JPH0814032A

JPH0814032A - 排気浄化装置

Info

Publication number: JPH0814032A
Application number: JP6143383A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Tanaka; 誠一田中
Original assignee: Calsonic Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 1994-06-24
Filing date: 1994-06-24
Publication date: 1996-01-16

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、自動車の排気系に配置される排気
浄化装置に関し、バタフライバルブの回動軸の摺動性能
を確実に維持することを目的とする。【構成】エンジン４１の排気マニホールド４３に、副
触媒コンバータ４５が配置される排気管路４７を接続す
るとともに、この排気管路４７をバイパスしてバイパス
管路４９を形成し、このバイパス管路４９の下流側端の
排気管路４７への連結部５１の下流側に、主触媒コンバ
ータ５３が配置される主排気管路５５を接続し、さら
に、排気管路４７の連結部５１の上流側に第１のバタフ
ライバルブ５７を配置し、バイパス管路４９の連結部５
１の上流側に第２のバタフライバルブ５９を配置してな
り、第１のバタフライバルブ５７の軸受部材８７Ａを、
低温摺動性に優れた材料により形成し、第２のバタフラ
イバルブ５９の軸受部材８７Ｂを、高温摺動性に優れた
材料により形成して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車の排気系に配置
される排気浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、自動車の排気系では、排
気系にバタフライバルブを配置し、エンジンの回転数に
応じてバタフライバルブを開閉し、排気騒音を低減する
ことが行われており、このようなバタフライバルブとし
て、例えば、実開平４−１２３３３６号公報に開示され
るものが知られている。

【０００３】図５は、この種のバタフライバルブを示す
もので、このバタフライバルブでは、管体１１を横切っ
て回動軸１３が挿通され、管体１１内の回動軸１３に弁
体１５が固定されている。

【０００４】そして、回動軸１３の両端が、管体１１に
固定される軸受ケース１７，１９に軸受部材２１を介し
て支持されている。一方、近時、例えば、特開平５−１
５２５号公報に開示されるような排気浄化装置が知られ
ている。

【０００５】この排気浄化装置は、図６に示すように、
主触媒コンバータ２３の上流にバイパス通路２５を形成
し、暖機運転時に、切替弁２７を主通路２９側に倒し、
バイパス通路２５を開いて排気ガスをバイパス通路２５
に流し、排気ガスをヒータ３１により加熱した後、副触
媒コンバータ３３により浄化し、この後、排気ガスを主
触媒コンバータ２３に流すように構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の排気浄化装置では、切替弁２７として、弁体
３５を、回動軸３７に片持ち支持したものが使用されて
いるため、回動軸３７に多大な負荷がかかり、所定の耐
用年数を得ることが困難になるという問題があった。

【０００７】そこで、図５に示したバタフライバルブを
使用することが検討されているが、上述した排気浄化装
置では、排気ガスの温度が、例えば、９００℃程度にな
るため、軸受部材２１が７００℃程度の高温になり、軸
受部材２１の劣化が激しくなり、回動軸１３の摺動性能
が低下し、回動軸１３の摺動時に異音が発生するという
問題があった。

【０００８】本発明は、上記のような問題を解決したも
ので、バタフライバルブの回動軸の摺動性能を確実に維
持することができる排気浄化装置を提供することを目的
とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の排気浄化装置
は、エンジンの排気マニホールドに、副触媒コンバータ
が配置される排気管路を接続するとともに、この排気管
路をバイパスしてバイパス管路を形成し、このバイパス
管路の下流側端の前記排気管路への連結部の下流側に、
主触媒コンバータが配置される主排気管路を接続し、さ
らに、前記排気管路の前記連結部の上流側に、排気ガス
温度が所定温度より低い時に開とされる第１のバタフラ
イバルブを配置し、前記バイパス管路の連結部の上流側
に、排気ガス温度が所定温度より高い時に開とされる第
２のバタフライバルブを配置してなり、前記第１のバタ
フライバルブの弁体を回動するための回動軸を支持する
軸受部材を、低温摺動性に優れた材料により形成し、前
記第２のバタフライバルブの弁体を回動するための回動
軸を支持する軸受部材を、高温摺動性に優れた材料によ
り形成してなるものである。

