JP5281022B2 - 排気システム用スナップ作動弁 - Google Patents

Description

本発明は、自動車排気システム用弁配置に関する。より詳細には、本教示は、排気管路用受動フラッパ弁に関する。

多くの排気システムは、エンジン速度の増加によって排気圧が増加するにつれて管路を通る排気流の特性を変えるために、能動弁アセンブリおよび受動弁アセンブリの双方を使用しようと試みてきた。能動弁は、ソレノイドなどの特定の作動要素を必要とし費用が増大する。受動弁は、弁が関連する管路における排気流の圧力を利用している。

従来から、より安価な受動弁ですら、弁が開いているときに不所望な背圧の問題を引起こす。当該技術において、全体として管路の内側で利用することが可能であって、比較的安価であり、不所望な背圧を最小限にする完全に開放された位置をとることができる受動弁配置が必要であると考えられている。

それゆえ、筒状排気管路の内側に配置するための排気圧作動弁アセンブリは、排気管路の内部表面における周方向の湾曲部分と一致し、該弁フラップが完全に閉鎖された位置において、該湾曲部分と接触することによって、完全に閉鎖された位置のための停止位置を与える第１弓状端部および第２弓状端部と、第１弓状端部と第２弓状端部との間に延在し、弁フラップと管路の内部表面との間にクリアランスを提供し、該弁フラップが完全に開放された位置において、排気管路の内部表面と接触することによって、完全に開放された位置のための停止位置を与える第１直線状端部および第２直線状端部と、を有する弁フラップを含む。長手軸周りに弁フラップを排気管路に枢結させるように構成されてなる心棒が、弁フラップの不均等な表面積が心棒の両側に位置するように、第１弓状端部と第２弓状端部との間で弁フラップに結合される。心棒はさらに、心棒の一端部に、排気管路の外部に位置付けられるように構成される突出部を有する。付勢要素が、排気管路と心棒突出部との間に結合するように構成されてなり、弁フラップを閉鎖位置に向けて付勢するように動作して、弁フラップの第１弓状端部および第２弓状端部は、排気管路の内部表面における周方向の湾曲部分と接触する。排気圧が、管路内で弁フラップを完全に開放された位置に押しやるような、付勢要素の付勢力に打ち克つ大きさであると、弁フラップの第１直線状端部および第２直線状端部は、管路の内部表面と接触し、管路の長手軸と平行になる。

開示される教示のさらなる態様において、内燃エンジン排気システム用マフラが、外殻ならびに該外殻の対向する端部を閉鎖する入力ヘッダおよび出力ヘッダを有する筐体と、筐体を第１チャンバおよび第２チャンバに分割する、筐体内部の隔壁とを有する。隔壁は、少なくとも１つの開口を有し、開口を通して、第１チャンバと第２チャンバとの間の流体連通をもたらす。貫通パイプが、入力ヘッダおよび出力ヘッダならびに隔壁を通って延在し、貫通パイプと第１チャンバとの間の流体連通を可能とする第１の複数の穿孔と、貫通パイプと第２チャンバとの間の流体連通を可能とする第２の複数の穿孔とを有する。弁フラップを有する弁アセンブリが、第１の複数の貫通パイプ穿孔と第２の複数の貫通パイプ穿孔との間の貫通パイプ内部に位置付けられる。弁フラップは、貫通パイプの内部表面と一致し、該弁フラップが完全に閉鎖された位置において、該内部表面と接触することによって、完全に閉鎖された位置のための停止位置を与える第１周囲部分と、該弁フラップの面が貫通パイプの長手軸と平行であり、該弁フラップが完全に開放された位置において、貫通パイプの内部表面と接触することによって、完全に開放された位置のための停止位置を与える第２の周囲部分とを有し、完全に閉鎖された位置と完全に開放された位置との間で、貫通パイプに枢結する心棒周りに回転する。

