JP3900825B2

JP3900825B2 - Ｄｐｆ装置用切替バルブ

Info

Publication number: JP3900825B2
Application number: JP2000370882A
Authority: JP
Inventors: 浩大関
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2000-12-06
Filing date: 2000-12-06
Publication date: 2007-04-04
Anticipated expiration: 2020-12-06
Also published as: JP2002174119A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トラックやバス等のディーゼルエンジンから排出されるＰＭ（粒子状物質）を捕集するための複数のフィルタで構成されるＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）装置用の切替バルブに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等のディーゼルエンジンから排出される排ガス中には、カーボンと未燃ＨＣ等の合成物である数μｍ〜数十μｍのパティキュレート（ＰＭ：粒子状物質）が含まれており、このＰＭの除去が公害防止の面から重要となっており、このＰＭの除去のために、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ：Diesel Particulate Filter ）が用いられ、これを備えたＤＰＦ装置がエンジンの排気通路に配設されている。
【０００３】
このＤＰＦ装置のフィルタは、コーディエライトや金属多孔体（セルメット）や無機繊維材から構成されるが、無機繊維材を使用する場合には、炭化ケイ素系、アルミナ系、ジルコニア系等の、繊維径が１μｍ〜２０μｍ程度（特に８．５μｍや１４μｍ等）で、繊維長さが１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度のセラミックス繊維で不織布を形成し、この不織布でフィルタ本体を構成している。
【０００４】
このＤＰＦ装置では、ＰＭを捕集しつづけると、この捕集したＰＭによりフィルタが目詰まりを起こすので、このフィルタの目詰まりを排気圧等の変化により検知して、捕集し続けたフィルタを電気ヒーター等で加熱して捕集ＰＭを燃焼させて、フィルタを再生している。
【０００５】
そして、図５に示すように、この再生中のＰＭの捕集を継続するために複数のフィルタ１１，１２を設けて、この複数のフィルタ１１，１２に対するエンジンＥからの排気ガスＧの流入を切換制御することにより、各フィルタ１１，１２の捕集と再生を繰り返して行い、全体として常時ＰＭの捕集を行うように構成している。
【０００６】
つまり、ＤＰＦ装置１０では、ＰＭ捕集用フィルタ１１，１２を複数個、通常は２個装備しており、これを交互に使用しながら走行し、この２個のフィルタ１１，１２の使い分けは、２個のフィルタ１１，１２の入口に接続する両方の配管が合流する部分の中央に設けた切替バルブであるバタフライバルブ２０によって行っている。
【０００７】
なお、この切替バルブは再生中のフィルタに対して排気ガスが侵入しないように、シール性を確保する必要があり、この密閉が不十分であると、高温の排気ガスによる温度の異常上昇を招き、フィルタの寿命を短縮してしまうことになる。また、フィルタ前後の排気圧力の差圧が不正確になるため、この差圧に基づいて行っている再生制御が不完全なものとなる。
【０００８】
この切替バルブの、最もシンプルな構造としては、一枚の弁体（バルブプレート）２４を回転軸２１回りに回転させて、各面で第１開口部１３と第２開口部１４とを開閉すればよいのであるが、実際には、二つの開口部（流路入口）１３、１４は一般的には工作精度の関係から通常正規の位置から角度のずれが生じており、この角度及び開口部に関して、回転軸２１の回りに揺動する一枚の弁体２５で両方の開口部１３、１４をそれぞれ密閉するのは困難であるという問題がある。
