(57)【要約】【課題】二系統化された排気ガスの通路を切替え可能な排気ガス浄化装置において、一方の通路を流れる排気ガスの余熱を利用して他方の通路を予熱又は保温することができ、ガス流通路の切替えに起因する排気ガス浄化性能の一時的な低下を極力防止可能なエンジンの排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】エンジン１０から主触媒コンバータ１５に達する主排気通路の一部を構成する主配管１３ａを筒状ケーシング１３ｂで包囲し、両者の間に軸直交断面が略環状の副排気通路を形成する。その副排気通路内には副触媒１６を配置する。そして、切替弁機構１２により、エンジン１０からの排気ガスを主配管１３ａを経由する主排気通路又は筒状ケーシング１３ｂ内の副排気通路のいずれかに選択的に供給する。【選択図】　　　図１
2004108311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンからの排気ガスを浄化処理するために主触媒コンバータを利用するエンジンの排気ガス浄化装置であって、
エンジンから主触媒コンバータに達する主排気通路の一部を形成するための主配管と、
前記主配管を包囲するように設けられて前記主配管との間に軸直交断面が略環状の副排気通路を形成するための筒状ケーシングと、
前記筒状ケーシングにおける略環状の副排気通路内に配置された副触媒と、
エンジンからの排気ガスを前記主配管を経由する主排気通路又は前記筒状ケーシング内の副排気通路のいずれかに選択的に供給するための切替弁機構とを備えたことを特徴とするエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記切替弁機構は、
前記主配管及び筒状ケーシングの上流側に配置されると共に第１及び第２の弁孔が形成された枠体と、
前記枠体の第１弁孔と前記主配管との間に前記主配管を経由する主排気通路の一部となる気密室を区画する第１誘導ハウジングと、
前記枠体の第２弁孔と前記筒状ケーシングとの間に前記副排気通路の一部となる気密室を区画する第２誘導ハウジングと、
前記第１誘導ハウジング内において第１弁孔を開放する開放位置と第１弁孔を閉塞する閉塞位置との間を切替え配置可能に設けられた第１の弁体と、
前記第２誘導ハウジング内において第２弁孔を開放する開放位置と第２弁孔を閉塞する閉塞位置との間を切替え配置可能に設けられた第２の弁体と、
前記第１及び第２の弁体のうちの一方が開放位置に配置されるときには他方が閉塞位置に配置されるように両弁体をリンクさせながら配置切替えする弁体リンク機構とを備えており、
前記第１誘導ハウジング内には、第１弁孔と主配管とを結ぶ排気ガスの流通経路に対して横方向に後退した退避空間が確保され、その退避空間内に第１弁体の開放位置が設定されており、又、前記第２誘導ハウジング内には、第２弁孔と筒状ケーシングとを結ぶ排気ガスの流通経路に対して横方向に後退した退避空間が確保され、その退避空間内に第２弁体の開放位置が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記第１及び第２の弁体は、それぞれに対応する弁孔の周縁部に着座可能な皿形の弁体であり、前記弁体リンク機構は、第１誘導ハウジングを貫通する第１の回動軸と、第２誘導ハウジングを貫通する第２の回動軸と、前記第１及び第２の回動軸を同期回動させる機構とを具備しており、前記第１回動軸から延びる第１のアームに前記第１弁体が支持されると共に、前記第２回動軸から延びる第２のアームに前記第２弁体が支持されていることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記切替弁機構は、
前記主配管及び筒状ケーシングの上流側に配置されると共に、第１及び第２の弁孔が形成された弁孔区画部、並びに、前記両弁孔の中間位置において前記弁孔区画部から突設された支持部及び隔壁部を有する枠体と、
前記枠体を覆うと共に、前記第１弁孔と前記主配管とを結ぶ前記主排気通路の一部となる第１の気密室および前記第２弁孔と前記筒状ケーシングとを結ぶ前記副排気通路の一部となる第２の気密室が前記枠体の支持部及び隔壁部を挟んで内部に区画される誘導ハウジングと、
前記枠体の支持部に回動可能に支持されると共に前記第１気密室内に延びる第１アーム及び前記第２気密室内に延びる第２アームを有する駆動シャフトと、
前記第１アームに支持された前記第１弁孔に対応する第１の弁体と、
前記第２アームに支持された前記第２弁孔に対応する第２の弁体とを備え、
前記駆動シャフトに対して第１及び第２アームは、第１及び第２の弁体のうちの一方がそれと対応する弁孔を開放する開放位置に配置されるときには、他方がそれと対応する弁孔を閉塞する閉塞位置に配置されるように取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記枠体の隔壁部のそれぞれの側には、前記第１気密室内において第１弁孔と主配管とを結ぶ排気ガスの流通経路に対して隔壁部寄り方向に後退した第１の退避空間、及び、前記第２気密室内において第２弁孔と筒状ケーシングとを結ぶ排気ガスの流通経路に対して隔壁部寄り方向に後退した第２の退避空間が確保され、前記第１の退避空間内に第１弁体の開放位置が設定されると共に、前記第２の退避空間内に第２弁体の開放位置が設定されていることを特徴とする請求項４に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記第１及び第２の弁体は、それぞれに対応する弁孔の周縁部に着座可能な皿形の弁体であることを特徴とする請求項４又は５に記載のエンジンの排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンからの排気ガスを浄化処理するために触媒を利用するエンジンの排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車輌用エンジンの排気系統には、エンジン本体から排出される排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等を浄化処理するための排気ガス浄化装置が設けられている。