(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１壁体と中央壁体とから形成される第１通路と、前記中央壁体から形成される中央入口通路と、第２壁体と前記中央壁体とから形成される第２通路とを、中心軸芯と直交する方向に順に積層した３通路積層構造をもつと共に、前記中央入口通路の向かい側に連通して配置した単一の出口通路をもち、且つ、前記第１通路の先端部と前記中央入口通路の先端部とを連通する第１開口と、前記第２通路の先端部と前記中央入口通路の先端部とを連通する第２開口とをもつボディと、
前記第１通路、前記中央入口通路、前記第２通路及び前記出口通路の接続部分に揺動軸を介して揺動可能に枢支され、一方向への揺動に伴い、前記中央入口通路と前記第１通路とを連通し且つ前記出口通路と前記第２通路とを連通すると共に、前記中央入口通路と前記第２通路との連通を閉鎖し、他方向への揺動に伴い、前記中央入口通路と前記第２通路とを連通し且つ前記出口通路と前記第１通路とを連通すると共に、前記中央入口通路と前記第１通路との連通を閉鎖する揺動弁とを具備した流路切替バルブであって、
前記３通路積層構造は、前記中央入口通路を通過した流体が前記第１通路、前記第２通路の順に通過する形態、または、前記中央入口通路を通過した流体が前記第２通路、前記第１通路の順に流体が通過する形態とに切り換えられる積層構造であり、
前記揺動弁は、前記ボディの前記中央壁体内において前記揺動軸を介して揺動可能に枢支されており、
前記中央壁体は、前記揺動弁のうち前記中央入口通路側の揺動一端部が対面する第１座部と、前記揺動弁のうち前記出口通路側の揺動他端部が対面する第２座部とをもち、前記第２座部は、前記揺動弁の前記揺動軸上に設置された球中心を有する仮想球体の外周面の一部を区画する円弧凹状面で形成されていることを特徴とする流路切替バルブ。
【請求項２】
第１壁体と中央壁体とから形成される第１通路と、前記中央壁体から形成される中央入口通路と、第２壁体と前記中央壁体とから形成される第２通路とを、中心軸芯と直交する方向に順に積層した３通路積層構造をもつと共に、前記中央入口通路の向かい側に連通して配置した単一の出口通路をもち、且つ、前記第１通路の先端部と前記中央入口通路の先端部とを連通する第１開口と、前記第２通路の先端部と前記中央入口通路の先端部とを連通する第２開口とをもつボディと、
前記第１通路、前記中央入口通路、前記第２通路及び前記出口通路の接続部分に揺動軸を介して揺動可能に枢支され、一方向への揺動に伴い、前記中央入口通路と前記第１通路とを連通し且つ前記出口通路と前記第２通路とを連通すると共に、前記中央入口通路と前記第２通路との連通を閉鎖し、他方向への揺動に伴い、前記中央入口通路と前記第２通路とを連通し且つ前記出口通路と前記第１通路とを連通すると共に、前記中央入口通路と前記第１通路との連通を閉鎖する揺動弁とを具備した流路切替バルブであって、
前記３通路積層構造は、前記中央入口通路を通過した流体が前記第１通路、前記第２通路の順に通過する形態、または、前記中央入口通路を通過した流体が前記第２通路、前記第１通路の順に流体が通過する形態とに切り換えられる積層構造であり、
前記揺動弁は、前記ボディの前記中央壁体内において前記揺動軸を介して揺動可能に枢支されており、
前記中央壁体は、前記揺動弁のうち前記中央入口通路側の揺動一端部が対面する第１座部と、前記揺動弁のうち前記出口通路側の揺動他端部が対面する第２座部とをもち、前記第１座部及び前記第２座部は、前記揺動弁の前記揺動軸上の中央に設置された球中心を有する仮想球体の外周面の一部を区画する円弧凹状面で形成されていることを特徴とする流路切替バルブ。
【請求項３】
請求項１において、前記揺動弁の平面図では、前記揺動弁のうち前記揺動軸の中心軸芯から前記揺動一端部までの弁部分の外郭は楕円に相応する円弧で規定されており、前記揺動軸の中心軸芯から前記揺動他端部までの弁部分の外郭は真円に相応する円弧で規定されており、前記揺動弁のうち前記揺動軸の中心軸芯から前記揺動一端部までの距離をＬ１とし、前記揺動軸の中心軸芯から前記揺動他端部までの距離をＬ２としたとき、Ｌ１＞Ｌ２に設定されていることを特徴とする流路切替バルブ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、内燃機関の排気ポートから排出された排気ガスを排気ガス浄化装置に送給することを特徴とする流路切替バルブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は流路切替バルブに関する。本発明は例えば内燃機関等の駆動機関の排気系または吸気系に使用される流路切替バルブに適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の排気系に使用される流路切替バルブを例にとって従来技術について説明する。内燃機関の排気系に使用される流路切替バルブとして、図１１に示すように、内燃機関の排気ポートにつながる１個の中央入口通路１００と中央入口通路１００から拡開方向に分岐された２個の出口通路１０１、１０２とを備えたボディ１０３と、ボディ１０３に揺動軸２０１を介して揺動可能に枢支されたバタフライ弁２００とを具備しているものが知られている（特開平５−１７１９２０号公報の従来技術に係る図３参照）。このものでは、中央入口通路１００の中心軸芯に沿った断面において、図１１に示すように、ボディ１０３は１個の中央入口通路１００と２個の出口通路１０１、１０２とで形成されており、全体が逆Ｙ字形状をなしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、この流路切替バルブのボディ１０３は、中央入口通路１００の中心軸芯に沿った断面では、１個の中央入口通路１００と拡開方向に分岐された２個の出口通路１０１、１０２とで形成され、全体として逆Ｙ字形状をなしている。このように出口通路１０１、１０２が拡開方向に分岐しているため、流路切替バルブのサイズの小型化には限界があった。
