JP2016509647A - 内燃機関の排ガス弁装置 - Google Patents

Abstract

内燃機関の排ガス弁装置は公知であり、アクチュエータ（２４）、アクチュエータハウジング（１０）、アクチュエータ（２４）を介して並進運動可能な弁ロッド（１６）、弁ロッド（１６）に配置された制御ボディ（２６）、流路ハウジング（３０）、流路ハウジング（３０）内に配置され、制御ボディ（２６）が着座し且つ離座する弁座（２８）、鍋形の遮蔽要素（４０）であって、弁ロッド（１６）がその底（４４）に形成された開口（４６）を貫通して延び、アクチュエータハウジング（１０）から流路ハウジング（３０）内に延びる鍋形の遮蔽要素（４０）を備える。しかしながら、前記排ガス弁装置は屡々、熱い排ガスに対してアクチュエータの熱保護を充分に提供しない。それ故、流路ハウジング（３０）の側方を境界付ける壁（３８）まで径方向に直接に延びた鍋形の遮蔽要素（４０）が提案される。このような遮蔽要素（４０）はアクチュエータハウジング（１０）に対して実質的な断熱作用を発揮する。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の排ガス弁装置に関し、該排ガス弁装置は、アクチュエータ、アクチュエータハウジング、アクチュエータを介して並進運動可能な弁ロッド、弁ロッドに配置された制御ボディ、流路ハウジング、流路ハウジング内に配置され、制御ボディが着座及び離座する弁座と、鍋形の遮蔽要素であって、弁ロッドがその底に形成された開口を貫通して延び、アクチュエータハウジングから流路ハウジング内に延びる遮蔽要素とを備える。

排ガス領域にて使用される弁、特に排ガス再循環弁は排ガスの排出を低減する目的で役立つ。この点について、環境的に有害な成分、特に窒素酸化物を低減するため、内燃機関の特有の作動状態に適合した排ガス量が内燃機関の気筒に戻される。典型的な排ガス再循環弁はアクチュエータを含み、該アクチュエータは弁ロッドに接続され、弁ロッドを作動させる。

弁ロッドは弁のハウジング内のガイドブッシュを介して案内され、アクチュエータとは反対側の端に少なくとも１つの制御ボディを有する。該制御ボディは対応する弁座に合致する。排ガス再循環弁の殆どは、閉弁状態にて、ガイドブッシュが新鮮な空気を収容した領域に配置され、弁の閉鎖ボディによって排ガス側から分離されるべく構成されている。弁が開かれたとき、即ち、弁閉鎖ボディが弁座から離座されたとき、排ガスは吸引マニホールドに向けて流れるが、これにより、煤又は他の固着且つ粘着性の物質を含んだ熱い排ガスとの接続がアクチュエータハウジングに対して達成される。

この結果、排ガスがアクチュエータハウジングを加熱し、又、弁ロッドに沿って流れ、ガイドブッシュの領域に流入可能であるので、アクチュエータへの熱負荷が増大する。これにより、少なからず温度差に起因して弁ロッド上又はガイドブッシュ内に堆積物が形成されてしまい、該堆積物は弁の機能に悪影響を及ぼす。

この問題を回避するため、例えば独特許出願公報DE 103 36 976 A1に１つの排ガス再循環弁が提案されている。この排ガス再循環弁は遮蔽プレートを含み、該遮蔽プレートは弁ロッドを囲んで通路内に延び、該通路を通じて流れが発生する。これにより、弁ロッドがアクチュエータに向けて移動するとき、弁ロッドから煤が掻き取られる。付け加えて、ガイドブッシュ内への排ガスの貫通が実質的に減少される。しかしながら、アクチュエータの熱負荷に対する保護は開示されていない。

付け加えて、独特許出願公報DE 100 48 499 A1から１つの排ガス再循環弁が公知であり、ここでは、アクチュエータハウジングと流路ハウジングとの間に鍋形の熱保護要素が配置され、該熱保護要素は流路ハウジングの開口内に延び、その底に弁ロッドの通路のための開口が形成されている。

しかしながら、流路ハウジングと熱保護要素との間には周方向に隙間が存在し、アクチュエータハウジングに熱い排ガスが直接的に接触する比較的大きな面領域が未だ残っている。それ故、排ガスが高温になったとき、この高温によってアクチュエータが損傷され、又、公知の弁は組み付けスペースを大きく要求しているから、アクチュエータハウジング又はその間に配置された１つのハウジングから散逸されるべき大きな熱量が存在するという不具合を有する。

