JP4963511B2

JP4963511B2 - 排気弁構造

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Publication number: JP4963511B2
Application number: JP2010049152A
Authority: JP
Inventors: 隆人石畑; 修一木澤; 港戸室; 義彦鈴木; 新小林; 雅史和田; 茂福岡; 重臣濱川
Original assignee: Toyota Motor Corp; Futaba Industrial Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Futaba Industrial Co Ltd
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-03-05
Publication date: 2012-06-27
Anticipated expiration: 2030-03-05
Also published as: JP2011185119A; US20110215272A1; US8950731B2

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関の排気経路上に設けられる排気弁構造に関する。

一般に、この種の排気弁構造は、排気ガスの流路切替えや排気ガスの流量制御等を目的として、内燃機関の排気経路上に設けられている。

従来、このような排気弁構造は、内燃機関としてのエンジンから排出される排気ガスの熱をエンジン冷却水と熱交換により回収し、暖房やエンジンの暖機促進等に利用する排気熱回収システムに適用されている（例えば、特許文献１参照）。

この特許文献１に記載の排気熱回収システムは、排気系熱交換器をバイパスするためのバイパス流路上に設けられ、排気ガスの圧力に応じてバイパス流路を開閉することによって、排気ガスがエンジン冷却水との熱交換を行う排気熱回収モードと、排気ガスがバイパス流路を通過するノーマルモードとを切替えるようになっている。

この排気熱回収システムを構成する排気弁構造は、内部にバイパス流路が形成されたインナパイプに接続されて、内部空間をバイパス流路の下流端とする略矩形箱状のバルブハウジングと、バルブハウジングに対して回動軸を介して回動可能に取り付けられたバルブと、を備えている。バルブハウジングは、その排気ガスの流れ方向に沿う各側壁に、排気ガスの流れ方向と直交する方向に対向する一対の主排気口が形成され、かつ排気ガスの流れ方向の下流端を封止するエンドプレートの下部に、排気ガス流路の断面積に比べて小面積の副排気口が形成されている。また、バルブは、一対の主排気口を開閉するための主弁部と副排気口を開閉するための副弁部とを含んで構成されている。

このように構成された特許文献１に記載の排気弁構造にあっては、バルブの回動軸の一端にリターンスプリングが係止されており、バルブは、このリターンスプリングの付勢力によって主弁部および副弁部が主排気口、副排気口をそれぞれ閉止する閉止姿勢をとるようになっている。一方で、バルブに作用する排気ガスの圧力が所定値以上になると、バルブは、リターンスプリングの付勢力に抗して回動し、閉止姿勢から主排気口、副排気口をそれぞれ開放する開放姿勢をとるようになっている。

そして、この排気弁構造では、バイパス流路を伝わってきた排気脈動が一対の主弁部に均一に作用するため、一方の主弁部に作用する排気脈動に基づく力が、他方の主弁部に作用する排気脈動に基づく力の反力となる。このため、排気脈動によってバルブをバルブハウジングに対して変位させようとする力が、相殺される。その結果、この排気弁構造では、一対の主弁部に作用する排気脈動によるバルブのチャタリングが抑制される。

また、上述の排気弁構造では、主弁部とともに排気脈動が作用する副弁部の受圧面積が小面積の副排気口に応じて小さくされているので、副弁部を排気脈動に対して鈍感な構造とすることができる。このため、副弁部に作用する排気脈動によるバルブのチャタリングが抑制される。

また、この特許文献１に記載の排気弁構造において、バルブハウジングの主排気口の周縁部とバルブの主弁部との間には、ワイヤメッシュが介装されており、排気ガスの漏れを防止するシール機能を果たすようになっている。

特開２００８−１０１４７９号公報

しかしながら、上述のような従来の特許文献１に記載された排気弁構造にあっては、バルブのチャタリングを抑制することにより、チャタリングに伴う異音の発生を抑制するものの、チャタリングが確実に防止されるものではなく、チャタリングが生じた際には、異音の発生を抑制することができないという問題があった。

また、従来の排気弁構造においては、バルブハウジングとバルブとの間にワイヤメッシュを介装していたが、シール機能を果たすために設けられるものであって、このワイヤメッシュは、チャタリング時の衝撃を吸収して打撃音の発生を抑制するものではない。

このため、従来のように、バルブハウジングとバルブとの間にワイヤメッシュを介装しただけでは、チャタリング発生時の衝撃を吸収することができず、結果としてチャタリングに伴う異音の発生を防止するには不十分であるという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、チャタリング発生時の衝撃に伴う衝撃音の発生を防止することができる排気弁構造を提供することを目的とする。

