成される下流流路を開閉するための排気流路用弁装置（以下、単に「弁装置」という。）１０が取り付けられている。なお、本実施形態では、仕切板１０１は、弁装置１０の構成要素である。

図２、図３及び図４に示すように、弁装置１０は、仕切板１０１と、ケース１０２と、弁体１０３と、弁体メッシュ１０４と、シャフト１０５と、スプリング１０６と、シャフトメッシュ１０７と、を備える。なお、図４では、弁体１０３を断面図ではなく側面図で示している。

仕切板１０１は、前述したように、筐体１４の内部において、排ガスが流れる排気流路を上流側（上流室１４ａ）と下流側（下流室１４ｂ）とに区画する。また、仕切板１０１には、前述したように、インレットパイプ１５が貫通する貫通孔１０１ａと、アウトレットパイプ１６の上流側端部が接続される貫通孔１０１ｂと、が形成されている。貫通孔１０１ｂは、上流室１４ａとアウトレットパイプ１６とを連通する連通部として機能する。仕切板１０１における貫通孔１０１ｂを形成する部分は、アウトレットパイプ１６の中心軸方向に沿って下流側へ突出しており、上流側から見てくぼんだ凹部１０１ｃが形成されている。凹部１０１ｃは、上流側へ広くなるように形成されている。

ケース１０２は、概略円筒状の側面を有し、貫通孔１０１ｂを上流側から覆うように仕切板１０１に固定される。仕切板１０１とケース１０２との間には、下流流路と連通しかつ弁体１０３を収容する収容空間１０２ａが形成される。ケース１０２の上流側端面には、収容空間１０２ａへ排ガスを流入させる流入孔１０２ｂが形成されている。ケース１０２における流入孔１０２ｂを形成する部分は上流側へ突出しており、上流側へ徐々に径が小さくなる弁座部１０２ｃが形成されている。また、ケース１０２の側面には、互いに平行な一対の平面１０２ｆが形成され、平面１０２ｆには、シャフト１０５を挿入するためのシャフト孔１０２ｄが形成されている。また、ケース１０２には、流入孔１０２ｂが弁体１０３により閉塞されている状態においても、上流室１４ａから収容空間１０２ａへ排ガスを流入させるバイパス孔１０２ｅが形成されている。

弁体１０３は、収容空間１０２ａに収容され、収容空間１０２ａにおいてケース１０２によりシャフト１０５を介して回転移動可能に支持され、収容空間１０２ａの内側から流入孔１０２ｂを閉塞又は開放し、下流流路へ流れる排ガスの流量を調整する。弁体１０３は、流入孔１０２ｂを閉塞する凸部１０３ａと、シャフト１０５を挿入するためのシャフト孔１０３ｃが形成された軸挿入部１０３ｂと、を備える。凸部１０３ａは、弁体１０３の回転移動に伴い、弁体メッシュ１０４を介して弁座部１０２ｃの下流側の面に当接することにより、流入孔１０２ｂを閉塞する。弁体メッシュ１０４は、金属製（例えばステンレス製）のメッシュ部材（ワイヤメッシュ）がリング状に成形された部材である。仕切板１０１の凹部１０１ｃは、収容空間１０２ａを下流側へ拡張するように機能する。つまり、凹部１０１ｃにより、流入孔１０２ｂを開放する方向に弁体１０３が移動するための空間が確保される。

スプリング（付勢部材）１０６は、シャフト１０５の周囲に（シャフト１０５が挿入された状態で）設けられ、一端がケース１０２に当接し、他端が弁体１０３に当接しており、流入孔１０２ｂを閉塞する方向へ弁体１０３を付勢する。

シャフトメッシュ１０７は、金属製（例えばステンレス製）のメッシュ部材（ワイヤメッシュ）が円筒状に成形された部材である。シャフトメッシュ１０７は、ケース１０２の内面と弁体１０３の外面との間に挟まれるように配置されている。

［２．作用］
次に、弁装置１０の作用について説明する。内燃機関から筐体１４に流入した排ガスは、図１において矢印で示すように、複数の貫通孔１５ａを介して上流室１４ａに導入され、仕切板１０１に取り付けられている弁装置１０を介してアウトレットパイプ１６に流入し、図示しないテールパイプを介して外部に排出される。

