JP5616661B2 - 排気流量制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）の排気通路に設けられ、前記排気通路を流通する排気ガスの流量を制御することが可能な排気流量制御弁に関する。

従来から、例えば、自動車のエンジンの排気通路中に開閉弁を配設し、弾性部材で閉弁方向に付勢された前記開閉弁によって、前記排気通路を流通する排気ガスの流量を制御することが行われている。この種の排気流量制御弁として、例えば、特許文献１には、弾性部材であるねじりコイルばねの固定側アーム（固定端）を係止する固定部材として、複数の凹溝が形成されたプレートを設け、前記ねじりコイルばねの固定側アームを選択された凹溝で係止することにより、前記ねじりコイルばねの巻き込み量を任意に設定することが可能な排気流量制御弁が開示されている。

また、特許文献２には、排気管の外管と内管の凹部との間で形成された空間に、開閉弁を閉じ側に付勢するねじりコイルばねを配設し、前記ねじりコイルばねの固定側アーム（固定端）を、内管に固定された係止片で係止した排気流量制御弁が開示されている。

特開２００７−２０５１８０号公報 特開２００６−３２２３５７号公報

ところで、特許文献１に開示された排気流量制御弁では、ねじりコイルばねの固定端である固定側アームを係止するためのプレートを設け、前記プレートを内管の側壁に溶接する作業が必要となる。また、特許文献２に開示された排気流量制御弁では、ねじりコイルばねの固定側アームを係止する係止片を設け、前記係止片を内管の側壁に固定する作業が必要となる。

このように特許文献１及び特許文献２に開示された排気流量制御弁では、ねじりコイルばねの固定端を固定するための特別な部材（例えば、プレートや係止片等）が必要となり、部品点数が増大して装置全体の重量が増加すると共に、固定部材を固定するための作業が必要となって製造コストが高騰する。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、ねじりコイルばねの固定端を固定するための特別な部材を不要として部品点数を削減し、製造コストを低減することが可能な排気流量制御弁を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関から排出される排気ガスを外部に排出する排気系に設けられ、弁体が開閉動作することによって排気通路を流通する排気ガスの流量を制御する排気流量制御弁において、弁ボディと、前記弁ボディの内部に配設された前記弁体を弁閉状態に付勢するねじりコイルばねと、前記弁ボディに回動自在に軸支され、前記弁体に連結されて前記弁体と一体的に回動する弁軸と、前記ねじりコイルばねの可動端に接続され、前記ねじりコイルばねのばね力を前記弁体に伝達する付勢力伝達機構と、を備え、前記弁軸には、前記ねじりコイルばねの固定端を係止する係止部が設けられ、前記ねじりコイルばねは、前記付勢力伝達機構を介して前記弁体を弁閉状態に付勢し、前記付勢力伝達機構と前記固定端とは、前記弁軸にそれぞれ接続されることを特徴とする。

本発明によれば、弁体の回動支点となる弁軸に係止部を設け、ねじりコイルばねの固定端を前記係止部で係止することにより、従来技術で設けられていた特別な部材（例えば、プレートや係止片等）が不要となり、部品点数を削減して製造コストを低減することができる。なお、弁軸に設けられる係止部としては、例えば、弁軸の外周面に溝部を形成することにより、容易に製造することができる。さらに、ねじりコイルばねの可動端に接続され、ねじりコイルばねのばね力を弁体に伝達する付勢力伝達機構が設けられ、この付勢力伝達機構と固定端とは、弁軸にそれぞれ接続されている。
また、本発明は、前記係止部が、前記弁軸の下部側に設けられることを特徴とする。
本発明によれば、ねじりコイルばねの固定端が弁軸の下部側に係止されることで、固定端がそのばね力によって上方に向かって変位しようとするのを好適に阻止することができる。
さらに、本発明は、前記付勢力伝達機構と前記固定端との間に、隔壁部材が介在されることを特徴とする。
本発明によれば、付勢力伝達機構と固定端との間に隔壁部材（例えば、実施形態のＣクリップ７６参照）を介在させることで、付勢力伝達機構と固定端との非接触状態が好適に保持される。
さらにまた、本発明は、前記弁ボディが、該弁ボディの内側に向かって窪む凹部を有し、前記付勢力伝達機構と前記固定端とは、前記凹部に対応する位置で前記弁軸に接続されることを特徴とする。
本発明によれば、付勢力伝達機構と固定端とが、凹部に対応する位置で弁軸に接続されることにより、各種部材を弁軸の近傍部位に近接配置して集約化することが可能となり、省スペース化を達成することができる。

