(57)【要約】【課題】排気系の排ガス流路を切り替える流路切り替え機構を低コストで実現する。【解決手段】本発明は、エンジンの排気通路１内であって、排気通路１が第１の排気通路４と第２の排気通路６とに分岐する分岐部３に設けられ、弁体１１が分岐部３を支点として回動することで排ガス流路を第１の排気通路４と第２の排気通路６との間で切り替える流路切り替え機構１０において、弁体１１を第１の排気通路４を閉塞する方向へと付勢する弾性部材１４と、排ガスの動圧を受けて弁体１１を第２の排気通路６を閉塞する方向へと回動させる受圧部１３とを備えることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路（１）内であって、前記排気通路（１）が第１の排気通路（４）と第２の排気通路（６）とに分岐する分岐部（３）に設けられ、弁体（１１）が前記分岐部（３）を支点として回動することで排ガス流路を前記第１の排気通路（４）と前記第２の排気通路（６）との間で切り替える流路切り替え機構（１０）において、
前記弁体（１１）を前記第１の排気通路（４）を閉塞する方向へと付勢する弾性部材（１４）と、
排ガスの動圧を受けて前記弁体（１１）を前記第２の排気通路（６）を閉塞する方向へと回動させる受圧部（１３）とを備えることを特徴とする流路切り替え機構（１０）。
【請求項２】
前記弁体（１１）は、前記第１の排気通路（４）を閉塞する第１の弁体部（１２）と、前記第２の排気通路（６）を閉塞する第２の弁体部（１３）とから構成され、前記第１の弁体部（１２）と前記第２の弁体部（１３）とは、前記排気通路（１）の上流側へ向けて末広がりとなるように所定の角度をもって一体的に形成され、
前記第２の弁体部（１３）が前記受圧部（１３）であることを特徴とする請求項１に記載の流路切り替え機構（１０）。
【請求項３】
前記支点（７）は前記分岐部（３）の中心より前記第１の排気通路（４）側へずれて配置され、前記第２の弁体部（１３）は前記第１の弁体部（１２）より表面積が大きいことを特徴とする請求項２に記載の流路切り替え機構（１０）。
【請求項４】
前記第１の弁体部（１２）と前記第２の弁体部（１３）との間に多孔質体（３１）が設けられることを特徴とする請求項２又は３に記載の流路切り替え機構（１０）。
【請求項５】
前記弾性部材（１４）は、コイル部（１５）と、前記コイル部（１５）の一端から伸びて前記弁体（１１）に係止される第１の腕部（１６）と、前記コイル部（１５）の他端から伸びて前記分岐部（３）に係止される第２の腕部とを有するねじりコイルばね（１４）であり、
前記コイル部（１５）は、前記第１の排気通路（４）及び前記第２の排気通路（６）の外部に設けられ、前記第１の腕部（１６）が前記第１の排気通路（４）又は前記第２の排気通路（６）を連通するように延設されることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の流路切り替え機構（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気系において、排ガス流量に応じて流路を切り替えることが可能な流路切り替え機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排ガスを浄化する触媒浄化装置や排ガスの熱を回収する排熱回収装置をエンジンの排気系に装着することが知られている。さらに当該装置をバイパスするバイパス流路及び流路を切り替え可能な流路切り替え機構を設け、排ガス流量に応じて流路を切り替えることが知られている。特許文献１には流路切り替え機構としてモータアクチュエータによって駆動されるバタフライバルブが記載されている。
【特許文献１】特開２００７−３０３４２４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の技術では、流路切り替え機構にモータアクチュエータを使用しており、さらにモータアクチュエータを制御する制御回路も必要であるので、コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
本発明は、排気系の排ガス流路を切り替える流路切り替え機構を低コストで実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明は、エンジンの排気通路内であって、排気通路が第１の排気通路と第２の排気通路とに分岐する分岐部に設けられ、弁体が分岐部を支点として回動することで排ガス流路を第１の排気通路と第２の排気通路との間で切り替える流路切り替え機構において、弁体を第１の排気通路を閉塞する方向へと付勢する弾性部材と、排ガスの動圧を受けて弁体を第２の排気通路を閉塞する方向へと回動させる受圧部とを備えることを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、弁体が、第１の排気通路を閉塞する第１の弁体部と、第２の排気通路を閉塞する第２の弁体部とから構成され、第１の弁