(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主流路及びバイパス流路を備えたエンジンの排気管の内部に設けられ、前記排気管の外側に設けられた外部駆動装置により駆動されて前記主流路及びバイパス流路を選択的に開閉するものにおいて、
回動可能に支持され、前記排気管から外部に突出する一端部が前記外部駆動装置に連結されて当該外部駆動装置により往復回動される主軸と、
この主軸に設けられ、当該主軸の往復回動により前記主流路及びバイパス流路を選択的に開閉する開閉部材とを備え、
前記主軸を、軸方向に複数分割したことを特徴とする排気管用開閉装置。
【請求項２】
前記主軸は、前記排気管から外部に突出して前記外部駆動装置に連結される駆動軸と、前記排気管の内部に位置する従動軸とに二分割され、前記駆動軸とこの駆動軸が挿入された穴の内周面との間の隙間は、前記従動軸とこの従動軸が挿入された穴の内周面との間の隙間よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１記載の排気管用開閉装置。
【請求項３】
前記駆動軸は、前記従動軸よりも軸方向長さが短いことを特徴とする請求項２記載の排気管用開閉装置。
【請求項４】
前記駆動軸は、前記従動軸よりも径小であることを特徴とする請求項２または３記載の排気管用開閉装置。
【請求項５】
前記従動軸は、軸方向に移動自在に設けられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の排気管用開閉装置。
【請求項６】
前記駆動軸を挿入する前記穴を有した受け部材を備え、前記駆動軸および受け部材をセラミックスにより形成して、前記受け部材を前記排気管に金属製の取付部材を介して取り付けたことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の排気管用開閉装置。
【請求項７】
前記駆動軸を挿入する前記穴を有した受け部材を備え、前記駆動軸はセラミックス軸と金属製軸により形成され、前記金属製軸に前記セラミックス軸を圧入したことにより、前記受け部材を金属により形成可能にしたことを特徴とする請求項２ないし５のいずれかに記載の排気管用開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、エンジンの排気管の内部に設けられる排気管用開閉装置に係わり、特に排気管の主流路及びこの主流路から分岐するバイパス流路を選択的に開閉する排気管用開閉装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエンジンの排気ガスを浄化するシステムとして、排気管に、白金、ロジウム等の貴金属を触媒として担持した担体を設け、排気ガス中のＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等を酸化反応、或いは酸化、還元反応により浄化する触媒コンバータシステムがある。
【０００３】
この触媒コンバータシステムでは、排気ガスの浄化には、触媒が活性化温度例えば３００〜４００℃以上に加熱されていることを必要とするが、一般には、排気ガスによる触媒加熱方式を採用しているため、エンジンの始動直後においては、触媒は活性化温度に達しておらず、排気ガスの浄化はほとんど行われないという問題がある。
【０００４】
そこで、上記触媒をエンジンの近傍に配置し、排気ガスの持つ熱により可能な限り早く活性化温度に到達させるようにしたり、触媒を担持している担体をセラミックから熱伝導性の良い金属に代えて早く活性化温度に到達させるようにしたり、或いは担体にヒータを設けて強制加熱により早期に活性化温度に到達させたりしているのが現状である。
【０００５】
一方、いわゆる排気ガス規制の強化により、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等の有害ガス成分の浄化率は、今後、更なる向上を要求されることが予測され、これを達成するためには、触媒をエンジンにより近い位置に配置してエンジン始動直後から排気ガスを浄化できるようにすることが必要となってくる。ところが、触媒をエンジンに近付けると、触媒がより高温度の排気ガスに晒されることとなるが、触媒は一般に高温条件下では劣化が早まるので、かえって浄化率を低下させてしまうという不具合を生ずる。
【０００６】
この問題を解消するために、例えば特開平４−６０１０８号公報に示されているように、排気管をエンジン近くで二分岐させて主流路とバイパス流路とを形成し、バイパス流路が再び主流路に合流する部位の下流側に主触媒を配置すると共に、バイパス路にヒータ付きの触媒を配置する構成とすることが提案されている。このものでは、エンジン近くの排気管の分岐部に回転動作形の切換バルブ（開閉装置）を設け、エンジン始動直後のように排気ガスが低温の時には、主流路を閉じてバイパス流路を開くことにより、排気ガスをバイパス流路に流してヒータにより早期に活性化温度まで加熱されるヒータ付き触媒により浄化し、そして排気ガスが高温になってこの排気ガスにより主触媒が十分に暖められた後は、切換バルブによりバイパス流路を閉じて主流路を開くことにより、排気ガスを主流路に流して主触媒により排気ガスを浄化するように構成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記切換バルブ、排気管の内部に設けられて高温度の排気ガスに晒される切換バルブは、耐熱性が問題となる。