JP2010138780A

JP2010138780A - 切替バルブ構造

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Publication number: JP2010138780A
Application number: JP2008315408A
Authority: JP
Inventors: Yukiharu Tanabe; 行治田部; Shiro Nakajima; 史朗中嶋
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2008-12-11
Filing date: 2008-12-11
Publication date: 2010-06-24

Abstract

【課題】構造を小型化することができると共に、製造コストを削減することができる切替バルブ構造を提供する。
【解決手段】
ハウジング（３１）と、前記ハウジング（３１）に嵌挿される第１の排気管（４１）、第２の排気管（４２）及び第３の排気管（４３）と、前記第１の排気管（４１）及び第２の排気管（４２）の少なくとも一方を閉塞する弁体（３３）と、を備え、前記第１の排気管（４１）及び第２の排気管（４２）は、その端部が弁座（３５）として形成されており、前記弁体（３３）が閉成することにより、前記弁体（３３）と前記弁座（３５）とが密接することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、排ガスの配管等に用いられる切替バルブ構造に関し、より詳細には、小型化が可能な切替バルブ構造に関する。

従来、車両に搭載される内燃機関の排熱を回収し、この熱エネルギーを他の用途（暖房や発電）に利用することにより、内燃機関の燃費効率を高めている。

排熱の回収は、内燃機関の排気管の途中に排熱回収器を設け、この排熱回収器に冷却水等を流通させることにより行うことが一般的である。この場合、内燃機関の運転状態によっては、常に排熱回収器に冷却水を流通させることが適切でない場合がある。

そこで、排気管の途中を分岐させ、この分岐された経路の一方に排熱回収器を備え、他方はバイパス経路とする。分岐された経路は、再び合流部において一つの排気管に合流され、その後大気へと排出される。この分岐部及び合流部の少なくとも一方に、切替バルブを備えて、排熱回収器への排ガスの流量を調節することが一般的である。

このように、排ガス経路中の分岐部分の流量を調整する切替バルブの構造として、駆動軸により回転駆動される切替バルブにより、二つの通路にそれぞれ連結される第１及び第２開口部を交互に開閉する切替バルブ（特許文献１参照。）が開示されている。

また、ＥＧＲガスクーラ及びバイパス配管の排気ガス流れの下流側に配置された排気ガス流量比調節弁を備えるＥＧＲモジュール（特許文献２参照。）が開示されている。
特開２００２−１７４１１９号公報特開２００７−９７２４号公報

前述のように、排気管の経路を切り替える切替バルブ構造は、バルブと、バルブに当接するシール部分との加工精度によって、排ガスの分岐の流れに影響を与える。そのため、排熱回収器における熱の回収／非回収時の性能が大きく左右される。

一方で、シール部分の加工は、切替バルブ構造の排気管接合部分の開口部から工具を挿入することにより行う。または、シール部分の形状によっては、ハウジングを分割して開口を大きくとり、シール部の加工を行う。そのため、ハウジングが大型化するほか、ハウジングを分割する場合には、部品点数や製造工数が増加する。

特に、排気管は、エンジンルームや床下など狭小な部分に配置されることが一般的であり、スペース効率や燃費の向上のため、切替バルブ構造の小型化が望まれている。

本発明はこのような問題点を鑑みてなされたものであり、構造を小型化することができると共に、製造コストを削減することができる切替バルブ構造を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、内燃機関の排ガスの通路を分岐する切替バルブ構造であって、ハウジングと、前記ハウジングに嵌挿される第１の排気管、第２の排気管及び第３の排気管と、前記ハウジングに内装され、前記第１の排気管及び第２の排気管の少なくとも一方を閉塞する弁体と、を備え、前記第１の排気管及び第２の排気管は、その端部が弁座として形成されており、前記弁体が閉成することにより、前記弁体と前記弁座とが密接することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の切替バルブ構造において、前記第１の排気管及び第２の排気管は、その端部が予め弁座として形成され、前記ハウジングに所定の差し込み長で嵌挿された後、固定されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の切替バルブ構造において、前記弁体は、回転軸に軸支されており、前記回転軸を中心として回動可能に構成され、前記第１の排気管又は第２の排気管の差し込み長に対応して、前記弁体の作動角度が変更されることを可能とすることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によると、第１の排気管及び第２の排気管は、その端部が弁座として形成されているので、ハウジング側に弁座を加工する必要がなく、部品点数を削減でき、切替バルブ構造を小型化できると共に、製造コストを低減することができる。

請求項２に記載の発明によると、第１の排気管及び第２の排気管の端部に弁座を加工し、所定の差し込み深さまで嵌挿するので、フランジ加工やボルト止め等を施す必要がなく、加工コスト及び組立てコストを低減することができる。

請求項３の発明によると、第１の排気管又は第２の排気管の差し込み長に対応して、前記弁体の作動角度が変更されるので、排気管側の加工のみで容易に設計変更が行える。またさらに、弁体の作動角度を小さくすることにより、弁体を作動するアクチュエータを小型化することができ、切替バルブ構造を小型化できると共に、製造コストを低減することができる。

