JP2014218966A - Exhaust valve - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気ガスの排気系統に装着されるエギゾーストバルブに関するものである。 The present invention relates to an exhaust valve mounted in an exhaust gas exhaust system of an internal combustion engine.
従来、車両のエンジンから排出される排気ガスが流通する排気流路に、流路切替用や流量調整用の排気流路バルブが設置された構成が知られている。例えば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中のNOx排出量を低減させるべく設置されたEGR装置(排気ガス再循環装置)において、当該排気ガスの還流通路に流路切替バルブを備える構成が公知である。 2. Description of the Related Art Conventionally, a configuration is known in which an exhaust passage valve for switching a flow rate or adjusting a flow rate is installed in an exhaust passage through which exhaust gas discharged from a vehicle engine flows. For example, in an EGR device (exhaust gas recirculation device) installed to reduce NOx emission in exhaust gas discharged from a diesel engine, a configuration in which a flow path switching valve is provided in the exhaust gas recirculation passage is known. is there.
特許文献1には、排気ガスが流通する排気流路に設置される排気流路バルブにおいて、排気ガス中の組成成分もしくは固形物によって生成される付着物(燃焼生成物ともいう)の付着防止性能を高め、バルブ作動性を向上させるのに有効な技術を提供することを目的とした排気流路バルブが開示されている。
この特許文献1では、課題を解決するため排気流路バルブを以下のように構成している。バルブ本体はアルミニウム材料とし、そのバルブ本体に収納されている弁体をステンレス材料としている。このバルブ本体の内部のうち排気ガス流れが及ぶ部位及び前記弁体の外周部に、排気流路内を流れる排気ガス中の付着物の付着を防止し、且つ前記バルブ本体と前記弁体との接触部位の摺動抵抗を低減させるためにポリテトラフルオロエチレンからなる撥油性のコーティング処理が施されている。
In
特許文献1では課題解決のために上述のフッ素コーティング処理膜が採用されているが以下のような問題がある。
In
1)内燃機関が作動している際の温度上昇に対して耐熱性が劣る。
2)処理膜の表面に排気ガス中に含まれる炭化物等が処理面に付着しやすい。
3)処理膜の密着性が劣り剥がれ易い。
4)膜厚が不均一になりやすい。
5)処理膜の表面硬度が低く処理表面が傷つきやすく摩耗しやすい。
6)処理コストが高い。
1) The heat resistance is inferior to the temperature rise when the internal combustion engine is operating.
2) Carbides contained in the exhaust gas are likely to adhere to the treated surface on the treated film surface.
3) The adhesion of the treated film is poor and easily peeled off.
4) The film thickness tends to be non-uniform.
5) The surface hardness of the treated film is low and the treated surface is easily damaged and easily worn.
6) Processing cost is high.
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関が作動している際の温度上昇や高温の排気ガスがバルブ内を流れても、バルブ表面に付着物の付着性が乏しく、処理膜の耐熱性、密着性、膜厚の均一性、耐摩耗性、及び低コストの処理膜を施した排気バルブを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and even if the temperature rises when the internal combustion engine is operating or hot exhaust gas flows through the valve, the adherence of deposits on the valve surface is poor. It is an object of the present invention to provide an exhaust valve provided with a heat treated, adhesive, film thickness uniformity, wear resistance, and low cost treated film.
上記目的を達成するための第1発明の排気バルブは、内燃機関の排気ガスが流通する排気流路に装着される排気バルブであって、前記排気流路に連通する連通路が形成されたバルブボディと、前記連通路に設けられた弁体と、前記弁体に連結され、前記バルブ本体に形成されたシャフト穴に挿設されるとともに、当該シャフト穴内に設置された軸受部を介して前記バルブ本体に支持され、回転駆動されるシャフト部材と、を備え、前記バルブボディ全面にセラミクスコーティング処理が施されていることを特徴とする。 An exhaust valve according to a first aspect of the present invention for achieving the above object is an exhaust valve attached to an exhaust passage through which exhaust gas of an internal combustion engine circulates, wherein the communication passage communicating with the exhaust passage is formed. A body, a valve body provided in the communication path, the valve body connected to the valve body, inserted into a shaft hole formed in the valve body, and the bearing through a bearing portion installed in the shaft hole. And a shaft member that is supported by the valve body and is driven to rotate. The entire surface of the valve body is subjected to a ceramic coating process.