特に切換バルブの主軸は高温に晒されることにより軸方向に弓なり状に変形したり、断面が楕円形に歪んだりする。このため、軸受穴内に挿入されている主軸が円弧状に変形することにより、本来軸方向両側の２点支持のところ、中間部も軸受穴内面に当たっていわゆる「こじり」を生じ、或いは主軸が断面楕円形に歪むことにより、軸受穴内面に圧接して「こじる」を生ずるようになり、主軸の円滑な動作が阻害される。すると、切換バルブの開閉動作が完全に行われなくなり、主流路を閉じてバイパス流路を開く際に、これが不完全となり、排気ガスが主流路に漏れ出してヒータ付き触媒により浄化されることなく大気中に放出されるという不具合を生ずる。
【０００８】
また、主軸は外部駆動装置に連結するために、軸受穴を通して排気管から外部に突出するように構成される。このとき、高温条件下で主軸が変形、歪みを生ずることを考慮して、軸受穴と主軸との間に大きな隙間を持たせる必要があるため、その隙間から大気中に排気ガスが漏れ出るという不具合を生じ、これを解消するために上記隙間を小さくすると、主軸の少しの変形や歪みで、該主軸が動作不良等を起こしてしまう。
【０００９】
しかしながら、このような問題は上記特開平４−６０１０８号公報のものでは未解決のまま残されており、排気ガスの浄化率を高める上で、この問題を解消することが切に望まれているのが現状である。
【００１０】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、主軸の動作不良を惹起することなく、主軸とこの主軸が挿入された穴との間の隙間から排気ガスが漏れ出ることを防止できる排気管用開閉装置を提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の排気管用開閉装置は、主流路及びバイパス流路を備えたエンジンの排気管の内部に設けられ、前記排気管の外側に設けられた外部駆動装置により駆動されて前記主流路及びバイパス流路を選択的に開閉するものにおいて、回動可能に支持され、前記排気管から外部に突出する一端部が前記外部駆動装置に連結されて当該外部駆動装置により往復回動される主軸と、この主軸に設けられ、当該主軸の往復回動により前記主流路及びバイパス流路を選択的に開閉する開閉部材とを備え、前記主軸を、軸方向に複数分割したことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項２記載の排気管用開閉装置は、前記主軸を、前記排気管から外部に突出して前記外部駆動装置に連結される駆動軸と、前記排気管の内部に位置する従動軸とに二分割し、前記駆動軸とこの駆動軸が挿入された穴の内周面との間の隙間を、前記従動軸とこの従動軸が挿入された穴の内周面との間の隙間よりも小さく設定したことを特徴とするものである。
【００１３】
請求項３記載の排気管用開閉装置は、前記駆動軸の軸方向長さを、前記従動軸の軸方向長さよりも短くしたことを特徴とするものである。
請求項４記載の排気管用開閉装置は、前記駆動軸を、前記従動軸よりも径小にしたことを特徴とするものである。
請求項５記載の排気管用開閉装置は、前記従動軸を、軸方向に移動自在に設けたことを特徴とするものである。
【００１４】
請求項６記載の排気管用開閉装置は、前記駆動軸を挿入する前記穴を有した受け部材を備え、前記駆動軸および受け部材をセラミックスにより形成して、前記受け部材を前記排気管に金属製の取付部材を介して取り付けたことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項７記載の排気管用開閉装置は、前記駆動軸を挿入する前記穴を有した受け部材を備え、前記駆動軸はセラミックス軸と金属製軸により形成され、前記金属製軸に前記セラミックス軸を圧入したことにより、前記受け部材を金属により形成可能にしたことを特徴とするものである。
【００１６】
【作用及び発明の効果】
請求項１記載の手段によれば、主軸が軸方向に複数分割されているので、各分割軸の軸方向長さは、非分割の場合に比べて短くなり、個々の分割軸が弓なり状に変形しても、その変形量は主軸を非分割の１本の軸から構成した場合に比べ本来的に小さい。特に、全体が排気管内に位置する分割軸は、排気ガスの高熱によって変形し易いが、主軸を分割しているので、その変形を軸中心のずれによって吸収できる。また、各分割軸について、その軸方向長さ、径寸法、材質等を自由に設定できるので、特に排気管から外部に突出する分割軸については、弓なり状の変形量、断面楕円形の歪みがそれ程大きくならないようにして、動作不良を防止しながら、その軸と穴の内周面との間の隙間を小さく設定して排気ガスの漏れ量を少なくすることができる。
【００１７】
請求項２記載の手段によれば、主軸のうち、排気管から外部に突出する駆動軸とこの駆動軸が挿入された穴の内周面との間の隙間は小さく設定されているので、その隙間から外部に漏洩する排気ガス量をごく少量に抑えることができ、このようにしても駆動軸は全体が排気管内に位置する従動軸とは異なり、排気ガスに直接晒される度合いが少ないので、変形、歪は小さく、動作不良を惹起するおそれがない。
【００１８】