本発明に係る排気弁構造は、上記目的達成のため、（１）排気ガスの流路を形成するとともに弁座部を有する筒状部材と、前記流路を閉止および開放する弁体と、前記弁座部に固定されるとともに、前記流路の閉止時に前記弁体に当接するワイヤメッシュと、を備え、前記弁体は、前記流路の閉止時に前記ワイヤメッシュに当接する外周面部を有し、前記ワイヤメッシュは、前記弁座部に固定される筒状の固定部と、前記流路の下流側に向かうに従い徐々に拡径するよう前記固定部に一体成形され、前記流路の閉止時に前記弁体に当接して前記弁体からの荷重を受ける当接部とから構成され、前記弁座部は、前記固定部が固定される筒状のメッシュ支持部と、前記メッシュ支持部に対して径方向外方に向けて屈曲するとともに、前記当接部を保持する屈曲部とを有し、前記当接部は、前記流路の閉止時に前記外周面部に当接する内周面部と、前記屈曲部に沿って前記径方向外方に向かう拡径方向の端部に形成された変形面部とを有し、前記内周面部が、前記屈曲部に対して径方向内方側に傾斜している構成を有する。

この構成により、本発明は、内周面部が、弁座部の屈曲部に対して径方向内方側に傾斜しているので、弁体の外周面部との当接時に弁体から受ける荷重を変形面部に対して作用させることができる。このため、本発明は、弁体の外周面部が当接部の内周面部に当接した際に、弁体から受ける荷重により変形面部を弾性変形させることができる。

したがって、変形面部の弾性変形作用によりチャタリング発生時の衝撃を吸収することができる。すなわち、弁体とワイヤメッシュとの当接時において弁座部にかかる荷重を従来に比べて低減させることができる。その結果、本発明は、チャタリング発生時の衝撃に伴う衝撃音の発生を防止することができる。

また、本発明に係る排気弁構造は、上記（１）に記載の排気弁構造において、（２）前記当接部は、前記屈曲部に保持される被保持面部を有し、前記変形面部が、前記内周面部の前記拡径方向の周縁と前記被保持面部の前記拡径方向の外縁とを通る平面より前記拡径方向に離隔した頂縁部を有する。

この構成により、本発明は、変形面部が、内周面部の拡径方向の周縁と被保持面部の拡径方向の外縁とを通る平面より拡径方向に離隔した頂縁部を有するので、弁体の外周面部がワイヤメッシュの内周面部に当接したとき、弁体から受ける荷重により変形面部を拡径方向に容易に弾性変形させることができる。

このため、本発明は、変形面部の弾性変形作用によりチャタリング発生時の衝撃を吸収することができ、衝撃音の発生を防止することができる。

また、本発明に係る排気弁構造は、上記（２）に記載の排気弁構造において、（３）前記変形面部は、前記被保持面部に対して所定の角度で切り欠かれた切欠面部を有し、前記内周面部への前記弁体の当接時に前記弁体から受ける荷重により、前記切欠面部が前記弁座部側に倒れ込むよう変形する構成を有する。

この構成により、本発明は、変形面部が、被保持面部に対して所定の角度で切り欠かれた切欠面部を有する。また、変形面部は、内周面部への弁体の当接時に弁体から受ける荷重により、切欠面部が弁座部側に倒れ込むよう変形するようにした。

このため、本発明は、切欠面部の倒れ込みによりチャタリング発生時の衝撃を吸収することができ、衝撃音の発生を防止することができる。

また、本発明に係る排気弁構造は、上記（１）ないし（３）に記載の排気弁構造において、（４）前記当接部が、前記固定部より肉厚に構成されている。

この構成により、本発明は、当接部が固定部より肉厚に構成されているので、当接部における衝撃吸収性を向上させることができる。

また、本発明は、当接部のみを肉厚にすることにより、固定部の厚みを従来通りの厚みとすることができ、例えばスポット溶接による弁座部への固定の際にも影響がない。このため、本発明は、従来通りの生産技術性および組み付け性を確保することができる。

また、本発明に係る排気弁構造は、上記（１）に記載の排気弁構造において、（５）前記変形面部を、径方向断面形状を円弧状としてもよい。

本発明によれば、チャタリング発生時の衝撃に伴う衝撃音の発生を防止することができる排気弁構造を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る排気弁構造が適用される排気バルブ装置を含む車両用排気系構造の概略を示す概略構成図である。本発明の実施の形態に係る排気熱回収装置を示す正面図である。本発明の実施の形態に係る排気熱回収装置の側断面図である。図２におけるＡ−Ａ矢視断面を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る排気弁構造に適用されるバルブ本体を示す図である。図５におけるＢ−Ｂ矢視断面を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る排気弁構造の一部拡大断面図である。本発明の実施の形態に係る排気弁構造の作用を説明する模式図であって、（ａ）は、ワイヤメッシュが弾性変形する前の状態を示す図であり、（ｂ）は、ワイヤメッシュが弾性変形した状態を示す図である。チャタリング発生時の騒音レベルについて、本実施の形態に係る排気弁構造と従来の排気弁構造とを比較した図である。従来形状のワイヤメッシュが適用された排気弁構造を示す断面図である。本発明の実施の形態に係る排気弁構造において、バルブ本体が閉じられた状態を示す断面図である。本発明の実施の形態に係るワイヤメッシュの変形例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る排気弁構造が適用される排気バルブ装置を含む車両用排気系構造について、説明する。なお、以下の説明において、単に上流・下流の語を用いるときは、排気ガスの流れ方向の上流・下流をそれぞれ表すものとする。

