JP2009191718A - 内燃機関の排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アーム５５に対する弁体５２の支持構造を改良し、信頼性・安定性の向上を図る。
【解決手段】 各気筒から排出された排気がバイパス触媒コンバータが設けられたバイパス通路へ流れるように、各気筒に接続する上流側メイン通路を開閉する弁体５２を備え、閉時に上流側メイン通路相互の連通を遮断する流路切換弁４を備える。この流路切換弁４は、回転軸５３から径方向へ延びるアーム５５の先端に、弁体５２から起立する支持ピン２２が支持されている。支持ピン２２は、一般部２３に対して部分的に小径化された首部２４を有する略棒状をなしている。アーム５５を、組付状態で首部を挟持する２つの分割体２６，２７により構成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、触媒コンバータで排気浄化を行う内燃機関の排気装置に関し、特に、その流路切換弁の改良に関する。

従来から知られているように、車両の床下などの排気系の比較的下流側にメイン触媒コンバータを配置した構成では、内燃機関の冷間始動後、触媒コンバータの温度が上昇して活性化するまでの間、十分な排気浄化作用を期待することができない。また一方、触媒コンバータを排気系の上流側つまり内燃機関側に近付けるほど、触媒の熱劣化による耐久性低下が問題となる。

そのため、特許文献１に開示されているように、メイン触媒コンバータを備えたメイン流路の上流側部分と並列にバイパス流路を設けるとともに、このバイパス流路に、別のバイパス触媒コンバータを介装し、両者を切り換える切換弁によって、冷間始動直後は、バイパス流路側に排気を案内するようにした排気装置が、従来から提案されている。この構成では、バイパス触媒コンバータは排気系の中でメイン触媒コンバータよりも相対的に上流側に位置しており、相対的に早期に活性化するので、より早い段階から排気浄化を開始することができる。
特開平５−３２１６４４号公報

このような流路切換弁は、例えば図５の参考例に示すように、回転軸１０１から径方向に延びるアーム１０２の先端部に、弁体１０３から起立する棒状の支持ピン１０４が、アーム１０２の先端部を貫通させた状態でワッシャ１０５を備えたナット１０６を用いて固定・支持される。回転軸１０１はアーム１０２の筒状の軸支持部１０７に嵌合しており、この軸支持部１０７に穿設された溶接窓１０８の部分で、回転軸１０１とアーム１０２とが溶接により固定される。

しかしながら、流路切換弁は上記の固定部分を含めて高温・高圧な排気ガスに曝されるとともに、弁体の開閉時に支持ピンの軸方向に沿う方向、つまり弁体とアームとを引き離す方向に大きな荷重が繰り返し作用するために、上述した参考例のようなナットを用いて固定した場合や、あるいは溶接により弁体の支持ピンとアームとを固定したとしても、ナットの脱落や溶接はがれなどを招くおそれがり、弁体をアームに安定して支持・固定することが非常に困難であった。

本発明に係る内燃機関の排気装置は、各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の上流側メイン通路と、複数の気筒の上流側メイン通路が合流してなる下流側メイン通路と、この下流側メイン通路もしくはこれよりも下流の流路に介装されたメイン触媒コンバータと、上記上流側メイン通路から分岐するとともにバイパス触媒コンバータが介装されたバイパス通路と、各気筒から排出された排気が上記バイパス通路へ流れるように、上記上流側メイン通路を開閉する弁体を備えるとともに、閉時に各上流側メイン通路相互の連通を遮断する流路切換弁と、を備えている。流路切換弁は、回転軸から径方向へ延びるアームの先端に、上記弁体から起立する支持ピンが支持されている。そして本発明では、支持ピンを、一般部に対して部分的に小径化された首部を有する略棒状のものとし、かつ、アームを、組付状態で首部を挟持する複数の分割体により構成している。

アームの分割体により弁体の支持ピンの首部を挟持することで、弁体をアームに支持させているために、上述したようなナットの脱落や溶接はがれなどを招くおそれがなく、特に、支持ピンの軸方向にナットや溶接などによる固定部分を設ける必要がないために、高温・高圧な排気ガスにより弁体の開閉方向となる支持ピンの軸方向に大きな荷重が繰り返し作用しても、弁体を安定してアームに支持させることができ、信頼性，耐久性を大幅に向上することができる。

以下、本発明を直列４気筒内燃機関の排気装置として適用した一例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１はこの排気装置の配管レイアウトを模式的に示した説明図であり、始めに、この図１に基づいて、排気装置全体の構成を説明する。

