(57)【要約】【課題】  排気を気筒から上流側メイン通路へ排気を案内している際に、排気の一部がパイパス通路へ侵入するのを防止して、異音やエンジン出力の低下を防止できると同時にパイパス触媒コンバータの耐久性を向上できる排気装置の提供。【解決手段】  上流側メイン通路３と、下流側メイン通路４と、メイン触媒コンバータ５と、上流側パイパス通路６と、下流側パイパス通路１１と、バイパス触媒コンバータ１３を備え、上流側メイン通路３と上流側バイパス通路６との分岐位置に、気筒１から排出された排気の全量を上流側メイン通路３あるいはパイパス通路６のいずれか一方に案内する流路切換弁２を設けた。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの各気筒にそれぞれ接続された上流側メイン通路と、
前記各上流側メイン通路が合流して成る下流側メイン通路と、
前記下流側メイン通路またはその下流側に介装されたメイン触媒コンバータと、
前記各上流側メイン通路から分岐して成る上流側パイパス通路と、
前記各上流側パイパス通路が合流して前記下流側メイン通路に接続された下流側パイパス通路と、
前記下流側バイパス通路に介装されたバイパス触媒コンバータを備え、
前記上流側メイン通路と上流側バイパス通路との分岐位置に、気筒から排出された排気の全量を上流側メイン通路あるいはパイパス通路のいずれか一方に案内する流路切換手段を設けたことを特徴とする排気装置。
【請求項２】
請求項１記載の排気装置において、
前記流路切換手段を、一端部がエンジンの各気筒に連通接続され、且つ、上流側メイン通路とパイパス通路とがそれぞれ離間して連通接続された略筒状の筒状部材と、
外周部に連通穴を有し、且つ、エンジンの気筒側に開口した略有底筒状を成して前記筒状部材内で軸方向または周方向へ移動可能に設けられた弁体とから構成し、
前記弁体の移動位置によって上流側メイン通路またはパイパス通路のいずれか一方を前記連通穴を介して気筒に連通させることを特徴とする排気装置。
【請求項３】
請求項２記載の排気装置において、
前記連通穴を弁体の底部に近接して設けたことを特徴とする排気装置。
【請求項４】
請求項３記載の排気装置において、
前記弁体の底部に曲部を形成したことを特徴とする排気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、触媒コンバータで排気浄化を行うエンジンの排気装置、特に、メイン触媒コンバータが活性化していない冷間始動直後に、排気をパイパス触媒コンバータへ案内するようにした排気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンの各気筒にそれぞれ接続された上流側メイン通路と、各メイン通路が合流して成る下流側メイン通路と、下流側メイン通路またはその下流側に介装されたメイン触媒コンバータと、上流側メイン通路から分岐して下流側メイン通路に接続されると共に、その途中にバイパス触媒コンバータが介装されたパイパス通路と、気筒からの排気を上流側メイン通路とパイパス通路に切り換える流路切換手段を備える排気装置の技術が公知になっている（特許文献１〜４参照）。
【特許文献１】特開２００６−２１４３００号公報
【特許文献２】特開２００６−２１９９８４号公報
【特許文献３】特開２００６−２２６１７５号公報
【特許文献４】特開２００６−３０７６４５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、流路切換手段が上流側メイン通路の合流部に設けられて開閉する構成となっているため、開弁時に排気の一部がバイパス通路へ流入した後、下流側メイン通路と合流する際に乱流化し、これによって異音の発生やエンジン出力の低下に繋がる虞があった。
【０００４】
また、排気の一部が常にバイパス触媒コンバータを通過することとなり、バイパス触媒コンバータの耐久性が低下してしまうという問題点があった。
【０００５】
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、排気を気筒から上流側メイン通路へ排気を案内している際に、排気の一部がパイパス通路へ侵入するのを防止して、異音やエンジン出力の低下を防止できると同時にパイパス触媒コンバータの耐久性を向上できる排気装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１記載の発明では、エンジンの各気筒にそれぞれ接続された上流側メイン通路と、前記各上流側メイン通路が合流して成る下流側メイン通路と、前記下流側メイン通路またはその下流側に介装されたメイン触媒コンバータと、前記各上流側メイン通路から分岐して成る上流側パイパス通路と、前記各上流側パイパス通路が合流して前記下流側メイン通路に接続された下流側パイパス通路と、前記下流側バイパス通路に介装されたバイパス触媒コンバータを備え、前記上流側メイン通路と上流側バイパス通路との分岐位置に、気筒から排出された排気の全量を上流側メイン通路あるいはパイパス通路のいずれか一方に案内する流路切換手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の請求項１記載の発明にあっては、エンジンの各気筒にそれぞれ接続された上流側メイン通路と、前記各上流側メイン通路が合流して成る下流側メイン通路と、前記下流側メイン通路またはその下流側に介装されたメイン触媒コンバータと、前記各上流側メイン通路から分岐して成る上流側パイパス通路と、前記各上流側パイパス通路が合流して前記下流側メイン通路に接続された下流側パイパス通路と、前記下流側バイパス通路に介装されたバイパス触媒コンバータを備え、前記上流側メイン通路と上流側バイパス通路との分岐位置に、気筒から排出された排気の全量を上流側メイン通路あるいはパイパス通路のいずれか一方に案内する流路切換手段を設けたため、上流側メイン通路へ排気を案内している際に、排気の一部がパイパス通路へ侵入するのを防止して、異音やエンジン出力の低下を防止できると同時にパイパス触媒コンバータ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】
【０００８】
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】
【０００９】
以下、実施例１を説明する。
図１は本発明の実施例１の排気装置を示す図、図２は図１の矢視Ａ１による実施例１の流路切換弁の断面図であり、エンジンの冷間時を説明する図、図３は図１の矢視Ａ１による実施例１の流路切換弁の断面図であり、エンジンの高温時を説明する図である。
【００１０】
先ず、全体構成を説明する。
図１に示すように、実施例１の排気装置では、エンジンＥ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、それぞれ流路切換弁２（流路切換手段）を備える上流側メイン通路３がそれぞれ接続されている。
各上流側メイン通路３は、下流側の分岐点７で１本の下流側メイン通路４として合流している。
下流側メイン通路４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、各流路切換弁２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３よりも通路断面積が十分に小さなものであって、上流側メイン通路３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４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４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、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。
【００１７】
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、望ましくは、低温活性に優れた触媒が用いられる。
【００１８】
次に、流路切換弁２の切換について説明する。
このように構成された排気装置においては、エンジンＥ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あるいは排気温度が低い段階では、全ての流路切換弁２が同時に上流側バイパス通路６側へ開く（温度検出センサは図示せず）。
そのため、各気筒１から排出された排気の全量が、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。
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、この際、各気筒１の上流側メイン通路３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３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Ｅの暖機が進行して、パ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全ての流路切換弁２が同時に上流側メイン通路３側へ開く。
または、エンジンＥ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、路切換弁２が同時に上流側メイン通路３側へ開くようにしても良い。
