(57)【要約】【課題】  弁の開弁時に弁体の揺動を規制することにより、振動音や振動による悪影響を防止できると同時に、弁の耐久性を向上できる内燃機関用の調芯機能を有する弁の提供。【解決手段】  テーパ状の座面２２ａを有する弁開口部２２と、曲面状の座部２４ａを有する弁体２４が揺動可能に固定されたアーム２５を備え、アーム２５の変位により弁体２４の座部２４ａと弁開口部２２の座面２２ａとを離間・密着させて開閉するようにした内燃機関用の調芯機能を有する流路切換弁４において、流路切換弁４の開弁時に弁体２４の揺動を規制する揺動規制手段を備えることとした。【選択図】      図４
2009024625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テーパ状の座面を有する弁開口部と、
曲面状の座部を有する弁体が揺動可能に固定されたアームを備え、
前記アームの変位により弁体の座部と弁開口部の座面とを離間・密着させて開閉するようにした内燃機関用の調芯機能を有する弁において、
前記弁の開弁時に弁体の揺動を規制する揺動規制手段を備えることを特徴とする内燃機関用の調芯機能を有する弁。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関用の調芯機能を有する弁において、
前記揺動規制手段を弁体とアームとの間に介装されたバネとしたことを特徴とする内燃機関用の調芯機能を有する弁。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関用の調芯機能を有する弁において、
前記弁を自動車の排気系に設け、
前記弁体を弁開口部の排気ガス上流側から開閉させることを特徴とする内燃機関用の調芯機能を有する弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用の調芯機能を有する弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、テーパ状の座面を有する弁開口部と、曲面状の座部を有する弁体が揺動可能に固定されたアームを備え、アームの変位により弁体の座部と弁開口部の座面とを離間・密着させて開閉するようにした技術が公知になっている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００７−４６５５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の発明にあっては、エンジン（内燃機関）が始動し高温のとき弁体が熱変形してシール性が悪くなるという問題点があった。
加えて、弁体の揺動の繰り返しによりアームとの結合部が劣化して耐久性が低下してしまうという問題点があった。
【０００４】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、その目的とするところは、十分な調芯機能を有しながら弁の開弁時に弁体の揺動を規制することにより、振動音や振動による悪影響を防止できると同時に、弁の耐久性を向上できる内燃機関用の調芯機能を有する弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の請求項１記載の発明では、テーパ状の座面を有する弁開口部と、曲面状の座部を有する弁体が揺動可能に固定されたアームを備え、前記アームの変位により弁体の座部と弁開口部の座面とを離間・密着させて開閉するようにした内燃機関用の調芯機能を有する弁において、前記弁の開弁時に弁体の揺動を規制する揺動規制手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の請求項１記載の発明にあっては、テーパ状の座面を有する弁開口部と、曲面状の座部を有する弁体が揺動可能に固定されたアームを備え、前記アームの変位により弁体の座部と弁開口部の座面とを離間・密着させて開閉するようにした内燃機関用の調芯機能を有する弁において、前記弁の開弁時に弁体の揺動を規制する揺動規制手段を備えるため、十分な調芯機能を有しながら弁の開弁時に弁体の揺動を規制することにより、振動音や振動による悪影響を防止できると同時に、弁の耐久性を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【０００８】
以下、実施例１を説明する。
なお、実施例１では弁を自動車の排気系の流路切替弁に適用した場合について説明する。
図１は本発明の実施例１の排気系の排気系を示す図、図２は実施例１の流路切替弁の断面図、図３は図２の矢視Ａ１図、図４は実施例１の流路切替弁の閉弁時（ａ）と開弁時（ｂ）を示す図である。
【０００９】
先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、実施例１の内燃機関用の調芯機能を有する弁が採用された排気系では、図示しないエンジンに対して直列に配置された♯１気筒〜♯４気筒から成る各気筒１に、それぞれ上流側メイン通路２が接続されている。
