JP2011163181A - 通路切換バルブおよび排気浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケースが大型化することなく第１の通路の通路断面積を大きくすることができるとともに、アクチュエータの負荷を小さくすることができる通路切換バルブおよび排気浄化装置を提供する。
【解決手段】通路切換バルブ４４が、バイパス通路４１と主通路４０の分岐位置に設けられ、アクチュエータによって回動される回動軸４５と、回動軸４５に取付けられ、回動軸４５の中心軸に対して屈曲してバイパス通路４０側および主通路４１側にそれぞれ延在する第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７とを有し、第１のバルブ部４６が排気ガスの圧力によって受けるモーメントに対して排気ガスの圧力による逆向きのモーメントが第２のバルブ部４７に作用するように構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、通路切換バルブおよび排気浄化装置に関し、特に、第１の通路と第１の通路から分岐された第２の通路とを切換える通路切換バルブおよび排気浄化装置に関する。

内燃機関の排気装置にあっては、三元触媒によって排気中の窒素酸化物、一酸化炭素および炭化水素の浄化を行うが、三元触媒の温度が低いときには、炭化水素の処理能力が不十分となる。

このため、炭化水素を一時的に捕集するＨＣ吸着触媒を三元触媒の下流側に設置するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載されたものは、内燃機関の始動時において三元触媒が活性化温度に達していない低温時に、三元触媒を通過した排気ガスをＨＣ吸着触媒の内側通路に導いてＨＣ吸着触媒で炭化水素を吸着させるようにし、内燃機関の始動後に一定時間が経過すると、三元触媒を通過した排気ガスをＨＣ吸着触媒の外方に位置する外側通路に導くようにしている。このように排気ガスを導入する先を内側通路と外側通路とに切換えるために、バルブが設けられている。
ところが、特許文献１に記載されたものは、三元触媒とＨＣ吸着触媒とが別々の排気管に設置されているため、排気装置が大型化してしまう。

そこで、本出願人は、排気装置を小型化して、排気ガスの浄化効率を向上させることができる排気浄化装置を提案した（例えば、特許文献２参照）。
図１８は、特許文献２に記載される排気浄化装置を示す図である。図１８において、内燃機関から排気ガスが導入されるケース１内には内筒２が設けられており、この内筒２内には排気中の炭化水素を吸着するＨＣ吸着触媒３が設けられている。また、ＨＣ吸着触媒３の下流側のケース１内には三元触媒４が設けられている。

また、内筒２の内部および内筒２の下流のケース１の内部によって第１の通路５が画成されており、この第１の通路５に導入される排気ガスはケース１の下流側に設けられた図示しないマフラに排出される。

また、内筒２には開口２ａが設けられており、この開口２ａは、第１の通路５に対して分岐して内筒２の外周部とケース１の内周部とによって画成される第２の通路６に連通しており、第２の通路６の下流は、三元触媒４の上流の第１の通路５に連通している。

また、内筒２の上流側には平板状のバルブ７が設けられており、このバルブ７は、ケース１に回動自在に支持された回動軸８に取付けられている。この回動軸８は、図示しないアクチュエータに接続されており、アクチュエータによって回動軸８が回動されることにより、第２の通路６を閉止して内筒２の上流側と第１の通路５とを連通する第１の切換位置と、第１の通路５を閉止して内筒２の上流側と第２の通路６とを連通する第２の切換位置に切換えられるようになっている。

この排気浄化装置は、内燃機関の始動時において三元触媒が活性化温度に達していない低温時に、バルブ７が第１の切換位置に切換えられることにより、内燃機関の排気ガスを第１の通路５に導いてＨＣ吸着触媒３で炭化水素を吸着させるようにし、内燃機関の始動後に一定時間が経過すると、バルブ７が第２の切換位置に切換えられることにより、排気ガスを第２の通路６に導くようにして活性化した三元触媒４によって排気ガスを浄化するようになっている。

この排気浄化装置は、ケース１内の第１の通路５上に直列にＨＣ吸着触媒３と三元触媒４を設け、この第１の通路５の径方向外方に第２の通路６を設けているため、排気浄化装置を小型化することができる。

ところが、この排気浄化装置は、ケース１内にケース１よりも小径の内筒２を設け、内筒２内に板状のバルブ７を設けているため、排気浄化装置の小型化を図るためにはバルブ７の面積を小さくしなければならず、したがって、開口２ａの開口面積が小さくなってしまう。このため、第２の通路６を流通する排気ガスの圧力損失が発生してしまう。

これに対して、第２の通路６を流通する排気ガスの圧力損失が低下しないようにするためには、図１９に示すように、バルブ７の面積を大きくして開口２ａの開口面積を大きくすればよいが、この場合には、例えば、バルブ７を第１の切換位置から第２の切換位置に移動させるときに、バルブ７を挟んで第１の通路５の上流Ａと下流Ｂとの差圧または上流Ａと下流Ｃとの差圧が大きく、バルブ７に作用する差圧トルクが大きくなってしまい、バルブ７を駆動するためにアクチュエータに加わる負荷が大きくなってしまう。なお、バルブ７に作用する差圧トルクは、バルブ７の面積が大きい程、大きくなる。
このため、差圧トルクの影響を受けずにバルブ７を作動させるために、大型のアクチュエータが必要となってしまい、アクチュエータが大型化してしまうとともに、アクチュエータの製造コストが増大してしまうことになる。

これに対して、アクチュエータの負荷が大きくならないようにバルブ７を駆動するには、図２０〜図２２に示すように構成することが考えられる。
図２０において、内筒２の上流にはバルブケース１１が設けられており、バルブケース１１には第１の通路５の一部を構成する絞り部１１ａが形成されているとともに、第２の通路６に連通する開口１１ｂが形成されている。

