JP2010024909A - エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シール性能を確保しつつ流路切換弁の引き抜き荷重を低減し得る装置を提供する。
【解決手段】流路制御弁（４）は、ハウジング（２１）と、ハウジング（２１）に形成される弁開口部（５１）を開閉する弁体（２４）と、弁体（２４）をハウジング（２１）側に回転可能に支持する回転軸（２３）とを有し、弁体（２４）に設けられた弁本体部（２６）の周縁（２６Ａ）が弁開口部（５１）上流端の弁シート部（５２）に当接・離脱することによって弁開口部（５１）が開閉され、弁シート部（５２）と弁本体部（２６）の周縁（２６Ａ）とは、いずれか一方が円錐状のテーパー面を形成し、他方が球面状のテーパー面を形成し、かつ弁開口部（５１）の軸心と弁シート部（５２）とのなす角度である当たり面角度が最適値に設定されている。
【選択図】図９

Description

この発明は、触媒で排気浄化を行うエンジン（内燃機関）の排気装置、特に、メイン触媒が活性化していない冷間始動直後に、別の触媒を備えたバイパス流路側に排気を案内するようにした形式の排気装置の改良に関する。

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に介装されたメイン触媒と、前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前記バイパス通路へ流れるように、前記上流側メイン通路を開閉するとともに、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、前記流路切換弁は、ハウジングに並んで形成される複数の弁開口部をそれぞれ開閉する複数の弁体が共通の弁支持体に取り付けられ、この弁支持体は、ハウジング側に回転可能に支持される回転軸と一体的に回転する軸部に、前記弁体がそれぞれ固定される複数のアーム部が一体的に形成され、前記弁体は、弁本体部と、この弁本体部から起立する弁軸部と、を有し、前記弁本体部の周縁が前記弁開口部上流端の弁シート部に当接・離脱することによって前記弁開口部が開閉され、前記アーム部に、前記弁軸部が遊嵌する貫通孔が形成され、この貫通孔を貫通して弁本体部の反対側へ突出する弁軸部の先端部に、前記貫通孔よりも外径の大きい保持リングが固定され、前記弁体が前記上流側メイン通路の上流側に開くように構成されているものがある（特許文献１参照）。
特開２００８−８２８４号公報

ところで、前記弁シート部と前記弁本体部の周縁とのうちいずれ一方が円錐状のテーパー面を形成し、他方が球面状のテーパー面を形成すると、弁本体部が弁シート部に対して多少傾いた姿勢で当接した状態となっても弁本体部の周縁は弁シート部に対し全周にわたって着座することになり、これによって良好なシール性能を得ることができる。

しかしながら、弁開口部の軸心と弁シート部とのなす角度である当たり面角度によっては、弁本体部の周縁と弁シート部との当接面の面圧である当たり面圧が不足したり、弁本体部の周縁と弁シート部との当接面の摩擦係数が大きくなったりして、シール性能が十分に確保できなくなったり、流路切換弁の引き抜き荷重が大きくなったりしてしまう。

そこで本発明は、シール性能を確保しつつ流路切換弁の引き抜き荷重を低減し得る装置を提供することを目的とする。

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ない。

本発明は、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（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（３）と、この下流側メイン通路（３）に介装されたメイン触媒（８）と、前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（１８）が介装されたバイパス通路（１１、１４）と、各気筒から排出された排気が前記バイパス通路（１１、１４）へ流れるように、前記上流側メイン通路（２）を開閉するとともに、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、前記流路切換弁（４）は、ハウジング（２１）と、ハウジング（２１）に形成される弁開口部（５１）を開閉する弁体（２４）と、当該弁体（２４）をハウジング（２１）側に回転可能に支持する回転軸（２３）とを有し、前記弁体（２４）に設けられた弁本体部（２６）の周縁（２６Ａ）が前記弁開口部（５１）上流端の弁シート部（５２）に当接・離脱することによって前記弁開口部（５１）が開閉され、前記弁体（２４）が前記上流側メイン通路（２）の上流側に開くように構成されているエンジンの排気装置において、前記弁シート部（５２）と前記弁本体部（２６）の周縁（２６Ａ）とは、いずれか一方が円錐状のテーパー面を形成し、他方が球面状のテーパー面を形成し、かつ前記弁開口部（５１）の軸心と前記弁シート部（５２）とのなす角度である当たり面角度が最適値に設定されている。

