(57)【要約】      （修正有）【課題】弁部材の開き角度を一定角度に制限できるバルブ構造の大型化を抑制する。【解決手段】弁部材３８の受圧面の反対面６４から突出し、弁部材３８の開位置ＨＰでは、弁部材３８の回転軸４０に対し受圧面と反対側で排気を受ける突出部材６６を設ける。【選択図】図１
2016098700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管に設けられ、前記排気管の内部を閉塞する閉位置から、前記排気管の内部を開放する開位置へ受圧面で排気を受けて回転する弁部材と、
前記受圧面の反対面から突出し、前記弁部材の前記開位置では前記弁部材の回転軸に対し前記受圧面と反対側で前記排気を受ける突出部材と、
を有するバルブ構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バルブ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
排気管に設けられるバルブ構造として、特許文献１には、消音器のアウタシェルに設けられ、ばねによって開口部に付勢された弁体に高い排気ガス圧力が作用すると、弁体が軸を中心に回転し、開口部が開口される構造が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開平３−５１１２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
排気管の内部を弁部材の回転によって開閉するバルブ構造では、弁部材の開き角度を一定角度に制限することが望まれる。しかし、弁部材の開き角度を制限するための部材を新たに設けると、バルブ構造の大型化を招くことになり、バルブ構造の小型化には改善の余地がある。
【０００５】
本発明は上記事実を考慮し、弁部材の開き角度を一定角度に制限できるバルブ構造の大型化を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の態様では、排気管に設けられ、前記排気管の内部を閉塞する閉位置から、前記排気管の内部を開放する開位置へ受圧面で排気を受けて回転する弁部材と、前記受圧面の反対面から突出し、前記弁部材の前記開位置では前記弁部材の回転軸に対し前記受圧面と反対側で前記排気を受ける突出部材と、を有する。
【０００７】
このバルブ構造では、弁部材は、受圧面で排気を受けることで、閉位置から開位置へ回転する。
【０００８】
弁部材において、受圧面の反対面からは、突出部材が突出している。突出部材は、弁部材の開位置において、弁部材の回転軸に対し受圧面と反対側で排気を受ける。このように、弁部材の開位置では、突出部材で排気を受けることで、弁部材に対し閉位置への回転力が作用する。弁部材の回転は、開方向の回転力と閉方向の回転力とが釣り合った位置で止まる。すなわち、弁部材の開き角度を一定角度に制限できる。そして、このように弁部材の開き角度を制限するための新たな部材が不要であるので、バルブ構造の大型化を抑制できる。
【発明の効果】
【０００９】
本願は上記構成としたので、弁部材の開き角度を一定角度に制限できるバルブ構造の大型化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は第一実施形態のバルブ構造を排気管の一部と共に示す斜視図である。
【図２】図２は第一実施形態のバルブ構造を排気の流れの上流側から見た状態で排気管の一部と共に示す正面図である。
【図３】図３は第一実施形態のバルブ構造を排気管の一部と共に示す側面図である。
【図４】図４は第一実施形態のバルブ構造を弁部材の閉状態で示す図２の４−４線断面図である。
【図５】図５は第一実施形態のバルブ構造を弁部材の閉状態で示す図４と同位置の断面図である。
【図６】図６は第一実施形態において弁部材に作用する回転力と弁部材の開き角度との関係を定性的に示すグラフである。
