(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイパス流路と連通してエンジンからの排気が流通する筒状のハウジングと、
前記ハウジングに周縁近傍を当接して固定され、前記ハウジング内の流通路を開閉する渦巻状の弁体と、
前記弁体を常時閉じる方向に付勢するねじりコイルばねである弁ばねと、
前記弁体に固着され、前記弁ばねのコイル部を保持する弁ばねホルダとを備え、
前記ハウジングに設けられるばね受の貫通孔に、前記弁ばねのアーム部が挿通され、
前記アーム部には、基部と、前記アーム部の先端側に前記基部よりも前記ハウジング側に近づくように傾斜する屈曲部とが設けられていることを特徴とする排気流路制御弁。
【請求項２】
前記弁体の開放量の増加に必要とする圧力の増分が、前記アーム部の基部が前記貫通孔内に位置する場合より前記屈曲部が前記貫通孔内に位置する場合の方が低下することを特徴とする請求項１記載の排気流路制御弁。
【請求項３】
前記アーム部の基部に対する前記屈曲部の傾斜角度を１°〜１５°とすることを特徴とする請求項１又は２記載の排気流路制御弁。
【請求項４】
前記渦巻状の弁体を対となる渦巻板を重ね合わせて構成し、前記重ね合わせた渦巻板の合計の高さを４．２〜７．０ｍｍとすることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の排気流路制御弁。
【請求項５】
前記渦巻状の弁体を３枚以上の複数の渦巻板を重ね合わせて構成することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の排気流路制御弁。
【請求項６】
前記弁ばねのコイル部と前記弁ばねホルダとの間に振動を減衰する緩衝材を設けることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の排気流路制御弁。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかに記載の排気流路制御弁をエンジンの排気系に備えることを特徴とする自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のエンジンの排気系に設けられる排気流路制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のエンジンの排気系に於ける消音器内に、排気が流通する通常の排気流路とは別に排気のバイパス流路を設けると共に、排気の圧力が所定値以上になると開放する排気流路制御弁を設け、排気流路制御弁でバイパス流路を開閉する構造が知られている。この排気流路制御弁は、排気圧力の低いエンジンの低速回転時には閉塞して、エンジンからの排気を通常の排気流路に流して消音し、大気に放出するようにし、又、排気圧力の高いエンジンの高速回転時には開放して、エンジンからの排気を通常の排気流路とバイパス流路とに流すようにし、排気圧力の上昇によるエンジンの出力低下の防止を図るものである。
【０００３】
このような排気流路制御弁としては、例えばバイパス流路と連通してエンジンからの排気が流通する略筒状のハウジングと、ハウジングの外周縁のフランジ部に外周部を当接して固定され、ハウジング内の流通路を開閉する渦巻状の弁体と、弁体を常時閉じる方向に付勢するねじりコイルばねである弁ばねと、弁体に一体的に固着され、弁ばねのコイル部を係合保持する略半円周状の弁ばねホルダから構成されるものが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１１３８３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１の排気流路制御弁は、弁バネの付勢で弁体の開放度を制御してバイパス流路への排気流量を制御するものであり、排気圧力の高いエンジンの高速回転時に渦巻状の弁体を適度に開放してバイパス流路への流れを形成することができる。しかし、エンジンの回転速度がより高くなって排気圧力がより高くなり、バイパス流路への排気流量を増大する必要がある場合に、実際には渦巻状の弁体を十分に開放することができずに、バイパス流路に必要とされる十分な排気を流すことができないという問題がある。斯様なバイパス流路への排気流量の制限は、排気圧力（背圧）を上昇させ、エンジンの出力を低下させてしまう。
【０００６】
