(57)【要約】  内燃エンジン排気システムのためのマフラは、アウタシェルの両端を閉じる入口及び出口ヘッダを有する筐体を含む。仕切りは、筐体内部を第１及び第２のチャンバに分割し、第１のチャンバ内には吸音材が配置され、第１及び第２のチャンバ間で流通を可能にする開口部を有する。スルーパイプは入口及び出口ヘッダと仕切りを貫通し、第１のチャンバに対して流通を可能にする複数の孔を有する。バルブアセンブリは、パイプに回転自在に結合された回転軸により閉位置と開位置との間で回動するためスルーパイプの内側に配置されたバルブフラップを有する。バルブはパイプ孔の下流に配置されるため、マフラ内を流れる全排気ガスはバルブフラップの位置に関わりなくバルブを通過する。
2013543953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃エンジン排気システムのためのマフラであって、
アウタシェルと、該アウタシェルの両端を閉じる入口ヘッダ及び出口ヘッダと、を有する筐体と、
前記筐体の内部を、吸音材を内設する第１のチャンバ１と、第２のチャンバとに分割し、貫通して前記第１及び第２のチャンバ間に流通を与える、少なくとも１つの開口部を有する仕切りと、
前記入口ヘッダ及び前記出口ヘッダと前記仕切りを貫通し、前記第１のチャンバとの間で流通を可能にする複数の孔を有するスルーパイプと、
前記スルーパイプ内に配置され、前記スルーパイプへ回転自在に連結された回転軸と共に、閉位置と開位置との間で回動可能であり、前記開位置の際に前記スルーパイプの縦軸に対し概ね平行となる、平面のバルブフラップを有するバルブアセンブリと、
を備え、
前記バルブフラップは、前記孔より下流に配置され、前記マフラ内を流れる全ての排気ガスは、前記バルブフラップの位置に関わりなく前記バルブを通過することを特徴とするマフラ。
【請求項２】
前記バルブフラップは、第１の断面積を有する前記パイプの下流部分を、前記第１の断面積の３倍を上回る第２の断面積を有する上流マフラ空洞から、分離することを特徴とする請求項１に記載のマフラ。
【請求項３】
前記バルブは、前記出口ヘッダの近傍に配置されることを特徴とする請求項１に記載のマフラ。
【請求項４】
前記バルブは軸方向に前記仕切りより下流、前記出口ヘッダより上流に、配置されることを特徴とする請求項１に記載のマフラ。
【請求項５】
前記第１のチャンバは前記入口ヘッダと前記仕切りによって境され、前記第２のチャンバは前記仕切りと前記出口ヘッダによって境されることを特徴とする請求項１に記載のマフラ。
【請求項６】
前記バルブフラップを前記閉位置の方に強制する付勢部位をさらに含み、前記付勢部位は、前記第２のチャンバの中、前記スルーパイプの外に、取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のマフラ。
【請求項７】
前記スルーパイプ内の排気圧が付勢力に勝るほど十分に高くなると、前記排気圧は前記バルブフラップを前記開位置まで強制することを特徴とする請求項６に記載のマフラ。
【請求項８】
前記第２のチャンバは吸音材を実質的に欠くことを特徴とする請求項１に記載のマフラ。
【請求項９】
前記スルーパイプは前記アウタシェルの中心縦軸から外れた位置で前記出口ヘッダを通過する、請求項１に記載のマフラ。
【請求項１０】
前記スルーパイプは前記中心縦軸を概ね中心とする位置で前記入口ヘッダを通過することを特徴とする請求項９に記載のマフラ。
【請求項１１】
前記閉位置の前記バルブフラップは前記スルーパイプの前記縦軸に鋭角で交差することを特徴とする請求項１に記載のマフラ。
【請求項１２】
前記バルブより下流の前記パイプの内部容積が途切れない壁によって前記第２のチャンバから隔離されることを特徴とする請求項１に記載のマフラ。
【請求項１３】
前記入口及び出口ヘッダは第１の距離により隔てられ、前記バルブ回転軸は前記第１の距離の４分の１以下の第２の距離により前記出口ヘッダから隔てられることを特徴とする請求項１に記載のマフラ。
【請求項１４】
内燃エンジン排気システムのためのマフラであって、
アウタシェルと、該アウタシェルの両端を閉じる入口ヘッダ及び出口ヘッダと、を有する筐体と、
前記筐体の内部を、前記入口ヘッダから延在する第１のチャンバと、前記出口ヘッダまで延在する第２のチャンバと、に分割する仕切りと、
前記入口ヘッダ及び出口ヘッダと前記仕切りを貫通して、前記第１のチャンバのとの間で流通を可能にする複数の孔を有し、前記第２のチャンバを貫通して延出する一部に前記孔を欠くスルーパイプと、
前記スルーパイプ内に配置され、前記スルーパイプへ回転自在に連結された回転軸と共に、閉位置と開位置との間で回動可能であり、前記開位置の際に前記スルーパイプの縦軸に対し概ね平行となる、平面のバルブフラップを有するバルブアセンブリと、
を備え、
