JP4231427B2 - 排気制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、マフラ内に配置された排気パイプの端部や、仕切板（バッフルプレート）に形成された連通穴の部分等に設けられ、排気圧により開閉する排圧感応式の排気制御弁に関する。

従来のこの種の排気制御弁は、エンジン側から流入する排気の圧力変動に対応してマフラ本体内部の小室同士を任意の組み合わせで連通するように配置した排気通路を開閉することにより、消音効果を向上させつつ、排気圧力損失によるエンジン出力の低下を防止するためにマフラ内に組み込まれるようになっている。

このような排気制御弁としては、例えば、図５に示すように、マフラ本体内の排気パイプ１０１の端部に設けられた弁座１０２の環状シート面１０３に対し支軸１０４を介して開閉可能に設けられた弁体１０５と、前記支軸１０４にコイル部１０６ａが係止され前記弁体１０５を弁座１０２のシート面１０３に当接させて制御弁を閉じる方向に付勢するコイルスプリング１０６とを備えた構造となっており、エンジンの低速回転時には、このコイルスプリング１０６の付勢力によって排気パイプ１０１を閉じて前記小室を共鳴室として消音効果を優先させるように作用させ、エンジンの高速回転時には、排気圧がコイルスプリング１０６の付勢力に勝るようになった時に弁体１０５を押し開くことで排気パイプ１０１を開き、前記小室を拡張室として高速時の低背圧化によるエンジン出力の低下防止を優先させるようになっている・・従来例１（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来例１の排気制御弁は、エンジン側から流入する排気の圧力変動に対応して排気通路を開閉することにより、消音効果を向上させつつ、エンジン出力の低下を防止するためにマフラ内に組み込まれるものであるが、従来例の排気制御弁にあっては、上述のように、コイルスプリング１０６の付勢力は、弁体１０５の初期開弁時よりも、その開度が大きくなるにつれて大きくなるように作用する構造であるため、エンジンの高速回転時において十分に背圧を低下させることができないという問題点がある。

この場合、コイルスプリング１０６の付勢力を弱めに設定することにより、エンジンの高速回転時における背圧を十分に低下させて排気圧力損失を低減させることは可能であるが、その反面、エンジンの低速回転時から弁体１０５が開き始めることになるため、エンジンの低速回転時における低騒音化要求が満たされなくなるという問題がある。

このように、従来構造では、エンジン低速回転時の低騒音化対策と、エンジン高速回転時の低背圧化対策は二律背反の関係にあり、両要求を同時に達成することができないという問題があった。

そこで、上述のような問題点を解決する先願として、図６に示すように、弁座２０１部分でシート面２０２の下流側には弁体２０３の排気受圧面を画成するシート面２０２の内径より大径の内径を有する筒部２０４が延設され、弁体２０３側には該弁体２０３がシート面２０２に当接して制御弁を閉じた状態から所定の回動角度位置までの間は筒部２０４内にあって該筒部２０４の上端開口部を閉塞する栓体部２０５が延設されている構造のものがある・・従来例２（例えば、特許文献２参照）。

即ち、この従来例２では、弁体２０３の初期開弁時に該弁体２０３に作用する排気受圧面はシート面２０２の内径で画成された範囲であるため、この開弁初期の排気受圧面の面積を基準として、エンジンの回転数が所定の低速回転数域においては開弁しない程度に付勢手段の付勢力を強めに設定しておくことにより、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求を満足させることができる。

また、エンジン回転数が所定の低速回転域を越え、排気圧力が付勢手段の付勢力に勝って弁体２０３がシート面２０２から押し開かれた初期開弁状態になると、それから弁体２０３の所定の回動角度位置までの間は、シート面２０２の下流側に延設されていて該シート面２０２の内径より大径の内径を有する筒部２０４内にあって該筒部２０４の上端開口部を閉塞する栓体部２０５までが排気受圧面を構成するようになるため、初期開弁時よりも排気受圧面積が大きくなって相対的に排気圧力による開弁力が強くなるもので、これにより、シート面２０２から弁体２０３が一旦離れた後は、初期開弁時よりも低い排気圧力で弁体を押し開けることができるようになるため、エンジンの高速回転時における低背圧化要求を満足させることができる。
従って、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求と、高速回転時に必要とされる低背圧化要求とを同時に達成させることができるようになる。