【０００９】
そのため、このバタフライバルブの従来品は、図６に示すように、第１開口部１３と第２開口部１４をそれぞれ閉鎖するための第１弁体（バルブプレート）２５Ａと第２弁体２６Ａをそれぞれ別部品で形成し、これらを接続棒２４で連結して太鼓のような形状にし、この接続棒２４の中心部分で、ピン２３により駆動用アーム２２に連結して、構成されている。そして、この２つの弁体２５Ａ、２６Ａにテーパー形状に加工したシール部２７Ａ，２８Ａを設けている。
【００１０】
このバルブ２０Ａでは、切替制御の指令に基づいて、回転軸２１を中心に駆動用アーム２２を円弧状に揺動して、第１弁体２５Ａを第１開口部１３へ、又は、第２弁体２６Ａを第２開口部１４に押しつけて第１及び第２開口部１３、１４の開閉を行っている。
【００１１】
この場合に、二つの流路への入口となる第１、第２開口部１３、１４には角度に工作精度上のバラツキがあり、弁体２５Ａ，２６Ａと開口部１３，１４の弁座１５Ａ，１６Ａとの接触部分に隙間が生じる恐れが生じる。これに対して、十分なシール性を確保するために、駆動用アーム２２と回転軸２１との間に遊び（ガタツキ）を持たせて、これにより対処している。
【００１２】
また、特開平７−２２４６３３号公報で提案している図７や図８に示すような切替バルブ２０Ｂでは、シール部２７Ｂ，２８Ｂを球面形状に仕上げると共に、弁体２５Ｂ，２６Ｂがピン２３回りに僅かながら回転できるように隙間δ１や回転軸の軸方向にスライドできるように隙間δ２を設け、球面接触により、各弁体２５Ｂ，２６Ｂと各開口部１３，１４の弁座１５Ｂ，１６Ｂとの間のシール性を確保している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの従来品の切替バルブの場合には、遊び（ガタツキ）により、弁体と弁座のずれを吸収しているため、摩耗が発生する。この摩耗に対する完全な対策は、不規則なガタツキにより、弁体と弁座のずれに対処している以上、現実的には極めて困難であり、この摩耗に対処するために、交換部品が必要になるという問題がある。
【００１４】
特に、特開平７−２２４６３３号公報のバルブ２０Ｂの場合には、流路のシール面（接合面）２７Ｂ，２８Ｂが球面形状であることが特徴となっているため、部品の加工コストが上昇するという問題がある。
【００１５】
上記の問題を解決するために、特開平１０−１１２９９６号公報で提案している図９に示すような切替バルブ２０Ｃでは、開口部１３，１４側の弁座１５Ｃ，１６Ｃと弁体２５Ｃ，２６Ｃのシール部を平面形状にして平面接触でシールする構造とし、かつ、二つの弁体２５Ｃ，２６Ｃが背中合わせで配置され各々がシール部の中心において自由に角度変化できる構造にしており、これにより、加工が容易で加工精度も良い平面接触でシール性を向上させると共に、角度変化で弁座１５Ｃ，１６Ｃの加工精度のバラツキを吸収している。
【００１６】
しかしながら、二つの弁体２５Ｃ，２６Ｃを背中合わせに配置し、各々の弁体２５Ｃ，２６Ｃがその中心に貫通させた支持棒（接続棒）２２Ｃ回りに自由に回動できるように構成する必要があるため、構造が複雑になり、また、支持棒２２Ｃ周囲のシール性を支持棒２２Ｃと弁体２５Ｃ，２６Ｃとの間の摩耗により、切替バルブ２０Ｃのシールの信頼性や耐久性を損なうおそれが生じるという問題や、また、この切替バルブ２０Ｃの製造コストも上昇するという問題がある。
【００１７】
これらの先行の技術は、いずれも、弁体を微小量移動可能な構造にすることにより、弁体と弁座を密着できるようにして、排気ガスの漏れを防止しようとするものであるが、これらのいずれの場合にも、２個の弁体（バルブプレート）と駆動用アーム，接続棒等が必要となり、これらの部品がすべて、切削加工品となるためコスト面で不利になるという問題がある。