各上流側メイン通路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、その合流部には、各上流側メイン通路２を一斉に開閉する流路切換弁４が設けられている。
切換流路切換弁４は、後述する冷間時に閉じられるものであって、閉弁時には、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。
【００１０】
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５が介装されている。
メイン触媒コンバータ５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。
【００１１】
一方、上流側メイン通路２の各々からバイパス流路として上流側バイパス通路６がそれぞれ分岐している。
上流側バイパス通路６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７は、上流側メイン通路２のできるだけ上流側の位置に配置されている。
【００１２】
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６と♯２気筒の上流側バイパス通路６とが合流点８において１本の中間バイパス通路９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６と♯４気筒の上流側バイパス通路６とが合流点８において１本の中間バイパス通路９として互いに合流している。
【００１３】
２本の中間バイパス通路９は、合流点１０において１本の下流側バイパス通路１１として互いに合流している。
下流側バイパス通路１１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５より上流側の合流点１２において、下流側メイン通路３に合流している。
【００１４】
よって、上流バイパス通路６に流れた排気ガスは、パイパス触媒コンバータ１３で浄化された後、再びメイン通路３に戻り、メイン触媒コンバータ５内を流れてメイン触媒コンバータ５を暖めながら流下する。
【００１５】
また、上記下流側バイパス通路１１の途中には、三元触媒を用いたバイパス触媒コンバータ１３が介装されている。
バイパス触媒コンバータ１３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９もできるだけ短くなっている。
【００１６】
バイパス触媒コンバータ１３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である第１触媒１４と第２触媒１５とから構成されている。
そして、これらの第１触媒１４と第２触媒１５との間の間隙１６に、排気還流通路１７の一端が接続されている。
この排気還流通路１７の他端は、図示しない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１６が、還流排気の取り出し口となっている。
バイパス通路６、中間バイパス通路９、及びバイパス触媒コンバータ１３は、メイン触媒コンバータ５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。
【００１７】
次に、流路切換弁４の切換について説明する。
このように構成された排気系においては、エンジンの冷間始動後のメイン触媒コンバータ５の温度またはエンジン温度ないしは排気温度が低い段階では、流路切換弁４が閉じられる。なお、温度検出センサの図示は省略する。
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７から上流側バイパス通路６および中間バイパス通路９を通してバイパス触媒コンバータ１３へと流れる。
バイパス触媒コンバータ１３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。
【００１８】
そして、浄化された排気は、メイン触媒コンバータ５の温度を上げながら流下する。
また、このとき、流路切換弁４が閉弁することで、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。
【００１９】
一方、エンジンの暖機が進行して、バイパス触媒コンバータ１３を流れた排気ガスにより、メイン触媒コンバータ５の温度が高くなり活性化したとき、メイン触媒コンバータ５の温度の計測値に基づき図示しない制御回路を通じてアクチュエータが作動し、流路切換弁４が開弁する。
または、エンジンの冷却水温度または排気温度等の計測値が十分に高くなったときには、流路切換弁４が開弁するようにしても良い。
