JP2007247488A - 排気圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御装置において、メインバルブを閉状態から開状態に切り替える際に発生する気流音の音圧レベルを低減する。
【解決手段】この排気圧力制御装置２０は、メイン流路３４とバイパス流路３２を備えるハウジング３０と、メイン流路３４を開閉するメインバルブ３６と、メインバルブ３６を開閉駆動する第１のバルブ開閉装置４２と、バイパス流路３２を開閉するバイパスバルブ４０と、バイパスバルブ４０を開閉駆動する第２のバルブ開閉装置７０と、を有している。第１のバルブ開閉装置４２は、メインバルブ３６を閉状態から開状態とするまでの時間がメインバルブ３６を開状態から閉状態とするまでの時間に比して長くなるように設定されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御装置に関する。

エンジンの始動性を向上させ、あるいは、エンジンから排気される排気ガスを浄化するために、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御装置が用いられている。従来の排気圧力制御装置としては、例えば、特許文献１に開示されたものが知られている。
特許文献１の排気圧力制御装置は、メイン流路とバイパス流路が設けられたハウジングを備えている。メイン流路には、メイン流路を開閉するメインバルブと、メインバルブを開閉駆動する第１バルブ開閉装置が設けられている。バイパス流路には、バイパス流路を開閉するバイパスバルブと、バイパスバルブを開閉駆動する第２バルブ開閉装置が設けられている。第１バルブ開閉装置は、ソレノイド、空気、油圧等によって作動し、エンジンの運転状態に応じて開閉駆動される。第２バルブ開閉装置は、ダイアフラム式のアクチュエータが用いられ、メインバルブの上流の排気ガスの圧力に応じて開閉駆動される。
この排気圧力制御装置では、メインバルブの開度を絞ると、排気ガスの圧力が上昇する。排気ガスの圧力が所定の値を超えると、バイパスバルブが開く。バイパスバルブが開くと、バイパス流路を排気ガスが流れ、これによって、排気ガスの圧力上昇が抑えられ、排気ガスの圧力を所定の値に維持する。一方、メインバルブの開度を大きくすると、排気ガスの圧力が低下し、バイパスバルブは閉じ、バイパス流路が閉じられる。

国際公開９９／０４１４９５

近年、上述した排気圧力制御装置を、ディーゼルエンジンから排出される排気ガスを浄化するディーゼル・パティキュレート・フィルタ・システム（以下、ＤＰＦシステムという）へ適用することが検討されている。ＤＰＦシステムは、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるパティキュレートや黒鉛をセラミック製のフィルタで捕集し、排気ガスを浄化する装置である。このＤＰＦシステムでは、フィルタに捕集されるパティキュレートや黒鉛が一定量を超えると、フィルタに捕集されたパティキュレートや黒鉛を燃焼させてフィルタを再生する。このフィルタの再生のために排気圧力制御装置が用いられる。すなわち、フィルタを再生する際は、排気圧力制御装置によってメインバルブの開度を絞り、排気ガスの圧力を高める。排気ガスの圧力が所定値を超えると、バイパスバルブが開き、バイパス流路を排気ガスが流れることで、排気ガスの圧力が所定値に維持される。排気ガスの圧力上昇に伴ってエンジンへの燃料供給量が増量されるため、エンジンで燃焼しなかった燃料の一部がフィルタ上流の酸化触媒に供給される。酸化触媒に供給された未燃成分は、酸化反応によって触媒内のガス温を上昇させ、フィルタに捕集されたパティキュレートや黒鉛を燃焼させ、フィルタを再生する。フィルタの再生が終了すると、メインバルブが開き、排気圧力が通常の圧力まで低下する。したがって、ＤＰＦシステムに排気圧力制御装置を適用することで、エンジンに供給される燃料を利用してフィルタの再生を行うことが可能となる。
しかしながら、上述した排気圧力制御装置をＤＰＦシステムに適用する場合、フィルタの再生を終了し、メインバルブを閉状態（メインバルブの開度を絞った状態を含む）から開状態に切り替える際に、メインバルブの上流側から下流側に排気ガスが急激に流れる。これによって、不快な気流音が発生するという問題があった。特に、ディーゼルエンジンが搭載される車両はバス、トラック等の大型車が多く、発生する気流音も大きく、気流音の低減が大きな課題となっている。

本発明は、上記問題点に鑑みて創作されたものであり、排気圧力制御装置のメインバルブを閉状態から開状態に切り替える際に発生する気流音の音圧レベルを低減することができる排気圧力制御装置を提供することを目的とする。

