JP2004332686A - 内燃機関の排気通路切替え装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】部品構成を少なくし小型化を図ることができるとともに、固渋不具合の発生を低減し信頼性の向上を図ることができる内燃機関の排気通路切替え装置を提供する。
【解決手段】主排気通路９に設けた排気タービン装置１１と、その下流側に設けた触媒装置１２と、排気タービン装置１１の上流側から分岐され触媒装置１２の上流側で合流する副排気通路１３とを有するエンジン１の排気系に設けた排気通路切替え装置１４において、内燃機関側連通部１７Ａ、タービン側連通部１７Ｂ、触媒側連通部１７Ｃを備えたボディ部材１７と、タービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに当接可能な第１の弁体１９と、触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ｂに当接可能な第２の弁体２０と、一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０を回動させて主排気通路９及び副排気通路１３のうち一方を開通状態、他方を閉塞状態とするように選択的に切り替えるステー部材２１とを備える。
【選択図】 図１
【解決手段】主排気通路９に設けた排気タービン装置１１と、その下流側に設けた触媒装置１２と、排気タービン装置１１の上流側から分岐され触媒装置１２の上流側で合流する副排気通路１３とを有するエンジン１の排気系に設けた排気通路切替え装置１４において、内燃機関側連通部１７Ａ、タービン側連通部１７Ｂ、触媒側連通部１７Ｃを備えたボディ部材１７と、タービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに当接可能な第１の弁体１９と、触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ｂに当接可能な第２の弁体２０と、一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０を回動させて主排気通路９及び副排気通路１３のうち一方を開通状態、他方を閉塞状態とするように選択的に切り替えるステー部材２１とを備える。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に係わり、特に、排気を過給機用排気タービン装置に導入する主排気通路と過給機用排気タービン装置を介さないで触媒装置に導入する副排気通路との分岐部に設けた内燃機関の排気通路切替え装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用エンジン等の内燃機関では、より大量の空気を内燃機関の気筒内に吸入するために排気タービン過給機（ターボチャージャ）が用いられる場合がある。この排気タービン過給機は、一般に、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を導入する渦状流路を内部に設けたタービンハウジング及びこのタービンハウジングの径方向中心部に設けた排気タービンとを配置した排気タービン装置と、内燃機関の吸気通路に吸気タービンを配置した吸気タービン装置と、これら排気タービン及び吸気タービンを連結するシャフトとを備えている。そして、内燃機関の排気が導入され排気タービンが回転駆動されると、シャフトを介して吸気タービンが回転駆動されて吸気通路内の空気が圧縮されるので、より大量の空気を内燃機関の気筒内に導入するようになっている。
【０００３】
従来、上記内燃機関の排気系において、上記排気タービン装置の下流側に排気浄化処理用の触媒装置を設けた構造が知られている。この触媒装置は、触媒担体に担持した触媒をエンジンからの排気熱により活性化温度以上に加熱して触媒作用を起こし、排気中の有害成分を浄化処理するようになっている。
【０００４】
ここで、上記排気タービンの回転駆動は排気の圧力及び熱エネルギーによって行われるため、排気タービン装置を通過した排気の温度は約１００℃程度低下することが知られている。また、近年排気中の有害成分の排出規制が厳しくなるに従い、アイドリング運転等のエンジン低速域（低回転域）からの排気浄化処理（触媒活性化）が要求されている。ところが、エンジン低速域においては、排気温度の絶対値が低く、さらに排気熱が触媒装置までの排気通路（例えば圧肉構造で鋳鉄製のタービンハウジング等）の昇温に費やされてしまうため、触媒装置に導入された排気温度が触媒活性化に十分な温度に達しない場合がある。
【０００５】
これに対応し、例えば、排気タービン装置の下流側に設けた主触媒と、この主触媒より上流側で排気タービン装置をバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路に設けた小型の補助触媒と、バイパス通路に設けられ補助触媒の上流側に配置した第１の開閉バルブと、排気タービン装置側の排気通路に設けられ排気タービン装置の下流側かつバイパス通路合流部の上流側に配置した第２の開閉バルブと、主触媒の温度状態を検出する例えば温度センサと、この温度センサの検出信号に応じて主触媒が所定温度（活性化に十分な温度）に達するまではバイパス通路を開通させ、所定温度に達したときには排気タービン装置側の排気通路を開通させるように第１及び第２の開閉バルブを開閉制御するコントロールユニットとを備えた排気装置が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３０９０５３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下の課題が存在する。
すなわち、上記従来技術では、排気タービン装置側の排気通路及びバイパス通路にそれぞれ第１及び第２の開閉バルブ（明確には記載されていないが、例えばバタフライ弁等）を設けた構造であるから、第１及び第２の開閉バルブをそれぞれ小型化するにしても、その小型化には限界があった。また、バタフライ弁等の開閉バルブでは、内燃機関の排気熱により９００℃を超える高温環境下において固渋不具合等が発生する可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、部品構成を少なくして小型化を図ることができるとともに、固渋不具合の発生を低減し信頼性の向上を図ることができる内燃機関の排気通路切替え装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関の排気が導入される主排気通路に設けた過給機用排気タービン装置と、主排気通路のうち前記過給機用排気タービン装置の下流側に設けた触媒装置と、前記主排気通路のうち前記過給機用排気タービン装置より上流側から分岐されるとともに前記過給機用排気タービン装置を介すことなく前記触媒装置より上流側で合流する副排気通路とを有する内燃機関の排気系の前記主排気通路と前記副排気通路との分岐部に設けた内燃機関の排気通路切替え装置において、前記主排気通路を介し前記内燃機関側に連通する内燃機関側連通部、前記主排気通路を介し前記排気タービン装置側に連通するタービン側連通部、前記副排気通路を介し前記触媒装置側に連通する触媒側連通部を備えたボディ部材と、このボディ部材の前記タービン側連通部に設けた弁座部に当接して前記タービン側連通部を閉塞可能な第１の弁体と、この第１の弁体に一体的に取り付けられ、前記触媒側連通部に設けた弁座部に当接して前記触媒側連通部を閉塞可能な第２の弁体と、その一方側に前記一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体が設けられるとともにその他方側が前記ボディ部材に回動可能に接続され、前記第１及び第２の弁体を回動させて前記主排気通路及び前記副排気通路のうち一方を開通状態とするとともに他方を閉塞状態とするように選択的に切り替えるステー部材とを備える。
【００１０】
