(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気圧力が所定値以下で閉じ、所定値を超えると開き始めて排気ガスの流路面積を増加させる排気流路制御弁において、この排気流路制御弁は、弁体が所定幅の帯板を渦巻状に巻いた渦巻板を少なくとも２枚重ね合せたものであることを特徴とした内燃機関の排気流路制御弁。
【請求項２】
排気圧力が所定値以下で閉じ、所定値を超えると開き始めて排気ガスの流路面積を増加させる排気流路制御弁において、この排気流路制御弁は、弁体が所定幅の帯板を渦巻状に巻いた渦巻板に、同形の渦巻板を位相を変えた状態で重ね合せたものであることを特徴とした内燃機関の排気流路制御弁。
【請求項３】
前記渦巻板のうち少なくとも１枚は、弁閉方向に予め永久変形させたものであることを特徴とした請求項１又は請求項２記載の内燃機関の排気流路制御弁。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の排気流路制御弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気系において、弁を閉じて排気系の総流路面積を小さくし、弁を開けて排気系の総流路面積を増大するところの排気流路制御弁が開発され、実用に供されている。
この様な排気流路制御弁には、例えば特開平８−２０００３９号公報「内燃機関の排気消音装置」が知られており、同公報の図８に示される通り、弁体４０（符号は同公報記載のものを流用する。以下同様。）を回動軸３９で支え、同公報の図７に示される通り、回動軸３９の一端（図では右端）を弁ハウジング３８から突出させ、そこに回動付勢ばね４１を取付け、この回動付勢ばね４１で回動軸３９を弁閉方向へ廻すと言うものである。従って、排気ガスの流量が増加すると弁体４０が回動付勢ばね４１に抗して開いて流路面積が増え、又は排気ガスの流量が減少すると弁体４０が回動付勢ばね４１の作用で閉じて流路面積が減少すると言うものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記図７から明らかなように、回動付勢ばね４１が弁ハウジング３８に配置されているため、回動付勢ばね４１をカバー５７で覆わなければならず、同公報の図１に示される通り、カバー５７がシェル１２から飛出すこととなり、見栄えが良いとはいえない。また、上記排気流通量調整弁３０は、弁体４０、回動軸３９、回動付勢ばね４１、カバー５７など多数個の部品からなっており、構造が複雑である。
そこで、本発明の目的は、コンパクトで部品点数の少ない排気流路制御弁を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１は、排気圧力が所定値以下で閉じ、所定値を超えると開き始めて排気ガスの流路面積を増加させる排気流路制御弁において、この排気流路制御弁は、弁体が所定幅の帯板を渦巻状に巻いた渦巻板を少なくとも２枚重ね合せたものであることを特徴とする。
１枚のみでは閉弁シール性の低い渦巻板を２枚以上重ねることにより、閉弁シール性を発揮させることができる。この様な弁体を、軸方向に圧縮することで弁閉とし、軸方向に引張ることで弁開とする。
弁体が渦巻板であるから、排気流路制御弁は全体的にコンパクトに構成することができる。
【０００９】
請求項２は、排気圧力が所定値以下で閉じ、所定値を超えると開き始めて排気ガスの流路面積を増加させる排気流路制御弁において、この排気流路制御弁は、弁体が所定幅の帯板を渦巻状に巻いた渦巻板に、同形の渦巻板を位相を変えた状態で重ね合せたものであることを特徴する。
１枚のみでは閉弁シール性の低い渦巻板を２枚重ねることにより、閉弁シール性を発揮させることができる。この様な弁体を、軸方向に圧縮することで弁閉とし、軸方向に引張ることで弁開とする。
弁体が渦巻板であるから、排気流路制御弁は全体的にコンパクトに構成することができるとともに、同じ渦巻板を位相を変えて重ねるだけであるから、部品の種類が少なくなり、部品の管理が容易となり、製造費用の削減が可能となる。
【００１０】