本発明は上記問題を解消するために提案するものであって、エンジンの回転速度が非常に高い場合にも、渦巻状の弁体を十分に開放してバイパス流路に必要とされる十分な排気流量を流通させることが可能であり、排気圧力の上昇でエンジンの出力が低下することを確実に防止することができる排気流路制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の排気流路制御弁は、バイパス流路と連通してエンジンからの排気が流通する筒状のハウジングと、前記ハウジングに周縁近傍を当接して固定され、前記ハウジング内の流通路を開閉する渦巻状の弁体と、前記弁体を常時閉じる方向に付勢するねじりコイルばねである弁ばねと、前記弁体に固着され、前記弁ばねのコイル部を保持する弁ばねホルダとを備え、前記ハウジングに設けられるばね受の貫通孔に、前記弁ばねのアーム部が挿通され、前記アーム部には、基部と、前記アーム部の先端側に前記基部よりも前記ハウジング側に近づくように傾斜する屈曲部とが設けられていることを特徴とする。
前記構成では、屈曲部が貫通孔内に位置するようになった際に、弁体の開放量の増加に必要となる圧力の増分を屈曲部がない構成の場合よりも低下させることができる。従って、エンジンの回転速度が非常に高い場合にも、渦巻状の弁体を十分に開放してバイパス流路に必要とされる十分な排気流量を流通させることが可能であり、排気圧力（背圧）の上昇でエンジンの出力が低下することを確実に防止することができる。これにより、例えば自動車のエンジンの低速回転時に要求される低騒音化と、高速回転時に要求される低背圧化を確実に達成することができる。
【０００８】
また、本発明の排気流路制御弁は、前記弁体の開放量の増加に必要とする圧力の増分が、前記アーム部の基部が前記貫通孔内に位置する場合より前記屈曲部が前記貫通孔内に位置する場合の方が低下することを特徴とする。
前記構成では、エンジンの高速回転時に一層スムーズに弁体の開放量を増やして排気流量を増大することが可能となり、例えば自動車のエンジンの高速回転時に要求される低背圧化をより確実に達成することができる。また、弁ばねに負荷される圧力を減少して弁ばねの耐久性を高めることができる。
【０００９】
また、本発明の排気流路制御弁は、前記アーム部の基部に対する前記屈曲部の傾斜角度を１°〜１５°とすることを特徴とする。
前記構成では、エンジンの高速回転時にバイパス流路に流れる排気流量を大幅に増やし、排気圧力（背圧）の上昇によるエンジンの出力低下をより確実に防止できる。また、弁ばねに負荷される圧力を減少して弁ばねの耐久性を確実に高めることができる。また、屈曲部の大きな傾斜角度で急激に弁体が全開になることを防止し、弁体の開放量を適度に制御しながら弁体を開放することができる。
【００１０】
また、本発明の排気流路制御弁は、前記渦巻状の弁体を対となる渦巻板を重ね合わせて構成し、前記重ね合わせた渦巻板の合計の高さを４．２〜７．０ｍｍとすることを特徴とする。
前記構成では、弁体の剛性を強めて排気脈動の振動を減衰することが可能となり、排気脈動で生ずる弁体の共振異音を抑制することができる。また、上記屈曲部による弁体の開放圧力の減少により、剛性の強い弁体でも高速回転時に確実に開放することができる。
【００１１】
また、本発明の排気流路制御弁は、前記渦巻状の弁体を３枚以上の複数の渦巻板を重ね合わせて構成することを特徴とする。
前記構成では、弁体を構成する渦巻板間の摩擦作用を高めて排気脈動の振動を減衰することが可能となり、排気脈動で生ずる弁体の共振異音を抑制することができる。また、上記屈曲部による弁体の開放圧力の減少により、渦巻板間の摩擦作用の高い弁体でも高速回転時に確実に開放することができる。
【００１２】
また、本発明の排気流路制御弁は、前記弁ばねのコイル部と前記弁ばねホルダとの間に振動を減衰する緩衝材を設けることを特徴とする。
前記構成では、排気脈動により弁ばねが共振し、弁ばねホルダを叩いて発生する異音を抑制することができる。
【００１３】
また、本発明の自動車は、本発明の排気流路制御弁をエンジンの排気系に備えることを特徴とする。前記本発明の自動車には、自動四輪車、自動二輪車など適宜の自動車が含まれる。
前記構成では、本発明の排気流路制御弁の効果を有する自動車を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の排気流路制御弁或いはこれを用いた自動車は、エンジンの回転速度が非常に高い場合にも、渦巻状の弁体を十分に開放してバイパス流路に必要とされる十分な排気流量を流通させることが可能であり、排気圧力の上昇でエンジンの出力が低下することを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明による実施形態の排気流路制御弁の斜視図。