開示される教示のさらなる態様において、筒状管路の内側に配置するための流体流圧作動弁アセンブリが、弁フラップであって、管路の内部表面と一致し、該フラップが完全に閉鎖された位置において、管路の内部表面と接触することによって、完全に閉鎖された位置のための停止位置を与える第１周囲部分と、該弁フラップが完全に開放された位置において、管路の内部表面と接触することによって、完全に開放された位置のための停止位置を与える第２周囲部分とを有する、弁フラップを含む。心棒が、心棒の長手軸周りに弁フラップを管路に枢結させるように構成されてなり、心棒は、弁フラップの表面積に対して非対称的に弁フラップに結合し、心棒は、管路の外側に位置付けられるように構成される突出部を有する。付勢要素が、管路と突出部との間に結合されるように構成されてなり、弁フラップを完全に閉鎖された位置に向けて付勢するように動作する。

開示される教示の目的および特徴は、図面と併せて詳細な説明を読めば、明らかとなるであろう。

管路を通る流体流を制御する弁であって、閉鎖位置にあり、開示される教示に従って配置される弁の側面図である。 管路を通る流体流を制御する弁であって、閉鎖位置にあり、開示される教示に従って配置される弁の端面図である。 １５°の開放位置にある、図１Ａおよび図１Ｂの弁の側面図である。 １５°の開放位置にある、図１Ａおよび図１Ｂの弁の端面図である。 ３０°の開放位置にある、図１Ａおよび図１Ｂの弁の側面図である。 ３０°の開放位置にある、図１Ａおよび図１Ｂの弁の端面図である。 完全に開放された位置にある、図１Ａおよび図１Ｂの弁の側面図である。 完全に開放された位置にある、図１Ａおよび図１Ｂの弁の端面図である。 本教示に従う第１弁心棒配置の側面図である。 本教示に従う第１弁心棒配置の端面図である。 本教示に従う第２弁心棒配置の側面図である。 本教示に従う第２弁心棒配置の端面図である。 弁が完全に閉鎖された位置に置かれたときに、弁フラップと接触する管が、管の実質的に完全な閉塞を達成するように変えられている、図１Ａおよび図１Ｂの弁の端面図である。 本教示に従う図１Ａおよび図１Ｂの弁が配置された排気マフラの側断面図である。

図１Ａ〜図４Ｂを参照して、弁フラップが種々の動作位置にある弁アセンブリの側面図および端面図が、弁アセンブリが位置付けられる管路の側面図および端面図において示される。これらの図の間で同じ要素には、同じ最後の２つの指示数字が付されている。

排気管路１０２は、ばねアンカ１０４と、弁ばね１０６と、外部レバーアーム１０８と、弁フラップ１１０と、弁支持シャフトすなわち心棒１１２と、心棒１１２から突出したバネ取付けアーム１１４とを有する、スナップ作動弁１００を含む。

弁フラップ１１０は、管路１０２の内部弓状表面と実質的に一致する、第１および第２弓状端部を有する。またフラッパ１１０は、フラップが図１Ａおよび図１Ｂに示される閉鎖位置にあるとき、フラッパ１１０と管路１０２の内部表面との間にクリアランス１２０，１２２を提供する、直線状側端部１１６，１１８を有する。付勢要素すなわちばね１０６は、管路１０２上のアンカ点１０４と、外部レバーアーム１０８の取付け点１１４との間に延在する。ばね１０６は、図１Ａに示される閉鎖位置に向けてフラップ１１０を付勢する。完全に閉鎖された位置にあるとき、フラップ１１０は、管路１０２の長手軸に垂直に延在する面に対して９０°以外の角度で存在する。管路１０２の垂直断面に対するフラップの角度は、Ａに指定される。