本発明においては、ステー部材の他方側を回転中心として一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体を回動し、第１の弁体がタービン側連通部の弁座部に当接するときには、主排気通路を閉塞状態とするとともに副排気通路を開通状態とし、第２の弁体が触媒側連通部の弁座部に当接するときには、主排気通路を開通状態とするとともに副排気通路を閉塞状態とする。このような切替え動作により、例えばバタフライ弁等の開閉バルブに比べ、内燃機関の排気による高温環境下でも固渋不具合の発生を低減し、信頼性の向上を図ることができる。また、例えばバタフライ弁等の開閉バルブを主排気通路及び副排気通路にそれぞれ設けた構造よりも、部品構成を少なくして小型化を図ることができる。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１及び第２の弁体は、対応する前記弁座部に当接する着座面とその背面部に設けた凸状ロッド部とをそれぞれ有し、前記ステー部材は、その一方側に前記タービン側連通部の前記弁座部に前記第１の弁体の前記着座面が当接するときに前記第１の弁体の前記背面部に当接する第１接面部と、前記触媒側連通部の前記弁座部に前記第２の弁体の前記着座面が当接するときに前記第２の弁体の前記背面部に当接する第２接面部とを有し、かつ前記第１又は第２の弁体の前記背面部との間に所定の隙間を形成しながら前記第１又は第２の弁体の前記ロッド部に係止されている。
【００１２】
このように、ステー部材の一方側を第１又は第２の弁体の背面部との間に所定の隙間を形成しながら第１又は第２の弁体のロッド部に係止することにより、第１及び第２の弁体がその軸方向に所定の隙間分だけ摺動することが可能となる。また、タービン側連通部の弁座部に第１の弁体の着座面が当接するときには、ステー部材の第１接面部が第１の弁体の背面部に当接して第１の弁体をタービン側連通部の弁座部に押さえつけ、触媒側連通部の弁座部に第２の弁体の着座面が当接するときには、ステー部材の第２接面部が第２の弁体の背面部に当接して第２の弁体を触媒側連通部の弁座部に押さえつける。したがって、例えば内燃機関の脈動等が作用する場合でも、第１又は第２の弁体の着座面と対応する弁座部とが当接した状態を確実に維持することができる。
【００１３】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記第１及び第２の弁体のうち少なくとも一方の前記着座面は略長円形状に形成され、対応する前記ボディ部材の前記弁座部は略長円形状に形成されている。
【００１４】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体の周方向変位を抑制する変位抑制手段をさらに備える。
【００１５】
これにより、第１及び第２の弁体の周方向変位を抑制するので、周方向変位により第１及び第２の弁体の例えば略長円形状の着座面とこれに対応する例えば略長円形状の弁座部との間に隙間が発生するのを防止することができる。したがって、第１及び第２の弁体の着座面が対応する弁座部に隙間なく当接して、タービン側連通部及び触媒側連通部を確実に閉塞状態にすることができる。
【００１６】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部は、前記ステー部材の前記一方側に形成された貫通孔に挿通係止され、前記第１及び第２の弁体のうち他方の前記ロッド部は、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部に形成された貫通孔に挿通係止され、前記変位抑制手段は、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部の外周側に設けた第１の平坦部と、前記ステー部材の前記貫通孔に設けられ、前記第１の平坦部に嵌合する第２の平坦部とを備える。
【００１７】
（６）上記（２）〜（５）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記第１及び第２の弁体は、その前記ロッド部どうしが溶接接合若しくは加締め接合で連結された構造である。
【００１８】
（７）上記（５）において、好ましくは、前記第１及び第２の弁体は、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部の前記貫通孔に前記第１及び第２の弁体のうち他方の前記ロッド部が圧入された後、前記第１及び第２の弁体の前記ロッド部どうしが溶接接合若しくは加締め接合で連結された構造である。
【００１９】
（８）上記（１）〜（７）のいずれか１つにおいて、好ましくは、少なくとも前記第１及び第２の弁体は、周囲温度９００℃における引っ張り強さが２００ＭＰａ以上である材質で形成されている。
【００２０】
（９）上記（１）〜（８）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記ステー部材の前記他方側に溶接接合され、前記ステー部材が回動するときの回転軸となる軸部材をさらに備える。
【００２１】
例えばステー部材及び軸部材を一体成型したもので組み立てる場合、ステー部材の一方側に第１及び第２の弁体を係止するとともに、ステー部材の他方側の軸部材をボディ部材の貫通孔に内部から挿入する必要が生じる。このような組立構造から、第１及び第２の弁体、ステー部材、軸部材との干渉を回避するためにボディ部材を必要以上に大型化することとなる。そこで本発明では、ステー部材と軸部材とを別部品とすることで、例えば軸部材をボディ部材の貫通孔に外部から挿入した後、この軸部材とボディ部材内に配置したステー部材の他方側とを溶接接合することが可能となる。したがって、干渉を回避するための制約（軸部材の軸方向寸法とボディ部材内の空間寸法との関係）を受けず、ボディ部材の小型化を図ることができる。
【００２２】
（１０）上記（９）において、好ましくは、前記軸部材は、前記ボディ部材を貫通する貫通孔に挿入された後、前記ステー部材の前記他方側に溶接接合された構造である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図２は、本発明の内燃機関の排気通路切替え装置が適用された過給機付き内燃機関の概略構成を表す図である。
【００２５】
この図２において、内燃機関のエンジン１と、このエンジン１に空気を吸入する吸気系２と、エンジン１からの排気を排出する排気系３と、これら吸気系２及び排気系３に設けた排気タービン過給機４（ターボチャージャ）とが備えられている。
【００２６】
吸気系２は、エアクリーナ５を介して空気を導入する吸気通路６と、この吸気通路６のうちエンジン１の各気筒（図示せず）に空気を導入する吸気マニホールド７と、吸気通路６に吸気タービン（図示せず）を配置した過給機用吸気タービン装置（コンプレッサ）８とを備えている。
【００２７】
排気系３は、エンジン１の排気が導入される主排気通路９と、この主排気通路９のうちエンジン１の各気筒からの排気を集合する排気マニホールド１０と、主排気通路９に排気タービン（図示せず）を配置した過給機用排気タービン装置１１と、主排気通路９のうち排気タービン装置１１より下流側に設けた触媒装置１２と、主排気通路９のうち排気タービン装置１１より上流側から分岐されるとともに排気タービン装置１１を介すことなく触媒装置１２より上流側で合流する副排気通路１３と、主排気通路９と副排気通路１３との分岐部に設けた排気通路切替え装置１４と、この排気通路切替え装置１４を切替え制御するための切替え制御装置１５とを備えている。
【００２８】
排気タービン過給機４は、上記吸気タービン装置８と、上記排気タービン装置１１と、上記吸気タービンと上記排気タービンとを連結するシャフト１６とを備えている。そして、エンジン１からの排気が排気タービン装置１１に導入され排気タービンが回転駆動されると、シャフト１６を介して吸気タービンが回転駆動されて吸気通路６内の空気が圧縮されて、より大量の空気をエンジン１の各気筒内に導入するようになっている。
【００２９】
触媒装置１２は、触媒担体（図示せず）に担持した触媒をエンジン１からの排気熱により活性化温度以上に加熱して触媒作用を起こし、排気中の有害成分を浄化処理するようになっている。そして、触媒装置１２を通過した排気が、消音器等（図示せず）を介し大気へと放出されるようになっている。
【００３０】
切替え制御装置１５は、エンジン１の運転状態又はこれに対応する状態量（例えば、エンジンの回転数及び負荷、吸気通路６内の圧力等）を検出する検出器（図示せず）からの検出信号を入力し、この検出信号に応じて排気通路切替え装置１４を切替え制御するようになっている（詳細は後述）。
【００３１】