請求項３記載の手段によれば、駆動軸の軸方向長さは短いので、駆動軸が弓なり状に変形したとしても、その変形量は小さく、穴の内周面をこじるおそれがなくなる。このため、排気管の内部を外部に開放される駆動軸と穴の内周面との間の隙間をより小さくすることができ、その隙間から外部に漏れ出る排気ガス量をより少なくすることができる。
【００１９】
請求項４記載の手段によれば、駆動軸の外径寸法は小さいので、駆動軸が楕円形に歪んだとしても、その歪み量は小さく、穴の内周面をこじるおそれがなくなる。このため、排気管の内部を外部に開放される駆動軸と穴の内周面との間の隙間をより小さくすることができ、その隙間から外部に漏れ出る排気ガス量をより少なくすることができる。
請求項５記載の手段によれば、従動軸は軸方向に移動自在であるから、熱膨張により軸方向に伸長しても動作不良となるおそれがない。
【００２０】
請求項６記載の手段によれば、排気管から外部に突出する駆動軸およびこの駆動軸が挿入される穴を有した受け部材がセラミックスにより形成されていることにより、駆動軸および受け部材は相当の高温雰囲気に晒されても変形の度合いは非常に小さい。このため、駆動軸と穴の内周面との隙間をより小さくして排気ガスの漏れ量をより少なくすることができる。また、セラミックス製の受け部材を金属製の取付部材を介して排気管に取り付けるようにしたことにより、受け部材の取り付けを容易に行うことができる。
【００２１】
請求項７記載の手段によれば、排気管から外部に突出する駆動軸はセラミックス軸と金属製軸により形成され、前記金属製軸に前記セラミックス軸を圧入しているので、駆動軸は相当の高温雰囲気に晒されても変形の度合いは非常に小さい。また、この駆動軸が挿入される穴を有した受け部材は、前記金属製軸と同じく金属材料であるため、高温雰囲気に晒されても同じ変形量を発生し、排気ガスの漏れ量をより少なくすることができる。さらに、前記受け部材は金属製であるため、排気管への受け部材の取り付けを容易に行うことができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を自動車の排気ガス浄化用触媒コンバータシステムに適用した第１実施例を図１〜図４に基づいて説明する。
触媒コンバータシステムの全体構成を示す図４において、エンジン１の排気マニホルド２には排気管３が接続されており、エンジン１の排気ガスはこの排気管３を通じて大気中に排出される。
【００２３】
この排気管３において、排気マニホルド２との接続部分は本発明に係る開閉装置としての切換バルブ４のケーシング５として構成されている。このケーシング５は金属製で、前記排気マニホルド２に接続された１個の入口と、２個の出口を備えており、一方の出口には排気管３の主流路を構成する主排気管６が接続され、他方の出口には同じく排気管３のバイパス流路を構成するバイパス管７が接続されている。主排気管６から分岐された形態のバイパス管７は先端が主排気管６に再接続されており、このバイパス管７の中間部には早期活性触媒、例えばハニカム状ヒータに白金、ロジウム等の貴金属を担持させたヒータ付き触媒８が収納されている。また、主排気管６のうち、バイパス管７の合流部より下流側には、例えばハニカム状担体に白金、ロジウム等の貴金属を担持させた主触媒９が収納されている。
【００２４】
前記切換バルブ４は、後述するように、エンジン１の始動直後の排気ガスが低温の時には、主排気管６を閉じてバイパス管７を開き、排気ガスにより主触媒９が活性化温度にまで加熱された後は、バイパス管７を閉じて主排気管６を開くように開閉動作する。そして、この切換バルブ４の開閉動作時期の判断のため、主排気管６に主触媒９を通った後の排気ガス温度により主触媒９の活性化状態をモニターするための温度センサ１０が設けられている。
【００２５】
ここで、切換バルブ４の具体的構成を図１〜図３を参照して説明する。まず、ケーシング５は、排気マニホルド２に接続された入口及び主排気管６に接続された出口を有するケーシング主部５ａと、バイパス管７に接続された出口を有するケーシングカバー５ｂとから構成され、ケーシング主部５ａとケーシングカバー５ｂとは枠板１１を挟んで溶接により接合されている。枠板１１のケーシングカバー５ｂ側の側面には、切換バルブ４の座板１２がボルト１３とナット１４とにより締め付け固定されている。
【００２６】
座板１２にはバイパス管７をケーシング主部５ａを介して排気マニホルド２に連通させるための円形の通気孔１５が形成されている。また、座板１２の一側部には軸受としての角柱状をなすハウジング１６が一体に突出形成されており、このハウジング１６に、上端が開放された有底円形の軸受穴１７が形成されている。一方、ケーシングカバー５ｂの上面部には、軸受穴１７の直上に位置する円形孔１８が形成されている。この円形孔１８には、内部を上下に開放する軸受穴１９とした受け部材具体的には軸受としての金属製例えばステンレス製のスリーブ２０が通されており、このスリーブ２０の下端部はハウジング１６の軸受穴１７内に挿入されている。そして、スリーブ２０は上端部に径大なフランジ部２０ａを有しており、このフランジ部２０ａが円形孔１８を閉鎖するようにしてケーシングカバー５ｂに溶接により固着されている。
【００２７】