排気ガス浄化装置の多くは触媒（触媒物質を担体に担持したもの）を具備するが、触媒には、所定の活性温度に達しなければＨＣ等を有効に浄化できないという特質がある一方、過度に高温の排気に曝され続けると熱劣化を生じるという欠点がある。また、エンジンの排気ガスの側にも、冷間始動時又はアイドリング運転時と中高速回転での高負荷運転時とでは排気ガスの温度（又は排気ガスの持つ熱量）に差があるという事情がある。このため、大小二種類の触媒コンバータを排気系統に配設し、エンジンの運転状況に応じて各触媒コンバータへの排気誘導を制御するようにした排気ガス浄化装置が提案されている。
【０００３】
例えば特開平８−２５４１５８号公報に開示の装置では、排気通路の下流寄り位置に大容量の主触媒コンバータを設けると共に、その主触媒コンバータとエンジンの排気側とを結ぶ上流寄り排気通路を途中で主通路とバイパス通路との二系統に分離し、主通路から完全に独立したバイパス通路の途中に小容量の副触媒コンバータを設けている。そして前記主通路及びバイパス通路の上流側分岐点の近傍に切替弁（具体的には二つの蝶型弁を同軸連結したもの）を設け、その切替弁の操作に応じて、エンジンからの排気ガスを主通路又はバイパス通路のいずれかに選択的に誘導するようにしている。即ち冷間始動時やアイドリング運転時には排気ガスをバイパス通路に導き副触媒コンバータを経由させることで当該副触媒を早期に活性化させ、始動直後からの排気ガス浄化を可能としている。他方、中高速回転での高負荷運転時には、排気ガスを主通路に導き、主通路経由で主触媒コンバータに直接誘導し、その主触媒で排気ガスを浄化処理している。こうしてエンジンがどのような運転状況にあろうとも、触媒による安定的な排気ガス浄化と触媒（特に副触媒）の熱劣化回避とを両立させている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平８−２５４１５８号公報（第００２３−００２４段落、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の排気ガス浄化装置にも次のような欠点がある。例えばアイドリング運転時には、エンジンからの排気ガスをバイパス通路に導いて副触媒コンバータで処理することになるが、その間、バイパス通路から隔離された主通路には排気ガスが流通せず、主通路が冷えてしまう。その後、エンジンの運転状態がアイドリング運転から高負荷運転に変化するに伴い、切替弁によって排気ガスの流通路がバイパス通路から主通路に切り替えられた場合、エンジンからの排気ガスが主通路を通過することで却って冷やされ、その冷えた排気ガスによって主触媒コンバータの温度が一時的に低下し、排気ガス浄化性能が低下するという問題があった。同様に、エンジンが高負荷運転状態にあるときには排気ガスが主通路に流され、その間、主通路から隔離されたバイパス通路には排気ガスが流通せず、バイパス通路及び副触媒コンバータが冷えてしまう。その後、エンジンがアイドリング運転状態に変化するに伴い、切替弁によって排気ガスの流通路が主通路からバイパス通路に切り替えられた場合にも、一旦冷えた副触媒が所定の活性温度に到達するまでの間、排気ガス浄化性能が一時的に低下するという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、二系統化された排気ガスの通路を切替え可能な排気ガス浄化装置において、一方の通路を流れる排気ガスの余熱を利用して他方の通路を予熱又は保温することができ、ガス流通路の切替えに起因する排気ガス浄化性能の一時的な低下を極力防止可能なエンジンの排気ガス浄化装置を提供することにある。また、排気系統の構造を従来よりもコンパクト化したエンジンの排気ガス浄化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、エンジンからの排気ガスを浄化処理するために主触媒コンバータを利用するエンジンの排気ガス浄化装置であって、エンジンから主触媒コンバータに達する主排気通路の一部を形成するための主配管と、前記主配管を包囲するように設けられて前記主配管との間に軸直交断面が略環状の副排気通路を形成するための筒状ケーシングと、前記筒状ケーシングにおける略環状の副排気通路内に配置された副触媒と、エンジンからの排気ガスを前記主配管を経由する主排気通路又は前記筒状ケーシング内の副排気通路のいずれかに選択的に供給するための切替弁機構とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、主配管を経由する主排気通路の周囲を主配管の管壁を挟んで副排気通路（及び副触媒）が包囲するという二系統重合構造を採用したので、切替弁機構によるガス流路の選択状況にかかわらず、主排気通路及び副排気通路のうちの一方を流れる排気ガスの熱（余熱）によって、ガスが流れていない他方の排気通路を予熱又は保温することができる（つまり主副排気通路間で熱交換可能）。それ故、切替弁機構によるガス流路の切替え直後にそれまで排気ガスが流れていなかった主排気通路又は副排気通路（及び副触媒）を排気ガスが通過した場合でも、排気ガスの温度低下が回避される。従って、ガス流路の切替え後も直ちにそれぞれの触媒（主触媒コンバータに保持された触媒及び前記副触媒）は所期の排気ガス浄化作用を発揮でき、ガス流通路の切替えに起因する排気ガス浄化性能の一時的な低下を極力防止することができる。更に、前記二系統重合構造の軸直交断面の中心に主配管（主排気通路）を配置しその周囲に副排気通路及び副触媒を配置したので、排気ガス浄化装置の配管構成を従来よりもコンパクト化でき、又、エンジンから主触媒コンバータにいたる主排気通路を極力直線的に（即ち不必要に経路を湾曲させずに）経路設定し易い。このため、エンジンの高負荷運転時、主排気通路に排気ガスを流通させる場合の排気抵抗を低減でき、エンジン性能の向上を図ることができる。
