JP2007255395A - 排気圧力制御弁 - Google Patents

Abstract

【課題】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弁において、スロットルバルブを閉状態から開状態に切り替える際に発生する異音を低減する。
【解決手段】排気圧力制御弁１０は、メイン流路１２とバイパス流路２８を備えるハウジング１１と、メイン流路１２を閉じる閉状態とメイン流路１２を開く開状態とに切換えるスロットルバルブ３０と、バイパス流路２８を開閉するバイパスバルブ２６と、を有している。バイパス流路の入口ポート１６がスロットルバルブ上流側のメイン流路内壁面に設けられ、バイパス流路の出口ポート４６がスロットルバルブ下流側のメイン流路内壁面に設けられる。出口ポート４６の位置と、スロットル軸の軸線から弁体の周縁までの距離が最も長くなる弁体の周縁上の点の位置とが周方向にずれている。
【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弁に関する。

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弁が用いられている。従来の排気圧力制御弁としては、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の排気圧力制御弁は、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。メイン流路の内壁面には入口ポートと出口ポートが設けられている。入口ポートにはバイパス流路の上流端が接続され、出口ポートにはバイパス流路の下流端が接続されている。メイン流路には、メイン流路を開閉するスロットルバルブが設けられている。スロットルバルブは、入口ポートと出口ポートの間に配設されている。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が設けられている。バイパスバルブを開くと、スロットルバルブの上流側の排気ガスはバイパス流路を通ってスロットルバルブの下流側に流れることができる。
この排気圧力制御弁では、スロットル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、排気ガスの圧力が所定の値に維持される。一方、スロットルバルブの開度を大きくすると、排気ガスの圧力が低下し、バイパスバルブが閉じてバイパス流路も閉じられる。

国際公開９９／４１４９５号公報

近年、上述した排気圧力制御弁を、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弁が用いられる。すなわち、フィルタを再生する際は、排気圧力制御弁によってスロットル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燃料は、酸化反応によって触媒内の排気ガス温度を上昇させ、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る（すなわち、フィルタを再生する）。フィルタの再生が終了すると、スロットルバルブが開き、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弁を適用することで、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弁をＤＰＦシステムに適用する場合、フィルタの再生を終了し、スロットルバルブを閉状態（スロットル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、スロットルバルブの上流側から下流側に排気ガスが急激に流れ、排気圧力制御弁の周辺から不快な騒音（笛吹き音）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、発生する騒音も大きく、騒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、排気圧力制御弁のスロットルバルブを閉状態から開状態に切り替える際に発生する騒音を低減することができる排気圧力制御弁を提供することを目的とする。

本発明者らは、スロットルバルブを閉状態から開状態に切り替える際に発生する騒音の原因を特定するために、騒音発生時の排気ガスの流動解析シミュレーションを行った。その結果、スロットルバルブを閉状態から開状態に切り替えると、スロットルバルブの上流側から下流側に高速で流れる排気ガスが出口ポートに衝突して出口ポート内の排気ガスに渦流を発生させ、この渦流が騒音の原因となっていることが判明した。
そこで、本発明の第１の排気圧力制御弁は、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弁であって、メイン流路とバイパス流路を備えるハウジングと、ハウジングに回転自在に支持されるスロットル軸と、スロットル軸に取付けられた弁体とを備えており、スロットル軸を回転することにより弁体がメイン流路を閉じる閉状態と弁体がメイン流路を開く開状態とに切換えるスロットルバルブと、バイパス流路を開閉するバイパスバルブと、を有している。バイパス流路の上流端が接続される入口ポートがスロットルバルブ上流側のメイン流路内壁面に設けられる一方で、バイパス流路の下流端が接続される出口ポートがスロットルバルブ下流側のメイン流路内壁面に設けられている。そして、出口ポートの位置と、スロットル軸の軸線から弁体の周縁までの距離が最も長くなる弁体の周縁上の点の位置とが周方向にずれていることを特徴とする。
この排気圧力制御弁では、スロットルバルブを閉じた状態から開くと、スロットル軸の軸線から弁体の周縁までの距離が最も長くなる弁体の周縁上の点（最も回転半径が大きくなる点）において、弁体の周縁とメイン流路との隙間が最大となり、排気ガスの流速も最も速くなる。この排気圧力制御弁では、出口ポートの位置と、スロットル軸の軸線から弁体の周縁までの距離が最も長くなる弁体の周縁上の点の位置とが周方向にずれているため、スロットルバルブを開くときに生じる高速の排気ガス流の中心が出口ポートからずれることとなる。これによって、スロットルバルブの開弁時に発生する騒音を抑制することができる。