直列に配置された♯１気筒〜♯４気筒からなる各気筒１には、気筒毎に上流側メイン通路２が接続されている。４つの気筒の中で、排気行程が連続しない♯１気筒の上流側メイン通路２と♯４気筒の上流側メイン通路２とが１本の中間メイン通路３として合流しており、同様に排気行程が連続しない♯２気筒の上流側メイン通路２と♯３気筒の上流側メイン通路２とが１本の中間メイン通路３として合流している。ここで、各２本の上流側メイン通路２が合流する合流部には、それぞれ流路切換弁４が設けられている。この切換弁４は、冷間時に閉じられるものであって、閉時には、上流側メイン通路２と中間メイン通路３との間の上下の連通を遮断するとともに、２本の上流側メイン通路２の間を非連通状態とする構成となっている。特に、後述するように、この流路切換弁４は、その一対の弁体が弁開口部周縁の着座部に上流側から着座し、従って、排気流による上下圧力差を閉方向に受けるようになっている。なお、一対の流路切換弁４は、１つのバルブユニット５として構成されている。バルブユニット５の下流に位置する２本の中間メイン通路３は、合流点６において互いに合流し、１本の下流側メイン通路７となる。この下流側メイン通路７の途中には、第２の触媒コンバータとなるメイン触媒コンバータ８が介装されている。このメイン触媒コンバータ８における触媒としては、三元触媒とＨＣトラップ触媒とを含んでいる。なお、このメイン触媒コンバータ８は、車両の床下に配置される容量の大きなものである。以上の上流側メイン通路２と中間メイン通路３と下流側メイン通路７とメイン触媒コンバータ８とによって、通常の運転時に排気が通流するメイン流路が構成される。このメイン流路は、直列４気筒内燃機関において周知の「４−２−１」の形で集合する配管レイアウトとなっており、従って、排気動的効果を利用した充填効率向上が実現される。

一方、バイパス流路として、上流側メイン通路２の各々から、上流側バイパス通路１１が分岐している。この上流側バイパス通路１１は、上流側メイン通路２よりも通路断面積が十分に小さなものであって、その上流端となる分岐点１２は、上流側メイン通路２のできるだけ上流側の位置に設定されている。そして、互いに隣接した位置にある♯１気筒の上流側バイパス通路１１と♯２気筒の上流側バイパス通路１１とが合流点１３において１本の中間バイパス通路１４として互いに合流しており、同様に互いに隣接した位置にある♯３気筒の上流側バイパス通路１１と♯４気筒の上流側バイパス通路１１とが合流点１３において１本の中間バイパス通路１４として互いに合流している。なお、各通路を模式的に示した図１では、各上流側バイパス通路１１が比較的長く描かれているが、実際には、可能な限り短くなっている。換言すれば、最短距離でもって中間バイパス通路１４として合流している。２本の中間バイパス通路１４は、合流点１５において１本の下流側バイパス通路１６として互いに合流している。この下流側バイパス通路１６の下流端は、下流側メイン通路７のメイン触媒コンバータ８より上流側の合流点１７において、下流側メイン通路７に合流している。そして、上記下流側バイパス通路１６の途中には、三元触媒を用いたバイパス触媒コンバータ１８が介装されている。このバイパス触媒コンバータ１８は、バイパス流路の中で、可能な限り上流側に配置されている。つまり、中間バイパス通路１４もできるだけ短くなっている。

なお、上記の例では、バイパス流路全体の通路長（各気筒のバイパス通路の総和）を短くして、配管自体の熱容量ならびに外気に対する放熱面積を小さくするために、４本の上流側バイパス通路１１を長く引き回さずに上流側で２本の中間バイパス通路１４にまとめているが、このような構成は任意であり、例えば、バイパス触媒コンバータ１８が気筒列の一方に偏って位置する場合などには、他方の端部気筒から直線状に延ばした上流側バイパス通路に残りの気筒の上流側バイパス通路を略直角に接続することにより、全体の通路長を短くすることができる。

上記バイパス触媒コンバータ１８は、その内部に、前後に分割された２つのモノリス触媒担体つまり第１触媒１８ａと第２触媒１８ｂとを備えている。そして、これらの第１触媒１８ａと第２触媒１８ｂとの間の間隙１９に、排気還流通路２０の一端が接続されている。この排気還流通路２０の他端は、図示せぬ排気還流制御弁を介して機関吸気系へと延びている。つまり、上記間隙１９が、還流排気の取り出し口となっている。上記バイパス触媒コンバータ１８は、メイン触媒コンバータ８に比べて容量が小さな小型のものであり、望ましくは、低温活性に優れた触媒が用いられる。特に、本発明では、通気抵抗がある程度大きくなるように、比較的圧力損失が大きな触媒担体が選択されている。