本発明では、ねじりコイルばねの固定端を固定するための特別な部材を不要として部品点数を削減し、製造コストを低減することが可能な排気流量制御弁を得ることができる。

本発明の実施形態に係る排気流量制御弁を自動車用エンジンの排気系に組み込み、前記排気流量制御弁からカバー部材を外した分解斜視図である。 （ａ）は、カバー部材を省略した排気流量制御弁の概略斜視図、（ｂ）は、（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った縦断面図である。 （ａ）は、前側の斜め方向から見た透視斜視図、（ｂ）は、後側の斜め方向から見た透視斜視図である。 内管を省略した要部分解斜視図である。 ばね機構と弁体との位置関係を示す側面透視図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った横断面図である。 本実施形態に係る排気流量制御弁の動作説明図であって、（ａ）は、弁体の弁閉状態を示し、（ｂ）及び（ｃ）は、弁体の弁開状態を示している。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る排気流量制御弁を自動車用エンジンの排気系に組み込み、前記排気流量制御弁からカバー部材を外した分解斜視図である。

図１に示されるように、排気系１０は、図示しない自動車用エンジン（内燃機関）の排気ポートに接続され、自動車１１の前後方向に沿って延在するように設けられる。この排気系１０の上流側から下流側に沿って、第１消音器１２、一対の第２消音器１４ａ、１４ｂ、及び一対の第３消音器１６ａ、１６ｂがそれぞれ配設され、これらの第１〜第３消音器１２、１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂは、複数のパイプ部材を介して一体的に接続されている。前記第２消音器１４ａ、１４ｂの手前であって前記第１消音器１２の出力側には、本発明の実施形態に係る排気流量制御弁３０が設けられる。

なお、本実施形態では、排気流量制御弁３０を第１消音器１２と第２消音器１４ａ、１４ｂとの間に配置した排気系１０を例示しているが、これに限定されるものではなく、排気流量制御弁３０を排気系１０の他の部位に配置してもよい。

図２（ａ）は、カバー部材を省略した排気流量制御弁の概略斜視図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿った縦断面図、図３（ａ）は、前側の斜め方向から見た透視斜視図、図３（ｂ）は、後側の斜め方向から見た透視斜視図、図４は、内管を省略した要部分解斜視図、図５は、ばね機構と弁体との位置関係を示す側面透視図、図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線に沿った横断面図である。

この排気流量制御弁３０は、図２に示されるように、第１消音器１２に接続されるインレットポート３２ａ及び第２消音器１４ａ、１４ｂ側の分岐したパイプ部材に接続されるアウトレットポート３２ｂが形成される内管（弁ボディ）３４と、上下一対の２分割構造に形成された矩形体からなり前記内管３４を囲繞する一対のカバー部材３６ａ、３６ｂ（図１参照）とを含む。

内管３４は、貫通孔３８が形成された略楕円形状の筒体からなり、インレットポート３２ａ及びアウトレットポート３２ｂに沿った内管３４の中間部位であって軸線と直交する方向の内管３４の両側部には、内側に向かって窪む凹部４０がそれぞれ形成される。

