JP2018189049A - 排気流路バルブ - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関が作動している際の温度上昇を抑えＮＯｘの発生を抑制するＥＧＲバルブにおいて、組立性及びシール精度が格段に向上したＥＧＲ用の排気流路バルブを提供することを目的とする。【解決手段】 排気流路に連通する連通路が形成されたバルブボディと、連通路に設けられた弁体部を備えた内燃機関の排気ガスが流通する排気流路に装着される排気流路バルブを、前記弁体部は、バルブの開閉時に弁体を旋回させるための駆動用シャフトを弁体と一体に設け、前記弁体は、その外周にシールリングを嵌め込み可能な溝を設け、前記弁体の溝部に嵌め込まれたシールリングは、前記バルブボディに装着されたシートと開閉時接触しながら、駆動用シャフトを旋回させ前記バルブの開度を調整できるように構成した。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの排気系統に装着されるエギゾーストバルブ用の排気流路バルブに関するものである。

従来、車両のエンジンから排出される排気ガスが流通する排気流路に、流路切替用や流量調整用の排気流路バルブが設置された構成が知られている。例えば、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中のＮＯｘ排出量を低減させるべく設置されたＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）において、当該排気ガスの還流通路に流路切替バルブを備える構成が公知である。従来技術として以下の技術が公開されている。

特許文献１では、ＥＧＲ用のバタフライバルブの弁体とシャフトを溶接にて一体化して製造する技術が開示されている。この技術は、以下の問題がある。図９は、従来の排気流路バルブの構造図である。バルブ９０のシート部９４にシールリング９５を介して接触する弁体９２Ｖとシャフト９２Ｂは別体であり溶接にて接合する。このため、溶接時の熱により弁体外周のリング溝９２Ｇが歪みシール精度が低下し、バルブを閉じた場合にガスの漏れ発生の原因となる。

特許４６００３１９号公報

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、内燃機関が作動している際の温度上昇を抑えＮＯｘの発生を抑制するＥＧＲバルブにおいて、組立性及びシール精度が格段に向上したＥＧＲ用の排気流路バルブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１発明の排気流路バルブは、以下の特徴を有する。
排気流路に連通する連通路が形成されたバルブボディと、連通路に設けられた弁体部を備えた内燃機関の排気ガスが流通する排気流路に装着される排気流路バルブであって、
前記弁体部は、バルブの開閉時に弁体を旋回させるための駆動用シャフトを弁体と一体に設け、
前記弁体は、その外周にシールリングを嵌め込み可能な溝を設け、
前記弁体の溝部に嵌め込まれたシールリングは、前記バルブボディに装着されたシートと開閉時接触しながら、駆動用シャフトを旋回させ前記バルブの開度を調整する。

第１発明によれば、以下の効果が発現する。排気流路バルブの弁体とバルブの開度を調整する駆動用のシャフトは弁体と一体化された構成である。従って弁体と駆動用シャフトを溶接にて接合した従来の場合は、弁体の外周にシールリングを挿入する溝が溶接による熱で歪みシール精度が低下する問題があった。第１発明の排気流路バルブにおいては、そのような問題は皆無となり、シール精度が格段に向上した。

第１発明において、シールリングは排気流路バルブの弁体の溝部に嵌め込むために、Ｃ型形状を呈しており、その合口隙間（シールリングの切口部分の隙間）は０．０５ｍｍ〜０．２５ｍｍとすることが好ましい。隙間寸法が０．０５ｍｍ未満の場合は、シールリングを溝部に嵌め込み作動させた際にシールリングの合口の端面同士が接触し摺動動作に悪影響を及ぼす虞がある。一方隙間寸法が０．２５ｍｍを超えると排気流路バルブが全閉の状態でのシール精度が悪化する虞がある。

第２発明の排気流路バルブは、第１発明において、以下の特徴を有する。
前記シールリングは、その断面形状は前記シート部との接触部はＲ形状を有するカマボコ型を呈し、その円周部は一か所切欠きを備えたＣ字型であり、自由状態の前記シールリングの外径は前記シートの内径よりも大きく、
前記シールリングを前記弁体の溝部に嵌め込み、前記シートと接触させた際にシートを押し付ける押付力が発生し気密を保つことができる。

第２発明によれば、以下の効果が発現する。内燃機関の燃焼した後に発生する排気ガスの圧力は、０．２ＭＰａ〜０．３ＭＰａ程度である。その排気ガス圧力が加わると、弁体の溝に嵌め込まれたシールリングは、広がりバルブボディのシートに密着する。またシールリングは、排気ガスの圧力により弁体の溝部の壁に押し付けられる。これらの作用によりシール機能が発揮される。