前記バルブフラップは、前記第２のチャンバ内で前記孔より下流に配置され、前記バルブフラップが閉状態の時に、前記第１及び第２のチャンバを前記バルブの下流パイプから分離することを特徴とするマフラ。
【請求項１５】
前記バルブは、第１の断面積を有する前記パイプの下流部分を、前記第１の断面積の３倍を上回る第２の断面積を有する上流マフラ空洞から、分離することを特徴とする請求項１４に記載のマフラ。
【請求項１６】
前記入口及び出口ヘッダは第１の距離により隔てられ、前記バルブ回転軸は前記第１の距離の４分の１以下の第２の距離により前記出口ヘッダから隔てられることを特徴とする請求項１５に記載のマフラ。
【請求項１７】
前記バルブフラップを前記閉位置の方に強制する付勢部位をさらに含み、前記付勢部位は、前記第２のチャンバ内、または前記スルーパイプ外のいずれかに取り付けられることを特徴とする請求項１６に記載のマフラ。
【請求項１８】
前記スルーパイプ内の排気圧が付勢力に勝るほど十分に高くなると、前記排気圧は前記バルブフラップを前記開位置まで強制することを特徴とする請求項１７に記載のマフラ。
【請求項１９】
前記スルーパイプは前記アウタシェルの中心縦軸から外れた位置で前記出口ヘッダを通過することを特徴とする請求項１８に記載のマフラ。
【請求項２０】
前記スルーパイプは前記中心縦軸を概ね中心とする位置で前記入口ヘッダを通過することを特徴とする請求項１９に記載のマフラ。
【請求項２１】
内燃エンジン排気システムのためのマフラであって、
アウタシェルと、該アウタシェルの両端を閉じる入口ヘッダ及び出口ヘッダと、を有する筐体と、
前記入口ヘッダを貫通する入口パイプと、
前記出口ヘッダを貫通する第１の出口パイプと、
前記入口ヘッダ及び前記出口ヘッダのいずれか一方を貫通する第２の出口パイプと、
前記第１の出口パイプ内に配置され、前記第１の出口パイプへ回転自在に連結された回転軸と共に、閉位置と開位置との間で回動可能であり、前記開位置の際に前記第１の出口パイプの縦軸に対し概ね平行となる、平面のバルブフラップを有する第１のバルブアセンブリと、
前記第２の出口パイプ内に配置され、前記第２の出口パイプへ回転自在に連結された回転軸と共に、閉位置と開位置との間で回動可能であり、前記開位置の際に前記第２の出口パイプの縦軸に対し概ね平行となる、平面のバルブフラップを有する第２のバルブアセンブリと、
を備え、前記第１及び第２のバルブは、前記マフラ内を流れる全ての排気ガスが前記第１及び第２のバルブを通過するよう配置されることを特徴とするマフラ。
【請求項２２】
前記筐体内部を第１及び第２のチャンバに分割する前記筐体内の仕切りをさらに含み、前記第１のチャンバは吸音材を前記第１のチャンバの中に有し、前記仕切りは、前記仕切りを貫通し、前記第１及び第２のチャンバ間に流通を提供する、少なくとも１つの開口部を有することを特徴とする請求項２１に記載のマフラ。
【請求項２３】
前記入口パイプと前記第１の出口パイプと前記第２の出口パイプは自由端を前記筐体の中に各々含み、前記自由端は前記他の自由端から隔てられることを特徴とする請求項２２に記載のマフラ。
【請求項２４】
前記第１の出口パイプと前記第２の出口パイプは、前記入口パイプの下流端と流通するよう結合された上流端を各々含むことを特徴とする請求項２２に記載のマフラ。
【請求項２５】
前記バルブより上流の前記第１及び第２の出口パイプの部分は孔を含むことを特徴とする請求項２４に記載のマフラ。
【請求項２６】
前記入口パイプは前記入口パイプと前記筐体の内部との流通を可能にする複数の孔を含むことを特徴とする請求項２１に記載のマフラ。
【請求項２７】
内燃エンジン排気システムのためのマフラであって、
アウタシェルと、該アウタシェルの両端を閉じる入口ヘッダ及び出口ヘッダと、を有する筐体と、
前記入口ヘッダを貫通し、前記筐体との間で流通を可能にする複数の孔を有する入口パイプと、
吸音材を内設する第１のチャンバ１と、第２のチャンバとに前記筐体の内部を分割し、貫通して前記第１及び第２のチャンバ間に流通を与える、少なくとも１つの開口部を有する仕切りと、
前記出口ヘッダを貫通し、前記入口パイプの下流端と流通するよう結合された上流端を有する第１の出口パイプと、
前記口ヘッダを貫通し、前記入口パイプの下流端と流通するよう結合された上流端を有する、第２の出口パイプと、
前記入口パイプ内に配置され、前記入口パイプへ回転自在に連結された回転軸と共に、閉位置と開位置との間で回動可能であり、前記開位置の際に前記第入口パイプの縦軸に対し概ね平行となる、平面のバルブフラップを有するバルブアセンブリと、