図１に示すように、車両用排気系構造１０は、排気管２と、触媒コンバータ３と、熱交換器としての排気熱回収装置４と、消音器としてのメインマフラ５とを含んで構成されている。

排気管２は、車両に搭載された内燃機関としてのエンジン１に接続され、エンジン１から排出された排気ガスを導出する排気通路が内部に形成されている。また、この排気管２によって形成された排気通路上には、上流側から順に、上述の触媒コンバータ３、排気熱回収装置４、メインマフラ５が配設されている。

触媒コンバータ３は、内蔵した触媒３Ａによって通過する排気ガスを浄化するようになっている。

排気熱回収装置４は、エンジン１から排出された排気ガスが有する熱をエンジン冷却水との熱交換によって回収し、暖房やエンジン１の暖機促進等に利用するようになっている。

また、排気熱回収装置４の内部には、導入流路７と、排気ガス流路８と、冷却水流路１１とが形成されている。

導入流路７は、上流側からの排気ガスが導入される流路であり、排気ガスがエンジン冷却水との熱交換を行わない場合には、導入された排気ガスの大部分を下流側に排出する流路としても機能する。

排気ガス流路８は、排気ガスがエンジン冷却水との熱交換を行う際に流通する流路である。冷却水流路１１は、排気熱回収装置４において、排気ガスと熱交換を行う冷媒としてのエンジン冷却水が流通する流路である。

また、この導入流路７の下流端には、流路切替バルブとしての排気バルブ装置２０が設けられている。この排気バルブ装置２０は、導入流路７を開閉することにより、導入された排気ガスが導入流路７を介してそのまま下流側に排出される流路、および導入された排気ガスが排気ガス流路８を介して下流側に排出される流路のいずれかに切替えるようになっている。これにより、車両用排気系構造１０においては、排気ガスが排気ガス流路８を通過することによりエンジン冷却水との熱交換を行う排気熱回収モードと、排気ガスが排気ガス流路８を介さず導入流路７をそのまま通過するノーマルモードとが切替え可能とされる。

さらに、車両用排気系構造１０において、排気熱回収装置４の冷却水流路１１には、冷却水流路１１内を流通するエンジン冷却水を循環するための冷却水循環路１２が連通されている。本実施の形態において、冷却水循環路１２は、エンジン１と排気熱回収装置４とを直列に連通している。また、図示を省略しているが、冷却水循環路１２上には、ヒータ熱源としてのヒータコアが配設されている。

メインマフラ５は、浄化後の排気ガスを大気中に排出するのに伴って生じる排気音を低減（消音）するようになっている。

次いで、図２〜図４を参照して、排気熱回収装置４について、詳細に説明する。
図２および図３に示すように、排気熱回収装置４は、内筒部１５と、外筒部１６と、排気バルブ装置２０とを含んで構成されている。内筒部１５および外筒部１６は、いわゆる排気管である。

内筒部１５の上流側の端部（上流端）には、上流側から排気ガスが導入される排気ガス導入口１５ａが形成されるとともに、上流側の構成部材が接続されている。一方、内筒部１５の下流側の端部（下流端）には、開口部１５ｂが形成されるとともに、後述するステイ部材３０が接続されている。

また、内筒部１５の外周側面には、内筒部１５の内外空間を連通する多数の連通孔１５ｃが形成されている。さらに、内筒部１５の内部には、上述の導入流路７が形成されている。

内筒部１５と外筒部１６との間には、熱回収排気ガス流路８ａ、８ｂおよびエンジン冷却水流路１１ａ、１１ｂが形成されている。これら熱回収排気ガス流路８ａ、８ｂおよびエンジン冷却水流路１１ａ、１１ｂは、内筒部１５の外周側から径方向外方に向かって、熱回収排気ガス流路８ａ、エンジン冷却水流路１１ａ、熱回収排気ガス流路８ｂおよびエンジン冷却水流路１１ｂの順に配列されている。なお、熱回収排気ガス流路８ａ、８ｂは、図１に示す排気ガス流路８を構成し、エンジン冷却水流路１１ａ、１１ｂは、図１に示す冷却水流路１１を構成している。

内側のエンジン冷却水流路１１ａと外側のエンジン冷却水流路１１ｂとは、複数箇所において連通部Ｈにより連通されており、この連通部Ｈを介して相互にエンジン冷却水が流通可能なように構成されている。

外筒部１６は、エンジン冷却水流路１１ｂを形成する外周壁を構成するとともに、排気通路上におけるバルブ装置２０の配設箇所よりさらに下流側に延出している。外筒部１６の下流端には、外筒部１６内を通過した排気ガスを排出する排出口１６ａが形成されている。また、外筒部１６の下流端は、下流側の排気管２（図１参照）に接続されている。