【図７Ａ】図７Ａは第一実施形態においてリターンバネから作用する引張力を弁部材が閉位置にある状態で示す説明図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは第一実施形態においてリターンバネから作用する引張力を弁部材が閉位置と開位置の中間にある状態で示す説明図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは第一実施形態においてリターンバネから作用する引張力を弁部材が開位置にある状態で示す説明図である。
【図８】図８は排気管における排気音の音圧レベルとエンジン回転数との関係を定性的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第一実施形態のバルブ構造について、図面を参照して説明する。  
【００１２】
図１〜図３に示すように、第一実施形態のバルブ構造３２は、外筒３４に備えられる。この外筒３４としては、エンジンの排気が流れる排気管であってもよいし、たとえば、排気管が途中で分岐している場合は、分岐した部分（分岐管）であってもよい。さらに、排気管に消音器が設けられる構造では、外筒３４は、消音器の内部に設けられる管であってもよい。いずれの構造であっても、バルブ構造３２は、排気管に設けられていることになる。
【００１３】
図面において、排気の流れ方向を矢印Ｆ１で示す。単に「上流」及び「下流」というときは、それぞれ、排気の流れ方向における「上流」及び「下流」を意味する。本実施形態では、外筒３４は全体として略円筒状に形成されている。そして、排気の流れ方向は、外筒３４の軸方向と一致する。
【００１４】
図１及び図３に示すように、本実施形態の外筒３４には、軸方向の一部で、且つ周方向で対向する位置において、内側（軸方向と直交する方向）に凹む一対の凹部３６が形成されている。このような凹部３６が形成された部分では、凹部３６が形成されていない部分と比較して、外筒３４の面剛性が高い。
【００１５】
バルブ構造３２は、外筒３４の内部に配置される弁部材３８を有する。図１に示すように、弁部材３８は、凹部３６を形成した位置に設けられる。弁部材３８は、後述するように、開位置ＨＰ（図４参照）と閉位置ＴＰ（図５参照）との間を回転する。
【００１６】
弁部材３８は、開位置ＨＰでは、外筒３４の内部を閉じており、閉位置ＴＰでは、外筒３４の内部の一部を、排気が通過できるように開放する。特に、弁部材３８が閉位置ＴＰ以外にあるとき、図５における弁部材３８の一端３８Ｔと外筒３４の間には、排気の流れ方向に見て開口する範囲（上部開口範囲３４Ｈ）が生じる。この上部開口範囲３４Ｈは、弁部材３８が閉位置ＴＰから開位置ＨＰへ回転するにしたがって広くなる。
【００１７】
弁部材３８を正面から（矢印Ｆ１方向に見た）形状は、第一実施形態では、図２から分かるように、外筒３４の内部形状にあわせて略円形である。ただし、弁部材３８において、凹部３６に対応する部分は直線状に形成されており、全体として、弁部材３８は、いわゆるレーストラック形状である。
【００１８】
弁部材３８には、回転軸４０が固定されている。回転軸４０の両側部分は、外筒３４に取り付けられた軸受け４２によって、外筒３４に対し回転可能に支持されている。本実施形態では、回転軸４０は一対の凹部３６の間に架け渡されており、回転軸４０の両側部分は、凹部３６において外筒３４を貫通している。回転軸４０と軸受け４２及び外筒３４の貫通部分（貫通孔）の間にはパッキン４４が配置されており、外筒３４の内部と外部との気密性が保たれている。
【００１９】
図２、図４及び図５に示すように、弁部材３８において、上流側の面は受圧面６２である。回転軸４０の位置は、弁部材３８の外周の接線よりも内側で、且つ弁部材３８の中心点ＣＰを避けた位置である。したがって、図２から分かるように、弁部材３８は、正面から（矢印Ｆ１方向に）見たとき、中心点ＣＰを含む広面積部３８Ａと、中心を含まない狭面積部３８Ｂとに分けられる。
