JP2017160889A - エンジンの排気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気通路内にバルブが配設されたエンジンの排気装置において、バルブを回動させる駆動軸の支持部分に、熱の影響が及ぶことを抑制し、バルブの開閉を安定的に行う。
【解決手段】エンジンの排気装置１００は、排気通路（高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ）の通路断面積を変更する板状のバルブ（バタフライバルブ３０）と、バルブを回動させる駆動軸３２と、排気通路を区画する壁部材に設けられかつ、バルブを回転可能に支持する軸受部と、駆動軸を回転させるよう構成された駆動部（負圧式アクチュエータ４）と、を備える。駆動軸は、軸受部が設けられた壁部材を貫通しかつ、排気通路の外に延設した延設部分を有し、駆動軸の延設部分を回転可能に支持するよう構成された補助軸受部２２を備え、補助軸受部は、駆動軸が貫通した壁部材２１４から所定距離、離間して設けられている。
【選択図】図３

Description

ここに開示する技術は、エンジンの排気装置に関する。

特許文献１には、排気ガスが流れるＥＧＲ通路にバタフライバルブを配設する構成が記載されている。ＥＧＲ通路は、左右に並んだ第１通路と第２通路とを有している。バタフライバルブは、第１通路及び第２通路のそれぞれに配設されており、２つのバタフライバルブは、第１通路及び第２通路を横断するように配設された弁軸に、固定されている。弁軸は、２つのバタフライバルブを挟んだ両側において、ＥＧＲ通路を区画するハウジングに支持されている。弁軸は、ＥＧＲ通路の外に延設している。弁軸の端部には、前記ハウジングに隣接した位置で、負圧式アクチュエータに接続されるレバー部材が取り付けられている。

特許文献２には、ターボ過給機付きエンジンにおいて、各気筒に通じる独立排気通路とタービンとの間に、排気弁装置を介設することが記載されている。排気弁装置は、エンジンの回転数に応じてエンジンから排出される排気ガスの流通面積を変更することにより、タービンに導入する排気ガスの流速を変更する。

特許文献２に記載されている排気装置についてさらに詳細に説明をする。このエンジンは、１番〜４番の４つの気筒を有する直列４気筒エンジンである。独立排気通路は、１番気筒に通じる第１排気通路と、２番及び３番気筒に通じる第２排気通路と、４番気筒に通じる第３排気通路と、を含んでいる。排気弁装置は、独立排気通路に接続される上流側排気通路を備えている。ターボ過給機は、上流側排気通路とタービンハウジングとをつなぐ下流側排気通路を備えている。

上流側排気通路は、第１〜第３排気通路のそれぞれに連通する独立した３つの通路によって構成されている。３つの通路はそれぞれ、低速用通路及び高速用通路の２つの通路に分岐している。下流側排気通路は、上流側排気通路の低速用通路及び高速用通路のそれぞれに連通する独立した低速用通路と高速用通路とを有している。下流側排気通路の低速用通路及び高速用通路はそれぞれ、上流側排気通路において独立していた３つの通路が合流している。下流側排気通路の下流端は、低速用通路と高速用通路とが合流した上で、タービンの入口に接続されている。

上流側排気通路における高速用通路には、バタフライバルブを配設している。バタフライバルブに連結された駆動軸をアクチュエータによって回転することによって、バタフライバルブは、開及び閉が切り替わる。

エンジンが所定回転数以下のときには、バタフライバルブを閉じる。このことで、排気ガスの流通面積が絞られるから、排気ガスの流速が高まり、エンジンの低回転域においてタービンの駆動力が高まる。一方、エンジンの高回転域では、低速用通路と高速用通路との両方を通じて排気ガスをタービンに導入することができ、排気抵抗を低減してタービンの駆動力が高まる。

特開２０１１−２５６９４２号公報 特開２０１４−８０９００号公報

ところで、特許文献２に記載されているような、排気通路における比較的上流の位置にバルブを配設する排気装置においては、特許文献１に記載されているようなＥＧＲ通路の途中にバルブを配設した構成と比較して、通路を流れる排気ガスの温度が高い。このため、特許文献１に記載されているバルブの配設構造のように、負圧式アクチュエータに接続される弁軸を、通路上の２つのバタフライバルブを挟んだ両側においてハウジングに軸支させると、その軸受が熱膨張をすることで、軸と軸受とのクリアランスが拡大してしまう虞がある。軸受のクリアランスが拡大すると、弁軸が、がたつくようになり、バルブを開閉動作させるべく負圧式アクチュエータを駆動したときに弁軸の回転が遅れ、その結果、バルブの開閉動作の応答性が低下することになる。

特許文献２に記載されている排気装置は、エンジンの回転数が所定回転数以下のときは、バタフライバルブを全閉にし、エンジンの回転数が所定回転数を超えると、バタフライバルブを全開にするように構成されている。従って、特許文献２に記載されている排気装置は、バタフライバルブの開閉動作には、高い応答性が求められる。