それ故、解決すべき課題は、大きな組み付けスペースを提供する必要がなく、アクチュエータハウジングの高い熱負荷を防止することにある。その目的は、アクチュエータハウジングを貫通する熱の流れを大きく減少させて、アクチュエータハウジングから熱を散逸させるのに要求される冷却剤の量を大幅に減少させることにある。

上述の課題は請求項１の特徴を有する排ガス再循環弁によって達成される。鍋形の遮蔽要素が流路ハウジングの側方を境界付ける壁まで径方向に直接に延びていれば、遮蔽要素は排ガスとの直接的な接触に対して、アクチュエータハウジングをほぼ完全に保護する。その内部の空間の空気層はアクチュエータに対して断熱を提供する。この点に関し、「直接的な対向」とは、流路ハウジングと遮蔽要素が互いに対して固定的に支持されておらず、干渉的な嵌合、即ち、両者間での接触が無いものの、通常の挿入が可能であり、この目的には１ｍｍまでギャップで充分であることを意味する。

好ましくは、遮蔽要素の底の開口の縁からは制御ボディに向けてカラーが延びており、この制御ボディ側のカラーの軸方向端での内径は弁ロッドの外径に実質的に相当する。該カラーは弁ロッドからの堆積物の拭き取りに使用され、ここでは弁ロッドが移動する毎に弁ロッドから堆積物が掻き取られる。

本発明の好適な実施形態において、鍋形の遮蔽要素の開口端からは複数のアームが延び、これらアームを介して遮蔽要素がアクチュエータハウジング又はアクチュエータハウジングと流路ハウジングとの間に固定されている。それ故、遮蔽要素は付加的に構成要素を使用する必要も無く固定可能である。

この点において、アームが第１部分にて鍋形の遮蔽要素の開口端からアクチュエータハウジングに向けて軸線方向に延びていれば好適である。それ故、流路ハウジングの壁と遮蔽要素の側壁との互いに直接的な対向配置を可能にした固定が達成される。

他の実施形態において、アームは第２部分にて第１部分から角度を存して径方向外側に延びている。これで、遮蔽要素はその領域を介して容易に固定可能となる。

好ましくは、遮蔽要素はステンレスの金属シートからなる深絞りの一部である。このような構成要素は低コストで製造でき、軽量で且つ熱的且つ腐食的な負荷となる排ガス領域にて長い寿命を有する。

遮蔽要素の固定を可能にすると同時に、遮蔽要素の外側ハウジングに対して流路ハウジングの直接的な案内を可能にするため、アクチュエータハウジングには遮蔽要素に面した底に複数のポケットが形成され、これらポケット内に遮蔽要素のアームが係合する。これらポケットは固定のために使用可能である。

遮蔽要素におけるアームの径方向の大きさよりもポケットが小さいとき、その固定は特に好適にして実施可能となり、これにより、遮蔽要素はアームのばね作用を介してアクチュエータハウジングのポケット内に留められる。それ故、付加的な固定要素を使用する必要が無く、流路ハウジングの組み付けとは独立してアクチュエータハウジングに遮蔽要素を予め組み付けておくことが可能となる。

好ましくは、ポケットの径方向外側領域は流路ハウジングによって囲まれ、これより、一方にて、アクチュエータハウジングの排ガスの接触面が最少化されるとともにポケットが断熱効果を有し、他方にて、強力な振動が発生しても、遮蔽要素の落下が確実に防止される。

熱負荷に対してアクチュエータの付加的な保護を達成するため、遮蔽要素とアクチュエータとの間でアクチュエータハウジング内に冷却剤通路が形成され、該冷却剤通路を介してアクチュエータハウジングに伝達される熱が奪い去られる。

冷却剤通路が遮蔽要素の径方向外側に配置されているとき、特に好適となる。何故なら、断熱作用の欠如に起因した流路ハウジングからの多量の熱がその領域にてアクチュエータハウジングを貫通し、直ちに散逸可能となる。

鍋形の遮蔽要素が少なくとも１つの外周を有し、該外周がアクチュエータハウジングの固定フランジにて遮蔽要素とは反対側のアクチュエータハウジングの接触面に相当し、又は、冷却剤通路が遮蔽要素の越えて突出する接触面と遮蔽要素とは軸線方向反対側の固定フランジの側との間でアクチュエータハウジング内に配置されているとき、排ガス通路とアクチュエータハウジングとの間での特に良好な断熱作用が遮蔽要素によって達成される。これにより、流路ハウジング又は排ガス通路からアクチュエータハウジング内に熱が直接的に伝達されるのが防止され、アクチュエータの熱負荷が大幅に減少する。