動作中、排気圧は、図１Ａ〜図４Ｂに見られるように、左からフラップ１１０上に及ぶ。排気圧がばね１０６の付勢力に打ち克つほど充分であるとき、フラップ１１０は心棒１１２周りを回転し始める。弁フラップ１１０のトルクは、ばねの軸と心棒１１２との間の距離ｄを乗じた付勢ばね力によって決定される。ばね力は、弁フラップが開放し、ばね１０６が延伸するにつれ、増加する。しかし、弁が開放するにつれて、ｄはより短くなり、結果として、ばねの長手軸が、「オーバセンタ」位置に近づくにつれて、すなわち、心棒１１２の長手軸との交点に近づくにつれて、トルクはゼロに近づくことになる。図４Ａおよび図４Ｂにおいて参照符号４１０で示される、弁フラップがこのようにほぼオーバセンタに位置付けられることによって結果として、フラップは、完全に開放された位置にあるとき、実質的に水平な位置にあることになる。この位置付けは、弁が完全に開放された位置にあるとき、管路における背圧を最小限にする。加えて、管路それ自身は、完全に閉鎖された位置および完全に開放された位置の双方において、弁フラップに停止機構を与えることに留意すべきである。完全に閉鎖された位置において、フラップ１１４の弓状端部は、管路１０２の内部表面と接触して停止位置を規定する。反対に、完全に開放された位置にあるとき、図４Ａおよび図４Ｂに示されるように、フラップ４１０はその側方直線状端部（図１Ｂの参照符号１１６，１１８）を利用して、管路４０２の内部表面と接触し、それによってフラップ４１０の完全に開放された位置のための停止位置を与える。

ばねがオーバセンタ状態に近づくように弁フラップを回転させることは、完全に開放された位置での弁のより容易な維持ももたらすことになる。

図５Ａおよび図５Ｂは、ここに開示される弁アセンブリとの使用に適した第１の心棒配置を示す。弁フラップ５１０が、フラップ５１０の面について非対称的に置かれる心棒５１２周りに管路５０２内で回転する。付勢ばね５０６が、アンカ点５０４とレバーアーム５０８上の取付け点５１４との間に延在する。図５Ｂからわかるように、適切な開口を介して管路５０２に軸受支持される心棒５１２は、図５Ｂに示されるように、その最左端部にてある程度までしか延在しておらず、心棒５１２とばね５０６との間にクリアランスを提供する。このクリアランスによって、ばねは、ほぼオーバセンタまで進み、排気流圧が有意に低下するまで、その位置を保持する。その時点で、弁フラップは閉鎖位置にパチンと閉まる。レバーアーム５０８は、別個に取付け可能な要素として、または心棒５１２の一体化した突出部のいずれかとして、心棒５１２から突出する。

図６Ａおよび図６Ｂは、開示される弁アセンブリとの使用のための、代わりの心棒配置を示す。この配置において、心棒６１２は、ばね６０６が完全な伸張位置にあるとき、ばね６０６の最終位置と交差するのに充分な距離まで、管路の外方に延在する。ゆえに、この配置において、ばね６０６は、完全に開放された位置が達成されたとき、心棒６１２と接触し、心棒６１２を包み込む。この配置によって、ばね６０６は心棒６１２を包み込むので、排気流圧がばね力に打ち克つことができないレベルにまで低下するとすぐに、ばねはフラップ６１０を閉鎖位置にまで引っ張る。

図７は、弁フラップが完全に閉鎖された位置に置かれたときの、開示される弁アセンブリによる排気管路のほぼ完全な閉鎖の達成への１つのアプローチを示す。図７からわかるように、図１Ｂの１２０，１２２などのクリアランス領域は、弁フラップ７１０の全体の周囲形状とほぼ一致するように管路７００の側部を平坦にすることによって、実質的に除去される。部分７２４および部分７２６は、弁フラップ７１０の直線状第１および第２端部とほぼ平行となるような、管路７００の平坦領域である。もちろん、回転時に弁フラップのジャミングを防止するために、弁フラップ７１０の直線状端部と管路壁７２４，７２６との間のクリアランスが存在しなければならないことは、当業者にとって明白であろう。

開示される弁アセンブリの例となる用途は、図８に示されるような自動車排気システムマフラ用である。

マフラ８００は、入力ヘッダ８１０および出力ヘッダ８１２によって入力端部および出力端部にて閉鎖される、実質的に円筒形の外殻８１８から成る筺体を有する。隔壁８１４が、マフラチャンバ８２４，８２６を外殻８１８の両側に規定する位置にて、外殻８１８に付着される。隔壁８１４は加えて、マフラ８００の内側でチャンバ８２４とチャンバ８２６との間の流体連通を可能にする、少なくとも１つの開口８２０，８２２を有する。任意で、吸音材料８１６が内部マフラチャンバの１つまたは双方に置かれてもよい。