シールリングのシートとの接触部は、Ｒ形状を呈しており、開閉動作時の摺動抵抗を極力低くしている。しかし第２発明の効果を更に有効に発現させるためには、シールリングがシート内径に収まった際の張力は０．３Ｎ〜０．８Ｎが好ましい。シールリングの張力が０．３Ｎ未満になると、排気流路バルブが全閉の際のシール効果が低下する虞がある。またその張力が０．８Ｎを超えるとシールリングがシート面で摺動する際にその摺動抵抗が大きくなり、排気流路バルブの開閉動作に支障をきたす虞がある。

第３発明の排気流路バルブは、第１発明または第２発明において、以下の特徴を有する。
前記バルブボディ、前記シールリング、前記シート、及び前記弁体は、同一材質とし、その材質はオーステナイト系耐熱鋼とした。

第３発明によれば、以下の効果が発現する。本発明の排気流路バルブは、前記バルブボディ、前記シールリング、前記シート、及び前記弁体を同一材質としオーステナイト系耐熱鋼としている。このため各構成部材の線膨張係数が同じであり排気ガスが排気流路バルブ内を流通し各構成部材が温度上昇しても各部材の熱変形は同等であり、シール精度に影響を及ぼすことは無い。従って温度上昇しても高シール精度が維持される。

第４発明の排気流路バルブの製造方法は、以下の特徴を有している。
前記バルブボディに前記駆動用シャフトが摺動するブッシュを挿入する工程（Ａ）と
前記弁体の溝部にシールリングを挿入する工程（Ｂ）と
前記駆動シャフトを前記ブッシュに挿入する工程（Ｃ）と
前記シートに相当するシート部材をバルブボディに挿入する工程（Ｄ）を備え、
前記工程（Ａ）から工程（Ｄ）の順に各工程を行い、第１発明から第３発明の排気流路バルブを製造する。

第４発明の排気流路バルブの製造方法によれば、シール精度が格段に向上した排気流路バルブ内を従来に比較して短時間で安価に製造することができる。

本実施の形態におけるディーゼルエンジンの概略構成を示す全体図。 本発明の排気流路バルブの構造図。 本発明の排気流路バルブの排気バルブの作動状態の説明図。 本発明の排気流路バルブのシール機構の説明図 本発明の排気流路バルブの製造方法の説明図（工程Ａ〜工程Ｃ）。 本発明の排気流路バルブの製造方法の説明図（工程Ｄ・完成品状態Ｅ）。 従来の排気流路バルブの製造方法の説明図（工程ａ〜工程ｄ）。 従来の排気流路バルブの製造方法の説明図（工程e・工程ｆ・完成品状態ｇ）。 従来の排気流路バルブの概略図。

本発明を実施する為の最良の形態を、図を参照しながら説明する。

＜１＞ 内燃機関の構成
以下、本発明の実施例の排気流路バルブを図面を参照しつつ詳細に説明する。まず、図１を用いて、本発明の排気流路バルブを使用した「内燃機関」の一実施の形態であるディーゼルエンジン１００の構成を説明する。

図１に示すディーゼルエンジン１００は、自動車、船舶、作業用機械などに搭載されるディーゼルエンジン（内燃機関）である。このディーゼルエンジン１００は、図１に示すように、エンジン本体１１、吸気通路１２、排気通路１５、ターボチャージャー１４、ＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）２０等を備えている。

吸気通路１２は、エンジン本体１１へ吸気される吸気ガスが流通する通路であり、吸気管１２ａ、吸気管１２ｂ、吸気マニホールド１２ｃの順で吸気（新気）が流れるように構成されている。ターボチャージャー１４を構成するコンプレッサ１７ａによって、吸気管１２ａ内に吸気（新気）が流入し、コンプレッサ１７ａを経由して吸気管１２ｂ内へと流れる。このコンプレッサ１７ａは、後述するタービン１７ｂによって駆動されるようになっている。吸気管１２ｂ内を流通した吸気（新気）は、後述するＥＧＲ管２０ｄを流通した排気ガスと合流して吸気マニホールド１２ｃへと流入し、新気と排気ガスが合流した当該ガスは、エンジン本体１１の各気筒へ吸気されることとなる。

排気通路１５は、エンジン本体１１から排気された排気ガスが流通する通路であり、排気マニホールド１５ａ、排気管１５ｂ、排気管１５ｃの順で排気ガスが流れるように構成されている。エンジン本体１１の各気筒から排気マニホールド１５ａへ流入した排気ガスは、そのほとんどが排気管１５ｂを通じてタービン１７ｂ側へと流れ、タービン１７ｂを回転させたのち、排気管１５ｃを通じて排気ガス浄化装置（図示省略）へと流入する。一方、排気マニホールド１５ａへ流入した排気ガスは、その一部がＥＧＲ装置２０のＥＧＲ通路２０ａ側へと分岐して流れる。

