(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関に接続される排気流路を構成し排気処理装置を介装するメイン流路と、該メイン流路に両端を連通接続し前記排気処理装置を迂回するバイパス流路と、前記排気処理装置の上流側及び下流側の一方に配設する弁装置を備えた内燃機関の排気装置において、前記弁装置が第１の弁部材及び第２の弁部材を備え、該第１の弁部材及び第２の弁部材の夫々の一端側を共通の揺動軸回りに揺動自在に支持すると共に、当該第１の弁部材及び第２の弁部材の夫々の他端側を所定の離隔状態と所定の近接状態との間で相互に移動可能に支持して成り、当該第１の弁部材及び第２の弁部材を前記揺動軸回りに揺動させると共に、前記所定の離隔状態から前記所定の近接状態に移動させて、前記メイン流路及び前記バイパス流路の流路面積を調整するように構成したことを特徴とする内燃機関の排気装置。
【請求項２】
前記第１の弁部材及び第２の弁部材を前記所定の離隔状態から前記所定の近接状態とするまでの間に前記メイン流路及び前記バイパス流路の一方の流路の流路面積を連続的に設定するように構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。
【請求項３】
前記第１の弁部材のみを駆動して前記第１の弁部材及び第２の弁部材を離隔状態で一体的に揺動させ、前記第２の弁部材を所定位置で係止させた後に、係止状態の前記第２の弁部材に対し前記第１の弁部材を更に駆動して前記所定の近接状態とするように構成したことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気装置。
【請求項４】
前記第１の弁部材及び第２の弁部材の他端側を相互に離隔する方向に付勢する付勢手段を備え、係止状態の前記第２の弁部材に対し、前記第１の弁部材を前記付勢手段の付勢力に抗して駆動して前記所定の離隔状態から前記所定の近接状態とするように構成したことを特徴とする請求項３記載の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、内燃機関の排気装置に関し、特に内燃機関に接続される排気流路を構成し排気処理装置を介装するメイン流路と、このメイン流路に両端を連通接続し排気処理装置を迂回するバイパス流路とを備えた排気装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気装置に関しては、冷機時、即ち内燃機関始動直後の暖機過程における触媒早期活性化によるＨＣ・ＮＯｘ等の排出最少化を図るため、排気処理装置としてスタート触媒コンバータ（プリコンバータ）をエキゾーストマニホールド直下のメイン流路に設けると共に、暖機後はこれを迂回させるべくバイパス流路を設け、弁機構によって両流路を切り換える装置が知られている。例えば、特許文献１には、排気処理装置を介装するメイン流路と、排気処理装置を迂回するバイパス流路とを備えた内燃機関の排気装置において、単一の弁部材によってメイン流路とバイパス流路との間の流路切換を行うと共に各々の流路面積調整を適切に行い得る排気装置が提案されている。
【０００３】
上記の排気装置によれば、排気処理装置の上流側及び下流側の一方に配設する単一の弁部材によって、メイン流路及びバイパス流路の一方の連通を選択した状態で、該一方の流路の流路面積を任意且つ連続的に設定することができ、従って、メイン流路とバイパス流路との間の流路切換を行うと共に各々の流路面積調整を適切に行うことができる旨記載されている。
【０００４】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２００６／００６３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の排気装置によれば、特許文献１に対する従前の排気装置に対し、スペース、コスト、重量、背圧低減効果等において有利となり、内燃機関の冷機時から暖機後まで一貫して、内燃機関の出力要件、排気処理装置による排気処理要件、及び内燃機関の排気に対する消音要件の全てに適切に対応することができる。
【０００６】
然し乍ら、特許文献１に記載の装置においては、単一の弁部材によってメイン流路とバイパス流路との間の流路切換を行うと共に各々の流路面積調整を行うこととしているので、弁部材との間で流路面積調整を行う流路内面は、高精度の曲面とすることが要請され、３次元の曲面切削加工等による製造工程の複雑化やコストアップが懸念される。
【０００７】
