JP2004239107A

JP2004239107A - Airflow control device

Info

Publication number: JP2004239107A
Application number: JP2003027036A
Authority: JP
Inventors: Minoru Masuda; 稔益田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-02-04
Filing date: 2003-02-04
Publication date: 2004-08-26

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an airflow control device controlling an airflow such as exhaust gas with simple structure. <P>SOLUTION: The airflow control device comprises: a first airflow passage 13 constituted of the inside of an inner pipe 11 of a double pipe; a second airflow passage 14 formed between the inner pipe 11 and an outer pipe 12; an opening/closing means 17 opening/closing the first airflow passage 13; a communicating means 16 disposed upstream of the opening/closing means 17 to make the first airflow passage 13 to make the first air flow passage 13 communicate with the second airflow passage 14; and airflow control means 11c, 11d, 11e, 16 controlling the airflow flowing from the first airflow passage 13 to the second airflow passage 14, when the opening/closing means 17 opens the first airflow passage. Therefore, the airflow is controlled not to flow from the first airflow passage to the second airflow passage, when the open/close means 17 opens the first airflow passage. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気流を制御する気流制御装置に関し、内燃機関からの排気ガスを浄化する触媒コンバータに適用するのに好適なものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の排気系には図２に示すようにエンジンからの排気ガスを浄化するために触媒コンバータを直列に２つ設けたものがある。そして、上流側の触媒コンバータは主として暖機完了までのスタート時に使用され、下流側の物は暖機後も使用されるメイン触媒コンバータとして機能する。
【０００３】
その上流側の触媒コンバータについては、図９に示した構造の物が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。これは、コンバータケースが内管１０１と外管１０２との同軸型二重管構造に構成されており、さらに外管１０２には、その上，下流側部位にコーン部１０２ａ，１０２ｂが形成されおり、さらにその上，下流側に、前後の排気管との接続用のフランジ１０３ａ，１０３ｂが設けられている。内管１０１の下流端は、支持体１０４に支持されており、支持体１０４の外周側は外管１０２に固定されている。そして、内管１０１と外管１０２との間には触媒１０５が設けられている。
【０００４】
また、内管１０１内の通路孔１０６に対応する位置には、軸方向にスライドする円筒体からなるスライド式開閉弁１０７が設けられており、上流側にスライドした場合には通路孔を開き、下流側にスライドした場合には通路孔を閉じるようになっている。また、内管１０１の排気ガス出口側の位置には、回転することにより排気ガス通路を開閉可能な開閉弁１０８が設けられている。そして、開閉弁１０７をスライドさせるアーム１０９と開閉弁１０８を回転させる回転アーム１１０がともにロッド１１１に連結されているので、ロッドの作動により両開閉弁の開閉作動は連動されている。つまり、ロッド１１１が図の下方に押し下げられると、開閉弁１０７が通路孔を閉じるとともに開閉弁１０８が排気ガス通路の出口部を開き、ロッド１１１が上方に上げられたとき、開閉弁１０７は通路孔を開くとともに開閉弁１０８は排気ガス通路の出口を閉じる。
【０００５】
そして、例えば冷間始動時等メイン触媒コンバータの触媒が活性温度に達していない場合は、開閉弁１０７が通路孔を開くとともに開閉弁１０８が排気ガス通路の出口部を閉じ、活性温度に達した後は、開閉弁１０７は通路孔を閉じるとともに開閉弁１０８は排気ガス通路の出口を開くように制御している。
【０００６】
そして、開閉弁１０７が通路孔を開き、開閉弁１０８が出口部を閉じている場合、排気ガスは通路孔１０６を通って触媒１０５内に流入し支持体１０４に円周方向に複数配列された通路孔１０４ａを通りメイン触媒コンバータへと流れていく。すると、触媒１０５はその容量自体が小さいため、その内部を流通する排気ガスの熱によって暖められるとともに、排気ガス通路１１２内に滞留する排気ガスの熱で加熱されるため素早く所定の活性温度まで温度が上昇するので、排気ガスはメイン触媒コンバータの触媒の活性度如何にかかわらず浄化される。
【０００７】
そして、メイン触媒コンバータが活性温度に達すると開閉弁１０７が通路孔を閉じるとともに開閉弁１０８が出口を開くので、排気ガスは、排気ガス通路１１２と支持体１０４に設けられた内管１０１と同径の通路孔１０４ｂを通りメイン触媒コンバータへと流れ、該メイン触媒コンバータで浄化される。
【０００８】
なお、開閉弁１０７を設けているのは、メイン触媒コンバータの触媒が活性温度に達した後にも排気ガスの一部が触媒１０５へ流れてしまい、不要な排気ガスの流れを生じさせ、排気ガスの温度が高いときには触媒１０５の劣化を生じさせるおそれがあるので、かかる弊害を防止するためである。
【０００９】
【特許文献１】
実開平２−６７０２１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、特許文献１に記載の構造においては、開閉弁１０７，１０８と開閉弁を２つ設け、開閉弁１０７をスライドさせるアームと開閉弁１０８を回転させる回転アームがともにロッドに連結されロッドの作動により両開閉弁の開閉作動は連動されている等、構造が複雑化しているため、軽量化の妨げとなり、また製造コストの上昇をも招いている。
【００１１】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成で、排気ガス等の気流を制御することができる気流制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、簡易な構成で排気ガスの流れの切り替えが可能な触媒コンバータを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明に係る気流制御装置は、二重管の内管の内側で形成される第１気流通路と、前記二重管の内管と外管との間で形成される第２気流通路と、前記第１気流通路を開閉する開閉手段と、前記開閉手段の上流で前記第１気流通路と前記第２気流通路とを連通する連通手段と、前記開閉手段が前記第１気流通路を開けている場合には前記第１気流通路から前記第２気流通路へ向かう気流を抑制する気流制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
このような構成にすることで、第１気流通路内の気流は、開閉手段が第１気流通路を閉じている場合、開閉手段の上流に位置する連通手段を通過して第１気流通路から第２気流通路へと向かうが、開閉手段が第１気流通路を開けている場合においては、気流制御手段によって第１気流通路から第２気流通路へ流れることが抑制される。
【００１５】
前記気流制御手段は、前記内管が下流に向かうに従って大きくなる拡径部と、当該拡径部に設けられた連通孔と、を有することが好適である。このように連通孔が下流に向かうに従って大きくなる内管の拡径部に設けてあると、連通孔を通過して第１気流通路から第２気流通路へ向かう気流の方向ベクトルは第１気流通路内を通り下流へ向かう気流の方向ベクトルと鈍角をなすことから、第１気流通路から第２気流通路へ流れ難くなる。そのため、開閉手段が第１気流通路を開けている場合においては、第１気流通路から第２気流通路へ気流が向かわないように抑制することができる。なお、内管は、一体成形により縮径部及び拡径部を有するようにしてもよいし、複数のものを溶接等により接合して形成してもよい。
