排気圧力制御弁
【課題】エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁において、メインバルブを閉じた状態でバルブ上流側の排気ガスがバルブ下流側に流れる際に発生する気流音を低減する。
【解決手段】この排気圧力制御弁２０は、排気流路が設けられるハウジング３０と、ハウジングに回転自在に支持される回転軸３８と、回転軸に取付けられると共にその表面から裏面に貫通する連通孔３７ａが設けられた弁体３７とを備えており、回転軸を回転することにより弁体が排気流路を閉じる閉状態と排気流路を開く開状態とに切換えるバルブ３６と、を有している。そして、弁体の連通孔３７ａは、その連通孔から流れ出る排気ガスの流出方向が排気流路の軸線方向に対して傾斜するように設けられている。
【解決手段】この排気圧力制御弁２０は、排気流路が設けられるハウジング３０と、ハウジングに回転自在に支持される回転軸３８と、回転軸に取付けられると共にその表面から裏面に貫通する連通孔３７ａが設けられた弁体３７とを備えており、回転軸を回転することにより弁体が排気流路を閉じる閉状態と排気流路を開く開状態とに切換えるバルブ３６と、を有している。そして、弁体の連通孔３７ａは、その連通孔から流れ出る排気ガスの流出方向が排気流路の軸線方向に対して傾斜するように設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁が知られている。排気圧力制御弁は、通常、排気流路が設けられたハウジングと、ハウジングの排気流路を開閉するバルブを備えている。バルブは、ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸に取付けられた弁体によって構成されている。回転軸が回転することで、弁体が排気流路を閉じる閉状態と弁体が排気流路を開く開状態とに切換えられる。
この種の排気圧力制御弁は、エンジンの始動性を向上させ、あるいは、エンジンから排気される排気ガスを浄化するために用いられている。例えば、ディーゼルエンジンから排気される排気ガスを浄化するためのディーゼル・パティキュレート・フィルタ・システム（以下、ＤＰＦシステムという）に排気圧力制御弁が用いられている。ＤＰＦシステムは、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるパティキュレート（粒子状物質）や黒鉛をセラミック製のフィルタで捕集するシステムである。ＤＰＦシステムでは、フィルタに捕集されるパティキュレートや黒鉛が一定量を超えると、フィルタに捕集されたパティキュレートや黒鉛を燃焼させてフィルタを強制的に再生する。このフィルタの再生のために排気圧力制御弁が用いられる。すなわち、排気圧力制御弁はフィルタの上流又は下流に配される。フィルタを再生する際は、排気圧力制御弁のバルブによって排気流路の開度を絞り、排気ガスの圧力を高める。排気ガスの圧力上昇によってエンジンへの負荷が大きくなると、エンジンへの燃料供給量が増量されるため、排気温度が高められ触媒が活性化するとともにエンジンで燃焼しなかった燃料の一部がフィルタ上流の酸化触媒に供給される。酸化触媒に供給された燃料は、酸化反応によって触媒内の排気ガス温度を上昇させ、フィルタに捕集されたパティキュレートや黒鉛を燃焼させる（すなわち、フィルタを再生する）。フィルタの再生が終了すると、排気流路を開き、排気圧力は通常の圧力まで低下する。
【０００３】
上述したＤＰＦシステムに排気圧力制御弁を用いる場合、バルブを閉じた状態においてもディーゼルエンジンの運転を可能とするために、弁体の周縁と排気流路の内壁面との間には隙間が形成されている。このため、排気流路をバルブによって閉じた状態とすると、バルブ上流の高圧の排気ガスが、弁体の周縁と排気流路の内壁面との隙間から下流側に向かって高速で流れることとなる。このため、排気圧力制御弁の周辺から不快な騒音（気流音）が発生するという問題があった。
そこで、排気圧力制御弁で排気流路を閉じたときに発生する気流音を低減するために、特許文献１の排気圧力制御弁が提案されている。特許文献１の排気圧力制御弁では、バルブの弁体に、その表面から裏面に貫通する連通孔が設けられる。弁体に連通孔を設けることで、弁体の周縁と排気流路の内壁面との隙間を流れる排気ガスの流量が少なくなり、排気圧力制御弁の周辺から発生する気流音が低減できるとされている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９９４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らが気流音の原因について流動解析シミュレーション等により検討した結果、気流音の原因はバルブ上流側から高速で流れ出る排気ガスの流れと、その周囲（バルブ下流）の排気ガスとの流速差が主要な原因であることが判明した。したがって、バルブ上流側から下流側に向かって流れ出る排気ガスの流速を低く抑えることができれば、その流速差も小さくなり、気流音も低減できることが判明した。
上述した特許文献１の排気圧力制御弁では、弁体に設けられた連通孔が、排気流路が伸びる方向と平行に伸びている。したがって、弁体の周縁から下流側に流れ出る排気ガスの流出方向と、連通孔から下流側に流れ出る排気ガスの流出方向とが平行（同一）となり、両者の流れは混合され難く、その流速も低下し難くなっている。このため、特許文献１の排気圧力制御弁でも、バルブ上流側の排気ガスが高速で下流側に流れることとなるため、排気圧力制御弁の周辺から発生する騒音を充分に低減することができていない。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みて創作されたものであり、排気圧力制御弁を閉じた状態においてバルブ上流側の排気ガスがバルブ下流側に流れる際に発生する気流音を効果的に低減することができる排気圧力制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の排気圧力制御弁は、エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁であって、排気流路が設けられるハウジングと、ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸に取付けられると共にその表面から裏面に貫通する連通孔が設けられた弁体とを備えており、回転軸を回転することにより弁体が排気流路を閉じる閉状態と排気流路を開く開状態とに切換えるバルブと、を有している。そして、弁体の連通孔は、その連通孔から流れ出る排気ガスの流出方向が排気流路の軸線方向に対して傾斜するように設けられている。
この排気圧力制御弁でも、バルブが排気流路を閉じた状態では、弁体の周縁から下流側に排気ガスが流れ、また、弁体に設けた連通孔から下流側に排気ガスが流れる。連通孔から流れ出る排気ガスは、排気流路の軸線方向に対して傾斜する方向に流れるため、弁体の周縁から流れ出る排気ガスと混合され易くなる。このため、弁体の周縁から下流側に流れ出る排気ガスと連通孔から下流側に流れ出る排気ガスが混合されて、その流速が減速されることとなる。これによって、排気圧力制御弁を閉じた状態のときに発生する気流音を低減することができる。
【０００８】
上記の排気圧力制御弁は、バルブが閉じられた状態で、弁体の表面を排気流路の軸線方向に対して傾斜させることができる。かかる場合、連通孔は、バルブが閉じられた状態で弁体の回転軸より下流側となる位置に、弁体の表面に対して略垂直方向に設けることができる。
このような構成によると、連通孔から流れ出た排気ガスは排気流路の中心に向かって流れ出ることとなる。このため、排気流路内の全体に排気ガスが拡散して流れるため、排気ガスの流速を効果的に低減することができる。これによって、気流音の低減効果を向上することができる。
【０００９】
また、上記の排気圧力制御弁では、弁体の周縁と排気流路の内壁面には、全周にわたって隙間が形成されていることが好ましい。弁体の周縁の全周にわたって隙間を形成することで、バルブの下流側の排気流路の全体に排気ガスを流すことができる。
【００１０】
また、本発明の第２の排気圧力制御弁は、エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁であって、排気流路が設けられるハウジングと、ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸に取付けられた弁体とを備えており、回転軸を回転することにより弁体が排気流路を閉じる閉状態と排気流路を開く開状態とに切換えるバルブと、バルブより下流側の排気流路の内壁面に設けられ、内壁面近傍の排気ガスの流速を低減する手段と、を有する。
この排気圧力制御弁では、バルブより下流側の排気流路の内壁面に、内壁面近傍の排気ガスの流速を低減する手段が配設される。このため、弁体の周縁と排気流路の内壁面の間から下流側に流れる排気ガスの流速が低減され、これによって、排気圧力制御弁の周辺から発生する気流音を低減することができる。
なお、低減手段には、例えば、金網を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） 排気圧力制御弁は、ディーゼルエンジンの排気流路に設けられる。排気圧力制御弁の上流にはＤＰＦ装置が配され、下流には排気管（マフラ）が配される。
（形態２） 排気圧力制御弁は、メイン流路とバイパス流路が形成されたハウジングを有する。バイパス流路はメイン流路に隣接して設けられる。メイン流路には、メインバルブの上流側に入口ポートが設けられ、メインバルブの下流側に出口ポートが設けられる。バイパス流路の上流端は入口ポートを介してメイン流路に接続され、下流端は出口ポートを介してメイン流路に接続される。バイパスバルブはバイパス流路の中間に配設される。
（形態３） バイパスバルブを開閉する開閉装置は、ダイアフラム式のアクチュエータと、そのアクチュエータのロッドの直線運動をバイパスバルブの開閉運動に変換するリンク機構を備える。
（形態４） メインバルブを開閉する開閉装置は、ダイアフラム式のアクチュエータを備えている。アクチュエータの圧力室の圧力が所定圧力を超えるとメインバルブは開き、アクチュエータの圧力室の圧力が所定圧力以下となるとメインバルブは閉じる。アクチュエータの圧力室は３方電磁弁の中立ポートに接続され、３方電磁弁の他の２つのポートの一方は吸引ポンプに接続され、他方は大気に開放されている。アクチュエータの圧力室と３方電磁弁の間には流量調節手段が設けられる。
（形態５） 流量調節手段は、気体通路が形成されたハウジングと、気体通路をアクチュエータ側と３方電磁弁側とに仕切る仕切り板を有している。仕切り板には、複数のオリフィスが形成され、その複数のオリフィスの一部は弁体（バルブ）によって開閉される。弁体は、圧力室に空気を導入するときにオリフィスを閉じ、圧力室から空気を排気するときはオリフィスを開く。
（形態６） メインバルブは、回転軸と、回転軸に取り付けられた弁体とを有している。回転軸の両端はハウジングに回転可能に支持されている。回転軸が回転することで、弁体がメイン流路を閉じる閉状態と、弁体がメイン流路を開く開状態とに切り替えられる。メインバルブが閉状態となると、弁体の周縁とメイン流路の内壁面との間には全周に亘って隙間が形成され、また、弁体はメイン流路の軸線方向に対して傾斜している。
（形態７） メインバルブの弁体には、その表面から裏面に向かって貫通する連通孔を有している。連通孔は、メインバルブが閉じ状態となったときに回転軸より下流側となる位置に形成される。連通孔は、弁体の表面に対して略垂直に設けられている。
（形態８） メイン流路の内壁面には、メインバルブより下流側の位置に金網が配されている。金網は、メイン流路の内壁面の全周に亘って配設されている。
【実施例】
【００１２】
本発明を具現化した一実施例を図面を参照して説明する。まず、本実施例の排気圧力制御弁２０が搭載されるディーゼルエンジン１０の排気系の構成について説明する。図１に示すように、ディーゼルエンジン１０の排気系は、ＤＰＦ装置１４と、排気圧力制御弁２０を備えている。
ＤＰＦ装置１４は、排気ガスに含まれるパティキュレートや黒鉛を捕集するフィルタ（セラミック製）を備えている。ＤＰＦ装置１４の上流端には排気管１２を介してディーゼルエンジン１０が接続されている。ＤＰＦ装置１４の下流端には排気管１６を介して排気圧力制御弁２０が接続されている。排気管１２には圧力センサ１２ａが配設されている。圧力センサ１２ａは排気管１２を流れる排気ガスの圧力を検出する。排気管１６には圧力センサ１６ａが配設されている。圧力センサ１６ａは排気管１６を流れる排気ガスの圧力を検出する。圧力センサ１２ａ，１６ａで検出された排気ガスの圧力はＥＣＵ１８に入力される。排気圧力制御弁２０は、ディーゼルエンジン１０から排気される排気ガスの圧力を制御する装置である（詳細な構成については後述する）。排気圧力制御弁２０の下流端は排気管２６を介してマフラに接続されている。
ディーゼルエンジン１０及び排気圧力制御弁２０の制御は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１８によって行われる。ＥＣＵ１８は、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じて、ディーゼルエンジン１０への吸気量及び燃料供給量を制御する。また、ＥＣＵ１８は、圧力センサ１２ａ，１６ａで検出された各圧力の圧力差（すなわち、ＤＰＦ装置１４の圧力損失）が所定値を超えると、排気圧力制御弁２０のメインバルブ(後述)を閉じてＤＰＦ装置１４のフィルタを再生する。
【００１３】
上述した排気系では、ディーゼルエンジン１０から排気される排気ガスは、排気管１２を介してＤＰＦ装置１４に流れる。ＤＰＦ装置１４は、排気ガスに含まれるパティキュレートや黒鉛を捕集する。ＤＰＦ装置１４で浄化された排気ガスは、排気管１６、排気圧力制御弁２０及び排気管２６を通ってマフラより大気に放出される。
ＤＰＦ装置１４にパティキュレートや黒鉛が捕集され、ＤＰＦ装置１４の圧損が大きくなると、ＥＣＵ１８は排気圧力制御弁２０のメインバルブを閉じる。これによって、ディーゼルエンジン１０の排気圧力が上昇し、この排気圧力の上昇に応じてディーゼルエンジン１０への燃料供給量が増量される。このため、ＤＰＦ装置１４には、未燃成分を含んだガスが供給され、未燃成分を含んだガスはフィルタ上流の酸化触媒に供給される。酸化触媒に供給された未燃成分は、酸化反応によって触媒内のガス温度を上昇させ、これによって、フィルタに捕集されたパティキュレートや黒鉛が燃焼する（すなわち、ＤＰＦ装置１４のフィルタが再生される）。ＤＰＦ装置１４のフィルタの再生が完了すると、ＥＣＵ１８は排気圧力制御弁２０のメインバルブを開き、通常の運転状態に戻る。なお、ＤＰＦ装置１４の再生は、ＤＰＦ装置１４の圧力損失が所定値を超える毎に行われる。
【００１４】
次に、上述した排気圧力制御弁２０について説明する。図２は、排気圧力制御弁２０の概略構成を示す図である。図２に示すように、排気圧力制御弁２０は、メイン流路３４とバイパス流路３２を有するハウジング３０と、メイン流路３４を開閉するメインバルブ３６と、バイパス流路３２を開閉するバイパスバルブ４０とを備えている。
【００１５】
ハウジング３０は、メイン流路３４と、このメイン流路３４に隣接して設けられたバイパス流路３２（バイパス室）を有している。
メイン流路３４の上流端３１には排気管１６が取付けられ、メイン流路３４の下流端３３には排気管２６が取付けられる。メイン流路３４の内壁面には入口ポート３４ａと出口ポート３４ｂが形成されている。入口ポート３４ａは上流端３１側に配され、出口ポート３２ｂは下流端３３側に配されている。入口ポート３４ａと出口ポート３４ｂの間にはメインバルブ３６が配されている。
バイパス流路３２は、その上流端が入口ポート３４ａを介してメイン流路３４に接続され、その下流端が出口ポート３４ｂを介してメイン流路３４に接続されている。バイパス流路３２は、流路部３２ａとバイパスバルブ収容部３２ｂを有している。流路部３２ａは入口ポート３４ａに連通している。バイパスバルブ収容部３２ｂは出口ポート３４ｂに連通している。バイパスバルブ収容部３２ｂは、出口ポート３４ｂからメイン流路３４の軸線に対して垂直方向に形成されている。バイパスバルブ収容部３２ｂにはバイパスバルブ４０が収容されている。バイパスバルブ４０は、流路部３２ａからバイパスバルブ収容部３２ｂへの開口部３２ｃを開閉するようになっている。図から明らかなように、開口部３２ｃは、メイン流路３４の内壁面から退避した位置に配置されている。
【００１６】
メインバルブ３６は、バタフライ式バルブであり、回転軸３８と、回転軸３８に一体に成形された弁体３７を備えている。回転軸３８はメイン流路３４（ハウジング３０）の壁面に回転自在に支持されている。回転軸３８はメイン流路３４の中心に配されており、回転軸３８の回転中心３８ｃとメイン流路３４の軸線Ｃは交差している（図８参照）。回転軸３８が回転することで、弁体３７がメイン流路３４を閉じる閉状態と、弁体３７がメイン流路３４を開く開状態とに切り替えられる。
図８，９によく示されるように、弁体３７がメイン流路３４を閉じた状態では、弁体３７はメイン流路３４の軸線（中心軸線）Ｃに対して傾斜している。また、弁体３７の周縁とメイン流路３４の内壁面との間にクリアランス３４ｄが形成されている。クリアランス３４ｄは、弁体３７の全周にわたって形成されている。クリアランス３４ｄは０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。クリアランス３４ｄが０．５ｍｍを超えると、排気圧力を上昇させる効果を充分に発揮することができないためである。