また、内管３４には、図３に示されるように、インレットポート３２ａから導入されアウトレットポート３２ｂから導出される排気ガスの流量を制御するための弁体４２を有する弁機構４４と、前記弁体４２を弁閉状態に付勢するねじりコイルばね（コイルスプリング）４６を含むばね機構４８と、前記弁体４２を弁閉状態に向って付勢する前記ねじりコイルばね４６の付勢力（ばね力）を弁体４２に伝達する付勢力伝達機構５０とが設けられる。なお、ねじりコイルばね４６の付勢力（ばね力）とは、後記する弁軸５２を回動支点として弁体４２をストッパ部材６０へ当接させる方向へ回動させようとする力をいう。

弁機構４４は、インレットポート３２ａ及びアウトレットポート３２ｂを結ぶ軸線と直交する方向に延在し、一対の支持孔を介して内管３４の両側部を貫通して回動自在に軸支される弁軸５２と、内管３４の軸方向から見て矩形状の板体からなり（図２（ｂ）参照）、前記弁軸５２を支点として所定角度回動自在に設けられる弁体４２と、前記矩形状の弁体４２の一方の長辺近傍部位に固定されるウェイト部材５６とを含む。

この場合、前記弁軸５２には、その軸方向に沿って延在し外周の一部を平面状に切り欠いて形成した連結部５２ａが設けられ（図３（ｂ）、図４、図６参照）、前記連結部５２ａを合わせ面として、矩形状の板体からなる弁体４２の他方の長辺近傍部位がねじ部材５８を介して弁軸５２に固定される。また、弁軸５２の一端部側には、半径外方向に沿って突出する環状のフランジ部５２ｂが設けられる。

さらに、弁機構４４は、内管３４の内壁に固定された断面略Ｌ字状の部材からなり弁体４２が当接して弁閉状態となるストッパ部材６０と、前記ストッパ部材６０に固着され弁体４２がストッパ部材６０に当接したときの衝撃を緩衝する緩衝部材６２と、前記弁軸５２の両側であって内管３４の外部に設けられ弁軸５２を回動自在に軸支する金属製メッシュからなる軸受部材６４と、前記軸受部材６４の変形を防止するリング体６６とを備える（図６参照）。なお、弁体４２がストッパ部材６０に当接した弁閉状態にあるとき、図２（ｂ）に示されるように、内管３４の内壁と弁体４２の外面との間隙６７によって形成される排気ガス通路面積が最も絞られた状態（最小面積）となる。

内管３４から外部に突出する弁軸５２の両端部や、ねじりコイルばね４６等は、略楕円形状の筒体からなる内管３４の外部で内側に向って窪む凹部４０に配設されている（図２及び図６参照）。このため、内管３４が上下一対のカバー部材３６ａ、３６ｂによって被覆されても前記ねじりコイルばね４６等が邪魔となることがなく、カバー部材３６ａ、３６ｂが装着された状態における排気流量制御弁３０の全体形状が略直方体形状に構成される。

図６に示されるように、ばね機構４８は、ねじりコイルばね４６を含み、前記ねじりコイルばね４６は、略円筒状の螺旋体からなるコイル部４６ａと、内管３４から離間する前記コイル部４６ａの一側に設けられ前記コイル部４６ａの軸方向と略直交する方向に延在し固定端からなる固定側アーム４６ｂと、内管３４に近接する前記コイル部４６ａの他側に設けられ前記コイル部４６ａの軸方向と略直交する方向に延在し可動端からなる可動側アーム４６ｃとによって構成される。

さらに、ばね機構４８は、内管３４の軸方向に沿った中間部位の外壁に溶接等によって固着され側面視して矩形状からなるプレート６８と、前記プレート６８に固定され、ねじりコイルばね４６のコイル部４６ａを内周側から支持する円柱状の支持部材７０と、前記支持部材７０のねじ穴に螺入されるボルト７１を介して前記支持部材７０に装着され、前記支持部材７０からの前記ねじりコイルばね４６の離脱を阻止する円板状の押さえプレート７２とを有する。なお、本実施形態では、支持部材７０としてねじりコイルばね４６のコイル部４６ａを内周側から保持する形状を例示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、内管３４の外壁に固着された帯状体（図示せず）からなり、側面視して略Ω状に形成された湾曲部でコイル部４６ａの外周面を把持するものであってもよい。

