(57)【要約】【課題】  排気制御弁のように広い環境温度に亘って使用される可動部材の支持構造において、そのがたつきを抑制する。【解決手段】  可動部材であるシャフト１１の大径部２１と、支持部材である軸支持部１３の凹部２２との境界部に、低融点金属２３をシール材２４によって封入する。低融点金属２３は常温において固体であるため、常温時には大径部２１が凹部２２によって緊密に支持される。バイパス制御弁６の動作温度においては、低融点金属２３が溶融状態となるため、大径部２１と凹部２２との境界部が、溶融状態の低融点金属２３によって潤滑される。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気通路内に配置され弁体と一体的に設けられた可動部材と、前記排気通路の管壁に設けられた支持部材とを備え、前記支持部材が前記可動部材を支持する排気制御弁構造において、
前記可動部材と前記支持部材との境界部に、常温において固体であり且つ動作温度において溶融状態となる金属が封入されていることを特徴とする排気制御弁構造。
【請求項２】
請求項１に記載の排気制御弁構造であって、
前記可動部材と前記支持部材とによって、すべり軸受が構成されることを特徴とする排気制御弁構造。
【請求項３】
請求項１または２に記載の排気制御弁構造であって、
前記金属は、アルミ合金、または錫・鉛合金であることを特徴とする排気制御弁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路の管壁に回転自在に支持される弁体を備えた排気制御弁構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化装置として、排気通路に、ストイキ運転時に効率よくＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘを処理可能な三元触媒と、リーン運転時にＮＯｘを吸収し、ストイキまたはリッチ運転時にＮＯｘを放出してＨＣと反応させることにより還元処理するＮＯｘ吸蔵触媒とを備えるものがある。このような排気系の構成では、高温下で高い触媒転化効率を発揮する三元触媒を排気通路の比較的上流側（例えば排気マニホールド出口部）に配置する一方、耐熱性に乏しいＮＯｘ触媒を、比較的下流側の車室の床下などに配置する場合が多い。
【０００３】
ところで、このような配置において、ストイキまたはリッチ運転時にＮＯｘ吸蔵触媒からＮＯｘを放出する際、この放出したＮＯｘを還元するのに必要なＨＣが上流側の三元触媒によって奪われないようにするために、三元触媒をバイパスするバイパス経路を設け、このバイパス経路をバイパス制御弁で開閉することで三元触媒を選択的にバイパスさせる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１４８３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このバイパス制御弁のように排気経路中に用いられる弁は、例えば−３０°Ｃ〜８００°Ｃのようにときわめて広い環境温度下に置かれる。このような高温下では油脂類等の潤滑材が使用できないため、軸受部に金属・黒鉛等を用いたすべり軸受構造を用いる必要があるが、このような軸受部における固定部材と可動部材との熱膨張差を考慮して、両者の間隙は大きくする必要がある。
【０００６】
しかし、軸受部における固定部材と可動部材との間隙が大きいと、エンジンの運転時、特に冷間始動時等の振動に伴う軸受部のがたつきにより、軸受部における異音や、シール性の低下を生じさせるおそれがある。
【０００７】
そこで本発明の目的は、排気制御弁のように広い環境温度に亘って使用される可動部材の支持構造において、そのがたつきを抑制できる手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明は、内燃機関の排気通路内に配置され弁体と一体的に設けられた可動部材と、前記排気通路の管壁に設けられた支持部材とを備え、前記支持部材が前記可動部材を支持する排気制御弁構造において、前記可動部材と前記支持部材との境界部に、常温において固体であり且つ動作温度において溶融状態となる金属が封入されていることを特徴とする排気制御弁構造である。
【０００９】
第１の本発明では、可動部材と支持部材との境界部に封入された金属は、常温において固体であるため、常温時には可動部材が固定部材によって緊密に支持され、また動作温度においては金属が溶融状態となるため、可動部材と固定部材との境界部が潤滑される。したがって、広い環境温度に亘って使用される可動部材の支持構造において、そのがたつきを抑制することができる。