請求項３は、渦巻板のうち少なくとも１枚は、弁閉方向に予め永久変形させたものであることを特徴とする。
永久変形させることで、渦巻板にスプリング機能を付加する。この結果、弁を閉弁方向に付勢するための弁ばねを省くことができ、排気流路制御弁のコンパクト化を更に促すことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。図１〜図４は第１実施例である。
図１は本発明に係る内燃機関の排気流路制御弁の分解斜視図であり、内燃機関の排気流路制御弁１は、シートリング２と、所定幅の帯板３を渦巻状に巻き、且つ帯板３のエッジ同士を重ね合せた渦巻板形状の弁体４と、この弁体４を囲う弁ハウジング５と、この弁ハウジング５に開けた通孔６・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）と、弁ハウジング５を起点にして弁体４を閉方向へ押付ける弁ばね７とからなる。９は、ばね受けである。
【００１２】
弁体４は、適当な厚さの円板に渦巻状の切れ目を入れたのち、渦巻の中心を軸方向へ引き出し、更に渦の中心を右又は左に捻ることで、帯板３同士のエッジを重ねればよい。
【００１３】
図２は本発明に係る内燃機関の排気流路制御弁の組立図であり、パイプ１１にシートリング２を取付け、このシートリング２に弁体４の大径側を沿わせ、弁体４の小径側にばね受け９を載せ、このばね受け９に弁ばね７の一端を当てた状態で、円錐形状の弁ハウジング５を被せ、この弁ハウジング５で弁ばね７の他端を押出すようにしつつ、弁ハウジング５の開放端をシートリング２に取付けてなる排気流路制御弁１を示す。
【００１４】
図３は本発明に係る排気流路制御弁を内蔵した消音装置の斜視図であり、この消音装置２０は、シェル２１と、複数枚の仕切り板２２・・・と、前後の盲板２３，２４と、導入パイプ２５と、中間パイプ２６と、排出パイプ２７と、バイパス管２８と、このバイパス管２８の出口に取付けた排気流路制御弁１とからなる。
【００１５】
以上の構成からなる排気流路制御弁並びに消音装置の作用を次に述べる。
図４（ａ），（ｂ）は本発明の消音装置及び排気流路制御弁の作用説明図である。
（ａ）は排気圧力が所定値以下の状態を示し、排気圧力Ｐ１が低いため弁ばね７の押力が勝り、この結果、排気流路制御弁１は閉じている。そこで、排気ガスは導入パイプ２５→中間パイプ２６→排出パイプ２７の順で流れ、その間に膨張を繰り返すことで消音作用が起こる。
（ｂ）は機関の運転状態が高速回転で排気圧力が所定値を超えた状態を示し、排気圧力Ｐ２が高いため弁ばね７に抗して弁体４が開いて矢印▲１▼，▲１▼の如く排気ガスが流れる。この結果、排気ガスは導入パイプ２５→中間パイプ２６→排出パイプ２７の流れに、白抜き矢印で示したバイパス管２８の流れが加わる。この結果、多量の排気ガスを流すことができる。
【００１６】
図から明らかなように、排気流路制御弁１は、シェル２１に完全に収納できる程度にコンパクトである。
【００１７】
図５は本発明に係る排気流路制御弁の第２実施例図であり、パイプ１１にシートリング２を取付け、このシートリング２に弁体４の大径側を沿わせ、弁体４の小径側にばね受け９を載せ、このばね受け９に弁ばね３１の一端を当てた状態で、筒形状の弁ハウジング３２を被せ、この弁ハウジング３２で弁ばね３１の他端を押出すようにしつつ、弁ハウジング３２の開放端をシートリング２に取付けてなる排気流路制御弁１Ｂを示す。
即ち弁ばね３１は、弁ハウジング３２側が大径で、弁体４側が小径である円錐ばねであることを特徴とする。
【００１８】
円錐ばねは第１実施例のコイルばねに比較して、遥にセンタリング特性に富む。従って、弁体４の小径側端部の位置決め性が低いにもかかわらず、弁体４は、径方向（軸直角方向）にずれる心配が無く、図の様な良好な締め切り状態が維持できる。すなわち、中心軸Ｓに沿って円滑に往復移動させることができる。
円錐ばね（弁ばね３１）の大径側を弁ハウジング３２に当てるようにしたので、弁ハウジング３２は円筒体となり、通孔６・・・を多数個設けることができ、弁開時の抵抗を下げることができ、より多量の排気ガスを流すことができる。
【００１９】