【図２】本発明による実施形態の排気流路制御弁の正面図。
【図３】本発明による実施形態の排気流路制御弁の平面図。
【図４】（ａ）は実施形態の排気流路制御弁に於ける弁体を構成する渦巻板の分解斜視図、（ｂ）はその渦巻板を重ね合わせた弁体の斜視図。
【図５】（ａ）は図４の渦巻板を２枚重ね合わせた状態を示す縦断面図、（ｂ）は図４は渦巻板を４枚重ね合わせた状態の弁体の縦断面図。
【図６】（ａ）実施形態の排気流路制御弁に於ける弁ばねのアーム部の先端周辺で基部が貫通孔内に配置されている状態を示す部分正面図、（ｂ）はその屈曲部が貫通孔内に配置されている状態を示す部分正面図。
【図７】排気流路制御弁に負荷される圧力と排気流路制御弁を流れる排気流量との関係を示す図。
【図８】排気流路制御弁の弁体の変位と前記変位に必要な荷重の増分との関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
〔実施形態の排気流路制御弁〕
本発明の実施形態の排気流路制御弁について説明する。本実施形態の排気流路制御弁１０は、図１〜図３に示すように、自動車等のエンジンの排気系に於ける消音器内のバイパス流路等と連通してエンジンからの排気が流通する略筒状のハウジング２０と、ハウジング２０に周縁近傍に当接して固定され、ハウジング２０内の流通路を開閉する渦巻状の弁体３０と、弁体３０を常時閉じる方向に付勢するねじりコイルばねである弁ばね４０と、弁体３０に固着され、弁ばね４０のコイル部４１を保持する略半円周状の弁ばねホルダ５０と、弁ばねのコイル部４１と弁ばねホルダ５０との間に設けられる緩衝材６０とを備え、弁ばね４０の付勢力により弁体３０の開放度を制御されながら排気圧力に応じて弁体３０が開閉するものである。
【００１７】
ハウジング２０は、バイパス流路を構成するインナパイプ等に連通して接続し得るように筒状に形成され、その内側に排気が流通する流路を有する。ハウジング２０の一端側にはフランジ２１が設けられ、フランジ２０の周縁の複数箇所（本実施形態では６箇所）にはハウジング２０と反対側から内側に屈曲するようにして折返し片２２が形成されている。また、フランジ２１の周縁の折返し片２２以外の２箇所には、側面視略Ｌ字形で略板状のばね受２３が設けられており、ばね受２３の略中央には貫通孔２４が形成され、貫通孔２４のハウジング２０と反対側（図１の上側）の略半分には、後述するアーム部４２の移動方向を規制する覆い状の規制部２５が形成されている。
【００１８】
弁体３０は、図４及び図５に示すように、４枚の渦巻板３１、３２、３３、３４を重ね合わせて構成される。この４枚の渦巻板３１、３２、３３、３４の内、一方側（図示左側）に位置する２枚の渦巻板３１、３２は同方向の螺旋状で重ね合わされると共に、他方側（図示右側）に位置する２枚の渦巻板３３、３４は、一方側の渦巻板３１、３２とは逆向きで同方向の螺旋状で重ね合わされ、一方側の渦巻板３１、３２と他方側の渦巻板３３、３４が対となって２重螺旋状に重ね合わされる。そして、渦巻板３１、３２の半円形の中央部３１ａ、３２ａの隣接する弦３１ｂ、３２ｂと、渦巻板３３、３４の半円形の中央部３３ａ、３４ａの隣接する弦３３ｂ、３４ｂとを互いに突き合せ、弦３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３４ｂを溶接して渦巻状の弁体３０が形成される。弁体３０は、渦巻板３１、３２、３３、３４の重合部の外周縁近傍をハウジング２０のフランジ２１に接触するように重ねて、フランジ２１と折返し片２２との間に挟んで締め付け固定される。尚、各渦巻板３１、３２、３３、３４の厚さはそれぞれ０．３ｍｍ〜０．５ｍｍとし、弁体３０に於ける、重ね合わせた状態の渦巻板３１〜３４の合計の高さは４．２ｍｍ〜７．０ｍｍになるようにすると好適である。
【００１９】
弁ばね４０は、図１〜図３に示すように、巻回されたコイル部４１と、コイル部４１の両端から突出する一対のアーム部４２・４２とから構成されるねじりコイルばねである。各アーム部４２は、基部４２１と、先端側に設けられ、基部４２１からハウジング２０側に近づくように傾斜する屈曲部４２２と、先端部に略直角に折り曲げられて形成されている折曲部４２３とから構成される。基部４２１に対する屈曲部４２２の傾斜角度は、後述する弁体３０の開放量の増加に必要となる圧力の増分を屈曲部４２２がない構成の場合よりも低下させることが可能であれば適宜であるが、例えば５°、１０°など１°〜１５°とすると好適である。
【００２０】
