(57)【要約】【課題】小型で気密性が高い排気ガス切換弁及びこれを用いた排気ガス後処理装置を提供すること。【解決手段】円筒状の弁ハウジング１１を用い、弁ハウジング１１の周壁部に排気ガス導入孔３１と排気ガス吐出孔３２、３３とを設け、弁ハウジング１１内にロータリ弁１５を回動可能に同軸配置し、ロータリ弁１５の半円筒外周面１６Ａによって排気ガス吐出孔３２、３３のいずれか一方を選択的に塞ぐことができるようにした。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス切換弁において、円筒状の弁ハウジングと、該弁ハウジングの周壁部に設けられた１つの排気ガス導入孔と２つの排気ガス吐出孔と、前記弁ハウジング内に回動可能に同軸配置されたロータリ弁とを具えて成り、前記ロータリ弁の半円筒外周面によって前記２つの排気ガス吐出孔のいずれか一方を選択的に塞ぐことができるようにしたことを特徴とする排気ガス切換弁。
【請求項２】
ディーゼル微粒子捕集用の２つのフィルタを具えて成る切換再生方式の排気ガス後処理装置において、請求項１記載の排気ガス切換弁を具え、該排気ガス切換弁によって排気ガスが前記２つのフィルタのいずれか一方に選択的に送られるように構成され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】
特許第２８９４０７４号公報
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気ガスの流路を切り換えるのに用いられる排気ガス切換弁、及びこ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】
ディーゼル機関の排気ガス中に含まれるディーゼル微粒子（ＰＭ）をフィルタによって捕集し、捕集されたＰＭを適宜の手段により無害化するようにした各種の排気ガス後処理装置が実用化されつつある。このような排気ガス後処理装置として、２つのフィルタを備え、一方のフィルタのＰＭ捕集量が規定のレベルに達するまでは排気ガスが当該フィルタに流入するようにし、一方のフィルタのＰＭ捕集量が規定のレベルに達したならば排気ガスを他方のフィルタに流入させるようにした切換再生方式の排気ガス後処理装置が公知である。
【０００４】
上述した切り換え再生方式排気ガス後処理装置には、排気ガスを２つのフィルタの孔のいずれか一方に切り換えるために排気ガス切換弁が用いられている。このような目的で使用される従来の排気ガス切換弁には、バタフライ弁又はシャッター弁が用いられている（特許文献１参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バタフライ弁は構造上閉弁時の気密性が悪い上にばらつきが大きいという問題点を有している。閉弁時の気密性が悪いとＰＭ再生動作に悪影響を与えることになる。例えばバーナーでＰＭの燃焼再生を行う場合、漏れた排気ガスによりバーナーの空燃比が変化し、ＰＭに着火しない場合や仮にＰＭに着火してもＰＭが燃焼するに十分な酸素が供給できず、再生不能となることもある。また、排気ガスの漏れ量は運転条件で異なり、場合によっては再生可能な運転範囲が限られることともなる。一方、シャッター弁は閉弁時の気密性が高いものの、そのエアシリンダーがバルブ部に直結されているため、排気通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あり、寸法が大きく、高価であるという問題点を有している。
【０００６】
本発明の目的は、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排気ガス切換弁及び排気ガス後処理装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の目的は、また、小型で気密性が高い排気ガス切換弁、及びこれを用いた排気ガス後処理装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は円筒状ケース内に扇形のロータリ式の弁を設けたロータリ弁として構成したものである。
【０００９】
