JP2009041419A - 排気絞り弁 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス流れを制限するために弁体が全閉状態となるときに弁体の片端がボアに押し付けられる力を低減すること。
【解決手段】排気圧力制御弁３は、ボア２１と一対の軸受部３２，３３を含むケーシング２３と、ボア２１を貫通し、両軸受部３２，３３にて回転可能に支持される弁軸２７とを備える。弁軸２７の第１端部２７ａは、ケーシング２３から外部へ突出する。ボア２１にて弁軸２７にはスロットルバルブ２４が固定される。スロットルバルブ２４を開閉するために第１端部２７ａにアクチュエータ３６が連結される。第２軸受部３３は、バイパスバルブ２５より下流のバイパス通路２２の中に配置され、その開口部３３ａには連通孔４０ａを有するキャップ４０が装着される。第２軸受部３３の中は、連通孔４０ａ及びバイパス通路２２等を通じて大気に導通し、その端面２７ｃには大気圧が作用可能となっている。
【選択図】 図２

Description

この発明は、エンジンの排気系に設けられて排気ガスの流れを制限する排気絞り弁に関する。

従来、この種の技術して、例えば、下記の特許文献１に記載される技術が挙げられる。特許文献１には、ディーゼルエンジンの排気系にて、連続再生ＤＰＦの下流に設けられた排気絞り弁が記載される。図６に示すように、この排気絞り弁６１は、ケーシング６２のボア６３の中に配置されたバタフライ式の弁体６４として構成される。ケーシング６２の両脇には、弁軸６５の両端部に対応して第１及び第２の軸受部６６，６７がそれぞれ形成される。これら軸受部６６，６７に対し、弁軸６５の両端部６５ａ，６５ｂがベアリング６８を介して支持される。この弁軸６５の一端部（第１端部）６５ａは、ケーシング６２から外部へ突出して設けられ、レバー６９を介してアクチュエータ（図示略）に接続される。弁軸６５の他端部（第２端部）６５ｂは、第２軸受部６７にて、ベアリング６８を介して支持される。この軸受部６７の一端開口部６７ａは蓋板７０により塞がれる。

特開２００５−２９９４５７号公報

ところが、特許文献１に記載の排気絞り弁６１では、弁軸６５の第２端部６５ｂを支持する第２軸受部６７の開口部が蓋板７０で塞がれているので、その軸受部６７の内側は袋状に閉塞している。このため、弁体６４が全閉状態となるときには、弁体６４より上流のボア６３の中が高圧となり、その圧力が弁軸６５の第２端部６５ｂに対応する第２軸受部６７の中に、弁軸６５とベアリング６８との隙間を通じて作用することとなる。このとき、弁軸６５の第１端部６５ａは、ケーシング６２の外部に配置されるので、大気圧が作用する。このため、弁軸６５の両端部６５ａ，６５ｂの端面に作用する圧力に差ができ、その圧力差から弁軸６５が第１端部６５ａの方向へ押圧される。この結果、弁体６４も第１端部６５ａの方向へ押圧され、その弁体６４の片端がボア６３の内壁に押し付けられる。この押し付け状態で、弁体６４が回動すると、弁体６４との摩擦によりボア６３に溝傷が生じるおそれがあった。そして、この溝傷により弁体６４が作動不良を起こす懸念があった。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、排気ガスの流れを制限するために弁体が全閉状態となったときに弁体の片端がボアに押し付けられる力を低減することを可能にした排気絞り弁を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エンジンの排気系に設けられて排気ガスの流れを制限する排気絞り弁であって、ボアと一対の軸受部を含むケーシングと、ボアを貫通し、両軸受部にて回転可能に支持される弁軸と、弁軸の一端部がケーシングから外部へ突出して設けられることと、ボアにて弁軸に設けられるバタフライ式の弁体と、弁体を開閉駆動するために弁軸の一端部に連結されたアクチュエータと、弁軸の他端部を支持する軸受部の中が大気に導通して設けられ、他端部の端面に大気圧が作用可能に設けられることとを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、エンジンの運転時に弁体が全閉状態になることにより、弁体より上流のボアの中は排気ガスにより高圧となる。この圧力は、弁軸の他端部に対応する軸受部の中にも作用する。しかし、この軸受部の中が大気に導通して設けられるので、軸受部の中が高圧となることはなく、弁軸の他端部の端面には大気圧が作用することとなる。このとき、弁軸の一端部は、ケーシングの外部に配置されて大気圧が作用する。従って、弁軸の両端部の端面には、同様に大気圧が作用することとなる。