【００１０】請求項２の排気浄化装置は、請求項１にお
いて、前記副触媒コンバータは、電気により加熱される
電熱触媒コンバータであるものである。請求項３の排気
浄化装置は、請求項１または２において、前記第２のバ
タフライバルブの軸受部材は、ニッケル−クロムマトリ
ックスに、高温潤滑成分であるコバルト−モリブデン−
珪素系六方晶金属間化合物を包含させた焼結金属からな
るものである。

【００１１】請求項４の排気浄化装置は、請求項１ない
し３において、前記第１のバタフライバルブの軸受部材
は、グラファイトとセラミックスとの焼結体からなるも
のである。

【００１２】

【作用】請求項１の排気浄化装置では、排気ガス温度が
所定温度より低い時に、第１のバタフライバルブが開、
第２のバタフライバルブが閉とされ、排気ガスが副触媒
コンバータにより浄化され、この後、主触媒コンバータ
により浄化されるが、副触媒コンバータがエンジンの排
気マニホールドの近くに位置しているため、副触媒コン
バータには、排気ガスが比較的高温の状態で流入し、副
触媒コンバータが早期に活性化され、副触媒コンバータ
による排気ガスの浄化が行われる。

【００１３】そして、この時に、第１のバタフライバル
ブに比較的低温の排気ガスが流通されるが、第１のバタ
フライバルブの弁体を回動するための回動軸を支持する
軸受部材が、低温摺動性に優れた材料により形成されて
いるため、軸受部材の摺動性能が充分に確保される。

【００１４】一方、排気ガス温度が所定温度を越える
と、第１のバタフライバルブが閉、第２のバタフライバ
ルブが開とされ、排気ガスが副触媒コンバータを通らず
に、バイパス管路を通って主触媒コンバータに導かれ浄
化されるが、この時には、主触媒コンバータが充分に活
性化されているため、主触媒コンバータにより排気ガス
の浄化が確実に行われる。

【００１５】そして、この時に、第２のバタフライバル
ブに高温の排気ガスが流通されるが、第２のバタフライ
バルブの弁体を回動するための回動軸を支持する軸受部
材が、高温摺動性に優れた材料により形成されているた
め、軸受部材の摺動性能が充分に確保される。

【００１６】請求項２の排気浄化装置では、暖機運転時
に、副触媒コンバータに電気が通電され、副触媒コンバ
ータの触媒担体の温度が上昇され、副触媒コンバータが
迅速に活性化される。

【００１７】請求項３の排気浄化装置では、第２のバタ
フライバルブの軸受部材を、ニッケル−クロムマトリッ
クスに、高温潤滑成分であるコバルト−モリブデン−珪
素系六方晶金属間化合物を包含させた焼結金属により形
成したので、軸受部材が、耐熱性および高温摺動性に優
れたものになる。

【００１８】請求項４の排気浄化装置では、第１のバタ
フライバルブの軸受部材を、グラファイトとセラミック
スとの焼結体により形成したので、軸受部材が低温摺動
性に優れたものになる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の詳細を図面に示す実施例につ
いて説明する。図１は、本発明の排気浄化装置の一実施
例を示しており、図において符号４１は、自動車のエン
ジンを示している。

【００２０】このエンジン４１の排気マニホールド４３
には、副触媒コンバータ４５が配置される排気管路４７
が接続されている。排気管路４７をバイパスしてバイパ
ス管路４９が形成されており、このバイパス管路４９の
下流側端が連結部５１において排気管路４７に接続され
ている。

【００２１】連結部５１の下流側には、主触媒コンバー
タ５３が配置される主排気管路５５が接続されている。
そして、排気管路４７の連結部５１の上流側に、排気ガ
ス温度が所定温度より低い時に開とされる第１のバタフ
ライバルブ５７が配置されている。

【００２２】また、バイパス管路４９の連結部５１の上
流側に、排気ガス温度が所定温度より高い時に開とされ
る第２のバタフライバルブ５９が配置されている。この
実施例では、副触媒コンバータ４５には、電気の通電に
より金属触媒担体６１を加熱する電熱触媒コンバータが
使用されている。