【００１０】
本発明では、可動部材と支持部材とによって、すべり軸受が構成されるのが好適である。また、可動部材と固定部材との境界部に封入される金属は、アルミ合金、または錫・鉛合金とするのが特に好適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の実施形態について、以下に図面に従って説明する。図１において、エンジン１は、例えば燃焼室内に直接ガソリン燃料を噴射する直噴ガソリンエンジンであり、空燃比の制御により、少なくともリ−ン運転とストイキ運転とに切替え可能である。排気通路を構成する排気マニホールド２の出口部の近傍に、三元触媒３が配置されている。三元触媒３は、ストイキ運転時に効率よくＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘを処理可能である。そして、排気通路の比較的下流側である床下位置に、ＮＯｘ吸蔵触媒４が配置されている。
【００１２】
ＮＯｘ吸蔵触媒４は、リーン運転時にＮＯｘを吸収し、ストイキまたはリッチ運転時にＮＯｘを放出してＨＣと反応させることにより還元処理するものであり、その特性上、ＮＯｘを吸収するときはＨＣが少ないほど良く、放出するときはＨＣが多いほど転化率が向上する。
【００１３】
排気マニホールド２の出口部から分岐して、三元触媒３をバイパスするバイパス通路５が設けられている。そして、バイパス通路５には当該バイパス通路５を選択的に開閉するためのバイパス制御弁６が設けられている。このバイパス制御弁６によって、排気の少なくとも一部がバイパス通路５を通じて流れるように切替え可能とされている。なおバイパス制御弁６は、三元触媒３の出口側とバイパス通路５との合流点７の近傍、具体的には合流点７からの熱伝導によってバイパス制御弁６が良く昇温されるような所定距離内に設けられている。
【００１４】
図２および図３に示されるように、バイパス制御弁６は、バイパス通路５の弁口５ａを開閉する弁体１０を有する。弁体１０はシャフト１１に固定されており、シャフト１１は、ケース１２に回転自在に支持されている。
【００１５】
図３に示されるように、ケース１２には２つの軸支持部１３が設けられており、これら２つの軸支持部１３によって、シャフト１１の長手方向の両端部の近傍が支持されている。またシャフト１１の図中右端の端部には、リンクアーム１４が固定されており、このリンクアームに、アクチュエータ１５の可動子１６が接続されている。アクチュエータ１５は例えばソレノイドであり、その可動子１６の突出後退によりリンクアーム１４が旋回し、これによってバイパス制御弁６の弁体１０が開閉する。アクチュエータ１５は図示しない制御装置の出力によって制御される。
【００１６】
軸支持部１３による支持構造の詳細は、図４に示されている。シャフト１１と一体的にほぼ円柱形の大径部２１が設けられており、この大径部２１の周囲を囲むほぼ円柱形の凹部２２が、軸支持部１３に形成されている。可動部材である大径部２１と、支持部材である凹部２２とによって、すべり軸受が構成される。そして、大径部２１と凹部２２との境界部に、低融点金属２３が封入されている。また、大径部２１を挟む軸方向両側に、溶融時の低融点金属の漏れを防ぐためのリング状のシール材２４が、シャフト１１の外周面を囲むように配置されている。
【００１７】
低融点金属２３としては、常温（例えば２０°Ｃ）において固体であり且つバイパス制御弁６の動作温度（例えば２００〜８００°Ｃ）の全域において溶融状態となる各種の金属を利用でき、例えばバイパス制御弁６の動作温度の下限から所定の余裕範囲を挟んで十分低く且つ常温よりも十分高い融点をもつアルミ合金、または錫・鉛合金が特に好適である。
【００１８】
シール材２４としては、ワイヤメッシュからなる円筒形のシールが特に好適であるが、大径部２１と凹部２２との境界部からの低融点金属２３の漏れを防止可能な構造であれば黒鉛によるメカニカルシールなど、他の手段を採用することもできる。
【００１９】
以上のとおり構成された本実施形態では、大径部２１と凹部２２との境界部に封入された低融点金属２３は、例えば２０°Ｃなどの常温において固体であるため、常温時には大径部２１が凹部２２によって緊密に支持され、両者間のがたつきを生じず、また両者間の高いシール性を得ることができる。
【００２０】
