JP2016501336A - 内燃機関のフラップ装置 - Google Patents

Abstract

内部に流路（１２）が形成された流路ハウジング（１０）、作動軸（１４）、流路（１２）内にて作動軸（１４）上に配置されたフラップ本体１６）、作動軸（１４）を外部に突出させる流路ハウジング（１０）内のボア（２６）、ボア（２６）内に配置され且つ内部に作動軸（１４）が取り付けられた第１軸受ブッシュ（２０）及び作動軸（１４）を径方向に囲み且つ環状の金属膜（５０）を有するシール手段を備えた内燃機関のフラップ装置は公知である。熱膨脹が生じても更に良好なシール性を得るため、本発明によれば、金属膜（５０）の径方向外側部（４８）が閉鎖ブッシュ（３８）と流路ハウジング（１０）のボア（２６）にて接触面（６６）を形成する肩（６８）との間に挟み込まれ、その径方向内側部（５２）が摺動リング（５６）の径方向内側部（５４）に対して支持され、そして、金属膜（５０）と組みをなす径方向内側部（５２）の面（６１）が接触面（６６）よりも流路（１２）により近接して配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のフラップ装置に関する。

前記フラップ装置は、内部に流路が形成された流路ハウジング、作動軸、流路内にて作動軸上に配置されたフラップ本体、流路ハウジング内のボアであって、該ボアを通じて作動軸が外部に突出する、ボア、該ボア内に配置され、その内部に作動軸が取り付けられた第１軸受ブッシュ及び作動軸を径方向に囲み且つ環状の金属膜を有するシール手段を備える。

このようなフラップ装置は、例えば内燃機関の排ガスシステムにおいて、排ガス蓄積フラップ又は排ガス循環フラップとして役立つ。排ガスは外部に逃がしてはならない汚染物質を含んでいることから、アクチュエータに向けて外部に突出する軸に沿って信頼性のあるシールが確保されなければならない。このようなシールは変化する熱負荷の下、如何なる場合にも完全に機能しなければならない。付け加えて、現代の内燃機関の排出規制に適合させるため、フラップに関して非常に正確な制御能力が達成されなければならない。

異なるフラップ装置が公知であり、これら公知のフラップ装置では上述の目的を満足させる試みがなされている。独国実用新案第20 2008 005 992 U1号明細書にはフラップ弁が開示されている。該フラップ弁は２つの側で支持され、排ガスシステムの高温領域内での使用を意図し、軸の傾斜した肩に配置されたシールがハウジングの反対側のシール面に対してばね力により押圧されている。同時に、シール点はフラップ軸を軸線方向に固定するうえで役立つ。流路内でのフラップのセンタリングや熱膨脹の発生のため、このようなセンタリングや熱膨脹はフラップが閉じられたとき、フラップのジャム(jam)をもたらす。

更に、排気フラップが特開平H07-259586号公報から公知であり、ここでは、複数のねじで固定された薄い金属リングが軸受ブッシュの後方に配置され、該リングの外周はその囲繞するハウジングの側方の限界を定める壁に対して支持されている。熱膨脹が発生したとき、金属リングは囲繞する側壁に沿って変位される。小さな接触面積又は時を経てハウジング内に形成された傷跡に起因し、長期に亘る充分な耐密性を保証することができない。更に、金属リングの回転により摩耗の増大が引き起こされる。

従って、公知の装置は、熱負荷が変動した場合、充分なシールを提供できず、同時にジャムの危険性が無くフラップの調整を可能にできない不具合を有する。

それ故、本発明の目的は、熱負荷や該熱負荷によってもたらされる熱膨脹に拘わらず、確実なシールを保証し、且つ、フラップ本体の円滑な動きを保証する内熱機関のフラップ装置を提供することにある。公知の装置と対比して、摩耗が低減され、有効な長い寿命が保証される。