【００２３】図１において、符号６３は、第１および第
２のバタフライバルブ５７，５９の開閉を制御するコン
トローラを示している。このコントローラ６３は、主触
媒コンバータ５３の上流側に配置される温度センサ６５
からの信号を入力し、温度センサ６５で検出された温度
が、例えば、４００℃以下の時には、アクチュエーター
６７を作動して、第１のバタフライバルブ５７を開、第
２のバタフライバルブ５９を閉にし、また、副触媒コン
バータ４５への通電を行う。

【００２４】一方、温度センサ６５で検出された温度
が、例えば、４００℃を越える時には、アクチュエータ
ー６７を作動して、第１のバタフライバルブ５７を閉、
第２のバタフライバルブ５９を開にし、また、副触媒コ
ンバータ４５への通電を解除する。

【００２５】図２は、上述した第１および第２のバタフ
ライバルブ５７，５９の詳細を示しており、図において
符号７１は、図１の排気管路４７またはバイパス管路４
９に対応する管体を示している。

【００２６】この管体７１の内周面により流体通路７３
が形成され、この流体通路７３を横切って回動軸７５が
配置されている。この回動軸７５は、ステンレス等の金
属により形成されている。

【００２７】そして、回動軸７５には、流体通路７３の
開閉を行う弁体７７がビス７９により固定されている。
回動軸７５は、管体７１に固定される軸受部８１，８３
により支持されている。

【００２８】軸受部８１は、管体７１に固定される軸受
ケース８５と、この軸受ケース８５内に収容され回動軸
７５の端部が嵌合される軸受部材８７とを有しており、
軸受ケース８５は、蓋部材８９により密閉されている。

【００２９】軸受部８３は、管体７１に固定される軸受
ケース９１を有しており、この軸受ケース９１内には、
シールリング９３の両側に、回動軸７５の端部が嵌合さ
れる軸受部材８７が収容されている。

【００３０】また、軸受ケース９１は、シール部材９５
を介して蓋部材９７により密閉されている。なお、軸受
ケース８５，９１はステンレス等の金属により形成され
ている。

【００３１】回動軸７５の一端は、軸受部９１から外方
に向けて突出されており、この突出部には、回動軸７５
を回動して流体通路７３の開閉を行うための開閉機構９
９が配置されている。

【００３２】この開閉機構９９は、回動軸７５の端部に
ナット１０１により固定される牽引板１０３を有してい
る。そして、牽引板１０３を、図１に示したアクチュエ
ーター６７に一端を連結された図示しないワイヤーによ
り牽引することにより回動軸７５が回動される。

【００３３】しかして、この実施例では、第１のバタフ
ライバルブ５７の軸受部材８７Ａが、低温摺動性に優れ
た材料、例えば、グラファイトとセラミックスとの焼結
体により形成されている。

【００３４】また、第２のバタフライバルブ５９の軸受
部材８７Ｂが、高温摺動性に優れた材料、例えば、ニッ
ケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）マトリックスに、高温潤滑
成分であるコバルト−モリブデン−珪素（Ｃｏ−Ｍｏ−
Ｓｉ）系六方晶金属間化合物を包含させた焼結金属によ
り形成されている。

【００３５】図３および図４は、軸受部材８７Ａ，８７
Ｂの高温摺動性試験結果を示す。図３では、横軸に、試
験温度が、縦軸に、第２のバタフライバルブ５９の軸受
部材８７Ａの摩擦係数がとられている。

【００３６】この測定は、先ず、温度を順次上昇させな
がら○のデータを得、この後、温度を順次下降しながら
△のデータを得、さらに、温度を順次上昇させながら□
のデータを得、最後に、温度を順次下降しながら×のデ
ータを得ることにより行われた。

【００３７】この図から、試験温度が高温になるほど、
摩擦係数が低くなっているのがわかる。図４では、横軸
に試験温度が、縦軸に軸受部材の磨耗量がとられてい
る。

【００３８】○は、ステンレスからなる軸受部材の磨耗
量を、□は、グラファイトとセラミックスとの焼結体か
らなる第１のバタフライバルブ５７の軸受部材８７Ａの
磨耗量を、△は、第２のバタフライバルブ５９の軸受部
材８７Ｂの磨耗量を示している。

【００３９】この図から、第２のバタフライバルブ５９
の軸受部材８７Ｂでは、温度が高温になる程、磨耗量が
少なくなり、摺動性が向上しているのがわかる。また、
第１のバタフライバルブ５７の軸受部材８７Ａでは、６
００℃以下の温度において、磨耗量が非常に少なく、摺
動性が高いことがわかる。

