JPH11294136A - 自動車用バルブ内蔵排気マフラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バネレスによる安価な制御バルブとしなが
ら、バルブ開動作タイミングをバラツキや温度変化に影
響されず安定して得ると共に高応答のバルブ開閉動作に
よる消音モード切り替えを達成する自動車用バルブ内蔵
排気マフラを提供することこと。 【解決手段】 制御バルブＡを、バルブ軸１と、該バル
ブ軸１に対して上流側のオフセットした位置に配置さ
れ、バルブ軸側が凹部となる屈曲板によるバルブ本体２
と、該バルブ本体２の下端部に設けられた重錘３とを有
して構成し、バルブ閉時にバルブ本体２の重力作用点ｂ
をバルブ軸１の上流側に設定すると共に、重錘３の重力
作用点Ｂをバルブ軸１の下流側に設定し、バルブ開初期
はバルブ本体２及び重錘３に作用する重力ｍ，Ｍとバル
ブ本体２に作用する排気圧による力ＰＦにて開動作を
し、その後、バルブ本体２及び重錘３に作用する重力
ｍ，Ｍと排気ガスの流れによる流体力ＦＦとガスの流れ
を受けるバルブ本体形状により重力と逆向きに作用する
揚力ＳＦとの力関係により開閉動作をするバルブとし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一端部がマフラ内
に開口している排気パイプのマフラ内開口端に配置さ
れ、上流側のマフラ内消音室の排気圧を一定に保つよう
に開閉動作する制御バルブがマフラ内に設けられた自動
車用バルブ内蔵排気マフラの技術分野に属する。

【０００２】

【従来の技術】近年、マフラ内に、高エンジン回転時の
低圧力損失化と低エンジン回転時の消音量向上を目的と
して制御バルブが設置される事例が増えている（特開平
２−８１９１１号公報等参照）。

【０００３】このバルブは、低エンジン回転時は閉状態
となり、マフラ内を排気ガスが最適に循環し大きな消音
量を得るが、エンジン回転が上昇するに従いバルブ開動
作となり、低圧力損失となる。

【０００４】図５に示す制御バルブでは、マフラ内パイ
プの後端部（排気ガス流れの下流部）に取り付けられ、
バルブ前室の圧力を一定に保つように開動作している。

【０００５】図６に示す制御バルブでは、マフラの両エ
ンドプレートを貫通するパイプの途中に取り付けられ、
排気ガスによりバルブに作用する力が戻りバネによる力
よりも低いと閉じて高い消音性能が得られ、バルブに作
用する力が戻りバネによる力より上回るとバルブが開
き、低圧力損失となり高エンジン出力が得られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のバルブ内蔵排気マフラにあっては、下記の問題を有
する。

【０００７】(1) バルブ閉状態を作るためにいずれもバ
ネを用いている。このため、バネの特性上、温度変化に
対してバネ力が変化してしまい、バルブが開き始めるエ
ンジン回転数等に大きなバラツキが出る。

【０００８】(2) バルブ閉時に大きな消音量が得られ、
その後、バルブ開度が大きくなるに従って圧力損失が徐
々に小さくなっていく制御となるが、バネ力が常時作用
していることにより大きな消音量が得られるバルブ閉状
態からバルブ全開となるバルブ開動作応答が遅れる。つ
まり、バルブ閉状態から一気にバルブ全開とし高い加速
性を得たいという要求に応えることができない。