内筒部１５の外周面と外筒部１６の上流端との間は、閉塞部材１７によって閉塞されており、導入された排気ガスが所望の流路へ案内されるようになっている。また、内筒部１５の外周面とエンジン冷却水流路１１ａを形成する冷却水流路部材１８の下流端との間は、閉塞部材１９によって閉塞されており、導入された排気ガスが所望の流路へ案内されるようになっている。

外筒部１６の底部近傍には、冷却水導入ホース２１が接続されており、この冷却水導入ホース２１の内部に形成された冷却水導入通路は、エンジン冷却水流路１１ａ、１１ｂに連通している。エンジン冷却水は、冷却水導入ホース２１を介してエンジン冷却水流路１１ａ、１１ｂに導入される。

また、外筒部１６の上部には、冷却水排出ホース２２が接続されており、この冷却水排出ホース２２の内部に形成された冷却水排出通路は、外側のエンジン冷却水流路１１ｂに連通している。加熱されたエンジン冷却水は、冷却水排出ホース２２を介して排気熱回収装置４の外部に導出される。

排気バルブ装置２０は、図２〜図５に示すように、ステイ部材３０と、バルブ本体３１と、回動シャフト３２と、ねじりコイルばね３３と、シリンダ型のアクチュエータ３４（図２参照）とを含んで構成されている。

ステイ部材３０は、内筒部１５の下流端に一端が接続され、他端に向かうに従い径方向外方に拡径する筒状の部材で構成されている。ステイ部材３０には、スポット溶接などの固定方法により後述するワイヤメッシュ６０が固定されている。

バルブ本体３１は、ビスなどの締結部材３５を介して回動シャフト３２に取り付けられている。バルブ本体３１は、回動シャフト３２の正逆方向への回転に応じて、内筒部１５の開口部１５ｂを開閉するようになっている。

回動シャフト３２は、その一端側が図中、斜め下方（例えば、水平方向に対して下方４５度）に向けて外筒部１６から露出するよう、外筒部１６に貫通して設けられている。ここで、上述の斜め下方とは、本実施の形態に係る排気バルブ装置２０が車両に搭載された状態における方向を指す。

すなわち、回動シャフト３２は、外筒部１６内に架設された円筒部材からなるシャフトケース３６内に収容されており、シャフトケース３６内の両端に固定された軸受３６ａ、３６ｂに回転自在に支持されている。シャフトケース３６の軸方向中央部には、窓部３６ｃが形成されており、この窓部３６ｃによりバルブ本体３１の可動領域が確保されている。

また、シャフトケース３６の一端側は、回動シャフト３２の一端側と同様、外筒部１６から露出している。このシャフトケース３６の一端側には、シールド部材３７が連結されており、このシールド部材３７の内部には、回動シャフト３２の一端側やねじりコイルばね３３などの構成部材が収容されている。シールド部材３７は、外筒部１６から放射されるねじりコイルばね３３への放射熱を遮断するとともに、車両走行中における前方からの撥ね水、撥ね泥などが回動シャフト３２やねじりコイルばね３３などに付着してしまうことを防止するものである。

ねじりコイルばね３３は、外筒部１６から露出した回動シャフト３２の一端側に設けられ、一端がシールド部材３７に係合され、他端が回動シャフト３２の一端側の先端部に係合されている。そして、ねじりコイルばね３３は、バルブ本体３１が開口部１５ｂを閉止する方向に回動シャフト３２を回転付勢するようになっている。

なお、回動シャフト３２の一端側に設けられるばねは、ねじりコイルばね３３に限定されるものではなく、回動シャフト３２を回転付勢することができるものであれば、その他のばねを採用してもよい。

また、回動シャフト３２の一端側には、アクチュエータ３４と連動するアクチュエータ接続部３８が設けられている。このアクチュエータ接続部３８は、アクチュエータ３４の後述する伸縮ロッド３４ａが回動シャフト３２の偏芯位置で当接可能なように、回動シャフト３２に固設された当接部材からなる。

アクチュエータ３４は、ブラケット３４ｂを介して外筒部１６に固定されており、伸縮可能な伸縮ロッド３４ａを有している。伸縮ロッド３４ａの先端部は、シールド部材３７に形成された挿通孔を介してシールド部材３７内に挿入されている。

アクチュエータ３４は、伸縮ロッド３４ａを伸長させることにより、伸縮ロッド３４ａの先端部でアクチュエータ接続部３８を押圧し、ねじりコイルばね３３の回転付勢力に抗して回動シャフト３２を、バルブ本体３１が開口部１５ｂを開放する方向に回転させるようになっている。

一方で、アクチュエータ３４の伸縮ロッド３４ａが収縮しているときには、ねじりコイルばね３３の回転付勢力によって、バルブ本体３１が開口部１５ｂを閉止する方向に回動シャフト３２が回転されるようになっている。

次に、図３を参照して、上述のように構成された排気熱回収装置４を流通する排気ガスの流れについて説明する。

図３に示すように、エンジン１（図１参照）の作動によりエンジン１から排出された排気ガスは、上流側に配設された排気管２や触媒コンバータ３を経て、排気ガス導入口１５ａから内筒部１５の導入流路７に導入される。