【００４０】上述した排気浄化装置では、排気ガス温度
が所定温度より低い時には、コントローラ６３により第
１のバタフライバルブ５７が開、第２のバタフライバル
ブ５９が閉とされ、さらに、副触媒コンバータ４５に通
電が行われ、排気ガスが副触媒コンバータ４５により浄
化され、この後、主触媒コンバータ５３により浄化され
る。

【００４１】一方、排気ガス温度が所定温度を越える
と、コントローラ６３により第１のバタフライバルブ５
７が閉、第２のバタフライバルブ５９が開とされ、さら
に副触媒コンバータ４５への通電が解除され、排気ガス
が副触媒コンバータ４５を通らずに、バイパス管路４９
を通って主触媒コンバータ５３に導かれ浄化される。

【００４２】しかして、上述した排気浄化装置では、比
較的低温の排気ガスが流通される第１のバタフライバル
ブ５７の軸受部材８７Ａを、低温摺動性に優れた材料に
より形成し、高温の排気ガスが流通される第２のバタフ
ライバルブ５９の軸受部材８７Ｂを、高温摺動性に優れ
た材料により形成したので第１および第２のバタフライ
バルブ５７，５９の回動軸７５の摺動性能を確実に維持
することができる。

【００４３】また、副触媒コンバータ４５に電熱触媒コ
ンバータを使用したので、暖機運転時に、副触媒コンバ
ータ４５に電気を通電することにより副触媒コンバータ
４５を迅速に活性化することができる。

【００４４】さらに、第２のバタフライバルブ５９の軸
受部材８７Ｂを、ニッケル−クロムマトリックスに、高
温潤滑成分であるコバルト−モリブデン−珪素系六方晶
金属間化合物を包含させた焼結金属により形成したの
で、軸受部材８７Ｂが、耐熱性および高温摺動性に優れ
たものになり、第２のバタフライバルブ５９の回動軸７
５の摺動性能を確実に維持することができる。

【００４５】すなわち、高温雰囲気中における回動軸７
５の回動時に、軸受部材８７Ｂが高い摺動性を有してい
るため、回動軸７５が円滑に回動し、異音等の発生がな
くなる。

【００４６】また、軸受部材８７Ｂの磨耗量が小さいた
め、経年変化による軸受部材８７Ｂの形状変化等が小さ
く、非常に耐久性が高いものになる。さらに、軸受部材
８７Ｂがニッケル−クロム系の金属であるため、耐酸化
性に優れており、酸化に伴う寸法変化が小さく、回動軸
７５との固着を生じることがない。

【００４７】また、第１のバタフライバルブ５７の軸受
部材８７Ａを、グラファイトとセラミックスとの焼結体
により形成したので、軸受部材８７Ａが低温摺動性に優
れたものになり、第１のバタフライバルブ５７の回動軸
７５の摺動性能を確実に維持することができる。

【００４８】さらに、副触媒コンバータ４５がエンジン
４１の排気マニホールド４３の近くに位置しているた
め、副触媒コンバータ４５には、排気ガスが比較的高温
の状態で流入するため、副触媒コンバータ４５を早期に
活性化することができる。

【００４９】そして、上述した排気浄化装置では、排気
ガスが高温になると、排気ガスが副触媒コンバータ４５
をバイパスして流通されるため、副触媒コンバータ４５
が、例えば、８００℃程度の高温になることがなくな
る。

【００５０】この結果、金属触媒担体６１に亀裂等が発
生することがなくなり、金属触媒担体６１の電気抵抗を
所定の値に維持することが可能になる。また、金属触媒
担体６１を構成する金属触媒担体基材と絶縁材との熱膨
張差により絶縁材の剥がれ，飛散等が生じることがなく
なり、短絡による局部加熱を防止することができる。

【００５１】さらに、金属触媒担体６１の耐熱条件が緩
和されるため、金属触媒担体基材を低級化してコストダ
ウンを図ることが可能になる。また、金属触媒担体基材
の板厚を減少することができるため、軽量化、昇温性能
の向上、および、使用電力の低減を図ることが可能にな
る。