【０００９】
尚、請求項１において、切替弁機構は、エンジンと主配管及び筒状ケーシングとの間に配置されることが好ましいが、主配管及び筒状ケーシングと主触媒コンバータとの間に配置されてもよい。また、副触媒の熱容量が前記主触媒コンバータ内に保持された主触媒の熱容量よりも小さいことは好ましい。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１に記載のエンジンの排気ガス浄化装置において、前記切替弁機構は、前記主配管及び筒状ケーシングの上流側に配置されると共に第１及び第２の弁孔が形成された枠体と、前記枠体の第１弁孔と前記主配管との間に前記主配管を経由する主排気通路の一部となる気密室を区画する第１誘導ハウジングと、前記枠体の第２弁孔と前記筒状ケーシングとの間に前記副排気通路の一部となる気密室を区画する第２誘導ハウジングと、前記第１誘導ハウジング内において第１弁孔を開放する開放位置と第１弁孔を閉塞する閉塞位置との間を切替え配置可能に設けられた第１の弁体と、前記第２誘導ハウジング内において第２弁孔を開放する開放位置と第２弁孔を閉塞する閉塞位置との間を切替え配置可能に設けられた第２の弁体と、前記第１及び第２の弁体のうちの一方が開放位置に配置されるときには他方が閉塞位置に配置されるように両弁体をリンクさせながら配置切替えする弁体リンク機構とを備えており、前記第１誘導ハウジング内には、第１弁孔と主配管とを結ぶ排気ガスの流通経路に対して横方向に後退した退避空間が確保され、その退避空間内に第１弁体の開放位置が設定されており、又、前記第２誘導ハウジング内には、第２弁孔と筒状ケーシングとを結ぶ排気ガスの流通経路に対して横方向に後退した退避空間が確保され、その退避空間内に第２弁体の開放位置が設定されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、弁体リンク機構により第１及び第２弁体のうちの一方が閉塞位置から開放位置に切替え配置されると、その弁体は対応する誘導ハウジング内の退避空間に退避される。すると、当該弁体は誘導ハウジング内の排気ガス流通経路に居座ることなくそのガス流通経路から完全に退くこととなるため、当該弁体が排気ガス流通の障害物とならず、排気抵抗が低減される。また、各弁体が退避空間内に設定された開放位置に配置される間は少なくとも、弁体が高温の排気ガス流のまっただ中に曝されることがない。それ故、各弁体の配置切替えが断続的に行われることで、各弁体が過熱状態に陥るのを回避できる。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項２に記載のエンジンの排気ガス浄化装置において、前記第１及び第２の弁体は、それぞれに対応する弁孔の周縁部に着座可能な皿形の弁体であり、前記弁体リンク機構は、第１誘導ハウジングを貫通する第１の回動軸と、第２誘導ハウジングを貫通する第２の回動軸と、前記第１及び第２の回動軸を同期回動させる機構とを具備しており、前記第１回動軸から延びる第１のアームに前記第１弁体が支持されると共に、前記第２回動軸から延びる第２のアームに前記第２弁体が支持されていることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、第１及び第２の弁体を皿形にすると共に、同期回動される第１及び第２の回動軸の各々から延びるアームに各弁体を支持する構成を採用したので、各弁体が対応する弁孔の周縁部に着座したとき（即ち閉塞位置に配置されたとき）の排気ガスのシール性が高められる。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１に記載のエンジンの排気ガス浄化装置において、前記切替弁機構は、前記主配管及び筒状ケーシングの上流側に配置されると共に、第１及び第２の弁孔が形成された弁孔区画部、並びに、前記両弁孔の中間位置において前記弁孔区画部から突設された支持部及び隔壁部を有する枠体と、前記枠体を覆うと共に、前記第１弁孔と前記主配管とを結ぶ前記主排気通路の一部となる第１の気密室および前記第２弁孔と前記筒状ケーシングとを結ぶ前記副排気通路の一部となる第２の気密室が前記枠体の支持部及び隔壁部を挟んで内部に区画される誘導ハウジングと、前記枠体の支持部に回動可能に支持されると共に前記第１気密室内に延びる第１アーム及び前記第２気密室内に延びる第２アームを有する駆動シャフトと、前記第１アームに支持された前記第１弁孔に対応する第１の弁体と、前記第２アームに支持された前記第２弁孔に対応する第２の弁体とを備え、前記駆動シャフトに対して第１及び第２アームは、第１及び第２の弁体のうちの一方がそれと対応する弁孔を開放する開放位置に配置されるときには、他方がそれと対応する弁孔を閉塞する閉塞位置に配置されるように取り付けられていることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、共通の駆動シャフトから延びる第１及び第２アームに第１及び第２の弁体をそれぞれ支持すると共に、駆動シャフトに対する第１及び第２アームの取り付け態様を前述のようにしたので、駆動シャフトの回動操作に基づいて、両弁体の配置切替えを同期させながら切替弁機構による主排気通路又は副排気通路の択一的選択が可能となる。