以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施形態のエンジン１０を中心とした駆動システムの説明図である。

本実施形態の駆動システムは、車両に搭載されたエンジン１０により車両を駆動させる。

内燃機関としてのエンジン１０は、空気と気化された化石燃料とによる混合燃料を爆発燃焼させることにより回転駆動力を得る。爆発燃焼後の排ガスは、マニホルド１２、排気管２０等を経て、大気へと排出される。

エンジン１０は、エンジン１０を適切な温度に保つための冷却水系統１００が備えられる。冷却水系統１００は、ラジエタ１１、ヒータ１３、ウォーターポンプ１０１、サーモスタット１０２が備えられる。

ウォーターポンプ１０１により冷却水系統１００内を循環させられる冷却水は、ラジエタ１１において熱交換を行うことで適切に冷却され、エンジン１０を適切な温度に保つ。サーモスタット１０２は、冷却水温度が所定温度以下の場合に閉成し、ラジエタ１１をバイパスさせることにより、エンジンの暖機を促進する。ヒータ１３は、冷却水の余熱を用いて、車室内を暖房する。

排気管２０は、マニホルド１２、触媒２１、分岐部２２、分岐管２３、排熱回収器２４、合流部２５、バイパス管２６、消音器２７及びテールパイプ２８により構成される。

エンジン１０から排出される排ガスは、マニホルド１２を経て、触媒２１により浄化される。分岐部２２は、排ガスを分岐管２３に送るか、バイパス管２６に送るかを切り替える切替バルブ構造３０を備える。この切替バルブ構造３０の詳細は後述する。

分岐管２３は排熱回収器２４が備えられる。排熱回収器２４は、導入される媒体と排ガスとで熱交換を行うことによって、媒体の温度を上昇させる。

排熱回収器２４は、通常、エンジン１０の冷却水系統１００に接続され、媒体としての冷却水温度を上昇させる。なお、排熱回収器２４には、冷却水系統１００とは別の経路を接続してもよい。また、媒体は冷却水に限られず、例えば、フロン類や二酸化炭素等を用いてもよい。

バイパス管２６は、排ガスを排熱回収器２４に流通させない場合に、排ガスの流通経路となる。排ガスを排熱回収器２４に流通させるか、バイパス管２６を経由させるかは、エンジン１０の運転状態や媒体である冷却水の温度等によって決定される。

排熱回収器２４又はバイパス管２６を通過した排ガスは、合流部２５を経由して消音器２７で消音させられた後、テールパイプ２８から排出される。

なお、分岐部２２ではなく、合流部２５に、切替バルブ構造３０を備えてもよい。

このように構成することにより、本実施形の駆動システムは、エンジン１０のから排出される排熱を、冷却水等の媒体により回収することができる。回収された熱エネルギーは、他の用途（例えば、暖房や、熱エネルギーを運動エネルギーに変換することによる発電等）に用いることができる。

次に、切替バルブ構造３０について説明する。

図２は、本発明の実施形態の切替バルブ構造３０の断面図である。

切替バルブ構造３０は、その外形を決定するハウジング３１と、ハウジングに嵌挿される三つの排気管（第１の排気管４１、第２の排気管４２及び第３の排気管４３）と、これら排気管のうち二つを選択的に閉成するバルブ（弁体）３３と、によって構成されている。

このような構造により、一の排気管（第３の排気管４３）から流入した排ガスを、他の二つの排気管（第１の排気管４１及び第２の排気管４２）の少なくとも一方に流通させるように切り替えることができる。なお、図中太点線矢印は、排ガスの流れ方向を示す。

これら三つの排気管は、図１における分岐管２３が第１の排気管４１に、図１におけるバイパス管２６が第２の排気管４２に、図１における排気管２０の分岐部２２のエンジン１０側が第３の排気管４３に、それぞれ対応する。

ハウジング３１は、三つの開口部（第１の開口部３６、第２の開口部３７及び第３の開口部３８）が形成されている。そして、これら第１の開口部３６、第２の開口部３７及び第３の開口部３８に、それぞれ、第１の排気管４１、第２の排気管４２及び第３の排気管４３が、所定の差し込み長さで嵌挿された後、固定される。

ハウジング３１には、バルブ３３が内装される。バルブ３３は、回転軸３２を軸として回動する支部３３ａに支持されている。これにより、バルブ３３は、この回転軸３２を中心として、図中細線点線矢印のように円弧状に回動するように構成されている。

バルブ３３をこのように構成することによって、第１の排気管４１及び第２の排気管４２の少なくとも一方が、バルブ３３によって閉成される。なお、このバルブ３３は、モータやソレノイド等のアクチュエータが回転軸３２を回転駆動することにより、回動される。

第１の排気管４１及び第２の排気管４２の端面、すなわち、バルブ３３と当接する部分は、シール部（弁座）３５として構成されている。このシール部３５は、バルブ３３の面に対応した形状に加工され、バルブ３３がこのシール部３５へと閉成することで、排ガスが漏れなく排気管を密閉するように構成される。

