JP2005256765A - 内燃機関の排気制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】シャフトの軸受部にシールリングによりラビリンスを形成して排気ガスの漏れ量を低減するものにおいて、シールリングにスラスト方向への荷重を付与して排気ガスの漏出量の一層の低減を図るとともに、このスラスト方向への荷重を付与する弾性体を軸受部内に収納して軸受部の小型化を図る。
【解決手段】一方の軸受部３のシャフト５の外周面とボデー１側の軸受穴８の内面との間にシールリング１０、１２、１３を介在してラビリンスを形成する。前記シャフト５の外周面とボデー側の軸受穴８の内面との間に、シールリング１０、１２、１３をスラスト方向へ押圧する弾性体を介在する。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の排気制御装置に関する。

従来、自動車のエンジンの排気路を開閉して制動力を制御する排気ブレーキ用のバタフライバルブを備えた排気制御装置において、図７に示すように、バルブ１０１に固設された回転軸１０２と軸受１０３との間に軸受メタル１０４を介在し、該軸受メタル１０４の外側に位置して、軸受１０３の内径に当接し回転軸１０２とは隙間を有する第１のシールリング１０５と、回転軸１０２の外周面に当接し軸受１０３の内径とは離間する第２のシールリング１０６を交互に配置することにより、該２種のシールリング１０５，１０６間にラビリンスを形成して排気路１０７内を流れる排気ガスが軸受部を通じて外部へ漏出することを低減する排気制御装置が知られている（特許文献１参照）。

また、図８に示すように、バルブ１０１に固設された回転軸１０２と軸受１０３との間に、バルブ１０１側に位置してシール保持部材１０８を介在し、該シール保持部材１０８の外側に位置してシールリング１０９を介在し、更に、該シールリング１０９の外側に位置して軸受メタル１１０を介在し、更に軸受１０３に蓋板１１１を突設し、軸受メタル１１０の外面と蓋板１１１の内面側に圧縮スプリング１１２を介在し、該圧縮スプリング１１２の付勢力によって軸受メタル１１０をバルブ１０１側へ押圧し、軸受メタル１１０とシールリング１０９と、シール保持部材１０８間でラビリンスを形成して排気ガスの外部への漏出を低減するようにしたものも知られている（特許文献１参照）。
実開平６−３４１４４号公報

前記図７に示す従来構造においては、シールリング１０５、１０６間にスラスト方向の隙間が生じるため、その隙間を通り、排気ガスが外部へ流出する問題がある。更に、シールリング１０５、１０６間に隙間を有することは、該シールリング１０５、１０６が排気ガスの脈動により、おどって異音が発生する問題がある。

また、前記の問題を解決するために前記図８に示すように、圧縮スプリング１１２を設けると、この圧縮スプリング１１２の付勢力は、軸受メタル１１０、シールリング１０９、シール保持部材１０８を介してバルブ１０１に伝達され、該バルブ１０１が図８において右方へ押し移動されて、バルブ１０１における前記シール保持部材１０８と反対側の軸受部（図１の右側の軸受部４）にバルブ１０１の端面（図１の左側の端面６ａ）が当接し、バルブ１０１が摩耗してバルブ１０１の円滑な回動を阻害し、正常な排気制御が行なわれない問題がある。更に、図８に示すように圧縮スプリング１１２を軸受１０３より外側へ突設すると軸受部が大型化する問題がある。

そこで本発明は、前記のようなシールリング部における排気ガスの漏れと異音の発生を防止し、かつ、前記のようなバルブの摩耗を防止し、更にはこれらの効果を発揮して軸受部の小型化を図ることができる内燃機関の排気制御装置を提案することを目的とするものである。

本発明は軸受部にシールリングによりラビリンスを形成して排気ガスの漏出を抑制するものにおいて、シールリングをスラスト方向に押圧する弾性体を軸受部内に設けて、排気ガスの漏出量を低減し、かつ、シールリングのガタつきを防止して異音の発生を防止し、更に、このような効果を発揮して軸受部の小型化を図ることを主な特徴とする。