本発明によれば、排気ガス切換弁において、円筒状の弁ハウジングと、該弁ハウジングの周壁部に設けられた１つの排気ガス導入孔と２つの排気ガス吐出孔と、前記弁ハウジング内に回動可能に同軸配置されたロータリ弁とを具えて成り、前記ロータリ弁の半円筒外周面によって前記２つの排気ガス吐出孔のいずれか一方を選択的に塞ぐことができるようにしたことを特徴とする排気ガス切換弁が提案される。
【００１０】
本発明によれば、また、ＰＭ捕集用の２つのフィルタを具えて成る切換再生方式の排気ガス後処理装置において、上述した排気ガス切換弁を具え、該排気ガス切換弁によって排気ガスが前記２つのフィルタのいずれか一方に選択的に送られるように構成された切換再生方式の排気ガス後処理装置が提案される。
【００１１】
【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。
【００１２】
図１は、本発明による排気ガス切換弁を備えた排気ガス後処理装置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ＰＭを捕集、処理するようにした切換再生方式の装置である。
【００１３】
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、１０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排気ガス切換弁である。
【００１４】
排気ガス切換弁１０から第１通路部２に送られた排気ガスはＰＭ捕集用の第１フィルタ４に送られ、ここでＰＭの捕集が行われた後、排気ガスは排気通路５を通って大気中に放出される。一方、排気ガス切換弁１０から第２通路部３に送られた排気ガスはＰＭ捕集用の第２フィルタ６に送られ、ここでＰＭの捕集が行われた後、排気ガスは排気通路５を通って大気中に放出される。
【００１５】
符号７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、排気ガス切換弁１０の切換制御及びフィルタ再生のための燃焼装置８の燃焼制御が制御ユニット７によって行われる構成となっている。ここでは、排気ガス切換弁１０に取り付けられたアクチュエータ９を制御ユニット７によって駆動制御して、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のいずれか一方に導入されるように排気ガス切換弁１０の切換制御が行われる。アクチュエータ９として例えばモータ、ステッピングモータ、エアーシリンダ等を用いることができる。
【００１６】
一方のフィルタによってＰＭの捕集を行い、その捕集量が所定レベルに達したことが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排気ガス切換弁１０が切換制御されると共に、ＰＭが堆積している一方のフィルタの再生動作が燃焼装置８によって行われる構成となっている。
【００１７】
図２は図１の排気ガス切換弁１０の縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。図２及び図３を参照して排気ガス切換弁１０について説明する。１１は円筒状の弁ハウジングで、円筒ケース本体１２の両端部に円板状の上部カバー１３及び円板状の下部カバー１４を溶接又はボルト止め等で取り付けて一体化して成る中空体である。なお、円筒ケース本体１２と上部カバー１３及び下部カバー１４との間にはガスケット等のシール部材を配置してもよい。
【００１８】
弁ハウジング１１内にはロータリ弁１５が収容されている。ロータリ弁１５は、図４に示されるように、円柱を扇状に切り出した形態を有する弁本体部１６の上下に一対の円盤１７、１８が設けられて成っている。そして、ロータリ弁１５の中心には後述する支持軸を挿通させるための挿通孔１５Ａが設けられている。
【００１９】
図２に戻ると、弁ハウジング１１には一対の軸受１９、２０が設けられている。軸受１９、２０は、回転運動の位置決めと摺動性を確保するためのもので、耐熱性の樹脂ブッシュや金属性のプレーンベアリング又は含油ブッシュでよい。軸受１９、２０は、図示していないが、軸受１９のアクチュエータ９側には、気密性確保のため、シール部材を配置することもできる。ここでは、一方の軸受１９は上部カバー１３に、他方の軸受２０は下部カバー１４にそれぞれ圧入されて固定されている。そして、一対の軸受１９、２０によって支持軸２１が弁ハウジング１１と同軸となるよう回転自在に支持されている。支持軸２１はロータリ弁１５の挿通孔１５Ａに接通され、ロータリ弁１５は弁ハウジング１１内に同軸に配設され、支持軸２１によって回動可能に支持されている。
