JP2017160880A - 排気管開閉弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温、腐食環境下においても円滑に作動することが可能な排気管開閉弁装置を提供する。【解決手段】 排気管開閉弁装置１は、排気管１０の途中に設けられ、排気管１０の一部を構成する内周孔２ａが形成されるバルブハウジング２と、バルブハウジング２の内周孔２ａを開閉可能に支持されたバルブ３と、バルブ３を回転させるアクチュエータ５と、を備え、バルブハウジング２は、内周孔２ａにバルブ３を支持する回転軸孔２ｂが形成され、回転軸孔２ｂにブッシュ６１が挿入され、バルブ３は、回転軸孔２ｂにブッシュ６１を介して回転可能に支持される回転軸部材３２と、回転軸部材３２に固定されて内周孔２ａの開閉を行う弁体３１と、を有し、ブッシュ６１は、膨張黒鉛編組グランドパッキンであることを特徴とする。【選択図】 図４

Description

本発明は、排気管の途中で通路に設けられた弁の角度を変えることで排気ガス圧を調整する
排気管開閉弁装置の技術分野に関するものである。

従来、車両の排気管の途中に設けられる排気管開閉弁装置において、排気管の一部を構成するバルブハウジングの内周孔をメッキ処理し、弁体を固定してバルブハウジングに支承される回転軸に耐食ガス軟質化処理を施したものが開示されている（特許文献１参照）。

特開２００３−１３７５２号公報

図６は、従来の排気管開閉弁装置のブッシュ１６１と回転軸部材１３２が線接触の状態を示す。図７は、従来の排気管開閉弁装置のブッシュ１６１と回転軸部材１３２が点接触の状態を示す。

一般に、排気ブレーキやＤＰＦバルブ等の排気管開閉弁装置は、高温環境下(500℃以上)で使用されるため、高温時の熱膨張を考慮してブッシュ１６１と回転軸部材１３２との間にクリアランスを設けていた。しかしながら、クリアランスを設けることによって、図６又は図７に示すように、ブッシュ１６１と回転軸部材１３２とが線接触又は点接触することとなる。そして、ブッシュ１６１と回転軸部材１３２の接触箇所の面圧が高くなり、振れ量も大きくなっていた。したがって、凝着摩耗による摩擦係数が大きく、回動抵抗が増して戻り不良を起こすおそれがあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、高温、腐食環境下においても円滑に作動することが可能な排気管開閉弁装置を提供する。

前述の課題を解決するために、本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置は、
排気管の途中に設けられ、前記排気管の一部を構成する内周孔が形成されるバルブハウジングと、
前記バルブハウジングの前記内周孔を開閉可能に支持されたバルブと、
前記バルブを回転させるアクチュエータと、
を備え、
前記バルブハウジングは、
前記内周孔に前記バルブを支持する回転軸孔が形成され、
前記回転軸孔にブッシュが挿入され、
前記バルブは、
前記回転軸孔に前記ブッシュを介して回転可能に支持される回転軸部材と、
前記回転軸部材に固定されて前記内周孔の開閉を行う弁体と、
を有し、
前記ブッシュは、膨張黒鉛編組グランドパッキンである
ことを特徴とする。

また、本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置では、
前記ブッシュと前記回転軸部材は、面接触する
ことを特徴とする。

また、本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置では、
前記回転軸部材の回転を規制するストッパを備え、
前記アクチュエータは、
シリンダ、前記シリンダ内を移動するピストン、及び、前記ピストンを支持するピストンロッドを含む駆動部と、
前記駆動部の駆動力を前記回転軸部材に伝えるリンク状のレバーを含む伝達部と、
を有し、
前記ストッパは、前記シリンダの軸線上で前記レバーに接触することで前記回転軸部材の回転を規制する
ことを特徴とする。

また、本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置では、
前記アクチュエータは、
シリンダ、前記シリンダ内を移動するピストン、前記ピストンを支持するピストンロッド、及び、前記シリンダの一端に蓋をするエンドプレートを含む駆動部
を有し、
前記エンドプレートは、前記シリンダの軸線上で前記ピストンに接触することで前記回転軸部材の回転を規制する
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の排気管開閉弁装置。