また、絞り部１１ａと第２の通路６との分岐位置には、アクチュエータによって第１の通路５を解放する第１の切換位置（実線で示す）と第２の通路６を解放する第２の切換位置（破線で示す）とに切換自在なＬ字形状のバルブ１２が設けられており、このバルブ１２の回動軸１２ａは、第１の通路５の中心線に対して上方に位置している。

この排気浄化装置では、バルブ１２が開口１１ｂを閉塞する第１の切換位置に位置すると、絞り部１１ａを通して排気ガスを第１の通路５に流通させるようになっており、バルブ１２の回動軸１２ａが第１の通路５の中心線に対して上方に位置することでバルブ１２の回動角度を小さくすることができ、その分だけアクチュエータの負荷を小さくすることができる。

図２１において、内筒２の上流にはバルブケース１３が設けられており、バルブケース１３には第１の通路５の一部を構成する絞り部１３ａが形成されているとともに、第２の通路６に連通する開口１３ｂが形成されている。

また、絞り部１３ａと第２の通路６との分岐位置には、アクチュエータによって第１の通路５を解放する第１の切換位置（実線で示す）と第２の通路６を解放する第２の切換位置（破線で示す）とに切換自在なバタフライバルブ１４が設けられており、このバタフライバルブ１４は、回動軸１４ｃと、回動軸１４ｃの中心軸に対して直交する同一軸線上に延在するバルブ１４ａ、１４ｂとを備えている。

図２２において、内筒２の上流にはバルブケース１５が設けられており、バルブケース１５には第１の通路５の一部を構成する絞り部１５ａが形成されているとともに、第２の通路６に連通する開口１５ｂが形成されている。

また、絞り部１５ａと第２の通路６との分岐位置には、アクチュエータによって第１の通路５を解放する第１の切換位置（実線で示す）と第２の通路６を解放する第２の切換位置（破線で示す）とに切換自在なバタフライバルブ１６が設けられており、このバタフライバルブ１６は、回動軸１６ｃと、回動軸１６ｃの中心軸に対して直交する同一軸線上に延在するバルブ１６ａ、１６ｂとを備えている。

このバタフライバルブ１４、１６は、バルブ１４ａ、１６ａとバルブ１４ｂ、１６ｂとに排気ガスａ１、ａ２による逆向きの差圧トルクを与えて差圧トルクを打ち消し合うようにすることができるため、バルブ１４ａ、１６ａおよびバルブ１４ｂ、１６ｂに作用する差圧トルクを打ち消し合うことができる分だけアクチュエータの負荷を小さくすることができる。

特開２００３−７４３３３号公報 特願２００９−１９５０５１号

しかしながら、図２０〜図２２に示す排気浄化装置にあっては、バルブケース１１、１３、１５の上流を縮径して絞り部１１ａ、１３ａ、１５ａを形成することにより、排気ガスの流れを絞り部１１ａ、１３ａ、１５ａを通して第１の通路５の下流に導くようにしているため、第１の通路５を流通する排気ガスの圧力損失が増大してしまう。

すなわち、Ｌ字形状のバルブ１２やバタフライバルブ１４、１６をバルブケース１１、１３、１５内に設ける場合には、Ｌ字形状のバルブ１２やバタフライバルブ１４、１６を設置するスペースを確保する分だけ第１の通路５の一部を極端に絞る必要がある。

このため、第１の通路５に吸着媒体３が設けられている場合には、排気ガスが絞り部１１ａ、１３ａ、１５ａを通して第１の通路５内に導入されるため、ＨＣ吸着触媒３の上部に排気ガスが集中的に衝突するため、炭化水素の吸着効率が悪化してしまう。

また、圧力損失が増大しないように絞り部１１ａ、１３ａ、１５ａの面積を大きくすると、バルブケース１１、１３、１５が高さ方向に大きくなってしまい、結果的に排気浄化装置が大型化してしまう。
特に、図２１、図２２に示すバタフライバルブ１４、１６を用いる場合には、バルブ１４ａ、１４ｂ、１６ａ、１６ｂが回動軸１４ｃ、１６ｃの中心軸に対して直交する同一線上に延在するため、バルブケース１３、１５が高さ方向により一層大きくなってしまう。

仮に、バルブケース１３、１５を高さ方向に小さくする場合には、バタフライバルブ１４、１６の開閉角度（第１の切換位置および第２の切換位置との間の移動角度）を大きくして第１の通路５の通路断面積を大きくすることができるが、この場合には、バタフライバルブ１４、１６の開閉角度を大きくする分だけアクチュエータの負荷を大きくする必要があり、アクチュエータの大型化および高コスト化を招いてしまう。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、ケースが大型化することなく第１の通路の通路断面積を大きくすることができるとともに、アクチュエータの負荷を小さくすることができる通路切換バルブおよび排気浄化装置を提供することを目的とする。

本発明に係る通路切換バルブは、上記目的を達成するため、（１）第１の通路を画成する第１の通路部と、前記第１の通路の軸線方向と略直交する方向に分岐する入口を有し、第２の通路を画成する第２の通路部とを備えたケースに設けられ、前記ケースに導入された流体の流れを前記第１の通路に導く第１の切換位置と前記第２の通路に導く第２の切換位置とに切換えられる通路切換バルブであって、前記第１の通路と前記第２の通路の分岐位置に設けられ、アクチュエータによって回動される回動軸と、前記回動軸に取付けられ、前記回動軸の中心軸に対して屈曲して前記第１の通路側および第２の通路側にそれぞれ延在する第１のバルブ部および第２のバルブ部を有し、流体圧力によって前記第１のバルブ部に加わるモーメントに対し、前記第２のバルブ部に逆向きのモーメントが加わるように構成されている。