【００１６】
また、前記気流制御手段は、前記内管が下流に向かうに従って小さくなる縮径部と、前記縮径部の下流で前記内管が下流に向かうに従って大きくなる拡径部と、前記拡径部に設けられた連通孔と、を有することが好適である。内管が下流に向かうに従って小さくなる縮径部を有しているため該縮径部で下流へ向かう気流の流速が増す。また、連通孔が下流に向かうに従って大きくなる内管の拡径部に設けてあるため、連通孔を通過して第１気流通路から第２気流通路へ向かう気流の方向ベクトルは第１気流通路内を通り下流へ向かう気流の方向ベクトルと鈍角をなすことから、気流が第１気流通路から第２気流通路へ流れ難くなるのは上述と同様である。以上のことより、開閉手段が第１気流通路を開けている場合に、より効果的に気流が第１気流通路から第２気流通路へ向かわないように抑制することができる。なお、内管を一体成形により縮径部及び拡径部を有するようにしてもよいし複数のものを溶接等により接合して形成してもよいのは上述と同様である。
【００１７】
また、前記内管は、互いに開口部が対向する、上流側に設けられた第１の内管と下流側に設けられた第２の内管とを有し、前記気流制御手段は、前記第１の内管の下流側端部に形成され、その上流側の径及び前記第２の内管の径よりも小さい小径部と、当該小径部と前記第２の内管とで形成された間隙と、を有することが好適である。このように、内管が、互いに開口部が対向する第１の内管と第２の内管の２部品を有し、第１の内管の下流側端部にその上流側の径より小さい小径部を設けたことにより、該小径部において気流の流速が増す。また、該小径部とその径よりも大きい第２の内管との間隙において、小径部の下流側端部と第２の内管の上流側端部とを通る曲面に直行するベクトルであって、該間隙を通過して第１気流通路から第２気流通路へ向かう気流方向のベクトルは第１気流通路内を通り下流へ向かう気流の方向ベクトルと鈍角をなすことから、気流は第１気流通路から第２気流通路へ流れ難くなる。以上のことより、開閉手段が第１気流通路を開けている場合において、より効果的に気流が第１気流通路から第２気流通路へ向かわないように抑制することができる。また、内管は２部品から構成されているので１部品とするよりは成形容易である。
【００１８】
また、前記小径部は、径が下流に向かうに従って小さくなっており、前記第２の内管は、軸方向において前記小径部と重なり合っていることが好適である。あるいは、前記小径部は、円筒状であり、前記第２の内管は、軸方向において前記小径部と重なり合っていることが好適である。このようにすることで、さらに気流を第１気流通路から第２気流通路へ流れ難くすることができ、開閉手段が第１気流通路を開けている場合において、より効果的に気流が第１気流通路から第２気流通路へ向かわないように抑制することができる。
【００１９】
また、本発明の触媒コンバータにおいては、上述の気流制御装置の第２気流通路に触媒を備えたことを特徴とする。このように構成された触媒コンバータが内燃機関から排出される排気ガスの通路上に配置された場合、排気ガスを、第２気流通路を通して触媒中を通過させるか第１気流通路のみを通して触媒中に通過させないようにするかを切り替えるように制御することができる。
【００２０】
また、本発明に係る排気浄化装置においては、排気ガス通路に複数の触媒コンバータを排気ガスの流れ方向に並設した排気浄化装置であって、前記複数の触媒コンバータのうち、排気ガスの流れの最下流に位置するものを除く少なくとも一つは上述の触媒コンバータであることを特徴とする。かかる構成とすることで、低温始動時等の運転条件にかかわらず、排気ガスを精度よく浄化することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る触媒コンバータの断面図（断面そのものを現したものであり背景図は省略してある。）を示している。また、図２は内燃機関１とその吸排気系の概略図を示したものである。図２において、内燃機関１から排出される排気ガスは上流側に配置された触媒コンバータ２と下流側に位置するメイン触媒コンバータ３を介して図示しないマフラーから大気中へ排出される。また、排気系には後述するように触媒コンバータ２内の排気通路の切り替えを行う開閉弁の回動を制御すべくダイヤフラム４が備えられている。そして、このダイヤフラム４には負圧通路５を介して吸気管から吸気管負圧が導入されるようになっている。また、この負圧通路５の途中には三方切替弁６が設けられてあり、ダイヤフラム４へ吸気管負圧を導入するか否かを制御する。そして、この三方切替弁６は電子制御装置（ＥＣＵ）７からの信号に基づいて作動される。
【００２３】
次に、図１に基づいて第１の実施の形態に係る触媒コンバータ２について詳述する。該触媒コンバータ２は、（ａ）に示すように内管１１と外管１２の二重管構造であり、内管１１の内側に第１排気通路１３を形成し、内管１１と外管１２の間に第２排気通路１４を形成している。そして、第２排気通路１４には触媒１５が第２排気通路１４の円周方向の全体を塞ぐようにして備えられている。
【００２４】
内管１１は、上流側端部に位置する円筒部１１ｂにおいて外管１２の内壁に接しており、この円筒部１１ｂは外管１２に溶接等により固定されている。そして、円筒部１１ｂから下流に向かうに従って径が小さくなる縮径部１１ｃを有し、また、該縮径部１１ｃの下流には円筒部１１ｄを有し、また、該円筒部１１ｄの下流側端部から下流に向かうに従って径が大きくなる拡径部１１ｅを有し、該拡径部１１ｅは触媒１５のやや上流側で円筒部１１ａの上流側端部に接続している。そして、円筒部１１ａは触媒１５の下流側では外管１２に固定されずに下流端は開放されている。なお、この内管１１は、例えばプレス加工により一体成形してもよいし、あるいは例えば拡径部１１ｅより上流側の部分と円筒部１１ａとに分割された物を溶接等で接合して成形してもよい。また、円筒部１１ａは触媒１５に接着等により固定されていてもよい。
【００２５】
外管１２は、触媒１５を接着等により固定している円筒部１２ａと、前記内管１１の円筒部１１ｂと接する円筒部１２ｂと該円筒部１２ｂから下流に向かうに従って径が大きくなる拡径部１２ｃと、円筒部１２ａから下流側へ延びる円筒部１２ｄと該円筒部１２ｄから下流に向かうに従って径が小さくなる縮径部１２ｅと該縮径部１２ｅの下流側端部から下流へ延びる円筒部１２ｆとを有している。そして、前記縮径部１２ｅと円筒部１２ｆの一部１２ｇは後述する開閉弁１７を収納できるように拡張されている。なお、外管１２は、例えばプレス加工により一体成形してもよいし、あるいは例えば円筒部１２ａと拡径部１２ｃ，円筒部１２ｂからなる上流側部分と円筒部１２ｄ，縮径部１２ｅ，円筒部１２ｆからなる下流側部分とに３分割された物を、円筒部１２ａの上流側端部と拡径部１２ｃの下流側端部とを及び円筒部１２ａの下流側端部と円筒部１２ｄの上流側端部とを例えば溶接する等して接合してもよい。
【００２６】
そして、内管１１の拡径部１１ｅには第１排気通路１３と第２排気通路１４とを連通する連通手段としての連通孔１６が円周方向に複数設けられている。
【００２７】
また、内管１１の下流側端部には第１排気通路１３を開閉可能な開閉弁１７が設けられている。開閉弁１７は、開閉弁軸１８に固定されており、この開閉弁軸１８が回転するにしたがい回転するように構成されている。そして、この開閉弁軸１８は外管１２の外側へ延出してＬ字形状に折れ曲がっており、その端部に連結部１９を有し、この連結部１９には長穴が形成されている。そして、ロッド２０が、連結部１９に形成された長穴に挿入されており、ロッド２０が図１のＡ又はＢ方向に移動するにしたがい回転するようになっている。つまり、ロッド２０が図１のＡ方向に移動すると開閉弁軸１８が反時計方向に回転し開閉弁１７が第１排気通路１３を閉じ、ロッド２０がＢ方向に移動すると開閉弁軸１８が時計方向に回転し開閉弁１７が第１排気通路１３を開けるようになっている。
【００２８】
また、前記ロッド２０は、図２に示すダイヤフラム弁４に連結されており、ダイヤフラム弁４の作動によりＡ又はＢ方向に移動する。ダイヤフラム弁４は、負圧通路５を介して導かれる吸気管負圧を利用して作動され、負圧が導入されたときにはロッド２０をＢ方向に移動させ、負圧が遮断されたときにはロッド２０をＡ方向に移動させる。負圧通路５の途中には、ダイヤフラム弁４の作動を制御するための三方切替弁６が設けられている。そして、この切替弁６は、電子制御装置（ＥＣＵ）７からの信号に基づいて作動される。
【００２９】
ＥＣＵ７には、内燃機関１内を流通する冷却水の温度を検出する冷却水温センサ８、メイン触媒コンバータ３の温度を検出する触媒温度センサ９等の検出信号が入力され、これらの信号よりＥＣＵ７は内燃機関１が暖気状態にあるのかメイン触媒コンバータの触媒温度が活性温度に達しているか等を判断し、切替弁６用の作動信号が出力される。
【００３０】
