JP3730946B2

JP3730946B2 - 消音器用バルブ装置

Info

Publication number: JP3730946B2
Application number: JP2002293508A
Authority: JP
Inventors: 上兼　　正之; 功廣川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Yutaka Giken Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Yutaka Giken Co Ltd
Priority date: 2002-10-07
Filing date: 2002-10-07
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2022-10-07
Also published as: JP2004124905A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として車両用エンジンの排気系に介設する消音器用のバルブ装置に関し、詳しくは、消音器内の排気ガスのバイパス経路を、排気圧が所定圧に上昇したときに開くバルブ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に車両においては、加速走行時や高速走行時の性能を向上させるため、エンジンの高速回転域の出力を十分に確保することが要求される。また、アイドリング時や低速走行時の静粛性を確保するため、排気騒音を低減することが要求される。すなわち、エンジンの高速回転域の出力を十分に確保しつつ、少なくともエンジンの低速回転域では排気騒音を低減することが要求されている。
【０００３】
ここで、エンジン出力および排気騒音は、車両用エンジンの排気系を構成する通路の断面積によって大きく影響されることが知られている。すなわち、通路の断面積を増大すれば、排気抵抗の減少によりエンジン出力を十分に確保することができる反面、排気抵抗の減少によって排気騒音が増大し、反対に通路の断面積を減少すれば、排気抵抗の増大により排気騒音を低減できる反面、排気抵抗の増大によってエンジン出力が低下することが知られている。
【０００４】
そのため、エンジンの排気系に設けられる消音器においては、排気通路にバイパス経路が設けられているものがある。そして、このバイパス経路には、バルブ装置が設けられ、高速回転時にのみバイパス経路を開くように構成されている（例えば特許文献１参照）。
このバルブ装置は、弁孔を有するハウジング（基台）と、ハウジングの弁孔を塞ぐように設けられた板状弁とから主として構成されており、板状弁はその基端部がハウジングに固定されて、消音器内の排気通路の圧力に応じて撓み、弁孔を開くようになっている。
そして、バルブ装置には、板状弁を挟持するように、板状弁の開度を規制するストッパ部材が設けられていた。前記したハウジングには、ねじ孔が設けられており、板状弁及びストッパ部材は、ボルトによってハウジングに共締めされていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−１２３８１７号公報（第３頁、図２等）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記したハウジングへのタッピングや、ボルトでの締結作業は工数がかかり、生産コストを高くする要因となっていた。