(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（Ｅ）の排気系（Ｅｘ）に設けられて、
排気ガスが通る排気通路に揺動可能に支持され、排気通路の内周面との間に形成される排気ガスの流路断面積を小さくする閉じ側とその流路断面積を大きくする開き側とに切換わるバタフライ弁（２２）と、
前記バタフライ弁（２２）を閉じ側へ付勢する弾性部材（２６）とを備え、
バタフライ弁（２２）に作用する排気ガス圧力の増加により、弾性部材（２６）の付勢力に抗してバタフライ弁（２２）を閉じ側から開き側へ切換える排気流量制御弁において、
前記バタフライ弁（２２）の揺動主体部（２２Ｍ）の排気ガスの流れ方向下流側の面には、錘（４０）が取付けられ、この錘（４０）は、平坦な板状に形成されると共にその外周輪郭が前記揺動主体部（２２Ｍ）の外周輪郭と合うようにされていて、その上縁は、バタフライ弁（２２）の、揺動支持部（２２Ｓ）と揺動主体部（２２Ｍ）の境界部分に位置していることを特徴とする、排気流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気ガスが通る排気管に設けられる排気流量制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの排気ガスが通る排気通路に、弾性部材により閉じ側へ付勢されるバタフライ弁を設け、排気ガス圧力の作用により、このバタフライ弁が弾性部材の付勢力に抗して開き側へ切換わるようにして、排気通路を遮断・連通したり、あるいはその流路断面積を増減させて、エンジンの低負荷時の消音効果を向上させつつ、エンジンの高負荷時の出力低下を防止するよにしたものは公知（後記特許文献１参照）であり、また、この種のバタフライ弁は排気ガス圧力の脈動により振動して異音を生じることがあるため、この振動を緩和すべく、バタフライ弁に錘を付加するようにしたものも公知（後記特許文献２参照）である。
【特許文献１】米国特許第５，３５５，６７３号公明細書
【特許文献１】特開２００２−２３５５３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、排気通路の内周面とバタフライ弁の外周との間に形成される排気ガスの流通断面積をバタフライ弁の開閉により増減すべく、排気通路の途中にバタフライ弁を設置するものにおいては、排気通路の下流端部にバタフライ弁を設置する場合（たとえば、前記特許文献２に開示されるバタフライ弁）とは異なり、図８に示すように、バタフライ弁が開いたときに、バタフライ弁の背面（排気ガスの流れ方向下流側の面）に排気ガスがループ状に回り込む乱流を生じ易く、この乱流は排気ガスの流量を減少させて背圧を増加させることから、エンジンの出力低下を招く原因となるという問題がある。
【０００４】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたもので、バタフライ弁に取付けられる錘を利用して前記乱流の発生を可及的に低減して、エンジン出力の低下を防止するようにした、新規な排気流量制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、エンジンの排気系に設けられて、排気ガスが通る排気通路に揺動可能に支持され、排気通路の内周面との間に形成される排気ガスの流路断面積を小さくする閉じ側とその流路断面積を大きくする開き側とに切換わるバタフライ弁と、前記バタフライ弁を閉じ側へ付勢する弾性部材とを備え、バタフライ弁に作用する排気ガス圧力の増加により、弾性部材の付勢力に抗してバタフライ弁を閉じ側から開き側へ切換える排気流量制御弁において、