また、この構成によれば、切替弁機構をコンパクト化できる。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項４に記載のエンジンの排気ガス浄化装置において、前記枠体の隔壁部のそれぞれの側には、前記第１気密室内において第１弁孔と主配管とを結ぶ排気ガスの流通経路に対して隔壁部寄り方向に後退した第１の退避空間、及び、前記第２気密室内において第２弁孔と筒状ケーシングとを結ぶ排気ガスの流通経路に対して隔壁部寄り方向に後退した第２の退避空間が確保され、前記第１の退避空間内に第１弁体の開放位置が設定されると共に、前記第２の退避空間内に第２弁体の開放位置が設定されていることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、駆動シャフトの回動操作に基づき第１及び第２弁体のうちの一方が閉塞位置から開放位置に切替え配置されると、その弁体は対応する気密室の退避空間に退避される。すると、当該弁体はその気密室内の排気ガス流通経路に居座ることなくそのガス流通経路から完全に退くこととなるため、当該弁体が排気ガス流通の障害物とならず、排気抵抗が低減される。また、各弁体が退避空間内に設定された開放位置に配置される間は少なくとも、弁体が高温の排気ガス流のまっただ中に曝されることがない。それ故、各弁体の配置切替えが断続的に行われることで、各弁体が過熱状態に陥るのを回避できる。
【００１８】
請求項６の発明は、請求項４又は５に記載のエンジンの排気ガス浄化装置において、前記第１及び第２の弁体は、それぞれに対応する弁孔の周縁部に着座可能な皿形の弁体であることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、第１及び第２の弁体を皿形にしたので、各弁体が対応する弁孔の周縁部に着座したとき（即ち閉塞位置に配置されたとき）の排気ガスのシール性が高められる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
（基本実施形態）
図１は排気ガス浄化装置の基本実施形態を示す。多気筒のエンジン１０から排出された排気ガスは、各気筒からの排気ガスを集合させる排気マニホルド１１、切替弁機構１２、副触媒コンバータ１３および振動遮断機構１４を経由して主触媒コンバータ１５に達し、主触媒コンバータ１５を通過後はマフラー（図示略）等を経て大気中に放出される。エンジン１０としてはガソリンエンジンを想定するが、ディーゼルエンジンに対しても本発明を適用できる。
【００２２】
切替弁機構１２と主触媒コンバータ１５との間に位置する副触媒コンバータ１３は、その中心に位置する主配管１３ａと、その主配管１３ａを包囲するように設けられた筒状ケーシング１３ｂと、副触媒１６とを備えている。主配管１３ａは、エンジン１０から主触媒コンバータ１５にいたる排気ガスの主たる通路（主排気通路）の途中一部分を担う配管である。主配管１３ａの外周面と筒状ケーシング１３ｂの内周面との間には、主配管１３ａの中心軸線に対する軸直交断面が略環状（より好ましくは円環状）の副排気通路が形成される。即ち、副触媒コンバータ１３は、主排気通路を副排気通路が取り囲む二系統重合配管構造をなしている。前記略環状の副排気通路内には副触媒１６が配置されており、主配管１３ａが副触媒１６の中心を貫通すると共に、主配管１３ａの後端部（出口部）が副触媒１６の後端面から突出する格好となっている（尚、その様子を図２及び図３に拡大して示す）。
【００２３】
図１に示すように、主配管１３ａの入口部と筒状ケーシング１３ｂにおける副排気通路の入口部とは分離され、それぞれの入口部が、当該副触媒コンバータ１３の上流側に位置する切替弁機構１２に接続されている。他方、主配管１３ａの出口部と筒状ケーシング１３ｂにおける副排気通路の出口部とは統合され、共通の出口部として当該副触媒コンバータ１３の下流側に位置する振動遮断機構１４に接続されている。
【００２４】
切替弁機構１２は、排気マニホルド１１で集合されたエンジン１０からの排気ガスを副触媒コンバータ１３内の二つの流通路（即ち主配管１３ａを経由する主排気通路と、筒状ケーシング１３ｂ内の副排気通路）のうちのいずれか一方に選択的（二者択一的）に供給するためのガス流制御機構である。切替弁機構１２についてはいくつかの設計態様があり、各態様については後ほど詳述する。切替弁機構１２は弁駆動制御装置１７と作動連結されている。弁駆動制御装置１７は、例えば吸気系に設けられたスロットルバルブの開度、エンジン回転数、ラジエータの冷却水温度、排気ガス中の酸素濃度、排気ガス温度、各触媒の温度（即ち触媒担体の温度）などのエンジンの運転状態を反映する各種情報に基づいて切替弁機構１２の動作を制御する。
【００２５】
振動遮断機構１４は、副触媒コンバータ１３を通過してきた排気ガスが主触媒コンバータ１５に達するのを許容しつつ、エンジン１０の振動が当該排気ガス浄化装置の配管系を伝わって主触媒コンバータ１５以降の配管系に伝達するのを遮断又は緩和するための緩衝機構である。
【００２６】
主触媒コンバータ１５は、排気ガス中のＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等を浄化するための触媒物質を担持した通気性セラミックス担体（例えばハニカム構造の円柱状セラミックス担体）を円筒状ケース内に収容して構成されている。