また、弁体３７には、その表面から裏面に向かって貫通する１つの連通孔３７ａが形成されている。連通孔３７ａは、弁体３７がメイン流路３４を閉じた状態としたときに回転軸３８より下流側となる側に形成されている。連通孔３７ａは、弁体３７の表面に対して略垂直に設けられている。
なお、メイン流路３４の内壁面には、メインバルブ３６の下流側の位置に金網９０が配されている。金網９０は、メイン流路３４の内壁面の全周に亘って配されている。
【００１７】
メインバルブ３６を開閉する開閉装置４２は、アクチュエータ６０と、３方電磁弁４８と、バキュームポンプ４４を備えている。
アクチュエータ６０は、ダイアフラム式のアクチュエータである。アクチュエータ６０は、図示しない圧力室の圧力に応じて伸縮するロッド６２を備えている。ロッド６２の先端にはリンク６４の一端が回転可能に取付けられている。リンク６４の他端には回転軸３８が固定されている。ロッド６２が伸縮すると、それに応じて回転軸３８が回転し、これによって、メインバルブ３６がメイン流路３４を開く開状態と、メイン流路３４を閉じる閉状態とに切り替えられる。すなわち、アクチュエータ６０の圧力室の圧力が所定圧力を超えるとメインバルブ３６がメイン流路３４を開き、アクチュエータ６０の圧力室の圧力が所定圧力以下となるとメインバルブ３６がメイン流路３４を閉じるようになっている。
【００１８】
アクチュエータ６０の圧力室は、配管５８ａ，流量調節弁５０，配管５８ｂを介して３方電磁弁４８の中立ポート４８ｃに接続されている。３方電磁弁４８の残った２つのポート４８ａ，４８ｂのうち一方のポート４８ａはチェックバルブ４６を介してバキュームポンプ４４に接続され、他方のポート４８ｂは大気に開放されている。チェックバルブ４６はバキュームポンプ４４から３方電磁弁４８側への空気の逆流を防止している。
３方電磁弁４８は、ＥＣＵ１８によって制御される。ポート４８ｂを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ａとが連通する状態とし、バキュームポンプ４４を作動させると、アクチュエータ６０の圧力室内の空気が排気される（これによって、メインバルブ３６が閉状態となる）。一方、ポート４８ａを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ｂとが連通する状態とすると、アクチュエータ６０の圧力室内に大気が導入される（これによって、メインバルブ３６が開状態となる）。
【００１９】
アクチュエータ６０の圧力室と３方電磁弁４８の間に介装される流量調節弁５０は、流路が形成されたハウジング５２と、ハウジング５２に形成された流路の中間に設けられた隔壁５４と、隔壁５４に取付けられた弁体５６を有している。隔壁５４によって仕切られた一方の流路５２ａは、配管５８ａを介してアクチュエータ６０の圧力室に連通している。隔壁５４によって仕切られた他方の流路５２ｂは、配管５８ｂを介して３方電磁弁４８の中立ポート４８ｃに接続されている。
隔壁５４には複数のオリフィス５４ａが穿設されている。複数のオリフィス５４ａの一部は、弁体５６によって開閉される。すなわち、アクチュエータ６０の圧力室に空気を導入する時（３方電磁弁４８からアクチュエータ６０に向かって空気が流れる時）は、弁体５６が隔壁５４の一部のオリフィスを閉じる。アクチュエータ６０の圧力室から空気を排気する時（アクチュエータ６０から３方電磁弁４８に向かって空気が流れる時）は、弁体５６が変形して隔壁５４のオリフィス５４ａを開く（図４に示す状態）。したがって、アクチュエータ６０の圧力室に空気を導入する時は、空気の通過断面積が小さくなり、圧力室には緩やかに空気が供給される。一方、アクチュエータ６０の圧力室から空気を排気する時は、空気の通過断面積が拡大され、圧力室の空気が速やかに排気される。これによって、メインバルブ３６が閉状態から開状態となるまでの時間が、メインバルブ３６が開状態から閉状態となるまでの時間より長くなるように調整されている。
【００２０】
バイパスバルブ４０は、フラッパ弁であり、バイパス流路３２の開口部３２ｃを開閉する。図３に示すように、バイパスバルブ４０を開閉する開閉装置７０は、アクチュエータ８０と、アクチュエータ８０の運動をバイパスバルブ４０に伝達するリンク機構（７４，７２）を備えている。
アクチュエータ８０は、ダイアフラム式のアクチュエータであり、シリンダ８１とロッド７６を備えている。ロッド７６は、その基端部に設けられた隔壁部７６ａと、隔壁部７６ａに立設されたロッド部７６ｂを有している。隔壁部７６ｂは、シリンダ８１内に移動可能に収容され、シリンダ８１内を圧力室８２とばね収容室８４に区画している。圧力室８２は排ガス導入管２４によって排気管１６と連通され、排気管１６内を流れる排気ガスが圧力室８０内に導入されるようになっている。ばね収容室８４には圧縮された状態でばね８６が収容されている。ばね８６は、隔壁部７６ａを圧力室８０側に付勢している。ロッド部７６ｂの先端にはリンク７４の基端が回転自在に取付けられている。リンク７４の先端には回転軸８２を介してアーム７２の一端が固定されている。アーム７２の他端にはバイパスバルブ４０が取付けられている。
圧力室８２に導入される排気ガスの圧力が所定の圧力以下のときは、圧力室８２内の排気ガスから隔壁部７６ａに作用する力より、ばね８６の隔壁部７６ａを付勢する付勢力の方が大きいため、ロッド７６は初期位置にあり、バイパスバルブ４０はバイパス流路３２の開口部３２ｃを閉じている。一方、圧力室８２に導入される排気ガスの圧力が所定の圧力を越えると、ばね８６の付勢力に抗してロッド７６が伸張する。これによって、アーム７２が軸８３回りに回転し、アーム７２の先端に取付けたバイパスバルブ４０が開口部３２ｃを開く。
【００２１】
上述した排気圧力制御弁２０がメインバルブ３６を開閉するときの動作について説明する。まず、メインバルブ３６を開いた状態から閉じた状態とするときの動作について説明する。なお、上述した説明から明らかなように、メインバルブ３６が開いた状態では、アクチュエータ６０の圧力室に大気が導入されている。
上述したように、排気圧力制御弁２０の開閉はＥＣＵ１８によって制御される。ＥＣＵ１８は、まず、３方電磁弁３８に駆動信号を出力し、ポート４８ｂを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ａとが連通する状態とし、次いで、バキュームポンプ４４を作動させる。これによって、アクチュエータ６０の圧力室内の空気が排気され、メインバルブ３６がメイン流路３４を閉じる。アクチュエータ６０の圧力室から空気が排気されるときは、流量調節弁５０の弁体５６はオリフィス５４ａを開放する。このため、アクチュエータ６０の圧力室内の空気が速やかに排気される。
【００２２】
メインバルブ３６がメイン流路３４を閉じた状態では、メインバルブ３６の上流側の排気ガスは、弁体３７の周縁とメイン流路３４の内壁面とのクリアランス３４ｄと、弁体３７の連通孔３７ａからメインバルブ３６の下流側に流れ出る。この際、クリアランス３４ｄから流れ出る排気ガスはメイン流路３４の軸線方向Ｃと平行に流出し、連通孔３７ａから流れ出る排気ガスはメイン流路３４の中心に向かって流出する（すなわち、軸線方向Ｃに対して傾斜する方向に流出する）。このため、クリアランス３４ｄから流れ出る排気ガスと連通孔３７ａから流れ出る排気ガスが効率的に混合され、その流速が低減される。
また、連通孔３７ａから流れ出る排気ガスはメイン流路３４の中心に向かって流れ、かつ、連通孔３７ａを１つとして連通孔３７ａの孔径を大きくすることで、多量の排気ガスが連通孔３７ａから流れ出る。このため、連通孔３７ａから流出した排気ガスはメイン流路３４の全体に拡散し易くなり、その流速が低減される。
さらに、メイン流路３４の内壁面のメインバルブ３６の下流側には金網９０が配されている。このため、クリアランス３４ｄから流れ出た排気ガスの流速は金網９０によって低減される。
これらによって、メインバルブ３６でメイン流路３４を閉じたときの気流音が低く抑えられる。
【００２３】
図１０は本実施例の排気圧力制御弁２０についてメインバルブ３６を閉じたときの排気ガスの流動状態をシミュレーションした結果を示しており、図１１は弁体３７に連通孔を設けていない排気圧力制御弁についてメインバルブ３６を閉じたときの排気ガスの流動状態をシミュレーションした結果を示している。
図１０，図１１の比較より明らかなように、本実施例の排気圧力制御弁２０では、クリアランス３４ｄから流出する排気ガスの流速が低く抑えられ、また、連通孔３７ａから流出する排気ガスによってメイン流路３４の全体に排気ガスが流れていることがわかる。
【００２４】