この通路切換バルブは、第１の通路と第２の通路の分岐位置に設けられ、アクチュエータによって回動される回動軸と、回動軸に取付けられ、回動軸の中心軸に対して第１の通路側および第２の通路側にそれぞれ延在する第１のバルブ部および第２のバルブ部とを有するので、通路切換バルブの回動軸を第１の通路の中心線上または中心線に対して第２の通路の入口側に設置することにより、通路切換バルブが流体の流れを第１の通路に導く第１の切換位置に切換えられたときに、第１の通路の通路断面積を大きくすることができる。このため、第１の通路に導入される流体の圧力損失を大幅に低減することができる。

また、通路切換バルブが屈曲形状の第１のバルブ部および第２のバルブ部を有しているため、第１の通路の通路断面積を充分に確保してケースを高さ方向に小さくすることができ、ケースの小型化を図ることができる。
また、流体圧力によって第１のバルブ部に加わるモーメントに対し、第２のバルブ部に逆向きのモーメントが加わるように通路切換バルブが構成されるので、通路切換バルブの切換え時に第１のバルブ部と第２のバルブ部に作用する差圧トルクを打ち消すことができ、通路切換バルブを駆動するアクチュエータの負荷を低減することができる。このため、アクチュエータを小型化することができるとともに製造コストを低減することができる。

上記（１）に記載の通路切換バルブにおいて、（２）前記第１のバルブ部および前記第２のバルブ部が楕円形状を有するものから構成されている。

この通路切換バルブは、第１のバルブ部および第２のバルブ部が楕円形状を有するので、真円を二分割した半円状のバルブ部と同じ断面積にして半円の通路切換バルブよりも通路切換バルブの高さ（第１の通路の中心線と直交する方向の高さ）と全長（第１の通路の中心線と同方向の長さ）を短くすることができる。このため、ケースの高さをより一層小さくすることができる。

また、第１のバルブ部および第２のバルブ部を楕円にすることで第１のバルブ部および第２のバルブ部の高さと全長とに余裕を持たせることができる。このため、第１のバルブ部および第２のバルブ部の高さと全長とに余裕を持たせることができる分だけ、通路切換バルブの回動角度を小さくすることができ、アクチュエータの負荷を低減することができる。

上記（１）または（２）に記載の通路切換バルブにおいて、（３）前記第１のバルブ部および前記第２のバルブ部が一体化され、前記回動軸が前記第１のバルブ部および前記第２のバルブ部の屈曲部位によって覆われるものから構成されている。

この通路切換バルブは、屈曲された第１のバルブ部と第２のバルブ部とが一体化されているので、別体の第１のバルブ部と第２のバルブ部とを回動軸に取付ける必要がなく、構成を簡素化することができる。
また、回動軸を第１のバルブ部および第２のバルブ部の屈曲部位によって覆っているので、例えば、流体が高温の排気ガス等の場合には、回動軸が熱によって変形してしまうのを防止することができ、通路切換バルブを第１の切換位置と第２の切換位置との間で円滑に移動させることができる。

上記（１）ないし（３）に記載の通路切換バルブを備えた内燃機関の排気浄化装置において、（４）第１の通路を画成する第１の通路部および前記第１の通路の軸線方向と略直交する方向に分岐する入口を有し、第２の通路を画成する第２の通路部を有するケースと、前記第１の通路部によって画成される前記第１の通路上に排気ガスの排気方向に直列に設けられた炭化水素吸着触媒および三元触媒とを備え、前記第２の通路を画成する前記第２の通路部が前記第１の通路部を取り囲むように前記第１の通路部の径方向外方に設けられ、前記第２の通路の入口が前記炭化水素吸着触媒に対して上流に位置するとともに、前記第２の通路の出口が前記炭化水素吸着触媒の下流側と前記三元触媒の上流側との間に位置するものから構成されている。

この排気浄化装置は、通路切換バルブの回動軸を第１の通路の中心線上または中心線に対して第２の通路の入口側に設置することにより、通路切換バルブが流体の流れを第１の通路に導く第１の切換位置に切換えられたときに、第１の通路の通路断面積を大きくすることができる。このため、第１の通路に導入される流体の圧力損失を大幅に低減することができる。

また、第１の通路の通路断面積を大きくすることができるため、第１の通路に導入された排気ガスを第１の通路上の炭化水素吸着触媒の全面に衝突させることができ、炭化水素の吸着効率を向上させることができる。

また、第２の通路を画成する第２の通路部が第１の通路部を取り囲むように第１の通路部の径方向外方に設けられ、第１の通路と第２の通路の分岐位置に屈曲形状の第１のバルブ部および第２のバルブ部を有する通路切換バルブが設けられるとともに、ケース内に吸着部材および三元触媒が直列に設置されるので、第１の通路の通路断面積を充分に確保してケースを高さ方向に小さくすることができ、結果的に排気浄化装置の小型化を図ることができる。

また、流体圧力によって第１のバルブ部に加わるモーメントに対し、第２のバルブ部に逆向きのモーメントが加わるように通路切換バルブが構成されるので、通路切換バルブの切換え時に第１のバルブ部と第２のバルブ部に作用する差圧トルクを打ち消すことができ、通路切換バルブを駆動するアクチュエータの負荷を低減することができる。このため、アクチュエータを小型化することができるとともに製造コストを低減することができる。