さて、上記ハウジング１６の軸受穴１７及びスリーブ２０の軸受穴１９には、切換バルブ４の主軸２１が挿入されている。この主軸２１は軸方向たる上下に二分割され、下側の分割軸は従動軸２２とされ、上側の分割軸は駆動軸２３とされている。従動軸２２はハウジング１６の軸受穴１７内に挿入支持されており、その下端部は円錐凸面２２ａに形成されて該円錐凸面２２ａが軸受穴１７の底面に形成された円錐状凹面１７ａに受けられていて、主軸２１全体に作用するスラスト荷重を円錐凹面１７ａにより受けるようにしている。一方、駆動軸２３は従動軸２２の上に載置するようにしてスリーブ２０の軸受穴１９に挿入支持されており、その上端部は外部駆動装置との連結のためにスリーブ２０の軸受穴１９から外部に突出されている。
【００２８】
そして、従動軸２２及び駆動軸２３の抜け止めをするために、スリーブ２０から下方に突出する駆動軸２３の下端部にスリーブ２０よりも径大なフランジ部２３ａが形成されていて、このフランジ部２３ａがスリーブ２０の下端に係止されて抜け止め作用をなすストッパとして機能するように構成されている。また、外部駆動装置から駆動軸２３に与えられた回転力を従動軸２２に伝達するために、駆動軸２３のフランジ部２３ａの下面部に突設されたリブ状突起２３ｂが従動軸２２の上端面に形成されたすり割り溝２２ｂに嵌合されている。更に、すり割り溝２２ｂの幅はリブ状突起２３ｂの幅に比べて大きく設定され、従動軸２２が弓なり状に変形しても、駆動軸２３との軸中心がずれることによっていわゆる「こじり」が生じない構成になっている。
【００２９】
ここで、従動軸２２及び駆動軸２３は共に耐熱性材料例えばステンレスにより形成されており、駆動軸２３とこの駆動軸２３が挿入された穴すなわちスリーブ２０の軸受穴１９の内周面との間の隙間Ｃ1 は、従動軸２２とこの従動軸２２が挿入された穴すなわちハウジング１６の軸受穴１７の内周面との間の隙間Ｃ2 よりも小さく設定されている。上記隙間Ｃ1 はここからの排気ガスの漏洩防止のために極力小さくされていると共に、この小さな隙間Ｃ1 によるシール効果をより高めるためにスリーブ２０の軸方向長さ（シール長さ）は比較的長く設定されている。また、駆動軸２３のフランジ部２３ａとスリーブ２０の下端との間には、若干の隙間Ｃ3 が生ずるように設定されており、この隙間Ｃ3 の存在により駆動軸２２及び従動軸２３が軸方向に移動自在になされている。
【００３０】
しかして、従動軸２２には、アーム２４が取り付けられており、従動軸２２の回転に伴うアーム２４の旋回運動を許容するために、ハウジング１６には窓２５が開口形成されている。なお、従動軸２２のアーム２４の取り付け構成は次のようなものである。すなわち、従動軸２２には、取付孔２２ｃが形成されていると共に、この取付孔２２ｃの一方側に段付き孔２２ｄ、他方側にねじ孔２２ｅが形成されており、取付孔２２ｃにアーム２４の基端部を嵌合し、そして段付き孔２２ｄ及びアーム２４の基端部に形成された通し孔２４ａにボルト２６を通してこれをねじ孔２２ｅに螺着し、ボルト２６を緩み止めのために従動軸２２に溶接するというものである。
【００３１】
上記アーム２４の先端部は前記座板１２の通気孔１５にまで延長されており、その先端部にはケーシング主部５ａ内に位置された開閉部材としての円形の開閉板２７が取付部材としての例えば段付きねじ２８により傾動自在に取り付けられている。そして、従動軸２２が矢印Ａ方向に回転すると、アーム２４が同方向に旋回して図３に二点鎖線で示すように開閉板２７を前記主排気管６の端面に当接させて該主排気管６を閉鎖し、従動軸２２が矢印Ａとは反対の矢印Ｂ方向に回転すると、アーム２４が同方向に旋回して図３に実線で示すように開閉板２７に当接して通気孔１５ひいては前記バイパス管７を閉鎖するようになっている。なお、開閉板２７がアーム２４に対し傾動自在であることにより、該開閉板２７は主排気管６の端面の全周及び通気孔１５の全周縁部に隙間なく当接する。
【００３２】
前記駆動軸２３を駆動する外部駆動装置として、カバー部５ｂの外側にダイアフラムアクチュエータ２９がステイ３０を介して取り付けられている。このダイアフラムアクチュエータ２９は、ケース３１内に設けられたスプリング復帰形のダイアフラム３２に操作部材としての操作軸３３を直結してなる。ケース３１内のダイアフラム３２により区分された一方の室３１ａは大気に連通され、他方の室３１ｂは図４に示すように途中に開閉手段としての電磁弁３４を有した吸気パイプ３５により前記エンジン１の吸気マニホルド３６に接続されている。そして、ダイアフラム３２は、電磁弁３４が開かれると、室３１ｂ内の圧力が吸気マニホルド３６による吸気により負圧となるため、圧縮スプリング３７の弾発力に抗して矢印Ｃ方向に変位し、電磁弁３４が閉じられると、圧縮スプリング３７の弾発力により矢印Ｃとは反対の矢印Ｄ方向に変位する。
【００３３】
このようなダイアフラム３２の矢印Ｃ及び矢印Ｄ方向に変位により操作軸３３が同方向に往復移動する。そして、この操作軸３３の直線運動を前記駆動軸２３の回転運動に変換して伝達するために、駆動軸２３の上端部にクランク機構を構成するためのリンク３８がその一端部に形成された角孔３８ａを駆動軸２３の上端部に突設されたリブ状突起２３ｃに嵌合するようにして取り付けられており、このリンク３８の他端部に形成された円形孔３８ｂに操作軸３３の先端部に突設された連結ピン３３ａが回動可能に嵌合されている。なお、円形孔３８ｂから突出する連結ピン３３ａの先端部にはリンク３８の抜け止めをするためのストップリング３９が取り付けられる。
【００３４】
