特許 7540983 排気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-19

(45)【発行日】2024-08-27

(54)【発明の名称】排気装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 13/08 20100101AFI20240820BHJP

   F02D 9/04 20060101ALI20240820BHJP

【ＦＩ】

F01N13/08 B

F02D9/04 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2021150529

(22)【出願日】2021-09-15

(65)【公開番号】P2023043045

(43)【公開日】2023-03-28

【審査請求日】2023-09-01

(73)【特許権者】

【識別番号】391002498

【氏名又は名称】フタバ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】辻 芳樹

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－３２３８１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ １３／０８

Ｆ０２Ｄ ９／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気ガスが流れる排気通路を構成する排気管と、
前記排気通路内に位置する弁体を有し、前記弁体の開閉角度によって前記排気通路を流れる前記排気ガスの流量を調整するバルブと、
前記バルブを駆動するための駆動部と、
前記駆動部の駆動力を前記弁体に伝えるための連動部と、
前記排気管の外側に設けられたケースと、
を備え、
前記連動部は、前記排気管を貫通し、前記弁体とともに回転して前記弁体の回転の中心となるシャフトを含み、
前記排気管の側面には、
前記シャフトが貫通し、前記ケースの内部と前記排気管の内部とを連通する第１貫通孔と、
前記ケースの内部と前記排気管の内部とを連通し、前記第１貫通孔よりも下流側に位置する第２貫通孔と、が形成され、
前記ケースは、前記第１貫通孔及び前記第２貫通孔を覆っており、
前記駆動部は、前記ケースの外部に配置されており、
前記ケースの壁面には開口部が形成され、前記開口部を貫通して配置される前記連動部によって、前記弁体と前記駆動部とがつながっており、
前記ケースの内部の前記排気ガスの流路において、前記第１貫通孔の出口から前記第２貫通孔の出口までの長さが、前記第１貫通孔の出口から前記開口部の出口までの長さよりも短く、
前記ケースの内部に設けられ、前記第１貫通孔の出口から前記開口部の出口までの流路の長さを長くする遮蔽部材を更に備える、排気装置。

【請求項2】

請求項１に記載の排気装置であって、
前記遮蔽部材は、
主たる面の一方が前記第１貫通孔を向く板状部と、
前記板状部の外周部に設けられ、前記排気管側に向かって突出する突出部と、を有する、排気装置。

【請求項3】

請求項２に記載の排気装置であって、
前記突出部は、前記シャフト側に延び出す延出部を更に備える、排気装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、排気装置に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の燃焼室から排出された排気ガスが流れる排気通路には、例えば、弁体の駆動によって排気ガスが通る通路を切り替えたり、排気ガスの流量を制御したりするためのバルブが設けられることがある。バルブは高温にさらされることから、バルブを構成する弁体などの熱膨張による動作不良や固着を防止し適正な動作性を確保するため、排気管と弁体の駆動軸との間にクリアランスが設けられる。ところが、通常、このような排気通路内では排気圧が大気圧よりも高くなるため、排気通路内を流れ、バルブに至った排気ガスがクリアランスを介して外部に漏れてしまうことがある。その結果、有害物質を多く含む排気ガスが外部に漏れてしまうという問題が生じ得る。

【0003】

特許文献１には、クリアランスを覆うように密閉ケースを設けた排気装置が開示されている。当該排気装置は、排気通路内の排気ガスの流れ方向に対してバルブより下流側と密閉ケースの内部とを連通する排出通路を備える。これにより、クリアランスから漏れて密閉ケースの内部に流れ込んだ排気ガスは、排出通路を介して排気通路の下流側に放出されるため、外部へ排気ガスが漏れるのを抑制できる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－７５４６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載の排気装置では、バルブを駆動するアクチュエータとバルブとを連結するアクチュエータロッドが密閉ケースを貫通している。この貫通箇所はクリアランスに近い位置にあるため、この貫通箇所から排気ガスが外部に漏れる可能性があった。

【0006】

本開示の一局面は、排気ガスが外部に漏れるのを抑制することができる排気装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の一態様は、排気装置であって、排気管と、バルブと、駆動部と、連動部と、ケースと、を備える。排気管は、排気ガスが流れる排気通路を構成する。バルブは、排気通路内に位置する弁体を有し、弁体の開閉角度によって排気通路を流れる排気ガスの流量を調整する。駆動部は、バルブを駆動する。連動部は、駆動部の駆動力を弁体に伝える。ケースは、排気管の外側に設けられる。連動部は、排気管を貫通し、弁体とともに回転して弁体の回転の中心となるシャフトを含む。排気管の側面には、シャフトが貫通し、ケースの内部と排気管の内部とを連通する第１貫通孔と、ケースの内部と排気管の内部とを連通し、第１貫通孔よりも下流側に位置する第２貫通孔と、が形成される。ケースは、第１貫通孔及び第２貫通孔を覆っている。駆動部は、ケースの外部に配置されている。ケースの壁面には開口部が形成され、開口部を貫通して配置される連動部によって、弁体と駆動部とがつながっている。ケースの内部の排気ガスの流路において、第１貫通孔の出口から第２貫通孔の出口までの長さが、第１貫通孔の出口から開口部の出口までの長さよりも短い。

