JP3326744B2 - 排気流路制御弁 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの排気系
に介設する消音器のバイパス流路を開閉するバイパス弁
等として用いる排気流路制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気流路制御弁は、エンジンの排気ガス
が流通するハウジングと、ハウジングに装着した弁体
と、弁体を閉じ側に付勢する弁ばねとを備え、排気圧力
が所定値以上になったとき開弁されるように構成されて
いる。

【０００３】そして、従来は、排気流路制御弁として、
一般に、軸を中心にした弁体の回転で開閉するバタフラ
イ弁を用いているが、このものでは弁体の軸を支持する
軸受が必要でコストが高くなる。そこで、特開平１１−
２８７１１８号公報により、軸受が不要な低コストの排
気流路制御弁として、ハウジングの環状の弁座部に外周
部を着座させた渦巻状の弁体を用い、渦巻の巻回軸線方
向への弁体の伸び縮みで開閉されるように構成した弁も
提案されている。

【０００４】尚、このものでは、ハウジングに弁体の開
き側に対向させてばね受けを固定し、このばね受けと弁
体との間に圧縮コイルばねから成る弁ばねを介設してい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き渦巻状の弁
体を圧縮コイルばねにより閉じ側へ付勢する排気流路制
御弁では、排気圧力が作用したときに弁体の開閉振動を
生じることがあった。また、排気圧力が所定値に達した
ら一気に開弁し、所定値を下回ったら一気に閉弁する過
渡状態の少ない弁の開閉特性にするには、圧縮コイルば
ねの巻径や巻数を増しばね定数を低く設定することが必
要になるが、結果として弁ばねが大形化し排気流路制御
弁のコンパクト化が困難になる。

【０００６】かかる不具を解消するため、弁ばねを、コ
イル状の胴部と、胴部の両端の腕部とを有するねじりコ
イルばねで構成し、弁座部の周囲両側のハウジングの部
分に設けた１対のばね受けに両端の腕部を各腕部の長手
方向に摺動自在に係合させ、弁体を胴部を介して閉じ側
に押圧することが考えられる。このものでは、弁体に対
する閉じ側への付勢力が主としてねじりコイルばねの両
端の腕部の撓み反力で得られる。そして、弁体の開き側
への伸びでねじりコイルばねの胴部が弁体の開き側に変
位すると、腕部がばね受けに対し摺動して、撓み反力を
生ずる腕部の有効長さが長くなる。そのため、腕部の撓
み反力は左程増加せず、結局、弁ばねを大形化せずに、
ばね定数を低くすることができる。また、弁体の動きに
伴い、ばね受けに対する腕部の摺動摩擦や胴部における
コイル状線材間の摩擦を生じて、摩擦による振動減衰作
用が得られ、弁体の開閉振動が効果的に防止される。

【０００７】ところで、ねじりコイルばねは、一般に、
胴部内周に挿通する棒状部材で支持しており、弁ばねと
して上記の如くねじりコイルばねを用いている場合、ね
じりコイルばねの胴部をその内周に挿通する棒状部材を
介して弁体に支持させることが考えられる。然し、これ
では、棒状部材を支持する弁体側の支持部材が必要にな
って、部品点数が増すと共に、組立に際し胴部に対する
棒状部材の挿入作業と支持部材に対する棒状部材の連結
作業とが必要となって、組立作業に手間がかかり、コス
トが高くなる。

【０００８】本発明は、以上の点に鑑み、弁ばねとして
ねじりコイルばねを用いた排気流路制御弁のコストダウ
ンを図ることを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明は、エンジンの排気ガスが流通するハウジング
と、ハウジングに装着した弁体と、弁体を閉じ側に付勢
する弁ばねとを備え、排気圧力が所定値以上になったと
き開弁されるようにした排気流路制御弁であって、弁体
として、ハウジングの環状の弁座部に外周部を着座させ
た渦巻状の弁体を用い、渦巻の巻回軸線方向への弁体の
伸び縮みで開閉されるように構成すると共に、弁ばね
を、コイル状の胴部と、胴部の両端の腕部とを有するね
じりコイルばねで構成し、弁座部の周囲両側のハウジン
グの部分に設けた１対の第１ばね受けに両端の腕部を各
腕部の長手方向に摺動自在に係合させ、弁体を胴部を介
して閉じ側に押圧するものにおいて、弁体の中央部に、
ねじりコイルばねの胴部を受け入れる凹入形状の第２ば
ね受けを設け、胴部の外周面を第２ばね受けに着座させ
ている。