尚、弁体４にばね性を持たせ、このばね作用で弁閉状態にさせてもよい。そうすれば、弁ハウジング５や弁ばね７を省略することができる。これを具体的に次に示す。
【００２０】
図６は本発明に係る排気流路制御弁の第３実施例図であり、排気流路制御弁４０は、パイプ１１に取付けたシートリング２と、このシートリング２に溶接した弁体４４とからなる。
【００２１】
図７（ａ）〜（ｈ）は本発明に係る第３実施例の弁体の製作要領図（前半）である。
（ａ）：板４１に渦巻状の切込み４１ａを入れることにより、渦巻板４２を切出す。４２ａは端部の余材であり、径を小さく成形した際に重ならないように余分な長さを切断しておく。
（ｂ）：（ａ）の側面図であり、板４１は炭素鋼又は合金鋼の薄板である。弁体を高温部で使用する場合はニッケル合金が望ましい。
（ｃ）：渦巻板４２を所定温度まで加熱する。後工程の成形も熱間成形であるから、加熱温度は悪影響を生じない高温域（例えば９５０℃以下）が望ましい。
【００２２】
（ｄ）：まず、大径側を固定し、中心部を少し引出して板が重なる程度にする。次に、中心部を▲２▼の如く巻方向へ捻って全体の径を小さくし、エッジ同士が重なる径寸法にする。Ｄ１は小さくする前の外径を示す。
（ｅ）：捻った際に生じた薄板のそり４２ｂをプレスで矯正する。プレスに取付けた金型４３ａ，４３ｂで▲３▼の如く渦巻板４２を押付け、そり４２ｂを矯正する。Ｄ２は小さくした外径であり、Ｄ２＜Ｄ１である。
（ｆ）：渦巻板４２を▲４▼の如く軸方向に引き延ばし、塑性加工を行い、弁閉方向に予め永久変形させる。
【００２３】
（ｇ）：塑性加工後、急冷し、焼入れする。
（ｈ）：焼入れ後、所定温度まで再加熱し、焼戻しを行う。弁体を高温部で使用する場合、加熱温度は使用温度より高くとるのが望ましいが、材料によって決まる（一般的に４９０℃前後）。
ここで、（ｃ）で加熱して（ｇ）で急冷することを焼入れといい、この焼入れと（ｈ）の焼戻しをすることを熱処理という。
なお、図７の製作要領で（ｄ）→（ｅ）→（ｆ）の順に製作を進めているが、工程順を変えて、先に（ｆ）を行い、次に（ｄ）→（ｅ）の順で製作してもよい。
【００２４】
図８（ａ）〜（ｄ）は本発明に係る第３実施例の弁体の製作要領図（後半）である。
（ａ）：塑性加工した渦巻板４２をばね力に抗して縮め、１巻目４２ｃを偏心量Ｓ１だけ偏心させ、その１巻目４２ｃを更に少し捻って、２巻目４２ｄに対して隙間Ｇ１を設ける。エッジ同士の重なりをなくする。次に、２巻目４２ｄを１巻目４２ｃの内径側に通して対向面４２ｅに移動させる。
（ｂ）：同様に３巻目４２ｆも重なりを避けて２巻目４２ｄの対向面４２ｇに移動させる。
（ｃ）：同様に４巻目４２ｈも３巻目４２ｆの対向面４２ｊに移動させる。引続き最後の巻目まで移動させて各巻目の重なりを組み替える。
（ｄ）：各巻目の螺旋方向を組み替えて、完成した弁体４４を示す。
【００２５】
この弁体４４は、ばね性を付加してあるため、外力を加えないといわゆる自己復帰作用で弁閉状態になる。
従って、第１実施例の（図２で示した）弁ばね７、ばね受け９及び弁ハウジング５を省くことができ、部品点数の大幅な削減と、更なるコンパクト化が可能となる。
なお、図７，図８で述べた製作要領は一例を示したに過ぎない。従って、製法、製作順序は変更可能である。
【００２６】
図９（ａ），（ｂ）は本発明の第３実施例の作用説明図であり、排気流路制御弁４０を内蔵した消音装置２０を示す。
（ａ）は排気圧力が所定値以下の状態を示し、排気圧力Ｐ１が低いため弁体４４の自己復帰力が勝り、この結果、排気流路制御弁４０は閉じている。そこで、排気ガスは導入パイプ２５→中間パイプ２６→排出パイプ２７の順で流れ、その間に膨張を繰り返すことで消音作用が起こる。
（ｂ）は機関の運転状態が高速回転で排気圧力が所定値を超えた状態を示し、排気圧力Ｐ２が高いため弁体４４の自己復帰力に抗して弁体４４が開いて矢印▲５▼，▲５▼の如く排気ガスが流れる。この結果、排気ガスは導入パイプ２５→中間パイプ２６→排出パイプ２７の流れに、白抜き矢印で示したバイパス管２８の流れが加わる。この結果、多量の排気ガスを流すことができる。
【００２７】