本発明によれば、ケースが大型化することなく第１の通路の通路断面積を大きくすることができるとともに、アクチュエータの負荷を小さくすることができる通路切換バルブおよび排気浄化装置を提供することができる。

本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、排気浄化装置を備えた排気装置の構成図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、排気浄化装置の断面図（図３のＢ−Ｂ方向矢視断面図に相当）である。 図２のＡ−Ａ方向矢視断面図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、通路切換バルブの正面図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、通路切換バルブの斜視図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、アクチュエータの構成図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、通路切換バルブが第１の切換位置に位置した状態を示す図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、通路切換バルブが第２の切換位置に位置した状態を示す図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、差圧トルクと通路切換バルブとの関係を説明するための図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、別体の第１のバルブ部および第２のバルブ部と回動軸との分解した状態を示す通路切換バルブの斜視図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、別体の第１のバルブ部および第２のバルブ部を回動軸に組み付けた状態を示す通路切換バルブの斜視図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、別体の第１のバルブ部および第２のバルブ部を回動軸に組み付けた状態を示す通路切換バルブの正面図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、他の形状の支持部材を有する通路切換バルブを備えた排気浄化装置の図２のＡ−Ａ方向矢視断面に相当する図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、他の形状の支持部材に取付けられる通路切換バルブの斜視図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、他の形状の支持部材に取付けられた通路切換バルブの斜視図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、楕円形状の第１のバルブ部および第２のバルブ部を備えた排気浄化装置の正面概略図である。 本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図であり、楕円形状の第１のバルブ部および第２のバルブ部を備えた排気浄化装置の要部断面図である。 従来のバルブを備えた排気浄化装置の断面図である。 従来の他の形状のバルブを備えた排気浄化装置の断面図である。 従来のＬ字型のバルブを備えた排気浄化装置の断面図である。 従来のバタフライバルブを備えた排気浄化装置の断面図である。 従来の他の形状のバタフライバルブを備えた排気浄化装置の断面図である。

以下、本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図１７は、本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置の一実施の形態を示す図である。

まず、構成を説明する。
図１において、内燃機関２１にはエキゾーストマニホールド２２を介して排気管２３が取付けられており、排気管２３の下流端にはスタートコンバータと称する排気浄化装置２４が取付けられている。

排気浄化装置２４には排気管２５を介してアンダーフロアコンバータと称する排気浄化装置２６が排気浄化装置２４と排気方向に直列に接続されており、排気浄化装置２６は、排気管２７を介して図示しないマフラに接続されている。

上流側に設けられた排気浄化装置２４は、例えば、三元触媒から構成されており、この三元触媒は、排気ガスに含まれる未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有している。

下流側に設けられた排気浄化装置２６は、本発明の排気浄化装置に相当するものであり、図２に示すようにＨＣ吸着触媒（炭化水素吸着触媒）２８と三元触媒２９とが排気方向に直列に設けられている。

ＨＣ吸着触媒２８は、内燃機関２１の排気ガス中の炭化水素を吸着するようになっており、外形形状が円柱形に形成された多孔質部材、例えば、セラミックス製のハニカムコア等から構成されている。

三元触媒２９は、内燃機関２１の排気ガスに含まれる未燃成分（ＨＣ、ＣＯ）を酸化するとともに窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元する機能を有しており、外形形状が円柱状に形成されている。

図２に示すように、排気浄化装置２６は、円柱状のケース３０を備えており、このケース３０は、蓋部材３１と蓋部材３１の開口に結合されたケース本体３２とを備え、蓋部材３１の上流側およびケース本体３２の下流側が共に外方に向かって漸次小径に絞られた円錐形状に形成され、上流側および下流側にそれぞれ排気管２５、２７が接続されている。なお、蓋部材３１の上流側およびケース本体３２の下流側は、円錐形状でなく、角形でもよい。

ケース本体３２の下流側には三元触媒２９がマット３３を介して取付けられており、このマット３３は、三元触媒２９から発生する熱が外方に放熱されるのを抑制するようになっている。
また、マット３３は、ケース本体３２と三元触媒２９との間に圧入されて撓むことにより、反発力を発生し、三元触媒２９をケース本体３２に保持するとともに、三元触媒２９を保護する機能を有している。

また、三元触媒２９の上流側には内筒３４が設けられており、この内筒３４にはマット３５を介してＨＣ吸着触媒２８が取付けられている。このマット３５は、ＨＣ吸着触媒２８が発生する熱が外方に放熱されるのを抑制するようになっている。
また、マット３５は、内筒３４とＨＣ吸着触媒２８との間に圧入されて撓むことにより、反発力を発生し、ＨＣ吸着触媒２８を内筒３４に保持するとともに、ＨＣ吸着触媒２８を保護する機能を有している。

また、蓋部材３１の内部にはバルブケース３６が設けられており、このバルブケース３６は、ＨＣ吸着触媒２８に向かって開口する開口部３７と、開口部３７から略直交する方向に開口する開口部３８と、排気管２５に向かって開口する開口部３９とが形成されている。このため、バルブケース３６には排気管２５から開口部３９を介して排気ガスが導入される。

また、バルブケース３６の内部、開口部３７に連通する内筒３４の内部および内筒３４の下流端に連通するケース本体３２の内部は、第１の通路としてのバイパス通路４０を画成しており、このバイパス通路４０に導入された排気ガスは、ＨＣ吸着触媒２８および三元触媒２９を介して排気管２７に排出されるようになっている。