本発明によれば、流路切換弁（４）は、ハウジング（２１）と、ハウジング（２１）に形成される弁開口部（５１）を開閉する弁体（２４）と、当該弁体（２４）をハウジング（２１）側に回転可能に支持する回転軸（２３）とを有し、前記弁体（２４）に設けられた弁本体部（２６）の周縁（２６Ａ）が前記弁開口部（５１）上流端の弁シート部（５２）に当接・離脱することによって前記弁開口部（５１）が開閉され、前記弁シート部（５２）と前記弁本体部（２６）の周縁（２６Ａ）とは、いずれか一方が円錐状のテーパー面を形成し、他方が球面状のテーパー面を形成し、かつ前記弁開口部（５１）の軸心と前記弁シート部（５２）とのなす角度である当たり面角度が最適値に設定されているので、良好なシール性能を確保しつつ、流路切換弁４を開くための引き抜き荷重を低減できる。

以下、この発明を直列４気筒エンジンの排気装置として適用した第１実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は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番気筒（♯１気筒）、２番気筒（♯２気筒）、３番気筒（♯３気筒）、４番気筒（♯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つの気筒に個々に接続された４本の上流側メイン通路２は、下流側で１本の下流側メイン通路３として合流しており、その合流部、換言すれば、上流側メイン通路２と下流側メイン通路３との境界となる部位には、４本の上流側メイン通路２を一斉に開閉する流路切換弁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と下流側メイン通路３との間の上下の連通を遮断するとともに、４本の上流側メイン通路２の間を互いに非連通状態とする構成となっている。

流路切換弁４から下流に延びる下流側メイン通路３の途中には、メイン触媒８が介装されている。このメイン触媒８は、車両の床下に配置される容量の大きなものであって、その触媒としては、三元触媒とＨＣトラップ触媒とを含んでいる。以上の上流側メイン通路２と下流側メイン通路３とメイン触媒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。

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、４本の上流側バイパス通路１１は、下流側の合流点１３で１本の下流側バイパス通路１４として合流している。

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、最短距離でもって下流側バイパス通路１４として合流している。

この下流側バイパス通路１４の下流端は、下流側メイン通路３のメイン触媒８より上流側の合流点１７において、下流側メイン通路３に合流している。そして、上記下流側バイパス通路１４の途中には、三元触媒を用いたバイパス触媒１８が介装されている。このバイパス触媒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。上記バイパス触媒１８は、メイン触媒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。

下流側バイパス通路１４の下流側メイン通路３への合流点１７より上流の下流側メイン通路３に排気還流通路１５の一端が接続されている。この排気還流通路の１５の他端は、図示せぬ排気還流制御弁を介してエンジンの吸気系へと延びている。

上記のように構成されたエンジンの排気装置においては、冷間始動後のエンジン温度ないしは排気温度が低い段階では、適宜なモータ（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および下流側バイパス通路１４を通してバイパス触媒１８へと流れる。バイパス触媒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、メイン触媒８の暖機が進行して活性化状態になったら、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から下流側メイン通路３を通り、メイン触媒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回転速度高負荷時には、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。

次に、上記流路切換弁４の構成を説明する。ただし、流路切換弁４の基本的な構成そのものは公知であるので（特開２００８−８２８４号公報参照）、流路切換弁４の基本的な構成を図２〜図４に基づいて先に概説する。ここで、図２は流路切換弁４の一部断面平面図、図３は全閉状態にあるときのハウジング２１の一部縦断面図、図４はハウジング２１と弁支持体２５とカバー４０とを示す斜視図である。