【００５２】なお、以上述べた実施例では、副触媒コン
バータ４５に電熱触媒コンバータを使用した例について
説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるもので
はなく、例えば、主触媒コンバータ５３より熱容量が小
さい金属触媒コンバータ等を使用するようにしても良
い。

【００５３】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の排気浄化
装置では、比較的低温の排気ガスが流通される第１のバ
タフライバルブの軸受部材を、低温摺動性に優れた材料
により形成し、高温の排気ガスが流通される第２のバタ
フライバルブの軸受部材を、高温摺動性に優れた材料に
より形成したので、第１および第２のバタフライバルブ
の回動軸の摺動性能を確実に維持することができる。

【００５４】請求項２の排気浄化装置では、暖機運転時
に、副触媒コンバータに電気を通電することにより副触
媒コンバータを迅速に活性化することができる。請求項
３の排気浄化装置では、第２のバタフライバルブの軸受
部材を、ニッケル−クロムマトリックスに、高温潤滑成
分であるコバルト−モリブデン−珪素系六方晶金属間化
合物を包含させた焼結金属により形成したので、軸受部
材が、耐熱性および高温摺動性に優れたものになり、第
２のバタフライバルブの回動軸の摺動性能を確実に維持
することができる。

【００５５】請求項４の排気浄化装置では、第１のバタ
フライバルブの軸受部材を、グラファイトとセラミック
スとの焼結体により形成したので、軸受部材が低温摺動
性に優れたものになり、第１のバタフライバルブの回動
軸の摺動性能を確実に維持することができるという利点
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気浄化装置の一実施例を示す説明図
である。

【図２】図１のバタフライバルブの詳細を示す断面図で
ある。

【図３】第２のバタフライバルブの軸受部材の温度によ
る摩擦係数の変化を示す説明図である。

【図４】第１および第２のバタフライバルブの軸受部材
の温度による磨耗量の変化を示す説明図である。

【図５】従来のバタフライバルブの一例を示す断面図で
ある。

【図６】従来の排気系の一部を示す断面図である。

【符号の説明】

４１エンジン４３排気マニホールド４５副触媒コンバータ４７排気管路４９バイパス管路５５主排気管路５７第１のバタフライバルブ５９第２のバタフライバルブ７５回動軸７７弁体８７Ａ，８７Ｂ軸受部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジン（４１）の排気マニホールド
（４３）に、副触媒コンバータ（４５）が配置される排
気管路（４７）を接続するとともに、この排気管路（４
７）をバイパスしてバイパス管路（４９）を形成し、こ
のバイパス管路（４９）の下流側端の前記排気管路（４
７）への連結部（５１）の下流側に、主触媒コンバータ
（５３）が配置される主排気管路（５５）を接続し、さ
らに、前記排気管路（４７）の前記連結部（５１）の上
流側に、排気ガス温度が所定温度より低い時に開とされ
る第１のバタフライバルブ（５７）を配置し、前記バイ
パス管路（４９）の連結部（５１）の上流側に、排気ガ
ス温度が所定温度より高い時に開とされる第２のバタフ
ライバルブ（５９）を配置してなり、前記第１のバタフライバルブ（５７）の弁体（７７）を
回動するための回動軸（７５）を支持する軸受部材（８
７Ａ）を、低温摺動性に優れた材料により形成し、前記
第２のバタフライバルブ（５９）の弁体（７７）を回動
するための回動軸（７５）を支持する軸受部材（８７
Ｂ）を、高温摺動性に優れた材料により形成してなるこ
とを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】前記副触媒コンバータ（４５）は、電気
により加熱される電熱触媒コンバータであることを特徴
とする請求項１記載の排気浄化装置。
【請求項３】前記第２のバタフライバルブ（５９）の
軸受部材（８７Ｂ）は、ニッケル−クロムマトリックス
に、高温潤滑成分であるコバルト−モリブデン−珪素系
六方晶金属間化合物を包含させた焼結金属からなること
を特徴とする請求項１または２記載の排気浄化装置。
【請求項４】前記第１のバタフライバルブ（５７）の
軸受部材（８７Ａ）は、グラファイトとセラミックスと
の焼結体からなることを特徴とする請求項１ないし３の
いずれか１項記載の排気浄化装置。