JP3984927B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次空気を供給する制御用ＡＩバルブと排気ガスを再循環させる制御用ＥＧＲバルブとを備え、それぞれの配管路を簡素化して内燃機関の排気系に接続した排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関の排気浄化システムとして、排気管の途中に設けられた３元触媒装置の上流側に２次空気を供給して、排気管内の大気汚染成分であるＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）を酸化させて排気ガスを浄化するエアインジェクションシステム（ＡＩシステム）が知られている。また、排気ガスの一部を内燃機関の吸気系に再循環させることによって、内燃機関のシリンダ室内の燃焼温度を下げてＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制する排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が知られている。
【０００３】
この種の排気浄化システムとして、内燃機関の排気系への取り付けに必要な部品点数や取り付け工数の削減を図ることを目的として、前記エアインジェクションシステムに備えられるＡＩバルブと前記排気再循環装置に備えられるＥＧＲバルブとを一体化した排気浄化用バルブ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１０に示されるように、この排気浄化用バルブ装置では、弁ハウジングにおいて、排気管１０に接続される管路１１の端部にポート１２が設けられ、このポート１２に連接させるようにＥＧＲバルブ（ＥＧＲＶ）とＡＩバルブ（ＡＩＶ）とを一体的に配設している。
【０００５】
ＡＩＶは、負圧制御弁１３を介して負圧を受け入れる負圧室１４がダイヤフラム１５によって形成され、このダイヤフラム１５には弁通路１６を開閉する弁体部１７が設けられている。弁通路１６にはエアポンプ１８に接続される入口ポート１９と管路１１を介して排気管１０に接続される出口ポート２０が形成され、出口ポート２０にはリード弁２１が逆流防止用に配設されている。そして、図示しない電子制御回路の制御に基づいて、負圧制御弁１３を介して弁体部１７の開度が制御され、エアポンプ１８から供給される圧力空気、すなわち２次空気が排気管１０に供給される（図１０中、破線矢印参照）。
【０００６】
一方、ＥＧＲＶは、負圧制御弁２２を介して負圧を受け入れる負圧室２３がダイヤフラム２４によって形成され、このダイヤフラム２４には、弁通路２５とポート１２の間を開閉する弁体２６が設けられている。弁通路２５は、管路２７を介して吸気管２８に接続されている。そして、図示しない電子制御回路において、内燃機関の回転数や吸入空気量等により最適ＥＧＲ量（ＥＧＲ率）が算出され、この算出結果に基づいて負圧制御弁２２を介して弁体２６の開度が制御され、排気ガスが再循環される（図１０中、実線矢印参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２５６９８４号公報（段落［００１２］、［００２０］〜［００２５］、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に係る排気ガス浄化装置においては、排気管１０に接続される管路１１を共通化して部品点数の削減を図っているが、ＡＩバルブとＥＧＲバルブとが個別に設けられ、さらにこれらのバルブを駆動するための負圧制御弁１３、２２も個別に設けられており、依然として複雑な構成となっている。
【０００９】
また、ＥＧＲバルブは、特に、四輪車では、耐熱性や排気ガス中のカーボン付着対策等を施した高価な部材が用いられており、かつ応答性および弁開度調節等の精密な制御が要求されることから、部材の価格がより高価なものとなっている。
【００１０】
さらに、最近の環境負荷低減の要求により、二輪車に対する排ガス規制が厳しくなっており、このため、二輪車にも十分に適用可能な装置、すなわち小型かつ低コストな装置の開発が望まれている。
【００１１】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、装置の構成を簡素化するとともに、小型化および低コスト化を図ることが可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関の排気系に２次空気を供給する第１配管路に配設される制御用ＡＩバルブと、
前記排気系から前記内燃機関の吸気系に排気ガスを再循環させる第２配管路に配設される制御用ＥＧＲバルブと、
前記制御用ＡＩバルブと前記制御用ＥＧＲバルブとをそれぞれ駆動させる単一の駆動部と、
前記第１配管路と前記第２配管路とを集約し、それぞれ前記排気系に接続するマニホールド部と、
を備え、
前記制御用ＡＩバルブは、前記駆動部と前記制御用ＥＧＲバルブとの間に設けられ、単一のハウジングの内部に設けられた前記制御用ＡＩバルブと前記制御用ＥＧＲバルブとからなる制御用バルブ機構が、前記マニホールド部とは別体で該マニホールド部から吸気系側に離間して配置されると共に、前記第１配管路および第２配管路が、前記マニホールド部から前記制御用バルブ機構に向けて同一方向に延在していることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、内燃機関の排気系に２次空気を供給する第１配管路に配設される制御用ＡＩバルブと、前記排気系から前記内燃機関の吸気系に排気ガスを再循環させる第２配管路に配設される制御用ＥＧＲバルブとを、単一のハウジングの内部に設けるとともに、前記第１配管路と前記第２配管路とを集約してマニホールド部を介してそれぞれ排気系に接続し、一体に形成されて制御用バルブ機構を構成する前記制御用ＡＩバルブと制御用ＥＧＲバルブとを単一の駆動部の作用下に駆動させている。
【００１４】
従って、単一の駆動部によって制御用ＡＩバルブと制御用ＥＧＲバルブとをそれぞれ駆動制御することができるため、排気ガス浄化装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、制御用ＡＩバルブと制御用ＥＧＲバルブとが配設されるハウジングを共用することができるため、排気ガス浄化装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、制御用ＡＩバルブが、制御用ＥＧＲバルブに対して駆動部側に配置されているため、高温の排気ガスが流通する第２配管路から前記駆動部を離間して配置することができ、前記駆動部に排気ガスからの熱が伝熱されるのを好適に防止し、熱を遮断することができる。
【００１７】
さらにまた、制御用ＡＩバルブと前記制御用ＥＧＲバルブとの間、または、前記制御用ＡＩバルブと前記駆動部との間に、前記ハウジングを貫通する開口部を設けることにより、前記開口部を介して導入される外気によってハウジングの内部を好適に冷却することができる。一方、高温の排気ガスに曝される制御用ＥＧＲバルブを外気によって冷却することができる。
【００１８】
またさらに、ハウジング、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブが、外気によって好適に冷却されるため、第１配管路を流通する２次空気の温度上昇を抑制することができ、前記２次空気の内燃機関への充填効率を向上させることができる。
【００１９】
また、マニホールド部に、前記第１配管路と接続される第１チェック弁と、前記第２配管路に接続される第２チェック弁とを設け、前記第１チェック弁および第２チェック弁を、それぞれの流通方向が互いに逆向きになるように設けている。その結果、制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路に接続される第１チェック弁のみではなく、制御用ＥＧＲバルブが配設される第２配管路にも第２チェック弁が接続されているため、一方の配管路が他方の配管路に及ぼす影響を阻止することができる。
【００２０】
さらに、第１チェック弁および第２チェック弁は、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に応じて交互に自動的に開閉動作されるため、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの高速応答性や弁開度の調整等の制御が不要となり単純な開閉動作を行うだけでよい。その結果、駆動部およびハウジングを共用することが可能な制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成を簡素化することができ、排気ガス浄化装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００２１】