体部と第２の弁体部とは、排気通路の上流側へ向けて末広がりとなるように所定の角度をもって一体的に形成され、第２の弁体部が受圧部であることを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、支点が分岐部の中心より第１の排気通路側へずれて配置され、第２の弁体部は第１の弁体部より表面積が大きいことを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、第１の弁体部と第２の弁体部との間に多孔質体が設けられることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、弾性部材は、コイル部と、コイル部の一端から伸びて弁体に係止される第１の腕部と、コイル部の他端から伸びて分岐部に係止される第２の腕部とを有するねじりコイルばねであり、コイル部は、第１の排気通路及び第２の排気通路の外部に設けられ、第１の腕部が第１の排気通路又は第２の排気通路を連通するように延設されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、弁体が弾性部材によって第１の排気通路を閉塞する方向へと付勢され、排ガスの動圧によって第２の排気通路を閉塞する方向へと回動されるので、排ガスの流量が少ないときは第１の排気通路が閉塞されて第２の排気通路が排ガス流路となり、排ガスの流量が多くなると第２の排気通路が閉塞されて第１の排気通路が排ガス流路となる。したがって、モータアクチュエータなどを必要とすることなく排ガスの流量に応じて排ガス流路を切り替えることができ、低コストで流路切り替え機構を実現することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、弁体が第１の排気通路を閉塞する第１の弁体部と第２の排気通路を閉塞する第２の弁体部とから構成され、第１の弁体部と第２の弁体部とは、排気通路の上流側へ向けて末広がりとなるように所定の角度をもって一体的に形成されるので、第１の弁体部が第１の排気通路を閉塞している状態で、第２の弁体部は排ガスの動圧を受け、当該動圧によって受ける力が弾性部材の付勢力以上となると、弁体が回動して第２の弁体部が第２の排気通路を閉塞する。したがって、モータアクチュエータなどを必要とすることなく排ガスの流量に応じて排ガス流路を切り替えることができ、低コストで流路切り替え機構を実現することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、弁体の支点が分岐部の中心より第１の排気通路側へずれて配置され、第２の弁体部は第１の弁体部より表面積が大きいので、第２の弁体部は排ガスの動圧をより強く受けることができ、排ガス流路の切り替えをより確実に行うことができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明によれば、第１の弁体部と第２の弁体部との間に多孔質体が設けられるので、第１の弁体部と第２の弁体部との間において気流の巻き込みによる気流音が発生することを防止でき、特にエンジンの高回転時には乱流による気流騒音を低減することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明によればねじりコイルばねのコイル部が第１の排気通路及び第２の排気通路の外部に設けられるので、コイル部が高温の排ガスに晒されることを防止でき、ばねの耐久性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下では図面を参照して本発明の実施の形態について詳しく説明する。
【００１６】
図１は本実施形態における流路切り替え機構を設けた排気系の構成を示す概略構成図である。図２は図１の範囲Ａの拡大断面図である。
【００１７】
排気管１は、エンジンから排出された排ガスが流れるように、上流側が図示しないエンジンに接続され、下流側が図示しないマフラーに接続される。排気管１の途中には排ガスを浄化する触媒コンバータ２が設けられる。
【００１８】
ここで、触媒コンバータ２は触媒の活性を促進するためにより高温の排ガスが流れるできるだけ上流側に設けられる。しかし、エンジンの回転速度が高い領域では排ガスの流量が大きいので、当該領域において排ガスが触媒コンバータ２を通過すると触媒の劣化が進む可能性がある。そこで、排ガス流量が大きくなるエンジンの高回転速度領域では触媒コンバータ２をバイパスさせるため、以下に示すような構成となっている。
【００１９】
すなわち、排気管１は触媒コンバータ２より上流側で分岐しており、当該分岐部３にはバイパス流路としてのバイパス管４が接続される。バイパス管４は触媒コンバータ２より下流側において排気管１に合流する。なお、本実施形態では排気管１の分岐部３から合流部５までを触媒側排気管６と呼び、バイパス管４と区別して説明する。すなわち、排気管１は分岐部３において触媒側排気管６とバイパス管４とに分岐し、触媒より下流側の合流部５において合流する。