図から明らかなように、排気流路制御弁４０は、シェル２１に極めてコンパクトに配置できる。
【００２８】
図１０〜図１３は第４実施例であり、上記図１〜図４に示す実施の形態と同様の構成については、同一符号を付し説明を省略する。
図１０は本発明に係る内燃機関の排気流路制御弁の分解斜視図であり、内燃機関の排気流路制御弁５０は、シートリング２と、所定幅の帯板５１を渦巻状に巻いた２個の渦巻板５２，５３からなる弁体５４と、この弁体５４を囲う弁ハウジング５５と、この弁ハウジング５５に開けた通孔５６・・・（・・・は複数を示す。以下同様。）と、弁ハウジング５５を起点にして弁体５４を閉方向へ押付ける弁ばね５７とからなる。５８は、ばね受けである。
【００２９】
図１１は本発明に係る排気流路制御弁の弁体の製作要領図であり、想像線で示す板５９ａ，５９ｂに渦巻状の切込み６１ａ，６１ｂを入れることにより、渦巻板５２，５３を切出し、これらを矢印ａ，ｂの流れで、軸方向へ若干引き延ばす。そして、矢印ｃ，ｄの流れで一方の渦巻板５２に他方の渦巻板５３を二重螺旋にする要領で互いに重ねる。そして、矢印ｅの流れにしたがって、重ねた渦巻板５２，５３を軸方向に圧縮して、弁体５４を得る。この弁体５４は閉じたときの弁体に相当する。
【００３０】
なお、上記渦巻板５２，５３は、互いに異形のものを組合わせる場合と、同一物を組合せる場合とがある。
異形のもの同士を組合わせる場合には、渦巻板５２に渦巻板５３を単純に二重螺旋にすれば互いのエッジ同士が重なり、閉じて弁体５４を容易につくることができる。
同一物同士を組合わせる場合は、渦巻板５２に対して渦巻板５３を好ましくは１８０゜回転させた状態で二重螺旋にする。これで、エッジ同士が重なり、弁体５４を得ることができる。このように一方に対して他方を回転させることを「位相を変える」と呼ぶ。組立はやや難しいが、同一部品を使用するので、部品の種類が半減し、部品管理が容易となる。
【００３１】
図１２は本発明に係る排気流路制御弁の第４実施例図であり、パイプ１１にシートリング２を取付け、このシートリング２に弁体５４の大径側を沿わせ、弁体５４の小径側にばね受け５８を載せ、このばね受け５８に弁ばね５７の一端を当てた状態で、円錐形状の弁ハウジング５５を被せ、この弁ハウジング５５で弁ばね５７の他端を押出すようにしつつ、弁ハウジング５５の開放端をシートリング２に取付けてなる排気流路制御弁５０を示す。
【００３２】
図１３（ａ），（ｂ）は本発明の第４実施例の作用説明図である。排気流路制御弁５０を内蔵した消音装置２０を示す。
（ａ）は排気圧力が所定値以下の状態を示し、排気圧力Ｐ１が低いため弁ばね５７の押力が勝り、この結果、排気流路制御弁５０は閉じている。そこで、排気ガスは導入パイプ２５→中間パイプ２６→排出パイプ２７の順で流れ、その間に膨張を繰り返すことで消音作用が起こる。
（ｂ）は機関の運転状態が高速回転で排気圧力が所定値を超えた状態を示し、排気圧力Ｐ２が高いため弁ばね５７に抗して弁体５４が開いて矢印▲６▼，▲６▼の如く排気ガスが流れる。この結果、排気ガスは導入パイプ２５→中間パイプ２６→排出パイプ２７の流れに、白抜き矢印で示したバイパス管２８の流れが加わる。この結果、多量の排気ガスを流すことができる。
【００３３】
図から明らかなように、排気流路制御弁５０は、シェル２１に完全に収納できる程度にコンパクトである。
【００３４】
図１４は本発明に係る第５実施例の弁体の製作要領図であり、渦巻板７２，７３を２枚用意し、矢印ｆ，ｇの流れにしたがって、これらの両方又は一方の渦中心７２ａ，７３ａを、弁閉方向に予め永久変形（矢印▲７▼，▲７▼の通りに引張ること。）させる。
次に、矢印ｈ，ｉの流れにしたがって、両方又は一方の渦中心７２ａ，７３ａを、弁開方向（矢印▲８▼，▲８▼）へ引張り、矢印ｊ，ｋの流れにしたがって、渦巻板７２に渦巻板７３を重ね合わせて、弁体７４を完成する。
【００３５】
この弁体７４は、ばね性を付加してあるため、外力を加えないといわゆる自己復帰作用で弁閉状態になる。
従って、第４実施例の（図１２で示した）弁ばね５７、ばね受け５８及び弁ハウジング５５を省くことができ、部品点数の大幅な削減と、更なるコンパクト化が可能となる。
