JP3748313B2

JP3748313B2 - 自動車用バルブ内蔵排気マフラ

Info

Publication number: JP3748313B2
Application number: JP11374897A
Authority: JP
Inventors: 秀隆東村
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Calsonic Kansei Corp
Priority date: 1997-05-01
Filing date: 1997-05-01
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2017-05-01
Also published as: JPH10299453A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気流量の増減に伴って開閉動作する流量感応バルブがマフラ内チューブの端部位置に設けられた自動車用バルブ内蔵排気マフラの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車用バルブ内蔵排気マフラとしては、例えば、図６に示すマフラが知られている（国際公開ＷＯ９５／１３４６０号公報等を参照）。
【０００３】
この排気マフラは、図６に示すように、マフラ内に設置されたバルブ（この場合はチューブの開口面積を変更）は、バネ力により閉じようとする力に対し、排気ガス流によりバルブを開き、内部ガス圧を一定に制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の自動車用バルブ内蔵排気マフラにあっては、バルブの全閉位置から全開位置までのあらゆるバルブ開度位置をとっても一定のバネ力が作用しているものであるため、下記の問題を有する。
【０００５】
(1) バルブ開度と排気ガス流量が比例し、内部ガス圧を一定圧とする制御が行なわれるだけで、低流量域でバルブ全閉による高い消音効果と高流量域でのバルブ全開によるエンジン出力向上効果とを両立させるような制御を行なうことができない。
【０００６】
(2) 排気ガスがマフラ内チューブから直接バルブ本体に当たるため、バルブ全閉状態からバルブが開き始める排気ガス流量レベルで排気ガス流量が変動するような場合、バルブの開閉が繰り返され、バルブ本体と座面とが繰り返し衝突することによるバタツキ音や振動が発生する。
【０００７】
これらの問題を解決するために、モータ等をアクチュエータを用い、エンジン回転数や排気圧を検出し、検出値が設定しきい値となった時にアクチュエータ駆動によりバルブを開閉制御する装置も提案されているが（例えば、特開平２−８１９１１号公報の第４図，第５図）、アクチュエータ等の電子制御系を追加しなければならないことでシステムが大変高価となってしまう。
【０００８】
さらに、温度により形状が変化するバイメタルや形状記憶合金等を用い、マフラ内チューブの開口面積を制御する装置として、特開昭６１−９６１１７号公報に記載のものが知られているが、この装置も高価な部材を用いることからシステムが大変高価となってしまうし、高熱雰囲気であるマフラ内で用いられるものであるため、高い熱耐久性が要求されることになる。
【０００９】
本発明の課題とするところは、低コストでありながら、高応答のバルブ開閉動作による消音モード切り替えを達成すると共にバルブ全閉時にバタツキ音や振動の発生が無い自動車用バルブ内蔵排気マフラを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
（解決手段１）
上記課題を解決する請求項１記載の発明は、排気流量の増減に伴って開閉動作する流量感応バルブがマフラ内チューブの端部位置に設けられた自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、
前記流量感応バルブを、
一端部がマフラ内に開口し他端部が外気もしくはマフラ内に開口している排気出力チューブのマフラ内開口端に配置されたバルブ本体と、
前記バルブ本体を開閉回動可能に支持するバルブ軸と、
前記バルブ軸に設けられ、バルブ軸に対しバルブ本体とは反対方向に延設して排気入力チューブの出口部に配置された流量感知部材とを備え、
前記流量感知部材の重力作用点を、バルブ閉方向モーメントが得られるようにバルブ軸からオフセットして設定し、且つ、流量感知部材が受ける排気ガス受圧面積を、バルブ全閉時に最小面積で、バルブ開度の増大に伴なって面積が拡大する設定としたことを特徴とする。
【００１１】
（解決手段２）
上記課題を解決する請求項２記載の発明は、請求項１記載の自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、
前記バルブ本体の中央位置に、バルブ全閉時にマフラ内排気ガスが排気出力チューブ内に向かって流れる排気ガス流を作り出すガス流孔を形成したことを特徴とする。
【００１２】
（解決手段３）