【０００９】(3) 高温耐久性を持つ高価なバネを用いる
ため、制御バルブが高価となってしまう。

【００１０】本発明の課題とするところは、バネレスに
よる安価な制御バルブとしながら、バルブ開動作タイミ
ングをバラツキや温度変化に影響されず安定して得ると
共に高応答のバルブ開閉動作による消音モード切り替え
を達成する自動車用バルブ内蔵排気マフラを提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】（解決手段１）上記課題
を解決する請求項１記載の発明は、一端部がマフラ内に
開口している排気パイプのマフラ内開口端に配置され、
上流側のマフラ内消音室の排気圧を一定に保つように開
閉動作する制御バルブがマフラ内に設けられた自動車用
バルブ内蔵排気マフラにおいて、前記制御バルブを、排
気パイプの中心を通るバルブ回転中心軸を設定するバル
ブ軸と、該バルブ軸に対して上流側のオフセットした位
置に配置され、バルブ軸側が凹部となる屈曲板によるバ
ルブ本体と、該バルブ本体の下端部に設けられた重錘と
を有して構成し、バルブ閉時にバルブ本体の重力作用点
をバルブ軸の上流側に設定すると共に、重錘の重力作用
点をバルブ軸の下流側に設定し、且つ、バルブ開初期は
バルブ本体及び重錘に作用する重力とバルブ本体に作用
する排気圧による力にて開動作をし、その後、バルブ本
体及び重錘に作用する重力と排気ガスの流れによる流体
力とガスの流れを受けるバルブ本体形状により重力と逆
向きに作用する揚力との力関係により開閉動作をするバ
ルブとしたことを特徴とする。

【００１２】（解決手段２）上記課題を解決する請求項
２記載の発明は、請求項１記載の自動車用バルブ内蔵排
気マフラにおいて、前記制御バルブのバルブ本体を、バ
ルブ閉時にパイプ軸に対してほぼ垂直に配置される上側
垂直プレート部と、バルブ閉時にパイプ軸に対し傾斜配
置される下側傾斜プレート部とにより断面く字形状とし
たことを特徴とする。

【００１３】（解決手段３）上記課題を解決する請求項
３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の自動車
用バルブ内蔵排気マフラにおいて、前記バルブ本体を、
排気パイプのガス通路を塞ぐプレート部と、該プレート
部の両側から一体に延設させたブラケット部により構成
し、該ブラケット部にバルブ軸を支持することでバルブ
本体をバルブ軸に対してオフセット配置したことを特徴
とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】（実施の形態１）実施の形態１は
請求項１，２，３記載の発明に対応する。

【００１５】まず、構成を説明する。

【００１６】［全体構成について］図２は実施の形態１
の自動車用バルブ内蔵排気マフラを示す全体断面図で、
Ａは制御バルブ、１０はマフラ側板、１１は前端板、１
２は後端板、１３は第１バッフルプレート、１４は第２
バッフルプレート、１５は排気入力パイプ、１６は第１
パイプ、１７は第２パイプ、１８は第１排気パイプ、１
９は第２排気パイプ（排気パイプ）、２０は第１室、２
１は第２室（マフラ内消音室）、２２は第３室である。

【００１７】前記制御バルブＡは、一端部がマフラ内に
開口している第２排気パイプ１９のマフラ内開口端に配
置され、上流側の第２室２１の排気圧を一定に保つよう
に開閉動作する。

【００１８】前記排気入力パイプ１５は、エンジンから
の排気パイプに接続され、排気ガスを第２室２１へ導入
する。

【００１９】前記第１パイプ１６は、第２バッフルプレ
ート１４に設けられ、一端が第２室２１に開口し、他端
が第３室２２に開口している。

【００２０】前記第２パイプ１７は、第１バッフルプレ
ート１３に設けられ、一端が第１室２０に開口し、他端
が第２室２１に開口している。

【００２１】前記第１排気パイプ１８は、第１バッフル
プレート１３と第２バッフルプレート１４と後端板１２
に設けられ、一端部は第１室２０に開口し、他端部は外
気に開口している。

【００２２】前記第２排気パイプ１９は、第２バッフル
プレート１４と後端板１２に設けられ、一端部には制御
バルブＡが設けられ、他端部は外気に開口していて、制
御バルブＡが開くと第２室２１が外気に連通する。

【００２３】前記制御バルブＡが閉状態の時は、第１室
２０及び第２室２１が拡張室で第３室２２がレゾネータ
室で第１排気パイプ１８のみから排気ガスが外部に排出
される。また、制御バルブＡが開状態の時には、第１排
気パイプ１８と第２排気パイプ１９により排気ガスが外
部に排出される。