図１は、上記排気通路切替え装置１４の一実施形態の詳細構造を表す断面図であり、図３は、図１中断面ＩＩＩ−ＩＩＩによる断面図である。
【００３２】
これら図１及び図３において、排気通路切替え装置１４は、上記主排気通路９を介し上記エンジン１側に連通する内燃機関側連通部１７Ａ、主排気通路９を介し上記排気タービン装置１１側に連通するタービン側連通部１７Ｂ、上記副排気通路１３を介し上記触媒装置１２側に連通する触媒側連通部１７Ｃを備えたボディ部材１７と、このボディ部材１７のタービン側連通部１７Ｂに設けた弁座部１８Ａに当接してタービン側連通部１７Ｂを閉塞可能な第１の弁体１９と、この第１の弁体１９に一体的に取り付けられ、触媒側連通部１７Ｃに設けた弁座部１８Ｂに当接して触媒側連通部１７Ｃを閉塞可能な第２の弁体２０と、一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０をその一方側（図１中左上側、図３中上側）に設けたステー部材２１と、このステー部材２１の他方側（図１中右下側、図３中下側）に接合された断面が例えば略円形状の軸部材２２とを備えている。
【００３３】
軸部材２２は、ボディ部材１７に貫通して設けた筒状のスリーブ部材１７Ｄの貫通孔（内径部）１７Ｄａに挿通されており、ボディ部材１７より突出した軸部材２２の一端側（図３中左側）にはリンク部材２３が取り付けられている。このリンク部材２３は、そのロッド部２３ａが上記切替え制御装置１５に接続された連結部材（図示せず）に係止され、切替え制御装置１５による駆動力を伝達して軸部材２２を回転させるようになっている。
【００３４】
そして、上記切替え制御装置１５は、軸部材２２を回転軸としてステー部材２１を回動駆動させることにより、第１の弁体１９の着座面１９ａがタービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに当接されるか（図３に示す状態）、あるいは第２の弁体２０の着座面２０ａが触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ｂに当接されるかを選択的に切り替えるようになっている。なお、第１及び第２の弁体１９，２０の着座面１９ａ，２０ａと対応する弁座部１８Ａ，１８Ｂは、例えば略円形状または通路面積を確保するために略長円形状等に形成されている。
【００３５】
図４は、上記第１及び第２の弁体１９，２０、上記ステー部材２１、上記軸部材２２の全体構造を表す図であり、図５は、図４中断面Ｖ−Ｖによる断面図であり、図６は、図５中断面ＶＩ−ＶＩによる断面図である。図７は、ステー部材２１及び軸部材２２の全体構造を表す図であり、図８は、図７中断面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩによる断面図である。
【００３６】
これら図４〜図８において、上記第１の弁体１９は、上記着座面１９ａと、その背面部１９ｂに設けた凸状のロッド部１９ｃと、このロッド部１９ｃの中央軸方向（図５中左右方向）に貫通した貫通孔１９ｄとを備えている。上記第２の弁体２０は、上記着座面２０ａと、その背面部２０ｂに設けた凸状のロッド部２０ｃとを備えている。
【００３７】
そして、第１の弁体１９のロッド部１９ｃがステー部材２２の一方側（図５中上側）に形成された貫通孔２２ａに挿通係止され、第２の弁体２０のロッド部２０ｃが第１の弁体１９の貫通孔１９ｄに例えば圧入された後、第２の弁体２０のロッド部２０ｃの先端側（図５中右側）と第１の弁体１９とが溶接接合若しくは加締め接合されている。これにより、第１及び第２の弁体１９，２０が一体的に取り付けられ、第１及び第２の弁体１９，２０のロッド部１９ｃ，２０ｃがステー部材２１に係止されている。
【００３８】
このとき、第１の弁体１９の背面部１９ｂと第２の弁体２０の背面部２０ｂとの間の距離ｄ１は、ステー部材２２の一方側の厚み寸法（図５中左右方向寸法）ｄ２よりも大きくなっている。これにより、第１及び第２の弁体１９，２０は、軸方向（図５中左右方向）に隙間寸法（ｄ１−ｄ２）ぶんだけ摺動可能としている。
【００３９】
また、ステー部材２１は、その第１の弁体１９側（図５中右側）に第１の弁体１９の背面部１９ｂと当接可能な例えば環状の第１接面部２１ｂが突出して設けられ、その第２の弁体２０側（図５中右側）に第２の弁体２０の背面部２０ｂと当接可能な例えば環状の第２接面部２１ｃが突出して設けられている。そして、第１の弁体１９の着座面１９ａがタービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに当接するときには、ステー部材２１の第１接面部２１ｂが第１の弁体１９ａの背面部１９ｂに当接し、第２の弁体２０の着座面２０ａが触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ｂに当接するときには、ステー部材２１の第２接面部２１ｃが第２の弁体２０ａの背面部２０ｂに当接するようになっている。なお、ステー部材２１の第１及び第２接面部２１ｂ，２１ｃを例えば突出して設けないで平面とし、対応する第１及び第２の弁体１９，２０の背面部１９ｂ，２０ｂに突出部を設けてもよい。
【００４０】
また、第１の弁体１９のロッド部１９ｃの外周側には、その一部を切り欠いた少なくとも１つ（図６に示すように、本実施形態では２つ）の平坦部１９ｃＡが形成され、ステー部材２１の貫通孔２１ａには、平坦部１９ｃＡに対応する平坦部２１ａＡが形成されている。これにより、第１の弁体１９のロッド部１９ｃがステー部材２１の貫通孔２１ａに嵌合されて回転しないようになっている。
【００４１】
本願発明者らが上記第１及び第２の弁体１９，２０等の発生応力を、エンジン１の排気脈動による振動、タービン側連通部１７Ｂ又触媒側連通部１７Ｃを閉塞するための押し付け力、軸部材に発生するねじり力等を考慮して試算した結果、発生応力が１００ＭＰａ程度まで達することがわかった。また。上記第１及び第２の弁体１９，２０はエンジン１の排気による高温環境下にあり、本願発明者らの実験により例えば排気温度９６０℃において最大応力発生部は９００℃に達することがわかった。このことから例えば安全率＝２とすると、第１及び第２の弁体１９，２０は、好ましくは、例えば周囲温度９００℃における破断強度が２００ＭＰａ程度の材質（例えばＮｉ基の耐熱合金等）で形成している。
【００４２】
次に、上記ステー部材２１及び上記軸部材２２の組立方法について説明する。
【００４３】
図９は、図１中矢印ＩＸの方向から見た矢視図であり、図１０は、上記ステー部材２１及び上記軸部材２２の組立方法を説明する分解図である。
【００４４】
これら図９及び図１０において、ボディ部材１７には上記スリーブ部材１７Ｄが一体構成され、軸部材２２にはリンク部材２３が一体構成されている。ステー部材２１の他方側（図９及び図１０中左側）には軸部材２２を挿入するための挿入穴２１ｄが形成されており、この挿入穴２１ｄの外周側には軸部材２２を溶接接合するための貫通溶接窓２１ｅが形成されている。
【００４５】
これらボディ部材１７、軸部材２２、ステー部材２１の組立においては、まず一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０、ステー部材２１をボディ部材１７の内燃機関側連通部１７Ａに配置した状態で、軸部材２２の他端側（リンク部材２３側とは反対側、図１０中下側）をスリーブ部材１７Ｄの貫通孔１７Ｄａに外部から挿通した後、ステー部材２１の挿入穴２１ｄに挿入する。そして、ステー部材２１と軸部材２２との相対的な配置を調整後、ステー部材２１の貫通溶接窓２１ｅにて軸部材２２との溶接接合を行う。
【００４６】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
【００４７】
例えばエンジン１の低速域において排気温度が比較的低い場合は、切替え制御装置１５により連結部材及びリンク部材２３等を介して軸部材２２が回転駆動され、この軸部材２２を回転中心としてステー部材２１と一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０を回動し、第１の弁体１９の着座面１９ａがボディ部材１７のタービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに当接される。これにより、主排気通路９を閉塞状態とするとともに副排気通路１３を開通状態とするので、排気全量が副排気通路１３を介し触媒装置１２に導入される。したがって、排気熱が排気タービン装置１１を構成するタービンハウジング等の昇温に費やされないで、排気が触媒装置１２に導入される。
