JP5615538B2 - 排気通路制御弁 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、排気ガスを消音するマフラの消音室を区画する隔壁に設けられる排気通路制御弁に関するものである。
内燃機関の排気通路に配置される排気通路制御弁は、排気通路に流れる排気ガスの圧力が所定値以上になると開動作するように設定されている(例えば、特許文献1)。特許文献1の排気通路制御弁は、弁体を閉止方向に付勢するねじりコイルばねを有し、排気通路内の圧力が所定値以上になると、ばね力に抗して弁体が開状態となり、圧力が低下するとばね力により閉状態となる。
特開2007−263057号公報
しかしながら、特許文献1の排気通路制御弁では、ばね力が弁体の開閉動作方向に均一に加わり難いので、弁体が傾斜して弁体の一部が弁座に接触したままで弁体の他部が弁口から離れる、いわゆる「片開き状態」になり易い。弁体が片開き状態になると、弁口を通る排気ガスの流れが乱れるために弁体が振れて、カタカタという異音を発生することがある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、片開きを防いで理想的な弁開放状態となる排気通路制御弁を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明に係る排気通路制御弁は、エンジンの排気ガスが通過する弁口を有する弁座と、前記弁口を開閉する弁体と、前記弁体に前記弁口を閉じる方向にばね力を付加する圧縮コイル形のばね体とを備え、前記弁体は、少なくとも前記弁口の内径側に対向する部位から外径側に対向する部位に至る部分に、径方向外方に進むにつれて開弁方向に偏位する弁体傾斜部が形成されている。
この構成によれば、圧縮コイル形のばね体により、前記弁口の開閉方向にばね力を付加しているので、弁体全体に均一にばねの付勢力が作用し、片開きが防がれて理想的な弁の開放状態が得られる。これにより、弁体の外周部全体と弁座との間の隙間に通路が形成されるので、そこから排気ガスが円滑に排出される。また、理想的な弁の開放状態が得られる結果、弁体の振れによる作動音(弁体と弁座との接触音)の発生が防止される。
本発明において、前記弁体および弁口は円形であり、前記ばね体の中心軸線が前記弁口の中心軸線と一致するように配置されていることが好ましい。この構成によれば、ばねの付勢力が弁口の中心軸線に沿って作用するので、弁体が弁口に対して同芯となるように押圧される結果、弁体の姿勢が安定する。
本発明において、前記弁座に、開閉移動する前記弁体の外周部をガイドして径方向への移動を規制する3つ以上のガイド体が設けられ、隣接するガイド体の周方向間隔が180°未満であることが好ましい。この構成によれば、ガイド体により、弁体の径方向への移動が規制されるので、弁体の傾きが効果的に防止され、その結果、弁体の片開きに起因する作動音の発生が防止される。
また、前記ばね体の軸線方向の一端部が、前記ガイド体に支持されていることが好ましい。この構成によれば、ガイド体により前記ばねの支持部材が兼用され、部品点数の増加を抑えることができる。
さらに、前記弁体は円形の板材からなり、かつ、中心部に弁体の開閉移動方向に直交する平坦部を有し、前記ばね体の他端部が前記平坦部に支持されていることが好ましい。この構成によれば、平坦部で大きな排気ガスの圧力を受けることにより、この圧力の変化に対する弁体の開閉動作の追従性が向上するとともに、ばね体の他端部を安定して支持できる。
また、前記弁体と前記ガイド体に設けられたばねキャップとの間に、前記ばね体を配置することができる。この構成によれば、ばね体の復元力によって、弁体とばねキャップとの間にばね体が装着されるので、別途固定手段を省略できる。
さらに、前記ばねキャップおよび弁体に、前記ばね体が嵌合する円形の凹所を形成してもよい。この構成によれば、ばね体の径方向の位置ずれが防止されるので、弁体の片開きが効果的に防止され、その結果、弁体の作動音の発生が防止される。
