(57)【要約】【課題】気密性が高く、小型で低エネルギー消費型の切換弁装置を提供すること。【解決手段】入口ポート４Ａと第１及び第２出口ポート４Ｂ、４Ｃとを有するハウジング４１を備えた切換弁装置４において、ハウジング４１内に、リターンスプリング５７を備えた第１ピストン弁５０とリターンスプリング６７を備えた第２ピストン弁６０とを設けると共に、各ピストン弁５０、６０をエアピストン型のアクチュエータ５４、６４によりそれぞれ閉状態に駆動できるようにし、三方電磁弁７０により何れか一方のアクチュエータに駆動用の圧縮空気を切換供給し、入口ポート４Ａに供給される流体を第１又は第２の出口ポート４Ｂ、４Ｃのいずれかより選択的に取り出すように構成した。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの入口ポートと第１及び第２の出口ポートとを有するハウジングを備え、前記入口ポートより供給される流体を前記第１又は第２の出口ポートのいずれか一方から選択的に取り出すように構成された切換弁装置において、
前記入口ポートと前記第１の出口ポートとの間の連通状態を制御するため前記ハウジング内に設けられた第１ピストン弁と、
前記入口ポートと前記第２の出口ポートとの間の連通状態を制御するため前記ハウジング内に設けられた第２ピストン弁と、
前記第１ピストン弁を開状態に保持しておくための第１ばね部材と、
前記第２ピストン弁を開状態に保持しておくための第２ばね部材と、
前記第１ピストン弁を前記第１ばね部材のばね力に抗して閉状態にするためのエアピストン型の第１アクチュエータと、
前記第２ピストン弁を前記第２ばね部材のばね力に抗して閉状態にするためのエアピストン型の第２アクチュエータと、
前記第１又は第２アクチュエータのいずれかに駆動用の圧縮空気を切換供給するための切換供給装置と
を備えたことを特徴とする切換弁装置。
【請求項２】
前記第１及び第２ピストン弁の各弁シート部が板ばね材から成り、各弁シート部が閉弁時に対応する弁体に対してばね圧力によって圧接できるようになっている請求項１記載の切換弁装置。
【請求項３】
前記板ばね材に被制御流体が通過できる孔が形成されている請求項２記載の切換弁装置。
【請求項４】
前記第１及び第２ピストン弁の各弁体が中空構造である請求項１記載の切換弁装置。
【請求項５】
前記弁体には弁体中空部をアクチュエータ側空間に連通させるための連通孔が設けられている請求項４記載の切換弁装置。
【請求項６】
前記切換供給装置が三方型磁弁である請求項１記載の切換弁装置。
【請求項７】
前記第１及び第２ピストン弁に所定レベルの背圧が与えられるようになっている請求項１記載の切換弁装置。
【請求項８】
前記背圧が対応するアクチュエータを介して与えられるようになっている請求項７記載の切換弁装置。
【請求項９】
請求項１乃至８に記載されたいずれか１つの切換弁装置を用いて排気ガスの切換を行うようにした切換再生方式の排気ガス後処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【特許文献１】
特開平５−１８７９４９号公報
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス等の流体の流れを切り換えるのに好適な切換弁装置及びそれを用いた排気ガス後処理装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる微粒子が大気中に拡散されるのを防止するため、近年、ディーゼルエンジンの排気系統に装着して排気ガス中のディーゼルパティキュレートを後処理するための種々の装置が開発されてきている。この種の排気ガス後処理装置として、パティキュレート捕集用のフィルタを２つ用意しておき、一方のフィルタのパティキュレート捕集量が規定の値に達すると他方のフィルタに排気ガスの流路を切り換え、他方のフィルタによりパティキュレートを捕集している間に一方のフィルタの再生処理を実施するようにした切換再生方式のものが公知である。