上記の目的はメイン請求項の特徴を有したフラップ装置によって達成される。金属膜の径方向外側部が閉鎖ブッシュと流路ハウジングのボアに接触面を形成する肩との間に挟み込まれ、そして、その径方向内側部が摺動リングの径方向内側部に支持され、該摺動リングの金属膜と組みなす面が前記接触面よりも流路により近接して配置されていることに起因して、金属膜はその外側部にシールを達成する一方、その径方向内側部にシールを達成し、ここでのシール効果が作動軸の軸線方向の変位によって損なわれることはない。作動軸の軸線方向位置は、作動軸に対して固定的に位置決めされた非可撓性のシール手段によって規定されておらず、これにより、フラップの回転又は熱膨脹に起因した僅かな変位がフラップのジャムをもたらすことはない。

好ましくは、シール手段は、作動軸上に取り付けられた軸スリーブを含み、摺動リングは金属膜とは軸線方向の反対側の面にて軸スリーブに支持されている。このことは、作動軸に沿う排ガスの流れを阻止し、作動軸に対する摺動リングの相対位置を規定する。

摺動リングの特に好適した実施形態において、摺動リングはその径方向内側部にて球状に湾曲されている。これにより、摺動リング上への金属膜の平坦な接触が如何なる温度でも達成される。平坦な接触に起因して良好なシール効果が得られる。このシール効果は作動軸が軸受の公差内で傾いた場合でも維持される。

好適な実施形態において、閉鎖ブッシュは深鍋形状をなし、ここでは閉鎖ブッシュの底が開口を有し、該開口を通じて作動軸が突出し、そして、その側壁の軸線方向の端が金属膜に支持されている。これにより、閉鎖ブッシュはボアを少なくとも部分的に閉鎖する一方、金属膜の固定を確実にする。この点において、閉鎖ブッシュは囲繞するハウジングを曲げることによって、ハウジング内にて押圧又は固定可能となる。

好ましくは、閉鎖ブッシュはその側壁の径方向内側を形成する部分で球状をなしている。これにより、摺動リングとは反対側となる金属膜の面の捩れ、つまり、単に線接触となるのが回避される。代替的には、金属膜に作用するばね負荷がある場合、良好なシール特性を備えた平坦な接触が得られる。

特に好適な実施形態において、閉鎖ブッシュの側壁には凹所が備えられ、該凹所内に摺動リングの突起が突出し、該突起は径方向外側に延びている。従って、作動軸の回転中、軸スリーブが摺動リングを一緒に連れ回すことが阻止され、この結果、摺動リングと閉鎖ブッシュとの間や、摺動リングと金属膜との間の相対移動が阻止され、摩耗が大幅に低減される。

好ましくは、ボア内には第２軸受ブッシュが配置され、該第２軸受ブッシュの軸方向の端は流路内に突出する。好適には、圧縮コイルばねの力が第２軸受ブッシュ又は該第２軸受ブッシュに隣接したスラストワッシャに対してフラップ本体を押し付けている。該第２軸受ブッシュはフラップ本体とともに、作動軸を軸線方向に固定するのに役立ち、これにより、該軸線方向の固定は最早シール手段を介して影響されない。これにより、フラップ本体の外形を流路により正確に適合させ得るので、内部的な連係が減少可能となる。フラップ本体を介した作動軸の軸線方向の固定に関し、付加的な摩耗を減少するために、フラップ本体は第２軸受ブッシュに隣接したスラストワッシャに支持される。

本発明の更なる実施形態において、ボアとは反対側の流路ハウジング側には有底穴が形成されている。該有底穴には第３軸受ブッシュが備えられ、該第３軸受ブッシュ内に作動軸が支持されている。従って、作動軸は流路ハウジングの両側にて支持され、これにより、排ガスの圧力が高い場合でも、第３軸軸受ブッシュが損傷を受ける虞はない。

更に、第３軸受ブッシュの軸線方向の端が流路内に突出していれば好適となる。第３軸受ブッシュを囲むフラップ本体の突起により、第３軸受ブッシュ内の塵埃の進入は大幅に阻止され、その有効な寿命が伸びる。

