JP6426763B2 - 排気流路用弁装置 - Google Patents

Description

本開示は、排気流路用弁装置に関する。

内燃機関の排気系において、排気流路の一部を弁体で開閉することにより流路形態を切り替える排気流路用弁装置が知られている。例えば特許文献１には、排気流路の上流側と下流側とを連通する連通流路を有するバルブケースの中に、当該連通流路を開閉する弁体が設けられた構成が開示されている。弁体は、付勢部材により、連通流路を閉じる方向に付勢されている。このため、上流側の排ガスの圧力が低い状態では、連通流路を閉じる閉位置へ弁体が付勢される。一方、上流側の排ガスの圧力が高くなると、弁体が開いた状態となり、排ガスが連通流路を流れる。

特開２０１６−１２５４７３号公報

ところで、特許文献１に記載の弁体における、当該弁体が閉位置に位置する状態において連通流路の上流側に露出する面である閉塞面は、環状の角部を有する形状である。具体的には、閉塞面は、円形の面と、当該円形の面の外周から延びる円錐台状の面と、を有し、円形の面と円錐台状の面との境界が角部を形成している。このため、弁体が開いた状態において、閉塞面に沿った排ガスの流れが角部で剥離されやすく、これに起因して、排気流路において気流音が大きくなる問題があった。

本開示の一局面は、気流音を低減することができる排気流路用弁装置を提供することを目的としている。

本開示の一態様は、排気流路用弁装置であって、支持体と、弁体と、付勢部材と、を備える。弁体は、支持体に回転移動可能に支持され、排気流路の上流側と下流側とを連通する連通流路を開閉する。付勢部材は、連通流路を流れる排ガスの流量が最小になる位置である閉位置へ弁体を付勢する。弁体は、膨らみ面を有する。膨らみ面は、弁体が閉位置に位置する状態において連通流路の上流側に露出する面であって、全体が連通流路の上流側に向かってドーム状に膨らんでおり、膨らみ面の中心軸を中心に軸対称の形状である。

このような構成によれば、連通流路が開いた状態において、膨らみ面に沿った排ガスの流れが剥離されにくい。その結果、排気流路における気流音を低減することができる。
本開示の一態様は、膨らみ面の全体が曲面であってもよい。このように、膨らみ面全体を滑らかな面とすることで、弁体が開いた状態において、膨らみ面に沿った排ガスの流れがより剥離されにくい構成にすることができる。

本開示の一態様は、膨らみ面の曲率が、一定であってもよい。
本開示の一態様は、膨らみ面における中心軸が通る領域である第１の領域の曲率が、膨らみ面における第１の領域以外の領域である第２の領域の曲率よりも小さくてもよい。

実施形態のマフラの断面図である。 実施形態の弁装置の斜視図である。 図３（Ａ）は実施形態の弁体の正面図、図３（Ｂ）は実施形態の弁体の左側面図、図３（Ｃ）は実施形態の弁体の下面図である。 図３（Ａ）のIV−IV断面図である。 実施形態の連通流路が開いた状態における弁装置を表す図である。

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．構成］
図１に示すマフラ１００は、排気流路の一部を構成する。この排気流路は、車両に搭載された内燃機関から排出される排ガスを、車両の外へ導くための流路である。マフラ１００は、筐体１と、仕切板２と、流路部材３と、流路部材４と、弁装置５と、前端板１２と、後端板１３と、を備える。

筐体１は、筒状の部材である。筐体１の両端は、前端板１２と後端板１３とにより閉塞されている。
仕切板２は、筐体１の内部に設けられており、筐体１の内部を第１室Ｆ及び第２室Ｓに区画する板である。第１室Ｆは、前端板１２と仕切板２との間に形成されており、第２室Ｓは、後端板１３と仕切板２との間に形成されている。仕切板２には、流路部材３を挿通するための貫通孔２Ａ及び流路部材４を挿通するための貫通孔２Ｂが設けられている。また、図１には示されていないが、仕切板２には、第１室Ｆ及び第２室Ｓを連通する連通孔が設けられている。

流路部材３は、内燃機関からの排ガスを筐体１の内部へ導くための部材である。本実施形態では、流路部材３は、内径が一定であって、流路部材３の中心軸Ｃが直線状の管状部材である。流路部材３は、前端板１２の貫通孔１２Ａ及び仕切板２の貫通孔２Ａに挿通されている。流路部材３の下流側端部は、第２室Ｓに開口している。

