(57)【要約】【課題】内燃機関の排気装置において、通路の密封性を向上することで排気浄化効率を向上すると共に機能性及び制御性の向上並びに小型化及び低コスト化を図る。【解決手段】排気管３０の上流部に第１三元触媒３２を設ける一方、この第１三元触媒３２をバイパスするバイパス通路３１を設けてここに切換弁３３を設け、排気管３０におけるバイパス通路３１より下流側に第２三元触媒３４を設け、切換弁３３を、バイパス通路３１の上流側に設けられてエンジン１１の高負荷運転時にアクチュエータ４５により開放する第１弁体４３と、この第１弁体４３より下流側に設けられて渦巻きコイルスプリング５０により閉止方向に付勢された第２弁体４８により構成する。【選択図】        図１
2005320894.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気ガスを排出する排気通路と、該排気通路の上流部をバイパスするように設けられたバイパス通路と、前記排気通路または該排気通路の上流部をバイパスする前記バイパス通路の一方に設けられた第１触媒装置と、前記排気通路における前記バイパス通路より下流側に設けられた第２触媒装置と、前記内燃機関から排出された排気ガスの流れを前記排気通路または前記バイパス通路に切り換える開閉弁とを具えた内燃機関の排気装置において、前記開閉弁は、排気ガスの流れ方向に対して直列に配設された複数の弁体を有し、該複数の弁体のうち少なくとも一つの弁体は前記内燃機関の運転状態に応じて開閉可能に支持され、残りの弁体は閉止方向に付勢支持されたことを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の排気装置において、前記開閉弁は、前記排気通路または前記バイパス通路の上流側に設けられて前記内燃機関の運転状態に応じて開閉可能に支持された第１弁体と、前記排気通路またはバイパス通路の下流側に設けられて閉止方向に付勢支持された第２弁体とを有することを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関の排気装置において、前記第１弁体は、基端部が前記通路の一側部に回動自在に支持されて該通路のシール面に当接して閉止可能であり、前記第２弁体は、基端部が前記通路の他側部に回動自在に支持されて前記第１弁体のシール面に当接して閉止可能であることを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の排気装置において、前記第１触媒装置及び前記第２触媒装置は三元触媒装置であり、前記第１触媒装置は前記排気通路の上流部に設けられる一方、前記開閉弁は前記バイパス通路に設けられて前記内燃機関の高負荷時に開放することを特徴とする内燃機関の排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関で燃焼した排気ガスを処理する排気装置に関し、特に、排気ガスの流れを触媒装置またはバイパス通路に切り換える開閉弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気系には、燃焼後に排出される排気ガスを浄化処理する触媒が設けられており、例えば、三元触媒は、排気ガス中に含まれる炭化窒素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害物質を浄化処理することができる。しかし、この三元触媒は、これらの有害物質を効率的に処理するための活性化温度を有しており、特に、内燃機関の冷態始動時には、燃焼室や排気系などが低温状態にあるため、排気ガスの熱が奪われてしまい、排気ガスにより三元触媒を活性化温度まで昇温することができず、排気ガスを効率的に浄化処理することができない。
【０００３】
そこで、排気系に２つの三元触媒を設け、一方の三元触媒を排気系における上流側、つまり、内燃機関の近傍に装着し、他方の三元触媒を排気系の下流側に装着し、上流側の三元触媒を早期に活性化温度まで昇温することで、排気ガスを効率的に浄化処理することが実行されている。
【０００４】