【００１８】
本発明は、以上のような問題を解決するためになされたものであり、片面がシール面である弁体を２枚使用していた従来技術のバルブに対して、両面にシール面を有する１枚板の弁体を使用することにより、部品点数を削減することができ、しかも、遊び（ガタツキ）を利用せずに弁体の弁座への密着性を確保できるシンプルな構造の切替バルブを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
以上のような目的を達成するための切替バルブは次のように構成される。
【００２０】
ＤＰＦ装置のフィルタが配設された二つの通路にそれぞれ連結される第１開口部及び第２開口部を交互に開閉する切替バルブであって、前記第１開口部及び第２開口部の各弁座に密着してそれぞれの開口部を塞ぐシール面を両面に有する可動弁体と、該可動弁体を前記両シール面間に設けた第１回転軸回りに回動可能に該可動弁体の側面の二カ所で支持する可動支持体と、該可動支持体を前記第１回転軸と平行な駆動軸で回動駆動する弁駆動体とから構成される。
【００２１】
つまり、シール面と弁座のずれの調整を、弁体の中心部を通る第１回転軸回りに回転することにより行うため、シール面を両面に持つ可動弁体を第１回転軸となるピンで両外側から保持しているので、一体ものの弁体の両端面をシール面とする弁体を用いて切替バルブとすることができる。そのため、従来技術の切替バルブのように弁体を２個用意する必要が無くなる。
【００２２】
この構成により、シール面を有し、切削加工が必要な弁体を１個にすることができ、加工コストを低減できる。
【００２３】
また、弁座への密着性を駆動軸に平行な第１回転軸回りの弁体の回動により確保するので、弁体とこの弁体の支持体との間に遊び（ガタツキ）を設ける必要がなくなり、摩耗の問題を解決できる。そのため、シール性の確保と耐久性の確保ができる。
【００２４】
更に、上記のＤＰＦ装置用切替バルブにおいて、前記可動支持体を前記駆動軸に垂直な第２回転軸回りに回動可能に設ける。これにより、各開口部の弁座との角度ずれをより吸収できる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のＤＰＦ装置用切替バルブについて説明する。
【００２６】
図１に示すように、本発明のＤＰＦ装置用切替バルブ３０は、弁ケース４０とこの弁ケース４０に設けられた入口側開口部４１と第１開口部４３と第２開口部４４にそれぞれ設けられた第１弁座４５と第２弁座４６と、可動弁体５０を有して構成される。
【００２７】
この可動弁体５０は、第１弁座４５に密着する第１シール面５１と、第２弁座４６に密着する第２シール面５２とを両面に有しており、コの字形状の枠である可動支持体６０によって、その両方のシール面５１，５２の間に設けた第１回転軸６１回りに回動可能に可動弁体５０の両側面部分で支持される。
【００２８】
この第１回転軸６１は可動弁体５０の略中心位置Ｃを通るように、可動支持体６０の支持部６３の貫通穴６３ｈと、この貫通穴６３ｈを挿通するピン６２で回動可能に保持される。
【００２９】
この支持部６３、６３は、平行に可動弁体５０の両側に配置され、その一端側は、第１回転軸６１と平行な駆動軸７１に固定され、他端側は、この駆動軸７１の外周方向に延びて、第１回転軸６１の両端部分を支持する。
【００３０】
そして、開閉自体の切り替えを行うための回転軸である駆動軸７１を回転駆動する弁駆動体７０により、この駆動軸７１を第１開口部４３と第２開口部４４とがなす角度（図１では９０度）の分だけ往復回動することにより、支持部６３と共に可動弁体５０が円弧状に往復回動し、第１シール面５１を第１弁座４５に当接させたり、第２シール面５２を第２弁座４６に当接させる。
【００３１】
この当接時に可動弁体５０が第１回転軸６１回りに揺動するように構成されているので、シール面５１，５２と弁材４５，４６との角度ずれが吸収され、シール面５１，５２と弁座４５，４６がそれぞれ密着し、十分な気密性を得ることができる。