内燃機関の回転数が低い状態においては、排ガスの圧力が低い。この状態で上流室１４ａの排ガスの圧力が弁体１０３に及ぼす力は、スプリング１０６による荷重が閉弁時の弁体１０３に及ぼす力よりも小さい。したがって、アウトレットパイプ１６の流入孔１０２ｂが弁体１０３により閉塞される。具体的には、弁体１０３に設けられた凸部１０３ａ及びケース１０２に設けられた弁座部１０２ｃが、弁体メッシュ１０４を介して当接し、流入孔１０２ｂが閉塞される。このため、上流室１４ａの排ガスは、ケース１０２に設けられたバイパス孔１０２ｅを介してアウトレットパイプ１６へ流入し、外部へ排出される。

一方、内燃機関の回転数が上昇して排ガスの圧力が高くなると、上流室１４ａの排ガスの圧力が弁体１０３に及ぼす力は、スプリング１０６による荷重が閉弁時の弁体１０３に及ぼす力よりも大きくなる。この結果、弁体１０３がシャフト１０５を中心に回転移動して流入孔１０２ｂが開放され、上流室１４ａとアウトレットパイプ１６とが流入孔１０２ｂを介して連通される。

［３．効果］
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）本実施形態の弁装置１０では、仕切板１０１に形成された貫通孔１０１ｂを覆うように仕切板１０１に固定されたケース１０２が、下流流路と連通しかつ弁体１０３を収容する収容空間１０２ａを形成する。そして、弁体１０３は、このように形成された収容空間１０２ａの内側から流入孔１０２ｂを閉塞する。つまり、ケース１０２は、弁体１０３を収容するとともに、弁体１０３の弁座部１０２ｃを形成する。したがって、本実施形態によれば、弁装置１０を構成するための部品点数を少なくすることが可能となる。

（１ｂ）ケース１０２は、仕切板１０１との間に収容空間１０２ａを形成する。このような構成によれば、排気流路を区画するための仕切板１０１が、ケース１０２とともに弁体１０３の収容空間を形成する壁として機能するため、ケース１０２を構成するための部品点数を少なくすることができる。

（１ｃ）仕切板１０１には、流入孔１０２ｂを開放する方向に弁体１０３が移動するための空間を確保する凹部１０１ｃが形成されている。このような構成によれば、凹部１０１ｃが仕切板１０１の一部として形成されているため、弁体１０３が移動するための空間を確保するための別部品を新たに設ける必要がない。したがって、本実施形態によれば、弁体１０３が移動するための空間を確保するための部品を設ける構成と比較して、少ない部品点数で排気流路用弁装置１０を構成することが可能となる。

（１ｄ）ケース１０２には、流入孔１０２ｂが弁体１０３により閉塞されている状態において、収容空間へ排ガスを流入させるバイパス孔１０２ｅが形成されている。このような構成によれば、例えば、仕切板１０１に別途形成された貫通孔と弁体１０３よりも下流側の流路とを連通するバイパス流路をパイプで形成する場合と比較して、より少ない部品点数で排気流路用弁装置１０を構成することが可能となる。

［４．比較例との対比］
以上のような効果について、図５に示す比較例のマフラ２００と対比しつつ説明する。比較例のマフラ２００は、筐体２４と、複数の貫通孔２５ａが形成されたインレットパイプ２５と、アウトレットパイプ２６と、弁装置２０と、バイパス用パイプ２７と、を備える。筐体２４、インレットパイプ２５、アウトレットパイプ２６及び弁装置２０は、実施形態の筐体１４、インレットパイプ１５、アウトレットパイプ１６及び弁装置１０と同様の機能を有する。