このような排気浄化装置として、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載された「排気浄化装置」は、排気管の上流側にバイパス通路を設けてここに炭化水素吸着剤を設ける一方、排気管の下流側に酸化触媒を設け、排気管とバイパス通路の分岐部に開閉弁を設けている。従って、排気温度が触媒活性化温度より低いときには、開閉弁により排気管を閉止して排気ガスをバイパス通路に導くことで、排ガス中のＨＣを炭化水素吸着剤により除去し、排気温度が触媒活性化温度になると、開閉弁により排気管及びバイパス通路を開放して排気ガスを排気管及びバイパス通路に導くことで、排ガス中のＨＣを炭化水素吸着剤及び酸化触媒により除去することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１３９３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、排気系から分岐して触媒（炭化水素吸着剤）を有するバイパス通路を設けると共に、その分岐部に開閉弁を設けた構造にて、排気ガスの低温時には、開閉弁により排気管側を閉止して排気ガスを触媒（炭化水素吸着剤）に導いて処理することから、開閉弁による排気管の閉止時のシール性が重要である。この部分のシール性が十分でないと、有害物質を含んだ排気ガスが排気管の下流にある活性化してない触媒を通ることとなり、排気ガスを確実に浄化処理することができない。
【０００７】
上述した特許文献１の「排気浄化装置」にあっては、排気管とバイパス通路の分岐部に設けられた開閉弁は、単なるスイング式の弁であり、十分なシール性が確保されているとは言えない。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、通路の密封性を向上することで排気浄化効率を向上すると共に、機能性及び制御性の向上並びに小型化及び低コスト化を図った内燃機関の排気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関の排気装置は、内燃機関の排気ガスを排出する排気通路と、該排気通路の上流部をバイパスするように設けられたバイパス通路と、前記排気通路または該排気通路の上流部をバイパスする前記バイパス通路の一方に設けられた第１触媒装置と、前記排気通路における前記バイパス通路より下流側に設けられた第２触媒装置と、前記内燃機関から排出された排気ガスの流れを前記排気通路または前記バイパス通路に切り換える開閉弁とを具えた内燃機関の排気装置において、前記開閉弁は、排気ガスの流れ方向に対して直列に配設された複数の弁体を有し、該複数の弁体のうち少なくとも一つの弁体は前記内燃機関の運転状態に応じて開閉可能に支持され、残りの弁体は閉止方向に付勢支持されたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の内燃機関の排気装置では、前記開閉弁は、前記排気通路またはバイバス通路の上流側に設けられて前記内燃機関の運転状態に応じて開閉可能に支持された第１弁体と、前記排気通路または前記バイパス通路の下流側に設けられて閉止方向に付勢支持された第２弁体とを有することを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関の排気装置では、前記第１弁体は、基端部が前記通路の一側部に回動自在に支持されて該通路のシール面に当接して閉止可能であり、前記第２弁体は、基端部が前記通路の他側部に回動自在に支持されて前記第１弁体のシール面に当接して閉止可能であることを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関の排気装置では、前記第１触媒装置及び前記第２触媒装置は三元触媒装置であり、前記第１触媒装置は前記排気通路の上流部に設けられる一方、前記開閉弁は前記バイパス通路に設けられて前記内燃機関の高負荷時に開放することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の内燃機関の排気装置によれば、内燃機関の排気通路の上流部をバイパスするバイパス通路を設け、排気通路またはバイパス通路の一方に第１触媒装置を設け、排気通路の下流側に第２触媒装置を設け、内燃機関から排出された排気ガスの流れを排気通路またはバイパス通路に切り換える開閉弁を設け、この開閉弁を、排気ガスの流れ方向に対して直列に配設された複数の弁体により構成し、一つの弁体を内燃機関の運転状態に応じて開閉可能とし、残りの弁体を閉止方向に付勢支持したので、排気通路またはバイパス通路を複数の弁体により閉止することで、通路の密封性を向上して排気浄化効率を向上することができると共に、一つの弁体だけを内燃機関の運転状態に応じて開閉することで、機能性及び制御性を向上することができ、また、小型化及び低コスト化を可能とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる内燃機関の排気装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の排気装置に適用される切換弁の断面図、図２は、実施例１の切換弁の開放状態を表す断面図、図３は、実施例１の内燃機関の排気装置を表す概略構成図である。
