JP4537556B2 - 排気制御弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、弁ハウジングと、この弁ハウジングの弁室に回転可能に収容され、弁ハウジングと協働して排気の流れを制御する弁体とからなり、その弁体の、弁ハウジング外に突出した弁軸の外端には、これを回転駆動する伝動部材を取付けた排気制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、かゝる排気制御弁において、弁ハウジングに、弁軸を回転自在に支承する軸受ブッシュと、この軸受ブッシュに隣接して弁軸の外周面に密接するシール部材とを装着したものが知られている（例えば特開昭６３−２１２７２８号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の排気制御弁では、上記のように専用の機能を持つ軸受ブッシュ及びシール部材を装着しているので、部品点数が多く、特にシール部材が高価であることもあって、コストの低減が困難であった。
【０００４】
本発明は、かゝる事情に鑑みてなされたもので、軸受ブッシュにシール機能を持たせるようにして、部品点数が少なく低廉な前記排気制御弁を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、弁ハウジングと、この弁ハウジングの弁室に回転可能に収容され、弁ハウジングと協働して排気の流れを制御する弁体とからなり、その弁体の、弁ハウジングに装着された軸受ブッシュに回転自在に支承される弁軸の一端には、これを回転駆動する伝動部材を取付けた排気制御弁において、前記弁体及び前記弁軸を共にチタン材で構成する一方、前記軸受ブッシュをカーボン材で円筒状に構成し、その軸受ブッシュの内周面で前記弁軸の外周面を、またその軸受ブッシュの端面で前記弁体の端面をそれぞれ回転自在に支承するように、該軸受ブッシュを前記弁ハウジングに装着し、この軸受ブッシュ及び弁体の対向端面間を圧接シール状態とすべく、前記弁ハウジング及び伝動部材間に縮設したスラストスプリングの荷重により前記弁体を前記軸受ブッシュ側に付勢したことを特徴とする。尚、前記伝動部材は、後述する本発明の実施例における被動プーリ６７に対応する。
【０００６】
この特徴によれば、弁ハウジング及び伝動部材間にスラストスプリングを縮設したことにより、軸受ブッシュに軸受機能のみならずシール機能をも付与することができる。したがって、特別なシール部材を設けることなく弁軸周りからの排ガスのリークを防ぐことができ、高価なシール部材を不要としたことゝ部品点数の削減とによりコストの低減を図ることができる。
【０００７】
しかもシール部材を設けない分、軸方向に長い軸受ブッシュの使用が可能となり、弁軸を広い範囲で支承して大きな軸受容量を確保することができる。したがってその軸受ブッシュは、弁軸に取付けた被動プーリから荷重を直接的に受けても、優れた耐久性を発揮することができる。
【０００８】
また弁体を、その弁軸と共にチタン材で構成することにより、弁体、延いては排気制御弁の軽量化を図ることができる。しかも、弁体全体を構成するチタン材は活性金属で凝着性が高いが、カーボン材からなる軸受ブッシュの採用により、高温状態でも、弁軸及び軸受ブッシュ間に良好な回転摺動性を付与することができ、弁体の軽量化と相俟って、弁体の駆動トルクに対する応答性を効果的に高めることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、添付図面に示す本発明の一実施例に基づいて以下に説明する。
【００１０】
図１は吸気制御装置及び排気制御装置を備えるエンジンを搭載した自動二輪車の側面図、図２は上記吸気制御装置の要部縦断側面図、図３は図２に対応した作用説明図、図４は図２の４−４線断面図、図５は図４の５−５線断面図、図６は図４の６−６線断面図、図７は排気系の斜視図、図８は上記排気制御装置の側面図、図９は排気制御弁を低速制御位置で示す、図８の９−９線断面図、図１０は図９の１０−１０線断面図、図１１は排気制御弁を中速制御位置で示す、図９に対応した断面図、図１２は排気制御弁を高速制御位置で示す、図９に対応した断面図、図１３は排気系の要部拡大平面図、図１４は図１３の１４−１４線断面図、図１５は図１４の１５−１５線断面図、図１６は図１３の１６−１６線断面図、図１７は図１６の１７−１７線断面図、図１８は吸気制御弁及び排気制御弁の駆動装置の平面図、図１９は図１８の１９−１９線断面図、図２０は図１８の２０−２０線断面図である。
【００１１】
