JP5204175B2 - 排気マフラの排気流制御装置 - Google Patents

Description

本発明は，マフラ本体に接続されて，一端部をマフラ本体内に連通させると共に，他端部を大気に開放する下流側排気管の長手方向中間部に，マフラ本体内を下流側排気管の中間部内に連通する短絡孔を設け，この短絡孔を，マフラ本体内の圧力が所定値未満のときは閉じ，同圧力が所定値以上になると開く排気流制御弁を下流側排気管に付設してなる，排気マフラの排気流制御装置の改良に関する。

かゝる排気マフラの排気流制御装置は，下記特許文献１に開示されるように，既に知られている。

特開２０００−２１１２号公報

かゝる排気マフラの排気流制御装置によれば，エンジンの低速，低負荷運転時には，排気流制御弁の閉弁により，エンジンの排ガスが下流側排気管を全長に亙り流れることで，低周波騒音の低減を図ることができ，またエンジンの高速，高負荷運転時には，マフラ本体内の圧力上昇による排気流制御弁の開弁により，エンジンの排ガスが，下流側排気管における中間部の短絡孔から下流端までの短い区間を流れることで，背圧の減少により，エンジン出力の向上と共に気流音の低減を図ることができる。

しかしながら，従来のかゝる排気マフラの排気流制御装置では，特許文献１に開示されるように，弁板を閉じ方向に付勢する弁ばねをコイルばねで構成し，その固定端を下流側排気管側に，自由端を弁板にそれぞれ接続しているので，弁ばねによる弁板の閉弁トルクは，図１３の線Ｌに示すように，弁板の開度増に応じて増加することになり，このため弁板は高開度には開き難くなり，エンジンの高速，高負荷運転時の前記特性を充分に得ることが困難である。

本発明は，かゝる事情に鑑みてなされたもので，弁ばねの弁板に対する閉弁力が，弁板の開度増に応じて減少し，もしくは殆ど変化しないようにして，エンジンの高速，高負荷運転時には，マフラ本体内の圧力上昇により排気流制御弁が高開度に容易に開くことを可能にし，背圧の減少及び気流音の低減の特性を満足させ得る，排気マフラの排気流制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために，本発明は，マフラ本体に接続されて，一端部をマフラ本体内に連通させると共に，他端部を大気に開放する下流側排気管の長手方向中間部に，マフラ本体内を下流側排気管の中間部内に連通する短絡孔を設け，この短絡孔を，マフラ本体内の圧力が所定値未満のときは閉じ，同圧力が所定値以上になると開く排気流制御弁を下流側排気管に付設してなる，排気マフラの排気流制御装置において，排気流制御弁を，下流側排気管の内側で短絡孔を閉鎖する全閉位置と短絡孔を開放する全開位置との間を回動し，且つその全開位置では先端を下流側排気管の下流側に向けるように下流側排気管にヒンジ連結される弁板と，短絡孔を横断するように下流側排気管に設けられるばね受け部材と，弁板の，ばね受け部材より下流側排気管の下流側に位置する先端部に一端部を固着すると共に，他端部側をばね受け部材に摺動可能に圧接させ，その反発力により弁板を全閉位置側に付勢する弁ばねとで構成したことを第１の特徴とする。

また本発明は，第１の特徴に加えて，弁板の基端部を，可撓性ヒンジ部材を介して下流側排気管の内壁に連結したことを第２の特徴とする。

さらに本発明は，第１の特徴に加えて，弁板の基端部に鉤状のヒンジ部を形成し，このヒンジ部を，下流側排気管の内壁に固着される支持部材のヒンジ孔に回動可能に係合したことを第３の特徴とする。

さらにまた本発明は，第１の特徴に加えて，棒状のばね受け部材の両端部を下流側排気管の外側面に固着し，このばね受け部材の，下流側排気管の外側面より***した外周面に弁ばねを摺動可能に圧接させたことを第４の特徴とする。