【００４８】
一方、エンジン１の高速域において排気温度が比較的高い場合は、切替え制御装置１５により連結部材及びリンク部材２３等を介して軸部材２２が回転駆動され、この軸部材２２を回転中心としてステー部材２１と一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０を回動し、第２の弁体２０の着座面２０ａがボディ部材１７の触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ｂに当接される。これにより、主排気通路９を開通状態とするとともに副排気通路１３を閉塞状態とするので、排気全量が排気タービン装置１１に導入される。そして、排気タービン及び吸気タービンが回転駆動され吸気通路６内の空気を圧縮して、より大量の空気をエンジン１の各気筒内に導入するとともに、排気タービン装置１１からの排気が触媒装置に導入される。
【００４９】
このように本実施形態では、軸部材２２を回転中心として一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０を回動して、主排気通路９及び副排気通路１３のうち一方を開通状態とするとともに他方を閉塞状態とする。このような切替え動作により、例えばバタフライ弁等の開閉バルブに比べ、エンジン１の排気による高温環境下でも固渋不具合の発生を低減し、信頼性の向上を図ることができる。また、例えば第１及び第２の弁体１９，２０を主排気通路９及び副排気通路１３にそれぞれ個別に設けた構造よりも、部品構成を少なくして小型化を図ることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、ステー部材２１の一方側を第１又は第２の弁体１９，２０の背面部１９ｂ，２０ｂとの間に所定の隙間寸法（ｄ１−ｄ２）を形成しながら第１又は第２の弁体１９，２０のロッド部１９ｃ，２０ｃに係止している。これにより、第１及び第２の弁体１９，２０がその軸方向に所定の隙間寸法（ｄ１−ｄ２）ぶんだけ摺動することが可能となる。また、タービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに第１の弁体１９の着座面１９ａが当接するときには、ステー部材２１の第１接面部２１ｂが第１の弁体１９の背面部１９ｂに当接して第１の弁体１９をタービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに押さえつけ、触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ａに第２の弁体２０の着座面２０ａが当接するときには、ステー部材２１の第２接面部２１ｃが第２の弁体２０の背面部２０ｂに当接して第２の弁体２０を触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ｂに押さえつける。したがって、例えばエンジン１の脈動等が作用する場合でも、第１又は第２の弁体１９，２０の着座面１９ａ，２０ａと対応する弁座部１８Ａ，１８Ｂとが当接した状態を確実に維持することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、第１の弁体１９のロッド部１９ｃに形成された平坦部１９ｃＡと、ステー部材２１の貫通孔２１ａに形成された平坦部２１ａＡが嵌合して周方向変位（回転）を抑制するので、周方向変位により第１及び第２の弁体１９，２０の着座面１９ａ，２０ａと対応する弁座部１８Ａ，１８Ｂとの間に隙間が発生するのを防止することができる。これにより、第１及び第２の弁体１９，２０の着座面１９ａ，２０ａが対応する弁座部１８Ａ，１８Ｂに隙間なく当接して、タービン側連通部１７Ｂ及び触媒側連通部１７Ｃを確実に閉塞状態にすることができる。
【００５２】
例えばステー部材２１及び軸部材２２を一体成型したもので組み立てる場合、ステー部材２１の一方側に第１及び第２の弁体１９，２０を係止するとともに、ステー部材２１の他方側の軸部材２２をスリーブ部材１７Ｄの貫通孔１７Ｄａに内部から挿入する必要が生じる。このような組立構造から、第１及び第２の弁体１９，２０、ステー部材２１、軸部材２２との干渉を回避するためにボディ部材１７を必要以上に大型化することとなる。そこで本実施形態では、ステー部材２１と軸部材２２とを別部品とし、軸部材２２をスリーブ部材１７Ｄの貫通孔１７Ｄａに外部から挿入した後、この軸部材２２とボディ部材１７の燃料機関側連通部１７Ａに配置したステー部材２１とを溶接接合する。これにより、干渉を回避するための制約（軸部材２１の軸方向寸法Ｌ１とボディ部材１７内の空間寸法Ｌ２との関係）を受けず、ボディ部材１７の小型化を図ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、部品構成を少なくして小型化を図ることができるとともに、固渋不具合の発生を低減し信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態の詳細構造を表す断面図である。
【図２】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態が適用された過給機付き内燃機関の概略構成を表す図である。
【図３】図１中断面ＩＩＩ−ＩＩＩによる断面図である。
【図４】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態を構成する第１及び第２の弁体、ステー部材、軸部材の全体構造を表す図である。
【図５】図４中断面Ｖ−Ｖによる断面図である。
【図６】図５中断面ＶＩ−ＶＩによる断面図である。
【図７】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態を構成するステー部材及び軸部材の全体構造を表す図である。
【図８】図７中断面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩによる断面図である。
【図９】図１中矢印ＩＸの方向から見た矢視図である。
【図１０】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態を構成するステー部材及び軸部材の組立方法を説明する分解図である。
【符号の説明】
１ エンジン
３ 排気系
９ 主排気通路
１１ 排気タービン装置
１２ 触媒装置
１３ 副排気通路
１４ 排気通路切替え装置
１７ ボディ部材
１７Ａ 内燃機関側連通部
１７Ｂ タービン側連通部
１７Ｃ 触媒側連通部
１７Ｄａ 貫通孔
１８Ａ タービン側連通部の弁座部
１８Ｂ 触媒側連通部の弁座部
１９ 第１の弁体
１９ａ 第１の弁体の着座面
１９ｂ 第１の弁体の背面部
１９ｃ 第１の弁体のロッド部
１９ｃＡ 第１の弁体のロッド部の平坦部（第１の平坦部）
１９ｄ 第１の弁体の貫通孔
２０ 第２の弁体
２０ａ 第２の弁体の着座面
２０ｂ 第２の弁体の背面部
２０ｃ 第２の弁体のロッド部
２１ ステー部材
２１ａ ステー部材の貫通孔
２１ａＡ ステー部材の貫通孔の平坦部（第２の平坦部）
２１ｂ ステー部材の第１接面部
２１ｃ ステー部材の第２接面部
２２ 軸部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の排気系に係わり、特に、排気を過給機用排気タービン装置に導入する主排気通路と過給機用排気タービン装置を介さないで触媒装置に導入する副排気通路との分岐部に設けた内燃機関の排気通路切替え装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用エンジン等の内燃機関では、より大量の空気を内燃機関の気筒内に吸入するために排気タービン過給機（ターボチャージャ）が用いられる場合がある。この排気タービン過給機は、一般に、内燃機関の排気通路に設けられ、排気を導入する渦状流路を内部に設けたタービンハウジング及びこのタービンハウジングの径方向中心部に設けた排気タービンとを配置した排気タービン装置と、内燃機関の吸気通路に吸気タービンを配置した吸気タービン装置と、これら排気タービン及び吸気タービンを連結するシャフトとを備えている。そして、内燃機関の排気が導入され排気タービンが回転駆動されると、シャフトを介して吸気タービンが回転駆動されて吸気通路内の空気が圧縮されるので、より大量の空気を内燃機関の気筒内に導入するようになっている。