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５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１３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１３の熱劣化は十分に抑制される。
【００２０】
次に、流路切換弁４の構成を詳細に説明する。
図２、３に示すように、実施例１では、前述した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、略矩形の箱状を成すハウジング２１を主体とし、ここに、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。
ハウジング２１の両側部には、各弁開口部２２を挟むように一対の回転軸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に対して揺動可能に固定されている。
【００２１】
図４（ａ）に示すように、アーム２５は、略長方形の板状に形成される他、その基部２６には上記回転軸２３が貫通固定される一方、その先端部には円形の取付孔２７が形成されると共に、ここに弁体２４の中心の軸部２８が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。
軸部２８の径と取付孔２７内径は調芯機能を有するように自由度を持つように軸部２８側を小径に、取付孔２７側を大径にして差を有して取り付けられている。
【００２２】
そして、弁体２４とアーム２５との間には、弁体の軸部２８が挿通されたコイルバネ２０が介装され、これによって、弁体２４とアーム２５が離間する方向へ付勢されている。
従って、弁体２４は、アーム２５に対して完全には固定されておらず、アーム２５に対し僅かな揺動（所謂首振り）が可能となっている。
【００２３】
上記弁開口部２２周縁の座面２２ａは、先細りとなるように傾斜した円錐面の一部から成るテーパ状に形成されている。
一方、弁体２４の座部２４ａは、アーム２５との連結部付近を中心とする球面の一部から成る曲面状に形成されている。
また、上流側メイン通路２となる各気筒毎の上流側排気管３０の端部３０ａ（図２参照）は、揺動する弁体２４を収容するように断面略Ｕ字形に突設され、かつ各弁開口部２２を囲むハウジング２１の隔壁部３１に沿ってそれぞれ溶接されている。
従って、実施例１では、弁体２４が弁開口部２２を上流側から開閉するように構成される他、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。
【００２４】
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３２が取り付けられていて、このリンクプレート３２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３２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、図示しない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が同時に開閉する。
【００２５】
一方、ハウジング２１の下流側の面には、下流側メイン通路３となる下流側排気管３３が各弁開口部２２に対応して溶接されている。
下流側排気管３３は、Ｙ字形の流路を構成しており、回転軸２３が共通の隣接した一対の弁開口部２２からの排気が直下で合流している。
望ましくは、４つの気筒の中で、♯１，♯４気筒が一方の回転軸２３を共用し、かつ、♯２，♯３気筒が他方の回転軸２３を共用するように、それぞれの弁開口部２２が配置される。
【００２６】
その他、ハウジング２１は、接合面Ｘ（図２、図３参照）を境界として２つの部分、つまり第１分割部材２１ａと第２分割部材２１ｂとに予め分割されており、両者が一体に組み付けられて構成されているが、この限りではない。
【００２７】
次に、実施例１の流路切換弁４の作動について説明する。
図４（ａ）に示すように、流路切替弁４の閉弁時には、回転軸２３を介してアーム２５が回転して所定角度になることにより、弁体２４が座面２２ａに着座して該弁開口部２２を塞ぐ。
この際、アーム２５を介してコイルスプリング２０が弁体２４との間で圧縮されることにより、弁体２４が弁開口部２２に押しつけられる。
ここで、弁体２４が弁開口部２２を塞ぐときに、弁体２４の中心が弁開口部２２の中心から多少ずれている場合であっても、アーム２５に設けられた弁体の弁体２２の曲面状の座部２４ａがテーパ状の座面２２ａに摺動して調芯されることにより、弁体２２を良好な姿勢で座面２２ａに着座させて良好にシールできる。
あるいは、弁体２４が僅かに揺動した姿勢のままでも弁体２４を座面２２ａに確実に着座させてシールできる。
【００２８】
さらに、上流側排気管３０と下流側排気管３２との差圧によって弁体２４が座面２２ａに押しつけられて密着し、シール性を向上できる。