第1発明によれば、排気バルブのバルブボディ全面にセラミックスコーティングが施されているので、排気バルブの排気ガス流路の耐食性が向上する。また燃焼生成物(付着物)が、排気バルブの排気ガス流路に付着することを防止することができる。またこのセラミックコーティングは、フッ素コーティングに比べ安価であり、本発明の排気バルブは低コストとすることができる。 According to the first invention, since the ceramic coating is applied to the entire valve body of the exhaust valve, the corrosion resistance of the exhaust gas passage of the exhaust valve is improved. Further, it is possible to prevent the combustion products (adhered matter) from adhering to the exhaust gas passage of the exhaust valve. Further, this ceramic coating is less expensive than the fluorine coating, and the exhaust valve of the present invention can be reduced in cost.
第2発明の排気バルブは、第1発明において、前記弁体に前記セラミックスコーティングが施されていることを特徴とする。 The exhaust valve according to a second aspect of the invention is characterized in that, in the first aspect of the invention, the ceramic coating is applied to the valve body.
第2発明によれば、排気バルブ内の弁体にこのセラミックコーティングを施しているので、弁体の耐熱性が向上するだけでなく、弁体に燃焼生成物の付着を防止することができる。 According to the second aspect of the invention, since the ceramic coating is applied to the valve body in the exhaust valve, not only the heat resistance of the valve body is improved, but also the adhesion of combustion products to the valve body can be prevented.
第3発明の排気バルブは、第1発明或いは第2発明において、前記弁体を回転駆動する前記シャフト部材の外周部に前記セラミックスコーティングが施されていることを特徴とする。 The exhaust valve according to a third aspect is characterized in that, in the first or second aspect, the ceramic coating is applied to an outer peripheral portion of the shaft member that rotationally drives the valve body.
第3発明によれば、排気バルブ内の弁体を回転駆動するシャフト部材の外周面にこのセラミックコーティングを施しているので、シャフト部材の耐熱性が向上するだけでなく、シャフト部材に燃焼生成物の付着を防止することができる。 According to the third invention, since this ceramic coating is applied to the outer peripheral surface of the shaft member that rotationally drives the valve body in the exhaust valve, not only the heat resistance of the shaft member is improved, but also the combustion product on the shaft member. Can be prevented.
第4発明の排気バルブは、第1発明から3発明のいずれかにおいて、前記弁体を回転駆動する前記シャフト部材の摺動部分に耐熱性及び固体潤滑性のある金属又は金属化合物をコーティングしたことを特徴とする。 The exhaust valve according to a fourth aspect of the present invention is the exhaust valve according to any one of the first to third aspects, wherein the sliding portion of the shaft member that rotationally drives the valve body is coated with a metal or metal compound having heat resistance and solid lubricity. It is characterized by.
第4発明によれば、排気バルブ内の弁体を回転駆動する前記シャフト部材の回転摺動部分に固体潤滑性のある金属をコーティングしているので、摺動時の摩擦を低減させることができ、弁体の駆動部品であるシャフト部材の摩耗を防止することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the rotational sliding portion of the shaft member that rotationally drives the valve body in the exhaust valve is coated with the solid lubricating metal, so that friction during sliding can be reduced. Further, it is possible to prevent wear of the shaft member that is a drive part of the valve body.