なお、メインバルブ３６がメイン流路３４を閉じると、排気ガスの圧力が上昇するため、バイパスバルブ４０を駆動するアクチュエータ７６の圧力室８２に導入される排気ガスの圧力も上昇する。圧力室８２内の排気ガスの圧力が所定値を超えると、ロッド７６がばね８６の付勢力に抗して伸張する。これによって、バイパスバルブ４０がバイパス流路３２の開口部３２ｃを開く。なお、バイパスバルブ４０のバルブ開度は、排気管１６内の排気ガスの圧力によって決まり、排気管１６内の排気ガスの圧力が高いと大きく、排気管１６内の排気ガスの圧力が低いと小さくなる。これによって、排気管１６内の排気ガスの圧力が略一定に維持される。
また、バイパスバルブ４０は、メイン流路３４の内壁面から退避した位置に配置されているため、メイン流路３４の排気圧力が直接作用しないようになっている。また、バイパスバルブ４０の開閉は、アクチュエータ７６の直線運動をリンク機構を介してアーム７２に伝達することで行われる。これらのため、排気管１６を流れる排気ガスが脈動する場合であっても、バイパスバルブ４０の挙動が安定し、バイパスバルブ４０のチャタリング等を防止することができる。これによって、排気圧力の制御性が向上する。
【００２５】
次に、メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態とするときの動作について説明する。メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態とする際は、ＥＣＵ１８は、３方電磁弁３８に駆動信号を出力し、ポート４８ａを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ｂとが連通する状態とする。これによって、３方電磁弁４８側からアクチュエータ６０の圧力室内に大気が導入され、メインバルブ３６がメイン流路３４を開く。アクチュエータ６０の圧力室内に空気が導入されるときは、流量調節弁５０の弁体５６は一部のオリフィス５４ａを閉じる。このため、アクチュエータ６０内の圧力室には空気が緩やかに導入され、メインバルブ３６はゆっくりと開くこととなる。
なお、メインバルブ３６がメイン流路３４を開くと、排気管１６内を流れる排気ガスの圧力も低下する。このため、バイパスバルブ４０はバイパス流路３２の開口部３２ｂを閉じることとなる。
【００２６】
図６は、メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態に移行する際の３方電磁弁３８、アクチュエータ６０の圧力室の圧力、及びメインバルブ３６のバルブ開度の時間的な変化を模式的に示す図である。
図６に示すように、まず、３方電磁弁３８が負圧状態（アクチュエータ６０とバキュームポンプ４４が接続された状態）から大気開放状態（アクチュエータ６０が大気に開放された状態）に切り替えられる。３方電磁弁３８が大気開放状態に切り替えられると、アクチュエータ６０の圧力室は徐々に負圧状態から大気圧状態に移行する。メインバルブ３６は、３方電磁弁３８が大気開放状態に切り替えられたタイミングから若干の時間遅れｔを経過してから徐々に開き始める。そして、大気開放状態に切り替えられたタイミングから時間ｔ０が経過すると、メインバルブ３６は全開となる。
【００２７】
図７は、メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態とするときの排気圧力の変化と気流音の音圧変化を測定した結果の一例を示している。なお、図７には、流量調節弁５０を配設しなかったときの排気圧力の変化を比較例として併せて示している。
図７から明らかなように、流量調節弁５０を配設した本実施例では、流量調節弁５０を配設しなかった場合と比較して、排気ガスの圧力変化（ΔＰ／ｄｔ）は緩やかになり、メインバルブ３６が閉じた状態から全開状態となるまでに要する時間（いわゆる、応答時間）も長くなっている。また、排気ガスの圧力変化の波形と気流音の音圧変化の波形の比較から明らかなように、排気ガスの圧力変化の大きさと気流音の音圧（音圧の振幅量）が比例する。したがって、排気ガスの圧力変化を緩やかにすることで、気流音が小さくなることがわかる。すなわち、メインバルブ３６の応答時間を長くすることで、気流音を低減することができる。
【００２８】
上述のように、本実施例の排気圧力制御弁２０では、メインバルブ３６を閉じたときにクリアランス３４ｄから流れ出る排気ガスと連通孔３７ａから流れ出る排気ガスが効率的に混合し、その流速が低く抑えられる。また、連通孔３７ａからメイン流路３４に流れ出た排気ガスは、メイン流路３４の中心に向かって流出し、メイン流路３４の全体に広がってゆく。このため、連通孔３７ａから流出する排気ガスの流速が低く抑えられる。さらに、メイン流路３４の内壁面に設けた金網９０によって、クリアランス３４ｄから流れ出る排気ガスの流速が低く抑えられる。これらによって、クリアランス３４ｄから流れ出るガス流及び連通孔３７ａから流れ出るガス流と、その周囲の排気ガスとの流速差が小さくなり、気流音を低減することができる。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例では、弁体３７に設けた連通孔３７ａは１つであったが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、弁体に設ける連通孔を複数とすることができる。連通孔を複数設けることで、メイン流路全体に排気ガスを拡散することができ、流速差の低減を図ることができる。なお、連通孔を複数設ける場合は、各連通孔の孔径を小さくすることが好ましい。連通孔を小さくすることで、排気ガスの漏れ流量を一定の値に抑えながら、連通孔から流出する排気ガスの速度を低く抑えることができる。
図１２は弁体に複数の連通孔を設けたときの流動状態をシミュレーションした結果を示している。図１２から明らかなように、弁体に複数の連通孔を設けた場合でも、排気ガスをメイン流路全体に拡散させることができ、その流速を低く抑えることがわかる。なお、図１２に示す例では、連通孔の下流端側を面取りし、また、弁体の周縁の下流端側を面取りしている。これによって、メインバルブの上流側から流れ出る排気ガスが拡散し易くなり、その流速を低減することに寄与している。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施例の排気圧力制御弁が搭載されるディーゼルエンジンの排気系の構成を示す図。
【図２】本実施例の排気圧力制御弁の概略構成を示す図。
【図３】バイパスバルブを開閉する開閉装置の概略構成を示す図。
【図４】メインバルブを閉じるときの流量調節弁の状態を示す図。
【図５】排気圧力制御弁と排気管２６との取付け構造の変形例を示す図。
【図６】３方電磁弁とアクチュエータの圧力室の圧力とメインバルブの開度の時間的変化を模式的に示す図。
【図７】メインバルブを閉じた状態から開いた状態とするときの排気圧力の変化と気流音の音圧変化を測定した結果の一例を示す図。
【図８】メイン流路とメインバルブのみを取り出して示す図。
【図９】弁体の周縁とメイン流路の内壁面の部分を拡大して示す図。
【図１０】本実施例の流動シミュレーションの結果を示す図。
【図１１】連通孔を設けていない場合の流動シミュレーションの結果を示す図。
【図１２】本実施例の変形例の流動シミュレーションの結果を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１０：ディーゼルエンジン
１４：ＤＰＦ装置
１８：ＥＣＵ
２０：排気圧力制御弁
３２：バイパス流路
３４：メイン流路
３６：メインバルブ
３７：弁体
３７ａ：連通孔
４０：バイパスバルブ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁が知られている。排気圧力制御弁は、通常、排気流路が設けられたハウジングと、ハウジングの排気流路を開閉するバルブを備えている。バルブは、ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸に取付けられた弁体によって構成されている。回転軸が回転することで、弁体が排気流路を閉じる閉状態と弁体が排気流路を開く開状態とに切換えられる。
この種の排気圧力制御弁は、エンジンの始動性を向上させ、あるいは、エンジンから排気される排気ガスを浄化するために用いられている。例えば、ディーゼルエンジンから排気される排気ガスを浄化するためのディーゼル・パティキュレート・フィルタ・システム（以下、ＤＰＦシステムという）に排気圧力制御弁が用いられている。ＤＰＦシステムは、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるパティキュレート（粒子状物質）や黒鉛をセラミック製のフィルタで捕集するシステムである。ＤＰＦシステムでは、フィルタに捕集されるパティキュレートや黒鉛が一定量を超えると、フィルタに捕集されたパティキュレートや黒鉛を燃焼させてフィルタを強制的に再生する。このフィルタの再生のために排気圧力制御弁が用いられる。すなわち、排気圧力制御弁はフィルタの上流又は下流に配される。フィルタを再生する際は、排気圧力制御弁のバルブによって排気流路の開度を絞り、排気ガスの圧力を高める。排気ガスの圧力上昇によってエンジンへの負荷が大きくなると、エンジンへの燃料供給量が増量されるため、排気温度が高められ触媒が活性化するとともにエンジンで燃焼しなかった燃料の一部がフィルタ上流の酸化触媒に供給される。酸化触媒に供給された燃料は、酸化反応によって触媒内の排気ガス温度を上昇させ、フィルタに捕集されたパティキュレートや黒鉛を燃焼させる（すなわち、フィルタを再生する）。フィルタの再生が終了すると、排気流路を開き、排気圧力は通常の圧力まで低下する。