上記のように構成された排気装置においては、冷間始動後の機関温度ないしは排気温度が低い段階では、適宜なアクチュエータを介して流路切換弁４が閉じられ、メイン流路が遮断される。そのため、各気筒１から吐出された排気は、その全量が、分岐点１２から上流側バイパス通路１１および中間バイパス通路１４を通してバイパス触媒コンバータ１８へと流れる。バイパス触媒コンバータ１８は、排気系の上流側つまり気筒１に近い位置にあり、かつ小型のものであるので、速やかに活性化し、早期に排気浄化が開始される。また、このとき、流路切換弁４が閉じることで、各気筒１の上流側メイン通路２が互いに非連通状態となる。そのため、ある気筒から吐出された排気が他の気筒の上流側メイン通路２へと回り込む現象が防止され、この回り込みに伴う排気温度の低下が確実に回避される。

一方、機関の暖機が進行して、機関温度ないしは排気温度が十分に高くなったら、流路切換弁４が開放される。これにより、各気筒１から吐出された排気は、主に、上流側メイン通路２から中間メイン通路３および下流側メイン通路７を通り、メイン触媒コンバータ８を通過する。このときバイパス流路側は特に遮断されていないが、バイパス流路側の方がメイン流路側よりも通路断面積が小さく、かつバイパス触媒コンバータ１８が介在しているので、両者の通気抵抗の差により、排気流の大部分はメイン流路側を通り、バイパス流路側には殆ど流れない。従って、バイパス触媒コンバータ１８の熱劣化は十分に抑制される。またバイパス流路側が完全に遮断されないことから、排気流量が大となる高速高負荷時には、排気流の一部がバイパス流路側を流れることで、背圧による充填効率低下を回避することができる。

またメイン流路側は、前述したように、排気干渉回避を考慮した「４−２−１」の配管レイアウトとなっているので、排気動的効果による充填効率向上効果を得ることができる。ここで、バイパス流路側は、排気干渉回避を特に考慮しない形で連通・集合しているが、上流側バイパス通路１１の通路断面積を十分に小さなものとすることで、各気筒の連通による排気干渉を、実質的に無視し得るレベルにまで低減することが可能である。

次に、図２および図３を用いて流路切換弁４の概略構成を説明する。なお、図２〜図４では流路切換弁４の概略構成を模式的に図示しており、具体的な構造については図６等を用いて後述する。図２は、バルブユニット５全体の構成を示し、図３は、その一つの流路切換弁４の断面形状を示している。図示するように、各気筒毎に弁開口部５１が設けられ、これを円盤状の弁体５２が上流側から開閉している。すなわち、各気筒の上流側メイン通路２の端部において、該上流側メイン通路２を構成する管の全周に亘って着座部５４が円環状に形成されており、その内周が弁開口部５１となっている。上記着座部５４の着座面５４ａは、弁体５２の外周縁が接するテーパ面をなしている。上記弁体５２は、回転軸５３とともに揺動するアーム５５の先端に取り付けられており、その外周縁は、上記着座面５４ａに対応したテーパ形状をなしている。なお、図３に示すように、上流側メイン通路２の側壁２Ａに、開位置にあるときの弁体５２を収容するための凹部５６が形成されている。

回転軸５３は、図２に示すように、２つの気筒に共通なものであり、１つの回転軸５３に２つの弁体５２が取り付けられている。従って、バルブユニット５全体としては、２本の回転軸５３を備えている。この２本の回転軸５３は、適宜なリンク機構等の図示しない連動機構を介して互いに連動しており、図示せぬ１つのアクチュエータでもって同時に対称的に開閉動作する。つまり、４つの弁体５２が一斉に開閉する。

ここで、上記の弁体５２は、メイン流路を閉塞する際に、テーパ状の着座面５４ａに対し、上流側から下流側へ向かって着座する。このように弁体５２がメイン流路を閉塞すると、排気流によって弁体５２の上下に圧力差が生じ、この上下圧力差によって弁体５２は着座面５４ａにさらに押し付けられる。つまり、図４に示す説明図のように、バイパス流路側は通路断面積が小さく、かつバイパス触媒コンバータ１８の圧力損失が加わるので、バイパス流路の通気抵抗は比較的大きなものとなり、この結果、弁体５２下流側の圧力Ｐ２に比べて上流側の圧力Ｐ１が大きく上昇し、弁体５２が閉方向に付勢されて着座面５４ａに圧接する。従って、テーパ面同士が密接することと相俟って、良好なシール性が得られる。また各気筒の排気脈動が上流側から弁体５２に作用しても、該弁体５２が開くことがない。特に、バイパス触媒コンバータ１８によって下流側の圧力Ｐ２の脈動の振幅は弱まり、しかも、脈動の位相が異なる２つの気筒の弁体５２が共通の回転軸５３に連結されているので、上記の上下圧力差によって、脈動による開閉が確実に阻止される。そのため、冷間始動直後などに流路切換弁４が閉じているときに、メイン流路側での漏洩が防止され、排気の全量がバイパス流路側へ確実に案内される。これにより、バイパス触媒コンバータ１８の早期昇温がより確実となる。

