JP2016502024A - 弾性スプリングパッドを有する排気弁 - Google Patents

Abstract

管状の排気導管の内側に配置される排気圧作動弁アッセンブリは、開放位置および閉止位置の間で回転可能な弁板を有する。弁棒は、その長手軸まわりに弁板を排気導管に枢動可能に連結されるように構成される。弁棒の長手軸は、導管を通る排気の方向に対して実質的に直交する方向に延び出すように構成される。片持ちスプリングパッドは、弁板に連結された第１の部位と、弁板から離間して設けられた第２の部位とを有する。第２の部位は、振動を減衰させるために弁板が閉止位置に向けて移動するにつれて、導管の内面に接するように方向づけられている。

Description

本願開示は、振動減衰スプリングパッドが取り付けられた回転可能な弁板を含む排気装置用の排気弁に関する。

本欄は必ずしも従来技術とはいえない本願開示に関連する背景技術情報を提供するものである。

自動車分野の多くの排気装置は、エンジン速度の増大化のために排気圧力が増加するにつれて導管を流れる排気流の特性が変わってきているためにアクティブ弁アッセンブリおよびパッシブ弁アッセンブリの両方を用いることがこれまでに試みられてきている。アクティブ弁は、電動機またはソレノイドのような特定の作動エレメントが必要になることからコストの増加を招く。パッシブ弁は、弁と結合されている導管内の排気流の圧力を利用する。

弁をアクティブまたはパッシブのいずれのタイプとするかは、弁板のような閉止エレメントを開放位置から全閉位置に切り替え、弁板の一部が導管の内面に接触するときに、加速された摩耗、振動騒音、あるいはカタカタと音が鳴る機械音の諸問題から影響を受けやすい。電動機は、弁板が導管に接近するにつれて弁板の移動の変化率が減少するように制御することができる。この制御レベルは、スプリングにより閉止位置のほうに負荷が掛かるパッシブ弁に対しては一般的には利用することができない。

本欄は開示の一般的な要旨を提供するものであり、その全範囲又はその特徴の包括的な開示ではない。

管状排気管の内側に配置される排気圧作動弁アッセンブリは、開放位置および閉止位置の間に回動可能な弁板を含む。弁棒は、弁板が排気管に対して弁棒の長手軸まわりに回動するように弁板に連結されている。弁棒の軸は、排気管を通流する排気流の方向に対して実質的に直交する向きに延び出すように適合している。片持ちスプリングパッドは、前記弁板に連結された第１の部位および前記弁板から離間した第２の部位を有する。第２の部位は、振動を抑えるために、前記弁板が閉止位置に向けて動くにつれて、前記排気導管の内面に接触するように方向づけられている。

管状の排気導管の内側に配置される排気圧作動弁アッセンブリは、前記排気導管を貫通する弁棒と、前記弁棒を固定し、前記排気導管内に配置される弁板とを含むものである。弁板は開放位置および閉止位置の間において回動可能である。スプリングパッドは、前記弁板に固定された第１の部位と、前記第１の部位に固定された一端と前記弁板から離間した対向自由端とをもつ片持ち梁としての形状を成す第２の部位とを含む。スプリングパッドは、前記弁板が前記閉止位置にあるとき、前記排気導管の内面に接するように配置されている。

さらなる適用性の広がりは、ここに提供された記載から明らかになるはずである。このサマリー中の記載および特定の実施例は、図示の目的のためのみに示されたものであり、本願の開示の範囲を何ら限定するものではない。

ここに記載された図は、選択した実施の形態を図示する目的のためのみのものであり、可能性のある実施のすべてではなく、本願開示の範囲を何ら限定するものではない。

本願開示の目的および特徴は、以下の図面と関連して詳細な説明を読むことにより明らかになるはずである。

図１Ａは、本願開示の教示に従う導管を通流する流体を制御するための弁が閉止位置にあるときの状態を示す側断面図である。 図１Ｂは、本願開示の教示に従う導管を通流する流体を制御するための弁が閉止位置にあるときの状態を示す横断面図である。 図２Ａは、図１Ａの弁が１５°開いた位置を示す側断面図である。 図２Ｂは、図１Ｂの弁が１５°開いた位置を示す横断面図である。 図３Ａは、図１Ａの弁が３０°開いた位置を示す側断面図である。 図３Ｂは、図１Ｂの弁が３０°開いた位置を示す横断面図である。 図４Ａは、図１Ａの弁が全開した位置を示す側断面図である。 図４Ｂは、図１Ｂの弁が全開した位置を示す横断面図である。 図５は、本願開示の教示に従う弁板アッセンブリを示す正面図である。 図６は、図５に示した弁板アッセンブリの側面図である。 図７は、変形例の弁板アッセンブリの正面図である。 図８は、図７中に示す線分8-8に沿って切断した弁板アッセンブリの断面図である。 図９は、変形例の弁板アッセンブリのスプリングパッドと弁板を示す分解組立図である。