流路部材４は、筐体１の内部の排ガスを筐体１の外へ導くための部材である。本実施形態では、流路部材４は、流路部材４の中心軸Ｄが直線状の管状部材である。また、流路部材４は、上流部４１の内径が下流部４２の内径よりも大きく、上流部４１と下流部４２とが縮径部４３により連結された形状の管状部材である。下流部４２は、仕切板２の貫通孔２Ｂ及び後端板１３の貫通孔１３Ａに挿通されている。上流部４１及び縮径部４３は、第１室Ｆに配置されている。上流部４１の上流側端部は蓋板により閉塞されており、その蓋板の中央には、第１室Ｆからの排ガスを流路部材４の内部へ導くための流入孔４Ａが形成されている。上流部４１の内部には、弁装置５が収容されている。また、上流部４１には、図示しないバイパス孔が設けられている。バイパス孔は、連通流路５１Ａが閉じている状態においても、第１室Ｆから流路部材４の内部へ排ガスを流入させるために設けられた孔である。

図１及び図２に示すように、弁装置５は、ステー５１と、弁体５２と、シャフト５３と、スプリング５４と、を備える。なお、図１では、ステー５１、弁体５２、シャフト５３及びスプリング５４を断面図ではなく側面図で示している。

ステー５１は、上流部４１の内側において流路部材４の流入孔４Ａの中に固定されている。ステー５１には、流入孔４Ａと連通する連通流路５１Ａが形成されている。連通流路５１Ａの内周面は、上流側へ向かって円錐台状に径が小さくなる形状である。また、ステー５１には、シャフト５３を挿入するための一対のシャフト孔５１Ｂが設けられている。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）に示す弁体５２には、シャフト５３を挿入するための一対のシャフト孔５２Ａが設けられている。弁体５２は、シャフト５３を介してステー５１に回転移動可能に支持され、連通流路５１Ａを上流部４１の内側から開閉可能に構成されている。具体的には、弁体５２は、連通流路５１Ａを閉じることが可能な膨らみ面５２１を有する。また、図４に示すように、弁体５２における膨らみ面５２１を有する部分は板状である。なお、連通流路５１Ａには、弁体５２が当接する位置に、金属製のメッシュ部材が緩衝材として配置されている。

ここで、膨らみ面５２１の形状について説明する。膨らみ面５２１は、連通流路５１Ａが閉じられる位置である閉位置に弁体５２が位置する状態において、連通流路５１Ａの上流側に露出する面、つまり閉塞面である。なお、本実施形態では、閉位置に弁体５２が位置する状態において、膨らみ面５２１の中心軸Ｅが、流路部材４の中心軸Ｄと同軸上に位置する。膨らみ面５２１の全体は、曲面であって、連通流路５１Ａの上流側に向かってドーム状に膨らんでいる。膨らみ面５２１は、中心軸Ｅを中心に軸対称の形状である。ここで、軸対称の形状とは、特定の軸を中心として任意の角度に回転しても変化しない形状を意味する。つまり、膨らみ面５２１は、中心軸Ｅを中心として任意の角度に回転させても形状が変化しない面である。特に、本実施形態では、膨らみ面５２１の曲率は一定である。つまり、膨らみ面５２１は、球面の一部である。

スプリング５４は、ねじりコイルばねである。スプリング５４は、シャフト５３の周囲に、シャフト５３が挿入された状態で設けられている。スプリング５４の一端は、ステー５１及び弁体５２に設けられた切欠きに当接し、他端は弁体５２に当接している。スプリング５４は、弁体５２を閉位置へ付勢する。

［２．作用］
次に、弁装置５の作用について説明する。図１にて矢印で示すように、内燃機関から流れてきた排ガスは、流路部材３を通って第２室Ｓに流入し、仕切板２に設けられた連通孔を介して第１室Ｆに流れる。内燃機関の回転数が低い状態においては、排ガスの圧力が低い。この状態で第１室Ｆの排ガスの圧力が弁体５２に及ぼす力は、スプリング５４による荷重が弁体５２に及ぼす力よりも小さい。その結果、弁体５２が閉位置に位置する。具体的には、弁体５２の膨らみ面５２１がメッシュ部材を介して流路部材４に当接することで、連通流路５１Ａが閉じる。このため、第１室Ｆの排ガスは、流路部材４に設けられたバイパス孔を介して流路部材４へ流入し、車両の外へ排出される。