従って、熱負荷が変化する下でも外部に対して充分に耐密であり、構成部品及び組立体の許容誤差や熱膨脹が金属膜の軸線方向の可撓性によって補償されるので、無視可能な内部の漏れのみを示す内燃機関のフラップ装置が提供される。更に、外部からの塵埃の進入が回避される。フラップ装置での摩耗は明らかに減少され、有効な長い寿命が達成される。

本発明におけるフラップ装置の一実施形態が図面に示され、以下に詳述される。

本発明のフラップ装置を断面で示した立面図である。 図１のフラップ装置における軸シールの拡大詳細図である。

本発明のフラップ装置は流路ハウジング１０によって形成されている。該流路ハウジング１０内には流路１２が備えられ、該流路１２を通じて例えば排ガスが流れる。

横断面でみたとき、流路１２は作動軸１４にねじ１８を介して固定されたフラップ本体１６によって２つの半体に分割される。流路ハウジング１０内にて、作動軸１４は３つの軸受ブッシュ２０，２２，２４によって支持され、これらのうちの２つの第１及び第２軸受ブッシュ２０，２２は貫通ボア２６内に配置され、この貫通ボア２６を通じて作動軸１４が流路ハウジング１０から外側に突出している。第３軸受ブッシュ２４は有底穴２８内に配置され、該有底穴２８は貫通ボア２６とは反対側にて流路ハウジング１０内に形成されている。第３軸受ブッシュ２４の軸線方向の端２９は流路１２内に延びている。従って、作動軸１４は流路ハウジング１０の中心軸線に対し、互いに反対側となる２つの側で支持されている。

外側に突出した作動軸１３にはレバーとしての役立つディスク３０が取り付けられ、該ディスク３０の径方向端部にはピン３２が固定されている。該ピン３２は作動軸１４を図示しないレバー結合を介してアクチュエータに連結させるべく適合しており、ここで、アクチュエータは特に、電動モータとして構成されている。

ピン３２とは反対側となるディスク３０の側面には復帰ばね３４が設けられ、該復帰ばね３４の一端は、復帰ばね３４に形成されたピン３２に支持され、復帰ばね３４の他端はストッパに支持されている。図示しないが、該ストッパはアクチュエータのハウジング３６に形成されている。該ハウジング３６は流路ハウジング１０の軸受・シール部３７を囲み、流路ハウジング１０からレバー３０に向けて延びて復帰ばね３４のガイド且つ軸線方向のサポートとして役立つ。適用分野に応じては、アクチュエーが故障した場合、組立中の予張力が公知のように作動軸１４を規定のフェールセーフ位置に移動させる。

流路ハウジング１０の軸受・シール部３７を貫通して延びる貫通ボア２６は深鍋形の閉鎖ブッシュ３８で閉じられている。該閉鎖ブッシュ３８はその底４０に形成された開口４２を有し、該開口４２を通じて作動軸１４が突出している。閉鎖ブッシュ３８の側壁４４は底４０から延び且つ貫通ボア２６の内壁に対して径方向に接触し、その軸線方向の端４６は環状の金属膜５０の径方向外側部にて軸線方向に支持されている。一方、金属膜５０の径方向内側部５２には摺動リング５６の径方向内側の球状の湾曲部５４が支持されている。

摺動リング５６の平坦な径方向外側部５８は軸線方向の反対側にて軸スリーブ６０に固定的に支持されており、該軸スリーブ６０は作動軸１４に圧入され、また、閉鎖ブッシュ３８内に配置されている。摺動リング５６は一方の側にて径方向に延びる突起６２を有し、該突起６２は凹所６４内に延びている。該凹所６４は閉鎖ブッシュ３８における側壁４４の軸線方向の端４６に形成されている。この結果、摺動リング５６の回転が阻止されている。このことは、作動軸１４が回転するとき、摺動リング５６と軸スリーブ６０との間に相対的な動きのみが生じるものの、摺動リング５６が金属膜５０に対して静止状態となり、その組立部品の摩耗が最少化され且つそのシール効果が維持されることを意味する。