【００１０】本発明によれば、ねじりコイルばねの胴部
を支持する部材が第２ばね受けだけで足りるため、部品
点数を削減でき、而も、第２ばね受けに胴部を着座させ
るだけで良いため、組立作業も容易になり、コストダウ
ンを図れる。

【００１１】尚、ねじりコイルばねの胴部は、腕部が第
１ばね受けに対し摺動自在であるため、動きの自由度が
あり、弁体の開閉動作で胴部が弁体の開閉方向に傾動し
て倒立状態になったり、腕部の延出方向たる横方向にず
れることがある。この場合、第２ばね受けに、胴部の傾
動を胴部の端面に当接して阻止するストッパを設けてお
けば、胴部が倒立状態になることを防止できる。また、
第２ばね受けの凹入深さを胴部の直径の半分以上にして
おけば、胴部が横転しつつ横ずれしても、胴部全体が第
２ばね受けから浮かない限り、第２ばね受けから胴部が
脱落することはなく、胴部を第２ばね受けで安定に支持
できる。

【００１２】ところで、弁体が開き側に過度に伸びる
と、弁体に歪みを生ずる。この場合、ハウジングに、弁
体の開き側への所定量以上の伸びをねじりコイルばねの
胴部に当接して阻止する開弁ストッパを固定しておけ
ば、弁体の過度の伸びを防止でき、有利である。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１を参照して、１はエンジンの
排気系に介設する消音器であり、筒状のシェル１０と、
シェル１０の一端と他端とを閉塞する端壁１１₁，１１₂
とで構成される消音器本体内に、第１と第２の１対のセ
パレータ１２₁，１２₂を設け、本体内の空間を、一端壁
１１₁と第１セパレータ１２₁との間の第１消音室１３₁
と、第１セパレータ１２₁と第２セパレータ１２₂との間
の第２消音室１３₂と、第２セパレータ１２₂と他端壁１
１₂との間の第３消音室１３₃とに区劃している。消音器
１には、更に、一端壁１１₁から第１セパレータ１２₁と
第２セパレータ１２₂とを貫通して第３消音室１３₃に達
する排気流入管１４と、他端壁１１₂から第２セパレー
タ１２₂と第１セパレータ１２₁とを貫通して第１消音室
１３₁に達する排気流出管１５と、第１消音室１３₁と第
２消音室１３₂とを連通する１対の第１インナパイプ１
６₁，１６₁と、第３消音室１３₃から第２セパレータ１
２₂を貫通して第１消音室１３₁側にのびる第２インナパ
イプ１６₂と、第２インナパイプ１６₂を第１消音室１３
₁に連通するバイパス弁たる排気流路制御弁２とが設け
られている。

【００１４】排気流入管１４の第２消音室１３₂内に位
置する部分には多数の透孔１４ａが形成されており、排
気流入管１４から流入する排気ガスが透孔１４ａと第２
消音室１３₂と第１インナパイプ１６₁と第１消音室１３
₁とを介して排気流出管１５に流れ、第２消音室１３₂と
第１消音室１３₁とにおける膨張消音効果が得られるよ
うにしている。また、排気流入管１４の第３消音室１３
₃内に位置する部分にも多数の透孔１４ｂが形成されて
おり、常時は第３消音室１３₃における共鳴消音効果が
得られるようにしている。

【００１５】排気流路制御弁２は、エンジンの高速回転
で排気圧力が上昇したときに開弁するように構成されて
いる。そして、排気流路制御弁２が開弁すると、第３消
音室１３₃から第２インナパイプ１６₂を介して第１消音
室１３₁に至るバイパス通路が開通され、排気流入管１
４からの排気ガスの流通経路が、第２消音室１３₂と第
１インナパイプ１６₁と第１消音室１３₁とを介して排気
流出管１５に至る経路と、第３消音室１３₂とバイパス
通路と第１消音室１３₁とを介して排気流出管１５に至
る経路との２系統になり、排気圧力の上昇によるエンジ
ンの出力低下が防止される。

【００１６】排気流路制御弁２は、図２乃至図５に示す
如く、第２インナパイプ１６₂からの排気ガスが流通す
るハウジング２０と、ハウジング２０に装着した弁体２
１と、弁体２１を閉じ側に付勢する弁ばね２２とを備え
ており、排気圧力が初期状態（閉弁状態）における弁ば
ね２２のセット荷重に対応する圧力（開弁設定圧）以上
になったときに開弁する。

