JP5534144B2 - 内燃機関の排気絞り弁 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の排気絞り弁に関し、詳しくはガスの流通するガス通路の形成されたハウジングと、上記ガス通路を開閉する弁体とを備えた内燃機関の排気絞り弁に関する。

従来、ガスの流通するガス通路および該ガス通路と交差する方向に穿設された貫通孔の形成されたハウジングと、上記貫通孔に回転自在に軸支された弁軸と、該弁軸に連結されて上記ガス通路を開閉する弁体とを備えた内燃機関の排気絞り弁が知られている。
このような排気絞り弁として、ガス通路を開閉する第１弁体に連通孔を穿設するとともに、該連通孔を覆うように金属製の板ばねからなる第２弁体を設けて、ガス通路のガスの圧力が所定以上の圧力となると該第２弁体が変形して連通孔が開放されるようにしたものが知られている（特許文献１）。
また他の排気圧力制御装置として、上記ハウジングにガス通路から分岐するバイパス通路と、該バイパス通路を開閉するバイパスバルブとを設け、ガス通路に設けた弁体と上記バイパスバルブとの開閉をそれぞれ制御するものも知られている（特許文献２）。

特開平１０−２２０２５３号公報 特開２００７−２４７４８８号公報

しかしながら、上記特許文献１における排気絞り弁の場合、第２弁体は金属製の板状であることから、ガス通路内を流通するガスの温度変化によってバネ性が変化するなど、性能にばらつきが生じる恐れがある。
また上記特許文献２における排気圧力制御装置の場合、新たにバイパス通路およびバイパスバルブを設けなければならないため、排気圧力制御装置が大型化するとともに高コストであるという問題がある。
このような問題に鑑み、本発明は構成が容易で性能のばらつきの少ない内燃機関の排気絞り弁を提供するものである。

すなわち、本発明にかかる内燃機関の排気絞り弁は、ガスの流通するガス通路の形成されたハウジングと、該ハウジングに回転自在に軸支された弁軸と、該弁軸に連結されて上記ガス通路を開閉する弁体とを備えた内燃機関の排気絞り弁において、
上記弁軸は相対的に回転可能に設けられた第１弁軸および第２弁軸から構成され、
上記弁体は、上記第１弁軸に連結されるとともにガス通路と略同径に形成された大弁体と、上記第２弁軸に連結されるとともに該大弁体に穿設された連通孔に当接して上記連通孔を閉鎖する小弁体とから構成され、
上記小弁体は、第２弁軸の一方に形成されたフラップと他方に形成されたストッパとから構成され、上記フラップが上記大弁体の連通孔を開閉するとともに、該フラップが大弁体に対して所定開度まで開くと上記ストッパが大弁体に当接してフラップを上記所定開度に保持するようになっており、
通常は上記小弁体のフラップを連通孔に弾接させ、小弁体に加わる排気圧力が上昇した際に上記弾接力に抗して連通孔を開放させる付勢手段を設け、
さらに、上記大弁体がガス通路を閉鎖した状態において、上記第２弁軸および小弁体は、上記連通孔の部分を除いてガス通路の上流側に露出しないようにしたことを特徴としている。

上記発明によれば、上記大弁体によってガス通路を閉鎖すると、上記大弁体全体にガス通路内を流通するガスの排気圧力が作用し、第２弁軸および小弁体には上記連通孔を閉鎖する部分を除いて上記排気圧力が作用しないようになっている。
このため、第２弁軸の回転が上記排気圧力によって阻害されることはなく、排気圧力が大きくなっても第２弁軸を抵抗なく回転させることができ、安定した排気圧力制御機能を得ることができる。
また上記特許文献２のようにバイパス通路やバイパスバルブは不要であり、構成を容易にすることができ、小型化も可能である。