なお、ハウジング３１と排気管との接合は、例えば第１の排気管４１に、シール部３５から所定の差し込み長の位置にマークを付しておき、この位置まで嵌挿する。または、シール部３５から所定の差し込み長の位置にビード加工やフランジ加工を行うことによって、ハウジング３１の開口部とで機械的に位置決めをしてもよい。

その後、嵌挿された第１の排気管４１、第２の排気管４２及び第３の排気管４３を、それぞれ、溶接等の方法によりハウジング３１に接合する。

このように構成された本実施形態の切替バルブ構造３０は、上流側（第３の排気管４３）から流入する排ガスを、第１の排気管４１及び第２の排気管４２の少なくとも一方に流通させるように、バルブ３３の開閉状態により制御することができる。

例えば、排ガスを排熱回収器２４に流通させる場合（排熱回収時）には、バルブ３３により第２の排気管４２を閉成して、第３の排気管４３から第１の排気管４１（分岐管２３）にのみ排ガスを流通させるように制御する。

また、媒体温度の状況等により排ガスを排熱回収器２４に流通させない場合（非回収時）には、バルブ３３により第１の排気管４１を閉成して、第３の排気管４３から第２の排気管４２（バイパス管２６）にのみ排ガスを流通させるように制御する。

またさらに、バルブ３３の開度を制御して、第１の排気管４１及び第２の排気管４２に、排ガスを所定の割合で分配して流通させることもできる。

以上説明したように、本発明の実施形態の切替バルブ構造３０は、バルブ３３を備えるハウジング３１の内部に弁座となるシール構造を備えるのではなく、ハウジング３１に嵌挿された排気管にシール部３５を備えた。

このように、排気管をハウジング３１の内部でバルブ３３に突き当てるように構成することによって、ハウジング３１にシール加工を施す必要がなくなる。これにより、シール加工のためにハウジング３１を大型化したり、ハウジングを分割構造とする必要がなくなるので、切替バルブ構造３０を小型化することができると共に、製造コストを低減することができる。

特に、シール部３５は、排気管の端部に形成するため、シール部３５の加工が容易になり、製造コストを低減することができる。

また、排気管を嵌挿する差し込み長及びシール部３５の形状を調整することによって、バルブ３３の作動角度を調整することができる。

例えば、排気管をハウジング３１内部により深く嵌挿することにより、バルブ３３との突き当て角度が鋭角となり、バルブ３３の作動角度を小さくすることもできる。

このように、バルブ３３の作動角度を小さくすることで、バルブ３３を回動させるためのアクチュエータの必要トルクが小さくなる。これにより、より小型のアクチュエータを用いることができるので、切替バルブ構造３０を含めた排気管の構成を小型化することができる。

また、ハウジング３１に排気管を嵌挿するので、ハウジング３１と排気管との接合のためにフランジ等を形成して、これをボルト及びナットで固定するといった工作が必要なくなり、切替バルブ構造３０周辺の配管を大型化することなく、製造コストを低減することができる。

なお、本発明の実施形態では、エンジン１０の排ガスを回収する排熱回収器２４の分岐部２２に用いられる切替バルブ構造３０を例に説明したが、これに限られることはない。例えば、排ガスをエンジンに環流するＥＧＲシステムにおいて、本実施形態の切替バルブ構造を用いることにより、前述のように、ＥＧＲシステムを小型化することができると共に、製造コストの削減ができる。

本発明の実施形態のエンジンを中心とした駆動システムの説明図である。本発明の実施形態の切替バルブ構造の断面図である。

符号の説明

１０エンジン（内燃機関）
２０排気管
３０切替バルブ構造
３１ハウジング
３２回転軸
３３バルブ（弁体）
３５シール部（弁座）
４１第１の排気管
４２第２の排気管
４３第３の排気管

Claims

内燃機関の排ガスの通路を分岐する切替バルブ構造であって、
ハウジング（３１）と、前記ハウジング（３１）に嵌挿される第１の排気管（４１）、第２の排気管（４２）及び第３の排気管（４３）と、前記ハウジング（３１）に内装され、前記第１の排気管（４１）及び第２の排気管（４２）の少なくとも一方を閉塞する弁体（３３）と、
を備え、
前記第１の排気管（４１）及び第２の排気管（４２）は、その端部が弁座（３５）として形成されており、前記弁体（３３）が閉成することにより、前記弁体（３３）と前記弁座（３５）とが密接することを特徴とする切替バルブ構造。
請求項１に記載の切替バルブ構造において、
前記第１の排気管（４１）及び第２の排気管（４２）は、その端部が予め弁座（３５）として形成され、前記ハウジング（３１）に所定の差し込み長で嵌挿された後、固定されることを特徴とする切替バルブ構造。
請求項２に記載の切替バルブ構造において、
前記弁体（３３）は、回転軸（３２）に軸支されており、前記回転軸（３２）を中心として回動可能に構成され、
前記第１の排気管（４１）又は第２の排気管（４２）の差し込み長に対応して、前記弁体（３３）の作動角度が変更されることを特徴とする切替バルブ構造。