また、本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置では、
前記レバーを回転軸方向に付勢する付勢部材を有する
ことを特徴とする。

また、本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置では、
前記ブッシュと前記レバーとの間に押さえ部材を備え、
前記押さえ部材の内部であって、前記回転軸部材の周囲にラビリンスリングが設置される
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置によれば、
排気管の途中に設けられ、前記排気管の一部を構成する内周孔が形成されるバルブハウジングと、
前記バルブハウジングの前記内周孔を開閉可能に支持されたバルブと、
前記バルブを回転させるアクチュエータと、
を備え、
前記バルブハウジングは、
前記内周孔に前記バルブを支持する回転軸孔が形成され、
前記回転軸孔にブッシュが挿入され、
前記バルブは、
前記回転軸孔に前記ブッシュを介して回転可能に支持される回転軸部材と、
前記回転軸部材に固定されて前記内周孔の開閉を行う弁体と、
を有し、
前記ブッシュは、膨張黒鉛編組グランドパッキンであるので、
高温、腐食環境下においても円滑に作動することが可能となる。

また、本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置によれば、
前記ブッシュと前記回転軸部材は、面接触するので、
凝着摩耗を防ぎ、戻り不良を防ぐことができ、より円滑に作動することが可能となる。

また、本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置によれば、
前記回転軸部材の回転を規制するストッパを備え、
前記アクチュエータは、
シリンダ、前記シリンダ内を移動するピストン、及び、前記ピストンを支持するピストンロッドを含む駆動部と、
前記駆動部の駆動力を前記回転軸部材に伝えるリンク状のレバーを含む伝達部と、
を有し、
前記ストッパは、前記シリンダの軸線上で前記レバーに接触することで前記回転軸部材の回転を規制するので、
前記ブッシュに伝わる前記ストッパの衝撃荷重をほぼ０とすることができ、前記ブッシュが排気圧力と振動荷重の外力のみ受けることになり、耐久性を向上させることが可能となる。

また、本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置によれば、
前記アクチュエータは、
シリンダ、前記シリンダ内を移動するピストン、前記ピストンを支持するピストンロッド、及び、前記シリンダの一端に蓋をするエンドプレートを含む駆動部
を有し、
前記エンドプレートは、前記シリンダの軸線上で前記ピストンに接触することで前記回転軸部材の回転を規制するので、
前記ブッシュに伝わる前記エンドプレートの衝撃荷重をほぼ０とすることができ、前記ブッシュが排気圧力と振動荷重の外力のみ受けることになり、耐久性を向上させることが可能となる。

また、本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置によれば、
前記レバーを回転軸方向に付勢する付勢部材を有するので、
前記レバーに荷重をかけ、前記伝達部のガタを除去することができ、前記ブッシュに対する振動時のフレッチングによる摩耗を防ぐことが可能となる。

また、本発明の一実施形態にかかる排気管開閉弁装置によれば、
前記ブッシュと前記レバーとの間に押さえ部材を備え、
前記押さえ部材の内部であって、前記回転軸部材の周囲にラビリンスリングが設置されるので、
仮に前記ブッシュが偏摩耗しても軸漏れを防ぐことが可能となる。

本実施形態の排気管開閉弁装置の正面図を示す。 本実施形態の排気管開閉弁装置の側面図を示す。 本実施形態の排気管開閉弁装置のバルブを示す。 図１のバルブ周辺の拡大図を示す。 本実施形態の排気管開閉弁装置のラビリンスリングを示す。 従来の排気管開閉弁装置のブッシュと回転軸部材が線接触の状態を示す。 従来の排気管開閉弁装置のブッシュと回転軸部材が点接触の状態を示す。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本実施形態の排気管開閉弁装置１の正面図を示す。図２は、本実施形態の排気管開閉弁装置１の側面図を示す。図３は、本実施形態の排気管開閉弁装置１のバルブ３を示す。図４は、図１のバルブ周辺の拡大図を示す。図５は、本実施形態の排気管開閉弁装置１のラビリンスリング６５を示す。