ここで、バルブ本体３１が開口部１５ｂを閉止している状態、すなわちバルブ本体３１が閉状態であると、導入流路７に導入された排気ガスは、連通孔１５ｃを介して熱回収排気ガス流路８ａに導かれ、図中、矢印で示す方向に向かって流れる。

熱回収排気ガス流路８ａを流れる排気ガスは、エンジン冷却水流路１１ａ内を流通するエンジン冷却水との間で熱交換を行った後、閉塞部材１７内で反転して熱回収排気ガス流路８ｂに導入される。

熱回収排気ガス流路８ｂを流れる排気ガスは、エンジン冷却水流路１１ａおよびエンジン冷却水流路１１ｂ内を流通するエンジン冷却水との間で熱交換を行った後、熱回収排気ガス流路８ｂから図中、矢印で示す方向に向かって外筒部１６の下流側に流れる。

熱回収排気ガス流路８ｂを通過した排気ガスは、外筒部１６の排出口１６ａから下流側の排気管２（図１参照）に排出される。

なお、冷却水導入ホース２１（図２参照）からエンジン冷却水流路１１ａ、１１ｂ内に導入されたエンジン冷却水は、熱回収排気ガス流路８ａ、８ｂを流通する排気ガスとの熱交換によって加熱され、冷却水排出ホース２２から排気熱回収装置４の外部に導出される。

一方で、排気熱回収装置４で排気ガスの熱を回収しない場合、あるいは回収する熱量を抑える場合には、バルブ本体３１が開放される。バルブ本体３１が内筒部１５の開口部１５ｂを開放している状態、すなわちバルブ本体３１が開状態とされると、導入流路７から連通孔１５ｃを介して熱回収排気ガス流路８ａに導かれていた排気ガスの大部分が、導入流路７を上流から下流に向かってそのまま通過し、開放された開口部１５ｂを介して内筒部１５の外部に排出されて、外筒部１６の排出口１６ａから下流側の排気管２（図１参照）に排出される。このとき、熱回収排気ガス流路８ａ、８ｂに導入される排気ガスが、大幅に減少するため、回収される排気ガスの熱量が抑制される。

ところで、排気バルブ装置２０においては、バルブ本体３１に作用する排気ガスの圧力とねじりコイルばね３３の回転付勢力とが平衡した場合、排気ガスの脈動によりバルブ本体３１がバタつく、いわゆるチャタリングが生じることがある。一般に、チャタリングが生じると、バルブ本体とステイ部材とが繰り返し衝突し、この衝突による衝撃音が車室内まで伝播するような大きな異音となるという問題があった。

本実施の形態においては、このようなチャタリングに伴う衝撃音を防止するため、以下に説明する排気弁構造を排気バルブ装置２０に適用した。

図６を参照して、本実施の形態に係る排気バルブ装置２０に適用される排気弁構造について説明する。

図６に示すように、排気弁構造５０は、上述の内筒部１５と、バルブ本体３１とを含んで構成されている。なお、本実施の形態における内筒部１５は、本発明に係る筒状部材を構成し、バルブ本体３１は、本発明に係る弁体を構成している。

内筒部１５は、上述した通り、排気ガスの流路として導入流路７を形成するとともに、ステイ部材３０を有している。このステイ部材３０は、内筒部１５の一端すなわち下流端に固定されている。なお、本実施の形態におけるステイ部材３０は、本発明に係る弁座部を構成している。

ステイ部材３０は、内筒部１５の内周側に連結され、ワイヤメッシュ６０を支持するようになっている。すなわち、ステイ部材３０とバルブ本体３１との間には、ワイヤメッシュ６０が介装されている。

ワイヤメッシュ６０は、メッシュ状に編み込まれた例えばステンレス製の線材をプレスにより成形したものであり、線材が比較的密な状態で形成されている。また、ワイヤメッシュ６０は、環状に成形されており、開口部１５ｂの全周に亘って設けられている。

また、ワイヤメッシュ６０は、バルブ本体３１が開口部１５ｂを閉止した際、すなわち導入流路７の閉止時に、バルブ本体３１が当接するようになっている。なお、ステイ部材３０およびワイヤメッシュ６０の詳細については、後述する。

バルブ本体３１は、導入流路７の閉止時にワイヤメッシュ６０に当接する外周面部３１ａを有している。また、バルブ本体３１は、図中、反時計方向に回動することにより、外周面部３１ａがステイ部材３０およびワイヤメッシュ６０から離隔するようになっている。

次いで、図７を参照して、本実施の形態に係るステイ部材３０およびワイヤメッシュ６０の詳細について説明する。

図７に示すように、ステイ部材３０は、ワイヤメッシュ６０が固定される筒状の筒状部３０ａと、筒状部３０ａに一体形成され、筒状部３０ａに対して径方向外方に向けて屈曲した屈曲部３０ｂとから構成されている。この屈曲部３０ｂは、ワイヤメッシュ６０を保持するようになっている。なお、本実施の形態における筒状部３０ａは、本発明に係るメッシュ支持部を構成している。

