JP2014520993A - 内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置であって、通流可能な通路（４）を形成しているケーシング（２）内に、軸（８）の軸線（１６）を中心として回動可能に支承された軸（８）と、該軸（８）に結合されていて、前記通路（４）の通流横断面積を制御可能なフラップ（６）とを備えており、該フラップ（６）は、第１の外周面を備えた、曲げ剛性を有する２つの支持ディスク（１８，２０）と、これらの支持ディスク（１８，２０）間に配置された、あらゆる方向に見てより大きな外周面を備えた弾性的なフラップボデー（２２）とを有しているものは、公知である。しかしながら、この公知の弁装置は、高いシール性を保証するために、大きな作動力を必要とする。従って本発明では、弾性的なフラップボデー（２２）の外周面と、支持ディスク（１８，２０）の外周面との間の間隔が、軸（８）の軸線（１６）付近の領域において最大になり且つ前記軸（８）の軸線（１６）に対して９０°の角度のところで最小になることを提案する。このようにして、軸付近の領域に、より大きな弾性が生ぜしめられるので、この領域では閉鎖位置への押し込み時に、短いてこ腕に基づき比較的小さなトルクがもたらされるようになっている。

Description

本発明は、内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置であって、通流可能な通路を形成しているケーシング内に、軸の軸線を中心として回動可能に支承された軸と、該軸に結合されていて、通路の通流横断面積を制御可能なフラップとを備えており、該フラップは、第１の外周面を備えた、曲げ剛性を有する２つの支持ディスクと、これらの支持ディスク間に配置された、あらゆる方向に見てより大きな外周面を備えた弾性的なフラップボデーとを有しているものに関する。

このような弁装置は、例えば排ガス戻しフラップ又は排ガスフラップとして使用され得る。特に、空気中に通じる導管内に設けられたスロットルバタフライとして、このようなフラップを使用することも知られている。排ガス戻しフラップとして使用する場合に必要なことは、一方ではフラップの閉鎖状態において、通路のできるだけ密な閉鎖が行われること、且つ他方では、体積流量の良好な制御が達成されることである。更に注目すべきは、高温の排気系統には、熱に対する十分な強度が与えられているという点である。

閉鎖状態においてシールの改善を達成しようとする、複数部分から成る前記フラップの種々様々な構成が公知である。

ＥＰ１４５５１２４Ａ１に開示された、ガス又は液体案内導管用のスロットル弁は、偏心的に支承されていて、流出側に配置された曲げ剛性を有する部材と、流入側に配置された弾性的なばね金属薄板とから成っている。ケーシング内には当接縁部が形成されており、この当接縁部に、ばね金属薄板が閉鎖状態において当接する。この場合、ばね金属薄板の一方の半部は、曲げ剛性を有する部材と同じ大きさを有しており、この半部は、曲げ剛性を有する部材から離反するように予荷重を加えられているので、当接縁部に対する当接時に、ばね金属薄板は緊張されて当接縁部に押し付けられるようになっている。ばね金属薄板の他方の半部は、曲げ剛性を有する部材よりも大きくなっているので、こちら側も同様に、通路内に逆向きに形成された当接縁部に当接可能である。ばね金属薄板に生じ得る変形は、曲げ剛性を有する部材の支持により制限される。

更に、ＥＰ１４８９２８５Ａ２から公知のスロットル弁は、スロットルバタフライとして使用可能であり、２つの支持ディスクと、これらの支持ディスク間に配置されたエラストマディスクとから構成されており、このエラストマディスクは、あらゆる方向に見て支持ディスクの外周面を越えて突出しており、エラストマディスクの外周面は、スロットルバタフライの閉鎖状態において通路の内壁に当接するようになっている。但しこのスロットルバタフライは、排ガス領域内での使用には適してない。それというのも、エラストマは熱に対する十分な強度を有しないからである。

あらゆる公知の構成において、閉鎖状態において弁装置の十分なシールを保証するために、比較的大きな作動力が必要とされている、という欠点が存在する。

よって、最小限の作動力において、極めて少ない漏れが達成可能な弁装置を提供する、という課題が生じる。同時に、この弁装置は廉価に製造可能であり且つ良好な制御特性を有していることが望ましい。