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、小型化を図り得る流路切替バルブを提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
様相１に係る本発明の流路切替バルブは、第１壁体と中央壁体とから形成される第１通路と、前記中央壁体から形成される中央入口通路と、第２壁体と前記中央壁体とから形成される第２通路とを、中心軸芯と直交する方向に順に積層した３通路積層構造をもつと共に、前記中央入口通路の向かい側に連通して配置した単一の出口通路をもち、且つ、前記第１通路の先端部と前記中央入口通路の先端部とを連通する第１開口と、前記第２通路の先端部と前記中央入口通路の先端部とを連通する第２開口とをもつボディと、
前記第１通路、前記中央入口通路、前記第２通路及び前記出口通路の接続部分に揺動軸を介して揺動可能に枢支され、一方向への揺動に伴い、前記中央入口通路と前記第１通路とを連通し且つ前記出口通路と前記第２通路とを連通すると共に、前記中央入口通路と前記第２通路との連通を閉鎖し、他方向への揺動に伴い、前記中央入口通路と前記第２通路とを連通し且つ前記出口通路と前記第１通路とを連通すると共に、前記中央入口通路と前記第１通路との連通を閉鎖する揺動弁とを具備した流路切替バルブであって、
前記３通路積層構造は、前記中央入口通路を通過した流体が前記第１通路、前記第２通路の順に通過する形態、または、前記中央入口通路を通過した流体が前記第２通路、前記第１通路の順に流体が通過する形態とに切り換えられる積層構造であり、
前記揺動弁は、前記ボディの前記中央壁体内において前記揺動軸を介して揺動可能に枢支されており、前記中央壁体は、前記揺動弁のうち前記中央入口通路側の揺動一端部が対面する第１座部と、前記揺動弁のうち前記出口通路側の揺動他端部が対面する第２座部とをもち、前記第２座部は、前記揺動弁の前記揺動軸上に設置された球中心を有する仮想球体の外周面の一部を区画する円弧凹状面で形成されていることを特徴とするものである。
様相２に係る本発明の流路切替バルブは、第１壁体と中央壁体とから形成される第１通路と、前記中央壁体から形成される中央入口通路と、第２壁体と前記中央壁体とから形成される第２通路とを、中心軸芯と直交する方向に順に積層した３通路積層構造をもつと共に、前記中央入口通路の向かい側に連通して配置した単一の出口通路をもち、且つ、前記第１通路の先端部と前記中央入口通路の先端部とを連通する第１開口と、前記第２通路の先端部と前記中央入口通路の先端部とを連通する第２開口とをもつボディと、
前記第１通路、前記中央入口通路、前記第２通路及び前記出口通路の接続部分に揺動軸を介して揺動可能に枢支され、一方向への揺動に伴い、前記中央入口通路と前記第１通路とを連通し且つ前記出口通路と前記第２通路とを連通すると共に、前記中央入口通路と前記第２通路との連通を閉鎖し、他方向への揺動に伴い、前記中央入口通路と前記第２通路とを連通し且つ前記出口通路と前記第１通路とを連通すると共に、前記中央入口通路と前記第１通路との連通を閉鎖する揺動弁とを具備した流路切替バルブであって、
前記３通路積層構造は、前記中央入口通路を通過した流体が前記第１通路、前記第２通路の順に通過する形態、または、前記中央入口通路を通過した流体が前記第２通路、前記第１通路の順に流体が通過する形態とに切り換えられる積層構造であり、
前記揺動弁は、前記ボディの前記中央壁体内において前記揺動軸を介して揺動可能に枢支されており、前記中央壁体は、前記揺動弁のうち前記中央入口通路側の揺動一端部が対面する第１座部と、前記揺動弁のうち前記出口通路側の揺動他端部が対面する第２座部とをもち、前記第１座部及び前記第２座部は、前記揺動弁の前記揺動軸上の中央に設置された球中心を有する仮想球体の外周面の一部を区画する円弧凹状面で形成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
本発明に係る流路切替バルブのボディは、３通路積層構造をもち、第１通路、中央入口通路及び第２通路が中心軸芯と直交する方向に順に積層されているため、流路切替バルブボディの小型化を図り得る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明に係る流路切替バルブにおいては、次の少なくとも一つの実施形態を採用することができる。
【０００８】
・本発明に係る流路切替バルブは、排気ガスや空気等の流体の流路を切り替えるためのバルブであり、従って内燃機関等の駆動機関に装備することができる。内燃機関に適用する場合には、内燃機関の排気ポートからの排気ガスが流れる排気系に装備されても良いし、内燃機関の吸気ポートに空気を供給する吸気系に装備されても良い。前者の場合には内燃機関の排気ポートから排出された排気ガスを排気ガス浄化装置に送給する流路切替バルブに適用することができる。排気ガス浄化装置としては、排気ガスに含まれている有害成分（パティキュレート、窒素酸化物等）を捕獲したり除去したりして排気ガスを浄化する浄化装置に適用でき、捕獲フィルタ方式でも、触媒方式でも良い。内燃機関としてはディーゼルエンジン、ガソリンエンジンのいずれでも良い。
【０００９】
・中央入口通路、第１通路及び第２通路がボディの中心軸芯と直交する方向に積層された３通路積層構造が採用されている。この場合、中央入口通路、第１通路及び第２通路が互いに平行にまたは実質的に平行に積層されている実施形態を採用することができる。これによりボディの一層の小型化を図り得る。中央入口通路の長さ、第１通路の長さ及び第２通路の長さは、適宜設定することができる。第１通路の流路断面積と第２通路の流路断面積とを同様な大きさとすることができる。
【００１０】