また、板状弁をハウジングに溶接しようとしても、板状弁は極めて薄い板材であるため、溶接の際に部材が溶け落ちて穴が開いてしまったり、部材に歪が生じて安定して動作しなかったりするおそれがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、機能を確保しつつ、生産コストを低減した消音器用バルブ装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するため、本発明の消音器用バルブ装置は、消音器内の排気ガスのバイパス経路を、排気圧が所定圧に上昇したときに開く消音器用バルブ装置であって、排気ガスが流通する弁孔を有する基台と、前記弁孔を開閉し、前記基台に基端部が固定された板状弁と、前記板状弁を挟持した状態で基台に固定され、前記板状弁の開度を規制するストッパ部材とを備え、前記板状弁と前記ストッパ部材は、それぞれの基端側の縁部において前記基台に溶接されているとともに、前記基端側の縁部から、所定範囲の両側縁部において、前記ストッパ部材が前記基台へ溶接されていることを特徴とする。
【０００９】
このようにバルブ装置を構成すると、基台へのタッピングや、ボルトを締め付ける作業が不要になり、生産コストを低くすることができる。また、板状弁を溶接している部分は、板状弁の基端側の縁のみであり、ストッパ部材の基端側の縁から所定範囲の両側縁部で、ストッパ部材と基台を溶接し、板状弁をストッパ部材と基台で挟持することで固定しているので、溶接時に板状弁に穴を開けてしまったり、歪を生じさせたりすることがなく、板状弁の安定した動作を確保することができる。
【００１０】
また、前記した消音器用バルブ装置においては、前記板状弁の表面に先端が当接して前記板状弁を閉弁方向に付勢する板バネ部材を備え、この板バネ部材は、前記板状弁の撓み量の増加につれて板状弁との当接位置が板状弁の基端部側へ変位するように板状弁に対し傾斜して配置させるのが好ましい。
このような構成の消音器用バルブ装置によれば、板状弁の撓み量の増加につれて板バネ部材と板状弁の当接位置が板状弁の基端部側へ変位するので、板バネ部材の付勢力による板状弁の閉じ側へのモーメントが板状弁の撓み量の増加につれて小さくなる。従って、エンジンがある回転数の時に板状弁が開閉を繰り返す過度状態を無くし、開くときは一気に開き、閉まるときも一気に閉まる動作をするので、板状弁の共振が起こりにくくなる
【００１１】
さらに、リテーナとストッパ部材とで板バネ部材を挟持するように配置し、板バネ部材とリテーナをストッパ部材の先端側の縁部で溶接した上、その先端側の縁部から所定範囲の両側縁部において、リテーナのみをストッパへ溶接して、板バネ部材を固定するのが好ましい。
このように板バネ部材を固定すると、板状弁の固定の場合と同様、機能を確保しつつ、低コストで生産することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について適宜図面を参照しながら説明する。参照する図面において、図１は、本発明のバルブ装置が適用される消音器の一例を示す断面図である。
図１に示すように、内燃機関の排気系の途中に介設される消音器１は、筒状のシェル１１と、シェル１１の一端と他端とを閉塞する端壁１２、１３とで消音器本体１０が構成されている。消音器本体１０は、その内部空間を第１及び第２セパレータ１４、１５により３つに区画され、さらに、排気流入管２１、インナーパイプ２２、排気流出管２３の３つのパイプにより、排気ガスの通路が形成されている。
【００１３】
第１セパレータ１４及び第２セパレータ１５は、消音器本体１０内で端壁１２，１３と平行に配置されている。第１セパレータ１４は、端壁１２との間で第１消音室３１を形成し、第２セパレータ１５は、第１セパレータ１４との間で第２消音室３２を、また、端壁１３との間で第３消音室３３を形成している。
【００１４】
排気流入管２１は、端壁１２、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１５を貫通して、エンジンからの排気経路と第３消音室３３を連通している。また、排気流入管２１の第２消音室３２を通過している部分の管壁には、多数の透孔２１ａが形成されている。
【００１５】