前記バタフライ弁（２２）の揺動主体部（２２Ｍ）の排気ガスの流れ方向下流側の面には、錘（４０）が取付けられ、この錘（４０）は、平坦な板状に形成されると共にその外周輪郭が前記揺動主体部（２２Ｍ）の外周輪郭と合うようにされていて、その上縁は、バタフライ弁（２２）の、揺動支持部（２２Ｓ）と揺動主体部（２２Ｍ）の境界部分に位置していることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、バタフライ弁（２２）の揺動主体部（２２Ｍ）の排気ガスの流れ方向下流側の面には、錘（４０）が取付けられ、この錘（４０）は、平坦な板状に形成されると共にその外周輪郭が前記揺動主体部（２２Ｍ）の外周輪郭と合うようにされていて、その上縁は、バタフライ弁（２２）の、揺動支持部（２２Ｓ）と揺動主体部（２２Ｍ）の境界部分に位置しているので、排気通路内周面との間で排気ガス流路を形成するバタフライ弁の揺動先端部を含む揺動主体部（２２Ｍ）の厚さが実質的に増えて、該揺動主体部（２２Ｍ）を流れる排気ガスに整流作用を生じさせる。これにより、バタフライ弁の背面（排気ガスの流れ方向下流側の面）に回り込む乱流が低減され、排気ガス流量の減少による背圧増加とそれに起因するエンジン出力の低下が防止される。
【０００７】
錘をバタフライ弁の排気ガスの流れ方向下流側の面に取付けたので、排気通路を流れる排気ガスが直接錘の取付け部に噴射されることがない。したがって、錘を排気ガスの流れ方向上流側の面に溶接にて取付けた場合などに生じ易い溶接剥がれが防止される。
【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、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて具体的に説明する。
【０００９】
図１〜７を参照して本発明の実施例について説明するに、この実施例は、本発明排気流量制御弁を自動車用エンジンの排気系に実施した場合であり、図１は、本発明排気流量制御弁を備えたエンジンの排気系の全体側面図、図２は、図１の２矢視の仮想線囲い部分の要部破断拡大図、図３は、図２の３矢視の要部破断図、図４は、排気流量制御弁の斜視図、図５は、図２の５−５線に沿う拡大断面図、図６は、図２の６−６線に沿う拡大断面図（バタフライ弁の正面図）、図７は、バタフライ弁を流れる排気ガスの流れ状態を示す図である。
【００１０】
図１において、エンジンＥの排気ポートに接続される排気系Ｅｘは自動車の前後方向に沿って延びており、その上流側から下流側に沿って直下型排気触媒Ｃ、本発明にかかる排気流量制御弁Ｖ、一次消音器（プリチャンバ）Ｍ１および二次消音器Ｍ２が順次に接続される。そしてエンジンＥの運転により、そこから排出された排気ガスは、直下型排気触媒Ｃにより、排気ガス中の含まれるＨＣ、ＣＯ，ＮＯｘなどの有害成分が浄化されたのち、排気流量制御弁Ｖを経て、一次および二次消音器Ｍ１、Ｍ２により、排気騒音が消音されて外部に排出される。
【００１１】
つぎに、図２〜５を参照して、本発明に従う排気流量制御弁Ｖの構成を具体的に説明する。
【００１２】
この排気流量制御弁Ｖは、直下型触媒Ｃの出口に接続される上流側排気管１の下流端と、一次消音器Ｍ１の入口に接続される下流側排気管２の上流端との間に接続される排気管３に設けられており、この排気管３は、内管４と、この内管４を環状の空間６をあけて包囲する外管５とより構成されている。外管５の上流側はコーン状に形成されていて、内管４の上流側に接合され、この接合部には、上流側接続フランジ９に結合される接続パイプ８が挿嵌され、その接合部と接続パイプ８とは、気密に溶接１０されている。また、図２、３に示すように、外管５の下流側はへら絞り加工（スピニング加工）されていて、その下流端は、下流側接続フランジ１３に結合される接続パイプ１２に溶接１４されている。内管４の下流側は、外管５の下流側にステンレスメッシュのリング１５を介してフローティング支持されており、内管４の熱延びを吸収できるようにされている。