本発明の排気圧力制御装置は、エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する。この排気圧力制御装置は、メイン流路とバイパス流路を備えるハウジングと、メイン流路を開閉するメインバルブと、メインバルブを開閉駆動する第１のバルブ開閉装置と、バイパス流路を開閉するバイパスバルブと、バイパスバルブを開閉駆動する第２のバルブ開閉装置と、を有している。そして、第１のバルブ開閉装置は、メインバルブを閉状態から開状態とするまでの時間がメインバルブを開状態から閉状態とするまでの時間に比して長くなるように設定されている。
この排気圧力制御装置は、メインバルブを閉状態から開状態とするまでの時間が長く設定される一方で、メインバルブを開状態から閉状態とするまでの時間が短く設定されている。このため、メインバルブを閉状態から開状態としたときに、メインバルブの上流側から下流側へ排気ガスが急激に流れることが抑制される。これによって、気流音の音圧を低減することができる。また、メインバルブを開状態から閉状態とするまでの時間は短く設定されているため、排気ガスの圧力を短時間で所望の値まで上昇させることができる。

上記の第１のバルブ開閉装置は、メインバルブを開閉駆動するダイアフラム式のアクチュエータと、そのアクチュエータの圧力室に気体の給排気を行う給排気手段と、その給排気手段とアクチュエータの圧力室とを接続する配管と、その配管の途中に設けられ、気体の通過断面積が大きな通過口となる第１の状態と、気体の通過断面積が小さな通過口となる第２の状態とに切り替える流量調節手段と、を有することができる。そして、アクチュエータは、圧力室の気体の圧力が所定圧力を超えるときはメインバルブを閉じ、圧力室の圧力が所定圧力以下のときはメインバルブを開くように設定されており、流量調節手段は、圧力室から気体を排気するときは第１の状態とし、圧力室に気体を供給するときは第２の状態とする。
この第１のバルブ開閉装置では、ダイアフラム式のアクチュエータの圧力室に気体を供給することで圧力室の圧力が所定圧力を超えると、メインバルブが閉状態から開状態となる。圧力室に気体を供給するときは、流量調節手段は気体通過断面積の小さな通過口となるため、圧力室の圧力が急激に上昇することが抑制される。このため、メインバルブはゆっくりと開状態となる。一方、ダイアフラム式のアクチュエータの圧力室から気体を排気することで圧力室の圧力が所定圧力以下となると、メインバルブが開状態から閉状態となる。圧力室から気体を排気するときは、流量調節手段は気体通過断面積の大きな通過口となるため、圧力室の圧力が急激に低下する。このため、メインバルブは素早く閉状態となる。

また、上記の第２のバルブ開閉装置は、メインバルブ上流側の排気ガスの圧力に応じて直線運動する可動部材と、その可動部材の直線運動をバイパスバルブの開閉運動に変換するリンク機構とを備えることができる。
このような構成によると、可動部材の排気ガスの圧力に応じた直線運動をリンク機構を介してバイパスバルブに伝達するため、排気ガスの圧力が脈動するような場合でも、バイパスバルブの挙動を安定化することができる。これによって、排気ガスの圧力を精度よく制御することができる。

第２のバルブ開閉装置は、例えば、可動部材を収容する収容室と、可動部材によって仕切られた収容室の一方にメインバルブ上流側の排気ガスを導入する導入管と、収容室の他方に配されて可動部材を収容室の一方に向かって付勢する付勢手段と、を備えることができる。
このような構成によると、排気ガスの圧力に応じて可動部材の位置が変化するため、バイパスバルブの開度を排気ガスの圧力に応じて変えることができる。これによって、排気ガスの圧力を精度良く制御することができる。

上記の排気圧力制御装置は、ＤＰＦ装置を備えた排気流路に設けられることが好ましい。この場合、ハウジングの上流端には、ＤＰＦ装置が接続される接続口が設けられていることが好ましい。
排気圧力制御装置をＤＰＦ装置の下流側に配置されるため、ＤＰＦ装置でパティキュレートや黒鉛が除去された排気ガスが排気圧力制御装置を流れることとなる。このため、パティキュレートや黒鉛等が排気圧力制御装置に付着し、排気圧力制御装置の制御性を悪化させることが防止される。