上記目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、弁体を迂回してケーシングに設けられ、弁体より上流のボアと弁体より下流のボアとの間を連通させるバイパス通路と、バイパス通路を開閉するバイパス弁体とを備えたことを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、弁体より上流のボアの中が排気ガスにより高圧となるとき、バイパス弁体を適宜開くことにより、バイパス通路を通じて排気ガスがバイパスされ、弁体より上流のボアの中の圧力上昇が緩和される。

上記目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、弁軸の他端部を支持する軸受部の中が、バイパス弁体より下流のバイパス通路に導通して設けられることを趣旨とする。

上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、弁軸の他端部に対応する軸受部の中が直接外部に導通しない。

請求項１に記載の発明によれば、排気ガスの流れを制限するために弁体が全閉状態となったときに弁体の片端がボアに押し付けられる力を低減することができる。この結果、弁体との摩擦による傷がボアに生じることを防止することができる。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、弁体より上流のボアの中の圧力を適宜制御することができる。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の発明の効果に加え、排気ガスが、軸受部から直接外部へ洩れることを防止することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の排気絞り弁を具体化した第１実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。この実施形態では、本発明の排気絞り弁をディーゼルエンジンの排気圧力制御弁に具体化して説明する。

図１に、ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン」と言う。）１の排気系の構成を概略構成図により示す。エンジン１の排気系には、ＤＰＦ装置２、排気圧力制御弁３及びマフラ４が設けられる。また、エンジン１の燃料ポンプ５と排気圧力制御弁３を制御するために、電子制御装置（ＥＣＵ）６が設けられる。ＤＰＦ装置２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セラミック製のフィルタと酸化触媒を内蔵する。ＤＰＦ装置２の上流側は、排気管７を介してエンジン１の排気マニホールド８に接続される。ＤＰＦ装置２の下流側は、排気管９を介して排気圧力制御弁３に接続される。排気圧力制御弁３の下流側は、排気管１０を介してマフラ４が接続される。上流側の排気管７には、排気ガスの圧力を検出するための第１圧力センサ１１が設けられ、下流側の排気管９には、同じく排気ガスの圧力を検出するための第２圧力センサ１２が設けられる。ＥＣＵ６は、各圧力センサ１１，１２の検出信号、エンジン１の運転状態を検出する各種センサの検出信号を入力する。ＥＣＵ６は、これら検出信号に基づいて燃料ポンプ５と排気圧力制御弁３を制御する。

排気圧力制御弁３は、エンジン１から排出される排気ガスの圧力を制御するために設けられる。この実施形態で、排気圧力制御弁３は、本発明の排気絞り弁に相当する。ＥＣＵ６は、エンジン１の運転状態に応じて燃料ポンプ５を制御することによりエンジン１への燃料供給量及び燃料供給タイミングを制御する。また、ＥＣＵ６は、各圧力センサ１１，１２により検出される各圧力の差（圧力差）を算出し、この圧力差が所定値を超えるときに、ＤＰＦ装置２のフィルタを再生させるために排気圧力制御弁３を閉じる。

エンジン１から排出される排気ガスは、排気マニホールド８及び排気管７を介してＤＰＦ装置２へ流れる。ＤＰＦ装置２は、排気ガスに含まれるパティキュレートや黒鉛を捕集して排気ガスを浄化する。ＤＰＦ装置２で浄化された排気ガスは、排気管９、排気圧力制御弁３及び排気管１０を通ってマフラ４から外部へ放出される。

