(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
静圧と動圧による排気ガス圧の増減に伴って開閉動作する排気ガス圧感応バルブ（Ａ）がマフラ内に設けられた自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、
前記排気ガス圧感応バルブ（Ａ）を、
一端部がマフラ内に開口し他端部が外気もしくはマフラ内に開口している排気チューブ（１９）のマフラ内開口端に配置されたバルブ本体（１）と、
前記バルブ本体（１）を開閉回動可能に支持するバルブ軸（２）とを備え、
前記バルブ本体（１）の重力作用点（Ｇ）を、バルブ閉方向モーメントが得られるように排気ガス圧感応バルブ（Ａ）の閉状態において、バルブ軸（２）よりガス流の流線方向に離れた位置に設定し、且つ、前記排気チューブ（１９）のマフラ内開口端にバルブ本体（１）を傾斜配置させて前記バルブ軸（２）を重力作用点（Ｇ）より下方位置にオフセットすることで、バルブ本体（１）に作用する排気ガス圧作用中心点（Ｐ）を、排気ガス圧によりバルブ開方向モーメントが得られる位置に設定したことを特徴とする自動車用バルブ内蔵排気マフラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静圧と動圧による排気ガス圧の増減に伴って開閉動作する排気ガス圧感応バルブがマフラ内に設けられた自動車用バルブ内蔵排気マフラの技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マフラ内に、高エンジン回転時の低圧力損失かと低エンジン回転時の消音量向上を目的として切り替えバルブが設置される事例が増えている（特開平２−８１９１１号公報等参照）。
【０００３】
このバルブは、低エンジン回転時は閉状態となり、マフラ内を排気ガスが最適に循環し大きな消音量を得るが、エンジン回転が上昇するに従いバルブ前室の圧力が上昇し、バルブ開動作となり、低圧力損失となる。
【０００４】
通常、バルブは、図７に示すように、マフラ内チューブの後端部（排気ガス流れの下流部）に取り付けられ、バルブ前室の圧力を一定に保つように開動作している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のバルブ内蔵排気マフラにあっては、下記の問題を有する。
【０００６】
(1) バルブ閉状態を作るため、バネを用いているが、バネの特性上、温度変化に対してバネ力が変化してしまう。
【０００７】
(2) バルブ前室の圧力を一定に保つように開動作するものであり、バルブ閉時に大きな消音量が得られ、その後、バルブ開度が大きくなるに従って圧力損失が徐々に小さくなっていく制御となる。
【０００８】
大きな消音量が得られるバルブ閉状態から一気にバルブ全開とし高い加速性を得たいという要求に応えることができない。
【０００９】
(3) バネ力や軸受けロスによりバルブが開き始めるエンジン回転数等に大きなバラツキが出る。
【００１０】
本発明の課題とするところは、バルブ開動作タイミングをバラツキや温度変化に影響されず安定して得ると共に高応答のバルブ開閉動作による消音モード切り替えを達成する自動車用バルブ内蔵排気マフラを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、静圧と動圧による排気ガス圧の増減に伴って開閉動作する排気ガス圧感応バルブ（Ａ）がマフラ内に設けられた自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、
前記排気ガス圧感応バルブを、
一端部がマフラ内に開口し他端部が外気もしくはマフラ内に開口している排気チューブのマフラ内開口端に配置されたバルブ本体と
前記バルブ本体を開閉回動可能に支持するバルブ軸とを備え、
前記バルブ本体の重力作用点を、バルブ閉方向モーメントが得られるように排気ガス圧感応バルブの閉状態において、バルブ軸よりガス流の流線方向に離れた位置に設定し、且つ、前記排気チューブのマフラ内開口端にバルブ本体を傾斜配置させて前記バルブ軸を重力作用点より下方位置にオフセットすることで、バルブ本体に作用する排気ガス圧作用中心点を、排気ガス圧によりバルブ開方向モーメントが得られる位置に設定したことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
まず、構成を説明する。
【００１５】
実施の形態１は請求項１，２記載の発明に対応する。
【００１６】