４気筒分の流路切換弁４が一つのバルブユニットとして一体化されており、流れと直交する面に沿った略矩形状をなすハウジング２１に、４個の円柱状の弁開口部５１が、２列に並んで、つまり正方形の頂点となる位置に、それぞれ開口形成されている。すなわち、図３にも示したように、ハウジング２１にはハウジング上面２１Ａに対して直交する４つの円柱状の弁開口部５１が形成され、弁開口部５１の上流端に後述する弁本体部２６が着座するテーパー状の弁シート部５２が形成されている。弁開口部５１は下流側メイン通路２の一部である。

ハウジング２１の両側部には、一対の回転軸２３が互いに平行に配置されている。そして、隣接する一対の弁開口部５１をそれぞれ開閉する一対の円盤状の弁体２４が、共通の弁支持体２５を介して回転軸２３に取り付けられている。

弁支持体２５は、回転軸２３の外周に設けられる軸部２５Ａと、この軸部２５Ａの軸方向両端の外周より径方向外方へ突出し、一対の弁体２４がそれぞれ組み付けられる一対のアーム部２５Ｂと、により構成されている。特に弁支持体２５の軸部２５Ａと回転軸２３とが一体的に形成されており、つまり、回転軸２３を含めて弁支持体２５の軸部２５Ａとアーム部２５Ｂとが一体的に成形されている。アーム部２５Ｂは、略長方形の板状をなし、基端部が軸部２５Ａに一体的に接続しているとともに、図３に示すように、先端部に断面円形の貫通孔（取付孔）２７を有している。

上記の弁体２４は、円盤状をなす弁本体部２６と、この弁本体部２６の中央部から垂直に起立する弁軸部２８と、を有し、円盤状の弁本体部２６は周縁２６Ａと、平面である下面２６Ｂと、同じく平面である上面２６Ｃとから構成されている。そして、弁本体部２６の周縁２６Ａが弁開口部上流端の弁シート部５２に当接・離脱することによって弁開口部５１が開閉される。

弁軸部２８は貫通孔２７を隙間を介して緩く嵌合、すなわち遊嵌する構成となっている。そして、この貫通孔２７を貫通して弁本体部２６の反対側（図３の上側）へ突出する弁軸部２８の先端部に、上記貫通孔２７よりも外径の大きい、いわゆるワッシャとしての円盤状の保持リング２９が固定されている。この保持リング２９によって弁体２４が弁支持体２５に対して抜け止めされている。従って、弁体２４は、アーム部２５Ｂに対して完全には固定されておらず、弁本体部２６の周縁２６Ａが弁開口部５１上流端の弁シート部５２に良好に密接し得るように、アーム部２５Ｂに対し僅かな揺動（いわゆる首振り）が可能となっている。

なお、圧力差によるシール性確保の点から、弁体２４が弁開口部５１を上流側から開閉するように、つまり図３、図７に示したようにメイン上流側通路２の上流側（気筒１の燃焼室側）に開くように構成している。この場合、上述した上流側メイン通路２となる各気筒の排気管の端部（図示せず）が、揺動する弁体２４を収容するように断面略Ｕ字形に構成され、各弁開口部５１を囲むハウジング２１の隔壁部３０に沿ってそれぞれ溶接される。従って、ハウジング２１より上流側では各気筒の上流側メイン通路２は完全に分離独立している。

各回転軸２３は、カバー４０とハウジング２１の間に挟持され、３箇所の軸受部３１，３２，３３でもって、ハウジング２１側へ回転可能に支持されている。各カバー４０は、回転軸２３を挟み込んだ状態で、複数の固定ボルト４１（図４参照）によって軸受部３１，３２，３３の位置でハウジング２１に締結・固定される。カバー４０には固定ボルト４１が挿通する複数のボルト貫通孔４２が形成され、ハウジング２１には固定ボルト４１が螺合する雌ネジが形成されたボルト孔４３が形成されている。