【００１７】ハウジング２０は、第２インナパイプ１６
₂に嵌着したパイプ状部材で構成されている。そして、
第１消音室１３₁内に突出するハウジング２０の先端を
拡径してフランジを形成し、このフランジで環状の弁座
部２０ａを構成している。

【００１８】弁体２１は、弁座部２０ａに外周部を着座
させた渦巻状の弁体で構成されており、渦巻の外周側と
内周側の各巻回部が相互に重り合う閉弁状態から渦巻の
巻回軸線方向に弁体２１が伸びたとき開弁される。ここ
で、弁体２１は、単一の渦巻板で形成しても良いが、本
実施形態では、図８に示す如く、１対の渦巻板２１₁，
２１₂を２重螺旋状に組合わせ、両渦巻板２１₁，２１₂
の半円形の中央部をその半円形の弦２１ａにおいて突き
合せ溶接して渦巻状の弁体２１を構成している。そし
て、両渦巻板２１₁，２１₂の外周部を重ね合わせて弁座
部２０ａに着座させ、弁座部２０ａの周囲複数箇所に形
成した爪片２０ｂをかしめて、両渦巻板２１₁，２１₂の
外周部を弁座部２０ａに固定している。

【００１９】弁ばね２２は、コイル状の胴部２２ａと、
胴部２２ａの両端の腕部２２ｂ，２２ｂとを有するねじ
りコイルばねで構成されている。そして、弁座部２０ａ
の周囲両側のハウジング２０の部分に１対の第１ばね受
け２３，２３を設け、両第１ばね受け２３，２３に弁ば
ね２２の両腕部２２ｂ，２２ｂを夫々各腕部２２ｂの長
手方向に摺動自在に係合させ、また、弁体２１の中央部
に第２ばね受け２４を設けて、第２ばね受け２４に弁ば
ね２２の胴部２２ａを支持させている。かくて、弁体２
１は、弁ばね２２の腕部２２ｂ，２２ｂの撓み反力によ
り胴部２２ａを介して閉じ側に押圧される。

【００２０】ところで、排気圧力が所定値に達したら一
気に開弁し、所定値を下回ったら一気に閉弁する過渡状
態の少ない弁の開閉特性にするには、弁ばね２２のばね
定数を低く設定することが必要になる。ここで、本実施
形態によれば、弁体２１の開き側への伸びで弁ばね２２
の胴部２２ａが弁体２１の開き側に変位するのに伴い、
弁ばね２２の腕部２２ｂが第１ばね受け２３に対し摺動
し、撓み反力を生ずる腕部２２ｂの有効長さが長くな
る。そのため、腕部２２ｂの撓み反力は左程増加せず、
結局、ばね定数が低くなる。また、弁体２１の動きに伴
い、第１ばね受け２３に対する腕部２２ｂの摺動摩擦や
胴部２２ａにおけるコイル状線材間の摩擦を生じて、摩
擦による振動減衰作用が得られ、弁体２１の開閉振動が
効果的に防止される。

【００２１】また、本実施形態では、両第１ばね受け２
３，２３を弁体２１の所定の第１の直径線ａに関して線
対称の関係になるように設けると共に、弁体２１の渦巻
の巻回軸線方向（開閉方向）から見て、弁ばね２２の各
腕部２２ｂが第１の直径線ａに直交する弁体２１の第２
の直径線ｂに対し各第１ばね受け２３において斜交する
ように、弁ばね２２の胴部２２ａを第２ばね受け２４に
より胴部２２ａの中心線ｃと第１の直径線ａとが所定角
度で斜交する状態に支持している。尚、弁座部２０ａの
周囲一側と他側のハウジング２０の部分に、図５に仮想
線で示す如く、胴部２２ａの長手方向一方と他方にオフ
セットさせて、弁ばね２２の胴部２２ａの中心線ｃに平
行な面に沿うように１対の第１ばね受け２３′，２３′
を設け、各第１ばね受け２３′に弁ばね２２の各腕部２
２ｂを直交状態で係合させることも考えられるが、これ
では、第１ばね受け２３′の弁座部２０ａに対する径方
向外方への張り出し量が大きくなり、弁が大形化する。
これに対し、本実施形態のものでは、第１ばね受け２３
の弁座部２０ａに対する径方向外方への張り出し量が小
さくなり、弁の小形化を図る上で有利である。