【００１６】
実施例１の内燃機関の排気装置において、図３に示すように、エンジン１１は、火花点火式のエンジンであって、このエンジン１１にて、シリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が締結されており、このシリンダブロック１２に形成された複数のシリンダボア１４にピストン１５がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１２の下部にクランクシャフト１６が回転自在に支持されており、各ピストン１５はコネクティングロッド１７を介してこのクランクシャフト１６にそれぞれ連結されている。
【００１７】
燃焼室１８は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とピストン１５により構成されており、この燃焼室１８の上部、つまり、シリンダヘッド１２の下面に吸気ポート１９及び排気ポート２０が対向して形成されており、この吸気ポート１９及び排気ポート２０に対して吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の下端部が位置している。従って、この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９及び排気ポート２０を開閉し、吸気ポート１９と燃焼室１８、燃焼室１８と排気ポート２０とをそれぞれ連通することができる。
【００１８】
そして、吸気ポート１９には、インテークマニホールド２３を介して吸気管（排気通路）２４が連結されており、この吸気管２４の空気取入口にはエアクリーナ２５が取付けられると共に、このエアクリーナ２５の下流側にスロットル弁を有する電子スロットル装置２６が設けられている。また、インテークマニホールド２３には、各吸気ポート１９に燃料（ガソリン）を噴射するインジェクタ２７が装着されており、シリンダヘッド１３には、燃焼室１８の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ２８が装着されている。
【００１９】
一方、排気ポート２０には、エギゾーストマニホールド２９を介して排気管３０が連結されている。そして、この排気管３０には、この排気管３０の上流部をバイパスするようにバイパス通路３１が設けられている。そして、排気管３０の上流部にエンジン１１の近傍に位置するように第１触媒装置としての第１三元触媒３２が装着されている。一方、この第１三元触媒３２を迂回するバイパス通路３１には、開閉弁としての切換弁３３が装着されている。そして、排気管３０には、第１三元触媒３２及び切換弁３３（バイパス通路３１）より下流側に位置して第２触媒装置としての第２三元触媒３４が装着されている。この各三元触媒３２，３４は、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理することができるものである。また、切換弁３３は、エンジン１１内から排出された排気ガスの流れを、排気管３０の第１三元触媒３２またはバイパス通路３１に切り換えるものである。
【００２０】
ここで、切換弁３３の詳細な構造について説明する。図１に示すように、弁ケーシング４１は、バイパス通路３１よりも通路径が若干拡大した筒形状をなし、基端部にバイパス通路３１の一端部３１ａが嵌合して連結され、先端部にバイパス通路３１の他端部３１ｂが連結されている。この弁ケーシング４１は、基端部側の一側にガス通路方向に直行する方向に沿って支持軸４２が回転自在に支持され、この支持軸４２に第１弁体４３が固定されている。この第１弁体４３は、バイパス通路３１の一端部３１ａ（シール面）に当接して密着することで、このバイパス通路３１を閉止可能となっている。また、支持軸４２は軸端部が弁ケーシング４１を外方に貫通し、回動レバー４４の一端部が連結され、この回動レバー４４の他端部にはアクチュエータ４５の駆動ロッド４６の先端部が連結されている。
【００２１】
