JP5319552B2 - 自動車排気消音器用バルブ及びその種のバルブを有する消音器 - Google Patents

Description

本発明は、概して、自動車排気管消音器に関する。
より具体的には、本発明は、第一様相によれば、自動車排気管用の消音器の構造におけるオリフィスを閉じるのに適したバルブに関し、そのバルブは、上記構造に接続可能であって、そのオリフィスを閉じるような位置付けをとることが可能であると共に、曲がることによりその閉塞位置から立ち上がることができる閉塞構成体を備えている。

このタイプのバルブは、文献ＵＳ−Ａ−２００４／００６５５０３で知られており、そこでは、閉塞構成体は、矩形で薄く、弾性を有する鋼板となっている。その閉塞構成体の基端部は、座板に溶接されており、その座板自体は消音器の内部隔壁に堅く固定されている。閉塞構成体は、オリフィスを閉じる突端部において、相互に相対する２つの立上がり端部を保持している。これらの端部は、閉塞構成体の突端部を堅く固定化している。

このタイプの閉塞構成体は、使用される材料の結果として、またその生産に必要な成形作業の結果として、高価なものとなる。
以上の記述から、本発明は、より高価ではないバルブを求めて提案する。

故に、本発明は、上述のタイプのバルブに関し、閉塞構成体は、オリフィスを閉じることができる閉塞プレートと、当該閉塞プレートを構造に接続可能な少なくとも１枚の接続プレートを備え、閉塞プレートと接続プレートは、異なる厚さを有し、及び／又は、異なる機械的特性を有する材料で形成されていることを特徴としている。

また、バルブは、以下の特徴を個々に有するか、又は技術的に組み合わせることが可能な複数の特徴を有している。
− 閉塞プレート及び接続プレートは、各々金属材料で形成されている。
− 接続プレートは、閉塞プレートよりもよりフレキシブルである。
− 閉塞プレートは、ステンレス鋼プレートである。
− 閉塞プレートは、０．５と５ｍｍの間の厚さを有する。
− 接続プレートは、６００℃の温度において、ＲＰ０．２％（降伏強度）で、４００ＭＰａより大きい弾力性を有する。
− 接続プレートは、体積で少なくとも３０％のニッケルを含む耐熱性鋼プレートである。
− 接続プレートは、０．０５と１ｍｍの間の厚さを有する。
− 閉塞構成体は、互いに平行な２枚の接続プレートを備え、各接続プレートは、閉塞プレートを構造に接続可能である。

第二の様相によれば、本発明は、請求項１０により、以上の特徴を有するバルブを備える消音器に関する。
本発明の更なる特徴及び利点が、添付の図面を参照しつつ、非限定的な例により、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

図１は、本発明によるバルブを備えた消音器の斜視図であり、消音器の内部が見えるように、その外側筐体の一部が取り除かれている。 図２は、図１のバルブの拡大図である。 図３は、図２の矢印IIIの入射角に沿って得られる、バルブの断面図であり、実線は、閉塞位置にある閉塞構成体を示しており、波線は、その座から立ち上がっている閉塞構成体を示している。 図４は、図２の矢印IVの入射角に沿って得られる、バルブの断面図である。

図１に示された消音器１は、熱機関自動車の排気管内に挿入されるよう意図されている。それは、内部容積４を画定する外殻２と、内部容積４が排気管の上流部と連通することができるための吸気ダクトと、内部容積４が排気管の下流部と連通することができるための排気ダクトと、内部容積４をそれぞれ３つのチャンバー１４，１６及び１８に分割している２つの内部カップ１０及び１２と、を備えている。

外殻２は、管状部２０と、その管状部２０の上流端及び下流端をそれぞれ閉塞する上流及び下流端プレート２２及び２４とを備えている。カップ１０及び１２は、管状部２０の中心軸Ｘに実質的に垂直に延びており、端プレート２２及び２４と実質的に平行となっている。それらは、管状部２０の断面の全体に渡って延びている。第一チャンバー１４は、上流端プレート２２と第一カップ１０との間を構成しており、第二チャンバー１６は、カップ１０とカップ１２の間を構成しており、第三チャンバー１８は、カップ１２と下流端プレート２４との間を構成している。

吸気ダクト６は、中心軸Ｘに沿って延び、端プレート２２、チャンバー１４、カップ１０、チャンバー１５及びカップ１２を通して連続的に横切っている。吸気ダクトの一端は、排気管の上流部に接続されている一方、その反対側の端部は、チャンバー１８内で開口している。吸気ダクトは、多くの小オリフィス２６を有しており、それによりダクト１６の内部が第二チャンバー１６と連通している。