したがって、切換再生方式の排気ガス後処理装置には排気ガスを２つのフィルタのうちの所要の一方に送るための排気ガス流路切換弁が必要であり、一般に、排気ブレーキ用のバタフライ弁やシャッター弁がこの目的で使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしバタフライ弁は、構造上閉弁時の気密性が悪く、個体差でのバラツキが大きいのでパティキュレートの再生時に悪影響を及ぼすという問題がある。例えばバーナーでパティキュレートを燃焼させる場合、漏れた排気ガスによりバーナーの空燃比が変化し着火しない、または仮に着火してもパティキュレートが燃焼するに十分な酸素が供給出来ず、フィルタの再生ができない等の不具合が生じている。また、漏れる排気ガス量は運転条件で異なり、場合によっては再生出来る運転範囲が限られるという問題も生じている。
【０００５】
さらに、バタフライ弁の場合には、アクチュエータとしてエアーシリンダーが用いられることが多いが、この場合リンク機構によりバルブの回転運動に変換される。したがって、アクチュエータ部分が大きくなり小型化が困難である上に、回転部等のシールや軸受けに樹脂材が必要となり、高温状態に適さないという別の問題も生じている。
【０００６】
一方、シャッター弁は閉弁時の気密性は高いが、エアーシリンダーがバルブ部に直結されているため、排気流路のラジアル方向に非常に長いアクチュエータ部が必要で、大型で高価であるという問題点を有している。そして、いずれの弁の場合も、排気ガス後処理装置に適用しようとすると切換弁は２個必要であるから、大型化は避けられない。
【０００７】
特許文献１の図２及び図４には、一枚の通路変更板を用いて排気ガスを所要の一方のフィルタへ送るよう排気ガスの切換を行うようにしたバルブが開示されている。このバルブによれば部品点数を削減することができるが、弁体として働く通路変更板と通路の内壁面との間が線接触であり、シート性が悪く排気ガスの切り換えを確実に行うことができない上に、通路変更板の支持軸の支点部分からのガス漏れを防ぐのが難しく、流体の切換弁としての切換特性が良いとは言えない。
【０００８】
本発明の目的は、したがって、従来技術における上述の問題点を解決することができる切換弁装置、及びそれを用いた排気ガス後処理装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の目的は、また、気密性が高く、小型で低エネルギー消費型の切換弁装置、及びそれを用いた排気ガス後処理装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、ピストン弁を採用することにより、面シールによる確実な切換弁としての気密性を確保すると共に、切換動作のためのピストンストローク量を小さくして小型化を図るようにしたものである。
【００１１】
請求項１の発明によれば、１つの入口ポートと第１及び第２の出口ポートとを有するハウジングを備え、前記入口ポートより供給される流体を前記第１又は第２の出口ポートのいずれか一方から選択的に取り出すように構成された切換弁装置において、前記入口ポートと前記第１の出口ポートとの間の連通状態を制御するため前記ハウジング内に設けられた第１ピストン弁と、前記入口ポートと前記第２の出口ポートとの間の連通状態を制御するため前記ハウジング内に設けられた第２ピストン弁と、前記第１ピストン弁を開状態に保持しておくための第１ばね部材と、前記第２ピストン弁を開状態に保持しておくための第２ばね部材と、前記第１ピストン弁を前記第１ばね部材のばね力に抗して閉状態にするためのエアピストン型の第１アクチュエータと、前記第２ピストン弁を前記第２ばね部材のばね力に抗して閉状態にするためのエアピストン型の第２アクチュエータと、前記第１又は第２アクチュエータのいずれかに駆動用の圧縮空気を切換供給するための切換供給装置とを備えたことを特徴とする切換弁装置が提供される。