回転軸２３のハウジング２１から突出した一端にはリンクプレート３４が取り付けられていて、このリンクプレート３４を介して回転軸２３が回転方向に駆動される。ここで、２本の回転軸２３のリンクプレート３４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つのモータ（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２４が一斉に開閉する。

両側の軸受部３１，３３でハウジング２１とカバー４０とにより回転可能に挟持される回転軸２３の２箇所のジャーナル部２３Ａには、円筒状をなすシール用のブッシュ４４，４５が予め取り付けられている。また、弁支持体２５の軸部２５Ａには、隣り合う２つのアーム部２５Ｂの間の軸受部３２に、ハウジング２１及びカバー４０側との隙間を埋めるように、略環状のスペーサ４６が取り付けられている。図５に示すように、スペーサ４６は、弁支持体２５の２つのアーム部２５Ｂを接続するように、軸部２５Ａの外周部から張り出した連結片部２５Ｃに嵌合する開口部４６Ａが形成された略Ｃ字状をなしている。

回転軸２３に対する各弁体２４の取付角度、より具体的には、弁支持体２５の軸部２５Ａに対する２つのアーム部２５Ｂの角度は、例えば図６及び図８に示すように互いに異なっている。すなわち、回転軸２３の回転方向について、被駆動点となるリンクプレート３４に遠い弁体２４Ｂ（図８参照）の方がリンクプレート３４に近い弁体２４Ａ（図８参照）よりも弁開口部５１に相対的に近づくように、両アーム部２５Ｂの間に僅かな角度差θを設けてある。従って、回転軸２３が閉方向に駆動されたときに、被駆動点から遠い弁体２４Ｂが先に着座し、その後、回転軸２３のねじれ変形に伴って、被駆動点に近い弁体２４Ａが着座する。そのため、遠い側の弁体２４Ｂのシール面圧が高められ、近い側の弁体２４Ａと略等しいシール面圧が得られる。なお、図８は開弁状態での２つの弁体２４Ａ、２４Ｂの様子を示している。

このように良好なシール性能を確保するためには、両弁体２４Ａ，２４Ｂの取付角度、つまりは２つのアーム部２５Ｂの角度（角度差θ）に高い寸法精度が要求される。しかしながら、仮に２つのアーム部が別体とされ、それぞれが別々に回転軸に組み付けられる構成となっていると、製造・組付時の誤差・寸法交差によって、アーム部の角度に高い精度を確保することが困難で、良好なシール性能を確保することが難しい。

これに対して本実施形態では、弁支持体２５を、ハウジング２１側に回転可能に支持される回転軸２３と一体的に回転する軸部２５Ａに、複数の弁体２４がそれぞれ組み付けられる複数のアーム部２５Ｂが一体的に形成されたものとしている。このため、部品点数の削減による構造の簡素化・小型化や組立作業の簡素化が図られることに加え、上述したように複数のアーム部をそれぞれ別々に回転軸に取り付ける場合に比して、製造・組付時の誤差や交差による複数の弁体の組付ばらつきを低減でき、弁体２４の組付寸法精度を著しく向上することができ、ひいてはシール性能及びその信頼性を著しく向上することができる。

また、ハウジング２１とともに回転軸２３を回転可能に挟持するカバー４０が回転軸２３を挟んでハウジング２１に複数の固定ボルト４１によって固定される構造となっており、例えば溶接等により接合・固定する場合に比して、組立作業が簡素化される。

さらに、ハウジング２１とカバー４０との軸受部３１，３３で回転可能に挟持される回転軸２３のジャーナル部２３Ａにブッシュ４４，４５が予め取り付けられているため、組立作業が簡素化されるとともに、これらのブッシュ４４，４５によって外部へのガス漏れを確実に防止することができ、シール性能を更に向上することができる。

加えて、弁支持体２５の軸部２５Ａには、隣り合う２つのアーム部２５Ｂの間であって、軸受部３２によって回転可能に支持される部分に、ハウジング２１及びカバー４０側との隙間を埋めるようにスペーサ４６が取り付けられている。従って、弁支持体２５を一体化した形状としつつ、スペーサ４６によりこの部分に生じる隙間を最小限に抑制することができ、昇温性の向上とシール信頼性の向上とを図ることができる。