【００２２】また、各第１ばね受け２３はハウジング２
０とは別体の部材で構成されており、ハウジング２０に
形成した各第１ばね受け２３用の取付部２５に各第１ば
ね受け２３を結合している。この取付部２５は、ハウジ
ング２０に弁座部２０ａの周方向の間隔を存して形成し
た、弁体２１の開閉方向にのびる１対の舌片２５ａ，２
５ａで構成されている。そして、各第１ばね受け２３を
両舌片２５ａ，２５ａに接するように形成し、両舌片２
５ａ，２５ａに各第１ばね受け２３を弁体２１の開閉方
向に任意の長さオーバーラップさせた状態で溶接結合し
得るようにしている。両舌片２５ａ，２５ａから成る取
付部２５に対する第１ばね受け２３のオーバーラップ長
さを変えると、弁ばね２２の腕部２２ｂの初期状態にお
ける撓み量、即ち、弁ばね２２のセット荷重が変化す
る。従って、開弁設定圧の異なる排気流路制御弁２を、
弁ばね２２や第１ばね受け２３を変更せずに、取付部２
５に対する第１ばね受け２３のオーバーラップ長さを変
更するだけで得ることができ、部品の共用化が可能とな
ってコストダウンを図れる。

【００２３】各第１ばね受け２３の弁体２１の閉じ方向
の端縁の両舌片２５ａ，２５ａ間に位置する部分には、
弁体２１の開き方向に凹入する凹欠部２３ａが形成され
ており、この凹欠部２３ａに弁ばね２２の各腕部２２ｂ
を係合させている。ここで、凹欠部２３ａは、両舌片２
５ａ，２５ａの内側縁に斜交する両側の斜辺２３ｂ，２
３ｂを備えている。そのため、弁ばね２２の各腕部２２
ｂは斜辺２３ｂに案内されて凹欠部２３ａの中央部に確
実に係合し、腕部２２ｂの係合位置のずれによる弁ばね
２２のセット荷重のばらつきが防止される。

【００２４】第２ばね受け２４は、弁ばね２２の胴部２
２ａを受け入れる樋状の凹入形状に形成されており、胴
部２２ａの外周面を第２ばね受け２４に着座させてい
る。尚、第２ばね受けを、胴部２２ａに挿入される棒状
部材と、棒状部材を支持する弁体２１側の支持部材とで
構成し、組立に際し胴部２２に棒状部材を挿入してから
棒状部材を支持部材に連結することも考えられるが、こ
れでは組立作業に手間がかかる。これに対し、本実施形
態のものでは、胴部２２ａを第２ばね受け２４に着座さ
せるだけで良く、組立作業が容易になる。然し、胴部２
２ａを凹入形状の第２ばね受け２４に単純に着座させる
だけでは、弁体２１の開閉動作で胴部２２ａが弁体２１
の開閉方向に傾動して倒立状態になったり、胴部２２ａ
が腕部２２ｂの延出方向たる横方向にずれる可能性があ
る。そこで、本実施形態では、第２ばね受け２４の両端
部に、夫々、胴部２２ａの傾動を胴部２２ａの端面に当
接して阻止する舌片状のストッパ２４ａを設けて、胴部
２２ａが倒立状態になることを防止できるようにしてい
る。また、第２ばね受け２４の凹入深さｈ（図７参照）
を胴部２２ａの直径の１／２以上にしている。これによ
れば、胴部２２ａが横転しつつ横ずれしても、胴部２２
ａ全体が第２ばね受け２４から浮かない限り、第２ばね
受け２４から胴部２２ａが脱落することはなく、胴部２
２ａを第２ばね受け２４で安定に支持できる。尚、第２
ばね受け２４の両側の側縁部には、各腕部２２ｂに対す
る干渉を回避するための切欠き部２４ｂが形成されてい
る。

【００２５】また、ハウジング２０には、弁体２１の開
き側への所定量以上の伸びを弁ばね２２の胴部２２ａに
当接して規制する開弁ストッパ２６と、図６及び図７に
示す如く、弁体２１が閉じ側に凹入するように湾曲する
ことを弁体２１の中央部に当接して阻止する閉弁ストッ
パ２７とが設けられており、弁体２１に無理な応力が作
用してその耐久性に悪影響が及ぶことをこれらストッパ
２６，２７で防止できるようにしている。開弁ストッパ
２６は、前記両第１ばね受け２３，２３を連結するブリ
ッジ状に形成されており、両第１ばね受け２３，２３と
開弁ストッパ２６とを一体部品で構成している。