本発明の実施する為の最良の形態を、図を参照しながら説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
<1>内燃機関の構成
以下、本発明の実施例1の排気バルブを図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図1を用いて、本発明における「内燃機関」の一実施の形態であるディーゼルエンジン100の構成を説明する。
<1> Configuration of Internal Combustion Engine Hereinafter, an exhaust valve according to
図1に示すディーゼルエンジン100は、自動車、船舶、作業用機械などに搭載されるディーゼルエンジン(内燃機関)である。このディーゼルエンジン100は、図1に示すように、エンジン本体11、吸気通路12、排気通路115、ターボチャージャー14、EGR装置(排気ガス再循環装置)20等を備えている。
A
吸気通路12は、エンジン本体11へ吸気される吸気ガスが流通する通路であり、吸気管12a、吸気管12b、吸気マニホールド12cの順で吸気(新気)が流れるように構成されている。ターボチャージャー14を構成するコンプレッサ17aによって、吸気管12a内に吸気(新気)が流入し、コンプレッサ15aを経由して吸気管12b内へと流れる。このコンプレッサ17aは、タービン17bによって駆動されるようになっている。吸気管12b内を流通した吸気(新気)は、後述するEGR管20a及び20dを流通した排気ガスと合流して吸気マニホールド12cへと流入し、新気と排気ガスが合流した当該ガスは、エンジン本体11の各気筒へ吸気されることとなる。
The
排気通路15は、エンジン本体11から排気された排気ガスが流通する通路であり、排気マニホールド15a、排気管15b、排気管15cの順で排気ガスが流れるように構成されている。エンジン本体11の各気筒から排気マニホールド15aへ流入した排気ガスは、そのほとんどが排気管15bを通じてタービン17b側へと流れ、タービン17bを回転させたのち、排気管15cを通じて排気ガス浄化装置(図示省略)へと流入する。一方、排気マニホールド15aへ流入した排気ガスは、その一部がEGR装置20のEGR通路21側へと分岐して流れる。
The
EGR装置20は、排気ガスをディーゼルエンジン100の吸気系に再循環させるEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気ガス再循環)機能を有する装置であり、EGR通路21、EGRクーラー23、制御部(コントローラ)25、排気バルブ26等を備えている。このEGR装置20の切替バルブ26が本発明である。この「排気バルブ」が「EGRクーラー切替バルブ」である。
The
<2>排気バルブの構成
次に、上記排気バルブ(EGRクーラー切替バルブ)26の詳細な構成及び動作を図2〜図8を用いて説明する。
<2> Configuration of Exhaust Valve Next, the detailed configuration and operation of the exhaust valve (EGR cooler switching valve) 26 will be described with reference to FIGS.
まず、図2〜図4を参照しながら、排気バルブ26の全体的な構成を説明する。図2は、図1中の排気バルブ26の外観説明図であり、図3は、図2中の排気バルブ26の主要部品を表示した説明図である。また、図4は、図2中の排気バルブ内の弁体262の動作部分の構造を示しており、排気バルブの作動モードの説明図である。
First, the overall configuration of the
図2及び図3に示すように、排気バルブ26は、空冷用の空冷フィン267を備えるバルブ本体(ボデー)261の内部に、弁体(バルブ)262が設けられている。バルブ本体261は、例えばアルミニウム材料を使用することも出来るし、排気ガス温度が高い場合は鋳鉄等の鉄系材料を使用することができる。排気ガスの温度に応じて必要とされる耐熱性を発揮できる材料を使用すれば良い。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
弁体262は、シャフト部材263を介してバルブ本体261側に支持されており、このシャフト部材263は、レバー264及びロッド265を介してアクチュエータ266に接続されている。この弁体262は、例えばフェライト系やオーステナイト系のステンレス材料を使用することができるが、これに限定されるものでは無い。
The
アクチュエータ266の内部構造は、図示しないが、内部にダイヤフラムを設けたダイヤフラム室を有し、当該ダイヤフラム室に負圧管を通じて負圧が付与される構成になっている。このアクチュエータ266に負圧が付与されると、ロッド265が図3中の矢印P方向に駆動され、また負圧をパージし大気圧のときは当該ロッド265が矢印Q方向に駆動され、これによりシャフト部材263は図3中の矢印X方向あるいは矢印Y方向に回転駆動されることとなる。なお、シャフト部材263を駆動するアクチュエータとしては、本実施の形態のような負圧式のアクチュエータ266以外に、電動機や電磁ソレノイドなどの電動式のアクチュエータを用いることもできる。
Although not shown, the internal structure of the
<3>排気バルブの作用
ここで、本発明の排気バルブの作用について図4により説明する。図4は、排気バルブの作動モードの説明図である。バルブ本体261の内部の弁体262の作動状態により「EGRクーラー使用モード」(以下、「使用モード」と略称する)と「EGRクーラー未使用モード」(以下、「未使用モード」と略称する)の二つのモードで作動する。弁体262は、略L字状に成形されシャフト部材263にボルト等により固定接続されている。この弁体は、上記のアクチュエータ266を介して回転駆動される。これにより排気バルブは、使用モードと未使用モードに切替動作される。
<3> Operation of Exhaust Valve Here, the operation of the exhaust valve of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation mode of the exhaust valve. “EGR cooler use mode” (hereinafter referred to as “use mode”) and “EGR cooler non-use mode” (hereinafter referred to as “unused mode”) depending on the operating state of the
図4(a)は、使用モードであり、排気ガスを冷却回路を通して冷却した排気ガスを吸気系統に送り出しモードである。一方、図4(b)は、排気ガスを冷却せず直に吸気系統に送り出すモードである。 FIG. 4A shows a use mode in which the exhaust gas cooled through the cooling circuit is sent to the intake system. On the other hand, FIG. 4B is a mode in which the exhaust gas is sent directly to the intake system without being cooled.