【００２４】［要部構成について］図１は実施の形態１
の自動車用バルブ内蔵排気マフラの制御バルブを示す断
面図で、Ａは制御バルブ、１はバルブ軸、２はバルブ本
体、２ａは上側垂直プレート部、２ｂは下側傾斜プレー
ト部、２ｃはブラケット部、３は重錘、１９は第２排気
パイプ、Ｏはバルブ回転中心軸、Ｘはパイプ軸、ｂはバ
ルブ本体重力作用点、ｍはバルブ本体重力、Ｂは重錘重
力作用点、Ｍは重錘重力、ＰＦは排気圧力、ＦＦは流体
力、ＳＦは揚力、Ｌはモーメントスパンである。

【００２５】前記バルブ軸１は、第２排気パイプ１９の
中心を通るバルブ回転中心軸Ｏを設定する。

【００２６】前記バルブ本体２は、バルブ軸１に対して
上流側のオフセットした位置に配置され、バルブ軸側が
凹部となる屈曲板によるもので、バルブ閉時にパイプ軸
Ｘに対してほぼ垂直に配置される上側垂直プレート部２
ａと、バルブ閉時にパイプ軸Ｘに対し傾斜配置される下
側傾斜プレート部２ｂとにより断面く字形状とされて
る。そして、バルブ本体２を、第２排気パイプ１９のガ
ス通路を塞ぐ両プレート部２ａ，２ｂと、該プレート部
２ａ，２ｂの両側から一体に延設させたブラケット部２
ｃ，２ｃにより構成し、該ブラケット部２ｃ，２ｃにバ
ルブ軸１を支持することでバルブ本体２がバルブ軸１に
対してオフセット配置されている。

【００２７】前記重錘３は、バルブ本体２の下端部のバ
ルブ軸側に設けられている。

【００２８】前記制御バルブＡは、上記バルブ軸１と上
記バルブ本体２と上記重錘３により構成され、図１に示
すように、バルブ閉時にバルブ本体２の重力作用点ｂを
バルブ軸１の上流側に設定すると共に、重錘３の重力作
用点Ｂをバルブ軸１の下流側に設定している。そして、
バルブ開初期はバルブ本体２及び重錘３に作用する重力
ｍ，Ｍとバルブ本体２に作用する排気圧による力ＰＦに
て開動作をし、その後、バルブ本体２及び重錘３に作用
する重力ｍ，Ｍと、排気ガスの流れによる流体力ＦＦ
と、ガスの流れを受けるバルブ本体形状により重力と逆
向きに作用する揚力ＳＦと、の力関係により開閉動作を
するバルブとしている。

【００２９】次に、作用効果を説明する。

【００３０】［低排気ガス圧時］第２室２１の排気ガス
圧が設定圧に満たない低排気ガス圧時には、図１に示す
ように、バルブ閉状態が保たれる。

【００３１】バルブ本体２に作用する力の関係は、バル
ブ開方向モーメントをＭ１とし、バルブ閉方向のモーメ
ントをＭ２とすると、 Ｍ１＝Ｌ00・ＰＦ2 ＋Ｌ11・ｍ Ｍ２＝Ｌ00・ＰＦ1 ＋Ｌ21・Ｍ Ｍ１＜Ｍ２ となる。

【００３２】ここで、ＰＦ1 はバルブ本体２のバルブ軸
１より上側の部分に加わる排気圧力であり、ＰＦ2 はバ
ルブ本体２のバルブ軸１より下側の部分に加わる排気圧
力であり、バルブ軸１より下側の部分の受圧面積が大き
い分、排気圧力ＰＦ1 よりも排気圧力ＰＦ2 が大きく、
Ｍ１＜Ｍ２という関係を保ちながらも、第２室２１の排
気ガス圧が高まるにつれてバルブ開方向モーメントＭ１
がバルブ閉方向モーメントＭ２に近づく。

【００３３】［排気ガス圧増大時］第２室２１の排気ガ
ス圧が高まるとバルブ開方向に作用する排気圧力ＰＦ2
が大きくなり、第２室２１の排気ガス圧が設定圧に達す
ると、バルブ開方向モーメントＭ１がバルブ閉方向モー
メントＭ２と同じ（Ｍ１＝Ｍ２）になる。