また、弁ケーシング４１は、中間部の一側にガス通路方向に直行する方向に沿って支持軸４７が回転自在に支持され、この支持軸４７に第２弁体４８が固定されている。この第２弁体４８は、弁ケーシング４１の内壁面に固定された内筒４９の端部（シール面）４９ａに当接して密着することで、このバイパス通路３１を閉止可能となっている。また、支持軸４７は軸端部が弁ケーシング４１を外方に貫通し、渦巻きコイルスプリング５０が装着されており、支持軸４７を図１にて反時計回り方向、つまり、第２弁体４８を通路閉止方向に付勢支持している。なお、この渦巻きコイルスプリング５０による第２弁体４８の付勢力は、バイパス通路３１に流れ込む排気ガスの圧力よりも小さいものと設定されている。
【００２２】
従って、第１弁体４３がバイパス通路３１の一端部３１ａに当接して密着した状態では、バイパス通路３１にて、この第１弁体４３の下流側に排気ガスが流れ込まないため、第２弁体４８は渦巻きコイルスプリング５０の付勢力により内筒４９の端部に当接して密着しており、２つの弁体４３，４８によりこのバイパス通路３１を閉止することができる。一方、この閉止状態から、アクチュエータ４５を駆動して駆動ロッド４６を介して回動レバー４４を図１にて時計周り方向に回動すると、図２に示すように、第１弁体４３が同方向に回動して弁ケーシング４１の一側に移動し、バイパス通路３１にて、この第１弁体４３の下流側に排気ガスが流れ込むため、この排ガスの圧力が第２弁体４８に作用し、この第２弁体４８は、渦巻きコイルスプリング５０の付勢力に抗して図２にて時計回り方向に回動し、弁ケーシング４１の一側に移動することとなり、このバイパス通路３１を開放することができる。
【００２３】
また、図３に示すように、車両には電子制御ユニット（ＥＣＵ）３５が搭載されており、このＥＣＵ３５は、インジェクタ２７の燃料噴射タイミングや点火プラグ２８の点火時期などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、スロットル開度、アクセル開度、エンジン回転数などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。即ち、吸気管２４の上流側にはエアフローセンサ３６が装着され、計測した吸入空気量をＥＣＵ３５に出力している。また、電子スロットル装置２６は現在のスロットル開度を出力している。更に、エンジン回転数センサ３７は検出したエンジン回転数をＥＣＵ３５に出力し、アクセルポジションセンサ３８は検出したアクセル開度をＥＣＵ３５に出力している。
【００２４】
ところで、エンジン１１の排気管３０に設けられた第１三元触媒３２と第２三元触媒３４は、排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘなどの有害物質を浄化処理することができるものの、エンジン１１の冷態始動時など所定の活性化温度以下では、これらの有害物質を効率的に浄化処理することができず、また、エンジン１１の高速高負荷運転時など所定の温度以上では、排気熱により熱劣化してしまう虞がある。
【００２５】
そこで、本実施例では、前述したように、第１三元触媒３２を排気管３０の上流部でエンジン１１の近傍に設けることで、排気ガスの熱を第１三元触媒３２に効率的に伝達し、この第１三元触媒３２を早期に所定の活性化温度まで昇温し、エンジン１１の始動直後から有害物質を浄化処理できるようにしている。そして、この第１三元触媒３２に対してバイパス通路３１及び切換弁３３を設けると共に排気管３０の下流側に第２三元触媒３４を設けることで、エンジン１１の高負荷運転時に、切換弁３３によりパイパス通路３１を開放し、高温の排気ガスが第１三元触媒３２に流さずにバイパス通路３１から第２三元触媒３４に流し、有害物質を浄化処理できるようにしている。
【００２６】
そのため、ＥＣＵ３５は、エンジン１１の運転状態に応じて切換弁３３を開閉制御している。具体的には、ＥＣＵ３５は、例えば、エンジン回転数センサ３７が検出したエンジン回転数と、アクセルポジションセンサ３８は検出したアクセル開度（または、電子スロットル装置２６のスロットル開度）に基づいてエンジン負荷を算出し、このエンジン負荷に基づいて切換弁３３を開閉制御している。つまり、算出したエンジン負荷が予め設定した所定の高負荷値以下であれば、切換弁３３によりバイパス通路３１を閉止し、排気ガスが第１三元触媒３２に流れるようにする。一方、エンジン負荷がこの高負荷値より大きければ、切換弁３３によりバイパス通路３１を開放し、排気ガスがこのバイパス通路３１に流れるようにする。
【００２７】