さらに本実施形態では、回転軸２３と弁支持体２５の軸部２５Ａとが一体的に形成されているために、より一層の部品点数削減化や寸法精度の向上等を図ることができる。

これで、流路切換弁４の基本的構成の概説を終了する。

さて、上述したように圧力差によるシール性能の確保の点から、弁体２４の弁本体部２６が上流側メイン通路２の上流側（図７参照）へ開くように構成され、また、組付性及び着座性の観点から弁軸部２８がアーム部２５Ｂの貫通孔２７を隙間を介して緩く嵌合つまり遊嵌し、弁体２４がアーム部２５Ｂに対して僅かな揺動動作いわゆる首振り動作が可能となっている。

図９は改めて弁体２４を弁シート部５２に着座させた状態を示している。ここで、弁シート部５２を弁開口部５１の軸心Ｌを中心軸とする円錐面の一部であるテーパー面（円錐状のテーパー面）で構成し、かつこの弁シート部５２に当接する弁本体部２６の周縁２６Ａを弁軸部２８の軸心上に中心を有する球面の一部であるテーパー面（球面状のテーパー面）から構成することで、弁本体部２６が破線で示したように弁シート部５２に対して多少傾いた姿勢で当接した状態となっても弁本体部２６の周縁２６Ａは弁シート部５２に対し全周にわたって着座することになり（これは調心機能といわれる）、これによって良好なシール性能を得ることができる。もちろん、調心機能を生じせしめるために、弁シート部５２を球面の一部であるテーパー面（球面状のテーパー面）とし、弁本体部２６の周縁２６Ａを弁軸部２８の軸心を中心軸とする円錐面の一部であるテーパー面（円錐状のテーパー面）とすることも可能である。

この場合に、弁開口部５１の軸心Ｌと弁シート部５２とのなす角度を「当たり面角度」θとしたとき、この当たり面角度θが大き過ぎると、弁本体部２６の周縁２６Ａと弁シート部５２との当接面（接触面）の面圧（この面圧を以下「当たり面圧」という。）が小さくなり、シール性能を十分には確保できなくなる。この逆に、当たり面角度θが小さ過ぎると、弁本体部２６の周縁２６Ａと弁シート部５２との当接面（接触面）の摩擦係数（摩擦力）が大きくなり、流路切換弁４着座状態から開弁するための荷重（この荷重を以下「引き抜き荷重」という。）が大きくなり、モータ負荷（モータ駆動力）が増加してしまう。

これを図１０を参照して説明すると、排気による力は排気圧力と弁体２４の受圧面積との積により定まり、この力が流路切換弁４の閉方向に働く。この排気による力をＦ（一定）として、図１０（Ａ）は当たり角度が小さい所定値θ１である場合の、これに対して図１０（Ｂ）は当たり角度が大きい所定値θ２（θ２＞θ１）である場合の各当たり面圧と各摩擦係数の違いをモデルで示したものである。弁本体部２６の周縁２６Ａと弁シート部５２との当接面の上下方向幅Ａを同じにすると、当たり角度が小さい所定値θ１の場合に排気の力Ｆを受ける投影面積Ｂは、当たり角度が大きい所定値θ２の場合に排気の力Ｆを受ける投影面積Ｃより小さくなるために、当たり角度が小さい所定値θ１の場合の当たり面圧が、当たり角度が大きい所定値θ２の場合の当たり面圧より大きくなることがわかる。また、当たり角度が小さい所定値θ１の場合のほうが当たり角度が大きい所定値θ２の場合より摩擦係数μ（摩擦力）が大きく、従ってモータ駆動力を大きくしなければならないこともわかる。このように、当たり面角度θが大き過ぎると、当たり面圧が小さくなるため、シール性能を十分には確保できなくなり、この逆に、当たり面角度θが小さ過ぎると、流路切換弁４を開くための引き抜き荷重が大きくなり、モータ負荷が増加してしまうのである。