本実施形態の排気管開閉弁装置１は、図示しない排気管の途中に設けられるバルブハウジング２と、バルブハウジング２に回転可能に支持されるバルブ３と、バルブハウジング２を支持するブラケット４と、ブラケット４に支持されバルブ３を駆動するアクチュエータ５と、を備える。

バルブハウジング２には、排気管に連結され、排気管の一部を構成する内周孔２ａが形成されている。内周孔２ａには、内周孔軸２ｃに対して対向する位置に２つの回転軸孔２ｂが形成される。バルブハウジング２の材料は、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ４５０）又はステンレス鋳鋼（ＳＣＳ１３）等を用いることが好ましい。

バルブ３は、内周孔２１を開閉するバタフライ型の弁体３１と、弁体３１にボルト等によって固着される回転軸部材３２と、を有する。回転軸部材３２は、回転軸孔２ｂに挿入されるブッシュ６１を介してバルブハウジング２に回転可能に支持される。回転軸部材３２の材料は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）等を用いることが好ましい。

ブラケット４は、バルブハウジング２及びアクチュエータ５をボルト等によって支持する。ブラケット４は、バルブハウジング２のアクチュエータ５側を支持する第１ブラケット４１と、内周孔軸２ｃに対して第１ブラケット４１の反対側のバルブハウジング２を支持する第２ブラケット４２と、を有する。第１ブラケット４１には、回転軸部材３２が回転可能に貫通する貫通孔４ａが形成される。ブラケット４にバルブハウジング２及びアクチュエータ５が支持されることで、排気管開閉弁装置１が一つのユニットとして構成される。

第１ブラケット４１の下端には、ストッパ４３が取り付けられている。ストッパ４３は、後述するレバー５２３の回転を規制する。すなわち、レバー５２３がストッパ４３に接触することで、レバー５２３の回転が規制され、結果的に、弁体３１の回転を規制する。

本実施形態では、ストッパ４３は、ボルトによって構成される。ナットに対してボルトを締め付ける際の高さを調節することで、ストッパ４３とレバー５２３との接触位置を調節する。その結果、弁体３１の回転角度が調節される。

アクチュエータ５は、ブラケット４に支持され、バルブ３をバルブハウジング２の内周孔２ａに対して開閉させる。本実施形態のアクチュエータ５は、後述するように、供給口５１１ａからシリンダ５１１内に供給される圧縮エアによって圧縮ばね５１４の付勢力に抗してピストン５１２を摺動させるとともに、ピストンロッド５１３を移動させる駆動部５１と、駆動部５１の駆動力を回転軸部材３２に伝えるリンク状の伝達部５２と、を有する。

駆動部５１は、シリンダ５１１、シリンダ５１１内を移動するピストン５１２、ピストン５１２を支持するピストンロッド５１３、ピストン５１２を伝達部５２とは反対側に付勢する圧縮ばね５１４、及び、シリンダ５１１の一端に蓋をするエンドプレート５１５を有する。伝達部５２は、ピストンロッド５１３に対して回転可能に連結されるジョイント５２１、ジョイント５２１に対して回転可能に連結されるクレビス５２２、及び、一方をクレビス５２２に対して回転可能に連結され他方を回転軸部材３２に連結されるレバー５２３を有する。

アクチュエータ５の駆動部５１が作動すると、駆動力が伝達部５２を介して回転軸部材３２に伝達され、回転軸部材３２が回転し、弁体３１が回転する。具体的には、ピストン５１２、ピストンロッド５１３、ジョイント５２１、及び、クレビス５２２が移動してレバー５２３を回転させることで回転軸部材３２が回転し、弁体３１が回転する。