図１において、自動二輪車１の車体フレーム２は、前端にヘッドパイプ３を有して後下りに延び、且つ後端相互を連結した左右一対のメインフレーム４，４と、これらメインフレーム４，４の後端に結合されて後上がり延びるシートレール５とからなっており、一対のメインフレーム４，４に並列四気筒エンジンＥｎが取付けられる。その際、エンジンＥｎは、そのシリンダブロック８及びシリンダヘッド９をやゝ前傾させると共に、そのシリンダヘッド９をメインフレーム４，４間に挿入するようにして配置される。
【００１２】
ヘッドパイプ３には、前輪７ｆを軸支するフロントフォーク６ｆが操向可能に連結され、後輪７ｒを支持するリアフォーク６ｒは、エンジンＥｎのクランクケース１０後部に枢軸１１を介して上下揺動可能に連結されると共に、このリアフォーク６ｒとメインフレーム４，４間にリアクッションユニット１２が介裝される。そして、枢軸１１の前方に配置されるエンジンＥｎの出力軸１３がチェーン伝動装置１４を介して後輪７ｒを駆動するようになっている。
【００１３】
またメインフレーム４，４上には燃料タンク１５が搭載され、シートレール５にはタンデムメインシート１６が取付けられる。
【００１４】
エアクリーナ１７及びスロットルボディ１８を含むエンジンＥｎの吸気系Ｉｎは、シリンダヘッド９の上方で、燃料タンク１５に覆われるように配置され、排気管５１ａ〜５１ｄ及び排気マフラ５４を含むエンジンＥｎの排気系Ｅｘは、シリンダヘッド９及びシリンダブロック８の前面からクランクケース１０の下方を通って、斜め上方へ延びように配置される。
【００１５】
先ず、図１ないし図６により、エンジンＥｎの吸気系Ｉｎについて説明する。
【００１６】
図１ないし図４に示すように、エンジンＥｎのシリンダヘッド９には、四気筒に対応する４個のスロットルボディ１８，１８…が連結され、これらスロットルボディ１８，１８…の吸気道１８ａ入口にエアファンネル２１，２１…がそれぞれ接続される。また４個のスロットルボディ１８，１８…には、全部のエアファンネル２１，２１…を収容するエアクリーナ１７のクリーナケース２２が取付けられる。クリーナケース２２は、スロットルボディ１８，１８…に固着される下部ケース半体２２ｂと、この下部ケース半体２２ｂにビス２７により分離可能に接合される上部ケース半体２２ａとからなっており、このクリーナケース２２内を下部の未浄化室２３と上部の浄化室２４とに仕切るエレメント取付け板２５が両ケース半体２２ａ，２２ｂ間に挟持されるようにして配設される。このエレメント取付け板２５に設けられた取付け孔２５ａにはクリーナエレメント２６が装着されている。
【００１７】
下部ケース半体２２ｂの一側には、未浄化室２３を大気に開放する空気取り入れ口２８が設けられ、一方、エアファンネル２１，２１…は、下部ケース半体２２ｂの底壁を貫通して浄化室２４に入口を開口するように配置される。したがって、エンジンＥｎの作動中、空気取り入れ口２８から未浄化室２３に流入した空気は、クリーナエレメント２６で濾過された後、浄化室２４に移り、エアファンネル２１、スロットルボディ１８へと流入し、各スロットルボディ１８内のスロットル弁２９により流量を調節されながらエンジンＥｎに吸入されていく。その際、各スロットルボディ１８の一側壁に装着された燃料噴射弁３２からエンジンＥｎの吸気ポートに向けて燃料が噴射されるようになっている。
【００１８】
全スロットルボディ１８のスロットル弁２９は、その弁軸２９ａ同士を連動、連結しており、その外側の弁軸２９ａに固着されたプーリ３０と、それに接続された操作ワイヤ３１を介して、自動二輪車１の操向ハンドルに付設されたスロットルグリップにより開閉操作される。
【００１９】
下部ケース半体２２ｂには、未浄化室２３の中間部を下部の小断面積通路３３ａと、上部に大断面積通路３３ｂとに区画する隔壁３４が一体に成形されており、その大断面積通路３３ｂを開閉する吸気制御弁３５が隔壁３４に軸支される。
【００２０】
吸気制御弁３５は、弁板３６と、この弁板３６の一側端に一体成形された弁軸３７とからなっており、上記隔壁３４には、その弁軸３７の一端部を回転自在に支承する一つの軸受３８と、弁軸３７の他端部を回転自在に支承する左右一対の軸受３９，３９とが設けられる。
【００２１】
吸気制御弁３５は、その弁板３６の先端を、図３に示すように、大断面積通路３３ｂの天井面に当接させて大断面積通路３３ｂを全閉にする第１吸気制御位置Ａ（図２参照）と、弁板３６を隔壁３４に平行にして同通路３３ｂを全開にする第２吸気制御位置Ｂとの間を回動するようになっており、その回動角度は図示例の場合、略４５°となっている。吸気制御弁３５の第２吸気制御位置Ｂでは、弁板３６は先端を大断面積通路３３ｂの上流側に向けた傾斜姿勢をとり、エンジンＥｎの吸気負圧が弁板３６を閉じ方向へ付勢すべく作用するようになっている。
【００２２】