ここで、前記電磁弁３４の開閉による操作軸３３の移動方向と、駆動軸２３（従動軸２２）の回転方向との関係を述べるに、電磁弁３４の開動作して操作軸３３が矢印Ｃ方向に移動されると、駆動軸２３が矢印Ａ方向に回転し、これにより開閉板２７がバイパス管７を開き、主排気管６を閉じるように動作する。この状態から電磁弁３４が閉動作して操作軸３３が矢印Ｄ方向に移動されると、駆動軸２３が矢印Ｂ方向に回転し、これにより開閉板２７が主排気管６を開き、バイパス管７を閉じるように動作する。
【００３５】
そして、図４に示すように、前記ヒータ付き触媒８のヒータを通断電するスイッチ４０及び電磁弁３４は電子制御装置４１により制御される。この電子制御装置４１には、前記温度センサ１０の出力信号が与えられるようになっており、電子制御装置４１は温度センサ１０の検出信号から前記主触媒９が活性化温度にあるか否かを検知し、活性化温度以下のときにはヒータ付き触媒８のヒータに通電すると共に、電磁弁３４に通電してこれを開動作させるようになっている。なお、図４において、４２は自動車に搭載されたバッテリである。
【００３６】
次に上記構成の作用を説明する。なお、以下の説明では、従動軸２２及び駆動軸２３は区別して説明する必要があるとき以外は主軸２１として説明する。
エンジン１が始動すると、電子制御装置４１は温度センサ１０の検出信号を入力し、この検出信号により排気ガスの温度が所定温度以上となって主触媒９が活性化温度以上になったか否かを判断する。ここでは、エンジン１の始動直後であるから、排気ガスの温度は低く、主触媒９は活性化温度よりも低いため、電子制御装置４１はスイッチ４０をオンしてヒータ付き触媒８のヒータに通電すると共に、電磁弁３４に通電してこれを開動作させる。
【００３７】
すると、ダイアフラムアクチュエータ２９の室３１ｂがエンジン１の給気マニホルド３６に連通されて負圧となるため、ダイアフラム３２が矢印Ｃ方向に変位し、これにより操作軸３３が同方向に移動して切換バルブ４の主軸２１を矢印Ａ方向に回転させる。すると、アーム２４が同方向に旋回し、これにより図３に二点鎖線で示すように開閉板２７が通気孔１５（バイパス管７）を開き、主排気管６を閉じる。一方、ヒータ付き触媒８はそのヒータにより加熱されて急激に温度上昇し、早期に活性化状態に達する。
【００３８】
以上のようにしてエンジン１の始動直後は、バイパス管７が開かれるため、エンジン１の排気ガスは排気マニホルド２から切換バルブ４のケーシング５を通ってバイパス管７に流入し、そして活性化温度にあるヒータ付き触媒８を通過する際に、該触媒８によりＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等が酸化反応或いは還元反応により除去される。ヒータ付き触媒８により浄化された排気ガスは、その後、主排気管６内に流入し、主触媒９を通って大気中に排出される。
【００３９】
さて、排気ガスはそれ自身でエンジン１内での燃焼時の熱を保有していることに加え、ヒータ付き触媒８を通過する際にそのヒータにより加熱されると共に、上記した有害ガス成分の酸化、或いは還元の反応熱によっても加熱される。そして、排気ガスは主触媒９を通る際にその保有する熱により該主触媒９を加熱するため、主触媒９は次第に温度上昇する。
【００４０】
そして、主触媒９が活性化温度以上になると、主触媒９を通過した後の排気ガスの温度が所定温度以上となるので、電子制御装置４１が温度センサ１０の検出信号によりこれを検知し、スイッチ４０をオフしてヒータ付き触媒８のヒータを断電すると共に電磁弁３４を断電する。この電磁弁３４の断電により、ダイアフラムアクチュエータ２９のダイアフラム３２が圧縮スプリング３７の弾発力により矢印Ｄ方向に変位し、これにより操作軸３３が同方向に移動して切換バルブ４の主軸２１を矢印Ｂ方向に回転させる。すると、アーム２４が同方向に旋回し、これにより開閉板２７が主排気管６を開き、通気孔１５（バイパス管７）を閉じるように切り替わり動作する。
【００４１】
この後は、エンジン１の排気ガスは排気マニホルド２から切換バルブ４のケーシング主部５ａを通って主排気管６内に流入し、そして活性化状態にある主触媒９を通過する際に、該触媒９によりＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ等が酸化反応或いは還元反応により除去され、大気中に排出される。
【００４２】
ところで、切換バルブ４の主軸２１は、排気管３の一部を構成するケーシング５内に設けられ、特に従動軸２２はハウジング１６に窓２５が形成されているためにエンジン１の始動直後にケーシングカバー５ｂ内を通る排気ガスに直接晒されるようになり、高温度となる。しかしながら、この実施例では、主軸２１は従動軸２２と駆動軸２３とに二分割されているため、それら各軸２２，２３が熱変形して弓なり状になったとしても、従動軸２２及び駆動軸２３の軸方向長さは主軸２１が軸方向に分割されておらず一体の場合に比べて短いので、従動軸２２及び駆動軸２３の弓なり状の変形量は小さい。しかも、従動軸２２のすり割り溝２２ｂの幅は駆動軸２３のリブ状突起２３ｂの幅に比べて大きいので、全体が直接的に排気ガスに晒される従動軸２２が比較的大きく弓なり状に変形しても、従動軸２２が駆動軸２３に対して軸中心をずらすようになるので、こじりを生ずることはない。
【００４３】