弁ばねホルダ５０は、基台５１と、基台５１上に設けられている略半円周状の受部５２と、基台５１から起立する一対の起立片５３・５３とから構成され、基台５１が弁体３０の中央部に溶接等で一体的に取り付けられている。弁ばねホルダ５０の受部５２上には、金属ニットメッシュの圧縮成形品等の振動を減衰する緩衝材６０が配設されており、後述する弁ばね４０のコイル部４１と弁ばねホルダ５０との間の緩衝材６０で、排気脈動による弁体３０、弁ばね４０の振動を減衰可能になっている。
【００２１】
弁ばねホルダ５０の受部５２の緩衝材６０上には、弁ばね４０のコイル部４１が配置され、コイル部４１は一対の起立片５３・５３間に位置決め固定される。一対のアーム部４２・４２は、それぞれハウジング２０のフランジ２１・２１に一体的に設けられたばね受２３の貫通孔２４に挿通して保持され、貫通孔２４内を移動可能とされる。このアーム部４２は、常時ハウジング２０と反対方向に開き傾向にあり、その反力でコイル部４１及び弁ばねホルダ５０を介して弁体３０の中央部がハウジング２０側に移動付勢され、これによって弁体３０の隣接する渦巻板３１〜３４が互いに密着状態に重なり合い、常時閉弁状態に保持されている。
【００２２】
そして、排気流路制御弁１０において、エンジンの高速回転時にハウジング２０内の排気圧力が所定圧力以上に上昇すると、弁ばね４０の付勢力に抗して弁体３０が図２の右方に押し動かされ、互いに重なり合った弁体３０の渦巻板３１〜３４の間に隙間が生じて開弁状態となる。この際、弁体３０に固着された弁ばねホルダ５０に保持された弁ばね４０は弁体３０と共に右方に移動して、図６（ａ）に示すように、ばね受２３の貫通孔２４内をアーム部４２の基部４２１が摺動する。
【００２３】
更に、エンジンの回転速度がより高速になってハウジング２０内の排気圧力が上昇すると、弁体３０、弁ばね４０が図２の右方により移動し、弁体３０の渦巻板３１〜３４の間の隙間が増大する。この際、図６（ｂ）に示すように、ばね受２３の貫通孔２４内を摺動する部分がアーム部４２の基部４２１からアーム部４２の角度が変化する曲がり部を介して屈曲部４２２となると、アーム部４２の傾斜角度が浅くなり、弁体３０の開放量の増加に必要となる圧力の増分が屈曲部４２２がない場合に比べて低下した状態で、弁体３０の開放量を増やすことができ、バイパス流路に十分な排気流量を流通させることができる。特に、本実施形態では、弁体３０の開放量の増加に必要とする圧力の増分が、アーム部４２の基部４２１が貫通孔２４に位置する場合よりも屈曲部４２２が貫通孔２４内に位置する場合の方が低下するようになっており、より開放量を増やしてバイパス流路に流れる排気流量を増やすことができる。
【００２４】
尚、図７に排気流路制御弁に負荷される圧力と排気流路制御弁を流れる排気流量との関係を示す。図７中、ＳＣ（破線）は従来のアーム部４２に屈曲部４２２がない弁ばね４０を備える排気流路制御弁、Ｓ１（実線）はアーム部４２に屈曲部４２２を備える本実施形態の排気流路制御弁１０で、基部４２１に対する屈曲部４２２の傾斜角度が５°のもの、Ｓ２（一点鎖線）はアーム部４２に屈曲部４２２を備える本実施形態の排気流路制御弁１０で、基部４２１に対する屈曲部４２２の傾斜角度が１０°のものであり、ＳＣ、Ｓ１、Ｓ２が重なり合っている部分は基部４２１或いはこれに対応する箇所が貫通孔２４に摺動している部分に対応する。図７から明らかなように、屈曲部４２２がある場合の方が屈曲部４２２と貫通孔２４とが摺動している部分において、排気圧力の上昇に伴う排気流量が大幅に増大し、更に、傾斜角度が５°よりも１０°のものの方が排気流量の増加量が大きくなっている。
【００２５】
また、図８に排気流路制御弁の弁体の変位と前記変位に必要な荷重の増分との関係を示す。図８中、ＴＣ（破線）は従来のアーム部４２に屈曲部４２２がない弁ばね４０を備える排気流路制御弁、Ｔ１（実線）はアーム部４２に屈曲部４２２を備える本実施形態の排気流路制御弁１０で、基部４２１に対する屈曲部４２２の傾斜角度が５°のもの、Ｔ２（一点鎖線）はアーム部４２に屈曲部４２２を備える本実施形態の排気流路制御弁１０で、基部４２１に対する屈曲部４２２の傾斜角度が１０°のものであり、ＴＣ、Ｔ１、Ｔ２が重なり合っている部分は基部４２１或いはこれに対応する箇所が貫通孔２４に摺動している部分に対応する。図８から明らかなように、屈曲部４２２がある場合の方が屈曲部４２２と貫通孔２４とが摺動している部分において、弁体３０の変位に必要に荷重の増分が大幅に低下し、更に、傾斜角度が５°よりも１０°のものの方が荷重の増分が低下していることが分かる。