図６は、本発明の第１実施例に係る流路切換弁４を示しており、（Ａ）が組立説明図、（Ｂ）が組立後の断面図である。同図に示すように、アーム５５は、回転軸５３とは別体であり、回転軸５３が嵌合する円筒状の軸支持部２１を有し、かつ、この軸支持部２１から径方向へ板状に延びている。このアーム５５の先端に、弁体５２と一体的に形成された支持ピン２２が支持されている。この支持ピン２２は、弁体５２の裏面中央部より弁体５２の軸方向に沿って略垂直に起立しており、かつ、その軸方向中間部に、円柱状の一般部２３に対して部分的に小径化された首部を有する略棒状をなしている。すなわち支持ピン２２は、首部２４が部分的にくびれた形状をなしており、かつ、一般部２３から首部２４へ向けて徐々に縮径する傾斜面を有するテーパ部２５が設けられている。

アーム５５は、組付状態で首部２４を挟持する２つの第１分割体２６と第２分割体２７とにより構成されている。第１分割体２６は、直線状の略板状をなしており、第２分割体２７は、第１分割体２６が嵌合するスリット２８が形成された略Ｕ字状をなしている。第１分割体２６の先端部と、これに対向する第２分割体２７のスリット２８の根本部とには、首部２４を挟持する断面略円形のピン孔２９の一部がそれぞれ半割形状に形成されている。このピン孔２９は、支持ピン２２の首部２４やテーパ部２５に対応して小径部３０及び傾斜面部３１が設けられており、組付状態で対応する支持ピン２２の首部２４やテーパ部２５と同等もしくは僅かに大きな径で、かつ、支持ピン２２の一般部２３よりも小さな径となるように設定されている。組立時には、支持ピン２２の首部２４を介して第１分割体２６を第２分割体２７のスリット２８に差し込むことにより、弁体５２をアーム５５に容易に組み付けることができる。

図７は、図６に示すアーム５５と回転軸５３との固定構造の第１の例を示しており、（Ｂ）が（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。アーム５５と回転軸５３とは、溶接による第１の固定手段と、固定リング３３を用いた第２の固定手段と、により二重に固定されている。具体的には、回転軸５３が嵌合するアーム５５の円筒状の軸支持部２１には、回転軸５３に臨んだ略矩形状の溶接窓３２が、第１分割体２６から第２分割体２７にわたって穿設されており、この溶接窓３２の周縁部とアーム５５の外周部とが溶接により固定されている。また、一対の固定リング３３は、略Ｃ字状をなすＣリングであり、径方向内側に突出する一対の径方向突起３４が回転軸５３の位置決め溝３５に嵌合した状態で回転軸５３の外周に組み付けられており、この回転軸５３と一体的に回転する。また、固定リング３３は、軸方向に突出する軸方向突起３６がアーム５５の側面に凹設された位置決め凹部３７に嵌合した状態で、アーム５５の両側面を挟持しており、この固定リング３３によって、アーム５５が回転軸５３と一体的に回転するように固定されている。

図８は、図６に示すアーム５５と回転軸５３との固定構造の第２の例を示しており、（Ｂ），（Ｃ）はそれぞれ（Ａ）のＢ−Ｂ線，Ｃ−Ｃ線に沿うアーム単体の断面図である。この例では、第１の固定手段として、図７での溶接での固定に代えて、より簡易的に、回転軸５３の回転方向で互いに対向する対向面３８が設けられるように、分割体２６，２７の形状を設定している。具体的には、第１分割体２６と第２分割体２７のスリット２８とにおける軸支持部２１寄りの端部に、部分的に幅広な幅広部３９を設定している。これにより、幅広部３９とその他の幅狭部４０との段差面を、この回転軸５３の回転方向に互いに対向する対向面３８としている。このように対向面３８で両分割体２６，２７が回転軸５３の回転方向に互いに対向・当接することで、両分割体２６，２７の相対回転が規制され、両者２６，２７が一体的に回転するように構成されている。なお、第２の固定手段としての固定リング３３による固定構造は図７の例と同様である。

図９は、本発明の第２実施例に係る流路切換弁４を示している。この第２実施例では、アーム５５が回転軸の軸方向に２分割された２つの第１分割体４１及び第２分割体４２により構成され、両分割体４１，４２の合わせ面部４３に、首部２４を挟持する略円形断面のピン孔２９の一部がそれぞれ半割形状に凹設されている。このピン孔２９は、図６に示す第１実施例と同様、支持ピン２２の首部２４やテーパ部２５に対応して小径部３０や傾斜面部３１が設けられており、組付状態で対応する支持ピン２２の首部２４やテーパ部２５と同等もしくは僅かに大きな径で、かつ、支持ピン２２の一般部２３よりも小さな径となるように設定されている（図６参照）。