ここで、ＤＰＦ装置２にパティキュレートや黒鉛が捕集され、ＤＰＦ装置２の圧力損失が大きくなると、その圧力損失はＤＰＦ装置２の上流側と下流側との間の圧力差として現れる。ＥＣＵ６は、各圧力センサ１１，１２の検出信号に基づき、この圧力差が所定値を超えると判断したときに、排気圧力制御弁３を閉じる。これにより、エンジン１の排気圧力が上昇し、この圧力上昇に応じてエンジン１に供給される燃料が増量される。このため、ＤＰＦ装置２には、未燃成分を含んだ排気ガスが流れ、このガス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る。これにより、フィルタに捕集されたパティキュレートや黒鉛が燃焼し、これによってＤＰＦ装置２のフィルタが再生される。ＤＰＦ装置２のフィルタの再生が完了すると、ＥＣＵ６は、排気圧力制御弁２を制御して開き、通常の運転状態に戻る。このようなＤＰＦ装置２の再生制御は、ＤＰＦ装置２での圧力損失（圧力差）が所定値を超える毎に行われるようになっている。

図２に、排気圧力制御弁３の主要部の概略構成を断面図により示す。この排気圧力制御弁３は、ボア２１とバイパス通路２２を含むケーシング２３と、ボア２１を開閉するバタフライ式のスロットルバルブ２４と、バイパス通路２２を開閉するバイパスバルブ２５とを備える。スロットルバルブ２４は、本発明の弁体に相当する。バイパスバルブ２５は、本発明の弁体に相当し、バイパスバルブ２５は、本発明のバイパス弁体に相当する。バイパス通路２２は、ボア２１に隣接して設けられ、仕切壁２６で区画される。ボア２１の上流側（図面左側）には、上記した排気管９が接続される。ボア２１の下流側（図面右側）には、上記した排気管１０が接続される。仕切壁２６には、バイパス通路２２の入口ポート２２ａと出口ポート２２ｂが形成される。入口ポート２２ａは、スロットルバルブ２４より上流のボア２１に対応して形成され、出口ポート２２ｂは、スロットルバルブ２４より下流のボア２１に対応して形成される。スロットルバルブ２４は、入口ポート２２ａと出口ポート２２ｂとの間で、ボア２１を開閉するようになっている。

図２に示すように、スロットルバルブ２４は、バタフライ式の弁体であり、弁軸２７上に固定される。弁軸２７が回転することにより、スロットルバルブ２４がボア２１を全開又は全閉にする状態に選択的に切り替えられる。バイパスバルブ２５は、フラッパ弁であり、アーム２８の先端にボルト２９で固定される。アーム２８は、支軸３０を中心に回動可能に設けられる。アーム２８は、排気ガスの圧力が所定値を超えるとアクチュエータ（図示略）により回動され、バイパスバルブ２５がバイパス通路２２を開くようになっている。

図３に、図２のＡ−Ａ線断面図を示す。入口ポート２２ａは、円形状をなす。これにより、入口ポート２２ａがバイパスバルブ２５により気密に閉じ易くなっている。出口ポート２２ｂは、略長方形状をなす。これにより、出口ポート２２ｂの流路断面積を大きくして、出口ポート２２ｂからボア２１へ排気ガスが流れ易くなっている。図２に示すように、出口ポート２２ｂの下流側は、ボア２１へのつながり部分３１が曲面形状をなす。これにより、ボア２１を流れる排気ガスがその下流側へ流れ易くなっている。

図２に示すように、弁軸２７は、ボア２１を貫通し、一対をなす第１軸受部３２及び第２軸受部３３にて回転可能に支持される。弁軸２７の一端部（第１端部）２７ａは、ケーシング２３から外部へ突出して配置される。スロットルバルブ２４は、ボア２１にて弁軸２７上に固定される。すなわち、弁軸２７の第１端部２７ａは、その一部が第１軸受部３２にてベアリング３４を介して回転可能に支持される。この第１軸受部３２は、ケーシング２３から外方へ突出したボスとして形成される。弁軸２７の第１端部２７ａの先端側は、第１軸受部３２を貫通して外部へ突出して配置される。第１軸受部３２には、ベアリング３４に隣接してシールリング３５が設けられる。このシールリング３５により、排気ガスの洩れが抑えられる。第１軸受部３２から突出した第１端部２７ａには、ダイアフラム式のアクチュエータ３６のロッド３７がレバー３８を介して連結される。アクチュエータ３６は、負圧の供給を受けて作動するようになっている。アクチュエータ３６に対する負圧の供給は、図示しないバキューム・スイッチング・バルブ（ＶＳＶ）により切り替えられるようになっている。ＥＣＵ６は、このＶＳＶの開閉を制御するようになっている。アクチュエータ３６に負圧が供給されてロッド３７が伸張することにより、レバー３８を介して弁軸２７が回転する。この回転により、スロットルバルブ２４が閉じるようになっている。