このように構成された触媒コンバータ２において、内燃機関１の冷間始動時等、メイン触媒コンバータ３の触媒が活性温度に達していない時は、ＥＣＵ７からの信号に基づく切替弁６の作動によりダイヤフラム弁４に導入される吸気負圧が遮断され、ロッド２０がＡ方向に移動させられる。この作動により、開閉弁軸１８が反時計方向に回転し、開閉弁１７が第１排気通路１３を閉じる。すると、内燃機関１からの排気ガスは、第１排気通路１３が遮断されているので、連通孔１６から第２排気通路１４に設けられた触媒１５へ流入し、触媒１５中を流れ、第２排気通路１４を通過し下流のメイン触媒コンバータ３へと流入する。
【００３１】
そして、触媒１５はその容量自体が小さいためその内部を流通する排気ガスの熱によって暖められるとともに、第１排気通路１３内に滞留する排気ガスの熱で暖められるため、素早く所定の活性温度まで温度が上昇する。そのため、排気ガスはメイン触媒コンバータ３の触媒の活性度如何にかかわらず浄化されることとなる。
【００３２】
メイン触媒コンバータ３の触媒が活性温度に達した場合は、ＥＣＵ７からの信号に基づく切替弁６の作動によりダイヤフラム弁４に吸気負圧が導入され、ロッド２０がＢ方向に移動させられる。この作動により、開閉弁軸１８が時計方向に回転し、開閉弁１７が第１排気通路を開放する。すると、排気ガスは第１排気通路を通過し下流のメイン触媒コンバータ３へと流入する。そして、メイン触媒コンバータ３の触媒は活性温度に達していることから排気ガスが浄化されることとなる。
【００３３】
ここで、内管１１の連通孔１６の上流側に位置する内管１１の円筒部１１ｄはその内径が入口である円筒部１１ｂの内径よりも小さくなっているため、排気ガスは円筒部１１ｄで流速が増す（図１（ｂ）参照）。また、連通孔１６は拡径部１１ｅに形成されていることから、断面図１において連通孔１６の法線が第１排気通路１３を通過して下流へ向かう排気ガスの流れ方向に対して鈍角となっている。これらのことから、連通孔１６は常に開放されているが、開閉弁１７が開いている場合、円筒部１１ｄを通過した排気ガスは、連通孔１６を通過し難い。そのためその大部分は第１排気通路１３を通過しメイン触媒コンバータ３へと流れていく。
【００３４】
このように、内管１１の一部を縮径部１１ｃ，円筒部１１ｄ，拡径部１１ｅとすること及びその拡径部１１ｅに連通孔１６を形成することで気流制御手段を構成することにより、第２排気通路１４へ排気ガスが流入し難くなる結果、開閉弁１７が開いている場合、触媒１５は高温の排気ガスに直接にはさらされず、かつ外管１２からの放熱もあるので、触媒１５の高温化が防止され、触媒が高温となることに起因する劣化が防止される。
【００３５】
なお、本実施の形態では、ダイヤフラム弁４に導入される吸気負圧が遮断されると、ロッド２０がＡ方向に移動させられることにより開閉弁１７が第１排気通路１３を閉じ、ダイヤフラム弁４に吸気負圧が導入されると、ロッド２０がＢ方向に移動させられることにより開閉弁１７が第１排気通路１３を開くように構成したが、その逆、つまり、ダイヤフラム弁４に吸気負圧が導入されると、ロッド２０がＢ方向に移動させられることにより開閉弁１７が第１排気通路１３を閉じ、ダイヤフラム弁４に導入される吸気負圧が遮断されると、ロッド２０がＡ方向に移動させられることにより開閉弁１７が第１排気通路１３を開くように構成してもよい。
【００３６】
また、本実施の形態では、ロッド２０及びダイヤフラム弁４を設けて開閉弁軸１８の回動を制御していたが、サーボモータを用いて開閉弁軸１８の回動を直接電気的に制御してもよい。かかる場合は、ＥＣＵ７からの信号に基づいてサーボモータを介して開閉弁１７が制御されることとなる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
本実施の形態に係る触媒コンバータは、第１の実施の形態に係る触媒コンバータの内管１１と連通手段として連通孔とから構成される気流制御手段だけを変更したものであり、その他は同一であるので、同じ構成部品及び構成部分には第１の実施の形態で用いた符号をそのまま用い、その説明は省略する。
【００３８】
図３に示したのが、本実施の形態に係る触媒コンバータの部分断面図である。第１の実施の形態では、内管１１はその円筒部１１ａ，１１ｂ，１１ｄと縮径部１１ｃと拡径部１１ｅは一体で構成されていたが、本実施の形態では、内管１１は、独立した２部品を排気ガス方向に連続的に設けることにより構成されている。つまり、上流側に設けられた第１の内管１１−１と下流側に設けられた第２の内管１１−２とから構成されている。そして、第１の内管１１−１は、図３に示すように、円筒部１１ｂと、該円筒部１１ｂから下流に向かうに従って径が小さくなる縮径部１１ｆを有し、また、該縮径部１１ｆの下流には円筒部１１ｇを有しており、円筒部１１ｂで外管１２の円筒部１２ｂに溶接等により固定されている。また、第２の内管１１−２は、円筒部１１ａのみで構成されており、外管１２の円筒部１２ａに固定された触媒１５に接着等により固定されている。なお、円筒部１１ａと１１ｇとの径は１１ｇの方が小さくなるように形成してある。
【００３９】
そして、この第１の内管１１−１と第２の内管１１−２との間隙２１が第１排気通路１３と第２排気通路１４とを連通する連通手段となる。
【００４０】
かかる構成とすることにより、連通手段としての間隙２１の上流側に位置する第１の内管の円筒部１１ｇはその内径がその上流に位置する円筒部１１ｂの内径よりも小さくなっているため、排気ガスは円筒部１１ｇでその流速が増す。また、円筒部１１ａの上流側端部と１１ｇの下流側端部とを通る曲面に直行するベクトルであって、間隙２１を通過して第１排気通路から第２排気通路へ向かう気流方向のベクトルは、第１排気通路内を通り下流へ向かう排気ガスの方向ベクトルと鈍角をなす。これらのことから、間隙２１は常に開放されているが、開閉弁１７が開いている場合、円筒部１１ｇを通過した排気ガスは、間隙２１を通過し難くなる。そのためその大部分は第１排気通路１３を通過しメイン触媒コンバータ３へと流れていく。
【００４１】
このように、本実施の形態においては、内管１１として、独立した２部品を排気ガスの流れ方向に連続的に設けることにより構成し、その内の１部品である第１の内管１１−１の下流側端部に、第２の内管１１−２である円筒部１１ａの径よりも小さい小径部たる円筒部１１ｇを形成すること及び第１の内管と第２の内管とで連通手段たる間隙２１を形成することで気流制御手段を構成することにより、第２排気通路１４へ排気ガスが流入し難くなる結果、触媒１５は高温の排気ガスにあまりさらされず、かつ外管１２からの放熱もあるので、触媒１５の高温化が防止されて、触媒が高温となることに起因する劣化が防止される。また、内管１１の形状が第１の実施の形態ほど複雑ではないため容易に成形できる。
【００４２】
また、図４に示したように、第２の内管１１−２の円筒部１１ａを、第１の内管１１−１の円筒部１１ｇと軸方向において重なり合うようにすると、上述した図３の構成よりもさらに円筒部１１ｇを通過した排気ガスが、間隙２１を通過し難くなる。そのため、さらに触媒１５が高温となるのを防止することができ、劣化を防止することができる。
【００４３】
（第３の実施の形態）
本実施の形態に係る触媒コンバータは、第２の実施の形態に係る触媒コンバータの内管１１の第１の内管１１−１のみ変更したものであり、その他は同一であるので、同じ構成部品及び構成部分には第２の実施の形態で用いた符号をそのまま用い、その説明は省略する。
【００４４】
図５に示したのが、本実施の形態に係る触媒コンバータの部分断面図である。第２の実施の形態では、内管１１の第１の内管１１−１は、円筒部１１ｂと、該円筒部１１ｂから下流に向かうに従って径が小さくなる縮径部１１ｆと、該縮径部１１ｆの下流の円筒部１１ｇとから構成されていたが、本実施の形態の第１の内管１１−１は、円筒部１１ｂと、該円筒部１１ｂから下流に向かうに従って径が小さくなる縮径部１１ｈとから構成されている。そして、円筒部１１ｂで外管１２の円筒部１２ｂと溶接等により固定されている。なお、縮径部１１ｈの下流側端部の径は１１ａの径より小さくなるように形成してある。
【００４５】
そして、第２の実施の形態と同様に、第１の内管１１−１と第２の内管１１−２との間隙２２が第１排気通路１３と第２排気通路１４とを連通する連通手段となる。
【００４６】
かかる構成とすることにより、連通手段としての間隙２２の上流側に位置する第１の内管１１−１の縮径部１１ｈの下流側端部は、その内径が上流側の円筒部１１ｂの内径よりも小さくなっているため、排気ガスは円筒部１１ｈでその流速が増す。また、断面図５において円筒部１１ａの上流側端部と１１ｈの下流側端部とを通る曲面に直行するベクトルであって、間隙２２を通過して第１排気通路から第２排気通路へ向かう気流方向のベクトルは、第１排気通路を通り下流へ向かう排気ガスの方向ベクトルと鈍角をなす。これらのことから、間隙２２は常に開放されているが、開閉弁１７が開いている場合、縮径部１１ｈを通過した排気ガスは、間隙２２を通過し難くなる。そのためその大部分は第１排気通路１３を通過しメイン触媒コンバータ３へと流れていく。その結果、触媒１５は高温の排気ガスにあまりさらされず、かつ外管１２からの放熱もあるので、触媒１５の高温化が防止され、劣化が防止される。
