(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじりコイルばねと、前記ねじりコイルばねの付勢力により流体通路を閉状態とする弁体と、前記ねじりコイルばねおよび前記弁体を支持する支持部材とを有し、前記流体通路内を流動する流体の圧力で前記弁体が前記付勢力に抗して回動することにより前記流体通路の開状態が変化する可変バルブ機構において、
前記弁体を回動自在に支持する回動軸を備え、
前記ねじりコイルばねが、第１アーム部および第２アーム部とを有し、
前記支持部材が、前記第１アーム部を支持する第１アーム支持部と、前記回動軸を支持する回動軸支持部とを有し、
前記弁体が、前記排気通路を閉塞する本体部と、前記本体部から前記回動軸に沿うように屈曲して、前記回動軸に回転自在に支持された回動部と、前記回動部から前記流体の流通方向下流側に向けて突出して、前記ねじりコイルばねに前記流体が直接当たらないよう遮蔽する遮蔽部と、前記遮蔽部のねじりコイルばね側の部分に設けられて、前記第２のアーム部を支持する第２のアーム支持部とを有することを特徴とする可変バルブ機構。
【請求項２】
前記ねじりコイルばねが、前記流体通路を形成する流体通路形成部材から外方へ離れた位置に配置されたことを特徴とする請求項１に記載の可変バルブ機構。
【請求項３】
前記遮蔽部の前記流体通路に直交する横幅が、前記ねじりコイルばねの全長よりも大きく形成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の可変バルブ機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可変バルブ機構に関し、特に、流体通路内の流体の流動に応じて流体通路の開度の変化が可能な可変バルブ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の可変バルブ機構として、支点軸と、この支点軸の廻りに揺動可能に支持された弁体と、この弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材としてのねじりコイルばねを有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この可変バルブ機構においては、ねじりコイルばねが、弁体側作用点と固定側作用点との間での伸張方向の付勢力により、弁体を閉弁方向に付勢するようにしている。また、固定側作用点は、開口に対して弁体と反対側に設けられるとともに、ねじりコイルばねによる弁体の支点軸廻りのモーメントが弁体の開度増加により減少する位置に固定側作用点を設けている。
【０００３】
この構成により、弁体の開度が大きくなるに応じてねじりコイルばねによる弁体の閉弁方向への付勢力が小さくなり、回動トルクが下がる非線形のバルブ機構となっている。
その結果、排気ガスの流動による圧力が高まると徐々に開き易くなり、内燃機関の中・高速回転における排気ガスの背圧の上昇を抑制でき、出力を向上させることができる。
また、ねじりコイルばねが開口に対して弁体の裏側に配置されているので、ねじりコイルばねが、高温の排気ガスの流動に晒され難くなり、ねじりコイルばねの劣化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−００３８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述のような従来の可変バルブ機構においては、ねじりコイルばねが開口に対して弁体の裏側に配置されているので、排気ガスの流動に晒され難くなっているものの、排気ガス対策として不十分であった。すなわち、従来の可変バルブ機構においては、弁体が開かれた際、開口を勢いよく流動する排気ガスが、弁体の後方のねじりコイルばねに回り込んでしまうという、いわゆる回折により排気ガスの流動が、直接ねじりコイルばねに当たってしまうという問題があった。
【０００６】
また、弁体の裏側のねじりコイルばねに対して昇温された弁体からの輻射熱が伝わってしまうという問題があった。また、ねじりコイルばねの弁体に支持されているアーム部から熱伝導により熱が直接ねじりコイルばねに伝わってしまうという問題があった。このように、輻射熱や熱伝導により、弁体の熱がねじりコイルばねに伝達されてしまうと、ねじりコイルばねが劣化してしまうという熱害が発生するおそれがあった。
【０００７】