熱膨張によって弁軸と軸受とのクリアランスが拡大することを防止するために、弁軸の線膨張係数が、軸受の線膨張係数よりも大きくなる材料を採用することも考えられる。しかしながら、自動車に搭載されるエンジンの運転領域は一般的に広いため、この対策は、弁軸に対する熱の入力条件によっては、弁軸と軸受とのクリアランスが小さくなりすぎて弁軸が固着してしまい、バルブを駆動することができなくなる虞がある。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気通路内にバルブが配設されたエンジンの排気装置において、バルブを回動させる駆動軸の軸受に、排気ガスの熱の影響が及ぶことを抑制し、バルブの開閉動作を安定的に行うことにある。

ここに開示する技術は、エンジンの内部に設けられる燃焼室の排気口と前記エンジンの外部に設けられる触媒装置とを接続する排気通路内に配設されかつ、当該排気通路の通路断面積を変更するように回動可能に構成された板状のバルブと、前記バルブに設けられかつ、前記バルブを回動させるよう構成された駆動軸と、前記排気通路を構成する壁部材に設けられかつ、前記バルブを回転可能に支持するよう構成された軸受部と、前記駆動軸に連結されかつ、前記駆動軸を回転させるよう構成された駆動部と、を備えたエンジンの排気装置に関する。

このエンジンの排気装置において、前記駆動軸は、前記軸受部が設けられた前記壁部材を貫通しかつ、前記排気通路の外に延設した延設部分を有し、前記駆動軸の前記延設部分を回転可能に支持するよう構成された補助軸受部を備え、前記補助軸受部は、前記駆動軸が貫通した前記壁部材から所定距離、離間して設けられている。

この構成によると、駆動軸は、バルブを支持する軸受部が設けられた壁部材を貫通して、排気通路の外に延設しており、その延設部分が、補助軸受部によって回転可能に支持されている。補助軸受部は、駆動軸が貫通した壁部材から所定距離、離間している。このため、補助軸受部は、排気通路を流れる排気ガスの熱の影響を受けにくくなる。

その結果、補助軸受部において、駆動軸と補助軸受部とのクリアランスが拡大することが抑制される。駆動軸のがたつきが防止されるため、駆動軸は、駆動部からの駆動力を受けて応答性良く回転するようになり、ひいては、排気通路内のバルブが、応答性良く開閉動作する。

前記駆動軸の前記延設部分には、前記駆動部に連結されると共に、前記駆動軸を中心に揺動することによって前記駆動軸を回転させるように構成された連結部が設けられ、前記連結部は、前記補助軸受部を挟んで前記駆動軸が貫通した前記壁部材とは反対側に設けられている、としてもよい。

駆動軸には、駆動部に連結される連結部を通じて、駆動力が入力されるが、連結部は、補助軸受部を挟んで、駆動軸が貫通した壁部材とは反対側に設けられている。つまり、壁部材の軸受部によって支持されたバルブと、連結部との間に、補助軸受部が位置する。

この構成により、駆動部から連結部を通じて駆動力が入力されて、バルブが開閉動作するときには、連結部とバルブとの間に位置する補助軸受部が支点となって、駆動軸が回転するようになるから、バルブを安定して開閉動作させることが可能になる。

前記駆動軸は、前記バルブとは別体の軸部材が、前記軸受部に隣接する当該バルブの端部に連結されることによって構成されている、としてもよい。

こうすることで、バルブと駆動軸とは、互いに別の部材によって構成されるため、排気通路に配設されたバルブから、軸部材（つまり駆動軸）への熱の伝達が抑制される。その結果、補助軸受部の箇所において、駆動軸の熱膨張により、駆動軸と補助軸受部とのクリアランスが小さくなることが防止される。駆動軸の固着が確実に回避され、エンジンの運転中にバルブを安定して開閉動作させることが可能になる。

前記駆動軸は、前記壁部材と前記補助軸受部との間において、前記延設部分が露出している露出部を有している、としてもよい。

こうすることで、壁部材と補助軸受部との間の伝熱抵抗が高くなり、補助軸受部の熱膨張を、効果的に防止することが可能になる。

以上説明したように、前記のエンジンの排気装置によると、駆動軸の延設部分を、排気通路を構成すると共に、駆動軸が貫通した壁部材から所定距離、離間した、補助軸受部によって回転可能に支持することによって、熱の影響により、駆動軸と補助軸受部とのクリアランスが拡大することが抑制される。その結果、駆動軸のがたつきが防止され、駆動軸は、駆動部からの駆動力を受けて応答性良く回転するようになり、ひいては、排気通路内のバルブを、応答性良く開閉動作させることができる。