このような目的を達成するために、請求項１記載の発明は、ボデーに排気路を設けるとともに、該排気路の排気ガスの流れ方向と直交する方向にシャフトを設け、該シャフトの両端部をボデーに形成した軸受部で支承し、シャフトにおける前記排気路にバルブを固着し、前記両軸受部における一方の軸受部のシャフトの外周面とボデー側の軸受穴の内面との間にシールリングを介在してラビリンスを形成するものにおいて、前記シャフトの外周面とボデー側の軸受穴の内面との間に前記シーリングをスラスト方向へ押圧する弾性体を介在したことを特徴とするものである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記軸受穴の奥部おいて、ボデー側に、シャフトの軸芯側へ突出する環状のシールリング受部をボデーと一体に突設し、該シールリング受部における前記軸受穴側の面をシール面とし、該シール面に前記シールリングを面接触させるようにしたものである。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明において、前記シャフトの外周面とボデー側の軸受穴の内面との間であって、前記シールリング受部のシール面と対向する側に、軸受ブシュをボデー側に圧入し、該軸受ブシュと前記シール面との間にシールリングと弾性体を圧縮して介在し、該弾性体によりシールリングにスラスト方向への荷重を付与したものである。

請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の発明において、前記弾性体を、波形座金又は皿ばね座金又は圧縮ねじりスプリングで形成したものである。

本発明においては、弾性体によりシールリングをスラスト方向に押圧したことによって、該シールリングによって形成されるラビリンス部がスラスト方向に密着され、該ラビリンス部での排気ガスの漏出が阻止され、軸受内部での排気ガスの外部への漏出隙間が減少し、排気ガスの外部への漏出量を極めて少なくすることができる。

更に、シールリングが弾性体により押圧されるため、該シールリングのガタつきが防止され、異音の発生が防止される。

更に、弾性体を軸受部内に備えたので、軸受部の小型化を図ることができる。
請求項２及び３記載の発明においては、軸受穴の奥部にシールリング受部を形成したので、弾性体の付勢荷重によってシャフトが他方の軸受部側へ移動することがシールリング受部で阻止され、シャフトに固着されたバルブが他方の軸受部に当接して摩擦することを防止し、バルブの円滑な回転を維持することができる。更に、該シールリング受部においてもラビリンスを構成できる。

請求項４記載の弾性体を使用すると、シャフトの外周面と軸受穴の内面との間の環状の穴に弾性体を容易に介在することができる。

本発明を実施するための最良の形態を図に示す実施例に基づいて説明する。

図１乃至図３は第１実施例を示すもので、図１はエンジンの排気系に配置される排気制御装置を示す横断面図で、ボデー１内に円筒状の排気路２が貫通形成されている。該ボデー１は球状黒鉛鋳鉄にニッケル・リンメッキを施したものである。

前記ボデー１内には、該ボデー１の一側に成形した一方の軸受部３と前記排気路２の中央部とを貫通し、ボデー１の他側に成形した他方の軸受部４内に達するシャフト５が設けられている。該シャフト５はステンレス鋼（ＪＩＳ記号ＳＵＳ４３０Ｆ）で形成されている。

前記排気路２内のシャフト５には円板状のバルブ（バタフライバルブ）６がスクリュ７により固着されており、シャフト５の正逆回転によりバルブ６が排気路２を開閉するようになっている。該バルブ６はステンレス鋼（ＪＩＳ記号ＳＵＳ４３０）で形成されている。

シャフト５の回転駆動側である一端部５ａを支承する一方の軸受部３はボデー１より外側へ突出した円形状に形成されており、該軸受部３内に前記シャフト５を挿通するための円筒状の軸受穴８が形成されている。該軸受穴８は、奥部の第１内面８ａと、該第１内面８ａより外側に形成した第２内面８ｂとからなり、第１内面８ａの内径よりも第２内面８ｂの内径が大径に形成されている。なお、図２は前記の第１内面８ａと第２内面８ｂのみに形成されているが、図１に示すように、前記第２内面８ｂの外側に、更に、第２内面８ｂの内径よりも大径の入口部８ｃを形成してもよい。

更に、ボデー１側には、前記第１内面８ａの奥部、すなわち、排気路２側に位置して、第１内面８ａより小径のシールリング受部９がシャフト５の軸芯側へ突出して環状に一体成形されており、該シールリング受部９の内面９ａはシャフト５の外周面間に若干の隙間を有する内径に形成されている。したがって、前記軸受穴８の外周部は袋状になっており、その奥部に、シールリング受部９によるラジアル方向の面からなるシール面９ｂが形成されている。