【００４７】
また、図６に示したように、第２の内管１１−２の円筒部１１ａを、第１の内管の縮径部１１ｈと軸方向において重なり合うようにすると、上述した図５の構成よりもさらに縮径部１１ｈを通過した排気ガスが、間隙２２を通過し難くなる。そのため、さらに触媒１５の高温化を防止することができ、劣化を防止することができる。
【００４８】
（第４の実施の形態）
本実施の形態に係る触媒コンバータは、第２の実施の形態に係る触媒コンバータの内管１１の第１の内管１１−１，第２の内管１１−２及び第１の内管１１−１と第２の内管１１−２とで形成された連通手段たる間隙２１だけを変更したものであり、その他は同一であるので、同じ構成部品及び構成部分には第２の実施の形態で用いた符号をそのまま用い、その説明は省略する。
【００４９】
図７に示したのが、本実施の形態に係る触媒コンバータの部分断面図である。第２の実施の形態では、第１の内管１１−１は円筒部１１ｂ，１１ｇと縮径部１１ｆとで形成されていたが、本実施の形態の第１の内管１１−１は、外管１２に固定されている円筒部１１ｂから下流に向かうに従って径が小さくなる縮径部１１ｉを有し、またこの縮径部１１ｉの下流の円筒部１１ｊを有し、またこの円筒部１１ｊの下流側端部からほぼ垂直に内側に折れ曲がった部分１１ｋを介してさらに円筒部１１ｊ及び第２の内管１１−２の円筒部１１ａより小径の円筒部１１ｍとから構成されている。また、第２の内管１１−２は、第２の実施の形態では円筒部１１ａのみであったが、本実施の形態では、円筒部１１ａと該円筒部１１ａの上流側端部から外側にほぼ垂直に折れ曲がった部分１１ｎを介してさらに円筒部１１ａより大径の円筒部１１ｐとから構成されている。
【００５０】
そして、本実施の形態においても、第１の内管１１−１と第２の内管１１−２との間隙２３が第１排気通路１３と第２排気通路１４とを連通する連通手段となる。
【００５１】
かかる構成とすることにより、連通手段としての間隙２３の上流側に位置する第１の内管１１−１の円筒部１１ｍはその内径が上流の円筒部１１ｂの内径よりも小さくなっているため、排気ガスは円筒部１１ｍでその流速が増す。また、断面図７において円筒部１１ｐの上流側端部と１１ｍの下流側端部とを通る曲面に直行するベクトルであって、間隙２３を通過して第１気流通路から第２気流通路へ向かう気流方向のベクトルは、第１排気通路を通り下流へ向かう排気ガスの方向ベクトルと鈍角をなす。これらのことから、間隙２３は常に開放されているが、開閉弁１７が開いている場合、円筒部１１ｍを通過した排気ガスは、間隙２３を通過し難くなる。そのためその大部分は第１排気通路１３を通過しメイン触媒コンバータ３へと流れていく。
【００５２】
このように、本実施の形態においては、内管１１として、独立した２部品を排気ガスの流れ方向に連続的に設けることより構成し、その内の１部品である第１の内管１１−１の下流側端部に、第２の内管１１−２の円筒部１１ａ及び円筒部１１ｐの径よりも小さい小径部たる円筒部１１ｍを形成すること及び第１の内管１１−１と第２の内管１１−２とで連通手段たる間隙２３を形成することで気流制御手段を構成することにより、第２排気通路１４へ排気ガスが流入し難くなる結果、触媒１５は高温の排気ガスにあまりさらされず、かつ外管１２からの放熱もあるので、触媒１５の高温化が防止され、劣化が防止される。また、第２の内管の円筒部１１ｐを設けることにより、内管１１の最小径部である円筒部１１ｍの径が上述した第１乃至第３の実施の形態の最小径よりも大きくすることができるので、メイン触媒コンバータが活性温度に達して排気ガスが第１排気通路のみを通過する場合においても排圧が高くなることに起因する出力の低下を最小限に抑えることができる。
【００５３】
また、図８に示したように、第２の内管の円筒部１１ｐを、第１の内管１１−１の円筒部１１ｍと軸方向において重なり合うようにすると、上述した図７の構成よりもさらに円筒部１１ｍを通過した排気ガスが、間隙２３を通過し難くなる。そのため、さらに触媒１５の高温化を防止することができ、劣化を防止することができる。
【００５４】
なお、第１乃至第４の実施の形態においては、触媒コンバータを例にとり本発明に係る実施の形態を説明したが、第１乃至第４の実施の形態の触媒コンバータから触媒を除くと、第１通路から第２通路へ向かう気流を制御する気流制御装置として種々の用途に使用することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る気流制御装置は、第１の通路から第２の通路へ向かう排気ガス等の気流を簡易な構成で制御することができる。
【００５６】
また、該気流制御装置に触媒を備えることにより、簡易な構成で排気ガスの浄化性能の確保と触媒の劣化を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、第１の実施の形態に係る触媒コンバータの断面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ部の拡大断面図である。
【図２】内燃機関とその吸排気系を示したブロック図である。
【図３】第２の実施の形態に係る触媒コンバータの要部断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る触媒コンバータの他の実施例の要部断面図である。
【図５】第３の実施の形態に係る触媒コンバータの要部断面図である。
【図６】第３の実施の形態に係る触媒コンバータの他の実施例の要部断面図である。
【図７】第４の実施の形態に係る触媒コンバータの要部断面図である。
【図８】第４の実施の形態に係る触媒コンバータの他の実施例の要部断面図である。
【図９】従来技術に係る触媒コンバータの断面図である。
【符号の説明】
１内燃機関
２触媒コンバータ
３メイン触媒コンバータ
４ダイヤフラム弁
５負圧通路
６三方切替弁
７ＥＣＵ
８冷却水温センサ
９触媒温度センサ
１１内管
１２外管
１３第１排気通路
１４第２排気通路
１５触媒
１６連通孔
１７開閉弁
１８開閉弁軸
１９連結部
２０ロッド
２１，２２，２３間隙[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an airflow control device that controls an airflow, and relates to a device suitable for being applied to a catalytic converter that purifies exhaust gas from an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art As shown in FIG. 2, there is an exhaust system of an automobile or the like in which two catalytic converters are provided in series to purify exhaust gas from an engine. The upstream catalytic converter is used mainly at the time of starting until the warm-up is completed, and the downstream one functions as a main catalytic converter that is used even after the warm-up.
[0003]
As for the upstream catalytic converter, one having the structure shown in FIG. 9 has been proposed (for example, see Patent Document 1). The converter case has a coaxial double tube structure of an inner tube 101 and an outer tube 102. Further, the outer tube 102 has cone portions 102a and 102b formed on its upper and downstream sides. Further, flanges 103a and 103b for connection with the front and rear exhaust pipes are provided on the upper and lower sides. The downstream end of the inner tube 101 is supported by a support 104, and the outer peripheral side of the support 104 is fixed to the outer tube 102. A catalyst 105 is provided between the inner pipe 101 and the outer pipe 102.