なお、切換弁３３を開閉制御するしきい値となる高負荷値は、第１三元触媒３２が熱劣化する可能性の高い熱劣化温度（例えば、８００℃）に対応したエンジン負荷の値であり、これはエンジン１１や第１三元触媒３２の形態や性能などに応じて適宜設定すればよいものである。
【００２８】
このように構成された本実施例の内燃機関の排気装置における作用について説明する。図３に示すように、エンジン１１の始動時、運転者によりイグニッションスイッチがオンされると、アイドル時における所定量の空気が吸気管２４から吸気ポート１９に取り込まれると共に、この空気量に見合った燃料量がインジェクタ２７から噴射される。この空気と燃料の混合気は、吸気バルブ２１の開閉時に燃焼室１８に吸入され、圧縮後に点火プラグ２８により着火されて燃焼し、燃焼ガスは、排気バルブ２２の開閉時に排気ガスとして排気ポート２０からエキゾーストマニホールド２９に排出され、排気管３０を通して外部に排出される。
【００２９】
このとき、ＥＣＵ３５は現在のエンジン負荷を算出し、このエンジン負荷と所定の高負荷値とを比較し、エンジン負荷が所定の高負荷値以下であれば、図１に示すように、切換弁３３によりバイパス通路３１を閉止し、排気ガスを第１三元触媒３２に流す。従って、第１三元触媒３２はエンジン１１から排出された直後で高温の排気ガスにより早期に活性化温度まで昇温されることとなり、エンジン１１の始動直後から有害物質を確実に浄化処理することができる。また、図１に示すように、バイパス通路３１は、切換弁３３を構成する２つの弁体４３，４８により二重に閉止されることとなり、有害物質を含んだ排気ガスがバイパス通路３１を通って排出されることはなく、シール性能を向上することができる。
【００３０】
そして、エンジン１１の始動後に暖機運転が終了し、運転者がアクセルペダルを大きく踏み込むと、多量の空気と燃料量の混合気が燃焼室１８に吸入されて燃焼することで、エンジン１１は高負荷状態となって高出力を得ることができ、高温の燃焼ガスが排気管３０に排出される。このとき、ＥＣＵ３５は現在のエンジン負荷と高負荷値とを比較し、エンジン負荷が所定の高負荷値より大きければ、図２に示すように、切換弁３３によりバイパス通路３１を開放し、高温の排気ガスをバイパス通路３１に流れるようにする。従って、第１三元触媒３２に流れる高温の排気ガスの流量を減少することができ、この第１三元触媒３２の熱劣化を防止することができると共に、多量の排気ガスが第１三元触媒３２に流れることで発生する圧力損失を抑制することができ、排気ガスに含まれる有害物質を第２三元触媒３４により適正に浄化処理することができる。また、図２に示すように、バイパス通路３１にて、アクチュエータ４５により第１弁体４３を開放すると、排気ガスの圧力により第２弁体４８が自動的に開放することとなり、第１弁体４３だけの駆動力で第２弁体４８をも開放することができる。そして、弁ケーシング４１はバイパス通路３１よりも太く形成されていることで、各弁体４３，４８は収納部として機能することとなり、各弁体４３，４８は開放位置でこの弁ケーシング４１の側面に収納されることとなり、バイパス通路３１を流れる排気ガスを阻害することはない。
【００３１】
このように実施例１の内燃機関の排気装置にあっては、排気管３０の上流部に第１三元触媒３２を設ける一方、この第１三元触媒３２をバイパスするバイパス通路３１を設けてここに切換弁３３を設け、排気管３０におけるバイパス通路３１より下流側に第２三元触媒３４を設け、切換弁３３を、バイパス通路３１の上流側に設けられてエンジン１１の高負荷運転時にアクチュエータ４５により開放する第１弁体４３と、この第１弁体４３より下流側に設けられて渦巻きコイルスプリング５０により閉止方向に付勢された第２弁体４８により構成している。
【００３２】
従って、エンジン１１の低・中負荷運転時に、切換弁３３はバイパス通路３１を閉止して排気ガスを第１三元触媒３２に流すこととなり、この排気ガスにより第１三元触媒３２を昇温して早期に活性化させることができ、また、バイパス通路３１は２つの弁体４３，４８により二重に閉止されることで、有害物質を含んだ排気ガスがバイパス通路３１から漏れて流出することを確実に防止することができ、排気浄化効率を向上することができる。一方、エンジン１１の高負荷運転時に、切換弁３３はバイパス通路３１を開放して高温の排気ガスをバイパス通路３１から第２三元触媒３４に流すこととなり、第１三元触媒３２の熱劣化を防止することができると共に圧力損失を抑制することができ、また、一つのアクチュエータ４５により２つの弁体４３，４８を開放することができ、機能性及び制御性を向上することができると共に小型化及び低コスト化を可能とすることができる。