【００２０】
受圧面６２の広面積部３８Ａに当たった排気により、弁部材３８は開方向（矢印Ｈ１方向）の回転力を受ける。これに対し、受圧面６２の狭面積部３８Ｂに当たった排気により、弁部材３８は閉方向（矢印Ｔ１方向）の回転力を受ける。これらの回転力は回転方向としては反対方向であるが、広面積部３８Ａは狭面積部３８Ｂよりも受圧面積が広い。したがって、図６に示すように、弁部材３８には排気によって開方向の回転力ＲＦ−１が作用する。
【００２１】
本実施形態では、図４にも示すように、排気の流れ方向に沿った断面で見て、広面積部３８Ａが、流れ方向の下流側に向かって凸となるように湾曲している。
【００２２】
図１〜図３に示すように、外筒３４の外周にはブラケット４８が固着されている。ブラケット４８の先端には係止部５０が形成されている。係止部５０には、リターンバネ５２の一端（係止点ＫＰ）が係止されている。
【００２３】
回転軸４０が外筒３４及び軸受け４２から突出する部分（ブラケット４８と同じ側）には、リンク部材の一例であるリンクアーム５４が固着されている。リンクアーム５４には、係止部５６が形成されている。係止部５６には、リターンバネ５２の他端（作用点ＡＰ）が係止されている。
【００２４】
リターンバネ５２は、引張力をリンクアーム５４に作用させる引張コイルバネである。リターンバネ５２の引張力は、リンクアーム５４を介して、回転軸４０に作用する。この引張力の一部（図７Ａ〜図７Ｃに示す接線方向成分ＳＦ−Ｔ）は、弁部材３８を閉方向（矢印Ｔ１方向）に回転させる回転力ＲＦ−２（図６参照）である。
【００２５】
図３から分かるように、係止部５６は、外筒３４を側面視して、回転軸４０よりも排気の流れ方向の下流側にオフセットされている。そして、リンクアーム５４は、回転軸４０を中心として係止部５６側が回転するリンクとして機能している。
【００２６】
外筒３４の外周には、回転軸４０の上流側にストッパ片５８が取り付けられている。リンクアーム５４には、ストッパ突起６０が形成されている。ストッパ突起６０は、回転軸４０から見て径方向外側に突出している。
【００２７】
ストッパ突起６０は、弁部材３８が閉位置ＴＰ（図５参照）からさらに閉方向（矢印Ｔ１方向）に回転しようとすると、ストッパ片５８に当たって閉方向への回転を阻止する位置に形成されている。
【００２８】
弁部材３８において、受圧面６２の広面積部３８Ａの反対面６４には、突出部材６６が設けられている。本実施形態の突出部材６６は、図４及び図５に示す断面において、回転軸４０に近い側から、順に、第一接触部６６Ａ、離間部６６Ｂ及び第二接触部６６Ｃを有する。
【００２９】
突出部材６６の第一接触部６６Ａは、反対面６４に沿う形状であり、反対面６４と接触している。離間部６６Ｂは、第一接触部６６Ａの端部から弁部材３８の他端３８Ｕ側へ延びると共に、反対面６４から徐々に離間するように湾曲し、所定位置で屈曲されて反対面６４に接近する形状である。第二接触部６６Ｃは、離間部６６Ｂの端部から連続し、反対面６４に沿う形状であり、反対面６４に接触している。
【００３０】
そして、第一接触部６６Ａ及び第二接触部６６Ｃの２箇所によって、突出部材６６は弁部材３８に対し強固に固着されており、不用意なバタつきや脱落が抑制されている。また、離間部６６Ｂは弁部材３８との間に空隙ＫＧを構成しているので、この空隙ＫＧがなく、たとえば突出部材６６が空隙部分に存在する構造と比較して、軽量化が図られている。
【００３１】
突出部材６６は、弁部材３８において反対面６４に設けられているので、たとえば弁部材３８が閉位置にあるとき（図４参照）には、突出部材６６に排気は当たらない。しかし、弁部材３８が閉位置から開位置へと回転し、上部開口範囲３４Ｈに突出部材６６が位置すると、排気が突出部材６６にも当たるようになる。回転軸４０に対し受圧面６２の反対側の突出部材６６で排気を受けることで、弁部材３８には、閉方向の回転力ＲＦ−３（図６参照）が作用する。