排気ダクト８の一端は、排気管の下流部に接続されている一方、その反対側の端部は、チャンバー１４内で開口している。吸気ダクトは、中心軸Ｘに沿って延びている。ダクト８は、カップ１０、チャンバー１６、カップ１２、チャンバー１８及び下流端プレート２４を通して連続的に横切っている。ダクト８には、多くの小オリフィス３０が空けられており、それによりダクト８の内部が第三チャンバー１８と連通している。

更に、カップ１２には、多くの小オリフィス３２が空けられており、それにより第二及び第三チャンバー１６及び１８が互いに連通している。カップ１２には、また、オリフィス３２の大きさと比較して大きいオリフィス３４が空けられており、それによりまた第二及び第三チャンバー１６及び１８が互いに連通している。カップ１０には、例えばオリフィス３４と同様の大きさのオリフィス３６が空けられており、それによりチャンバー１４及び１６が互いに連通できるようになっている。

消音器により提供される、排ガスの循環に対する抵抗を可変とするために、その消音器１は、オリフィス３６を閉じたり開いたりすることができるバルブ３８を備えている。バルブ３８は、カップ１０の、チャンバー１４の方へ向いた面４０に堅く固定されている。

図２及び３に示すように、バルブ３８は、カップ１０の面４０に堅く固定されている支持プレート４２と、オリフィス３６を閉じるような位置付けをとることが可能であると共に、曲がることによりその閉塞位置から立ち上がることができる閉塞構成体４４と、その閉塞構成体４４を閉塞位置に復帰させるための条片４６と、を備えている。

支持プレート４２は、Ｌ字型に折り曲げられたステンレス鋼プレートである。それは、カップ１０に押し付けられてそれに堅く固定される翼部４８と、その翼部４８から立ち上がり、翼部４８に対して角度α、典型的には９０度から１３５度の間の角度を形成する翼部５０とを備えている。開口５２が翼部４２に形成されており、オリフィス３６と合致している。開口５２は、オリフィス３６よりは少なくも大きな貫通部を有しており、それにより如何にしてもそのオリフィスを閉じることはない。

閉塞構成体４４は、開口５２を閉じることができ、従ってオリフィス３６を閉じることができる閉塞プレート５４と、その閉塞プレート５４を支持プレート４２に接続するフレキシブル接続プレート５６とを備えている。

閉塞プレート５４は、開口５２を完全に閉じるのに適した形、例えば実質的に四角形状、を有したステンレス鋼プレートである。そのプレートは、０．５ｍｍと５ｍｍの間の厚さを有しており、好ましくは、１ｍｍと２ｍｍの間であり、典型的には約１．５ｍｍである。

面４０のうちの、開口５２を取り囲む周辺面５８は、閉塞プレート５４のための座を形成している。それで、閉塞位置においては、プレート５４は、完全に開口５２を塞ぎ、全周辺面５８に渡って、支持プレート４２に対して接触している。プレート５４と面５８との間の相互接触領域は、閉塞プレート５４がその座に対して強く押し付けられる、という面状態にある。

接続プレート５６は、長手方向に矩形状に延びた形状を有している。それは、第一長手方向端部６０で、閉塞プレート５４に固定されており、端部６０から離れた第二端部６２で、支持プレート４２に固定されている。プレート５６は、翼部４８のうちの、翼部５０から離れた領域に固定されている。

図２に示すように、横方向において、プレート５６は、プレート５４よりも狭くなっている。プレート５６は、プレート５４における横方向の中心に固定されており、プレート５４は、横方向に、すなわちプレート５６の両側に、同じ長さだけ突出している。

接続プレート５６は、閉塞プレートよりもフレキシブルである。接続プレート５６は、ＲＰ０．２％（降伏強度）標準で評価したところ、６００℃の温度で４００ＭＰａより大きい弾力性を有しており、好ましくは、６００℃の温度で５００ＭＰａであり、典型的には６００℃で６５０ＭＰａである。

接続プレート５６は、体積で少なくとも３０％、典型的には６０％のニッケルを含む耐熱性鋼プレートである。それは典型的には商品名Inconelとして販売されている合金である。それは、０．０５ｍｍと１ｍｍの間の厚さを有しており、好ましくは、０．１ｍｍと０．５ｍｍの間であり、典型的には約０．２５ｍｍである。