【０００３】
上述したＤＰＦシステムに排気圧力制御弁を用いる場合、バルブを閉じた状態においてもディーゼルエンジンの運転を可能とするために、弁体の周縁と排気流路の内壁面との間には隙間が形成されている。このため、排気流路をバルブによって閉じた状態とすると、バルブ上流の高圧の排気ガスが、弁体の周縁と排気流路の内壁面との隙間から下流側に向かって高速で流れることとなる。このため、排気圧力制御弁の周辺から不快な騒音（気流音）が発生するという問題があった。
そこで、排気圧力制御弁で排気流路を閉じたときに発生する気流音を低減するために、特許文献１の排気圧力制御弁が提案されている。特許文献１の排気圧力制御弁では、バルブの弁体に、その表面から裏面に貫通する連通孔が設けられる。弁体に連通孔を設けることで、弁体の周縁と排気流路の内壁面との隙間を流れる排気ガスの流量が少なくなり、排気圧力制御弁の周辺から発生する気流音が低減できるとされている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２９９４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らが気流音の原因について流動解析シミュレーション等により検討した結果、気流音の原因はバルブ上流側から高速で流れ出る排気ガスの流れと、その周囲（バルブ下流）の排気ガスとの流速差が主要な原因であることが判明した。したがって、バルブ上流側から下流側に向かって流れ出る排気ガスの流速を低く抑えることができれば、その流速差も小さくなり、気流音も低減できることが判明した。
上述した特許文献１の排気圧力制御弁では、弁体に設けられた連通孔が、排気流路が伸びる方向と平行に伸びている。したがって、弁体の周縁から下流側に流れ出る排気ガスの流出方向と、連通孔から下流側に流れ出る排気ガスの流出方向とが平行（同一）となり、両者の流れは混合され難く、その流速も低下し難くなっている。このため、特許文献１の排気圧力制御弁でも、バルブ上流側の排気ガスが高速で下流側に流れることとなるため、排気圧力制御弁の周辺から発生する騒音を充分に低減することができていない。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みて創作されたものであり、排気圧力制御弁を閉じた状態においてバルブ上流側の排気ガスがバルブ下流側に流れる際に発生する気流音を効果的に低減することができる排気圧力制御弁を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の排気圧力制御弁は、エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁であって、排気流路が設けられるハウジングと、ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸に取付けられると共にその表面から裏面に貫通する連通孔が設けられた弁体とを備えており、回転軸を回転することにより弁体が排気流路を閉じる閉状態と排気流路を開く開状態とに切換えるバルブと、を有している。そして、弁体の連通孔は、その連通孔から流れ出る排気ガスの流出方向が排気流路の軸線方向に対して傾斜するように設けられている。
この排気圧力制御弁でも、バルブが排気流路を閉じた状態では、弁体の周縁から下流側に排気ガスが流れ、また、弁体に設けた連通孔から下流側に排気ガスが流れる。連通孔から流れ出る排気ガスは、排気流路の軸線方向に対して傾斜する方向に流れるため、弁体の周縁から流れ出る排気ガスと混合され易くなる。このため、弁体の周縁から下流側に流れ出る排気ガスと連通孔から下流側に流れ出る排気ガスが混合されて、その流速が減速されることとなる。これによって、排気圧力制御弁を閉じた状態のときに発生する気流音を低減することができる。
【０００８】
上記の排気圧力制御弁は、バルブが閉じられた状態で、弁体の表面を排気流路の軸線方向に対して傾斜させることができる。かかる場合、連通孔は、バルブが閉じられた状態で弁体の回転軸より下流側となる位置に、弁体の表面に対して略垂直方向に設けることができる。
このような構成によると、連通孔から流れ出た排気ガスは排気流路の中心に向かって流れ出ることとなる。このため、排気流路内の全体に排気ガスが拡散して流れるため、排気ガスの流速を効果的に低減することができる。これによって、気流音の低減効果を向上することができる。
【０００９】
また、上記の排気圧力制御弁では、弁体の周縁と排気流路の内壁面には、全周にわたって隙間が形成されていることが好ましい。弁体の周縁の全周にわたって隙間を形成することで、バルブの下流側の排気流路の全体に排気ガスを流すことができる。
【００１０】
また、本発明の第２の排気圧力制御弁は、エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁であって、排気流路が設けられるハウジングと、ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸に取付けられた弁体とを備えており、回転軸を回転することにより弁体が排気流路を閉じる閉状態と排気流路を開く開状態とに切換えるバルブと、バルブより下流側の排気流路の内壁面に設けられ、内壁面近傍の排気ガスの流速を低減する手段と、を有する。
この排気圧力制御弁では、バルブより下流側の排気流路の内壁面に、内壁面近傍の排気ガスの流速を低減する手段が配設される。このため、弁体の周縁と排気流路の内壁面の間から下流側に流れる排気ガスの流速が低減され、これによって、排気圧力制御弁の周辺から発生する気流音を低減することができる。
なお、低減手段には、例えば、金網を用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。
（形態１） 排気圧力制御弁は、ディーゼルエンジンの排気流路に設けられる。排気圧力制御弁の上流にはＤＰＦ装置が配され、下流には排気管（マフラ）が配される。
（形態２） 排気圧力制御弁は、メイン流路とバイパス流路が形成されたハウジングを有する。バイパス流路はメイン流路に隣接して設けられる。メイン流路には、メインバルブの上流側に入口ポートが設けられ、メインバルブの下流側に出口ポートが設けられる。バイパス流路の上流端は入口ポートを介してメイン流路に接続され、下流端は出口ポートを介してメイン流路に接続される。バイパスバルブはバイパス流路の中間に配設される。
（形態３） バイパスバルブを開閉する開閉装置は、ダイアフラム式のアクチュエータと、そのアクチュエータのロッドの直線運動をバイパスバルブの開閉運動に変換するリンク機構を備える。
（形態４） メインバルブを開閉する開閉装置は、ダイアフラム式のアクチュエータを備えている。アクチュエータの圧力室の圧力が所定圧力を超えるとメインバルブは開き、アクチュエータの圧力室の圧力が所定圧力以下となるとメインバルブは閉じる。アクチュエータの圧力室は３方電磁弁の中立ポートに接続され、３方電磁弁の他の２つのポートの一方は吸引ポンプに接続され、他方は大気に開放されている。アクチュエータの圧力室と３方電磁弁の間には流量調節手段が設けられる。
（形態５） 流量調節手段は、気体通路が形成されたハウジングと、気体通路をアクチュエータ側と３方電磁弁側とに仕切る仕切り板を有している。仕切り板には、複数のオリフィスが形成され、その複数のオリフィスの一部は弁体（バルブ）によって開閉される。弁体は、圧力室に空気を導入するときにオリフィスを閉じ、圧力室から空気を排気するときはオリフィスを開く。
（形態６） メインバルブは、回転軸と、回転軸に取り付けられた弁体とを有している。回転軸の両端はハウジングに回転可能に支持されている。回転軸が回転することで、弁体がメイン流路を閉じる閉状態と、弁体がメイン流路を開く開状態とに切り替えられる。メインバルブが閉状態となると、弁体の周縁とメイン流路の内壁面との間には全周に亘って隙間が形成され、また、弁体はメイン流路の軸線方向に対して傾斜している。
（形態７） メインバルブの弁体には、その表面から裏面に向かって貫通する連通孔を有している。連通孔は、メインバルブが閉じ状態となったときに回転軸より下流側となる位置に形成される。連通孔は、弁体の表面に対して略垂直に設けられている。