図１は、エンジンの排気装置の構成を示す、一部断面の概略図である。 図２は、エンジンの排気装置の構成を示す断面図である。 図３は、排気弁装置の構成を示すタービン側から見た斜視図である。 図４は、排気弁装置の構成を示す側面図である。 図５は、図３のＶ−Ｖ断面図である。 図６は、図３のVI−VI断面図である。 図７は、レバー部材の取付箇所を拡大して示す斜視図である。 図８は、レバー部材の取付箇所の構成を示す断面図である。 図９は、レバー取付部及びレバー部材を示す斜視図である。 図１０は、負圧式アクチュエータの断面図である。 図１１は、排気可変弁の開閉に係る制御マップを例示する図である。

以下、ここに開示するエンジンの排気装置について、図面を参照しながら詳細に説明をする。尚、以下の説明は例示である。図１及び図２は、エンジンの排気装置１００を示している。同図に示されるエンジンは、ターボ過給機５０を備えた直列４気筒の４サイクルエンジンであり、本実施形態では１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒の順に燃焼が行なわれるように構成されている。このエンジンは、列状に並ぶ４つの気筒２Ａ〜２Ｄ（１番気筒２Ａ、２番気筒２Ｂ、３番気筒２Ｃ、４番気筒２Ｄ）を有する直列４気筒のエンジン本体１を有する。排気装置１００は、エンジン本体１の内部に設けられる燃焼室の排気口とエンジン本体１の外部に設けられる触媒装置（図示省略）とを接続する排気通路の一部を構成すると共に、燃焼室内で生成された排気ガスを排出するための排気マニホールドと、詳細は後述する排気弁装置２０と、ターボ過給機５０とを備えている。

このエンジンには、排気マニホールドとして独立した部品は備えられておらず、詳細は後述するが、エンジン本体１（シリンダヘッド１０）の独立排気通路１４、１５、１６、排気弁装置２０の上流側排気通路２４、２５、２６、並びに、ターボ過給機５０の排気導入通路部５１及び集合部５４が協働して排気マニホールドを構成している。

エンジンは、排気マニホールドを通じて排出される排気ガスによりターボ過給機５０を作動させることで、各気筒２Ａ〜２Ｄへと導入される吸気を圧縮して吸気圧を上昇させるように構成されている。そして、車両の運転状態に応じ、ターボ過給機５０に導入される排気ガスの流速が、エンジン本体１とターボ過給機５０との間に介設される前記排気弁装置２０によって制御されることで、このターボ過給機５０によるエンジントルク上昇効果が、エンジン回転数域の低回転域から高回転域の広範囲にわたって得られるように構成されている。

尚、以下の説明では、方向関係を明確にするために、図１を基準として、エンジン本体１における気筒２Ａ〜２Ｄの配列方向を「左右方向」、これに直交する方向（図１の上下方向）を「前後方向」とし、ターボ過給機５０側をエンジンの「前側」とする。

エンジン本体１のシリンダヘッド１０には、４つの気筒２Ａ〜２Ｄに対して３つの独立排気通路が形成されている。具体的には、１番気筒２Ａの排気に使用される第１独立排気通路１４と、排気順序が互いに連続しない２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃの排気に共通して使用される第２独立排気通路１５と、４番気筒２Ｄの排気に使用される第３独立排気通路１６とが形成されている。第２独立排気通路１５は、２番気筒２Ｂ及び３番気筒２Ｃに対して共通に使用可能なように上流側がＹ字状に分岐した形状とされている。

これら独立排気通路１４、１５、１６は、その下流側端部がシリンダヘッド１０の左右方向略中央に集約されるように形成され、互いに近接して左右方向に一列に並んだ状態でシリンダヘッド１０の前面に開口している。

また、シリンダヘッド１０には、ＥＧＲ下流側通路１８が形成されている。このＥＧＲ下流側通路１８は、図１に示すように、シリンダヘッド１０のうち、１番気筒２Ａの左側を前後方向に横断するように形成されている。このＥＧＲ下流側通路１８の上流側端部は、シリンダヘッド１０の前面であって前記独立排気通路１４の左側の位置に開口している。一方、ＥＧＲ下流側通路１８の下流側端部は、シリンダヘッド１０の後面に開口している。尚、図１中の符号１２は、シリンダヘッド１０に形成された、各気筒２Ａ〜２Ｄの吸気ポートであり、これら吸気ポート１２のうち、１番気筒２Ａの吸気ポート１２の左側の位置に前記ＥＧＲ下流側通路１８の下流側端部が開口している。

図３は、タービン側から見た排気弁装置２０を示している。前記排気弁装置２０は、エンジン本体１から排出される排気ガスの流通面積を変更することにより、ターボ過給機５０に導入される排気ガスの流速を変更させるものであり、エンジン本体１の前面にボルトにより固定されている。