を備え、前記バルブは、前記マフラの中を流れる全ての排気ガスが前記バルブを通過するよう配置されることを特徴とするマフラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には車両排気システムのためのバルブ機構に関する。より具体的に、本教示は排気管のためのパッシブフラッパバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの排気システムでは、エンジン速度の増加により排気圧が増加するときに管を通る排気流の特性を変えるため、アクティブバルブアセンブリとパッシブバルブアセンブリの使用が試みられてきた。アクティブバルブはソレノイド等の特殊な作動部位を必要とするため高い費用をともなう。パッシブバルブは管内の排気流の圧力を利用する。
【０００３】
従来、低費用のパッシブバルブでさえバルブの開放時に望ましくない背圧の問題が生じる。完全に管の内部で使用でき、比較的廉価で、望ましくない背圧を最小限に抑えながら全開姿勢をとることができるパッシブバルブ機構が当該技術分野で求められている。
【発明の概要】
【０００４】
チューブ状排気管の内部に配置される排気圧作動式バルブアセンブリはバルブフラップを含み、バルブフラップは、排気管の湾曲部分に概ね合致する第１及び第２の弓形端と、第１及び第２の弓形端間に延在し、且つバルブフラップと管の内面との間に間隙を提供する、第１及び第２の直線端とを、有する。
【０００５】
バルブフラップを排気管へ回転自在に結合するよう構成された回転軸は、第１及び第２の弓形端間でバルブフラップへ結合され、回転軸の両側でバルブフラップの表面積は等しくなく、バルブフラップは回転軸の縦軸の周りを回転する。回転軸はさらに、排気管の外に配置されるよう構成された突起を回転軸の一端に含む。
【０００６】
付勢部位は、排気管と回転軸突起との間に結合されるよう構成され、バルブフラップを閉位置の方に付勢する働きをし、閉位置でバルブフラップの第１及び第２の弓形端が排気管の湾曲部分に接触する。排気圧が付勢部位の付勢力に勝る大きさになると、バルブフラップは、管の中で全開位置まで強制され、バルブフラップの第１及び第２の直線端はバルブ管の内面に接触し、管の縦軸に対し概ね平行となる。
【０００７】
開示される教示のさらなる態様において、内燃エンジン排気システムのためのマフラは筐体を含み、筐体は、アウタシェルと、シェルの両端を閉じる入口及び出口ヘッダと、筐体を第１及び第２のチャンバに分割する筐体内の仕切りとを、有する。仕切りは、仕切りを貫通し、第１及び第２のチャンバ間に流通を提供する、少なくとも１つの開口部を有する。
【０００８】
スルーパイプは入口及び出口ヘッダと仕切りを貫通し、スルーパイプと第１のチャンバとの流通を可能にする第１の複数の孔と、スルーパイプと第２のチャンバとの流通を可能にする第２の複数の孔とを、有する。バルブフラップを有するバルブアセンブリは、スルーパイプの内側、第１及び第２の複数のスルーパイプ孔間に、配置される。
【０００９】
バルブフラップは、パイプに回転自在に結合された回転軸の周りを全閉姿勢と全開姿勢との間で回動し、全閉姿勢でバルブフラップの第１の周辺部分はスルーパイプの内面に接触し、全開姿勢でバルブフラップの平面はスルーパイプの縦軸に対し概ね平行となり、且つバルブフラップの第２の周辺部分はスルーパイプの内面に接触する。
【００１０】
開示される教示のさらなる態様において、チューブ状管の内側に配置される流体流圧作動式バルブアセンブリはバルブフラップを含み、バルブフラップは、フラップが全閉位置の時に管の内面に接触するよう構成された第１の周辺部分と、全開位置で管の内面に接触する第２の周辺部分とを、有する。
【００１１】
回転軸はバルブフラップを管へ回転自在に結合するよう構成され、回転軸はバルブフラップの表面エリアに対して、非対称的にバルブフラップへ結合され、回転軸は管の外に配置されるよう構成された突起を含み、バルブフラップは回転軸の縦軸の周りを回転する。付勢部位は、管と突起との間に結合されるよう構成され、バルブフラップを全閉位置の方に強いる働きをする。
【００１２】
内燃エンジン排気システムのためのマフラは筐体を含み、筐体はアウタシェルの両端を閉じる入口及び出口ヘッダを有する。仕切りは筐体内部を第１及び第２のチャンバに分割し、第１のチャンバの中には吸音材が配置される。仕切りは第１及び第２のチャンバ間で流通を可能にする開口部を有する。スルーパイプは入口及び出口ヘッダと仕切りを貫通し、スルーパイプと第１のチャンバとの流通を可能にする複数の孔を有する。バルブアセンブリは、パイプへ回転自在に結合された回転軸により閉位置と開位置との間で回動するためスルーパイプの内側に配置されたバルブフラップを有する。バルブはパイプ孔より下流に配置されるため、マフラの中を流れる全ての排気ガスはバルブフラップの位置に関わりなくバルブを通過する。
【００１３】
内燃エンジン排気システムのためのマフラは筐体を含み、筐体は、アウタシェルと、シェルの両端を閉じる入口及び出口ヘッダとを、有する。仕切りは筐体内部を第１のチャンバと第２のチャンバに分割し、第１のチャンバは入口ヘッダから仕切りまで延在し、第２のチャンバは仕切りから出口ヘッダまで延在する。スルーパイプは入口及び出口ヘッダと仕切りを貫通し、スルーパイプと第１のチャンバとの流体連通を可能にする複数の孔を有する。第２のチャンバを貫通するパイプ部分は孔を欠く。
