(57)【要約】【課題】前記エンジン低回転時の低騒音化とエンジン高回転時の低排圧化とを両立することができる排圧感応型制御バルブを提供する。【解決手段】蓋部材８を付勢するコイルスプリング１１の内部に、当該コイルスプリング１１に内接し、コイルスプリング１１の長手方向に移動可能なスライド部材１４を設置する。そして、このスライド部材１４の長手方向の輪郭を非線形とすると共に、コイルスプリング１１の長手方向に向かって断面積が小さくなるように設定し、蓋部材８の開度が大きくなるにつれてスライド部材１４がスライドして、コイルスプリング１１の内周側とスライド部材１４の外周側とのクリアランスが大きくなるようにする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気ガスの圧力によって開閉し、当該排気ガスの流量が大きいほど、バルブ開速度が大きくなるように設定することを特徴とする排圧感応型制御バルブ。
【請求項２】
車両の消音器内の連通管に取付けられ、エンジンからの排気ガスの圧力によって開閉可能な排圧感応型制御バルブにおいて、
前記連通管の開口端部を開閉する蓋部材と、一端を蓋部材の排気ガス受面と反対側の面に当接し他端を連通管に固定することで、前記蓋部材を排気ガスの流れ方向と逆方向に付勢するコイルスプリングと、該コイルスプリングを長手方向に貫通する軸と、前記コイルスプリングに少なくとも一部が内接し、前記軸に案内されて当該コイルスプリングの長手方向に移動可能なスライド部材とを備え、前記コイルスプリングの長手方向での前記スライド部材の輪郭を非線形とすると共に、当該スライド部材の断面積を前記コイルスプリングの長手方向に向かって小さくすることを特徴とする排圧感応型制御バルブ。
【請求項３】
前記スライド部材の輪郭を、前記コイルスプリングの長手方向での当該スライド部材の断面積が小さくなる方向に向かうほど、前記コイルスプリングの内周面と当該スライド部材の外周面とのクリアランスが大きくなるように設定することを特徴とする請求項２に記載の排圧感応型制御バルブ。
【請求項４】
前記スライド部材を初期位置に付勢する弾性部材を備えることを特徴とする請求項２又は３に記載の排圧感応型制御バルブ。
【請求項５】
前記スライド部材を前記コイルスプリングの長手方向にスライド可能に貫通し、少なくとも一端を前記連通管に固定したガイド部材と、前記スライド部材を長手方向に螺合し、少なくとも一端を前記蓋部材の回転軸と同軸に固定したネジ部材とを備えることを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の排圧感応型制御バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の消音器内の連通管に取り付けられ、エンジンからの排気ガスによって開閉する排圧感応型制御バルブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両の消音器内を幾つかの室に画成し、それらの室を適宜に連通或いは遮断することにより、共鳴効果や拡張効果によってノイズを低減するものがある。この室間の連通或いは遮断を行うにあたり、室間に連通管を挿通し、その開口端部に、エンジンからの排気ガスによって開閉する排圧感応型制御バルブを取付け、排気ガスの流量、即ちエンジンの回転状態に応じてバルブを開閉制御するものがある。
【０００３】
このような排圧感応型制御バルブとしては、例えば連通管の開口端部を開閉する蓋部材と、その蓋部材を排気ガスの流れ方向と逆方向に付勢するコイルスプリングとから構成され、コイルスプリングのねじり方向弾性を利用して、排気ガスの圧力に応じて蓋部材を開閉することでバルブ開度を変化させるというものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−１３１７３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、車両の排気系には、エンジン回転数が低いときの低騒音化と、エンジン回転数が高いときの低排圧化とが要求される。こうした要求を満足するためには、例えば排圧感応型制御バルブにおいて、エンジン回転数が低いとき、即ち排気ガス流量が小さいときにバルブ開度をできるだけ小さくし、エンジン回転数が高いとき、即ち排気ガス流量が大きいときにバルブ開度をできるだけ大きくすることが望まれる。
【０００５】