また、上記の排気圧力制御装置は、ハウジングの下流端に設けられ、排気管が取付けられるフランジ部をさらに有することができる。この場合、そのフランジ部は、当該フランジ部と排気管とがフレキシブル結合されるようになっていることが好ましい。
排気圧力制御装置と排気管がフレキシブル結合されることで、排気圧力制御装置の上流側の装置（例えば、エンジン等）の振動が排気管に伝わることを防止することができる。

また、本発明は、エンジンからの排気ガスが脈動する場合でも、排気ガスの圧力を安定して制御することができる排気圧力制御装置を提供する。
すなわち、本発明の第２の排気圧力制御装置は、エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する。この排気圧力制御装置は、メイン流路とバイパス流路を備えるハウジングと、メイン流路を開閉するメインバルブと、メインバルブを開閉駆動する第１のバルブ開閉装置と、バイパス流路を開閉するバイパスバルブと、バイパスバルブを開閉駆動する第２のバルブ開閉装置と、を有している。そして、バイパスバルブは、バイパス流路の中間部でメイン流路から退避した位置に配設されており、第２のバルブ開閉装置はメインバルブ上流側の排気ガスの圧力に応じて直線運動する可動部材と、その可動部材の直線運動をバイパスバルブの開閉運動に変換するリンク機構とを備えている。
この排気圧力制御装置は、バイパスバルブがバイパス流路の中間部(すなわち、メイン流路から退避した位置)に設けられるため、バイパスバルブにメイン流路を流れる排気ガスの圧力が直接作用することが防止される。また、バイパスバルブの開閉は、メインバルブの上流側の排気ガスの圧力に応じて可動部材を直線運動させ、その可動部材の直線運動をリンク機構を介してバイパスバルブに伝達することで行われる。このため、メイン流路を流れる排気ガスが脈動し、メインバルブ上流側の排気ガスの圧力が細かく変動しても、バイパスバルブの開閉に大きく影響することが防止され、バイパスバルブのチャタリング等を防止することができる。これらによって、排気ガスの圧力を安定的に制御することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） 排気圧力制御装置は、ディーゼルエンジンの排気流路に設けられる。排気圧力制御装置の上流にはＤＰＦ装置が配され、下流には排気管（マフラ）が配される。
（形態２） 排気圧力制御装置は、メイン流路とバイパス流路が形成されたハウジングを有する。バイパス流路はメイン流路に隣接して設けられる。メイン流路には、メインバルブの上流側に入口ポートが設けられ、メインバルブの下流側に出口ポートが設けられる。バイパス流路の上流端は入口ポートを介してメイン流路に接続され、下流端は出口ポートを介してメイン流路に接続される。バイパスバルブはバイパス流路の中間に配設される。
（形態３） バイパスバルブを開閉する開閉装置は、ダイアフラム式のアクチュエータと、そのアクチュエータのロッドの直線運動をバイパスバルブの開閉運動に変換するリンク機構を備える。
（形態４） メインバルブを開閉する開閉装置は、ダイアフラム式のアクチュエータを備えている。アクチュエータの圧力室の圧力が所定圧力を超えるとメインバルブは開き、アクチュエータの圧力室の圧力が所定圧力以下となるとメインバルブは閉じる。アクチュエータの圧力室は３方電磁弁の中立ポートに接続され、３方電磁弁の他の２つのポートの一方は吸引ポンプに接続され、他方は大気に開放されている。アクチュエータの圧力室と３方電磁弁の間には流量調節手段が設けられる。
（形態５）流量調節手段は、気体通路が形成されたハウジングと、気体通路をアクチュエータ側と３方電磁弁側とに仕切る仕切り板を有している。仕切り板には、複数のオリフィスが形成され、その複数のオリフィスの一部は弁体（バルブ）によって開閉される。弁体は、圧力室に空気を導入するときにオリフィスを閉じ、圧力室から空気を排気するときはオリフィスを開く。