・ボディとしては、揺動弁のうち中央入口通路側の揺動一端部が対面する第１座部と、揺動弁のうち出口通路側の揺動他端部が対面する第２座部とをもつ実施形態を採用することができる。第２座部としては、揺動弁の揺動軸上に設置された球中心を有する仮想球体の外周面の一部を区画する円弧凹状面で形成されている実施形態を採用することができる。この場合には、第２座部は、揺動弁の揺動軸上に設置された球中心を有する仮想球体の外周面の一部を区画する円弧凹状面で形成されているため、揺動弁のうち出口通路側の揺動他端部は第２座部の円弧凹状面の表面に沿って揺動することができる。このため、揺動弁の揺動角度が変化したとしても、揺動角度の変化の影響を避けつつ、揺動弁の揺動他端部と第２座部との間におけるシール性が確保される。
【００１１】
・また、第１座部及び第２座部としては、揺動弁の揺動軸上の中央に設置された球中心を有する仮想球体の外周面の一部を区画する円弧凹状面で形成されている実施形態を採用することができる。この場合には、第１座部及び第２座部の双方は、仮想球体の外周面の一部を区画する円弧凹状面で形成されているため、揺動弁のうち中央入口通路側の揺動一端部は第１座部の円弧凹状面の表面に沿って揺動することができると共に、揺動弁のうち出口通路側の揺動他端部は第２座部の円弧凹状面の表面に沿って揺動することができる。このため、揺動弁の揺動角度が変化したとしても、揺動角度の影響を避けつつ、揺動弁のうち中央入口通路側の揺動一端部と第１座部との間におけるシール性が確保されると共に、揺動弁のうち出口通路側の揺動他端部と第２座部との間におけるシール性が確保される。更に揺動弁の閉弁時に、揺動弁の揺動一端部及び揺動他端部がボディの第１座部や第２座部に衝突することを回避でき、衝突音に起因する異音を解消できる。
【００１２】
・揺動弁の平面図では、揺動弁のうち、揺動軸の中心軸芯から揺動一端部までの弁部分の外郭は楕円に相応する円弧で規定されており、揺動軸の中心軸芯から揺動他端部までの弁部分の外郭は真円に相応する円弧で規定されている実施形態を採用することができる。相応とは、等しいか、ほぼ等しいことを意味する。この場合には、排気ガスや揺動弁のうち揺動軸の中心軸芯から揺動一端部までの距離をＬ１とし、揺動軸の中心軸芯から揺動他端部までの距離をＬ２としたとき、Ｌ１はＬ２よりも大きく（Ｌ１＞Ｌ２）設定されている実施形態を採用することができる。この場合には、排気ガスや空気等の気体がボディ内に流れると、揺動弁のうちＬ１側の弁部分に作用するトルクをＴ１とし、揺動弁のうちＬ２側の弁部分に作用するトルクをＴ２としたとき、受圧面積の相違により、Ｔ１＞Ｔ２とすることができ、揺動弁のうち中央入口通路側の揺動一端部と第１座部との間におけるシール性が確保され易くなる。
【００１３】
・揺動弁のうち、揺動軸の中心軸芯から揺動一端部までの面積をＳ１とし、揺動軸の中心軸芯から揺動他端部までの面積をＳ２としたとき、Ｓ１はＳ２よりも大きく（Ｓ１＞Ｓ２）設定されている実施形態を採用することができる。この場合には、排気ガスや空気等の気体がボディ内に流れると、揺動弁のうちＳ１に相当する弁部分に作用するトルクをＴ１とし、揺動弁のうちＳ２に相当する弁部分に作用するトルクをＴ２としたとき、受圧面積の相違により、Ｔ１＞Ｔ２とすることができ、揺動弁のうち中央入口通路側の揺動一端部と第１座部との間におけるシール性が確保され易くなる。
【００１４】
・揺動弁の平面図では、揺動弁は真円に相応する円形状とすることもできる。相応とは、等しいか、ほぼ等しいことを意味する。この場合には、揺動弁のうち揺動軸の中心軸芯から揺動一端部までの距離をＬ１とし、揺動軸の中心軸芯から揺動他端部までの距離をＬ２としたとき、Ｌ１はＬ２と基本的には同様な値（Ｌ１=Ｌ２、Ｌ１≒Ｌ２）に設定される。
【００１５】
【実施例】
（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１〜図５を参照して具体的に説明する。本実施例は車両等の内燃機関（ディーゼルエンジン）の排気ポートから排気ガスを排出する排気系に適用したものである。図１は流路切替バルブの側面図、図２及び図３は中央入口通路の中心軸芯に沿った流路切替バルブの閉弁状態の断面図、図４は流路切替バルブの平面図、図５は揺動弁自体の平面図をそれぞれ示す。本実施例に係る流路切替バルブのボディ１は金属製であり、３通路が積層された３通路積層構造を有する。従って、図２、図３に示すように、第１壁体２１と中央壁体２３とから形成される第１通路１１と、中央壁体２３から形成される中央入口通路１３と、第２壁体２２と中央壁体２３とから形成される第２通路１２とが、中央入口通路１３の中心軸芯Ｐ１と直交する方向に沿って順に積層されている。中央入口通路１３の向かい側には、中央入口通路１３に連通可能に配置された単一の出口通路１４が中央壁体２３により同軸的に形成されている。従って出口通路１４は中央入口通路１３の中心軸芯Ｐ１と共通の中心軸芯を有し、中央入口通路１３の延長線上に形成されている。中央入口通路１３及び出口通路１４は共に横断面で円形状をなしているものの、中央入口通路１３の内径は出口通路１４の内径よりも大きく設定されている。第１通路１１の流路横断面積は第２通路１２の流路横断面積と同様の大きさとされている。図１及び図４に示すように、ボディ１の中央壁体２３には、横方向（排気ガスの流れと交差する方向）に突出する軸受筒２４が設けられている。なお図２及び図３は中央入口通路１３の中心軸芯Ｐ１に沿った断面を示す。
【００１６】
図４は中央入口通路１３の上流側からボディ１を視認した状態を示す。図４に示すように、第１壁体２１は、互いに対向する直状部２１ａと、直状部２１ａに隣設する丸み部２１ｂと、丸み部２１ｂ間に配置された直状部２１ｃとを有する。第２壁体２２は、互いに対向する直状部２２ａと、直状部２２ａに隣設する丸み部２２ｂと、丸み部２２ｂ間に配置された直状部２２ｃとを有する。
【００１７】