【０００３】
従来、上記内燃機関の排気系において、上記排気タービン装置の下流側に排気浄化処理用の触媒装置を設けた構造が知られている。この触媒装置は、触媒担体に担持した触媒をエンジンからの排気熱により活性化温度以上に加熱して触媒作用を起こし、排気中の有害成分を浄化処理するようになっている。
【０００４】
ここで、上記排気タービンの回転駆動は排気の圧力及び熱エネルギーによって行われるため、排気タービン装置を通過した排気の温度は約１００℃程度低下することが知られている。また、近年排気中の有害成分の排出規制が厳しくなるに従い、アイドリング運転等のエンジン低速域（低回転域）からの排気浄化処理（触媒活性化）が要求されている。ところが、エンジン低速域においては、排気温度の絶対値が低く、さらに排気熱が触媒装置までの排気通路（例えば圧肉構造で鋳鉄製のタービンハウジング等）の昇温に費やされてしまうため、触媒装置に導入された排気温度が触媒活性化に十分な温度に達しない場合がある。
【０００５】
これに対応し、例えば、排気タービン装置の下流側に設けた主触媒と、この主触媒より上流側で排気タービン装置をバイパスするバイパス通路と、このバイパス通路に設けた小型の補助触媒と、バイパス通路に設けられ補助触媒の上流側に配置した第１の開閉バルブと、排気タービン装置側の排気通路に設けられ排気タービン装置の下流側かつバイパス通路合流部の上流側に配置した第２の開閉バルブと、主触媒の温度状態を検出する例えば温度センサと、この温度センサの検出信号に応じて主触媒が所定温度（活性化に十分な温度）に達するまではバイパス通路を開通させ、所定温度に達したときには排気タービン装置側の排気通路を開通させるように第１及び第２の開閉バルブを開閉制御するコントロールユニットとを備えた排気装置が提唱されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特許第３０９０５３６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には、以下の課題が存在する。
すなわち、上記従来技術では、排気タービン装置側の排気通路及びバイパス通路にそれぞれ第１及び第２の開閉バルブ（明確には記載されていないが、例えばバタフライ弁等）を設けた構造であるから、第１及び第２の開閉バルブをそれぞれ小型化するにしても、その小型化には限界があった。また、バタフライ弁等の開閉バルブでは、内燃機関の排気熱により９００℃を超える高温環境下において固渋不具合等が発生する可能性がある。
【０００８】
本発明の目的は、部品構成を少なくして小型化を図ることができるとともに、固渋不具合の発生を低減し信頼性の向上を図ることができる内燃機関の排気通路切替え装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、内燃機関の排気が導入される主排気通路に設けた過給機用排気タービン装置と、主排気通路のうち前記過給機用排気タービン装置の下流側に設けた触媒装置と、前記主排気通路のうち前記過給機用排気タービン装置より上流側から分岐されるとともに前記過給機用排気タービン装置を介すことなく前記触媒装置より上流側で合流する副排気通路とを有する内燃機関の排気系の前記主排気通路と前記副排気通路との分岐部に設けた内燃機関の排気通路切替え装置において、前記主排気通路を介し前記内燃機関側に連通する内燃機関側連通部、前記主排気通路を介し前記排気タービン装置側に連通するタービン側連通部、前記副排気通路を介し前記触媒装置側に連通する触媒側連通部を備えたボディ部材と、このボディ部材の前記タービン側連通部に設けた弁座部に当接して前記タービン側連通部を閉塞可能な第１の弁体と、この第１の弁体に一体的に取り付けられ、前記触媒側連通部に設けた弁座部に当接して前記触媒側連通部を閉塞可能な第２の弁体と、その一方側に前記一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体が設けられるとともにその他方側が前記ボディ部材に回動可能に接続され、前記第１及び第２の弁体を回動させて前記主排気通路及び前記副排気通路のうち一方を開通状態とするとともに他方を閉塞状態とするように選択的に切り替えるステー部材とを備える。
【００１０】
本発明においては、ステー部材の他方側を回転中心として一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体を回動し、第１の弁体がタービン側連通部の弁座部に当接するときには、主排気通路を閉塞状態とするとともに副排気通路を開通状態とし、第２の弁体が触媒側連通部の弁座部に当接するときには、主排気通路を開通状態とするとともに副排気通路を閉塞状態とする。このような切替え動作により、例えばバタフライ弁等の開閉バルブに比べ、内燃機関の排気による高温環境下でも固渋不具合の発生を低減し、信頼性の向上を図ることができる。また、例えばバタフライ弁等の開閉バルブを主排気通路及び副排気通路にそれぞれ設けた構造よりも、部品構成を少なくして小型化を図ることができる。
【００１１】
（２）上記（１）において、好ましくは、前記第１及び第２の弁体は、対応する前記弁座部に当接する着座面とその背面部に設けた凸状ロッド部とをそれぞれ有し、前記ステー部材は、その一方側に前記タービン側連通部の前記弁座部に前記第１の弁体の前記着座面が当接するときに前記第１の弁体の前記背面部に当接する第１接面部と、前記触媒側連通部の前記弁座部に前記第２の弁体の前記着座面が当接するときに前記第２の弁体の前記背面部に当接する第２接面部とを有し、かつ前記第１又は第２の弁体の前記背面部との間に所定の隙間を形成しながら前記第１又は第２の弁体の前記ロッド部に係止されている。
【００１２】
このように、ステー部材の一方側を第１又は第２の弁体の背面部との間に所定の隙間を形成しながら第１又は第２の弁体のロッド部に係止することにより、第１及び第２の弁体がその軸方向に所定の隙間分だけ摺動することが可能となる。また、タービン側連通部の弁座部に第１の弁体の着座面が当接するときには、ステー部材の第１接面部が第１の弁体の背面部に当接して第１の弁体をタービン側連通部の弁座部に押さえつけ、触媒側連通部の弁座部に第２の弁体の着座面が当接するときには、ステー部材の第２接面部が第２の弁体の背面部に当接して第２の弁体を触媒側連通部の弁座部に押さえつける。したがって、例えば内燃機関の脈動等が作用する場合でも、第１又は第２の弁体の着座面と対応する弁座部とが当接した状態を確実に維持することができる。
【００１３】
（３）上記（２）において、好ましくは、前記第１及び第２の弁体のうち少なくとも一方の前記着座面は略長円形状に形成され、対応する前記ボディ部材の前記弁座部は略長円形状に形成されている。
【００１４】
（４）上記（１）〜（３）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体の周方向変位を抑制する変位抑制手段をさらに備える。
【００１５】
これにより、第１及び第２の弁体の周方向変位を抑制するので、周方向変位により第１及び第２の弁体の例えば略長円形状の着座面とこれに対応する例えば略長円形状の弁座部との間に隙間が発生するのを防止することができる。したがって、第１及び第２の弁体の着座面が対応する弁座部に隙間なく当接して、タービン側連通部及び触媒側連通部を確実に閉塞状態にすることができる。
【００１６】
（５）上記（４）において、好ましくは、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部は、前記ステー部材の前記一方側に形成された貫通孔に挿通係止され、前記第１及び第２の弁体のうち他方の前記ロッド部は、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部に形成された貫通孔に挿通係止され、前記変位抑制手段は、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部の外周側に設けた第１の平坦部と、前記ステー部材の前記貫通孔に設けられ、前記第１の平坦部に嵌合する第２の平坦部とを備える。