【００２７】
前記副触媒１６も同様に触媒物質を担持した通気性セラミックス担体から構成されているが、その形状は前記副排気通路の形状に適合して軸直交断面が略環状の中央くりぬき円筒体をなしている。副触媒１６は、主触媒コンバータ１５に保持された主触媒よりも小体積とすることで熱容量が相対的に小さくなっている。このため、排気ガスによりもたらされる熱量が少ない場合でも副触媒１６は直ちに昇温して所定の活性温度に迅速に到達できる。
【００２８】
本発明の実施形態は、上記切替弁機構１２の構造上の違いに応じて更に第１実施例、第２実施例及びその他の実施例に細分化される。上述の基本実施形態（図１）は、以下に述べる各実施例に共通の基本構成を示したものである。
【００２９】
（第１実施例）
図２〜図４は第１実施例に従う排気ガス浄化装置の主要部を示し、特に図４は第１実施例の切替弁機構を示す。各図に示すように、副触媒コンバータ１３の上流側に配設された切替弁機構１２は、二つの弁孔が形成された枠体２１と、分岐配管２２と、第１の誘導ハウジング２３と、第２の誘導ハウジング２４と、第１の弁体２５と、第２の弁体２６とを少なくとも備えている。
【００３０】
枠体２１は断面逆「く」の字形をなし、当該枠体２１には第１の弁孔２１ａ及び第２の弁孔２１ｂが形成されている。各弁孔２１ａ，２１ｂは円形状をなし、各弁孔の周縁を区画している枠体２１の肉部（周縁部）は弁座として機能する。分岐配管２２は、排気マニホルド１１からの排気ガスを二方向に分岐する配管であり、一方の分岐が第１の弁孔２１ａに連結され、他方の分岐が第２の弁孔２１ｂに連結されている。
【００３１】
第１の誘導ハウジング２３は、第１の弁孔２１ａを通過したガスを主配管１３ａの入口部に誘導すべく形状設定された中空な被覆材である。第１の誘導ハウジング２３の出口側開口端は主配管１３ａの入口部に接合されると共に、その接合部位の全周を溶接することにより主配管１３ａの入口部に気密連結されている。他方、第１の誘導ハウジング２３の入口側開口端は、第１の弁孔２１ａを取り囲む位置にて枠体２１の一側面に接合されると共に、その接合部位の全体を溶接することにより枠体２１に対し気密連結されている。つまり第１の誘導ハウジング２３は、枠体の第１弁孔２１ａと主配管１３ａの入口部との間に主排気通路の一部となる気密室を区画形成する。この気密室内には、排気ガスの流通経路に対して横方向（図４では下方向）に後退した第１弁体用の退避空間Ｓ１が確保されている。
【００３２】
第２の誘導ハウジング２４は、第２の弁孔２１ｂを通過したガスを筒状ケーシング１３ｂの入口部に誘導すべく形状設定された中空な被覆材である。第２の誘導ハウジング２４の出口側開口端は筒状ケーシング１３ｂの入口部に接合されると共に、その接合部位の全周を溶接することにより筒状ケーシング１３ｂの入口部に気密連結されている。他方、第２の誘導ハウジング２４の入口側開口端は、第２の弁孔２１ｂを取り囲む位置にて枠体２１の一側面に接合されると共に、その接合部位の全体を溶接することにより枠体２１に対し気密連結されている。つまり第２の誘導ハウジング２４は、枠体の第２の弁孔２１ｂと筒状ケーシング１３ｂの入口部との間に副排気通路の一部となる気密室を区画形成する。この気密室内には、排気ガスの流通経路に対して横方向（図４では上方向）に後退した第２弁体用の退避空間Ｓ２が確保されている。
【００３３】
第１の弁体２５は、第１誘導ハウジング２３内にあって枠体の第１弁孔２１ａを開閉するための皿形の弁である。第２の弁体２６は、第２誘導ハウジング２４内にあって枠体の第２弁孔２１ｂを開閉するための皿形の弁である。第１及び第２の弁体２５，２６は、弁体リンク機構を介して前記弁駆動制御装置１７に作動連結されている。図４に示すように弁体リンク機構は、各誘導ハウジング２３，２４を貫通する第１及び第２の回動軸３１，３２と、それぞれの誘導ハウジング内において各回動軸に一体化された第１及び第２のアーム３３，３４と、それぞれの誘導ハウジングの外側において各回動軸に一体化された第１及び第２のレバー３５，３６と、両レバー３５，３６を作動連結するリンクバー３７とを備えている。リンクバー３７は弁駆動制御装置１７内のアクチュエータ（例えば電磁ソレノイド）によって所定方向に往復作動される。即ち、第１及び第２の回動軸３１，３２は、リンクバー３７並びに第１及び第２のレバー３５，３６を介して弁駆動制御装置１７により同期回動される。第１及び第２のレバー３５，３６並びにリンクバー３７は「第１及び第２の回動軸３１，３２を同期回動させる機構」を構成する。
【００３４】
第１及び第２のアーム３３，３４の先端部にはそれぞれ、第１及び第２の弁体２５，２６が固定されている。そして、第１及び第２の回動軸３１，３２に対する第１及び第２のアーム３３，３４の取付け角度は、第１弁体２５が第１誘導ハウジングの退避空間Ｓ１内の開放位置に配置されるときに、第２弁体２６が第２の弁孔２１ｂを完全に閉じる閉塞位置に配置され（図２参照）、第２弁体２６が第２誘導ハウジングの退避空間Ｓ２内の開放位置に配置されるときに、第１弁体２５が第１の弁孔２１ａを完全に閉じる閉塞位置に配置されるように（図３参照）角度設定されている。
【００３５】
次に、第１実施例の排気ガス浄化装置の作用について説明する。
エンジン１０の冷間始動時及びアイドリング運転時（低負荷運転時）には、図３に示すように、弁駆動制御装置１７によって、第１弁体２５は第１弁孔２１ａを閉じる閉塞位置に配置されると共に、第２弁体２６は退避空間Ｓ２内に退避して第２弁孔２１ｂを完全開放する開放位置に配置される。図３の状態では、エンジン１０からの排気ガスは、第２誘導ハウジング２４を経由して副排気通路に進入し、副触媒１６を通過した後、主排気通路に戻り主触媒コンバータ１５に導かれる。
