(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先細りとなるように傾斜したシール面を備えた複数の弁開口部にそれぞれ着座する複数の弁体と、上記弁開口部を備えたハウジングに回転可能に支持される回転軸と、この回転軸に基部が固定されるとともに先端部に上記弁体がそれぞれ取り付けられる複数のアームと、を含む弁構造の製造方法であって、
上記弁開口部を備えた上記ハウジングもしくはこれに相当する治具を用い、上記アームを組み付けた上記弁体を各弁開口部にセットするとともに、総てのアームに弁閉方向へ向かう所定の荷重を付与し、上記シール面に対する弁体の接触状態を再現しつつ各アームの基部を上記回転軸に溶接することを特徴とする弁構造の製造方法。
【請求項２】
上記回転軸の中心線と平行な一つの平面に沿って上記荷重を付与することを特徴とする請求項１に記載の弁構造の製造方法。
【請求項３】
上記弁体が上記シール面に着座した状態において該弁体が揺動可能なように、上記シール面もしくは上記弁体外周の接触面の少なくとも一方が、弁体とアームとの連結部付近を中心とした球面の一部をなしていることを特徴とする請求項１または２に記載の弁構造の製造方法。
【請求項４】
上記連結部は、アームに対する弁体の僅かな揺動を許容するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の弁構造の製造方法。
【請求項５】
上記連結部は、上記荷重により上記シール面に着座した弁体と上記アームとの間で、上記弁開口部の面に平行な方向の僅かな相対変位を許容するように構成されていることを特徴とする請求項４に記載の弁構造の製造方法。
【請求項６】
上記平面は、上記アームから上記弁体へ荷重が伝達される点を通ることを特徴とする請求項２に記載の弁構造の製造方法。
【請求項７】
複数のアームの各々に、個別の荷重付与手段により荷重を加えることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の弁構造の製造方法。
【請求項８】
上記弁構造は、内燃機関の各気筒に接続された複数の排気通路を一斉に開閉するとともに閉時に上記排気通路相互の連通を遮断する流路切換弁に用いられるものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の弁構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多気筒内燃機関の排気装置などに好適な弁構造の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から知られているように、車両の床下などの排気系の比較的下流側にメイン触媒コンバータを配置した構成では、内燃機関の冷間始動後、触媒コンバータの温度が上昇して活性化するまでの間、十分な排気浄化作用を期待することができない。また一方、触媒コンバータを排気系の上流側つまり内燃機関側に近付けるほど、触媒の熱劣化による耐久性低下が問題となる。
【０００３】
そのため、特許文献１に開示されているように、メイン触媒コンバータを備えたメイン流路の上流側部分と並列にバイパス流路を設けるとともに、このバイパス流路に、別のバイパス触媒コンバータを介装し、両者を切り換える切換弁によって、冷間始動直後は、バイパス流路側に排気を案内するようにした排気装置が、従来から提案されている。この構成では、バイパス触媒コンバータは排気系の中でメイン触媒コンバータよりも相対的に上流側に位置しており、相対的に早期に活性化するので、より早い段階から排気浄化を開始することができる。
【特許文献１】特開平５−３２１６４４号公報  しかし、この公知の排気装置では、切換弁は、２本に分岐する通路の入口部分で排気をいずれかの通路へ案内する構成となっており、バイパス触媒コンバータ側へ排気を案内すべき冷間始動時に、メイン流路側を必ずしも完全に閉塞することができない。しかも、切換弁がメイン流路側を閉塞している状態においても、各気筒で順次排気行程が到来することから、一つの気筒の排気流路から他の気筒の排気流路へと排気が回り込む現象が生じる。そのため、外部へ熱が逃げやすくなり、バイパス触媒コンバータの温度上昇が阻害される。