【００１７】
（６）上記（２）〜（５）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記第１及び第２の弁体は、その前記ロッド部どうしが溶接接合若しくは加締め接合で連結された構造である。
【００１８】
（７）上記（５）において、好ましくは、前記第１及び第２の弁体は、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部の前記貫通孔に前記第１及び第２の弁体のうち他方の前記ロッド部が圧入された後、前記第１及び第２の弁体の前記ロッド部どうしが溶接接合若しくは加締め接合で連結された構造である。
【００１９】
（８）上記（１）〜（７）のいずれか１つにおいて、好ましくは、少なくとも前記第１及び第２の弁体は、周囲温度９００℃における引っ張り強さが２００ＭＰａ以上である材質で形成されている。
【００２０】
（９）上記（１）〜（８）のいずれか１つにおいて、好ましくは、前記ステー部材の前記他方側に溶接接合され、前記ステー部材が回動するときの回転軸となる軸部材をさらに備える。
【００２１】
例えばステー部材及び軸部材を一体成型したもので組み立てる場合、ステー部材の一方側に第１及び第２の弁体を係止するとともに、ステー部材の他方側の軸部材をボディ部材の貫通孔に内部から挿入する必要が生じる。このような組立構造から、第１及び第２の弁体、ステー部材、軸部材との干渉を回避するためにボディ部材を必要以上に大型化することとなる。そこで本発明では、ステー部材と軸部材とを別部品とすることで、例えば軸部材をボディ部材の貫通孔に外部から挿入した後、この軸部材とボディ部材内に配置したステー部材の他方側とを溶接接合することが可能となる。したがって、干渉を回避するための制約（軸部材の軸方向寸法とボディ部材内の空間寸法との関係）を受けず、ボディ部材の小型化を図ることができる。
【００２２】
（１０）上記（９）において、好ましくは、前記軸部材は、前記ボディ部材を貫通する貫通孔に挿入された後、前記ステー部材の前記他方側に溶接接合された構造である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００２４】
図２は、本発明の内燃機関の排気通路切替え装置が適用された過給機付き内燃機関の概略構成を表す図である。
【００２５】
この図２において、内燃機関のエンジン１と、このエンジン１に空気を吸入する吸気系２と、エンジン１からの排気を排出する排気系３と、これら吸気系２及び排気系３に設けた排気タービン過給機４（ターボチャージャ）とが備えられている。
【００２６】
吸気系２は、エアクリーナ５を介して空気を導入する吸気通路６と、この吸気通路６のうちエンジン１の各気筒（図示せず）に空気を導入する吸気マニホールド７と、吸気通路６に吸気タービン（図示せず）を配置した過給機用吸気タービン装置（コンプレッサ）８とを備えている。
【００２７】
排気系３は、エンジン１の排気が導入される主排気通路９と、この主排気通路９のうちエンジン１の各気筒からの排気を集合する排気マニホールド１０と、主排気通路９に排気タービン（図示せず）を配置した過給機用排気タービン装置１１と、主排気通路９のうち排気タービン装置１１より下流側に設けた触媒装置１２と、主排気通路９のうち排気タービン装置１１より上流側から分岐されるとともに排気タービン装置１１を介すことなく触媒装置１２より上流側で合流する副排気通路１３と、主排気通路９と副排気通路１３との分岐部に設けた排気通路切替え装置１４と、この排気通路切替え装置１４を切替え制御するための切替え制御装置１５とを備えている。
【００２８】
排気タービン過給機４は、上記吸気タービン装置８と、上記排気タービン装置１１と、上記吸気タービンと上記排気タービンとを連結するシャフト１６とを備えている。そして、エンジン１からの排気が排気タービン装置１１に導入され排気タービンが回転駆動されると、シャフト１６を介して吸気タービンが回転駆動されて吸気通路６内の空気が圧縮されて、より大量の空気をエンジン１の各気筒内に導入するようになっている。
【００２９】
触媒装置１２は、触媒担体（図示せず）に担持した触媒をエンジン１からの排気熱により活性化温度以上に加熱して触媒作用を起こし、排気中の有害成分を浄化処理するようになっている。そして、触媒装置１２を通過した排気が、消音器等（図示せず）を介し大気へと放出されるようになっている。
【００３０】
切替え制御装置１５は、エンジン１の運転状態又はこれに対応する状態量（例えば、エンジンの回転数及び負荷、吸気通路６内の圧力等）を検出する検出器（図示せず）からの検出信号を入力し、この検出信号に応じて排気通路切替え装置１４を切替え制御するようになっている（詳細は後述）。
【００３１】
図１は、上記排気通路切替え装置１４の一実施形態の詳細構造を表す断面図であり、図３は、図１中断面ＩＩＩ−ＩＩＩによる断面図である。
【００３２】
これら図１及び図３において、排気通路切替え装置１４は、上記主排気通路９を介し上記エンジン１側に連通する内燃機関側連通部１７Ａ、主排気通路９を介し上記排気タービン装置１１側に連通するタービン側連通部１７Ｂ、上記副排気通路１３を介し上記触媒装置１２側に連通する触媒側連通部１７Ｃを備えたボディ部材１７と、このボディ部材１７のタービン側連通部１７Ｂに設けた弁座部１８Ａに当接してタービン側連通部１７Ｂを閉塞可能な第１の弁体１９と、この第１の弁体１９に一体的に取り付けられ、触媒側連通部１７Ｃに設けた弁座部１８Ｂに当接して触媒側連通部１７Ｃを閉塞可能な第２の弁体２０と、一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０をその一方側（図１中左上側、図３中上側）に設けたステー部材２１と、このステー部材２１の他方側（図１中右下側、図３中下側）に接合された断面が例えば略円形状の軸部材２２とを備えている。
【００３３】
軸部材２２は、ボディ部材１７に貫通して設けた筒状のスリーブ部材１７Ｄの貫通孔（内径部）１７Ｄａに挿通されており、ボディ部材１７より突出した軸部材２２の一端側（図３中左側）にはリンク部材２３が取り付けられている。このリンク部材２３は、そのロッド部２３ａが上記切替え制御装置１５に接続された連結部材（図示せず）に係止され、切替え制御装置１５による駆動力を伝達して軸部材２２を回転させるようになっている。
【００３４】
そして、上記切替え制御装置１５は、軸部材２２を回転軸としてステー部材２１を回動駆動させることにより、第１の弁体１９の着座面１９ａがタービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに当接されるか（図３に示す状態）、あるいは第２の弁体２０の着座面２０ａが触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ｂに当接されるかを選択的に切り替えるようになっている。なお、第１及び第２の弁体１９，２０の着座面１９ａ，２０ａと対応する弁座部１８Ａ，１８Ｂは、例えば略円形状または通路面積を確保するために略長円形状等に形成されている。
【００３５】
図４は、上記第１及び第２の弁体１９，２０、上記ステー部材２１、上記軸部材２２の全体構造を表す図であり、図５は、図４中断面Ｖ−Ｖによる断面図であり、図６は、図５中断面ＶＩ−ＶＩによる断面図である。図７は、ステー部材２１及び軸部材２２の全体構造を表す図であり、図８は、図７中断面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩによる断面図である。
【００３６】
これら図４〜図８において、上記第１の弁体１９は、上記着座面１９ａと、その背面部１９ｂに設けた凸状のロッド部１９ｃと、このロッド部１９ｃの中央軸方向（図５中左右方向）に貫通した貫通孔１９ｄとを備えている。上記第２の弁体２０は、上記着座面２０ａと、その背面部２０ｂに設けた凸状のロッド部２０ｃとを備えている。
【００３７】
そして、第１の弁体１９のロッド部１９ｃがステー部材２２の一方側（図５中上側）に形成された貫通孔２２ａに挿通係止され、第２の弁体２０のロッド部２０ｃが第１の弁体１９の貫通孔１９ｄに例えば圧入された後、第２の弁体２０のロッド部２０ｃの先端側（図５中右側）と第１の弁体１９とが溶接接合若しくは加締め接合されている。これにより、第１及び第２の弁体１９，２０が一体的に取り付けられ、第１及び第２の弁体１９，２０のロッド部１９ｃ，２０ｃがステー部材２１に係止されている。