【００３６】
副触媒１６は排気ガスの熱によって迅速に活性温度に到達し、排気ガス中の環境悪化物質（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等）を浄化処理する。この触媒による浄化は、ＨＣ及びＣＯの酸化に起因した発熱反応を伴うため、その反応熱によって副触媒１６を通過した排気ガスは通過前よりも更に高温化する。この更に高温化した排気ガスは主触媒コンバータ１５の予熱（つまり事前暖機）に貢献する。
【００３７】
図３の状態では、排気ガスは主配管１３ａ内を流れないが、主配管１３ａの周囲を取り囲んでいる副排気通路及び副触媒１６を流れる排気ガスの熱が、主配管１３ａの管壁を介して主配管１３ａの内壁側にも伝達される。更には主配管１３ａから第１誘導ハウジング２３へも熱が伝わる。このように、副触媒コンバータ１３の副排気通路を排気ガスが流れることで、その排気ガスの熱が主配管１３ａ及び第１誘導ハウジング２３の内壁にも伝達され、その結果、副触媒コンバータ１３の中心に位置する主排気通路の内壁部が同時に予熱されるという副次的効果がもたらされる。
【００３８】
他方、エンジン１０の中高速回転時（高負荷運転時）には図２に示すように、弁駆動制御装置１７によって、第１弁体２５は退避空間Ｓ１内に退避して第１弁孔２１ａを完全開放する開放位置に配置されると共に、第２弁体２６は第２弁孔２１ｂを閉じる閉塞位置に配置される。図２の状態では、エンジン１０からの排気ガスは、第１誘導ハウジング２３を経由して主配管１３ａ（主排気通路）に進入し、そのままストレートに主触媒コンバータ１５に導かれる。
【００３９】
主触媒コンバータ１５は前記低負荷運転時に予熱されているため、切替弁機構１２による流路切替時には既に活性温度近くにまで達している。また、高負荷運転時のエンジン１０から排出される排気ガスの温度は低負荷運転時よりも一般に高温であることに加えて、主配管１３ａ及び第１誘導ハウジング２３の内壁部が前記低負荷運転時における予熱によって暖められている。それ故、ガス流路が副排気通路から主排気通路に切り替えられた直後でも、エンジン１０からの排気ガスが、第１誘導ハウジング２３及び主配管１３ａからなる主排気通路を通過することで温度を低下させることはなく、高温のまま主触媒コンバータ１５に導かれる。従って、主触媒コンバータ１５は、直ちに排気ガス中の環境悪化物質（ＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘ等）を浄化処理することができる。
【００４０】
図２の状態では、排気ガスは副排気通路を流れないが、副触媒コンバータ１３の中心に位置する主配管１３ａを流れる排気ガスの熱が、主配管１３ａの管壁を介して副触媒１６にも伝達される。更には副触媒１６から筒状ケーシング１３ｂ及び第２誘導ハウジング２４へも熱が伝わる。このように、副触媒コンバータ１３の主排気通路を排気ガスが流れることで、その排気ガスの熱が副触媒１６、筒状ケーシング１３ｂ及び第２誘導ハウジング２４にも伝達され、その結果、副触媒コンバータ１３の外周側に位置する副排気通路の内壁部が同時に予熱されるという副次的効果がもたらされる。
【００４１】
この第１実施例によれば、次のイ〜ホのような効果を得ることができる。
イ．切替弁機構１２の下流側に位置する副触媒コンバータ１３をその軸直交断面の中心にある主排気通路が副排気通路によって包囲されるという二重管構造としたので、一方の通路を流れる排気ガスの熱（余熱）を、ガスが流れていない他方の通路の予熱（事前の加熱）に有効利用することができる。その結果、切替弁機構１２によるガス流路の切替え操作に関わりなく、排気ガスが流れない状態にある主排気通路又は副排気通路を常に暖めておくことができる。そして、切替弁機構１２によるガス流路の切替え直後に、それまで排気ガスが流れていなかった主排気通路又は副排気通路を排気ガスが通過した場合でもその排気ガスの温度低下をほぼ防止することができる。それ故、切替弁機構１２によるガス流路の切替え後も直ちに、主触媒コンバータ１５内の主触媒や副触媒１６に所期の排気ガス浄化作用を発揮させることができる。
【００４２】
ロ．副触媒コンバータ１３をその軸直交断面の中心にある主排気通路が副排気通路により包囲されるという二重管構造としたので、従来例（前記特許文献１）のように主通路とバイパス通路とを完全に分離独立させた配管構成の場合に比べて、排気ガス浄化装置を全体的にコンパクト化することができる。
【００４３】
ハ．副触媒コンバータ１３において主排気通路を包囲する副排気通路の内側に副触媒１６を配設したので、エンジンの高負荷運転時に排気ガスを流通させることになる主排気通路（より具体的には、分岐配管２２の入口から第１誘導ハウジング２３を経て主配管１３ａの出口にいたる経路）を極力直線状態に近づけることができる（図２参照）。従って、エンジンの高負荷運転時において前記主排気通路の経路設定が原因となる排気抵抗の増大を回避し、高負荷運転でのエンジン性能の向上を図ることができる。
【００４４】
ニ．切替弁機構１２を構成する第１及び第２誘導ハウジング２３，２４の内部にそれぞれ退避空間Ｓ１，Ｓ２を確保すると共に、第１及び第２の弁体２５，２６がそれぞれ対応する弁孔を完全解放する開放位置を各退避空間Ｓ１，Ｓ２内に設定した。このため、第１及び第２の弁体２５，２６の一方が閉塞位置から開放位置に切替え配置されたときに、その弁体が（主又は副）排気通路から完全に退いて排気通路の内側に居座り続けない。このため、従来例（前記特許文献１）に開示された二つの蝶型弁を同軸連結してなる切替弁とは異なり、開放位置に配置された第１又は第２の弁体２５，２６が排気ガス流通の障害物とならず、排気抵抗が低減される。更には、各弁体２５，２６が開放状態にあるときには、対応する退避空間Ｓ１，Ｓ２に退避させることで、高温の排気ガスの流れのまっただ中に弁体が置かれる時間を短縮することができ、弁体２５，２６が過熱状態に陥るのを回避することができる。