本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、弁体が開かれた際、排気ガスの流動がねじりコイルばねに当たることを防止するとともに、高温の排気ガスによる熱害を受けることがない可変バルブ機構を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る可変バルブ機構は、上記課題を解決するため、（１）ねじりコイルばねと、前記ねじりコイルばねの付勢力により流体通路を閉状態とする弁体と、前記ねじりコイルばねおよび前記弁体を支持する支持部材とを有し、前記流体通路内を流動する流体の圧力で前記弁体が前記付勢力に抗して回動することにより前記流体通路の開状態が変化する可変バルブ機構において、前記弁体を回動自在に支持する回動軸を備え、前記ねじりコイルばねが、第１アーム部および第２アーム部とを有し、前記支持部材が、前記第１アーム部を支持する第１アーム支持部と、前記回動軸を支持する回動軸支持部とを有し、前記弁体が、前記排気通路を閉塞する本体部と、前記本体部から前記回動軸に沿うように屈曲して、前記回動軸に回転自在に支持された回動部と、前記回動部から前記流体の流通方向下流側に向けて突出して、前記ねじりコイルばねに前記流体が直接当たらないよう遮蔽する遮蔽部と、前記遮蔽部のねじりコイルばね側の部分に設けられて、前記第２のアーム部を支持する第２のアーム支持部とを有することを特徴とする。
【０００９】
この構成により、本発明に係る可変バルブ機構は、弁体の開度が大きくなるほど開き易くなり、スムーズに開くことができる。また、弁体の最大開度で、ねじりコイルばねの復元力（Ｎ）を弁体に作用させることができ、弁体の自重による開方向の力に抗してスムーズに弁体を閉方向に回動させることができる。
また、弁体には、遮蔽部が設けられているので、例えば、弁体の開度が全開時においても、流体通路内を流動する排気ガスの回折により直接排気ガスがねじりコイルばねに当たることはなく、ねじりコイルばねの排気ガスによる劣化を著しく抑制することができる。
【００１０】
上記（１）に記載の可変バルブ機構において、好ましくは、（２）前記ねじりコイルばねが、前記流体通路を形成する流体通路形成部材から外方へ離れた位置に配置されたことを特徴とする。
【００１１】
この構成により、ねじりコイルばねは、流体通路形成部材の内壁面から放射外方に離隔した位置に配置されているので、弁体の開度が全開時においても、より確実に排気ガスの流動に晒されることがなくなる。
【００１２】
上記（１）または（２）に記載の可変バルブ機構において、好ましくは、（３）前記遮蔽部の前記流体通路に直交する横幅が、前記ねじりコイルばねの全長よりも大きく形成されたことを特徴とする。
【００１３】
この構成により、この遮蔽部がねじりコイルばねと流体通路形成部材との間に位置しているので、弁体の裏側のねじりコイルばねに対して昇温された弁体からの輻射熱が伝わってしまうという従来の問題が解消される。また、遮蔽部が弁体の本体部から折れ曲がって形成されることになり、弁体の本体部から離隔しているので、従来の構造のように、ねじりコイルばねの弁体の本体に直接支持されているアーム部から熱伝導により熱が直接ねじりコイルばねに伝わってしまうという問題も解消される。
また、遮蔽部の横幅が、ねじりコイルばねの全長よりも大きく形成されているので、より確実に排気ガスの流動に晒されることがなくなる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、弁体が開かれた際、排気ガスの流動がねじりコイルばねに当たることを防止するとともに、高温の排気ガスによる熱害を受けることがない可変バルブ機構を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る可変バルブ機構の実施形態を示す図であり、内燃機関の排気系の構成を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る可変バルブ機構の実施形態を示す図であり、一部を断面で示すマフラの斜視図である。
【図３】本発明に係る可変バルブ機構の実施形態を示す図であり、上流側から見たマフラの側面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面を示すマフラの断面図である。
【図５】本発明に係る可変バルブ機構の実施形態を示す図であり、可変バルブ機構の正面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面を示す可変バルブ機構の断面図である。
【図７】本発明に係る可変バルブ機構の実施形態を示す図であり、（ａ）は支持部材の正面図を示し、（ｂ）は支持部材の側面図を示す。