ワイヤメッシュ６０は、ステイ部材３０の筒状部３０ａに固定される筒状の固定部６１と、この固定部６１に一体成形され、導入流路７の閉止時にバルブ本体３１の外周面部３１ａに当接してバルブ本体３１からの荷重を受ける当接部６２とから構成されている。

この当接部６２は、固定部６１から導入流路７の下流側（図７中、右方向）に向かうに従い徐々に拡径し、バルブ本体３１の当接時においてステイ部材３０にかかる荷重を拡径方向（図７中、矢印Ａで示す）に分散させる形状からなる。

すなわち、当接部６２は、固定部６１より肉厚に構成されており、その径方向の厚みＤ_２が固定部６１の径方向の厚みＤ_１よりも大きく（Ｄ_２＞Ｄ_１）設定されている。

具体的には、当接部６２は、導入流路７の閉止時にバルブ本体３１の外周面部３１ａに当接する内周面部６２ａと、屈曲部３０ｂに保持される被保持面部６２ｂと、ワイヤメッシュ６０の拡径方向の端部に形成され、バルブ本体３１から受ける荷重により弾性変形する変形面部６２ｃとを含んで構成されている。

内周面部６２ａは、固定部６１の内周面に対して径方向外方に向けて所定の角度θ_１で傾斜している。したがって、内周面部６２ａは、固定部６１の内周面の下流端から導入流路７の下流側（図７中、右方向）に向かうに従い徐々に拡径している。

さらに、内周面部６２ａは、ステイ部材３０の屈曲部３０ｂに対して径方向内方側に傾斜した構成である。すなわち、内周面部６２ａは、屈曲部３０ｂおよび被保持面部６２ｂと平行な平面Ｐ_１に対して所定の角度θ_２で径方向内方側に傾斜している。なお、内周面部６２ａは、屈曲部３０ｂに対して平行であってもよい。

また、傾斜角度θ_１、θ_２は、内周面部６２ａの拡径方向の長さを一定としたとき、内周面部６２ａの拡径方向の周縁７１と平面Ｐ_１との距離ｄ_１を適宜変更することにより、任意の傾斜角度に設定することが可能である。

変形面部６２ｃは、周縁７１と被保持面部６２ｂの拡径方向の外縁７２とを通る平面Ｐ_２より拡径方向に離隔した頂縁部７３を有している。この頂縁部７３は、平面Ｐ_２に対して距離ｄ_２だけ拡径方向に離隔している。

ここで、上述の距離ｄ_１およびｄ_２は、バルブ本体３１から受ける荷重によるステイ部材３０への衝撃を最も吸収できるような当接部６２の形状となるよう、予め実験的に求めた最適な値に設定される。

さらに、変形面部６２ｃは、被保持面部６２ｂに対して所定の角度θ_３で切り欠かれた切欠面部７５を有しており、この切欠面部７５は、頂縁部７３と外縁７２との間に形成されている。このため、変形面部６２ｃは、内周面部６２ａへのバルブ本体３１の当接時にバルブ本体３１から受ける荷重により、切欠面部７５がステイ部材３０側に倒れ込むよう弾性変形するようになっている。

なお、上述の所定の角度θ_３は、切欠面部７５のステイ部材３０側への倒れ込みを許容できる角度に設定される。

次に、図８を参照して、本実施の形態に係るワイヤメッシュ６０の作用について説明する。

図８（ａ）は、バルブ本体３１とワイヤメッシュ６０との当接時において、ワイヤメッシュ６０が弾性変形する前の状態を示す模式的な図であり、図８（ｂ）は、バルブ本体３１とワイヤメッシュ６０との当接時において、ワイヤメッシュ６０が弾性変形した状態を示す模式的な図である。

図８（ａ）に示すように、バルブ本体３１の外周面部３１ａがワイヤメッシュ６０の内周面部６２ａに当接すると、内周面部６２ａが平面Ｐ_１に対して所定の角度θ_２で径方向内方側に傾斜しているため（図７参照）、ワイヤメッシュ６０を介してステイ部材３０に係る荷重は、図中矢印で示すように屈曲部３０ｂの垂線Ｌに対して拡径方向（図中、矢印Ａで示す）側に分散される。

すなわち、バルブ本体３１の当接時、ワイヤメッシュ６０がバルブ本体３１から受ける荷重は、変形面部６２ｃの頂縁部７３あるいは切欠面部７５に向けて作用することとなる。

次いで、図８（ｂ）に示すように、ワイヤメッシュ６０の当接部６２は、バルブ本体３１から受ける荷重によって、変形面部６２ｃが拡径方向に伸長するとともに、切欠面部７５がステイ部材３０側に倒れ込むよう弾性変形する。

このワイヤメッシュ６０の弾性変形により、チャタリング発生時においてバルブ本体３１が閉止されたときの衝撃が吸収される。このため、チャタリング発生時にバルブ本体３１からステイ部材３０に加えられる荷重が低減される。このため、チャタリング発生時の衝撃に伴う衝撃音の発生が抑制される。