【００４５】
ホ．第１及び第２の弁体２５，２６を皿形とし、枠体２１の各弁座部に面的に着座可能としたので、配管内に設けられる蝶型弁に比べて排気ガスのシール性に優れている。
【００４６】
（第２実施例）
図５〜図７は第２実施例に従う排気ガス浄化装置の切替弁機構１２を示す。各図に示すように副触媒コンバータ１３の上流側に配設される切替弁機構１２は、二つの弁孔が形成された枠体４１と、分岐配管４２と、誘導ハウジング４３と、第１の弁体４５と、第２の弁体４６とを少なくとも備えている。
【００４７】
枠体４１は断面略「Ｔ」字形をなし（図５参照）、当該枠体４１には第１の弁孔４１ａ及び第２の弁孔４１ｂが形成されている。各弁孔４１ａ，４１ｂは円形状をなし、各弁孔の周縁を区画している枠体４１の肉部（弁孔区画部４１ｃ）は弁座として機能する。枠体４１には更に、両弁孔４１ａ，４１ｂの中間位置において弁孔区画部４１ｃから直交方向に延びる支持部４１ｄ及び隔壁部４１ｅが形成されている（図７（Ａ）参照）。支持部４１ｄには、後述する駆動シャフト４７が回動可能に支持される。
【００４８】
図５に示すように、分岐配管４２は、排気マニホルド１１からの排気ガスを二方向に分岐する配管であり、一方の分岐が第１の弁孔４１ａに連結され、他方の分岐が第２の弁孔４１ｂに連結されている。
【００４９】
誘導ハウジング４３は枠体４１を覆う中空な被覆材であって、その前側（入口側）開口端は前記弁孔区画部４１ｃの後面周縁に対して接合されると共に、その接合部の全周を溶接することにより気密連結されている。誘導ハウジング４３の後方側（出口側）には、第１の出口側開口端４３ａと第２の出口側開口端４３ｂとが並設されている。第１の出口側開口端４３ａは主配管１３ａの入口部に接合され、その接合部位の全周を溶接することにより主配管１３ａの入口部に気密連結されている。また、第２の出口側開口端４３ｂは筒状ケーシング１３ｂの入口部に接合され、その接合部位の全周を溶接することにより筒状ケーシング１３ｂの入口部に気密連結されている。
【００５０】
図５に示すように、誘導ハウジング４３の内部は、そこに収容される枠体の支持部４１ｄ及び隔壁部４１ｅを挟んで二つの気密室に区画されている。即ち、第１の出口側開口端４３ａに対応する誘導ハウジング４３の片側半部、枠体の支持部４１ｄ及び隔壁部４１ｅによって、枠体の第１弁孔４１ａと主配管１３ａの入口部とを結ぶ主排気通路の一部となる第１の気密室が区画形成されている。また、第２の出口側開口端４３ｂに対応する誘導ハウジング４３の片側半部、枠体の支持部４１ｄ及び隔壁部４１ｅによって、枠体の第２の弁孔４１ｂと筒状ケーシング１３ｂの入口部とを結ぶ副排気通路の一部となる第２の気密室が区画形成されている。そして、誘導ハウジング４３内を二分する隔壁部４１ｅの各側面は、第１及び第２の弁孔４１ａ，４１ｂの各内端から所定距離ｈだけオフセットしている。こうして、隔壁部４１ｅの第１気密室側には、第１弁孔４１ａと第１の出口側開口端４３ａとを結ぶ排気ガス流路に対して前記オフセット距離ｈだけ隔壁部寄り方向に後退した第１弁体用の退避空間Ｓ１が確保されている。また、隔壁部４１ｅの第２気密室側には、第２弁孔４１ｂと第２の出口側開口端４３ｂとを結ぶ排気ガス流路に対して前記オフセット距離ｈだけ隔壁部寄り方向に後退した第２弁体用の退避空間Ｓ２が確保されている。
【００５１】
第１及び第２の弁体４５，４６はそれぞれ、枠体の第１弁孔４１ａ，４１ｂを開閉するための皿形の弁である。これらの弁体４５，４６は、弁体リンク機構を介して前記弁駆動制御装置１７に作動連結されている。特に図６及び図７（Ｂ）に示すように、弁体リンク機構は、前記支持部４１ｄに回動可能に支持された駆動シャフト４７と、そのシャフトに一体化された第１アーム４８及び第２アーム４９とを備えている。駆動シャフト４７は弁駆動制御装置１７内のアクチュエータ（例えばモータ）に作動連結されており、そのアクチュエータによって正逆方向に回動される。
【００５２】
第１及び第２のアーム４８，４９はそれぞれ前記第１及び第２の気密室内に延びており、各アームの先端部には、それぞれ第１及び第２の弁体４５，４６が固定されている。共通の駆動シャフト４７に対する第１及び第２のアーム４８，４９の取付け角度は、第１弁体４５が前記退避空間Ｓ１内に設定された開放位置に配置されるときに、第２弁体４６が第２の弁孔４１ｂを完全に閉じる閉塞位置に配置されると共に（図５参照）、第２弁体４６が前記退避空間Ｓ２内に設定された開放位置に配置されるときに、第１弁体４５が第１の弁孔４１ａを完全に閉じる閉塞位置に配置されるように角度設定されている。
【００５３】
次に、第２実施例の排気ガス浄化装置の作用について説明する。
エンジン１０の冷間始動時及びアイドリング運転時（低負荷運転時）には、弁駆動制御装置１７によって、第１弁体４５は第１弁孔４１ａを閉じる閉塞位置に配置されると共に、第２弁体４６は退避空間Ｓ２内に退避して第２弁孔４１ｂを完全開放する開放位置に配置される（図示略）。この状態では、エンジン１０からの排気ガスは、第２弁孔４１ｂ及び誘導ハウジング４３の第２の出口側開口端４３ｂを経由して筒状ケーシング１３ｂ内の副排気通路に進入し、副触媒１６を通過した後、主排気通路に戻り主触媒コンバータ１５に導かれる。この場合における副触媒コンバータ１３及び主触媒コンバータ１５での作用は前記第１実施例と同じである。