【図８】本発明に係る可変バルブ機構の実施形態を示す図であり、弁体が排気ガスの流動を遮蔽した状態にあるときの可変バルブ機構の断面図である。
【図９】本発明に係る可変バルブ機構の実施形態を示す図であり、バルブ開度とバルブ開方向の付勢力との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明に係る可変バルブ機構の実施形態を示すマフラの断面図であり、（ａ）は、可変バルブ機構が閉状態のときの排気ガスの流動を示し、（ｂ）は、可変バルブ機構が開状態のときの排気ガスの流動を示す。
【図１１】本発明に係る可変バルブ機構の実施形態の変形例を示す図であり、可変バルブ機構の正面図である。
【図１２】図１１のＣ−Ｃ断面を示す可変バルブ機構の断面図である。
【図１３】本発明に係る可変バルブ機構の実施形態の変形例を示す図であり、他の構造を有するマフラの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る可変バルブ機構の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１７】
本発明に係る可変バルブ機構は、実施形態に係る排気装置２０のマフラ３０を構成している。まず、排気装置２０の構成を説明する。
実施形態に係る排気装置２０は、図１に示すように、直列４気筒の内燃機関としてのエンジン１０に接続されており、エンジン１０から排出される排気ガスを浄化するとともに、排気音の発生を抑制し排気ガスを大気に排出するよう構成されている。なお、本実施形態における排気ガスは、本発明の可変バルブ機構に係る流体を構成している。
【００１８】
エンジン１０は、車両を駆動するエンジン本体１１と、エンジン本体１１から排出される排気ガスを流通させる排気マニホールド１２とを有している。なお、エンジン１０は、直列４気筒に限らず、直列３気筒または直列５気筒以上であってもよく、左右に分割されたそれぞれのバンクに３気筒以上の気筒を有するＶ型エンジンであってもよい。
【００１９】
排気マニホールド１２は、エンジン本体１１の第１気筒から第４気筒にそれぞれ連通する排気ポートにそれぞれ接続される４つの排気枝管１２ａと、排気枝管１２ａの下流側を集合させる排気集合管１２ｂとから構成されている。このエンジン１０の各気筒から排気される排気ガスは、排気枝管１２ａを介して排気集合管１２ｂに導入されるようになっている。
【００２０】
排気装置２０は、触媒コンバータ２１と、自在継手２２を介して触媒コンバータ２１に連結されたフロントパイプ２３と、自在継手２４を介してフロントパイプ２３に連結されたセンターパイプ２５と、センターパイプ２５と接続されたマフラ３０とを備えている。この排気装置２０は、車両の床下に弾性的に垂下されるようにしてエンジン１０の下流側に設置されている。なお、上流側とは、エンジン１０から排出される排気ガスの排気方向における上流側を示し、下流側とは、この排気ガスの排気方向における下流側を示している。
【００２１】
触媒コンバータ２１は、ハニカム基材や粒状の活性アルミナ製担体に白金、パラジウム等の触媒を付着させたものからなり、本体ケースに収納されている。この触媒コンバータ２１の上流端は、排気集合管１２ｂの下流端に接続されており、排気集合管１２ｂから流入する排気ガス中のＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化を行うようになっている。
【００２２】
フロントパイプ２３は、円筒状に形成されており、上流端で触媒コンバータ２１の排気ガス流出口と連通し触媒コンバータ２１から流出する排気ガスを上流端から下流端に流通させる排気通路２３ａを有している。センターパイプ２５も、フロントパイプ２３と同様、流体通路としての排気通路２５ａを有しており、フロントパイプ２３から流出する排気ガスを上流端から下流端に流通させるようになっている。センターパイプ２５の下流端は、マフラ３０のインレットパイプ部２５Ａを構成しており、インレットパイプ部２５Ａから排気ガスがマフラ３０内に流入するようになっている。なお、実施形態のインレットパイプ部２５Ａは、本発明の可変バルブ機構に係る流体通路形成部材を構成している。
【００２３】
図２〜図４に示すように、マフラ３０は、マフラ本体３１と、セパレータ３２、３３と、前述のインレットパイプ部２５Ａと、アウトレットパイプ３４と、可変バルブ機構３５とを含んで構成されている。インレットパイプ部２５Ａからマフラ本体３１に流入した排気ガスは、アウトレットパイプ３４から排出されるようになっており、マフラ本体３１内で排気音が消音されるようになっている。