本発明を具現化した一実施例を図面を参照して説明する。まず、本実施例の排気圧力制御装置２０が搭載されるディーゼルエンジン１０の排気系の構成について説明する。図１に示すように、ディーゼルエンジン１０の排気系は、ＤＰＦ装置１４と、排気圧力制御装置２０を備えている。
ＤＰＦ装置１４は、排気ガスに含まれるパティキュレートや黒鉛を捕集するフィルタ（セラミック製）を備えている。ＤＰＦ装置１４の上流端には排気管１２を介してディーゼルエンジン１０が接続されている。ＤＰＦ装置１４の下流端には排気管１６を介して排気圧力制御装置２０が接続されている。排気管１２には圧力センサ１２ａが配設されている。圧力センサ１２ａは排気管１２を流れる排気ガスの圧力を検出する。排気管１６には圧力センサ１６ａが配設されている。圧力センサ１６ａは排気管１６を流れる排気ガスの圧力を検出する。圧力センサ１２ａ，１６ａで検出された排気ガスの圧力はＥＣＵ１８に入力される。排気圧力制御装置２０は、ディーゼルエンジン１０から排気される排気ガスの圧力を制御する装置である（詳細な構成については後述する）。排気圧力制御装置２０の下流端は排気管２６を介してマフラに接続されている。
ディーゼルエンジン１０及び排気圧力制御装置２０の制御は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１８によって行われる。ＥＣＵ１８は、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じて、ディーゼルエンジン１０への吸気量及び燃料供給量を制御する。また、ＥＣＵ１８は、圧力センサ１２ａ，１６ａで検出された各圧力の圧力差（すなわち、ＤＰＦ装置１４の圧力損失）が所定値を超えると、排気圧力制御装置２０のメインバルブ(後述)を閉じてＤＰＦ装置１４のフィルタを再生する。

上述した排気系では、ディーゼルエンジン１０から排気される排気ガスは、排気管１２を介してＤＰＦ装置１４に流れる。ＤＰＦ装置１４は、排気ガスに含まれるパティキュレートや黒鉛を捕集する。ＤＰＦ装置１４で浄化された排気ガスは、排気管１６、排気圧力制御装置２０及び排気管２６を通ってマフラより大気に放出される。
ＤＰＦ装置１４にパティキュレートや黒鉛が捕集され、ＤＰＦ装置１４の圧損が大きくなると、ＥＣＵ１８は排気圧力制御装置２０のメインバルブを閉じる。これによって、ディーゼルエンジン１０の排気圧力が上昇し、この排気圧力の上昇に応じてディーゼルエンジン１０への燃料供給量が増量される。このため、ＤＰＦ装置１４には、未燃成分を含んだガスが供給され、未燃成分を含んだガスはフィルタ上流の酸化触媒に供給される。酸化触媒に供給された未燃成分は、酸化反応によって触媒内のガス温度を上昇させ、これによって、フィルタに捕集されたパティキュレートや黒鉛が燃焼する（すなわち、ＤＰＦ装置１４のフィルタが再生される）。ＤＰＦ装置１４のフィルタの再生が完了すると、ＥＣＵ１８は排気圧力制御装置２０のメインバルブを開き、通常の運転状態に戻る。なお、ＤＰＦ装置１４の再生は、ＤＰＦ装置１４の圧力損失が所定値を超える毎に行われる。

次に、上述した排気圧力制御装置２０について説明する。図２は、排気圧力制御装置２０の概略構成を示す図である。図２に示すように、排気圧力制御装置２０は、メイン流路３４とバイパス流路３２を有するハウジング３０と、メイン流路３４を開閉するメインバルブ３６と、バイパス流路３２を開閉するバイパスバルブ４０とを備えている。

ハウジング３０は、メイン流路３４と、このメイン流路３４に隣接して設けられたバイパス流路３２（バイパス室）を有している。
メイン流路３４の上流端３１には排気管１６が取付けられ、メイン流路３４の下流端３３には排気管２６が取付けられる。メイン流路３４の内壁面には入口ポート３４ａと出口ポート３４ｂが形成されている。入口ポート３４ａは上流端３１側に配され、出口ポート３２ｂは下流端３３側に配されている。入口ポート３４ａと出口ポート３４ｂの間にはメインバルブ３６が配されている。
バイパス流路３２は、その上流端が入口ポート３４ａを介してメイン流路３４に接続され、その下流端が出口ポート３４ｂを介してメイン流路３４に接続されている。バイパス流路３２は、流路部３２ａとバイパスバルブ収容部３２ｂを有している。流路部３２ａは入口ポート３４ａに連通している。バイパスバルブ収容部３２ｂは出口ポート３４ｂに連通している。バイパスバルブ収容部３２ｂは、出口ポート３４ｂからメイン流路３４の軸線に対して垂直方向に形成されている。バイパスバルブ収容部３２ｂにはバイパスバルブ４０が収容されている。バイパスバルブ４０は、流路部３２ａからバイパスバルブ収容部３２ｂへの開口部３２ｃを開閉するようになっている。図から明らかなように、開口部３２ｃは、メイン流路３４の内壁面から退避した位置に配置されている。