そこで、本発明は、排気処理装置を介装するメイン流路と、排気処理装置を迂回するバイパス流路と、各々の流路面積調整を行う弁装置を備えた内燃機関の排気装置において、簡単且つ安価な弁装置によってメイン流路とバイパス流路との間の流路切換を行うと共に各々の流路面積調整を適切に行い得る排気装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、内燃機関に接続される排気流路を構成し排気処理装置を介装するメイン流路と、該メイン流路に両端を連通接続し前記排気処理装置を迂回するバイパス流路と、前記排気処理装置の上流側及び下流側の一方に配設する弁装置を備えた内燃機関の排気装置において、前記弁装置が第１の弁部材及び第２の弁部材を備え、該第１の弁部材及び第２の弁部材の夫々の一端側を共通の揺動軸回りに揺動自在に支持すると共に、当該第１の弁部材及び第２の弁部材の夫々の他端側を所定の離隔状態と所定の近接状態との間で相互に移動可能に支持して成り、当該第１の弁部材及び第２の弁部材を前記揺動軸回りに揺動させると共に、前記所定の離隔状態から前記所定の近接状態に移動させて、前記メイン流路及び前記バイパス流路の流路面積を調整するように構成したものである。尚、ここでいう排気処理装置としては、触媒装置のみならず、排気熱回収装置、熱交換装置等を包含する。
【０００９】
上記の排気装置において、請求項２に記載のように、前記第１の弁部材及び第２の弁部材を前記所定の離隔状態から前記所定の近接状態とするまでの間に前記メイン流路及び前記バイパス流路の一方の流路の流路面積を連続的に設定するように構成するとよい。
【００１０】
例えば、請求項３に記載のように、前記第１の弁部材のみを駆動して前記第１の弁部材及び第２の弁部材を離隔状態で一体的に揺動させ、前記第２の弁部材を所定位置で係止させた後に、係止状態の前記第２の弁部材に対し前記第１の弁部材を更に駆動して前記所定の近接状態とするように構成するとよい。更に、請求項４に記載のように、前記第１の弁部材及び第２の弁部材の他端側を相互に離隔する方向に付勢する付勢手段を備えたものとし、係止状態の前記第２の弁部材に対し、前記第１の弁部材を前記付勢手段の付勢力に抗して駆動して前記所定の離隔状態から前記所定の近接状態とするように構成するとよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、請求項１に記載の排気装置によれば、第１の弁部材及び第２の弁部材を備えた簡単且つ安価な弁装置によって、メイン流路及びバイパス流路の流路面積を適切に調整することができる。特に、請求項２及び３に記載のように、第１の弁部材及び第２の弁部材を所定の離隔状態から所定の近接状態とするまでの間にメイン流路及びバイパス流路の一方の流路の流路面積を連続的に設定することにより、流路面積を適切に調整することができる。
【００１２】
更に、請求項４に記載のように付勢手段を備えたものとすれば、係止状態の第２の弁部材に対し、第１の弁部材を付勢手段の付勢力に抗して駆動して所定の離隔状態から所定の近接状態とした後、第１の弁部材を反対方向に駆動するときには、付勢手段の付勢力によって直ちに第１の弁部材及び第２の弁部材の他端側が相互に離隔する状態とされるので、迅速且つ適切に流路面積を調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１乃至図５は本発明の一実施形態に係る内燃機関の排気装置を示すもので、本実施形態では排気処理装置として、排気熱を吸収する熱交換装置１０が内蔵されている。先ず、図１及び図２を参照して概要を説明すると、排気ガス流路はメイン流路１とバイパス流路２に分岐され、分岐部４と合流部５が形成されており、分岐部４側が内燃機関（図示せず）に接続されている。メイン流路１には熱交換装置１０のウォータージャケット１１が介装され、その内部の排気流路１２を介して分岐部４が合流部５に連通するように構成されている。そして、分岐部４に弁装置２０が配設されている。
【００１４】
本実施形態の弁装置２０は図１に示すように、第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２を有し、夫々の一端側が共通の揺動軸回りに揺動自在に支持されている。第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２の夫々の他端側は、図１に示す所定の離隔状態と図４に示す所定の近接状態（図４では当接し重合している）との間で相互に移動可能に支持されている。ここで、「揺動軸」は揺動中心（アクシス）と物理的な軸（シャフト）の両者を含み、本実施形態においては、第１の弁部材２１の一端側に揺動軸３が連結され、この揺動軸３は図２に示すクランク６に固定され、クランク６はピボット軸７を介してアーム８に連結されている。これに対し、第２の弁部材２２の一端側は揺動軸３回りに遊嵌されて揺動自在に支持され、第１の弁部材２１に対して相対的に移動し得るように支持されている。