好ましくは、アクチュエータは、その下流にギヤボックスを有する電動モータを含んでいる。このようなアクチュエータは非常に正確且つ迅速に制御可能であるので、有効性を証明する。

本発明の特に好適な実施形態において、アクチュエータハウジングはギヤボックスハウジング部分と電動モータハウジング部分とを備え、ここで、遮蔽要素はギヤボックスハウジング部分の底に固定されている。このようなアクチュエータハウジングの２ピース構成は組立及び製造を簡単にする。

それ故、１つの排ガス弁装置が作製され、ここではアクチュエータが公知の構成と比較して過剰な熱負荷に対して実質的に良好に保護される。それ故、電動アクチュエータは過熱される危険性無しに非常に高い温度範囲にて使用可能となる。付け加えて、堆積物の掻き取り等の他の機能もまた本発明の弁装置によって付加的に実施可能である。流路ハウジング又は排ガス通路からアクチュエータハウジングへの熱の移動は実質的に減少される。

本発明に係る排ガス弁装置の一実施形態は添付図面に描かれ且つ以下に説明される。

流路ハウジングを破断して示した本発明に係る排ガス弁装置の斜視図である。 流路ハウジングを除き、本発明に係る排ガス弁装置の一部を拡大且つ破断して示した斜視図である。

本発明に係る排ガス弁装置は電動モータ１２を備え、該電動モータ１２はアクチュエータハウジング１０内に配置され、ギヤボックス１４を駆動する。また、該ギヤボックス１４もまたアクチュエータハウジング１０内に配置されている。ギヤボックス１４は弁ロッド１６に接続されており、これにより、電動モータ１２の回転運動はギヤボックス１４、例えばカム−接続リンクの接続機構を介して弁ロッド１６の並進運動に変換される。

本実施形態において、アクチュエータハウジング１０は、ギヤボックス１４に面した側面を除き、電動モータ１２を囲繞する電動モータハウジング部分１８と、ギヤボックスハウジング部分２０とを備え、該ギヤボックスハウジング部分２０に電動モータハウジング部分１８が複数のねじ２２を介して固定され、そして、ギヤボックスハウジング部分２０内にギヤボックス１４が配置されている。

アクチュエータハウジング１０は、その内部に配置された電動モータ１２及びギヤボックス１４とともに排ガス弁装置のアクチュエータ２４を構成する。アクチュエータ２４が作動されたとき、弁ロッド１６は並進運動される。この結果、弁ディスクの形態をなした制御ボディ２６が弁座２８から離座されるか、又は、弁座２８に向けて降下される。弁座２８は流路ハウジング３０内に形成され、該流路ハウジング３０は排ガス入口３２及び排ガス出口３４を有し、該排ガス出口３４は空気入口流路に接続可能である。

流路ハウジング３０にアクチュエータハウジング１０を固定するため、アクチュエータ２４は固定フランジ３６を備えており、該固定フランジ３６を介してアクチュエータハウジング１０が複数のねじにより流路ハウジング３０に固定されている。アクチュエータハウジング１０及び固定フランジ３６には図示しない１つのボアが形成されている。該ボア内には軸受ブッシュ３７が配置され、該軸受ブッシュ３７内に弁ロッド１６が取り付けられている。更に、弁ロッド１６は軸受ブッシュ３７を貫通してアクチュエータハウジング１０の外側に延びる一方、流路ハウジング３０内にも延びている。

流路ハウジング３０の側方を境界付ける壁３８は中空の円筒形状をなして固定フランジ３６まで軸線方向に延び、その壁３８には固定フランジ３６から間隔を存して排ガス出口３４が形成されている。

本発明によれば、固定フランジ３６に近接した鍋形の遮蔽要素４０が壁３８内に配置され、該遮蔽要素４０の側壁４２は流路ハウジング３０の壁３８に対し、径方向に対向して配置されている。組立を容易にするには対向する壁間に１ｍｍまでのギャップを設ける必要があるが、このギャップは可能な限り小さく選択される。それ故、遮蔽要素４０が壁３８まで径方向に直接に延び、遮蔽要素４０における軸線方向の大きさは排ガス出口と固定フランジ３６との間の間隔にほぼ相当する。