（形態８） メイン流路の内壁面には、メインバルブより下流側の位置に金網が配されている。金網は、メイン流路の内壁面の全周に亘って配設されている。
【実施例】
【００１２】
本発明を具現化した一実施例を図面を参照して説明する。まず、本実施例の排気圧力制御弁２０が搭載されるディーゼルエンジン１０の排気系の構成について説明する。図１に示すように、ディーゼルエンジン１０の排気系は、ＤＰＦ装置１４と、排気圧力制御弁２０を備えている。
ＤＰＦ装置１４は、排気ガスに含まれるパティキュレートや黒鉛を捕集するフィルタ（セラミック製）を備えている。ＤＰＦ装置１４の上流端には排気管１２を介してディーゼルエンジン１０が接続されている。ＤＰＦ装置１４の下流端には排気管１６を介して排気圧力制御弁２０が接続されている。排気管１２には圧力センサ１２ａが配設されている。圧力センサ１２ａは排気管１２を流れる排気ガスの圧力を検出する。排気管１６には圧力センサ１６ａが配設されている。圧力センサ１６ａは排気管１６を流れる排気ガスの圧力を検出する。圧力センサ１２ａ，１６ａで検出された排気ガスの圧力はＥＣＵ１８に入力される。排気圧力制御弁２０は、ディーゼルエンジン１０から排気される排気ガスの圧力を制御する装置である（詳細な構成については後述する）。排気圧力制御弁２０の下流端は排気管２６を介してマフラに接続されている。
ディーゼルエンジン１０及び排気圧力制御弁２０の制御は、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１８によって行われる。ＥＣＵ１８は、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じて、ディーゼルエンジン１０への吸気量及び燃料供給量を制御する。また、ＥＣＵ１８は、圧力センサ１２ａ，１６ａで検出された各圧力の圧力差（すなわち、ＤＰＦ装置１４の圧力損失）が所定値を超えると、排気圧力制御弁２０のメインバルブ(後述)を閉じてＤＰＦ装置１４のフィルタを再生する。
【００１３】
上述した排気系では、ディーゼルエンジン１０から排気される排気ガスは、排気管１２を介してＤＰＦ装置１４に流れる。ＤＰＦ装置１４は、排気ガスに含まれるパティキュレートや黒鉛を捕集する。ＤＰＦ装置１４で浄化された排気ガスは、排気管１６、排気圧力制御弁２０及び排気管２６を通ってマフラより大気に放出される。
ＤＰＦ装置１４にパティキュレートや黒鉛が捕集され、ＤＰＦ装置１４の圧損が大きくなると、ＥＣＵ１８は排気圧力制御弁２０のメインバルブを閉じる。これによって、ディーゼルエンジン１０の排気圧力が上昇し、この排気圧力の上昇に応じてディーゼルエンジン１０への燃料供給量が増量される。このため、ＤＰＦ装置１４には、未燃成分を含んだガスが供給され、未燃成分を含んだガスはフィルタ上流の酸化触媒に供給される。酸化触媒に供給された未燃成分は、酸化反応によって触媒内のガス温度を上昇させ、これによって、フィルタに捕集されたパティキュレートや黒鉛が燃焼する（すなわち、ＤＰＦ装置１４のフィルタが再生される）。ＤＰＦ装置１４のフィルタの再生が完了すると、ＥＣＵ１８は排気圧力制御弁２０のメインバルブを開き、通常の運転状態に戻る。なお、ＤＰＦ装置１４の再生は、ＤＰＦ装置１４の圧力損失が所定値を超える毎に行われる。
【００１４】
次に、上述した排気圧力制御弁２０について説明する。図２は、排気圧力制御弁２０の概略構成を示す図である。図２に示すように、排気圧力制御弁２０は、メイン流路３４とバイパス流路３２を有するハウジング３０と、メイン流路３４を開閉するメインバルブ３６と、バイパス流路３２を開閉するバイパスバルブ４０とを備えている。
【００１５】
ハウジング３０は、メイン流路３４と、このメイン流路３４に隣接して設けられたバイパス流路３２（バイパス室）を有している。
メイン流路３４の上流端３１には排気管１６が取付けられ、メイン流路３４の下流端３３には排気管２６が取付けられる。メイン流路３４の内壁面には入口ポート３４ａと出口ポート３４ｂが形成されている。入口ポート３４ａは上流端３１側に配され、出口ポート３２ｂは下流端３３側に配されている。入口ポート３４ａと出口ポート３４ｂの間にはメインバルブ３６が配されている。
バイパス流路３２は、その上流端が入口ポート３４ａを介してメイン流路３４に接続され、その下流端が出口ポート３４ｂを介してメイン流路３４に接続されている。バイパス流路３２は、流路部３２ａとバイパスバルブ収容部３２ｂを有している。流路部３２ａは入口ポート３４ａに連通している。バイパスバルブ収容部３２ｂは出口ポート３４ｂに連通している。バイパスバルブ収容部３２ｂは、出口ポート３４ｂからメイン流路３４の軸線に対して垂直方向に形成されている。バイパスバルブ収容部３２ｂにはバイパスバルブ４０が収容されている。バイパスバルブ４０は、流路部３２ａからバイパスバルブ収容部３２ｂへの開口部３２ｃを開閉するようになっている。図から明らかなように、開口部３２ｃは、メイン流路３４の内壁面から退避した位置に配置されている。
【００１６】
メインバルブ３６は、バタフライ式バルブであり、回転軸３８と、回転軸３８に一体に成形された弁体３７を備えている。回転軸３８はメイン流路３４（ハウジング３０）の壁面に回転自在に支持されている。回転軸３８はメイン流路３４の中心に配されており、回転軸３８の回転中心３８ｃとメイン流路３４の軸線Ｃは交差している（図８参照）。回転軸３８が回転することで、弁体３７がメイン流路３４を閉じる閉状態と、弁体３７がメイン流路３４を開く開状態とに切り替えられる。
図８，９によく示されるように、弁体３７がメイン流路３４を閉じた状態では、弁体３７はメイン流路３４の軸線（中心軸線）Ｃに対して傾斜している。また、弁体３７の周縁とメイン流路３４の内壁面との間にクリアランス３４ｄが形成されている。クリアランス３４ｄは、弁体３７の全周にわたって形成されている。クリアランス３４ｄは０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。クリアランス３４ｄが０．５ｍｍを超えると、排気圧力を上昇させる効果を充分に発揮することができないためである。
また、弁体３７には、その表面から裏面に向かって貫通する１つの連通孔３７ａが形成されている。連通孔３７ａは、弁体３７がメイン流路３４を閉じた状態としたときに回転軸３８より下流側となる側に形成されている。連通孔３７ａは、弁体３７の表面に対して略垂直に設けられている。
なお、メイン流路３４の内壁面には、メインバルブ３６の下流側の位置に金網９０が配されている。金網９０は、メイン流路３４の内壁面の全周に亘って配されている。
【００１７】
メインバルブ３６を開閉する開閉装置４２は、アクチュエータ６０と、３方電磁弁４８と、バキュームポンプ４４を備えている。
アクチュエータ６０は、ダイアフラム式のアクチュエータである。アクチュエータ６０は、図示しない圧力室の圧力に応じて伸縮するロッド６２を備えている。ロッド６２の先端にはリンク６４の一端が回転可能に取付けられている。リンク６４の他端には回転軸３８が固定されている。ロッド６２が伸縮すると、それに応じて回転軸３８が回転し、これによって、メインバルブ３６がメイン流路３４を開く開状態と、メイン流路３４を閉じる閉状態とに切り替えられる。すなわち、アクチュエータ６０の圧力室の圧力が所定圧力を超えるとメインバルブ３６がメイン流路３４を開き、アクチュエータ６０の圧力室の圧力が所定圧力以下となるとメインバルブ３６がメイン流路３４を閉じるようになっている。
【００１８】
アクチュエータ６０の圧力室は、配管５８ａ，流量調節弁５０，配管５８ｂを介して３方電磁弁４８の中立ポート４８ｃに接続されている。３方電磁弁４８の残った２つのポート４８ａ，４８ｂのうち一方のポート４８ａはチェックバルブ４６を介してバキュームポンプ４４に接続され、他方のポート４８ｂは大気に開放されている。チェックバルブ４６はバキュームポンプ４４から３方電磁弁４８側への空気の逆流を防止している。
３方電磁弁４８は、ＥＣＵ１８によって制御される。ポート４８ｂを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ａとが連通する状態とし、バキュームポンプ４４を作動させると、アクチュエータ６０の圧力室内の空気が排気される（これによって、メインバルブ３６が閉状態となる）。一方、ポート４８ａを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ｂとが連通する状態とすると、アクチュエータ６０の圧力室内に大気が導入される（これによって、メインバルブ３６が開状態となる）。
【００１９】
アクチュエータ６０の圧力室と３方電磁弁４８の間に介装される流量調節弁５０は、流路が形成されたハウジング５２と、ハウジング５２に形成された流路の中間に設けられた隔壁５４と、隔壁５４に取付けられた弁体５６を有している。隔壁５４によって仕切られた一方の流路５２ａは、配管５８ａを介してアクチュエータ６０の圧力室に連通している。隔壁５４によって仕切られた他方の流路５２ｂは、配管５８ｂを介して３方電磁弁４８の中立ポート４８ｃに接続されている。