【００２４】
マフラ本体３１は、円筒状に形成されたアウタシェル４１と、アウタシェル４１の両端を閉塞し内部空間を画成するエンドプレート４２、４３とを含んで構成されている。このエンドプレート４２、４３はそれぞれアウタシェル４１にかしめ構造などの固定手段により固定され、内部空間から外部に排気ガスが漏出しないようになっている。
このエンドプレート４２とエンドプレート４３との間には、セパレータ３２が介装されるとともに、セパレータ３２とエンドプレート４３との間には、セパレータ３３が介装されている。
【００２５】
セパレータ３２は、マフラ本体３１内の内部空間を排気方向上流側に位置する共鳴室３０Ａと、この共鳴室３０Ａの排気方向下流側に位置する拡張室３０Ｂとに区画している。
また、セパレータ３３は、マフラ本体３１内の内部空間を拡張室３０Ｂと、この拡張室３０Ｂの排気方向下流側に位置する拡張室３０Ｃとに区画している。
また、エンドプレート４２には挿通孔４２ａが形成され、セパレータ３２には挿通孔３２ａが形成され、さらにセパレータ３３には挿通孔３３ａが形成されており、これらの挿通孔４２ａ、３２ａ、３３ａにはインレットパイプ部２５Ａが挿通されている。
【００２６】
また、エンドプレート４３に挿通孔４３ａが形成され、セパレータ３３に挿通孔３３ｂが形成されており、これらの挿通孔４３ａ、３３ｂにはアウトレットパイプ３４が挿通されている。さらに、セパレータ３３には、拡張室３０Ｃと拡張室３０Ｂとを連通する連通孔３３ｃが形成されており、拡張室３０Ｃ内の排気ガスが、連通孔３３ｃを通って拡張室３０Ｂに流入する際に、さらに拡張されるようになっている。
【００２７】
インレットパイプ部２５Ａは、図４に示すように、拡張室３０Ｃ内で開口する下流開口端２５ｂを有している。この下流開口端２５ｂの上流側には、排気ガスを通す通路２５ｅが形成されており、可変バルブ機構３５が閉状態のとき、排気ガスがこの通路２５ｅから拡張室３０Ｃ内に流通するようになっている。また、インレットパイプ部２５Ａは、排気通路２５ａと共鳴室３０Ａとを連通する連通通路２５ｃが形成された連通管２５Ｂを有している。この連通管２５Ｂは、インレットパイプ部２５Ａの軸線方向に対して略直交するようインレットパイプ部２５Ａから突出し、このインレットパイプ部２５Ａの突出方向の先端部が共鳴室３０Ａ内で開口する開口端２５ｄを有している。
【００２８】
ここで、拡張室とは、一般にインレットパイプ内の流通通路の断面積（ｍｍ２）に対して比較的大きな断面積（ｍｍ２）を有し、所定の容積（ｍｍ３）を備えた空洞からなる。
この拡張室においては、排気ガスが、流通通路から拡張室内に流入する際、その体積が急激に拡張され、内燃機関の排気脈動からなる圧力変動が弱められて、排気音の音圧レベル（ｄＢ）が広い周波数帯域に亘って低減されるといういわゆる拡張効果が得られる。
【００２９】
また、共鳴室とは、一般にヘルムホルツの共鳴原理を利用して特定周波数（Ｈｚ）の排気音を共鳴させるよう、共鳴部材の内部に形成された所定の容積（ｍｍ３）を有する空洞からなる。この共鳴部材は、一般に筒部材に連通部材を介して連結されており、筒部材は気流通路を有し、連通部材は、気流通路と空洞とを連通するいわゆる首の部分からなる連通通路を有している。この構成により、特定周波数（Ｈｚ）の排気音がこの空洞内で共鳴することができる。
【００３０】
このマフラ３０においては、インレットパイプ部２５Ａの排気通路２５ａから連通通路２５ｃを経由して共鳴室３０Ａ内に排気ガスが導入されることにより、ヘルムホルツ共鳴によって特定の周波数（Ｈｚ）の排気音の音圧レベルが低減されるようになっている。すなわち、共鳴室３０Ａ内で、排気音が消音されるようになっている。
【００３１】
アウトレットパイプ３４は、拡張室３０Ｂ内で開口する上流開口端３４ａと、マフラ本体３１の外方に位置し大気中に開口する下流開口端３４ｂと、この上流開口端３４ａと下流開口端３４ｂとの間に形成された排気通路３４ｃとを有している。拡張室３０Ｂ内の排気ガスは、上流開口端３４ａから流入し排気通路３４ｃを通って下流開口端３４ｂから大気中に排出されるようになっている。
【００３２】
可変バルブ機構３５は、図５に示すように、ねじりコイルばね５１と、支持部材５２と、弁体５３と、回動軸５４とを含んで構成されている。
ねじりコイルばね５１は、金属材料を巻回して形成されたコイル部６１と、第１アーム部６２と、第２アーム部６３とを有している。これらの各構成要素は一体的に形成されている。このねじりコイルばね５１の全長は、Ｌ５１で形成されるとともに、回動軸５４の軸心からコイル部６１の端までの奥行きは、Ｄ５１で形成されている。