入力ヘッダ８１０、隔壁８１４および出力ヘッダ８１２を通過することによってマフラ８００中に延在するのは、貫通パイプ８０２である。管８０２は、管８０２の入力部が、管８０２を囲繞するマフラチャンバ８２４と流体連通することを可能とする第１の複数の穿孔８０６を有する。管８０２は、管８０２を囲繞するチャンバ８２６から管８０２までの流体連通を可能とする第２の複数の穿孔８０８を、出力端部に有する。

管８０２の第１セットの穿孔と第２セットの穿孔との間に、図１Ａ〜図４Ｂと併せて以前に記載されるように配置される弁アセンブリ１００が位置付けられる。ゆえに、弁アセンブリ１００の閉鎖位置において、排気は、図８に見られるように管８０２の入力端部８２８にてマフラ８００に入り、穿孔８０６を通って、チャンバ８２４において管を囲繞する吸音材料８１６内に流れる。排気はその後、第１チャンバ８２４から、隔壁８１４の開口８２０，８２２を介して、第２チャンバ８２６に流れる。最後に、排気は、図８からわかるように、第２チャンバ８２６から、穿孔８０８を通って貫通パイプ８０２に流れ、管８０２の出口端部８３０から流出する。

排気圧が付勢ばね１０６の力に打ち克つほど充分に高いとき、弁フラップ１１０は管８０２内でほぼ水平の位置に開き、ほとんどの排ガスについて、第１および第２チャンバ、ならびにそれらと関連する吸音材料を本質的に回避させる。フラップ１１０は完全に開放された位置において図８で実質的に水平であるので、マフラ８００における背圧を最小限にする。

本発明は、例示のためだけに開示された実施形態の詳細な説明と併せて記載されている。本発明の範囲および精神は、添付の特許請求の範囲の適切な解釈から決定されるべきである。

Claims (15)