対応する参照符号は、図中のいくつかの視野に完全に対応する部分を示す。

添付の図面を十分に参照して実施の形態をここに記述説明する。

排気導管102は、スプリングアンカー104、弁スプリング106、外部レバーアーム108、弁板110、弁支持シャフトまたは弁棒112、および弁棒112から突出するスプリングアタッチメント114を含むスナップ・アクション弁100を含むものである。

弁板110は、導管102のアーチ形内面に実質的に倣う第１及び第２のアーチ形エッジ113,115を有する。弁板110は、図１Ａと図１Ｂに示す閉止位置にあるときは、弁板110と導管102の内面との間に間隙120,122を提供するリニア・サイドエッジ116,118をさらに有する。付勢エレメントまたは弁スプリング106は、導管102上のスプリングアンカー104と外部レバーアーム108のスプリングアタッチメント114との間に延び出している。スプリング106は、弁板110を図１Ａに示す閉止位置のほうに付勢している。全閉位置にあるときに、弁板110は、導管102の長手軸に対して垂直に延びだす面に９０°以上の角度をもっている。導管102の横断面垂直面に関する弁板110の角度には、符号Ａを指定する。

運転において、図１Ａ〜図４Ｂに示すように図中の左方から弁板110に排気圧力が入射する。排気圧力がスプリング106の付勢力を十分に上回っている場合に、弁板110は弁棒112まわりに回転しはじめる。弁板110のトルクは、スプリング106の軸と弁棒112との相互間距離ｄにスプリング106の付勢力を掛け算することにより決められる。ばね力は、弁フラップが開くにつれて増加し、またスプリング106が引き伸ばされるにつれて増加する。しかし、スプリング106の長手軸が「オーバーセンター」位置に近づくにつれてトルクがゼロに近づく結果、弁が開き続けるにつれて相互間距離ｄが短くなる。このスプリング106のオーバーセンター位置あたりが、結果として図４Ａおよび図４Ｂに示すように全開位置にあるときの弁板110の実質的な水平位置となる。この位置において、順に、弁が全開位置にあるときに導管内の背圧が最小になる。弁板110が回転することで、スプリング106がオーバーセンター状態に近づき、また、全開位置にある弁板110のメインテナンスをより容易にする結果にもなる。

図５と図６に示すように、弁板110は、第１の面160、第２の面162、および弁棒112を受けるための弁板内の湾入（くぼみ）164を含む。弁板110および弁棒112は、参照することによりここに包含される同一出願人による米国特許第7,434,570号に開示されたスナップ・アクション弁の部品に実質的に類似している。弁板110の改良点は、第１の面156および対向する第２の面158を有する片持ちスプリングパッド152を追加したことである。スプリングパッド152は、316ステンレス鋼、430ステンレス鋼、またはインコネルのような材料でつくられた弾性振動吸収編み金属メッシュを有することが好ましい。

さらに、弁の全閉位置と全開位置との両方において、導管それ自体が弁フラップ用の停止機構を提供することを銘記すべきである。弁の全閉位置においては、スプリングパッド152および弁板110のアーチ形エッジ115がその位置を規定するために導管102の内面に接触する。これに対して、弁の全開位置においては、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、弁板110は導管102の内面に接するように、その側部リニアエッジ（図１Ｂの116と118）を利用し、それにより弁板110の全開位置のための停止位置が提供される。

スプリングパッド152は、圧縮領域154a,154bのエリア内に弁板110のためのスプリングパッド152のスポット溶接により強化促進されて増加した密度をもつ圧縮領域154a,154bを含んでいる。圧縮領域154a,154bは、図示のように、円周辺をもつ実質的に平坦な上面155a,155bを含んでいる。圧縮領域154a,154bは、第２の面158から内方に延びだす円筒形状のポケット157a,157bを規定する。

弁棒112は、弁板110の対向エッジから延びだす第１及び第２の部位を含んでいる。弁棒の各部位は、編みステンレス鋼メッシュを有することが好ましいブッシング168a,168bにより周囲を取り囲まれている。

スプリングパッド152は、弁板110に溶接された圧縮領域154a,154bを含む第１の部位180を含んでいる。スプリングパッド152の第１の面156は、第１の部位180において弁板110の第１の面160に接している。また、スプリングパッド152は、弁板110に対して発散角度で延びだす第２の部位または片持ち部182も含んでいる。発散角度は１０度から２５度までの範囲としてよい。スプリングパッド152は、スプリングパッド152の辺縁エッジ186が弁板110のアーチ形エッジ113に実質的に揃うか、または辺縁エッジ186が少し突き出るような形状である。スプリングパッド152は、図１Ａ及び図１Ｂ中に実線で示すように弁板110が全閉位置のほうに揺動するときに、それが設けられている導管の内面に接するようになる。スプリングパッド152は、弁板110が全閉位置まで回転するにつれて弁板110と導管102との間に発生する衝撃を和らげる。ワイヤメッシュ・スプリングパッド152は、弁板110を導管102のほうに移動させるときに付随して生じる振動を防止し、騒音を最小化する。