上述した排気圧力制御弁では、出口ポートの周方向の位置が、メイン流路に設けられたスロットル軸を支持する部位の周方向の位置と略一致することが好ましい。このような構成によると、高速の排気ガス流から離れた位置に出口ポートが配置されることになるため、発生する騒音をより抑制することができる。

また、上述した排気圧力制御弁では、スロットル軸の一端を支持する軸受けをさらに有し、軸受けはハウジングに形成された貫通孔内に収容されており、貫通孔からハウジング外に突出するスロットル軸の一端にはスロットル軸を回転駆動するアクチュエータが接続されており、スロットル軸と貫通孔の内壁面との間にはシール部材が配されていることが好ましい。
このような構成によると、スロットル軸の回転動作を円滑に行うことができると共にメイン流路からの排気ガスの流出を防止することができる。

また、本発明の第２の排気圧力制御弁は、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弁であって、メイン流路とバイパス流路を備えるハウジングと、ハウジングに回転自在に支持されるスロットル軸と、スロットル軸に取付けられた弁体とを備えており、スロットル軸を回転することにより弁体がメイン流路を閉じる閉状態と弁体がメイン流路を開く開状態とに切換えるスロットルバルブと、バイパス流路を開閉するバイパスバルブと、を有している。そして、バイパス流路の上流端が接続される入口ポートがスロットルバルブ上流側のメイン流路内壁面に設けられる一方で、バイパス流路の下流端画接続される出口ポートがスロットルバルブ下流側のメイン流路内壁面に設けられており、出口ポートには、排気ガスの流れ特性を変更する流れ特性変更手段が設けられている。
この排気圧力制御弁では、出口ポートに排気ガスの流れ特性を変更する手段が設けられている。このため、スロットルバルブを閉状態から開状態としたときに高速の排気ガス流が出口ポートに向かって流れても、出口ポート内の排気ガスに渦流が発生することが抑制される。これによって、スロットルバルブの開弁時に発生する騒音を低減することができる。

上記流れ特性変更手段は、出口ポートの下流側の曲面状に形成された壁面とすることができる。すなわち、出口ポートの下流側の壁面を曲面状に形成することによって、出口ポート内に渦流が発生することを抑制することができる。
あるいは、流れ特性変更手段には、出口ポートの下流側の壁面に設けられて排気ガスの流れを整流する整流部材を用いることができる。出口ポートの下流側の壁面に整流部材を取付けることによっても、出口ポート内に渦流が発生することを抑えることができる。

以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） 排気圧力制御弁は、ディーゼルエンジンの排気流路に設けられる。排気圧力制御弁の上流には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） 排気圧力制御弁は、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、スロットルバルブの上流側に入口ポートが設けられ、スロットル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ている。
（形態４） スロットル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スロットルバルブは開き、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スロットルバルブは閉じる。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、ハウジングと、ハウジング内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、アクチュエータの圧力室に空気を導入するときにオリフィスを閉じ、アクチュエータの圧力室から空気を排気するときはオリフィスを開く。
（形態６） スロットルバルブは、スロットル軸と、スロットル軸に取り付けられた弁体とを有している。スロットル軸の両端はハウジングに回転可能に支持されている。スロットル軸が回転することで、弁体がメイン流路を閉じる閉状態と、弁体がメイン流路を開く開状態とに切り替えられる。スロットルバルブが閉状態となると、弁体はメイン流路の軸線方向に対して傾斜している。
（形態７） 出口ポートの周方向の位置は、スロットル軸の軸線から弁体の周縁までの距離が最も短くなる弁体の周縁上の点（すなわち、スロットル軸を支持する支持部）の周方向の位置と同一となる。出口ポートの下流側の壁面は曲面状（Ｒ状）に面取りがなされている。
（形態８） 出口ポートの下流側の壁面には整流部材（遮蔽板，フィン，ハニカム等）が配設されている。
（形態９） 入口ポートは、スロットル軸を支持する支持部から周方向にずれた位置に設けられている。入口ポートとスロットル軸は、その一部がメイン流路の軸線方向にオーバラップしている。