【００１４】
バルブアセンブリは、回転軸が回転自在に結合されたスルーパイプの内側に概ね平面のバルブフラップを有する。バルブフラップは閉位置と開位置との間で回動でき、開位置でバルブフラップの平面はスルーパイプの縦軸に対し概ね平行となる。バルブは、第２のチャンバの中、パイプ孔より下流に、配置され、バルブが閉じられるときに第１及び第２のチャンバをバルブより下流のパイプから分離する。
【００１５】
内燃エンジン排気システムのためのマフラは筐体を含み、筐体は、アウタシェルと、シェルの両端を閉じる入口及び出口ヘッダとを、有する。入口パイプは入口ヘッダを貫通する。第１の出口パイプは出口ヘッダを貫通する。第２の出口パイプは入口及び出口ヘッダのいずれか一方を貫通する。第１及び第２のバルブアセンブリは、それぞれの出口パイプへ回転自在に結合された回転軸により回動するため第１及び第２の出口パイプの内側に配置された平面バルブフラップを各々含む。バルブフラップは閉位置と開位置との間で回動可能であり、開位置でバルブフラップの平面はバルブが配置された出口パイプの縦軸に対し概ね平行となる。第１及び第２のバルブは、マフラの中を流れる全ての排気ガスがこれらのバルブを通過するよう配置される。
【００１６】
内燃エンジン排気システムのためのマフラは筐体を含み、筐体は、アウタシェルと、シェルの両端を閉じる入口及び出口ヘッダとを、有する。入口パイプは入口ヘッダを貫通し、入口パイプと筐体内部との流体連通を可能にする複数の孔を有する。筐体内の仕切りは筐体内部を第１及び第２のチャンバに分割する。第１のチャンバの中には吸音材が配置される。仕切りは、仕切りを貫通し、第１及び第２のチャンバ間に流体連通を提供する、少なくとも１つの開口部を有する。
【００１７】
第１及び第２の出口パイプは出口ヘッダを貫通し、各出口パイプは入口パイプの下流端と流体連通するよう結合された上流端を含む。バルブアセンブリは、入口パイプへ回転自在に結合された回転軸により回転するため入口パイプの内側に配置された概ね平面のバルブフラップを有する。バルブフラップは閉位置と開位置との間で回動可能であり、開位置でバルブフラップは入口パイプの縦軸に対し概ね平行となる。開示される教示の目的と特徴は、詳細な説明を図面と併せて読むことによって明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】図１Ａは、管の中で流体の流れを制御するバルブの側面及び端面図であり、バルブが閉位置にあり、開示される教示に従って構成を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、管の中で流体の流れを制御するバルブの側面及び端面図であり、バルブが閉位置にあり、開示される教示に従った構成を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、１５°開位置にある図１Ａ、１Ｂのバルブの側面及び端面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、１５°開位置にある図１Ａ、１Ｂのバルブの側面及び端面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、３０°開位置にある図１Ａ、１Ｂのバルブの側面及び端面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、３０°開位置にある図１Ａ、１Ｂのバルブの側面及び端面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、全開位置にある図１Ａ、１Ｂのバルブの側面及び端面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、全開位置にある図１Ａ、１Ｂのバルブの側面及び端面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本教示による第１のバルブ回転軸機構の側面及び端面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本教示による第１のバルブ回転軸機構の側面及び端面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、本教示による第２のバルブ回転軸機構の側面及び端面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本教示による第２のバルブ回転軸機構の側面及び端面図である。
【図７】図７は、図１Ａ及び１Ｂの端面図であり、パイプは、バルブが全閉位置の時にパイプのほぼ全面的な閉鎖を達成するため変更されたバルブフラップに接触する状態を示す図である。
【図８】図８は、本教示に従い図１Ａ、１Ｂのバルブを用いて構成された排気マフラの断面図である。