【０００４】
このようなことから、本出願人は、先に、各気筒の複数の排気通路を一斉に開閉するとともに閉時に各排気通路の連通を遮断するようにした流路切換弁を備えた排気装置を提案している（例えば特願２００５−１１１４７８）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような流路切換弁として、例えば、複数の弁体を共通の回転軸に取り付けて、その回動操作により複数の気筒の排気通路を同時に開閉する構成が考えられるが、このように回転軸を共通とすると、各弁体を回転軸に取り付ける際の誤差によって、閉時にいずれかの気筒のシール性が相対的に低くなる問題が生じやすい。特に、弁体を支持するアームを溶接により回転軸に取り付ける場合には、複数の弁体の位置が相対的にばらつき、シール性が低くなり易い。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、先細りとなるように傾斜したシール面を備えた複数の弁開口部にそれぞれ着座する複数の弁体と、上記弁開口部を備えたハウジングに回転可能に支持される回転軸と、この回転軸に基部が固定されるとともに先端部に上記弁体がそれぞれ取り付けられる複数のアームと、を含む弁構造の製造方法であって、上記弁開口部を備えた上記ハウジングもしくはこれに相当する治具を用い、上記アームを組み付けた上記弁体を各弁開口部にセットするとともに、総てのアームに弁閉方向へ向かう所定の荷重を付与し、上記シール面に対する弁体の接触状態を再現しつつ各アームの基部を上記回転軸に溶接することを特徴としている。
【０００７】
すなわち、各弁体は予め各アームに組み付けられており、このアームを回転軸に溶接により固定するのであるが、溶接の際に、上記のように荷重を付与することで、弁体は弁開口部に対し所定の着座位置に位置決めされる。特に、複数の弁体がいずれも正しく着座した状態となる。従って、この状態で溶接を行うことにより、完成した弁構造は、回転軸の回動操作に伴って、各弁体が各弁開口部に一斉に着座し、各々で十分に高いシール性が得られることになる。
【０００８】
各弁体に作用する荷重を均一にするために、上記回転軸の中心線と平行な一つの平面に沿って上記荷重を付与することが望ましく、特に、上記平面は、上記アームから上記弁体へ荷重が伝達される点（一般に弁体とアームとの連結部）を通ることが望ましい。これにより、アームに付与された荷重は弁体を介して弁開口部が総て支承することになり、アームに不要な回転モーメントが発生せず、回転軸との溶接が容易となる。
【０００９】
一つの態様では、上記弁体が上記シール面に着座した状態において該弁体が揺動可能なように、上記シール面もしくは上記弁体外周の接触面の少なくとも一方が、弁体とアームとの連結部付近を中心とした球面の一部をなしている。
【００１０】
そして、この場合、上記連結部は、アームに対する弁体の僅かな揺動を許容するように構成されていることが望ましい。
【００１１】
さらに、上記の連結部を、上記荷重により上記シール面に着座した弁体と上記アームとの間で、上記弁開口部の面に平行な方向の僅かな相対変位を許容するように、構成してもよい。
【００１２】
これらにより、各部の寸法の僅かな誤差等が容易に吸収され、各々の弁体でより高いシール性が得られる。
【００１３】
また、望ましくは、複数のアームの各々に、個別の荷重付与手段により荷重を加える。これにより、各々の弁体がより確実に着座状態となり、その状態で回転軸にアームを固定することができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、例えば複数の排気通路を一斉に開閉するとともに閉時に相互の連通を遮断する流路切換弁などとして用いられる弁構造を精度良く製造することができ、複数の弁体の各々のシール性を高く得ることができる。換言すれば、複数の弁体の中のいずれかの弁体のシール性悪化を確実に防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の一実施例を図面に基づいて説明する。始めに、本実施例の弁構造が用いられる流路切換弁を備えた直列４気筒内燃機関の排気装置について説明する。
【００１６】