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弁１０が搭載されるディーゼルエンジン１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１の排気系は、ＤＰＦ装置３と、排気圧力制御弁１０を備えている。
ＤＰＦ装置３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）を有している。ＤＰＦ装置３の上流端には排気管２を介してディーゼルエンジン１が接続されている。ＤＰＦ装置３の下流端には排気管５を介して排気圧力制御弁１０が接続されている。排気管２には圧力センサ２ａが配設されている。圧力センサ２ａは排気管２を流れる排気ガスの圧力を検出する。排気管５には圧力センサ５ａが配設されている。圧力センサ５ａは排気管５を流れる排気ガスの圧力を検出する。圧力センサ２ａ，５ａで検出された排気ガスの圧力はＥＣＵ４に入力される。排気圧力制御弁１０は、ディーゼルエンジン１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）。排気圧力制御弁１０の下流端は排気管６を介してマフラに接続されている。
ディーゼルエンジン１及び排気圧力制御弁１０の制御は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）４によって行われる。ＥＣＵ４は、ディーゼルエンジン１の運転状態に応じて、ディーゼルエンジン１への吸気量及び燃料供給量を制御する。また、ＥＣＵ４は、圧力センサ２ａ，５ａで検出された各圧力の圧力差（すなわち、ＤＰＦ装置３の圧力損失）が所定値を超えると、排気圧力制御弁１０のスロットルバルブ(後述)を閉じてＤＰＦ装置３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１から排気される排気ガスは、排気管２を介してＤＰＦ装置３に流れる。ＤＰＦ装置３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３で浄化された排気ガスは、排気管５、排気圧力制御弁１０及び排気管６を通って、マフラより大気に放出される。
ＤＰＦ装置３にパティキュレートや黒鉛が捕集され、ＤＰＦ装置３の圧損が大きくなると、ＥＣＵ４は排気圧力制御弁１０のスロットルバルブを閉じる。これによって、ディーゼルエンジン１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１へ供給される燃料が増量される。このため、ＤＰＦ装置３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３のフィルタが再生される）。ＤＰＦ装置３のフィルタの再生が完了すると、ＥＣＵ４は排気圧力制御弁１０のスロットルバルブを開き、通常の運転状態に戻る。なお、ＤＰＦ装置３の再生は、ＤＰＦ装置３の圧力損失が所定値を超える毎に行われる。

次に、排気圧力制御弁１０について説明する。図２は排気圧力制御弁１０の概略構成を示す断面図である。図２に示すように、排気圧力制御弁１０は、メイン流路１２とバイパス流路２８が設けられたハウジング１１と、メイン流路１２を開閉するスロットルバルブ３０と、バイパス流路２８を開閉するバイパスバルブ２６とを備えている。

ハウジング１１は、メイン流路１２と、このメイン流路１２に隣接して設けられたバイパス流路２８（バイパス室）を有している。
メイン流路１２の上流端１４には排気管５が取付けられる。メイン流路１２の下流端６６には、連結管７０を介して排気管６が取付けられる。メイン流路１２の内壁面には入口ポート１６と出口ポート４６が形成されている。入口ポート１６は上流端１４側に形成され、出口ポート３２ｂは下流端６６側に形成されている。入口ポート１６と出口ポート４６の間にはスロットルバルブ３０が配されている。スロットルバルブ３０は、入口ポート１６と出口ポート４６の間でメイン流路１２を開閉する。