特に、制御用ＥＧＲバルブは、第２配管路における上流側に第２チェック弁が設けられているため、内燃機関から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受けにくくすることができるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２チェック弁によって抑制することができる。その結果、制御用ＥＧＲバルブに耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないため、排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る排気ガス浄化装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２３】
図１は、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０が適用されるエンジン（内燃機関）３２の概略構成説明図である。
【００２４】
排気ガス浄化装置３０は、エンジン３２の排気系３３に供給する２次空気（酸化・希釈用空気）の流通量を制御するとともに、排気系３３からエンジン３２の吸気系３５に再循環する排気ガスの流通量を制御する制御用バルブ機構３４を備える。
【００２５】
なお、排気系３３は、エンジン３２から排出される排気ガスを流通する排気管３６と、排気管３６の下流側に配設される触媒装置３８とから構成される。一方、吸気系３５は、１次空気（燃焼用空気）を取り入れるメインエアクリーナ４０と、このメインエアクリーナ４０から取り入れられた１次空気をエンジン３２に流通する吸気管４２と、吸気管４２の途上に配設され、前記１次空気の流通量を調節するスロットルバルブ４４とから構成される。
【００２６】
制御用バルブ機構３４は、サブエアクリーナ４６から取り入れた２次空気を流通させる第１配管路４８および前記メインエアクリーナ４０に排気ガスを再循環する第２配管路５０の途中に配設されている。第１配管路４８および第２配管路５０は、それぞれの一端がマニホールド部５２に接続されている。また、第１配管路４８および第２配管路５０は、マニホールド部５２から制御用バルブ機構３４に向けて同一方向に延在している。従って、制御用バルブ機構３４は、マニホールド部５２から吸気系３５側に離間して配置されることになる。
【００２７】
なお、前記第１配管路４８および第２配管路５０は、それぞれ平行に形成される管路に限定されるものではない。
【００２８】
マニホールド部５２では、第１配管路４８および第２配管路５０を、１つの配管路である第３配管路５４にそれぞれ連通するように集約して排気管３６に接続している。なお、第３配管路５４は、例えば、エンジン３２のシリンダヘッド３２ａを貫通して、その内部において排気管３６に接続される。このように構成することで、シリンダヘッド３２ａ内に第３配管路５４を容易に形成することができるため、エンジン３２の外部において、例えば、管状のパイプ等により構成される排気管３６に接続する場合に比較して簡単に接続することができる。しかも、特に、二輪車用の単気筒エンジンの場合には、排気管３６が１本で構成されるためより一層効果的である。
【００２９】
図２に示されるように、制御用バルブ機構３４は、略円筒状のハウジング３４ａと、前記ハウジング３４ａの上部に連結され、駆動部として機能するソレノイド部（駆動部）３４ｂと、前記ソレノイド部３４ｂの駆動作用下にハウジング３４ａの内部を軸線方向に沿って変位する弁体３４ｃとを備える。また、制御用バルブ機構３４は、例えば、汎用の切換バルブ（電磁弁）等から構成され、図示しないエンジンコンピュータ等の指令に基づいてソレノイド部３４ｂを駆動させ、前記ソレノイド部３４ｂに連結された弁軸３４ｄを介して弁体３４ｃの進退動作を行う。弁体３４ｃは、第１配管路４８の開閉を制御する制御用ＡＩ（Air Injection）バルブとしての第１弁部５６と、第２配管路５０の開閉を制御する制御用ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブとしての第２弁部５８とを有する。
【００３０】
なお、制御用バルブ機構３４における弁体３４ｃは円柱状の一体形状のものに限定されるものではなく、分割された形状のものや、ロータリ弁等としてもよい。
【００３１】
マニホールド部５２は、第１配管路４８に連通する第１ポート室６０と、第２配管路５０に連通する第２ポート室６２と、第３配管路５４に連通する第３ポート室６４とを有する。第１ポート室６０と第３ポート室６４は、第１隔壁部５１ａに形成された第１孔部５２ａによって連通されており、第１リード弁（第１チェック弁）６６の開閉により連通または閉塞される。一方、第２ポート室６２と第３ポート室６４は、第２隔壁部５１ｂに形成された第２孔部５２ｂによって連通されており、第２リード弁（第２チェック弁）６８の開閉により連通または閉塞される。
【００３２】
この場合、第１リード弁６６と第２リード弁６８とは、それぞれの流通方向（あるいは、流通を阻止するチェック方向）が互いに逆向きになるように配置される。すなわち、前記サブエアクリーナ４６から取り入れられた２次空気は、第１リード弁６６の開動作によって第１配管路４８から第３配管路５４へと流通する。一方、エンジン３２の排気管３６に排出された排気ガスは、第２リード弁６８の開動作によって第３配管路５４から第２配管路５０へと流通する。その際、第１リード弁６６と第２リード弁６８は、一方が開動作するときに、他方は閉動作され、逆止弁として機能する。
【００３３】
第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３４】
先ず、エンジン３２が始動された後、暖機するまでは、エンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ｂが作動される。この場合、弁体３４ｃが、図２中、下方側に駆動され、第１弁部５６が開動作して第１配管路４８を連通状態にする。このとき、第２配管路５０は、第２弁部５８によって閉塞されて非連通状態となる。
【００３５】
そして、エンジン３２の排気管３６における負圧の脈動に応じて第１リード弁６６が開動作し、サブエアクリーナ４６を介して取り入れられた２次空気が、第１配管路４８、マニホールド部５２および第３配管路５４を介して排気管３６に供給される。これにより、排気管３６に排出された排気ガス中のＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）が酸化され、排気ガスの浄化が行われる。なお、このとき、第２配管路５０は第２弁部５８によって閉塞されているため、第２リード弁６８が開動作することはない。
【００３６】
一方、エンジン３２が暖機状態になると、図３に示されるように、前記エンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ｂが前記とは逆方向に作動され、弁体３４ｃの第２弁部５８が開動作して第２配管路５０を連通状態にする。このとき、第１配管路４８は、第１弁部５６によって閉塞されて非連通状態となる。
【００３７】
そして、排気管３６における触媒装置３８の上流側に配設される図示しないＯ2センサ（酸素濃度検出器）による検出結果や、エンジン３２の回転数および吸入空気量等に基づいて、前記エンジンコンピュータがエンジン３２に供給する吸気ガスを制御する。すなわち、前記エンジンコンピュータは、理論空燃比に基づいて図示しない燃料噴射装置に指令を送出し、前記吸気ガスの空燃比が制御される。その際、排気管３６に排出された排気ガスの正圧の脈動に応じて第２リード弁６８が開動作し、この排気ガスの一部が第３配管路５４、マニホールド部５２および第２配管路５０を介してメインエアクリーナ４０に再循環される。これにより、エンジン３２のシリンダ室の燃焼温度が下がってＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が抑制され、排気ガスの浄化が行われる。なお、このとき、第１配管路４８は第１弁部５６によって閉塞されているため、第１リード弁６６が開動作することはない。
【００３８】
以上のように、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０によれば、制御用バルブ機構３４において、２次空気が流通する第１配管路４８と、排気ガスが流通する第２配管路５０との流通状態の切り換えを単一の駆動部であるソレノイド部３４ｂのみで行っているため、従来技術に係る排気ガス浄化装置と比較して部品点数を削減することができる。その結果、排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることができるとともに、その構成を簡素化して小型化を図ることができる。
【００３９】