【００１３】
前記上流側接続フランジ９は、上流側排気管１の下流側接続フランジ１ｆに複数のボルト・ナットにより一体に結合され、また前記下流側接続フランジ１３は、下流側排気管２の上流側接続フランジ２ｆに複数のボルト・ナットにより一体に結合されている。
【００１４】
図５に最も明瞭に示すように、前記内管４は、縦方向に２分割される左、右分割半体４Ｌ，４Ｒを溶接１７して構成されており、この内管４の長手方向の中間部において、その上半部の一側には、凹み１８が形成されており、これにより、内管４は、その上半部の断面積が、その下半部の断面積よりも小さくされている。内管４の、凹み１８を形成した上半部の左右対向面には、それぞれ外側に膨出する左右軸受孔１９Ｌ，１９Ｒが形成されており、これらの軸受孔１９Ｌ，１９Ｒには、ステンレスメッシュよりなる左右ブッシュ２０Ｌ，２０Ｒが同一軸線上で収容されており、これらのブッシュ２０Ｌ，２０Ｒに、バタフライ弁２２の溶接される弁軸２３が回転自在に貫通される。前記バタフライ弁２２の揺動支持部２２Ｓには、その弁幅を狭くする切り欠き２２Ｃが形成され、このバタフライ弁２２の揺動支持部２２Ｓは、断面積が小さくなった内管４の上半部に収容されていて、前記バタフライ弁２２の揺動支持部２２Ｓに溶接した前記弁軸２３が左右ブッシュ２０Ｌ，２０Ｒを介して内管４の上半部に揺動可能に支持される。弁軸２３の左右には、フランジ２３Ｆ，２３Ｆが一体に形成され、これらのフランジ２３Ｆ，２３Ｆを左右ブッシュ２０Ｌ，２０Ｒに対向させて、弁軸２３およびこれに溶接されるバタフライ弁２２の軸方向の位置決めがなされる。また、ステンレスメッシュよりなる左右ブッシュ２０Ｌ，２０Ｒは、バタフライ弁２２および弁軸２３が内管４に直接当たらないようにしているので、バタフライ弁２２の開閉動作時に、異音が発生することが回避される。
【００１５】
図５、６に示すように、バタフライ弁２２は、幅狭に形成される揺動支持部２２Ｓと、幅広に形成されて、このバタフライ弁２２の主たる部分を構成する揺動主体部２２Ｍとより構成されており、揺動支持部２２Ｓには、前述のように前記弁軸２３が溶接されて内管４に揺動可能に支持され、また、揺動主体部２２Ｍは、内管４の流路断面積の大きい内管４の下半部にあって、その揺動先端部はバタフライ弁２２の開閉に伴い、内管４内の排気通路内周面との間に形成される流路断面積を大きく変化させる部分である。
【００１６】
図２、５、６に示すように、バタフライ弁２２の揺動主体部２２Ｍの背面、すなわち排気ガスの流れ方向下流側の面には錘４０が溶接されている、この錘４０は平坦な板状に形成されると共にその外周輪郭が、揺動主体部２２Ｍの外周輪郭と合うようにされている。また、この錘４０の上縁は、平坦に形成されていてバタフライ弁２２の、揺動支持部２２Ｓと揺動主体部２２Ｍとの境界部分に位置しており、バタフライ弁２２の背面との間に段差を形成している。しかして、この錘４０は、後に述べるようにバタフライ弁の振動防止作用の外にバタフライ弁２２と協働してバタフライ弁２２の背面側に発生する排気ガスの乱流の抑制機能を有している。
【００１７】
図２〜５に示すように、内管４の上部に形成した凹み１８には、前記バタフライ弁２２を閉じ側、すなわち内管４内の排気ガスの通路面積を小さくする側に付勢する弾性部材２６が設けられる。この弾性部材２６は、この実施例では、ねじりコイルばねにより構成されており、このねじりコイルばね２６は、内管４の壁面から凹み１８に向けて片持ち状に溶接した断面Ｃ字状の支持部材２７に嵌込み支持されている。ねじりコイルばね２６は、その軸方向の一端より固定側アーム２６ａが延びており、またその他端より可動側アーム２６ｂが延びている。