このため、摺動軸２２が軸受穴１７の内周面をこじるようになって動作不良となったり、駆動軸２２が軸受穴１９の内周面をこじるようになって動作不良となったりするおそれはなく、主排気管６及び通気孔１５（バイパス管７）を確実に開閉することができ、エンジン１の始動直後に排気ガスが一部主排気管６に漏れ入ってヒータ付き触媒８により浄化されることなく大気中に排出されるという不具合の発生をより確実に防止できる。
【００４４】
また、従動軸２２と軸受穴１７の内周面との間の隙間Ｃ2 よりも駆動軸２３と軸受穴１９との間の隙間Ｃ1 の方を小さくしたので、その隙間Ｃ1 から大気中に漏洩する排気ガスの量を極く少量に抑制することができる。このように隙間Ｃ1 を小さくしても、駆動軸２３は従動軸２２に比べて短尺であるため、その弓なり状の変形量は少なく、しかも駆動軸２３は従動軸２２よりも径小であるため、断面が楕円形となるように歪んだとしても、その歪み量は従動軸２２に比べて小さいので、駆動軸２３が軸受穴１９の内周面をこじるような事態は生じない。逆に、従動軸２２の方が駆動軸２３よりも長く、弓なり状の変形量が駆動軸２３に比べて大きくなり、且つ従動軸２２が駆動軸２３に比べて径大で、楕円形に歪んだ場合の歪み量が大きいという事情があっても、隙間Ｃ2 が大きく設定されているため、従動軸２２も軸受穴１７の内周面をこじるような事態は生じない。
【００４５】
更に、従動軸２２は隙間Ｃ3 の存在により軸方向に移動し得るので、熱膨張により軸方向に伸長しても、駆動軸２３のフランジ部２３ａがスリーブ２０の下端に強く当たって動作不良を生ずるというおそれはない。
【００４６】
以上のように、従動軸２２、駆動軸２３の回転動作不良を生ずることなく隙間Ｃ1 をより小さくすることができるので、浄化されることなく大気中に排出される排気ガスの量をごく少なくでき、排気ガスの浄化率を高めることができるものである。
また、本実施例では、バイパス管７内にヒータ付き触媒８を設けたので、エンジン１の始動から短時間で該触媒８を活性化させて排気ガスの浄化を行うことができる。この場合、触媒８はヒータなしの、熱容量の小さなスタート触媒でもよく、その触媒に２次空気（ＡＩ）を導入するように構成しても良い。
【００４７】
なお、従動軸２２及び駆動軸２３はステンレスに限らず、他の耐熱性材料、例えば熱歪みの少ないセラミックス等であっても良く、また従動軸２２をステンレスとし、駆動軸２３をセラミックスとして隙間Ｃ1 のより狭少化できるようにしても良く、従動軸２２をセラミックスとし、駆動軸２３をステンレスとしても良い。主軸２１は三分割としても良い。
【００４８】
また、主触媒９の活性化状態は主触媒９通過後の排気ガス温度によるものに限らず、エンジン１の運転条件、例えばエンジン回転数、吸入空気流量、吸気マニホルド負圧力、エンジン水温、酸素濃度、空燃比等を電子制御装置４１に入力し、これらが所定条件になったときに主触媒９の活性化状態を判断する構成としても良い。
【００４９】
次に本発明の第２実施例を図５に基づいて説明する。なお、図５には図４と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分のみ説明する。
排気マニホルド２に接続された排気管４３には、主触媒９が設けられており、この主触媒９よりも下流側に切換バルブ４が接続されている。更に、排気管４３のうち、切換バルブ４の下流側は枠板１１を延長することにより、主流路４４とバイパス流路４５とに二分されており、バイパス流路４５は下流側において主流路４４に合流している。なお、図５において、排気管４３は途中を切除して示しており、従って排気マニホルド２から主触媒９までの長さは十分に長く、主触媒９がエンジン１から排出された直後の高温度の排気ガスに晒されないようにしている。
【００５０】
上記バイパス流路４５には、ステンレス或いはコージェライト等のセラミックスによりハニカム状に形成された担体にＨＣ等の有害ガス成分を吸着する例えばゼオライト系吸着剤Ｓを担持させてなる吸着体４６が配設されている。そして、ケーシングカバー５ｂは、途中に例えばダイアフラムアクチュエータ２９と同様の構成のダイアフラムアクチュエータを有した開閉弁４７及び一方向弁４８を有する還流管４９を介して排気マニホルド２に接続されている。なお、開閉弁４７の弁体はダイアフラムアクチュエータの操作軸により開閉動作されるようになっている。また、開閉弁４７は電磁弁５０を有するパイプ５１を介して吸気パイプ３５に接続されており、この電磁弁５０は電子制御装置４１により制御される。
【００５１】
次に上記構成の作用を説明するに、エンジン１の始動直後は主触媒９を通過した排気ガスは所定温度以下の状態にあるため、電子制御装置４１は電磁弁３４に通電し、前述したと同様にして切換バルブ４の開閉板２７により図５に二点鎖線で示すようにバイパス流路４５を開き、主流路４４を閉じた状態にする。これにより、排気ガスは主触媒９を通った後、バイパス流路４５に流入して吸着体４６の吸着剤Ｓにより有害ガス成分を吸着されることによって浄化され、そして大気中に排出される。
【００５２】
排気ガスにより主触媒９が活性化温度まで加熱されると、これを電子制御装置４１が温度センサ１０の検出信号により検知するため、電磁弁３４を断電し、前述したと同様にして切換バルブ４の開閉板２７により主流路４４を開き、バイパス流路４５を閉じた状態にすると共に、電磁弁５０に通電して開閉弁４７を開動作させる。
【００５３】