【００２６】
その後、エンジンの回転速度がより一層高速になってハウジング２０内の排気圧力が上昇すると、弁体３０、弁ばね４０が図２の右方により一層移動してアーム部４２の先端の折曲部４２３がばね受２３に当接し、それ以上の移動が阻止され、弁体３０の渦巻板３１〜３４の間の隙間が全開となる。即ち、折曲部２３のばね受２３の当接により、弁体３０の開放量の上限が規制されると共に、弁ばね４０の離脱が防止される。
【００２７】
本実施形態の排気流路制御弁１０は、屈曲部４２２が貫通孔２４内に位置するようになった際に開閉特性が変化し、弁体３０の開放量の増加に必要となる圧力の増分を屈曲部４２２がない構成の場合よりも低下させることができ、特に、弁体３０の開放量の増加に必要とする圧力の増分を、アーム部４２の基部４２１が貫通孔２４内に位置する場合より屈曲部４２２が貫通孔２４内に位置する場合に低下させることができる。従って、エンジンの回転速度が非常に高い場合にも、渦巻状の弁体３０を十分に開放してバイパス流路に必要とされる十分な排気流量を流通させることが可能であり、排気圧力（背圧）の上昇でエンジンの出力が低下することを確実に防止できる。また、弁ばね４０に負荷される圧力を減少して弁ばね４０の耐久性を高めることができる。
【００２８】
また、アーム部４２の基部４２１に対する屈曲部４２２の傾斜角度を１°〜１５°など好適な範囲とすることにより、排気圧力（背圧）の上昇によるエンジンの出力低下のより確実な防止、弁ばね４０の耐久性のより確実な向上を図ることができると共に、屈曲部４２２の大きな傾斜角度で急激に弁体３０が全開になることを防止し、弁体３０の開放量を適度に制御しながら弁体３０を開放することができる。
【００２９】
また、渦巻状の弁体３０を４枚の渦巻板３１〜３４を重ね合わせて構成することにより、弁体３０を構成する渦巻板３１〜３４間の摩擦作用を高めて排気脈動の振動を減衰することが可能となり、排気脈動で生ずる弁体３０の共振異音を抑制することができる。また、屈曲部４２２による弁体３０の開放圧力の減少により、渦巻板３１〜３４間の摩擦作用の高い弁体でも高速回転時に確実に開放することができる。また、弁ばね４０のコイル部４１と弁ばねホルダ５０との間に振動を減衰する緩衝材６０を設けることにより、排気脈動により弁ばね４０が共振して、弁ばねホルダ５０を叩いて異音が発生することを抑制できる。
【００３０】
〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明や実施形態の構成の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含み、下記の変形例等も包含する。
【００３１】
例えば上記実施形態では、渦巻状の弁体３０を４枚の渦巻板３１〜３４を重ね合わせて構成したが、本発明には、弁体の剛性や摩擦作用を高めて排気脈動の振動を減衰可能な構成、例えば３枚以上の複数の渦巻板を重ね合わせて弁体３０とする構成や、渦巻状の弁体３０を２枚で一対の渦巻板とし、その重ね合わせた合計の高さを４．２ｍｍ〜７．０ｍｍとする構成も含まれ、２枚以上の複数の渦巻板で弁体を構成する場合であれば包含する。前記構成により、弁体３０の摩擦作用や剛性を高めて排気脈動の振動を減衰することが可能となり、排気脈動で生ずる弁体３０の共振異音を抑制することができると共に、屈曲部４２２による弁体３０の開放圧力の減少により、斯様な剛性や摩擦作用の高い弁体３０でも高速回転時に確実に開放することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、例えば自動車のエンジンの排気系に設けられる排気流路制御弁として利用することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０…排気流路制御弁  ２０…ハウジング  ２１…フランジ  ２２…折返し片  ２３…ばね受  ２４…貫通孔  ２５…規制部  ３０…弁体  ３１、３２、３３、３４…渦巻板  ３１ａ、３２ａ、３３ａ、３４ａ…中央部  ３１ｂ、３２ｂ、３３ｂ、３４ｂ…弦部  ４０…弁ばね  ４１…コイル部  ４２…アーム部  ４２１…基部  ４２２…屈曲部  ４２３…折曲部  ５０…弁ばねホルダ  ５１…基台  ５２…受部  ５３…起立片  ６０…緩衝材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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