隔壁５４には複数のオリフィス５４ａが穿設されている。複数のオリフィス５４ａの一部は、弁体５６によって開閉される。すなわち、アクチュエータ６０の圧力室に空気を導入する時（３方電磁弁４８からアクチュエータ６０に向かって空気が流れる時）は、弁体５６が隔壁５４の一部のオリフィスを閉じる。アクチュエータ６０の圧力室から空気を排気する時（アクチュエータ６０から３方電磁弁４８に向かって空気が流れる時）は、弁体５６が変形して隔壁５４のオリフィス５４ａを開く（図４に示す状態）。したがって、アクチュエータ６０の圧力室に空気を導入する時は、空気の通過断面積が小さくなり、圧力室には緩やかに空気が供給される。一方、アクチュエータ６０の圧力室から空気を排気する時は、空気の通過断面積が拡大され、圧力室の空気が速やかに排気される。これによって、メインバルブ３６が閉状態から開状態となるまでの時間が、メインバルブ３６が開状態から閉状態となるまでの時間より長くなるように調整されている。
【００２０】
バイパスバルブ４０は、フラッパ弁であり、バイパス流路３２の開口部３２ｃを開閉する。図３に示すように、バイパスバルブ４０を開閉する開閉装置７０は、アクチュエータ８０と、アクチュエータ８０の運動をバイパスバルブ４０に伝達するリンク機構（７４，７２）を備えている。
アクチュエータ８０は、ダイアフラム式のアクチュエータであり、シリンダ８１とロッド７６を備えている。ロッド７６は、その基端部に設けられた隔壁部７６ａと、隔壁部７６ａに立設されたロッド部７６ｂを有している。隔壁部７６ｂは、シリンダ８１内に移動可能に収容され、シリンダ８１内を圧力室８２とばね収容室８４に区画している。圧力室８２は排ガス導入管２４によって排気管１６と連通され、排気管１６内を流れる排気ガスが圧力室８０内に導入されるようになっている。ばね収容室８４には圧縮された状態でばね８６が収容されている。ばね８６は、隔壁部７６ａを圧力室８０側に付勢している。ロッド部７６ｂの先端にはリンク７４の基端が回転自在に取付けられている。リンク７４の先端には回転軸８２を介してアーム７２の一端が固定されている。アーム７２の他端にはバイパスバルブ４０が取付けられている。
圧力室８２に導入される排気ガスの圧力が所定の圧力以下のときは、圧力室８２内の排気ガスから隔壁部７６ａに作用する力より、ばね８６の隔壁部７６ａを付勢する付勢力の方が大きいため、ロッド７６は初期位置にあり、バイパスバルブ４０はバイパス流路３２の開口部３２ｃを閉じている。一方、圧力室８２に導入される排気ガスの圧力が所定の圧力を越えると、ばね８６の付勢力に抗してロッド７６が伸張する。これによって、アーム７２が軸８３回りに回転し、アーム７２の先端に取付けたバイパスバルブ４０が開口部３２ｃを開く。
【００２１】
上述した排気圧力制御弁２０がメインバルブ３６を開閉するときの動作について説明する。まず、メインバルブ３６を開いた状態から閉じた状態とするときの動作について説明する。なお、上述した説明から明らかなように、メインバルブ３６が開いた状態では、アクチュエータ６０の圧力室に大気が導入されている。
上述したように、排気圧力制御弁２０の開閉はＥＣＵ１８によって制御される。ＥＣＵ１８は、まず、３方電磁弁３８に駆動信号を出力し、ポート４８ｂを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ａとが連通する状態とし、次いで、バキュームポンプ４４を作動させる。これによって、アクチュエータ６０の圧力室内の空気が排気され、メインバルブ３６がメイン流路３４を閉じる。アクチュエータ６０の圧力室から空気が排気されるときは、流量調節弁５０の弁体５６はオリフィス５４ａを開放する。このため、アクチュエータ６０の圧力室内の空気が速やかに排気される。
【００２２】
メインバルブ３６がメイン流路３４を閉じた状態では、メインバルブ３６の上流側の排気ガスは、弁体３７の周縁とメイン流路３４の内壁面とのクリアランス３４ｄと、弁体３７の連通孔３７ａからメインバルブ３６の下流側に流れ出る。この際、クリアランス３４ｄから流れ出る排気ガスはメイン流路３４の軸線方向Ｃと平行に流出し、連通孔３７ａから流れ出る排気ガスはメイン流路３４の中心に向かって流出する（すなわち、軸線方向Ｃに対して傾斜する方向に流出する）。このため、クリアランス３４ｄから流れ出る排気ガスと連通孔３７ａから流れ出る排気ガスが効率的に混合され、その流速が低減される。
また、連通孔３７ａから流れ出る排気ガスはメイン流路３４の中心に向かって流れ、かつ、連通孔３７ａを１つとして連通孔３７ａの孔径を大きくすることで、多量の排気ガスが連通孔３７ａから流れ出る。このため、連通孔３７ａから流出した排気ガスはメイン流路３４の全体に拡散し易くなり、その流速が低減される。
さらに、メイン流路３４の内壁面のメインバルブ３６の下流側には金網９０が配されている。このため、クリアランス３４ｄから流れ出た排気ガスの流速は金網９０によって低減される。
これらによって、メインバルブ３６でメイン流路３４を閉じたときの気流音が低く抑えられる。
【００２３】
図１０は本実施例の排気圧力制御弁２０についてメインバルブ３６を閉じたときの排気ガスの流動状態をシミュレーションした結果を示しており、図１１は弁体３７に連通孔を設けていない排気圧力制御弁についてメインバルブ３６を閉じたときの排気ガスの流動状態をシミュレーションした結果を示している。
図１０，図１１の比較より明らかなように、本実施例の排気圧力制御弁２０では、クリアランス３４ｄから流出する排気ガスの流速が低く抑えられ、また、連通孔３７ａから流出する排気ガスによってメイン流路３４の全体に排気ガスが流れていることがわかる。
【００２４】
なお、メインバルブ３６がメイン流路３４を閉じると、排気ガスの圧力が上昇するため、バイパスバルブ４０を駆動するアクチュエータ７６の圧力室８２に導入される排気ガスの圧力も上昇する。圧力室８２内の排気ガスの圧力が所定値を超えると、ロッド７６がばね８６の付勢力に抗して伸張する。これによって、バイパスバルブ４０がバイパス流路３２の開口部３２ｃを開く。なお、バイパスバルブ４０のバルブ開度は、排気管１６内の排気ガスの圧力によって決まり、排気管１６内の排気ガスの圧力が高いと大きく、排気管１６内の排気ガスの圧力が低いと小さくなる。これによって、排気管１６内の排気ガスの圧力が略一定に維持される。
また、バイパスバルブ４０は、メイン流路３４の内壁面から退避した位置に配置されているため、メイン流路３４の排気圧力が直接作用しないようになっている。また、バイパスバルブ４０の開閉は、アクチュエータ７６の直線運動をリンク機構を介してアーム７２に伝達することで行われる。これらのため、排気管１６を流れる排気ガスが脈動する場合であっても、バイパスバルブ４０の挙動が安定し、バイパスバルブ４０のチャタリング等を防止することができる。これによって、排気圧力の制御性が向上する。
【００２５】
次に、メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態とするときの動作について説明する。メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態とする際は、ＥＣＵ１８は、３方電磁弁３８に駆動信号を出力し、ポート４８ａを閉じて中立ポート４８ｃとポート４８ｂとが連通する状態とする。これによって、３方電磁弁４８側からアクチュエータ６０の圧力室内に大気が導入され、メインバルブ３６がメイン流路３４を開く。アクチュエータ６０の圧力室内に空気が導入されるときは、流量調節弁５０の弁体５６は一部のオリフィス５４ａを閉じる。このため、アクチュエータ６０内の圧力室には空気が緩やかに導入され、メインバルブ３６はゆっくりと開くこととなる。
なお、メインバルブ３６がメイン流路３４を開くと、排気管１６内を流れる排気ガスの圧力も低下する。このため、バイパスバルブ４０はバイパス流路３２の開口部３２ｂを閉じることとなる。
【００２６】
図６は、メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態に移行する際の３方電磁弁３８、アクチュエータ６０の圧力室の圧力、及びメインバルブ３６のバルブ開度の時間的な変化を模式的に示す図である。
図６に示すように、まず、３方電磁弁３８が負圧状態（アクチュエータ６０とバキュームポンプ４４が接続された状態）から大気開放状態（アクチュエータ６０が大気に開放された状態）に切り替えられる。３方電磁弁３８が大気開放状態に切り替えられると、アクチュエータ６０の圧力室は徐々に負圧状態から大気圧状態に移行する。メインバルブ３６は、３方電磁弁３８が大気開放状態に切り替えられたタイミングから若干の時間遅れｔを経過してから徐々に開き始める。そして、大気開放状態に切り替えられたタイミングから時間ｔ０が経過すると、メインバルブ３６は全開となる。