本発明において、前記ガイド体は前記弁体の開閉移動方向に延びるガイド溝を有し、前記弁体の外周部に径方向外方へ突出して前記ガイド溝に挿入される被ガイド片が設けられていることが好ましい。この構成によれば、弁体が、ガイド溝に沿って開閉移動するので、弁体の周方向への変位を防止できる。
本発明において、少なくとも前記ガイド体に、前記被ガイド片に当接して前記弁体の全開位置を規制するストッパ部が形成されているのが好ましい。この構成によれば、ストッパ部により弁体の全開位置が規制されるので、ばね体の過圧縮を防止することができる。
本発明において、前記弁座における弁口の周縁部に、前記弁体傾斜部に平行な弁座傾斜部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、弁体傾斜部と弁座傾斜部との間に排気ガス通路が形成されるので、排気ガスが傾斜した排気ガス通路を通って円滑に排出される。
本発明に係る排気通路制御弁によれば、圧縮コイル形のばね体により、前記弁口の開閉方向にばね力を付加しているので、弁体全体に均一にばねの付勢力が作用し、片開きのない理想的な弁の開放状態が得られる。これにより、排気ガスが弁口を通って円滑に排出されるとともに、弁体の振れによる作動音の発生が防止される。
本発明の一実施形態に係る排気通路制御弁を備えたマフラの内部を示す概略図である。 同排気通路制御弁の正面図である。 同排気通路制御弁の平面図である。 同排気通路制御弁の側面図である。 同排気通路制御弁の断面図である。 同排気通路制御弁の開弁状態の断面図である。
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。図1は、例えば自動二輪車に搭載され、エンジンの排気ガスを消音するマフラ1の概略図である。マフラ1は、第一消音室2、第二消音室4および第三消音室6を有し、第一消音室2と第二消音室4、および第二消音室4と第三消音室6とは、それぞれ第一連通管8および第二連通管10で連通している。このマフラ1は、第一消音室2、第三消音室6、第二消音室4の順に配置されており、第一消音室2と第三消音室6、および第三消音室6と第二消音室4とは、それぞれ第一隔壁12、第二隔壁14で区画されている。第一消音室2には、エンジン(図示せず)からの排気ガスGが排気通路15を通って流入する入口部16が設けられ、第三消音室6には、消音された排気ガスGを排出する出口部18が設けられている。前記第一隔壁12には、排気ガスGの圧力に応じて動作する排気通路制御弁20が設けられ、第一隔壁12の一部が排気通路制御弁20の弁座22を形成している。弁座22には、エンジンの排気ガスGが通過する弁口24が形成されている。
図2に示すように、排気通路制御弁20は弁口24を開閉する弁体26を有し、弁体26は、圧縮コイル形のばね体28により、弁口24を閉じる方向にばね力が付加されており、第一消音室2内の排気ガスGの圧力が低い、エンジンの低回転領域では、弁口24が弁体26により閉止されて閉弁状態となる。弁座22には、図3に示すように、開閉移動する弁体26の外周部をガイドして径方向への移動を規制し、開閉方向の移動を許容する中央ガイド体32および2つの側部ガイド体34,34が設けられている。中央ガイド体32は、弁座22に固着された一対のガイドバー33,33を有し、弁体26の中央部の上方を通って弁体26の直径方向に延びている。側部ガイド体34は、中央ガイド体32の両側に位置して弁座22に固着されている。
中央ガイド体32の上部にはばねキャップ30が固着されており、ばね体28は圧縮状態で、図2に示す弁体26とばねキャップ30との間に介装されている。これら弁座22、弁口24、弁体26、ばね体28、ばねキャップ30、中央ガイド体32および側部ガイド体34により、排気通路制御弁20が構成されている。
弁体26、ばね体28、ばねキャップ30、中央ガイド体32および側部ガイド体34は、第三消音室6側すなわち低圧雰囲気中に配置される。弁体26の一部は、第一消音室2と第三消音室6とを仕切る壁面の一部を形成し、第一消音室2側、すなわち高圧雰囲気中に露出して受圧面である弁体平坦面26aを構成する。