この排気弁装置２０は、シリンダヘッド１０側の前記独立排気通路１４、１５、１６それぞれに連通する３つの独立した上流側排気通路２４、２５、２６（第１上流側排気通路２４、第２上流側排気通路２５、第３上流側排気通路２６）と、シリンダヘッド１０側の前記ＥＧＲ下流側通路１８に連通するＥＧＲ中間通路２８とが形成された装置本体２１と、上流側排気通路２４、２５、２６内の排気ガスの流通面積を変更するための排気可変弁３とを備えている。尚、装置本体２１は、金属鋳造体で構成されている。装置本体２１は、排気通路を区画する壁部材を構成する。

各上流側排気通路２４、２５、２６はそれぞれ、下流側がＹ字状に分岐した形状とされている。すなわち、図２及び図３に示すように、第１上流側排気通路２４は、シリンダヘッド１０側の第１独立排気通路１４に連通する共通通路２４ａと、この共通通路２４ａから上下二股状に分岐する高速用通路２４ｂ及び低速用通路２４ｃとを有している。第２上流側排気通路２５及び第３上流側排気通路２６も同様に、シリンダヘッド１０側の独立排気通路１５、１６にそれぞれ連通する共通通路２５ａ、２６ａ（図示省略）と、この共通通路２５ａ、２６ａから二股状に上下に分岐する高速用通路２５ｂ、２６ｂ及び低速用通路２５ｃ、２６ｃとを有している。低速用通路２４ｃ、２５ｃ、２６ｃは、高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂよりも流路断面積が小さく形成されている。

各高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂは、断面形状が略矩形であり、図３に示すように、左右方向に一列に並ぶように形成されている。各低速用通路２４ｃ、２５ｃ、２６ｃも同様に、断面形状が略矩形であり、前記各高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂの上方の位置において、左右方向に一例に並ぶように形成されている。

一方、前記ＥＧＲ中間通路２８は、図１及び図３に示すように、装置本体２１の左端に形成されている。このＥＧＲ中間通路２８は、断面形状が略矩形であり、第１上流側排気通路２４のうち高速用通路２４ｂの左下に位置している。

前記排気可変弁３は、前記上流側排気通路２４、２５、２６のうち、各高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ内の排気ガスの流通面積を変更するものである。この排気可変弁３は、各高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ内にそれぞれ配置される合計３つのバタフライバルブ３０を含むバルブ本体３１と、バルブ本体３１に連結された駆動軸３２と、この駆動軸３２を回転させる負圧式アクチュエータ４とを含む。排気可変弁３は、負圧式アクチュエータ４により駆動軸３２を介して各バタフライバルブ３０を回転駆動することにより、各高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを同時に開閉する。

ここで、排気可変弁３の構成について具体的に説明する。図３〜６に示すように、バルブ本体３１は、左右方向に並んだ３つのバタフライバルブ３０を互いに連結して構成されている。左右方向に並んだ高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂは、その横断面の中心部分が左右方向に互いに連通しており、バルブ本体３１は、図３及び図６に示すように、互いに連通した高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂの横断面の中心部分を横切るように、左右方向に延びて配設されている。バルブ本体３１の左右の両端部には、支持部３１１が、バルブ本体３１と一体的に設けられている。各支持部３１１は、端面に開口する支持孔を有する。バルブ本体３１は、２つの支持部３１１に、装置本体２１に取り付けたバルブ支持ブッシュ２１１が内挿されることにより、軸心Ｘ１回りに回転可能に構成されている。バルブ本体３１は、高温の排気ガスに曝されるため、耐熱性を有する材料によって構成される。

各バタフライバルブ３０は、図３及び図５に示すように、各高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂの断面形状に対応した矩形の板状に形成されている。各バタフライバルブ３０は、後述する負圧式アクチュエータ４のストッパー係合部４７がストッパー４６に当接しているときに（図１０参照）、図５に実線で示すように、高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを閉じた状態にする。その状態から、負圧式アクチュエータ４が駆動することによって、ストッパー係合部４７がストッパー４６から離れると（図４参照）、バルブ本体３１が、図５における時計回りの方向に回転し、二点鎖線で示すように、各バタフライバルブ３０は、高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを開けた状態にする。

駆動軸３２は、バルブ本体３１の左端部に連結されている。バルブ本体３１の左端部には、図６に示すように、凹孔３１２が形成されている。凹孔３１２は、バルブ本体３１の左端面に開口すると共に、バルブ本体３１の軸に沿って凹陥している。凹孔３１２の深さは、比較的浅い。

駆動軸３２の基端部（つまり、図６における右端部）は、凹孔３１２に内挿される。凹孔３１２に内挿された駆動軸３２の基端部は、駆動軸３２に直交する締結ピン３１３が貫通することによって、バルブ本体３１に対して固定されている。締結ピン３１３は、バルブ本体３１も貫通する。締結ピン３１３の両端部は、バルブ本体３１の外周面において、バルブ本体３１にカシメ締結されている。