このように排気バルブのバルブボディの本体261の排気ガスが流通する内面および弁体262の外周表面は、高温の排気ガスや、燃焼生成物にさらされる。従ってバルブボディ261の内面や弁体262は、熱的な損傷を受けやすくしかも燃焼生成物がその表面に付着する。燃焼生成物の付着は、弁体の作動及び排気バルブそのものの機能に悪影響を及ぼす。従来このような燃焼生成物の付着防止を目的として排気バルブの内面等には、フッ素コーティングが採用されている。しかし「背景技術」でも述べたように多くの問題点がある。
As described above, the inner surface of the valve body
本発明では、排気バルブの内面等にセラミックスコーティングを採用した。以下そのセラミックスコーティングについて説明する。 In the present invention, a ceramic coating is employed on the inner surface of the exhaust valve. The ceramic coating will be described below.
<4>セラミックスコーティング
本発明の排気バルブに採用したセラミックスコーティングは、プラズマ電解酸化法を使用したセラミックスコーティング処理である。図5に示す処理方法により、水溶液中に処理部品と電極を浸漬させ、両者の間でプラズマ放電させることにより処理部品の表面にプラズマ陽極酸化膜をコーティング処理するものである。酸化皮膜として酸化アルミや酸化ジルコニウムなどのセラミックスの薄膜を均等な厚さで処理することができる。
<4> Ceramic coating The ceramic coating employed in the exhaust valve of the present invention is a ceramic coating treatment using a plasma electrolytic oxidation method. With the treatment method shown in FIG. 5, the surface of the treated component is coated with a plasma anodic oxide film by immersing the treated component and the electrode in an aqueous solution and causing a plasma discharge between them. A ceramic thin film such as aluminum oxide or zirconium oxide can be treated with an equal thickness as the oxide film.
このセラミックスコーティングの熱的挙動を評価した結果を図6に示す。図6に示したとおりTG(重量変化)およびDTA(発熱・吸熱挙動)において600℃まで変化は無いという結果が得られている。通常の内燃機関の排気ガスは、約300℃程度であり、まったく問題ない。本セラミックスコーティングは、従来のフッ素コーティングよりも優れた効果を発現する。 The result of evaluating the thermal behavior of this ceramic coating is shown in FIG. As shown in FIG. 6, there is obtained a result that there is no change up to 600 ° C. in TG (weight change) and DTA (exothermic / endothermic behavior). The exhaust gas of a normal internal combustion engine is about 300 ° C., and there is no problem at all. This ceramic coating exhibits an effect superior to that of the conventional fluorine coating.
図7は、本発明の排気バルブに使用するセラミックスコーティング処理の工程と従来排気バルブに使用されているフッ素コーティングとを比較した図である。図7に示すように、セラミックスコーティングは、脱脂⇒水洗⇒プラズマ酸化処理⇒水洗⇒乾燥という工程で処理される。一方フッ素コーティングは、図7に示すように非常に多くの工程を経て処理される。従って本セラミミックスコーティングは、フッ素コーティングと比較して格段に低コストである。 FIG. 7 is a diagram comparing the ceramic coating process used in the exhaust valve of the present invention and the fluorine coating used in the conventional exhaust valve. As shown in FIG. 7, the ceramic coating is processed in the process of degreasing → water washing → plasma oxidation treatment → water washing → drying. On the other hand, the fluorine coating is processed through numerous steps as shown in FIG. Therefore, the present ceramic mix coating is much less expensive than the fluorine coating.
このようなセラミックスコーティングを排気バルブに採用することにより、耐熱性、耐食性が向上し、更に燃焼生成物の排気バルブ内面等への付着を防止することができる。従って排気バルブの機能を維持することができる。 By employing such a ceramic coating for the exhaust valve, heat resistance and corrosion resistance can be improved, and further, adhesion of combustion products to the inner surface of the exhaust valve can be prevented. Therefore, the function of the exhaust valve can be maintained.