スプリングパッド152の片持ち部182は長さＬを有する。２インチ前後の内径をもつ導管に配置される典型的なスナップ・アクション弁では、長さＬをほぼ０．５インチとすることができる。３．２５インチ前後の内径をもつ導管に配設される弁では、長さＬをほぼ１．０インチとすることができる。弁板110のほうに片持ち部182を偏向させるのに要する力の大きさが減少するにつれて長さＬが増加し、これによりスプリングパッド152のばね定数が種々変化することが認められた。スプリングパッド152が自由な状態にあるか又は非負荷の状態にあるときに、「Ｇ」で表示されるギャップを３〜６ｍｍの距離範囲に設定することが意図されている。弁板110が全閉位置のほうに移動するにつれて、片持ち部182が導管の内面に接触し、弁板が減速するために弁板110のほうに偏向する。スプリングパッド152は、弁閉止操作中に周囲に放出される騒音を最小化するダンパーとしての役割を果たしうる。

メッシュ密度が実質的に２０％から４０％までの範囲になるようにスプリングパッド152を規定するワイヤメッシュ密度を変えることは本願開示の範囲内でもある。メッシュ密度が減少するにつれて、印加された負荷のために弁板110のほうに片持ち部182を傾けやすくなる。加えて、メッシュ密度が小さくなると、スプリングパッドの厚みが印加された負荷のためにより大きな量を圧縮するからである。弁の減衰特性は、所望のメッシュ密度を選択することで変えることができる。

弁の減衰特性は、スプリングパッド152の構成に用いるメッシュワイヤ径を変えることによって更に最適化することができる。メッシュワイヤ径は０．０６ｍｍから０．１５ｍｍまでの範囲とすることが意図されている。また、スプリングパッド152の厚みも所望の減衰特性を提供するために最適化することができる。スプリングパッド152の有効な厚みの範囲は凡そ２．０ｍｍから４．０ｍｍまでの間にあることが意図されている。スプリングパッド152は、負荷の下で圧縮されたワイヤメッシュと同様に、負荷の下で偏向される片持ち部182の使用を通して弁板閉止イベント中に発生する騒音を低減しうる。

図７〜図９に参照符号200で示した変形例の弁アッセンブリを示す。弁200は、上記の弁100と実質的に類似するものである。類似エレメントは番号を100番ずつ増やした参照符号を参照すること。図９に示した最良のものとして、弁板210は、スプリングパッド252のリブまたはリップ213を受けるサイズと形状に形成された扇形部211を含む。リブ213は、スプリングパッド252の辺縁エッジに沿って延び出している。片持ち部282がそのような程度偏向する場合、扇形部211はリブ213から離れたままである。リブ213は、弁板210に向けて偏向している片持ち部282に関連したばね定数を増加させる。また、リブ213は、いくつかの弁の開閉サイクル後と同様に、輸送中および取り扱い中にスプリングパッドの所望形状が保たれるように、スプリングパッド252の構造剛性を増加させるものである。

両スプリングパッド152，252は、弁板が全閉位置にあるときの自由な状態と負荷が掛かった状態の両方において、片持ち部182,282と弁板110,210との間にそれぞれギャップを有するように構成されている。弁板が全閉位置から開放位置まで動くときに、片持ち部182,282は自由かつ非負荷の状態において最初の位置にばね弾性的に戻る。同様に、スプリングパッドは、弁板が閉止位置にあるときに、一時期だけ圧縮されて減少した厚みになる。スプリングパッドは、一旦導管の内面への係合にもはやロードされなくなると、最初の厚みに弾性的に戻る。それゆえに、スプリングパッドの減衰機能は、弁の寿命期間中を通してもなお各弁板を閉じるのに役立ちうる。

上述したことは図および実施例の目的のために提供されたものである。それは本願発明を余すところなく網羅的に説明するものではなく、または限定することを意図するものでもない。特定の実施の形態の個々の要素または特徴は、その特定の実施の形態を一般に限定するものではないが、適用可能な、置換可能であり、たとえ特に図示されなく又は記載されていないものであっても、選択された実施の形態に用いることができる。また、同じものを種々に変形してもよい。そのような変形は本願発明から逸脱するものとしてはみなされず、むしろそのような変形例は本願発明の範囲内に含まれるべきものであると意図されている。

