(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支点軸の廻りに揺動可能に支持された弁体に、内燃機関から排出される排気ガスの圧力を受けて、開口を開閉する開閉弁を備え、該開閉弁の開閉により、前記内燃機関の回転数に応じて排気路を変える内燃機関用マフラにおいて、
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、前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材を備え、
前記固定側作用点は、前記開口に対して前記弁体と反対側に設けられると共に、前記付勢部材による前記弁体の支点軸廻りのモーメントが前記弁体の開度増加により減少する位置に前記固定側作用点を設け、
かつ、前記付勢部材を前記開口に対して前記弁体の裏側に設けたことを特徴とする内燃機関用マフラ。
【請求項２】
前記開閉弁の前記弁体は、隔壁に形成された前記開口を開閉する円錐状の弁体であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用マフラ。
【請求項３】
前記付勢部材は、弦巻ばねであることを特徴とする請求項２記載の内燃機関用マフラ。
【請求項４】
前記開閉弁の前記弁体は、管の外周に形成された開口を塞ぐ円弧状の弁体であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関用マフラ。
【請求項５】
前記付勢部材は、コイルばねであることを特徴とする請求項４記載の内燃機関用マフラ。
【請求項６】
前記弁体側作用点、前記固定側作用点、前記支点軸が一直線上となる前に前記弁体が最大開度となることを特徴とする請求項１ないし請求項５記載の内燃機関用マフラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低回転域での静粛性と、中・高回転域での出力向上を図った内燃機関用マフラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、特開平９−１９５７４９号公報にあるように、マフラ本体内を複数の部屋に仕切る複数の隔壁を備え、そのうち、１つの隔壁に開口を形成すると共に、支点軸廻りに揺動可能に支持された弁体をばねにより開口を閉塞する方向に付勢した開閉弁を備えたものが知られている。この開閉弁は、内燃機関の回転数が低いときには閉弁して、排気騒音の低減を重視した排気路となるように構成されている。
【０００３】
また、内燃機関の回転数が増加して、排出される排気ガスの圧力が増加したときには、弁体がこの圧力の作用を受けて開弁し、背圧の上昇を防止して、内燃機関の出力が向上する排気路となるように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来のものでは、ばねの付勢力に抗して、弁体が排気ガスの圧力を受けて開弁する際に、図４に示すように、弁体の開度が増加すると支点軸廻りのモーメントもそれに比例して増加してしまう。内燃機関の回転数が増加して、排気ガスの圧力が十分に大きくならないと弁体の開度が大きくならず、内燃機関の出力の向上が十分に得られないという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、内燃機関の出力の向上を改善した内燃機関用マフラを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成すべく、本発明は課題を解決するため次の手段を取った。即ち、
支点軸の廻りに揺動可能に支持された弁体に、内燃機関から排出される排気ガスの圧力を受けて、開口を開閉する開閉弁を備え、該開閉弁の開閉により、前記内燃機関の回転数に応じて排気路を変える内燃機関用マフラにおいて、
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、前記弁体を閉弁方向に付勢する付勢部材を備え、
前記固定側作用点は、前記開口に対して前記弁体と反対側に設けられると共に、前記付勢部材による前記弁体の支点軸廻りのモーメントが前記弁体の開度増加により減少する位置に前記固定側作用点を設け、
かつ、前記付勢部材を前記開口に対して前記弁体の裏側に設けたことを特徴とする内燃機関用マフラがそれである。
【０００７】
前記開閉弁の前記弁体は、隔壁に形成された前記開口を開閉する円錐状の弁体であってもよい。その際、前記付勢部材は、弦巻ばねとするとよい。また、前記開閉弁の前記弁体は、管の外周に形成された開口を塞ぐ円弧状の弁体であってもよい。その際、前記付勢部材は、コイルばねとするとよい。更に、前記弁体側作用点、前記固定側作用点、前記支点軸が一直線上となる前に前記弁体が最大開度となるようにしてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、１は筒状のマフラ本体で、マフラ本体１の両端は、それぞれ蓋部材２，４により閉塞されている。また、マフラ本体１内は、複数の第１〜第３隔壁６，８，１０により仕切られて、複数の第１〜第４拡張室１１〜１４が形成されている。