【００３３】
コイル部６１は、ばね用線材をコイリングすることにより形成され、所定のばね定数（Ｎ・ｍｍ／ｒａｄ）を有している。コイル部６１の使用材料径（ｍｍ）、縦弾性係数（Ｋｇｆ／ｍｍ２）、コイル中心径（ｍｍ）、有効巻数などの諸元、およびねじりコイルばね５１の全長Ｌ５１、回動軸５４の軸心からコイル部６１の端までの奥行きＤ５１はマフラ３０の種類、構造、大きさなどの諸元に基づいて適宜選択される。
【００３４】
第１アーム部６２は、コイル部６１から延在する一方端の先端部分がコイル部６１の軸線とほぼ平行になるようコイル部６１側に折れ曲がって形成されている。
第２アーム部６３も、第１アーム部６２と同様には、コイル部６１から延在する他方端の先端部分がコイル部６１の軸線とほぼ平行になるようコイル部６１側に折れ曲がって形成されている。
【００３５】
図６に示すように、ねじりコイルばね５１に荷重が負荷されていない状態で、第１アーム部６２と一点鎖線で示す第２アーム部６３とのなす角は、θ０で形成されている。ねじりコイルばね５１が組み込まれた状態では、第１アーム部６２と実線で示す第２アーム部６３とのなす角は、θ１となり、弁体５３を閉状態にする方向の付勢力が加わるようになっている。
【００３６】
支持部材５２は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、本体部７１と、回動軸支持部７２と、補強部７３と、第１アーム支持部７４と、取付部７５とを有している。これらの各構成要素は、板金のプレス加工や鍛造などの製作工程を経て一体的に形成されている。
【００３７】
本体部７１は、平坦な板状体で形成されている。回動軸支持部７２は、一端で本体部７１から屈曲して形成された一端部７２ａと、他端で、一端部７２ａと同方向に屈曲して形成された他端部７２ｂと、一端部７２ａおよび他端部７２ｂを貫通して形成された貫通孔７２ｃとを有している。
補強部７３は、回動軸支持部７２と同様に、一端で本体部７１から屈曲して形成された一端部７３ａと、他端で、一端部７３ａと同方向に屈曲して形成された他端部７３ｂとを有しており、本体部７１の剛性を高めている。
【００３８】
第１アーム支持部７４は、本体部７１の補強部７３側の端面の中央部分で、補強部７３と反対方向に湾曲して形成されている。
取付部７５は、第１アーム支持部７４の対向側で半円弧状に形成されており、図４に示すインレットパイプ部２５Ａの下流開口端２５ｂの近傍に溶接などの接合手段により接合されるようになっている。
【００３９】
弁体５３は、図５、図６に示すように、本体部８１と、回動部８２と、遮蔽部８３と、第２アーム支持部８４とを有している。本体部８１、回動部８２および遮蔽部８３は、支持部材５２と同様、板金のプレス加工や鍛造などの製作工程を経て一体的に形成されている。
本体部８１は、円盤状に形成され、インレットパイプ部２５Ａの下流開口端２５ｂで排気通路２５ａを閉塞し得るよう、排気通路２５ａよりも大きく形成されている。
【００４０】
回動部８２は、円弧状に屈曲して形成され、内側に回動軸５４が挿通されて、回動軸５４の軸心を中心として回動するようになっている。
遮蔽部８３は、本体部８１から下流開口端２５ｂよりも下流側であって、排気通路２５ａの中心方向に傾斜するように屈曲して形成されている。
【００４１】
この遮蔽部８３は、排気通路２５ａに直交する横幅が、Ｗ８４で形成されるとともに、奥行きが、Ｄ８４で形成されている。この奥行きＤ８４は、ねじりコイルばね５１の奥行きＤ５１よりも大きく形成されている。また、横幅Ｗ８４は、ねじりコイルばね５１の全長Ｌ５１よりも大きく形成されている。
これらの横幅Ｗ８４、奥行きＤ８４は、マフラ３０の種類、構造、大きさなどの諸元に基づいて適宜選択される。
【００４２】
第２アーム支持部８４は、先端が湾曲した板状体からなる別部材で形成されている。この第２アーム支持部８４は、遮蔽部８３の横幅および奥行きの中央部分で、遮蔽部８３のねじりコイルばね５１に対向する面から所定の幅で突出するよう遮蔽部８３に溶接などの接合手段により接合されている。第２アーム支持部８４を別部材で形成することにより、遮蔽部８３に孔などの貫通する部分がなくなり、確実に遮蔽効果が得られるようになっている。この第２アーム支持部８４で、ねじりコイルばね５１の第２アーム部６３を回動可能に支持している。
【００４３】
回動軸５４は、円柱状に形成され、一端で回動軸支持部７２の一端部７２ａの貫通孔７２ｃに挿入され、他端で回動軸支持部７２の他端部７２ｂの貫通孔７２ｃに挿入されて回動軸５４は、回動軸支持部７２に回動可能に支持されるようになっている。