バイパス流路２８は、その上流端が入口ポート１６を介してメイン流路１２に接続され、その下流端が出口ポート４６を介してメイン流路１２に接続されている。バイパス流路２８には、バイパスバルブ２６が収容されている。バイパスバルブ２６は、入口ポート１６からバイパス流路２８への開口部を開閉するようになっている。図から明らかなように、バイパスバルブ２６は、メイン流路１２の内壁面から退避した位置に配置されている。

図３は図２のIII−III線断面図であり、図４はスロットル軸３２の軸受け部と入口ポート１６と出口ポート４６の周方向の位置関係を模式的に示す図である。
図４に示すように、スロットルバルブ３０のスロットル軸３２は、メイン流路１２の中心（点Ｏ）を通り、その両端はそれぞれメイン流路１２の壁面（ハウジング１１の点Ａ，Ｃ）で支持されている。図３に示すように、入口ポート１６の周方向の位置は、スロットル軸３２の一端を支持する軸受け部の周方向の位置と同一となっている（図４の点Ａ又は点Ｃ）。出口ポート４６の周方向の位置も、入口ポート１６と同様に、スロットル軸３２の一端を支持する軸受け部の周方向の位置と同一となっている。したがって、メイン流路１２とバイパス流路２８は略平行に伸びている。
図３に示すように、入口ポート１６は断面円形状に形成されている。入口ポート１６を断面円形状とすることで、入口ポート１６をバイパスバルブ２６（後述）によって気密に閉じ易くなっている（図２参照）。一方、出口ポート４６は断面長方形状に形成されている。出口ポート４６を断面方形状とすることで、出口ポート４６の流路断面積を大きく確保でき、出口ポート４６からメイン流路１２へ排気ガスが流れ易くされている。
また、図２に示すように、出口ポート４６の下流側の壁面４８は、メイン流路１２への接続部分が曲面状（Ｒ状）に面取りがなされている。これによって、メイン流路１２を流れる排気ガスが下流端６６側へ流れ易くなっている。

図２に良く示されるように、スロットルバルブ３０は、バタフライ式バルブであり、スロットル軸３２と、そのスロットル軸３２に取付けられた弁体３４を備えている。スロットル軸３２が回転することで、弁体３４がメイン流路１２を閉じる閉状態と、弁体３４がメイン流路１２を開く開状態とに切り替えられる。弁体３４がメイン流路１２を閉じた状態では、弁体３４はメイン流路１２の軸線（中心軸線）に対して傾斜している（図３参照）。また、弁体３４の周縁とメイン流路１２の内壁面との間には、クリアランスが形成されている。このクリアランスは、スロットルバルブ３０を閉じたときでもディーゼルエンジン１が運転できるように設けられている。クリアランスは、弁体３４の全周にわたって形成されている。

スロットル軸３２の一端は軸受け４０によって回転自在に支持されている。軸受け４０は、ハウジング１１に形成された取付孔４２内に収容されている。取付孔４２は、入口ポート１６と出口ポート４６の間に設けられている。取付孔４２の一端（メイン流路１２側の端部）は、スロットル軸３２が挿通している。取付孔４２の他端はバイパス流路２８に開放されており、その開口はキャップ３６によって閉じられている。取付孔４２の開口をキャップ３６によって閉じることで、取付孔４２内に排気ガスのパティキュレートや黒鉛が侵入することを防止している。
また、スロットル軸３２の他端は、軸受け５４によって回転自在に支持されている。軸受け５４は、ハウジング１１に形成された取付孔５２内に収容されている。取付孔５２の一端（メイン流路１２側の端部）は、スロットル軸３２が挿通している。スロットル軸３２と取付孔５２の間にはシールリング５０が配されている。シールリング５０によって、メイン流路１２内の排気ガスが外部に流れ出ることが防止されている。取付孔４２の他端は外部に開放されており、その開口よりスロットル軸３２の駆動端３２ｂが外部に突出している。スロットル軸３２の駆動端３２ｂは、連結片６２を介してアクチュエータ６４のロッド６０に連結されている。ロッド６０が伸長することで、スロットル軸３２が回転するようになっている。