弁軸３７の一端部に一体に形成されたアーム４０には、これを介して弁板３６を閉じ方向、即ち第１吸気制御位置Ａ側へ付勢する戻しばね４１が接続される。また弁軸３７の他端部には、一対の軸受３９，３９間において、後述するアクチュエータ７１の駆動プーリ７３に第１伝動ワイヤ７５ａを介して連結される被動プーリ４６が回転可能に取付けられ、この被動プーリ４６及び弁軸３７間に、これらを相互に連結するロストモーション機構４２が設けられる。ロストモーション機構４２は、弁軸３７の一側面に突設された伝動ピン４３と、この伝動ピン４３を係合すべく被動プーリ４６の内周面に形成されて周方向に延びる円弧溝４４と、被動プーリ４６を吸気制御弁３５の第１吸気制御位置Ａ側へ付勢するロストモーションばね４５とからなっている。その円弧溝４４の中心角は、吸気制御弁３５の開閉角度より大きく設定され、被動プーリ４６が後退位置から吸気制御弁３５の開き方向、即ち第２吸気制御位置Ｂ側へ回転したとき、所定の遊び角度αを過ぎてから円弧溝４４の一端面が伝動ピン４３に当接して吸気制御弁３５を第２吸気制御位置Ｂ側へ動かし始めるようになっている。
【００２３】
次に、図１、図７ないし図１７により、エンジンＥｎの排気系Ｅｘについて詳述する。
【００２４】
先ず図１及び図７において、エンジンＥｎの並列四気筒を、車両の左側から１番〜４番気筒５０ａ〜５０ｄと呼ぶことにし、各気筒での点火は、１番気筒５０ａ、２番気筒５０ｂ、４番気筒５０ｄ、３番気筒５０ｃの順序で行う。１番〜４番気筒５０ａ〜５０ｄにそれぞれ対応する１番〜４番排気管５１ａ〜５１ｄがシリンダヘッド９の前面に接続され、これら排気管５１ａ〜５１ｄは、エンジンＥｎの前面を下りて、その下方で後方へ曲がる。そして、エンジンＥｎの下方において、１番及び４番排気管５１ａ，５１ｄは左右に隣接配置され、これら１番及び４番排気管５１ａ，５１ｄの直下で２番及び３番排気管５１ｂ，５１ｃが隣接配置される。そして、これら排気管５１ａ〜５１ｄの中間部に排気制御弁５５が設けられる。
【００２５】
図８〜図１２に示すように、排気制御弁５５は、１番〜４番排気管５１ａ〜５１ｄの中間部に介裝される共通の弁ハウジング５６と、この弁ハウジング５６に装着される弁体５７とから構成される。弁ハウジング５６の前後両端に形成された前部及び後部フランジ５６Ａ，５６Ｂに１番〜４番排気管５１ａ〜５１ｄの上流側及び下流側がそれぞれ接続される。弁ハウジング５６には、前部及び後部フランジ５６Ａ，５６Ｂの各端面に開口して１番及び４番排気管５１ａ，５１ｄの上流側及び下流側の管路に合致する各一対の入口ポート５６ａ，５６ａ及び出口ポート５６ｂ，５６ｂと、これら入口ポート５６ａ，５６ａ及び出口ポート５６ｂ，５６ｂ間に介在して上記各ポートの軸線と直交する方向に延びる円筒状の弁室５６ｃと、前部及び後部フランジ５６Ａ，５６Ｂ間にわたり形成されて２番及び３番排気管５１ｂ，５１ｃの上流及び下流側の管路に合致する一対の連通ポート５６ｄ，５６ｄとが形成され、これら連通ポート５６ｄ，５６ｄの上側には、これらを弁室５６ｃに連通する一対の連通孔５６ｅ，５６ｅが設けられる。
【００２６】
弁室５６ｃの一端は、弁ハウジング５６と一体の端壁で閉塞されており、その端壁に軸受ブッシュ５９が装着される。また弁室５６ｃの他端は開放されており、それを閉鎖する軸受ブラケット５８が弁ハウジング５６にボルト６４で固着される。軸受ブラケット５８は上記軸受ブッシュ５９と同軸の軸受ブッシュ６０を備えている。
【００２７】
一方、弁体５７は弁室５６ｃに回転自在に装着されるもので、基本的には円筒状をなしおり、その軸方向両端に一体に形成された弁軸６１，６２が前記軸受ブッシュ５９，６０に回転自在に支承され、低速制御位置Ｃ、中速制御位置Ｄ及び高速制御位置Ｅ間を回転するようになっている。
【００２８】
この場合、特に、軸受ブラケット５８の軸受ブッシュ６０は、軸受ブラケット５８の内端面より僅かに突出していて、弁体５７の端面をも支承するようになっている。
【００２９】
弁ハウジング５６はチタン材で構成され、また弁体５７も両弁軸６１，６２と共にチタン材で構成される。一方、両弁軸６１，６２を支承する軸受ブッシュ５９，６０は、軸受性のみならずシール性にも優れた非金属材料、具体的にはカーボン材、例えばカーボングラファイトで成形される。
【００３０】
弁軸６２の、軸受ブラケット５８外に突出した先端部には被動プーリ６７がナット６５で固着され、この被動プーリ６７は、後述するアクチュエータ７１の駆動プーリ７３から第２及び第３伝動ワイヤ７５ｃを介して駆動される。
【００３１】
被動プーリ６７には、軸受ブラケット５８側に開口する環状の保持凹部８０ａを持ったフランジ部８０が一体に形成され、その保持凹部８０ａには、環状のリテーナ８１と、このリテーナ８１に相対回転自在に保持される２枚のスラストワッシャ８２，８２′が収容され、これらスラストワッシャ８２，８２′と軸受ブラケット５８との間にスラストスプリング８３が一定の荷重をもって縮設され、その荷重により弁体５７の端面と前記軸受ブッシュ６０の端面とは圧接シール状態に保持される。これに伴い弁ハウジング５６の、軸受ブラケット５８と反対側の端壁と弁体５７との対向端面間には間隙ｇが生ずるが、この間隙ｇにより弁体５７の軸方向の熱膨張が吸収される。