この回動軸５４は、弁体５３の回動部８２に挿入されて弁体５３と一体化されて弁体５３とともに回動するようになっている。なお、この回動軸５４は、弁体５３の回動部８２に回動可能に挿入されて、弁体５３が回動軸５４の外周を回動するようにしてもよい。
【００４４】
この可変バルブ機構３５は、図８に示すように、矢印ａで示す排気ガスの流動による圧力（Ｐａ）に応じて開くようになっている。したがって、排気ガスの流動が大きい程、大きく開くよう開度が可変になっている。また、弁体５３の遮蔽部８３で、下流開口端２５ｂから流出する排気ガスの流動がねじりコイルばね５１に直接当たらないよう遮蔽している。
【００４５】
この弁体５３が最大開度のとき、すなわち角度θで開いた状態のとき、ねじりコイルばね５１の第２アーム部６３の軸心はＰ３からＰ４に移動する。しかしながら、移動後の軸心Ｐ４は、第１アーム部６２の軸心Ｐ１と、回動軸５４の軸心Ｐ２とを結ぶ直線Ｌよりも排気通路２５ａの下流側に位置するようになっている。弁体５３が最大開度のとき、第２アーム部６３の軸心Ｐ４が、この位置になるよう弁体５３および支持部材５２の少なくともいずれか一方に弁体５３の回動を規制するストッパを設けるようにしてもよい。他方、排気ガスの流量が最大となり流動圧力が最大となったときに、弁体５３が最大開度となるよう、ねじりコイルばね５１のばね定数などの諸元を設定するようにしてもよい。
【００４６】
この構成により、弁体５３が最大開度のとき、移動後の軸心Ｐ４が、直線Ｌを超えて回動しないので、コイル部６１の復元力（Ｎ）により、弁体５３が閉じる方向に付勢されることになり、排気ガスの流動が小さくなると弁体５３が速やかに閉じる方向に回動することになる。
【００４７】
この第２アーム部６３の軸心Ｐ３が、軸心Ｐ１を中心として回動するとともに、コイル部６１は、軸心Ｐ３の移動に伴って上方に移動するので、付勢方向が変化し、図９に示すように、弁体５３のバルブ開方向の付勢力（Ｎ）は、バルブ開度（ｄｅｇ）が大きくなるほど徐々に小さくなる。したがって、弁体５３は、従来の線形バルブと比較して、図９に描かれる非線形バルブの特性を有するので、開度が大きくなるほど開き易くなり、排気ガスの流動にしたがって速やかに開き、エンジンに対する背圧の影響を少なくすることができる。
【００４８】
次に、排気装置２０の作用について説明する。
【００４９】
まず、図１に示す排気装置２０の上流側のエンジン１０が始動されると、エンジン１０の各気筒から排気される排気ガスは、排気マニホールド１２から触媒コンバータ２１に導入され、触媒コンバータ２１によってＮＯｘの還元やＣＯ、ＨＣの酸化などの排気ガスの浄化が行われる。浄化された排気ガスは、フロントパイプ２３の排気通路２３ａおよびセンターパイプ２５の排気通路２５ａを通ってインレットパイプ部２５Ａ内に導入される。
【００５０】
インレットパイプ部２５Ａ内に導入された排気ガスの一部は、図１０（ａ）の矢印で示すように、連通通路２５ｃを通って開口端２５ｄから共鳴室３０Ａに導入される。
共鳴室３０Ａで、ヘルムホルツの共鳴により、気柱共鳴が励起される特定周波数（Ｈｚ）での共鳴が減衰されるので、排気音が消音されることになる。
連通通路２５ｃに流入しなかった排気ガスは、排気通路２５ａを流通し、可変バルブ機構３５に到達する。
【００５１】
可変バルブ機構３５は、エンジン１０の始動直後でエンジン回転数（ｒｐｍ）が比較的低回転数領域にある場合や、エンジン１０の減速時の場合には、排気通路２５ａ内を通る排気ガスの流量が比較的少ないので、排気ガスの流動の圧力（Ｐａ）が加わっても開かない。
【００５２】
その結果、排気ガスはインレットパイプ部２５Ａの通路２５ｅから拡張室３０Ｃに流入し、拡張効果によって排気音は消音される。すなわち、排気ガスが拡張室３０Ｃに流入する際、その体積が急激に拡張され、エンジン１０の排気脈動からなる圧力変動が弱められて、排気騒音の音圧レベル（ｄＢ）が広い周波数帯域に亘って低減される。したがって、この体積の拡張の割合が大きいほど排気騒音は大きく低減されることになる。
【００５３】
拡張室３０Ｃに流入した排気ガスは、さらにセパレータ３３の連通孔３３ｃを通って拡張室３０Ｂに流入し、さらに拡張効果により消音された後、アウトレットパイプ３４の上流開口端３４ａから排気通路３４ｃに流入し、下流開口端３４ｂから大気に排出される。
【００５４】
また、可変バルブ機構３５が閉状態であると、排気通路２５ａ内の排気ガスの圧力が比較的高くなるので、よりヘルムホルツの共鳴を有効に機能させることができ、消音効果が大きくなる。
【００５５】