次いで、図９を参照して、チャタリング発生時における衝撃音について、本実施の形態に係るワイヤメッシュ６０が適用された排気弁構造５０と従来形状のワイヤメッシュが適用された排気弁構造とを比較して説明を行う。

なお、図９において比較を行う従来形状のワイヤメッシュは、図１０に示すように、径方向の厚みが一様であり、かつバルブ本体１３１に当接する当接部１６２の形状が平板形状からなるものである。

図９において、横軸は、エンジン回転数（ｒｐｍ）を示し、縦軸は、騒音レベル（ｄＢ）を示している。また、図中、太破線は、従来形状のワイヤメッシュが適用された排気弁構造であって、バルブ本体にウェイトを設けていない排気弁構造（以下、単に従来排気弁構造（ウェイトなし）という）を示すものである。図中、細破線は、従来形状のワイヤメッシュが適用された排気弁構造であって、バルブ本体にウェイトを設けた排気弁構造（以下、単に従来排気弁構造（ウェイトあり）という）を示すものである。一方、図中、太実線は、本実施の形態に係る排気弁構造５０を示すものである。

図９に示すように、従来排気弁構造（ウェイトなし）が、チャタリング発生時における騒音レベル（ｄＢ）が最も大きく、次いで従来排気弁構造（ウェイトあり）、排気弁構造５０の順に騒音レベル（ｄＢ）が低減されている。

ここで、従来排気弁構造（ウェイトあり）が従来排気弁構造（ウェイトなし）と比較して騒音レベル（ｄＢ）が低減されているが、これは本体バルブにウェイトを設けることによりチャタリング自体を抑制しているためである。

このように、本実施の形態に係る排気弁構造５０は、ウェイトを設けてチャタリング対策を施した従来排気弁構造（ウェイトあり）よりもチャタリング発生時における騒音レベル（ｄＢ）が低減されている。

したがって、本実施の形態に係る排気弁構造５０においては、チャタリング防止を目的としたウェイトを設ける必要もなく、かつワイヤメッシュ６０の形状のみの変更によりチャタリング発生時における騒音レベル（ｄＢ）を低減させることができる。このため、排気弁構造５０のコスト低減および軽量化を図ることができる。

また、従来、前述した図１０に示す排気弁構造１００に加えて、図１０中、上部すなわちバルブ本体１３１の回動支点側のみワイヤメッシュを２枚積層した排気弁構造も存在する。しかしながら、このようなワイヤメッシュを２枚積層した排気弁構造にあっては、バルブ本体が閉じられた際、ワイヤメッシュの下部とバルブ本体との間に隙間ができてしまう。このため、この従来のワイヤメッシュを２枚積層した排気弁構造を例えば排気熱回収装置に適用したときには、効率的に排気熱を利用することができず、暖房やエンジンの暖機促進などの各種性能が十分に発揮できないおそれがある。

これに対して、本実施の形態に係る排気弁構造５０では、図１１に示すように、ワイヤメッシュ６０がステイ部材３０の全周に亘って設けられているため、バルブ本体３１が閉じられた際にもワイヤメッシュ６０とバルブ本体３１との間に隙間を生じさせることがない。このため、本実施の形態に係る排気弁構造５０では、例えばエンジン始動直後のコールドスタート時の排気熱回収量を確実に確保することができ、暖房やエンジン１の暖機促進などの各種性能を十分に発揮させることができる。

以上のように、本実施の形態に係る排気弁構造５０は、ワイヤメッシュ６０が導入流路７の下流側に向かうに従い徐々に拡径し、バルブ本体３１の当接時においてステイ部材３０にかかる荷重を拡径方向に分散させる形状からなるので、バルブ本体３１とワイヤメッシュ６０との当接時においてステイ部材３０にかかる荷重を従来に比べて低減させることができる。このため、チャタリング発生時の衝撃に伴う衝撃音の発生を防止することができる。

また、本実施の形態に係る排気弁構造５０において、ワイヤメッシュ６０は、内周面部６２ａがステイ部材３０の屈曲部３０ｂに対して径方向内方側に傾斜しているので、バルブ本体３１の外周面部３１ａとの当接時にバルブ本体３１から受ける荷重を変形面部６２ｃに対して作用させることができる。このため、バルブ本体３１の外周面部３１ａが当接部６２の内周面部６２ａに当接した際に、バルブ本体３１から受ける荷重により変形面部６２ｃを弾性変形させることができる。

したがって、変形面部６２ｃの弾性変形作用によりチャタリング発生時の衝撃を吸収することができる。その結果、上述したように、チャタリング発生時の衝撃に伴う衝撃音の発生を防止することができる。

また、本実施の形態に係る排気弁構造５０において、ワイヤメッシュ６０は、変形面部６２ｃが、内周面部６２ａの拡径方向の周縁７１と被保持面部６２ｂの拡径方向の外縁７２とを通る平面Ｐ_２より拡径方向（図７中、矢印Ａで示す方向）に離隔した頂縁部７３を有するので、外周面部３１ａが内周面部６２ａに当接したとき、バルブ本体３１から受ける荷重により変形面部６２ｃを拡径方向に容易に弾性変形させることができる。