【００３２】
弁体５７には、その軸線を横切って前記各入口ポート５６ａ及び出口ポート５６ｂと合致し得る一対の貫通孔５７ａと、弁体５７の半径方向でこの貫通孔５７ａの一側面を開放する連通孔５７ｂとが設けられる。
【００３３】
而して、弁体５７の低速制御位置Ｃでは（図９及び図１０参照）、連通孔５７ｂが弁ハウジング５６の入口ポート５６ａと重なると共に貫通孔５７ａの一端側が弁ハウジング５６の連通孔５６ｅと重なり、且つ弁体５７の、連通孔５７ｂと対向する弁壁５７Ａが出口ポート５６ｂを閉鎖するようになっている。また中速制御位置Ｄ（図１０参照）では、貫通孔５７ａが入口及び出口ポート５６ａ，５６ｂに合致すると共に、弁壁５７Ａが連通孔５６ｅを閉じるようになっている。上記弁壁５７Ａの外面には、この中速制御位置Ｄ（図１２参照）で連通ポート５６ｄの内周面に連続する円弧状の凹部５７ｃが設けられる。さらに高速制御位置Ｅでは、貫通孔５７ａが入口及び出口ポート５６ａ，５６ｂに合致すると共に、連通孔５７ｂが連通孔５６ｅと合致するようになっている。したがって、弁体５７の中速制御位置Ｄと高速制御位置Ｅの間は略１８０°離れており、その中間点に低速制御位置Ｃが存在する。
【００３４】
図１、図７及び図１３において、１番〜４番排気管５１ａ〜５１ｄが排気制御弁５５を過ぎたところで１番及び４番排気管５１ａ，５１ｄは、これらを集合させる上部第１排気集合管５２ａに接続され，２番及び３番排気管５１ｂ，５１ｃは、これらを集合させる下部第１排気集合管５２ｂに接続される。その後、上記両排気集合管５２ａ，５２ｂは、これらを集合させる第２排気集合管５３に接続され、その後端に排気マフラ５４が接続される。その際、上部及び下部第１排気集合管５２ａ，５２ｂのうち、排気制御弁５５の連通ポート５６ｄに連なる側の下部第１排気集合管５２ｂにのみ１次排気浄化装置８４が配設され、また第２排気集合管５３には２次排気浄化装置８５が配設される。
【００３５】
図１４及び図１５に示すように、１次排気浄化装置８４は、その形式を問うものではないが、図示例の場合、周壁に無数の透孔８８を有する円筒形の触媒担体８７を主体とする３元触媒コンバータで構成される。その触媒担体８７は、一端部が下部第１排気集合管５２ｂの内壁に溶接して固定され、他端部が同内壁にグラスウール、スチールウール等からなる断熱部材８９を介して摺動可能に保持され、この両端部以外の触媒担体８７の中間部と下部第１排気集合管５２ｂとの間には筒状の断熱空間９０が設けられる。したがって、１次排気浄化装置８４の熱伸びは、それと断熱部材８９間での滑りによって許容され、１次排気浄化装置８４及び下部第１排気集合管５２ｂの熱歪みの発生を抑えることができ、また断熱部材８９及び断熱空間９０により１次排気浄化装置８４の保温を図ると共に下部第１排気集合管５２ｂの過熱を防ぐことができる。
【００３６】
図１６及び図１７に示すように、第２排気集合管５３は、その上流側に連なる外側管９２と、下流側に連なる内側管９３とからなっており、内側管９３は筒状の断熱空間９４を存して外側管９２の内側に配置される。そして、外側管９２の下流端は内側管９３の外周に溶接され、内側管９３の上流端は、グラスウール、スチールウール等からなる断熱部材９５を介して外側管９２に相対摺動可能に支持される。また第２排気集合管５３は中間部で僅かに屈曲しており、その屈曲部分で外側管９２の内周面には、内側管９３を囲繞するガイドリング９６が溶接される。
【００３７】
２次排気浄化装置８５も、その形式を問うものではないが、図示例の場合、周壁に無数の透孔９９を有する円筒形の触媒担体９８を主体とする３元触媒コンバータで構成される。その触媒担体９８は、軸方向中央部において断熱部材１００及び保持環１０１を介して内側管９３に取付けられる。断熱部材１００は、グラスウール、スチールウール等からなっている。保持環１０１は、一対の半環体１０１ａ，１０１ｂの対向端部を相互に重ね溶接して構成され、その際、断熱部材１００に圧縮力を加えて、断熱部材１００及び触媒担体９８間に、触媒担体９８を摺動可能に保持するための摩擦力を付与する。内側管９３には、それぞれ半径方向内方に突出して直径方向で対向する一対の突起９３ａが形成されており、これら突起９３ａに保持環１０１の外周面が溶接され、この溶接部を除いた部分では、保持環１０１及び内側管９３間に断熱空間１０２が設けられる。触媒担体９８の、保持環１０１で保持される中央部以外の部分は、内側管９３の内周面から充分に離れていて、排ガスが無数の透孔９９を通して触媒担体９８の内外を流通し得るようになっている。
【００３８】