さらにまた本発明は，第１の特徴に加えて，ばね受け部材を，短絡孔の打ち抜き加工時，短絡孔を二分するように下流側排気管に残存させる隔壁で構成し，この隔壁に，下流側排気管の外側面より***する***部を形成し，この***部に弁ばねを摺動可能に圧接させたことを第５の特徴とする。

さらにまた本発明は，第１，第４，第５の何れかの特徴に加えて，弁板が全閉位置にあるとき，弁ばねの，ばね受け部材より弁板の基端部側に位置する先端部を短絡孔側に湾曲した湾曲部に形成したことを第６の特徴とする。

本発明の第１の特徴によれば，弁ばねによる弁板の閉弁トルクを，弁体の開度増に応じて減少させ，もしくは殆ど変化させずにおくことができ，これにより弁体の開弁応答性が向上し，エンジンの高速，高負荷運転時，排気マフラにおける背圧の減少及び気流音の低減を確実に図ることができる。

本発明の第２の特徴によれば，可撓性ヒンジ部材の採用により，弁板の開閉動作がスムーズとなり，弁ばねのばね力のロスを少なくすることができる。

本発明の第３の特徴によれば，弁板の下流側排気管へのヒンジ連結構造を安価に得ることができる。

本発明の第４の特徴によれば，棒状のばね受け部材は，これを下流側排気管の外側面に単に固着するのみで，その外周面を下流側排気管の外側面より***した状態にすることができ，したがって，弁板の先端部に一端を固着した弁ばねをばね受け部材の外周面に圧接させれば，その弁ばねに反りを与えて反発力を発生させることができる。

本発明の第５の特徴によれば，ばね受け部材として特別な部材を使用する必要がないので，構造の簡素化，延いてはコストの低減に寄与し得る。

本発明の第６の特徴によれば，弁板が全開位置に近づくにつれて，弁ばねの湾曲部がばね受け面に圧接することで，弁ばねの弁板に対する閉弁力を略一定とすることができ，これにより弁体の全閉位置への復帰応答性を高めることができる。

本発明の第１実施形態に係るエンジン用排気マフラの縦断面図。 図１の２−２線拡大断面図（排気流制御弁を全閉状態で示す。） 図１の３−３線拡大断面図。 排気流制御弁の中間開度状態を示す，図２との対応図。 排気流制御弁の全開状態を示す，図２との対応図。 本発明の第２実施形態を示す，排気流制御弁の平面図。 図６の７−７線断面図。 図６の８−８線断面図。 図６の９−９線断面図。。 本発明の第３実施形態を示す，図２との対応図。 本発明の第４実施形態を示す，図２との対応図。 上記第４実施形態の作用説明図。 排気流制御弁の閉弁トルク特性線図で，線Ｌは従来のもの，線Ｍは本発明の第１実施形態のもの，線Ｍ′は本発明の第４実施形態のものゝ各特性を示す。

本発明の実施形態を添付図面に基づいて以下に説明する。

先ず，図１〜図５に示す本発明の第１実施形態の説明より始める。

図１において，自動車用の排気マフラ１は，マフラ本体２，上流側排気管１０及び下流側排気管１１よりなっている。マフラ本体２は，胴部３と，この胴部３の前後両端に溶接される前部端板４及び後部端板５とで密閉ドラム状に構成される。このマフラ本体２の内部は，胴部３の中間部内周面に溶接される隔壁板６により前部消音室７及び後部消音室８に仕切られ，この隔壁板６には，両消音室７，８間を連通する多数の第１消音孔１３，１３…が設けられる。

上流側排気管１０は，その上流端をエンジンＥの排気ポートに接続すると共に，前部端板４及び隔壁板６を貫通して下流端部を後部消音室８に臨ませており，その下流端は溶接端板１６で閉鎖されるが，後部消音室８内の上流側排気管１０の周壁には，その管内を後部消音室８に連通する多数の第２消音孔１４，１４…が設けられる。この上流側排気管１０と，前部端板４及び隔壁板６との各間は溶接により結合される。