図１はこの排気装置の配管レイアウトを模式的に示した説明図であり、直列に配置された♯１気筒〜♯４気筒からなる各気筒１には、気筒毎に上流側メイン通路２が接続されている。４つの気筒に個々に接続された４本の上流側メイン通路２は、下流側で１本の下流側メイン通路３として合流しており、その合流部、換言すれば、上流側メイン通路２と下流側メイン通路３との境界となる部位には、４本の上流側メイン通路２を一斉に開閉する流路切換弁４が設けられている。この切換弁４は、冷間時に閉じられるものであって、閉時には、上流側メイン通路２と下流側メイン通路３との間の上下の連通を遮断するとともに、４本の上流側メイン通路２の間を互いに非連通状態とする構成となっている。
【００１７】
流路切換弁４から下流に延びる下流側メイン通路３の途中には、メイン触媒コンバータ８が介装されている。このメイン触媒コンバータ８は、車両の床下に配置される容量の大きなものであって、その触媒としては、三元触媒とＨＣトラップ触媒とを含んでいる。以上の上流側メイン通路２と下流側メイン通路３とメイン触媒コンバータ８とによって、通常の運転時に排気が通流するメイン流路が構成される。
【００１８】
なお、メイン流路として、直列４気筒内燃機関において周知の「４−２−１」の形で集合するように、一対の上流側メイン通路２に対して１本の下流側メイン通路３をそれぞれ設け、一対の下流側メイン通路３をさらに１本の流路に合流させてメイン触媒コンバータ８を配置するようにしてもよい。この場合も、流路切換弁４は、４本の上流側メイン通路２を個々に開閉するように設けられる。
【００１９】
一方、バイパス流路として、上流側メイン通路２の各々から、上流側バイパス通路１１が分岐している。この上流側バイパス通路１１は、上流側メイン通路２よりも通路断面積が十分に小さなものであって、その上流端となる分岐点１２は、上流側メイン通路２のできるだけ上流側の位置に設定されている。そして、互いに隣接した位置にある♯１気筒の上流側バイパス通路１１と♯２気筒の上流側バイパス通路１１とが合流点１３において１本の中間バイパス通路１４として互いに合流しており、同様に互いに隣接した位置にある♯３気筒の上流側バイパス通路１１と♯４気筒の上流側バイパス通路１１とが合流点１３において１本の中間バイパス通路１４として互いに合流している。なお、各通路を模式的に示した図１では、各上流側バイパス通路１１が比較的長く描かれているが、実際には、可能な限り短くなっている。換言すれば、最短距離でもって中間バイパス通路１４として合流している。２本の中間バイパス通路１４は、合流点１５において１本の下流側バイパス通路１６として互いに合流している。この下流側バイパス通路１６の下流端は、下流側メイン通路３のメイン触媒コンバータ８より上流側の合流点１７において、下流側メイン通路３に合流している。そして、上記下流側バイパス通路１６の途中には、三元触媒を用いたバイパス触媒コンバータ１８が介装されている。このバイパス触媒コンバータ１８は、バイパス流路の中で、可能な限り上流側に配置されている。つまり、中間バイパス通路１４もできるだけ短くなっている。
【００２０】
なお、図示例では、バイパス流路全体の通路長（各気筒のバイパス通路の総和）を短くして、配管自体の熱容量ならびに外気に対する放熱面積を小さくするために、４本の上流側バイパス通路１１を長く引き回さずに上流側で２本の中間バイパス通路１４にまとめているが、例えば、バイパス触媒コンバータ１８が気筒列の一方に偏って位置する場合などには、他方の端部気筒から直線状に延ばした上流側バイパス通路に残りの気筒の上流側バイパス通路を略直角に接続することにより、全体の通路長を短くすることができる。
【００２１】
上記バイパス触媒コンバータ１８は、その内部に、前後に分割された２つのモノリス触媒担体つまり第１触媒１８ａと第２触媒１８ｂとを備えている。そして、これらの第１触媒１８ａと第２触媒１８ｂとの間の間隙１９に、排気還流通路２０の一端が接続されている。この排気還流通路２０の他端は、図示せぬ排気還流制御弁を介して機関吸気系へと延びている。つまり、上記間隙１９が、還流排気の取り出し口となっている。上記バイパス触媒コンバータ１８は、メイン触媒コンバータ８に比べて容量が小さな小型のものであり、望ましくは、低温活性に優れた触媒が用いられる。