【００１２】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明において、前記第１及び第２ピストン弁の各弁シート部が板ばね材から成り、各弁シート部が閉弁時に対応する弁体に対してばね圧力によって圧接できるようになっている切換弁装置が提案される。
【００１３】
請求項３の発明によれば、請求項２の発明において、前記板ばね材に被制御流体が通過できる孔が形成されている切換弁装置が提案される。
【００１４】
請求項４の発明によれば、請求項１の発明において、前記第１及び第２ピストン弁の各弁体が中空構造である切換弁装置が提案される。
【００１５】
請求項５の発明によれば、請求項４の発明において、前記弁体には弁体中空部をアクチュエータ側空間に連通させるための連通孔が設けられている切換弁装置が提案される。
【００１６】
請求項６の発明によれば、請求項１の発明において、前記切換供給装置が三方型磁弁である切換弁装置が提案される。
【００１７】
請求項７の発明によれば、請求項１の発明において、前記第１及び第２ピストン弁に所定レベルの背圧が与えられるようになっている切換弁装置が提案される。
【００１８】
請求項８の発明によれば、請求項７の発明において、前記背圧が対応するアクチュエータを介して与えられるようになっている切換弁装置が提案される。
【００１９】
請求項９の発明によれば、請求項１乃至８に記載されたいずれか１つの切換弁装置を用いて排気ガスの切換を行うようにした切換再生方式の排気ガス後処理装置が提案される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例につき詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明による切換弁装置を備えた排気ガス後処理の実施の形態の一例を示す概略構成図である。排気ガス後処理装置１は、ディーゼル機関１０１の排気マニホールド１０２に連結されている排気管１０３に取り付けられており、排気管１０３からの排気ガス中に含まれているパティキュレートを捕集する切換再生型の装置である。
【００２２】
排気ガス後処理装置１において、２は第１通路部、３は第２通路部、４は排気管１０３からの排気ガスを第１通路部２又は第２通路部３のいずれか一方へ選択的に送り込むことができるようにするための切換弁装置である。
【００２３】
切換弁装置４は、入口ポート４Ａと第１出口ポート４Ｂと第２出口ポート４Ｃとを有しており、排気管１０３からの排気ガスは入口ポート４Ａに供給される。第１出口ポート４Ｂからの排気ガスは第１通路部２に送られ、第２出口ポート４Ｃからの排気ガスは第２通路部３に送られるように構成されている。５、６はそれぞれパティキュレート捕集用のフィルタであり、第１通路部２を通過することによってフィルタ５によりパティキュレートが除去された排気ガス、及び第２通路部３を通過することによってフィルタ６によりパティキュレートが除去された排気ガスは、いずれも排気通路７を通って大気中に放出される。
【００２４】
符号８で示されるのは、マイクロコンピュータを含んで成る制御ユニットで、切換弁装置４の切換制御及びフィルタ再生のための燃焼装置９の燃焼制御を行う構成となっている。
【００２５】
排気ガス後処理装置１においては、排気管１０３からの排気ガスが第１通路部２又は第２通路部３のいずれか一方に流れるよう切換弁装置４が制御ユニット８によって切換制御され、これにより一方のフィルタによってパティキュレートの捕集を行い、その捕集量が所定レベルに達したことが公知の適宜の手段によって検出された場合には、排気ガスを他方のフィルタに流すように切換弁装置４が切換制御されると共に燃焼装置９によって一方のフィルタの再生を行うように動作する、切換再生式の排気ガス後処理装置として構成されている。
【００２６】
図２には、図１に示した切換弁装置４が断面して詳細に示されている。４１はハウジングで、ハウジング４１に入口ポート４Ａ、第１出口ポート４Ｂ、及び第２出口ポート４Ｃが形成されている。ハウジング４１内には、分配板４２が入口ポート４Ａと、第１出口ポート４Ｂ及び第２出口ポート４Ｃとを仕切るように設けられており、分配板４２には、開口４２Ａ、４２Ｂが形成されている。