100,200…スナップ・アクション弁、102…排気導管、104…スプリングアンカー、106…スプリング、108…外部レバーアーム、110,210…弁板、112,212…弁棒、113,115…アーチ形エッジ、114…スプリングアタッチメント、116,118…リニア・サイドエッジ、120,122…間隙、
152,252…スプリングパッド、154a,154b,254a,254b…圧縮領域、156,256…スプリングパッドの第１の面、158,258…スプリングパッドの第２の面、160,260…弁板の第１の面、162,262…弁板の第２の面、168a,168b,268a,268b…ブッシング、180,280…第１の部位、182,282…第２の部位（片持ち部）、211…扇形部、213…リブ。

Claims (18)

1. 管状の排気導管の内側に配置される排気圧作動弁アッセンブリであって、
   開放位置および閉止位置の間で回転可能な弁板と、
   その長手軸まわりに前記弁板を前記排気導管に枢動可能に連結し、該長手軸が前記排気導管を通る排気の方向に対して実質的に直交する方向に延び出すように構成された弁棒と、
   前記弁板に連結された第１の部位と、前記弁板から離間して設けられ、振動を減衰させるために前記弁板が前記閉止位置に向けて移動するにつれて、前記排気導管の内面に接するように方向づけられた第２の部位とを有する片持ちスプリングパッドと、
   を具備することを特徴とする排気圧作動弁アッセンブリ。
2. 前記スプリングパッドが編み金属メッシュを有することを特徴とする請求項１記載の弁アッセンブリ。
3. 前記編み金属メッシュがインコネルを有することを特徴とする請求項２記載の弁アッセンブリ。
4. 前記弁棒の前記第１の部位および前記第２の部位の周囲にそれぞれ第１の振動吸収ブッシュおよび第２の振動吸収ブッシュをさらに有することを特徴とする請求項１記載の弁アッセンブリ。
5. 前記編み金属メッシュがステンレス鋼を有することを特徴とする請求項２記載の弁アッセンブリ。
6. 前記スプリングパッドの前記第１の部位は、前記弁板に溶接された圧縮領域を含むことを特徴とする請求項１記載の弁アッセンブリ。
7. 前記圧縮部位は、実質的に円形状の上面を含むことを特徴とする請求項６記載の弁アッセンブリ。
8. 前記スプリングパッドは、第２の部位の周縁から延びだすリブを含むことを特徴とする請求項１記載の弁アッセンブリ。
9. 前記リブがアーチ形状であることを特徴とする請求項８記載の弁アッセンブリ。
10. 前記スプリングパッドは、２０〜４０％の範囲のメッシュ密度をもつ編み金属メッシュを含むことを特徴とする請求項１記載の弁アッセンブリ。
11. 管状の排気導管の内側に配置される排気圧作動弁アッセンブリであって、
    前記導管を通って延びだす弁棒と、
    前記弁棒に固定され、前記導管内に配置され、開放位置と閉止位置との間で回転可能な弁板と、
    前記弁板に固定された第１の部位、および前記第１の部位に固定された一方端と前記弁板から離間された対向自由端とを有する片持ち梁として形成されるように前記弁板から離間して設けられた第２の部位を含むスプリングパッドと、
    を具備し、
    前記スプリングパッドは、前記弁板が閉止位置にあるときに、前記導管の内面に接して配置されていることを特徴とする排気圧作動弁アッセンブリ。
12. 前記スプリングパッドは、前記第２の部位の周縁に沿って延びだすリップを含むことを特徴とする請求項１１記載の弁アッセンブリ。
13. 前記リップは、前記弁板が閉止位置にあるときに、前記弁板から離れたままで前記弁板に重なっていることを特徴とする請求項１２記載の弁アッセンブリ。
14. 前記自由端は、前記弁板が前記閉止位置に達する前に前記導管内面に接することを特徴とする請求項１１記載の弁アッセンブリ。
15. 前記第２の部位の自由端は、前記弁板が閉止位置にあるときに前記弁板から離れたままであることを特徴とする請求項１４記載の弁アッセンブリ。
16. 前記第２の部位の前記自由端は、前記弁板から３．０ｍｍおよび６．０ｍｍの間の距離範囲に離間していることを特徴とする請求項１１記載の弁アッセンブリ。
17. 前記弁板は、前記弁板が開放位置にあるときに前記導管の内面に接する平行リニアエッジを含むことを特徴とする請求項１１記載の弁アッセンブリ。
18. 前記第１の部位は前記弁板に接する実質的に平坦な面を含み、前記第２の部位は前記弁板から10度および25度の間の角度範囲に発散する実質的に平坦な面を含むことを特徴とする請求項１１記載の弁アッセンブリ。

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