【図９】図９は、本教示に従い図１Ａ、１Ｂのバルブを用いて構成された別の排気マフラの断面図である。
【図１０】図１０は、図９のマフラの中の仕切りの平面図である。
【図１１】図１１は、図９に示すマフラの端面図である。
【図１２】図１２は、本開示の教示に従い構築された、シングルインレット・デュアルアウトレット及びバルブを有する、排気マフラの断面図である。
【図１３】図１３は、別のシングルインレット・デュアルアウトレット排気マフラの断面図である。
【図１４】図１４は、別のシングルインレット・デュアルアウトレット排気マフラの断面図である。
【図１５】図１５は、別のシングルインレット・デュアルアウトレット排気マフラの断面図である。
【図１６】図１６は、別のシングルインレット・デュアルアウトレット排気マフラの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１Ａ乃至４Ｂを参照する。バルブアセンブリが配置された管の側面及び端面図には、バルブフラップが様々な動作位置にあるバルブアセンブリの側面及び端面図が図示されている。これらの図で、同じ構成部位には同じ下２桁指示数字が使われている。
【００２０】
排気管１０２はスナップアクションバルブ１００を内蔵し、スナップアクションバルブ１００はばね固定具１０４と、バルブばね１０６と、外部レバーアーム１０８と、バルブフラップ１１０と、バルブ支持軸または回転軸１１２と、回転軸１１２から突出するばね取付アーム１１４とを含む。
【００２１】
バルブフラップ１１０は、管１０２の弓形内面に概ね合致する第１及び第２の弓形端を有する。フラッパ１１０はさらに、フラップが図１Ａ及び１Ｂに示す閉位置(closed position)にあるときにフラッパ１１０と管１０２の内面との間に間隙１２０、１２２を提供する直線側端を有する。付勢部位(bias element)またはばね１０６は、管１０２の固定点１０４と外部レバーアーム１０８の取付端１１４との間に延在する。ばね１０６はフラッパ１１０を図１Ａに示す閉位置の方に付勢する。フラップ１１０は全閉位置にあるとき、管１０２の縦軸に対し垂直に延びる平面に対し９０°以外の角度になる。管１０２の垂直断面に対するフラップの角度をＡと呼ぶ。
【００２２】
排気圧は作動中に図１Ａ乃至図４Ｂで見て左側からフラップ１１０に当たる。排気圧がばね１０６の付勢力に勝ると、フラップ１１０は回転軸１１２の周りを回動し始める。バルブフラップ１１０のトルクは、付勢ばね力に距離ｄを掛けたものによって決まる。距離ｄはばねの軸と回転軸１１２との間の距離ｄである。バルブフラップが開き、ばね１０６が伸びるにつれ、ばね力は増す。ただし、ｄはバルブが開くにつれ短くなり、ばねの縦軸が「オーバーセンター(over-center)」位置に近づくにつれ、すなわち回転軸１１２の縦軸との交差点に近づくにつれ、トルクはゼロに近づく。
【００２３】
図４Ａ及び図４Ｂの４１０に見られるようにバルブフラップの位置がほぼオーバーセンターになると、フラップは全開位置(fully open position)で概ね水平になる。この配置はバルブが全開位置の時に管内の背圧を最小限に抑える。また、管そのものが全閉位置と全開位置におけるバルブフラップの停止機構を提供する。全閉位置でフラップ１１４の弓形端は管１０２の内面に接触してその位置を決定する。逆に、図４Ａ及び４Ｂに示すように、全開位置でフラップ４１０はその側方直線端（図１Ｂの１１６及び１１８）で管４０２の内面と接触し、フラップ４１０の全開位置の停止位置を提供する。  
また、バルブフラップを回動させばねがオーバーセンター状態に近づくことで、全開位置でのバルブのメンテナンスは容易となる。
【００２４】
図５Ａ及び５Ｂは、ここで開示されるバルブアセンブリの使用に適した第１の回転軸機構を示す。バルブフラップ５１０は、管５０２の中で、フラップ５１０の平面で非対称的に配置された回転軸５１２の周りを、回動する。付勢ばね５０６は、固定点５０４とレバーアーム５０８の取付端５１４との間に延在する。
【００２５】
図５Ｂから分かるように、適切な開口部を通じて管５０２へ取り付けられた回転軸５１２の最左端は、図５Ｂに示すように延在し、回転軸５１２とばね５０６との間には間隙がある。この間隙により、ばねはオーバーセンター付近まで進み、排気流圧が大幅に低減されるまでその位置を保持する。排気流圧が大幅に低減され、バルブフラップが閉位置まで閉まる。レバーアーム５０８は、独立して取り付け可能な構成部位であり、回転軸５１２に一体化された突起として、回転軸５１２から突出する。
【００２６】
図６Ａ及び図６Ｂは開示されるバルブアセンブリに使用する代替回転軸機構を示す。この機構で回転軸６１２は管の外側に延出し、完全に伸ばされたばね６０６の極限位置と交差する。この機構でばね６０６は回転軸６１２に接触し、全開位置になると回転軸に巻き付く。この機構により、ばね６０６は回転軸６１２に巻き付くため、排気流圧がばね力に勝てないレベルまで低減されると直ちにばねはフラップ６１０を閉位置まで引っ張る。