【００２６】閉弁ストッパ２７は、ハウジング２０内
に、弁座部２０ａを含む面に直交する面、即ち、排気ガ
スの流線に平行な面に沿うように固定した板状部材で構
成されており、閉弁ストッパ２７による排気ガスの流通
抵抗の増加を防止できるようにしている。そして、閉弁
ストッパ２７に、弁体２１の中央部に対向する当接部２
７ａを、弁座部２０ａを含む面よりも弁体２１の開き側
に突出するように形成し、弁体２１の外周側と内周側の
各巻回部が相互に重り合う閉弁状態になったとき弁体２
１の中央部が当接部２７ａに当接するようにしている。
尚、弁体２１を構成する１対の渦巻板２１₁，２１₂は、
上記の如く両渦巻板２１₁，２１₂の半円形の中央部の弦
２１ａにおいて接合されており、この接合箇所が閉弁ス
トッパ２７から受ける衝撃で分離することがないよう、
接合箇所たる弦２１ａに対し交差する面に沿うように閉
弁ストッパ２７を設けている。

【００２７】以上、消音器１に設けるバイパス弁から成
る排気流路制御弁２に本発明を適用した実施形態につい
て説明したが、エンジンの排気系の他の部位に設ける排
気流路制御弁にも同様に本発明を適用できる。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、弁ばねたるねじりコイルばねの胴部を支持す
る部材が第２ばね受けだけで足りるため、部品点数を削
減でき、而も、第２ばね受けに胴部を着座させるだけで
良いため、組立作業も容易になり、コストダウンを図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る排気流路制御弁を具備する消音
器の断面図

【図２】 図１の矢印II方向から見た排気流路制御弁の
拡大正面図

【図３】 図２の矢印III方向から見た排気流路制御弁
の側面図

【図４】 図２の矢印IV方向から見た排気流路制御弁の
側面図

【図５】 図３のV-V線截断面図

【図６】 図３の矢印VI方向から見た排気流路制御弁の
背面図

【図７】 図６のVII-VII線截断面図

【図８】 弁体の組立方法を示す図

【符号の説明】

２ 排気流路制御弁 ２０ ハウジング ２０ａ 弁座部 ２１ 弁体 ２２ 弁ばね ２２ａ 胴部 ２２ｂ 腕部 ２３ 第１ばね受け ２４ 第２ばね受け ２４ａ ストッパ ２６ 開弁ストッパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤代 正道 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式 会社本田技術研究所内 (72)発明者 深沢 順 群馬県伊勢崎市戸谷塚町1069−１ 三恵 技研工業株式会社 群馬製作所技術セン ター内 (56)参考文献 特開 平７−54658（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01N 1/08 G10K 11/16

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの排気ガスが流通するハウジン
   グと、ハウジングに装着した弁体と、弁体を閉じ側に付
   勢する弁ばねとを備え、排気圧力が所定値以上になった
   とき開弁されるようにした排気流路制御弁であって、 弁体として、ハウジングの環状の弁座部に外周部を着座
   させた渦巻状の弁体を用い、渦巻の巻回軸線方向への弁
   体の伸び縮みで開閉されるように構成すると共に、 弁ばねを、コイル状の胴部と、胴部の両端の腕部とを有
   するねじりコイルばねで構成し、弁座部の周囲両側のハ
   ウジングの部分に設けた１対の第１ばね受けに両端の腕
   部を各腕部の長手方向に摺動自在に係合させ、弁体を胴
   部を介して閉じ側に押圧するものにおいて、 弁体の中央部に、ねじりコイルばねの胴部を受け入れる
   凹入形状の第２ばね受けを設け、胴部の外周面を第２ば
   ね受けに着座させる、 ことを特徴とする排気流路制御弁。
2. 【請求項２】 前記第２ばね受けに、前記胴部が前記弁
   体の開閉方向に傾動することを胴部の端面に当接して阻
   止するストッパを設けることを特徴とする請求項１に記
   載の排気流路制御弁。
3. 【請求項３】 前記第２ばね受けの凹入深さを前記胴部
   の直径の半分以上にすることを特徴とする請求項１又は
   ２に記載の排気流路制御弁。
4. 【請求項４】 前記ハウジングに、前記弁体の開き側へ
   の所定量以上の伸びを前記胴部に当接して規制する開弁
   ストッパを固定することを特徴とする請求項１から３の
   何れか１項に記載の排気流路制御弁。