上述したように閉鎖ブッシュ３８における側壁４４の軸線方向の端４６は環状の金属膜５０の径方向外側部４８に対し、軸線方向でみて第１の側で支持されている。このようにして、金属膜５０の径方向外側部４８は閉鎖ブッシュ３８によって軸線方向の接触面６６に対して押圧され、該接触面６６は貫通ボア２６の肩６８によって形成されている。これにより、このようなシール組立体は貫通ボア２６の大径部内に配置されている。

接触面６６の径方向外側部において、接触面６６は作動軸１４の軸線に対して垂直に配置され、その径方向外側部に隣接し且つ径方向内側に延びる部分７０を有する。該部分７０は球状をなし、該部分７０にて、肩６８は連続的な変化によって形成されている。

本発明によれば、環状の金属膜５０、摺動リング５６及び軸スリーブ６０によって形成されたシール手段は貫通ボア２６内に配置されており、固定の径方向外側部４８に比べて、径方向内側部５２は流路１２に向けて湾曲されている。これは、摺動リング５６における球状の内側部５４の面、つまり、摺動リング５６の球状部５４と金属膜５０の径方向内側部５２との間の密着面６１が接触面６６を超えて流路１２に向けて軸線方向に突出するように、作動軸１４上の軸スリーブ６０を位置決めにすることで達成される。

流路１２を出る排ガスは、作動軸１４に沿い第１及び第２軸受ブッシュ２０，２２を通過し、更に摺動リング５６の開口を通過して軸スリーブ６０自体又は軸スリーブ６０と摺動リング５６との間のシール面で止められるか、又は、金属膜５０に沿って流れて、径方向内側部５２では張力が付与された金属膜５０と摺動リング５６の球状部５４との間のシール面として機能する密着面６１によって、又は、径方向外側部４８では肩の接触面６６に支持された金属膜５０によって更なる流れが阻止される。ここで、摺動リング５６や接触面６６の部分７０での球状形は金属膜５０の捩れを阻止する。代わりに、金属膜５０は、線接触のみを与えるエッジに支持されず、対向する平坦な構成要素に支持され得るので、可能な限り広いシール面が摺動リング５６と金属膜５０との間や、金属膜５０と接触面６６との間の両方に常時形成される。

一方、このことは、作動軸１４が或る程度、金属膜５０の可撓性に起因して軸線方向に移動可能であることを意味する。従って、シール組立体は作動軸１４を軸線方向に固定するのではなく、流路１２内にてフラップ本体１６を固定するのに役立つ。

この軸線方向の安定性は、流路１２内に僅かに突出する第２軸受ブッシュ２２の軸線方向の端７２と、閉鎖ブッシュ３８とディスク３０との間に備えられた圧縮ばね７４とによって達成され、作動軸１４、つまり、フラップ本体１６は該圧縮ばね７４により第２軸受ブッシュ２２の端７２に向けて付勢される。従って、作動軸１４の軸線方向の安定性はフラップ本体１６及び軸受ブッシュ２２の端７２の相互作用によって提供される。

作動において、考慮されていないような構成要素及び組立体の許容誤差が発生するか、又は、例えば、熱負荷の変化に起因して熱膨脹が生じるか、或いは、使用によって摩耗が生じるならば、シール要素として機能する金属膜の可撓性により軸線方向の歪みが補償されるので、充分なシールが確実に維持される。流路を閉じる位置でのフラップ本体のセンタリングでさえも、予張力が付与された金属膜によって提供される軸線方向の補償により、シール部品の分離をもたらすことはない。作動軸及びシールの軸線方向の安定が分離していことで、歪みが発生した場合でも、フラップのジャムが防止される。外部からの塵埃の進入は、外部から見える第１軸受ブッシュの手前に既に配置されたシール手段によって排除される。フラップ装置及びそのシールは低摩耗であるので、長い有効寿命を有する。

保護範囲が上述したフラップ装置に制約されるものでないことは明らかであり、種々の変形が考えられる。例えば、静止及び回転部品間にスラストワッシャを使用することも可能である。