【００３８】
このとき、第１の弁体１９の背面部１９ｂと第２の弁体２０の背面部２０ｂとの間の距離ｄ１は、ステー部材２２の一方側の厚み寸法（図５中左右方向寸法）ｄ２よりも大きくなっている。これにより、第１及び第２の弁体１９，２０は、軸方向（図５中左右方向）に隙間寸法（ｄ１−ｄ２）ぶんだけ摺動可能としている。
【００３９】
また、ステー部材２１は、その第１の弁体１９側（図５中右側）に第１の弁体１９の背面部１９ｂと当接可能な例えば環状の第１接面部２１ｂが突出して設けられ、その第２の弁体２０側（図５中右側）に第２の弁体２０の背面部２０ｂと当接可能な例えば環状の第２接面部２１ｃが突出して設けられている。そして、第１の弁体１９の着座面１９ａがタービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに当接するときには、ステー部材２１の第１接面部２１ｂが第１の弁体１９ａの背面部１９ｂに当接し、第２の弁体２０の着座面２０ａが触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ｂに当接するときには、ステー部材２１の第２接面部２１ｃが第２の弁体２０ａの背面部２０ｂに当接するようになっている。なお、ステー部材２１の第１及び第２接面部２１ｂ，２１ｃを例えば突出して設けないで平面とし、対応する第１及び第２の弁体１９，２０の背面部１９ｂ，２０ｂに突出部を設けてもよい。
【００４０】
また、第１の弁体１９のロッド部１９ｃの外周側には、その一部を切り欠いた少なくとも１つ（図６に示すように、本実施形態では２つ）の平坦部１９ｃＡが形成され、ステー部材２１の貫通孔２１ａには、平坦部１９ｃＡに対応する平坦部２１ａＡが形成されている。これにより、第１の弁体１９のロッド部１９ｃがステー部材２１の貫通孔２１ａに嵌合されて回転しないようになっている。
【００４１】
本願発明者らが上記第１及び第２の弁体１９，２０等の発生応力を、エンジン１の排気脈動による振動、タービン側連通部１７Ｂ又触媒側連通部１７Ｃを閉塞するための押し付け力、軸部材に発生するねじり力等を考慮して試算した結果、発生応力が１００ＭＰａ程度まで達することがわかった。また。上記第１及び第２の弁体１９，２０はエンジン１の排気による高温環境下にあり、本願発明者らの実験により例えば排気温度９６０℃において最大応力発生部は９００℃に達することがわかった。このことから例えば安全率＝２とすると、第１及び第２の弁体１９，２０は、好ましくは、例えば周囲温度９００℃における破断強度が２００ＭＰａ程度の材質（例えばＮｉ基の耐熱合金等）で形成している。
【００４２】
次に、上記ステー部材２１及び上記軸部材２２の組立方法について説明する。
【００４３】
図９は、図１中矢印ＩＸの方向から見た矢視図であり、図１０は、上記ステー部材２１及び上記軸部材２２の組立方法を説明する分解図である。
【００４４】
これら図９及び図１０において、ボディ部材１７には上記スリーブ部材１７Ｄが一体構成され、軸部材２２にはリンク部材２３が一体構成されている。ステー部材２１の他方側（図９及び図１０中左側）には軸部材２２を挿入するための挿入穴２１ｄが形成されており、この挿入穴２１ｄの外周側には軸部材２２を溶接接合するための貫通溶接窓２１ｅが形成されている。
【００４５】
これらボディ部材１７、軸部材２２、ステー部材２１の組立においては、まず一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０、ステー部材２１をボディ部材１７の内燃機関側連通部１７Ａに配置した状態で、軸部材２２の他端側（リンク部材２３側とは反対側、図１０中下側）をスリーブ部材１７Ｄの貫通孔１７Ｄａに外部から挿通した後、ステー部材２１の挿入穴２１ｄに挿入する。そして、ステー部材２１と軸部材２２との相対的な配置を調整後、ステー部材２１の貫通溶接窓２１ｅにて軸部材２２との溶接接合を行う。
【００４６】
次に、本実施形態の動作及び作用効果を説明する。
【００４７】
例えばエンジン１の低速域において排気温度が比較的低い場合は、切替え制御装置１５により連結部材及びリンク部材２３等を介して軸部材２２が回転駆動され、この軸部材２２を回転中心としてステー部材２１と一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０を回動し、第１の弁体１９の着座面１９ａがボディ部材１７のタービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに当接される。これにより、主排気通路９を閉塞状態とするとともに副排気通路１３を開通状態とするので、排気全量が副排気通路１３を介し触媒装置１２に導入される。したがって、排気熱が排気タービン装置１１を構成するタービンハウジング等の昇温に費やされないで、排気が触媒装置１２に導入される。
【００４８】
一方、エンジン１の高速域において排気温度が比較的高い場合は、切替え制御装置１５により連結部材及びリンク部材２３等を介して軸部材２２が回転駆動され、この軸部材２２を回転中心としてステー部材２１と一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０を回動し、第２の弁体２０の着座面２０ａがボディ部材１７の触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ｂに当接される。これにより、主排気通路９を開通状態とするとともに副排気通路１３を閉塞状態とするので、排気全量が排気タービン装置１１に導入される。そして、排気タービン及び吸気タービンが回転駆動され吸気通路６内の空気を圧縮して、より大量の空気をエンジン１の各気筒内に導入するとともに、排気タービン装置１１からの排気が触媒装置に導入される。
【００４９】
このように本実施形態では、軸部材２２を回転中心として一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体１９，２０を回動して、主排気通路９及び副排気通路１３のうち一方を開通状態とするとともに他方を閉塞状態とする。このような切替え動作により、例えばバタフライ弁等の開閉バルブに比べ、エンジン１の排気による高温環境下でも固渋不具合の発生を低減し、信頼性の向上を図ることができる。また、例えば第１及び第２の弁体１９，２０を主排気通路９及び副排気通路１３にそれぞれ個別に設けた構造よりも、部品構成を少なくして小型化を図ることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、ステー部材２１の一方側を第１又は第２の弁体１９，２０の背面部１９ｂ，２０ｂとの間に所定の隙間寸法（ｄ１−ｄ２）を形成しながら第１又は第２の弁体１９，２０のロッド部１９ｃ，２０ｃに係止している。これにより、第１及び第２の弁体１９，２０がその軸方向に所定の隙間寸法（ｄ１−ｄ２）ぶんだけ摺動することが可能となる。また、タービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに第１の弁体１９の着座面１９ａが当接するときには、ステー部材２１の第１接面部２１ｂが第１の弁体１９の背面部１９ｂに当接して第１の弁体１９をタービン側連通部１７Ｂの弁座部１８Ａに押さえつけ、触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ａに第２の弁体２０の着座面２０ａが当接するときには、ステー部材２１の第２接面部２１ｃが第２の弁体２０の背面部２０ｂに当接して第２の弁体２０を触媒側連通部１７Ｃの弁座部１８Ｂに押さえつける。したがって、例えばエンジン１の脈動等が作用する場合でも、第１又は第２の弁体１９，２０の着座面１９ａ，２０ａと対応する弁座部１８Ａ，１８Ｂとが当接した状態を確実に維持することができる。
【００５１】
また、本実施形態では、第１の弁体１９のロッド部１９ｃに形成された平坦部１９ｃＡと、ステー部材２１の貫通孔２１ａに形成された平坦部２１ａＡが嵌合して周方向変位（回転）を抑制するので、周方向変位により第１及び第２の弁体１９，２０の着座面１９ａ，２０ａと対応する弁座部１８Ａ，１８Ｂとの間に隙間が発生するのを防止することができる。これにより、第１及び第２の弁体１９，２０の着座面１９ａ，２０ａが対応する弁座部１８Ａ，１８Ｂに隙間なく当接して、タービン側連通部１７Ｂ及び触媒側連通部１７Ｃを確実に閉塞状態にすることができる。