この場合、前記支持部材７０のプレート６８に近接する部位には、軸方向に沿った外周面の一部を平面視して断面略円弧状に切り欠いて形成された変形吸収部７３が設けられる。この変形吸収部７３は、内管３４内を流通する排気ガスの圧力によって、弁体４２がストッパ部材６０に当接した弁閉状態（初期状態）から弁開状態に切り換わろうとするとき、可動側アーム４６ｃを介してねじりコイルばね４６のコイル部４６ａに付与される力（圧縮力）を吸収するものである。

図２〜図６に示されるように、付勢力伝達機構５０は、内管３４から外部に露呈する弁軸５２の軸方向に沿った一端部側に形成され、ねじりコイルばね４６の固定端からなる固定側アーム４６ｂが係止される環状溝（溝部）７４と、前記環状溝７４に隣接する環状段部に装着されるＣクリップ（隔壁部材）７６と、前記ねじりコイルばね４６の可動端からなる可動側アーム４６ｃの折曲部４６ｄに転動可能に装着される球体７８と、一端部及び前記一端部に連続する直線状の中間部に前記球体７８を点接触状態で保持する保持面８０ａが設けられ他端部に弁軸５２に固定される断面略円弧状の固定部８０ｂを有し弁軸５２を支点として弁軸５２と一体的に回動動作するステー部材８０を備える。

前記環状溝７４は、ねじりコイルばね４６の固定端を係止する係止部（溝部）として機能するものであり、本実施形態では、弁軸５２の外周面に沿って周回するように形成された環状溝７４を例示しているが、これに限定されるものではなく、例えば、弁軸５２の外表面の下部側を平面で切り欠いた平坦面や凹部等で形成するようにしてもよい。なお、弁軸５２の軸方向に沿った他端部には、孔部を介して円板部材８２が固定され、前記円板部材８２によって内管３４の支持孔からの弁軸５２の抜け止めがなされる。

この場合、図６に示されるように、弁軸５２の環状溝７４に係止されるねじりコイルばね４６の固定側アーム４６ｂと、弁軸５２に固定されるステー部材８０の固定部８０ｂとの間には、Ｃクリップ７６が介装され、前記Ｃクリップ７６が隔壁として機能することにより、ステー部材８０の固定部８０ｂとねじりコイルばね４６の固定側アーム４６ｂとの非接触状態が好適に保持される。この結果、ねじりコイルばね４６の固定側アーム４６が弁軸５２の環状溝７４によって係止された場合であっても、弁軸５２と一体的に回動するステー部材８０の円滑な回動動作を確保することができる。

また、このＣクリップ７６は、弁軸５２の環状溝７４に係止されたねじりコイルばね４６の固定側アーム４６ｂが弁軸５２の軸方向に沿ってステー部材８０側へ移動することを阻止するストッパ機能を併有する。さらに、弁軸５２に固定されるステー部材８０の固定部８０ｂと軸受部材６４との間には、環状のフランジ部５２ｂが介在されることにより、ステー部材８０と前記ステー部材８０に近接する内管３４の側壁とを非接触状態とし、ステー部材８０の円滑な回動動作を確保することができる。

ねじりコイルばね４６の固定側アーム４６ｂは、直線状に延在して弁軸５２に形成された環状溝７４の下部側に係合し、前記ねじりコイルばね４６の固定側アーム４６ｂがそのばね力によって上方に向って変位しようとするのを好適に阻止する。

本実施形態に係る排気流量制御弁３０が組み込まれた排気系１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
図７は、本実施形態に係る排気流量制御弁の動作説明図であって、図７（ａ）は、弁体の弁閉状態を示し、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は、弁体の弁開状態を示している。