回転軸孔２ｂには、ブッシュ６１が挿入される。ブッシュ６１の回転軸方向の両側にはスペーサー６２が設置される。また、回転軸部材３２と第１ブラケットに形成された貫通孔４ａとの間には、カバー６３に覆われた押さえ部材６４が設置される。押さえ部材６４の内部には、リングばね状のラビリンスリング６５が設置される。カバー６３の周囲には、伝達部５２のレバー５２３を回転軸方向に押圧するように付勢された付勢部材としての捻りコイルばね６６が取り付けられる。

押さえ部材６４の内部にラビリンスリング６５が設置されることによって、仮にブッシュ６１が偏摩耗しても軸漏れを防ぐことが可能となる。また、カバー６３の周囲にレバー５２３を押圧するように付勢された捻りコイルばね６６が取り付けられることによって、レバー５２３に荷重をかけ、伝達部５２のガタを除去することが可能となる。その結果、ブッシュ６１に対する振動時のフレッチングによる摩耗を防ぐことが可能となる。

本実施形態の排気管開閉弁装置１では、ブッシュ６１として膨張黒鉛編組グランドパッキンを用いる。膨張黒鉛編組グランドパッキンは、潤滑剤、接着剤、又は、含侵剤等を極力使用せず、膨張黒鉛とカーボンファイバーで編み物を構成したものである。膨張黒鉛編組グランドパッキンは、酸化雰囲気耐熱温度６５０℃以上を確保することが可能である。したがって、ディーゼル微粒子捕集フィルター（Diesel particulate filter、DPF）に使用した場合であっても、排出されるＰＨ３．３の凝縮水による腐食に対して耐食性を備えることが可能となる。また、インコネル６００相当の材料で補強した編み物で構成した場合、水蒸気雰囲気でも使用することができ、許容面圧も向上する。

スペーサー６２の材料はアルミ青銅（Ｃ６１９１）等、押さえ部材６４の材料はステンレス鋼（ＳＵＳ３０３）等、ラビリンスリング６５のばね材料はステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）等を用いることが好ましい。ラビリンスリング６５は、穴用ラビリンスリング６５ａと軸用ラビリンスリング６５ｂを有する。軸用ラビリンスリング６５ｂの内径は、回転軸部材３２の軸径より小さく、穴用ラビリンスリング６５ａの外径は、押さえ部材６４の段付き穴径より大きくし、各径方向に作用するばね効果で各クリアランスを最小におさえることで、軸漏れを防ぐことが可能となる。

ここで、バルブハウジング２にブッシュ６１を組み付ける方法について説明する。ブッシュ６１は、バルブハウジング２に回転軸部材３２を仮に組み付けする際に、回転軸孔２ｂに挿入される。挿入されたブッシュ６１は、治具にて８〜１０トンで加圧され成形リング化される。成形リング化されたブッシュ６１は、押さえ部材６４によって２〜３トンの荷重で締め付けられる。その結果、ブッシュ６１の圧縮からの復元作用を利用して、熱膨張とミスアライメントを吸収する。この時、ブッシュ６１と回転軸部材３２は、しまりばめ状態である。その後、排気管開閉弁装置１を組み立てて、慣らし運転を４〜８時間、０．５〜１万回することで、クリアランスをなくし、ブッシュ６１と回転軸部材３２を面接触させる。

ブッシュ６１と回転軸部材３２を面接触させることで、ブッシュ６１の許容面圧を３５ＭＰａ以下、材料としてインコネル６００相当材を用いる場合には４１ＭＰａ以下として、凝着摩耗を防ぎ、摩擦係数を０．６以下にすることができ、戻り不良を防ぐことが可能となる。また、回転軸部材３２の表面硬化処理を廃止することが可能となる。さらに、熱処理をする必要がなくなり、アライメントを向上させることが可能となる。