[0004]
Further, at a position corresponding to the passage hole 106 in the inner pipe 101, a slide-type opening / closing valve 107 formed of a cylindrical body that slides in the axial direction is provided, and when the valve slides upstream, the passage hole is opened. When sliding to the downstream side, the passage hole is closed. An opening / closing valve 108 is provided at a position on the exhaust gas outlet side of the inner pipe 101 so as to open and close the exhaust gas passage by rotating. Since the arm 109 for sliding the on-off valve 107 and the rotary arm 110 for rotating the on-off valve 108 are both connected to the rod 111, the opening and closing operations of both on-off valves are linked by the operation of the rod. That is, when the rod 111 is pushed downward in the drawing, the on-off valve 107 closes the passage hole, and the on-off valve 108 opens the outlet of the exhaust gas passage. When the rod 111 is raised upward, the on-off valve 107 The opening and closing valve 108 closes the outlet of the exhaust gas passage while opening the hole.
[0005]
If the catalyst of the main catalytic converter has not reached the activation temperature, for example, during a cold start, the on-off valve 107 opens the passage hole and the on-off valve 108 closes the outlet of the exhaust gas passage, and reaches the activation temperature. Thereafter, the on-off valve 107 is controlled to close the passage hole and the on-off valve 108 is controlled to open the outlet of the exhaust gas passage.
[0006]
When the on-off valve 107 opens the passage hole and the on-off valve 108 closes the outlet, the exhaust gas flows into the catalyst 105 through the passage hole 106 and is arranged in a plurality on the support 104 in the circumferential direction. It flows to the main catalytic converter through the passage hole 104a. Then, since the capacity of the catalyst 105 itself is small, the catalyst 105 is heated by the heat of the exhaust gas flowing through the inside thereof, and is heated by the heat of the exhaust gas staying in the exhaust gas passage 112, so that the temperature of the catalyst 105 quickly reaches a predetermined activation temperature. , The exhaust gas is purified regardless of the activity of the catalyst of the main catalytic converter.
[0007]
When the main catalytic converter reaches the activation temperature, the on-off valve 107 closes the passage hole and the on-off valve 108 opens the outlet, so that the exhaust gas flows through the exhaust gas passage 112 and the inner pipe 101 provided in the support 104. It flows through the diameter passage hole 104b to the main catalytic converter, and is purified by the main catalytic converter.
[0008]
The on-off valve 107 is provided because part of the exhaust gas flows to the catalyst 105 even after the catalyst of the main catalytic converter has reached the activation temperature, causing an unnecessary flow of the exhaust gas. When the temperature is high, the catalyst 105 may be deteriorated, so that such an adverse effect is prevented.
[0009]
[Patent Document 1]
Japanese Utility Model Publication No. 2-67021
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the structure described in Patent Document 1, on-off valves 107 and 108 and two on-off valves are provided, and an arm for sliding the on-off valve 107 and a rotating arm for rotating the on-off valve 108 are both connected to the rod. Since the opening and closing operations of the two on-off valves are linked by the operation of the rod, the structure is complicated, which hinders the weight reduction and increases the manufacturing cost.
[0011]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has as its object to provide an airflow control device capable of controlling an airflow of exhaust gas or the like with a simple configuration. I do.
[0012]
It is another object of the present invention to provide a catalytic converter capable of switching the flow of exhaust gas with a simple configuration.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an airflow control device according to the present invention is formed between a first airflow passage formed inside an inner pipe of a double pipe, and an inner pipe and an outer pipe of the double pipe. A second airflow path, an opening / closing means for opening and closing the first airflow path, a communication means for communicating the first airflow path with the second airflow path upstream of the opening / closing means, Airflow control means for suppressing airflow from the first airflow path to the second airflow path when one airflow path is opened.
[0014]
With such a configuration, when the opening / closing means closes the first airflow path, the airflow in the first airflow path passes through the communication means located upstream of the opening / closing means, and flows from the first airflow path to the first airflow path. The airflow is directed to the second airflow passage, but when the opening / closing means opens the first airflow passage, the flow from the first airflow passage to the second airflow passage is suppressed by the airflow control means.
[0015]
It is preferable that the airflow control means includes a diameter-enlarging portion that becomes larger as the inner pipe goes downstream, and a communication hole provided in the diameter-enlarging portion. When the communication hole is provided at the enlarged diameter portion of the inner pipe which becomes larger as going downstream, the direction vector of the airflow passing from the first airflow passage to the second airflow passage through the communication hole becomes the first airflow passage. Since it forms an obtuse angle with the direction vector of the airflow going downstream through the inside, it is difficult to flow from the first airflow passage to the second airflow passage. Therefore, when the opening / closing means opens the first airflow passage, it is possible to suppress the airflow from flowing from the first airflow passage to the second airflow passage. The inner tube may have a reduced diameter portion and an increased diameter portion by integral molding, or may be formed by joining a plurality of such members by welding or the like.
[0016]
Further, the airflow control means may include a reduced diameter portion in which the inner pipe becomes smaller toward the downstream, a larger diameter portion in which the inner pipe becomes larger in the downstream of the reduced diameter portion, and a larger diameter in the inner pipe. And a communication hole provided. Since the inner pipe has a reduced diameter portion that becomes smaller toward the downstream side, the flow velocity of the airflow going downstream increases at the reduced diameter portion. Further, since the communication hole is provided at the enlarged diameter portion of the inner pipe which becomes larger as going downstream, the direction vector of the airflow passing from the first airflow passage to the second airflow passage through the communication hole is set in the first airflow passage. As described above, it is difficult for the airflow to flow from the first airflow passage to the second airflow passage because the direction vector of the airflow going downstream through the airflow forms an obtuse angle. As described above, when the opening / closing means opens the first airflow passage, it is possible to more effectively suppress the airflow from flowing from the first airflow passage to the second airflow passage. It is to be noted that the inner tube may have a reduced diameter portion and an increased diameter portion by integral molding, or may be formed by joining a plurality of members by welding or the like, as described above.
[0017]
Further, the inner pipe has a first inner pipe provided on the upstream side and a second inner pipe provided on the downstream side, the openings of which are opposed to each other, and the air flow control means includes A small-diameter portion formed at a downstream end of the first inner tube and having a diameter smaller than an upstream diameter thereof and a diameter of the second inner tube; and a gap formed by the small-diameter portion and the second inner tube. It is preferable to have the following. Thus, the inner pipe has two parts, the first inner pipe and the second inner pipe, whose openings are opposed to each other, and the downstream end of the first inner pipe has a smaller diameter than its upstream side. The provision of the small diameter portion increases the flow velocity of the airflow in the small diameter portion. In addition, in a gap between the small diameter portion and a second inner pipe having a diameter larger than the diameter, the vector is a vector that is orthogonal to a curved surface passing through the downstream end of the small diameter portion and the upstream end of the second inner pipe. Since the vector in the airflow direction from the first airflow passage to the second airflow passage passing through the gap forms an obtuse angle with the direction vector of the airflow flowing in the first airflow passage to the downstream, the airflow is generated in the first airflow passage. From the airflow to the second airflow passage. As described above, when the opening / closing means opens the first airflow passage, it is possible to more effectively suppress the airflow from flowing from the first airflow passage to the second airflow passage. Also, since the inner tube is composed of two parts, it is easier to mold than a single part.
[0018]
Further, it is preferable that the small-diameter portion decreases in diameter toward the downstream, and the second inner pipe overlaps the small-diameter portion in the axial direction. Alternatively, it is preferable that the small-diameter portion has a cylindrical shape, and the second inner tube overlaps the small-diameter portion in the axial direction. By doing so, the airflow can be made more difficult to flow from the first airflow passage to the second airflow passage, and the airflow can be more effectively reduced when the opening / closing means opens the first airflow passage. It is possible to suppress the passage from the passage to the second airflow passage.
[0019]
In the catalytic converter of the present invention, a catalyst is provided in the second airflow passage of the airflow control device. When the catalytic converter configured as described above is disposed on the passage of the exhaust gas discharged from the internal combustion engine, the exhaust gas passes through the catalyst through the second airflow passage or enters the catalyst only through the first airflow passage. It can be controlled to switch whether or not to allow passage.
[0020]
Further, in the exhaust gas purifying apparatus according to the present invention, the exhaust gas purifying apparatus includes a plurality of catalytic converters arranged in the exhaust gas passage in a flow direction of the exhaust gas. At least one, except the one located at the most downstream, is the catalytic converter described above. With this configuration, it is possible to accurately purify the exhaust gas regardless of operating conditions such as a low temperature start.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be illustratively described in detail below with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to them unless otherwise specified.