次に、スロットルバルブ３０を開閉する開閉装置４１について図５を参照して説明する。図５に示すように、開閉装置４１は、アクチュエータ６４と、３方電磁弁４７と、バキュームポンプ４３を備えている。
アクチュエータ６４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６４は、図示しない圧力室の圧力に応じて伸縮するロッド６０を備えている。ロッド６０の先端には連結片６２の一端が回転可能に取付けられている。連結片６２の他端にはスロットル軸３２の駆動端３２ｂが取付けられている。ロッド６０が伸縮すると、それに応じてスロットル軸３２が回転し、これによって、スロットルバルブ３０がメイン流路１２を開く開状態と、メイン流路１２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６４の圧力室の圧力が所定圧力を超えるとスロットルバルブ３０がメイン流路１２を開き、アクチュエータ６４の圧力室の圧力が所定圧力以下となるとスロットルバルブ３０がメイン流路１２を閉じるようになっている。

アクチュエータ６４の圧力室は、配管５７ａ，流量調節弁５１，配管５７ｂを介して３方電磁弁４７の中立ポート４７ｃに接続されている。３方電磁弁４７の残った２つのポート４７ａ，４７ｂのうち一方のポート４７ａはチェックバルブ４５を介してバキュームポンプ４３に接続され、他方のポート４７ｂは大気に開放されている。チェックバルブ４５は、バキュームポンプ４３から３方電磁弁４７側への空気の逆流を防止している。
３方電磁弁４７は、ＥＣＵ４によって制御される。ポート４７ｂを閉じて中立ポート４７ｃとポート４７ａとが連通する状態とし、バキュームポンプ４３を作動させると、アクチュエータ６４の圧力室内の空気が排気される（これによって、スロットルバルブ３０が閉状態となる）。一方、ポート４７ａを閉じて中立ポート４７ｃとポート４７ｂとが連通する状態とすると、アクチュエータ６４の圧力室内に大気が導入される（これによって、スロットルバルブ３０が開状態となる）。

アクチュエータ６４の圧力室と３方電磁弁４７の間に介装される流量調節弁５１は、ハウジング５１と、ハウジング５１の中間に設けられた隔壁５３と、隔壁５３に取付けられた弁体５５を有している。隔壁５３によって仕切られた一方の部屋５１ａは、配管５７ａを介してアクチュエータ６４の圧力室に連通している。隔壁５３によって仕切られた他方の部屋５１ｂは、配管５７ｂを介して３方電磁弁４７の中立ポート４７ｃに接続されている。
隔壁５３には複数のオリフィス５３ａが穿設されている。複数のオリフィス５３ａの一部は、弁体５５によって開閉される。すなわち、アクチュエータ６４の圧力室に空気を導入する時（３方電磁弁４７からアクチュエータ６４に向かって空気が流れる時）は、弁体５５が隔壁５３の一部のオリフィスを閉じる。アクチュエータ６４の圧力室から空気を排気する時（アクチュエータ６４から３方電磁弁４７に向かって空気が流れる時）は、弁体５５が変形して隔壁５３のオリフィス５３ａを開く（図７に示す状態）。したがって、アクチュエータ６４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、アクチュエータ６４の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６４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、アクチュエータ６４の圧力室の空気が速やかに排気される。これによって、スロットルバルブ３０が閉状態から開状態となるまでの時間が、スロットルバルブ３０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２６は、フラッパ弁であり、弁体２４と、弁体２４をアーム２０に取付るためのボルト２２を有している。図６に示すように、バイパスバルブ２６を開閉する開閉装置６９は、アクチュエータ７９と、アクチュエータ７９の運動をバイパスバルブ２６に伝達するリンク機構（７３，２０）を備えている。
アクチュエータ７９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７５を備えている。ロッド７５は、その基端部に設けられた隔壁部７５ａと、隔壁部７５ａに立設されたロッド部７５ｂを有している。隔壁部７５ｂ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７７とばね収容室８３に区画している。圧力室７７は排ガス導入管２３によって排気管５と連通され、排気管５内を流れる排気ガスが圧力室７７内に導入されるようになっている。ばね収容室８３には圧縮された状態でばね８５が収容されている。ばね８５は、隔壁部７５ａを圧力室７７側に付勢している。ロッド部７５ｂの先端にはリンク７３の基端が回転自在に取付けられている。リンク７３の先端にはアーム２０の一端が固定されている。アーム２０の他端にはバイパスバルブ２６が取付けられている。
圧力室７７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７７内の排気ガスから隔壁部７５ａに作用する力より、ばね８５の隔壁部７５ａを付勢する付勢力の方が大きいため、ロッド７５は初期位置にあり、バイパスバルブ２６はバイパス流路２８を閉じている。一方、圧力室７７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８５の付勢力に抗してロッド７５が伸張する。これにより、アーム２０が軸１８回りに回転し、アーム２０の先端に取付けたバイパスバルブ２６がバイパス流路２８を開く。