図示しないエンジンが駆動（運転）されることにより、前記エンジンから排出される排気ガスは、排気系１０に導入される。この排気ガスは、第１消音器１２及び排気流量制御弁３０を経て排気ガスの流量が制御された後、下流側の第２消音器１４ａ、１４ｂ及び第３消音器１６ａ、１６ｂによって排気音が順次消音されて外部に排出される。

その際、例えば、アイドリング運転や始動運転を含むエンジン回転速度が低速度領域にある場合には、エンジン（燃焼室）の燃焼圧力が低く、前記エンジンから排出される排気ガスの排気圧力も低下しているため、排気系１０に導入される排気ガスの排気圧力も低くなっている。

このため、排気流量制御弁３０は、図７（ａ）に示されるように、ねじりコイルばね４６の付勢力（ばね力）によって弁体４２がストッパ部材６０に当接した弁閉状態に保持されており、内管３４の内壁と弁体４２の外面との間隙６７（図２（ｂ）参照）によって形成される排気ガス通路面積が最も絞られた状態（最小面積）となる。この結果、排気流量制御弁３０は、第１消音器１２の出力側から排出される排気ガスの排気エネルギを減少させて、第２消音器１４ａ、１４ｂの手前にて排気騒音を予備的に消音させると共に、エンジンの充填効率が高められる。

換言すると、本実施形態に係る排気流量制御弁３０では、ねじりコイルばね４６の付勢力によって弁体４２が閉じ側に付勢された弁閉状態であっても、内管３４の排気通路が弁体４２によって完全に封鎖されることがなく、内管３４の内壁と弁体４２の外面との間で形成された間隙６７を通じて絞られた流量の排気ガスが流通するように構成されている。

一方、エンジンの燃焼状態が完爆状態となって、エンジン回転速度が高速度領域に到達すると、エンジン（燃焼室）の燃焼圧力が高くなり、前記エンジンから排出される排気ガスの排気圧力も高くなる。従って、排気系１０においてインレットポート３２ａから排気流量制御弁３０内に導入される排気ガス動圧も高くなり、ねじりコイルばね４６の付勢力に抗して弁体４２を押圧する力が強くなる。この結果、弁体４２を押圧する力がねじりコイルばね４６の付勢力に打ち勝つことにより、弁体４２が弁軸５２を回動支点として反時計回り方向へ所定角度だけ回動し（図７（ｂ）参照）、弁体４２がストッパ部材６０に当接した弁閉状態から、弁体４２がストッパ部材６０から離間する方向に所定角度だけ傾動した弁開状態へ切り換えられる。

すなわち、内管３４のインレットポート３２ａから導入された排気ガス動圧の押圧力によって弁体４２が押圧されると、前記弁体４２が弁軸５２を支点として矢印Ａ方向（反時計回り方向）に回動し、前記弁軸５２に固定されたステー部材８０が弁軸５２を支点として矢印Ａ方向（反時計回り方向）に一体的に回動する。この場合、ねじりコイルばね４６の可動側アーム４６ｃの折曲部４６ｄに軸支された球体７８は、図７（ｂ）に示されるように、ステー部材８０の保持面８０ａに沿って転動しながら移動する。なお、ねじりコイルばね４６の固定側アーム４６ｂは、弁軸５２の環状溝７４に係止された状態に保持される。

弁体４２が弁閉状態から弁開状態へと切り換わり、内管３４内を流通する排気ガスの排気ガス通路面積が徐々に大きくなり、図７（ｃ）に示されるように、弁体４２が全開状態となったときに排気ガス通路面積が最大面積となる。よって、エンジン回転速度が高速度領域となったときの排気圧力損失は、排気流量制御弁３０によって排気ガスの流量が適宜制御されることによって低減される。

本実施形態では、弁体４２の回動支点となる弁軸５２の軸方向に沿った一端部であって内管３４の外部に露呈する部位に環状溝７４を設け、ねじりコイルばね４６の固定側アーム４６ｂを前記弁軸５２の環状溝７４で係止することにより、例えば、従来技術で設けられているねじりコイルばね４６の固定端を固定するための特別の部材（例えば、プレートや係止片等）が不要となり、部品点数を削減して製造コストを低減することができる。