図3からわかるように、弁口24および弁体26は円形である。図5に示すように、弁座22における弁口24の周縁部には、弁口24の中心軸線C1に直交する円形の面である弁座平坦部22aが形成されている。弁座平坦部22aの周縁部には、径方向外方に進むにつれて開弁方向OPに偏位する弁座傾斜部22bが形成されている。
弁体26は板材からなり、中心部に弁口24の中心軸線C1、すなわち弁体26の開閉移動方向に直交する円形の弁体平坦部26aを有し、この弁体平坦部26aが弁口24に嵌まり込むことで、弁体26が弁口24を閉止する。弁体平坦部26aは、その周辺部分よりも閉弁方向CLへ若干凹入して、弁体凹所27が形成されている。つまり、弁体平坦部26aの周縁部26aaは開弁方向OPに折り曲げられ、開弁時に、この周縁部26aaが弁口24の開口縁24aに径方向に接触する。弁体平坦部26aの外面には第一消音室2内の排気ガスGの圧力が作用する。さらに、この周縁部26aaから径方向外方に進むにつれて開弁方向OPに偏位する弁体傾斜部26bが形成されている。弁体傾斜部26bは、円錐体の周面に沿う形状に形成され、弁座平坦部22aおよび弁座傾斜部22bに対向している。これら弁体平坦部26aおよび弁体傾斜部26bは、板材を曲げ加工することにより形成される。弁体の開弁時に弁体傾斜部26bと弁座平坦部22a,弁座傾斜部22bとの間に排気通路15aが形成される。
弁体傾斜部26bと弁座傾斜部22bとは互いにほぼ平行な面であり、両傾斜部22b,26b間に、排気ガスGに対する通気性を有する、スチールウールからなる緩衝材35が介装されている。本実施形態では、緩衝材35は周方向に約90°の間隔をあけて4つ設けているが、数や位置はこれに限定されず、例えば全周に設けてもよい。
弁体傾斜部26bの外周部には、図3に示す径方向外方へ突出する複数、例えば4つの突片36が一体に形成されている。弁体26の突片36は、後述するように、ガイド体32,34に案内されて弁体26の開閉移動方向に移動し、弁体26の周方向への変位、すなわち回動が防止される。本実施形態では、突片36は周方向に約90°の間隔をあけて4つ設けているが、数や位置はこれに限定されず、1つ以上あればよい。また、弁体26の外周をガイドするガイド体32,34は、3つ以上で、且つ隣接するガイド体32,34の周方向間隔が180°未満であればよく、これにより、弁体26の径方向の移動を阻止できる。
突片36に対応する位置に前記ガイド体32,34が設けられている。中央ガイド体32を形成する各ガイドバー33は鋼製の棒状部材からなり、棒状部材の中央部を幅広のU字状に折り曲げて、弁体26の上方に位置する、弁座22と平行な頂部33aと、その両側の上り部33bとを形成し、さらに両端部を弁座22と平行になるように折り曲げて、足部33cを形成している。両端の足部33cが弁座22に、例えば溶接により固着されている。2つのガイドバー33の頂部33aには、頂壁部材46が固着されている。頂壁部材46は、図2に示すように、平面視でほぼ長方形で、長手方向の両端部46a,46aが弁座22に向かってほぼ90°に折り曲げられている。頂壁部材46の長手方向中央部には、両端部46a,46aの折り曲げ方向と反対方向に凹入した、図3に示す円形のばねキャップ30が一体形成されている。頂部33aの中央部分は、ばねキャップ30の外周形状に沿って湾曲しており、両ガイドバー33の頂部33aの湾曲部分の間にばねキャップ30が嵌め込まれた状態で、頂壁部材46がガイドバー33,33に固着されている。図4に示すように、互いに平行に延びた立上り部33b,33b間に第1ガイド溝40が形成されている。