図１０は、図９のアーム５５と回転軸５３の固定構造の一例を示している。この例では、溶接による第１の固定手段と、仮固定ピン４４を用いた第２の固定手段と、によりアーム５５と回転軸５３とが二重に固定されている。具体的には、溶接による第１の固定手段では、上述した図７の例と同様、回転軸５３が嵌合するアーム５５の軸支持部２１に、回転軸５３に臨んだ溶接窓３２が、第１分割体２６から第２分割体２７にわたって穿設されており、この溶接窓３２の周縁とアーム５５の外周とが溶接によって固定されている。

仮固定ピン４４は、アーム５５の外周から径方向外方へ溶接窓３２を通して一体的に突出している。従って、仮に溶接はがれなどによって溶接による固定が外れたとしても、仮固定ピン４４が溶接窓３２の周縁部に当接・係合することで、アーム５５が脱落することなく回転軸５３に支持される。すなわち、仮固定ピン４４の移動可能範囲は溶接窓３２の周方向範囲３２Ａ内に規制されており、回転軸５３とアーム５５とが微少区間３２Ａだけ相対回転可能な状態で仮固定される。

図１１を参照して、回転軸５３は上流側メイン通路２の側壁２Ａ近傍に配置されており、（Ａ）に示すように溶接による固定が維持されている固定状態では、全開状態での弁体５２が上流側メイン通路２の側壁２Ａに沿う待避姿勢となり、排気の流れを阻害することのないように、上流側メイン通路２の側壁２Ａの外側へ凹設された凹部５６に収容される。一方、溶接による固定が外れ、仮固定ピン４４による仮固定状態となると、図１１（Ｂ）に示すように、仮固定ピン４４が溶接窓３２の周方向範囲内で相対回転可能、つまり回転方向に所定の遊びがある状態で、回転軸５３から脱落することなく仮固定されることとなり、溶接による固定状態での待避姿勢に比して、回転軸５３に対するアーム５５の相対回転分、全開状態での弁体５２の全開方向への回転角度が不足し、弁体５２が凹部５６から上流側メイン通路２側へ斜めに張り出した形となる。このために、排気ガスの流れが僅かに阻害されるために、溶接による固定状態に比して弁体上流側の背圧が上昇することとなる。なお、の弁体５２の上流側メイン通路２側への張り出し量は僅かなものであり、排気ガスの流れが大きく阻害されて運転性に悪影響を及ぼすことのないように、設定さている。

従って、弁体５２の上流側の背圧ΔＰを検出または推定し、弁体５２の全開状態における背圧ΔＰに基づいて、仮固定ピン４４（第２の固定手段）による仮固定状態であるかを判定することができる。具体的には、図１２に示すように、背圧ΔＰが溶接（第１の固定手段）による固定状態に対応する基準値よりも上昇している場合に、溶接はがれなどにより溶接の固定が外れ、仮固定ピン４４（第２の固定手段）による仮固定状態であると判定することができる。仮固定状態であると判定された場合、警告灯や警告音により固定が外れたことを運転者に報知することで、点検・修理を促すことができる。上記の背圧ΔＰは、例えば圧力センサを用いて直接的に検出しても良く、あるいはより簡易的に、排気温度などの機関運転状態から推定するようにしても良い。

図１３及び図１４は、固定手段の他の例を示している。図１３の例では、第２の固定手段として、アーム５５の軸支持部２１の内周面２１Ａと、これに対向する回転軸５３の外周面５３Ａと、が相似形の多角形状に形成されている。そして、軸支持部２１の内周面２１Ａと回転軸５３の外周面５３Ａとの間には、所定の間隙（遊び）４５が確保されており、これによって、回転軸５３とアーム５５とが所定の微少区間だけ相対回転可能な状態で仮固定されている。図１４の例では、アーム５５が軸支持部のない板状に形成されており、このアーム５５の回転軸側の端部を、回転軸５３の径方向に貫通形成されたアーム用スリット４６を貫通させ、符号４７に示すように、その突出端部を溶接により回転軸５３と固定している（第１の固定手段）。また、アーム用スリット４６と、これを貫通する回転軸５３との間には所定の間隙（遊び）４８が確保されており、これによって、回転軸５３とアーム５５とが所定の微少区間だけ相対回転可能な状態で仮固定されている（第２の固定手段）。