特開２００２−２３５５３６号公報 （明細書（３）頁、図１） 特願２００２−３３１２５６号

しかしながら、従来例２の排気制御弁では、弁体２０３がシート面２０２から押し開かれる初期開弁時点で、弁体２０３における排気受圧面積が急激に拡大するため、弁体２０３の開度が増減方向に大きくハンチングし、これにより、圧力振幅の不安定現象を生じさせるという問題点があった。

本発明の解決しようとする課題は、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求と、高速回転時に必要とされる低背圧化要求とを同時に達成させることができると共に、排気受圧面積の増加による圧力振幅の不安定現象を抑制することができる排気制御弁を提供することにある。

上記課題を解決するため請求項１記載の発明では、マフラ本体内における排気流通路の途中に設けられる弁座に対し支軸を介して開閉可能に設けられた弁体と、該弁体を前記弁座のシート面に当接させて制御弁を閉じる方向に付勢する付勢手段と、を備えた排気制御弁において、前記弁座部分で前記シート面の下流側には前記弁体の排気受圧面を画成する前記シート面の内径より段階的に大径の内径に形成された複数の筒部がそれぞれ延設され、前記弁体側には複数延設された前記各筒部の開口部をそれぞれ閉塞する複数の栓体部がそれぞれ外向きフランジ部を介して延設され、前記弁体が前記シート面に当接して制御弁を閉じた状態から前記弁体の回動角度に応じて前記複数の栓体部による前記複数の筒部の上端開口部が小径のものから順次段階的に開かれて行くように構成されていることを特徴とする手段とした。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記シート面の軸心位置に対し前記筒部の軸心位置が前記支軸から遠ざかる方向に離れた位置となるように筒部が配置されていることを特徴とする手段とした。

請求項１記載の発明では、上述のように構成されていて、弁体の初期開弁時に該弁体に作用する排気受圧面はシート面の内径で画成された範囲であるため、この開弁初期の排気受圧面の面積を基準として、エンジンの回転数が所定の低速回転数域においては開弁しない程度に付勢手段の付勢力を強めに設定しておくことにより、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求を満足させることができる。

また、エンジン回転数が所定の低速回転域を越え、排気圧力が付勢手段の付勢力に勝って弁体がシート面から押し開かれた初期開弁状態になると、それから弁体の最初の所定の回動角度位置までの間は、シート面の下流側に延設されていて該シート面の内径より大径の内径を有する１段目の筒部内にあって該１段目の筒部の上端開口部を閉塞する１段目の栓体部までが排気受圧面を構成するようになるため、初期開弁時よりも排気受圧面積が大きくなって相対的に排気圧力による開弁力が強くなるもので、これにより、シート面から弁体が一旦離れた後は、初期開弁時よりも低い排気圧力で弁体を押し開けることができる。そして、前記１段目の栓体部による１段目の筒部の上端開口縁部の閉塞が解除される弁体の回動角度になると、今度は、２段目の栓体部までが排気受圧面を構成するようになり、排気受圧面積がさらに大きくなって相対的に排気圧力による開弁力が強くなるため、初期開弁後よりもさらに低い排気圧力で弁体を押し開けることができる。

従って、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求と、高速回転時に必要とされる低背圧化要求とを同時に達成させることができるようになると共に、以上のように、開弁時に弁体における排気受圧面積が段階的に徐々に大きくなるため、排気受圧面積の増加による圧力振幅の不安定現象を抑制することができるようになるという効果が得られる。

請求項２記載の発明では、上述のように、前記シート面の軸心位置に対し筒部の軸心位置が支軸から遠ざかる方向に離れた位置となるように筒部が配置されることで、支軸から栓体部で構成される排気受圧面の中心までの距離が長くなるため、より低い排気圧力で弁体を押し開けることができることになり、これにより、エンジンの高速回転時における低背圧化要求をさらに満足させることができるようになる。