【００５４】
エンジン１０の中高速回転時（高負荷運転時）には、図５に示すように、弁駆動制御装置１７によって、第１弁体４５は退避空間Ｓ１内に退避して第１弁孔４１ａを完全開放する開放位置に配置されると共に、第２弁体４６は第２弁孔４１ｂを閉じる閉塞位置に配置される。この状態では、エンジン１０からの排気ガスは、第１弁孔４１ａ及び誘導ハウジング４３の第１の出口側開口端４３ａを経由して主配管１３ａ（主排気通路）に進入し、そのままストレートに主触媒コンバータ１５に導かれる。この場合における副触媒コンバータ１３及び主触媒コンバータ１５での作用は前記第１実施例と同じである。
【００５５】
この第２実施例によれば、前記第１実施例における前記イ、ロ及びハと同様の効果を得ることができる。それに加えて以下の効果を得ることができる。
【００５６】
切替弁機構１２を構成する誘導ハウジング４３の内部において枠体の隔壁部４１ｅの両側にそれぞれ退避空間Ｓ１，Ｓ２を確保すると共に、第１及び第２の弁体４５，４６がそれぞれに対応する弁孔を完全開放する開放位置を各退避空間Ｓ１，Ｓ２内に設定した。このため、第１及び第２の弁体４５，４６の一方が閉塞位置から開放位置に切替え配置されたときに、その弁体が（主又は副）排気通路から完全に退いて排気通路の内側に居座り続けない。このため、従来例（前記特許文献１）に開示された二つの蝶型弁を同軸連結してなる切替弁とは異なり、開放位置に配置された第１又は第２の弁体４５，４６が排気ガス流通の障害物とならず、排気抵抗が低減される。更には、各弁体４５，４６が開放状態にあるときには、対応する退避空間Ｓ１，Ｓ２に退避させることで、高温の排気ガスの流れのまっただ中に弁体が置かれる時間を短縮することができ、弁体４５，４６が過熱状態に陥るのを回避することができる。
【００５７】
第１及び第２の弁体４５，４６を皿形とし、枠体の弁孔区画部４１ｃの各弁座部に面的に着座可能としたので、配管内に設けられる蝶型弁に比べて排気ガスのシール性に優れている。また、各弁体４５，４６を各アーム４８，４９に支持すると共にそれらのアームを共通の駆動シャフト４７で駆動する構成としたので、ガス流速等の大きさに応じて駆動シャフト４７の回動駆動力を適宜設定することができ、各弁体が弁座部に着座した場合のバルブ座面圧を適正化し易い。
【００５８】
（その他の実施例・変更例）
排気ガス浄化装置における切替弁機構１２として、従来例と同様の二つの蝶型弁を同軸連結した機構を採用してもよい。具体的には図８（Ａ）に示すように、主排気通路及び副排気通路を構成する配管中にそれぞれ蝶型弁６１，６２を配置すると共に、両蝶型弁６１，６２を共通の駆動軸６３で連結する。但し、駆動軸６３に対する各蝶型弁６１，６２の取付け角度は９０度ずれている。共通の駆動軸６３を弁駆動制御装置１７で回動制御することにより、主及び副排気通路のいずれか一方が選択的に開放される。図８（Ａ）の構成によれば、前記第１実施例における前記イ、ロ及びハと同様の効果を得ることができる。
【００５９】
本発明の排気ガス浄化装置においては、図８（Ｂ）に示すように、切替弁機構１２を副触媒コンバータ１３の下流側に配設してもよい。このような配置においても切替弁機構１２は、エンジン１０からの排気ガスを主及び副排気通路のいずれか一方が選択的に供給するというガス流制御機能を発揮することができる。図８（Ｂ）の構成によっても、前記第１実施例における前記イ、ロ及びハと同様の効果を得ることができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明の排気ガス浄化装置によれば、二系統化された排気ガスの通路（主及び副排気通路）を切替え可能な排気ガス浄化装置において、一方の通路を流れる排気ガスの余熱を利用して他方の通路を予熱又は保温することができ、ガス流通路の切替えに起因する排気ガス浄化性能の一時的な低下を極力防止することができる。また、排気系統の構造を従来よりもコンパクト化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気ガス浄化装置の基本実施形態の概要を示す図。
【図２】第１実施例の排気ガス浄化装置の主要部を示す断面図。
【図３】第１実施例の排気ガス浄化装置の主要部を示す断面図。
【図４】第１実施例の切替弁機構を示す断面図。
【図５】第２実施例の切替弁機構を示す断面図。
【図６】図５のＸ−Ｘ線での断面図。
【図７】（Ａ）は第２実施例の切替弁機構を構成する枠体の概略斜視図、（Ｂ）は同切替弁機構を構成する弁体リンク機構の概略斜視図。
【図８】（Ａ）及び（Ｂ）はその他の実施例の概要を示す図。
【符号の説明】
１０…エンジン，１２…切替弁機構，１３…副触媒コンバータ，１３ａ…主配管，１３ｂ…筒状ケーシング，１５…主触媒コンバータ，１６…副触媒，２１…枠体，２１ａ…第１の弁孔，２１ｂ…第２の弁孔，２３…第１誘導ハウジング，２４…第２誘導ハウジング，２５…第１の弁体，２６…第２の弁体，３１，３２…第１及び第２の回動軸，３３，３４…第１及び第２のアーム，４１…枠体，４１ａ…第１の弁孔，４１ｂ…第２の弁孔，４１ｃ…弁孔区画部，４１ｄ…支持部，４１ｅ…隔壁部，４３…誘導ハウジング，４５…第１の弁体，４６…第２の弁体，４７…駆動シャフト，４８，４９…第１及び第２のアーム，Ｓ１…第１弁体用の退避空間，Ｓ２…第２弁体用の退避空間。
【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】
2004108311.tif 000009
【図８】
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