メインバルブ３６は、バタフライ式バルブであり、回転軸３８と、回転軸３８に一体に成形された弁体３７を備えている。回転軸３８はメイン流路３４（ハウジング３０）の壁面に回転自在に支持されている。回転軸３８が回動することで、弁体３７がメイン流路３４を閉じる閉状態と、弁体３７がメイン流路３４を開く開状態とに切り替えられる。

メインバルブ３６を開閉する開閉装置４２は、アクチュエータ６０と、３方電磁弁４８と、バキュームポンプ４４を備えている。
アクチュエータ６０は、ダイアフラム式のアクチュエータである。アクチュエータ６０は、図示しない圧力室の圧力に応じて伸縮するロッド６２を備えている。ロッド６２の先端にはリンク６４の一端が回転可能に取付けられている。リンク６４の他端には回転軸３８が固定されている。ロッド６２が伸縮すると、それに応じて回転軸３８が回転し、これによって、メインバルブ３６がメイン流路３４を開く開状態と、メイン流路３４を閉じる閉状態とに切り替えられる。すなわち、アクチュエータ６０の圧力室の圧力が所定圧力を超えるとメインバルブ３６がメイン流路３４を開き、アクチュエータ６０の圧力室の圧力が所定圧力以下となるとメインバルブ３６がメイン流路３４を閉じるようになっている。

アクチュエータ６０の圧力室は、配管５８ａ，流量調節弁５０，配管５８ｂを介して３方電磁弁４８の中立ポート４８ｃに接続されている。３方電磁弁４８の残った２つのポート４８ａ，４８ｂのうち一方のポート４８ａはチェックバルブ４６を介してバキュームポンプ４４に接続され、他方のポート４８ｂは大気に開放されている。チェックバルブ４６はバキュームポンプ４４から３方電磁弁４８側への空気の逆流を防止している。
３方電磁弁４８は、ＥＣＵ１８によって制御される。ポート４８ｂを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ａとが連通する状態とし、バキュームポンプ４４を作動させると、アクチュエータ６０の圧力室内の空気が排気される（これによって、メインバルブ３６が閉状態となる）。一方、ポート４８ａを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ｂとが連通する状態とすると、アクチュエータ６０の圧力室内に大気が導入される（これによって、メインバルブ３６が開状態となる）。

アクチュエータ６０の圧力室と３方電磁弁４８の間に介装される流量調節弁５０は、流路が形成されたハウジング５２と、ハウジング５２に形成された流路の中間に設けられた隔壁５４と、隔壁５４に取付けられた弁体５６を有している。隔壁５４によって仕切られた一方の流路５２ａは、配管５８ａを介してアクチュエータ６０の圧力室に連通している。隔壁５４によって仕切られた他方の流路５２ｂは、配管５８ｂを介して３方電磁弁４８の中立ポート４８ｃに接続されている。
隔壁５４には複数のオリフィス５４ａが穿設されている。複数のオリフィス５４ａの一部は、弁体５６によって開閉される。すなわち、アクチュエータ６０の圧力室に空気を導入する時（３方電磁弁４８からアクチュエータ６０に向かって空気が流れる時）は、弁体５６が隔壁５４の一部のオリフィスを閉じる。アクチュエータ６０の圧力室から空気を排気する時（アクチュエータ６０から３方電磁弁４８に向かって空気が流れる時）は、弁体５６が変形して隔壁５４のオリフィス５４ａを開く（図４に示す状態）。したがって、アクチュエータ６０の圧力室に空気を導入する時は、空気の通過断面積が小さくなり、圧力室には緩やかに空気が供給される。一方、アクチュエータ６０の圧力室から空気を排気する時は、空気の通過断面積が拡大され、圧力室の空気が速やかに排気される。これによって、メインバルブ３６が閉状態から開状態となるまでの時間が、メインバルブ３６が開状態から閉状態となるまでの時間より長くなるように調整されている。