弁装置２０は、図６に示すように、仕切板２０１と、弁体２０３と、弁体メッシュ２０４と、シャフト２０５と、スプリング２０６と、シャフトメッシュ２０７と、バルブケース２０８と、前端板２０９と、ステー２１０と、を備える。仕切板２０１、弁体２０３、弁体メッシュ２０４、シャフト２０５、スプリング２０６及びシャフトメッシュ２０７は、実施形態の仕切板１０１、弁体１０３、弁体メッシュ１０４、シャフト１０５、スプリング１０６及びシャフトメッシュ１０７と同様の機能を有する。つまり、比較例の弁装置２０は、ケース１０２の代わりにバルブケース２０８、前端板２０９及びステー２１０を備える点で、実施形態の弁装置１０と相違する。

バルブケース２０８は、下流側へ狭くなる概略筒状の部材であり、貫通孔２０１ｂを上流側から覆うように仕切板２０１に固定される。
前端板２０９は、バルブケース２０８の上流側開口を塞ぐようにバルブケース２０８に固定され、バルブケース２０８とともに、弁体２０３及びステー２１０を収容する収容空間２０８ａを形成する。前端板２０９には、収容空間２０８ａへ排ガスを流入させる流入孔２０９ａが形成されている。

ステー２１０は、前端板２０９に固定される。ステー２１０には、前端板２０９の流入孔２０９ａと連通する連通孔２１０ａが形成されている。ステー２１０における連通孔２１０ａを形成する部分は上流側へ突出しており、上流側へ徐々に径が小さくなる弁座部２１０ｂが形成されている。また、ステー２１０には、互いに平行な一対の平面２１０ｃが形成され、平面２１０ｃには、シャフト２０５を挿入するためのシャフト孔２１０ｄが形成されている。つまり、比較例の弁装置２０では、弁体２０３はステー２１０によりシャフト２０５を介して回転移動可能に支持される。そして、弁体２０３の凸部２０３ａは、弁体２０３の回転移動に伴い、弁体メッシュ２０４を介して弁座部２１０ｂの下流側の面に当接することにより、連通孔２１０ａ（ひいては流入孔２０９ａ）を閉塞する。なお、比較例の弁装置２０では、連通孔２１０ａを開放する方向に弁体２０３を移動させるための空間が、バルブケース２０８により確保される。

比較例のマフラ２００において筐体２４の内部は、仕切板２０１により上流室２４ａ及び下流室２４ｂに区画されている。また、仕切板２０１には、インレットパイプ２５が貫通する貫通孔２０１ａ及びアウトレットパイプ２６の上流側端部が接続される貫通孔２０１ｂに加え、バイパス用パイプ２７が貫通する貫通孔２０１ｃが形成されている。バイパス用パイプ２７は、上流側端部が仕切板２０１の貫通孔２０１ｃに挿通され、上流室２４ａに開口する。バイパス用パイプ２７の下流側端部は、アウトレットパイプ２６に連通接続されている。バイパス用パイプ２７は、前端板２０９の流入孔２０９ａが弁体２０３によって閉塞された状態にて、上流室２４ａとアウトレットパイプ２６とを連通する連通流路として機能する。

このように、比較例の弁装置２０は、仕切板２０１と、弁体２０３と、弁体メッシュ２０４と、シャフト２０５と、スプリング２０６と、シャフトメッシュ２０７と、バルブケース２０８と、前端板２０９と、ステー２１０と、を備える。これに対し、実施形態の弁装置１０では、ケース１０２が、前端板２０９及びステー２１０の機能を有し、仕切板１０１が、バルブケース２０８の機能を有する。したがって、実施形態の弁装置１０によれば、部品点数を少なくすることが可能となる。加えて、弁装置１０では、バイパス孔１０２ｅが、バイパス用パイプ２７として機能する。したがって、実施形態のマフラ１００によれば、バイパス用パイプ２７を不要とすることで部品点数を低減することができる。

［５．他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（２ａ）上記実施形態では、ケース１０２が、比較例の弁装置２０の前端板２０９及びステー２１０の機能を有し、仕切板１０１が、比較例の弁装置２０のバルブケース２０８の機能を有する構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、比較例の弁装置２０と同様、ケース１０２に代えてバルブケース２０８及び前端板２０９を有し、バルブケース２０８及び前端板２０９のうち少なくとも一方にステー２１０の機能を持たせてもよい。つまり、仕切板に凹部を形成しない構成としてもよい。