そこで本発明では、シール性能を確保しつつ流路切換弁４を開くための引き抜き荷重を低減するように当たり面角度を最適値に設定する。これについて説明すると、図１１は当たり面角度θを変更したときに平均当たり面圧、引き抜き荷重がどのように変化するのかを実験またはシミュレーションして得られたデータをまとめたものである。

当たり面角度の設定方法について説明すると、当たり面圧は主に排気圧力に依存して定まる。ここで、流路切換弁４を全閉保持する期間は、エンジンの冷間始動よりメイン触媒８が暖機完了するまでの期間であるので、当たり面圧に影響する排気圧力としては、このエンジン冷間始動よりメイン触媒８が暖機完了するまでの運転条件（たとえばアイドル状態等）での排気圧力を考えておけばよい。また、メイン触媒８が活性化したので、流路切換弁４を開いている状態でも排気温度が低下してメイン触媒８が活性化していない状態となったときには、流路切換弁４を閉じることが考えられるので、こうした排気温度が低下する運転条件（例えばアイドル状態）での排気圧力を考えておけばよい。このようにして流路切換弁４が閉じている運転条件での排気圧力が定まると、この定めた排気圧力に弁体２４の受圧面積を乗算することによって排気圧力により流路切換弁４に閉方向に作用する力が求まる。この求めた排気圧力による閉方向の力（一定値）に基づけば、当たり面角度を変化させたときの平均当たり面圧の特性を実験やシミュレーションにより求めることができる。

このようにして求めたのが図１１上段の実線の特性であり、当たり面角度が大きくなるほど平均当たり面圧が小さくなる特性が得られている。この場合に、シール性能を確保するための最小当たり面圧は適合により定まり、一点鎖線で示した位置にあるとする。これより、平均当たり面圧はシール性を確保するための最小平均当たり面圧以上の領域（ＯＫ領域）になければならないので、当たり面角度は４５度（第２の値）以下でなければならないことがわかる。ただし、エンジンの仕様が相違すれば、第２の値は変わり得る。

一方、流路切換弁４を全閉状態から開くための引き抜き荷重は主にモータ駆動力と弁体２４の重量とに依存して定まり、モータ駆動力が一定の条件では、図１１下段の実線で示したように引き抜き荷重は当たり面角度が小さくなるほど大きくなる特性となる。この場合に、流路切換弁４を全閉状態から開くための引き抜き荷重の上限は適合により定まり、図１１下段において一点鎖線で示した位置にあるとする。これより、引き抜き荷重は流路切換弁４を開くための引き抜き荷重上限以下の領域（ＯＫ領域）にあればよいので、当たり面角度は４０度（第１の値）以上であればよい。

この結果、当たり面角度の設定範囲は第１の値（４０度）から、この値より大きな第２の値（４５度）までの所定の幅を有するものとなり、当たり面角度をこの範囲に設定すれば、シール性能を確保するための最小平均面圧以上の当たり面圧の設定を行い得るとともに、流路切換弁４を全閉状態から開くための引き抜き荷重上限以下の引き抜き荷重の設定を行い得ることになった。

なお、図１１下段において引き抜き荷重の実線の特性と流路切換弁４を開くための引き抜き荷重上限との交点をＤとすると、Ｄは当たり面角度で４５度（第２の値）より小さくなる位置、ここでは４０度（第１の値）となるようにモータ駆動力を定めている。第２の値（４５度）と第１の値（４０度）の差の５度は当たり面角度の余裕代である。余裕代は５度より広くも狭くもできるが、上記定めた排気圧力に対して実際の排気圧力にはバラツキがあるし、またモータ駆動力や弁体２４の重量にも製作バラツキがある。これらバラツキがあっても、シール性能を確保するための最小平均面圧以上の当たり面圧の設定を行い得るとともに、流路切換弁４を全閉状態から開くための引き抜き荷重上限以下の引き抜き荷重の設定を行い得るように、余裕代を５度としたものである。