【００３４】そして、第２室２１の排気ガス圧が設定圧
をわずかでも超えると、Ｍ１＞Ｍ２という関係になり、
バルブ本体２の下端縁第２排気パイプ１９の内底面から
離れて制御バルブＡが開き始める。

【００３５】制御バルブＡが開くと、第２室２１の排気
ガスが制御バルブＡ及び第２排気パイプ１９を経過して
大気に放出されることから、排気ガスの流れがバルブ本
体２の周りに生じる。

【００３６】よって、バルブの開き始めまでは排気ガス
の静圧による力のみがバルブ動作を支配するが、制御バ
ルブＡが一旦開くと、排気ガスの静圧と動圧がバルブ動
作を支配し、図３に示すバルブ開度でのバルブ本体２に
作用する力の関係は、 Ｍ１＝Ｌ32・ＳＦ1 ＋Ｌ12・ｍ Ｍ２＝Ｌ42・ＦＦ1 ＋Ｌ22・Ｍ となる。尚、ＦＦ1 はバルブ本体２のバルブ軸１より上
側の部分に加わる流体力であり、ＳＦ1 はバルブ本体２
のバルブ軸１より下側の部分に加わる流体力を重力と逆
向きの成分に変換した揚力であり、この揚力ＳＦ1 はバ
ルブ本体２の下側傾斜プレート部２ｂが排気ガス流れの
中に傾斜配置されることにより生じる。

【００３７】そして、排気ガス圧が増大し、ガス流れも
速くなると、上記モーメント式のうち揚力ＳＦ1 による
項（Ｌ32・ＳＦ1 ）が増大してＭ１＞Ｍ２の関係を保ち
ながら制御バルブＡが開いてゆく。

【００３８】さらに、排気ガス圧が最大圧域まで増大す
ると、揚力もある限界域に達し、図４に示すように、バ
ルブ全開状態で安定する。この時のバルブ本体２に作用
する力の関係は、 Ｍ１＝Ｌ33・ＳＦ2 ＋Ｌ13・ｍ Ｍ２＝Ｌ43・ＦＦ2 ＋Ｌ23・Ｍ Ｍ１≒Ｍ２ となる。

【００３９】［排気ガス圧減少時］図４に示すバルブ全
開状態で排気ガス圧が減少し、制御バルブＡに作用する
バルブ閉方向モーメントＭ２がバルブ開方向モーメント
Ｍ１を上回ると、バルブ本体２がバルブ軸１を中心に右
方向に回動して制御バルブＡが閉じ始める。

【００４０】制御バルブＡが閉じ始めると、流体力が減
少する一方で重錘３による重力Ｍが効き、バルブ閉方向
モーメントＭ２が増大するのに伴いバルブ本体２が右方
向に回動してバルブ全閉となる。

【００４１】［バルブコストについて］従来のマフラ内
制御バルブは、バルブ閉方向の力をバネ力により得るも
のであり、高耐熱性の高価なバネを用いていた。

【００４２】これに対し、実施形態１の制御バルブＡ
は、重力をバルブ閉方向の力とする構成を採用すること
でバネレス構造とした。よって、高耐熱性のバネを不要
とした分、安価な制御バルブＡとすることができる。

【００４３】［バルブ開閉性能について］従来のマフラ
内制御バルブは、バルブ閉方向の力をバネ力により得る
ものであるため、バネの特性上、温度変化に対してバネ
力が変化してしまい、バルブが開き始めるエンジン回転
数等に大きなバラツキが出るし、また、バネ力が常時作
用していることにより大きな消音量が得られるバルブ閉
状態からバルブ全開となるバルブ開動作応答が遅れる。

【００４４】これに対し、実施形態１の制御バルブＡ
は、バルブ開初期はバルブ本体２及び重錘３に作用する
重力ｍ，Ｍとバルブ本体２に作用する排気圧による力Ｐ
Ｆにて開動作をするため、第２室２１の排気ガス圧のバ
ルブ開動作を開始する設定圧を決めれば確実にバルブ開
動作が開始される。すなわち、エンジン回転数やエンジ
ン負荷等があるレベルになった時にエンジン出力を向上
させるバルブ開動作を開始したい場合、その設定が容易
となる。