駆動軸３２は、装置本体２１に形成されかつ、バルブ支持ブッシュ２１１が内嵌された貫通孔２１２を通って、上流側排気通路２４、２５、２６の左側の外にまで延びている。駆動軸３２の、反排気通路側の先端部分は、シャフト支持ブッシュ２１３に、軸心Ｘ１回りに回転可能に保持されている。シャフト支持ブッシュ２１３は、装置本体２１に一体に設けられた補助軸受部２２に取り付けられている。補助軸受部２２は、図３にも示すように、上流側排気通路２４、２５、２６から、所定の距離だけ離れて設けられている。言い換えると、補助軸受部２２は、バルブ本体３１を支持する軸受部としてのバルブ支持ブッシュ２１１が設けられた装置本体２１の壁部材２１４から、所定の距離Ｌだけ離間して設けられている。駆動軸３２は、装置本体２１の壁部材２１４と補助軸受部２２との間で、露出した露出部３２７を有している。

駆動軸３２の先端部、詳細には、シャフト支持ブッシュ２１３よりも左側に突出した駆動軸３２の先端部には、図４及び図７に示すように、連結部としてのレバー部材３３が取り付けられている。

レバー部材３３は、駆動軸３２の先端部に設けられたレバー取付部３２１に取り付けられている。レバー取付部３２１は、図８〜図１０に示すように、駆動軸３２の周面の２箇所が平面状に加工されることで構成される。レバー取付部３２１の２つの平面３２２は、駆動軸３２の軸心を挟んだ両側に設けられ、２つの平面３２２は、互いに平行である。レバー取付部３２１の横断面は、非円形である。

レバー部材３３は、レバー取付部３２１の横断面形状に対応した形状であって、断面積がレバー取付部３２１を差し込み可能に設定された貫通孔３３１を有している。貫通孔３３１は、図８及び図９に示すように、その内周面に、互いに平行な２つの平面３３１１を有している。レバー部材３３は、レバー取付部３２１に、２つの平面３２２と２つの平面３３１１とが向かい合うようにして、外挿される。このように、レバー取付部３２１の横断面形状が非円形でありかつ、レバー部材３３の貫通孔３３１が、レバー取付部３２１の横断面形状に対応することから、レバー部材３３を駆動軸３２に組み付けるときの、駆動軸３２の回転方向に対する位置決めが容易になる。

駆動軸３２のレバー取付部３２１に対し、バタフライバルブ３０の側に隣接する箇所には、レバー部材３３の側面に当接する第２当接部３２３が、駆動軸３２と一体に設けられている。第２当接部３２３は、駆動軸３２に対して、前述した平面加工を施すことに伴い、駆動軸３２に形成される。

駆動軸３２のレバー取付部３２１に対し、バタフライバルブ３０の逆側に隣接する箇所には圧入部３２４が形成されている。圧入部３２４の横断面は、駆動軸３２よりも小径の円形状を有する。圧入部３２４は、レバー取付部３２１よりも小径であり、圧入部３２４と、レバー取付部３２１との間には、段差が設けられる。

圧入部３２４には、駆動軸３２とは別の第１当接部材３４が圧入される。第１当接部材３４は、駆動軸３２よりも大径に形成された円盤状の部材であり、その中心に、横断面円形状の貫通孔を有する。第１当接部材３４は、圧入部３２４に圧入されることによって駆動軸３２に固定される。圧入部３２４に圧入された第１当接部材３４は、レバー部材３３の側面に当接する。レバー部材３３は、第１当接部材３４と第２当接部３２３とによって、駆動軸３２の軸方向に挟持されることにより、駆動軸３２に強固に固定される。

駆動軸３２のさらに先端部分には、図９に示すように、全周に亘って延びる溝３２５が形成されている。この溝３２５には、第１当接部材３４の抜け止めのためのＥリング３２６が取り付けられる。

レバー部材３３は、図８等に示すように、貫通孔３３１の中心、言い換えると駆動軸３２の軸心Ｘ１に対して所定距離だけ離れた位置に設けられたピン３３２を有している。ピン３３２は、駆動軸３２に平行である。ピン３３２に対し、負圧式アクチュエータ４の出力軸４４の先端が連結される。

負圧式アクチュエータ４は、図３及び図４に示すように、装置本体２１を挟んだタービン５６の側に位置しており、負圧式アクチュエータ４に設けたブラケット４５を介して装置本体２１に固定されている。負圧式アクチュエータ４は、図１０に示すように、第１ケーシング４１及び第２ケーシング４２と、ダイヤフラム４３と、出力軸４４と、を備えて構成されている。