バイパスバルブ４０は、フラッパ弁であり、バイパス流路３２の開口部３２ｃを開閉する。図３に示すように、バイパスバルブ４０を開閉する開閉装置７０は、アクチュエータ８０と、アクチュエータ８０の運動をバイパスバルブ４０に伝達するリンク機構（７４，７２）を備えている。
アクチュエータ８０は、ダイアフラム式のアクチュエータであり、シリンダ８１とロッド７６を備えている。ロッド７６は、その基端部に設けられた隔壁部７６ａと、隔壁部７６ａに立設されたロッド部７６ｂを有している。隔壁部７６ｂは、シリンダ８１内に移動可能に収容され、シリンダ８１内を圧力室８２とばね収容室８４に区画している。圧力室８２は排ガス導入管２４によって排気管１６と連通され、排気管１６内を流れる排気ガスが圧力室８０内に導入されるようになっている。ばね収容室８４には圧縮された状態でばね８６が収容されている。ばね８６は、隔壁部７６ａを圧力室８０側に付勢している。ロッド部７６ｂの先端にはリンク７４の基端が回転自在に取付けられている。リンク７４の先端には回転軸８２を介してアーム７２の一端が固定されている。アーム７２の他端にはバイパスバルブ４０が取付けられている。
圧力室８２に導入される排気ガスの圧力が所定の圧力以下のときは、圧力室８２内の排気ガスから隔壁部７６ａに作用する力より、ばね８６の隔壁部７６ａを付勢する付勢力の方が大きいため、ロッド７６は初期位置にあり、バイパスバルブ４０はバイパス流路３２の開口部３２ｃを閉じている。一方、圧力室８２に導入される排気ガスの圧力が所定の圧力を越えると、ばね８６の付勢力に抗してロッド７６が伸張する。これによって、アーム７２が軸８３回りに回動し、アーム７２の先端に取付けたバイパスバルブ４０が開口部３２ｃを開く。

上述した排気圧力制御弁２０がメインバルブ３６を開閉するときの動作について説明する。まず、メインバルブ３６を開いた状態から閉じた状態とするときの動作について説明する。なお、上述した説明から明らかなように、メインバルブ３６が開いた状態では、アクチュエータ６０の圧力室に大気が導入されている。
上述したように、排気圧力制御弁２０の開閉はＥＣＵ１８によって制御される。ＥＣＵ１８は、まず、３方電磁弁３８に駆動信号を出力し、ポート４８ｂを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ａとが連通する状態とし、次いで、バキュームポンプ４４を作動させる。これによって、アクチュエータ６０の圧力室内の空気が排気され、メインバルブ３６がメイン流路３４を閉じる。アクチュエータ６０の圧力室から空気が排気されるときは、流量調節弁５０の弁体５６はオリフィス５４ａを開放する。このため、アクチュエータ６０の圧力室内の空気が速やかに排気される。

なお、メインバルブ３６がメイン流路３４を閉じると、排気ガスの圧力が上昇するため、バイパスバルブ４０を駆動するアクチュエータ７６の圧力室８２に導入される排気ガスの圧力も上昇する。圧力室８２内の排気ガスの圧力が所定値を超えると、ロッド７６がばね８６の付勢力に抗して伸張する。これによって、バイパスバルブ４０がバイパス流路３２の開口部３２ｃを開く。なお、バイパスバルブ４０のバルブ開度は、排気管１６内の排気ガスの圧力によって決まり、排気管１６内の排気ガスの圧力が高いと大きく、排気管１６内の排気ガスの圧力が低いと小さくなる。これによって、排気管１６内の排気ガスの圧力が略一定に維持される。
また、バイパスバルブ４０は、メイン流路３４の内壁面から退避した位置に配置されているため、メイン流路３４の排気圧力が直接作用しないようになっている。また、バイパスバルブ４０の開閉は、アクチュエータ７６の直線運動をリンク機構を介してアーム７２に伝達することで行われる。これらのため、排気管１６を流れる排気ガスが脈動する場合であっても、バイパスバルブ４０の挙動が安定し、バイパスバルブ４０のチャタリング等を防止することができる。これによって、排気圧力の制御性が向上する。

次に、メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態とするときの動作について説明する。メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態とする際は、ＥＣＵ１８は、３方電磁弁３８に駆動信号を出力し、ポート４８ａを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ｂとが連通する状態とする。これによって、３方電磁弁４８側からアクチュエータ６０の圧力室内に大気が導入され、メインバルブ３６がメイン流路３４を開く。アクチュエータ６０の圧力室内に空気が導入されるときは、流量調節弁５０の弁体５６は一部のオリフィス５４ａを閉じる。このため、アクチュエータ６０内の圧力室には空気が緩やかに導入され、メインバルブ３６はゆっくりと開くこととなる。
なお、メインバルブ３６がメイン流路３４を開くと、排気管１６内を流れる排気ガスの圧力も低下する。このため、バイパスバルブ４０はバイパス流路３２の開口部３２ｂを閉じることとなる。