【００２７】
図７は、メインバルブ３６を閉じた状態から開いた状態とするときの排気圧力の変化と気流音の音圧変化を測定した結果の一例を示している。なお、図７には、流量調節弁５０を配設しなかったときの排気圧力の変化を比較例として併せて示している。
図７から明らかなように、流量調節弁５０を配設した本実施例では、流量調節弁５０を配設しなかった場合と比較して、排気ガスの圧力変化（ΔＰ／ｄｔ）は緩やかになり、メインバルブ３６が閉じた状態から全開状態となるまでに要する時間（いわゆる、応答時間）も長くなっている。また、排気ガスの圧力変化の波形と気流音の音圧変化の波形の比較から明らかなように、排気ガスの圧力変化の大きさと気流音の音圧（音圧の振幅量）が比例する。したがって、排気ガスの圧力変化を緩やかにすることで、気流音が小さくなることがわかる。すなわち、メインバルブ３６の応答時間を長くすることで、気流音を低減することができる。
【００２８】
上述のように、本実施例の排気圧力制御弁２０では、メインバルブ３６を閉じたときにクリアランス３４ｄから流れ出る排気ガスと連通孔３７ａから流れ出る排気ガスが効率的に混合し、その流速が低く抑えられる。また、連通孔３７ａからメイン流路３４に流れ出た排気ガスは、メイン流路３４の中心に向かって流出し、メイン流路３４の全体に広がってゆく。このため、連通孔３７ａから流出する排気ガスの流速が低く抑えられる。さらに、メイン流路３４の内壁面に設けた金網９０によって、クリアランス３４ｄから流れ出る排気ガスの流速が低く抑えられる。これらによって、クリアランス３４ｄから流れ出るガス流及び連通孔３７ａから流れ出るガス流と、その周囲の排気ガスとの流速差が小さくなり、気流音を低減することができる。
【００２９】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例では、弁体３７に設けた連通孔３７ａは１つであったが、本発明はこのような形態に限られない。例えば、弁体に設ける連通孔を複数とすることができる。連通孔を複数設けることで、メイン流路全体に排気ガスを拡散することができ、流速差の低減を図ることができる。なお、連通孔を複数設ける場合は、各連通孔の孔径を小さくすることが好ましい。連通孔を小さくすることで、排気ガスの漏れ流量を一定の値に抑えながら、連通孔から流出する排気ガスの速度を低く抑えることができる。
図１２は弁体に複数の連通孔を設けたときの流動状態をシミュレーションした結果を示している。図１２から明らかなように、弁体に複数の連通孔を設けた場合でも、排気ガスをメイン流路全体に拡散させることができ、その流速を低く抑えることがわかる。なお、図１２に示す例では、連通孔の下流端側を面取りし、また、弁体の周縁の下流端側を面取りしている。これによって、メインバルブの上流側から流れ出る排気ガスが拡散し易くなり、その流速を低減することに寄与している。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施例の排気圧力制御弁が搭載されるディーゼルエンジンの排気系の構成を示す図。
【図２】本実施例の排気圧力制御弁の概略構成を示す図。
【図３】バイパスバルブを開閉する開閉装置の概略構成を示す図。
【図４】メインバルブを閉じるときの流量調節弁の状態を示す図。
【図５】排気圧力制御弁と排気管２６との取付け構造の変形例を示す図。
【図６】３方電磁弁とアクチュエータの圧力室の圧力とメインバルブの開度の時間的変化を模式的に示す図。
【図７】メインバルブを閉じた状態から開いた状態とするときの排気圧力の変化と気流音の音圧変化を測定した結果の一例を示す図。
【図８】メイン流路とメインバルブのみを取り出して示す図。
【図９】弁体の周縁とメイン流路の内壁面の部分を拡大して示す図。
【図１０】本実施例の流動シミュレーションの結果を示す図。
【図１１】連通孔を設けていない場合の流動シミュレーションの結果を示す図。
【図１２】本実施例の変形例の流動シミュレーションの結果を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１０：ディーゼルエンジン
１４：ＤＰＦ装置
１８：ＥＣＵ
２０：排気圧力制御弁
３２：バイパス流路
３４：メイン流路
３６：メインバルブ
３７：弁体
３７ａ：連通孔
４０：バイパスバルブ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁であって、
排気流路が設けられるハウジングと、
ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸に取付けられると共にその表面から裏面に貫通する連通孔が設けられた弁体とを備えており、回転軸を回転することにより弁体が排気流路を閉じる閉状態と排気流路を開く開状態とに切換えるバルブと、を有しており、
弁体の連通孔は、その連通孔から流れ出る排気ガスの流出方向が排気流路の軸線方向に対して傾斜するように設けられていることを特徴とする排気圧力制御弁。
【請求項２】
バルブが閉じられた状態では、弁体の表面が排気流路の軸線方向に対して傾斜しており、連通孔は、弁体の回転軸より下流側となる位置に、弁体の表面に対して略垂直方向に設けられていることを特徴とする請求項１の排気圧力制御弁。
【請求項３】
弁体の周縁と排気流路の内壁面には、全周にわたって隙間が形成されていることを特徴とする請求項１又は２の排気圧力制御弁。
【請求項４】
エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁であって、
排気流路が設けられるハウジングと、
ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸に取付けられた弁体とを備えており、回転軸を回転することにより弁体が排気流路を閉じる閉状態と排気流路を開く開状態とに切換えるバルブと、
バルブより下流側の排気流路の内壁面に設けられ、内壁面近傍の排気ガスの流速を低減する手段と、を有することを特徴とする排気圧力制御弁。
【請求項５】
前記低減手段が金網であることを特徴とする請求項４の排気圧力制御弁。
【請求項１】
エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁であって、
排気流路が設けられるハウジングと、
ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸に取付けられると共にその表面から裏面に貫通する連通孔が設けられた弁体とを備えており、回転軸を回転することにより弁体が排気流路を閉じる閉状態と排気流路を開く開状態とに切換えるバルブと、を有しており、
弁体の連通孔は、その連通孔から流れ出る排気ガスの流出方向が排気流路の軸線方向に対して傾斜するように設けられていることを特徴とする排気圧力制御弁。
【請求項２】
バルブが閉じられた状態では、弁体の表面が排気流路の軸線方向に対して傾斜しており、連通孔は、弁体の回転軸より下流側となる位置に、弁体の表面に対して略垂直方向に設けられていることを特徴とする請求項１の排気圧力制御弁。
【請求項３】
弁体の周縁と排気流路の内壁面には、全周にわたって隙間が形成されていることを特徴とする請求項１又は２の排気圧力制御弁。
【請求項４】
エンジンの排気流路に設けられ、エンジンから排気される排気ガスの圧力を制御する排気圧力制御弁であって、
排気流路が設けられるハウジングと、
ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、回転軸に取付けられた弁体とを備えており、回転軸を回転することにより弁体が排気流路を閉じる閉状態と排気流路を開く開状態とに切換えるバルブと、
バルブより下流側の排気流路の内壁面に設けられ、内壁面近傍の排気ガスの流速を低減する手段と、を有することを特徴とする排気圧力制御弁。
【請求項５】
前記低減手段が金網であることを特徴とする請求項４の排気圧力制御弁。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２５５３５１（Ｐ２００７−２５５３５１Ａ）
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８２５２８（Ｐ２００６−８２５２８）
【出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月４日（２００７．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２４日（２００６．３．２４）
【出願人】（０００１１６５７４）愛三工業株式会社 (1,018)
【Ｆターム（参考）】
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