従って、本実施形態では物理的な軸（シャフト）の揺動軸３によって第１の弁部材２１のみが直接駆動され、第２の弁部材２２は揺動軸３を揺動中心（アクシス）として揺動軸３回りを揺動するように構成されているが、第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２の両者を揺動軸３に遊嵌状態で支持し、第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２の少なくとも一方を駆動することによって、両者が揺動中心（アクシス）としての揺動軸３回りを揺動するように構成してもよい。尚、分岐部４内にはハウジングＨと一体的に係止部２３が設けられており、この係止部２３に第２の弁部材２２の他端が当接すると係止状態とされる。
【００１５】
更に、第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２の夫々の他端側を相互に離隔する方向に付勢するスプリング等の付勢手段（図示せず）及び係止突起等の保持手段（図示せず）が設けられており、第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２が拘束されない自由状態では、所定の離隔状態として、図１に示すように両者間で角度αをなす位置で保持されるように構成されている。而して、図１に示す状態では、バイパス流路２は第１の弁部材２１によって閉塞され、メイン流路１は第２の弁部材２２によって間隙Ａで示す流路面積に絞られている。尚、付勢手段を構成するスプリング及び保持手段を構成する係止突起の具体例は図８乃至図１０に示し、これらについては後述する。
【００１６】
而して、モータ（図示せず）等によるアーム８の駆動に応じ、第１の弁部材２１を付勢手段の付勢力に抗して揺動軸３回りに図１及び図２の時計方向に揺動させると、第２の弁部材２２の他端が係止部２３に当接するまで、第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２が図３に示すように所定の離隔状態（角度α）で一体となって移動する。そして、第２の弁部材２２の他端が係止部２３に当接して係止状態とされた後、更に、付勢手段の付勢力に抗して第１の弁部材２１を揺動軸３回りに時計方向に揺動させると、第１の弁部材２１の内側面が第２の弁部材２２の外側面に当接して図４に示すように重合する。この結果、メイン流路１が全閉状態で、バイパス流路２が全開状態となる。
【００１７】
以上のように、第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２が所定の離隔状態で一体的に駆動され、第１の弁部材２１の移動に伴い、図１に示す第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２の離隔状態から図４に示す第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２の近接状態に至るまで移動し、この間メイン流路１及びバイパス流路２の流路面積が調整される。そして、図４に示す第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２の近接状態（バイパス流路２の全開状態）から、第１の弁部材２１を反時計方向に揺動させると、図５に示すように、第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２は所定の離隔状態（角度α）で一体的に移動し、メイン流路１が閉状態に維持されつつ、バイパス流路２の流路面積が調整される。
【００１８】
上記の図３乃至図５の作動を、内燃機関（図示せず）の運転状態に応じて説明すると、図３は暖機後の通常運転状態（緩加速時等）を示し、内燃機関（図示せず）の運転状態に応じて第１の弁部材２１が駆動され、バイパス流路２が間隙Ｂで示す流路面積に絞られる。一方、第２の弁部材２２は、保持手段（図示せず）によって第１の弁部材２１に対し角度αをなす所定の離隔状態に保持され、分岐部４のハウジングＨの内面に対し所定距離ｄ重合しており、これによってメイン流路１内への排気ガスの流入が阻止される。このとき、第２の弁部材２２とハウジングＨの内面との間にはクリアランスがあり、若干の排気ガスが流入するが、この運転状態において支障はない。このように、第２の弁部材２２はハウジングＨの内面に対し摺動するものではなく、クリアランスが許容されるので、高精度の摺動面加工は必要とされない。また、第１の弁部材２１と第２の弁部材２２がなす角度αも然程大きくする必要はなく、重合部（ｄ）を小さくすることができる。このように、出力要件や排気浄化要件に支障を生じない範囲で、バイパス流路２を適宜絞ることができるので、所期の消音効果を確保することができる。