【００２０】
排気管１の分岐部３には排ガスの流路を切り替える流路切り替え機構１０が設けられる。流路切り替え機構１０は触媒側排気管６及びバイパス管４を閉塞可能な弁体１１と、バイパス管４を閉塞する側に弁体１１を付勢するねじりコイルばね１４（以下「ばね」という）とから構成される。弁体１１は分岐部３を支点７として回動することで触媒側排気管６又はバイパス管４を閉塞し、ばね１４によって常にバイパス管４を閉塞する方向へと付勢されている。
【００２１】
弁体１１はバイパス管４を閉塞する第１の弁体部１２と、触媒側排気管６を閉塞する第２の弁体部１３とから構成され、第１の弁体部１２と第２の弁体部１３とは支点７から排気管１の上流側へ向けて末広がりとなるように所定の角度をもって一体的に形成される。すなわち、第２の弁体部１３が第１の弁体部１２より所定の角度だけ立っている。
【００２２】
また、ばね１４はコイル部１５と、コイル部１５の一端から伸びて第１の弁体に係止される第１の腕部１６と、コイル部１５の他端から伸びて排気管１の分岐部３に係止される図示しない第２の腕部とを有し、例えばインコネル材によって形成される。
【００２３】
さらに、バイパス管４の分岐部３近傍には第１の弁体部１２がバイパス管４を閉塞する際に着座する第１のストッパ１７が設けられ、触媒側排気管６の分岐部３近傍には第２の弁体部１３が触媒側排気管６を閉塞する際に着座する第２のストッパ１８が設けられる。各ストッパ１７、１８の位置は、各弁体部１２、１３が着座したとき弁体部１２、１３と排ガスの流れ方向とのなす角がほぼ垂直になるように設定される。
【００２４】
弁体１１はばね１４によって付勢され、第１の弁体部１２が第１のストッパ１７に着座してバイパス管４を閉塞する。このとき排ガスは触媒側排気管６へと流れる。さらに第２の弁体部１３は第１の弁体部１２より所定の角度だけ立っているので、第２の弁体部１３の第１の弁体部１２側の面が排ガスの流動によって動圧を受け、受圧部としての第２の弁体部１３が触媒側排気管６を閉塞する方向へと力を受ける。すなわち、排ガスから受ける動圧が小さいときには第１の弁体部１２が第１のストッパ１７に着座し、排ガスから受ける力が大きくなって、ばね１４の付勢力を超えると弁体１１が回動して第２の弁体部１３が第２のストッパ１８に着座する。
【００２５】
これにより、排ガス流路が触媒側排気管６へと流れる流路と、バイパス管４へと流れる流路との間で切り替えられ、排ガス流量に応じて排ガス流路を切り替えることができる。なお、ばね１４定数は弁体１１が所望のタイミングで回動するように予め設定される。
【００２６】
また、弁体１１の支点７は分岐部３の中心よりバイパス管４側にずれており、触媒側排気管６及びバイパス管４の内径はほぼ等しいので、第２の弁体部１３の表面積は第１の弁体部１２の表面積より大きく設定される。これは、第２の弁体部１３が排ガスからより大きな力を受け、流路切り替え機構を回動しやすくするものである。なお、支点７の位置や弁体部の表面積は、排ガスから受ける力とばね力とのバランスに応じて適宜変更可能である。
【００２７】
次に、図３及び図４を参照しながら流路切り替え機構の作用について説明する。図３及び図４は、流路切り替え機構の作動を示す拡大断面図である。
【００２８】
図３に示すように、エンジンの回転速度が比較的低いときには、排ガスの流量が少ないので、第１の弁体部１２が排ガスから受ける力はばね１４から受ける力より小さく流路切り替え機構はばね１４によって付勢されて第１の弁体部１２が第１のストッパ１７に着座し、バイパス管４を閉塞する位置にある。これにより排ガスはバイパス管４に流れることなく触媒側排気管６を下流へと流れ、触媒コンバータ２を通過する。
【００２９】
図４に示すように、エンジンの回転速度が高くなると排ガスの流量が多くなるので、第２の弁体部１３が排ガスから受ける力がばね１４から受ける力より大きくなり、ばね１４力に抗して弁体１１が回動する。これにより、第１の弁体部１２が第１のストッパ１７から離間し、さらに第２の弁体部１３が第２のストッパ１８に着座して触媒側排気管６が閉塞される。これにより、排ガスは全量バイパス管４へと流れ、触媒コンバータ２への流入を防止することができる。
【００３０】
以上のように本実施形態では、弁体１１がばね１４によってバイパス管４を閉塞する方向へと付勢され、排ガスの動圧によって触媒側排気管６を閉塞する方向へと回動されるので、排ガスの流量が少ないときはバイパス管４が閉塞されて触媒側排気管６が排ガス流路となり、排ガスの流量が多くなると触媒側排気管６が閉塞されてバイパス管４が排ガス流路となる。したがって、モータアクチュエータなどを必要とすることなく排ガスの流量に応じて排ガス流路を切り替えることができ、低コストで流路切り替え機構を実現することができる。
【００３１】