中央入口通路１３の上流側からボディ１を視認したとき、図４に示すように、ボディ１の平面形状は、ＳＡ×ＳＢのサイズで規定され且つ隅部が丸みを帯びる略四角筒形状をなしている。中央入口通路１３の上流側からボディ１を視認したとき、中央入口通路１３の基端部１３ｋの平面形状は円形状であり、第１通路１１の基端部１１ｋの平面形状は非円形状（変形Ｃ形状）であり、中央壁体２３の壁部分２３ｙと第１壁体２１の直状部２１ａとで形成された小容積部２５を有する。第２通路１２の基端部１２ｋの平面形状は非円形状（変形逆Ｃ形状）であり、中央壁体２３の壁部分２３ｙと第２壁体２２の直状部２２ａとで形成された小容積部２５を有する。なお、小容積部２５は軸受筒２４の側に向かうにつれて次第に流路部分が狭くなるようにされている。
【００１８】
図１に示すように、中央入口通路１３の基端部１３ｋは、気体である排気ガスを供給する気体源４０（内燃機関の排気ポート）に流路８０を介して接続されており、気体源４０から排気ガスが供給される。第１通路１１の基端部１１ｋ及び第２通路１２の基端部１２ｋは共に、流路８１，８２を介して対象物４１（排気ガス浄化装置）に接続されている。
【００１９】
ボディ１には、中央壁体２３の一部を貫通させることにより、第１通路１１の先端部と中央入口通路１３の先端部とを連通する第１開口３１が形成されている。中央壁体２３の他の一部を貫通させることにより、第２通路１２の先端部と中央入口通路１３の先端部とを連通する第２開口３２が形成されている。第１開口３１及び第２開口３２は、中心軸芯Ｐ１と交差する向きに貫通するように互いに対向する位置に形成されており、ほぼ同一の流路径とされている。第１開口３１及び第２開口３２は、ボディ１内で排気ガスをＵターンさせ得るものである。
【００２０】
揺動弁５は板状をなすいわゆるバタフライ弁であり、ボディ１内において、殊に、第１通路１１、中央入口通路１３、第２通路１２及び出口通路１４の接続部分に揺動軸５１を介して揺動可能に枢支されている。揺動軸５１は、ボディ１に設けられた軸受筒２４に軸受２４ｘを介して回動可能に配置されており、図略のアクチュエータ（例えばモータ、シリンダ装置）によって作動されるようにアクチュエータに接続されている。揺動弁５の平面図を表現する図５に示すように、揺動弁５には貫通状態の複数の取付孔５２が形成されている。図１及び図４に示すように、揺動弁５の取付孔５２に挿通した取付具５９を揺動軸５１に固定することにより、揺動弁５は揺動軸５１に一体的に取り付けられている。揺動弁５の揺動一端部５５には面取処理が施されており、面取傾斜面５５ｗが形成されている。
【００２１】
図５では、揺動弁５における揺動軸５１の中心軸芯はＭで示されている。揺動弁５のうち揺動軸５１の中心軸芯Ｍから揺動一端部５５までの弁部分５１ｒの外郭５１ｒａは、中心軸芯Ｍの中央位置ＭＡを楕円中心として規定された楕円形状に相応する円弧で規定されている。揺動弁５のうち揺動軸５１の中心軸芯Ｍの中央位置ＭＡから揺動他端部５６までの弁部分５１ｓの外郭５１ｓａは、中心軸芯Ｍの中央位置ＭＡを真円中心として規定された真円形状に相応する円弧で規定されている。この場合には、揺動弁５のうち揺動軸５１の中心軸芯Ｍから揺動一端部５５までの距離をＬ１とし、揺動軸５１の中心軸芯Ｍから揺動他端部５６までの距離をＬ２としたとき、Ｌ１はＬ２よりも大きく（Ｌ１＞Ｌ２）設定されている。従って、揺動弁５のうち、揺動軸５１の中心軸芯Ｍから揺動一端部５５までの面積をＳ１とし、揺動軸５１の中心軸芯Ｍから揺動他端部５６までの面積をＳ２としたとき、Ｓ１はＳ２よりも大きく（Ｓ１＞Ｓ２）設定されている。
【００２２】
図２、図３に示すように、ボディ１には、揺動弁５のうち中央入口通路１３側の揺動一端部５５が対面して着座する第１座部６が形成されており、更に、揺動弁５のうち出口通路１４側の揺動他端部５６が対面する第２座部７が形成されている。第１座部６及び第２座部７は中央壁体２３の一部で形成されている。揺動弁５の揺動軸５１における中心軸芯Ｍの中央位置ＭＡに設置された仮想の球中心をＮとしたとき、第２座部７は、仮想の球中心Ｎを有する仮想球体９０の外周面９０ａの一部を区画する円弧凹状面７０で形成されており、従って第２座部７は球座を構成している。なお円弧凹状面７０は、中央入口通路１３の中心軸芯Ｐ１を１周するように形成されている。
【００２３】
アクチュエータの駆動により、図２に示すように、揺動弁５が一方向である矢印Ａ１方向へ揺動して一端部５５が第１座部６に当接して揺動弁５が閉弁されると、中央入口通路１３と第１通路１１とが第１開口３１を介して連通され、且つ、出口通路１４と第２通路１２とが第２開口３２を介して連通されると共に、中央入口通路１３と第２通路１２との連通が閉鎖される。この状態では、閉弁状態の揺動弁５により中央入口通路１３と出口通路１４との連通は閉鎖されている。なお揺動弁５が閉弁しているときには、揺動一端部５５の面取傾斜面５５ｗは第１座部６に当接する。
【００２４】
アクチュエータの駆動により、図３に示すように、揺動弁５が他方向である矢印Ａ２方向へ揺動して揺動一端部５５が第１座部６に当接して揺動弁５が閉弁されると、中央入口通路１３と第２通路１２とが第２開口３２を介して連通され、出口通路１４と第１通路１１とが第１開口３１を介して連通されると共に、中央入口通路１３と第１通路１１との連通が閉鎖される。この状態では、閉弁状態の揺動弁５により中央入口通路１３と出口通路１４との連通は閉鎖されている。
【００２５】