また、第１配管路４８の開閉を制御する制御用ＡＩバルブとしての第１弁部５６と、第２配管路５０の開閉を制御する制御用ＥＧＲバルブとしての第２弁部５８とを一体成形し、制御用バルブ機構３４における単一のハウジング３４ａの内部に配設することができるため、その構成を簡素化して小型化を図ることができる。なお、前記ハウジング３４ａは一体形状としてもよいし、それぞれ別体形状として一体的に組み付けてもよい。
【００４０】
さらに、弁体３４ｃを軸線方向に沿って変位させるために設けられるソレノイド部３４ｂは、その構成が単純であるため小型化を図ることができるとともに、それに伴って、低コスト化を図ることができる。
【００４１】
次に、図４および図５を参照しながら、第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置１００について説明する。なお、以下に示す第２および第３の実施形態では、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
この排気ガス浄化装置１００では、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０における制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ｂに代替して、ダイヤフラム１０８を含むエア駆動部（駆動部）１０２が備えられる。
【００４３】
このエア駆動部１０２では、ハウジング３４ａの上部に一体的に連結され、上下に分割される第１ケーシング１０４ａおよび第２ケーシング１０４ｂと、前記第２ケーシング１０４ｂの側部に連結される負圧通路１０６と、前記第１ケーシング１０４ａと第２ケーシング１０４ｂとの間に挟持されるダイヤフラム１０８と、前記ダイヤフラム１０８を上方へと押圧するスプリング１１０とからなる。
【００４４】
負圧通路１０６は図示しない負圧供給源に接続され、この負圧通路１０６を介して第２ケーシング１０４ｂの内部に負圧流体が供給される。なお、前記第１ケーシング１０４ａの内部は、開放孔１０７を介して外部（大気）と連通している。
【００４５】
また、ダイヤフラム１０８の略中央部には、孔部を介して弁軸３４ｄの上端部が挿通され、連結部材１１２によって前記弁軸３４ｄとダイヤフラム１０８とが一体的に連結されている。
【００４６】
すなわち、このような構成とすることにより、図示しない負圧供給源より負圧流体が第２ケーシング１０４ｂの内部に供給され、前記負圧流体による吸引作用によってダイヤフラム１０８がスプリング１１０の弾発力に抗して下方へと変位する（図４参照）。この場合、ダイヤフラム１０８に連結された弁軸３４ｄを介して弁体３４ｃが下方へと変位し、前記負圧流体による吸引力とスプリング１１０の弾発力とが釣り合った位置で該弁体３４ｃの変位が停止する。そして、前記弁体３４ｃの第１弁部５６が開動作して第１配管路４８を連通状態にする。その際、第２配管路５０は、第２弁部５８によって閉塞されて非連通状態となる。
【００４７】
一方、負圧供給源からの負圧流体の供給を停止することにより、図５に示されるように、ダイヤフラム１０８がスプリング１１０の弾発力によって上方へと変位する。この場合、ダイヤフラム１０８に連結された弁軸３４ｄを介して弁体３４ｃが上方へと変位し、図示しないストッパの係止作用下に該弁体３４ｃの変位が停止する。そして、前記弁体３４ｃの第２弁部５８が開動作して第２配管路５０を連通状態にする。その際、第１配管路４８は、第１弁部５６によって閉塞されて非連通状態となる。
【００４８】
この第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置１００では、負圧によって駆動するエア駆動部１０２を設け、前記エア駆動部１０２の駆動作用下に弁体３４ｃを作動させている。そのため、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０に適用されたソレノイド部３４ｂと比較して、より低コスト化を図ることができる。
【００４９】
次に、図６Ａ〜図６Ｃを参照しながら、第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置１５０について説明する。
【００５０】
この排気ガス浄化装置１５０では、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０における制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ｂに代替して、ハウジング３４ａの内部を軸線方向に沿って変位する弁体３４ｃの位置を、第２配管路５０のみを閉塞する下方位置（図６Ａ参照）、第１配管路４８のみを閉塞する上方位置（図６Ｃ参照）および前記第１配管路４８および第２配管路５０をともに閉塞する中間位置（図６Ｂ参照）の３位置で静止させることが可能な電磁アクチュエータ等からなるソレノイド部１５２が備えられる。
【００５１】
このような構成とすることにより、図６Ａに示されるように、弁体３４ｃの第２弁部５８で第２配管路５０が閉塞された状態において、図示しないエンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部１５２が作動される。この場合、弁体３４ｃが上方側に駆動され、第１弁部５６によって第１配管路４８が閉塞されるとともに、第２配管路５０が引き続き第２弁部５８によって閉塞されている（図６Ｂ参照）。換言すると、弁体３４ｃがハウジング３４ａの内部における略中間に位置した中間位置となり、第１配管路４８と第２配管路５０のいずれもが閉塞された全閉状態となる。
【００５２】
そして、前記エンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部１５２が作動され、さらに、弁体３４ｃが上方側に駆動されることにより、第１弁部５６によって引き続き第１配管路４８が閉塞された状態が保持されるとともに、弁体３４ｃの第２弁部５８が開動作して第２配管路５０を連通状態にする（図６Ｃ参照）。
【００５３】
すなわち、エンジン３２の使用状態によっては、排気管３６への２次空気の供給、および排気管３６からの排気ガスの再循環を両方とも行わない場合があり、このとき、制御用バルブ機構３４におけるソレノイド部１５２を制御し、弁体３４ｃを、第１配管路４８および第２配管路５０を両方とも閉塞状態にするとよい（図６Ｂ参照）。
【００５４】
第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置１５０では、第１配管路４８および第２配管路５０の連通状態を、第１配管路４８のみが連通した状態、第２配管路５０のみが連通した状態、および第１配管路４８と第２配管路５０のいずれもが閉塞された状態の３段階に切り換えることが可能となる。
【００５５】
次に、図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら、第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置２００について説明する。なお、第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置１００と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
この排気ガス浄化装置２００では、前述した第２の実施形態の排気ガス浄化装置１００に対して、第１配管路４８の途中に該第１配管路４８を流通する２次空気の連通状態を切り換える補助弁２０４が設けられている。
【００５７】
さらに、この補助弁２０４は、第１配管路４８の上流側に設けてもよいし、下流側に設けてもよい。
【００５８】
この補助弁２０４は、例えば、前記補助弁２０４の内部に設けられる図示しない加熱ヒータに電流を供給することによりシャフト２０６を軸線方向に沿って駆動し、第１配管路４８の連通状態を切り換える開閉弁が採用されている。詳細には、加熱ヒータの加熱作用下に補助弁２０４内の温度が高くなると、ワックスが膨張してシャフト２０６を押圧することにより作動させている。すなわち、加熱ヒータによってワックスを加熱し、前記ワックスの膨張作用下に作動するシャフト２０６を精度よく制御することができる。
【００５９】
なお、前記シャフト２０６を作動させる手段は、前記ワックスに限定されるものではなく、熱膨張係数の異なる２種類の金属を張り合わせ、温度が上昇した際に生じる曲がり変形を利用してシャフト２０６を作動させるバイメタルを採用するようにしてもよい。
【００６０】
また、前記ワックスを加熱させるための手段として、所定温度に加熱されたエンジンの冷却水を利用するようにしてもよい。
【００６１】