【0008】

このような構成によれば、第１貫通孔からケースの内部へと流入した排気ガスは、開口部よりも、第１貫通孔により近い位置にある第２貫通孔に向かいやすい。よって、排気ガスは第２貫通孔から排気通路に戻りやすくなる。したがって、排気ガスが外部に漏れるのを抑制することができる。

【0009】

本開示の一態様は、ケースの内部に設けられ、第１貫通孔の出口から開口部の出口までの流路の長さを長くする遮蔽部材を更に備えてもよい。このような構成によれば、第１貫通孔からケースの内部へと流入した排気ガスが開口部へ至るまでの流路が長くなる。よって、排気ガスが外部に漏れるのを抑制することができる。

【0010】

本開示の一態様では、遮蔽部材は、板状部と、突出部と、を有してもよい。板状部は、主たる面の一方が第１貫通孔を向く。突出部は、板状部の外周部に設けられ、排気管側に向かって突出する。このような構成によれば、第１貫通孔からケースの内部へと流入した排気ガスが、開口部の方へ流れるのをより抑制することができる。よって、排気ガスが外部に漏れるのを抑制することができる。

【0011】

本開示の一態様は、突出部は、シャフト側に延び出す延出部を更に備えてもよい。このような構成によれば、第１貫通孔からケースの内部へと流入した排気ガスが、開口部の方へ流れるのをより抑制することができる。よって、排気ガスが外部に漏れるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１Ａは排気装置の斜視図であり、図１Ｂは排気装置の側面図であり、図１Ｃは排気装置の平面図である。

【図2】図１ＣのＩＩ－ＩＩ断面図であって、弁体が閉じているときの図である。

【図3】図１ＣのＩＩ－ＩＩ断面図であって、弁体が開いているときの図である。

【図4】排気装置の斜視図の分解図である。

【図5】図５Ａは遮蔽部材の平面図であり、図５Ｂは遮蔽部材の側面図であり、図５Ｃは遮蔽部材の底面図である。

【図6】図１ＣのＩＩ－ＩＩ断面図であって、排気ガスの流れを説明するための図である。

【図7】延出部を備える排気装置の断面図である。

【図8】リンク部がケースの外側に配置される排気装置の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の例示的な実施形態について図面を参照しながら説明する。
［１．実施形態］
［１－１．構成］
図１Ａ～図１Ｃに示す排気装置１は、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガスが通る装置である。排気ガスは、矢印の方向に流れる。一例として、排気装置１は、排気流路に設置される第１触媒と第２触媒との間に設けられる。図２～図４に示すように、排気装置１は、排気管２と、バルブ３と、アクチュエータ４と、リンク部５と、ケース６と、を備える。

【0014】

排気管２は、排気ガスが流れる排気通路を構成するパイプである。排気管２の一端は、第１触媒の下流側に連結しており、他端は、第２触媒の上流側に連結している。なお、例えば、第１触媒及び第２触媒は、ハニカム形状のように、排気ガスの流れ方向と垂直な断面形状が多角形状である筒体が集合した立体形状を有してもよい。

【0015】

バルブ３は、弁体３１と、シャフト３２と、を備える。バルブ３は、弁体３１の開閉角度によって、排気管２における排気ガスの流量を調整するための部材である。
弁体３１は、排気管２内に位置する。弁体３１は、排気管２の断面形状に対応する曲面形状を有する部材である。弁体３１は、シャフト３２を介して回転可能に支持され、排気管２を閉塞又は開放し、下流側へ流れる排気ガスの流量を調整する。これにより、第１触媒に、内燃機関の運転状態等に応じた適切な流量の排気ガスを送ることができる。

【0016】

シャフト３２は、弁体３１の回転の中心となる部材であって、弁体３１とともに駆動可能である。シャフト３２は、排気管２を径方向に貫通する、棒状の部材である。シャフト３２のリンク部５側の端部は、軸受け３５とワッシャ３６とによって支持される。シャフト３２は、軸受け３５及びワッシャ３６内を摺動可能である。シャフト３２のリンク部５とは反対側の端部は、軸受け３８により支持され、囲い３７により覆われている。

【0017】

アクチュエータ４は、バルブ３を駆動するためのモータを備える装置である。本実施形態では、アクチュエータ４は、モータの回転運動に基づき、モータ軸４１を回転させる。そして、アクチュエータ４は、モータ軸４１に連結するリンク部５と、リンク部５に連結するシャフト３２とを回転させる。モータ軸４１は、ベアリング４５により支持される。モータ軸４１は、ベアリング４５内を摺動可能である。