また、弁体１１がバイパス管４を閉塞する第１の弁体部１２と触媒側排気管６を閉塞する第２の弁体部１３とから構成され、第１の弁体部１２と第２の弁体部１３とは、排気通路の上流側へ向けて末広がりとなるように所定の角度をもって一体的に形成されるので、第１の弁体部１２がバイパス管４を閉塞している状態で、第２の弁体部１３は排ガスの動圧を受け、当該動圧によって受ける力がばね１４の付勢力以上となると、弁体１１が回動して第２の弁体部１３が触媒側排気管６を閉塞する。したがって、モータアクチュエータなどを必要とすることなく排ガスの流量に応じて排ガス流路を切り替えることができ、低コストで流路切り替え機構１０を実現することができる。
【００３２】
さらに、弁体１１の支点７が分岐部３の中心よりバイパス管４側へずれて配置され、第２の弁体部１３は第１の弁体部１２より表面積が大きいので、第２の弁体部１３は排ガスの動圧をより強く受けることができ、排ガス流路の切り替えをより確実に行うことができる。
【００３３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
【００３４】
例えば、本実施形態では触媒コンバータ２をバイパスさせる場合を例にとって説明したが、触媒コンバータ２の代わりに排熱回収器を設けてもよい。排熱回収器では熱回収が必要なのはラジエータの水温が比較的低いエンジンの低回転時であり、高回転時にも回収する構成となっていると、その分ラジエータを大型化する必要がある。そこで、本実施形態の構成により、エンジンの高回転時には排ガスをバイパスさせることができる。
【００３５】
また、触媒コンバータ２の代わりに消音器を設けてもよい。この場合にもエンジンの低回転時には消音器によって排ガスの気流音を低減し、エンジンの高回転時には圧力損失を低減するために排ガスをバイパスさせることができる。
【００３６】
さらに、本実施形態ではばね１４のコイル部１５をバイパス管４の内部に配置しているが、図５に示すようにコイル部１５をバイパス管４の外部に配置し、第１の腕部１６がバイパス管４を連通するように設けてもよい。この場合には排ガスが外部へ漏出しないようにばね１４の周囲に外筒２１を設けることが考えられる。これにより、ばね１４が高温の排ガスに晒されることを防止できるので、ばね１４の耐久性を向上させることができる。
【００３７】
さらに、図６に示すように第１の弁体部１２と第２の弁体部１３との間に発泡金属や発泡セラミックスなどの多孔体３１を装着してもよい。第１の弁体部１２と第２の弁体部１３との間には気流の巻き込みによる気流音が発生し、特にエンジンの高回転時には乱流による気流騒音が発生する。そこで、第１の弁体部１２と第２の弁体部１３との間に多孔体３１を装着することで気流の乱れを生じにくくし、大きな乱れ及び渦をより小さい渦へと変化させることができ、気流騒音を低減することができる。
【００３８】
さらに、図７に示すように第１の弁体部１２の下部であって第１のストッパ１７との接触部及び第２の弁体部１３の上部であって第２のストッパ１８との接触部にそれぞれワイヤメッシュ４１を設けてもよい。排ガスの脈動により弁体１１が小刻みに開閉すると、弁体部１２、１３とストッパ１７、１８との間において打音が発生する。そこで、ワイヤメッシュ４１を設けることで弁体部１２、１３とストッパ１７、１８との間における打音の発生を抑制することができる。
【００３９】
さらに、本実施形態では弁体が第１の弁体部１２と第２の弁体部１３とから構成され、第１の弁体部１２がバイパス管４を閉塞し、第２の弁体部１３が触媒側排気管６を閉塞する構成となっているが、１つの弁体部がバイパス管４及び触媒側排気管６を閉塞する構成としてもよい。この場合には弁体部の他に排ガスの動圧を受ける受圧部を設けることで本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態における流路切り替え機構を設けた排気系の構成を示す構成図である。
【図２】図１の範囲Ａの拡大断面図である。
【図３】流路切り替え機構の作動を示す拡大断面図である。
【図４】流路切り替え機構の作動を示す拡大断面図である。
【図５】別実施例における流路切り替え機構の構成を示す拡大断面図である。
【図６】別実施例における流路切り替え機構の構成を示す拡大断面図である。
【図７】別実施例における流路切り替え機構の構成を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  排気通路
３  分岐部
４  第１の排気通路
６  第２の排気通路
７  支点
１０  流路切り替え機構
１１  弁体
１２  第１の弁体部
１３  第２の弁体部
１４  ばね
１５  コイル部
１６  第１の腕部
３１  多孔質体
【図１】
2010151010.tif 000003
【図２】
2010151010.tif 000004
【図３】
2010151010.tif 000005
【図４】
2010151010.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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