これにより、各気筒１から排出された排気の全量は、上流側メイン通路３から下流側メイン通路４を通り、メイン触媒コンバータ５を通過する。
【００２０】
ここで、従来の発明にあっては、流路切換手段が上流側メイン通路の合流部に設けられて開閉する構成となっているため、開弁時に排気の一部がバイパス通路へ流入した後、下流側メイン通路と合流する際に乱流化し、これによって異音の発生やエンジン出力の低下に繋がる虞があった。
また、排気の一部が常にバイパス触媒コンバータを通過することとなり、バイパス触媒コンバータの耐久性が低下してしまうという問題点があった。
【００２１】
これに対し、実施例１では前述したように、上流側メイン通路３と上流側バイパス通路６との分岐位置に、気筒１からの排気の全量を上流側メイン通路３あるいはパイパス通路６のいずれか一方に案内する流路切換弁２を設けたため、排気を気筒１から上流側メイン通路３へ排気を案内している際に排気の一部が上流側パイパス通路６へ侵入することがなく、異音の発生やエンジン出力の低下を防止できる。
【００２２】
加えて、バイパス触媒コンバータ１３の熱劣化を抑制でき、耐久性を向上できる。
【００２３】
次に、流路切換弁２の構成を詳細に説明する。
図２に示すように、実施例１の流路切換弁２は、筒状部材２１と弁体２２とから構成されている。
筒状部材２１は有底の円筒状に形成される他、その開口端はエンジンＥのヘッドフランジ２２を介して図示を省略する気筒１に連通接続されている。
また、筒状部材２１の外周部の下部には上流側メイン通路３となる接続管２４と、パイパス通路６となる接続管２５がそれぞれ軸方向に離間した状態で連通接続されている。
実施例１では、筒状部材２１の開口端がその全周に亘ってエンジンＥのヘッドフランジ２２に溶接Ｘ１で固定され、各接続管24,25が筒状部材２１の外周部にその全周に亘って溶接X2,X3でそれぞれ固定されているがこの限りではない。
【００２４】
弁体２２は、有底の略円筒状を成して筒状部材２１内に収容される他、その底部２２ａには円柱状の固定軸２６の一端部がその全周に亘って溶接Ｘ４で固定されている。
また、固定軸２６の他端部には枢軸２６ａが設けられると共に、この枢軸２７は第２リンク部材２７の一端部に設けられ、且つ、該枢軸２６ａよりも大径の長穴２７ａに係合されて保持キャップ２８で抜け止めされることにより、リンク機構が形成されている。
さらに、第２リンク部材２７の他端部はモータＭの回転軸２９に固定されている。
これによってモータＭの駆動により第２リンク部材２７を垂直面内で所定角度だけ回動させることにより、前述したリンク機構を介して弁体２２を軸方向（図中矢印方向）へ所定距離だけ移動可能となっている。
さらに、弁体２２の底部２２ａに近接して外周部の下部の所定位置には、円形状の連通穴２２ｂが設けられると共に、この連通穴２２ｂの対向面から底部２２ａに掛けて緩やかな曲部Ｒが形成されている。
【００２５】
なお、流路切換弁２の各部の厚みや材質等は適宜設定でき、同様に連通穴２２ｂの位置、開口径、形状、形成数等も適宜設定できる。
【００２６】
次に、実施例１の流路切換弁２の作動について説明する。
このように構成された流路切換弁２において、排気を各気筒１から上流側パイパス通路６へ案内する際には、図２に示すように、弁体２２を軸方向へ移動させて連通穴２２ｂを接続管２５に連通させることにより、排気の全量を上流側バイパス通路６へ案内する。
【００２７】
この際、連通穴２２ｂを弁体２２の底部２２ａ付近に設けているため、開口端側に設けた場合に比べて排気の圧力損失を低く抑えることができる。
【００２８】
また、弁体２２の曲部Ｒによって排気を連通穴２２ｂへスムーズに導くことができる。
【００２９】
一方、排気を各気筒１から上流側メイン通路３へ案内する際には、図３に示すように、弁体２２を軸方向へ移動させて連通穴２２ｂを接続管２４に連通させることにより、排気の全量を上流側メイン通路３へ案内する。
【００３０】
従って、実施例１では、簡便な構成でもって排気の全量を上流側バイパス通路６または上流側メイン通路３のいずれか一方へ案内することができる。
【００３１】
また、従来の発明に比べて排気に曝される弁体の回転軸が存在しないため、排気熱による各部の変形や耐久性の低下を招く虞がない。
【００３２】
次に、効果を説明する。