【0018】

リンク部５は、アクチュエータ４の駆動力を弁体３１に伝えるための部材である。リンク部５は、遮蔽部材５１と、回転体５２と、を備える。
遮蔽部材５１は、後述する第１貫通孔２１からケース６の内部に流入した排気ガスの流路を変更する。具体的には、遮蔽部材５１は、ケース６の内部に設けられ、第１貫通孔２１の出口から開口部６１の出口までの流路の長さを長くする。図５に示すように、遮蔽部材５１は、主たる面の一方が後述する第１貫通孔２１を向く板状部５３と、板状部５３の外周部に設けられ、排気管２側に向かって突出する突出部５４と、を有する。遮蔽部材５１の中心部には、シャフト３２が貫通する第１穴部５１１が形成されている。また、遮蔽部材５１には、回転体５２の脚部５２１が貫通する第２穴部５１２が形成されている。

【0019】

図２～図４に戻り、回転体５２は、アクチュエータ４のモータ軸４１と遮蔽部材５１とを連結する部材である。回転体５２の脚部５２１は、遮蔽部材５１の第２穴部５１２に刺さって固定される。

【0020】

ケース６は、排気管２の外側に設けられる。ケース６は、バルブ３のうち排気管２の外側に位置する部分を覆っている。本実施形態では、ケース６は、リンク部５も覆っている。ケース６の壁面には、モータ軸４１が貫通する開口部６１が形成されている。開口部６１を通じてアクチュエータ４とリンク部５とがつながっている。当該開口部６１には前述したベアリング４５が配置されている。

【0021】

排気管２の側面には、第１貫通孔２１と、第２貫通孔２２と、が形成されている。
第１貫通孔２１は、ケース６の内部と排気管２の内部とを連通し、シャフト３２が貫通する孔である。第１貫通孔２１近傍には、前述した軸受け３５及びワッシャ３６が配置されている。
第２貫通孔２２は、ケース６の内部と排気管２の内部とを連通し、第１貫通孔２１よりも下流側に位置する孔である。

【0022】

［１－２．作用］
排気管２内では排気圧が大気圧よりも高くなるため、排気管２を流れる排気ガスは、軸受け３５及びワッシャ３６と、シャフト３２との間のわずかな隙間から、ケース６の内部へと流入する可能性がある。この場合、ケース６の内部へ流入した排気ガスは拡散するが、遮蔽部材５１が配置されていることによって、開口部６１の方へ流れるのを抑制される。つまり、図６の経路Ａに示すように、排気ガスは、遮蔽部材５１を迂回しなければ開口部６１に至らない。遮蔽部材５１に阻まれた排気ガスは、経路Ｂに示すように、第２貫通孔２２を通って負圧となっている下流側に戻っていく。要するに、ケース６の内部の排気ガスの流路において、第１貫通孔２１の出口から第２貫通孔２２の出口までの長さが、第１貫通孔２１の出口から開口部６１の出口までの長さよりも短くなっている。一例として、経路の長さの比較は、最短の経路同士で行われる。具体的には、第１貫通孔２１の出口から開口部６１の出口までの長さ、つまり経路Ａの長さは、第１貫通孔２１の排気管２の外側の縁から開口部６１の大気側の縁までの最短の長さである。第１貫通孔２１の出口から第２貫通孔２２の出口までの長さ、つまり経路Ｂの長さは、第１貫通孔２１の排気管２の外側の縁から第２貫通孔２２の排気流路側の縁までの最短の長さである。第２貫通孔２２の排気流路側の縁とは、第２貫通孔２２の排気管２の内側の縁のことである。なお、第１貫通孔２１の排気管２の外側の縁が、第１貫通孔２１の出口に相当し、第２貫通孔２２の排気流路側の縁が、第２貫通孔２２の出口に相当し、開口部６１の大気側の縁が、開口部６１の出口に相当する。

【0023】

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）ケース６の内部の排気ガスの流路において、第１貫通孔２１の出口から第２貫通孔２２の出口までの長さが、第１貫通孔２１の出口から開口部６１の出口までの長さよりも短くなっている。このような構成によれば、第１貫通孔２１から開口部６１までの流路が長いため、圧力損失が大きくなる。よって、第１貫通孔２１からケース６の内部へと流入した排気ガスは、開口部６１よりも、第１貫通孔２１により近い位置にある第２貫通孔２２に向かいやすい。したがって、排気ガスが外部に漏れるのを抑制することができる。

【0024】

特に、ベアリング４５が外輪と内輪、玉軸受と、カバーとを有するベアリング、例えばボールベアリングである場合、本発明によってベアリングの外輪、内輪付近からの排気ガスの漏れに十分な効果を発揮する。