このような構成とすることにより、図７Ａに示されるように、弁体３４ｃの第１弁部５６で第１配管路４８が閉塞され、第２配管路５０を介して排気ガスが流通している状態において、図示しない負圧供給源より負圧流体が第１ケーシング１０４ａの内部に供給され、前記負圧流体によってダイヤフラム１０８がスプリング１１０の弾発力に抗して上方へと変位する。この場合、ダイヤフラム１０８に連結された弁軸３４ｄを介して弁体３４ｃが上方へと変位し、前記弁体３４ｃの第１弁部５６が開動作して第１配管路４８を連通状態にする。その際、第２配管路５０は、第２弁部５８によって閉塞されているため、第２配管路５０を流通していた排気ガスの連通状態が遮断される。
【００６２】
その際、補助弁２０４における図示しない加熱ヒータに供給されていた電流を停止することにより図示しないワックスの膨張状態が解消され、シャフト２０６が上方へと変位した弁開状態となる。そのため、制御用バルブ機構３４の内部を流通する２次空気が、第１配管路４８を介して補助弁２０４の内部へと流通する（図７Ｂ参照）。
【００６３】
一方、前記第１配管路４８に２次空気が流通した状態において、補助弁２０４における図示しない加熱ヒータに電流を供給することにより、前記加熱ヒータによる加熱作用下に前記ワックスが膨張し、シャフト２０６を下方へと押圧する。
【００６４】
その結果、前記シャフト２０６によって第１配管路４８が閉塞され、該第１配管路４８を流通する２次空気の連通状態が遮断される（図７Ｃ参照）。換言すると、補助弁２０４によって第１配管路４８が閉塞されることにより、第２配管路５０および第１配管路４８が、弁体３４ｃおよび補助弁２０４とによってそれぞれ閉塞された状態となる。
【００６５】
すなわち、第１配管路４８の途中に開閉自在な補助弁２０４を設け、第１配管路４８が連通した状態で補助弁２０４によって閉塞することにより、第２配管路５０および第１配管路４８の連通状態を、第２配管路５０のみが連通した状態、第１配管路４８のみが連通した状態、および第２配管路５０と第１配管路４８のいずれもが閉塞された状態の３段階に切り換えることが可能となる。
【００６６】
すなわち、エンジン３２の使用状態によっては、排気管３６への２次空気の供給、および排気管３６からの排気ガスの再循環を両方とも行わない場合があり、このとき、補助弁２０４を制御し、第１配管路４８および第２配管路５０を両方とも閉塞状態にするとよい（図７Ｃ参照）。
【００６７】
この第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置２００では、負圧によって駆動するエア駆動部１０２を設けるとともに、第１配管路４８の途中に開閉自在な補助弁２０４を設けて該第１配管路４８の連通状態を切り換えている。そのため、ソレノイド部１５２によって弁体３４ｃを駆動している第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置１５０と比較して、より低コスト化を図ることができる。
【００６８】
次に、制御用バルブ機構３４におけるハウジング３４ａの変形例について説明する。
【００６９】
第１変形例に係るハウジング２５０では、図８に示されるように、ハウジング２５０の外周面に配設される第１配管路４８と、前記ハウジング２５０の外周面における第１配管路４８の下方に配設され、排気ガスを再循環する第２配管路５０との間に第１開口部２５２が形成されている。この第１開口部２５２は、ハウジング２５０の外周面に沿って所定間隔離間して複数形成され、ハウジング２５０の外部と内部とを貫通する構造としている。
【００７０】
このような構造とすることにより、ハウジング２５０の内部に第１開口部２５２を介して外気を導入することができるため、第２配管路５０を流通する排気ガスによって熱せられた弁体２５４を好適に冷却することができる。その際、第１開口部２５２が第１配管路４８と第２配管路５０との間に設けられているため、第２弁部５８に排気ガスによって付与された熱が、該第２弁部５８側から第１弁部５６側へと伝熱されることを防止することができる。
【００７１】
なお、弁体２５４における第１開口部２５２に対峙する外周面に、所定径だけ縮径した凹部２５６を設けることにより、ハウジング２５０の内部に導入される外気の量を増大させることができる。そのため、弁体２５４を一層好適に外気に曝して弁体２５４の冷却効果を向上させることができる。
【００７２】
また、この第１変形例に係るハウジング２５０は、弁体２５４を駆動させる制御用バルブ機構３４における駆動部がソレノイド部３４ｂ、１５２である場合に適用してもよいし、エア駆動部１０２（図４および図５参照）である場合に適用してもよい。
【００７３】
第２変形例に係るハウジング３００では、図９に示されるように、ハウジング３００の外周面に配設される第１配管路４８と、前記ハウジング３００の上部に配設されるソレノイド部３４ｂ、１５２（図６Ａ〜図６Ｃ参照）、またはエア駆動部１０２（図４および図５参照）との間に第２開口部３０２が形成されている。この第２開口部３０２は、ハウジング３００の外周面に沿って所定間隔離間して複数形成され、前記ハウジング３００の外部と内部とを貫通する構造としている。
【００７４】
このような構造とすることにより、ハウジング３００の内部に第２開口部３０２を介して外気を導入することができるため、第２配管路５０を流通する排気ガスによって熱せられた弁体２５４を好適に冷却することができる。その際、第２開口部３０２がソレノイド部３４ｂ、１５２または前記エア駆動部１０２と第１配管路４８との間に設けられているため、第２弁部５８に排気ガスによって付与された熱が、ソレノイド部３４ｂ、１５２または前記エア駆動部１０２へと伝熱されることを防止することができる。
【００７５】
また、この第２変形例に係るハウジング３００は、弁体２５４を駆動させる制御用バルブ機構３４における駆動部がソレノイド部３４ｂ、１５２である場合に適用してもよいし、エア駆動部１０２である場合に適用してもよい。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００７７】
すなわち、第１配管路に配設される制御用ＡＩバルブと、第２配管路に配設される制御用ＥＧＲバルブとを、単一のハウジングの内部に設け、該制御用ＡＩバルブと制御用ＥＧＲバルブとを駆動部の駆動作用下に一体的に駆動制御させることにより、排気ガス浄化装置の小型化と低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置が適用されるエンジンの概略構成説明図である。
【図２】前記排気ガス浄化装置の内部に２次空気が流通した状態を示す縦断面説明図である。
【図３】図２の排気ガス浄化装置の内部に排気ガスが流通した状態を示す縦断面説明図である。
【図４】第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置の内部に２次空気が流通した状態を示す縦断面説明図である。
【図５】図４の排気ガス浄化装置の内部に排気ガスが流通した状態を示す縦断面説明図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面動作説明図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面動作説明図である。
【図８】第１配管路と第２配管路との間に第１開口部が設けられたハウジングの第１変形例を示す縦断面説明図である。
【図９】ソレノイド部と第１配管路との間に第２開口部が設けられたハウジングの第２変形例を示す縦断面説明図である。
【図１０】従来技術に係る排気浄化用バルブ装置の説明図である。
【符号の説明】
３０、１００、１５０、２００…排気ガス浄化装置
３２…エンジン（内燃機関） ３３…排気系
３４…制御用バルブ機構 ３４ａ、２５０、３００…ハウジング
３４ｂ、１５２…ソレノイド部 ３４ｃ、２５４…弁体
３５…吸気系 ３６…排気管
３８…触媒装置 ４０…メインエアクリーナ
４２…吸気管 ４４…スロットルバルブ
４６…サブエアクリーナ ４８…第１配管路
５０…第２配管路 ５２…マニホールド部
５４…第３配管路 ５６…第１弁部
５８…第２弁部 ６６…第１リード弁
６８…第２リード弁 １０２…エア駆動部
２５２…第１開口部 ３０２…第２開口部
【発明の属する技術分野】
本発明は、２次空気を供給する制御用ＡＩバルブと排気ガスを再循環させる制御用ＥＧＲバルブとを備え、それぞれの配管路を簡素化して内燃機関の排気系に接続した排気ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、内燃機関の排気浄化システムとして、排気管の途中に設けられた３元触媒装置の上流側に２次空気を供給して、排気管内の大気汚染成分であるＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）を酸化させて排気ガスを浄化するエアインジェクションシステム（ＡＩシステム）が知られている。また、排気ガスの一部を内燃機関の吸気系に再循環させることによって、内燃機関のシリンダ室内の燃焼温度を下げてＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制する排気再循環装置（ＥＧＲ装置）が知られている。