本実施例にかかる排気絞り弁の断面図。 図１におけるＩＩ―ＩＩ部の断面であって、排気絞り弁の動作を示す断面図。

以下図示実施例について説明すると、図１、図２は内燃機関としてのディーゼルエンジンの排気管に設けた排気絞り弁１を示しており、図１において排気ガスは紙面の奥から手前に向けて流通し、図２（ｂ）は図１のＩＩ―ＩＩ部の断面図を示している。
内燃機関の排気絞り弁１は、上記排気ガスの流通するガス通路２ａの形成されたハウジング２と、該ハウジング２に回転自在に軸支された第１弁軸３および第２弁軸４と、上記第１弁軸３に連結されるとともにガス通路２ａと略同径に形成された大弁体５と、上記第２弁軸４に連結された小弁体６とから構成されている。
上記ハウジング２のガス通路２ａは略円形に形成され、該ガス通路２ａを挟むように図示左方に第１貫通孔２ｂ、図示右方に第２貫通孔２ｃがそれぞれ同一軸線上に穿設されている。

上記第１弁軸３は上記ガス通路２ａを貫通するとともに、上記第１、第２貫通孔２ｂ、２ｃに設けた軸受７に軸支され、該第１弁軸３の左端部は上記ハウジング２の外部に突出している。
第１弁軸３の左端部にはアーム８を介して図示しないアクチエータが連結されており、該アクチエータは第１弁軸３を回転駆動させることで、大弁体５を図２（ａ）に示す開放状態から、反時計方向に回転させた図２（ｂ）（ｃ）に示す閉鎖状態へと切り替えるようになっている。
またハウジング２の外部には、第１弁軸３を囲繞するように第１ねじりコイルスプリング９が設けられており、該第１ねじりコイルスプリング９を第１弁軸３とハウジング２との間に弾装することで、第１弁軸３を図２の各図に示す時計方向に付勢するようになっている。

上記大弁体５は閉鎖状態において上記ガス通路２ａを閉鎖するよう、該ガス通路２ａと略同径の円盤状を有しており、第１弁軸３の外周に沿って密着するよう、上記第１弁軸３との装着部分は図２に示すように断面略く字形に湾曲している。
また、図１に示す閉鎖状態において、大弁体５における第１弁軸３よりも上方には連通孔５ａが穿設されており、該連通孔５ａは上記第１弁軸３が回転して開放状態となると、ガス流の上流側に位置するようになっている。

上記第１弁軸３の内部には、図示右端部からガス通路２ａの中央部にかけて中空状の第２弁軸保持部３ａが形成されており、この第２弁軸保持部３ａのうちガス通路２ａに位置する部分にはガス通路２ａの後方に向けて開口部３ｂが形成されている。
上記第２弁軸４は上記第１弁軸３の第２弁軸保持部３ａに軸支され、その左端部は上記開口部３ｂ内に突出し、右端部はハウジング２の外部に突出するように形成されている。
そして、ハウジング２の外部には、上記第２弁軸４を囲繞するように第２ねじりコイルスプリング１０が設けられており、該第２ねじりコイルスプリング１０を第２弁軸３とハウジング２との間に弾装することで、第２弁軸４を図２の各図に示す時計方向に付勢するようになっている。

上記小弁体６は上記第１弁軸３の第２弁軸保持部３ａに形成された開口部３ｂを介して上記第２弁軸４に連結されており、図２に示すように上記第２弁軸４における小弁体６の取り付け位置は平坦に形成されている。
また、小弁体６は第２弁軸４に対して図１の図示上方に形成したフラップ６ａと、図示下方に形成したストッパ６ｂとから構成されており、上記第１弁軸３と第２弁軸４とが相対的に回転することで、上記フラップ６ａが上記大弁体５の連通孔５ａを開閉するようになっている。
さらに、上記第２弁軸４は第２ねじりコイルスプリング１０によって付勢されていることから、通常、上記フラップ６ａはガス通路２ａの下流側から連通孔５ａに当接してこれを閉鎖した状態を保持するようになっている。
これに対し、フラップ６ａに対してガス通路２ａの上流側から第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力を超える荷重が作用すると、フラップ６ａが連通孔５ａより離脱することとなり、その後フラップ６ａが大弁体５に対して所定開度まで開くと、上記ストッパ６ｂが大弁体５に当接するようになっている。