前記一方の軸受部３内には第１シールリング１０が、ボデー１の内面、すなわち、軸受穴８における第１内面８ａとシャフト５の外周面との間に位置し、かつ、前記シールリング受部９のシール面９ｂに当接するようにして介在されている。該第１シールリング１０は、環状の板材で形成され、その内周面１０ａがシャフト５の外周面に接触する内径に形成され、外周面１０ｂがボデー１の軸受穴８の内面、すなわち、第１内面８ａに対して隙間を有して離間する外径に形成されている。該第１シールリング１０の内径は、シャフト５の外径より０．０２ｍｍ程大径に形成されている。前記の構成により、第１シールリング１０の奥面である一側面が前記シールリング受部９のシール面９ｂに、スラスト方向において面接触するようになっている。該第１シールリング１０はステンレス鋼（ＪＩＳ記号ＳＵＳ４３０）などで形成されている。

前記一方の軸受部３の軸受穴８内には、シャフト５の軸方向における前記第１シールリング１０の外側部に位置して弾性体１１が、シャフト５の軸方向（スラスト方向）において相反する方向に弾性を有するように配置されている。該弾性体１１は、図１乃至図３に示す第１実施例では、スラスト方向に弾性を有する座金を使用しており、より詳しくは、側方から見て８の字状の波形座金を使用している。

なお、この波形座金の代りに皿ばね座金を用いてもよく、更に、その他の、スラスト方向に弾性を有する座金を用いてもよい。

前記弾性体１１、すなわち、座金１１の内径はシャフト５の外周面と離間し、外径はボデー１の軸受穴８の内面と離間するように設定されている。

前記座金１１はステンレス鋼（ＪＩＳ記号ＳＵＳ３０４）などで形成されている。
前記弾性体、すなわち、座金１１の軸方向の外側であって、第１内面８ａとシャフト５の外周面との間に位置して第２シールリング１２が介在されている。該第２シールリング１２は環状の板材で形成され、その内周面１２ａがシャフト５の外周面に対し隙間を有して離間する内径に形成され、外周面１２ｂがボデー１の軸受穴８の内面、すなわち、第１内面８ａに接触する外径に形成されている。該第２シールリング１２の外径は、第１内面８ａの内径より０．０２ｍｍ程小径に形成されている。更に、該第２シールリング１２はステンレス鋼（ＪＩＳ記号ＳＵＳ４３０）などで形成されている。

前記第２シールリング１２の軸方向外側であって、第１内面８ａとシャフト５との間に位置して第３シールリング１３が介在されている。該第３シールリング１３は、前記第１シールリング１０と同一形状及び材質により形成されており、その内周面１３ａがシャフト５の外周面に接触する内径に形成され、外周面１３ａがボデー１の軸受部３の内面すなわち、第１内面８ａに対して隙間を有して離間する外径に形成されている。該第３シールリング１３の内径はシャフト５の外径より０．０２ｍｍ程大径に形成されている。

前記の構成により、第３シールリング１３の奥面である一側面と第２シールリング１２の前面である一側面とが、スラスト方向において面接触するようになっている。

前記第１シールリング１０と第３シールリング１３の外周面には図３（ａ）に示すように周方向に１８０°離れた位置において、直線状にカットした識別面Ａが形成され、また、第２シールリング１２の内周面には図３（ｂ）に示すように、周方向に１８０°離れた位置において、直線状の識別面Ｂが形成されている。

前記第３シールリング１３の軸方向の外側であって、第１内面８ａとシャフト５との間に位置して円筒状の軸受ブシュ１４が介在されている。該軸受ブシュ１４は、その外周面をボデー１の軸受穴８の内面、すなわち、第１内面８ａに圧入されて備えられている。該軸受ブシュ１４は、前記弾性体である座金１１のスラスト方向のバネ荷重が所定値になるように、シャフト５の軸方向への圧入量を定めてある。すなわち、軸受ブシュ１４を所定量圧入してその内端面で第３シールリング１３を奥部へ押圧し、更に、第２シールリング１２、座金１１を介して第１シールリング１０をシール面９ｂに押圧している。これにより、座金１１がスラスト方向に縮小され、座金１１にスラスト方向において相反する方向への押圧荷重が生じ、この押圧荷重により、第１シールリング１０がシール面９ｂに所定圧で面接触し、第２シールリング１２と第３シールリング１３とが所定圧で相互に面接触する。