遮蔽要素４０の底４４には開口４６が形成され、該開口４６を貫通して弁ロッド１６が突出している。前記開口４６の開口縁４８からは制御ボディ２６に向けてカラー５０が延び、該カラー５０はその軸方向端に弁ロッド１６の外径に実質的に相当する内径を有する。これにより、弁ロッド１６上に存在する堆積物は弁ロッド１６が移動するときに掻き取られる。

遮蔽要素４０を固定するため、遮蔽要素４０の開口した軸方向端に７つのアーム５２が設けられ、これらアーム５２は非組み付け状態にて、第１部分５４にて最初固定フランジ３６に向けて軸線方向に延び、そして、第２部分５６にて第１部分５４から径方向外側に延びている。これらアーム５２はポケット５８内に延びており、これらポケット５８はアクチュエータハウジング１０、即ち、固定フランジ３６の底６０に凹所として形成され、これら凹所は径方向及び軸線方向に境界付けられている。ポケット５８の軸線方向の大きさは少なくともアーム５２における第１部分５４の長さに相当する。また、ポケット５８の幅は少なくともアーム５２の幅に相当し、ポケット５８の径方向の大きさはアーム５２における第２部分５６の径方向の大きさよりも僅かに小さい。

付け加えて、固定フランジ３６からは環状突起６２が制御ボディ２６に向けて延び、該環状突起６２の高さは遮蔽要素４０の高さよりも低く、その外径は遮蔽要素４０の内径に実質的に相当する。環状突起６２が遮蔽要素４０内に摺接して嵌入されたなら、遮蔽要素４０の第１及び第２部分５４，５６はポケット５８内に係合する。ここで、ポケット５８の径方向の大きさが小さいことに起因して、金属シートを深絞り加工した遮蔽要素４０の第２部分５６は曲げられ、ポケット５８の外側の境界にその端を介して押し付けられる。よって、挟み込みのばね力が発生され、このばね力は遮蔽要素４０の弛みを防止する。

次に、流路ハウジング３０は固定フランジ３６に固定されており、ここで、固定フランジ３６はアーム５２における第１部分５４の他方の側にて、ポケット５８の径方向外側領域をカバーし、これにより、遮蔽要素４０の脱離を阻止している。

遮蔽要素４０が摺接しながら正確に位置付けられるのを確実にするため、遮蔽要素４０の側壁４２には２つの凹所６４が形成されており、これら凹所６４内に対応する形状の突起６６が係合し、これら突起６６は固定フランジ３６から流路ハウジング３０内に延びている。

このような遮蔽要素４０はアクチュエータハウジング１０、つまり、熱に過敏な電動モータ１２が熱い排ガスに直接に接触するのを遮蔽する。この遮蔽は、固定フランジ３６から離れたアクチュエータハウジング１０の面、つまり、接触面６８が遮蔽要素４０よりも小さく且つ固定フランジ３６に対して正反対に配置されていれば更に改善される。

遮蔽要素４０を径方向に越えて突出し且つ遮蔽要素４０に対向するアクチュエータハウジング１０の唯一の領域は、冷却剤通路７０が形成されたアクチュエータハウジング１０の一部をなし、ここでは、冷却剤通路７０が弁ロッド１６を半円形状にして少なくとも部分に囲み、冷却剤入口ポート７２及び冷却剤出口ポート７４を備えている。それ故、流路ハウジング３０の複数の接続面を経てアクチュエータハウジング１０に伝達される熱は直ちに散逸される。

それ故、上述の排ガス弁装置は過度な熱負荷に対し、アクチュエータの優れた保護を提供する。遮蔽要素４０の内部空間は高い断熱効果を有する。アクチュエータハウジング１０との排ガスの直接的な熱接触は、流路ハウジング３０の壁３８に遮蔽要素４０の側壁が直接に近接していることで大幅に阻止される。流路ハウジング３０を経てアクチュエータハウジング１０を貫通する熱は付加的に散逸される。

付け加えて、カラー５０は付加的な構成要素を必要とすることなく、弁ロッド１６上の堆積物に起因して弁が作動しなくなるのを防止する。遮蔽要素４０はアクチュエータハウジング１０に予め組み付けることができ、これにより、弁は流路ハウジング３０無しで輸送でき、消費者によって入手可能な流路ハウジングに組み付けられることで完全な組立状態となる。

主請求項の保護範囲が上述の実施形態に制約されるものではないことは明らかである。例えば、特に遮蔽要素におけるアームの固定方式や数は変更可能である。

Claims (14)