【００２７】
ハウジング４１内には、さらに、入口ポート４Ａから流入した排気ガスを、開口４２Ａから第１出口ポート４Ｂに導くための第１分配ハウジング４３、及び開口４２Ｂから第２出口ポート４Ｃに導くための第２分配ハウジング４４が設けられている。
【００２８】
そして、第１分配ハウジング４３には、開口４２Ａを開閉して入口ポート４Ａと第１出口ポート４Ｂとの間の連通状態を制御するための第１ピストン弁５０が設けられており、第２分配ハウジング４４には開口４２Ｂを開閉して入口ポート４Ａと第２出口ポート４Ｃとの間の連通状態を制御するための第２ピストン弁６０が設けられている。
【００２９】
第１ピストン弁５０において、５１は中空円筒状の形態の弁体であり、弁体５１は第１分配ハウジング４３に一体に設けられている案内部材５２によってその軸線方向に沿って運動可能なように支持、案内されている。
【００３０】
本実施の形態では、弁体５１は、円管にシート部材を溶接して形成されているが、どのような形態であってもよいことは勿論である。弁体５１の外周面５１Ａと案内部材５２の内周面との間には面シールが形成されており、弁体５１が開口４２Ａに向けて前進し、弁体５１の前端面５１Ｂの周縁部が開口４２Ａのまわりのシート部として働く縁部４２Ａａに密着するようにして圧接することにより面シールが形成され、開口４２Ａを塞ぐことができる構成となっている。
【００３１】
弁体５１は、第１分配ハウジング４３の貫通孔４３Ａを貫通しているプッシュロッド５３によってエアアクチュエータ５４に連結されている。エアアクチュエータ５４は、第１分配ハウジング４３に図示の如く固定されているエアシリンダ５５内にエアピストン５６を収容して成り、エアシリンダ５５に設けられているエア供給口５５Ａから圧縮空気をエアシリンダ５５内に送り込むことにより弁体５１を前進させることができる構成となっている。５７はリターンスプリングであり、リターンスプリング５７はプッシュロッド５３に固着された円板部材５８と第１分配ハウジング４３の外面との間に弾発的に装着されており、これにより弁体５１を常時エアアクチュエータ５４側に弾発的に付勢している。
【００３２】
したがって、エアアクチュエータ５４に圧縮空気が供給されていない場合には、弁体５１はリターンスプリング５７によって後退しており（図２に示す状態）、開口４２Ａは開いた状態となっている。この結果、排気管１０３からの排気ガスは入口ポート４Ａから第１出口ポート４Ｂへと流れ、第１通路部２に供給される。
【００３３】
一方、エアアクチュエータ５４に所定圧以上の圧縮空気が供給されると、弁体５１はリターンスプリング５７のばね力による引っ張り力に打ち勝って前進し、弁体５１によって開口４２Ａが塞がれ、第１ピストン弁５０は閉状態となり、排気ガスが入口ポート４Ａから第１出口ポート４Ｂへと流れるのが禁止される。
【００３４】
以上、第１ピストン弁５０に関連した構成について説明したが、第２ピストン弁６０に関連した構成も、これと同様である。したがって、第２ピストン弁６０に関連した構成の各部のうち、第１ピストン弁５０に関連した構成の各部に対応する部分には、６０番台の符号を同様にして用いて付し、それらの構成についての説明を省略する。なお、図２では、弁体６１の前端面６１Ｂの周縁部が開口４３Ａのまわりのシート部として働く縁部４３Ａａに密着するようにして圧接することにより開口４３Ａが塞がれている、第２ピストン弁６０の閉状態が示されている。
【００３５】
符号７０で示されるのは、図示しない圧縮空気源よりの圧縮空気をエアアクチュエータ５４又は６４のいずれか一方に供給するための三方電磁弁であり、圧縮空気はオリフィス７１を介して三方電磁弁７０に供給されている。なお、７２は圧縮空気逃し用の一方向弁で、７３はエアアクチュエータ５４への配管、７４はエアアクチュエータ６４への配管である。
【００３６】