こうして２次排気浄化装置は、その中央部を断熱部材１００及び保持環１０１を介して内側管９３に摺動可能に保持されるので，２次排気浄化装置８５の熱伸びは、それと断熱部材１００間での滑りによって許容され，２次排気浄化装置８５及び内側管９３の熱歪みの発生を抑えることができ、また断熱部材１００、断熱空間１０２、内側管９３及び外側の断熱空間９４により２次排気浄化装置８５の保温を効果的に図ると共に外側管９２の過熱を防ぐことができる。しかも２次排気浄化装置８５は、一箇所で安定良く保持される上、その保持部以外の部分で排ガスが透孔８８を通して触媒担体９８の内外を流通し得るので、排ガス浄化を効果的に行うことができる。さらに第２排気集合管５３を構成する外側管９２及び内側管９３の熱伸びの差は、内側管９３、断熱部材９５及び外側管９２の各間の滑りにより許容され、さらに２次排気浄化装置８５及び外側管９２間に２重に介在する断熱空間９４，１０２により，２次排気浄化装置８５の熱害を効果的に防ぐことができる。
【００３９】
次に、前記吸気制御弁３５及び排気制御弁５５の駆動装置について、図１、図１８ないし図２０を参照しながら説明する。
【００４０】
図１及び図１８に示すように、エンジンＥｎのクランクケース１０の上方において、メインフレーム４の内側面に固設された一対のブラケット７０，７０に共通のアクチュエータ７１が弾性部材７７を介してボルト７８により取付けられる。その際、アクチュエータ７１は、これから前記吸気制御弁３５及び排気制御弁５５までの各距離が略等しくなるように配置される。アクチュエータ７１は、図示例の場合、正逆転可能の電動モータで構成され、その出力軸７２に固着された駆動プーリ７３は小径の第１ワイヤ溝７３ａと、大径の第２及び第３伝動ワイヤ溝７３ｂ，７３ｃとを持っている。その第１ワイヤ溝５４ａと、前記吸気制御弁３５側の被動プーリ４６（図６参照）のワイヤ溝４６ａに第１伝動ワイヤ７５ａが係合されると共に、その両端子が駆動及び被動プーリ７３，４６に接続される。また第２及び第３ワイヤ溝７３ｂ，７３ｃと前記排気制御弁５５側の被動プーリ６７（図９参照）の一対のワイヤ溝６７ｂ，６７ｃに第２及び第３伝動ワイヤ７５ｂ，７５ｃが巻き掛け方向を反対にして係合されると共に、それらの両端子が駆動プーリ７３及び被動プーリ６７にそれぞれ接続される。
【００４１】
アクチュエータ７１に接続される電子制御ユニット７６は、図示しないセンサから入力されるエンジンＥｎの回転数やブースト負圧等からエンジンＥｎの低速回転域、中速回転域及び高速回転域を判別して、それに応じてアクチュエータ７１を制御するようになっており、それによりアクチュエータ７１は、エンジンＥｎの中速回転域では駆動プーリ７３を初期位置イに保持し、低速回転域では、その初期位置イから逆転方向Ｒへ所定角度離れた第１駆動位置ロまで駆動プーリ７３を駆動し、高速回転域では第１駆動位置ロから正転方向Ｆへ初期位置イを経由して所定角度離れた第２駆動位置ハまで駆動プーリ７３を駆動するようになっている。
【００４２】
次に、この実施例の作用について説明する。
【００４３】
エンジンＥｎの低速回転域で、アクチュエータ７１により駆動プーリ７３が第１駆動位置ロまで駆動されると、駆動プーリ７３は第１及び第２伝動ワイヤ７５ａ，７５ｂを牽引して、吸気制御弁３５側の被動プーリ４６を開弁方向（図６で反時計方向）へ所定角度回転させ、また排気制御弁３５側の被動プーリ６７を図８で反時計方向へ所定角度回転させて排気制御弁３５の弁体５７を図９及び図１０の低速制御位置Ｃへ運ぶ。
【００４４】
しかしながら、被動プーリ４６の上記所定角度の回転は、ロストモーション機構４２における駆動プーリ７３及び吸気制御弁３５間の遊び角度αの範囲で行われるようになっており、したがって吸気制御弁３５の弁板３６は、戻しばね４１の付勢力により第１吸気制御位置Ａに保持されている。
【００４５】
吸気制御弁３５のこのような状態では、図２に示すように、弁板３６により大断面積通路３３ｂが全閉されるので、エンジンＥｎに吸入される空気は、エアクリーナ１７を通過するとき、小断面積通路３３ａを通ることを余儀なくされる。したがって、この低速回転域での加速操作時（スロットル弁２９の急開時）でも、混合気の希薄化を抑えて、適正な濃厚混合気をエンジンＥｎに供給することができ、良好な加速性能を発揮させることができる。
【００４６】
一方、排気制御弁５５の弁体５７が図９及び図１０の低速制御位置Ｃにくると、前述のように、弁体５７の連通孔５７ｂが弁ハウジング５６の入口ポート５６ａと重なると共に弁体の貫通孔５７ａの一端側が弁ハウジング５６の連通孔５６ｅと重なり、且つ弁体５７の弁壁５７Ａが出口ポート５６ｂを閉鎖するため、第１及び第２排気管５１ａ，５１ｂの上流側から弁ハウジング５６の入口ポート５６ａを経て弁室５６ｃに進入した排ガスは、弁体５７の弁壁５７Ａに邪魔されて、連通ポート５６ｄ側に進路を曲げ，２番及び３番排気管５１ｂ，５１ｃの上流側から連通ポート５６ｄを通過する排ガスと合流することになる。これに伴い増加する排気抵抗により、各排気管５１ａ〜５１ｄからエンジンＥｎに低速回転域に相応しい排圧が作用し、弁重合期間中、各気筒５０ａ〜５０ｄから排気系への新気の吹き抜けを抑えて、低速出力性能の向上を図ることができる。