図１は実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラの排気ガス圧感応バルブを示す分解斜視図、図２は実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラの排気ガス圧感応バルブを示す断面図、図３は実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラを示す全体断面図である。
【００１７】
図３において、Ａは排気ガス圧感応バルブ、１０はマフラ側板、１１は前端板、１２は後端板、１３は第１バッフルプレート、１４は第２バッフルプレート、１５は排気入力チューブ、１６は第１チューブ、１７は第２チューブ、１８は第１排気チューブ、１９は第２排気チューブ、２０は第１室、２１は第２室、２２は第３室である。
【００１８】
前記排気ガス圧感応バルブＡは、静圧と動圧による排気ガス圧の増減に伴って開閉動作するバルブで、第２室２１と外気を連通する第２排気チューブ１９のマフラ内開口端に配置されている。
【００１９】
前記排気入力チューブ１５は、エンジンからの排気チューブに接続され、排気ガスを第２室２１へ導入する。
【００２０】
前記第１チューブ１６は、第２バッフルプレート１４に設けられ、一端が第２室２１に開口し、他端が第３室２２に開口している。
【００２１】
前記第２チューブ１７は、第１バッフルプレート１３に設けられ、一端が第１室２０に開口し、他端が第２室２１に開口している。
【００２２】
前記第１排気チューブ１８は、第１バッフルプレート１３と第２バッフルプレート１４と後端板１２に設けられ、一端部は第１室２０に開口し、他端部は外気に開口している。
【００２３】
前記第２排気チューブ１９は、第２バッフルプレート１４と後端板１２に設けられ、一端部には排気ガス圧感応バルブＡが設けられ、他端部は外気に開口していて、排気ガス圧感応バルブＡが開くと第２室２１が外気に連通する。
【００２４】
前記排気ガス圧感応バルブＡが閉状態の時は、第１室２０及び第２室２１が拡張室で第３室２２がレゾネータ室で第１排気チューブ１８のみから排気ガスが外部に排出される。また、排気ガス圧感応バルブＡが開状態の時には、第１排気チューブ１８と第２排気チューブ１９により排気ガスが外部に排出される。
【００２５】
図１及び図２において、Ａは排気ガス圧感応バルブ、１はバルブ本体、２はバルブ軸、１９は第２排気チューブである。
【００２６】
前記バルブ本体１は、一端部がマフラ内に開口し他端部が外気に開口している第２排気チューブ１９のマフラ内開口端に配置される。
【００２７】
前記バルブ軸２は、バルブ本体１を開閉回動可能に支持する軸で、バルブ本体１よりも上流位置で第２排気チューブ１９のほぼ中間位置に水平に設定されている。このバルブ軸２は、バルブ本体１に一体に形成されたピンブラケット部１ａに開穴されたピン穴１ｂと、第２排気チューブ１９に一体に形成されたピンブラケット部１９ａに開穴されたピン穴１９ｂとを一致させ、ここにピン２ａを挿着して抜け止め固定することで構成される。
【００２８】
前記バルブ本体１の重力作用点Ｇは、図２に示すように、バルブ軸２をバルブ本体１よりも上流位置、つまり、バルブ軸２よりガス流の流線方向に離れた位置に設定され、バルブ本体１の自重によるバルブ閉方向モーメントと、バルブ本体１の下端縁１ｃが第２排気チューブ１９の内底面１９ｃに接するバルブ閉ストッパ構造によりバルブ閉状態が得られる。
【００２９】
前記バルブ本体１に作用する排気ガス圧作用中心点Ｐは、図２に示すように、排気チューブ１９のマフラ内開口端にバルブ本体１を傾斜配置（傾斜角θ）することで、バルブ軸２とバルブ受圧面とを垂直な線で結ぶ位置より下方向に離れた位置に設定され、排気ガス圧による力が作用することによるバルブ開方向モーメントを得るようにしている。
【００３０】
尚、バルブ本体１の上端縁１ｄを第２排気チューブ１９から突出させた自由端とし、第２排気チューブ１９の上端縁１９ｄを全開ストッパとすることでバルブ開状態が得られる。
【００３１】
次に、作用を説明する。
【００３２】
［低排気ガス圧時］
低排気ガス圧時には、図４に示すように、バルブ本体１の自重によりバルブ閉状態となる。すなわち、バルブ軸２と重力作用点Ｇとをガス流の流線方向（水平方向）に離した位置に設定することで、自動的に閉じる力が作用する。
【００３３】
このバルブ閉方向のモーメントＭ１は、バルブ軸２と重力作用点Ｇとの距離をＬ1 とし、バルブ本体１の重力作用点Ｇに加わる自重によるバルブ閉方向の力をＦ1 とした時、
Ｍ１＝Ｆ1 ・Ｌ1
となる。
【００３４】
一方、バルブ開方向のモーメントＭ２は、バルブ軸２と排気ガス圧作用中心点Ｐとの距離をＬ２とし、バルブ本体１の排気ガス圧作用中心点Ｐに加えるバルブ開方向の力をＦ2 とした時、
