(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたエンジン（Ｅ）の排気系（Ｅｘ）に介在されており、車両に支持される排気管（３）に設けられる排気流量制御弁であって、
排気管（３）内に設けられる排気ガス通路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開閉弁（２２）と、
開閉弁（２２）を閉じ側に付勢する弾性部材（２６）とを備え、
開閉弁（２２）に作用する排気ガス圧力の増加により、弾性部材（２６）の付勢力に抗して開閉弁（２２）を閉じ側から開き側へ切換えるようにしたものにおいて、
前記排気管（３）は、排気ガス通路を設けた内管（４）とその内管（４）を包囲する外管（５）と外管（５）の上部と内管（４）との間に形成される空間（６）を備え、
前記内管（４）は、その長手方向の中間部において、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形成されて、その上半部の一側に前記空間（６）に通じる凹み（１８）が形成され、この凹み（１８）に前記弾性部材（２６）を配置し、
前記開閉弁（２２）の弁軸（２３）を、ブッシュ（２０Ｌ，２０Ｒ）を介して前記内管（４）の上半部に揺動可能に支持し、前記弁軸（２３）に一体に形成したフランジ（２３Ｆ，２３Ｆ）を前記ブッシュ（２０Ｌ，２０Ｒ）にそれぞれ対向させ、前記弁軸（２３）が前記内管（４）に当たらないようにしたことを特徴とする、車両用エンジンの排気系における排気流量制御弁。
【請求項２】
前記弾性部材（２６）と前記開閉弁（２２）との間にリンク機構（３０）を介在させ、そのリンク機構（３０）を弾性部材（２６）と共に前記凹み（１８）に配置したことを特徴とする、前記請求項１記載の車両用エンジンの排気系における排気流量制御弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両、主として自動車に搭載されるエンジンの排気系におけ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管に設けられ、排気管内の流路断面積を小さくする閉じ側と流路断面積を大きくする開き側とに切換わる開閉弁と、その開閉弁を閉じ側へ付勢する弾性部材とを備え、開閉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開閉弁を閉じ側から開き側へ切換えるようにした排気流量制御弁は公知（後記特許文献１参照）である。
【特許文献１】米国特許第５，３５５，６７３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、前記特許文献１に開示されるものは、弾性部材、および弾性部材と開閉弁との間に介在するリンク機構を、排気管とこれを包囲する外管との間に配置して、弾性部材やリンク機構が直接排気ガスに曝されることによる熱害や、車両走行時の飛石などによる流量制御弁の損傷を防止するようにしている。
【０００４】
しかしながら、このものでは弾性部材やリンク機構を外管の側部と排気管との間に形成される比較的狭い空間に配置しているため、外管が地面や縁石などに強く接地して、外管の損傷がその側部にも及んだ場合には、弾性部材やリンク機構も損傷を受けるという問題があり、また、車両の走行中に飛散した飛石などが外管に衝突して、外管の損傷がその側部に及んだ場合にも弾性部材やリンク機構も損傷を受けるという問題もある。
【０００５】
本発明はかかる実情に鑑みてなされたもので、前記問題をすべて解決できるようにした新規な車両用エンジンの排気系における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】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、車両に搭載されたエンジンの排気系に介在されており、車両に支持される排気管に設けられる排気流量制御弁であって、排気管内に設けられる排気ガス通路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開閉弁と、開閉弁を閉じ側に付勢する弾性部材とを備え、開閉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開閉弁を閉じ側から開き側へ切換えるようにしたものにおいて、  前記排気管は、排気ガス通路を設けた内管とその内管を包囲する外管と外管の上部と内管との間に形成される空間を備え、
前記内管は、その長手方向の中間部において、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形成されて、その上半部の一側に前記空間に通じる凹みが形成され、この凹みに前記弾性部材を配置し、
前記開閉弁の弁軸を、ブッシュを介して前記内管の上半部に揺動可能に支持し、前記弁軸に一体に形成したフランジを前記ブッシュにそれぞれ対向させ、前記弁軸および開閉弁が前記内管に当たらないようにした、ことを特徴としている。
【０００７】
また、上記目的を達成するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１記載のものにおいて、前記弾性部材と前記開閉弁との間にリンク機構を介在させ、そのリンク機構を弾性部材と共に前記空間に配置したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１、２記載の発明によれば、排気管が地面や縁石などに強く接地した場合でも変形、損傷し難い外管の上部と、その内管との間に形成される凹みに弾性部材あるいは弾性部材およびリンク機構を配置したので、前記接地による弾性部材あるいは弾性部材およびリンク機構の損傷を前記従来のものに比べてより確実に防止できる。また、外管の上部は外管の側方に比べて飛石などの外乱を受けにくいので、外乱による損傷も一層確実に防止できる。
【０００９】
また、弾性部材あるいは弾性部材およびリンク機構が外管の上部に配置されるので、排気ガス中に含まれる水蒸気が凝縮して内管内に溜まっている凝縮水が、内管と外管との間の空間に侵入してその空間内に滞留し、その状態で凍結した場合でも、その凍結水が排気流量制御弁の作動部に及ぶことがなく、該弁の作動が阻害されない。
【００１０】
また、開閉弁の弁軸がブッシュを介して内管の上半部に揺動可能に支持され、弁軸にはフランジが一体に形成され、これらのフランジをブッシュにそれぞれ対向させて、弁軸および開閉弁の軸方向の位置決めをすることができる。また、ブッシュは、開閉弁および弁軸が内管に当たらないようにしているので、開閉弁の開閉動作時に、異音が発生することを回避することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
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。
【００１２】
図１〜６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（開閉弁の正面図）である。
【００１３】
図１において、自動車に搭載されるエンジンＥの排気ポートに接続されて、車両に支持される排気系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を設けた排気管３、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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、空間６に通じる凹み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、開閉弁２２に溶接される弁軸２３が回転自在に貫通される。前記開閉弁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、この開閉弁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、前記開閉弁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開閉弁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、開閉弁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、開閉弁２２の開閉動作時に、異音が発生することが回避される。