上述した排気圧力制御弁１０がスロットルバルブ３０を開閉するときの動作について説明する。まず、スロットルバルブ３０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、スロットルバルブ３０が開いた状態では、アクチュエータ６４の圧力室に大気が導入されている。
排気圧力制御弁１０の開閉はＥＣＵ４によって制御される。ＥＣＵ４は、まず、３方電磁弁４７に駆動信号を出力し、ポート４７ｂを閉じて中立ポート４７ｃとポート４７ａとが連通する状態とし、次いで、バキュームポンプ４３を作動させる。これによって、アクチュエータ６４の圧力室内の空気が排気され、スロットルバルブ３０がメイン流路１２を閉じる。アクチュエータ６４の圧力室から空気が排気されるときは、流量調節弁５１の弁体５５はオリフィス５３ａを開放する。このため、アクチュエータ６４の圧力室内の空気が速やかに排気される。

スロットルバルブ３０がメイン流路１２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２６を駆動するアクチュエータ７９の圧力室７７に導入される排気ガスの圧力も上昇する。圧力室７７内の排気ガスの圧力が所定値を超えると、ロッド７５がばね８５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２６がバイパス流路２８を開く。なお、バイパスバルブ２６のバルブ開度は、排気管５内の排気ガスの圧力によって決まり、排気管５内の排気ガスの圧力が高いと大きく、排気管５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５内の排気ガスの圧力が略一定に維持される。
なお、バイパスバルブ２６は、メイン流路１２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１２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２６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２０に伝達することで行われる。これらのため、排気管５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２６の挙動が安定し、バイパスバルブ２６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高められている。

次に、スロットルバルブ３０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。スロットルバルブ３０を閉じた状態から開いた状態とする際は、ＥＣＵ４は、３方電磁弁４７に駆動信号を出力し、ポート４７ａを閉じて中立ポート４７ｃとポート４７ｂとが連通する状態とする。これによって、３方電磁弁４７側からアクチュエータ６４の圧力室内に大気が導入され、スロットルバルブ３０がメイン流路１２を開く。アクチュエータ６４の圧力室内に空気が導入されるときは、流量調節弁５１の弁体５５は一部のオリフィス５３ａを閉じる。このため、アクチュエータ６４内の圧力室には空気が緩やかに導入され、スロットルバルブ３０はゆっくりと開くこととなる。