Ｍ２＝Ｆ2 ・Ｌ2
となる。
【００３５】
この力Ｆ2 は、排気ガス圧作用中心点Ｐに加わるガス流の流線方向の風圧力をＦP とした時、
Ｆ2 ＝ＦP ・ｔａｎθ
となる。
【００３６】
低排気ガス圧時には、風圧力ＦP が小さく、よって、バルブ開方向の力Ｆ2 も小さく、Ｍ１＞Ｍ２の関係になる。
【００３７】
［排気ガス圧増大時］
排気ガスの静圧や動圧が増大した場合、排気ガス圧は流れと平行に生じるが、バルブ本体１が傾斜配置されていることで、図４に示すように、バルブ本体１の面に沿う排気ガス流となり、バルブ本体１に作用する圧力分布は、第２排気チューブ１９のガス通路の下側部分に圧力のピークが現われる。
【００３８】
すなわち、バルブ本体１に作用する排気ガス圧作用中心点Ｐは、重力作用点Ｇより下方向に離れた位置に設定されることになり、排気ガス圧が増大するほどバルブ開方向のモーメントＭ２が大きく作用する。
【００３９】
従って、排気ガス圧力の上昇によってこのバルブ開方向のモーメントＭ２がバルブ閉方向のモーメントＭ１を上回ると、バルブ軸２を中心としてバルブ本体１が図４の左方向に回動を開始し、バルブ本体１の下端縁１ｃが第２排気チューブ１９の内底面１９ｃから離れて排気ガス圧感応バルブＡが開き始める。
【００４０】
排気ガス圧感応バルブＡが開き始めると、バルブ本体１の傾斜角が大きくなることで、排気ガス圧作用中心点Ｐがバルブ本体１の下端縁１ｃ側に移動しながらバルブ本体１が左方向に回動して、図４の実線位置から２点鎖線位置まで一気にバルブ全開状態となる。
【００４１】
よって、バルブが開き始めると排気ガス圧が少し高まるだけで一気にバルブ全開となり、エンジン回転数やエンジン負荷等があるレベルになった時にバルブ全開を得たい場合、その設定が容易となる。
【００４２】
［排気ガス圧減少時］
バルブ全開状態で排気ガス圧が減少し、排気ガス圧感応バルブＡに作用するバルブ閉方向のモーメントＭ１がバルブ開方向のモーメントＭ２を上回ると、バルブ本体１がバルブ軸２を中心に右方向に回動して排気ガス圧感応バルブＡが閉じ始める。
【００４３】
排気ガス圧感応バルブＡが閉じ始めると、バルブ閉方向のモーメントＭ１がバルブ本体１の傾斜角が小さくなるのに伴って加速度的に増大するのに伴いバルブ本体１が右方向に回動して一気にバルブ全閉となる。
【００４４】
よって、バルブが閉じ始めると排気ガス圧が少し減るだけで一気にバルブ全閉となる。
【００４５】
上記のように、流量増大時と流量減少時とで高応答によるバルブ開閉動作を得ることができ、この結果、オン・オフ的に消音モードが切り替えられることにより、低排気ガス圧域での高い消音効果と高排気ガス圧域でのエンジン出力向上効果とを両立する最適設定が可能となる。
【００４６】
次に、効果を説明する。
【００４７】
（１）排気ガス圧感応バルブＡを、一端部がマフラ内に開口し他端部が外気に開口している第２排気チューブ１９のマフラ内開口端に配置されたバルブ本体１と、バルブ本体１を開閉回動可能に支持するバルブ軸２とを備え、バルブ本体１の重力作用点Ｇを、バルブ閉方向モーメントが得られるようにバルブ軸２よりガス流の流線方向に離れた位置に設定し、且つ、バルブ本体１に作用する排気ガス圧作用中心点Ｐを、排気ガス圧によりバルブ開方向モーメントが得られる位置に設定することで、バネレスによるマフラ内蔵バルブを構成したため、バルブ閉方向の力をバネ力により得る従来のマフラ内蔵バルブに比べ、バルブ開動作タイミングをバラツキや温度変化に影響されず安定して得ると共に高応答のバルブ開閉動作による消音モード切り替えを達成する自動車用バルブ内蔵排気マフラを提供することができる。
【００４８】
ちなみに、本発明者は、バルブ本体１の傾斜角θを約３３度に設定し、排気ガス流量を徐々に上昇させて実験を行なった。
【００４９】
図５に実験結果によるバルブ前室圧力特性を示し、図６にバルブ本体傾斜角特性を示す。
【００５０】
この特性で明らかなように、排気ガス流量が０〜Ａ0 まではバルブ全閉が維持され、排気ガス流量がＡ0 からＡ1 まで上昇（約１．５m3/min）する間にバルブ全閉からバルブ全開になっていて、実際の走行で、アクセルの急踏み操作を行なった場合には排気ガス流量がＡ0 からＡ1 になるのは瞬時のことであるため、排気ガス流量がＡ0 を超えると一気にバルブ全閉からバルブ全開まで動作することが解る。
【００５１】
（２）排気チューブ１９のマフラ内開口端にバルブ本体１を傾斜配置することで、排気ガス圧作用中心点Ｐを排気ガス圧によりバルブ開方向モーメントが得られる位置に設定したため、バルブ本体１の傾斜角θの設定によりバルブ開動作タイミングを容易にチューニングすることができる。