この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例１の排気制御弁は、請求項１記載の発明に対応する。
まず、この実施例１の排気制御弁の構成を図面に基づいて説明する。
図１はこの実施例１の排気制御弁を示す縦断面図（（イ）は閉弁状態、（ロ）は１段目（初期）開弁状態、（ハ）は２段目開弁状態、（ニ）は３段目開弁状態）、図２は同平面図を示すもので、この排気制御弁は、弁座１と、弁体２と、支軸３と、コイルスプリング（付勢手段）４とを主要な構成として備えている。

前記弁座１は、マフラ本体内の排気パイプ（排気流通路）Ｐの端部に接続固定されるパイプ部１１と、該パイプ部１１の端部から外方に向けて略水平に延設された環状のシート面１２と、該シート面１２の外周縁部から上方に向けて延設された第１円筒部（筒部）１３と、該第１円筒部１３の上端開口縁部から外方に向けて略水平方向に延設された外向きフランジ部１４と、該外向きフランジ部１４の外周縁部から上方へ向けて延設された第２円筒部（筒部）１５と、該第２円筒部１５の上端開口縁部の一端から外方に向けて水平方向に延設された基板部１６およびその両側面部を上向きに折曲して垂直に立ち上げた一対の軸支持部１７、１７とを備えている。

即ち、シート面１２の内径φｄ１よりも、第１円筒部１３の内径φｄ２が大径に形成され、さらにこの第１円筒部１３の内径φｄ２より第２円筒部１５の内径φｄ３が大径に形成されている。

前記弁体２は、前記シート面１２に当接する環状シール面部２１ａを含む範囲の広さを有する本体部２１と、該本体部２１における環状シール面部２１ａの外周縁部から第１円筒部１３の内周面に沿って上方に向けて略垂直に延設された第１円筒部（筒部）２２と、該第１円筒部２２の外周縁部から外方に向けて略水平に延設されたフランジ部２３と、該フランジ部２３の外周縁部から前記第２円筒部１５の内周面に沿って上方に向けて略垂直に延設された円筒部２４と、該円筒部２４の上端開口縁部の一端から外方に向けて水平に延設された基板部２５およびその両側面部を上向きに折曲して垂直に立ち上げた軸支持部２６、２６とを備えている。
なお、前記環状シール面部２１ａと第１円筒部（筒部）２２とで、１段目の栓体部を構成し、また、前記フランジ部２３と円筒部２４とで、２段目の栓体部を構成している。

前記両軸支持部２６、２６は、前記弁座１の両軸支持部１７、１７の内側に位置していて、前記弁座１の両軸支持部１７、１７間に横架された前記支軸３に対し回動自在に軸支されることにより、該支軸３を中心として弁座１に対し弁体２が開閉自在な状態に組み付けられている。

なお、上述のように、シート面１２の内径φｄ１よりも、第１円筒部１３の内径φｄ２が大径に形成され、さらにこの第１円筒部１３の内径φｄ２より第２円筒部１５の内径φｄ３が大径に形成されているため、弁体２は、シート面１２の内径φｄ１よりも、第１円筒部２２の外径φｄ２が大径で、該第１円筒部２２の外径φｄ２よりも第２円筒部２４の外径φｄ３が大径となっている。

前記コイルスプリング４は、前記支軸３の回りにそのコイル部４１が装着されていて、その両端を弁体２の本体部２１の略中央部と弁座１の基板部１６にそれぞれ当接係止させることにより、弁体２における本体部２１の環状シール面部２１ａを弁座１のシート面１２に当接させて制御弁を閉じる方向に付勢力を作用させている。

前記弁体２の本体部２１における環状シール面部２１ａがシート面１２に当接して制御弁を閉じた状態から弁体２の所定の回動角度θ１位置までの間は、前記環状シール面部２１ａと第１円筒部２２で構成される１段目の栓体部が弁座１の第１円筒部１３内にあって該第１円筒部１３の上端開口部を閉塞した状態に維持され、回動角度がθ１を越えた時点で円筒部１３の上端開口部が開くが、この時点では、第２円筒部１５の上端開口部がフランジ部２３と第２円筒部２４で構成される２段目の栓体部により閉塞された状態に維持されている。