[0022]
(First Embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the catalytic converter according to the first embodiment of the present invention (in which the cross-section itself is shown and a background view is omitted). FIG. 2 is a schematic diagram of the internal combustion engine 1 and its intake and exhaust systems. In FIG. 2, exhaust gas discharged from the internal combustion engine 1 is discharged into the atmosphere from a muffler (not shown) via a catalytic converter 2 arranged on the upstream side and a main catalytic converter 3 located on the downstream side. Further, the exhaust system is provided with a diaphragm 4 for controlling rotation of an on-off valve for switching an exhaust passage in the catalytic converter 2 as described later. Then, a negative pressure of the intake pipe is introduced into the diaphragm 4 from the intake pipe through a negative pressure passage 5. A three-way switching valve 6 is provided in the middle of the negative pressure passage 5 to control whether or not to introduce the intake pipe negative pressure to the diaphragm 4. The three-way switching valve 6 is operated based on a signal from an electronic control unit (ECU) 7.
[0023]
Next, the catalytic converter 2 according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIG. The catalytic converter 2 has a double-pipe structure of an inner pipe 11 and an outer pipe 12 as shown in (a), a first exhaust passage 13 is formed inside the inner pipe 11, and the inner pipe 11 and the outer pipe 12 are formed. A second exhaust passage 14 is formed therebetween. The catalyst 15 is provided in the second exhaust passage 14 so as to cover the whole of the second exhaust passage 14 in the circumferential direction.
[0024]
The inner tube 11 is in contact with the inner wall of the outer tube 12 at a cylindrical portion 11b located at the upstream end, and the cylindrical portion 11b is fixed to the outer tube 12 by welding or the like. It has a reduced diameter portion 11c whose diameter decreases toward the downstream from the cylindrical portion 11b, and further has a cylindrical portion 11d downstream of the reduced diameter portion 11c, and a downstream end of the cylindrical portion 11d. The catalyst has an enlarged diameter portion 11e whose diameter increases toward the downstream from the portion. The enlarged diameter portion 11e is connected to the upstream end of the cylindrical portion 11a slightly upstream of the catalyst 15. The cylindrical portion 11a is not fixed to the outer tube 12 on the downstream side of the catalyst 15, and the downstream end is open. The inner tube 11 may be integrally formed by, for example, press working, or may be formed by joining, for example, a portion divided into a portion on the upstream side of the enlarged diameter portion 11e and the cylindrical portion 11a by welding or the like. You may. Further, the cylindrical portion 11a may be fixed to the catalyst 15 by adhesion or the like.
[0025]
The outer tube 12 includes a cylindrical portion 12a to which the catalyst 15 is fixed by bonding or the like, a cylindrical portion 12b in contact with the cylindrical portion 11b of the inner tube 11, and a diameter-enlarging portion whose diameter increases from the cylindrical portion 12b toward downstream. 12c, a cylindrical portion 12d extending downstream from the cylindrical portion 12a, a reduced diameter portion 12e having a diameter decreasing toward the downstream from the cylindrical portion 12d, and a cylindrical portion 12f extending downstream from the downstream end of the reduced diameter portion 12e. And The reduced diameter portion 12e and a portion 12g of the cylindrical portion 12f are expanded so as to accommodate an on-off valve 17 described later. The outer tube 12 may be integrally formed by, for example, press working, or may be, for example, an upstream portion including a cylindrical portion 12a and an enlarged diameter portion 12c and a cylindrical portion 12b and a cylindrical portion 12d, a reduced diameter portion 12e, and a cylindrical portion. The material divided into three parts into a downstream portion composed of 12f and an upstream end of the cylindrical portion 12a and a downstream end of the enlarged-diameter portion 12c, and a downstream end of the cylindrical portion 12a and an upstream portion of the cylindrical portion 12d. The side end portions may be joined by, for example, welding.
[0026]
A plurality of communication holes 16 as communication means for connecting the first exhaust passage 13 and the second exhaust passage 14 are provided in the enlarged diameter portion 11e of the inner pipe 11 in the circumferential direction.
[0027]
An on-off valve 17 that can open and close the first exhaust passage 13 is provided at a downstream end of the inner pipe 11. The on-off valve 17 is fixed to an on-off valve shaft 18 and is configured to rotate as the on-off valve shaft 18 rotates. The on-off valve shaft 18 extends to the outside of the outer tube 12 and is bent in an L-shape, and has a connecting portion 19 at an end thereof. The connecting portion 19 has an elongated hole. The rod 20 is inserted into a long hole formed in the connecting portion 19, and is configured to rotate as the rod 20 moves in the direction A or B in FIG. That is, when the rod 20 moves in the direction A in FIG. 1, the on-off valve shaft 18 rotates counterclockwise, the on-off valve 17 closes the first exhaust passage 13, and when the rod 20 moves in the B direction, the on-off valve shaft 18 turns clockwise. And the opening / closing valve 17 opens the first exhaust passage 13.
[0028]
The rod 20 is connected to the diaphragm valve 4 shown in FIG. 2, and moves in the A or B direction by the operation of the diaphragm valve 4. The diaphragm valve 4 is operated by using the intake pipe negative pressure guided through the negative pressure passage 5, moves the rod 20 in the direction B when the negative pressure is introduced, and moves the rod 20 when the negative pressure is shut off. Is moved in the A direction. A three-way switching valve 6 for controlling the operation of the diaphragm valve 4 is provided in the middle of the negative pressure passage 5. The switching valve 6 is operated based on a signal from an electronic control unit (ECU) 7.
[0029]
The ECU 7 receives detection signals from a cooling water temperature sensor 8 for detecting the temperature of the cooling water flowing through the internal combustion engine 1, a catalyst temperature sensor 9 for detecting the temperature of the main catalytic converter 3, and the like. It is determined whether the internal combustion engine 1 is in a warm state or the catalyst temperature of the main catalytic converter has reached the activation temperature, and an operation signal for the switching valve 6 is output.
[0030]
In the catalytic converter 2 configured as described above, when the catalyst of the main catalytic converter 3 has not reached the activation temperature, such as during a cold start of the internal combustion engine 1, the diaphragm is activated by the operation of the switching valve 6 based on a signal from the ECU 7. The intake negative pressure introduced into the valve 4 is shut off, and the rod 20 is moved in the direction A. With this operation, the on-off valve shaft 18 rotates counterclockwise, and the on-off valve 17 closes the first exhaust passage 13. Then, since the first exhaust passage 13 is blocked, the exhaust gas from the internal combustion engine 1 flows from the communication hole 16 into the catalyst 15 provided in the second exhaust passage 14, flows through the catalyst 15, and It passes through the exhaust passage 14 and flows into the downstream main catalytic converter 3.
[0031]
Since the capacity of the catalyst 15 itself is small, the catalyst 15 is heated by the heat of the exhaust gas flowing through the inside thereof, and is heated by the heat of the exhaust gas staying in the first exhaust passage 13, so that the temperature of the catalyst 15 quickly reaches a predetermined activation temperature. Rises. Therefore, the exhaust gas is purified regardless of the activity of the catalyst of the main catalytic converter 3.
[0032]
When the temperature of the catalyst of the main catalytic converter 3 reaches the activation temperature, the negative pressure of the intake air is introduced into the diaphragm valve 4 by the operation of the switching valve 6 based on the signal from the ECU 7, and the rod 20 is moved in the direction B. With this operation, the on-off valve shaft 18 rotates clockwise, and the on-off valve 17 opens the first exhaust passage. Then, the exhaust gas passes through the first exhaust passage and flows into the downstream main catalytic converter 3. Then, since the catalyst of the main catalytic converter 3 has reached the activation temperature, the exhaust gas is purified.
[0033]
Here, since the inner diameter of the cylindrical portion 11d of the inner tube 11 located on the upstream side of the communication hole 16 of the inner tube 11 is smaller than the inner diameter of the cylindrical portion 11b which is the inlet, the exhaust gas is discharged through the cylindrical portion 11d. The flow velocity increases (see FIG. 1 (b)). Further, since the communication hole 16 is formed in the enlarged diameter portion 11e, the normal line of the communication hole 16 in the sectional view 1 is obtuse at an oblique angle to the flow direction of the exhaust gas passing through the first exhaust passage 13 and going downstream. It has become. For these reasons, the communication hole 16 is always open, but when the on-off valve 17 is open, the exhaust gas that has passed through the cylindrical portion 11d is unlikely to pass through the communication hole 16. Therefore, most of the air flows through the first exhaust passage 13 and flows to the main catalytic converter 3.