使用の際には、図１に示すように、流路切替バルブはボディ１の取付フランジ１ｗを介して内燃機関の排気系に取り付けられる。気体源４０（内燃機関の排気ポート）から排出された排気ガスは、流路８０を経て中央入口通路１３に供給される。ここで、排気ガスを第１通路１１及び流路８１を経て対象物４１（排気ガス浄化装置）に流す場合には、図略のアクチュエータにより、一方向である矢印Ａ１方向へ揺動弁５が揺動されて閉弁状態となる。この結果、図２に示すように、中央入口通路１３と第１通路１１とが第１開口３１を介して連通され、且つ、出口通路１４と第２通路１２とが第２開口３２を介して連通されると共に、中央入口通路１３と第２通路１２との連通が閉鎖される。従って排気ガスは矢印Ｅ１〜Ｅ９方向に流れ、中央入口通路１３→第１開口３１→第１通路１１→対象物４１→第２通路１２→第２開口３２→出口通路１４の順に流れ、最終的には外気に放出される。この状態では、中央入口通路１３と出口通路１４とは揺動弁５により閉鎖されている。なお、図２から理解できるように、中央入口通路１３から第１通路１１に排気ガスが流れる際には、排気ガスは第１開口３１でＵターンする。
【００２６】
また排気ガスを第２通路１２及び流路８２を経て対象物４１（排気ガス浄化装置）に流す場合には、図略のアクチュエータにより、他方向である矢印Ａ２方向へ揺動弁５が揺動されて閉弁状態となる。この結果、図３に示すように、中央入口通路１３と第２通路１２とが第２開口３２を介して連通され、且つ、出口通路１４と第１通路１１とが第１開口３１を介して連通されると共に、中央入口通路１３と第１通路１１との連通が閉鎖される。従って排気ガスは矢印Ｆ１〜Ｆ９方向に流れ、中央入口通路１３→第２開口３２→第２通路１２→対象物４１→第１通路１１→第１開口３１→出口通路１４の順に流れ、最終的には外気に放出される。この状態では、中央入口通路１３と出口通路１４との連通は揺動弁５により閉鎖されている。なお、図３から理解できるように、中央入口通路１３から第２通路１２に排気ガスが流れる際には、排気ガスは第２開口３２でＵターンする。
【００２７】
上記したように汚染物質を含む排気ガスが流路切替バルブを経た後に対象物４１（排気ガス浄化装置）を通過するため、排気ガスに含まれている汚染物質（パティキュレート等）が除去され、排気ガスは浄化される。従って、中央入口通路１３を流れる排気ガスは浄化処理が施されていないものの、出口通路１４を流れる排気ガスは浄化処理済みである。
【００２８】
本実施例においては、前記したように揺動弁５の寸法関係としてはＬ１はＬ２よりも大きく（Ｌ１＞Ｌ２）設定されているため、図２又は図３に示すように揺動弁５が閉弁されている場合、排気ガスがボディ１内に流れると、揺動弁５のうちＬ１側の弁部分５１ｒに図示矢印方向に作用するトルクをＴ１とし、揺動弁５のうちＬ２側の弁部分５１ｓに図示矢印方向に作用するトルクをＴ２としたとき、受圧面積の相違により、トルクＴ１はトルクＴ２よりも大きくなる（Ｔ１＞Ｔ２）。故に、図２に示す閉弁状態に揺動弁５が切り替えられたときにおいては、揺動弁５の揺動一端部５５はこれが閉じる方向つまり矢印Ｋ１方向に付勢される。また図３に示す閉弁状態に揺動弁５が切り替えられたときにおいては、揺動弁５の揺動一端部５５はこれが閉じる方向つまり矢印Ｋ１’方向に付勢される。よって、図２に示すような閉弁状態、図３に示すような閉弁状態において、揺動弁５の揺動一端部５５と第１座部６との間におけるシール性が良好に確保される。
【００２９】
更に本実施例においては、前記したように第２座部７は、仮想球体９０の外周面９０ａの一部を区画する円弧凹状面７０で形成されて球座を構成しているため、揺動弁５の揺動他端部５６は第２座部７の円弧凹状面７０の表面に沿って揺動することができる。このため、揺動弁５の揺動角度が変化したとしても、揺動角度の変化の影響を避けつつ、揺動弁５の揺動他端部５６と第２座部７との間におけるシール性が確保される。
【００３０】
流路切替バルブにおける排気ガスの洩れ抑制について、図２及び図３を参照して説明を加える。対象物４１（排気ガス浄化装置）は排気ガスの通過に対して抵抗性をもつ。このため、図２に示す閉弁状態に揺動弁５が切り替えられているときにおいて、中央入口通路１３→第１開口３１→第１通路１１と流れる排気ガスの流速は、第２通路１２→第２開口３２→出口通路１４に流れる排気ガスの流速に比較して速い。よって排気ガスが中央入口通路１３→第１開口３１→第１通路１１を経て矢印Ｅ１〜Ｅ９方向（図２参照）に流れるとき、中央入口通路１３の圧力は、平均的には、出口通路１４と第２通路１２との接続部分における圧力よりも低くなる。従って、事情により揺動弁５の揺動一端部５５と第１座部６との間に微小隙間が仮に生成していたとしても、出口通路１４側の排気ガスが中央入口通路１３側に吸い込まれる効果を期待することができる。これにより中央入口通路１３の浄化処理前の排気ガスが出口通路１４の側に漏れ出ることが抑制され、結果として、中央入口通路１３の浄化処理前の排気ガスが出口通路１４側の浄化処理後の排気ガスと混入することが抑制される。
【００３１】
更に本実施例においては、図２に示すように、中央壁体２３から第２開口３２に向けて突出壁２３ｘが延設されており、この突出壁２３ｘの突出端が、図２に示すように閉弁されている状態の揺動弁５の揺動一端部５５の位置よりも出口通路１４側に突出している。このため突出壁２３ｘがガス流れに対して障壁となり、閉弁状態の揺動弁５の揺動一端部５５と突出壁２３ｘとで区画された空間２３ｍ付近におけるガスの流速はかなり低下する。よって排気ガスが中央入口通路１３を流れるとき、事情により揺動弁５の揺動一端部５５と第１座部６との間に微小隙間が仮に生成していたとしても、空間２３ｍの排気ガスが中央入口通路１３側に吸い込まれる効果を期待することができる。これにより中央入口通路１３の浄化前の排気ガスが空間２３ｍの側に漏れ出ることが抑制され、結果として、中央入口通路１３の浄化前の排気ガスが出口通路１４側の浄化処理後の排気ガスと混入することが抑制される。
【００３２】