【００３２】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３３】
図６には、回転軸４０に作用する上記の回転力ＲＦ−１、ＲＦ−２、ＲＦ−３と、回転軸４０と軸受け４２との間の摩擦力（軸摩擦抵抗力ＲＦ−４）と、が、弁部材３８の開き角度の関数として定性的に示されている。リンクアーム５４の引張力のうち、図７Ａ〜図７Ｃに示す法線方向成分ＳＦ−Ｎが大きくなると、軸摩擦抵抗力ＲＦ−４も大きくなる。
【００３４】
外筒３４内を排気が流れていない状態や、排気の流速が低い状態では、弁部材３８は、リターンバネ５２から作用する引張力の一部を閉方向の回転力ＲＦ−２として受けている。このため、弁部材３８は、図４に示すように閉位置ＴＰにある。この状態で、図１及び図３に示すように、ストッパ突起６０がストッパ片５８に当たっているので、弁部材３８は閉方向に回転することはなく、閉位置ＴＰに維持される。
【００３５】
外筒３４内の排気の流速が高くなると、弁部材３８に排気から作用する開方向の回転力ＲＦ−１が大きくなる。そして、この回転力ＲＦ−１がリターンバネ５２から作用する閉方向の回転力ＲＦ−２と軸摩擦抵抗力ＲＦ−４の和よりも大きくなると、弁部材３８は開方向へ回転する。
【００３６】
弁部材３８が開方向に回転するに従い、受圧面６２が実質的に排気を受ける面積は小さくなるので、回転力ＲＦ−１は徐々に小さくなる。
【００３７】
そして、上部開口範囲３４Ｈに突出部材６６が位置した状態では、突出部材６６に排気があたる。弁部材３８には、突出部材６６で排気を受けることで、閉方向の回転力ＲＦ−３が作用する。
【００３８】
図６のグラフから分かるように、弁部材３８の開き角度が大きくなると、軸摩擦抵抗力ＲＦ−４は大きくなるが、リターンバネ５２による閉方向の回転力ＲＦ−２は小さくなる。そして、所定の開き角度では、リターンバネ５２による閉方向の回転力ＲＦ−２と、受圧面６２に排気が当たることによる開方向の回転力ＲＦ−１と、突出部材６６の排気が当たることによる閉方向の回転力ＲＦ−３とが相殺される。具体的には、図６における「所定の最大開度」において、回転力ＲＦ−１の値Ｃと、回転力ＲＦ−２の値Ｂと、回転力ＲＦ−３の値Ａとが相殺されている。これにより、弁部材３８の開方向への回転が止まり、弁部材３８の開き角度が所定の範囲（所定の最大開度）に制限される。
【００３９】
このように、本実施形態では、弁部材３８に突出部材６６を設けることで、弁部材３８が開位置ＨＰにあるときに、弁部材３８に作用する回転力を開方向と閉方向とで釣り合うようにしている。すなわち、弁部材３８は、閉位置ＴＰに維持され、開き角度が一定角度に制限される。
【００４０】
そして、弁部材３８が閉位置ＴＰからさらに閉方向へ回転することを抑制するための部材（たとえば外筒３４側に設けるストッパや、このストッパに当たるリンクアーム側の当接部材）が不要であるので、バルブ構造３２の大型化を抑制できる。ストッパや当接部材が不要であるので、バルブ構造３２の軽量化や低コスト化にも寄与できる。
【００４１】
なお、弁部材３８の開き角度を具体的にどの程度とするかという点は、突出部材６６の形状、特に、反対面６４から突出する部分の形状により設定できる。そして、実際の開き角度は、以下の観点から設定できる。
【００４２】
図７Ａ〜図７Ｃには、リターンバネ５２からリンクアーム５４に作用する力が、弁部材３８（リンクアーム５４）の位置との関係で示されている。図７Ａは、弁部材３８が閉位置ＴＰ（図４参照）にある状態、図７Ｃは弁部材３８が開位置ＨＰ（図５参照）にある状態、図７Ｂは弁部材が閉位置ＴＰと開位置ＨＰの中間にある状態を示す。
【００４３】
弁部材３８（回転軸４０）の開方向への回転に伴い、リンクアーム５４も回転するので、作用点ＡＰは円周ＣＦ上を移動する。
【００４４】