[0034]
As described above, a part of the inner tube 11 is formed as the reduced diameter portion 11c, the cylindrical portion 11d, and the enlarged diameter portion 11e, and the communication hole 16 is formed in the enlarged diameter portion 11e to constitute the airflow control means. As a result, when the on-off valve 17 is open, the catalyst 15 is not directly exposed to the high-temperature exhaust gas and the heat is radiated from the outer pipe 12, so that the exhaust gas hardly flows into the second exhaust passage 14. A high temperature of the catalyst 15 is prevented, and deterioration due to the high temperature of the catalyst is prevented.
[0035]
In the present embodiment, when the intake negative pressure introduced into the diaphragm valve 4 is shut off, the on-off valve 17 closes the first exhaust passage 13 by moving the rod 20 in the direction A, and the diaphragm valve 4 When the intake negative pressure is introduced to the valve, the opening / closing valve 17 opens the first exhaust passage 13 by moving the rod 20 in the direction B, but the reverse, that is, the intake negative pressure is applied to the diaphragm valve 4. Is introduced, the on-off valve 17 closes the first exhaust passage 13 by moving the rod 20 in the direction B, and when the intake negative pressure introduced into the diaphragm valve 4 is shut off, the rod 20 moves in the direction A. The opening / closing valve 17 may be configured to open the first exhaust passage 13 by moving the first exhaust passage 13.
[0036]
Further, in the present embodiment, the rotation of the on-off valve shaft 18 is controlled by providing the rod 20 and the diaphragm valve 4, but the rotation of the on-off valve shaft 18 is directly electrically controlled by using a servomotor. You may. In such a case, the on-off valve 17 is controlled via a servomotor based on a signal from the ECU 7.
[0037]
(Second embodiment)
The catalytic converter according to the present embodiment is different from the catalytic converter according to the first embodiment in that only the airflow control means including the inner pipe 11 and the communication hole as the communication means is changed, and the other components are the same. Therefore, the same components and components are denoted by the same reference numerals used in the first embodiment, and description thereof is omitted.
[0038]
FIG. 3 is a partial cross-sectional view of the catalytic converter according to the present embodiment. In the first embodiment, the inner tube 11 has the cylindrical portions 11a, 11b, 11d, the reduced-diameter portion 11c, and the increased-diameter portion 11e integrally formed. However, in the present embodiment, the inner tube 11 is It is configured by providing two independent parts continuously in the exhaust gas direction. That is, it is constituted by the first inner pipe 11-1 provided on the upstream side and the second inner pipe 11-2 provided on the downstream side. As shown in FIG. 3, the first inner tube 11-1 has a cylindrical portion 11b and a reduced-diameter portion 11f having a diameter decreasing toward the downstream from the cylindrical portion 11b. A cylindrical portion 11g is provided downstream of the portion 11f, and the cylindrical portion 11b is fixed to the cylindrical portion 12b of the outer tube 12 by welding or the like. Further, the second inner tube 11-2 is composed of only the cylindrical portion 11a, and is fixed to the catalyst 15 fixed to the cylindrical portion 12a of the outer tube 12 by bonding or the like. In addition, the diameter of the cylindrical portions 11a and 11g is formed so that 11g becomes smaller.
[0039]
The gap 21 between the first inner pipe 11-1 and the second inner pipe 11-2 serves as a communication means for connecting the first exhaust passage 13 and the second exhaust passage 14.
[0040]
With such a configuration, the inner diameter of the cylindrical portion 11g of the first inner pipe located on the upstream side of the gap 21 as the communication means is smaller than the inner diameter of the cylindrical portion 11b located on the upstream side. The flow rate of the exhaust gas increases at the cylindrical portion 11g. Also, a vector perpendicular to a curved surface passing through the upstream end of the cylindrical portion 11a and the downstream end of the cylindrical portion 11g, and a vector in the airflow direction from the first exhaust passage to the second exhaust passage passing through the gap 21. Forms an obtuse angle with the direction vector of exhaust gas flowing downstream through the first exhaust passage. From these facts, the gap 21 is always open, but when the on-off valve 17 is open, the exhaust gas that has passed through the cylindrical portion 11g becomes difficult to pass through the gap 21. Therefore, most of the air flows through the first exhaust passage 13 and flows to the main catalytic converter 3.
[0041]
As described above, in the present embodiment, the inner pipe 11 is configured by continuously providing two independent parts in the flow direction of the exhaust gas, and the first inner pipe 11- At the downstream end of the first inner tube, a cylindrical portion 11g, which is a small diameter portion smaller than the diameter of the cylindrical portion 11a that is the second inner tube 11-2, is formed, and the first inner tube and the second inner tube are combined. By forming the airflow control means by forming the gap 21 as the communication means, it becomes difficult for the exhaust gas to flow into the second exhaust passage 14, so that the catalyst 15 is not much exposed to the high-temperature exhaust gas and the outer pipe 12 Since the heat is also released from the catalyst, the catalyst 15 is prevented from being heated to a high temperature, and deterioration due to the catalyst being heated to a high temperature is prevented. Further, since the shape of the inner tube 11 is not as complicated as in the first embodiment, it can be easily formed.
[0042]
As shown in FIG. 4, when the cylindrical portion 11a of the second inner tube 11-2 is overlapped with the cylindrical portion 11g of the first inner tube 11-1 in the axial direction, as shown in FIG. Exhaust gas that has passed through the cylindrical portion 11g becomes more difficult to pass through the gap 21 than in the configuration. Therefore, the temperature of the catalyst 15 can be further prevented from becoming high, and deterioration can be prevented.
[0043]
(Third embodiment)
The catalytic converter according to the present embodiment is the same as the catalytic converter according to the second embodiment except that only the first inner tube 11-1 of the inner tube 11 is changed, and the other components are the same. The reference numerals used in the second embodiment are used as they are, and the description thereof is omitted.
[0044]
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the catalytic converter according to the present embodiment. In the second embodiment, the first inner tube 11-1 of the inner tube 11 includes a cylindrical portion 11b, a reduced diameter portion 11f whose diameter decreases from the cylindrical portion 11b toward the downstream, and a reduced diameter portion 11f. Although the first inner tube 11-1 of the present embodiment is constituted by the cylindrical portion 11b and the cylindrical portion 11g on the downstream side of the cylindrical portion 11b, the diameter thereof decreases as going downstream from the cylindrical portion 11b. 11h. The cylindrical portion 11b is fixed to the cylindrical portion 12b of the outer tube 12 by welding or the like. The diameter of the downstream end of the reduced diameter portion 11h is formed to be smaller than the diameter of 11a.
[0045]
And, as in the second embodiment, a gap 22 between the first inner pipe 11-1 and the second inner pipe 11-2 is a communication that connects the first exhaust passage 13 and the second exhaust passage 14. Means.
[0046]
With such a configuration, the downstream end of the reduced diameter portion 11h of the first inner tube 11-1 located on the upstream side of the gap 22 as the communicating means has an inner diameter of the inner diameter of the cylindrical portion 11b on the upstream side. Therefore, the flow rate of the exhaust gas increases at the cylindrical portion 11h. Further, in the cross-sectional view, the vector is a vector that is orthogonal to a curved surface passing through the upstream end of the cylindrical portion 11a and the downstream end of 11h, and passes through the gap 22 from the first exhaust passage to the second exhaust passage. The vector in the airflow direction forms an obtuse angle with the direction vector of exhaust gas flowing downstream through the first exhaust passage. From these facts, the gap 22 is always open, but when the on-off valve 17 is open, the exhaust gas that has passed through the reduced diameter portion 11h becomes difficult to pass through the gap 22. Therefore, most of the air flows through the first exhaust passage 13 and flows to the main catalytic converter 3. As a result, the catalyst 15 is hardly exposed to the high-temperature exhaust gas and radiates heat from the outer tube 12, so that the temperature of the catalyst 15 is prevented from being increased and the catalyst 15 is prevented from being deteriorated.
