JP2006257969A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排ガス流路の急激な温度変化に柔軟に対応して、切替バルブのシール性を向上させる。
【解決手段】内燃機関２から排出される排ガスが通過する主排気管１０と、主排気管１０から上流で分岐し、下流で合流するバイパス排気管２０と、主排気管１０とバイパス排気管２０との合流部１０ｂよりも排ガス流れ方向下流に設けられる主触媒装置４０と、バイパス排気管２０に設けられるバイパス触媒装置２１と、主排気管１０の排ガスの通流を切替える通流切替部３０とを備える内燃機関２の排気装置であって、通流切替部３０は、主排気管１０内に設けられ、開口部３１ａ及び開口部内周面のテーパ状の座面３１ｂが形成されたシート部３１と、開口部３１ａに挿入されて、その外周面３２ａに座面３１ｂに対応した傾斜面が形成される蓋部３２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の排気装置に関する。

自動車の排ガス浄化装置として、白金、ロジウム等を担持した担体を用いるものが知られている。このような排ガス浄化装置では、触媒が活性化する温度（３００〜４００℃）まで上昇させる必要があり、エンジン始動直後などの低温時にはほとんど排ガスを浄化することができない。そのため、従来の排ガス浄化装置は、触媒をできるだけエンジンの近傍に配備したり触媒担体にヒータを内蔵するなどの対処を行なって早期に活性化させていた。

しかし、触媒は急激な温度変化とともに高温条件にさらされ続けると早期に劣化してしまう。そのため、むやみに触媒をエンジンに近づけることは触媒の劣化を早め、かえって排ガス浄化効率を低下させる結果となってしまう。

そこで、この触媒の熱による劣化を防止するために、エンジン直下の排気管を分岐し、排ガスの主流路とこの主流路に並列に配設されたバイパス流路を設置する構造が提案されている。このバイパス流路には、ヒータ付触媒担体など早期に活性化する触媒装置が設置されている。また、主触媒装置は、主流路とバイパス流路が再び合流して１本の排気管となった部位に設置されている。そして、エンジン始動時など排ガスが低温のときにはバイパス流路に排ガスが流れ、排ガスが高温になったときには主流路に排ガスが流れる。このように、主流路とバイパス流路の排ガスの流れを切り替えるために、排気管内の通流を切替えるバルブが配備されている（特許文献１参照）。
特開平０９−７２２１０号公報

しかし、上述の自動車の排ガス浄化装置では、排ガス流路を分配するバルブ付近は高温にさらされるため、急激な温度変化によって、バルブが変形するおそれがあった。このようにバルブが変形すると、シールできなくなり、エンジン始動時に排ガスが主流路にもれてしまい、排ガスを浄化できなくなるばかりでなく、騒音も発生することとなり、排気性能全体が悪化することとなっていた。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、バルブの変形に柔軟に対処することを可能とし、バルブのシール性をも向上させる内燃機関の排気装置を提供することを目的としている。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、内燃機関（２）から排出される排ガスが通過する主排気管（１０）と、前記主排気管（１０）から上流で分岐し、下流で合流するバイパス排気管（２０）と、前記主排気管（１０）と前記バイパス排気管（２０）との合流部（１０ｂ）よりも排ガス流れ方向下流に設けられる主触媒装置（４０）と、前記バイパス排気管（２０）に設けられるバイパス触媒装置（２１）と、前記主排気管（１０）の排ガスの通流を切替える通流切替部（３０）とを備える内燃機関（２）の排気装置であって、前記通流切替部（３０）は、前記主排気管（１０）内に設けられ、開口部（３１ａ）及び開口部内周面のテーパ状の座面（３１ｂ）が形成されたシート部（３１）と、前記開口部（３１ａ）に挿入されて、その外周面（３２ａ）に前記座面（３１ｂ）に対応した傾斜面が形成される蓋部（３２）とを備える。

本発明によれば、排ガス流路の通流切替部の開口部をテーパ状に形成し、排ガスの通流を阻止する蓋部を開口部の形状に合わせて形成したので、排ガス流路の急激な温度変化による蓋部の変形などに柔軟に対応することができる。したがって、通流切替部のシール性能の悪化を防ぐことができるため、内燃機関の排気性能を向上させることができる。

以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による内燃機関の排気装置を使用する排ガス浄化システムについて説明する図である。

エンジン２から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化システム１は、主排気管１０と、バイパス排気管２０と、開閉バルブ部３０と、主触媒装置４０とを有する。

主排気管１０は、分岐部１０ａにてバイパス排気管２０と分岐する。また、主排気管１０は、合流部１０ｂにて分岐したバイパス排気管２０と再び合流する。主排気管１０は、バイパス排気管２０の開口面積よりも大きく形成される。主排気管１０の合流部１０ｂの下流には、主触媒装置４０を備えている。

バイパス排気管２０は、早期活性触媒装置２１を備える。早期活性触媒装置２１は、例えば、ヒーター付触媒装置である。早期活性触媒装置２１は、主触媒装置４０よりも排ガス流れ上流側に位置する。そのため、早期活性触媒装置２１は、主触媒装置４０に流れ込む排ガス温度と比べて高温の排ガスにさらされるように構成されている。