換言すると、ねじりコイルばね４６の固定端である固定側アーム４６ｂを係止（固定）する係止部（固定部）を弁軸５２に設けなければ、従来技術で配設されていたねじりコイルばね４６の固定端を固定するための特別の部材（例えば、プレートや係止片等）が必要となるが、本実施形態では、このような特別の部材を不要とすることで装置全体の重量を軽減することができると共に、組付作業を簡素化することができる。

また、本実施形態では、ねじりコイルばね４６の固定側アーム４６ｂを係止する係止部として、弁軸５２の外周面に沿った環状溝７４とすることにより、前記環状溝７４を容易に製造することができると共に、組み付けの際に固定側アーム４６ｂを弁軸５２の環状溝７４に引っ掛けるだけでよいため、組付性を向上させることができる。

さらに、本実施形態において、弁軸５２の環状溝７４に係止されるねじりコイルばね４６の固定側アーム４６ｂは、弁軸５２が弁体４２と一体的に回動動作するときに妨げとなることがなく、弁軸５２の円滑な回動動作を確保することができる。

さらにまた、本実施形態では、ねじりコイルばね４６の固定側アーム４６ｂが弁軸５２に設けられた係止部で拘束され、弁軸５２に固定されるステー部材８０と相俟って各種部材が弁軸５２の近傍部位に近接配置されて集約化されることにより、省スペース化を達成することができる。

またさらに、本実施形態では、ねじりコイルばね４６の固定側アーム４６ｂが弁軸５２に形成された環状溝７４で係止され、一方、ねじりコイルばね４６の可動側アーム４６ｃが球体７８を介してステー部材８０に接続され、ねじコイルばね４６の軸方向に沿って固定側アーム４６ｂと可動側アーム４６ｃとが所定間隔離間して設けられることにより、相互の干渉を防止して円滑に付勢力を発揮することができる。

１０ 排気系
３０ 排気流量制御弁
３４ 内管（弁ボディ）
４２ 弁体
４６ ねじりコイルばね
４６ｂ 固定側アーム（固定端）
５２ 弁軸
７４ 環状溝（係止部、溝部）

Claims (5)

1. 内燃機関から排出される排気ガスを外部に排出する排気系に設けられ、弁体が開閉動作することによって排気通路を流通する排気ガスの流量を制御する排気流量制御弁において、
   弁ボディと、
   前記弁ボディの内部に配設された前記弁体を弁閉状態に付勢するねじりコイルばねと、
   前記弁ボディに回動自在に軸支され、前記弁体に連結されて前記弁体と一体的に回動する弁軸と、
   前記ねじりコイルばねの可動端に接続され、前記ねじりコイルばねのばね力を前記弁体に伝達する付勢力伝達機構と、
   を備え、
   前記弁軸には、前記ねじりコイルばねの固定端を係止する係止部が設けられ、
   前記ねじりコイルばねは、前記付勢力伝達機構を介して前記弁体を弁閉状態に付勢し、
   前記付勢力伝達機構と前記固定端とは、前記弁軸にそれぞれ接続されることを特徴とする排気流量制御弁。
2. 請求項１記載の排気流量制御弁において、
   前記係止部は、前記弁軸の外周面に形成された溝部からなることを特徴とする排気流量制御弁。
3. 請求項１記載の排気流量制御弁において、
   前記係止部は、前記弁軸の下部側に設けられることを特徴とする排気流量制御弁。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の排気流量制御弁において、
   前記付勢力伝達機構と前記固定端との間には、隔壁部材が介在されることを特徴とする排気流量制御弁。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の排気流量制御弁において、
   前記弁ボディは、該弁ボディの内側に向かって窪む凹部を有し、
   前記付勢力伝達機構と前記固定端とは、前記凹部に対応する位置で前記弁軸に接続されることを特徴とする排気流量制御弁。

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