下流側排気管１１は，その上流端が前部消音室７から始まり，一旦，前部端板４を貫通して前部消音室７外に出てＵ字状に屈曲し，再び前部端板４を貫通し，更に前部消音室７，隔壁板６，後部消音室８及び後部端板５を貫通して下流端を大気に開放するように形成される。この下流側排気管１１の上流端は，前記隔壁板６の無孔部分により閉鎖されるが，その上流側の周壁には，その管内を前部消音室７に連通する多数の第３消音孔１５，１５…が設けられる。この下流側排気管１１と，前部端板４，隔壁板６及び後部端板５との各間は溶接により結合される。

図１及び図２に示すように，下流側排気管１１の後部消音室８に配置される中間部から下流端に至る部分は偏平管部１１ａに形成され，この偏平管部１１ａの一側の平坦部に，下流側排気管１１の内部を後部消音室８に開放する短絡孔１７が設けられる。この短絡孔１７を開閉する排気流制御弁２０が前記偏平管部１１ａに付設される。

図１〜図３に示すように，排気流制御弁２０は，平板状の弁板２１，ばね受け部材２５，平板の板ばねよりなる弁ばね２２を主たる構成要素とする。

弁板２１は，偏平管部１１ａの内側で自由端を下流側排気管１１の下流側に向けて基端部が金属製網帯の可撓性ヒンジ部材２３を介して偏平管部１１ａの平坦部内面に回動自在に連結されて，短絡孔１７を閉鎖する全閉位置Ｃ（図３）と短絡孔１７を開放する全開位置Ｏ（図５）との間を回動するようになっており，弁板２１の全閉位置Ｃでは，弁板２１が偏平管部１１ａの，短絡孔１７側の内面に密着し，弁板２１の全開位置Ｏでは，弁板２１の自由端が，短絡孔１７と反対側の偏平管部１１ａの内面に当接する。

ばね受け部材２５は棒状なしていて，偏平管部１１ａの長手方向と直交する方向で短絡孔１７を横断するように配置され，そして偏平管部１１ａの外側面に両端部が溶接により固定される。このばね受け部材２５は，偏平管部１１ａの平坦部外面より***した円筒状のばね受け面２５ａを有する。

弁ばね２２は，弁板２１の，前記ばね受け部材２５より下流側排気管１１の下流側に位置する先端部に一端部がリベット２４により固着され，その他端部側は，ばね受け部材２５のばね受け面２５ａに圧接させられ，その反発力により弁板２１は全閉位置Ｃ側に付勢される。

次に，この実施形態の作用について説明する。

エンジンＥの低速，低負荷運転状態では，エンジンＥの排ガスは，矢印Ａのように，上流側排気管１０，第２消音孔１４，１４…，後部消音室８，第１消音孔１３，１３…，前部消音室７，第３消音孔１５，１５…，下流側排気管１１を順次通過することで，消音されながら大気に放出される。この間，排気流制御弁２０の弁板２１に作用する後部消音室８の圧力は比較的低いので，弁板２１は，弁ばね２２の付勢力により全閉位置Ｃに保持され，短絡孔１７を閉鎖しているので，排ガスは，比較的長い下流側排気管１１をその全長に亙り通過することになり，低周波騒音の低減を図ることができる。

エンジンＥが高速，高負荷運転状態に移ると，上記の経路を流れる排ガスの流量が増加して後部消音室８の圧力が上昇し，その圧力による弁板２１の開弁トルクが，弁ばね２２の付勢力による弁板２１の閉弁トルクを上回ると，弁板２１は全開位置Ｏに向かって回動していき，短絡孔１７の開度を増加させていく。すると，短絡孔１７の開度に応じて，上流側排気管１０から後部消音室８に出た排ガスが，矢印Ｂのように，短絡孔１７へと短絡し，傾斜した弁板２１に誘導されながら，短絡孔１７以降の短い下流側排気管１１を通過して大気に放出されることになる。これにより，背圧の減少によるエンジン出力の向上と，気流音の低減とを図ることができる。