【００２２】
上記のように構成された排気装置においては、冷間始動後の機関温度ないしは排気温度が低い段階では、適宜なアクチュエータを介して流路切換弁４が閉じられ、メイン流路が遮断される。そのため、各気筒１から吐出された排気は、その全量が、分岐点１２から上流側バイパス通路１１および中間バイパス通路１４を通してバイパス触媒コンバータ１８へと流れる。バイパス触媒コンバータ１８は、排気系の上流側つまり気筒１に近い位置にあり、かつ小型のものであるので、速やかに活性化し、早期に排気浄化が開始される。また、このとき、流路切換弁４が閉じることで、各気筒１の上流側メイン通路２が互いに非連通状態となる。そのため、ある気筒から吐出された排気が他の気筒の上流側メイン通路２へと回り込む現象が防止され、この回り込みに伴う排気温度の低下が確実に回避される。
【００２３】
一方、機関の暖機が進行して、機関温度ないしは排気温度が十分に高くなったら、流路切換弁４が開放される。これにより、各気筒１から吐出された排気は、主に、上流側メイン通路２から下流側メイン通路３を通り、メイン触媒コンバータ８を通過する。このときバイパス流路側は特に遮断されていないが、バイパス流路側の方がメイン流路側よりも通路断面積が小さく、かつバイパス触媒コンバータ１８が介在しているので、両者の通気抵抗の差により、排気流の大部分はメイン流路側を通り、バイパス流路側には殆ど流れない。従って、バイパス触媒コンバータ１８の熱劣化は十分に抑制される。またバイパス流路側が完全に遮断されないことから、排気流量が大となる高速高負荷時には、排気流の一部がバイパス流路側を流れることで、背圧による充填効率低下を回避することができる。
【００２４】
次に、流路切換弁４の具体的な構成例を図２および図３に基づいて説明する。
【００２５】
この実施例では、４気筒分の流路切換弁４が一つのバルブユニットとして一体化されており、流れと直交する面に沿った略矩形の板状をなすハウジング２１に、４個の円形の弁開口部２２が、２列に並んで、つまり正方形の頂点となる位置に、それぞれ開口形成されているとともに、このハウジング２１の両側部に、一対の回転軸２３が互いに平行に配置されている。そして、隣接する一対の弁開口部２２をそれぞれ開閉する一対の円盤状の弁体２４が、それぞれアーム２５を介して共通の回転軸２３に取り付けられている。
【００２６】
詳しくは、上記アーム２５は、略長方形の板状をなし、基部２５ａが上記回転軸２３に固定されているとともに、図４，図５に詳示するように、先端部に円形の取付孔２７を有し、弁体２４の中心の軸部２８がこの取付孔２７に摺動可能に挿通され、かつ保持リング２９によって抜け止めされている。従って、弁体２４は、アーム２５に対し完全には固定されておらず、弁開口部２２周縁のシール面３１に密接し得るように、アーム２５に対し僅かな揺動（いわゆる首振り）が可能となっている。また、上記取付孔２７の内径は、上記軸部２８の外径よりも僅かに大きく、上記の首振りが可能であると同時に、アーム２５の長手方向に沿って弁体２４が僅かに変位し得る。なお、上記アーム２５の基部２５ａは円筒状をなしており、その中心孔２６に上記回転軸２３が挿通された上で、後述するように溶接されている。
【００２７】
ここで、上記弁開口部２２周縁のシール面３１は、先細りとなるように傾斜した円錐面からなる。これに対し、弁体２４周縁の接触面２４ａは、アーム２５との連結部付近、具体的には軸部２８上端よりも僅かに上方の点Ｏ１（図５参照）を中心とする球面の一部からなる。従って、弁体２４が弁開口部２２に対し揺動した姿勢であっても全周に亘って確実に着座する。
【００２８】
なお、圧力差によるシール性確保の点から、弁体２４が弁開口部２２を上流側から開閉するように構成することが望ましい。この場合、上述した上流側メイン通路２となる各気筒の排気管３２の端部３２ａ（図２）が、揺動する弁体２４を収容するように断面略Ｕ字形に構成され、各弁開口部２２を囲むハウジング２１の隔壁部３３に沿ってそれぞれ溶接される。従って、ハウジング２１より上流側では各気筒の上流側メイン通路２は完全に分離独立している。
【００２９】