【００４７】
弁ハウジング５６の連通ポート５６ｄを通過した排ガスは、２番及び３番排気管５１ｂ，５１ｃの下流側を経て下部第１排気集合管５２ｂに流入して合流し、そして１次排気浄化装置８４によって浄化される。したがって、エンジンＥｎの排ガスの全量が１次排気浄化装置８４を流れることになり、しかも１次排気浄化装置８４は前述のように保温されているので、エンジンＥｎの始動直後でも、１次排気浄化装置８４を排気熱と反応熱により早期に活性化することができる。下部第１排気集合管５２ｂを通過した排ガスは、第２排気集合管５３へと移行し、こゝで２次排気浄化装置８５によって更に浄化される。この２次排気浄化装置８５も前述のように保温されているので、活性化を早めることができる。
【００４８】
かくして、エンジンＥｎの低速運転域では、排ガスの全量が１次及び２次排気浄化装置８４，８５により浄化作用を受けるので、排ガス温度が比較的低くともその浄化効率を高めることができる。
【００４９】
この間、１番及び４番排気管５１ａ，５１ｄの下流側は弁体５７の弁壁５７Ａにより閉鎖され、上部第１排気集合管５２ａへの排ガスの流れは阻止されているので、上部第１排気集合管５２ａには排気浄化装置を設ける必要がない。
【００５０】
続いて、エンジンＥｎが中速回転域に移り、アクチュエータ７１により駆動プーリ７３が初期位置イに戻されると、駆動プーリ７３は第１伝動ワイヤ７５ａを弛めると共に、第３伝動ワイヤ７５ｃを牽引する。第１伝動ワイヤ７５ａの弛緩によれば、吸気制御弁３５側の被動プーリ４６は、ロストモーションばね４５の付勢力で遊び角度αの範囲で図６の初期位置へ戻るだけであり、吸気制御弁３５の第１吸気制御位置Ａに変化は起こらない。
【００５１】
一方、第３伝動ワイヤ７５ｃの牽引による排気制御弁３５側の被動プーリ６７の回転によれば、弁体５７を図９の中速制御位置Ｄへ運ぶ。その結果、前述のように、弁体５７の貫通孔５７ａが弁ハウジング５６の入口及び出口ポート５６ａ，５６ｂに合致すると共に、弁壁５７Ａが連通孔５６ｅを閉じるようになるため、１番〜４番排気管５１ａ，５１ｄは個別に導通状態となり、特に、弁体５７の貫通孔５７ａは入口ポート５６ａ及び出口ポート５６ｂを介して１番及び４番排気管５１ａ，５１ｄの管路に合致するので、１番及び４番排気管５１ａ，５１ｄの管路を全長にわたり均一な断面とすることができる。また弁ハウジング５６の連通孔５６ｅに臨む弁体５７の弁壁５７Ａ外面の円弧状の凹部５７ｃは、連通ポート５６ｄの内周面に連続し、しかもこの連通ポート５６ｄは、元々、２番及び３番排気管５１ｂ，５１ｃの管路と合致させてあるので、２番及び３番排気管５１ｂ，５１ｃの管路も全長にわたり均一な断面とすることができる。したがって、１番〜４番排気管５１ａ〜５１ｄでは、その全長を利用して効果的な排気慣性効果及び／又は排気脈動効果を得ることができる。即ち、各排気管５１ａ〜５１ｄの有効管長は、エンジンＥｎから上部及び下部第１排気集合管５２ａ，５２ｂに至る最大となり、これらの最大有効管長は、それによる排気慣性効果及び／又は排気脈動効果が中速回転域におけるエンジンＥｎの容積効率を高めるように設定されており、したがって、エンジンＥｎの中速出力性能を高めることができる。
【００５２】
さらに、エンジンＥｎが高速回転域に移り、アクチュエータ７１により駆動プーリ７３が第２駆動位置ハまで駆動されると、駆動プーリ７３は第１及び第２伝動ワイヤ７５ａ，７５ｂを大きく牽引する。この第１伝動ワイヤ７５ａの大きな牽引によれば、吸気制御弁３５側の被動プーリ４６は遊び角度αを大きく超えて開弁方向へ回転され、円弧溝４４の一端壁を吸気制御弁３５の伝動ピン４３に当接させて、吸気制御弁３５の弁板３６を図３の第２吸気制御位置Ｂまで運ぶ。
【００５３】
また第２伝動ワイヤ７５ｂの大きな牽引によれば、排気制御弁３５側の被動プーリ６７は、中速制御位置Ｄから低速制御位置Ｃを通過して略１８０°回転して弁体５７を図１２の高速制御位置Ｅへと運ぶ。
【００５４】
而して、吸気制御弁３５の弁板３６が第２吸気制御位置Ｂに達すると、図３に示すように、その弁板３６が大断面積通路３３ｂを全開状態にするので、エンジンＥｎに吸入される空気は、エアクリーナ１７を通過するとき、大断面積通路３３ｂ及び小断面積通路３３ａの両方を通ることができ、したがって、吸気抵抗の減少をもたらし、エンジンＥｎの容積効率を高め、高速出力性能の向上に寄与する。
【００５５】