こゝで，弁ばね２２の，弁板２１に与える閉弁力について考察する。

図２に示すように，弁板２１が全閉位置Ｃに保持されるとき，弁ばね２２は，ばね受け部材２５と反対側に反りながらばね受け面２５ａに圧接して，その反発力Ｆをばね受け面２５ａに垂直に及ぼす。この反発力Ｆの，偏平管部１１ａの外側面に対する垂直方向の分力Ｆａが弁板２１を全閉位置Ｃ側に付勢する閉弁力Ｆａとなる。

而して，弁板２１が図４，図５へと全開位置Ｏに向かって回動していくと，それに伴ない弁ばね２２は，ばね受け面２５ａを弁板２１側に滑らせながら僅かに反りを増していき，したがって弁ばね２２の，ばね受け面２５ａに対する反発力Ｆを僅かながら増加させるが，その反発力Ｆの方向が偏平管部１１ａの外側面との平行状態に接近していくため，閉弁力Ｆａが大幅に減少していくことになる。その結果，その閉弁力Ｆａによる弁板２１の閉弁トルクは，図１３に線Ｍで示すように，弁板２１の開度増に応じて減少する特性を発揮する。このことは，弁板２１が，後部消音室８の圧力により開き始めると，自動的に一気に全開位置Ｏへと回動し得ることを意味し，これにより背圧の減少及び気流音の低減を確実に図ることができる。

また，弁板２１は，可撓性ヒンジ部材２３を介して偏平管部１１ａの内壁に回動自在に連結されるので，弁板２１の開閉動作はスムーズで，弁ばね２２のばね力のロスを少なくすることができる。

また，棒状のばね受け部材２５は，これを偏平管部１１ａの外側面に単に固着するのみで，その円筒状のばね受け面２５ａを偏平管部１１ａの外側面より***した状態にすることができ，したがって，弁板２１の先端部に一端を固着した弁ばね２２をばね受け面２５ａに圧接させれば，その弁ばね２２に反りを与えて反発力を発生させることができる。

次に，図６〜図９に示す本発明の第２実施形態について説明する。

この第２実施形態では，弁板２１の基端部に鉤状のヒンジ部２１ａが形成され，このヒンジ部２１ａが，偏平管部１１ａの内壁に溶接される支持部材２７の長孔状のヒンジ孔２７ａに回動可能に係合される。またばね受け部材２５は，短絡孔１７の打ち抜き加工時，短絡孔１７を二分するように偏平管部１１ａに残存させる隔壁２５で構成され，この隔壁２５の中央部に，下流側排気管１１の外側面より***する***部２５ｂが形成され，この***部２５ｂに弁ばね２２が摺動可能に圧接させられる。

その他の構成は，前実施形態と同様であるので，図６〜図９中，前実施形態と対応する部分には同一の参照符号を付して，重複する説明を省略する。

この第２実施形態によれば，第１実施形態と同様の作用効果を達成し得る上，弁板２１の偏平管部１１ａへのヒンジ連結構造を安価に得ることができる。またばね受け部材２５として特別な部材を使用する必要がないので，構造の簡素化，延いてはコストの低減に寄与し得る。

次に，図１０に示す本発明の第３実施形態について説明する。

この第３実施形態は，弁板２１の偏平管部１１ａへのヒンジ連結構造に第２実施形態のものを採用し，ばね受け部材２５に第１実施形態のものを採用してものである。図１０中，第１及び第２実施形態と対応する部分には同一の参照符号を付して，重複する説明を省略する。

最後に，図１１及び図１２に示す本発明の第４実施形態について説明する。

この第４実施形態では，弁板２１が全閉位置Ｃにあるとき，弁ばね２２の，ばね受け部材２５より弁板２１の基端部側に位置する先端部が短絡孔１７側に湾曲した湾曲部２２ａに形成される。その他の構成は，前記第１実施形態と同様であるので，図１１及び図１２中，第１実施形態に対応する部分には同一の参照符号を付して，重複する説明を省略する。

この第４実施形態によれば，弁板２１が全開位置Ｏに近づくにつれて，弁ばね２２の湾曲部２２ａがばね受け面２５ａに圧接することで，弁ばね２２の弁板２１に対する閉弁力Ｆａを略一定とすることができ（図１３の線Ｍ′参照），これにより，エンジンＥが低速，低負荷運転状態に戻って，後部消音室８の圧力が低下したときにおける弁板２１の全閉位置Ｃへの復帰応答性を高めることができる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく，その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