次に、本実施例１の作用・効果を説明する。
この実施例１の排気制御弁では、上述のように構成されるため、弁体２の初期開弁時、即ち、シート面１２から弁体２の本体部２１が離れて開弁する時に該弁体２に作用する排気受圧面は、図１（イ）に示すように、シート面１２の内径φｄ１で画成された範囲の面積となる。このため、この開弁初期の排気受圧面の面積を基準として、エンジンの回転数が所定の低速回転数域においては開弁しない程度にコイルスプリング４の付勢力を強めに設定しておくことにより、エンジンの低回転時においては、マフラ内を流れる排気圧力が小さいため、コイルスプリング４の付勢力の方が上回って制御弁が閉じた状態に維持される。
従って、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求を満足させることができる。

また、エンジン回転数が所定の低速回転域を越えた、中・高回転時においては、マフラ内を流れる排気圧力が大きくなるため、流体力がコイルスプリング４の付勢力に勝って弁体２の本体部２１がシート面１２から押し開かれた初期開弁状態になると、それから弁体２の最初の所定の回動角度θ１位置までの間は、図１（ロ）に示すように、シート面１２の下流側に延設されていて該シート面１２の内径φｄ１より大径の内径φｄ２を有する１段目の筒部１３内にあって該筒部１３の上端開口部を閉塞する１段目の栓体部（第１円筒部２２の外径位置）までが排気受圧面を構成するようになるため、初期開弁時よりも排気受圧面積が大きくなって相対的に排気圧力による開弁力が強くなるもので、これにより、シート面１２から弁体２が一旦離れた後は、初期開弁時よりも低い排気圧力で弁体２を押し開けることができる。

そして、前記１段目の栓体部による１段目の筒部１３の上端開口縁部の閉塞が解除される弁体２の回動角度になると、図１（ハ）に示すように、今度は、１段目の筒部１３の内径φｄ２よりも大径の内径φｄ３を有する２段目の筒部１５内にあって、該２段目の筒部１５の上端開口部を閉塞する２段目の栓体部（第２円筒部２３の外径位置）までが排気受圧面を構成するようになり、排気受圧面積がさらに大きくなって相対的に排気圧力による開弁力が強くなるため、図１（ニ）に示すように、初期開弁後よりもさらに低い排気圧力で弁体を押し開けることができる。

従って、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求と、高速回転時に必要とされる低背圧化要求とを同時に達成させることができるようになると共に、以上のように、開弁時に弁体２における排気受圧面積が段階的に徐々に大きくなるため、排気受圧面積の増加による圧力振幅の不安定現象を抑制することができるようになるという効果が得られる。

次に、本発明の他の実施例について説明する。なお、この他の実施例の説明にあたっては、前記実施例と同様の構成部分については同一の符号を付けてその説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

この実施例２の排気制御弁は、請求項１、２に記載の発明に対応する。
まず、この実施例２の排気制御弁の構成を図面に基づいて説明する。
図３はこの実施例２の排気制御弁を示す縦断面図（（イ）は閉弁状態、（ロ）は１段目（初期）開弁状態、（ハ）は２段目開弁状態、（ニ）は３段目開弁状態））、図４は同平面図を示す。

即ち、この実施例２の排気制御弁は、両図に示すように、前記シート面１２の内径φｄ１と同心である排気パイプＰの軸心Ｑ１位置に対し、円筒部１３およびフランジ部２３の軸心Ｑ２位置が支軸３から遠ざかる方向に離れた位置となるように円筒部１３、１５およびフランジ部２３が配置されている点が前記実施例１とは相違したものである。