ＥＧＲ装置２０は、排気ガスをディーゼルエンジン１００の吸気系に再循環させるＥＧＲ（排気ガス再循環）機能を有する装置であり、ＥＧＲ通路２１、ＥＧＲクーラー２３、制御部（コントローラ）２５、排気流路バルブ２６、２７等を備えている。この排気流路バルブ２７が本発明である。

＜２＞排気流路バルブの構成
次に、本発明の排気流路バルブ２７の詳細な構成及び動作を図２〜図４を用いて説明する。

まず、図２を参照しながら、排気流路バルブ２７の全体的な構成を説明する。図２は、図１中の排気流路バルブ２７の外観説明図である。金属製のバルブボディ２７１は、排気流路穴Ｈ１とバルブボディの排気流路に対して斜め方向の穴Ｈ２を備えている。排気流路穴Ｈ１の一方の端２７８は、図１のＥＧＲ管２０ａに、その他端２７９は、同じくＥＧＲ管２０ｄに接続される。２７７は固定用のボルト穴である。排気流路穴Ｈ１の２７８側にはシート２７４が圧入される。また斜め穴Ｈ２にはブッシュ２７３が圧入されている。ブッシュ２７３の内面とシート２７４の内面にバルブ２７２が配置されている。このバルブ２７２は、ブッシュ２７３にてサポートされて回転摺動するシャフト部２７２Ｂ、排気流路穴Ｈ１の開度を調整する弁体２７２Ｖ及び溝部２７２Ｇから構成されている。シャフト部２７２Ｂと弁体２７２Ｖは、一体で構成されている。また溝部２７２Ｇは、弁体２７２Ｖの外周部に設けられている。この溝部２７２Ｇには、シールリング２７５が嵌め込まれている。この弁体２７２Ｖに嵌め込まれたシールリング２７５がシート２７４と接触した状態となっている。これら部材の材質は、排気流路バルブ２７に排気ガスが流通し温度上昇しても排気流路バルブ２７が全閉時のシール精度を確保するために同一素材とすることが好ましい。材質としては、例えばオーステナイト系の耐熱鋼などを使用することができるが、これに限定されるものでは無い。

＜３＞排気流路バルブの動作
本発明の排気流路バルブ２７の動作について図３により説明する。バルブ２７２は、そのシャフト部２７２Ｂがブッシュ２７３にサポートされ、図示しないアクチュエータによりシャフト部２７２Ｂの軸線周りに回転（旋回）動作が可能となっている。アクチュエータを動作させてバルブ２７２を開閉する。図３（ａ）は全閉の状態であり、図３（ｂ）は中間状態であり、図３（ｃ）は全開の状態である。バルブは、アクチュエータをＹ方向に動作させると開く、またＹ方向と反対に動作させると閉じる。

＜４＞シール機能（作用）
シールリングは、図４（ａ）に示すようにＯ型形状のリングの一部に切口２７５Ｓを設けたＣ型形状である。このシールリング２７５は、同図に示すように広げ弁体２７２Ｖの外周に設けた溝部２７２Ｇに嵌め込まれている。シール精度の確保のために、全閉時のシールリングの切口部分の隙間寸法は、０．０５ｍｍ〜０．２５ｍｍが好ましい。またシールリングがシート２７４の内径部分に収まった際の張力は、０．３Ｎ〜０．８Ｎに調整することが好ましい。調整方法は、シールリングの外径とシート２７４の内径寸法を適宜設定すれば良い。

＜５＞本発明の排気流路バルブの製造方法
図５及び図６により、本発明の排気流路バルブ２７の製造方法の説明を行う。図５は、本発明の排気流路バルブ２７の製造方法の工程（Ａ）から工程（Ｃ）までの説明図であり、図６は、工程（Ｄ）と完成品状態（Ｅ）の説明図である。

発明品２７は、工程（Ａ）から工程（Ｄ）をこの順に行い４工程で製造可能である。工程（Ａ）では、 前記バルブボディ２７１にバルブ２７２のシャフト部２７２Ｂが摺動するブッシュ２７３を挿入する。工程（Ｂ）では、前記弁体２７２Ｖの溝部２７２Ｇにシールリング２７５を挿入する。挿入方法は、図４（ａ）に示したとおりである。工程（Ｃ）では、シャフト部２７２Ｂを前記ブッシュ２７３に挿入する。工程（Ｄ）では、前記シートに相当するシート部材２７４をバルブボディ２７１に挿入する。これにより図６（Ｅ）の完成品状態となる。本発明品２７は、弁体２７２Ｖとシャフト部２７２Ｂが一体となったものを組み付けるためこのような工程順序となっている。