エアシリンダ５５、６５の間には、連結通路８０が設けられており、これによりエアシリンダ５５内のリターンスプリング５７を収容している空間Ｓ１とエアシリンダ６５内のリターンスプリング６７を収容している空間Ｓ２とが連通している。空間Ｓ１は、このほか、プッシュロッド５３を貫通させるために第１分配ハウジング４３に形成されている貫通孔４３Ａを介して第１分配ハウジング４３と弁体５１とによって形成される空間Ｓ３と連通しているだけである。同様に、空間Ｓ２についても、貫通孔４４Ａを介して空間Ｓ４と連通している。なお、一方向弁７２のセット圧Ｐ２は、エアピストン５６、６６の停止時においても残圧が生じるように定められている。
【００３７】
連結通路８０には一方向弁８１が設けられており、この一方向弁８１の開弁圧は排気ガス圧よりも少し高い値にセットされている。そして、エアアクチュエータ５４はエアシリンダ５５とエアピストン５６との間のシート面に若干の隙間が生じるように構成されている。同様に、エアアクチュエータ６４もまた、エアシリンダ６５とエアピストン６６との間のシート面に若干の隙間が生じるように構成されている。
【００３８】
この結果、一方のエアシリンダに圧縮空気が送られた場合、上記隙間を介して圧縮空気が対応するリターンスプリング側に漏れ出し、この漏れ出した圧縮空気は連結通路８０を介して他方のエアシリンダのリターンスプリング側に送られ、対応するピストン弁の弁体の背圧を排気ガス圧より少し高い圧力とすることができる。このため、開状態にあるピストン弁において、排気ガスが弁体と案内部材との間のシート面からリターンスプリング側にもれるのを有効に防止することができるという効果を得ることができる。
【００３９】
なお、本実施の形態では、弁体５１には、エアシリンダ５５内であってリターンスプリング５７が収容されている空間と弁体５１内とを連通させるための孔５１Ｃが形成されており、これによりエアアクチュエータ５４による駆動時にダンパ効果が生じるように構成されている。弁体６１にも、同様の趣旨で、孔６１Ｃが形成されている。
【００４０】
切換弁装置４は以上のように構成されているので、三方電磁弁７０によって圧縮空気をエアアクチュエータ６４のみに送り、エアアクチュエータ５４のエア供給口５５Ａの圧力を一方向弁７２で設定した設定圧力とすることにより、第１ピストン弁５０を開状態とし、且つ第６ピストン弁６０を閉状態とすることができる（図２に示す状態）。この場合には、排気管１０３からの排気ガスは第１通路部２にのみ送られる。一方、三方電磁弁７０によって圧縮空気をエアアクチュエータ５４のみに送り、エアアクチュエータ６４のエア供給口６６Ａの圧力を一方向弁７２で設定した設定圧力とすれば、排気管１０３からの排気ガスを第２通路部３にのみに送ることができる。
【００４１】
ここでは、ピストン弁が用いられているので、確実な気密シールが行われるため、フィルタの再生時にフィルタ中を排気ガスが通過するのを確実に抑えることができ、エンジンの運転条件の影響を受けにくくなるので、フィルタの再生を安定して行うことができる。また、アクチュエータとしてエアピストン型のものを用いたので、ピストンストロークが小さく、エアー圧を直接作用させるのエアピストン後を小さくできるため、小型化を図ることができる。さらに、ピストン弁の駆動に必要な圧縮空気量を減らすことができるので、大きなエアタンクが不必要であり、小型化に便利である。
【００４２】
三方電磁弁７０は、他の構成に代えることもできるが、三方電磁弁を用いれば、切換時にのみ通電すればよいので消費電力の節約となり、省エネかを図ることができる。
【００４３】
本実施の形態による他の利点は次の通りである。ピストン弁の閉動作期間中に、排気ガス圧より若干高い背圧を与えているため、その摺動部に排気ガスが侵入するのを有効に防止でき、摺動部にカーボン等が付着して作動不良を起こす虞を極めて小さくできる。また、各構成部品の材料として樹脂やゴムを用いることが必ずしも必要でない構成となっているため、高温状態においても材料の劣化の心配なしに良好に作動させることができる。
【００４４】
なお、始動時には、圧縮空気の供給がないため、第１ピストン弁５０及び第２ピストン弁６０は共に開状態となる。したがって、始動時に排気ガスの排出が出来ないという事態を確実に回避できるので、極めて安全性に優れている。