【０００９】
図示しない内燃機関から排出される排気ガスが導入される入口管１６が、一方の蓋部材２、第１〜第３隔壁６，８，１０を貫通して、その先端は第４拡張室１４に開口されている。第１拡張室１０内の入口管１６には、複数の貫通孔１８が形成されると共に、第３拡張室１３内の入口管１６にも、複数の貫通孔２０が形成されている。
【００１０】
出口管２２は他方の蓋部材４を貫通して、第３、第２、第１隔壁１０，８，６を順次貫通して、その先端は第１拡張室１１に開口されている。第２拡張室１２内の出口管２２には、複数の貫通孔２４が形成されると共に、第３拡張室１３内の出口管２２にも、複数の貫通孔２６が形成されている。
【００１１】
第３隔壁１０には、大径孔２８が形成されて、第３拡張室１３と第４拡張室１４とが連通されている。また、第２隔壁８には、複数の小径孔３０が形成されると共に、大径孔２８と同軸上に円筒部３２が形成され、開口３４が形成されている。
【００１２】
図２に示すように、円筒部３２には、開閉弁３６が取り付けられている。開閉弁３６は、円筒部３２に挿入される円筒部３８を備えた支持部材４０を有し、支持部材４０は円筒部３８に連接したテーパ部４２を備えている。テーパ部４２の内周面にはリング状のワイヤメッシュ４４が取り付けられている。
【００１３】
開閉弁３６は、支持部材４０に設けられた支点軸４６の廻りに揺動可能に支持された弁体４８を備えている。弁体４８には、テーパ部４２側に向かって突出された円錐部５０が形成されている。弁体４８は、支点軸４６の廻りに揺動して、円錐部５０がワイヤメッシュ４４の内周面に接触して、開口３４を閉塞するように形成されている。
【００１４】
弁体４８は、付勢部材５２により、開口３４を閉塞するように付勢されている。本実施例では、付勢部材５２には、弦巻ばねが用いられており、付勢部材５２の一端は、弁体４８の先端の弁体側作用点ａに係合されると共に、付勢部材５２の他端は、支持部材４０に突設された支持部４１の固定側作用点ｂに係合されている。
【００１５】
弁体４８が揺動して、支点軸４６、弁体側作用点ａ、固定側作用点ｂが一直線上になる前に最大開度（本実施例では３５度）となるように配置されている。また、第３拡張室１３側から第２拡張室１２側に開口３４を通って排気ガスが流入する際に、付勢部材５２が直接、排気ガスに晒されないように、開口３４に対して弁体４８の裏側に配置されている。
【００１６】
図３（イ）に示すように、弁体４８が開口３４を閉塞している状態のときには、支点軸４６、弁体側作用点ａ、固定側作用点ｂにより三角形が形成され、付勢部材５２の付勢力Ｆ0 が、弁体側作用点ａと固定側作用点ｂとを通る直線上で伸張方向に作用する。この付勢力Ｆ0 による支点軸４６と弁体側作用点ａとを結ぶ線分に垂直な垂直分力ａ0 が、弁体４８の支点軸４６廻りのモーメントとして弁体４８に作用する。
【００１７】
開度１５度の場合の図３（ロ）、開度３０度の場合の図３（ハ）に示すように、弁体４８の開度が大きくなるに従って、支点軸４６と弁体側作用点ａとを結ぶ線分と、固定側作用点ｂと弁体側作用点ａとを結ぶ線分とのなす角度θが小さくなる。弁体４８の開度が大きくなるに従って付勢部材５２の付勢力Ｆ15，Ｆ30は大きくなるが（Ｆ0 ＜Ｆ15＜Ｆ30）、垂直分力ａ15，ａ30は小さくなる（ａ0 ＞ａ15＞ａ30）。
【００１８】
そして、図３（ニ）に示すように、支点軸４６、弁体側作用点ａ、固定側作用点ｂが一直線上になる前に、弁体４８が最大開度となり、垂直分力は最小となる。この際、弁体４８が図示しないストッパに突き当り、それ以上の開度とならないように規制するようにするとよい。図４に示すように、弁体４８の開度が増加するほど、支点軸４６廻りのモーメントは減少する。尚、付勢部材５２の付勢力の強さは、排気ガスの圧力に応じて実験等により適宜決定すればよい。
【００１９】
次に、前述した本第１実施例の内燃機関用マフラの作動について説明する。
まず、内燃機関の回転数が低速であるときには、内燃機関から排出される排気ガスが、入口管１６に導入され、排気ガスは、入口管１６から第４拡張室１４に流入し、大径孔２８から第３拡張室１３に流入する。更に、一部は小径孔３０から第２拡張室１２に流入し、また、入口管１６の各貫通孔１８，２０からも第１拡張室１１、第３拡張室１３に流入する。その際、拡張効果や干渉効果等により排気騒音が低減される。第１拡張室１１〜第３拡張室１３に流入した排気ガスは、貫通孔２４，２６等を介して出口管２２に流入し、出口管２２を介して外部に排出される。