この各面接触部での接触圧は座金１１のバネ荷重により定まり、更にこの座金１１のバネ荷重は軸受ブシュ１４の圧入量により定まるため、バネ荷重を一定にするため、軸受ブシュ１４の圧入量Ｌをボデー１の端面から一定にする。

前記第２内面８ｂにはプラグ１５が圧入されている。この第２内面８ｂの外側に、第２内面８ｂより大径の入口部８ｃを図１に示すように形成すると、プラグ１５を圧入する長さが短くなり、プラグ１５の圧入不良を解消することができる。

図１において、他方の軸受部４内には前記シャフト５の他端部５ｂを支承する軸受ブシュ１６がボデー１に圧入して設けられており、その外側に位置してプラグ１８が圧入して設けられている。

前記両軸受ブシュ１４、１６は、膨張黒鉛とステンレス（ＪＩＳ記号ＳＵＳ３０４）細線からなる網を一体成形して形成されている。

以上の構造であるから、組付け時においては、軸受穴８内にシャフト５を挿通した状態において、シャフト５の外周面に、先ず第１シールリング１０を嵌入し、次に座金１１を嵌入し、次に第２シールリング１２を嵌入し、次に第３シールリング１３を嵌入する。このとき、各シールリング１０、１２、１３にはカットされた識別面Ａ、Ｂが形成されているため、これを目印としてシールリングを選定して順次嵌合することにより、嵌合順序の誤りを防止することができる。

次に、軸受ブシュ１４を所定量圧入する。この圧入により、座金１１がスラスト方向に縮小され、該座金１１に、スラスト方向において相反する方向への所定のスラスト荷重が発生する。

この荷重により、第１シールリング１０の一側面であるスラスト面がシールリング受部９のシール面９ｂに所定荷重により密着し、また第２シールリング１２と第３シールリング１３とのスラスト面が相互に所定荷重により密着する。

したがって、前記各スラスト面で形成されるラビリンスでの排気ガスの流通が遮断され、排気ガスの漏れ隙間は、ラビリンス部以外の部分となって減少し、排気路２内の排気ガスが軸受部３内を通って外部に漏出するガス量を低減する。

更に、ボデー１にシールリング受部９を形成したので、このシールリング受部９が、バルブ６の閉時における排気ガスの軸受部３内への流出量を抑制でき、排気ガスの外部への漏出を一層低減できる。更に、シールリング受部９によって、シールリング１０等の部品が排気路２内へ落下することを防止でき、前記従来構造のような軸受メタル１０４やシール保持部材１０８のような部品が不要になる。更にシールリング受部９のシール面９ｂがラビリンスを形成し、該部においても排気ガスの漏出を低減できる。

更に、座金１１のスラスト方向への押し荷重により、各シールリング１０、１２、１３が排気振動によって動くことを拘束され、各シールリング１０、１２、１３のガタつきによる異音の発生が防止される。

更に、座金１１による押し荷重は、第１シールリング１０を介して前記ボデー１のシールリング受部９に受け止められるため、座金１１のスラスト方向への押し荷重によってシャフト５とともにバルブ６が他方の軸受部４側へ押し移動されることがない。そのため、図１に示すバルブ６の他端面６ａがボデー１の内面に当接して摩耗することを防止し、バルブ６の円滑な回動を図ることができる。したがって、弾性体である座金１１を用いても、前記図８の構造にみられたような、バルブの摩耗によるバルブの回動の不円滑さを解消することができる。

更に、前記の弾性体、すなわち座金１１を軸受穴８内に備えたので、前記図８に示すような、ボデーの前端面からスプリングが突出するものに比べて軸受部の小型化を図ることができる。

図４は第２実施例を示す。
本第２実施例は、前記第１実施例の構造において、シールリングを１個としたものである。すなわち、前記第１実施例の第２及び第３シールリング１２、１３を使用せず、前記第１シールリング１０のみ用い、該第１シールリング１０と軸受ブシュ１４間に前記と同様の座金１１をスラスト方向に圧縮して介在させたものである。