上記構成を有する排気絞り弁１の動作について説明すると、まず図２（ａ）に示す排気絞り弁１の非作動時には、大弁体５は開放状態に保持され、ガス通路２ａを流通する排気ガスは阻止されずに流通するようになっている。
この非作動状態では、アクチエータは第１弁軸３を保持して大弁体５を開放状態としており、上記第１ねじりコイルスプリング９は大弁体５を付勢してこの開放状態を維持するようになっている。
また、上記第２ねじりコイルスプリング１０が第２弁軸４を付勢していることから、小弁体６のフラップ６ａは大弁体５に当接して上記連通孔５ａを閉鎖した状態となっている。

次に図２（ｂ）は、大弁体５が閉鎖状態とされ、ガス通路２ａを流通する排気ガスを大弁体５および小弁体６によって阻止した排気絞り弁１の作動状態を示している。
上記非作動状態からこの作動状態とするには、上記アクチエータが上記第１ねじりコイルスプリング９の付勢力に抗して第１弁軸３を反時計方向に回転させ、大弁体５を閉鎖方向に回転させる。
すると、大弁体５は小弁体６のフラップ６ａを押圧して第１弁軸３と第２弁軸４とが共回りし、第２弁軸４は第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力に抗して反時計方向に回転する。
この第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力により、小弁体６のフラップ６ａは大弁体５の下流側から当接して、上記連通孔５ａを閉鎖した状態を維持するようになっている。
その結果、ガス通路２ａを流通する排気ガスは、上記大弁体５と連通孔５ａを閉鎖した小弁体６とによって遮断されることとなる。

次に、図２（ｃ）は図２（ｂ）の作動状態に対し、排気ガスの一部を連通孔５ａを介して流通させた、排気絞り弁１の圧力調整状態を示している。
図２（ｂ）のようにガス通路２ａが遮断されると、大弁体５の上流側で排気ガスによる排気圧力が上昇し、この排気圧力は大弁体５および小弁体６のフラップ６ａに作用する。
そして、該排気圧力が上記第２弁軸４を付勢する第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力を上回ると、小弁体６が排気圧力によって下流側に押圧され、フラップ６ａが大弁体５の連通孔５ａから離脱する。
このようにして連通孔５ａが開放されると、排気ガスが該連通孔５ａを通過するため、上記大弁体５および小弁体６によって遮断されていた排気ガスの排気圧力が降下してガス通路２ａの排気圧力が調整される。
ここで、上記フラップ６ａが大弁体５から離脱して連通孔５ａが開放されるタイミングは、第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力を調整することで任意に設定することが可能となっている。
小弁体６のフラップ６ａが大弁体５に対して所定角度開くと、小弁体６に設けたストッパ６ｂが大弁体５に当接するため、小弁体６が大弁体５に対して過度に開いてしまうのを防止するようになっている。
そして、その後排気ガスの圧力が減少したり、上記大弁体５を開放状態とすると、フラップ６ａに作用する排気圧力が減少するため、第２ねじりコイルスプリング１０による付勢力によってフラップ６ａが大弁体５に当接し、連通孔５ａが再び閉鎖されるようになっている。

このように、本実施例における排気絞り弁１では、ガス通路２ａ内の排気圧力に応じて、小弁体６が大弁体５の連通孔５ａを開閉するようになっているが、上述した構成とすることで小弁体６の開閉をスムーズに行うことが可能となっている。
つまり、図２（ｂ）に示す閉鎖状態とした場合、大弁体５の上流側で排気圧力が上昇し、上流側に露出している上記大弁体５および連通孔５ａの部分に位置している小弁体６のフラップ６ａには、排気圧力によるガス流の上流側から下流側に向かう荷重が作用する。
換言すると、この大弁体５に対してガス流の下流側に位置している第２弁軸４および連通孔５ａの部分を除いた小弁体６は、ガス通路２ａの上流側に露出していないことから、これらの部分には排気圧力による荷重は作用していないこととなる。
従って、上記第１弁軸３の第２弁軸保持部３ａに設けられた第２弁軸４には、排気圧力による剪断方向への荷重が作用しないため、該第２弁軸４を第１弁軸３に対して少ない摺動抵抗で回転させることが可能となり、小弁体６の開閉による安定した排気圧力制御機能を得ることができる。
これに対し、例えば第２弁軸４および小弁体６がガス通路２ａの上流側に露出していると、これら第２弁軸４および小弁体６に作用する荷重によって、第２弁軸４に剪断方向への荷重が作用し、第１弁軸３との間に摺動抵抗が発生することから、小弁体６の開閉が不安定となって安定した排気圧力制御機能を得ることができなくなる。