しかしながら、前記従来の排圧感応型制御バルブにあっては、エンジン回転数の増加に応じてバルブ開度が次第に大きくなる、即ちエンジン回転数に対するバルブ開度の増加率が略一定であるため、低騒音化を実現したいエンジン回転数が低い領域でも、バルブがある程度開いてしまい、騒音が発生してしまうという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、前記エンジン低回転時の低騒音化とエンジン高回転時の低排圧化とを両立することができる排圧感応型制御バルブを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る排圧感応型制御バルブは、エンジンからの排気ガスの圧力によって開閉し、当該排気ガスの流量が大きいほど、バルブ開速度が大きくなるように設定する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、エンジンからの排気ガスの流量が大きいほど、バルブ開速度が大きくなるように設定するので、エンジン回転数の低い領域でのバルブ開度をより小さくし、エンジン回転数の高い領域でのバルブ開度を大きくして、エンジン低回転時の低騒音化とエンジン高回転時の低排圧化とを両立することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態の排圧感応型制御バルブの正面図であり、図２は、図１の平面図である。図中符号１は、例えば車両の排気系に設けられた消音器内において、室間を連通する連通管である。ここで、符号２０は、消音器内に室を画成するためのプレートである。
この連通管１の開口端部には、当該開口端部外側に受け皿状のバルブシート３を構成すると共にバルブ自体である蓋部材を取付けるためのブラケット２が取付けられている。また、連通管１の開口端部側方位置に、連通管１の軸直方向に対向する壁部４が設けられ、この壁部４の図１における下方には、底板５が設けられている。この底板５は、連通管１に連結されている。また、この底板５には、後述するコイルスプリングの巻線の端部が固定される穴が設けられている。
【０００９】
前記連通管１の二つの壁部４には、丸棒からなる回転軸７の各端部が挿通されている。そして、この回転軸７に、連通管１を開閉するバルブ自体としての蓋部材８が回転自在に取付けられている。この蓋部材８は、バルブ閉状態において連通管１の開口端部を閉塞し、バルブ開状態において連通管１の開口端部を開放するものである。そして、この蓋部材８には、前記ブラケット２のバルブシート３に対向する部分に皿状の密着面９が形成され、この密着面９とバルブシート３とによって連通管１は確実に閉塞されるようになっている。
【００１０】
具体的には、連通管１の壁部４の夫々の外側に蓋部材８の壁部１０が当接し、その蓋部材８の壁部１０に設けられた挿通穴に回転軸７の夫々の端部が挿通されることにより、蓋部材８が回転軸７を中心に回転自在に支持される。
また、回転軸７は、コイルスプリング１１を長手方向に貫通している。このコイルスプリング１１自体は、通常の弾性金属からなる捩りバネであり、その巻線の二つの開放端部１２、１３は、巻線から側方に突出している。
【００１１】
そして、コイルスプリング１１の巻線の一方の開放端部１２は、蓋部材８の一方の面、具体的には連通管１を閉塞する面と反対側の面、言い換えると排気ガス受面と反対側の面に当接しており、コイルスプリング１１の長手方向を軸としたねじり方向の剛性により蓋部材８を排気ガスの流れ方向と逆方向（蓋部材８を閉じる方向）に付勢している。一方、コイルスプリング１１の巻線の他方の開放端部１３は、前述した底板５の穴に挿通されて底板５に固定されている。
【００１２】
また、このコイルスプリング１１の内側には、コイルスプリング１１の長手方向に移動可能なスライド部材１４が設置されている。図２の蓋部材８のＡ−Ａ’断面を図３に示すように、このスライド部材１４は、コイルスプリング１１と同軸に配置されると共に、回転軸７に案内されてコイルスプリング１１の長手方向にスライド可能となっている。さらに、スライド部材１４と一方の壁部４（図中左側）との間には、スライド部材１４のスライド量に応じて、当該スライド部材１４のスライド方向と逆向きに反力を発生させる弾性部材としてのスプリング１５が連結されている。つまり、このスプリング１５は、スライド部材１４を初期位置に戻す方向に付勢している。
【００１３】
スライド部材１４は、コイルスプリング１１の長手方向でスプリング１５の設置側と反対方向（図中右側）に向かって断面積が小さくなる形状となっており、排圧感応型制御バルブの平面視又は側面視において、スライド部材１４の外形（輪郭）が非線形となっている。つまり、スライド部材１４の外形は、曲率が連続的に変化する曲線形状となっており、図中Ｌ部は曲率が小さく、Ｈ部は曲率が大きくなっている。そして、このスライド部材１４の外周側の少なくとも一部とコイルスプリング１１の内周側とが接触するようになっている。
【００１４】
初期状態（連通管１の開口端部が閉塞されている状態）では、コイルスプリング１１の内周側とスライド部材１４の外周側とは、スライド部材１４における断面積の最も大きい箇所で接し、両者のクリアランスは零の状態である。そして、スライド部材１４がスプリング１５側にスライドするほど、上記クリアランスが大きくなるようになっている。