[0047]
Also, as shown in FIG. 6, when the cylindrical portion 11a of the second inner tube 11-2 is overlapped with the reduced diameter portion 11h of the first inner tube in the axial direction, the configuration of FIG. Further, the exhaust gas that has passed through the reduced diameter portion 11h becomes difficult to pass through the gap 22. Therefore, the temperature of the catalyst 15 can be further prevented from being increased, and the deterioration can be prevented.
[0048]
(Fourth embodiment)
The catalytic converter according to the present embodiment includes a first inner pipe 11-1, a second inner pipe 11-2, and a first inner pipe 11- of the inner pipe 11 of the catalytic converter according to the second embodiment. Only the gap 21 which is a communication means formed by the first and second inner pipes 11-2 is changed, and the other components are the same. Therefore, the same components and components are the same as those of the second embodiment. The used symbols are used as they are, and the description thereof is omitted.
[0049]
FIG. 7 is a partial cross-sectional view of the catalytic converter according to the present embodiment. In the second embodiment, the first inner tube 11-1 is formed by the cylindrical portions 11b and 11g and the reduced diameter portion 11f. However, the first inner tube 11-1 of the present embodiment is It has a reduced diameter portion 11i whose diameter decreases toward the downstream from the cylindrical portion 11b fixed to the outer tube 12, and further includes a cylindrical portion 11j downstream of the reduced diameter portion 11i. A cylindrical portion 11j and a cylindrical portion 11m having a smaller diameter than the cylindrical portion 11a of the second inner tube 11-2 are provided through a portion 11k bent inward substantially vertically from the downstream end. In the second embodiment, the second inner tube 11-2 has only the cylindrical portion 11a. However, in the present embodiment, the second inner tube 11-2 extends outward from the cylindrical portion 11a and the upstream end of the cylindrical portion 11a. A cylindrical portion 11p having a diameter larger than that of the cylindrical portion 11a is further provided through a portion 11n bent substantially vertically.
[0050]
And also in the present embodiment, the gap 23 between the first inner pipe 11-1 and the second inner pipe 11-2 serves as a communication means for connecting the first exhaust passage 13 and the second exhaust passage 14. .
[0051]
With such a configuration, the inner diameter of the cylindrical portion 11m of the first inner pipe 11-1 located on the upstream side of the gap 23 as the communicating means is smaller than the inner diameter of the upstream cylindrical portion 11b. The flow velocity of the exhaust gas increases at the cylindrical portion 11m. Also, in the sectional view 7, the vector is a vector that is perpendicular to a curved surface passing through the upstream end of the cylindrical portion 11p and the downstream end of 11m, and passes from the first airflow passage to the second airflow passage through the gap 23. The vector in the airflow direction forms an obtuse angle with the direction vector of exhaust gas flowing downstream through the first exhaust passage. From these facts, the gap 23 is always open, but when the on-off valve 17 is open, the exhaust gas that has passed through the cylindrical portion 11m becomes difficult to pass through the gap 23. Therefore, most of the air flows through the first exhaust passage 13 and flows to the main catalytic converter 3.
[0052]
As described above, in the present embodiment, the inner pipe 11 is constituted by providing two independent parts continuously in the flow direction of the exhaust gas, one of which is the first inner pipe 11-. The first inner tube 11-1 and the first inner tube 11-1 are formed at the downstream end of the first inner tube 11-1 and the first inner tube 11-1 with a small diameter portion smaller than the diameter of the cylindrical portion 11a and the cylindrical portion 11p of the second inner tube 11-2. By forming the airflow control means by forming the gap 23 as a communication means with the second inner pipe 11-2, the exhaust gas is less likely to flow into the second exhaust passage 14, so that the catalyst 15 Since the catalyst 15 is not exposed to heat and heat is radiated from the outer tube 12, the catalyst 15 is prevented from being heated to a high temperature, and is prevented from being deteriorated. Further, by providing the cylindrical portion 11p of the second inner tube, the diameter of the cylindrical portion 11m, which is the minimum diameter portion of the inner tube 11, is made larger than the minimum diameter of the above-described first to third embodiments. Therefore, even when the main catalytic converter reaches the activation temperature and the exhaust gas passes only through the first exhaust passage, it is possible to minimize a decrease in output due to an increase in exhaust pressure.
[0053]
In addition, as shown in FIG. 8, when the cylindrical portion 11p of the second inner tube is made to overlap with the cylindrical portion 11m of the first inner tube 11-1 in the axial direction, the configuration is higher than the configuration of FIG. Further, it becomes difficult for the exhaust gas that has passed through the cylindrical portion 11m to pass through the gap 23. Therefore, the temperature of the catalyst 15 can be further prevented from being increased, and the deterioration can be prevented.
[0054]
In the first to fourth embodiments, the embodiment according to the present invention has been described by taking the catalytic converter as an example. However, when the catalyst is removed from the catalytic converter of the first to fourth embodiments, The present invention can be used for various applications as an airflow control device for controlling an airflow from one passage to a second passage.
[0055]
【The invention's effect】
As described above, the airflow control device according to the present invention can control the airflow of exhaust gas and the like from the first passage to the second passage with a simple configuration.
[0056]
In addition, by providing the airflow control device with a catalyst, it is possible to secure exhaust gas purification performance and prevent deterioration of the catalyst with a simple configuration.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a cross-sectional view of a catalytic converter according to a first embodiment, and FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view of a portion A in FIG.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal combustion engine and its intake / exhaust system.
FIG. 3 is a sectional view of a main part of a catalytic converter according to a second embodiment.
FIG. 4 is a sectional view of a main part of another example of the catalytic converter according to the second embodiment.
FIG. 5 is a sectional view of a main part of a catalytic converter according to a third embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view of main parts of another example of the catalytic converter according to the third embodiment.
FIG. 7 is a sectional view of a main part of a catalytic converter according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a sectional view of a main part of another example of the catalytic converter according to the fourth embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional catalytic converter.
[Explanation of symbols]
1 Internal combustion engine
2 Catalytic converter
3 Main catalytic converter
4 Diaphragm valve
5 Negative pressure passage
6 Three-way switching valve
7 ECU
8 Cooling water temperature sensor
9 Catalyst temperature sensor
11 Inner tube
12 outer tube
13 1st exhaust passage
14 Second exhaust passage
15 Catalyst
16 Communication hole
17 On-off valve
18 On-off valve shaft
19 Connecting part
20 rods
21, 22, 23 gap

Claims

A first airflow passage formed inside the inner tube of the double tube;
A second airflow passage formed between an inner tube and an outer tube of the double tube;
Opening and closing means for opening and closing the first airflow passage;
Communication means for communicating the first airflow path and the second airflow path upstream of the opening / closing means;
Airflow control means for suppressing airflow from the first airflow path to the second airflow path when the opening / closing means opens the first airflow path;
An airflow control device comprising:

The airflow control means,
A diameter-enlarging portion that becomes larger as the inner pipe goes downstream;
A communication hole provided in the enlarged diameter portion,
The airflow control device according to claim 1, further comprising:

The airflow control means,
A reduced diameter portion that becomes smaller as the inner pipe goes downstream,
At the downstream of the reduced diameter portion, an enlarged portion that becomes larger as the inner pipe goes downstream,
A communication hole provided in the enlarged diameter portion,
The airflow control device according to claim 1, further comprising:

The inner pipe has a first inner pipe provided on the upstream side and a second inner pipe provided on the downstream side, with openings facing each other,
The airflow control means,
A small-diameter portion formed at a downstream end of the first inner pipe and having a diameter smaller than an upstream diameter and a diameter of the second inner pipe;
A gap formed by the small diameter portion and the second inner tube;
The airflow control device according to claim 1, further comprising:

The small diameter portion is reduced in diameter as going downstream,
The air flow control device according to claim 4, wherein the second inner pipe overlaps the small diameter portion in the axial direction.

The small diameter portion is cylindrical,
The air flow control device according to claim 4, wherein the second inner pipe overlaps the small diameter portion in the axial direction.

A catalytic converter comprising a catalyst in the second airflow passage of the airflow control device according to any one of claims 1 to 6.

An exhaust purification device in which a plurality of catalytic converters are arranged in an exhaust gas passage in a flow direction of exhaust gas,
8. An exhaust gas purifying apparatus, wherein at least one of the plurality of catalytic converters except the one located at the most downstream of the flow of exhaust gas is the catalytic converter according to claim 7.