【０００３】
この種の排気浄化システムとして、内燃機関の排気系への取り付けに必要な部品点数や取り付け工数の削減を図ることを目的として、前記エアインジェクションシステムに備えられるＡＩバルブと前記排気再循環装置に備えられるＥＧＲバルブとを一体化した排気浄化用バルブ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図１０に示されるように、この排気浄化用バルブ装置では、弁ハウジングにおいて、排気管１０に接続される管路１１の端部にポート１２が設けられ、このポート１２に連接させるようにＥＧＲバルブ（ＥＧＲＶ）とＡＩバルブ（ＡＩＶ）とを一体的に配設している。
【０００５】
ＡＩＶは、負圧制御弁１３を介して負圧を受け入れる負圧室１４がダイヤフラム１５によって形成され、このダイヤフラム１５には弁通路１６を開閉する弁体部１７が設けられている。弁通路１６にはエアポンプ１８に接続される入口ポート１９と管路１１を介して排気管１０に接続される出口ポート２０が形成され、出口ポート２０にはリード弁２１が逆流防止用に配設されている。そして、図示しない電子制御回路の制御に基づいて、負圧制御弁１３を介して弁体部１７の開度が制御され、エアポンプ１８から供給される圧力空気、すなわち２次空気が排気管１０に供給される（図１０中、破線矢印参照）。
【０００６】
一方、ＥＧＲＶは、負圧制御弁２２を介して負圧を受け入れる負圧室２３がダイヤフラム２４によって形成され、このダイヤフラム２４には、弁通路２５とポート１２の間を開閉する弁体２６が設けられている。弁通路２５は、管路２７を介して吸気管２８に接続されている。そして、図示しない電子制御回路において、内燃機関の回転数や吸入空気量等により最適ＥＧＲ量（ＥＧＲ率）が算出され、この算出結果に基づいて負圧制御弁２２を介して弁体２６の開度が制御され、排気ガスが再循環される（図１０中、実線矢印参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２５６９８４号公報（段落［００１２］、［００２０］〜［００２５］、図３）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に係る排気ガス浄化装置においては、排気管１０に接続される管路１１を共通化して部品点数の削減を図っているが、ＡＩバルブとＥＧＲバルブとが個別に設けられ、さらにこれらのバルブを駆動するための負圧制御弁１３、２２も個別に設けられており、依然として複雑な構成となっている。
【０００９】
また、ＥＧＲバルブは、特に、四輪車では、耐熱性や排気ガス中のカーボン付着対策等を施した高価な部材が用いられており、かつ応答性および弁開度調節等の精密な制御が要求されることから、部材の価格がより高価なものとなっている。
【００１０】
さらに、最近の環境負荷低減の要求により、二輪車に対する排ガス規制が厳しくなっており、このため、二輪車にも十分に適用可能な装置、すなわち小型かつ低コストな装置の開発が望まれている。
【００１１】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、装置の構成を簡素化するとともに、小型化および低コスト化を図ることが可能な排気ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、本発明は、内燃機関の排気系に２次空気を供給する第１配管路に配設される制御用ＡＩバルブと、
前記排気系から前記内燃機関の吸気系に排気ガスを再循環させる第２配管路に配設される制御用ＥＧＲバルブと、
前記制御用ＡＩバルブと前記制御用ＥＧＲバルブとをそれぞれ駆動させる単一の駆動部と、
前記第１配管路と前記第２配管路とを集約し、それぞれ前記排気系に接続するマニホールド部と、
を備え、
前記制御用ＡＩバルブは、前記駆動部と前記制御用ＥＧＲバルブとの間に設けられ、単一のハウジングの内部に設けられた前記制御用ＡＩバルブと前記制御用ＥＧＲバルブとからなる制御用バルブ機構が、前記マニホールド部とは別体で該マニホールド部から吸気系側に離間して配置されると共に、前記第１配管路および第２配管路が、前記マニホールド部から前記制御用バルブ機構に向けて同一方向に延在していることを特徴とする。
【００１３】
本発明によれば、内燃機関の排気系に２次空気を供給する第１配管路に配設される制御用ＡＩバルブと、前記排気系から前記内燃機関の吸気系に排気ガスを再循環させる第２配管路に配設される制御用ＥＧＲバルブとを、単一のハウジングの内部に設けるとともに、前記第１配管路と前記第２配管路とを集約してマニホールド部を介してそれぞれ排気系に接続し、一体に形成されて制御用バルブ機構を構成する前記制御用ＡＩバルブと制御用ＥＧＲバルブとを単一の駆動部の作用下に駆動させている。
【００１４】
従って、単一の駆動部によって制御用ＡＩバルブと制御用ＥＧＲバルブとをそれぞれ駆動制御することができるため、排気ガス浄化装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、制御用ＡＩバルブと制御用ＥＧＲバルブとが配設されるハウジングを共用することができるため、排気ガス浄化装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、制御用ＡＩバルブが、制御用ＥＧＲバルブに対して駆動部側に配置されているため、高温の排気ガスが流通する第２配管路から前記駆動部を離間して配置することができ、前記駆動部に排気ガスからの熱が伝熱されるのを好適に防止し、熱を遮断することができる。
【００１７】
さらにまた、制御用ＡＩバルブと前記制御用ＥＧＲバルブとの間、または、前記制御用ＡＩバルブと前記駆動部との間に、前記ハウジングを貫通する開口部を設けることにより、前記開口部を介して導入される外気によってハウジングの内部を好適に冷却することができる。一方、高温の排気ガスに曝される制御用ＥＧＲバルブを外気によって冷却することができる。
【００１８】
またさらに、ハウジング、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブが、外気によって好適に冷却されるため、第１配管路を流通する２次空気の温度上昇を抑制することができ、前記２次空気の内燃機関への充填効率を向上させることができる。
【００１９】
また、マニホールド部に、前記第１配管路と接続される第１チェック弁と、前記第２配管路に接続される第２チェック弁とを設け、前記第１チェック弁および第２チェック弁を、それぞれの流通方向が互いに逆向きになるように設けている。その結果、制御用ＡＩバルブが配設される第１配管路に接続される第１チェック弁のみではなく、制御用ＥＧＲバルブが配設される第２配管路にも第２チェック弁が接続されているため、一方の配管路が他方の配管路に及ぼす影響を阻止することができる。
【００２０】
さらに、第１チェック弁および第２チェック弁は、内燃機関の排気系による正圧または負圧の脈動に応じて交互に自動的に開閉動作されるため、制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの高速応答性や弁開度の調整等の制御が不要となり単純な開閉動作を行うだけでよい。その結果、駆動部およびハウジングを共用することが可能な制御用ＡＩバルブおよび制御用ＥＧＲバルブの構成を簡素化することができ、排気ガス浄化装置の小型化および低コスト化を図ることができる。
【００２１】
特に、制御用ＥＧＲバルブは、第２配管路における上流側に第２チェック弁が設けられているため、内燃機関から伝達される熱や排気ガスによる熱の影響を受けにくくすることができるとともに、排気ガス中のカーボン付着等を第２チェック弁によって抑制することができる。その結果、制御用ＥＧＲバルブに耐熱性やカーボン付着対策等を施した高価な部材を用いる必要がないため、排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る排気ガス浄化装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００２３】
図１は、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０が適用されるエンジン（内燃機関）３２の概略構成説明図である。
【００２４】
排気ガス浄化装置３０は、エンジン３２の排気系３３に供給する２次空気（酸化・希釈用空気）の流通量を制御するとともに、排気系３３からエンジン３２の吸気系３５に再循環する排気ガスの流通量を制御する制御用バルブ機構３４を備える。
【００２５】