【００２７】
図７は、バルブフラップが全閉位置になるときに、開示されるバルブアセンブリにより排気管のほぼ完全な閉鎖を達成する一方法を示す。図７から分かるように、管７００の側部を平らにすることによって図１Ｂの１２０及び１２２等の間隙部分は概ね除去されるため、管はバルブフラップ７１０の全体周囲形状にほぼ合致する。部分７２４と部分７２６は、バルブフラップ７１０の第１及び第２の直線端とほぼ平行となるよう平らにされた管７００部分である。勿論、回動時にバルブフラップの詰まりを防ぐため、バルブフラップ７１０の直線端と管壁７２４及び７２６との間にある程度の間隙が存在しなければならないことは、当業者にとって明白であろう。
【００２８】
開示されるバルブアセンブリの代表的応用は、図８に示すような自動車排気システムマフラである。  
マフラ８００は、入口ヘッダ８１０と出口ヘッダ８１２によって入口及び出口端が閉ざされた概ね円筒形のアウタシェルからなる筐体を有する。アウタシェル８１８には、マフラチャンバ８２４及び８２６を画定する位置に仕切り８１４が取り付けられている。マフラ８００内でチャンバ８２４及び８２６間の流通を可能にするため、仕切り８１４は少なくとも１つの開口部８２０、８２２をさらに含む。オプションとして、一方または両方の内部マフラチャンバ内に吸音材８１６を置くこともできる。
【００２９】
スルーパイプ８０２は、入口ヘッダ８１０、仕切り８１４、及び出口ヘッダ８１２を通過してマフラ８００を貫通する。パイプ８０２は、パイプ８０２の入口部分とパイプ８０２を囲繞するマフラチャンバ８２４との流体連通を可能にするため、第１の複数の孔８０６を含む。パイプ８０２は、パイプ８０２を囲繞するチャンバ８２６からパイプ８０２への流通を可能にする第２の複数の孔８０８を出口に有する。
【００３０】
パイプ８０２の第１及び第２の孔セット間には、図１Ａ乃至図４Ｂとの関係で既に説明したように構成されたバルブアセンブリ１００が配置されている。バルブアセンブリ１００の閉位置では、図８に見られるように排気がパイプ８０２の入口端８２８にてマフラ８００に入り、孔８０６を通り、チャンバ８２４内でパイプを囲繞する吸音材８１６まで流れる。次に、排気は、第１のチャンバ８２４から仕切り８１４の開口部８２０、８２２を通って第２のチャンバ８２６へ流れる。最後に、排気は、図８から分かるように第２のチャンバ８２６からスルーパイプ８０２の孔８０８を通り、パイプ８０２の出口端８３０から流れ出る。
【００３１】
排気圧が付勢ばね１０６の力に勝るほど十分に高くなると、バルブフラップ１１０は、パイプ８０２の中でほぼ水平位置まで開き、基本的に殆どの排気ガスは、第１及び第２のチャンバとそれぞれの吸音材を迂回する。図８のフラップ１１０は全開位置で概ね水平となるため、マフラ８００内で背圧は最小限に抑えられる。  
開示されるバルブアセンブリのもう１つの代表的応用は、図９に示すような自動車排気システムマフラ９００を含む。
【００３２】
マフラ９００は、筐体９０２を含み、筐体９０２はアウタシェル９０４を含み、アウタシェル９０４は、入口及び出口端にて入口ヘッダ９０６と出口ヘッダ９０８によって閉ざされた概ね楕円形の断面形状を有する。アウタシェル９０４には仕切り９１０が取り付けられ、入口ヘッダ９０６と仕切り９１０との間には第１のマフラチャンバ９１２が配置される。第２のマフラチャンバ９１４は、仕切り９１０と出口ヘッダ９０８との間の容積として画定される。仕切り９１０は、マフラ９００内で第１のチャンバ９１２と第２のチャンバ９１４との流通を可能にする複数の開口部９１６を含む。第１のチャンバ９１２の中にはグラスファイバロービング９１８等の吸音材を置くことができる。第２のチャンバ９１４の中に吸音材は置かれない。
【００３３】
パイプ９２０は入口９２２と出口９２４とを含む。図９に示す例で、パイプ９２０は出口部分９２８に結合された入口部分９２６を含む。入口ヘッダ９０６は入口部分９２６を受け入れる開口部９３０を含む。同様に、出口ヘッダ９０８は出口部分９２８を受け入れる開口部９３２を含む。
【００３４】
入口部分９２６は入口９２２が筐体９０２の中心縦軸に揃うよう曲げられており、出口９２４は中心縦軸から横方向にずらされている。入口部分９２６は出口部分９２８の中に置かれる縮小直径部分９３６を含む。仕切り９１０は、パイプ９２０を受け入れる開口部９３８を含む。入口部分９２６と出口部分９２８が重なり合う接合部は仕切り９１０に揃えられ、仕切り９１０によって支持される。パイプ入口部分９２６は、入口部分９２６の入口９２２と第１のマフラチャンバ９１２との間で流通を提供する複数の孔９４２を含む。
【００３５】