【0025】

（１ｂ）排気装置１は遮蔽部材５１を備える。遮蔽部材５１は、第１貫通孔２１の出口から開口部６１の出口までの流路の長さを長くする。このような構成によれば、第１貫通孔２１からケース６の内部へと流入した排気ガスが開口部６１に至るまでの流路が長くなる。よって、排気ガスが外部に漏れるのを抑制することができる。

【0026】

（１ｃ）遮蔽部材５１は突出部５４を有する。このような構成によれば、第１貫通孔２１からケース６の内部へと流入した排気ガスが、突出部５４の下方に回り込み迂回しなければ開口部６１に至らない。よって、開口部６１の方へ流れるのをより抑制することができる。したがって、排気ガスが外部に漏れるのを抑制することができる。

【0027】

［１－３．対応関係］
アクチュエータ４が駆動部に相当し、モータ軸４１、リンク部５及びシャフト３２が連動部に相当する。

【0028】

［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0029】

（２ａ）上記実施形態では、遮蔽部材５１が板状部５３と突出部５４とを備える構成を例示したが、遮蔽部材５１の構成はこれに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、遮蔽部材５１は、シャフト３２に側に延び出す延出部５５を備えていてもよい。延出部５５は、突出部５４の先端がシャフト３２側に向かって湾曲した形状である。このような構成によれば、第１貫通孔２１からケース６の内部へと流入した排気ガスが、延出部５５に遮られるため、遮蔽部材５１の下方を通って開口部６１の方へ流れるのをより抑制することができる。よって、排気ガスが外部に漏れるのを抑制することができる。また、延出部５５は、シャフト３２を基準としたときに第２貫通孔２２の側には設けられていない部分があってもよい。言い換えれば、延出部５５は、シャフト３２を基準としたときに第２貫通孔２２とは反対側に設けられていてもよい。なお、延出部５５が遮蔽部材５１に伴って回転するときは、どの回転角度においても第２貫通孔２２付近を塞ぐことなく隙間を形成していてもよい。このような構成によれば、第１貫通孔２１からケース６の内部へと流入した排気ガスが第２貫通孔２２に流れるのを妨げない。

【0030】

また、突出部５４は、遮蔽部材５１から排気管２の外表面近傍まで長さを有していてもよい。このような構成によれば、第１貫通孔２１からケース６の内部へと流入した排気ガスが、開口部６１の方へ流れる流路を塞ぐことができる。また、第１貫通孔２１からケース６の内部へと流入した排気ガスが、第２貫通孔２２に流れるように誘導することができる。

【0031】

また、遮蔽部材５１は突出部５４を備えていなくてもよい。この場合でも、第１貫通孔２１からケース６の内部へと流入した排気ガスが、開口部６１の方へ流れるのを板状部５３により抑制することができる。また、板状部５３は全体が湾曲していてもよく、シャフト３２の軸方向から見たときに、円形、楕円形、多角形等でもよい。遮蔽部材５１とケース６との隙間が小さい形状であると第１貫通孔２１から開口部６１の方へ流れる排気ガスの量が減るため、好ましい。
また、遮蔽部材５１は、リンク部５とは別体に構成され、ケース６の内部で固定された部品であってもよい。また、排気装置１は遮蔽部材５１を備えていなくてもよい。

【0032】

（２ｂ）上記実施形態では、開口部６１をアクチュエータ４のモータ軸４１が貫通する構成を例示したが、例えば、図８に示すように、開口部６１をシャフト３００が貫通していてもよい。シャフト３００は、開口部６１に設けられたベアリング４５により支持される。シャフト３００は、ベアリング４５内を摺動可能である。このような構成によれば、ケース６の内部の機構を簡易に構成することができる。また、リンク部５００がケース６の外側に配置されていてもよい。リンク部５００は、回転体５０１と、連結部材５０２と、を備える。回転体５０１は、アクチュエータ４のモータ軸４１と連結部材５０２とを連結する部材である。連結部材５０２は、回転体５０１とシャフト３００とを連結する部材である。このような構成によれば、リンク部５００が外気に触れて冷却され、アクチュエータ４へ熱が伝導するのを抑制することができる。

【0033】

（２ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。

【符号の説明】

【0034】

１…排気装置、２…排気管、３…バルブ、４…アクチュエータ、５，５００…リンク部、６…ケース、２１…第１貫通孔、２２…第２貫通孔、３１…弁体、３２，３００…シャフト、３５，３８…軸受け、３６…ワッシャ、３７…囲い、４１…モータ軸、４５…ベアリング、５１…遮蔽部材、５２，５０１…回転体、５３…板状部、５４…突出部、５５…延出部、６１…開口部、５０２…連結部材、５１１…第１穴部、５１２…第２穴部、５２１…脚部、Ａ，Ｂ…経路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】