第１ケーシング４１及び第２ケーシング４２はそれぞれ、カップ状であり、向かい合って互いに接合される。このことにより、負圧式アクチュエータ４の内部には空間が形成される。

ダイヤフラム４３は、第１ケーシング４１と第２ケーシング４２との間に介在している。ダイヤフラム４３は、負圧式アクチュエータ４の内部の空間を、第１ケーシング４１の側の負圧室４１０と、第２ケーシング４２の側の正圧室４２０とに仕切る。

出力軸４４は、ダイヤフラム４３に接続されている。出力軸４４は、第２ケーシング４２に形成された貫通孔４２１を通って、負圧室４１０とは逆側に向かって延びている。出力軸４４の先端部は、前述したように、レバー部材３３のピン３３２に連結される。出力軸４４は、装置本体２１から、タービン５６の側に、斜め下向きに延びている。出力軸４４は、ダイヤフラム４３の変位に伴い進退する。出力軸４４の進退に伴い、レバー部材３３は、駆動軸３２の軸心Ｘ１を中心に揺動し、駆動軸３２は、軸心Ｘ１を中心に回転する。

第２ケーシング４２の貫通孔４２１内には、ブッシュ４２２が取り付けられている。ブッシュ４２２は、出力軸４４に外嵌している。ブッシュ４２２は、出力軸４４に密着することで、正圧室４２０内の気密状態を保持する。尚、ブッシュ４２２は、出力軸４４が進退するときに、当該出力軸４４の摺動を許容する。

第１ケーシング４１の底部には、負圧管４１１が接続されている。負圧室４１０には、負圧管４１１を通じて、吸気負圧が供給及び排出される。負圧室４１０内には、圧縮ばね４１２が配設されている。圧縮ばね４１２は、ダイヤフラム４３を、出力軸４４の進出方向に付勢している。尚、図１０は、負圧室４１０に負圧を供給している状態を示している。第２ケーシング４２には、内外を連通する連通孔４２３が設けられている。正圧室４２０の内部は、大気圧に保持される。負圧室４１０に負圧を供給したときには、ダイヤフラム４３に作用する負圧室４１０と正圧室４２０との圧力差により、出力軸４４は退避方向、すなわち、負圧室側に移動をする。負圧室４１０から負圧を排出すると、圧縮ばね４１２の付勢力によって、出力軸４４は進出方向、すなわち反負圧室側に移動をする。

負圧式アクチュエータ４のブラケット４５には、ストッパー４６が取り付けられている。尚、本実施形態では、ブラケット４５を出力軸４４が進退する軌跡上に取り付けているため、ストッパー４６をブラケット４５に取り付けているが、ストッパー４６は、出力軸４４の進退軌跡上に取り付けられていれば良いので、例えば、ブラケット４５を前記軌跡上以外に取り付けている場合には、ストッパー４６を負圧式アクチュエータ４の本体に直接取り付けるようにしても良い。

出力軸４４には、ストッパー４６に係合するストッパー係合部４７が固定されている。ストッパー４６及びストッパー係合部４７は、出力軸４４が退避方向へ移動したときに互いに係合することによって、出力軸４４がそれ以上に退避方向に移動することを阻止する。

ストッパー４６は、ハット状の部材であり、その中心位置に、出力軸４４が通過する通過孔４６１が形成されている。この通過孔４６１は、出力軸４４の径よりも十分に大きな径を有している。ストッパー４６はまた、通過孔４６１を含む中心位置に、凸状に膨らんだ第１当接面４６２を有している。

ストッパー係合部４７は、出力軸４４の中間位置に固定されている。ストッパー係合部４７は、ストッパー４６の第１当接面４６２に当接する第２当接面４７１を有している。第２当接面４７１は、凹球面状である。

この構成の排気弁装置２０では、排気可変弁３を閉じるときには、負圧式アクチュエータ４の負圧室４１０に吸気負圧を供給する（つまり、負圧式アクチュエータをオンにする）。このことによって、出力軸４４を退避方向に引き込んだ状態にする。これにより、レバー部材３３が、図１０に示す状態に位置づけられ、各バタフライバルブ３０が、図５に実線で示すように、各高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを閉じる。

一方、排気可変弁３を開けるときには、負圧式アクチュエータ４の負圧室４１０から吸気負圧を排出する（つまり、負圧式アクチュエータをオフにする）。このことにより、圧縮ばね４１２の付勢力によって、出力軸４４を進出方向に押し出した状態にする。これにより、レバー部材３３が時計回り方向に回転し、レバー部材３３は、図４に示す状態に位置づけられ、各バタフライバルブ３０が、図５に二点鎖線で示すように、各高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを開ける。排気可変弁３は、ノーマルオープンに構成されている。