第2ガイド体34も鋼製の棒状部材からなり、図2に示すように、棒状部材の中央部をU字状に曲げて湾曲した頂部34aと、その両側の立上り部34b,34bとを形成し、両立上り部34b,34b間に第2ガイド溝42を形成している。棒状部材の両端部は弁座22と平行となるように折り曲げられて足部34c,34cとなっており、足部34cが弁座22に、例えば溶接により固着されている。図3の相対向する一対の突片36が第1ガイド溝40に挿入され、相対向する他の一対の突片36が第2ガイド溝42に挿入されて、弁体26の開閉動作方向に案内され、弁体26の周方向の変位、つまり回動が規制される。このように、突片36は被ガイド片として作用する。また、第2ガイド体34の頂部34aはストッパ部として作用し、突片36がこのストッパ部34aに当接することで、弁体26の全開位置が規制される。
図5に示すように、ばね体28は、一端部28aがばねキャップ30の内側の凹所48に嵌合され、他端部28bが弁体平坦部26aの弁体凹所27に嵌合され、その中心軸線C2が弁口24の中心軸線C1とほぼ一致するように配置されている。これにより、ばね体28による付勢力が弁口24の中心軸線C1に沿って作用するから、弁体26が弁口24に対して同芯となるように押圧される結果、弁体26の姿勢が安定する。
つぎに、排気通路制御弁20の作用について説明する。エンジンからの排気ガスG、図1に示す排気通路15を経て入口部16を通って、エンジンからの排気ガスGが第一消音室2に流入する。エンジンの低回転時は排気ガスGの圧力が低いので、排気制御弁20が閉弁しており、排気ガスGは、第一消音室2で膨張したのちに第一連通管8を通って第二消音室4に流入する。さらに、第二消音室4で膨張したのちに第二連通管10を通って第三消音室6に流入し、第三消音室6での膨張を経て出口部18から外部へ排出される。
エンジンの回転数が上昇し、弁体26の弁体平坦部26aに作用する上向きの排気ガスGの圧力が、図2に示すばね体28の復元力よりも大きくなると、図6に示すように、排気ガスGの圧力で弁体26が持ち上げられ、第一消音室2と第三消音室6とが連通し、第一消音室2内の排気ガスGが、第二消音室4(図1)を経ずに、排気制御弁20を通って第三消音室6に流入する。さらに、排気通路内の排気ガスGの圧力が、ばね体28の復元力よりも小さくなると、ばね体28の復元力により弁体26が弁口24を塞いで、図1のように、排気ガスGは第一消音室2、第二消音室4、第三消音室6の順に流れて出口部18から外部へ排出される。
上記構成において、図3に示す圧縮コイル形のばね体28により、弁口24の中心軸線C1、すなわち弁口24の開閉方向にばね力を付加しているので、弁体26全体に均一にばねの付勢力が作用し、図6のような片開きが防がれて理想的な弁の開放状態が得られる。これにより、弁体26の外周部全体と弁座22との間の隙間に通路が形成されるので、そこから排気ガスGが円滑に排出される。また、理想的な弁の開放状態が得られる結果、弁体26の振れによる作動音の発生が防止される。
さらに、弁体26および弁口24は円形であり、ばね体28の中心軸線C2が弁口24の中心軸線C1と一致するように配置されているので、ばね体28による付勢力が弁口24の中心軸線C1に沿って作用するから、弁体26が弁口24に対して同芯となるように押圧される結果、弁体26の姿勢が安定する。
また、弁座22に、開閉移動する弁体26の外周部をガイドして径方向への移動を規制する図3の4つのガイド体32,34が設けられているので、弁体26の傾きが効果的に防止され、その結果、弁体26の片開きに起因する作動音の発生が防止される。さらに、ガイド体32,34が周方向に等間隔、具体的には90°間隔で設けられているので、一層効果的に傾きを防止できる。
さらに、図5に示すばね体28の軸線方向の一端部28aが、中央ガイド体32に一体形成されたキャップ30の内側に支持されているので、中央ガイド体32によりばね体28の支持部材が兼用され、部品点数の増加を抑えることができる。
また、弁体平坦部26aに、ばね体28の他端部28bが支持されているので、弁体平坦部26aで大きな排気ガスGの圧力を受けることにより、この圧力の変化に対する弁体26の開閉動作の追従性が向上するとともに、ばね体28の他端部28bを安定して支持できる。