なお、排気系３３は、エンジン３２から排出される排気ガスを流通する排気管３６と、排気管３６の下流側に配設される触媒装置３８とから構成される。一方、吸気系３５は、１次空気（燃焼用空気）を取り入れるメインエアクリーナ４０と、このメインエアクリーナ４０から取り入れられた１次空気をエンジン３２に流通する吸気管４２と、吸気管４２の途上に配設され、前記１次空気の流通量を調節するスロットルバルブ４４とから構成される。
【００２６】
制御用バルブ機構３４は、サブエアクリーナ４６から取り入れた２次空気を流通させる第１配管路４８および前記メインエアクリーナ４０に排気ガスを再循環する第２配管路５０の途中に配設されている。第１配管路４８および第２配管路５０は、それぞれの一端がマニホールド部５２に接続されている。また、第１配管路４８および第２配管路５０は、マニホールド部５２から制御用バルブ機構３４に向けて同一方向に延在している。従って、制御用バルブ機構３４は、マニホールド部５２から吸気系３５側に離間して配置されることになる。
【００２７】
なお、前記第１配管路４８および第２配管路５０は、それぞれ平行に形成される管路に限定されるものではない。
【００２８】
マニホールド部５２では、第１配管路４８および第２配管路５０を、１つの配管路である第３配管路５４にそれぞれ連通するように集約して排気管３６に接続している。なお、第３配管路５４は、例えば、エンジン３２のシリンダヘッド３２ａを貫通して、その内部において排気管３６に接続される。このように構成することで、シリンダヘッド３２ａ内に第３配管路５４を容易に形成することができるため、エンジン３２の外部において、例えば、管状のパイプ等により構成される排気管３６に接続する場合に比較して簡単に接続することができる。しかも、特に、二輪車用の単気筒エンジンの場合には、排気管３６が１本で構成されるためより一層効果的である。
【００２９】
図２に示されるように、制御用バルブ機構３４は、略円筒状のハウジング３４ａと、前記ハウジング３４ａの上部に連結され、駆動部として機能するソレノイド部（駆動部）３４ｂと、前記ソレノイド部３４ｂの駆動作用下にハウジング３４ａの内部を軸線方向に沿って変位する弁体３４ｃとを備える。また、制御用バルブ機構３４は、例えば、汎用の切換バルブ（電磁弁）等から構成され、図示しないエンジンコンピュータ等の指令に基づいてソレノイド部３４ｂを駆動させ、前記ソレノイド部３４ｂに連結された弁軸３４ｄを介して弁体３４ｃの進退動作を行う。弁体３４ｃは、第１配管路４８の開閉を制御する制御用ＡＩ（Air Injection）バルブとしての第１弁部５６と、第２配管路５０の開閉を制御する制御用ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）バルブとしての第２弁部５８とを有する。
【００３０】
なお、制御用バルブ機構３４における弁体３４ｃは円柱状の一体形状のものに限定されるものではなく、分割された形状のものや、ロータリ弁等としてもよい。
【００３１】
マニホールド部５２は、第１配管路４８に連通する第１ポート室６０と、第２配管路５０に連通する第２ポート室６２と、第３配管路５４に連通する第３ポート室６４とを有する。第１ポート室６０と第３ポート室６４は、第１隔壁部５１ａに形成された第１孔部５２ａによって連通されており、第１リード弁（第１チェック弁）６６の開閉により連通または閉塞される。一方、第２ポート室６２と第３ポート室６４は、第２隔壁部５１ｂに形成された第２孔部５２ｂによって連通されており、第２リード弁（第２チェック弁）６８の開閉により連通または閉塞される。
【００３２】
この場合、第１リード弁６６と第２リード弁６８とは、それぞれの流通方向（あるいは、流通を阻止するチェック方向）が互いに逆向きになるように配置される。すなわち、前記サブエアクリーナ４６から取り入れられた２次空気は、第１リード弁６６の開動作によって第１配管路４８から第３配管路５４へと流通する。一方、エンジン３２の排気管３６に排出された排気ガスは、第２リード弁６８の開動作によって第３配管路５４から第２配管路５０へと流通する。その際、第１リード弁６６と第２リード弁６８は、一方が開動作するときに、他方は閉動作され、逆止弁として機能する。
【００３３】
第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその動作並びに作用効果について説明する。
【００３４】
先ず、エンジン３２が始動された後、暖機するまでは、エンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ｂが作動される。この場合、弁体３４ｃが、図２中、下方側に駆動され、第１弁部５６が開動作して第１配管路４８を連通状態にする。このとき、第２配管路５０は、第２弁部５８によって閉塞されて非連通状態となる。
【００３５】
そして、エンジン３２の排気管３６における負圧の脈動に応じて第１リード弁６６が開動作し、サブエアクリーナ４６を介して取り入れられた２次空気が、第１配管路４８、マニホールド部５２および第３配管路５４を介して排気管３６に供給される。これにより、排気管３６に排出された排気ガス中のＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）が酸化され、排気ガスの浄化が行われる。なお、このとき、第２配管路５０は第２弁部５８によって閉塞されているため、第２リード弁６８が開動作することはない。
【００３６】
一方、エンジン３２が暖機状態になると、図３に示されるように、前記エンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ｂが前記とは逆方向に作動され、弁体３４ｃの第２弁部５８が開動作して第２配管路５０を連通状態にする。このとき、第１配管路４８は、第１弁部５６によって閉塞されて非連通状態となる。
【００３７】
そして、排気管３６における触媒装置３８の上流側に配設される図示しないＯ2センサ（酸素濃度検出器）による検出結果や、エンジン３２の回転数および吸入空気量等に基づいて、前記エンジンコンピュータがエンジン３２に供給する吸気ガスを制御する。すなわち、前記エンジンコンピュータは、理論空燃比に基づいて図示しない燃料噴射装置に指令を送出し、前記吸気ガスの空燃比が制御される。その際、排気管３６に排出された排気ガスの正圧の脈動に応じて第２リード弁６８が開動作し、この排気ガスの一部が第３配管路５４、マニホールド部５２および第２配管路５０を介してメインエアクリーナ４０に再循環される。これにより、エンジン３２のシリンダ室の燃焼温度が下がってＮＯｘ（窒素酸化物）の発生が抑制され、排気ガスの浄化が行われる。なお、このとき、第１配管路４８は第１弁部５６によって閉塞されているため、第１リード弁６６が開動作することはない。
【００３８】
以上のように、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０によれば、制御用バルブ機構３４において、２次空気が流通する第１配管路４８と、排気ガスが流通する第２配管路５０との流通状態の切り換えを単一の駆動部であるソレノイド部３４ｂのみで行っているため、従来技術に係る排気ガス浄化装置と比較して部品点数を削減することができる。その結果、排気ガス浄化装置の低コスト化を図ることができるとともに、その構成を簡素化して小型化を図ることができる。
【００３９】
また、第１配管路４８の開閉を制御する制御用ＡＩバルブとしての第１弁部５６と、第２配管路５０の開閉を制御する制御用ＥＧＲバルブとしての第２弁部５８とを一体成形し、制御用バルブ機構３４における単一のハウジング３４ａの内部に配設することができるため、その構成を簡素化して小型化を図ることができる。なお、前記ハウジング３４ａは一体形状としてもよいし、それぞれ別体形状として一体的に組み付けてもよい。
【００４０】
さらに、弁体３４ｃを軸線方向に沿って変位させるために設けられるソレノイド部３４ｂは、その構成が単純であるため小型化を図ることができるとともに、それに伴って、低コスト化を図ることができる。
【００４１】
次に、図４および図５を参照しながら、第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置１００について説明する。なお、以下に示す第２および第３の実施形態では、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００４２】
この排気ガス浄化装置１００では、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０における制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ｂに代替して、ダイヤフラム１０８を含むエア駆動部（駆動部）１０２が備えられる。
【００４３】