インナーパイプ２２は、第１セパレータ１４及び第２セパレータ１５を貫通して、第１消音室３１と第３消音室３３を連通している。また、インナーパイプ２２の第２消音室を通過している部分の管壁には、多数の透孔２２ａが形成されていることで、インナーパイプ２２は、排気流入管２１と第２消音室３２を介して連通している。
【００１６】
排気流出管２３は、第１セパレータ１４、第２セパレータ１５及び端壁１３を貫通して、第１消音室３１と外部を連通している。
【００１７】
このような構造により、排気流入管２１に流入した排気ガスの流通経路は、第３消音室３３、インナーパイプ２２、第１消音室３１を通って排気流出管２３に至る経路と、透孔２１ａ、第２消音室３２、透孔２２ａ、インナーパイプ２２、第１消音室３１を通って排気流出管２３に至る経路との２系統になる。
【００１８】
ところで、内燃機関の高速回転に伴って多量の排気ガスが排気流入管２１に流入すると、前記２系統だけの排気ガスの流通経路では第２及び第３消音室３２，３３内の排気圧が高くなり、ひいては、内燃機関の出力が低下する。
【００１９】
このため、第１セパレータ１４に、第２消音室３２と第１消音室３１とを連通するバイパス経路用の開口部１４ａを設け、この開口部１４ａに、排気圧が所定圧に上昇したときに開くバルブ装置４を設けている。そして、内燃機関の高回転域では、前記した２系統にバイパス経路を追加した３系統の流通経路で多量の排気ガスが大気にスムーズに排出されるようになっている。
【００２０】
次に、バルブ装置４について詳細に説明する。図２は、バルブ装置の斜視図であり、図３は、バルブ装置の分解斜視図、図４は、図２における４−４断面図である。
【００２１】
バルブ装置４は、図２〜図４に示すように、弁孔４１を有する弁座（基台）４２と、弁孔４１を開閉するバルブである板状弁４３と、板状弁４３の開度を規制するストッパ部材４６と、板状弁４３の撓み特性を調整する板バネ（板バネ部材）４７とを備えている。
【００２２】
弁座４２は、矩形の板材に矩形の弁孔４１が形成されて構成されている。また、弁座４２の基端部４２ａには２つの貫通した位置決め孔４２ｂが形成されている。
【００２３】
板状弁４３は、弾性変形可能な薄い矩形の板材からなり、前記した弁孔４１を被うように配置されている。例えば、板状弁４３は、厚さ０．１５ｍｍ程度のバネ鋼からなる板で形成されている。板状弁４３の基端部４３ａには、弁座４２の位置決め孔４２ｂに対応する位置及び大きさで位置決め孔４３ｂ，４３ｂが形成されている。板状弁４３の基端部４３ａは、板状弁４３の末端に相当する基端４３ｅから所定範囲、すなわち、図３におけるエリアＡ１において、ストッパ部材４６と弁座４２に挟まれて固定されている。一方、板状弁４３の先端４３ｃから所定範囲、すなわち図３におけるエリアＡ３において、板状弁４３の両側縁部が弁座４２とは逆側へ折り曲げられて、折曲げ部４３ｄ，４３ｄを形成している。この折曲げ部４３ｄ，４３ｄにより、板状弁４３はエリアＡ３での曲げ剛性が高くなっており、板状弁４３の共振が抑制される。また、エリアＡ３の曲げ剛性が高い結果、板状弁４３は、エリアＡ１とエリアＡ３の間、すなわち、図３におけるエリアＡ２で撓み変形し、弁孔４１を開閉する。
なお、折曲げ部４３ｄ，４３ｄは、弁座４２とは逆側へ曲げてあるので、板状弁４３は弁孔４１と隙間を形成することなく、弁孔４１を密閉できる。
【００２４】
なお、折曲げ部４３ｄの折り曲げ角度は、弁座４２と逆側へ折り返されている限り適宜に設定することができる。例えば、弁座４２に対し垂直に折り曲げてもよいし、４５度程度に折り曲げるものでも構わない。なお、板状弁４３のストッパ部材４６及び弁座４２に挟持される部分での幅（図２におけるＸ方向の大きさ）は、弁座４２の幅及びストッパ部材４６の幅よりも小さい。
【００２５】