前記ターボ過給機５０は、図１及び図２に示すように、排気弁装置２０の装置本体２１にボルトにより固定される。ターボ過給機５０は、装置本体２１の取付面２１ａ（図３参照）に固定される排気導入通路部５１と、排気導入通路部５１に連続するタービンハウジング５２と、このタービンハウジング５２内に配設されるタービン５６と、連結軸５７を介して前記タービン５６に連結され、図外の吸気通路内に配設されるコンプレッサとを含む。

排気導入通路部５１は、排気弁装置２０における高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ、及び、低速用通路２４ｃ、２５ｃ、２６ｃのそれぞれに連通する、独立した高速用通路５１ｂと低速用通路５１ｃとを有している。詳細な図示は省略するが、排気導入通路部５１の高速用通路５１ｂは、排気弁装置２０において独立していた３つの高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂが合流する。同様に、排気導入通路部５１の低速用通路５１ｃは、排気弁装置２０において独立していた３つの低速用通路２４ｃ、２５ｃ、２６ｃが合流する。

排気導入通路部５１は、その下流端部に、高速用通路５１ｂと低速用通路５１ｃとが集合する集合部５４を備えている。下流側排気通路部の高速用通路５１ｂ及び低速用通路５１ｃからの排気ガスがこの集合部５４で合流してタービン５６に送られる。

前述したように、このエンジンには、排気マニホールドとして独立した部品は備えられておらず、エンジン本体１（シリンダヘッド１０）の独立排気通路１４、１５、１６、排気弁装置２０の上流側排気通路２４、２５、２６、並びに、ターボ過給機５０の排気導入通路部５１及び集合部５４が組み合わさって排気マニホールドを構成している。

また、タービンハウジング５２の排気導入通路部５１の左側部には、排気弁装置２０の前記ＥＧＲ中間通路２８に連通するＥＧＲ上流側通路５８が形成されている。ターボ過給機５０に流入する排気ガスの一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ上流側通路５８、前記ＥＧＲ中間通路２８及びＥＧＲ下流側通路１８を通じて吸気通路に導入されるようになっている。つまり、このエンジンでは、ＥＧＲ下流側通路１８、ＥＧＲ中間通路２８及びＥＧＲ上流側通路５８によりＥＧＲ通路が構成されている。

前記のように構成されたエンジンにおいて、エンジン本体１で生成された排気ガスは、独立排気通路１４、１５、１６から排気弁装置２０の上流側排気通路２４、２５、２６を介してターボ過給機５０に導入される。その際、排気弁装置２０の各高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを流通する排気ガスの流通面積が、車両の運転状態において変更される。

具体的には、図１１に示すように、エンジン本体１の回転数が所定回転数（例えば１６００ｒｐｍ）以下の低回転域では、高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを閉じるように排気弁装置２０が制御される。つまり、負圧式アクチュエータ４の負圧室４１０に吸気負圧を供給することによって、出力軸４４を退避方向に引き込んだ状態にする。これにより、レバー部材３３が、図１０に示す状態に位置づけられ、各バタフライバルブ３０が、図５に実線で示すように、各高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを閉じる。少ない排気ガスを低速用通路２４ｃ、２５ｃ、２６ｃに集中させることで排気ガスの流速を高め、ターボ過給機５０のタービン５６の駆動力をアップさせて吸気圧を高める。

一方、エンジン本体１の回転数が所定回転数を超える高回転域では、低速用通路２４ｃ、２５ｃ、２６ｃのみを使って排気ガスを通過させると通路抵抗により掃気性能が低下してしまう虞があるので、高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを開くように排気弁装置２０が制御される。つまり、負圧式アクチュエータ４の負圧室４１０から吸気負圧を排出することにより、圧縮ばね４１２の付勢力によって、出力軸４４を進出方向に押し出した状態にする。これにより、レバー部材３３が、図４に示す状態に位置づけられ、各バタフライバルブ３０が、図５に二点鎖線で示すように、各高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂを開ける。高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ及び低速用通路２４ｃ、２５ｃ、２６ｃの両方を通じて排気ガスをターボ過給機５０に導入することで、排気通路抵抗による掃気性能の低下を抑制しつつターボ過給機５０を駆動させて吸気圧を高める。排気可変弁３は、所定の回転数を境にして、全開と全閉とが切り替わる。そのため、排気可変弁３の開閉動作には、高い応答性が求められる。

そして、前記構成のエンジンの排気装置１００においては、バルブ本体３１を回動させる駆動軸３２は、バルブ本体３１を支持するバルブ支持ブッシュ２１１が設けられた装置本体２１を貫通し、高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂの外に延設していて、補助軸受部２２によって支持されている。補助軸受部２２は、図６に示すように、高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂから離間して設けられている。これにより、補助軸受部２２は、排気通路を流れる排気ガスの熱の影響を受けにくくなる。その結果、補助軸受部２２において、駆動軸３２とシャフト支持ブッシュ２１３とのクリアランスが拡大することが抑制され、駆動軸３２のがたつきが防止される。負圧式アクチュエータ４によって、駆動軸３２は、応答性良く回転するようになり、ひいては、高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ内のバタフライバルブ３０が、応答性良く開閉動作する。