【００２０】
ロータリ弁１５は、円盤１７の周面１７Ａ及び円盤１８の周面１８Ａが共に円筒ケース１２の内周面１２Ａに対して摺動しつつ回動し、且つ、弁本体部１６の半円筒外周面１６Ａも円筒ケース１２の内周面１２Ａに対して摺動しつつ回動するようにして、弁ハウジング１１内で回動する構成となっている。
【００２１】
図３に示されるように、円筒ケース本体１２には、排気管１０３からの排気ガスを導入するための排気ガス導入孔３１と、導入された排気ガスを外部に吐出するための排気ガス吐出孔３２、３３とが設けられている。本実施の形態では、これら３つの孔は１２０°間隔で、同一高さレベルで設けられている。そして、排気ガス導入孔３１と排気管１０３との接続、排気ガス吐出孔３２と第１通路部２との接続、及び吐出孔３３と第２通路部３との接続は、それぞれ対応する孔に対応する排気ガス通路部材を挿入して溶接することにより行っている。排気ガス導入孔３１は、円盤１７と円盤１８と内周面１２Ａによって区画される空間４０内を覗くように形成されており（図２参照）、これにより、排気管１０３を通って排気ガス導入孔３１から弁ハウジング１１内に導入された排気ガスは全て空間４０内に導入される。
【００２２】
なお、上述のように、円盤１７の周面１７Ａと円盤１８の周面１８Ａとが、内周面１２Ａに対して摺動するようにして、ロータリ弁１５が回動するので、空間４０は導入される排気ガスが一対の軸受１９、２０を介して外部に漏れ出ることがない構成となっている。
【００２３】
一方、吐出孔３２、吐出孔３３は、共に、弁本体部１６の半円筒外周面１６Ａによって完全に塞ぐことができるような大きさの孔として形成されている。
【００２４】
このようにして上下に一対の円盤１７、１８を設けることで、軸受１９、２０が常に高温の排気ガスに曝されるのを防止し、空間４０から漏れた僅かな排気ガスに曝されるだけとなるので、すなわち排ガスの流れ中に常にあるのではなく、排ガスの淀みの中にある状態となるので、熱やコンタミ等の問題も従来に比べて改善されることになる。
【００２５】
次に、排気ガス切換弁１０の動作について説明する。ロータリ弁１５は、支持軸２１に連結されているアクチュエータ９によってその位置が制御される。図３は半円筒外周面１６Ａによって排気ガス吐出孔３２が塞がれている状態で、この場合には、排気管１０３からの排気ガスは第１通路部２には流入せず、空間４０を通って排気ガス吐出孔３３から第２通路部３に流入する。
【００２６】
ロータリ弁１５が、図３に示す位置から時計回り方向に１２０°回動すると、排気ガス吐出孔３３が半円筒外周面１６Ａによって塞がれ、排気ガス吐出孔３２が開放される。この場合には、排気管１０３からの排気ガスは第２通路部３には流入せず、空間４０を通って排気ガス吐出孔３２から第１通路部２に流入する。
【００２７】
このように、ロータリ弁１５が弁ハウジング１１内で回動するだけで、排気ガスを第１通路部２又は第２通路部３のいずれか一方へ導入させることができる。
【００２８】
ここで、排気ガス導入孔３１及び排気ガス吐出孔３２、３３は同一内径の円形状となっている。その理由は、円形であれば隙間を通って漏れた排気ガスの隙間長さを稼ぐことができるので、漏れ量の低減が図れるからである。そして、同一径とすることにより入出力間での圧力損出や圧力変化を生むことがないという利点が得られる。
【００２９】
上記実施の形態では、排気ガス導入孔３１、排気ガス吐出孔３２、排気ガス吐出孔３３の配置を１２０°の等間隔としたが、本発明はこれに限定されるものではない。図５及び図６には、これらの配置間隔を変えた場合の例が示されている。
【００３０】