スロットルバルブ３０が閉状態から開状態となると、スロットルバルブ３０の上流側から下流側に排気ガスが流れ出る。
ここで、スロットルバルブ３０の弁体３４とメイン流路１２の内壁面との隙間の大きさは、スロットル軸３２の軸線から弁体３４までの距離（回転半径）に比例する。すなわち、スロットル軸３２の軸線から弁体３４までの距離が最も長くなる点Ｂ，Ｄにおいて隙間が最も大きくなる（図４参照）。逆に、スロットル軸３２の軸線から弁体３４までの距離が最も短くなる点Ａ，Ｃにおいて隙間が最も小さくなる。このため、スロットルバルブ３０から流れ出る排気ガスの流速は、点Ｂ，Ｄにおいて最も早くなり、点Ａ，Ｃにおいて最も遅くなる。出口ポート４６は点Ａ（又は点Ｃ）に設けられており、高速の排気ガスが流れ出す位置からずれた位置に配されている。このため、スロットルバルブ３０を開いたときに急激に流れ出る排気ガスによって、出口ポート４６内に渦流が発生することが防止され、異音の発生が防止される。また、出口ポート４６の下流側の壁面４８が曲面状に形成されているため、スロットルバルブ３０から流れ出る排気ガスはスムーズに下流端６６に向かって流れることができる。これによっても、出口ポート４６内に渦流が発生することが防止され、異音の発生が抑えられる。さらに、スロットルバルブ３０がゆっくり開かれるため、排気ガスが急激にスロットルバルブ３０の下流側に流れ出ることが抑制される。これによっても、異音の発生が抑えられる。
なお、スロットルバルブ３０がメイン流路１２を開くと、排気管５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２６はバイパス流路２８を閉じることとなる。

上述のように、本実施例の排気圧力制御弁１０では、出口ポート４６の周方向の位置とスロットル軸３２の軸受け部の周方向の位置を同一とし、出口ポート４６の下流側の壁面４８を曲面状に形成している。これによって、出口ポート４６内の排気ガスに渦流が発生することが抑制され、異音の発生を効果的に防止することができる。

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、出口ポート４６の下流側の壁面４８を曲面状に形成したが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、図８に示すように、出口ポート４６の開口部７８にハニカム７４を配することができる。出口ポート４６の開口部７８にハニカム７４を配することによっても、出口ポート４６内の排気ガスに渦流が発生することを防止することができる。また、図９に示すように、出口ポート４６を覆う遮蔽板８０を設けて、出口ポート４６の開口部８２に排気ガス流が直接衝突しないようにしてもよい。あるいは、図１０，１１に示すように、出口ポート４６の下流側の壁面４８にフィン８４を設けるようにしてもよい。フィン８４を設けることによっても、出口ポート４６内の排気ガスに渦流が発生することを防止することができる。

また、上述した実施例では、入口ポート１６と出口ポート４６とスロットル軸３２の軸受け部を周方向の同一位置に配置したが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、図１２〜１５に示すように、入口ポート１１６とスロットル軸１３２の軸受け部を周方向にずらして配置することもできる。
この場合、図１２〜１４によく示されるように、入口ポート１１６とスロットル軸１３２の軸受け部をメイン流路の軸方向にオーバラップさせて配置することが好ましい。入口ポート１１６とスロットル軸１３２の軸受け部を軸方向にオーバラップさせることで、排気圧力制御弁をコンパクト化することができる。また、図１５に示すように、入口ポート１１６をメイン流路１１２の内壁面１１２ａより外側に突出するように設けることが好ましい。入口ポート１１６とスロットル軸１３２の軸受け部を周方向にずらして配置しても、入口ポート１１６をメイン流路１１２の外側に突出させることで、入口ポート１１６の流路断面積を充分に確保することができる。

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弁の概略構成を示す断面図。 図２のIII−III線断面図。 入口ポートと出口ポートとスロットル軸の軸受け部の周方向の位置を説明するための図。 スロットルバルブを開閉する装置の概略構成を模式的に示す図。 バイパスバルブを開閉する装置の概略構成を模式的に示す図。 スロットルバルブを閉じるときの流量調節弁の状態を示す図。 本実施例の排気圧力制御弁の変形例を示す図。 本実施例の排気圧力制御弁の他の変形例を示す図。 本実施例の排気圧力制御弁の他の変形例を示す図。 図１０に示す排気圧力制御弁の出口ポートを拡大して示す図。 本発明の他の排気圧力制御弁の一部破断斜視図。 図１２に示す排気圧力制御弁を異なる方向から見た一部破断斜視図。 図１２に示す排気圧力制御弁の入口ポート１１６と出口ポート１４６とスロットル軸１３２をバイパス流路側から見た図。 入口ポート１１６とメイン流路１１２の接続部を拡大して示す図。