以上、説明したように、実施例１の排気装置にあっては、エンジンＥの各気筒１にそれぞれ接続された上流側メイン通路３と、各上流側メイン通路３が合流して成る下流側メイン通路４と、下流側メイン通路４またはその下流側に介装されたメイン触媒コンバータ５と、各上流側メイン通路３から分岐して成る上流側パイパス通路６と、各上流側パイパス通路６が合流して下流側メイン通路４に接続された下流側パイパス通路１１と、下流側バイパス通路１１に介装されたバイパス触媒コンバータ１３を備え、上流側メイン通路３と上流側バイパス通路６との分岐位置に、気筒１から排出された排気の全量を上流側メイン通路３あるいはパイパス通路６のいずれか一方に案内する流路切換弁２を設けたため、排気を気筒１から上流側メイン通路３へ排気を案内している際に、排気の一部が上流側パイパス通路６へ侵入するのを防止して、異音やエンジン出力の低下を防止できると同時にパイパス触媒コンバータ１１の耐久性を向上できる。
【００３３】
また、連通穴２２ｂを弁体２２の底部２２ａに近接して設けたため、排気の圧力損失が増大するのを抑えることができる。
【００３４】
また、弁体２２が排気の抵抗体と作用することがない上、その底部２２ａに曲部Ｒを形成したため、排気を連通穴２２ｂへスムーズに導くことができる。
【実施例２】
【００３５】
以下、実施例２を説明する。
実施例２において、実施例１と同様の構成部材については同じ符号を付してその説明は省略し、相違点のみ詳述する。
【００３６】
図４は実施例２の流路切換弁の断面図であり、エンジンの冷間時を説明する図、図５は実施例２の流路切換弁の断面図であり、エンジンの高温時を説明する図である。
【００３７】
図４に示すように、実施例２では、流路切換弁３０の固定軸２６の他端部がモータＭの回転軸２９に同軸上に固定される他、筒状部材２１の外周部に接続管２４と接続管２４とが該筒状部材２１の周方向に離間した状態でそれぞれ連通接続されている。
これによって、モータＭの駆動により固定軸２６を軸周り（図中矢印方向）に所定角度だけ回転させることにより、弁体２２を周方向に所定角度だけ回転移動可能となっている。
【００３８】
従って、排気を各気筒１から上流側パイパス通路６へ案内する際には、図４に示すように、弁体２２を周方向へ回転移動させて連通穴２２ｂを接続管２５に連通させることにより、排気の全量を上流側バイパス通路６へ案内する。
【００３９】
一方、排気を各気筒１から上流側メイン通路３へ案内する際には、図５に示すように、弁体２２を周方向へ回転移動させて連通穴２２ｂを接続管２４に連通させることにより、排気の全量を上流側メイン通路３へ案内する。
【００４０】
従って、実施例２では、実施例１に比べて更に簡便且つコンパクトな構成でもって同様の作用効果を得ることができる。
【００４１】
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。
【００４２】
例えば、前述した実施例では全ての流路切換弁が同時に同じ動作を行うこととしたが、個別に異なるタイミングで異なる作動をさせることも可能である。
また、弁体２２を移動させる駆動構造は適宜設定でき、例えば、図６、７に示すように、固定軸２６の他端部を油圧式またはエア式のアクチュエータ４０のピストンロッド４１に連結して代用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例１の排気装置を示す図である。
【図２】図１の矢視Ａ１による実施例１の流路切換弁の断面図であり、エンジンＥの冷間時を説明する図である。
【図３】図１の矢視Ａ１による実施例１の流路切換弁の断面図であり、エンジンの高温時を説明する図である。
【図４】実施例２の流路切換弁の断面図であり、エンジンの冷間時を説明する図である。
【図５】実施例２の流路切換弁の断面図であり、エンジンの高温時を説明する図である。
【図６】その他の実施例の流路切換弁の断面図であり、エンジンの冷間時を説明する図である。
【図７】その他の実施例の流路切換弁の断面図であり、エンジンの高温時を説明する図である。
【符号の説明】
【００４４】
Ｅ  エンジン
Ｍ  モータ
Ｒ  曲部
１  気筒
２  流路切換弁
３  上流側メイン通路
４  下流側メイン通路
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
２１  筒状部材
２２  弁体
２２ａ  底部
２２ｂ  連通穴
２３  ヘッドフランジ
２４、２５  接続管
２６  固定軸
２６ａ  枢軸
２７  第２リンク部材
２７ａ  長穴
２８  保持キャップ
２９  回転軸
３０  流路切換弁
４０  アクチュエータ
【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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【図７】
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