この実施例２では、上述のように構成されることで、支軸３から１段目の栓体部を構成する第１円筒部２２の外径２まで、または、２段目の栓体部を構成する第２円筒部２４の外径φｄ３までを含む広い面積の排気受圧面の中心までの距離Ｌが、実施例１に比べて長くなるため、シート面１２から弁体２の本体部２１が一旦離れた初期開弁後は、より低い排気圧力で弁体２を押し開けることができることになる。
従って、この実施例２によれば、エンジンの低速回転時に必要とされる低騒音化要求を満足させることできることはもちろん、エンジンの高速回転時に必要とされる低背圧化要求をさらに満足させることができるようになるという効果が得られる。

以上本実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、実施例では、排気受圧面積を２段階で拡大させるようにした例を示したが、３段階以上に分割して拡大させるようにしてもよい。

また、弁座１のシート面１２および弁体２の本体部２１が平面状に形成されたものを例にとったが、テーパ状に形成されたものにも本発明を適用することができる。
また、実施例では、コイルスプリング４のコイル部を弁体２が軸支された支軸３に装着したが、支軸３とは別体の支軸に装着させるようにしてもよい。

また、実施例では、マフラ本体内の排気パイプＰの端部に弁座１を設けたが、マフラ内部構造に応じマフラ内の仕切り板（バッフルプレート）に設けるようにしてもよく、この場合においても同様の効果が得られる。
また、支軸３の位置は、シート面１２に対して図面において下方に接近して設けることにより、円筒部１３とフランジ部２３との隙間が開弁移行時においてより小さくなるように設定することができ、これにより、拡大された排気受圧面積が受ける開弁力が強くなって、より低圧で開弁できるようになる。

また、実施例では、付勢手段として、コイルスプリング４を用いたが、その他に、板スプリング等公知の付勢手段を用いることができる。
また、実施例では、筒部１３、１５を円筒状に形成したが、楕円、卵形、長円その他の断面形状の筒状に形成することができる。

実施例１の排気制御弁を示す縦断面図イ）は閉弁状態、（ロ）は１段目（初期）開弁状態、（ハ）は２段目開弁状態、（ニ）は３段目開弁状態））である。 実施例１の排気制御弁を示す平面図 実施例２の排気制御弁を示す縦断面図イ）は閉弁状態、（ロ）は１段目（初期）開弁状態、（ハ）は２段目開弁状態、（ニ）は３段目開弁状態））である。 実施例２の排気制御弁を示す平面図である。 従来例１の排気制御弁を示す縦断面図である。 従来例２の排気制御弁を示す縦断面図である。

符号の説明

Ｐ 排気パイプ（排気流通路）
１ 弁座
１１ パイプ部
１２ シート面
１３ 第１円筒部（筒部）
１４ 外向きフランジ部
１５ 第２円筒部（筒部）
１６ 基板部
１７ 軸支持部
２ 弁体
２１ 本体部
２１ａ 環状シール面部
２２ 円筒部
２３ フランジ部
２４ 円筒部
２５ 基板部
２６ 軸支持部
３ 支軸
４ コイルスプリング（付勢部材）
４１ コイル部

Claims (2)

1. マフラ本体内における排気流通路の途中に設けられる弁座に対し支軸を介して開閉可能に設けられた弁体と、
   該弁体を前記弁座のシート面に当接させて制御弁を閉じる方向に付勢する付勢手段と、
   を備えた排気制御弁において、
   前記弁座部分で前記シート面の下流側には前記弁体の排気受圧面を画成する前記シート面の内径より段階的に大径の内径に形成された複数の筒部がそれぞれ外向きフランジ部を介して延設され、
   前記弁体側には複数延設された前記各筒部の開口部をそれぞれ閉塞する複数の栓体部がそれぞれ延設され、
   前記弁体が前記シート面に当接して制御弁を閉じた状態から前記弁体の回動角度に応じて前記複数の栓体部による前記複数の筒部の上端開口部が小径のものから順次段階的に開かれて行くように構成されていることを特徴とする排気制御弁。
2. 前記シート面の軸心位置に対し前記筒部の軸心位置が前記支軸から遠ざかる方向に離れた位置となるように筒部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の排気制御弁。

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