【００３６】
図１５（ａ），（ｂ）は本発明の第５実施例の作用説明図であり、排気流路制御弁７０を内蔵した消音装置２０を示す。
（ａ）は排気圧力が所定値以下の状態を示し、排気圧力Ｐ１が低いため弁体７４の自己復帰力が勝り、この結果、排気流路制御弁７０は閉じている。そこで、排気ガスは導入パイプ２５→中間パイプ２６→排出パイプ２７の順で流れ、その間に膨張を繰り返すことで消音作用が起こる。
（ｂ）は機関の運転状態が高速回転で排気圧力が所定値を超えた状態を示し、排気圧力Ｐ２が高いため弁体７４が開いて矢印▲９▼，▲９▼の如く排気ガスが流れる。この結果、排気ガスは導入パイプ２５→中間パイプ２６→排出パイプ２７の流れに、白抜き矢印で示したバイパス管２８の流れが加わる。この結果、多量の排気ガスを流すことができる。
【００３７】
図示するごとく、弁体７４のみで排気流路制御弁７０を構成したため、この排気流路制御弁７０は極めてコンパクトになり、シェル２１に十分に納めることができる。
【００３８】
尚、弁体４，５４，７４も実施例３の弁体４４（図７，８参照）と同様に熱処理を行う。
【００４３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、１枚のみでは閉弁シール性の低い渦巻板を２枚以上重ねることにより、閉弁シール性を発揮させることで弁体を構成したので、排気流路制御弁は全体的にコンパクトに構成することができるとともに、部品点数も少ないから軽量化と低コスト化を図ることができる。
また、高回転時の出力低下を防ぐこともできる。
【００４４】
請求項２では、１枚のみでは閉弁シール性の低い渦巻板を２枚重ねることにより、閉弁シール性を発揮させることで弁体を構成し且つ２枚の渦巻板を同形にしたことを特徴とし、排気流路制御弁は全体的にコンパクトに構成することができるとともに、同じ渦巻板を位相を変えて重ねるだけであるから、部品の種類が少なくなり、部品の管理が容易となり、製造費用の削減が可能となる。
また、高回転時の出力低下を防ぐこともできる。
【００４５】
請求項３では、渦巻板のうち少なくとも１枚は、弁閉方向に予め永久変形させたので、渦巻板にスプリング機能を付加させることができ、この結果、閉弁方向に付勢するための弁ばねを省くことができ、排気流路制御弁のコンパクト化を更に促すことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気流路制御弁の分解斜視図
【図２】本発明に係る内燃機関の排気流路制御弁の組立図
【図３】本発明に係る排気流路制御弁を内蔵した消音装置の斜視図
【図４】本発明の消音装置及び排気流路制御弁の作用説明図
【図５】本発明に係る排気流路制御弁の第２実施例図
【図６】本発明に係る排気流路制御弁の第３実施例図
【図７】本発明に係る第３実施例の弁体の製作要領図（前半）
【図８】本発明に係る第３実施例の弁体の製作要領図（後半）
【図９】本発明の第３実施例の作用説明図
【図１０】本発明に係る内燃機関の排気流路制御弁の分解斜視図
【図１１】本発明に係る排気流路制御弁の弁体の製作要領図
【図１２】本発明に係る排気流路制御弁の第４実施例図
【図１３】本発明の第４実施例の作用説明図
【図１４】本発明に係る第５実施例の弁体の製作要領図
【図１５】本発明の第５実施例の作用説明図
【符号の説明】
１，４０，５０，７０…排気流路制御弁、２…シートルング、３，５１…帯板、４，４４，５４，７４…弁体、５，３２，５５…弁ハウジング、６，５６…通孔、７，５７…弁ばね、９，５８…ばね受け、２０…消音装置、２５…導入パイプ、２６…中間パイプ、２７…排出パイプ、２８…バイパス管、３１…円錐ばね（弁ばね）、４２，５２，５３，７２，７３…渦巻板。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003640520.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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