開閉バルブ部３０は、主排気管１０に備えられる。開閉バルブ部３０は、主排気管１０とバイパス排気管２０の分岐部１０ａと合流部１０ｂの間に設けられる。開閉バルブ部３０は、コントロールユニット３（以下「ＥＣＵ」とする）の指令によって、主排気管１０に排ガスを通過させるか否かが選択的に制御される。

主触媒装置４０及び早期活性触媒装置２１は、排気空燃比が理論空燃比近傍のときに、排ガス中の炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）を酸化すると同時に酸化窒素（ＮＯｘ）を還元可能な三元触媒である。

排ガス浄化システム１では、エンジン始動時などのエンジン冷間時には、開閉バルブ部３０を閉じて、主排気管１０への排ガスの通過を阻止する。そのため、エンジン２から排出された排ガスは、バイパス排気管２０を通過する。バイパス排気管２０に設けられている早期活性触媒装置２１は、高温の排ガスやヒーターなどにより早期に活性化する。そのため、エンジン始動時のように主触媒装置４０が活性化していない間は、早期活性触媒装置２１が排ガスを浄化する。主触媒装置４０が活性化すると、開閉バルブ部３０を開放して主排気管１０に排ガスを通過させて排ガスを浄化する。

図２は、本発明による第１実施形態の内燃機関の排気装置の開閉バルブ部３０の拡大図である。

開閉バルブ部３０は、シート部３１と、バルブ蓋部３２と、アーム部３３とを有する。点線はバルブが開いている状態であり、実線は閉じている状態を示している。

シート部３１は、一定の厚みを有する板状物である。シート部３１は、主排気管１０内に排ガスの流れ方向と垂直に設けられる。シート部３１には、排ガスを通過させるための円形の開口部３１ａを備える。開口部３１ａの内周面に形成される座面３１ｂは、排ガス流れ方向下流側の断面積が大きくなるように形成されたテーパ状である。

バルブ蓋部３２は、円錐台状である。バルブ蓋部３２は、金属製である。バルブ蓋部３２の厚さは、座面３１ｂの厚さと略同程度である。バルブ蓋部３２の外周面３２ａが底面となす角度は、開口部３１ａの座面３１ｂが排ガス流れ方向となす角度と略同じである。したがって、座面３１ｂにバルブ蓋部３２を着座させたときには、バルブ蓋部３２の外周面３２ａと開口部３１ａの座面３１ｂは略平行となる。

バルブ蓋部外周面３２ａには、複数のシールリング３４が所定の間隙をもって環装されている。シールリング３４は、金属製である。シールリング３４は、バルブ蓋部３２とシート部３１の隙間をシールして、排ガスの通過を阻止する。

バルブ蓋部上面３２ｂには、アーム部３３を回動可能に連結するアーム連結部３２ｃが設けられている。アーム部３３は、シート部３１に設けられたアーム取付部３５に回動可能に取付けられている。また、アーム部３３の一方の先端には、バルブ蓋部３２に設けられたアーム連結部３２ｃに回動可能に取り付けられている。このように、図示しない電動モータによってアーム取付部３５及びアーム連結部３２ｃを中心としてアーム部３３を回動させることによって、バルブ蓋部３２をシート部３１に対し垂直に開閉させることができる。

図３は、本発明による第１実施形態の内燃機関の排気装置のバルブ蓋部３２の拡大図であり、図３（Ａ）は全体図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の部分Ｂの拡大断面図、図３（Ｃ）は図３（Ａ）の部分Ｃの拡大図である。

図３（Ａ）に示すように、バルブ蓋部３２の外周面３２ａには、円環状のシールリング３４が２本環装されている。また、図３（Ｂ）に示すように、バルブ蓋部外周面３２ａには、シールリング３４をはめ込む溝部３２ｄが並列に２本設けられている。

シールリング３４には、バルブ蓋部３２の溝部３２ｄにはめ込むために、図３（Ａ）に示す切れ部３４ａが設けられている。図３（Ｃ）に示すように、切れ部３４ａの先端は、階段状の段差部３４ｂとなっている。段差部３４ｂは、溝部３２ｄにはめ込まれたときに段差部３４ｂが互いに係合するように形成されている。

図３（Ｂ）に示すように、シールリング３４と溝部３２ｄの間には隙間を有する。また、図３（Ｃ）に示すように、シールリング３４の切れ部３４ａには隙間を有している。したがって、バルブ蓋部３２を座面３１ｂに着座させてシート部３１の方向に押し付けることによって、柔軟に密着させることができ、シール性を向上させることができる。

図４は、本発明による第１実施形態の内燃機関の排気装置において、バルブ蓋部３２が座面３１ｂに着座する様子を示す図である。

シート部３１の開口部３１ａと接するシールリング３４の接触面３４ｃは、開口部３１ａの座面３１ｂと略平行となるように形成される。なお、図４について接触部３４ｃと座面３１ｂとが略平行であることを明確にするために、接触面３４ｃと座面３１ｂとの間に隙間を表示しているが、バルブを実際に閉じたときには隙間が生じないようにする。また、バルブ蓋部３２の外周面３２ａと開口部３１ａの座面３１ｂとは、シールリング３４の接触面３４ｃと座面３１ｂが接するのみであるため、直接接触することはない。