【００２０】
尚、低速回転であるときには排気ガスの圧力は低く、第３拡張室１３に流入した排気ガスの圧力が、開口３４を介して弁体４８に作用するが、圧力が低く、付勢部材５２の付勢力に抗して弁体４８を揺動させることはできず、開閉弁３６は開弁しない。よって、排気ガスは、第３拡張室１３から小径孔３０を介して第２拡張室１２に導かれ、十分な排気騒音の低減が図られる。
【００２１】
一方、内燃機関の回転数が、中・高速であるときには、入口管１６から第４拡張室１４に流入し、大径孔２８から第３拡張室１３に流入する。第３拡張室１３に導かれる排気ガスの圧力は高く、弁体４８は開口３４を介して円錐部５０にこの排気ガスの圧力を受ける。よって、弁体４８は、付勢部材５２の付勢力Ｆ0 による支点軸４６廻りのモーメントに抗して支点軸４６の廻りに揺動されて、開閉弁３６が開弁する。支点軸４６廻りのモーメントは付勢部材５２の付勢力Ｆ0 による垂直分力ａ0 に比例するので、開度が大きくなるに従ってモーメントは減少する。
【００２２】
これにより、排気ガスの圧力が高くなると、この圧力を受けて、弁体４８はほぼ最大開度に開き、第３拡張室１３に導かれた排気ガスは、開口３４を通り第２拡張室１２に流入し、更に、貫通孔２４から出口管２２に排出される。従って、排気路の一部が変わって、開口３４をも通るようになるので、排気ガスの圧力上昇が抑制され、中・高速回転での内燃機関から排出される排気ガスの背圧上昇が抑制され、内燃機関の出力が向上する。
【００２３】
次に、前述した第１実施例と異なる第２実施例の内燃機関用マフラについて、図５〜図７によって説明する。
図５に示すように、１０１はマフラ本体で、マフラ本体１０１の両端は、それぞれ蓋部材１０２，１０４により閉塞されている。また、マフラ本体１内は、複数の第１、第２隔壁１０６，１０８により仕切られて、複数の第１〜第３拡張室１１１〜１１３が形成されている。
【００２４】
排気ガスが導入される入口管１１４が、一方の蓋部材１０２、第１、第２隔壁１０６，１０８を貫通して、その先端は第３拡張室１１３に開口されている。出口管１１６は他方の蓋部材を１０４を貫通して、第２、第１管壁１０８，１０６を順に貫通し、その先端は第１拡張室１１１に開口されている。
【００２５】
第１拡張室１１１内の出口管１１６には、複数の貫通孔１１８が形成されており、第３拡張室１１３内の出口管１１６には、外管１２０が被せられて、その両端は閉塞されている。そして、出口管１１６と外管１２０との間には、グラスウールを用いた吸音材１２２が充填されている。これに対応して、出口管１１６の外周には複数の貫通孔１２４が形成されている。
【００２６】
第１隔壁１０６には、複数の小径孔１２６が形成されて、第１拡張室１１１と第２拡張室１１２とが連通されている。また、第２隔壁１０８にも、複数の小径孔１２８が形成されて、第２拡張室１１２と第３拡張室１１３とが連通されている。
【００２７】
第１拡張室１１１内の入口管１１４には、開口１３０が形成されており、開口１３０に対応して開閉弁１３２が取り付けられている。開閉弁１３２は、図６に示すように、円弧状に形成されて、開口１３０を閉塞することができる弁体１３４を備えている。
【００２８】
入口管１１４の外周に取り付けられた一対の支持部材１３６，１３８に支持された支点軸１４０を介して弁体１３４が揺動可能に取り付けられている。また、一対の支持部材１３６，１３８には、支点軸１４０と平行に作用軸１４２が支持されている。
【００２９】
作用軸１４２には、ばね受け１４４が揺動可能に装着されており、ばね受け１４４と弁体１３４に立設されたばね受け部１４６との間には、圧縮コイルばねを用いた付勢部材１４８が配置されている。付勢部材１４８は、ばね受け部材１４６の弁体側作用点ａと作用軸１４２の中心の固定側作用点ｂとを結ぶ線分上で、伸張方向の付勢力Ｆ0 が作用するように配置されている。
【００３０】
前述した第１実施例の場合と同様、図７に示すように、弁体１３４が揺動して、支点軸１４０、弁体側作用点ａ、固定側作用点ｂが同一直線上になる前に最大開度（本第２実施例では２５度）となるように配置されている。また、開口１３０を介して第１拡張室１１１に排気ガスが流入する際に、付勢部材１４８が排気ガスに直接晒されないように、開口１３０に対して弁体１３４の裏側に配置されている。
【００３１】
図７（イ）に示すように、弁体１３４が開口１３０を閉塞している状態のときには、支点軸１４０、弁体側作用点ａ、固定側作用点ｂにより三角形が形成され、付勢部材１４８の付勢力Ｆ0 が、弁体側作用点ａと固定側作用点ｂとを通る直線上で作用する。この付勢力Ｆ0 による支点軸１４０と弁体側作用点ａとを結ぶ線分に垂直な垂直分力ａ0 が、弁体１３４の支点軸１４０廻りのモーメントとして作用する。
【００３２】