【００４５】また、バルブが開き始めて全開となるまで
は、バルブ本体２及び重錘３に作用する重力ｍ，Ｍと、
排気ガスの流れによる流体力ＦＦと、ガスの流れを受け
るバルブ本体形状により重力と逆向きに作用する揚力Ｓ
Ｆと、の力関係により開閉動作をする制御バルブＡとし
ているため、バルブ開方向のモーメントを作り出す揚力
ＳＦが履きガス圧の増大により高まると、一気にバルブ
全開となり、高応答によるバルブ開動作でバルブ閉状態
からバルブ全開となる。

【００４６】よって、バルブ開動作タイミングをバラツ
キや温度変化に影響されず安定して得ると共に高応答の
バルブ開閉動作による消音モード切り替えが達成され、
バルブ閉状態から一気にバルブ全開とし高い加速性を得
たいという要求に応えることができる。

【００４７】（他の実施の形態）実施の形態１では、バ
ルブ本体を上側垂直プレート部と下側傾斜プレート部と
により断面く字形状とする例を示したが、バルブ軸に対
して上流側のオフセットした位置に配置され、バルブ軸
側が凹部となる屈曲板によるバルブ本体であれば実施の
形態１の形状に限られるものではなく、円弧断面形状や
翼理論を応用した形状としても良い。

【００４８】実施の形態１では、バルブ本体を、排気パ
イプのガス通路を塞ぐプレート部と、該プレート部の両
側から一体に延設させたブラケット部により構成し、該
ブラケット部にバルブ軸を支持することでバルブ本体を
バルブ軸に対してオフセット配置する例を示したが、バ
ルブ本体とブラケット部材とを別体とする例としても良
い。

【００４９】実施の形態１では、一端がマフラ内に他端
が外気に開口される排気パイプへの適用例を示したが、
両端共にマフラ内の室に開口するマフラ内パイプにも適
用することもできる。さらに、断面形状が円形の排気パ
イプへの適用例を示したが、断面形状が楕円形や方形や
多角形等の排気パイプに適用することもできる。

【００５０】

【発明の効果】請求項１記載の発明にあっては、一端部
がマフラ内に開口している排気パイプのマフラ内開口端
に配置され、上流側のマフラ内消音室の排気圧を一定に
保つように開閉動作する制御バルブがマフラ内に設けら
れた自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、制御バル
ブを、排気パイプの中心を通るバルブ回転中心軸を設定
するバルブ軸と、該バルブ軸に対して上流側のオフセッ
トした位置に配置され、バルブ軸側が凹部となる屈曲板
によるバルブ本体と、該バルブ本体の下端部に設けられ
た重錘とを有して構成し、バルブ閉時にバルブ本体の重
力作用点をバルブ軸の上流側に設定すると共に、重錘の
重力作用点をバルブ軸の下流側に設定し、且つ、バルブ
開初期はバルブ本体及び重錘に作用する重力とバルブ本
体に作用する排気圧による力にて開動作をし、その後、
バルブ本体及び重錘に作用する重力と排気ガスの流れに
よる流体力とガスの流れを受けるバルブ本体形状により
重力と逆向きに作用する揚力との力関係により開閉動作
をするバルブとしたため、バネレスによる安価な制御バ
ルブとしながら、バルブ開動作タイミングをバラツキや
温度変化に影響されず安定して得ると共に高応答のバル
ブ開閉動作による消音モード切り替えを達成することが
できる。

【００５１】請求項２記載の発明にあっては、請求項１
記載の自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、制御バ
ルブのバルブ本体を、バルブ閉時にパイプ軸に対してほ
ぼ垂直に配置される上側垂直プレート部と、バルブ閉時
にパイプ軸に対し傾斜配置される下側傾斜プレート部と
により断面く字形状としたため、請求項１記載の発明の
効果に加え、簡単な形状でバルブ本体の成形が容易であ
ると共に、排気ガスの流れにより高応答のバルブ開閉動
作を得る適切な揚力を得ることができる。