図１Ａ乃至図４Ｂとの関係で既に説明したバルブアセンブリ１００は、パイプ９２０の出口部分９２８の中、出口ヘッダ９０８に近接した位置に、置かれる。具体的に、バルブフラップ１１０が閉位置の時に排気は、入口９２２に入り、孔９４２を通過し、第１のマフラチャンバ９１２に入り、開口部９１６を通過し、第２のマフラチャンバ９１４に入る。バルブ１００が閉じられている間は、バルブフラップ１１０と出口部分９２８の内面との間の隙間または、通路を比較的少ない体積流量が通過する。バルブフラップ１１０の周りの小さい通路は、排気流の中で低周波を吸収する働きをする。
【００３６】
出口部分９２８は閉ざされた円筒形部材であるため、排気は第１のチャンバ９１２と第２のチャンバ９１４の中を流れない。音波は存在するが、第１のチャンバ９１２と第２のチャンバ９１４を通る排気の体積流量は最小限である。吸音材９１８はバルブフラップ１１０の位置に関わりなく雑音を減衰させる働きをする。
【００３７】
排気圧が付勢ばね１０６の力に勝るほど十分に高くなると、バルブフラップ１１０は開位置に向かって回動する。全開位置でバルブフラップ１１０はパイプ９２０の中で概ね水平に延在し、マフラ９００の背圧を最小限に抑える。第２のチャンバ９１４の中には吸音材が置かれないため、吸音材９１８とバルブアセンブリ１００との干渉が起きないことは理解されよう。
【００３８】
テールパイプ９５２の上流端９５４は、出口部分９２８の出口９２４と流通するよう結合される。テールパイプ９５２は大気と連通する開放端または出口９５０を含む。排気システムのこの部分で形成される定在排気波のため、テールパイプ９５２とバルブ１００から下流の出口部分９２８部分には共鳴が存在することがある。バルブフラップ１１０の角度位置に関わりなく、排気の１００パーセントはバルブアセンブリ１００の中を流れる。
【００３９】
バルブアセンブリ１００の軸位置は、テールパイプ９５２とマフラ９００の中で発生する共鳴を最小限に抑えるよう規定できる。孔９４２から下流の位置にバルブフラップ１１０を配置することにより、第１のチャンバ９１２と第２のチャンバ９１４はテールパイプから隔離される。望ましくない共鳴または「排気音」は回避される。
【００４０】
以前のシステムでは、テールパイプ９５２の出口９５０はマフラシェル９０４内の拡張体積と開放流体連通(open fluid communication)するよう配置されていた。拡張体積は、テールパイプの中で共鳴状態を増幅及び／または励起する働きをし、望ましくない雑音をもたらした。マフラ９００の中で拡張体積から下流にバルブフラップ１１０を配置することにより、テールパイプ９５２の中の比較的長い定常波は、シェル９０４の中の拡大体積から分離される。望ましくない雑音と排気音は増幅されない。
【００４１】
バルブ１００はテールパイプ９５２の上流端に配置され、大きく異なる断面積を有する排気システム部分を分離する。例えば、第２のチャンバ９１４の断面積はテールパイプ９５２の断面積の３倍以上であってよい。テールパイプ９５２の中で形成される定常波の節は出口９５０とバルブフラップ１１０に位置する。このようにバルブ１００を配置することにより、テールパイプ９５２の中で形成されるあらゆる周波数の共鳴は最小限に抑えられる。
【００４２】
バルブ１００の雑音減衰機能を最適化するため、バルブは出口ヘッダ９０８のすぐ近くに配置される。具体的に、回転軸１１２は、入口ヘッダ９０６と出口ヘッダ９０８との間の距離の４分の１以下の距離で出口ヘッダ９０８から軸方向に隔てられる。
【００４３】
図１２−１６は、１つのインレットと、２つのアウトレットと、少なくとも１つのパッシブスナップアクションバルブとを有するマフラを示している。車両製造業者は、各エンジンシリンダからの排気をシングルマニホールドまたはパイプでまとめるよう排気システムを構成することがある。シングルパイプは後方に延在しマフラアセンブリの入口パイプと流通(fluid communication)する。マフラ位置後方から排気は２つ以上のテールパイプに分割される。図１２乃至１６のマフラはこの用途に使用できる。
【００４４】
図１２は、筐体１２０２と、入口ヘッダ１２０４と、出口ヘッダ１２０６と、第１の仕切り１２０８と、第２の仕切り１２１０とを含む、マフラ１２００を示す。内燃エンジンからチャンバ１２１４へ排気を導入するため、入口パイプ１２１２は、入口ヘッダ１２０４と第１の仕切り１２０８を貫通する。第１の出口パイプ１２１６は、入口ヘッダ１２０４と第１の仕切り１２０８を貫通する。第１の出口パイプ１２１６の第１の開放端１２１８は、チャンバ１２１４と流通する。第１の出口パイプ１２１６は大気と連通する出口１２２０を含む。
【００４５】
第１のバルブアセンブリ１００ａは、第１の出口パイプ１２１６の中に配置される。第２の出口パイプ１２３０は、出口ヘッダ１２０６と第２の仕切り１２１０を貫通する。第２の出口パイプ１２３０の第１の開放端１２３２は、チャンバ１２１４と流通する。第２の開放端１２３４は大気と流通する。第２のバルブ１００ｂは第２の出口パイプ１２３０の中に配置される。