この課題は、独立請求項に記載の特徴を備えた弁装置により解決される。弾性的なフラップボデーの外周面と、支持ディスクの外周面との間の間隔が、軸の軸線の付近において最大になり且つ軸の軸線に対して９０°の角度のところで最小になることによって、弾性は、フラップボデーをケーシング壁に押し付けるために、短いてこ腕に基づく最大のトルクがもたらされる軸付近の領域において、最大になる。つまり、アクチュエータの比較的小さな作動力においてもたらされる押付け力によって、密閉が達成される。

好適には、弾性的なフラップボデーの外周面と、支持ディスクの外周面との間の間隔は、軸の軸線と、通路軸線との交点に対する角度の増大に伴って減少するので、軸の軸線からの距離が増大するにつれて、弾性の連続的な低下が達成される。即ち、全周にわたって均一な押付け力をもたらすことができる。

好適な構成では、通路とフラップボデーは、横断面円形に形成されており、支持ディスクは、ほぼ楕円又は１方向に伸長された円として形成されている。これらの形状は簡単に製造及び組立可能である。

更に、フラップボデーがばね鋼から成っていると有利である。ばね鋼は、熱に対して高い強度を有しているので、排ガス通路内での使用が可能である。

特に好適な構成では、ケーシング内に段部が形成されており、この段部には、フラップの閉鎖状態で、フラップボデーの外縁部が支持される。これにより、製造及び個別部材の組立に際して許容誤差の影響を受けることが減るとともに、確実なシールも達成される。

好適には、フラップの下流側の通路部分と、上流側の通路部分とは、軸の軸線の高さ位置において互いに半径方向にずらされて配置されており、これにより、通路内の段部を用いた場合でも、同一の通流横断面積が得られるので、フラップの開放状態において弁の上流側と下流側とで流れ特性が変化することはなくなる。

好適には、軸の軸線はフラップボデーを第１のフラップ半部と第２のフラップ半部とに分けており、この場合、第１のフラップ半部は、流れ方向に向いた段部の表面に支持されており、第２のフラップ半部は、流れ方向とは逆方向に向いた段部の表面に支持されている。このようにして、廉価に製造すべき、中心支承されたフラップにおいて、シール作用を得るために、所定の表面における周方向の支持が生ぜしめられるようになっている。

本発明の特に好適な改良では、段部の両表面の軸方向間隔は、フラップボデーの厚さよりも小さいので、通路内でフラップボデーが垂直状態にある場合は、前記表面に対して付加的な押し付け力が、フラップボデーにより加えられるようになっており、このことは、閉鎖状態における改善されたシールにつながる。とりわけ、軸付近の領域における、比較的大きな弾性に関連して、小さな作動力がもたらされるとともに、十分に漏れのない閉鎖が達成され得る。更に、通路内でのフラップのばたつきが阻止される。

更に、フラップボデーは、フラップの閉鎖状態において、半径方向に隣り合う通路の内壁に対して、好適には小さな間隔を有している。このことは、異なる熱膨張に関して必要とされる許容誤差を備えた構成部材の製造を可能にし、延いては廉価な製造及び組立を保証する。更に、間隔に応じて、小さな開放角度における通流特性の変化が達成され得る。

段部の表面に対する押し付け力を、実際にフラップボデーの縁部全体を介して加えられるようにするために、支持ディスクは、段部の内周面の完全に内側に配置されている。これにより、もたらされる押し付け力が制限されないようになっている。

したがって、小さなトルクがもたらされるとともに、フラップの全周にわたってフラップの密着が達成される弁装置が提供される。フラップは、廉価に製造及び組立可能である。それというのも、狭小な許容誤差を守らなくてよいからである。この弁装置は、挟まったり、はり付いたりして動かなくなることはない。