なお、本実施形態では、スライド部材１４を、スプリング１５の設置側と逆方向に向かって断面積が小さくなる形状とする場合について説明したが、これに限定されるものではなく、スプリング１５の設置側に向かって断面積が小さくなる形状としてもよい。この場合、スライド部材１４がスプリング１５と逆側にスライドするほど、上記クリアランスが徐々に大きくなる。
【００１５】
ところで、前記蓋部材８は、コイルスプリング１１の巻線の一方の開放端部１２によって排気ガスの流れ方向と逆方向に付勢されて連通管１の開口端部を閉塞しているが、排気ガスの流量が増大するにつれて回転軸７を中心に回転し、連通管１の開口端部を開放する。このとき、蓋部材８の回転に伴って、コイルスプリング１１の直径は小さくなろうとする。
【００１６】
従来装置のように、コイルスプリング１１の内部にスライド部材１４を配置していない場合、排気ガスの流量（エンジン回転数）増大に対する蓋部材８の開度（バルブ開度）の関係は、図４に示すように線形の関係となる。
一般に、車両の排気系には、エンジン回転数が低いときの低騒音化と、エンジン回転数が高いときの低排圧化とが要求される。こうした要求を満足するためには、例えば排圧感応型制御バルブにおいて、エンジン回転数が低いとき、即ち排気ガス流量が小さいときにバルブ開度をできるだけ小さくし、エンジン回転数が高いとき、即ち排気ガス流量が大きいときにバルブ開度をできるだけ大きくすることが望まれる。
【００１７】
しかしながら、前記従来装置にあっては、エンジン回転数とバルブ開度とが図４に示すような関係にあるため、低騒音化を実現したいエンジン回転数が低い領域でも、バルブがある程度開いてしまい、騒音が発生してしまうという問題があった。
そこで、本実施形態では、コイルスプリング１１の内部にスライド部材１４を設け、このスライド部材１４の形状を、コイルスプリング１１の長手方向に向かって断面積が小さくなる形状とし、さらにその外形を非線形とすることで、後述する理由によりエンジン回転数とバルブ開度との関係を非線形として、エンジン回転数が低い領域におけるバルブ開度をより小さくする。
【００１８】
蓋部材８の開動作時には、コイルスプリング１１の直径が小さくなろうとする。このとき、初期状態では、図５（ａ）に示すように、スライド部材１４の外周側とコイルスプリング１１の内周側とのクリアランスは零の状態であることから、蓋部材８の開動作に伴って発生するコイルスプリング１１の付勢力は大きく、蓋部材８は容易には開かない。
【００１９】
コイルスプリング１１の直径が小さくなろうとすると、コイルスプリング１１がスライド部材１４を径方向に緊迫する力が発生する。スライド部材１４は、スプリング１５側からコイルスプリング１１の長手方向に向かって断面積が小さくなる形状であり、コイルスプリング１１とスライド部材１４との接触面には傾斜があるため、コイルスプリング１１がスライド部材１４を径方向に緊迫する力の一部が、スライド部材１４の軸方向の力に変換される。つまり、コイルスプリング１１の直径縮小による力が、スライド部材１４をスプリング１５側（図中矢印の方向）へスライドさせる力となり、スライド部材１４がスライドする。図５（ｂ）に示すように、スライド部材１４の移動に伴って、スライド部材１４の外周側とコイルスプリング１１の内周側とのクリアランスは大きくなるので、蓋部材８の開動作に伴って発生するコイルスプリング１１の付勢力は小さくなり、蓋部材８は比較的容易に開く。
【００２０】
蓋部材８を開くトルク、所謂開弁トルクは、エンジンからの排気流量（エンジン回転数）に等しいので、排気流量とバルブ開度との関係を示すと図６のようになる。このバルブ開度特性によれば、排気流量の小さいとき、排気流量の増大に対するバルブ開度の増大率、即ちバルブ開速度が小さく、排気流量が大きいほど、当該バルブ開速度が大きいことがわかる。
即ち、エンジンの回転速度が低いときには排気流量に対するバルブ開度特性が小さく、バルブが開きにくくなるため、バルブ開度が小さく、低騒音効果が得られる。また、エンジンの回転速度が高いときには排気流量に対するバルブ開度特性が大きく、バルブが開きやすくなるため、バルブ開度が大きく、低排圧効果が得られる。
【００２１】
スライド部材１４の外周側とコイルスプリング１１の内周側とが接している箇所が、スライド部材１４のスライド量に対する前記クリアランスの増加率の小さい領域、即ちスライド部材１４の断面積が最も大きい初期位置αから前述した図３のＬ部とＨ部との境界である中間位置βまでの間であるとき、排気流量に対するバルブ開度特性が小さくなる。また、スライド部材１４の外周側とコイルスプリング１１の内周側とが接している箇所が、スライド部材１４のスライド量に対する前記クリアランスの増加率の大きい領域、即ち中間位置βからスライド部材１４の断面積が最も小さい最終位置γまでの間であるとき、排気流量に対するバルブ開度特性が大きくなる。このように、図６に示すバルブ開度特性は、スライド部材１４の形状によって決定する、言い換えると、スライド部材１４の形状を変更することにより前記バルブ開度特性を自在に設定することができる。