一方、排気制御弁５５の弁体５７が図１２の高速制御位置Ｅに達すると、前述のように、弁体５７の貫通孔５７ａが弁ハウジング５６の入口及び出口ポート５６ａ，５６ｂに合致すると共に、弁体５７の連通孔５７ｂが弁ハウジング５６の連通孔５６ｅと合致するようになるため、１番〜４番排気管５１ａ〜５１ｄの導通状態は変わらないが、１番及び４番排気管５１ａ，５１ｄと２番及び３番排気管５１ｂ，５１ｃの中間部がそれぞれ連通孔５６ｅ，５６ｅ；５７ｂ，５７ｂにより連通されることになる。その結果、各排気管５１ａ〜５１ｄの有効管長は、エンジンＥｎから排気制御弁５５に至る最小となる。これらの最小有効管長は、それによる排気慣性効果及び／又は排気脈動効果が高速回転域におけるエンジンＥｎの容積効率を高めるように設定されており、したがって、エンジンＥｎの高速出力性能を高めることができる。
【００５６】
エンジンＥｎの上記中速ないし高速運域では、１番及び４番排気管５１ａ，５１ｄを通過した排ガスは上部第１排気集合管５２ａで合流して第２排気集合管５３へ向かい、２番及び３番排気管５１ｂ，５１ｃを通過した排ガスは下部第１排気集合管５２ｂで合流し、１次排気浄化装置８４で浄化されてから第２排気集合管５３に向かう。そして、すべての排ガスは第２排気集合管５３で合流して２次排気浄化装置８５によって浄化される。したがって、１番及び４番排気管５１ａ，５１ｄを通過してきた排ガスは、２次排気浄化装置８５によってのみ浄化されることになるが、中速ないし高速運域では排ガスの流量が比較的多量となるため、その多量の排気熱と反応熱とで２次排気浄化装置８５の浄化機能が充分に高められ、排ガス全体が効果的に浄化されるので、支障がない。
【００５７】
このようにして、吸気系Ｉｎ及び排気系Ｅｘの両方にエンジンＥｎの運転状態に応じた機能が付与されるので、エンジンＥｎの低速から高速回転域にわたり、その出力性能を効果的に高めることができる。
【００５８】
アクチュエータ７１が駆動プーリ７３を第２駆動位置ハから再び第１駆動位置ロ側へ戻す場合は、排気制御弁３５が高速制御位置Ｅから中間点の低速制御位置に達する頃に、被動プーリ４６及び吸気制御弁３５の弁板３６はロストモーションばね４５及び戻しばね４１の付勢力をもって図２の第１吸気制御位置Ａに戻り、その後も被動プーリ４６はロストモーション機構４２の遊び角度αの範囲で戻り回転を継続し得るので、排気制御弁３５は、前記低速制御位置を過ぎて、中速制御位置Ｄまで回転することができる。
【００５９】
このように、吸気制御弁３５及び排気制御弁５５の回転角度に大きな差があっても、その差をロストモーション機構４２が吸収するので、両制御弁３５，５５を共通のアクチュエータ７１により的確に作動することができる。特に、排気制御弁３５を低速制御位置及び中速制御位置Ｄ間で作動させる駆動プーリ７３の回転は、ロストモーション機構４２により吸収して、第１吸気制御位置Ａの吸気制御弁３５に影響を及ぼさないので、排気制御弁３５の弁体５７を低速制御位置Ｃ、中速制御位置Ｄ及び高速制御位置Ｅ間で自由に作動させることができる。かくして、アクチュエータ７１の両制御弁３５，５５に対する共通化により、両制御弁３５，５５の駆動系の構成は簡素化し、エンジン性能の向上及びコストの低減を両立させ、同時に軽量化にも、もたらすことができる。
【００６０】
ところで、排気制御弁５５において、弁ハウジング５６の、被動プーリ６７側の軸受ブッシュ６０は、前述のように弁体５７の一方の弁軸６２を支承するのみならず、スラストスプリング８３の荷重によって上記軸受ブッシュ６０側に付勢される弁体５７の一端面をも受け、両者が圧接シール状態に保持されるため、弁体５７及び軸受ブッシュ６０間を特別なシール部材を用いることなくシールして、弁軸６２周りからの排ガスのリークを防ぐことができる。また高価なシール部材を不要としたことから、部品点数が削減され、コストの低減を図ることができる。またシール部材を設けない分、軸方向に長い軸受ブッシュ６０の軸受ブラケット５８への装着が可能となり、弁軸６２を広い範囲で支承して大きな軸受容量を確保することができる。したがって、この軸受ブッシュ６０は、弁軸６２を堅固に支持することができ、その弁軸６２に取付けられて被動プーリ６７から荷重を直接的に受けても、優れた耐久性を発揮することができる。
【００６１】
また、特に、弁体５７の一端面が圧接する側の軸受ブッシュ６０をカーボングラファイト等の非金属材料で構成する場合には、良好なシール性を確保し得ると共に、排気脈動による弁体５７のスラスト方向の振動を吸収して、異音の発生を抑えることができる。
【００６２】
さらに、弁ハウジング５６と、弁軸６１，６２を一体に有する弁体５７とは、チタン材で構成されるので、排気制御弁５５の軽量化に大いに寄与することができる。しかも、弁体５７全体を構成するチタン材は活性金属で凝着性が高いが、カーボン材製の軸受ブッシュ５９，６０の採用により、高温状態でも、弁軸６１，６２及び軸受ブッシュ５９，６０間に良好な回転摺動性を付与することができ、弁体５７の軽量化と相俟って、駆動トルクに対する応答性を効果的に高めることができる。