1. 内燃機関の排ガス弁装置において、
   アクチュエータ（２４）と
   アクチュエータハウジング（１０）と、
   前記アクチュエータ（２４）を介して並進運動可能な弁ロッド（１６）と、
   前記弁ロッド（１６）に配置された制御ボディ（２６）と、
   流路ハウジング（３０）と、
   前記流路ハウジング（３０）内に配置され、前記制御ボディ（２６）が降下して着座し且つ上昇して離座する弁座（２８）と、
   鍋形の遮蔽要素（４０）であって、前記弁ロッド（１６）が底（４４）に形成された開口（４６）を貫通して延び、前記アクチュエータハウジング（１０）から前記流路ハウジング（３０）内に延びる、遮蔽要素（４０）と
   を具備し、
   前記鍋形の遮蔽要素（４０）が前記流路ハウジング（３０）の側方を境界付ける壁（３８）まで径方向に直接に延びていることを特徴する内燃機関の排ガス弁装置。
2. 前記遮蔽要素（４０）における前記底（４４）の前記開口（４６）の縁（４８）からカラー（５０）が前記制御ボディ（２６）に向けて延び、該カラー（５０）の内径が前記制御ボディ（２６）側の軸方向端にて前記弁ロッド（１６）の外径に実質的に相当することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排ガス弁装置。
3. 前記鍋形の遮蔽要素（４０）の開口端から複数のアーム（５２）が延び、これらアーム（５２）を介して前記遮蔽要素（４０）が前記アクチュエータハウジング（１０）又は前記アクチュエータハウジング（１０）と前記流路ハウジング（３０）との間に固定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排ガス弁装置。
4. 前記アーム（５２）は第１部分（５４）にて、前記鍋形の遮蔽要素（４０）の開口端から前記アクチュエータハウジング（１０）に向けて軸線方向に延びていることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の排ガス弁装置。
5. 前記アーム（５２）は第２部分（５６）にて、前記第１部分（５４）から角度を存して径方向外側に延びていることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排ガス弁装置。
6. 前記遮蔽要素（４０）はステンレスの金属シートからなる深絞り部分であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の内燃機関の排ガス弁装置。
7. 前記遮蔽要素（４０）に面した前記アクチュエータハウジング（１０）の底（６０）に複数のポケット（５８）が形成され、これらポケット（５８）内に前記遮蔽要素（４０）の前記アーム（５２）が係合することを特徴とする請求項３〜６の何れかに記載の内燃機関の排ガス弁装置。
8. 前記ポケット（５８）の径方向の大きさは、前記遮蔽要素（４０）における前記アーム（５２）の径方向の大きさよりも小さく、これにより、前記遮蔽要素（４０）が前記アーム（５２）のばね作用を介して前記アクチュエータハウジング（１０）のポケット（５８）に留められていることを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の排ガス弁装置。
9. 前記ポケット（５８）の径方向外側領域は前記流路ハウジング（３０）によって囲ま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排ガス弁装置。
10. 前記アクチュエータハウジング（１０）には前記遮蔽要素（４０）と前記アクチュエータ（２４）との間で冷却剤通路（７０）が軸線方向に形成されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の内燃機関の排ガス弁装置。
11. 前記冷却剤通路（７０）は前記遮蔽要素（４０）の径方向外側に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載の内燃機関の排ガス弁装置。
12. 前記鍋形の遮蔽要素（４０）は、前記遮蔽要素（４０）とは反対側の前記アクチュエータハウジング（１０）の固定フランジ（３６）において前記アクチュエータハウジング（１０）の接触面（６８）に対応した少なくとも１つの外周を有するか、又は、
    前記冷却剤通路（７０）は、前記遮蔽要素（４０）を越えて突出する前記接触面（６８）の領域と前記遮蔽要素（４０）とは軸線方向反対側の前記固定フランジ（３６）の面との間で前記アクチュエータハウジング（１０）内に配置されていることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の内燃機関の排ガス弁装置。
13. 前記アクチュエータ（２４）は、下流にギヤボックス（１４）を有する電動モータ（１２）を含んでいることを特徴とする請求項１〜１２の何れかに記載の内燃機関の排ガス弁装置。
14. 前記アクチュエータハウジング（１０）は、ギヤボックスハウジング部分（２０）と、電動モータハウジング部分（１８）とを含み、前記遮蔽要素（４０）は前記ギヤボックスハウジング部分（２０）の底に固定されていることを特徴とする請求項１〜１３の何れかに記載の内燃機関の排ガス弁装置。

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