図２に示すように、弁軸２７の他端部（第２端部）２７ｂは、第２軸受部３３にてベアリング３９を介して回転可能に支持される。この第２軸受部３３は、ケーシング２３の仕切壁２６にボスとして形成される。この軸受部３３は、入口ポート２２ａと出口ポート２２ｂとの間に設けられる。弁軸２７の第２端部２７ｂは、第２軸受部３３を貫通して同軸受部３３の中に配置される。第２軸受部３３の開口部３３ａは、バイパス通路２２に開口する。この軸受部３３の中にパティキュレートや黒鉛が浸入するのを防止するために、その開口部３３ａには、キャップ４０が装着される。このキャップ４０は、ベアリング３９の抜け止めとしても機能する。この実施形態では、第２軸受部３３の中とバイパス通路２２を連通させるために、キャップ４０に連通孔４０ａが形成される。これにより、弁軸２７の第２端部２７ｂに対応する第２軸受部３３の中がバイパス通路２２及び排気管１０等を介して大気に導通するように設けられる。これにより、その他端部２７ｂの端面２７ｃにバイパス通路２２を通じて大気が作用するようになっている。このため、端面２７ｃにかかる圧力は大幅に低減する。測定では、スロットルバルブ２４が閉じた状態で、キャップ４０に連通孔４０ａがない場合は、端面２７ｃにかかる圧力は「２００ｋＰａ」であったのに対し、連通孔４０ａがある場合は、端面２７ｃにかかる圧力は「６０ｋＰａ」に低減した。

以上説明したこの実施形態の排気圧力制御弁３によれば、エンジン１の運転時にＤＰＦ装置２の再生制御を実行することにより、排気圧力制御弁３のスロットルバルブ２４が全開状態から全閉状態へ切り替えられる。このとき、スロットルバルブ２４より上流のボア２１の中は排気ガスにより高圧となる。この圧力は、弁軸２７の第２端部２７ｂを支持する第２軸受部３３の中にもベアリング３９と弁軸２７との隙間を通じて作用することとなる。しかし、この実施形態では、第２軸受部３３の中が、キャップ４０の連通孔４０ａ及びバイパス通路２２等を介して大気に導通して設けられるので、第２軸受部３３の中が排気ガスの圧力により高圧のままとなることはなく、第２端部２７ｂの端面２７ｃには大気圧が作用することとなる。このとき、弁軸２７の第１端部２７ａは、ケーシング２３の外部に配置されて大気圧が作用することとなる。従って、弁軸２７の両端部２７ａ，２７ｂの端面には、同様に大気圧が作用することとなる。このため、スロットルバルブ２４の片端がボア２１の壁面に押し付けられる力を大幅に低減することができる。この結果、スロットルバルブ２４との摩擦により溝傷がボア２１の壁面に生じることを防止することができる。このため、溝傷に起因するスロットルバルブ２４の作動不良を防止することができる。

この実施形態では、第２軸受部３３の中をバイパス通路２２に導通させるために、キャップ４０に連通孔４０ａを設けただけなので、軸受部３３を加工する必要がない。また、キャップ４０が持つベアリング３９の抜け止め機能を損なうこともない。

この実施形態では、スロットルバルブ２４を迂回してケーシング２３にバイパス通路２２が設けられるので、スロットルバルブ２４より上流のボア２１の中が排気ガスにより高圧となるときに、バイパスバルブ２５を適宜開くことにより、バイパス通路２２を通じて排気ガスがバイパスされ、スロットルバルブ２４より上流のボア２１の中の圧力上昇が緩和される。このため、スロットルバルブ２４より上流のボア２１の中の圧力を適度制御することができる。これにより、ＤＰＦ装置２の再生制御を適宜継続して行うことができる。

この実施形態では、弁軸２７の第２端部２７ｂを支持する第２軸受部３３の中が、バイパスバルブ２４より下流のバイパス通路２２に導通して設けられるので、第２軸受部３３の中が直接外部に導通しない。このため、排気ガスが、第２軸受部３３から直接外部へ洩れることを防止することができ、排気圧力制御弁２としての信頼性を保つことができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の排気絞り弁を具体化した第２実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施形態において、第１実施形態と同等の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。以下には、異なった点を中心に説明する。