また、本実施例の構成によれば、上記大弁体５を保持する第１弁軸３をガス通路２ａを挟んで形成した第１、第２貫通孔２ｂ、２ｃで軸支しているため、大弁体５に作用した排気圧力を第１、第２貫通孔２ｂ、２ｃに軸支された部分で受けることができる。
このため、第１弁軸３の内部において第２弁軸４との偏心が起きにくくなり、第２弁軸４と第１弁軸３とを少ない摺動抵抗で回転させることが可能となっている。
さらに、小弁体６の連結された第２弁軸４をハウジング２の外部に設けた上記第２ねじりコイルスプリング１０によって付勢するため、ガス通路２ａ内のガスの温度変化によって第２ねじりコイルスプリング１０の付勢力に変化が生じにくく、排ガスの温度にかかわらず安定した動作を得ることができる。

１ 排気絞り弁 ２ ハウジング
２ａ ガス通路 ３ 第１弁軸
４ 第２弁軸 ５ 大弁体
６ 小弁体 ７ 軸受

Claims (6)

1. ガスの流通するガス通路の形成されたハウジングと、該ハウジングに回転自在に軸支された弁軸と、該弁軸に連結されて上記ガス通路を開閉する弁体とを備えた内燃機関の排気絞り弁において、
   上記弁軸は相対的に回転可能に設けられた第１弁軸および第２弁軸から構成され、
   上記弁体は、上記第１弁軸に連結されるとともにガス通路と略同径に形成された大弁体と、上記第２弁軸に連結されるとともに該大弁体に穿設された連通孔に当接して上記連通孔を閉鎖する小弁体とから構成され、
   上記小弁体は、第２弁軸の一方に形成されたフラップと他方に形成されたストッパとから構成され、上記フラップが上記大弁体の連通孔を開閉するとともに、該フラップが大弁体に対して所定開度まで開くと上記ストッパが大弁体に当接してフラップを上記所定開度に保持するようになっており、
   通常は上記小弁体のフラップを連通孔に弾接させ、小弁体に加わる排気圧力が上昇した際に上記弾接力に抗して連通孔を開放させる付勢手段を設け、
   さらに、上記大弁体がガス通路を閉鎖した状態において、上記第２弁軸および小弁体は、上記連通孔の部分を除いてガス通路の上流側に露出しないようにしたことを特徴とする内燃機関の排気絞り弁。
2. 上記大弁体を上記ハウジングのガス通路の断面形状と略同径に形成し、該大弁体がガス通路を閉鎖した状態で、該大弁体よりもガス通路の下流側に上記第１弁軸、第２弁軸、小弁体が位置することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気絞り弁。
3. 第１弁軸に上記第２弁軸を回転可能に保持する第２弁軸保持部を形成するとともに、該第２弁軸保持部におけるガス通路の後方に開口部を形成して、
   上記第２弁軸と上記小弁体とを上記開口部を介して連結したことを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の内燃機関の排気絞り弁。
4. 上記ハウジングに、ガス通路を挟んで対向するように第１貫通孔および第２貫通孔を穿設し、第１貫通孔に上記第１弁軸を設けるとともに第２貫通孔に上記第２弁軸を設けたことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の内燃機関の排気絞り弁。
5. 上記第１弁軸を上記第１、第２貫通孔によって軸支し、上記第２貫通孔は上記第１弁軸および第２弁軸を同軸上で軸支することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の排気絞り弁。
6. 上記付勢手段は、上記第２弁軸を囲繞するとともに該第２弁軸とハウジングとの間に弾装されたねじりコイルスプリングであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の内燃機関の排気絞り弁。

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