図６は、メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態に移行する際の３方電磁弁３８、アクチュエータ６０の圧力室の圧力、及びメインバルブ３６のバルブ開度の時間的な変化を模式的に示す図である。
図６に示すように、まず、３方電磁弁３８が負圧状態（アクチュエータ６０とバキュームポンプ４４が接続された状態）から大気開放状態（アクチュエータ６０が大気に開放された状態）に切り替えられる。３方電磁弁３８が大気開放状態に切り替えられると、アクチュエータ６０の圧力室は徐々に負圧状態から大気圧状態に移行する。メインバルブ３６は、３方電磁弁３８が大気開放状態に切り替えられたタイミングから若干の時間遅れｔを経過してから徐々に開き始める。そして、大気開放状態に切り替えられたタイミングから時間ｔ０が経過すると、メインバルブ３６は全開となる。

図７は、メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態とするときの排気圧力の変化と気流音の音圧変化を測定した結果の一例を示している。なお、図７には、流量調節弁５０を配設しなかったときの排気圧力の変化を比較例として併せて示している。
図７から明らかなように、流量調節弁５０を配設した本実施例では、流量調節弁５０を配設しなかった場合と比較して、排気ガスの圧力変化（ΔＰ／ｄｔ）は緩やかになり、メインバルブ３６が閉じた状態から全開状態となるまでに要する時間（いわゆる、応答時間）も長くなっている。また、排気ガスの圧力変化の波形と気流音の音圧変化の波形の比較から明らかなように、排気ガスの圧力変化の大きさと気流音の音圧（音圧の振幅量）が比例する。したがって、排気ガスの圧力変化を緩やかにすることで、気流音が小さくなることがわかる。すなわち、メインバルブ３６の応答時間を長くすることで、気流音を低減することができる。

図８はメインバルブ３６の応答時間（閉状態から全開状態となるまでの時間）と気流音の音圧（最大音圧）との関係を示す図である。図から明らかなように、メインバルブ３６の応答時間を長くすることで、気流音の最大音圧を低減することができた。

上述のように、本実施例の排気圧力制御装置２０では、メインバルブ３６を開閉する開閉装置４２に流量調節弁５０を設けることで、メインバルブ３６を閉状態から開状態とするまでの応答時間を長くしている。このため、メインバルブ３６を閉状態から開状態とするときの気流音が緩和される。一方、メインバルブ３６を開状態から閉状態とするまでの時間は短く設定されているため、ＤＰＦ装置１４のフィルタ再生を時間遅れなく実施することができる。
また、バイパスバルブ４０はメイン流路３４から退避した位置に配置され、かつ、アクチュエータ８０のロッドの伸縮運動をリンク機構によってバイパスバルブ４０の開閉運動に変換している。このため、排気管１６内の排気ガスが脈動する場合であっても、バイパスバルブ４０がチャタリングを生ずることが防止され、排気圧力を所定の圧力範囲内に制御することが可能となる。また、排気ガスの圧力の変化に応じてバイパスバルブ４０の開度が変化するため、車両を走行した状態（排気ガスの流量（圧力）が変化する状態）でもＤＰＦ装置１４のフィルタ再生をすることができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例では、排気圧力に応じてバイパスバルブ３６の開度を調節するために、アクチュエータの運動をリンク機構によってバイパスバルブ３６に伝達したが、本発明はこのような形態に限られず、例えば、ラックアンドピニオン機構を用いてアクチュエータの運動をバイパスバルブの開閉運動に変換するようにしてもよい。このような構成によっても、排気圧力に応じてバイパスバルブの開度を調節することができる。
また、上述した実施例では、メイン流路３４の下流端３３に排気管２６を相対変位不能に取付けたが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、図５に示すように、メイン流路３４の下流端３３に排気管２６をフレキシブルな状態（下流端３３に対して排気管２６が相対移動可能な状態）で取付けるようにしてもよい。
すなわち、ハウジング３０の下流端にはフランジ３４ｃを設ける。排気管２６にもフランジ２７を設ける。フランジ３４ｃとフランジ２７は、両者の間にシールリング２９ａと緩衝リング２９ｂが配した状態でボルト等で連結される。シールリング２９ａ及び緩衝リング２９ｂは樹脂で成形され、ある程度の弾力性を有している。したがって、ハウジング３３と排気管２６の間に力が作用すると、シールリング２９ａ及び緩衝リング２９ｂが変形し、ハウジング３３（メイン流路３４の下流端３３）に対して排気管２６は相対的に位置を変えることができる。このような構成によると、排気圧力制御装置２０の上流側の装置（エンジン１０）の振動が排気管２６に伝達されることが抑制され、排気管２６及びマフラが振動することを防止することができる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