ハウジング（２１）と、ハウジング（２１）に形成される弁開口部（５１）を開閉する弁体（２４）と、当該弁体（２４）をハウジング（２１）側に回転可能に支持する回転軸（２３）とを有し、前記弁体（２４）に設けられた弁本体部（２６）の周縁（２６Ａ）が前記弁開口部（５１）上流端の弁シート部（５２）に当接・離脱することによって前記弁開口部（５１）が開閉され、前記弁体（２４）が前記上流側メイン通路（２）の上流側に開くように構成されているエンジンの排気装置において、前記弁シート部（５２）と前記弁本体部（２６）の周縁（２６Ａ）とは、いずれか一方が円錐状のテーパー面を形成し、他方が球面状のテーパー面を形成し、かつ前記弁開口部（５１）の軸心と前記弁シート部（５２）とのなす角である当たり面角度が最適値に設定されている。

このように、本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、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３と、この下流側メイン通路３に介装されたメイン触媒８と、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１８が介装されたバイパス通路１１、１４と、各気筒から排出された排気がバイパス通路１１、１４へ流れるように、上流側メイン通路２を開閉するとともに、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、流路切換弁４は、ハウジング２１と、ハウジング２１に形成される弁開口部５１を開閉する弁体２４と、当該弁体２４をハウジング２１側に回転可能に支持する回転軸２３とを有し、前記弁体２４に設けられた弁本体部２６の周縁２６Ａが弁開口部５１上流端の弁シート部５２に当接・離脱することによって弁開口部５１が開閉され、弁体２４が上流側メイン通路２の上流側に開くように構成されているエンジンの排気装置において、弁シート部５２と弁本体部２６の周縁２６Ａとは、いずれか一方が円錐状のテーパー面を形成し、他方が球面状のテーパー面を形成し、かつ弁開口部５１の軸心と弁シート部５２とのなす角度である当たり面角度が最適値に設定されているので、良好なシール性能を確保しつつ、流路切換弁４を開くための引き抜き荷重を低減できる。

本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、平均当たり面圧がシール性能を確保するための最小平均当たり面圧以上となり、かつ流路切換弁４を開くための引き抜き荷重が流路切換弁４を開くための引き抜き荷重の上限以下となるように当たり面角度が設定されているので、シール性能を確保するための最小平均面圧以上の当たり面圧の設定を行い得るとともに、流路切換弁４を開くための引き抜き荷重上限以下の引き抜き荷重の設定を行い得る。

本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、当たり面角度の設定範囲は第１の値（４０度）から、この値より大きな第２の値（４５度）までの所定の幅を有するので、実際の排気圧力にバラツキがあり、回転軸２３をリンクプレート３４を介して回転方向に駆動するモータ（アクチュエータ）の駆動力や弁体２４の重量に製作バラツキがあっても、シール性能を確保するための最小平均面圧以上の当たり面圧の設定を行い得るとともに、流路切換弁４を開くための引き抜き荷重上限以下の引き抜き荷重の設定を行い得る。

図１２は第２実施形態の全閉状態にあるときのハウジング２１の一部縦断面図、図１３は図１２のＡ−Ａ線でみた矢視図である。第１実施形態は円盤状の弁本体部２６の下面２６Ｂが平面のままであるのに対して、第２実施形態は、弁本体部２６の下面中央部の肉抜きをするものである。ここで、弁本体部２６の下面中央部の肉抜きをするとは、弁本体部２６の下面２６Ｂの中央部に皿状の凹部６１を形成することである。

第２実施形態によれば、弁本体部２６の下面中央部の肉抜きをするので、弁本体部２６の下面の表面積が第１実施形態の弁本体部よりも増加する。流路切換弁４が全閉状態にあるとき弁体２４の上流側は高温雰囲気になるものの、流路切換弁４の下流側である弁開口部５１は低温雰囲気にあるので、弁本体部２６の下面の表面積が第１実施形態の弁本体部の下面の表面積よりも増加すると、低温雰囲気との接触面が増え、弁体２４の冷却効果が促進される。これにより、弁体２４の熱変形を抑制することができ、シール性能をさらに確保できる。また、弁本体部２６の下面中央部の肉抜きをするので、弁体２４の重量が低減し、これにより、流路切換弁４を開くための引き抜き荷重を低減できる。