すなわち、本実施の形態では、バイパス通路４０を画成するバルブケース３６、内筒３４およびケース本体３２が第１の通路部としてのバイパス通路部４２を構成している。
また、開口部３８は、内筒３４の外周部とケース本体３２の内周部とによって画成される第２の通路としての主通路４１に連通している。

すなわち、主通路４１を画成するバルブケース３６の開口部３８、内筒３４および内筒３４の外方のケース本体３２の部位３２Ａが第２の通路部としての主通路部４３を構成しており、この主通路部４３はバイパス通路４０の軸線方向に対して略直交する入口である開口部３８を有し、バイパス通路部４２を取り囲むようにしてバイパス通路部４２の径方向外方に設けられている。

本実施の形態では、主通路４１を画成する主通路部４３がバイパス通路部４２を取り囲むようにしてバイパス通路部４２の径方向外方に設けられており、主通路４１の入口であるバルブケース３６の開口部３８がＨＣ吸着触媒２８に対して上流に位置するとともに、主通路４１の出口４３ａである内筒３４の下流端３４ａと下流端３４ａの外方のケース本体３２とによって囲まれる空間がＨＣ吸着触媒２８の下流側と三元触媒２９の上流側との間に位置している。

なお、内筒３４は、環状のガイド部材６１ａ、６１ｂによってケース本体３２に支持されている。このガイド部材６１ａ、６１ｂは、円周方向に排気ガスを流通させる複数の開口部が等間隔で形成されており、主通路４１を流れる排気ガスの分散効果を発揮している。

一方、バルブケース３６内には通路切換バルブ４４が収納されており、この通路切換バルブ４４は、バイパス通路４０と主通路４１との分岐位置に設けられ、後述するアクチュエータによって回動される回動軸４５と、回動軸４５に取付けられ、回動軸４５の中心軸に対して屈曲して２方向に延在する半円状の第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７とを備えている。

また、図３に示すように、バルブケース３６の幅方向の一方および蓋部材３１の幅方向の一方にはそれぞれ貫通孔３６ａ、３１ａが形成されており、この貫通孔３６ａ、３１ａには中空状の支持部材４８が挿通されて支持されている。また、バルブケース３６の幅方向の他方には貫通孔３６ｂが形成されており、この貫通孔３６ｂには有底筒状の支持部材４９が挿通されて支持されている。

この支持部材４８、４９には軸受５０、５１を介して回動軸４５が回動自在に支持されており、図３、図４に示すように、回動軸４５の内筒３４に対向する部位には切欠き４５ａが形成されている。
図３〜図５に示すように、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７は、連接部５２を介して一体的に形成されており、この連接部５２は、切欠き部４５ａが当接され、図示しないボルトがボルト挿通孔５２ａを介して回動軸４５に螺合されることにより、回動軸４５に取付けられるようになっている。

したがって、支持部材４８、４９に対して内方に位置する回動軸４５の部位は、連接部５２によって覆われている。すなわち、回動軸４５は、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７の屈曲部位を構成する連接部５２によって覆われている。
また、回動軸４５の軸線方向一端部にはアクチュエータ５３のリンクバー５４が取付けられている。図６は、アクチュエータ５３の構成図である。

図６において、アクチュエータ５３は、例えば、負圧を利用してピストンロッド５５を押し引きするように構成されている。ピストンロッド５５は、リンクバー５４を介して回動軸４５に連結されており、ピストンロッド５５の直線運動をリンクバー５４で回転運動に変換して通路切換バルブ４４を開閉する。

アクチュエータ５３は、ケース５６を備えており、ケース５６の圧力室５６ａにはスプリング５６ｂが圧縮状態で収納されている。このスプリング５６ｂは、弾性力によってピストンロッド５５を外方に押し出すようにピストンロッド５５を付勢している。

このアクチュエータ５３は、圧力室５６ａに負圧が供給されていない自然状態、すなわち、圧力室５６ａの内圧が大気室５６ｃと同等の場合に、スプリング５６ｂの弾性力でピストンロッド５５を図６の仮想線で示すように押し出すことにより、通路切換バルブ４４を、排気ガスの流れを主通路４１に導く第２の切換位置（破線で示す）に切換えるようになっている。

また、圧力室５６ａに負圧を供給した状態、すなわち、圧力室５６ａの内圧が大気室５６ｃの圧力より低下した場合に、スプリング５６ｂの弾性力に抗してピストンロッド５５が図６の実線で示すように引き込まれることにより、通路切換バルブ４４を、排気ガスをバイパス通路４０に導く第１の切換位置（実線で示す）に切換えるようになっている。

このように本実施の形態では、ピストンロッド５５を押した状態のときに通路切換バルブ４４が第２の切換位置に切換えられ、負圧によってピストンロッド５５を引いた状態のときに通路切換バルブ４４が第１の切換状態に切換えられる。

このアクチュエータ５３の動力源、すなわち、ピストンロッド５５を引いてスプリング５６ｂを圧縮させるための動力源としては、図示しない車両に装備されるブレーキブースタで発生するブレーキ負圧が利用される。

すなわち、本実施の形態の動力発生源５７は、ブレーキブースタから構成されている。この動力発生源５７の図示しないリザーブタンクは、負圧配管５８およびスイッチングバルブ５９を経てアクチュエータ５３の圧力室５６ａに連通されている。

また、アクチュエータ５３は、制御装置６０に制御されるようになっており、この制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含んだコンピュータから構成されている。この制御装置６０は、スイッチングバルブ５９をオン・オフすることにより、アクチュエータ５３を駆動して通路切換バルブ４４を第１の切換位置および第２の切換位置に切換えるようになっている。