（２ｂ）上記実施形態では、マフラ１００の内部においてアウトレットパイプ１６の上流側端部の流入孔１０２ｂを開閉する弁装置１０を例示したが、弁装置１０の取付位置はこれに限定されるものではない。

（２ｃ）上記実施形態では、シャフト１０５を介して、弁体１０３がケース１０２によりシャフト１０５を介して回転移動可能に支持された構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、弁体がケースに直接回転移動可能に支持された構成としてもよい。

（２ｄ）上記実施形態では、円形状のバイパス孔１０２ｅが、ケース１０２の側面に形成されている構成を例示したが、バイパス孔１０２ｅの数、位置及び形状についてはこれに限定されるものではない。例えば、ケース１０２の正面にバイパス孔１０２ｅが形成されてもよい。また例えば、図７に示す変形例の排気流路用弁装置３０のように、円状のバイパス孔１０２ｅに代えて、四角状のバイパス孔３０２ｅが形成されてもよい。

（２ｅ）上記実施形態では、流入孔１０２ｂが上流室１４ａに直接開口している構成を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、上流室１４ａ内の排ガスを流入孔１０２ｂへ導く上流管が、流入孔１０２ｂを上流側から覆うように設けられていてもよい。

（２ｆ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、同様の機能を有する公知の構成に置き換えてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、課題を解決できる限りにおいて省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。

１０，２０，３０…排気流路用弁装置、１１…シェル部材、１２，２０９…前端板、１２ａ…貫通孔、１３…後端板、１３ａ…貫通孔、１４，２４…筐体、１４ａ，２４ａ…上流室、１４ｂ，２４ｂ…下流室、１５，２５…インレットパイプ、１５ａ，２５ａ…貫通孔、１６，２６…アウトレットパイプ、２７…バイパス用パイプ、１００，２００…マフラ、１０１，２０１…仕切板、１０１ａ，１０１ｂ，２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ…貫通孔、１０１ｃ…凹部、１０２…ケース、１０２ａ…収容空間、１０２ｂ…流入孔、１０２ｃ…弁座部、１０２ｄ…シャフト孔、１０２ｅ，３０２ｅ…バイパス孔、１０２ｆ…平面、１０３，２０３…弁体、１０３ａ，２０３ａ…凸部、１０３ｂ…軸挿入部、１０３ｃ…シャフト孔、１０４，２０４…弁体メッシュ、１０５，２０５…シャフト、１０６，２０６…スプリング、１０７，２０７…シャフトメッシュ、２０８…バルブケース、２０８ａ…収容空間、２０９ａ…流入孔、２１０…ステー、２１０ａ…連通孔、２１０ｂ…弁座部、２１０ｃ…平面、２１０ｄ…シャフト孔。

Claims (4)

1. 排ガスが流れる排気流路を上流側と下流側とに区画し、前記上流側と前記下流側とを連通する連通部が形成された仕切板と、
   前記連通部から流入した排ガスが案内される下流流路を形成する下流管と、
   前記下流流路へ流れる排ガスの流量を調整するための弁体と、
   前記連通部を覆うように前記仕切板に固定され、前記下流流路と連通しかつ前記弁体を収容する収容空間を形成するケースと、
   前記下流流路へ流れる排ガスの流量が最小になる方向へ前記弁体を付勢する付勢部材と、
   を備え、
   前記ケースには、前記収容空間へ排ガスを流入させる流入孔が形成され、
   前記弁体は、前記収容空間の内側から前記流入孔を閉塞又は開放する、排気流路用弁装置。
2. 請求項１に記載の排気流路用弁装置であって、
   前記ケースは、前記仕切板との間に収容空間を形成する、排気流路用弁装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の排気流路用弁装置であって、
   前記ケースは、前記連通部を前記上流側から覆うように前記仕切板に固定され、
   前記仕切板には、前記流入孔を開放する方向に前記弁体が移動するための空間を確保する凹部が形成されている、排気流路用弁装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の排気流路用弁装置であって、
   前記ケースには、前記流入孔が前記弁体により閉塞されている状態において、前記収容空間へ排ガスを流入させるバイパス孔が形成されている、排気流路用弁装置。