また、図３に示すように、中央壁体２３から第１開口３１に向けて突出壁２３ｘが延出されており、この突出壁２３ｘの突出端が、図３に示すように閉弁されている状態の揺動弁５の揺動一端部５５の位置よりも出口通路１４側に突出している。このため突出壁２３ｘがガス流れに対して障壁となり、閉弁状態の揺動弁５の揺動一端部５５と突出壁２３とで区画された空間２３ｍ付近におけるガスの流速はかなり低下する。従って、図３に示す閉弁状態に揺動弁５が切り替えられているときにおいても、図２に示す閉弁状態の場合と同様な吸い込み効果を期待することができる。これにより図３に示す閉弁状態に揺動弁５が切り替えられているときにおいても、中央入口通路１３を流れる浄化前の排気ガスが空間２３ｍの側に漏れ出てて出口通路１４側の浄化処理後の排気ガスと混入することが抑制される。
【００３３】
本実施例に係る流路切替バルブのボディ１は、第１壁体２１と中央壁体２３とから形成される第１通路１１と、中央壁体２３から形成される中央入口通路１３と、第２壁体２２と中央壁体２３とから形成される第２通路１２とが、中心軸芯Ｐ１と直交する方向に順に積層された３通路積層構造をもつ。このように第１通路１１、中央入口通路１３及び第２通路１２が中心軸芯Ｐ１と直交する方向に積層されているため、ボディ１１の小型化を図り得る。
【００３４】
（第２実施例）
以下、本発明の第２実施例について図６〜図８を参照して具体的に説明する。本実施例は前記した第１実施例と基本的には同様の構成であり、内燃機関の排気ポートから排気ガスを排出する排気系に適用したものであり、第１実施例と基本的には同様の作用効果を奏する。前記した実施例と共通する部位には共通の符号を付する。図６は流路切替バルブの側面図、図７は流路切替バルブの平面図、図８は揺動弁５自体の平面図を示す。本実施例に係る流路切替バルブのボディ１も第１実施例と同様に３通路積層構造を有する。従って、第１壁体２１と中央壁体２３とから形成される第１通路１１と、中央壁体２３から形成される中央入口通路１３と、第２壁体２２と中央壁体２３とから形成される第２通路１２とが、中央入口通路１３の中心軸芯Ｐ１と直交する方向に沿って順に積層されている。中央入口通路１３の向かい側に連通して配置した単一の出口通路１４が形成されている。出口通路１４は中央入口通路１３の延長線上に形成されている。第２実施例に係る中央入口通路１３を形成する中央壁体２３の基端部２３ｋは縮径方向に曲成されており、従って、第２実施例に係る中央入口通路１３の基端部１３ｋの開口面積は、第１実施例に係る中央入口通路１３の基端部１３ｋの開口面積よりも小さく設定されている。図７は中央入口通路１３の上流側からボディ１を視認した状態を示す。図７に示すように、第１壁体２１は、互いに対向する第１直状部２１ａと、第１直状部２１ａに隣設する丸み部２１ｂと、丸み部２１ｂ間に配置された第２直状部２１ｃとを有する。第２壁体２２は、互いに対向する第１直状部２２ａと、第１直状部２２ａに隣設する丸み部２２ｂと、丸み部２２ｂ間に配置された第２直状部２２ｃとを有する。中央入口通路１３の上流側からボディ１を視認したとき、図７に示すように、中央入口通路１３の基端部１３ｋの開口は楕円形状であり、第１通路１１は非円形状であり、中央壁体２３の壁部分２３ｙと第１壁体２１の直状部２１ａとで形成された小容積部２５を有する。第２通路１２は非円形状であり、中央壁体２３の壁部分２３ｙと第２壁体２２の直状部２２ａとで形成された小容積部２５を有する。なお、小容積部２５は軸受筒２４の側に向かうにつれて次第に流路が狭くなるようにされている。
【００３５】
第１実施例の場合と同様に、図６に示すように、中央入口通路１３の基端部１３ｋは、排気ガスを排出する気体源４０（内燃機関の排気ポート）に流路８０を介して接続されている。第１通路１１の基端部１１ｋ及び第２通路１２の基端部１２ｋは共に、対象物４１（排気ガス浄化装置）に流路８１、８２を介して接続されている。ボディ１には、中央壁体２３の一部を貫通させることにより、第１通路１１の先端部と中央入口通路１３の先端部とを連通する第１開口３１が形成されている。中央壁体２３の他の一部を貫通させることにより、第２通路１２の先端部と中央入口通路１３の先端部とを連通する第２開口３２が形成されている。第１開口３１と第２開口３２とは互いに対向する位置に形成されており、ほぼ同様の流路径とされている。
【００３６】
揺動弁５はいわゆるバタフライ弁であり、ボディ１内において、殊に、第１通路１１、中央入口通路１３、第２通路１２及び出口通路１４の接続部分に揺動軸５１を介して揺動可能に枢支されている。揺動弁５の平面図を表現する図８に示すように、揺動弁５には貫通状態の複数の取付孔５２が形成されている。図７に示すように、揺動弁５の取付孔５２に挿通した取付具５９を揺動軸５１に固定することにより、揺動弁５が揺動軸５１に一体的に取り付けられている。
【００３７】
図８に示すように、揺動弁５は真円に相応する円形状とされている。従って、揺動弁５のうち揺動軸５１の中心軸芯Ｍの中央位置ＭＡから揺動一端部５５までの弁部分５１ｒの外郭５１ｒａは、真円形状に相応する円弧で規定されている。また揺動弁５のうち揺動軸５１の中心軸芯Ｍの中央位置ＭＡから揺動他端部５６までの弁部分５１ｓの外郭５１ｓａは、同様に、真円形状に相応する円弧で規定されている。この場合には、揺動弁５のうち揺動軸５１の中心軸芯Ｍの中央位置ＭＡから揺動一端部５５までの距離をＬ１とし、揺動軸５１の中心軸芯の中央位置ＭＡから揺動他端部５６までの距離をＬ２としたとき、Ｌ１はＬ２と等しく（Ｌ１=Ｌ２）設定されている。換言すれば、揺動弁５のうち、揺動軸５１の中心軸芯Ｍから揺動一端部５５までの面積をＳ１とし、揺動軸５１の中心軸芯Ｍから揺動他端部５６までの面積をＳ２としたとき、Ｓ１はＳ２と等しく（Ｓ１=Ｓ２）設定されている。
【００３８】
図６に示すように、ボディ１には、揺動弁５のうち中央入口通路１３側の揺動一端部５５が対面する第１座部６が形成されており、揺動弁５のうち出口通路１４側の揺動他端部５６が対面する第２座部７が形成されている。第１座部６及び第２座部７は中央壁体２３の一部で形成されている。揺動弁５の揺動軸５１の中心軸線Ｍの中央位置ＭＡ上に設置された球中心をＮとするとき、第１座部６は、球中心Ｎを有する仮想球体９０の外周面９０ａの一部を区画する円弧凹状面６０で形成されている。第２座部７は、第１実施例と同様に、揺動弁５の揺動軸５１上に設置された球中心Ｎを有する仮想球体９０の外周面９０ａの一部を区画する円弧凹状面７０で形成されている。円弧凹状面６０、７０は中央入口通路１３の中心軸芯Ｐ１を１周するように形成されている。