一方、図２に示すように、第１のバルブ部４６は、回動軸４５からバイパス通路４０側に延在しているとともに、第２のバルブ部４７は、回動軸４５から主通路４１側に延在しており、通路切換バルブ４４は、第１のバルブ部４６が排気ガスの圧力（流体圧力）によって受けるモーメントに対して排気ガスの圧力（流体圧力）による逆向きのモーメントが第２のバルブ部４７に作用するように構成されている。

次に、作用を説明する。
一般的に、内燃機関２１を冷間始動すると、内燃機関２１からエキゾーストマニホールド２２を経て排気管２３に、例えば、３００〜４００℃の排気ガスが排出されることにより、この排気ガスを上流側の排気浄化装置２４が浄化するとともに、この排気ガスの熱によって上流側の排気浄化装置２４が内部から加熱されることになる。

この上流側の排気浄化装置２４が活性化されるまでの間は、排気ガス中の炭化水素の浄化作用が不足するために、排気浄化装置２４を通過する排気ガス中の炭化水素を下流側の排気浄化装置２６のＨＣ吸着触媒２８に吸着させることが好ましい。
制御装置６０は、内燃機関２１を冷間始動してから排気浄化装置２４が活性化するまでの間、排気ガスをＨＣ吸着触媒２８に優先的に流入させる。このため、制御装置６０は、スイッチングバルブ５９をオンにしてアクチュエータ５３に動力発生源５７からの負圧を発生させる状態にする。

このため、この負圧によりピストンロッド５５を引いた状態を保つので通路切換バルブ４４が第１の切換位置に移動してバルブケース３６の開口部３８が閉塞されて開口部３７が解放される（図７参照）。
この結果、排気ガスは、バイパス通路４０に導入されてＨＣ吸着触媒２８のみに導入される。そして、ＨＣ吸着触媒２８に排気ガス中の炭化水素が吸着されるとともに、ＨＣ吸着触媒２８が昇温される。

このＨＣ吸着触媒２８を通過した排気ガスは、ＨＣ吸着触媒２８の下流の三元触媒２９に導入されるため、三元触媒２９が内部から昇温するとともに、三元触媒２９が排気ガス中の窒素酸化物および一酸化炭素を浄化する。

このＨＣ吸着触媒２８を通過した排気ガスは、ＨＣ吸着触媒２８の下流の三元触媒２９に導入されるため、三元触媒２９が内部から昇温するとともに、三元触媒２９が排気ガス中の窒素酸化物および一酸化炭素を浄化する。

次いで、排気浄化装置２４が活性化したものと制御装置６０が判断した場合には、制御装置６０は、スイッチングバルブ５９をオフにすることにより、アクチュエータ５３に動力発生源５７で発生する負圧を供給させない状態にする。

このとき、スプリング５６ｂの弾性力によりピストンロッド５５が押し出されるので、通路切換バルブ４４が第２の切換位置に移動してバルブケース３６の開口部３７を閉塞して開口部３８を解放する（図８参照）。
このため、排気ガスの流れは、バイパス通路４０から略直交する方向に変更されて主通路４１に導入され、主通路４１を介して三元触媒２９に導入される。このため、三元触媒２９により排気ガス中に残存する窒素酸化物、一酸化炭素および炭化水素を浄化することになる。

本実施の形態では、通路切換バルブ４４が、バイパス通路４０と主通路４１の分岐位置に設けられ、アクチュエータ５３によって回動される回動軸４５と、回動軸４５に取付けられ、回動軸４５の中心軸に対してバイパス通路４０側および主通路４１側にそれぞれ延在する第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７とを有するので、回動軸４５をバイパス通路４０の中心線上や略中心線上に設置させることにより、通路切換バルブ４４が排気ガスの流れをバイパス通路４０に導く第１の切換位置に切換えられたときに、バイパス通路４０の通路断面積を大きくすることができる。このため、バイパス通路４０に導入される流体の圧力損失を大幅に低減することができる。
また、従来のようにバイパス通路４０に絞り部を設けるのを不要にできるため、高温の排気ガスによってバイパス通路４０を画成する内筒３４が損傷するのを防止することができる。

また、バイパス通路４０の通路断面積を大きくすることができるため、バイパス通路４０に導入された排気ガスをバイパス通路４０上のＨＣ吸着触媒２８の全面に衝突させることができ、炭化水素の吸着効率を向上させることができる。

また、通路切換バルブ４４が屈曲形状の第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７を有しているので、バイパス通路４０の通路断面積を充分に確保して通路切換バルブ４４を収納するバルブケース３６の高さ方向を小さくすることができ、結果的にケース３０を小型化することができる。これに加えて、ケース本体３２内にＨＣ吸着触媒２８および三元触媒２９を直列に設置しているため、排気浄化装置２６の小型化を図ることができる。

なお、回動軸４５は、バイパス通路４０の中心軸に対して主通路４１の開口部３８側寄りに設置してもよい。この場合には、バイパス通路４０の通路断面積をより一層大きくすることができ、排気ガスの圧力損失が発生するのをより一層抑制することができる。
なお、バイパス通路４０の圧力損失を低減することを優先する場合には、回動軸４５を、バイパス通路４０の中心軸に対して主通路４１の開口部３８と離れた位置に設置してもよい。

一方、本実施の形態の通路切換バルブ４４は、第１のバルブ部４６が排気ガスの圧力によって受けるモーメントに対して排気ガスの圧力による逆向きのモーメントが第２のバルブ部４７に作用するように構成されている。