このエア駆動部１０２では、ハウジング３４ａの上部に一体的に連結され、上下に分割される第１ケーシング１０４ａおよび第２ケーシング１０４ｂと、前記第２ケーシング１０４ｂの側部に連結される負圧通路１０６と、前記第１ケーシング１０４ａと第２ケーシング１０４ｂとの間に挟持されるダイヤフラム１０８と、前記ダイヤフラム１０８を上方へと押圧するスプリング１１０とからなる。
【００４４】
負圧通路１０６は図示しない負圧供給源に接続され、この負圧通路１０６を介して第２ケーシング１０４ｂの内部に負圧流体が供給される。なお、前記第１ケーシング１０４ａの内部は、開放孔１０７を介して外部（大気）と連通している。
【００４５】
また、ダイヤフラム１０８の略中央部には、孔部を介して弁軸３４ｄの上端部が挿通され、連結部材１１２によって前記弁軸３４ｄとダイヤフラム１０８とが一体的に連結されている。
【００４６】
すなわち、このような構成とすることにより、図示しない負圧供給源より負圧流体が第２ケーシング１０４ｂの内部に供給され、前記負圧流体による吸引作用によってダイヤフラム１０８がスプリング１１０の弾発力に抗して下方へと変位する（図４参照）。この場合、ダイヤフラム１０８に連結された弁軸３４ｄを介して弁体３４ｃが下方へと変位し、前記負圧流体による吸引力とスプリング１１０の弾発力とが釣り合った位置で該弁体３４ｃの変位が停止する。そして、前記弁体３４ｃの第１弁部５６が開動作して第１配管路４８を連通状態にする。その際、第２配管路５０は、第２弁部５８によって閉塞されて非連通状態となる。
【００４７】
一方、負圧供給源からの負圧流体の供給を停止することにより、図５に示されるように、ダイヤフラム１０８がスプリング１１０の弾発力によって上方へと変位する。この場合、ダイヤフラム１０８に連結された弁軸３４ｄを介して弁体３４ｃが上方へと変位し、図示しないストッパの係止作用下に該弁体３４ｃの変位が停止する。そして、前記弁体３４ｃの第２弁部５８が開動作して第２配管路５０を連通状態にする。その際、第１配管路４８は、第１弁部５６によって閉塞されて非連通状態となる。
【００４８】
この第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置１００では、負圧によって駆動するエア駆動部１０２を設け、前記エア駆動部１０２の駆動作用下に弁体３４ｃを作動させている。そのため、第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置３０に適用されたソレノイド部３４ｂと比較して、より低コスト化を図ることができる。
【００４９】
次に、図６Ａ〜図６Ｃを参照しながら、第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置１５０について説明する。
【００５０】
この排気ガス浄化装置１５０では、前述した第１の実施形態の排気ガス浄化装置３０における制御用バルブ機構３４のソレノイド部３４ｂに代替して、ハウジング３４ａの内部を軸線方向に沿って変位する弁体３４ｃの位置を、第２配管路５０のみを閉塞する下方位置（図６Ａ参照）、第１配管路４８のみを閉塞する上方位置（図６Ｃ参照）および前記第１配管路４８および第２配管路５０をともに閉塞する中間位置（図６Ｂ参照）の３位置で静止させることが可能な電磁アクチュエータ等からなるソレノイド部１５２が備えられる。
【００５１】
このような構成とすることにより、図６Ａに示されるように、弁体３４ｃの第２弁部５８で第２配管路５０が閉塞された状態において、図示しないエンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部１５２が作動される。この場合、弁体３４ｃが上方側に駆動され、第１弁部５６によって第１配管路４８が閉塞されるとともに、第２配管路５０が引き続き第２弁部５８によって閉塞されている（図６Ｂ参照）。換言すると、弁体３４ｃがハウジング３４ａの内部における略中間に位置した中間位置となり、第１配管路４８と第２配管路５０のいずれもが閉塞された全閉状態となる。
【００５２】
そして、前記エンジンコンピュータの指令に基づいて制御用バルブ機構３４のソレノイド部１５２が作動され、さらに、弁体３４ｃが上方側に駆動されることにより、第１弁部５６によって引き続き第１配管路４８が閉塞された状態が保持されるとともに、弁体３４ｃの第２弁部５８が開動作して第２配管路５０を連通状態にする（図６Ｃ参照）。
【００５３】
すなわち、エンジン３２の使用状態によっては、排気管３６への２次空気の供給、および排気管３６からの排気ガスの再循環を両方とも行わない場合があり、このとき、制御用バルブ機構３４におけるソレノイド部１５２を制御し、弁体３４ｃを、第１配管路４８および第２配管路５０を両方とも閉塞状態にするとよい（図６Ｂ参照）。
【００５４】
第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置１５０では、第１配管路４８および第２配管路５０の連通状態を、第１配管路４８のみが連通した状態、第２配管路５０のみが連通した状態、および第１配管路４８と第２配管路５０のいずれもが閉塞された状態の３段階に切り換えることが可能となる。
【００５５】
次に、図７Ａ〜図７Ｃを参照しながら、第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置２００について説明する。なお、第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置１００と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５６】
この排気ガス浄化装置２００では、前述した第２の実施形態の排気ガス浄化装置１００に対して、第１配管路４８の途中に該第１配管路４８を流通する２次空気の連通状態を切り換える補助弁２０４が設けられている。
【００５７】
さらに、この補助弁２０４は、第１配管路４８の上流側に設けてもよいし、下流側に設けてもよい。
【００５８】
この補助弁２０４は、例えば、前記補助弁２０４の内部に設けられる図示しない加熱ヒータに電流を供給することによりシャフト２０６を軸線方向に沿って駆動し、第１配管路４８の連通状態を切り換える開閉弁が採用されている。詳細には、加熱ヒータの加熱作用下に補助弁２０４内の温度が高くなると、ワックスが膨張してシャフト２０６を押圧することにより作動させている。すなわち、加熱ヒータによってワックスを加熱し、前記ワックスの膨張作用下に作動するシャフト２０６を精度よく制御することができる。
【００５９】
なお、前記シャフト２０６を作動させる手段は、前記ワックスに限定されるものではなく、熱膨張係数の異なる２種類の金属を張り合わせ、温度が上昇した際に生じる曲がり変形を利用してシャフト２０６を作動させるバイメタルを採用するようにしてもよい。
【００６０】
また、前記ワックスを加熱させるための手段として、所定温度に加熱されたエンジンの冷却水を利用するようにしてもよい。
【００６１】
このような構成とすることにより、図７Ａに示されるように、弁体３４ｃの第１弁部５６で第１配管路４８が閉塞され、第２配管路５０を介して排気ガスが流通している状態において、図示しない負圧供給源より負圧流体が第１ケーシング１０４ａの内部に供給され、前記負圧流体によってダイヤフラム１０８がスプリング１１０の弾発力に抗して上方へと変位する。この場合、ダイヤフラム１０８に連結された弁軸３４ｄを介して弁体３４ｃが上方へと変位し、前記弁体３４ｃの第１弁部５６が開動作して第１配管路４８を連通状態にする。その際、第２配管路５０は、第２弁部５８によって閉塞されているため、第２配管路５０を流通していた排気ガスの連通状態が遮断される。
【００６２】
その際、補助弁２０４における図示しない加熱ヒータに供給されていた電流を停止することにより図示しないワックスの膨張状態が解消され、シャフト２０６が上方へと変位した弁開状態となる。そのため、制御用バルブ機構３４の内部を流通する２次空気が、第１配管路４８を介して補助弁２０４の内部へと流通する（図７Ｂ参照）。
【００６３】
一方、前記第１配管路４８に２次空気が流通した状態において、補助弁２０４における図示しない加熱ヒータに電流を供給することにより、前記加熱ヒータによる加熱作用下に前記ワックスが膨張し、シャフト２０６を下方へと押圧する。
【００６４】
その結果、前記シャフト２０６によって第１配管路４８が閉塞され、該第１配管路４８を流通する２次空気の連通状態が遮断される（図７Ｃ参照）。換言すると、補助弁２０４によって第１配管路４８が閉塞されることにより、第２配管路５０および第１配管路４８が、弁体３４ｃおよび補助弁２０４とによってそれぞれ閉塞された状態となる。
【００６５】
すなわち、第１配管路４８の途中に開閉自在な補助弁２０４を設け、第１配管路４８が連通した状態で補助弁２０４によって閉塞することにより、第２配管路５０および第１配管路４８の連通状態を、第２配管路５０のみが連通した状態、第１配管路４８のみが連通した状態、および第２配管路５０と第１配管路４８のいずれもが閉塞された状態の３段階に切り換えることが可能となる。