その他の構造は前記第１実施例と同様の構造であるため、前記と同一部材には前記と同一符号を付してその説明を省略する。

本第２実施例においても前記第１実施例と同様の作用、効果を発揮することができる。

図５は第３実施例を示す。
本第３実施例は、前記第１実施例の構造において、シールリングを２個用いたものである。すなわち、前記第１実施例の第３シールリング１３を使用せず、前記第１シールリング１０と第２シールリング１２のみを用い、該第１シールリング１０と第２シールリング１２との間に前記と同様の座金１１をスラスト方向に圧縮して介在させたものである。

その他の構造は前記第１実施例と同様あるため、前記と同一符号を付してその説明を省略する。

本第３実施例においても前記第１実施例と同様の作用、効果を発揮することができる。

図６は第４実施例を示す。
本第４実施例は、前記第１実施例における座金１１の代りに圧縮ねじりスプリング１７からなる弾性体を用いたものである。

すなわち、前記第１実施例と同様の第１シールリング１０と第２シールリング１２との間にスラスト方向に圧縮ねじりスプリング１７を配置して、各シールリング１０、１２、１３にスラスト方向の荷重を付与したものである。

その他の構造は前記第１実施例と同様であるため、前記と同一部材には前記と同一符号を付してその説明を省略する。
本第４実施例においても前記第１実施例と同様の作用、効果を発揮できる。
図９は、本発明の図１に示す座金１１を使用した第１実施例の排気制御装置と、図７に示す従来構造の排気制御装置との排気圧力に対する排気ガスの漏れ量を実験により求めた特性図を示す。この実験結果から従来構造のものにおいては、図９の実線Ｃで示す特性を示し、本発明においては破線Ｄで示す値を示し、本発明では従来構造に比べ排気ガスの漏れ量を著しく低減することができた。

本発明の実施例を適用した排気装置を示す断面図。 図１における軸受部の拡大断面図。 図２におけるシールリングを示すもので、（ａ）は第１シールリングを示す正面図、（ｂ）は第２シールリングを示す正面図。 本発明の第２実施例を示す軸受部の拡大断面図。 本発明の第３実施例を示す軸受部の拡大断面図。 本発明の第４実施例を示す軸受部の拡大断面図。 従来構造の１例を示す断面図。 従来構造の他例を示す断面図。 本発明と従来構造の排気圧力に対する漏れ量を示す特性図。

符号の説明

１ ボデー
２ 排気路
３，４ 軸受部
５ シャフト
６ バルブ
８ 軸受穴
９ シールリング受部
１０，１２，１３ シールリング
１１，１７ 弾性体
１４ 軸受ブシュ

Claims (4)

1. ボデーに排気路を設けるとともに、該排気路の排気ガスの流れ方向と直交する方向にシャフトを設け、該シャフトの両端部をボデーに形成した軸受部で支承し、シャフトにおける前記排気路にバルブを固着し、前記両軸受部における一方の軸受部のシャフトの外周面とボデー側の軸受穴の内面との間にシールリングを介在してラビリンスを形成するものにおいて、前記シャフトの外周面とボデー側の軸受穴の内面との間に前記シールリングをスラスト方向へ押圧する弾性体を介在したことを特徴とする内燃機関の排気制御装置。
2. 前記軸受穴の奥部おいて、ボデー側に、シャフトの軸芯側へ突出する環状のシールリング受部をボデーと一体に突設し、該シールリング受部における前記軸受穴側の面をシール面とし、該シール面に前記シールリングを面接触させるようにした請求項１記載の内燃機関の排気制御装置。
3. 前記シャフトの外周面とボデー側の軸受穴の内面との間であって、前記シールリング受部のシール面と対向する側に、軸受ブシュをボデー側に圧入し、該軸受ブシュと前記シール面との間にシールリングと弾性体を介在し、該弾性体を圧縮してシールリングにスラスト方向への荷重を付与した請求項２記載の内燃機関の排気制御装置。
4. 前記弾性体を、波形座金又は皿ばね座金又は圧縮ねじりスプリングで形成した請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の排気制御装置。

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