図９において、通路切換バルブ４４が第１の切換位置にある状態から矢印Ａで示すように移動して第２の切換位置に切換えられる場合を説明する。このときには、矢印Ｆで示すようにバイパス通路４０内を排気ガスが流れるため、バイパス通路４０の内部が高圧、主通路４１の内部が低圧となり、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７に排気ガスによる高い差圧が加わることになる。

ここで、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７のそれぞれに加わる差圧トルクＴ（Ｔ２、Ｔ１）は、下記の式（１）で表される。
Ｔ＝Ｐ×Ａ×Ｌ……（１）
但し、Ｐは、第１のバルブ部４６、第２のバルブ部４７に加わる差圧、Ａは、第１のバルブ部４６、第２のバルブ部４７の面積、Ｌは、第１、２バルブ部の重心から回動軸４５までの距離。
式（１）から明らかなように、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７の差圧トルクＴを低減させるためには、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７の面積Ａと、第１のバルブ部４６の重心から回動軸４５までの距離Ｌおよび第２のバルブ部４７の重心から回動軸４５までの距離Ｌを短くする必要がある。

また、差圧トルクＴ（Ｔ２、Ｔ１）を打ち消し合うようにするには、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７に加わる差圧Ｐが一定の場合には、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７の面積Ａと距離Ｌとを同じにする、すなわち、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７の形状を同形状にすればよい。

また、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７に加わる差圧Ｐが異なる場合には、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７の差圧トルクＴ（Ｔ２、Ｔ１）が釣り合うように、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７の断面積Ａと距離Ｌとを調整する。

したがって、本実施の形態では、第１のバルブ部４６が排気ガスの圧力によって受けるモーメントに対して排気ガスの圧力による逆向きのモーメントが第２のバルブ部４７に作用するように第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７の形状を設定することにより、通路切換バルブ４４を第１の切換位置および第２の切換位置の間に切換えるときに第１のバルブ部４６と第２のバルブ部４７に作用する差圧トルクを打ち消すことができ、通路切換バルブ４４を駆動するアクチュエータ５３の負荷を低減することができる。このため、アクチュエータ５３を小型化することができるとともに製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態では、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７が連接部５２を介して一体化されるので、通路切換バルブ４４の構成を簡素化することができる。
具体的には、図１０〜図１２に示すように、第１のバルブ部６２および第２のバルブ部６３が別体の場合を考えると、第１のバルブ部６２および第２のバルブ部６３の基端部に凸部６２ａ、６３ａを形成し、この凸部６２ａ、６３ａを回動軸６４に形成された４つの切欠き６４ａに交互に嵌合して凸部６２ａ、６３ａに形成されたボルト穴６５を通して凸部６２ａ、６３ａを回動軸６４にボルト締めすることにより、第１のバルブ部６２、第２のバルブ部６３および回動軸６４によって通路切換バルブ６６を構成する必要がある。
このため、少なくとも４本のボルトが必要となってしまい、その分だけ通路切換バルブ６６の重量およびコストが増大してしまう。

これに対して、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７を連接部５２を介して一体化すれば、連接部５２を、例えば、２本のボルトで回動軸４５に取付けることができ、通路切換バルブ４４の重量およびコストを低減することができる。
また、ボルト締め後に溶接を行う場合には、ボルトの数が減少する分だけ、第１のバルブ部４６、第２のバルブ部４７および回動軸４５への熱容量を減少することができ、第１のバルブ部４６、第２のバルブ部４７および回動軸４５の熱歪みおよび熱膨張を抑制することができる。

また、ボルトの本数を低減することができるため、回動軸４５の切欠き４５ａを１個所にすることができ（回動軸６４は、４個所）、回動軸４５の製造を容易に行うことができ、通路切換バルブ４４の製造作業の作業性を向上させることができるとともに、製造コストを低減することができる。

また、本実施の形態では、回動軸４５を第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７の連接部５２によって覆っているので、高温の排気ガスに回動軸４５が晒されてしまうのを防止することができる。このため、回動軸４５が変形してしまうのを防止することができ、通路切換バルブ４４を第１の切換位置と第２の切換位置との間で円滑に移動させることができる。

なお、本実施の形態では、別体の第１のバルブ部６２および第２のバルブ部６３を有する通路切換バルブ６６は、本実施の形態の通路切換バルブ４４と同一の機能を有しているため、通路切換バルブ６６を用いてもよい。

また、本実施の形態では、回動軸４５を別体の支持部材４８、４９に軸受５０、５１を介して回動自在に支持しているが、図１３〜図１６に示すように支持部材としての単体のアウターカバー６７に軸受６８、６９を介して回動自在に支持するようにしてもよい。

この場合、アウターカバー６７の下方に切欠き部６７ａを設け、回動軸４５が切欠き部６７ａを介してアウターカバー６７から露出するように構成し、回動軸４５の下方に第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７を連接する連接部５２を取付けるようにしてもよい。

このようにすれば、回動軸４５をアウターカバー６７によって覆うことができるため、回動軸４５の熱歪みおよび熱膨張を抑制することができ、通路切換バルブ４４を第１の切換位置と第２の切換位置との間で円滑に移動させることができる。

また、回動軸４５を単体のアウターカバー６７に軸受６８、６９を介して回動自在に支持しているので、左右の軸受６８、６９の同軸度を向上させることができ、回動軸４５が軸受６８、６９に固着したり、あるいは、軸受６８、６９に対してかじりが発生してしまうこと等を抑制することができる。