接続プレート５６は、固定作業の間、閉塞プレート５４を変形させないような手段により、閉塞プレート５４に堅く固定されている。プレート５４が、そのプレート５４と、座として働く面５８との間のしっかりとした密着が損なわれることがないように、平坦を維持することは、非常に重要である。

例えば、接続プレート５６は、閉塞プレート５４に溶接で固定することができるが、溶接の間、閉塞プレート５４に加わる熱がそのプレートを変形させることはない。
プレート５６及びプレート５４は、図２に示すように、２つのクリンチ点６４により互いに固定することも可能である。クリンチ処理は、知られている金属処理であり、図４を参照していくつかの一般的は情報のみが以下に提供される。

まず接続プレートにオリフィス６５を形成することにより、クリンチ点６４が得られる。次に、閉塞プレート５４がプレート５６に対接するよう位置付けされ、そして所望形状のダイが、プレート５６の、プレート５４から遠い面に対向させて、各オリフィス６５の口の部分に位置付けされる。そして、パンチを使用して、プレート５４が、オリフィス６５の位置に合わせて打ち付けられる。パンチはオリフィス６６と嵌合し、プレート５４を形成する材料を局所的に変形させる。その材料は、パンチにより、オリフィス６５を通して反対側へ押される。このときのパンチは、プレート５４の材料が、プレート５４及び５６を結合させるリベット６６を形成するように、成形されている。

クリンチ点６４は、プレート５４の横端部６７に近いところに位置する。
接続プレート５６は、溶接又は２つのクリンチ点６８により、翼部４８に堅く固定される。

弾性条片４６は、長細い形状をしている。それは、例えば、クリンチ点６９により、又は他の何らかの適当な手段により、支持プレートの起立した翼部５０に堅く固定されている。その条片の、クリンチ点６９から離れた方の端部７０は、プレート５４の、オリフィス３６がある方とは反対の面７２上に載置される。端部７０は、横折り曲げ線について、面７２とは反対側に折り曲げられた終端部７３を有している。端部７０は、その折り曲げ線７４のところで面７２に載置される。

条片４６は、０．０５ｍｍと０．５ｍｍの間の厚さを有しており、好ましくは、０．１ｍｍと０．３ｍｍの間であり、典型的には約０．２５ｍｍである。条片４６は、体積で少なくとも３０％、典型的には６０％のニッケルを含む耐熱性鋼プレートである。それは、例えば、商品名Inconelとして販売されている合金である。

条片４６は、閉塞プレート５４に対して復帰力を働かせ、そのプレートを閉塞位置方向に促してプレート４２に当接させる。
条片４６は、実質的に接続プレート５６の延長線上に配設される。その弾性条片の端部７０は、閉塞プレート５４の、端部６７とは反対側の横端部７６に近い、そのプレートの一領域に載置される。

上述の消音器の動作に関し、更に詳細が以下に説明される。
排ガスが、吸気ダクト６を介して、消音器内に入り込む。ガスの一部は、吸気ダクトのオリフィス２６を通過し、第二チャンバー１６に入り込む。排ガスの残りは、通過して第三チャンバー１８に入る。これらのガスの一部は、オリフィス３０を介してチャンバー１８から排気ダクト８に直接入る。そしてそれらは排気ダクトの下流部の方へ向けられる。排ガスの更なる一部は、オリフィス３２及び３４を通過して、チャンバー１８から第二チャンバー１６に入り込む。

機関が低速で動いているときには、チャンバー１４及び１６の間の圧力差はわずかであり、チャンバー１６のガスにより閉塞構成体１４に与えられる圧力は、弾性条片４６の復帰力を補うほど十分ではない。閉塞構成体は、オリフィス３６が閉じるような位置にあることになる。

この場合、オリフィス２６，３２又は３４を介してチャンバー１６に入り込むガスの全ては、オリフィス２８を通過して排気ダクトに入り、排気管の下流部の方へ向けられる。
機関が高速で動いているときには、チャンバー１４及び１６の間の圧力差は、弾性条片４６の復帰力に対抗するのに十分となる。この圧力差により、図３の破線に示すように、閉塞構成体４４が立ち上がる。接続プレート５６は、クリンチ点６４とクリンチ点６６の間の領域で曲がり、それにより閉塞プレート５４が、支持プレートの翼部４８から離れる。プレート５４は、プレート５６より硬いので曲がらない。弾性復帰条片の端部７０は、閉塞プレートの面７２に沿って、接続プレート５６の方向へ摺動する。