【００１８】
図５、６に示すように、開閉弁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、この開閉弁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、その揺動先端部は開閉弁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。
【００１９】
図２、５、６に示すように、開閉弁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開閉弁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、開閉弁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、後に述べるように開閉弁の振動防止作用の外に開閉弁２２と協働して開閉弁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。
【００２０】
図２〜５に示すように、内管４の上部に形成した空間６の凹み１８には、前記開閉弁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が溶接されている。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のばね特性が変えられるようにしてある。また、ねじりコイルばね２６の固定側アーム２６ｂは、リンク機構３０を介して前記開閉弁２２に連結されている。前記リンク機構３０は、前記空間６の凹み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。
【００２１】
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を取付けた開閉弁２２を閉じ側へ付勢し、該開閉弁２２を閉じ側へ切換えるようにしている。そして、開閉弁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、開閉弁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、開閉弁２２は所定の開度に安定よく維持され、その開閉弁２２が排気圧力変動をうけてばたつくことがない。
【００２２】
つぎに、この実施例の作用について説明する。
【００２３】
図１に示すように、排気系Ｅｘに接続される排気管３は、その長手方向が自動車の前後方向に沿うようにして車両に支持されており、この支持状態でねじりコイルばね２６およびリンク機構３０は、外管５の上部と内管４との間に形成される空間６に配置される。
【００２４】
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。
【００２５】
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、開閉弁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。
【００２６】
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、開閉弁２２を弾性部材すなわちねじりコイルばね２６の弾発力に抗して開閉弁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。
【００２７】
ところで、排気管３が、地面の隆起部や縁石などに強く接地した場合に、前記開閉弁２２の作動部である、ねじりコイルばね２６およびリンク機構３０は排気管３の外管５の上部と内管４との間に形成される空間６に配置されているので、排気管３の前記接地により外管５の下部が変形することがあっても、前記ねじりコイルばね２６やリンク機構３０が損傷することがなく、開閉弁２２が作動不良を生起することがない。また、車両の走行により、飛石などが排気管３の下部に衝突することがあっても、ねじりコイルばね２６やリンク機構３０を損傷することがない。
【００２８】
また、排気ガス中に含まれる水蒸気が凝縮して、これが内管４内に凝縮水として溜まり、この凝縮水が、内管４の熱延びを吸収する吸収部材であるステンレスメッシュリング１５や２分割構造の内管４の溶接１７部などを通して、内管４と外管５との間の空間６に侵入して、その下部に溜まり凍結することがあっても、その凍結水が、ねじりコイルばね２６やリンク機構３０に付着することが防止されて、開閉弁２２の作動を阻害することがない。
【００２９】
なお、エンジンＥの低速運転域において、開閉弁２２が開いたときに従来の開閉弁では開閉弁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、開閉弁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、開閉弁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により開閉弁２２の振動を低減しながら、開閉弁２２の揺動主体部２２Ｍの揺動先端部の厚さを実質的に増加させることができ、開閉弁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、開閉弁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を開閉弁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。
【００３０】
また、この実施例のものでは、開閉弁２２に切り欠き２２Ｃを形成すると共に内管４の上部ににその切り欠き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、開閉弁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と開閉弁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、開閉弁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、小型化が可能になる。
【００３１】
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。
【００３２】
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、排気管３は断面円形に形成されるが、これを断面楕円形その他の形状に形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【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（開閉弁の正面図）
【符号の説明】
【００３４】
３・・・・・・・・・排気管
４・・・・・・・・・内管
５・・・・・・・・・外管
６・・・・・・・・・空間
１８・・・・・・・・・凹み
２０Ｌ・・・・・・・・ブッシュ（左ブッシュ）
２０Ｒ・・・・・・・・ブッシュ（右ブッシュ）
２２・・・・・・・・・開閉弁
２３・・・・・・・・・弁軸
２３Ｆ・・・・・・・・フランジ
２６・・・・・・・・・弾性部材（ねじりコイルばね）
３０・・・・・・・・・リンク機構
Ｅ・・・・・・・・・・エンジン
Ｅｘ・・・・・・・・・排気系
【図１】
0004711840.tif 000002
【図２】
0004711840.tif 000003
【図３】
0004711840.tif 000004
【図４】
0004711840.tif 000005
【図５】
0004711840.tif 000006
【図６】
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