【００２９】
一方、図４（ｂ）に示すように、流路切替弁４の開弁時には、回転軸２３を介してアーム２５が回転して所定角度となることにより、弁開口部２２が開くと共に、コイルスプリング２０が伸長してアーム２５と弁体２４を離間する方向へ付勢し、これによって、弁体２４のアーム２５に対する揺動を規制できる。
【００３０】
また、流路の壁面に突設された端部３０ａ内にアーム２５と弁体２４が収まるようになり、排気ガスへ流れの抵抗とならず、コイルスプリング２０にも高温の排気ガスが当たらないようにして、コイルスプリング２０の材料の劣化、弾性の減少を抑えている。
【００３１】
従って、実施例１では、流路切替弁４の閉弁時には、弁体２４が十分な調芯機能を発揮して良好にシールできる。
【００３２】
一方、流路切換弁４の開弁時には、コイルバネ２０によって弁体２４の揺動を規制でき、振動音や、振動による排気系への悪影響を防止できる。
なお、流通媒体が液体の場合や、その脈動圧が低い場合には弁体２４の揺動が小さく問題になり難いが、実施例１のように、流通媒体が高い脈動圧を伴う排気ガス（空気）で、さらに、弁体が近接して複数（実施例１では４つ）設けられる場合には、前述した振動音や、振動による排気系への影響が大きい。
【００３３】
また、軸部２８を貫通させてコイルバネ２０を固定しているため、コイルバネ２０を固定するための固定手段を必要としない上、大幅な設計変更やコストアップを招くことなく簡便な構成でもって弁体２４の揺動を規制でき、好適となる。
【００３４】
次に、効果を説明する。
以上、説明したように、実施例１の内燃機関用の調芯機能を有する弁にあっては、テーパ状の座面２２ａを有する弁開口部２２と、曲面状の座部２４ａを有する弁体２４が揺動可能に固定されたアーム２５を備え、アーム２５の変位により弁体２４の座部２４ａと弁開口部２２の座面２２ａとを離間・密着させて開閉するようにした内燃機関用の調芯機能を有する流路切換弁４において、流路切換弁４の開弁時に弁体２４の揺動を規制する揺動規制手段を備えるため、十分な調芯機能を有しながら開弁時に弁体２４の揺動を規制することにより、振動音や振動による悪影響を防止できると同時に、各部の耐久性を向上できる。
【００３５】
また、揺動規制手段を弁体２４とアーム２５との間に介装されたコイルバネ２０としたため、大幅な設計変更やコストアップを招くことなく、簡便な構成でもって開弁時の弁体２４の揺動を規制できる。
【００３６】
また、流路切換弁４を自動車の排気系に設け、弁体２５を弁開口部２２の排気ガス上流側に配置して開閉するようにしたため、排気系に特有の排気ガス脈動圧による弁体２５の揺動を防止できる。
【００３７】
また、閉弁時に弁体２５が排気ガス圧力によって座面２２ａに押しつけられて密着し、好適となる。
【００３８】
以上、実施例を説明してきたが、本発明は上述の実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても、本発明に含まれる。
例えば、前述した実施例では、弁を自動車の排気系に設けたが、この限りではない。
また、前述した実施例では、揺動規制手段をコイルバネとしたが、板バネ等の他の種類のバネを用いても良い。
【００３９】
さらに、前述した実施例ではアームを弁体と共に回動させて開閉するようにしたが、アームの変位方向は任意であり、例えば、アームを弁体と共に弁開口部の軸方向に移動させて開閉するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１の排気系の排気系を示す図である。
【図２】実施例１の流路切替弁の断面図である。
【図３】図２の矢視Ａ１図である。
【図４】実施例１の流路切替弁の閉弁時（ａ）と開弁時（ｂ）を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ｘ  接合面
１  気筒
２  上流側メイン通路
３  下流側メイン通路
４  流路切換弁
５  メイン触媒コンバータ
６  上流側バイパス通路
７  分岐点
８  合流点
９  中間バイパス通路
１０  合流点
１１  下流側バイパス通路
１２  合流点
１３  バイパス触媒コンバータ
１４  第１触媒
１５  第２触媒
１６  間隙
１７  排気還流通路
２０  コイルバネ
２１  ハウジング
２１ａ  第１分割部材
２１ｂ  第２分割部材
２２  弁開口部
２２ａ  座面
２３  回転軸
２４  弁体
２４ａ  座部
２５  アーム
２６  基部
２７  取付孔
２８  軸部
２９  保持リング
３０  上流側排気管
３０ａ  端部
３１  隔壁部
３２  リンクプレート
３３  下流側排気管
【図１】
2009024625.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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