【００６６】
すなわち、エンジン３２の使用状態によっては、排気管３６への２次空気の供給、および排気管３６からの排気ガスの再循環を両方とも行わない場合があり、このとき、補助弁２０４を制御し、第１配管路４８および第２配管路５０を両方とも閉塞状態にするとよい（図７Ｃ参照）。
【００６７】
この第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置２００では、負圧によって駆動するエア駆動部１０２を設けるとともに、第１配管路４８の途中に開閉自在な補助弁２０４を設けて該第１配管路４８の連通状態を切り換えている。そのため、ソレノイド部１５２によって弁体３４ｃを駆動している第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置１５０と比較して、より低コスト化を図ることができる。
【００６８】
次に、制御用バルブ機構３４におけるハウジング３４ａの変形例について説明する。
【００６９】
第１変形例に係るハウジング２５０では、図８に示されるように、ハウジング２５０の外周面に配設される第１配管路４８と、前記ハウジング２５０の外周面における第１配管路４８の下方に配設され、排気ガスを再循環する第２配管路５０との間に第１開口部２５２が形成されている。この第１開口部２５２は、ハウジング２５０の外周面に沿って所定間隔離間して複数形成され、ハウジング２５０の外部と内部とを貫通する構造としている。
【００７０】
このような構造とすることにより、ハウジング２５０の内部に第１開口部２５２を介して外気を導入することができるため、第２配管路５０を流通する排気ガスによって熱せられた弁体２５４を好適に冷却することができる。その際、第１開口部２５２が第１配管路４８と第２配管路５０との間に設けられているため、第２弁部５８に排気ガスによって付与された熱が、該第２弁部５８側から第１弁部５６側へと伝熱されることを防止することができる。
【００７１】
なお、弁体２５４における第１開口部２５２に対峙する外周面に、所定径だけ縮径した凹部２５６を設けることにより、ハウジング２５０の内部に導入される外気の量を増大させることができる。そのため、弁体２５４を一層好適に外気に曝して弁体２５４の冷却効果を向上させることができる。
【００７２】
また、この第１変形例に係るハウジング２５０は、弁体２５４を駆動させる制御用バルブ機構３４における駆動部がソレノイド部３４ｂ、１５２である場合に適用してもよいし、エア駆動部１０２（図４および図５参照）である場合に適用してもよい。
【００７３】
第２変形例に係るハウジング３００では、図９に示されるように、ハウジング３００の外周面に配設される第１配管路４８と、前記ハウジング３００の上部に配設されるソレノイド部３４ｂ、１５２（図６Ａ〜図６Ｃ参照）、またはエア駆動部１０２（図４および図５参照）との間に第２開口部３０２が形成されている。この第２開口部３０２は、ハウジング３００の外周面に沿って所定間隔離間して複数形成され、前記ハウジング３００の外部と内部とを貫通する構造としている。
【００７４】
このような構造とすることにより、ハウジング３００の内部に第２開口部３０２を介して外気を導入することができるため、第２配管路５０を流通する排気ガスによって熱せられた弁体２５４を好適に冷却することができる。その際、第２開口部３０２がソレノイド部３４ｂ、１５２または前記エア駆動部１０２と第１配管路４８との間に設けられているため、第２弁部５８に排気ガスによって付与された熱が、ソレノイド部３４ｂ、１５２または前記エア駆動部１０２へと伝熱されることを防止することができる。
【００７５】
また、この第２変形例に係るハウジング３００は、弁体２５４を駆動させる制御用バルブ機構３４における駆動部がソレノイド部３４ｂ、１５２である場合に適用してもよいし、エア駆動部１０２である場合に適用してもよい。
【００７６】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果が得られる。
【００７７】
すなわち、第１配管路に配設される制御用ＡＩバルブと、第２配管路に配設される制御用ＥＧＲバルブとを、単一のハウジングの内部に設け、該制御用ＡＩバルブと制御用ＥＧＲバルブとを駆動部の駆動作用下に一体的に駆動制御させることにより、排気ガス浄化装置の小型化と低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る排気ガス浄化装置が適用されるエンジンの概略構成説明図である。
【図２】前記排気ガス浄化装置の内部に２次空気が流通した状態を示す縦断面説明図である。
【図３】図２の排気ガス浄化装置の内部に排気ガスが流通した状態を示す縦断面説明図である。
【図４】第２の実施形態に係る排気ガス浄化装置の内部に２次空気が流通した状態を示す縦断面説明図である。
【図５】図４の排気ガス浄化装置の内部に排気ガスが流通した状態を示す縦断面説明図である。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、第３の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面動作説明図である。
【図７】図７Ａ〜図７Ｃは、第４の実施形態に係る排気ガス浄化装置の縦断面動作説明図である。
【図８】第１配管路と第２配管路との間に第１開口部が設けられたハウジングの第１変形例を示す縦断面説明図である。
【図９】ソレノイド部と第１配管路との間に第２開口部が設けられたハウジングの第２変形例を示す縦断面説明図である。
【図１０】従来技術に係る排気浄化用バルブ装置の説明図である。
【符号の説明】
３０、１００、１５０、２００…排気ガス浄化装置
３２…エンジン（内燃機関） ３３…排気系
３４…制御用バルブ機構 ３４ａ、２５０、３００…ハウジング
３４ｂ、１５２…ソレノイド部 ３４ｃ、２５４…弁体
３５…吸気系 ３６…排気管
３８…触媒装置 ４０…メインエアクリーナ
４２…吸気管 ４４…スロットルバルブ
４６…サブエアクリーナ ４８…第１配管路
５０…第２配管路 ５２…マニホールド部
５４…第３配管路 ５６…第１弁部
５８…第２弁部 ６６…第１リード弁
６８…第２リード弁 １０２…エア駆動部
２５２…第１開口部 ３０２…第２開口部
Claims (3)
- 内燃機関の排気系に２次空気を供給する第１配管路に配設される制御用ＡＩバルブと、
前記排気系から前記内燃機関の吸気系に排気ガスを再循環させる第２配管路に配設される制御用ＥＧＲバルブと、
前記制御用ＡＩバルブと前記制御用ＥＧＲバルブとをそれぞれ駆動させる単一の駆動部と、
前記第１配管路と前記第２配管路とを集約し、それぞれ前記排気系に接続するマニホールド部と、
を備え、
前記制御用ＡＩバルブは、前記駆動部と前記制御用ＥＧＲバルブとの間に設けられ、単一のハウジングの内部に設けられた前記制御用ＡＩバルブと前記制御用ＥＧＲバルブとからなる制御用バルブ機構が、前記マニホールド部とは別体で該マニホールド部から吸気系側に離間して配置されると共に、前記第１配管路および第２配管路が、前記マニホールド部から前記制御用バルブ機構に向けて同一方向に延在していることを特徴とする排気ガス浄化装置。 - 請求項１記載の排気ガス浄化装置において、
前記制御用ＡＩバルブと前記制御用ＥＧＲバルブとの間、または、前記制御用ＡＩバルブと前記駆動部との間に、前記ハウジングを貫通する開口部を設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。 - 請求項１又は２記載の排気ガス浄化装置において、
前記マニホールド部に、前記第１配管路と接続される第１チェック弁と、前記第２配管路に接続される第２チェック弁とを設け、前記第１チェック弁および第２チェック弁は、それぞれの流通方向が互いに逆向きになるように設けられることを特徴とする排気ガス浄化装置。
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| JP2003126355A JP3984927B2 (ja) | 2003-05-01 | 2003-05-01 | 排気ガス浄化装置 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2012052449A (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Isuzu Motors Ltd | リード弁及びこのリード弁を用いた吸排気システム |
-
2003
- 2003-05-01 JP JP2003126355A patent/JP3984927B2/ja not_active Expired - Lifetime
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