【００３９】
使用の際には、気体源４０（内燃機関の排気ポート）から吐出された排気ガスは、流路８０を経て中央入口通路１３に供給される。排気ガスを第１通路１１及び流路８１を経て対象物４１（排気ガス浄化装置）に流す場合には、図略のアクチュエータにより、一方向である矢印Ａ１方向へ揺動弁５が揺動されて閉弁状態とされる。この結果、中央入口通路１３と第１通路１１とが第１開口３１を介して連通され、且つ、出口通路１４と第２通路１２とが第２開口３２を介して連通されると共に、中央入口通路１３と第２通路１２との連通が閉鎖される。従って気体源４０（内燃機関の排気ポート）から排出された排気ガスは矢印Ｅ１〜Ｅ９方向に流れ、中央入口通路１３→第１開口３１→第１通路１１→対象物４１→第２通路１２→第２開口３２→出口通路１４の順に流れる。この状態では、閉弁された揺動弁５により中央入口通路１３と出口通路１４との連通は閉鎖されている。
【００４０】
また第２通路１２を経て排気ガスを対象物４１（排気ガス浄化装置）に流す場合には、第１実施例の場合と同様に、図略のアクチュエータにより、他方向である矢印Ａ２方向へ揺動弁５が揺動されて閉弁状態とされる。この結果、中央入口通路１３と第２通路１２とが第２開口３２を介して連通され、且つ、出口通路１４と第１通路１１とが第１開口３１を介して連通されると共に、中央入口通路１３と第１通路１１との連通が閉鎖される。従って気体源４０（内燃機関の排気ポート）から排出された排気ガスは、中央入口通路１３→第２開口３２→第２通路１２→対象物４１→第１通路１１→第１開口３１→出口通路１４の順に流れる。
【００４１】
本実施例においては、第１座部６及び第２座部７の双方は、仮想球体９０の外周面９０ａの一部を区画する円弧凹状面６０、７０で形成されているため、揺動弁５の揺動一端部５５は第１座部６の円弧凹状面６０の表面に沿って揺動することができ、揺動弁５の揺動他端部５６は第２座部７の円弧凹状面７０の表面に沿って揺動することができる。このため、揺動弁５の揺動角度が変化したとしても、揺動角度の変化の影響を避けつつ、揺動弁５の揺動一端部５５と第１座部６との間におけるシール性が確保されると共に、揺動弁５の揺動他端部５６と第２座部７との間におけるシール性が確保される。更に揺動弁５の閉弁時において、揺動弁５の揺動一端部５５や揺動他端部５６がボディ１に衝突することが防止されるため、衝突に起因する異音の低減を図ることができる。
【００４２】
対象物４１（排気ガス浄化装置）は排気ガスの通過に対して抵抗性をもつ。このため、図６に示す閉弁状態に揺動弁５が切り替えられているときにおいて、中央入口通路１３→第１開口３１→第１通路１１と流れる排気ガスの流速は、第２通路１２→第２開口３２→出口通路１４に流れる排気ガスの流速に比較して速い。よって気体源４０から吐出された排気ガスが中央入口通路１３→第１開口３１→第１通路１１を経て矢印Ｅ１〜Ｅ９方向に流れるとき、中央入口通路１３の圧力は、平均的には、出口通路１４における圧力よりも低くなる傾向がある。従って、第１実施例と同様に、出口通路１４と第２通路１２との接続部分における排気ガスが中央入口通路１３側に吸い込まれる効果を期待することができる。これにより中央入口通路１３の浄化処理前の排気ガスが出口通路１４の側に漏れ出ることが抑制される。
【００４３】
更に本実施例においても、図６に示すように、中央壁体２３から第２開口３２に向けて突出壁２３ｘが延設されており、この突出壁２３ｘの突出端が、閉弁状態の揺動弁５の揺動一端部５５の位置よりも出口通路１４側に突出している。このため突出壁２３ｘがガス流れに対して障壁となり、閉弁状態の揺動弁５の揺動一端部５５と突出壁２３ｘとで区画された空間２３ｍにおけるガスの流速はかなり低下する。よって排気ガスが中央入口通路１３を流れるとき、空間２３ｍの排気ガスが中央入口通路１３側に吸い込まれる効果を期待することができ、これにより中央入口通路１３を流れる浄化前の排気ガスが出口通路１４側の空間２３ｍの側に漏れ出ることを抑制することができる。
【００４４】
図６に示す閉弁状態とは逆の閉弁状態に揺動弁５が切り替えられているときにおいて、第１実施例において述べたと同様な吸い込み効果を期待することができる。これにより中央入口通路１３を流れる浄化前の排気ガスが出口通路１４側の浄化処理後の排気ガスと混入することが抑制される。
【００４５】
本実施例に係る流路切替バルブのボディ１は、第１壁体２１と中央壁体２３とから形成される第１通路１１と、中央壁体２３から形成される中央入口通路１３と、第２壁体２２と中央壁体２３とから形成される第２通路１２とが、中心軸芯Ｐ１と直交する方向に順に積層された３通路積層構造をもつ。このように第１通路１１、中央入口通路１３及び第２通路１２が中心軸芯Ｐ１と直交する方向に積層されているため、ボディ１１の小型化を図り得る。
【００４６】
（試験例）
第１実施例に係る流路切替バルブを用いて、ボディ１内の洩れ量について実際に試験を行なった。流路切替バルブ内に流した気体は空気とした。その試験結果を図９及び図１０に示す。図９は流量と圧力差との関係を示す。即ち、図９の横軸は中央入口通路１３を流れる気体の流量を示し、図９の縦軸は中央入口通路１３の圧力ＰＡと出口通路１４の圧力ＰＢとの圧力差（ＰＡ−ＰＢ）を示す。図１０は流速差と洩れ流量との関係を示す。即ち、図１０の横軸は、中央入口通路１３を流れる気体の流速Ｖ１と出口通路１４を流れる気体の流速Ｖ２との流速差（Ｖ１−Ｖ２）を示し、図１０の縦軸は出口通路１４の側から中央入口通路１３に漏れる洩れ流量を示す。
【００４７】