図１５〜図１９は、それぞれ固定手段の更に他の例を示す平面図（Ａ）及び正面図（Ｂ）である。図１５〜１８に示すように、分割体４１，４２が一体的に回転するように、合わせ面部４３には、互いに嵌合する凹凸形状の段差部４３Ａが設定されている。なお、上述した図６〜図１３に示すものにおいても、このような段差部４３Ａを合わせ面部に設けるようにしても良い。

図１５の例では、第１の固定手段として、符号４９に示すように回転軸５３が挿通するアーム５５の各分割体４１，４２の両側縁と回転軸５３の外周とが溶接により固定され、かつ、第２の固定手段として、符号５０に示すように、アーム５５の分割体４１，４２の先端同士が溶接により固定されている。図１６の例では、第１の固定手段として、上述した固定リング３３が用いられている（図７，図８参照）。図１７の例では、第１の固定手段として、上述した溶接窓３２で溶接されている（図５等参照）。図１８の例は、分割体４１，４２の固定力を高めるために、溶接窓３２Ｂを分割体の合わせ面部４３に沿って支持ピン２２の近傍まで延長する縦長形状に設定している。図１８の例では、図１７の溶接窓３２Ｂに加え、更に支持ピン２２よりも先端側にも補助溶接窓３２Ｃを合わせ面部４３に沿って形成している。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記図示実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変形・変更を含むものである。例えば、直列４気筒内燃機関に適用した例を説明したが、本発明は、直列４気筒以外の直列多気筒内燃機関あるいはＶ型多気筒内燃機関等の種々の形式の内燃機関の排気装置として適用することが可能である。

以上の説明より把握し得る特徴的な技術思想について、以下に列記する。

（１）各気筒＃１〜＃４にそれぞれ接続された気筒毎の上流側メイン通路２と、複数の気筒の上流側メイン通路２が合流してなる下流側メイン通路７と、この下流側メイン通路７もしくはこれよりも下流の流路に介装されたメイン触媒コンバータ８と、上記上流側メイン通路２から分岐するとともにバイパス触媒コンバータ１８が介装されたバイパス通路１１，１４，１６と、各気筒から排出された排気が上記バイパス通路１１，１４，１６へ流れるように、上記上流側メイン通路２を開閉する弁体５２を備え、閉時に各上流側メイン通路２相互の連通を遮断する流路切換弁４と、を備える。

この排気装置においては、バイパス通路１１，１４，１６の少なくとも上流側部分は、気筒数と同じ数の通路となっており、メイン流路つまり上流側メイン通路２の合流点１３よりも上流側の位置において、該上流側メイン通路２からそれぞれ分岐する。従って、メイン流路の合流点１３の位置に制約されずに、バイパス触媒コンバータ１８をより上流側に配置することが可能となる。また、バイパス流路側へ分岐する点１２が各気筒に近い位置となるので、冷間始動直後などに、メイン流路の熱容量による冷却作用を比較的受けずにバイパス流路側に排気が流入する。

すなわち、冷間始動直後などには、上記流路切換弁４が閉じ、上流側メイン通路２と下流側メイン通路７との間を遮断する。これにより、各気筒から吐出される排気は、バイパス触媒コンバータ１８を備えたバイパス通路側を流れる。そして、同時に、流路切換弁４は、複数の上流側メイン通路２の弁開口部５１を個々に閉塞するので、各気筒の上流側メイン通路２の相互の連通が遮断される。流路切換弁４を閉状態としたときに各上流側メイン通路２が互いに連通していると、各気筒で順次排気行程が到来することから、一つの気筒の上流側メイン通路２から他の気筒の上流側メイン通路２へと排気が回り込む現象が生じる。そのため、外部へ熱が逃げやすくなり、バイパス触媒コンバータ１８の温度上昇が阻害される。流路切換弁４の閉時に各上流側メイン通路２が互いに非連通状態となるようにすることで、この回り込みの現象を回避できる。

図６〜図１１等に示すように、流路切換弁４は、回転軸５３から径方向へ延びるアーム５５の先端に、弁体５２から起立する支持ピン２２が支持されている。この支持ピン２２は、一般部２３に対して部分的に小径化された首部２４を有する略棒状をなし、アーム５５は、組付状態で首部２４を挟持する複数の分割体２６，２７（４１，４２）により構成されている。

このように、アーム５５の分割体２６，２７（４１，４２）により首部２４を挟持することで、弁体５２をアーム５５に支持させることができるために、上記参考例のように弁体とアームとをナットを用いて固定したり溶接による固定するものに比して、作業工数が少なく製造コストも大幅に低減できる。また、支持ピン２２の一部である首部２４よりも先端側の一般部２３がナットとして機能することから、弁体５２の開閉時などに支持ピン２２の軸方向に沿って大きな荷重が繰り返し作用しても、上述した参考例のように別体のナットが外れたり、溶接はがれにより弁体が脱落するおそれがなく、弁体５２をアーム５５に安定して支持させることができ、信頼性，耐久性が著しく向上する。