また、バイパス制御弁６の動作温度においては、低融点金属２３が溶融状態となるため、大径部２１と凹部２２との境界部が、溶融状態の低融点金属２３によって潤滑され、大径部２１や凹部２２の磨耗やかみ込みが防止されると共に、両者間の高いシール性、およびダンピング要素としての異音抑制効果を得ることができる。したがって本実施形態では、広い環境温度に亘って使用されるシャフト１１の支持構造において、そのがたつきを抑制することができる。
【００２１】
また、本実施形態ではバイパス制御弁６を、三元触媒３の出口側とバイパス通路５との合流点７の近傍、具体的には合流点７からの熱伝導によってバイパス制御弁６の軸支持部１３が良く昇温されるような所定距離内に設けたので、低融点金属２３を好適に昇温させることができる。しかしながら本発明では、バイパス制御弁６を三元触媒３の入口側とバイパス通路５との分岐点８の近傍（分岐点８からの熱伝導によって軸支持部１３が良く昇温されるような所定距離内）に設けてもよい。
【００２２】
また本実施形態では、常温時はバルブが固相の低融点金属２３によって固定されているため、これによってアクチュエータ１５によるバルブ閉状態での保持力を補うことができる。したがって本実施形態では、弁体１０を閉状態に保持するためにアクチュエータ１５の保持力を用いる場合にはこの保持力が小さいもので足り、また弁体１０を閉状態に保持するためにバネの不勢力を用いる場合には、このバネの不勢力が小さいもので足りるため、これら弁体駆動要素の小型化・軽量化や消費エネルギの低減を促進することができる。
【００２３】
なお、上記実施形態ではシール材２４を、シャフト１１の外周面を囲むように配置したが、本発明における金属を封入するためのシール材は他の位置に設けてもよい。例えば、図５に示す変形例は、大径部２１を軸方向に挟むように、二組のメカニカルシール１２４を互いに対向して設けたものであり、この例では黒鉛からなるリング状の可動片１２４ａをバネ１２４ｂで突出方向に常時付勢することで、低融点金属２３を好適にシールすることができ、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
また、シャフト１１に大径部２１を設け、また軸支持部１３に凹部を設けることは、本発明において必須でない。例えば図６に示される変形例では、シャフト１１に大径部は設けられておらず、また軸支持部１３には凹部が設けられていないが、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、この変形例では、軸支持部１３における摺動面には、シャフト１１を囲むようにほぼ円筒形の軸受材１２５が設けられており、この軸受材１２５としては黒鉛、焼結金属、銅合金などが好適である。
【００２５】
なお、上記実施形態および各変形例では、固定部材としての軸支持部１３またはその凹部２２が外側に、また可動部材であるシャフト１１またはその大径部２１が内側に配置される構成としたが、本発明における可動部材と固定部材は内外逆、すなわち弁体１０に固定された円筒形のボスの軸孔を、ケースに固定された軸で支持するような支持構造であってもよい。
【００２６】
また、上記実施形態および各変形例では、本発明を触媒切り替え用のバイパス制御弁６に適用した例について説明したが、本発明は排気流の制御に用いられる制御弁、とくに常温時に動作が要求されず所定の高温下においてのみ動作が要求される可動部分に広く適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態に係る排気系の概略構成図である。
【図２】実施形態に係るバイパス制御弁を側面視した断面図である。
【図３】実施形態に係るバイパス制御弁を正面視した断面図である。
【図４】バイパス制御弁の要部を示す断面図である。
【図５】変形例に係るバイパス制御弁の要部を示す断面図である。
【図６】別の変形例に係るバイパス制御弁の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２８】
３        三元触媒
４        ＮＯｘ吸蔵触媒
５        バイパス通路
６        バイパス制御弁
１０      弁体
１１      シャフト（可動部材）
１２      大径部（可動部材）
１３      軸支持部（支持部材）
２２      凹部（支持部材）
２３      低融点金属
２４，１２４      シール材
１２５    軸受材
【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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