本発明による弁装置を上から見た図である。 図１に示した本発明による弁装置を断面して側方から見た図である。

以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。

本発明による弁装置は、内部に通路４が形成されたケーシング２を有しており、通路４には、例えば排ガスが通流する。通路４の内部には、通流横断面積を制御するためのフラップ６が配置されていて、このフラップ６は、アクチュエータ（図示せず）を介して作動させることができる。このためにアクチュエータは、ケーシング２内の支承位置１４に支承された軸８に結合されている。

軸８は、通路４の直径方向で向かい合った側においてケーシング２の壁１２に設けられた軸貫通部１０を貫通して、通路４の両側で支承位置１４に突入しており、この場合、軸８の軸線１６は、通路４を２つの半部に分けており、この軸線１６を中心としてフラップ６が回動可能になっている。

通路４内のフラップ６は、曲げ剛性を有する２つの支持ディスク１８，２０と、これらの支持ディスク１８，２０間に配置された、ばね鋼から成る弾性的なフラップボデー２２とを有している。両支持ディスク１８，２０とフラップボデー２２とは、直接に重なり合っていて、軸８のスリット２４内に配置されており且つねじ２６を介して固定されている。

フラップ６の閉鎖状態において、フラップボデー２２の外縁部２８は、ケーシング２に形成された段部３０に支持されている。フラップ６は、軸８の軸線１６により第１の半部３２と第２の半部３４とに分けられ、この場合、第１の半部３２の縁部は、通路４の下流側の部分３８に面した段部３０の第１の表面３６に支持されており、第２の半部３４の縁部は、通路４の上流側の部分４２に面した段部３０の第２の表面４０に支持されている。その結果、両通路部分３８，４２の等しい通流横断面積を得るために、軸８の軸線１６の高さ位置において、下流側の部分３８は、上流側の部分４２に対して、半径方向にずらされている。半径方向に隣り合う通路４の内壁１２とフラップボデー２２の縁部２８との間には、小さな間隔が残されている。それというのも、ほとんど漏れのない確実なシールは、既に段部３０に対するフラップボデー２２の当接により保証されているからである。これに対して、両支持ディスク１８，２０の大きさは、その全面が閉鎖状態において、通路４の下流側の部分３８及び上流側の部分４２の通流横断面内に配置されている程度に過ぎず、よって、半径方向に見て支持ディスク１８，２０は、段部３０の表面３６，４０の手前で終わっている。

図示の実施形態では、段部３０の表面３６，４０の、通路４の軸線方向における間隔は、フラップボデー２２の厚さよりも小さくなっており、軸８の軸線１６に対する前記両表面３６，４０の、通路４の軸線方向間隔は等しいので、通路４の軸線に対して垂直なフラップ６の位置において、フラップボデー２２の縁部２８は、所定のばね力により前記表面３６，４０に押し付けられるようになっていて、このことは、閉鎖状態におけるシール性の更なる改善につながる。

本実施形態において通路４の横断面は、フラップボデー２２と同様に円形に形成されている。これに対して支持ディスク１８，２０は、図１から判るように、例えば１方向に伸長された円として形成されており、この場合、楕円の最大伸長部は、軸８の軸線１６に対して垂直に形成されており、楕円の最小伸長部は、軸８の軸線１６の長さ方向に位置している。その結果、弾性的なフラップボデー２２の外周面と、支持ディスク１８，２０の外周面との間の間隔は、軸８の軸線１６の付近で最大になり、軸８の軸線１６に対して９０°の角度のところで最小になる。更に、フラップボデー２２の全表面に対する、フラップボデー２２の覆われていない表面の割合は、軸８の軸線１６から支持ディスク１８，２０の端部に至るまでの間隔が増大するにつれて、小さくなる。換言すると、本発明では、弾性的なフラップボデー２２の外周面と、支持ディスク１８，２０の外周面との間の半径方向の間隔は、軸８の軸線１６と通路４の軸線との交点に対する角度が増大するにつれて減少しており、これにより、フラップ６の弾性は、角度増大に伴って低下することになる。