【００２２】
また、蓋部材８の閉動作時には、図５（ｂ）に示す状態から、蓋部材８の開度が小さくなることにより、コイルスプリング１１の直径が徐々に大きくなり、コイルスプリング１１がスライド部材１４を径方向に緊迫する力が弱まる。そして、スプリング１５の反力によってスライド部材１４が初期位置まで戻される。
このように、上記第１の実施形態では、排気流量に対するバルブ開度特性を非線形として、エンジン回転数の低い領域でのバルブ開度をより小さくし、エンジン回転数の高い領域でのバルブ開度を大きくすることができるので、エンジン低回転時の低騒音化とエンジン高回転時の低排圧化とを両立することができる。
【００２３】
また、スライド部材の外形を、コイルスプリングの長手方向での当該スライド部材の断面積が小さくなる方向に向かうほど、コイルスプリングの内周面とスライド部材の外周面とのクリアランスが大きくなるように、曲率が連続的に変化する形状とするので、排気流量が大きくなるほど蓋部材の開速度を大きくすることができると共に、エンジン回転数に応じてバルブ開度特性を滑らかに変化させることができ、エンジン低回転時の低騒音化とエンジン高回転時の低排圧化との両立を実現する適切なバルブ開度特性を得ることができる。
【００２４】
さらに、スライド部材の形状により、前記バルブ開度特性を自在に変更することができるため、別途アクチュエータ等を追加することなく、比較的簡易な構造で所望のバルブ開度特性を得ることができ、コスト的にも有利である。
また、スライド部材のスライド量に応じて、当該スライド部材のスライド方向と逆向きに反力を発生させるスプリングを設けるため、蓋部材の閉動作に伴ってスライド部材を自動的に初期位置に戻すことができ、別途アクチュエータ等を追加する必要がない。
【００２５】
なお、上記第１の実施形態においては、スライド部材の平面又は側面形状が、曲率が連続的に変化する曲線形状である場合について説明したが、これに限定されるものではなく、線分同士を変曲点で結んだ折れ線形状でもよい。要はコイルスプリングとスライド部材との接触面に傾斜があって、コイルスプリングの直径縮小による力がスライド部材をスライドさせる軸方向の力に変換可能な形状であり、且つ図３のＬ部でのスライド量に対するクリアランスの増加率よりＨ部での当該増加率が大きければよく、エンジン低回転時の排気流量に対するバルブ開度特性が小さく、エンジン高回転時の排気流量に対するバルブ開度特性が大きくなるように設定されていればよい。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
この第２の実施形態は、前述した第１の実施形態において、コイルスプリングの直径縮小による力に加えて、蓋部材の開閉方向の変位が直接スライド部材をスライドさせる動力源となるようにしたものである。
第２の実施形態の蓋部材８の構造を図７に示すように、スライド部材１４における回転軸７の貫通穴にメネジ１４ａを形成すると共に、スライド部材１４に形成されたメネジ１４ａと螺合するように回転軸７にネジ部１６を設ける。本実施形態では、ネジ部１６の一端は蓋部材８の壁部１０に固定され、蓋部材８が回転すると回転軸７及びネジ部１６も回転するようになっている。つまり、ネジ部１６は、その一端を蓋部材８の回転軸と同軸に固定されている。ここで、ネジ部１６は左ネジである。
【００２７】
また、スライド部材１４をコイルスプリング１１の長手方向にスライド可能に貫通するガイド部材１７が設けられている。このガイド部材１７は、一端を連通管１の壁部４に固定され、スライド部材１４の回転を規制している。
また、本実施形態では、前述した第１の実施形態におけるスライド部材１４を初期位置に付勢するスプリング１５を削除しており、これら以外は前述した第１の実施形態と同様の構成を有するため、その詳細な説明は省略する。この図７において、ネジ部１６がネジ部材に対応している。
【００２８】
スライド部材１４は、平面視又は側面視において、回転軸７に対して緩い傾斜角を有するＬ部と、Ｌ部の断面積より小さい断面積を有するＨ部とから構成されている。なお、スライド部材１４のＨ部に傾斜を設けるようにしてもよく、スライド部材１４の形状は、前述した第１の実施形態のように、曲率が連続的に変化する曲線形状としてもよい。
このような構成により、蓋部材８の開動作時には、図７のＬ部において、コイルスプリング１１とスライド部材１４との接触面に傾斜があるため、コイルスプリング１１がスライド部材１４を径方向に緊迫する力の一部が、スライド部材１４の軸方向の力に変換されて、この軸方向の力がスライド部材１４をスライドさせる駆動力となる。