駆動軸３２の延設部分に取り付けられたレバー部材３３は、補助軸受部２２を挟んだバルブ支持ブッシュ２１１とは反対側で駆動軸３２に設けられている。駆動軸３２には、負圧式アクチュエータ４に連結されるレバー部材３３を通じて、駆動力が入力されるが、バルブ支持ブッシュ２１１によって支持されたバルブ本体３１と、レバー部材３３との間に、補助軸受部２２が位置している。

これにより、負圧式アクチュエータ４からレバー部材３３を通じて駆動力が入力されて、バタフライバルブ３０が開閉動作するときには、補助軸受部２２が支点となって、駆動軸３２が回転するようになるから、バタフライバルブ３０を安定して開閉動作させることが可能になる。

また、駆動軸３２は、バルブ本体３１に連結される、バルブ本体３１とは別体の軸部材によって構成されているため、高速用通路２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ内に配設されたバタフライバルブ３０から、駆動軸３２への熱の伝達が抑制される。その結果、補助軸受部２２の箇所において、駆動軸３２の熱膨張により、駆動軸３２とシャフト支持ブッシュ２１３とのクリアランスが小さくなることが防止される。その結果、駆動軸３２の固着が確実に回避され、バタフライバルブ３０を安定して開閉動作させることが可能になる。

さらに、駆動軸３２を装置本体２１の壁部材２１４と補助軸受部２２との間において露出させた露出部３２７を設けることによって、例えば露出部３２７を設けずに、壁部材２１４と補助軸受部２２との間で、駆動軸３２の少なくとも一部を囲むカバーを設けて、壁部材２１４と補助軸受部２２とをカバーによって接続する構成と比較して、壁部材２１４と補助軸受部２２との間の伝熱抵抗を高くすることができ、補助軸受部２２の熱膨張を、効果的に防止することが可能になる。つまり、補助軸受部２２に熱が入力することによって、補助軸受部２２と駆動軸３２との隙間が拡大し、がたつきが発生することを、より確実に防止することができる。

尚、以上説明した前記実施形態のエンジンは、ターボ過給機付多気筒エンジンの好ましい実施形態の例示であって、当該エンジンやこれに組み込まれる排気弁装置２０の具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

また、前記実施形態では、排気装置を直列４気筒の４サイクルエンジンに適用した例について説明したが、ここに開示する排気装置は、勿論、前記実施形態以外のエンジンについても適用可能である。

１ エンジン本体
１００ 排気装置
２１ 装置本体
２１１ バルブ支持ブッシュ（軸受部）
２１４ 壁部材
２２ 補助軸受部
２４ｂ、２５ｂ、２６ｂ 高速用通路（排気通路）
３０ バタフライバルブ（バルブ）
３１ バルブ本体
３２ 駆動軸
３２７ 露出部
３３ レバー部材（連結部）
４ 負圧式アクチュエータ（駆動部）

Claims (4)

1. エンジンの内部に設けられる燃焼室の排気口と前記エンジンの外部に設けられる触媒装置とを接続する排気通路内に配設されかつ、当該排気通路の通路断面積を変更するように回動可能に構成された板状のバルブと、
   前記バルブに設けられかつ、前記バルブを回動させるよう構成された駆動軸と、
   前記排気通路を構成する壁部材に設けられかつ、前記バルブを回転可能に支持するよう構成された軸受部と、
   前記駆動軸に連結されかつ、前記駆動軸を回転させるよう構成された駆動部と、を備えたエンジンの排気装置であって、
   前記駆動軸は、前記軸受部が設けられた前記壁部材を貫通しかつ、前記排気通路の外に延設した延設部分を有し、
   前記駆動軸の前記延設部分を回転可能に支持するよう構成された補助軸受部を備え、
   前記補助軸受部は、前記駆動軸が貫通した前記壁部材から所定距離、離間して設けられているエンジンの排気装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの排気装置において、
   前記駆動軸の前記延設部分には、前記駆動部に連結されると共に、前記駆動軸を中心に揺動することによって前記駆動軸を回転させるように構成された連結部が設けられ、
   前記連結部は、前記補助軸受部を挟んで前記駆動軸が貫通した前記壁部材とは反対側に設けられているエンジンの排気装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジンの排気装置において、
   前記駆動軸は、前記バルブとは別体の軸部材が、前記軸受部に隣接する当該バルブの端部に連結されることによって構成されているエンジンの排気装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排気装置において、
   前記駆動軸は、前記壁部材と前記補助軸受部との間において、前記延設部分が露出している露出部を有しているエンジンの排気装置。

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