ピン３２とは反対側となるディスク３０の側面には復帰ばね３４が設けられ、該復帰ばね３４の一端は、ディスク３０に形成されたピン３５に支持され、復帰ばね３４の他端はストッパに支持されている。図示しないが、該ストッパはアクチュエータのハウジング３６に形成されている。該ハウジング３６は流路ハウジング１０の軸受・シール部３７を囲み、流路ハウジング１０からレバー３０に向けて延びて復帰ばね３４のガイド且つ軸線方向のサポートとして役立つ。適用分野に応じては、アクチュエーが故障した場合、組立中の予張力が公知のように作動軸１４を規定のフェールセーフ位置に移動させる。

Claims (10)

1. 内部に流路（１２）が形成された流路ハウジング（１０）と、
   作動軸（１４）と、
   前記流路（１２）内にて前記作動軸（１４）上に配置されたフラップ本体（１６）と、
   前記流路ハウジング（１０）内のボア（２６）であって、該ボアを通じて前記作動軸（１４）が外部に突出する、ボア（２６）と、
   前記ボア（２６）内に配置され且つ内部に前記作動軸（１４）が取り付けられた第１軸受ブッシュ（２０）と、
   前記作動軸（１４）を径方向に囲み且つ環状の金属膜（５０）を有するシール手段と
   を具備し、
   前記金属膜（５０）の径方向外側部（４８）は、閉鎖ブッシュ（３８）と前記流路ハウジング（１０）の前記ボア（２６）に接触面（６６）を形成する肩（６８）との間で軸線方向に挟み込まれ、
   径方向内側部（５２）は摺動リング（５６）の径方向内側部（５４）に対して支持され、
   前記金属膜（５０）と組みをなす前記径方向内側部の面（６１）は、前記接触面（６６）よりも前記流路（１２）により近接して配置されている、ことを特徴とする内燃機関のフラップ装置。
2. 前記シール手段は、前記作動軸（１４）上に取り付けられた軸スリーブ（６０）を含み、前記摺動リング（５６）が前記金属膜（５０）とは軸線方向反対側にて前記軸スリーブに支持されている、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のフラップ装置。
3. 前記摺動リング（５６）は径方向内側部（５４）にて球状に湾曲されている、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関のフラップ装置。
4. 前記閉鎖ブッシュ（３８）は深鍋形状をなし、前記閉鎖ブッシュ（３８）の底（４０）は開口（４２）を有し、該開口を通じて前記作動軸（１４）が突出し、側壁（４４）の軸線方向の端（４６）が金属膜（５０）にて支持されている、ことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関のフラップ装置。
5. 前記接触面（６６）は、前記閉鎖ブッシュ（３８）の前記側壁（４４）内に形成された領域（７０）にて球状に形成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の内燃機関のフラップ装置。
6. 前記閉鎖ブッシュ（３８）の前記側壁（４４）は凹所（６４）を備え、該凹所内に前記摺動リング（５６）の突起（６２）が突出し、該突起は径方向外側に延びている、ことを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関のフラップ装置。
7. 前記ボア（２６）内には第２軸受ブッシュ（２２）が配置され、該第２軸受ブッシュの軸線方向の端（７２）が前記流路（１２）内に突出している、ことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の内燃機関のフラップ装置。
8. 前記フラップ本体（１６）は前記第２軸受ブッシュ（２２）又は該第２軸受ブッシュ（２２）に隣接したスラストワッシャに対し、圧縮ばね（７４）の力によって張力を受けている、ことを特徴する請求項７に記載の内燃機関のフラップ装置。
9. 前記ボア（２６）とは反対側となる前記流路ハウジング（１０）には、有底穴（２８）が形成され、該有底穴（２８）内に第３軸受ブッシュ（２４）が配置され、該第３軸受ブッシュ内に前記作動軸（１２）が支持されている、ことを特徴とする請求項７又は８に記載の内燃機関のフラップ装置。
10. 前記第３軸受ブッシュ（２４）の軸線方向の端（２９）は前記流路（１２）内に突出している、ことを特徴とする請求項７又は９に記載の内燃機関のフラップ装置。

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