【００５２】請求項３記載の発明にあっては、請求項１
または請求項２記載の自動車用バルブ内蔵排気マフラに
おいて、バルブ本体を、排気パイプのガス通路を塞ぐプ
レート部と、該プレート部の両側から一体に延設させた
ブラケット部により構成し、該ブラケット部にバルブ軸
を支持することでバルブ本体をバルブ軸に対してオフセ
ット配置したため、請求項１または請求項２記載の発明
の効果に加え、部品点数の少ない一体成形によりバルブ
本体を製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラ
の制御バルブを示す断面図である。

【図２】実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラ
を示す全体断面図である。

【図３】実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラ
の制御バルブの開動作開始域を示す作用説明図である。

【図４】実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラ
の制御バルブのバルブ全開状態を示す作用説明図であ
る。

【図５】従来例１の自動車用バルブ内蔵排気マフラを示
す全体概略図である。

【図６】従来例２の自動車用バルブ内蔵排気マフラを示
す断面図である。

【符号の説明】

Ａ 制御バルブ １ バルブ軸 ２ バルブ本体 ２ａ 上側垂直プレート部 ２ｂ 下側傾斜プレート部 ２ｃ ブラケット部 ３ 重錘 Ｏ バルブ回転中心軸 Ｘ パイプ軸 ｂ バルブ本体重力作用点 ｍ バルブ本体重力 Ｂ 重錘重力作用点 Ｍ 重錘重力 ＰＦ 排気圧力 ＦＦ 流体力 ＳＦ 揚力 Ｌ モーメントスパン １０ マフラ側板 １１ 前端板 １２ 後端板 １３ 第１バッフルプレート １４ 第２バッフルプレート １５ 排気入力パイプ １６ 第１パイプ １７ 第２パイプ １８ 第１排気パイプ １９ 第２排気パイプ（排気パイプ） ２０ 第１室 ２１ 第２室（マフラ内消音室） ２２ 第３室

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一端部がマフラ内に開口している排気パ
   イプ(19)のマフラ内開口端に配置され、上流側のマフラ
   内消音室の排気圧を一定に保つように開閉動作する制御
   バルブ（Ａ）がマフラ内に設けられた自動車用バルブ内
   蔵排気マフラにおいて、 前記制御バルブを、排気パイプの中心を通るバルブ回転
   中心軸を設定するバルブ軸と、該バルブ軸に対して上流
   側のオフセットした位置に配置され、バルブ軸側が凹部
   となる屈曲板によるバルブ本体と、該バルブ本体の下端
   部に設けられた重錘とを有して構成し、バルブ閉時にバ
   ルブ本体の重力作用点をバルブ軸の上流側に設定すると
   共に、重錘の重力作用点をバルブ軸の下流側に設定し、 且つ、バルブ開初期はバルブ本体及び重錘に作用する重
   力とバルブ本体に作用する排気圧による力にて開動作を
   し、その後、バルブ本体及び重錘に作用する重力と排気
   ガスの流れによる流体力とガスの流れを受けるバルブ本
   体形状により重力と逆向きに作用する揚力との力関係に
   より開閉動作をするバルブとしたことを特徴とする自動
   車用バルブ内蔵排気マフラ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の自動車用バルブ内蔵排気
   マフラにおいて、 前記制御バルブ(A) のバルブ本体を、バルブ閉時にパイ
   プ軸に対してほぼ垂直に配置される上側垂直プレート部
   と、バルブ閉時にパイプ軸に対し傾斜配置される下側傾
   斜プレート部とにより断面く字形状としたことを特徴と
   する自動車用バルブ内蔵排気マフラ。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２記載の自動車用
   バルブ内蔵排気マフラにおいて、 前記バルブ本体を、排気パイプのガス通路を塞ぐプレー
   ト部と、該プレート部の両側から一体に延設させたブラ
   ケット部により構成し、該ブラケット部にバルブ軸を支
   持することでバルブ本体をバルブ軸に対してオフセット
   配置したことを特徴とする自動車用バルブ内蔵排気マフ
   ラ。