ストッパ部材４６は、板状弁４３の押さえ部分となる基端部４６ａと、基端部４６ａから延出し、基端部４６ａに対し傾斜したストッパ面４６ｅと、ストッパ面４６ｅからさらに延出し、ストッパ面４６ｅに対してさらに傾斜した先端部４６ｃとが一体になって形成されている。ストッパ部材４６は、板状弁４３に比較して厚い、例えば板厚２ｍｍ程度の板材をプレス成形したものである。そして、ストッパ部材４６は、板状弁４３を弁座４２に固定する機能を有するとともに、板状弁４３が大きく撓んだときに、ストッパ面４６ｅで板状弁４３を受け止めて、板状弁４３の過度な撓みを防止している。なお、ストッパ部材４６の両側縁部は、全長にわたって弁座４２と逆側に折り曲げられたリブ４６ｆ，４６ｆ（図３参照）が形成されることで、剛性が高められている。また、ストッパ部材４６の基端部４６ａには、弁座４２の位置決め孔４２ｂ，４２ｂに対応する位置及び大きさで位置決め孔４６ｂ，４６ｂが形成されている。
【００２６】
ストッパ部材４６の先端部４６ｃには、板バネ４７が固定されている。また、先端部４６ｃには、板バネ４７を固定するときに、板バネ４７との位置決めに使われる貫通した一対の位置決め孔４６ｄ，４６ｄが形成されている。
【００２７】
板バネ４７は、第１バネ４７１及び第２バネ４７２を重ねて組み合わせることで構成されている。
第１ばね４７１は、板状弁４３よりも薄いばね鋼の板、たとえば０．１ｍｍ程度の板からなる矩形の板バネである。第１ばね４７１の一端４７１ａ側にはストッパ部材４６の位置決め孔４６ｄ，４６ｄに対応する位置及び大きさの一対の位置決め孔４７１ｂ，４７１ｂが形成されている。一方、第１ばね４７１の他端部４７１ｃ（図３参照）は、板状弁４３の先端４３ｃから所定範囲、すなわちエリアＡ３に斜めに当接している。第１ばね４７１は、板状弁４３の先端４３ｃから基端部４３ａへ近付くにつれ徐々に板状弁に近付くように傾斜して配置されている。また、他端部４７１ｃは、曲面に形成されることで、その末端付近で板状弁４３とほぼ同じ向きになって当接している。このように、他端部４７１ｃを曲面状にすることで、板状弁４３と板バネ４７の摺動を滑らかにしている。
【００２８】
第２ばね４７２は、板状弁４３よりも薄いばね鋼の板、例えば０．１ｍｍ程度の板からなる矩形の板バネである。第２ばね４７２の一端４７２ａ側には、ストッパ部材４６の位置決め孔４６ｄ，４６ｄに対応する位置及び大きさの一対の位置決め孔４７２ｂ，４７２ｂが形成されている。第２ばね４７２は、他端４７２ｃ（図３参照）までの長さ、すなわち撓み方向の長さが第１ばね４７１よりも短くなっており、これにより、第１ばね４７１と第２ばね４７２を重ねて撓ませたときの変形をスムーズにしている。
【００２９】
このようにストッパ部材４６に固定された板バネ４７は、その他端部４７１ｃにおいて板状弁４３と当接するが、板状弁４３に対し、傾斜して当接することで、板状弁４３の開度が大きくなるに従い、その当接位置が板状弁４３の基端部４３ａ側へ変位するようになっている。また、その当接位置は、折曲げ部４３ｄ，４３ｄにより補強されたエリアＡ３であるため、ある程度強く当接しても板状弁４３が折れ曲がるように撓むことがない。また、エリアＡ３は、ほとんど撓まない、つまり振動しないので、板バネ４７が板状弁４３に与える付勢力が安定し、板状弁４３の動作が安定する。
なお、板バネ４７（４７１，４７２）のストッパ部材４６及び後記するリテーナ４８に挟持される部分での幅（図２におけるＸ方向の大きさ）は、ストッパ部材４６の幅及びリテーナ４８の幅よりも小さい。
【００３０】
第１ばね４７１及び第２ばね４７２は、ストッパ部材４６の先端部４６ｃの弁座４２側の面に第１ばね４７１、第２ばね４７２の順に重ねられ、さらにリテーナ４８が重ねられた上でこれらが一体に固定されている。
【００３１】
リテーナ４８は、ストッパ部材４６の先端部４６ｃに相当する大きさの矩形の板である。リテーナ４８は、ストッパ部材４６との間で板バネ４７を挟む形で固定することにより、板バネ４７の固定点に応力が集中することを防止して、板バネ４７の耐久性を向上させている。また、リテーナ４８には、ストッパ部材４６の位置決め孔４６ｄ，４６ｄに対応する位置及び大きさで位置決め孔４８ａ，４８ａが形成されている。また、リテーナ４８は、板バネ４７より剛性が高く、溶接に耐えうる部材、すなわち板厚が厚い２ｍｍ程度の厚さの部材で構成するのが望ましい。