【００４６】
バルブ１００ａ及び１００ｂは、前述したバルブ１００に概ね類似する。マフラ１２００は、入口及び出口パイプが車両にまたがって横方向に延在する形にマフラを据え付けられるよう構成される。第１の仕切り１２０８と第２の仕切り１２１０は、開口部１２４０及び１２４２をそれぞれ含む。チャンバ１２１４は筐体１２０２の全長にわたって入口ヘッダ１２０４から出口ヘッダ１２０６まで延在する。
【００４７】
図１３は、入口ヘッダ１３０４と出口ヘッダ１３０６によって塞がれた筐体１３０２を含むマフラ１３００を示す。第１の仕切り１３０８は、第１の空洞１３１０を画定する。第２の仕切り１３１２は、第２の空洞１３１４と第３の空洞１３１６を画定する。第１の仕切り１３０８は、第１の仕切り１３０８を貫通する複数の孔１３１８を含む。開口部１３２０は第２の仕切り１３１２を貫通する。このため、第１の空洞１３１０と第２の空洞１３１４と第３の空洞１３１６は互いに流通する。
【００４８】
入口パイプ１３３０は入口ヘッダ１３０４と第１の仕切り１３０８を貫通する。複数の孔１３３２がパイプ１３３０の壁を貫通することで、入口パイプ１３３０の内部容積は第１の空洞１３１０と流通する。第１の空洞１３１０の中には、グラスファイバ吸音材１３３４等の絶縁体が置かれる。第１の出口パイプ１３４０は出口ヘッダ１３０６と第２の仕切り１３１２を貫通する。
【００４９】
第１の出口パイプ１３４０の第１の開放端１３４２は、第２の空洞１３１４と流通し、入口パイプ１３３０から隔てられている。第１のバルブ１００ａは第１の出口パイプ１３４０の中に配置される。第２の出口パイプ１３５０は第２のチャンバ１３１４と流通する第１の開放端１３５２を含む。第２の開放端１３５４は大気と流通する。第２のバルブ１００ｂは第２の出口パイプ１３５０の中に配置される。
【００５０】
図１４は、参照番号１４００で識別される別のシングルインレット・デュアルアウトレットマフラを示す。マフラ１４００はマフラ１３００に概ね類似する。このため、同様の構成部位は先に導入した参照番号に１００を加えたものを持つ。マフラ１４００は、第１、第２の出口パイプ１４４０及び１４５０の上流端１４７０及び１４７２が互いに流通し、入口パイプ１４３０の出口１４７４へ結合されている点が、マフラ１３００と異なる。具体的に、入口１４７６は第１の出口パイプ１４４０の上流端に形成され、入口パイプ１４３０の中を流れる排気を受け取る。
【００５１】
同様に、入口１４７８は第２の出口パイプ１４５０の上流端に形成され、入口パイプ１４３０の中を流れる排気を受け取る。入口１４７６と入口１４７８は互いに近接して配置される。図１４に示す機構で排気は入口パイプ１４３０、孔１４３２、吸音材１４３４、第１の仕切り開口部１４１８、及び第２の仕切り開口部１４２０を通過し、筐体１４０２によって画定される空洞を完全に満たす。
【００５２】
図１５は参照番号１５００で識別される別のマフラを示す。マフラ１５００はマフラ１４００に概ね類似する。このため、同様の構成部位は１００を加えた参照番号によって識別される。マフラ１５００は、第１の孔が形成された仕切り１４０８が削除されている点、またバルブ１００ａから上流の位置で追加の孔１５８０が第１の出口パイプ１５４０の一部分を貫通している点が、マフラ１４００と異なる。孔１５８２はバルブ１００ａから上流の位置で第２の出口パイプ１５５０を貫通する。第１の仕切り１４０８が除去されているため、吸音材１５３４は吸音材１４３４より長い距離にわたって軸方向に延在する。
【００５３】
図１６を参照すると、参照番号１６００で別のマフラ機構が図示されている。  
マフラ１６００はマフラ１４００に類似する特徴を持つ。同様の構成部位は、２００を加えた参照番号によって識別される。マフラ１６００は、第２の仕切り１４１２が削除されている点、また入口管１６３０の長さが増し仕切り１６０８を越えて内側に延出している点が、マフラ１４００と異なる。入口パイプ１６３０の下流端、第１の出口パイプ１６４０の入口１６７６から上流、且つ第２の出口パイプ１６５０の入口１６７８から上流には、ただ１つのスナップアクションバルブ１０８が配置されている。
【００５４】
図１２乃至１６に示す各マフラで、マフラの中を流れる排気ガスの１００％がマフラ内に配置されたバルブ１００ａ、１００ｂを通過しなければならないことは理解されよう。また、各バルブは、共鳴状態を最小限に抑えるため、排気システムの直径が概ね一定のテールパイプ部分を断面積が比較的大きいマフラ部分から分離する働きをする。  
専ら例示の目的で開示された実施形態の詳細な説明により本開示を説明した。本開示の範囲と趣旨は添付の請求項の適切な解釈から決定される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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