以上のように本発明を具体的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施形態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、上記実施形態のような４気筒エンジン、あるいは２つの弁体２４が１本の回転軸２３を共用する構成に限定されず、３つ以上の弁体が回転軸を共用するような構成にも本発明を適用可能である。また、上記の弁軸部２８では、保持リング２９が圧入・固定される部分がアーム部２５Ｂの貫通孔２７を遊嵌する部分よりも小径化されているが、このような具体的な形状は任意のものである。エンジンはガソリンエンジン、ディーゼルエンジンのいずれでもかまわない。

排気装置の配管レイアウトの模式図。 第１実施形態の流路切換弁の一部断面平面図。 流路切換弁が全閉状態にあるときのハウジングの一部縦断面図。 ハウジングと弁支持体とカバーとを示す斜視図。 弁支持体の軸部に組み付けられるスペーサを示す説明図。 ２つのアーム部に角度差を設けた場合の説明図。 流路切換弁の開弁駆動時のハウジングの一部縦断面図。 流路切換弁の開弁状態での２つの弁体の様子を示す説明図。 調心機能を説明するためのハウジングの一部縦断面図。 当たり面角度が相違するときの当たり面圧と摩擦係数の違いを示すモデル図。 当たり面角度の設定範囲を説明するための特性図。 第２実施形態の流路切換弁が全閉状態にあるときのハウジングの一部縦断面図。 図１２のＡ−Ａ線でみた矢視図。

符号の説明

２…上流側メイン通路
３…下流側メイン通路
４…流路切換弁
８…メイン触媒
１１、１４…バイパス通路
１８…バイパス触媒
２１…ハウジング
２３…回転軸
２４…弁体
２５…弁支持体
２５Ａ…軸部
２５Ｂ…アーム部
２６…弁本体部
２６Ａ…周縁
２８…弁軸部
５１…弁開口部
５２ 弁シート部

Claims (6)

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に介装されたメイン触媒と、
   前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前記バイパス通路へ流れるように、前記上流側メイン通路を開閉するとともに、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、
   前記流路切換弁は、ハウジングと、当該ハウジングに形成される弁開口部を開閉する弁体と、当該弁体をハウジング側に回転可能に支持する回転軸と
   を有し、
   前記弁体に設けられた弁本体部の周縁が前記弁開口部上流端の弁シート部に当接・離脱することによって前記弁開口部が開閉され、
   前記弁体が前記上流側メイン通路の上流側に開くように構成されているエンジンの排気装置において、
   前記弁シート部と前記弁本体部の周縁とは、いずれか一方が円錐状のテーパー面を形成し、他方が球面状のテーパー面を形成し、
   かつ前記弁開口部の軸心と前記弁シート部とのなす角度である当たり面角度が最適値に設定されていることを特徴とするエンジンの排気装置。
   
2. 平均当たり面圧がシール性能を確保するための最小平均当たり面圧以上となり、かつ前記流路切換弁を開くための引き抜き荷重が前記流路切換弁を開くための引き抜き荷重の上限以下となるように前記当たり面角度が設定されていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。
3. 前記当たり面角度の設定範囲は第１の値から、この値より大きな第２の値までの所定の幅を有することを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気装置。
4. 前記第１の値は４０度、前記第２の値は４５度であることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの排気装置。
5. 前記回転軸をリンクプレートを介して回転方向に駆動するモータを備え、
   前記流路切換弁を開くための引き抜き荷重上限に対する当たり面角度よりも前記第１の値が小さくなるように前記モータの駆動力を定めることを特徴とする請求項２に記載のエンジンの排気装置。
6. 前記弁本体部は円盤状であり、弁本体部の下流側面の中央部の肉抜きをすることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの排気装置。

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