本実施形態のアクチュエータ５は、エアシリンダを用いている。エアシリンダは、電磁弁をＯＮ／ＯＦＦに切り替えることによって圧縮空気で駆動される。従来の排気管開閉弁装置は、この電磁弁をＯＮ（行き）とＯＦＦ（戻り）に切り替える際に、衝撃力が発生していた。これに対して、本実施形態の排気管開閉弁装置１を全開から全閉に作動させる行き時には、ストッパ４３がシリンダ５１１の軸線５１ｃ上でレバー５２３に接触することで回転軸部材３２の回転を規制するように設定することが好ましい。また、全開位置にてピストン５１２とエンドプレート５１５を接触させることが好ましい。このように設定することで、ブッシュ６１に伝わるストッパ４３の衝撃荷重及び全閉から全開への戻り時のエンドプレート５１５の衝撃荷重をほぼ０とすることができ、ブッシュ６１が排気圧力と振動荷重の外力のみ受けることになり、耐久性を向上させることが可能となる。

本実施形態では、ストッパ４３としてのボルトの軸線４３ｃとシリンダ５１１の軸線５１Ｃとを重ねるように配置した。ボルトの軸線４３ｃとシリンダ５１１の軸線５１Ｃを重ねることで、ブッシュ６１に伝わるストッパ４３の衝撃荷重をほぼ０とすることが可能となる。その結果、ブッシュ６１は、排気圧力と振動荷重の外力のみ受けることになり、耐久性を向上させることが可能となる。

本実施形態の排気管開閉弁装置１の作動について説明する。

通常、アクチュエータ５は作動しておらず、弁体３１は内周孔２ａを全開状態にしている。アクチュエータ５が作動すると、シリンダ５１１内にエアが供給されてピストン５１２がシリンダ５１１内を移動する。ピストン５１２が移動すると、ピストンロッド５１３が移動して、ジョイント５２１を押圧する。ジョイント５２１が押圧されると、クレビス５２２が回転し、レバー５２３が回転する。レバー５２３が回転すると、回転軸部材３２が回転する。その結果、弁体３１が内周孔２ａを閉じる方向に回転する。レバー５２３は、そのまま回転すると、シリンダ５１１の軸線５１ｃ上でストッパ４３に接触する。この時に弁体５１が内周孔２ａを全閉するように設定することが好ましい。

以上、本実施形態にかかる排気管開閉弁装置１は、排気管１０の途中に設けられ、排気管１０の一部を構成する内周孔２ａが形成されるバルブハウジング２と、バルブハウジング２の内周孔２ａを開閉可能に支持されたバルブ３と、バルブ３を回転させるアクチュエータ５と、を備え、バルブハウジング２は、内周孔２ａにバルブ３を支持する回転軸孔２ｂが形成され、回転軸孔２ｂにブッシュ６１が挿入され、バルブ３は、回転軸孔２ｂにブッシュ６１を介して回転可能に支持される回転軸部材３２と、回転軸部材３２に固定されて内周孔２ａの開閉を行う弁体３１と、を有し、ブッシュ６１は、膨張黒鉛編組グランドパッキンであるので、
高温、腐食環境下においても円滑に作動することが可能となる。

また、本実施形態にかかる排気管開閉弁装置１によれば、ブッシュ６１と回転軸部材３２は、面接触するので、凝着摩耗を防ぎ、戻り不良を防ぐことができ、より円滑に作動することが可能となる。

また、本実施形態にかかる排気管開閉弁装置１によれば、回転軸部材３２の回転を規制するストッパ４３を備え、アクチュエータ５は、シリンダ５１、シリンダ５１１内を移動するピストン５１２、及び、ピストン５１２を支持するピストンロッド５１３を含む駆動部５１と、駆動部５１の駆動力を回転軸部材３２に伝えるリンク状のレバー５２３を含む伝達部５２と、を有し、ストッパ４３は、シリンダ５１１の軸線５１ｃ上でレバー５２３に接触することで回転軸部材３２の回転を規制するので、ブッシュ６１に伝わるストッパ４３の衝撃荷重をほぼ０とすることができ、ブッシュ６１が排気圧力と振動荷重の外力のみ受けることになり、耐久性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態にかかる排気管開閉弁装置１によれば、 アクチュエータ５は、シリンダ５１、シリンダ５１１内を移動するピストン５１２、及び、ピストン５１２を支持するピストンロッド５１３、及び、シリンダ５１１の一端に蓋をするエンドプレート５１５を含む駆動部５１を有し、エンドプレート５１５は、シリンダ５１の軸線５１ｃ上でピストン５１２に接触することで回転軸部材３２の回転を規制するので、ブッシュ６１に伝わるエンドプレート５１５の衝撃荷重をほぼ０とすることができ、ブッシュ６１が排気圧力と振動荷重の外力のみ受けることになり、耐久性を向上させることが可能となる。