（２）支持ピン２２には、一般部２３から首部２４へ向けて徐々に縮径するテーパ部２５が設けられている。また、支持ピン２２が貫通するアーム５５のピン孔２９には、支持ピン２２の首部２４やテーパ部２５に対応して小径部３０及び傾斜面部３１が設けられている。このようなテーパ部２５を設けることで、角（エッジ）当たりによる応力集中が緩和されるとともに、アーム５５に対する弁体５２の若干の揺動動作、いわゆる首振り動作が許容される。このため、組付誤差や寸法ばらつきなどにかかわらず、弁体５２を弁開口部５１に良好に密接させることができ、シール性が向上する。

（３）例えば、図６に示す第１実施例などに示すように、アーム５５が最小限の２つの分割体により構成された簡素な構造となっている。すななち、直線状の形状をなす第１分割体２６と、この第１分割体２６が嵌合するスリット２８が形成された第２分割体２７と、により構成されている。そして、第１分割体２６の先端部と、これに対向するスリット２８の根本部とに、上記首部２４を挟持するピン孔２９の一部がそれぞれ半割形状に形成されている。この構成によれば、首部２４を挟んで第１分割体２６を第２分割体２７のスリット２８に差し込むことで、弁体５２をアーム５５へと容易に組み付けることができ、かつ、第１分割体２６が第２分割体２７のスリット２８に嵌合しているために、両者２６，２７が回転軸５３の軸方向に移動することがなく、溶接や固定具を用いて両者２６，２７の軸方向移動を敢えて規制する必要がない。

（４）あるいは図９に示す第２実施例などに示すように、アーム５５が回転軸５３の軸方向に２分割された２つの分割体４１，４２により構成され、両分割体４１，４２の合わせ面部４３に、首部２４を挟持するピン孔２９の一部がそれぞれ半割形状に凹設されている。この構成でも、アーム５５を最小限の２部材により構成することができる。

（５）回転軸５３に複数のアーム５５が取り付けられることや、組付性，製造性の要求などにより、回転軸５３とアーム５５とは別体とされている。そして、回転軸５３とアーム５５とを固定する第１の固定手段と、この第１の固定手段とは別に、回転軸５３とアーム５５とを固定する第２の固定手段と、を有する二重の固定構造としている。このため、仮に第１の固定手段による固定が外れても、第２の固定手段により固定状態を維持することができ、信頼性に優れている。

（６）第１の固定手段による固定状態では、図１１（Ａ）に示すように、全開状態での弁体５２が上流側メイン通路２の側壁２Ａに沿う待避姿勢となるように、回転軸５３が上流側メイン通路２の側壁２Ａ近傍に配置されており、上記第２の固定手段は、上記第１の固定手段による固定が外れた場合に、上記回転軸５３とアーム５５とが微少区間だけ相対回転可能な状態で、上記回転軸５３とアーム５５とを仮固定するものである。この場合、何らかの理由で第１の固定手段による固定が外れ、第２の固定手段による仮固定状態となると、第１の固定手段による固定状態に比して、全開状態での弁体５２が相対回転の分だけ上流側メイン通路２側へ張り出す形となり、図１２（Ｂ）に示すように、弁体５２の上流側の背圧ΔＰが上昇することとなる。従って、弁体の上流側の背圧ΔＰに基づいて、第２の固定手段による仮固定状態であるかを容易に判別することができる。仮固定状態である場合には、第１の固定手段による固定が外れたことを例えば警告灯や警告音により運転者に報知して、点検・修理を促すことができる。

（７）例えば図１０に示すように、上記第１の固定手段は、回転軸５３が嵌合するアーム５５の軸支持部２１に穿設された溶接窓３２の周縁部と、この溶接窓３２に臨んだ回転軸５３の外周部と、を溶接により固定するものであり、上記第２の固定手段は、回転軸５３の外周面から溶接窓３２を通して径方向へ延びる仮固定ピン４４を備えるものである。この構成によれば、第１の固定手段である溶接による固定が外れた場合、仮固定ピン４４が溶接窓３２の周方向範囲３２Ａで移動可能な範囲で、アーム５５が回転軸５３に仮固定される。このように、第１の固定手段で用いられる溶接窓３２を利用して、仮固定ピン４４を回転軸５３に立設するという簡素な構成で上記第２の固定手段を実現することができる。