【実施例２】
【００３３】
図４は、本発明の実施例２に係る内燃機関の排気装置が適用される切換弁の断面図、図５は、実施例２の切換弁の開放状態を表す断面図である。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３４】
実施例２の内燃機関の排気装置において、図４に示すように、吸気管から分岐したバイパス通路３１には、切換弁５１が設けられている。この切換弁５１において、弁ケーシング５２は、基端部にバイパス通路３１の一端部３１ａが嵌合して連結され、先端部にバイパス通路３１の他端部３１ｂが連結されている。この弁ケーシング５１は、基端部側の一側にガス通路方向に直行する方向に沿って支持軸５３が回転自在に支持され、この支持軸５３に第１弁体５４が固定されている。この第１弁体５４は、バイパス通路３１の一端部３１ａに当接して密着することで、このバイパス通路３１を閉止可能となっており、裏面に突起状の仕切壁５５が形成されている。また、支持軸５３は軸端部が弁ケーシング５２を外方に貫通し、回動レバー５６の一端部が連結され、この回動レバー５６の他端部にはアクチュエータ５７の駆動ロッド５８の先端部が連結されている。
【００３５】
また、弁ケーシング５２は、基端部の他側の内壁面に内筒５９が固定されており、この内筒における第１弁体５４より下流側にガス通路方向に直行する方向に沿って支持軸６０が回転自在に支持され、この支持軸６０に第２弁体６１が固定されている。この第２弁体６１は、第１弁体５４の仕切壁５５に当接して密着することで、このバイパス通路３１を閉止可能となっている。また、支持軸６０は軸端部が弁ケーシング５２を外方に貫通し、渦巻きコイルスプリング６２が装着されており、支持軸６０を図４にて時計回り方向、つまり、第２弁体６１を通路閉止方向に付勢支持している。なお、この渦巻きコイルスプリング６２による第２弁体６１の付勢力は、バイパス通路３１に流れ込む排気ガスの圧力よりも小さいものと設定されている。
【００３６】
従って、第１弁体５４がバイパス通路３１の一端部３１ａに当接して密着した状態では、バイパス通路３１にて、この第１弁体５４の下流側に排気ガスが流れ込まないため、第２弁体６１は渦巻きコイルスプリング６２の付勢力により仕切壁５５に当接して密着しており、２つの弁体５４，６１によりこのバイパス通路３１を閉止することができる。一方、この閉止状態から、アクチュエータ５７を駆動して駆動ロッド５８を介して回動レバー５６を図４にて時計周り方向に回動すると、図５に示すように、第１弁体５４が同方向に回動して弁ケーシング５２の一側に移動する。このとき、第１弁体５４は仕切壁５５を介して第２弁体６１を押圧し、この第２弁体４８を渦巻きコイルスプリング６２の付勢力に抗して図４にて反時計回り方向に回動する。そして、第１弁体５４がバイパス通路３１を開放し始めると、排気ガスが弁ケーシング５２内に流れ込むため、この排ガスの圧力が第２弁体６１に作用し、この第２弁体６１を弁ケーシング５２の他側に移動することとなり、このバイパス通路３１を開放することができる。
【００３７】
ここで、本実施例の内燃機関の排気装置における作用について説明する。図４に示すように、ＥＣＵは現在のエンジン負荷と予め設定された所定の高負荷値とを比較し、エンジン負荷が所定の高負荷値以下であれば、切換弁５１によりバイパス通路３１を閉止し、排気ガスを排気管の第１三元触媒３２に流す。このとき、バイパス通路３１は、切換弁５１を構成する２つの弁体５４，６１により二重に閉止されることとなり、有害物質を含んだ排気ガスがバイパス通路３１を通って排出されることはなく、シール性能を向上することができる。
【００３８】
そして、ＥＣＵ３５は現在のエンジン負荷が所定の高負荷値より大きければ、図５に示すように、切換弁５１によりバイパス通路３１を開放し、高温の排気ガスをバイパス通路３１に流れるようにする。このとき、バイパス通路３１にて、アクチュエータ５７により第１弁体５４を開放すると、この第１弁体５４の開放動作に連動して第２弁体６１が開放動作を開始し、この第２弁体６１は排気ガスの圧力により継続して開放すると共に開放位置に保持されることとなり、第１弁体５４だけの駆動力で第２弁体６１をも開放することができる。そして、弁ケーシング５２はバイパス通路３１よりも太く形成されていることで、各弁体５４，６１は収納部として機能することとなり、各弁体５４，６１は開放位置でこの弁ケーシング５２の側面に収納されることとなり、バイパス通路３１を流れる排気ガスを阻害することはない。
【００３９】
