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