図７（ハ）に示すように、弁体１３４の開度が大きくなるに従って、支点軸１４０と弁体側作用点ａとを結ぶ線分と、固定側作用点ｂと弁体側作用点ａとを結ぶ線分とのなす角度θが小さくなる。弁体１３４の開度が大きくなるに従って付勢部材１４８の付勢力Ｆ10は大きくなるが（Ｆ0 ＜Ｆ10）、垂直分力ａ10は小さくなる（ａ0 ＞ａ10）。
【００３３】
そして、図７（ハ）に示すように、支点軸１４０、弁体側作用点ａ、固定側作用点ｂが同一直線上になる前に、弁体１３４が最大開度となり、垂直分力は最小となる。この際、弁体１３４が図示しないストッパに突き当たり、それ以上の開度とならないように規制するようにするとよい。
【００３４】
次に、前述した本第２実施例の内燃機関用マフラの作動について説明する。
まず、内燃機関の回転数が低速であるときには、内燃機関から排出される排気ガスが、入口管１１４に導入され、排気ガスは入口管１１４から第３拡張室１１３に流入する。小径孔１２８を介して第２拡張室１１２に流入し、更に、小径孔１２６を介して第１拡張室１１１に流入する。そして、出口管１１６の一端側の開口や貫通孔１１８から出口管１１６を介して外部に排出される。その際、拡張効果や干渉効果等により排気騒音が低減される。
【００３５】
低速回転であるときには排気ガスの圧力は低く、入口管１１４に導入される排気ガスの圧力が、開口１３０を介して弁体１３４に作用するが、付勢部材１４８の付勢力に抗して弁体１３４を揺動させることはできず、開閉弁１３２は開弁しない。よって、排気ガスは第３拡張室１１３、第２拡張室１１２、第１拡張室１１を順に通り、十分な排気騒音の低減が図られる。
【００３６】
一方、内燃機関の回転数が中・高速であるときには、入口管１１４に導入される排気ガスの圧力は高く、弁体１３４は開口１３０を介してこの排気ガスの圧力を受ける。よって、弁体１３４は、付勢部材１４８の付勢力に抗して支点軸１４０の廻りに揺動されて、開閉弁１３２が開弁する。支点軸１４０廻りのモーメントは付勢部材１４８の付勢力Ｆ0 による垂直分力ａ0 に比例するので、開度が大きくなるに従ってモーメントは減少する。
【００３７】
これにより、排気ガスの圧力が高くなると、この圧力を受けて、弁体１３４はほぼ最大開度に開き、入口管１１４に導入された排気ガスは、開口１３０をも通って第１拡張室１１１に流入する。そして、出口管１１６から外部に排出されるが、その際、貫通孔１２４、吸音材１２２の吸音効果等により、高周波の騒音が低減される。
【００３８】
従って、排気路の一部が変わって、開口１３０をも通るようになるので、排気ガスの圧力上昇が抑制され、中・高速回転での内燃機関から排出される排気ガスの背圧上昇が抑制され、内燃機関の出力が向上する。
以上本発明はこの様な実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の内燃機関用マフラは、排気ガスの圧力が高くなると、この圧力を受けて、弁体がほぼ最大開度に開き、排気路が変わって、開口を通るようになるので、排気ガスの圧力上昇が抑制され、中・高速回転での内燃機関から排出される排気ガスの背圧上昇が抑制され、内燃機関の出力が向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての内燃機関用マフラの断面図である。
【図２】図１のＡＡ断面図である。
【図３】本実施形態の開閉弁の弁体の開度と付勢部材の付勢力との関係を示す説明図である。
【図４】弁体の開度と支点軸廻りのモーメントとの関係を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の内燃機関用マフラの断面図である。
【図６】図５のＢＢ断面図である。
【図７】第２実施形態の開閉弁の弁体の開度と付勢部材の付勢力との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１，１０１…マフラ本体
２，４，１０２，１０４…蓋部材
６，１０６…第１隔壁  ８，１０８…第２隔壁
１０…第３隔壁        １１，１１１…第１拡張室
１２，１１２…第２拡張室
１３，１１３…第３拡張室
１４…第４拡張室      １６，１１４…入口管
１８，２０，２４，２６，１１８，１２４…貫通孔
２２，１１６…出口管  ２８…大径孔
３０，１２６，１２８…小径孔
３４，１３０…開口    ３６，１３２…開閉弁
４０，１３６…支持部材
４４…ワイヤメッシュ  ４６，１４０…支点軸
４８，１３４…弁体    ５０…円錐部
５２…付勢部材        １２０…外管
１２２…吸音材        １４２…作用軸
１４８…付勢部材
【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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