また、本実施の形態では、第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７が半円状に形成されているが、図１６、図１７に示すように、第１のバルブ部７１および第２のバルブ部７２を楕円形状にしてもよい。
図１６において、個々の第１のバルブ部７１および第２のバルブ部７２は、幅方向Ｗが大きく高さ方向Ｈ１に小さい楕円形状をしている。
また、バルブケース７４は、ＨＣ吸着触媒２８に向かって開口する開口部７５と、開口部７５から略直交する方向に開口する開口部７６と、排気管２５に向かって開口する開口部７７とが形成されている。
このバルブケース７４には通路切換バルブ７３が設けられており、この通路切換バルブ７３の第１のバルブ部７１および第２のバルブ部７２が、楕円形状を有している。

このようにすれば、図１７に示すように、真円を二分割した半円状の第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７と同じ面積にして半円の第１のバルブ部４６および第２のバルブ部４７よりも通路切換バルブ７３の高さＨ（バイパス通路４０の中心線と直交する方向の高さＨ）と全長Ｌ（バイパス通路４０の中心線と同方向の長さＬ）を短くすることができる。

このため、バルブケース３６の高さＨをより一層小さくすることができ、結果的にケース３０を小型化することができる。これに加えて、通路切換バルブ７３を小型化することができる分だけ、排気浄化装置２６の軽量化、バルブケース３６内のスペースの有効利用、通路切換バルブ７３の排気浄化装置２６への搭載性の向上を図ることができる。

また、第１のバルブ部７１および第２のバルブ部７２を真円ではなく、楕円にすることで第１のバルブ部７１および第２のバルブ部７２の高さＨと全長Ｌとに余裕を持たせることができる。すなわち、第１のバルブ部７１および第２のバルブ部７２の高さＨと全長Ｌとに余裕を持たせることができる分だけ、通路切換バルブ７３の回動角度を小さくすることができ、アクチュエータ５３の負荷を低減することができる。

換言すれば、通路切換バルブの開閉角度を小さくすると、第１のバルブ部および第２のバルブ部が長くなるため、第１のバルブ部および第２のバルブ部が長くなる。したがって、通路切換バルブの開閉角度を小さくするには第１のバルブ部および第２のバルブ部の高さＨと全長とに余裕を持たせる必要がある。

なお、本実施の形態では、通路切換バルブ４４、６６、７３を排気浄化装置２６に適用しているが、主通路を画成する主通路部と、主通路の軸線方向と略直交する方向に分岐する入口を有し、第２の通路を画成する第２の通路部とを備えたケースを有し、ケース内を流体が流れる装置であれば、その他の装置に適用してもよい。
また、アクチュエータ５３は、負圧を利用したものに限らず、油圧を用いたものでもよい。また、アクチュエータは、電気モータ等から構成してもよい。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係る通路切換バルブおよび排気浄化装置は、ケースが大型化することなく第１の通路の通路断面積を大きくすることができるとともに、アクチュエータの負荷を小さくすることができるという効果を有し、特に、第１の通路と第１の通路から分岐された第２の通路とを切換える通路切換バルブおよび排気浄化装置等として有用である。

２１ 内燃機関
２６ 排気浄化装置
２８ ＨＣ吸着触媒（炭化水素吸着触媒）
２９ 三元触媒
３０ ケース
３８ 開口部（入口）
４０ バイパス通路（第１の通路）
４１ 主通路（第２の通路）
４２ バイパス通路部（第１の通路部）
４３ 主通路部（第２の通路部）
４４、６６、７３ 通路切換バルブ
４５、６４ 回動軸
４６、６２、７１ 第１のバルブ部
４７、６３、７２ 第２のバルブ部
５２ 連接部（屈曲部位）
５３ アクチュエータ

Claims (4)

1. 第１の通路を画成する第１の通路部と、前記第１の通路の軸線方向と略直交する方向に分岐する入口を有し、第２の通路を画成する第２の通路部とを備えたケースに設けられ、前記ケースに導入された流体の流れを前記第１の通路に導く第１の切換位置と前記第２の通路に導く第２の切換位置とに切換えられる通路切換バルブであって、
   前記第１の通路と前記第２の通路の分岐位置に設けられ、アクチュエータによって回動される回動軸と、前記回動軸に取付けられ、前記回動軸の中心軸に対して屈曲して前記第１の通路側および第２の通路側にそれぞれ延在する第１のバルブ部および第２のバルブ部を有し、
   流体圧力によって前記第１のバルブ部に加わるモーメントに対し、前記第２のバルブ部に逆向きのモーメントが加わるように構成されることを特徴とする通路切換バルブ。
2. 前記第１のバルブ部および前記第２のバルブ部が楕円形状を有することを特徴とする請求項１に記載の通路切換バルブ。
3. 前記第１のバルブ部および前記第２のバルブ部が一体化され、前記回動軸が前記第１のバルブ部および前記第２のバルブ部の屈曲部位によって覆われることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通路切換バルブ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１の請求項に記載の通路切換バルブを備えた内燃機関の排気浄化装置であって、
   前記第１の通路を画成する第１の通路部および前記第１の通路の軸線方向と略直交する方向に分岐する入口を有し、第２の通路を画成する第２の通路部を有するケースと、
   前記第１の通路部によって画成される前記第１の通路上に排気ガスの排気方向に直列に設けられた炭化水素吸着触媒および三元触媒とを備え、
   前記第２の通路を画成する前記第２の通路部が前記第１の通路部を取り囲むように前記第１の通路部の径方向外方に設けられ、前記第２の通路の入口が前記炭化水素吸着触媒に対して上流に位置するとともに、前記第２の通路の出口が前記炭化水素吸着触媒の下流側と前記三元触媒の上流側との間に位置することを特徴とする内燃機関の排気浄化装置。

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