また、本実施の形態に係る排気弁構造５０において、ワイヤメッシュ６０は、変形面部６２ｃが被保持面部６２ｂに対して所定の角度θ_３で切り欠かれた切欠面部７５を有する。また、変形面部６２ｃは、内周面部６２ａへのバルブ本体３１の当接時にバルブ本体３１から受ける荷重により、切欠面部７５がステイ部材３０側に倒れ込むよう変形するようにした。このため、切欠面部７５の倒れ込みによりチャタリング発生時の衝撃を吸収することができ、衝撃音の発生を防止することができる。

また、本実施の形態に係る排気弁構造５０において、ワイヤメッシュ６０は、当接部６２が固定部６１より肉厚に構成されているので、当接部６２における衝撃吸収性を向上させることができる。

また、ワイヤメッシュ６０は、当接部６２のみを肉厚にすることにより、固定部６１の厚みを従来通りの厚みとすることができ、例えばスポット溶接によるステイ部材３０への固定の際にも影響がない。このため、従来通りの生産技術性および組み付け性を確保することができる。

なお、本実施の形態に係る排気弁構造５０においては、ワイヤメッシュ６０の変形面部６２ｃの形状を、切欠面部７５を含む多面形状としたが、これに限らず、例えば図１１に示すワイヤメッシュ８０のように、変形面部８２ｃが径方向断面形状を円弧状としてもよい。さらに、内周面部８２ａの径方向断面形状を円弧状としてもよいし、内周面部８２ａおよび変形面部８２ｃの両面部を連続的に接続し、これら両面部の径方向断面形状を円弧状としてもよい。

また、本実施の形態においては、排気弁構造５０が排気熱回収装置４の排気バルブ装置２０に適用される例について説明したが、これに限らず、車両用排気系構造１０におけるその他の構成要素、例えばメインマフラ５が備える可変バルブ装置などに適用してもよい。

さらに、本実施の形態においては、バルブ本体３１がアクチュエータ３４によりその開閉が制御可能な例について説明したが、これに限らず、バルブ本体３１が排気ガスの圧力で開閉する自圧式バルブであってもよい。

以上説明したように、本発明に係る排気弁構造は、チャタリング発生時の衝撃に伴う衝撃音の発生を防止することができ、車両に搭載される内燃機関の排気経路上に設けられる排気弁構造に有用である。

７導入流路（流路）
１５内筒部（筒状部材）
３０ステイ部材（弁座部）
３０ａ筒状部（メッシュ支持部）
３０ｂ屈曲部
３１バルブ本体（弁体）
３１ａ外周面部
５０排気弁構造
６０、８０ワイヤメッシュ
６１固定部
６２当接部
６２ａ、８２ａ内周面部
６２ｂ被保持面部
６２ｃ、８２ｃ変形面部
７１周縁
７２外縁
７３頂縁部
７５切欠面部

Claims

排気ガスの流路を形成するとともに弁座部を有する筒状部材と、前記流路を閉止および開放する弁体と、前記弁座部に固定されるとともに、前記流路の閉止時に前記弁体に当接するワイヤメッシュと、を備え、
前記弁体は、前記流路の閉止時に前記ワイヤメッシュに当接する外周面部を有し、
前記ワイヤメッシュは、前記弁座部に固定される筒状の固定部と、前記流路の下流側に向かうに従い徐々に拡径するよう前記固定部に一体成形され、前記流路の閉止時に前記弁体に当接して前記弁体からの荷重を受ける当接部とから構成され、
前記弁座部は、前記固定部が固定される筒状のメッシュ支持部と、前記メッシュ支持部に対して径方向外方に向けて屈曲するとともに、前記当接部を保持する屈曲部とを有し、
前記当接部は、前記流路の閉止時に前記外周面部に当接する内周面部と、前記屈曲部に沿って前記径方向外方に向かう拡径方向の端部に形成された変形面部とを有し、
前記内周面部が、前記屈曲部に対して径方向内方側に傾斜していることを特徴とする排気弁構造。
前記当接部は、前記屈曲部に保持される被保持面部を有し、
前記変形面部が、前記内周面部の前記拡径方向の周縁と前記被保持面部の前記拡径方向の外縁とを通る平面より前記拡径方向に離隔した頂縁部を有することを特徴とする請求項１に記載の排気弁構造。
前記変形面部は、前記被保持面部に対して所定の角度で切り欠かれた切欠面部を有し、前記内周面部への前記弁体の当接時に前記弁体から受ける荷重により、前記切欠面部が前記弁座部側に倒れ込むよう変形することを特徴とする請求項２に記載の排気弁構造。
前記当接部が、前記固定部より肉厚に構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の排気弁構造。
前記変形面部が、径方向断面形状を円弧状としたことを特徴とする請求項１に記載の排気弁構造。