閉塞プレート５４と支持プレートの翼部４８との間の間隙、すなわちバルブ３８の開度は、チャンバー１４とチャンバー１６の間の圧力差に依存する。
オリフィス３６がもはや閉じないという事実の結果、オリフィス２６，３２又は３４を介してチャンバー１６に入り込んだ排ガスの一部が、オリフィス３６を通過し、チャンバー１４に入り込み、そしてチャンバー１４と連通するダクト８の端部を介してダクト８に流れ込む。これらのガスは、ダクト８を通り、排気管の下流部の方へ向けられる。

このように、機関が高速で動いているときには、チャンバー１６から排気ダクト８への新たな通路、すなわちチャンバー１４を介した通路が生成され、消音器から排ガス流に与えられる抵抗は減ぜられる。

上述のバルブには多くの利点がある。
その閉塞構成体が、１枚の閉塞プレートと、その閉塞プレートを消音器の内部隔壁に接続することができる少なくとも１枚の接続プレートと、を備えており、また、その閉塞プレート及び接続プレートが、異なる厚さを有しており、及び／又は異なる機械的特性を有する材料からできている、という事実の結果、バルブは低価格となっている。より高価な材料で作られている接続プレートは、可能な限り小さくするようにしている。内部隔壁のオリフィスを閉じる閉塞構成体の一部は、フレキシブルである必要はなく、それにより低価格の材料で作ることができる。オリフィスの開くような曲げを形成するのに有用な閉塞構成体の一部のみを、フレキシブルで高価な材料で形成すればよい。

更に、オリフィスを閉じるために硬質のプレートを使用することは利点である。この種のプレートを使用すれば、密封が改善できる。特に、より厚く、より硬質なプレートは、閉塞構成体の２面の間の圧力差又は温度差の結果による変形をより受けにくい。同様に、閉塞構成体の交互の開閉動作の影響による振動もさほど受けないであろう。

閉塞プレート及び接続プレートの間の接続は、クリンチ点により、又は閉塞プレートに対する熱の負荷が少ない溶接により行われる、という事実は、その固定作業の間、閉塞プレートが変形する可能性がないということを意味している。

上述のバルブには、多くの変形態様が考えられる。
閉塞構成体は、単一の接続プレートだけでなく、２枚以上の接続プレートを備えることもできる。この場合、それらの接続プレートは、互いに平行である。それらは各々、一端で閉塞プレートに固定されており、他端で支持プレートに固定されている。

同様に、バルブは、互いに平行な複数のフレキシブル復帰条片を備えることが可能である。これらの条片は全て、支持プレートの起立した翼に固定されており、それらの他端は全て、閉塞プレート上に載置される。

各条片は、閉塞プレートではなく、接続プレート上に載置されることが可能であり、この場合、接続プレートは、閉塞プレートの長手方向のほぼ全面を覆っていることになる。
バルブは、閉塞プレートの閉塞位置からの動きを制限するストッパーを備えることも可能であり、それによりバルブの開度を制限できることとなる。

支持プレートの起立翼とカップに押し付けられた翼との間の傾斜角度αを可変にすることにより、弾性復帰条片により閉塞プレート上に与えられる支持力を調整することも可能である。

上述の実施形態においては、閉塞プレートと接続プレートとは厚さが異なり、異なる機械的特性を有する材料で作られている。しかしながら、同じ材料で厚さの異なる２枚のプレートを作成することも可能である。この場合、それらの２枚の厚さは、閉塞プレートが接続プレートよりもより硬くなるように選択される。あるいは、異なる材料で同じ厚さの２枚のプレートを作成することも可能である。この場合、それらの材料は、閉塞プレートが接続プレートよりもより硬くなるように選択される。

接続プレートを、支持プレートではなく、カップに直接固定することも可能である。
本発明は、バルブが消音器の内部隔壁のオリフィスを閉じる、というような実施形態として記述されてきた。他の応用としては、バルブは、排気管の上流部に接続された消音器の吸気ダクトの端部、消音器内に開口する吸気ダクトの端部、又は、吸気ダクトの共通部分に形成されたオリフィスを閉じることができるものである。同様に、該バルブは、消音器の排気ダクト２つの端部の１つ、又はそのダクトの共通部分に形成されたオリフィスを閉じることができる。消音器は、その２つのチャンバーを互いに連通させることができる少なくとも１つの内部管状ダクトを備えることもできる。この場合、バルブは、その内部ダクトの２つの端部の１つ、又はそのダクトの共通部分に形成されたオリフィスを閉じることができる。