さらに、弁体26と、ガイド体32に設けられたばねキャップ30との間に、ばね体28が配置されており、ばね体28の復元力によって、弁体26とばねキャップ30との間にばね体28が装着されるので、別途固定手段を省略できる。
また、弁体26およびばねキャップ30に、ばね体28の両端部28a,28bが嵌合する円形の凹所27,48がそれぞれ形成されているから、ばね体28の径方向の位置ずれが防止されることで、弁体26の片開きが効果的に防止される。
さらに、図3に示す各ガイド体32,34のガイド溝40(図4),42(図2)に沿って、弁体26の突片36が移動するので、弁体26の周方向への角変位を防止できる。
また、突片36が、図2の第2ガイド体34のストッパ部34aに当接することで、弁体26の全開位置が規制されるので、ばね体28の過圧縮を防止することができる。
さらに、図5の弁座22における弁口24の周縁部に、弁体傾斜部26bに平行な弁座傾斜部22bが形成されているから、弁体傾斜部26bと弁座傾斜部22bとの間に傾斜した排気ガス通路15aが形成される。したがって、第一消音室2内の排気ガスGが弁口24から排気ガス通路15aに入る際に、90°よりも小さい偏向角で偏向されるだけで済むから、排気ガスGが傾斜した排気ガス通路15aを通って円滑に第三消音室6内に排出される。
また、図1に示すように、排気通路制御弁20の開閉方向は、閉弁状態で排気ガスGが流れる方向、つまり、第一隔壁12の壁面と平行な方向に対して、ほぼ直交する方向となっているので、排気ガス流量が急激に変化しても、排気ガスGが勢いよく図2の弁体平坦面26aに衝突するのが避けられ、不所望な排気通路制御弁20の開閉を防ぐことができる。さらに、弁体傾斜部26bが弁体26の全周にわたって形成され、弁口24よりも十分大きな直径を有しているので、図6に示すように、排気ガスGが弁口24から放射状に周方向にわたって均一に流れることになり、片開きを一層確実に防ぐことができる。また、図5の突片36が、弁体平坦面26aおよび弁座22から開弁方向OPに偏位した位置に配置されているので、仮に、弁体26が若干傾斜したとしても、突片36が弁座22に衝突することがなく、衝突音が発生しない。
以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。例えば、ばねキャップ30を第1ガイド体42方向へ延設して、ばねキャップ30と第1ガイド体42とを固着して一体化させることができる。これにより、ばねキャップ30およびガイド体32の強度を向上させることができる。
また、本実施形態では、3つの消音室2,4,6が設けられているが、3つ以上であってもよい。また、排気通路制御弁22は、閉弁時に比べて開弁時の流路抵抗が小さくなるように設定される位置に設けられればよく、例えば、第一消音室2と第三消音室6とを連通する第一連通管8を開閉するように設けてもよい。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
15a 排気通路
20 排気通路制御弁
22 弁座
22b 弁座傾斜部
24 弁口
26 弁体
26a 弁体平坦部
26b 弁体傾斜部
27 弁体凹所
28 ばね体
30 ばねキャップ
32 ガイド体
34a ストッパ部
35 緩衝材
36 被ガイド片(突片)
40,42 ガイド溝
48 凹所
C1 弁口の中心軸線
C2 ばね体の中心軸線
G 排気ガス

Claims (8)

  1. エンジンの排気ガスが通過する弁口を有する弁座と、前記弁口を開閉する弁体と、前記弁体に前記弁口を閉じる方向にばね力を付加する圧縮コイル形のばね体とを備え、
    前記弁体は、少なくとも前記弁口の内径側に対向する部位から外径側に対向する部位に至る部分に、径方向外方に進むにつれて開弁方向に偏位する弁体傾斜部が形成され、
    前記弁体および弁口は円形であり、前記ばね体の中心軸線が前記弁口の中心軸線と一致するように配置され、
    前記弁座にばねキャップが固着され、前記ばね体は前記弁体と前記ばねキャップとの間に介装され、