他方、エンジン１０が加速時などの比較的高回転数領域にある場合には、排気通路２５ａ内を通る排気ガスの流量が比較的多いので、図１０（ｂ）に示すように、可変バルブ機構３５は、排気ガスの流動の圧力により回動する。その結果、排気通路２５ａは開状態となる。
【００５６】
そして、排気ガスはインレットパイプ部２５Ａの下流開口端２５ｂを通って、拡張室３０Ｃに流入する。この排気ガスは、さらにセパレータ３３の連通孔３３ｃを通って拡張室３０Ｂに流入し、アウトレットパイプ３４の上流開口端３４ａから排気通路３４ｃに流入し、下流開口端３４ｂから大気に排出される。このとき、流動する排気ガスは、可変バルブ機構３５の遮蔽部８３により、遮蔽されるので、ねじりコイルばね５１に直接当たることはない。他方、インレットパイプ部２５Ａ内に導入された排気ガスの一部は、連通通路２５ｃを通って開口端２５ｄから共鳴室３０Ａにも導入されることになる。
【００５７】
実施形態に係る排気装置２０においては、可変バルブ機構３５が前述のように構成されているので、次の効果が得られる。
【００５８】
すなわち、可変バルブ機構３５は、ねじりコイルばね５１と、支持部材５２と、弁体５３と、回動軸５４とを備えている。そして、ねじりコイルばね５１が、第１アーム部６２および第２アーム部６３とを有し、支持部材５２が、第１アーム支持部７４と、回動軸支持部７２とを有し、弁体５３が、第２アーム支持部８４を有するとともに、排気ガスのねじりコイルばね５１への回折を遮蔽する遮蔽部８３を有する構造で構成されている。
【００５９】
さらに、ねじりコイルばね５１が、インレットパイプ部２５Ａの内壁面から放射外方に離隔した位置に配置されている。また、遮蔽部８３が、ねじりコイルばね５１とインレットパイプ部２５Ａとの間に位置し、遮蔽部８３の横幅Ｗ８４が、ねじりコイルばね５１の全長Ｌ５１よりも大きく形成されている。
【００６０】
そして、弁体５３が最大開度のとき、第２アーム部６３の軸心はＰ３からＰ４に移動するが、移動後の軸心Ｐ４は、第１アーム部６２の軸心Ｐ１と、回動軸５４の軸心Ｐ２とを結ぶ直線Ｌよりも排気通路２５ａの下流側に位置するよう構成されている。
【００６１】
その結果、可変バルブ機構３５は、弁体５３の開度が大きくなるほど開き易くなり、スムーズに開くことができるという効果が得られる。また、弁体５３の最大開度で、ねじりコイルばね５１の復元力（Ｎ）を弁体５３に作用させることができ、弁体５３の自重による開方向の力に抗してスムーズに弁体５３を閉方向に回動させることができるという効果が得られる。
【００６２】
また、弁体５３には、遮蔽部８３が設けられているので、例えば、弁体５３の開度が全開時においても、排気通路２５ａ内を流動する排気ガスの回折により直接排気ガスがねじりコイルばね５１に当たることはなく、ねじりコイルばね５１の排気ガスによる劣化を著しく抑制することができるという効果が得られる。
【００６３】
また、ねじりコイルばね５１は、インレットパイプ部２５Ａの内壁面から放射外方に離隔した位置に配置されているので、弁体５３の開度が全開時においても、より確実に排気ガスの流動に晒されることはないという効果が得られる。
【００６４】
また、この遮蔽部８３がねじりコイルばね５１とインレットパイプ部２５Ａとの間に位置しているので、弁体５３の裏側のねじりコイルばね５１に対して昇温された弁体からの輻射熱が伝わってしまうという従来の問題が解消されるという効果が得られる。また、遮蔽部８３が、弁体５３の本体部７１から折れ曲がって形成されており、本体部７１から離隔しているので、従来の構造のように、ねじりコイルばねの弁体の本体に直接支持されているアーム部から熱伝導により熱が直接ねじりコイルばねに伝わってしまうという問題も解消される。
【００６５】
また、遮蔽部８３の横幅Ｗ８４が、ねじりコイルばね５１の全長Ｌ５１よりも大きく形成されているので、ねじりコイルばね５１は、より確実に排気ガスの流動に晒されることはないという効果が得られる。
【００６６】
実施形態のマフラ３０においては、図５および図６に示すように、可変バルブ機構３５の支持部材５２をインレットパイプ部２５Ａの上方側に設けた場合について説明した。
しかしながら、可変バルブ機構３５の支持部材５２をインレットパイプ部２５Ａの上方側以外の位置に設けるようにしてもよい。
【００６７】
例えば、図１１および図１２に示すように、可変バルブ機構３５の支持部材５２をインレットパイプ部２５Ａの下方側に設けるようにしてもよく、インレットパイプ部２５Ａの左方側や右方側など、インレットパイプ部２５Ａの外周側で３６０度の任意の位置に設けるようにしてもよい。