一方、内燃機関の回転数が上昇して排ガスの圧力が高くなると、第１室Ｆの排ガスの圧力が弁体５２に及ぼす力が、スプリング５４による荷重が弁体５２に及ぼす力よりも大きくなる。その結果、図１において破線で示すように、弁体５２が回転移動し、連通流路５１Ａが開く。この連通流路５１Ａが開いた状態では、図５に示すように、第１室Ｆから流路部材４へ流入する排ガスの流れの一部は、膨らみ面５２１にぶつかった後、膨らみ面５２１に沿って滑らかに下流へと流れる。そして、排ガスは、流路部材４に流入し、車両の外に排出される。

［３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
弁体５２の膨らみ面５２１の全体は、曲面であって、球面の一部である。

このような構成によれば、連通流路５１Ａが開いた状態において、全体が滑らかな膨らみ面５２１に沿って排ガスが流れるため、排ガスの流れが剥離されにくい。その結果、弁体５２の周囲で乱流を発生しにくくすることができ、排気流路における気流音を低減することができる。

また、仮に、弁体における連通流路の上流側に露出する面である閉塞面が平面である又は窪んでいる形状である場合、弁体は、閉位置に位置している状態において排ガスの流れの影響を最も受けやすく、回転移動に伴い傾くことにより排ガスの影響を受けにくくなる。このため、閉位置にあった弁体が少しだけ回転移動してまた閉位置に戻る動きを繰り返す現象が生じやすい。このような現象が生じると、弁体とステーとが小刻みに当接する音、いわゆるチャタリング音が発生する。このチャタリング音は、ノイズとなりユーザーに不快感を与える。

これに対し、本実施形態の弁体５２は、閉塞面である膨らみ面５２１が球状であるため、閉位置に位置している状態及び回転移動に伴い傾いた状態のいずれにおいても、排ガスの流れが適度に分散される。このため、閉塞面が平面である又は窪んでいる形状の弁体と比較して、閉位置にあった弁体が少しだけ回転移動してまた閉位置に戻る動きを繰り返す現象が生じにくい。したがって、本実施形態の弁装置５によれば、弁体の閉塞面の中央が平面である場合と比較して、チャタリング音を生じにくくすることができる。

なお、本実施形態では、ステー５１及びシャフト５３が支持体の一例に相当し、スプリング５４が付勢部材の一例に相当する。
［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（ａ）上記実施形態では、弁装置５が、管状部材である流路部材４の上流側端部の開口に取り付けられる構成を例示した。しかし、弁装置の取り付けられる場所はこれに限定されるものではない。例えば、弁装置は、管状部材の下流側端部の開口に取り付けられる構成としてもよい。また例えば、弁装置は、マフラの内部を区画する仕切板に設けられた貫通孔に取り付けられる構成としてもよい。さらに、弁装置は、管状部材や仕切板の一部によりステーが構成されるようにしてもよい。

（ｂ）上記実施形態では、ドーム状に膨らみ、膨らみ面の中心軸を中心に軸対称の形状である膨らみ面として、曲率が一定である膨らみ面５２１を例示した。ここでいうドーム状には、球面はもちろん、厳密な球面ではないが球面と同様に一方へ膨らんだ形状も含まれる。しかし、膨らみ面の形状は、曲率が一定の形状に限定されるものではなく、他のドーム状であってもよい。例えば、膨らみ面の曲率は、膨らみ面における中心軸が通る領域である第１の領域の曲率が、膨らみ面における第１の領域以外の領域である第２の領域の曲率よりも小さい形状であってもよい。

（ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…筐体、２…仕切板、３，４…流路部材、５…弁装置、１２…前端板、１３…後端板、４１…上流部、４２…下流部、４３…縮径部、５１…ステー、５１Ａ…連通流路、５２…弁体、５３…シャフト、５４…スプリング、１００…マフラ、５２１…膨らみ面。

Claims (1)

1. 支持体と、
   前記支持体に回転移動可能に支持され、排気流路の上流側と下流側とを連通する連通流路を開閉するための弁体と、
   前記連通流路を流れる排ガスの流量が最小になる位置である閉位置へ前記弁体を付勢する付勢部材と、
   を備え、
   前記弁体は、膨らみ面を有し、
   前記膨らみ面は、前記弁体が前記閉位置に位置する状態において前記連通流路の上流側に露出する面であって、全体が前記連通流路の上流側に向かってドーム状に膨らんでおり、前記膨らみ面の中心軸を中心に軸対称の形状であり、全体が曲面であり、
   前記膨らみ面における前記中心軸が通る領域である第１の領域の曲率は、前記膨らみ面における前記第１の領域以外の領域である第２の領域の曲率よりも小さい、排気流路用弁装置。

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