本実施形態によれば、バルブ蓋部３２の外周面３２ａに設けられたシールリング３４によって、バルブ蓋部３２と座面３１ｂとの間に所定のクリアランスを持たせることができる。したがって、シート部３１と蓋部外周面３２ａとが直接接触しないため、バルブ蓋部３２が高温の排ガスによる熱膨張によってシート部３１の開口部３１ａと固着して抜けなくなることを防ぐことができる。

また、切れ部３４ａで係合するシールリング３４の段差部３４ｂの間に隙間を有し、さらに、溝部３２ｄとシールリング３４との間に隙間を有するため、バルブ蓋部３２を開口部３１ａに押し付けることでさらにシール性を向上させることが可能である。

さらに、シールリング３４の切れ部３４ａが段差部３４ｂを形成しているため、切れ部３４ａからの排ガスの漏れを防ぐことができる。また、シールリング３４を複数使用することによって、さらにシール性を向上させることができる。

さらに、バルブ蓋部３２を支持するアーム部３３に２箇所の回動部３２ｃ，３５を有するため、バルブ蓋部３２を垂直にシート部３１に挿入させることができ、シール性を向上させることができる。

（第２実施形態）
図５は、本発明による第２実施形態の内燃機関の排気装置を示すバルブ蓋部１３２の拡大図であり、図５（Ａ）は全体図、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の部分Ｂの拡大図である。

なお以下に示す各実施形態では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

図５（Ａ）に示すように、バルブ蓋部１３２の外周面１３２ａには、円環状のシールリング１３４が３本環装されている。また、本実施形態では、図５（Ｂ）に示すようにバルブ蓋部外周面１３２ａにシールリング１３４をはめ込むための溝部１３２ｄが１本のみ設けられている。したがって、３本のシールリング１３４はすべて同一の溝部１３２ｄに環装されて、凸条部を形成する。シールリング１３４は、切れ部１３４ａがバルブ蓋部１３１ａの外周上でそれぞれ異なる位置になるように環装される。

本実施形態によれば、形成される溝部１３２ｄが１カ所であるため、加工が容易であり、バルブ蓋部１３１ａの厚さが薄い場合にも適用することができる。また、シールリング１３４の切れ部１３４ａを外周上異なる位置に配置することによって切れ部１３４ａからもれる排ガスを減少させてシール性を向上させることができる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。

例えば、本実施形態ではバルブ蓋部は排ガスの流れ方向上流に備えられているが、下流側に備えられていてもよい。

また、シールリングを用いずにバルブ蓋部成型時に側面の凸条部を一体成型してもよい。

内燃機関の排気装置の構成を示す図である。 本発明による第１実施形態の排気装置の開閉バルブ部の拡大図である。 本発明による第１実施形態の排気装置のバルブの拡大図である。 本発明による第１実施形態の排気装置のバルブ開閉時を示す図である。 本発明による第２実施形態の排気装置のバルブの拡大図である。

符号の説明

１ 排ガス浄化システム
２ 内燃機関
１０ 主排気管
２０ バイパス排気管
２１ 早期活性触媒装置（バイパス触媒装置）
３０ 開閉バルブ部（通流切替部）
３１ シート部
３１ｂ 座面
３２ バルブ蓋部（蓋部）
３４ シールリング（凸条部）
４０ 主触媒装置

Claims (7)

1. 内燃機関から排出される排ガスが通過する主排気管と、
   前記主排気管から上流で分岐し、下流で合流するバイパス排気管と、
   前記主排気管と前記バイパス排気管との合流部よりも排ガス流れ方向下流に設けられる主触媒装置と、
   前記バイパス排気管に設けられるバイパス触媒装置と、
   前記主排気管の排ガスの通流を切替える通流切替部と、
   を備える内燃機関の排気装置であって、
   前記通流切替部は、
   前記主排気管内に設けられ、開口部及び開口部内周面のテーパ状の座面が形成されたシート部と、
   前記開口部に挿入されて、その外周面に前記座面に対応した傾斜面が形成される蓋部と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 前記蓋部は、外周面を周回する凸条部が形成されており、その凸条部で前記開口部を閉塞する、
   ことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気装置。
3. 前記凸条部は、前記蓋部外周面に複数設けられている、
   ことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排気装置。
4. 前記凸条部は、前記蓋部外周面に設けられた溝部に環装された円環状のシールリングによって形成される、
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の内燃機関の排気装置。
5. 前記溝部は、形成される前記凸条部ごとに設けられる、
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気装置。
6. 前記溝部は、複数のシールリングが環装される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気装置。
7. 前記シールリングは、切れ目を有し、
   前記シールリングの切れ目部は、段差部を有して互いに係合する、
   ことを特徴とする請求項４から請求項６までのいずれか１項に記載の内燃機関の排気装置。

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