また、例えば、マフラ３０内のセパレータ３３に形成された連通孔３３ｃを開閉するよう、セパレータ３３に設けるようにしてもよい。このように、本発明に係る可変バルブ機構は、任意の位置に設けることができ、設計の自由度が高まるという効果が得られる。
【００６８】
実施形態の可変バルブ機構３５においては、ねじりコイルばね５１を、図５に示す構造で構成した場合について説明した。しかしながら、ねじりコイルばね５１を他の構造で構成するようにしてもよい。例えば、ねじりコイルばねを２つのコイル部を要するいわゆるダブルトーションばねで構成してもよく、他の形状を有するねじりコイルばねで構成するようにしてもよい。
【００６９】
また、実施形態の可変バルブ機構３５においては、支持部材５２と、回動軸５４とを別部材の構造で構成した場合について説明した。しかしながら、これらの構成要素を別部材の構造以外の構造で構成するようにしてもよい。
例えば、支持部材５２と回動軸５４とを一体のもので構成するようにしてもよい。
【００７０】
また、実施形態のマフラ３０を、内部空間に、１個の共鳴室および２個の拡張室が形成される３室構造で構成した場合について説明した。しかしながら、それ以外の構造によりマフラを構成するようにしてもよい。例えば、図１３に示すように、マフラを２室構造で構成するようにしてもよい。
【００７１】
この２室構造のマフラ１２０は、図１３に示すように、マフラ本体９１と、セパレータ３２と、インレットパイプ９２と、アウトレットパイプ９５と、可変バルブ機構３５とを含んで構成されている。マフラ本体９１は、円筒状に形成されたアウタシェル９３と、アウタシェル９３の両端を閉塞し内部空間を画成するエンドプレート４２、４３とを含んで構成されている。このエンドプレート４２とエンドプレート４３との間には、セパレータ３２が介装されている。
【００７２】
セパレータ３２は、マフラ本体９１内の内部空間を排気方向上流側に位置する共鳴室１２０Ａと、この共鳴室１２０Ａの排気方向下流側に位置する拡張室１２０Ｂとに区画している。また、エンドプレート４２には挿通孔４２ａが形成され、セパレータ３２には挿通孔３２ａが形成され、これらの挿通孔４２ａ、３２ａにはインレットパイプ９２が挿通されている。また、エンドプレート４３に挿通孔４３ａが形成され、アウトレットパイプ９５が挿通されている。
【００７３】
インレットパイプ９２は、上流側の排気パイプと接続される上流開口端９２ａと、拡張室１２０Ｂ内で開口する下流開口端９２ｂと、この上流開口端９２ａと下流開口端９２ｂとの間に形成された排気通路９２ｃとを有している。また、インレットパイプ９２は、排気通路９２ｃと共鳴室１２０Ａとを連通する連通通路９２ｅが形成された連通管９２ｄを有しており、共鳴室１２０Ａ内で開口する開口端９２ｆを有している。
【００７４】
アウトレットパイプ９５は、拡張室１２０Ｂ内で開口する上流開口端９５ａと、マフラ本体９１の外方で大気中に開口する下流開口端９５ｂと、上流開口端９５ａから下流開口端９５ｂまで連通する流通通路９５ｃとを有している。このように、マフラ１２０が構成されているので、第１実施形態と同様に可変バルブ機構３５が作用し、エンジン１０が低回転から高回転までの全域で気柱共鳴による排気音の音圧の増大が抑制される。
【００７５】
以上説明したように、本発明によれば、可変バルブ機構の弁体が開かれた際、排気ガスの流動がねじりコイルばねに当たることが防止されるとともに、高温の排気ガスによる熱害を受けることがないので、可変バルブ機構全般に有用である。
【符号の説明】
【００７６】
１０  エンジン
１２  排気マニホールド
２０  排気装置
２３  フロントパイプ
２３ａ、２５ａ、３４ｃ、９２ｃ  排気通路（流体通路）
２５  センターパイプ
２５Ａ  インレットパイプ部（流体通路形成部材）
２５Ｂ、９２ｄ  連通管
２５ｂ、３４ｂ、９２ｂ、９５ｂ  下流開口端
２５ｃ、９２ｅ  連通通路
２５ｄ、９２ｆ  開口端
３０、１２０  マフラ
３０Ａ、１２０Ａ  共鳴室
３０Ｂ、３０Ｃ、１２０Ｂ  拡張室
３５  可変バルブ機構
５１  ねじりコイルばね
５２  支持部材
５３  弁体
５４  回動軸
６１  コイル部
６２  第１アーム部
６３  第２アーム部
７１、８１  本体部
７２  回動軸支持部
７３  補強部
７４  第１アーム支持部
７５  取付部
８２  回動部
８３  遮蔽部
８４  第２アーム支持部
Ｌ５１  全長
Ｗ８４  横幅
【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】
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