各回転軸２３は、その両端部および中間部の３箇所でもってハウジング２１の軸受部（図示せず）に回転可能に支持されており、かつハウジング２１から突出した一端にリンクプレート３４が取り付けられていて、このリンクプレート３４を介して回転方向に駆動される。２本の回転軸２３のリンクプレート３４は、適宜なリンク機構等の図示しない連動機構を介して互いに連動しており、図示せぬ１つのアクチュエータでもって同時に対称的に開閉動作する。つまり、４つの弁体２３が一斉に開閉する。
【００３０】
次に、上記の流路切換弁４の製造方法について説明する。まず、複数の弁体２４およびアーム２５を含む各部品を個々に製造した上で、接触面２４ａやシール面３１等に必要な仕上げ加工を施す。さらに、前述した図５に示すように、弁体２４とアーム２５とを互いに組み付ける。次に、回転軸２３をハウジング２１の軸受部に挿通しつつ各アーム２５を仮組付する。つまり、一対のアーム２５の基部２５ａをハウジング２１の３つの軸受部の間に配置し、一端から回転軸２３を挿入していき、ハウジング２１に対し回転軸２３が所定の位置となるようにする。なお、この段階では、アーム２５の基部２５ａの中心孔２６を回転軸２３が貫通しているものの、まだ固定されていない。
【００３１】
次に、一対の弁体２４を各々ハウジング２１の弁開口部２２に対してセットし、かつ図６に示すように、一対の加圧用治具４１を介して各アーム２５に弁閉方向へ向かって所定の荷重を加える。このように荷重を付与することで、各弁体２４は弁開口部２２に対し所定の着座位置に位置決めされる。特に、複数の弁体２４がいずれも正しく着座した状態となる。そして、この強制的に着座させた状態の下で、図６に溶接部４２として示すように、回転軸２３が貫通したアーム２５の基部２５ａの外側から該基部２５ａを回転軸２３に対し溶接する。最後に、上流側メイン通路２となる各気筒の排気管３２をハウジング２１に溶接して、流路切換弁４が完成する。
【００３２】
上記のように荷重付与状態で溶接することにより、溶接後の完成した状態で、弁開口部２２や弁体２４、回転軸２３等の間で適切な位置関係が得られ、回転軸２３の回動操作に伴って、各弁開口部２２に弁体２４が同時に着座し、各々で十分に高いシール性が得られる。仮に個々に製造される各部品に多少の誤差があったとしても、弁体２４の接触面２４ａが球面状をなし、円錐面からなるシール面３１に常に全周に亘って確実に接触し得るとともに、アーム２５に対する弁体２４の僅かな揺動や半径方向の僅かなずれが、アーム２５と弁体２４との連結部において許容されるので、上記のように荷重を付与してシール面３１に対する弁体２４の接触状態を再現しつつ溶接することで、正しい位置関係が確実に得られる。
【００３３】
なお、上記の荷重は、上記回転軸２３の中心線と平行な一つの平面、特に、アーム２５から弁体２４への荷重伝達点となる軸部２８中心を通る平面Ｐ（図５参照）に沿って付与する。これにより、アーム２５に不要な回転モーメントが発生せず、回転軸２３との溶接が容易となる。
【００３４】
また、上記実施例では、一対のアーム２５が個々に独立した加圧用治具４１でもって加圧されるので、一方の弁体２４が浮き上がってしまうようなことが確実に回避される。なお、一対のアーム２５を一つの加圧用治具でもって同時に加圧するようにしてもよい。
【００３５】
また、上記実施例では、ハウジング２１そのものを用いて溶接時の位置決めを行っているが、ハウジング２１に相当する同様の弁開口部を備えた治具を溶接時に用いることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】この発明に係る弁構造を流路切換弁として備える排気装置の一構成例を示す構成説明図。
【図２】流路切換弁全体の断面図。
【図３】図２の矢印Ａ方向から見た平面図。
【図４】回転軸に取り付けられた弁体の平面図。
【図５】同じくその断面図。
【図６】溶接時の工程を示す説明図。
【符号の説明】
【００３７】
４…流路切換弁
２１…ハウジング
２２…弁開口部
２３…回転軸
２４…弁体
２５…アーム  
【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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