【００４５】
図３及び図４には、本発明による切換弁装置の他の実施の形態の要部が示されている。図３及び図４を参照すると、ハウジング４１中に設けられるピストン弁の弁体を支持、案内するための案内部材５２’が円筒状になっており、案内部材５２’の端部の周りには環状溝２０１が形成され、環状溝２０１の一部に第１通路部２の一端部２Ａが開口している。
【００４６】
この構成によれば、ピストン弁が開いたときに排気管１０３から流入した排気ガスは案内部材５２’の端部付近において環状溝２０１に案内されて円滑に第１通路部２内に流入することができる。
【００４７】
以上の説明は、第１ピストン弁５０側についてその変形例として説明した。しかし、第２ピストン弁６０側においても同様の構成とすることができ、同様の効果が得られるものである。
【００４８】
図５には、ピストン弁のシート部の変形例が示されている。ここでは、分配板４２の開口４２Ａの周縁に板ばね材２１０を全周溶接することによって設け、板ばね材２１０を第１ピストン弁５０のシート部材としたものである。板ばね材２１０には、開口２１１が設けられており、開口２１１の周縁部２１２は開口４２Ａの周縁から内方に突出し、円環状のシート部として働くように構成されている。
【００４９】
したがって、図６に示すように、弁体５１の前端面５１Ｂの周縁部が開口２１１の周縁部２１２に圧接できるように構成すれば、その閉弁時において板ばね材２１０のばね力で周縁部２１２が弁体５１に適度の力で圧接し、より効果的なシールが形成されるので、第１ピストン弁５０としての閉弁特性をより向上させることができる。以上の説明は第１ピストン弁５０の変形例について説明したが、第２ピストン弁６０についても同様にして適用することができる。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、エアシリンダを用いたので弁の開閉のための駆動ストロークが短く、小型化を図ることができる。また、本発明による切換弁装置を再生切換方式の排気ガス後処理装置の排気ガス流路切換のために用いれば、その確実なシール性のため、エンジン運転状態の影響を排除してフィルタの再生を安定に行うことができる。また、始動時等において圧縮空気圧が送給去れない場合には、２つのピストン弁はいずれも開状態となるので、排気ガスの排出が不可能となるとがなく、安全性に優れたシステムを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による切換弁装置を備えた排気ガス後処理の実施の形態の一例を示す概略構成図。
【図２】図１に示した切換弁装置の断面詳細図。
【図３】本発明による切換弁装置の他の実施の形態の要部を示す図。
【図４】図３に示した他の実施の形態の要部の左側面図。
【図５】ピストン弁のシート部の変形例の要部を示す図。
【図６】図５に示すピストン弁の着座状態を示す図。
【符号の説明】
１  排気ガス後処理装置
４  切換弁装置
４Ａ  入口ポート
４Ｂ  第１出口ポート
４Ｃ  第２出口ポート
５、６  フィルタ
４１  ハウジング
４２  分配板
４２Ａ、４２Ｂ  開口
４３  第１分配ハウジング
４４  第２分配ハウジング
５０  第１ピストン弁
５１、６１  弁体
５２、６２  案内部材
５４、６４  エアアクチュエータ
５７、６７  リターンスプリング
６０  第２ピストン弁
７０  三方電磁弁
８０  連結通路
８１  一方向弁
２１０  板ばね材
２１１  開口
２１２  周縁部
【図１】
2004150399.tif 000003
【図２】
2004150399.tif 000004
【図３】
2004150399.tif 000005
【図４】
2004150399.tif 000006
【図５】
2004150399.tif 000007
【図６】
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