上記課題を解決する請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、
前記流量感知部材を、バルブ軸に固定された支柱部と、支柱部に一端が固定され、排気入力チューブの内径より少し小さな外径とバルブ全閉時に排気ガス受圧面積となる厚みを有する半円筒形状であり、一部が排気入力チューブ内に配置される流量感知部とによって構成したことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
まず、構成を説明する。
【００１４】
実施の形態１は請求項１，２，３記載の発明に対応する。
【００１５】
図１は実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラの流量感応バルブを示す分解斜視図、図２は実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラの流量感応バルブを示す正面図、図３は実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラを示す全体断面図である。
【００１６】
図３において、Ａは流量感応バルブ、１０はマフラ側板、１１は前端板、１２は後端板、１３は第１バッフルプレート、１４は第２バッフルプレート、１５は排気入力チューブ、１６は第１チューブ、１７は第２チューブ、１８は第１排気出力チューブ、１９は第２排気出力チューブ、２０は第１室、２１は第２室、２２は第３室である。
【００１７】
前記流量感応バルブＡは、排気流量の増減に伴って開閉動作するバルブで、第２室２１と外気を連通する第２排気出力チューブ１９のマフラ内開口端に配置されている。
【００１８】
前記排気入力チューブ１５は、エンジンからの排気チューブに接続され、排気ガスを第２室２１へ導入する。
【００１９】
前記第１チューブ１６は、第２バッフルプレート１４に設けられ、一端が第２室２１に開口し、他端が第３室２２に開口している。
【００２０】
前記第２チューブ１７は、第１バッフルプレート１３に設けられ、一端が第１室２０に開口し、他端が第２室２１に開口している。
【００２１】
前記第１排気出力チューブ１８は、第１バッフルプレート１３と第２バッフルプレート１４を貫通して設けられ、一端部は第１室２０に開口し、他端部は外気に開口している。
【００２２】
前記第２排気出力チューブ１９は、第２バッフルプレート１４を貫通して設けられ、一端部には流量感応バルブＡが設けられ、他端部は外気に開口していて、流量感応バルブＡが開くと第２室２１が外気に連通する。
【００２３】
前記流量感応バルブＡが閉状態の時は、第１室２０及び第２室２１が拡張室で第３室２２がレゾネータ室で第１排気出力チューブ１８のみから排気ガスが外部に排出される。流量感応バルブＡが開状態の時には、第１排気出力チューブ１８と第２排気出力チューブ１９により排気ガスが外部に排出される。
【００２４】
図１及び図２において、Ａは流量感応バルブ、１はバルブ本体、２はバルブ軸、３は流量感知部材、４はガス流孔、５は軸支持ブラケット、１４は第２バッフルプレート、１５は排気入力チューブ、１９は第２排気出力チューブである。
【００２５】
前記バルブ本体１は、一端部がマフラ内に開口し他端部が外気に開口している第２排気出力チューブ１９のマフラ内開口端に配置される。
【００２６】
前記バルブ軸２は、バルブ本体１を開閉回動可能に支持する軸で、第２バッフルプレート１４等に固定される軸支持ブラケット５に両端支持されている。
【００２７】
前記流量感知部材３は、バルブ軸２に設けられ、バルブ軸２に対しバルブ本体１とは反対方向に延設して排気入力チューブ１５の出口部に配置された部材で、バルブ軸２に固定された支柱部３ａと、支柱部３ａに一端が固定され、排気入力チューブ１５の内径より少し小さな外径とバルブ全閉時に排気ガス受圧面積となる厚みを有する半円筒形状であり、一部が排気入力チューブ１５内に配置される流量感知部３ｂとによって構成される。この構成とすることで、流量感知部材３の重力作用点が、バルブ閉方向モーメントが得られるようにバルブ軸２からオフセットして設定され（図４参照）、且つ、流量感知部材３が受ける排気ガス受圧面積が、バルブ全閉時に半円筒厚みによる最小面積で、バルブ開度の増大に伴なって半円筒周面の投影面積が増すことで排気ガス受圧面積が拡大する設定としている。
【００２８】
前記ガス流孔４は、バルブ本体１の中央位置に形成され、バルブ全閉時にマフラ内排気ガスが第２排気出力チューブ１９内に向かって流れる排気ガス流を作り出す。
【００２９】
次に、作用を説明する。
【００３０】
［低流量時］
低流量時には、図４に示すように、流量感知部材３の重力作用点がバルブ軸２からオフセットして設定されていることで流量感知部材３が重力を受けることによる力Ｆ１によるバルブ閉方向モーメントが得られ、流量感知部３ｂの円筒厚みによる最小の排気ガス受圧面積に作用する力Ｆ２によるバルブ開方向モーメントより大きく、バルブ本体１が第２排気出力チューブ１９の開口端に密着するバルブ閉状態が得られる。
【００３１】