図９の特性線に示すように、中央入口通路１３を流れる気体の流量が増加すると、圧力差が増大していた。殊に流量が５０ｍ3／ｈを越えたあたりから、圧力差が増加した。即ち、図９の特性線から、中央入口通路１３の圧力は出口通路１４の圧力よりも低下していることが確認された。これにより、流路切替バルブを内燃機関の排気系に搭載したとき、流路切替バルブの中央入口通路１３の圧力は出口通路１４の圧力よりも低くなり、中央入口通路１３を流れる浄化処理前の排気ガスが出口通路１４側に漏れることが抑制されるものと推察される。また図１０の特性線に示すように中央入口通路１３側の流速が速く且つ中央入口通路１３と出口通路１４との流速差が増加すると、出口通路１４の側から中央入口通路１３に漏れる洩れ流量が増大していることが確認された。これにより、流路切替バルブを内燃機関の排気系に搭載したとき、流路切替バルブの出口通路１４の側の浄化処理後の排気ガスが中央入口通路１３の側に漏れるため、中央入口通路１３を流れる浄化処理前の排気ガスが出口通路１４側に漏れることが抑制されるものと推察される。なお、出口通路１４の側の排気ガスは対象物４１（排気ガス浄化装置）を一旦通過しており浄化処理済みであるため、中央入口通路１３に漏れたとしても、対象物４１（排気ガス浄化装置）を再び通過するだけであり、一層浄化され、支障はない。
【００４８】
（その他)
上記した実施例は内燃機関の排気ポートから排出された排気ガスの流路を切り替える場合に適用しているが、これに限らず、他の機関の排気ポートから排出された排気ガスの流路を切り替える場合に適用しても良く、あるいは、他のガスや空気等の流路を切り替える場合に適用することもできる。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。実施の形態、実施例に記載の語句は一部であっても各請求項に規定できるものである。
【００４９】
（付記）上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
・各請求項において、ボディ内の流体が中央入口通路から第１通路に至るとき、流体はＵターンすることを特徴とする流路切替バルブ。
・各請求項において、ボディ内の流体が中央入口通路から第２通路に至るとき、流体はＵターンすることを特徴とする流路切替バルブ。
・各請求項において、揺動弁が閉弁している状態において、揺動弁の揺動一端部よりも出口通路側に突出すると共に流体流れに対して障壁となる突出壁を備えていることを特徴とする流路切替バルブ。中央入口通路から出口通路への流体漏れを抑制できる。
・各請求項において、ボディの平面図（図４）では、第１通路、中央入口通路、第２通路が隣設して設けられていることを特徴とする流路切替バルブ。ボディの小型化に有利である。
・各請求項において、ボディの平面図（図４）では、第１通路の開口、中央入口通路の開口、第２通路の開口が順に隣設して設けられており、ボディの平面図と逆方向からみた図では、出口通路が開口して設けられていることを特徴とする流路切替バルブ。ボディの小型化に有利である。
・各請求項において、揺動弁は揺動軸の中心軸芯に対して非対称形状であることを特徴とする流路切替バルブ。揺動弁に対して閉弁方向に作用するトルクにより、揺動弁の揺動一端部を第１座部に良好に当接させ、揺動一端部と第１座部との間のシール性を良好に確保することができる。
・各請求項において、揺動弁の揺動一端部は、揺動弁が閉弁しているときに第１座部に面接触で当接する面取傾斜面を有することを特徴とする流路切替バルブ。揺動弁の揺動一端部を第１座部に良好に当接させ得、揺動弁の揺動一端部と第１座部との間のシール性を良好に確保することができる。
・各請求項において、ボディの平面図において、第１通路の開口及び第２通路の開口は、Ｃ形状及び逆Ｃ形状のいずれかであることを特徴とする流路切替バルブ。
・各請求項において、第１通路の開口及び第２通路の開口は、排気ガス浄化装置等の対象物に連通することを特徴とする流路切替バルブ。
【００５０】
【発明の効果】
本発明に係る流路切替バルブによれば、ボディは３通路積層構造をもち、第１通路、中央入口通路及び第２通路が中心軸芯と直交する方向に順に積層されているため、流路切替バルブを構成するボディの小型化を図り得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】揺動弁が閉弁されている流路切替バルブの側面図である。
【図２】中央入口通路の中心軸芯に沿った流路切替バルブの断面を示し、揺動弁が一方向に閉弁されている状態の断面図である。
【図３】中央入口通路の中心軸芯に沿った流路切替バルブの断面を示し、揺動弁が他方向に閉弁されている状態の断面図である。
【図４】流路切替バルブの平面図である。
【図５】揺動弁自体の平面図である。
【図６】揺動弁が閉弁されている流路切替バルブの側面図である。
【図７】流路切替バルブの平面図である。
【図８】揺動弁自体の平面図である。
【図９】中央入口通路を流れる気体の流量と、中央入口通路の圧力ＰＡと出口通路の圧力ＰＢとの圧力差（ＰＡ−ＰＢ）との関係を示すグラフである。
【図１０】中央入口通路を流れる気体の流速Ｖ１と出口通路を流れる気体の流速Ｖ２との流速差（Ｖ１−Ｖ２）と、出口通路の側から中央入口通路に漏れる洩れ流量との関係を示すグラフである。
【図１１】従来技術に係る流路切替バルブの断面図である。
【符号の説明】
図中、１はボディ、１１は第１通路、１２は第２通路、１３は中央入口通路、１４は出口通路、２１は第１壁体、２２は第２壁体、２３は中央壁体、５は揺動弁、５１は揺動軸、５５は揺動一端部、５６は揺動他端部、６は第１座部、６０は円弧凹状面、７は第２座部、７０は円弧凹状面を示す。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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