Ｃ・・・・・・弁板の全閉位置
Ｏ・・・・・・弁板の全開位置
２・・・・・・マフラ本体
１１・・・・・下流側排気管
１７・・・・・短絡孔
２０・・・・・排気流制御弁
２１・・・・・弁板
２１ａ・・・・ヒンジ部
２２・・・・・弁ばね
２２ａ・・・・湾曲部
２３・・・・・可撓性ヒンジ部材
２５・・・・・ばね受け部材（隔壁）
２５ｂ・・・・***部
２７・・・・・支持部材
２７ａ・・・・ヒンジ孔

Claims (6)

1. マフラ本体（２）に接続されて，一端部をマフラ本体（２）内に連通させると共に，他端部を大気に開放する下流側排気管（１１）の長手方向中間部に，マフラ本体（２）内を下流側排気管（１１）の中間部内に連通する短絡孔（１７）を設け，この短絡孔（１７）を，マフラ本体（２）内の圧力が所定値未満のときは閉じ，同圧力が所定値以上になると開く排気流制御弁（２０）を下流側排気管（１１）に付設してなる，排気マフラにおけ排気流制御装置において，
   排気流制御弁（２０）を，下流側排気管（１１）の内側で短絡孔（１７）を閉鎖する全閉位置（Ｃ）と短絡孔（１７）を開放する全開位置（Ｏ）との間を回動し，且つその全開位置（Ｏ）では先端を下流側排気管（１１）の下流側に向けるように下流側排気管（１１）にヒンジ連結される弁板（２１）と，短絡孔（１７）を横断するように下流側排気管（１１）に設けられるばね受け部材（２５）と，弁板（２１）の，ばね受け部材（２５）より下流側排気管（１１）の下流側に位置する先端部に一端部を固着すると共に，他端部側をばね受け部材（２５）に摺動可能に圧接させ，その反発力により弁板（２１）を全閉位置（Ｃ）側に付勢する弁ばね（２２）とで構成したことを特徴とする，排気マフラの排気流制御装置。
2. 請求項１記載の排気マフラの排気流制御装置において，
   弁板（２１）の基端部を，可撓性ヒンジ部材（２３）を介して下流側排気管（１１）の内壁に連結したことを特徴とする，排気マフラの排気流制御装置。
3. 請求項１記載の排気マフラの排気流制御装置において，
   弁板（２１）の基端部に鉤状のヒンジ部（２１ａ）を形成し，このヒンジ部（２１ａ）を，下流側排気管（１１）の内壁に固着される支持部材（２７）のヒンジ孔（２７ａ）に回動可能に係合したことを特徴とする，排気マフラの排気流制御装置。
4. 請求項１記載の排気マフラの排気流制御装置において，
   棒状のばね受け部材（２５）の両端部を下流側排気管（１１）の外側面に固着し，このばね受け部材（２５）の，下流側排気管（１１）の外側面より***した外周面に弁ばね（２２）を摺動可能に圧接させたことを特徴とする，排気マフラの排気流制御装置。
5. 請求項１記載の排気マフラの排気流制御装置において，
   ばね受け部材（２５）を，短絡孔（１７）の打ち抜き加工時，短絡孔（１７）を二分するように下流側排気管（１１）に残存させる隔壁（２５）で構成し，この隔壁（２５）に，下流側排気管（１１）の外側面より***する***部（２５ｂ）を形成し，この***部（２５ｂ）に弁ばね（２２）を摺動可能に圧接させたことを特徴とする，排気マフラの排気流制御装置。
6. 請求項１，４，５の何れかに記載の排気マフラの排気流制御装置において，
   弁板（２１）が全閉位置（Ｃ）にあるとき，弁ばね（２２）の，ばね受け部材（２５）より弁板（２１）の基端部側に位置する先端部を短絡孔（１７）側に湾曲した湾曲部（２２ａ）に形成したことを特徴とする，排気マフラの排気流制御装置。

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