【００５２】
例えば、バルブ軸２の軸穴をバルブ本体１の傾斜角θを変更が可能なように長穴にしておいて、バルブ軸２の設定調整ができるようにしておけば、同じバルブ本体１でバルブ開動作タイミングを異ならせた設定とすることもできる。
【００６３】
（他の実施の形態）
実施の形態１では、バルブ本体１を傾斜配置することで、排気ガス圧作用中心点Ｐを排気ガス圧によりバルブ開方向モーメントが得られる位置に設定し、たが、バルブ本体１の傾斜配置とバルブ軸２のオフセット設定とを併用することにより、排気ガス圧作用中心点Ｐを排気ガス圧によりバルブ開方向モーメントが得られる位置に設定するようにしても良い。
【００６４】
実施の形態１では、一端がマフラ内に他端が外気に開口される排気チューブへの適用例を示したが、両端共にマフラ内の室に開口するマフラ内チューブにも適用することもできる。
【００６５】
さらに、断面形状が円形の排気チューブへの適用例を示したが、断面形状が楕円形や方形や多角形等の排気チューブに適用することもできる。
【００６６】
【発明の効果】
上記課題を解決する請求項１記載の発明にあっては、静圧と動圧による排気ガス圧の増減に伴って開閉動作する排気ガス圧感応バルブがマフラ内に設けられた自動車用バルブ内蔵排気マフラにおいて、排気ガス圧感応バルブを、一端部がマフラ内に開口し他端部が外気もしくはマフラ内に開口している排気チューブのマフラ内開口端に配置されたバルブ本体と、バルブ本体を開閉回動可能に支持するバルブ軸とを備え、バルブ本体の重力作用点を、バルブ閉方向モーメントが得られるように排気ガス圧感応バルブの閉状態においてバルブ軸よりガス流の流線方向に離れた位置に設定し、且つ、排気チューブのマフラ内開口端にバルブ本体を傾斜配置させてバルブ軸を重力作用点より下方位置にオフセットすることで、バルブ本体に作用する排気ガス圧作用中心点を、排気ガス圧によりバルブ開方向モーメントが得られる位置に設定したため、バルブ開動作タイミングをバラツキや温度変化に影響されず安定して得ると共に高応答のバルブ開閉動作による消音モード切り替えを達成する自動車用バルブ内蔵排気マフラを提供することができる。
また、バルブ本体の重力作用点を、バルブ閉方向モーメントが得られるように排気ガス圧感応バルブの閉状態においてバルブ軸よりガス流の流線方向に離れた位置に設定し、且つ、排気チューブのマフラ内開口端にバルブ本体を傾斜配置させてバルブ軸を重力作用点より下方位置にオフセットさせたことで、この排気ガス圧感応バルブの閉状態からバルブ本体が開方向に回動すると、重力作用点がバルブ軸に近づく方向に移動するため、バルブ本体が開くにつれて閉方向モーメントが減り、開方向モーメントが増える方向に変化し、これにより、排気ガス圧感応バルブが開き始めると、排気ガス圧が少し高まるだけで一気にバルブ全開となり、エンジン回転数やエンジン負荷等があるレベルになった時にバルブ全開を得たい場合、その設定が容易となる。
【００６７】
また、排気チューブのマフラ内開口端にバルブ本体を傾斜配置することで、排気ガス圧作用点を排気ガス圧によりバルブ開方向モーメントが得られる位置に設定したため、バルブ本体の傾斜角の設定によりバルブ開動作タイミングを容易にチューニングすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラの排気ガス圧感応バルブを示す分解斜視図である。
【図２】  実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラの排気ガス圧感応バルブを示す断面図である。
【図３】  実施の形態１の自動車用バルブ内蔵排気マフラを示す全体断面図である。
【図４】  実施の形態１の排気ガス圧感応バルブのバルブ開閉状態を示す作用説明図である。
【図５】  実施の形態１の排気ガス圧感応バルブで排気ガス流量を徐々に上昇させて実験を行なった実験結果によるバルブ前室圧力特性図である。
【図６】  実施の形態１の排気ガス圧感応バルブで排気ガス流量を徐々に上昇させて実験を行なった実験結果によるバルブ本体傾斜角特性図である。
【図７】  従来の自動車用バルブ内蔵排気マフラを示す全体概略図である。
【図１】
0003819533.tif 000002
【図２】
0003819533.tif 000003
【図３】
0003819533.tif 000004
【図４】
0003819533.tif 000005
【図５】
0003819533.tif 000006
【図６】
0003819533.tif 000007
【図７】
0003819533.tif 000008