【００３２】
なお、弁駆動体７０にはステップモータやカム機構など周知の装置や機構を使用することができる。
【００３３】
更に、図３及び図４に示す第２の実施の形態の切替バルブ３０Ａでは、図１及び図３の切替バルブ３０の構成に加えて、可動支持体６０Ａを駆動軸７１に垂直な第２回転軸６４回りにピン６５で回動可能に設ける。この第２回転軸６４は、可動弁体５０のシール面５１，５２の中心Ｃを通過することが好ましい。
【００３４】
この第２回転軸６４回りに可動支持体６０Ａを回転可能にすることにより、弁座４５，４６の第１回転軸６１と平行な軸回りの角度ずれのみならず、弁座４５，４６の第２回転軸６４と平行な軸回りの角度ずれに対しても、可動弁体５０を回動して対応できるようになる。
【００３５】
この構成により、駆動軸７１をパイプ材で、可動支持体６０をＳＵＳ板のプレス品で構成できる。この可動支持体６０の支持部６３の先端側に可動弁体５０支持用の貫通穴６３ｈを受け、駆動軸７１のパイプ材に溶接し、この貫通穴６３ｈを利用して、切削加工により両面にシール面５１，５２を形成した円板形状の可動弁体５０を揺動可能に支持する。この支持にはピン止めを使用し、可動弁体５０がピン６２の回り、即ち、第１回転軸６１回りに回動可能に支持する。
【００３６】
この構成によれば、シール面５１，５２を有するために切削加工が必要となる弁体５０を１個にすることができて、しかも、シール面５１，５２を平面とすることができるので、シンプルな構造となり、かつ加工費も低下する。そのため、加工コストを低減できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る切替バルブによれば、シール面を持つ可動弁体を揺動可能に支持しているので、一つの弁体の両面にシール面を設けても、シール面と弁座の密着性を確保できる。そのため、切削加工が必要なシール面を持つ弁体を単純な構成の単品部品とすることができ、しかも、このシール面を平面とすることができるので、切削部品がシンプルな形状の１点となる上に、切削加工も容易となり、その他の部品もプレス加工品とすることができる。従って、切替バルブの軽量化が可能となり、また、生産コストを下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の切替バルブの構成を示す断面図である。
【図２】図１の切替バルブの可動弁体の支持構造を示す図であり、（ａ）は側面図で、（ｂ）は正面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の切替バルブの構成を示す断面図である。
【図４】図３の切替バルブの可動弁体の支持構造を示す図であり、（ａ）は側面図で、（ｂ）は正面図である。
【図５】切替バルブとＤＰＦ装置との関係を示す構成図である。
【図６】従来技術の切替バルブの一例を示す側面図である。
【図７】従来技術の切替バルブの他の一例を示す側面図である。
【図８】図７の切替バルブの正面図である。
【図９】従来技術の切替バルブの別の一例を示す構成図である。
【符号の説明】
３０，３０ＡＤＰＦ装置用切替バルブ
４３第１開口部
４４第２開口部
４５，４６弁座
５０可動弁体
５１，５２シール面
６０可動支持体
６１第１回転軸
６４第２回転軸
７０弁駆動体
７１駆動軸

Claims

ＤＰＦ装置のフィルタが配設された二つの通路にそれぞれ連結される第１開口部及び第２開口部を交互に開閉する切替バルブであって、前記第１開口部及び第２開口部の各弁座に密着してそれぞれの開口部を塞ぐシール面を両面に有する可動弁体と、該可動弁体を前記両シール面間に設けた第１回転軸回りに回動可能に該可動弁体の側面の二カ所で支持する可動支持体と、該可動支持体を前記第１回転軸と平行な駆動軸で回動駆動する弁駆動体とからなるＤＰＦ装置用切替バルブにおいて、前記可動支持体を前記駆動軸に垂直な第２回転軸回りに回動可能に設けたことを特徴とするＤＰＦ装置用切替バルブ。