加えて、バルブ本体１の中央位置にはガス流孔４が形成されているため、バルブ全閉時にマフラ内排気ガスが第２排気出力チューブ１９内に向かって流れる排気ガス流が作り出され、この排気動圧によりバルブ本体１を閉じる方向の力が増大し、バルブ本体１が第２排気出力チューブ１９の開口端に強く密着するバルブ閉状態が得られる。
【００３２】
［流量増大時］
排気入力チューブ１５からの排気ガス流量が増大し、排気ガス受圧面積に作用する力Ｆ２によるバルブ開方向モーメントがバルブ閉方向モーメントを上回ると、図５に示すように、バルブ軸２を中心としてバルブ本体１及び流量感知部材３が図面右方向に回動を開始し、バルブ本体１が第２排気出力チューブ１９の開口端から離れて流量感応バルブＡが開き始める。
【００３３】
流量感応バルブＡが開き始めると、図５からも明らかなように、流量感知部３ｂの半円筒周面の投影面積が増すことでバルブ開度と共に排気ガス受圧面積が拡大し、流量感知部３ｂに作用する力の増大に伴いバルブ本体１が右方向に回動して一気にバルブ全開となる。
【００３４】
よって、バルブが開き始めると排気ガスの流量が少し増すだけで一気にバルブ全開となり、エンジン回転数やエンジン負荷等があるレベルになった時にバルブ全開を得たい場合、その設定が容易となる。
【００３５】
［流量減少時］
バルブ全開状態で排気ガスの流量が減少し、流量感応バルブＡに作用するバルブ閉方向モーメントがバルブ開方向モーメントを上回ると、バルブ本体１が第２排気出力チューブ１９の開口端に近づき流量感応バルブＡが閉じ始める。
【００３６】
流量感応バルブＡが閉じ始めると、流量感知部３ｂの半円筒周面の投影面積が減ることでバルブ開度と共に排気ガス受圧面積が縮小し、流量感知部３ｂに作用する力の減少に伴いバルブ本体１が左方向に回動して一気にバルブ全閉となる。よって、バルブが閉じ始めると排気ガスの流量が少し減るだけで一気にバルブ全閉となる。
【００３７】
上記のように、流量増大時と流量減少時とで高応答によるバルブ開閉動作を得ることができ、この結果、オン・オフ的に消音モードが切り替えられることにより、低流量域での高い消音効果と高流量域でのエンジン出力向上効果とを両立する最適設定が可能となる。
【００３８】
次に、効果を説明する。
【００３９】
（１）流量感応バルブＡを、一端部がマフラ内に開口し他端部が外気に開口している第２排気出力チューブ１９のマフラ内開口端に配置されたバルブ本体１と、バルブ本体１を開閉回動可能に支持するバルブ軸２と、バルブ軸２に設けられ、バルブ軸２に対しバルブ本体１とは反対方向に延設して排気入力チューブ１５の出口部に配置された流量感知部材３とを備え、流量感知部材３の重力作用点を、バルブ閉方向モーメントが得られるようにバルブ軸２からオフセットして設定し、且つ、流量感知部材３が受ける排気ガス受圧面積を、バルブ全閉時に最小面積で、バルブ開度の増大に伴なって面積が拡大する設定としたため、電子制御システム等の従来のマフラ内蔵バルブに比べて低コストでありながら、高応答のバルブ開閉動作による消音モード切り替えを達成すると共にバルブ全閉時にバタツキ音や振動の発生が無い自動車用バルブ内蔵排気マフラを提供することができる。
【００４０】
（２）バルブ本体１の中央位置に、バルブ全閉時にマフラ内排気ガスが第２排気出力チューブ１９内に向かって流れる排気ガス流を作り出すガス流孔４を形成したため、低流量時にバルブ本体１が第２排気出力チューブ１９の開口端に強く密着するバルブ閉状態を得ることができる。
【００４１】
（３）流量感知部材３を、バルブ軸２に固定された支柱部３ａと、支柱部３ａに一端が固定され、排気入力チューブ１５の内径より少し小さな外径とバルブ全閉時に排気ガス受圧面積となる厚みを有する半円筒形状であり、一部が排気入力チューブ１５内に配置される流量感知部３ｂとによって構成したため、排気ガス流線に沿う形状により排気ガスの流れを乱したり流量低下を招くことなしに、チューブ内配置により高い流量感知精度を得ることができる。
【００４２】
（他の実施の形態）
実施の形態１では、低流量時に重力のみでバルブ全閉を得る例を示したが、バルブ軸にバネにより弱いバネ力を付与し、重力と低バネ力によりバルブ全閉状態を確保する例としても良い。
【００４３】
実施の形態１では、流量感知部材として、半円筒形状で一部が排気入力チューブ内に配置される流量感知部を有する部材としたが、その形状や配置状態は実施の形態１に限られるものではなく、排気入力チューブの形状やマフラ内チューブレイアウト等に応じて適宜変更しても良い。
【００４４】