つまり、フラップ６は軸８の軸線１６付近の範囲内では、軸８の軸線１６から遠く離れた範囲におけるよりも高い弾性を有している。これにより、軸線付近の範囲内の短いてこ腕に基づく比較的小さなトルクでもって、フラップボデー２２を段部３０の表面３６，４０への当接時に変形させることができるので、小さな作動力において高いシール性が達成される。この場合、フラップは全周にわたって表面３６，４０に当接させられるので、弁装置の漏れは最小限に抑えられる。同時にこの変形により、圧力脈動の発生に基づく通路４内でのフラップ６のばたつきが阻止される。隣り合う通路４の内壁１２からのフラップボデー２２の間隔を適宜選択することにより付加的に、通流特性が小さな作動角度の範囲内で適合され得る。公知の構成に比べて、許容誤差の影響を受けることは著しく少ないので、弁装置を廉価に製造することができる。

本願の保護範囲は、前記実施形態に限定されるものでないことは明白である。正確な形状構成に関しては、保護範囲内で種々様々な構造変化が、例えば段部表面の相互間隔、又は支持ディスクの正確な形状構成に関して可能である。また、フラップを非円形の通路内に相応して構成することも考えられる。

Claims (10)

1. 内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置であって、
   通流可能な通路（４）を形成しているケーシング（２）内に、軸（８）の軸線（１６）を中心として回動可能に支承された軸（８）と、
   該軸（８）に結合されていて、前記通路（４）の通流横断面積を制御可能なフラップ（６）とを備えており、
   該フラップ（６）は、第１の外周面を備えた、曲げ剛性を有する２つの支持ディスク（１８，２０）と、これらの支持ディスク（１８，２０）間に配置された、あらゆる方向に見てより大きな外周面を備えた弾性的なフラップボデー（２２）とを有しているものにおいて、
   前記弾性的なフラップボデー（２２）の外周面と、前記支持ディスク（１８，２０）の外周面との間の間隔は、前記軸（８）の軸線（１６）の付近において最大になり且つ前記軸（８）の軸線（１６）に対して９０°の角度のところで最小になることを特徴とする、内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置。
2. 前記弾性的なフラップボデー（２２）の外周面と、前記支持ディスク（１８，２０）の外周面との間の間隔は、前記軸（８）の軸線（１６）と、前記通路（４）の軸線との交点に対する角度の増大に伴って減少する、請求項１記載の内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置。
3. 前記通路（４）とフラップボデー（２２）は、横断面円形であり、前記支持ディスク（１８，２０）は、楕円又は１方向に伸長された円として形成されている、請求項１又は２記載の内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置。
4. 前記フラップボデー（２２）は、耐熱性のばね鋼から成る、請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置。
5. 前記ケーシング（２）内に段部（３０）が形成されていて、該段部（３０）には前記フラップ（６）の閉鎖状態において、前記フラップボデー（２２）の外縁部（２８）が支持される、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置。
6. 前記フラップ（６）に対して、前記通路（４）の下流側の部分（３８）と、前記通路（４）の上流側の部分（４２）とは、前記軸（８）の軸線（１６）の高さ位置において、互いに半径方向にずらされて配置されている、請求項５記載の内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置。
7. 前記軸（８）の軸線（１６）は、前記フラップボデー（２２）を、第１のフラップ半部（３２）と第２のフラップ半部（３４）とに分けており、第１のフラップ半部（３２）は、流れ方向に向いた前記段部（３０）の表面（３６）に支持され、且つ第２のフラップ半部（３４）は、流れ方向とは逆方向に向いた前記段部（３０）の表面（４０）に支持される、請求項６記載の内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置。
8. 前記段部（３０）の前記両表面（３６，４０）の軸方向間隔は、前記フラップボデー（２２）の厚さよりも僅かに小さい、請求項６記載の内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置。
9. 前記フラップボデー（２２）は、前記フラップ（６）の閉鎖状態において半径方向に隣り合う前記通路（２）の壁（１２）に対して、所定の間隔を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置。
10. 前記支持ディスク（１８，２０）は、前記段部（３０）の内周面の完全に内側に配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の内燃機関の排ガス流を制御するための弁装置。

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