本発明に係る排気装置の一例を示す構成説明図。 バルブユニット全体の構成を示す平面図。 一つの気筒の流路切換弁を示す断面図。 弁体に加わる上下圧力差の説明図。 流路切換弁の参考例を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）。 本発明の第１実施例に係る流路切換弁の支持ピンの固定構造を示す組立説明図（Ａ）及び断面図（Ｂ）。 図６の流路切換弁の回転軸とアームとの固定構造の一例を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）。 流路切換弁の回転軸とアームとの固定構造の他の例を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ），（Ｃ）。 本発明の第２実施例に係る流路切換弁の支持ピンの固定構造を示す組立説明図。 図９の流路切換弁の回転軸とアームとの固定構造の一例を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）。 溶接による固定状態（Ａ）及び仮固定ピンによる仮固定状態（Ｂ）での全開状態での待避姿勢を示す説明図。 固定状態・仮固定状態に応じた弁体上流の背圧の変化を示す特性図。 流路切換弁の回転軸とアームとの固定構造の他の例を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）。 流路切換弁の回転軸とアームとの固定構造の更に他の例を示す平面図（Ａ）及び断面図（Ｂ）。 流路切換弁の回転軸とアームとの固定構造の更に他の例を示す平面図（Ａ）及び正面図。 流路切換弁の回転軸とアームとの固定構造の更に他の例を示す平面図（Ａ）及び正面図。 流路切換弁の回転軸とアームとの固定構造の更に他の例を示す平面図（Ａ）及び正面図。 流路切換弁の回転軸とアームとの固定構造の更に他の例を示す平面図（Ａ）及び正面図。 流路切換弁の回転軸とアームとの固定構造の更に他の例を示す平面図。

符号の説明

２…上流側メイン通路
３…中間メイン通路
４…流路切換弁
７…下流側メイン通路
８…メイン触媒コンバータ
１１…上流側バイパス通路
１４…中間バイパス通路
１６…下流側バイパス通路
１８…バイパス触媒コンバータ
２１…軸支持部
２２…支持ピン
２３…一般部
２４…首部
２５…テーパ部
２６…第１分割体
２７…第２分割体
２８…スリット
２９…ピン孔
３２…溶接窓（第１の固定手段）
３３…固定リング（第２の固定手段）
４１…第１分割体
４２…第２分割体
４３…合わせ面部
４４…仮固定ピン
５２…弁体
５３…回転軸
５５…アーム

Claims (7)

1. 各気筒にそれぞれ接続された気筒毎の上流側メイン通路と、
   複数の気筒の上流側メイン通路が合流してなる下流側メイン通路と、
   この下流側メイン通路もしくはこれよりも下流の流路に介装されたメイン触媒コンバータと、
   上記上流側メイン通路から分岐するとともにバイパス触媒コンバータが介装されたバイパス通路と、
   各気筒から排出された排気が上記バイパス通路へ流れるように、上記上流側メイン通路を開閉する弁体を備え、閉時に各上流側メイン通路相互の連通を遮断する流路切換弁と、を備え、
   上記流路切換弁は、回転軸から径方向へ延びるアームの先端に、上記弁体から起立する支持ピンが支持されており、
   この支持ピンは、一般部に対して部分的に小径化された首部を有する略棒状をなし、
   上記アームは、組付状態で首部を挟持する複数の分割体により構成されていることを特徴とする内燃機関の排気装置。
2. 上記支持ピンには、上記一般部から首部へ向けて徐々に縮径するテーパ部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気装置。
3. 上記アームは、直線状の形状をなす第１分割体と、この第１分割体が嵌合するスリットが形成された第２分割体と、により構成され、上記第１分割体の先端部と、これに対向するスリットの根本部とに、上記首部を挟持するピン孔の一部がそれぞれ半割形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気装置。
4. 上記アームは、上記回転軸の軸方向に２分割された２つの分割体により構成され、両分割体の合わせ面部に、上記首部を挟持するピン孔の一部がそれぞれ半割形状に凹設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の排気装置。
5. 上記回転軸とアームとが別体であり、
   上記回転軸とアームとを固定する第１の固定手段と、
   この第１の固定手段とは別に、上記回転軸とアームとを固定する第２の固定手段と、
   を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の排気装置。
6. 上記第１の固定手段による固定状態では、全開状態での弁体が上流側メイン通路の側壁に沿う待避姿勢となるように、上記回転軸が上記上流側メイン通路の側壁近傍に配置されており、
   上記第２の固定手段は、上記第１の固定手段による固定が外れた場合に、上記回転軸とアームとが微少区間だけ相対回転可能な状態で、上記回転軸とアームとを仮固定するものであることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の排気装置。
7. 上記第１の固定手段は、上記回転軸が嵌合するアームの軸支持部に穿設された溶接窓の周縁部と、この溶接窓に臨んだ回転軸の外周部と、を溶接により固定するものであり、
   上記第２の固定手段は、上記回転軸の外周面から上記溶接窓を通して径方向へ延びる仮固定ピンを備えるものであることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の排気装置。

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