符号の説明

１：ディーゼルエンジン
３：ＤＰＦ装置
４：ＥＣＵ
１０：排気圧力制御弁
１２：メイン流路
１６：入口ポート
２８：バイパス流路
３０：スロットルバルブ
２６：バイパスバルブ
４６：出口ポート

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弁であって、
   メイン流路とバイパス流路を備えるハウジングと、
   ハウジングに回転自在に支持されるスロットル軸と、スロットル軸に取付けられた弁体とを備えており、スロットル軸を回転することにより弁体がメイン流路を閉じる閉状態と弁体がメイン流路を開く開状態とに切換えるスロットルバルブと、
   バイパス流路を開閉するバイパスバルブと、を有しており、
   バイパス流路の上流端が接続される入口ポートがスロットルバルブ上流側のメイン流路内壁面に設けられる一方で、バイパス流路の下流端が接続される出口ポートがスロットルバルブ下流側のメイン流路内壁面に設けられており、
   出口ポートの位置と、スロットル軸の軸線から弁体の周縁までの距離が最も長くなる弁体の周縁上の点の位置とが周方向にずれていることを特徴とする排気圧力制御弁。
2. 出口ポートの周方向の位置が、メイン流路に設けられたスロットル軸を支持する部位の周方向の位置と略一致することを特徴とする請求項１の排気圧力制御弁。
3. スロットル軸の一端を支持する軸受けをさらに有し、軸受けはハウジングに形成された貫通孔内に収容されており、貫通孔からハウジング外に突出するスロットル軸の一端にはスロットル軸を回転駆動するアクチュエータが接続されており、スロットル軸と貫通孔の内壁面との間にはシール部材が配されていることを特徴とする請求項１又は２の排気圧力制御弁。
4. 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弁であって、
   メイン流路とバイパス流路を備えるハウジングと、
   ハウジングに回転自在に支持されるスロットル軸と、スロットル軸に取付けられた弁体とを備えており、スロットル軸を回転することにより弁体がメイン流路を閉じる閉状態と弁体がメイン流路を開く開状態とに切換えるスロットルバルブと、
   バイパス流路を開閉するバイパスバルブと、を有しており、
   バイパス流路の上流端が接続される入口ポートがスロットルバルブ上流側のメイン流路内壁面に設けられる一方で、バイパス流路の下流端が接続される出口ポートがスロットルバルブ下流側のメイン流路内壁面に設けられており、
   出口ポートには、排気ガスの流れ特性を変更する流れ特性変更手段が設けられていることを特徴とする排気圧力制御弁。
5. 流れ特性変更手段が、出口ポートの下流側の曲面状に形成された壁面であることを特徴とする請求項４の排気圧力制御弁。
6. 流れ特性変更手段が、出口ポートの下流側の壁面に設けられて排気ガスの流れを整流する整流部材であることを特徴とする請求項４の排気圧力制御弁。
7. メイン流路とバイパス流路を備えるハウジングと、
   ハウジングに回転自在に支持されるスロットル軸と、スロットル軸に取付けられた弁体とを備えており、スロットル軸を回転することにより弁体がメイン流路を閉じる閉状態と弁体がメイン流路を開く開状態とに切換えるスロットルバルブと、
   バイパス流路を開閉するバイパスバルブと、を有する流量制御弁であって、
   バイパス流路の上流端が接続される入口ポートがスロットルバルブ上流側のメイン流路内壁面に設けられる一方で、バイパス流路の下流端が接続される出口ポートがスロットルバルブ下流側のメイン流路内壁面に設けられており、
   出口ポートの位置と、スロットル軸の軸線から弁体の周縁までの距離が最も長くなる弁体の周縁上の点の位置とが周方向にずれていることを特徴とする流量制御弁。

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