内管４には、固定部材２８が溶接されており、この固定部材２８は、複数（３つ）の係止部２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃが列設されて櫛歯状に形成されており、ねじりコイルばね２６の可動側アーム２６ａの一端は、それらの係止部２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃの一つに選択的に係止される。これにより、ねじりコイルばね２６のばね特性を変えられるようにしてある。また、ねじりコイルばね２６の他端は、リンク機構３０を介して前記バタフライ弁２２に連結されている。前記リンク機構３０は、前記凹み１８内に収容されるステー３１を備えており、このステー３１は、その基端にボス部３１ａを、その先端にフック部３１ｂを有しており、そのボス部３１ａが弁軸２３に嵌合、溶接され、また、そのフック部３１ｂが、前記ねじりコイルばね２６の可動側アーム２６ｂに設けた連結子３３に係脱可能に係合されている。図５に示すように、前記連結子３３は筒状のカーボンブッシュにより構成されている。
【００１８】
図２に実線で示すように、ねじりコイルばね２６の弾発力は、連結子３３をステー３１の先端のフック部３１ｂに弾発係合させ、ステー３１を時計方向（図２矢印ａ方向）へ回動させて、錘４０を取付けたバタフライ弁２２を閉じ側へ付勢し、該バタフライ弁２２を閉じ側へ切換えるようにしている。そして、バタフライ弁２２が閉じ側に切換えられた状態では、内管４内には、エンジンＥのアイドリング運転、始動運転時などの低速運転に応じた狭い排気ガスの通路断面積が形成される。また、内管４を流れる排気ガスの排気圧力が、ねじりコイルばね２６の弾発力よりも大きくなるにつれて、バタフライ弁２２は反時計方向（図２矢印ｂ）すなわち開き側へ切換られる。このとき、連結子３３は、図２鎖線に示すように、フック部３１ｂ側からボス部３１ａ側へとスライド移動する。そして、ねじりコイルばね２６の弾発力と、排気ガスの排気圧力とがバランスしたところで、バタフライ弁２２は所定の開度に安定よく維持され、そのバタフライ弁２２が排気圧力変動をうけてばたつくことがない。
【００１９】
つぎに、この実施例の作用について説明する。
【００２０】
いま、エンジンＥが運転されると、そこから排出される排気ガスは排気系Ｅｘへと流れる。排気系Ｅｘを流れる排気ガスは、直下型排気触媒Ｃへと流れ、排気ガス中の含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害成分が浄化されたのち、本発明にかかる排気流量制御弁Ｖを経て排気ガス流量が制御されたのち、一次および二次消音器Ｍ１、Ｍ２へと流れ、排気音が順次に消音されて外部に排出される。
【００２１】
ところで、エンジンＥのアイドリング運転、始動運転を含む低速運転域では、エンジンＥの燃焼圧力が低く、そこから排出される排気ガスの排気圧力も低いため、排気管３内に流入する排気ガス動圧も低く、バタフライ弁２２は、図２に実線に示すように、閉じ側に保持されていて、内管４内の排気ガス通路面積を最も絞っているので、排気エネルギを減少させて、一次消音器Ｍ１の手前にて排気騒音を予備的に消音させると共にエンジンＥの充填効率が高められる。
【００２２】
一方、  エンジンＥの燃焼が完爆状態となって、その回転数が高速運転域に達すると、その燃焼圧力も高くなり、そこから排出される排気ガスの圧力も高くなるため、内管４内に流入した排気ガス動圧は、図２に鎖線に示すように、バタフライ弁２２を弾性部材すなわちねじりコイルばね２６の弾発力に抗してバタフライ弁２２を開き側へ切換えるに至り、該排気管３内の排気通路の通路断面積を大きくし、エンジンＥの高速回転域での排気圧力損失の低減を図ることができる。
【００２３】