図５は、排気ガス吐出孔３２、３３の交差角を９０°とした場合の例である。ここでは、排気ガス吐出孔３２、３３は排気ガス導入孔３１の軸線に対して対称に配置され、弁本体部１６のガス遮断面の交差角度は排気ガス吐出孔３２、３３の交差角である９０°としている。このように設定すると、切換え途中において、吐出側通路の閉じる部分の面積ともう一方の吐出部の開き始める面積が同一となり、排気ガスは常に同じ通路面積を流れることとなる。つまり、排気ガス切換弁１０の切換時においても、排気特性を大きく変化させずに、排気方向を切換えることが可能となるという利点が得られる。図２及び図３に示した実施の形態でも、弁本体部１６のガス遮断面の交差角度は１２０°となっており、排気ガス吐出孔３２、３３の交差角の１２０°と一致しているので、同様の利点が得られる。
【００３１】
図６は、排気ガス吐出孔３２、３３の交差角を１８０°とした場合の例である。ここでも、排気ガス吐出孔３２、３３は排気ガス導入孔３１の軸線に対して対称に配置されている。そして、弁本体部１６のガス遮断面の交差角度は排気ガス吐出孔３２、３３の交差角である１８０°としている。
【００３２】
なお、吐出部の交差角を９０°とした場合、ロータリ弁１５の摺動部内径をルート２倍より大きく設定しないと、吐出側通路が交わり、気密を確保する部分を形成出来ないので、ロータリ弁１５の内部の通路面積を確保出来なく圧力損出が発生する。これを防ぐためには、ロータリ弁１５の摺動部の内径を排気ガス通路内径よりも、ルート２倍より大きく設定すればよい。
【００３３】
その理由は次の通りである。一例として、排気ガス導入孔３１の内径がＤ１  、ロータリ弁１５の摺動内径がＤ２  とすると、排気ガス導入孔３１の通路面積Ｓ１  は、Ｓ１  ＝πＤ１  ２  ／４となる。
排気ガス切換弁１０の最小通路面積Ｓ２  は、Ｓ２  ＝Ｄ２  ／２×Ｄ１  となる。
Ｓ１  とＳ２  とが等しいとすると、Ｄ２  ＝πＤ１  ／２＝１．５７Ｄ１  の関係が成立する。よって、小さい方を選択し、ロータリ弁１５の摺動部の内径を排気ガス通路内径よりも、ルート２倍より大きく設定すればよいとの結論となる。
【００３４】
排気ガス後処理装置１は排気ガス切換弁１０を用いて以上のように構成されているので、排気ガス切換弁１０の確実な気密性のため、フィルターの再生動作を安定に行うことができる上に、エンジンの運転状態の影響を受けにくいという利点が得られる。さらに、排気ガス切換弁１０は摺動部が円形状であるから、各部品の精度を高めることが容易であり、製造コストの低減に役立つ。また、弁本体部１６の上下に円盤１７、１８を設ける構成としたので、軸受１９、２０に漏れる排気ガス量を有効に減少させることができ、軸受１９、２０の熱量やコンタミ量が少なくなり信頼性を向上させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、上述の如く、小型で気密性が高い排気ガス切換弁を低コストで製造することができる。また、この排気ガス切換弁を用いて排気ガス後処理装置を構成すれば、排気ガス切換弁の確実な気密性のため、フィルターの再生動作を安定に行うことができる上に、エンジンの運転状態の影響を受けにくいという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排気ガス切換弁を備えた排気ガス後処理装置の実施の形態の一例を示す概略構成図。
【図２】図１の排気ガス切換弁を詳細に示す縦断面図。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。
【図４】図２に示した排気ガス切換弁のロータリ弁の拡大斜視図。
【図５】本発明の他の実施の形態を説明するための説明図。
【図６】本発明の別の実施の形態を説明するための説明図。
【符号の説明】
１  排気ガス後処理装置
２  第１通路部
３  第２通路部
４  第１フィルタ
５  排気通路
６  第２フィルタ
７  制御ユニット
８  燃焼装置
９  アクチュエータ
１０  排気ガス切換弁
１１  弁ハウジング
１２  円筒ケース本体
１２Ａ  内周面
１３  上部カバー
１４  下部カバー
１５  ロータリ弁
１５Ａ  挿通孔
１６  弁本体部
１６Ａ  半円筒外周面
１７、１８  円盤
１７Ａ、１８Ａ  周面
１９、２０  軸受
２１  支持軸
３１  導入孔
３２、３３  吐出孔
４０  空間
１０３  排気管
【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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