また、本実施形態にかかる排気管開閉弁装置１によれば、レバー５２３を回転軸方向に付勢する付勢部材６６を有するので、レバー５２３に荷重をかけ、伝達部５２のガタを除去することができ、ブッシュ６１に対する振動時のフレッチングによる摩耗を防ぐことが可能となる。

また、本実施形態にかかる排気管開閉弁装置１によれば、ブッシュ６１とレバー５２３との間に押さえ部材６４を備え、押さえ部材６４の内部であって、回転軸部材３２の周囲にラビリンスリング６５が設置されるので、仮にブッシュ６１が偏摩耗しても軸漏れを防ぐことが可能となる。

なお、本発明の種々の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態のみに限られるものではなく、発明の範囲を超えない限り、それぞれの実施形態の構成を適宜変更した構成及びそれぞれの実施形態の構成を適宜組み合わせた構成の実施形態も本発明の範疇となるものである。

１…排気管開閉弁装置
２…バルブハウジング
２ａ…内周孔
２ｂ…回転軸孔
３…バルブ
３１…弁体
３２…回転軸部材
４…ブラケット
４ａ…貫通孔
５…アクチュエータ
５１…駆動部
５１１…シリンダ
５１２…ピストン
５１３…ピストンロッド
５２…伝達部
５２３…レバー
６１…ブッシュ
６２…スペーサー
６３…カバー
６４…押さえ部材
６５…ラビリンスリング
６６…捻りコイルばね（付勢部材）

Claims (6)

1. 排気管の途中に設けられ、前記排気管の一部を構成する内周孔が形成されるバルブハウジングと、
   前記バルブハウジングの前記内周孔を開閉可能に支持されたバルブと、
   前記バルブを回転させるアクチュエータと、
   を備え、
   前記バルブハウジングは、
   前記内周孔に前記バルブを支持する回転軸孔が形成され、
   前記回転軸孔にブッシュが挿入され、
   前記バルブは、
   前記回転軸孔に前記ブッシュを介して回転可能に支持される回転軸部材と、
   前記回転軸部材に固定されて前記内周孔の開閉を行う弁体と、
   を有し、
   前記ブッシュは、膨張黒鉛編組グランドパッキンである
   ことを特徴とする排気管開閉弁装置。
2. 前記ブッシュと前記回転軸部材は、面接触する
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気管開閉弁装置。
3. 前記回転軸部材の回転を規制するストッパを備え、
   前記アクチュエータは、
   シリンダ、前記シリンダ内を移動するピストン、及び、前記ピストンを支持するピストンロッドを含む駆動部と、
   前記駆動部の駆動力を前記回転軸部材に伝えるリンク状のレバーを含む伝達部と、
   を有し、
   前記ストッパは、前記シリンダの軸線上で前記レバーに接触することで前記回転軸部材の回転を規制する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気管開閉弁装置。
4. 前記アクチュエータは、
   シリンダ、前記シリンダ内を移動するピストン、前記ピストンを支持するピストンロッド、及び、前記シリンダの一端に蓋をするエンドプレートを含む駆動部
   を有し、
   前記エンドプレートは、前記シリンダの軸線上で前記ピストンに接触することで前記回転軸部材の回転を規制する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の排気管開閉弁装置。
5. 前記レバーを回転軸方向に付勢する付勢部材を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の排気管開閉弁装置。
6. 前記ブッシュと前記レバーとの間に押さえ部材を備え、
   前記押さえ部材の内部であって、前記回転軸部材の周囲にラビリンスリングが設置される
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の排気管開閉弁装置。

Images