実施の形態１では、共に外気に開口連通する排気入力チューブと排気出力チューブとの間に流量感応バルブを設置する例について述べたが、この形態に限らず排気の入力と出力（あるいは入口と出口）の関係を持ち外気に開口連通することのないマフラ内部での排気チューブ間の排気流通回路を切り換える場合にも適用できるし、一方が外気開口チューブで一方がマフラ内チューブの場合にも適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明にあっては、排気流量の増減に伴って開閉動作する流量感応バルブがマフラ内チューブの端部位置に設けられた自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、流量感応バルブを、一端部がマフラ内に開口し他端部が外気もしくはマフラ内に開口している排気出力チューブのマフラ内開口端に配置されたバルブ本体と、バルブ本体を開閉回動可能に支持するバルブ軸と、バルブ軸に設けられ、バルブ軸に対しバルブ本体とは反対方向に延設して排気入力チューブの出口部に配置された流量感知部材とを備え、流量感知部材の重力作用点を、バルブ閉方向モーメントが得られるようにバルブ軸からオフセットして設定し、且つ、流量感知部材が受ける排気ガス受圧面積を、バルブ全閉時に最小面積で、バルブ開度の増大に伴なって面積が拡大する設定としため、低コストでありながら、高応答のバルブ開閉動作による消音モード切り替えを達成すると共にバルブ全閉時にバタツキ音や振動の発生が無い自動車用バルブ内蔵排気マフラを提供することことができる。
【００４６】
請求項２記載の発明にあっては、請求項１記載の自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、バルブ本体の中央位置に、バルブ全閉時にマフラ内排気ガスが排気出力チューブ内に向かって流れる排気ガス流を作り出すガス流孔を形成したため、請求項１記載の発明の効果に加え、低流量時にバルブ本体が排気出力チューブの開口端に強く密着するバルブ閉状態を得ることができる。
【００４７】
請求項３記載の発明にあっては、請求項１または請求項２記載の自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、流量感知部材を、バルブ軸に固定された支柱部と、支柱部に一端が固定され、排気入力チューブの内径より少し小さな外径とバルブ全閉時に排気ガス受圧面積となる厚みを有する半円筒形状であり、一部が排気入力チューブ内に配置される流量感知部とによって構成したため、請求項１または請求項２記載の発明の効果に加え、排気ガス流線に沿う形状により排気ガスの流れを乱したり流量低下を招くことなしに、チューブ内配置により高い流量感知精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラの流量感応バルブを示す分解斜視図である。
【図２】実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラの流量感応バルブを示す正面図である。
【図３】実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラを示す全体断面図である。
【図４】実施の形態１の流量感応バルブのバルブ閉状態を示す作用説明図である。
【図５】実施の形態１の流量感応バルブのバルブ開状態を示す作用説明図である。
【図６】従来の排気マフラ内蔵バルブを示す斜視図である。
【符号の説明】
Ａ流量感応バルブ
１バルブ本体
２バルブ軸
３流量感知部材
３ａ支柱部
３ｂ流量感知部
４ガス流孔
５軸支持ブラケット
１４第２バッフルプレート
１５排気入力チューブ
１９第２排気出力チューブ

Claims

排気流量の増減に伴って開閉動作する流量感応バルブ（Ａ）がマフラ内チューブの端部位置に設けられた自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、
前記流量感応バルブ（Ａ）を、
一端部がマフラ内に開口し他端部が外気もしくはマフラ内に開口している排気出力チューブ（１９）のマフラ内開口端に配置されたバルブ本体（１）と、
前記バルブ本体（１）を開閉回動可能に支持するバルブ軸（２）と、
前記バルブ軸（２）に設けられ、バルブ軸（２）に対しバルブ本体（１）とは反対方向に延設して排気入力チューブ（１５）の出口部に配置された流量感知部材（３）とを備え、
前記流量感知部材（３）の重力作用点を、バルブ閉方向モーメントが得られるようにバルブ軸（２）からオフセットして設定し、且つ、流量感知部材（３）が受ける排気ガス受圧面積を、バルブ全閉時に最小面積で、バルブ開度の増大に伴なって面積が拡大する設定としたことを特徴とする自動車用バルブ内蔵排気マフラ。
請求項１記載の自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、
前記バルブ本体（１）の中央位置に、バルブ全閉時にマフラ内排気ガスが排気出力チューブ（１９）内に向かって流れる排気ガス流を作り出すガス流孔（４）を形成したことを特徴とする自動車用バルブ内蔵排気マフラ。
請求項１または請求項２記載の自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、
前記流量感知部材（３）を、バルブ軸（２）に固定された支柱部（３ａ）と、支柱部（３ａ）に一端が固定され、排気入力チューブ（１５）の内径より少し小さな外径とバルブ全閉時に排気ガス受圧面積となる厚みを有する半円筒形状であり、一部が排気入力チューブ（１５）内に配置される流量感知部（３ｂ）とによって構成したことを特徴とする自動車用バルブ内蔵排気マフラ。