    前記弁座に、開閉移動する前記弁体の開閉動作の移動を許容し、かつ前記弁体の外周部をガイドして径方向への移動を規制するガイド体が固着され、
    前記ばねキャップが、前記ガイド体に固着されている排気通路制御弁。
  2. 請求項1において、前記弁座は、高温雰囲気の消音室と低温雰囲気室の消音室とを区画する隔壁の一部に形成され、
    前記ガイド体は、前記弁体の上方に位置して前記弁座と平行な頂部と、前記頂部の両側から前記弁座まで延びる上がり部と、前記上がり部の端部を前記弁座と平行になるように折り曲げた足部とを有し、
    前記足部が前記弁座に固着されている排気通路制御弁。
  3. 請求項1または2において、前記弁座は、高温雰囲気の消音室と低温雰囲気室の消音室とを区画する隔壁の一部に形成され、
    この隔壁に、前記高温雰囲気の消音室と、前記低温雰囲気室の消音室とは別の消音室とを連通する連通管が設けられている排気通路制御弁。
  4. エンジンの排気ガスが通過する弁口を有する弁座と、前記弁口を開閉する弁体と、前記弁体に前記弁口を閉じる方向にばね力を付加する圧縮コイル形のばね体とを備え、
    前記弁体は、少なくとも前記弁口の内径側に対向する部位から外径側に対向する部位に至る部分に、径方向外方に進むにつれて開弁方向に偏位する弁体傾斜部が形成され、
    前記弁体および弁口は円形であり、前記ばね体の中心軸線が前記弁口の中心軸線と一致するように配置され、
    前記弁座にばねキャップが固着され、前記ばね体は前記弁体と前記ばねキャップとの間に介装され、
    前記弁座に、開閉移動する前記弁体の外周部をガイドして径方向への移動を規制するガイド体が設けられ、
    前記ばねキャップが、前記ガイド体を介して前記弁座に固着され、
    前記ガイド体は、棒状部材を折り曲げて形成されている排気通路制御弁。
  5. エンジンの排気ガスが通過する弁口を有する弁座と、前記弁口を開閉する弁体と、前記弁体に前記弁口を閉じる方向にばね力を付加する圧縮コイル形のばね体とを備え、
    前記弁体は、少なくとも前記弁口の内径側に対向する部位から外径側に対向する部位に至る部分に、径方向外方に進むにつれて開弁方向に偏位する弁体傾斜部が形成され、
    前記弁体および弁口は円形であり、前記ばね体の中心軸線が前記弁口の中心軸線と一致するように配置され、
    前記弁座にばねキャップが固着され、前記ばね体は前記弁体と前記ばねキャップとの間に介装され、
    前記弁座に、開閉移動する前記弁体の外周部をガイドして径方向への移動を規制する3つ以上のガイド体が設けられ、隣接するガイド体の周方向間隔が180°未満であり、
    前記ガイド体は、棒状部材を折り曲げて形成されている排気通路制御弁。
  6. 請求項1から5のいずれか一項において、前記弁座における前記弁口の周縁部に、前記弁口の中心線に直交する弁座平坦面が形成され、
    前記弁座平坦面の周縁部に、径方向外方に進むにつれて開弁方向に偏位する弁座傾斜部が形成されている排気通路制御弁。
  7. 請求項1から6のいずれか一項において、前記弁座は、高温雰囲気の消音室と低温雰囲気室の消音室とを区画する隔壁の一部に形成され、
    排気通路弁の開閉方向は、前記隔壁の壁面と平行な方向に対して直交している排気通路制御弁。
  8. 請求項1から7のいずれか一項において、前記ガイド体は前記弁体の開閉移動方向に延びるガイド溝を有し、前記弁体の外周部に径方向外方へ突出して前記ガイド溝に挿入される被ガイド片が設けられ、
    少なくとも前記ガイド体に、前記被ガイド片に当接して前記弁体の全開位置を規制するストッパ部が形成されている排気通路制御弁。
JP2009277335A 2009-12-07 2009-12-07 排気通路制御弁 Active JP5615538B2 (ja)

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