＜６＞従来品の製造方法
従来品９０の構造は、図９に示すとおりである。その製造方法は、図７及び図８に示すとおりである。工程（ａ）から工程（ｆ）をこの順に行い６工程で製造する。工程（ａ）では、バルブボディ９１の穴９１Ｈに前記駆動用シャフトが摺動するブッシュ９３を挿入する。工程（ｂ）では、シート部に相当するシート部材９４をバルブボディ９１に挿入する。工程（ｃ）では、弁体９２Ｖの溝部９２Ｇにシールリング９５を挿入する。工程（ｄ）では、バルブボディ９１に挿入したシート９４に弁体９２Ｖを挿入する。工程（ｅ）では、バルブボディ９１に挿入したブッシュ９３の穴部にシャフト９２Ｂを挿入し、さらに弁体９２Ｖのシャフト穴９２Ｈにシャフト９２Ｂを挿入する。工程（ｆ）では、弁体９２Ｖとそのシャフト穴９２Ｈにシャフト９２Ｂを溶接し接合する。これにより図８（ｇ）の完成品状態となる。

従来品９０では、弁体９２Ｖとそのシャフト穴９２Ｈにシャフト９２Ｂを溶接し接合する。従って弁体９２Ｖにシールリング９５を嵌め込んだ溝部９２Ｇは、溶接時の熱で歪みが発生し、その歪んだ溝部９２Ｇにシールリングが嵌め込まれているのでシート９４との接触部の気密性が損なわれる。また図４（ｂ）に図示した、シールリングが溝の壁に密着することによるシール作用が正常に機能しなくなる。

本発明品２７では、弁体２７２Ｖとシャフト部２７２Ｂは一体であり、上記のような従来品の問題は皆無でありシール精度は格段に向上した。また製造工程も短く生産効率も格段に向上した。

１００ ：ディーゼルエンジン
１１ ：エンジン本体
１２ ：吸気通路
１２ａ、１２ｂ：吸気管
１２ｃ ：吸気マニホールド
１４ ：ターボチャージャー
１５ ：排気通路
１５ａ ：排気マニホールド
１５ｂ，１５ｃ：排気管
１７ａ ：コンプレッサ
１７ｂ ：タービン
２０ ：ＥＧＲ装置
２０ａ，２０ｄ ：ＥＧＲ管
２１ ：ＥＧＲ通路
２３ ：ＥＧＲクーラー
２５ ：コントローラ
２６ ：排気流路バルブ
２７ ：排気流路バルブ（発明品）
２７１ ：バルブボディ
２７２ ：バルブ（弁体部）
２７２Ｂ：シャフト部
２７２Ｖ：弁体
２７２Ｇ：溝部
２７３ ：ブッシュ
２７４ ：シート
２７５ ：シールリング
２７５Ｓ：合口（切口）
９０ ：排気流路バルブ（従来品）
Ｈ１ ：排気流路穴
Ｈ２ ：斜め穴

Claims (4)

1. 排気流路に連通する連通路が形成されたバルブボディと、連通路に設けられた弁体部を備えた内燃機関の排気ガスが流通する排気流路に装着される排気流路バルブであって、
   前記弁体部は、バルブの開閉時に弁体を旋回させるための駆動用シャフトを弁体と一体に設け、
   前記弁体は、その外周にシールリングを嵌め込み可能な溝を設け、
   前記弁体の溝部に嵌め込まれたシールリングは、前記バルブボディに装着されたシートと開閉時接触しながら、駆動用シャフトを旋回させ前記バルブの開度を調整する
   ことを特徴とする排気流路バルブ。
2. 前記シールリングは、その断面形状は前記シート部との接触部はＲ形状を有するカマボコ型を呈し、その円周部は一か所切欠きを備えたＣ字型であり、自由状態の前記シールリングの外径は前記シートの内径よりも大きく、
   前記シールリングを前記弁体の溝部に嵌め込み、前記シートと接触させた際にシートを押し付ける押付力が発生し気密を保つ
   ことを特徴とする請求項１に記載の排気流路バルブ。
3. 前記バルブボディ、前記シールリング、前記シート、及び前記弁体は、同一材質とし、その材質はオーステナイト系耐熱鋼としたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の排気流路バルブ。
4. 前記バルブボディに前記駆動用シャフトが摺動するブッシュを挿入する工程（Ａ）と
   前記弁体の溝部にシールリングを挿入する工程（Ｂ）と
   前記駆動シャフトを前記ブッシュに挿入する工程（Ｃ）と
   前記シートに相当するシート部材をバルブボディに挿入する工程（Ｄ）を備え、
   前記工程（Ａ）から工程（Ｄ）の順に各工程を行い、請求項１から請求項３に記載の排気流路バルブを製造する製造方法。
   
   
   

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