【００２９】
また、蓋部材８とネジ部１６とは固定されているため、蓋部材８が開方向に変位すると、ネジ部１６は図中矢印の方向（正面視において反時計回り）に回転する。このとき、ガイド部材１７によりスライド部材１４の回転が規制されていることから、スライド部材１４とネジ部１６との嵌合部のネジ山により、図７（ｂ）に示すようにスライド部材１４が、スライド部材１４の外周側とコイルスプリング１１の内周側とのクリアランスが大きくなる側（図中左側）にスライドする。
【００３０】
このように、蓋部材８の開動作時には、コイルスプリング１１の直径縮小による駆動力に加えて、蓋部材８の開方向の変位を、直接スライド部材１４をスライドさせる動力源とすることができる。
一方、蓋部材８が閉方向に変位すると、ネジ部１６は図中矢印と反対側（正面視において時計回り）に回転するため、スライド部材１４が、スライド部材１４の外周側とコイルスプリング１１の内周側とのクリアランスが小さくなる側（図中右側）にスライドし、初期位置まで戻される。
【００３１】
本実施形態における排気流量とバルブ開度との関係は図８に示すようになる。
つまり、蓋部材８の開動作時において、初期状態では、図７（ａ）に示すように、スライド部材１４の外周側とコイルスプリング１１の内周側とのクリアランスが零の状態であることから、蓋部材８の開動作に伴って発生するコイルスプリング１１の付勢力は大きく、蓋部材８は容易には開かない。
【００３２】
その後、前述したように、コイルスプリング１１の直径縮小による駆動力と、スライド部材１４とネジ部１６との嵌合部のネジ山による駆動力とにより、スライド部材１４がスライドするが、スライド部材１４のＬ部の傾斜が緩く、スライド量に対する前記クリアランスの増加率が小さいため、排気流量に対するバルブ開度の増大率も小さい。
この状態から、さらにスライド部材１４がスライドすると、図７（ｂ）に示すように、コイルスプリング１１とスライド部材１４との接触面がＬ部からＨ部に移行する。Ｈ部の断面積はＬ部の断面積より小さく、スライド部材１４の外周側とコイルスプリング１１の内周側とのクリアランスが大きいため、バルブ開度は急激に大きくなる。このＨ部では、コイルスプリング１１とスライド部材１４との接触面に傾斜がないため、バルブ開度はそれ以上大きくなることはない。
【００３３】
即ち、前述した第１の実施形態と同様に、エンジン回転数の低いときにはバルブ開度を小さくし、エンジン回転数の高いときにはバルブ開度を大きくして、エンジン低回転時での低騒音効果とエンジン高回転時での低排圧効果とを得ることができる。
このように、上記第２の実施形態では、コイルスプリングの直径縮小による力に加えて、蓋部材の開閉方向の変位が直接スライド部材をスライドさせる動力源となるので、スライド部材とコイルスプリングとの接触部の摩擦力が大きく、スライド部材がスライドしにくい場合であっても、確実にスライドさせることができる。
【００３４】
また、スライド部材の形状を、線分同士を変曲点で結んだ折れ線形状とするので、当該スライド部材の加工がし易い。
なお、上記第２の実施形態においては、ネジ部１６の一端を蓋部材８の壁部１０に固定する場合について説明したが、両端を壁部１０に固定するようにしてもよい。また、ガイド部材１７の一端を連通管１の壁部４に固定する場合について説明したが、両端を壁部４に固定するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施形態を示す概略構成図（正面図）である。
【図２】本発明の実施形態を示す概略構成図（平面図）である。
【図３】第１の実施形態における蓋部材の詳細を示す図である。
【図４】従来装置における排気流量とバルブ開度との関係を示す図である。
【図５】第１の実施形態の動作を説明する図である。
【図６】第１の実施形態における排気流量とバルブ開度との関係を示す図である。
【図７】第２の実施形態における蓋部材の詳細及び動作を示す図である。
【図８】第２の実施形態における排気流量とバルブ開度との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  連通管
２  ブラケット
３  バルブシート
４  壁部
５  底板
７  回転軸
８  蓋部材
９  密着面
１０  壁部
１１  コイルスプリング
１２，１３  開放端部
１４  スライド部材
１５  スプリング
１６  ネジ部
１７  ガイド部材
【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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