ここで、図７Ｃに示す状態からさらに作用点ＡＰが開方向（矢印Ｈ１方向）に回転した場合を想定する。この回転により、係止点ＫＰと回転軸４０（回転中心）を結ぶ直線Ｌ１を超えてしまうと、引張力ＳＦの接線方向成分ＳＦ−Ｔが開方向に作用してしまう。したがって、作用点ＡＰが直線Ｌ１を超えないように、弁部材３８の開き角度を制限することが求められる。
【００４５】
また、図６のグラフから分かるように、軸摩擦抵抗力ＲＦ−４は、弁部材３８の開き角度の増加に伴って大きくなる。そして、閉方向の回転力ＲＦ−２と回転力ＲＦ−３の和よりも軸摩擦抵抗力ＲＦ−４が大きくなると、弁部材３８を閉方向に回転させることが難しくなる。本実施形態では、この観点からも、軸摩擦抵抗力ＲＦ−４が過度に大きくならない範囲に、弁部材３８の開き角度を制限することが求められる。
【００４６】
本実施形態では、上記の観点から、弁部材３８の実際の開き角度（所定の最大開度）を設定することができる。
【００４７】
本実施形態では、弁部材３８の開き角度を制限する（所定の最大開度に維持する）ために、弁部材３８の受圧面６２側と反対面６４側の双方で、排気から作用する力（回転力）を利用している。したがって、たとえば、排気の流れに変動（脈動）が生じた場合に、受圧面６２側に作用する回転力ＲＦ−１が増加すると、反対面６４側（突出部材６６）に作用する回転力ＲＦ−３も増加する。同様に、受圧面６２側に作用する回転力ＲＦ−１が減少すると、反対面６４側（突出部材６６）に作用する回転力ＲＦ−３も減少する。すなわち、排気の流れの変動に伴う弁部材３８の振動（開閉振動）を抑制できる。これにより、弁部材３８の振動に伴う音（変動音）や、気流の乱れによって生じる音（気流音）を低減できる。
【００４８】
また、本実施形態では、弁部材３８の開き角度を所定角度に制限するためストッパを用いていないので、弁部材３８が開位置ＨＰの付近で振動することによるストッパと当接部材との接触音（打音）が発生しない。
【００４９】
そして、本実施形態ではこのように、弁部材３８の振動を抑制したことと、及び、ストッパを用いないことにより、排気管から生じる音（排気音）を低減できる。
【００５０】
一例として、図８には、本実施形態と第一比較例における、エンジン回転数と排気音の音圧レベルとの関係が定性的に示されている。第一比較例は、本実施形態の突出部材６６を有さず、ストッパにより、弁部材の開き角度を制限するバルブ構造である。図８において、実線が本実施形態、破線が第一比較例に対応する。
【００５１】
本実施形態では、第一比較例よりも、排気音を抑制する効果が高いことが分かる。特に、本実施形態では、エンジン回転数が４０００〜６０００ｒｐｍの範囲で、音圧レベルが第一比較例よりも低くなっている。
【００５２】
なお、上記では、弁部材として、広面積部３８Ａが、流れ方向の下流側に向かって凸となるように湾曲している形状の弁部材３８を挙げているが、弁部材の形状はこれに限定されず、たとえば、広面積部３８Ａ及び狭面積部３８Ｂが共に平坦な形状の弁部材でもよい。
【００５３】
上記実施形態のように、広面積部３８Ａが、流れ方向の下流側に向かって凸に湾曲していると、弁部材３８が開位置ＨＰにある姿勢で、回転軸４０から離れた位置になるほど、排気の流れで作用する表面圧が高くなる。このため、弁部材３８に対する開方向の回転力ＲＦ−１を大きく得ることができる。
【符号の説明】
【００５４】
３２  バルブ構造
３４  外筒（排気管）
３８  弁部材
４０  回転軸
６２  受圧面
６４  反対面
６６  突出部材
【図１】
2016098700.tif 000003
【図２】
2016098700.tif 000004
【図３】
2016098700.tif 000005
【図４】
2016098700.tif 000006
【図５】
2016098700.tif 000007
【図６】
2016098700.tif 000008
【図７Ａ】
2016098700.tif 000009
【図７Ｂ】
2016098700.tif 000010
【図７Ｃ】
2016098700.tif 000011
【図８】
2016098700.tif 000012