【００３２】
次に、板状弁４３、ストッパ部材４６、及び板バネ４７の固定方法について詳細に説明する。なお、図２及び図３において、太い破線で示した部分は、溶接をする範囲である。
【００３３】
まず、ストッパ４６に板バネ４７を固定するときには、ストッパ部材４６の先端部４６ｃに第２ばね４７２、第１ばね４７１、リテーナ４８を順に重ね合わせ、位置決め孔４６ｄ、４７２ｂ、４７１ｂ、４８ａがそれぞれ重なるように位置を調整する。この際、各位置決め孔４６ｄ、４７２ｂ、４７１ｂ、４８ａに合う太さのピンを差し込むと、位置決めが確実である。
【００３４】
位置合わせができたならば、まず、ストッパ部材４６、第１ばね４７１、第２ばね４７２、リテーナ４８をストッパ部材４６の先端側の縁部（つまり、第１ばね４７１、第２ばね４７２の一端側の縁）で一体に溶接する。この溶接により、ストッパ部材４６、板バネ４７及びリテーナ４８は一応一体となり、位置決めは不要となる。
【００３５】
次に、ストッパ部材４６とリテーナ４８を、ストッパ部材４６の先端側の縁部から所定範囲の両側縁部で溶接する。このとき、板バネ４７は、ストッパ部材４６及びリテーナ４７よりも幅が小さいので、溶接はなされない。従って、板バネ４７は、リテーナ４８とストッパ部材４６の先端部４６ｃに挟まれた形で固定される。
【００３６】
このように、薄い板材からなる板バネ４７をストッパ部材４６の先端部４６ｃの縁のみで位置合わせ及び仮押えをし、ストッパ部材４６とリテーナ４８に挟んで固定するので、板バネ４７を溶接するときに板バネ４７に穴を開けてしまったり、板バネ４７が歪んだりする不具合を起こすことがない。なお、これらの溶接は例えばアーク溶接やレーザ溶接を利用することができる。
【００３７】
次に、弁座４２に板状弁４３及びストッパ部材４６を固定するときには、弁座４２の基端部４２ａに板状弁４３、ストッパ部材４６を順に重ね合わせ、位置決め孔４２ｂ、４３ｂ、４６ｂがそれぞれ重なるように位置を調整する。この際、各位置決め孔４２ｂ、４３ｂ、４６ｂに合う太さのピンを差し込むと、位置決めが確実である。
【００３８】
位置合わせができたならば、まず、弁座４２、板状弁４３、ストッパ部材４６の基端側の縁部を一体に溶接する。この溶接により、弁座４２、板状弁４３、及びストッパ部材４６は一応一体となり、位置決めは不要となる。
【００３９】
次に、弁座４２とストッパ部材４６を、ストッパ部材４６の基端側の縁部から所定範囲の両側縁部で溶接する。このとき、板状弁４３は、弁座４２及びストッパ部材４６よりも幅が小さいので、溶接はなされない。従って、板状弁４３は、弁座４２とストッパ部材４６の基端部４６ａに挟まれた形で固定される。
【００４０】
このように、薄い板材からなる板状弁４３を基端４３ｅの縁のみで位置合わせ及び仮押えをし、弁座４２とストッパ部材４６に挟んで固定するので、板状弁４３を溶接するときに板状弁３４に穴を開けてしまったり、板状弁４３が歪んだりする不具合を起こすことがない。なお、これらの溶接は例えばアーク溶接やレーザ溶接を利用することができる。
【００４１】
以上のように、板状弁４３、ストッパ部材４６、及び板バネ４７の固定の際に溶接を用いることにより、ボルトを使う必要が無く、またタッピングをする必要も無く、さらに、細かいボルトを複数締め付ける工数も省略できることから、バルブ装置の生産コストを下げることができる。また、バルブ装置を消音器１の第１セパレータ１４へ固定する際にも弁座４２の縁で溶接するようにすれば、ボルトを使用せずに済み、さらに生産コストを下げることができる。
【００４２】
次に、以上のようなバルブ装置４の動作について説明する。エンジンの回転数が低いうちは、第２消音室３２内の排気圧は低いので、板状弁４３は撓むことなく弁座４２と接することにより、バルブ装置４は閉じている。