しかして、エンジンＥの低速運転域において、バタフライ弁２２が開いたとき（特にバタフライ弁２２が開き始めのとき）に、従来のバタフライ弁では、図８に示すように、バタフライ弁２２の背面（排気ガスの流れ方向下流側の面）に排気ガスがループ状に回り込む乱流を生じ易くなり、これに起因して排気ガスの流量を減少させて背圧を増加させ、エンジンの出力を低下させる原因となるが、この実施例のものでは、図７に示すように、バタフライ弁２２の揺動主体部２２Ｍの背面に錘４０を取付け、この錘４０の外周輪郭を、バタフライ弁２２の揺動主体部２２Ｍの外周輪郭に合わせたことにより、錘４０によりバタフライ弁２２の振動を低減しながら、バタフライ弁２２の揺動先端部を含む揺動主体部２２Ｍの厚さを実質的に増加させることができ、バタフライ弁２２の外周縁と排気通路の内周面間を流れる排気ガスに整流作用を生じさせるようになり、これにより、バタフライ弁２２の背面に回り込む乱流が減り、排気ガス流量の減少による背圧増加とこれに起因するエンジンの出力の低下が防止される。また、錘４０をバタフライ弁２２の揺動主体部２２Ｍの背面に溶接したことにより、排気ガスが直接錘４０の溶接部に噴射されることがなく、その溶接剥がれが防止される。
【００２４】
また、この実施例のものでは、バタフライ弁２２に切り欠き２２Ｃを形成すると共に内管４の上部にその切り欠き２２Ｃに合わせた凹み１８を形成し、その凹み１８と外管５との間に形成される空間に、バタフライ弁２２を閉じ方向に付勢する弾性部材２６を配置したので、その弾性部材２６や、この弾性部材２６とバタフライ弁２２を連結するリンク機構３０を配置するための空間を径方向に拡大することができ、前記弾性部材２６やリンク機構３０を径方向に対して薄型に形成するなどの制約を受けることがなくなる。したがって、バタフライ弁２２の作動特性の設定自由度が増して、排気流量制御弁Ｖの性能を大幅に向上させることができ、しかも排気管３は、その外管５の径を大きくする必要がないため、排気系Ｅｘの排気流量制御弁Ｖを設ける部分の排気構造の大型化を招くことがなく、全体として、排気系Ｅｘの軽量化、小型化を達成することができる。
【００２５】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はその実施例に限定されることなく、本発明の範囲内で種々の実施例が可能である。
【００２６】
たとえば、前記実施例では、本発明にかかる排気流量制御弁Ｖを直下型触媒Ｃと一次消音器Ｍ１との間に設けているいが、これを排気系Ｅｘの他の箇所に設けてもよい。また、前記実施例では、バタフライ弁２２に、錘４０を溶接により取付けているが、他の取付手段により取付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明排気流量制御弁を備えたエンジンの排気系の全体側面図
【図２】図１の２矢視の仮想線囲い部分の要部破断拡大図
【図３】図２の３矢視の要部破断図
【図４】排気流量制御弁の斜視図
【図５】図２の５−５線に沿う拡大断面図
【図６】図２の６−６線に沿う拡大断面図（バタフライ弁の正面図）
【図７】バタフライ弁を流れる排気ガスの流れ状態を示す図
【図８】従来のバタフライ弁を流れる排気ガスの流れ状態を示す図
【符号の説明】
【００２８】
２２・・・・・・・・・バタフライ弁
２２Ｓ・・・・・・・・揺動支持部
２２Ｍ・・・・・・・・揺動主体部
２６・・・・・・・・・弾性部材（ねじりコイルばね）
４０・・・・・・・・・錘４０
Ｅ・・・・・・・・・・エンジン
Ｅｘ・・・・・・・・・排気系
【図１】
0004711841.tif 000002
【図２】
0004711841.tif 000003
【図３】
0004711841.tif 000004
【図４】
0004711841.tif 000005
【図５】
0004711841.tif 000006
【図６】
0004711841.tif 000007
【図７】
0004711841.tif 000008
【図８】
0004711841.tif 000009