上述の消音器は、例えば、溶接型巻締消音器、捲縮型巻締消音器、又は２枚の打抜き半殻で形成された消音器のように、いかなるタイプであってもよい。また、該消音器は、３つよりも多い又は少ない内部チャンバーを有していてもよいし、２枚よりも多い又は少ないカップを有していてもよい。また、チャンバーを互いに連通する１つ以上の内部ダクトを備えていてもよい。

Claims (12)

1. 自動車排気管用の消音器（１）の構造（１０）におけるオリフィス（３６）を閉じるためのバルブであって、
   前記構造（１０）に接続可能に形成された閉塞構造体（４４）であって、前記オリフィス（３６）を閉じる位置付けをとることが可能であると共に、曲がることによりその閉塞位置から立ち上がる前記閉塞構成体（４４）を備え、
   当該閉塞構成体（４４）は、前記オリフィス（３６）を閉じることができる閉塞プレート（５４）と、当該閉塞プレート（５４）を前記構造（１０）に接続可能に形成された少なくとも１枚の接続プレート（５６）とを備え、前記閉塞プレート（５４）と前記接続プレート（５６）は、異なる厚さを有し、及び／又は、異なる機械的特性を有する材料で形成されており、
   前記バルブ（３８）は、前記構造（１０）に堅く接続可能な支持プレート（４２）と、前記閉塞構成体（４４）を前記閉塞位置に復帰させるための弾性条片（４６）と、を更に備え、
   前記支持プレート（４２）は、前記構成（１０）に押し付けられて該構成（１０）に堅く接続可能である第１の翼部（４８）と、該第１の翼部（４８）に対して角度αを形成する第２の翼部（５０）と、を備え、前記第１の翼部（４８）内には、開口（５２）が、前記オリフィス（３６）と合致するように形成されており、
   前記接続プレート（５６）は、第一長手方向端部（６０）により前記閉塞プレート（５４）に固定され、前記第一長手方向端部（６０）から離れた第二端部（６２）により前記開口（５２）の第１側部上で前記支持プレート（４２）に固定されており、
   前記第２の翼部（５０）は、前記第１の側部とは長手方向反対側にある前記開口（５２）の第２の側部に位置し、かつ、前記開口（５２）から長手方向に離れて前記第１の翼部（４８）から起立しており、
   前記弾性条片（４６）は、前記第２の翼部（５０）に堅く固定されると共に、前記開口（５２）の前記第２の側部の側に位置する前記閉塞プレート（５４）の横端部（７６）に近い、前記閉塞プレート（５４）の領域に載置される、ことを特徴とする、バルブ。
2. 前記閉塞プレート（５４）及び前記接続プレート（５６）は、各々金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
3. 前記接続プレート（５６）は、前記閉塞プレート（５４）よりもよりフレキシブルであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバルブ。
4. 前記閉塞プレート（５４）は、ステンレス鋼プレートであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のバルブ。
5. 前記閉塞プレート（５４）は、０．５ｍｍと５ｍｍの間の厚さを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のバルブ。
6. 前記接続プレート（５６）は、６００℃の温度において、ＲＰ０．２％（降伏強度）で、４００ＭＰａより大きい弾力性を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバルブ。
7. 前記接続プレート（５６）は、体積で少なくとも３０％のニッケルを含む耐熱性鋼プレートであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のバルブ。
8. 前記接続プレート（５６）は、０．０５ｍｍと１ｍｍの間の厚さを有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のバルブ。
9. 前記閉塞構成体（４４）は、互いに平行な２枚の接続プレート（５６）を備え、各接続プレート（５６）は、前記閉塞プレート（５４）を前記構造（１０）に接続可能に形成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のバルブ。
10. 前記角度αは、９０度から１３５度の間の角度であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか１項に記載のバルブ。
11. 前記開口（５２）を取り囲む前記第１の翼部（４８）の周辺面（５８）は、前記閉塞位置において前記閉塞プレート（５４）が密着されるところの座を形成することを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のバルブ。
12. 自動車排気管用の消音器であって、
    内部容積（４）を画定する外殻（２）と、
    前記内部容積（４）を２つのチャンバー（１４，１６）に分割している少なくとも１つの内部隔壁（１０）と、
    当該内部隔壁（１０）に形成されたオリフィス（３６）と、
    請求項１乃至１１のいずれか１項に記載された、前記オリフィス（３６）を閉じるためのバルブ（３８）と、
    を備えることを特徴とする消音器。

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