本実施例の排気圧力制御弁が搭載されるディーゼルエンジンの排気系の構成を示す図。 本実施例の排気圧力制御装置の概略構成を示す図。 バイパスバルブを開閉する開閉装置の概略構成を示す図。 メインバルブを閉じるときの流量調節弁の状態を示す図。 排気圧力制御装置と排気管２６との取付け構造の変形例を示す図。 ３方電磁弁とアクチュエータの圧力室の圧力とメインバルブの開度の時間的変化を模式的に示す図。 メインバルブを閉じた状態から開いた状態とするときの排気圧力の変化と気流音の音圧変化を測定した結果の一例を示す図。 メインバルブの応答時間（閉状態から全開状態となるまでの時間）と気流音の音圧（最大音圧）との関係を示す図。

符号の説明

１０：ディーゼルエンジン
１４：ＤＰＦ装置
１８：ＥＣＵ
２０：排気圧力制御装置
３２：バイパス流路
３４：メイン流路
３６：メインバルブ
４０：バイパスバルブ

Claims (7)

1. エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御装置であって、
   メイン流路とバイパス流路を備えるハウジングと、
   メイン流路を開閉するメインバルブと、
   メインバルブを開閉駆動する第１のバルブ開閉装置と、
   バイパス流路を開閉するバイパスバルブと、
   バイパスバルブを開閉駆動する第２のバルブ開閉装置と、を有しており、
   第１のバルブ開閉装置は、メインバルブを閉状態から開状態とするまでの時間がメインバルブを開状態から閉状態とするまでの時間に比して長くなるように設定されていることを特徴とする排気圧力制御装置。
2. 第１のバルブ開閉装置は、
   メインバルブを開閉駆動するダイアフラム式のアクチュエータと、
   そのアクチュエータの圧力室に気体の給排気を行う給排気手段と、
   その給排気手段とアクチュエータの圧力室とを接続する配管と、
   その配管の途中に設けられ、気体の通過断面積が大きな通過口となる第１の状態と、気体の通過断面積が小さな通過口となる第２の状態とに切り替える流量調節手段と、を有しており、
   アクチュエータは、圧力室の気体の圧力が所定圧力を超えるときはメインバルブを閉じ、圧力室の圧力が所定圧力以下のときはメインバルブを開くように設定されており、
   流量調節手段は、圧力室から気体を排気するときは第１の状態とし、圧力室に気体を供給するときは第２の状態とすることを特徴とする請求項１の排気圧力制御装置。
3. 第２のバルブ開閉装置は、メインバルブ上流側の排気ガスの圧力に応じて直線運動する可動部材と、その可動部材の直線運動をバイパスバルブの開閉運動に変換するリンク機構とを備えていることを特徴とする請求項１又は２の排気圧力制御装置。
4. 第２のバルブ開閉装置は、可動部材を収容する収容室と、可動部材によって仕切られた収容室の一方にメインバルブ上流側の排気ガスを導入する導入管と、収容室の他方に配されて可動部材を収容室の一方に向かって付勢する付勢手段と、を備えていることを特徴とする請求項３の排気圧力制御装置。
5. ＤＰＦ装置を備えた排気流路に設けられる請求項３又は４の排気圧力制御装置であり、
   ハウジングの上流端には、ＤＰＦ装置が接続される接続口が設けられていることを特徴とする排気圧力制御装置。
6. ハウジングの下流端に設けられ、排気管が取付けられるフランジ部をさらに有しており、そのフランジ部は、当該フランジ部と排気管とがフレキシブル結合されるようになっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかの排気圧力制御装置。
7. エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御装置であって、
   メイン流路とバイパス流路を備えるハウジングと、
   メイン流路を開閉するメインバルブと、
   メインバルブを開閉駆動する第１のバルブ開閉装置と、
   バイパス流路を開閉するバイパスバルブと、
   バイパスバルブを開閉駆動する第２のバルブ開閉装置と、を有しており、
   バイパスバルブは、バイパス流路の中間部でメイン流路から退避した位置に配設されており、
   第２のバルブ開閉装置は、メインバルブ上流側の排気ガスの圧力に応じて直線運動する可動部材と、その可動部材の直線運動をバイパスバルブの開閉運動に変換するリンク機構とを備えていることを特徴とする排気圧力制御装置。

Images