【００１９】
図４は暖機後の最高出力状態（最大流量時）を示し、バイパス流路２が全開（間隙Ｃ）となるように、第１の弁部材２１及び第２の弁部材２２はバイパス流路２内に位置しない状態とされる。具体的には、図２のアーム８が駆動され、第１の弁部材２１が付勢手段（図示せず）の付勢力に抗して揺動軸３回りに図４の時計方向に揺動すると、これに伴い第２の弁部材２２が一体となって揺動する。そして、第２の弁部材２２の他端が係止部２３に当接して係止状態とされ、図４に示すように第１の弁部材２１と第２の弁部材２２が重合した後は、メイン流路１は全閉状態とされ、バイパス流路２は全開状態となる。このとき第１の弁部材２１と第２の弁部材２２がなす角度はγで最小角度となり、第２の弁部材２２は付勢手段（図示せず）の付勢力によって係止部２３に押圧された状態となる。
【００２０】
図５は暖機後であって、内燃機関（図示せず）の減速時、あるいはフューエルカットによるモータリング時の状態を示す。例えば図４の状態から第１の弁部材２１が反時計方向に駆動されると、第２の弁部材２２はこれに追従する形となり、第１の弁部材２１に対し角度αをなす所定の離隔状態に至るとその状態に保持される。更に第１の弁部材２１が反時計方向に駆動されて図５に示す状態となると、例えばバイパス流路２が間隙Ｄで示す流路面積に絞られるが、メイン流路１は第２の弁部材２２によって依然閉状態が維持されている。尚、この場合には出力要件は求められないので消音要件を重視し、バイパス流路２は図３の状態より多く絞る（Ｄ＜Ｂ）ように構成するとよい。
【００２１】
次に、図６は本発明の他の実施形態を示すもので、排気処理装置の他の例として、図１乃至図５に記載の実施形態における熱交換装置１０に代えて、触媒担体４１及び緩衝マット４２から成る触媒装置４０がメイン流路１に介装されている。また、本実施形態の弁装置３０は合流部５に配設され、板材で形成された第１の弁部材３１及び第２の弁部材３２の一端側が共通の揺動軸３３回りに揺動自在に支持され、夫々の他端側は、両者間に配置された圧縮スプリング３４によって離隔方向に付勢されている。尚、この弁装置３０は前述の実施形態と同様に分岐部４に配設することとしてもよい。図６の状態は、図３の状態と同様、暖機後の通常運転状態（緩加速時等）を示し、内燃機関（図示せず）の運転状態に応じて第１の弁部材３１が駆動され、バイパス流路２が絞られると共に、第１の弁部材３１に対し角度αをなす所定の離隔状態に保持された第２の弁部材３２は、係止部３５に係止され、メイン流路１の出力側が閉塞されている。
【００２２】
次に、図７乃至図１０は本発明の更に他の実施形態を示すもので、図１乃至図５に記載の熱交換装置１０と同様の排気処理装置がメイン流路１に介装され、図６に記載の弁装置３０と同様の弁装置（図７では３００とする）が合流部５に配設されている。本実施形態では、第１のインナパイプ２０１と第２のインナパイプ２０２がワイヤメッシュリング２０３を介して嵌合されてバイパス流路２が形成されており、第１のインナパイプ２０１の上流側には複数の連通孔２０４が穿設されており、これらの連通孔２０４を介してバイパス流路２がメイン流路１に連通し、連通孔２０４近傍で分岐部４が構成されている。そして、図８に示すように第２のインナパイプ２０２の合流部５側の開口端に第１の弁部材３１０が当接すると、バイパス流路２が閉塞されるように構成されている。
【００２３】
本実施形態の弁装置３００は、図８に示すように第１の弁部材３１０及び第２の弁部材３２０の一端側が共通の揺動軸３３０回りに揺動自在に支持され、夫々の他端側は、揺動軸３３０回りに配置された圧縮スプリング３４０によって離隔方向に付勢されている。そして、第１の弁部材３１０及び第２の弁部材３２０が拘束されない自由状態では、所定の離隔状態として、図８に示すように両者間で角度αをなす位置で保持されるように構成されている。この場合において、保持手段として第２の弁部材３２０と一体的に係止突起３２１が形成されており、この係止突起３２１が第１の弁部材３１０に当接した状態、即ち第１の弁部材３１０と第２の弁部材３２０とが所定の離隔状態（両者がなす角度α）に保持されるように構成されている。尚、図８において、メイン流路１から流出する排気ガスの圧力によって、第２の弁部材３２０が圧縮スプリング３４０の付勢力に抗して第１の弁部材３１０側に若干駆動される（角度αが減少する）ように構成してもよい。
【００２４】
本実施形態では、第１の弁部材３１０を圧縮スプリング３４０の付勢力に抗して揺動軸３３０回りに図７及び図８の反時計方向に揺動させると、第２の弁部材３２０の他端が係止部３５０に当接するまで、第１の弁部材３１０及び第２の弁部材３２０が所定の離隔状態で一体となって移動する。そして、第２の弁部材３２０の他端が係止部３５０に当接して係止状態とされた後、更に、圧縮スプリング３４０の付勢力に抗して第１の弁部材３１０を揺動軸３３０回りに反時計方向に揺動させると、図９に示すように第１の弁部材３１０が第２の弁部材３２０に近接した位置となり、メイン流路１が全閉状態で、バイパス流路２が全開状態となる。