このように実施例２の内燃機関の排気装置にあっては、排気管３０から分岐したバイパス通路３１に切換弁５１を設け、この切換弁５１を、バイパス通路３１を閉止すると共にエンジン１１の高負荷運転時にアクチュエータ５７により一側に開放する第１弁体５４と、この第１弁体５４より下流側で渦巻きコイルスプリング６２により閉止方向に付勢されて第１弁体５４の仕切壁５５に密着することで閉止バイパス通路３１を閉止すると共に第１弁体５４の開放動作により他側に開放する第２弁体６１により構成している。
【００４０】
従って、バイパス通路３１は２つの弁体５４，６１により二重に閉止されると共に、第２弁体６１の閉止力（渦巻きコイルスプリング６２の付勢力）が第１弁体５４にも作用することで、密閉性を向上することができ、有害物質を含んだ排気ガスがバイパス通路３１から漏れて流出することを確実に防止することができ、排気浄化効率を向上することができる。また、切換弁５１を構成する第１弁体５４と第２弁体６１とが互いに反対側に開放することとなり、全長を短くして装置の小型化を図ることができる。
【００４１】
なお、上述の各実施例では、排気管３０の上流部に第１三元触媒３２を設ける一方、これをバイパスするバイパス通路３１に切換弁３３，５１を設けたが、この構成に限定されるものではない。例えば、排気管３０の上流部に切換弁３３，５１を設ける一方、これをバイパスするバイパス通路３１に第１三元触媒３２を設けても良く、排気管３０とバイパス通路３１の分岐部に切換弁３３，５１を設けても良い。
【００４２】
また、排気管３０の上流部に第１三元触媒３２を設ける一方、バイパス通路３１に切換弁３３，５１を設け、排気管３０の下流部に第２三元触媒３４を設けるシステムとしたが、このシステムに限るものではない。例えば、排気管の上流側の第１触媒装置を酸化触媒とし、下流側の第２触媒装置を三元触媒とし、第１触媒装置をエンジン始動直後の早期活性触媒として利用するシステムとしたり、排気管の上流側の第１触媒装置を酸化触媒とし、下流側の第２触媒装置をＮＯｘ吸蔵還元触媒とするシステムとしてもよい。
【００４３】
また、切換弁３３，５１を、排気管３０の上流側に設けられてアクチュエータ４５，５７により駆動する第１弁体４３，５４と、下流側に設けられて渦巻きコイルスプリング５０，６２により閉止方向に付勢された第２弁体４８，６１により構成したが、排気管３０の下流側に第１弁体を設け、上流側に第２弁体を設けても良い。また、各弁体４３，４８，５４，６１をスイング式としたが、この構造に限らず、例えば、バタフライ式であっても良く、更に、弁体の数も２つに限らず、３つ以上設けても良い。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
以上のように、本発明にかかる内燃機関の排気装置は、排気ガスの流れを切り換える切換弁を複数の弁体により構成し、その一つをエンジン運転状態に応じて駆動制御することで、通路の密封性を向上して排気浄化効率を向上するものであり、排気通路に複数の触媒装置が設けられた内燃機関であれば、いずれの形態の内燃機関の排気装置にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の排気装置に適用される切換弁の断面図である。
【図２】実施例１の切換弁の開放状態を表す断面図である。
【図３】実施例１の内燃機関の排気装置を表す概略構成図である。
【図４】本発明の実施例２に係る内燃機関の排気装置が適用される切換弁の断面図である。
【図５】実施例２の切換弁の開放状態を表す断面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１１  エンジン
１８  燃焼室
２０  排気ポート
３０  排気管
３１  バイパス通路
３１ａ  一端部（シール面）
３２  第１三元触媒（第１触媒装置）
３３，５１  切換弁（開閉弁）
３４  第２三元触媒（第２触媒装置）
３５  電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４２，５３  支持軸
４３，５４  第１弁体
４５、５７  アクチュエータ
４７，６０  支持軸
４８，６１  第２弁体
４９ａ、５９ａ  端部（シール面）
５０，６２  渦巻きコイルスプリング
５５  仕切壁
【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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