【００５２】
例えばステー部材２１及び軸部材２２を一体成型したもので組み立てる場合、ステー部材２１の一方側に第１及び第２の弁体１９，２０を係止するとともに、ステー部材２１の他方側の軸部材２２をスリーブ部材１７Ｄの貫通孔１７Ｄａに内部から挿入する必要が生じる。このような組立構造から、第１及び第２の弁体１９，２０、ステー部材２１、軸部材２２との干渉を回避するためにボディ部材１７を必要以上に大型化することとなる。そこで本実施形態では、ステー部材２１と軸部材２２とを別部品とし、軸部材２２をスリーブ部材１７Ｄの貫通孔１７Ｄａに外部から挿入した後、この軸部材２２とボディ部材１７の燃料機関側連通部１７Ａに配置したステー部材２１とを溶接接合する。これにより、干渉を回避するための制約（軸部材２１の軸方向寸法Ｌ１とボディ部材１７内の空間寸法Ｌ２との関係）を受けず、ボディ部材１７の小型化を図ることができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、部品構成を少なくして小型化を図ることができるとともに、固渋不具合の発生を低減し信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態の詳細構造を表す断面図である。
【図２】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態が適用された過給機付き内燃機関の概略構成を表す図である。
【図３】図１中断面ＩＩＩ−ＩＩＩによる断面図である。
【図４】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態を構成する第１及び第２の弁体、ステー部材、軸部材の全体構造を表す図である。
【図５】図４中断面Ｖ−Ｖによる断面図である。
【図６】図５中断面ＶＩ−ＶＩによる断面図である。
【図７】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態を構成するステー部材及び軸部材の全体構造を表す図である。
【図８】図７中断面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩによる断面図である。
【図９】図１中矢印ＩＸの方向から見た矢視図である。
【図１０】本発明の内燃機関の排気通路切替え装置の一実施形態を構成するステー部材及び軸部材の組立方法を説明する分解図である。
【符号の説明】
１ エンジン
３ 排気系
９ 主排気通路
１１ 排気タービン装置
１２ 触媒装置
１３ 副排気通路
１４ 排気通路切替え装置
１７ ボディ部材
１７Ａ 内燃機関側連通部
１７Ｂ タービン側連通部
１７Ｃ 触媒側連通部
１７Ｄａ 貫通孔
１８Ａ タービン側連通部の弁座部
１８Ｂ 触媒側連通部の弁座部
１９ 第１の弁体
１９ａ 第１の弁体の着座面
１９ｂ 第１の弁体の背面部
１９ｃ 第１の弁体のロッド部
１９ｃＡ 第１の弁体のロッド部の平坦部（第１の平坦部）
１９ｄ 第１の弁体の貫通孔
２０ 第２の弁体
２０ａ 第２の弁体の着座面
２０ｂ 第２の弁体の背面部
２０ｃ 第２の弁体のロッド部
２１ ステー部材
２１ａ ステー部材の貫通孔
２１ａＡ ステー部材の貫通孔の平坦部（第２の平坦部）
２１ｂ ステー部材の第１接面部
２１ｃ ステー部材の第２接面部
２２ 軸部材
Claims (10)
- 内燃機関の排気が導入される主排気通路に設けた過給機用排気タービン装置と、前記主排気通路のうち前記過給機用排気タービン装置の下流側に設けた触媒装置と、前記主排気通路のうち前記過給機用排気タービン装置より上流側から分岐されるとともに前記過給機用排気タービン装置を介すことなく前記触媒装置より上流側で合流する副排気通路とを有する内燃機関の排気系の前記主排気通路と前記副排気通路との分岐部に設けた内燃機関の排気通路切替え装置において、
前記主排気通路を介し前記内燃機関側に連通する内燃機関側連通部、前記主排気通路を介し前記排気タービン装置側に連通するタービン側連通部、前記副排気通路を介し前記触媒装置側に連通する触媒側連通部を備えたボディ部材と、
このボディ部材の前記タービン側連通部に設けた弁座部に当接して前記タービン側連通部を閉塞可能な第１の弁体と、
この第１の弁体に一体的に取り付けられ、前記触媒側連通部に設けた弁座部に当接して前記触媒側連通部を閉塞可能な第２の弁体と、
その一方側に前記一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体が設けられるとともにその他方側が前記ボディ部材に回動可能に接続され、前記第１及び第２の弁体を回動させて前記主排気通路及び前記副排気通路のうち一方を開通状態とするとともに他方を閉塞状態とするように選択的に切り替えるステー部材と
を備えることを特徴とする排気通路切替え装置。 - 請求項１記載の内燃機関の排気通路切替え装置において、前記第１及び第２の弁体は、対応する前記弁座部に当接する着座面とその背面部に設けた凸状ロッド部とをそれぞれ有し、前記ステー部材は、前記タービン側連通部の前記弁座部に前記第１の弁体の前記着座面が当接するときに前記第１の弁体の前記背面部に当接する第１接面部と、前記触媒側連通部の前記弁座部に前記第２の弁体の前記着座面が当接するときに前記第２の弁体の前記背面部に当接する第２接面部とを有し、かつ前記第１又は第２の弁体の前記背面部との間に所定の隙間を形成しながら前記第１又は第２の弁体の前記ロッド部に係止されていることを特徴とする排気通路切替え装置。
- 請求項２記載の排気通路切替え装置において、前記第１及び第２の弁体のうち少なくとも一方の前記着座面は略長円形状に形成され、対応する前記ボディ部材の前記弁座部は略長円形状に形成されていることを特徴とする排気通路切替え装置。
- 請求項１〜３のいずれか１項記載の排気通路切替え装置において、前記一体的に取り付けられた第１及び第２の弁体の周方向変位を抑制する変位抑制手段をさらに備えることを特徴とする排気通路切替え装置。
- 請求項４記載の排気通路切替え装置において、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部は、前記ステー部材の前記一方側に形成された貫通孔に挿通係止され、前記第１及び第２の弁体のうち他方の前記ロッド部は、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部に形成された貫通孔に挿通係止され、前記変位抑制手段は、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部の外周側に設けた第１の平坦部と、前記ステー部材の前記貫通孔に設けられ、前記第１の平坦部に嵌合する第２の平坦部とを備えることを特徴とする排気通路切替え装置。
- 請求項２〜５のいずれか１項記載の排気通路切替え装置において、前記第１及び第２の弁体は、その前記ロッド部どうしが溶接接合若しくは加締め接合で連結された構造であることを特徴とする排気通路切替え装置。
- 請求項５記載の排気通路切替え装置において、前記第１及び第２の弁体は、前記第１及び第２の弁体のうち一方の前記ロッド部の前記貫通孔に前記第１及び第２の弁体のうち他方の前記ロッド部が圧入された後、前記第１及び第２の弁体の前記ロッド部どうしが溶接接合若しくは加締め接合で連結された構造であることを特徴とする排気通路切替え装置。
- 請求項１〜７のいずれか１項記載の排気通路切替え装置において、少なくとも前記第１及び第２の弁体は、周囲温度９００℃における引っ張り強さが２００ＭＰａ以上である材質で形成されていることを特徴とする排気通路切替え装置。
- 請求項１〜８のいずれか１項記載の排気通路切替え装置において、前記ステー部材の前記他方側に溶接接合され、前記ステー部材が回動するときの回転軸となる軸部材をさらに備えることを特徴とする排気通路切替え装置。
- 請求項９記載の排気通路切替え装置において、前記軸部材は、前記ボディ部材を貫通する貫通孔に挿入された後、前記ステー部材の前記他方側に溶接接合された構造であることを特徴とする排気通路切替え装置。
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