すると、排気ガスは活性化状態にある主触媒９を通過する際に該主触媒９により浄化され、そして主流路４４を通って大気中に排出される。ところで、主触媒９が活性化温度に達した後は、該主触媒９を通過した後の排気ガスの温度もかなり高い状態にある。このため、吸着体４６は主流路４４を通る排気ガスにより隔壁である枠板１１を介して加熱されて温度上昇するようになる。すると、吸着剤Ｓは有害ガス成分を脱着するようになり、脱着された有害ガス成分は還流管４９を介して排気マニホルド２に吸引される。その理由は、排気マニホルド２内の圧力はエンジン１の複数のピストンの上昇により脈動しているが、主流路４４を流れる排気ガス圧力は脈動のない平均化された状態となるため、排気マニホルド２内の圧力が脈動により主流路４４内の排気ガス圧力よりも低くなったとき、脱着された有害ガス成分が排気マニホルド２内に吸引されるのである。このとき、排気マニホルド２内の圧力が脈動により主流路４４内の圧力よりも高くなっても、一方向弁４８の逆止作用により、排気ガスが還流管４９を介してバイパス流路４５に流れ込むようなことはない。上記のようにして排気マニホルド２内に吸引された有害ガス成分はその後、主触媒９を通過する際に浄化される。
【００５４】
このように本実施例によれば、主触媒９が活性化する前は吸着剤Ｓにより有害ガス成分を吸着するようにしたので、エンジン１の始動と同時に吸着作用を呈するので、排気ガスの浄化率が一層向上する。
【００５５】
なお、主触媒９が活性化温度に達した後、吸着剤Ｓが吸着した有害ガス成分の脱着をより促進するために、主流路４４とバイパス流路４５とを区画する枠板１１に穴を設けて吸着剤Ｓの側面が直接排気ガスに晒されるようにし、これにて排気ガスから吸着剤Ｓへの伝熱をより効果的に行うように構成しても良い。
【００５６】
また、吸着剤Ｓが有害ガス成分を脱着するに要する時間を実験により予め測定し、この時間を電子制御装置４１に記憶させて置くことにより、当該時間の経過時点で電磁弁５０ひいては開閉弁４７が閉鎖されるように構成しても良い。
【００５７】
図６および図７は本発明の第３実施例を示すもので、図６および図７に図１および図２と同一部分には同一符号を付して示し、異なる部分のみ説明する。
この実施例が前記第１実施例と異なるところは、切換バルブの主軸のうち、駆動軸をセラミックスにより形成すると共に、この駆動軸が挿入される穴、すなわち軸受穴を有した受け部材（軸受）としてのスリーブをセラミックスにより形成したところにある。
【００５８】
すなわち、主軸２１のうち、従動軸２２は第１実施例と同様にステンレス製であるが、フランジ部５２ａを有した駆動軸５２および軸受穴５３を有したスリーブ５４はセラミックス例えば焼結による成形が可能で、高温に晒されても強度変化の少ない窒化ケイ素により形成されている。
そして、駆動軸５２は、前記第１実施例と同様に、下面部に突設されたリブ状突起５２ｂが従動軸２２のすり割り溝２２ｂに嵌合されると共に、上面部に突設されたリブ上突起５２ｃがリンク３８の角孔３８ａに嵌合されるようになっている。
【００５９】
一方、スリーブ５４は、その軸受穴５３内に駆動軸５２を挿入するようにしてケーシングカバー５ｂの外面に載置されている。そして、スリーブ５４には、取付部材としての金属製の偏平な円形容器状のカバー５５が被せられ、そのカバー５５の周囲部はケーシングカバー５ｂに溶接により固着されている。このカバー５５の溶接により、セラミックス製のスリーブ５４がケーシングカバー５ｂに押圧状態にして取り付けられている。
【００６０】
上記スリーブ５４のフランジ部５４ａの上面部およびカバー５５の内部上面部には、例えば断面三角形の環状突起５４ｂ，５５ａおよび環状凹部５４ｃ，５５ｂが交互に形成されている。そして、スリーブ５４のフランジ部５４ａの環状突起５４ｂおよび環状凹部５４ｃとカバー５５の環状凹部５５ｂおよび環状突起５５ａとは互いに嵌合されてラビリンスシールとして構成されている。
【００６１】
このように構成した本実施例によれば、駆動軸５２およびスリーブ５４を熱歪み少ないセラミックスにより形成したので、駆動軸５２と軸受穴５３の内周面との間の隙間を極く小さくして排気ガスが漏れ出ることをより効果的に防止することができ、このようにしても駆動軸５２およびスリーブ５４の熱歪みが少ないことにより、駆動軸５２が軸受穴５３の内周面をこじるような事態は発生せず、開閉板２７の円滑なる開閉動作を保証できる。なお、図７では駆動軸５２と軸受穴の内周面との間の隙間は誇張して描かれている。
【００６２】
しかも、切換バルブ４の構成部品を全て製造コストの高いセラミックス製にすることなく、外部への排気ガスの漏れの直接の原因となる駆動軸５２と軸受穴５３の内周面との間の隙間を極く小さくするために、駆動軸５２およびスリーブ５４だけをセラミックス製としたので、コストアップを極力抑えることができる。
【００６３】
また、カバー５５をケーシングカバー５ｂに溶接することによりスリーブ５４を取り付けるようにしたので、セラミックス製のスリーブ５４を簡単な構成で容易にケーシングカバー５ｂに取り付けることができる。この場合、スリーブ５４が直接ケーシングカバー５ｂに溶接されておらず、また金属製具体的には板金製のケーシングカバー５ｂは平坦度が低くスリーブ５４のフランジ部５４ａとの間に隙間が存在し勝ちであることから、排気ガスが図７に二点鎖線の矢印Ｅで示すように、スリーブ５４のフランジ部５４ａとケーシングカバー５ｂとの間、スリーブ５４のフランジ部５４ａの外周面および上面とカバー５５の内周面および内部上面との間を通り、そしてカバー５５に駆動軸４２を外部に突出させるべく形成された穴５５ｃから漏れ出るというおそれがあるが、本実施例ではスリーブ５４のフランジ部５４ａの環状突起５４ｂおよび環状凹部５４ｃとカバー５５の環状突起５５ａおよび環状凹部５５ｂとによりラビリンスシールが構成されているので、上記のような経路を辿って排気ガスが外部に漏れ出ることを有効に防止することができる。