【００６３】
本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、吸気制御弁３５は、吸気系Ｉｎの有効管長をエンジンＥｎの運転状態に応じて変化させるように構成することもできる。また本発明は、二気筒エンジンに適用して、その２本の排気管を上記実施例の１番、４番排気管５１ａ，５１ｄ及び２番、３番排気管５１ｂ，５１ｃと同様に排気制御弁５５により制御することもできる。勿論、その他の多気筒エンジンへの適用も可能である。
【００６４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、弁ハウジング及び伝動部材間にスラストスプリングを縮設したことにより、軸受ブッシュに軸受機能のみならずシール機能をも付与することができるので、高価なシール部材を設ける必要がないことゝ部品点数の削減とによりコストの低減を図ることができる。その上、シール部材を設けない分、軸方向に長い軸受ブッシュの使用が可能となり、弁軸を広い範囲で支承して大きな軸受容量を確保できるため、その軸受ブッシュは、弁軸に取付けた伝動部材から荷重を直接的に受けても、優れた耐久性を発揮することができる。
【００６５】
しかも前記弁体を、その弁軸と共にチタン材で構成することにより、弁体、延いては排気制御弁の軽量化を図ることができる。また弁体・弁軸全体を構成するチタン材は活性金属で凝着性が高いが、前記軸受ブッシュを特にカーボン材から構成したことより、高温状態でも、弁軸及び軸受ブッシュ間に良好な回転摺動性を付与することができ、これにより、弁体の軽量化と相俟って、弁体の駆動トルクに対する応答性を効果的に高めることができる。さらに軸受ブッシュをカーボン材としたことで、排気脈動による弁体のスラスト方向の振動を軸受ブッシュで効果的に吸収できて異音の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 吸気制御装置及び排気制御装置を備えるエンジンを搭載した自動二輪車の側面図。
【図２】 上記吸気制御装置の要部縦断側面図。
【図３】 図２に対応した作用説明図。
【図４】 図２の４−４線断面図。
【図５】 図４の５−５線断面図。
【図６】 図４の６−６線断面図。
【図７】 排気系の斜視図。
【図８】 上記排気制御装置の側面図。
【図９】 排気制御弁を低速制御位置で示す、図８の９−９線断面図。
【図１０】 図９の１０−１０線断面図。
【図１１】 排気制御弁を中速制御位置で示す、図９に対応した断面図。
【図１２】 排気制御弁を高速制御位置で示す、図９に対応した断面図。
【図１３】 排気系の要部拡大平面図。
【図１４】 図１３の１４−１４線断面図。
【図１５】 図１４の１５−１５線断面図。
【図１６】 図１３の１６−１６線断面図。
【図１７】 図１６の１７−１７線断面図。
【図１８】 吸気制御弁及び排気制御弁の駆動装置の平面図。
【図１９】 図１８の１９−１９線断面図。
【図２０】 図１８の２０−２０線断面図。
【符号の説明】
５５・・・・排気制御弁
５６・・・・弁ハウジング
５６ｃ・・・弁室
５７・・・・弁体
５９・・・・軸受ブッシュ
６０・・・・軸受ブッシュ
６１・・・・弁軸
６２・・・・弁軸
６７・・・・伝動部材（被動プーリ）
８３・・・・スラストスプリング

Claims (1)

1. 弁ハウジング（５６）と、この弁ハウジング（５６）の弁室（５６ｃ）に回転可能に収容され、弁ハウジング（５６）と協働して排気の流れを制御する弁体（５７）とからなり、その弁体（５７）の、弁ハウジング（５６）に装着された軸受ブッシュ（５９，６０）に回転自在に支承される弁軸（６２）の一端には、これを回転駆動する伝動部材（６７）を取付けた排気制御弁において、
   前記弁体（５７）及び前記弁軸（６１，６２）を共にチタン材で構成する一方、前記軸受ブッシュ（５９，６０）をカーボン材で円筒状に構成し、
   その軸受ブッシュ（５９，６０）の内周面で前記弁軸（６２）の外周面を、またその軸受ブッシュ（５９，６０）の端面で前記弁体（５７）の端面をそれぞれ回転自在に支承するように、該軸受ブッシュ（６０）を前記弁ハウジング（５６）に装着し、
   この軸受ブッシュ（６０）及び弁体（５７）の対向端面間を圧接シール状態とすべく、前記弁ハウジング（５６）及び伝動部材（６７）間に縮設したスラストスプリング（８３）の荷重により前記弁体（５７）を前記軸受ブッシュ（６０）側に付勢したことを特徴とする排気制御弁。

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