【００２５】
以上のように、第１の弁部材３１０及び第２の弁部材３２０が所定の離隔状態で一体的に駆動され、図８に示す第１の弁部材３１０及び第２の弁部材３２０の離隔状態から図９に示す第１の弁部材３１０及び第２の弁部材３２０の近接状態に移動し、この間メイン流路１及びバイパス流路２の流路面積が調整される。そして、図９に示す状態から、第１の弁部材３１０を時計方向に揺動させると第１の弁部材３１０及び第２の弁部材３２０の他端側は漸次離隔し、図１０に示すように、第１の弁部材３１０及び第２の弁部材３２０は所定の離隔状態（両者がなす角度α）となった後は一体的に移動し、バイパス流路２の流路面積が調整される。
【００２６】
上記の図８乃至図１０における内燃機関（図示せず）の運転状態に応じた作動は、図３乃至図５と略同様であるので詳細な説明は省略するが、本実施形態では、特に、複数の連通孔２０４を介してメイン流路１とバイパス流路２が連通する構成とされているので、図９及び図１０に示すように、メイン流路１が全閉状態とされているときには、ヘルムホルツレゾネータとして機能し得る。即ち、連通孔２０４が首管、メイン流路１がボリュームを構成し、これらのディメンジョンに応じた周波数成分を減衰し得るという効果がある。
【００２７】
上記の実施形態においては、何れも第１の弁部材のみが駆動手段に連結されており、第２の弁部材は駆動手段に連結されておらず、付勢手段及び保持手段によって第１の弁部材と一体となって移動し、あるいは係止部で係止状態とされた後は第１の弁部材の移動に応じて駆動されるように構成されているが、更に第２の弁部材も駆動手段に連結して、第２の弁部材自体でも移動可能となるように構成してもよい。このように、第２の弁部材も独立して駆動することにより、積極的にメイン流路を絞って背圧を高めることで熱交換効率を向上させ、また消音効果を奏し得るようなチューニングも可能となる。尚、第１の弁部材と第２の弁部材との間に配設されるスプリング等の付勢手段及び係止突起等の保持手段に代えて、メカニカルリンク等を用いることとしてもよい。また、本発明は、上記の熱交換装置や触媒装置等に限らず、例えば排気ガス改変装置、排気熱回収装置等、種々の排気処理装置に適用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態に係る排気装置の断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る排気装置の正面図である。
【図３】本発明の一実施形態における弁装置の作動状態を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態における弁装置の作動状態を示す断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における弁装置の作動状態を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る排気装置の断面図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態に係る排気装置の正面図である。
【図８】本発明の更に他の実施形態に係る排気装置の断面図である。
【図９】本発明の更に他の実施形態における弁装置の作動状態を示す断面図である。
【図１０】本発明の更に他の実施形態における弁装置の作動状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１    メイン流路
２    バイパス流路
３，３３，３３０    揺動軸
４    分岐部
５    合流部
１０    熱交換装置
２０，３０，３００    弁装置
２１，３１，３１０    第１の弁部材
２２，３２，３２０    第２の弁部材
２３，３５，３５０    係止部
３４，３４０    圧縮スプリング
４０    触媒装置
【図１】
0005058050.tif 000002
【図２】
0005058050.tif 000003
【図３】
0005058050.tif 000004
【図４】
0005058050.tif 000005
【図５】
0005058050.tif 000006
【図６】
0005058050.tif 000007
【図７】
0005058050.tif 000008
【図８】
0005058050.tif 000009
【図９】
0005058050.tif 000010
【図１０】
0005058050.tif 000011