1. 筒状排気管路の内側に配置するための排気圧作動弁アセンブリにおいて、
   弁フラップであって、排気管路の内部表面における周方向の湾曲部分と一致し、該弁フラップが完全に閉鎖された位置において、該湾曲部分と接触することによって、完全に閉鎖された位置のための停止位置を与える第１弓状端部および第２弓状端部と、第１弓状端部と第２弓状端部との間に延在し、弁フラップと管路の内部表面との間にクリアランスを提供し、該弁フラップが完全に開放された位置において、排気管路の内部表面と接触することによって、完全に開放された位置のための停止位置を与える、第１直線状端部および第２直線状端部とを有する弁フラップと、
   長手軸周りに弁フラップを排気管路に枢結させるように構成されてなる心棒であって、弁フラップの不均等な表面積が心棒の両側に位置するように、第１弓状端部と第２弓状端部との間で弁フラップに結合し、心棒の一端部に、排気管路の外部に位置付けられるように構成される突出部を有する、心棒と、
   排気管路と心棒突出部との間に結合するように構成されてなる付勢要素であって、弁フラップを閉鎖位置に向けて付勢するように動作して、弁フラップの第１弓状端部および第２弓状端部が、排気管路の内部表面における周方向の湾曲部分と接触する、付勢要素と、
   を有し、
   排気圧が、管路内で弁フラップを完全に開放された位置に押しやるような、付勢要素の付勢力に打ち克つ大きさであると、弁フラップの第１直線状端部および第２直線状端部は、管路の内部表面と接触し、管路の長手軸と平行になることを特徴とする弁アセンブリ。
2. 弁フラップの完全に開放された位置において、付勢要素が心棒の長手軸とほぼ交差することを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
3. 付勢要素がばねを含むことを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
4. 付勢要素がばねを含むことを特徴とする請求項２記載の弁アセンブリ。
5. 弁フラップが、排気管路の長手軸に垂直な垂直断面に対して鋭角に交差することを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
6. 突出部が心棒と一体形成されることを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
7. 弁フラップが完全に開放された位置にあるとき、ばねが心棒と接触することを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
8. 弁フラップが完全に開放された位置にあるとき、心棒とばねとの間にクリアランスがあることを特徴とする請求項１記載の弁アセンブリ。
9. 内燃エンジン排気システム用マフラにおいて、
   外殻ならびに該外殻の対向する端部を閉鎖する入力ヘッダおよび出力ヘッダを有する筐体と、
   筐体の内部を第１チャンバおよび第２チャンバに分割する、筐体内部の隔壁であって、少なくとも１つの開口を有し、開口を通して、第１チャンバと第２チャンバとの間の流体連通をもたらす隔壁と、
   入力ヘッダおよび出力ヘッダならびに隔壁を通って延在する貫通パイプであって、貫通パイプと第１チャンバとの間の流体連通を可能とする第１の複数の穿孔と、貫通パイプと第２チャンバとの間の流体連通を可能とする第２の複数の穿孔とを有する貫通パイプと、
   第１の複数の貫通パイプ穿孔と第２の複数の貫通パイプ穿孔との間の貫通パイプ内部に位置付けられる弁フラップを有する弁アセンブリと、
   を有し、
   弁フラップは、貫通パイプの内部表面と一致し、該弁フラップが完全に閉鎖された位置において、該内部表面と接触することによって、完全に閉鎖された位置のための停止位置を与える第１周囲部分と、該弁フラップの面が貫通パイプの長手軸と平行であり、該弁フラップが完全に開放された位置において、貫通パイプの内部表面と接触することによって、完全に開放された位置のための停止位置を与える第２の周囲部分とを有し、完全に閉鎖された位置と完全に開放された位置との間で、貫通パイプに枢結する心棒周りに回転することを特徴とするマフラ。
10. 第１チャンバおよび第２チャンバに位置付けられる吸音材料をさらに有することを特徴とする請求項９記載のマフラ。
11. 完全に閉鎖された位置にある弁フラップが、貫通パイプの長手軸と鋭角に交差することを特徴とする請求項９記載のマフラ。
12. 弁フラップを完全に閉鎖された位置に向けさせる付勢要素であって、貫通パイプと心棒との間で貫通パイプの外部に備えられる付勢要素をさらに有することを特徴とする請求項９記載のマフラ。
13. 排気圧が付勢要素の力に打ち克つほど充分に高いときはいつでも、貫通パイプの排気圧が弁フラップを完全に開放された位置に向けさせることを特徴とする請求項１２記載のマフラ。
14. 筒状管路の内側に配置するための流体流圧作動弁アセンブリにおいて、
    弁フラップであって、管路の内部表面と一致し、該弁フラップが完全に閉鎖された位置において、管路の内部表面と接触することによって、完全に閉鎖された位置のための停止位置を与える第１周囲部分と、該弁フラップが完全に開放された位置において、管路の内部表面と接触することによって、完全に開放された位置のための停止位置を与える第２周囲部分とを有する、弁フラップと、
    長手軸周りに弁フラップを管路に枢結させるように構成されてなる心棒であって、弁フラップの表面に対して非対称的に弁フラップに結合し、管路の外側に位置付けられるように構成される突出部を有する、心棒と、
    管路と突出部との間に結合するように構成されてなる付勢要素であって、弁フラップを完全に閉鎖された位置に向けて付勢するように動作する、付勢要素とを有することを特徴とする弁アセンブリ。
15. 第１周囲部分は、弁フラップが完全に閉鎖された位置にあるとき、管路の内部表面と一致し、管路の内部表面と接触する、第１弓状端部および第２弓状端部を有し、
    第２周囲部分は、弁フラップが完全に閉鎖された位置にあるとき、第１弓状端部と第２弓状端部との間に延在し、かつ、弁フラップと管路の内部表面との間にクリアランスを提供する、第１直線状端部および第２直線状端部を有することを特徴とする請求項１４記載の弁アセンブリ。

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