また、このようなセラミックスコーティングを排気バルブに使用する場合は、処理工程の都合上、排気バルブ全面に処理することとなる。従って排気バルブの外周面にもセラミックスコーティング処理されているので、排気バルブを鉄系の材料で製造する場合に防錆効果も期待できる。 Further, when such a ceramic coating is used for the exhaust valve, the entire surface of the exhaust valve is processed for the convenience of the processing step. Accordingly, since the outer peripheral surface of the exhaust valve is also coated with ceramics, a rust prevention effect can be expected when the exhaust valve is manufactured from an iron-based material.
実施例1では、排気バルブのバルブボディ261の全面にセラミックスコーティングを施していた。本実施例では、弁体262の外周表面にも実施例1と同様のセラミックスコーティングを施している。これにより弁体の耐熱性が向上し、しかも燃焼生成物の付着を防止できる。従って弁体が確実に動作し、排気バルブの機能を維持することができる。
In Example 1, a ceramic coating was applied to the entire surface of the
本実施例を図8に従って説明する。図8は、図3のM部がバルブボディ261内に収納された状態を示している。シャフト部材263は、バルブボディ261に設けられたシャフト穴311と312に、軸受313と314を嵌合させ、その軸受にシャフト部材を回転可能に挿入している。シャフト部材263に弁体262のを取付する部分は、高温の排気ガスに曝される。また燃焼生成物が付着しやすい状態である。本実施例では、弁体262の外周表面に実施例1のセラミックスコーティングを施している。これによりシャフト部材の耐熱性、耐食性が向上し燃焼生成物の付着を防止することができる。従って弁体が確実に動作し、排気バルブの機能を維持することができる。
本実施例では、シャフト穴311と312に内周表面にも実施例1と同様のセラミックスコーティングを施している。これによりシャフト穴の耐摩耗性が向上する。従って軸受313と314を廃止した場合においても、シャフト部材が確実に回転し、排気バルブの機能を維持することができる。
This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 shows a state where the M part of FIG. 3 is housed in the
In the present embodiment, the same ceramic coating as that of the first embodiment is applied to the inner peripheral surfaces of the shaft holes 311 and 312. This improves the wear resistance of the shaft hole. Therefore, even when the
本実施例では、弁体262を回転駆動する部材であるシャフト部材263の表面に回転摺動部分の摺動抵抗を軽減する表面処理を施している。表面処理としては、耐熱性及び固体潤滑性のある金属や金属化合物のコーティングを施している。シャフト部材の本体表面に、金属皮膜としては、モリブデン等の金属材料を容射したり、金属化合物としては二硫化モリブデン皮膜を処理したものを使用することができる。これによりシャフト部材の耐摩耗性が向上し、シャフト部材が回転摺動する際のメカロスを低減することができる。
In the present embodiment, the surface of the
100 :ディーゼルエンジン
11 :エンジン本体
12 :吸気通路
12a、12b:吸気管
12c :吸気マニホールド
14 :ターボチャージャー
15 :排気通路
15a :排気マニホールド
15b,15c:排気管
17a :コンプレッサ
17b :タービン
20 :EGR装置
20a,20d :EGR管
21 :EGR通路
23 :EGRクーラー
25 :コントローラ
26 :排気バル(EGR切替バルブ)
261 :バルブボディ
262 :弁体
263 :シャフト部材
264 :レバー
265 :ロッド
266 :アクチュエータ
267 :フィン
311、312 :シャフト穴
313、314 :軸受
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Diesel engine 11: Engine main body 12:
261: Valve body 262: Valve body 263: Shaft member 264: Lever 265: Rod 266: Actuator 267:
Claims (4)
前記排気流路に連通する連通路が形成されたバルブボディと、
前記連通路に設けられた弁体と、
前記弁体に連結され、前記バルブ本体に形成されたシャフト穴に挿設されるとともに、当該シャフト穴内に設置された軸受部を介して前記バルブ本体に支持され、回転駆動されるシャフト部材と、
を備え、
前記バルブボディ全面にセラミクスコーティング処理が施されていることを特徴とする排気バルブ。 An exhaust valve attached to an exhaust passage through which exhaust gas from an internal combustion engine flows,
A valve body having a communication passage communicating with the exhaust flow path;
A valve body provided in the communication path;
A shaft member connected to the valve body, inserted into a shaft hole formed in the valve body, supported by the valve body via a bearing portion installed in the shaft hole, and driven to rotate;
With
An exhaust valve, wherein the entire surface of the valve body is subjected to a ceramic coating process.
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