【００６４】
なお、ラビリンスシールは、図８に示すように、スリーブ５４のフランジ部５４ａの上面部に形成された断面半円形の環状凹部５４ｄとカバー５５の内部上面部に突設された断面半円形の環状突起５５ｄとの嵌合により構成するものであっても良い。
【００６５】
図９および図１０は本発明の第４実施例を示すもので、図９および図１０に図１および図２と同一符号には同一部分には同一符号を付して示し、異なる部分のみ説明する。
この実施例が前記第１実施例と異なるところは、切換バルブの主軸のうち、駆動軸を金属軸（例えばステンレス製）とセラミックス軸（例えば窒化ケイ素製）により形成させるところにある。
【００６６】
すなわち、主軸２１のうち、従動軸２２は第１実施例と同様にステンレス製であるが、駆動軸５６はステンレス製軸５６ａ内にセラミックス軸５６ｂを圧入した構造になっている。ステンレス製軸５６ａはリンク３８と溶接によって固着される。
そして、駆動軸５６は、前記第１実施例と同様に、下面部に突設されたリブ状突起５６ｃが従動軸２２のすり割り溝２２ｂに嵌合されるようになっている。
【００６７】
本発明では、従動軸２２および駆動軸５６の抜け止めをするために、スリーブ２０から下方に突出する駆動軸５６のセラミックス軸部５６ｂには、リング５７を挿入するための溝５６ｄが設けられている。前記リング５７はスリーブ２０よりも径大であり、ハウジング１６内にセットされたときに主軸２１の抜け止めとして作用する。
【００６８】
また、スリーブ２０は、その軸受穴１９内に駆動軸５６を挿入するようにしてケーシングカバー５ｂの外面に載置されている。スリーブ２０は、そのフランジ部２０ａがケーシングカバー５ｂに溶接によって固着される。
【００６９】
さらに、従動軸２２には、同軸度を高めるために、同軸調整輪２２ｆを設けている。同軸調整輪２２ｆのクリアランスＣ4 は、従動軸２２のクリアランスＣ2 に比べて小さいので、従動軸２２とハウジング１６の同軸度を高められる。また、その設置箇所が従動軸２２の上部、下部のごく一部だけに限定しており、従動軸２２の弓なり状の変形にも軸全体がこじれることはない。
【００７０】
このように構成した本実施例によれば、駆動軸５６は熱変形の少ないセラミックス軸部５６ｂを骨格としているので、駆動軸５６の外側軸５６ａをステンレス製にしても、外部駆動装置２９からの力に対し、ねじり力のみ従動軸２２に伝え、軸変形を起こしにくい。さらに、スリーブ２０も同等の線膨張率を持つステンレス製に変更し、リンク３８もステンレス製にすれば、２０ａと５ｂ、６２ａと３８、がそれぞれ溶接だけで固定できるため、コストアップを極力抑えることができる。
【００７１】
上記構成から、軸受穴１９とステンレス製軸５６ａとの間の隙間を極く小さくして排気ガスが漏れ出ることにより効果的に防止することができるとともに、こじれるような事態は発生しない。
また、スリーブ２０を直接ケーシングカバー５ｂに溶接しているので、周囲部２０ａからのガス漏れもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す要部の縦断正面図
【図２】要部の分解斜視図
【図３】要部の横断面図
【図４】排気ガス浄化システムの構成を示す図
【図５】本発明の第２実施例を示す図４相当図
【図６】本発明の第３実施例を示す図２相当図
【図７】要部の部分縦断面図
【図８】他のラビリンスシール構成を示す断面図
【図９】本発明の第４実施例を示す図７相当図
【図１０】図２相当図
【符号の説明】
１はエンジン、２は排気マニホルド、３は排気管、４は切換バルブ（開閉装置）、５はケーシング、５ａはケーシング主部、５ｂはカバー、６は主排気管（主流路）、７はバイパス管（バイパス流路）、８はヒータ付き触媒（早期活性触媒）、９は主触媒、１０は温度センサ、１１は枠板、１２は座板、１５は通気孔、１６はハウジング、１７は軸受穴、１９は軸受穴、２０はスリーブ、２１は主軸、２２は従動軸、２３は駆動軸、２４はアーム、２７は開閉板（開閉部材）、２９はダイアフラムアクチュエータ（外部駆動装置）、３３は操作軸、３４は電磁弁、３５は吸気パイプ、３６は吸気マニホルド、３８はリンク、４１は電子制御装置、４３は排気管、４４は主流路、４５はバイパス流路、４６は吸着体、４７は開閉弁、４８は一方向弁、４９は還流管、５０は電磁弁、５２は駆動軸、５３は軸受穴、５４はスリーブ（受け部材）、５５はカバー（取付部材）、Ｓは吸着体、５６は駆動軸、５７はリング（抜け止め輪）、２２ｆは同軸調整輪である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003663664.tif 000008
【図８】
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【図９】
0003663664.tif 000010
【図１０】
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