【００４３】
エンジンの回転数が上昇して、第２消音室３２内の排気圧が所定圧に上昇すると、板状弁４３に掛かる圧力（力）が高くなって、板状弁４３が撓み始める。このとき、エンジンの排気圧には脈動があるので、板状弁４３は振動しようとするが、本実施形態の板状弁４３は、折曲げ部４３ｄ，４３ｄが形成されているので、剛性が十分に高く、共振が起こりにくい。そして、板状弁４３がある量だけ撓むと、板バネ４７も撓んで、板バネ４７と板状弁４３の当接位置が板状弁４３の基端側へ変位する。このとき、板バネ４７の付勢力の増加はさほどではないが、当接位置の変位によって、板バネ４７が板状弁４３を回転させるモーメントの減少は比較的大きいので、図４の２点鎖線で示したように、板状弁４３は一気に大きく開く。
【００４４】
そして、再びエンジンの回転数が低くなると、板状弁４３の撓み量が小さくなって、ある撓み量以下になると、板バネ４７の板状弁４３との当接位置が板バネ４３の先端側へ変位してくるので、板バネ４７が板状弁４３を回転させるモーメントが大きくなり、板状弁４３を一気に閉じる。この際にも、開くときと同様に、折曲げ部４３ｄ，４３ｄのため共振が起こりにくく、板バネ４７が２枚重ねで構成されているので、共振が起こりにくい。
【００４５】
また、このように高い振動の中で使われていても、バルブ装置４を構成する各部品は溶接により固定されているので、振動によりボルトが外れるという心配もない。さらに、この溶接の際には、前記したように板状弁４３や板バネ４７を歪ませることなく固定しているのでバルブ装置４の安定した動作を実現できる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されることなく適宜変更して実施することが可能である。
例えば、実施形態においては、板状弁４３が弁座４２の表面に接触してバルブを閉じるタイプのバルブ装置４について説明したが、板状弁４３及び板バネ４７の自然状態で板状弁４３の先端及び両側縁部を基台の弁孔内にまで入り込ませ、弁孔の内壁と板状弁４３の先端及び両側縁部とで弁孔を閉じるタイプ、いわば基台を板状弁のハウジングにしたタイプでも同様に本発明を適用することができる。また、この場合においては、板状弁４３の折曲げ部４３ｄは、ストッパ部材４６とは逆側、すなわち図３等において下向きに折り曲げても構わない。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したとおり、本発明によれば、板状弁やストッパ部材の固定を溶接で行うことにより、バルブ装置の生産コストを低く抑えることができる。また、この溶接は、板状弁については基端側の縁部のみで行い、ストッパ部材と基台で板状弁を挟持することで板状弁が固定されるので、板状弁に穴が開いたり、板状弁が歪んだりすることなく、バルブ装置の安定した動作を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のバルブ装置が適用される消音器の一例である。
【図２】実施形態に係るバルブ装置の斜視図である。
【図３】実施形態に係るバルブ装置の分解斜視図である。
【図４】図２の４−４線断面図である。
【符号の説明】
１消音器
４バルブ装置
１４ａ開口部
４１弁孔
４２弁座（基台）
４３板状弁
４３ａ基端部
４３ｄ折曲げ部
４７板バネ

Claims

消音器内の排気ガスのバイパス経路を、排気圧が所定圧に上昇したときに開く消音器用バルブ装置であって、
排気ガスが流通する弁孔を有する基台と、
前記弁孔を開閉し、前記基台に基端部が固定された板状弁と、
前記板状弁を挟持した状態で基台に固定され、前記板状弁の開度を規制するストッパ部材とを備え、
前記板状弁と前記ストッパ部材は、それぞれの基端側の縁部において前記基台に溶接されているとともに、前記基端側の縁部から、所定範囲の両側縁部において、前記ストッパ部材が前記基台へ溶接されていることを特徴とする消音器用バルブ装置。