図４に、この実施形態における排気圧力制御弁１３の主要部の概略構成を断面図により示す。この実施形態では、ケーシング２３にバイパス通路４１が設けられるものの、第２軸受部３３の開口部３３ａがバイパス通路４１に整合して配置されておらず、第２軸受部３３の開口部３３ａがバイパス通路４１の中に配置されておらず、ケーシング２３の外部に配置される点で第１実施形態と異なる。図４において、バイパス通路４１は、入口ポート４１ａと出口ポート４１ｂを備え、入口ポート４１ａには、バイパスバルブ２５が設けられる。バイパス通路４１に隣接してバイパスバルブ２５を開閉駆動するためのダイアフラム式のアクチュエータ４２が設けられる。

従って、この実施形態では、キャップ４０の連通孔４０ａから排気ガスが外部へ洩れることはあるものの、それ以外は第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の排気絞り弁を具体化した第３実施形態につき図面を参照して詳細に説明する。

図５に、この実施形態における排気圧力制御弁１４の主要部の概略構成を断面図により示す。この実施形態では、ケーシング２３にバイパス通路２２，４１が設けられておらず、第２軸受部３３の開口部３３ａがケーシング２３の外部に配置される点で第１及び第２の実施形態と異なる。

従って、この実施形態では、スロットルバルブ２４より上流のボア２１の中の圧力を適宜制御することはできず、キャップ４０の連通孔４０ａから排気ガスが外部へ洩れることはあるものの、それ以外は第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

なお、この発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。

例えば、前記各実施形態では、本発明の排気絞り弁をＤＰＦ装置２の再生制御に使用される排気圧力制御弁３，１３，１４に具体化した。これに対し、本発明の排気絞り弁を、排気ブレーキ用の排気絞り弁として具体化することもできる。

エンジンの排気系の構成を示す概略構成図。 排気圧力制御弁の主要部の概略構成を示す断面図。 図２のＡ−Ａ線断面図。 排気圧力制御弁の主要部の概略構成を示す断面図。 排気圧力制御弁の主要部の概略構成を示す断面図。 従来例の排気絞り弁の主要部の概略構成を示す断面図。

符号の説明

１ エンジン
３ 排気圧力制御弁（排気絞り弁）
７ 排気管（排気系）
８ 排気マニホールド（排気系）
９ 排気管（排気系）
１０ 排気管（排気系）
１３ 排気圧力制御弁（排気絞り弁）
１４ 排気圧力制御弁（排気絞り弁）
２１ ボア
２２ バイパス通路
２３ ケーシング
２４ スロットルバルブ（弁体）
２５ バイパスバルブ（バイパス弁体）
２７ 弁軸
２７ａ 第１端部（一端部）
２７ｂ 第２端部（他端部）
２７ｃ 端面
３２ 第１軸受部
３３ 第２軸受部
３６ アクチュエータ
４０ キャップ
４０ａ 連通孔
４１ バイパス通路

Claims (3)

1. エンジンの排気系に設けられて排気ガスの流れを制限する排気絞り弁であって、
   ボアと一対の軸受部を含むケーシングと、
   前記ボアを貫通し、前記両軸受部にて回転可能に支持される弁軸と、
   前記弁軸の一端部が前記ケーシングから外部へ突出して設けられることと、
   前記ボアにて前記弁軸に設けられるバタフライ式の弁体と、
   前記弁体を開閉駆動するために前記弁軸の一端部に連結されたアクチュエータと、
   前記弁軸の他端部を支持する軸受部の中が大気に導通して設けられ、前記他端部の端面に大気圧が作用可能に設けられることと
   を備えたことを特徴とする排気絞り弁。
2. 前記弁体を迂回して前記ケーシングに設けられ、前記弁体より上流のボアと前記弁体より下流のボアとの間を連通させるバイパス通路と、
   前記バイパス通路を開閉するバイパス弁体と
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の排気絞り弁。
3. 前記弁軸の他端部を支持する軸受部の中が、前記バイパス弁体より下流の前記バイパス通路に導通して設けられることを特徴とする請求項２に記載の排気絞り弁。

Images