JP5664599B2 - バルブ装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスが通る流路を開閉するためのバルブ装置に関するものであり、例えば、内燃機関の排気ガスを吸気側に還流するＥＧＲ装置に好適に利用することができる。

従来から、ＥＧＲ装置に利用されるバルブ装置では、弁体の回転軸の支持構造に関し、流路を挟まずに流路の片側のみで回転自在に支持する片持ち構造を採用するものが公知である（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、特許文献１のバルブ装置によれば、回転軸の軸受手段は、回転軸の軸方向片側にのみ配置され、流路に近い側から遠い側に向かいメタル軸受およびボール軸受の順に配置されてハウジングの軸受孔に収容されている。そして、メタル軸受は、軸受孔に圧入されて保持され、回転軸との間に径方向のクリアランスを形成し、ボール軸受は、内輪が回転軸に圧入されるとともに外輪が軸受孔に圧入されて保持される。

つまり、特許文献１の軸受手段によれば、耐熱性等に優れるメタル軸受を流路に近い側に配置するとともに、汎用的なボール軸受を流路から遠い側に配置する。さらに、メタル軸受と回転軸との間の径方向のクリアランスを考慮して、軸振れを抑制するためメタル軸受とボール軸受とを軸方向に離して配置し、気密性を確保するため、メタル軸受とボール軸受との間にオイルシールを配置している。
ところで、バルブ装置に対するコスト削減の要求は高まる一方であり、片持ち構造の軸受手段に関しても、より安価に構成できるようにコストダウンが要求されている。

特開２００７−２８５３１１号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関の排気ガスが通る流路を開閉するための片持ち構造のバルブ装置において、軸受手段に関しコストダウンを達成することにある。

本発明のバルブ装置は、内燃機関の排気ガスが通る流路を有するハウジングと、回転軸の一端側に取り付けられ、流路を開閉する弁体と、流路を挟まずに流路の片側のみで回転軸をハウジングに対して回転自在に支持する軸受手段とを備える。また、軸受手段は、ハウジングに流路から遠ざけて設けられ、回転軸の他端側を受け入れる軸受孔と、この軸受孔に収容され、回転軸の他端側に軸方向に直列に並ぶ複数の転がり軸受とからなり、複数の転がり軸受の内、流路に最も近い転がり軸受では、転動体を収容する内外輪の空隙が流路側でゴム製シール材により封止されている。

まず、高性能のメタル軸受を転がり軸受に替えることで軸受手段のコストダウンを達成することができる。また、回転軸の他端側に、複数の転がり軸受を軸方向に直列に並べることで、流路に最も近い転がり軸受を流路から遠ざけて軸受手段と流路との距離を大きく確保することができるので、転がり軸受の被熱を抑制することができる。

さらに、流路に最も近い転がり軸受において、転動体を収容する内外輪の空隙を流路側でゴム製シール材により封止することで、オイルシールの気密機能を確保することができる。このとき、流路に最も近い転がり軸受と流路との距離を大きく確保していることから、ゴム製シール材の熱劣化を抑制することができる。
以上により、排気ガスが通る流路を開閉するための片持ち構造のバルブ装置において、軸受手段に関し、従来品と同等以上の性能を確保してコストダウンを達成することができる。

（ａ）はバルブ装置の断面図であり、（ｂ）はバルブ装置の要部を示す転がり軸受の部分断面図である（実施例）。 バルブ装置の内部構成図である（実施例）。

実施形態のバルブ装置１を実施例に基づき説明する。

〔実施例の構成〕
実施例のバルブ装置１の構成を、図１および図２を用いて説明する。
バルブ装置１は、内燃機関（図示せず。）の排気ガスが通る流路を開閉するものであり、例えば、排気ガスを吸気側に還流するＥＧＲ装置に利用され、排気ガスの環流路（以下、ＥＧＲ流路と呼ぶ）２を開閉するために利用される。そして、バルブ装置１は、ＥＧＲ流路２を開閉する弁体３と、弁体３の回転軸４を回転自在に支持する軸受手段５とを備える。
以下、弁体３および軸受手段５の構成を詳述する。

弁体３は、例えば、厚みを有する円板状のバタフライ弁であり、回転することによりＥＧＲ流路２を開閉する。また、弁体３の周縁には、ＥＧＲ流路２の閉鎖時に弁体３の周縁とＥＧＲ流路２の流路壁７との間を封鎖するシールリング８が装着されている。

ここで、シールリング８は、例えば、Ｃ字状の円環として設けられて合口（図示せず。）を形成するものであり、弁体３の周縁に設けられた嵌合溝９に嵌まって弁体３とともに回転する。そして、シールリング８は、ＥＧＲ流路２を閉鎖するときに、流路壁７に環状に摺接して弁体３の周縁と流路壁７との間を封鎖する。このとき、シールリング８は、合口を狭めるように弾性変形した状態で流路壁７に摺接する。

また、弁体３は、バルブ装置１のハウジング１０に圧入された円筒状のノズル１１に回転自在に収容されている。ここで、ノズル１１は円筒状に設けられ、ノズル１１の内周面はシールリング８の摺接を受ける流路壁７をなす。また、弁体３およびノズル１１は耐熱性、耐腐食性等の点から、例えば、ステンレス鋼を素材として設けられ、ハウジング１０は軽量化等の点から、例えば、アルミニウム合金を素材として設けられている。

そして、弁体３は、回転軸４に対して傾斜するように回転軸４の先端（一端側）に溶接等されて一体化し、回転軸４と鋭角を形成している。そして、回転軸４は、その他端側でハウジング１０に装着された軸受手段５により回転自在に支持されている。

軸受手段５は、回転軸４の支持構造に関して片持ち構造を採用するものであり、ＥＧＲ流路２を挟まずにＥＧＲ流路２の片側のみで回転軸４を支持している。そして、軸受手段５は、ハウジング１０に設けられ、回転軸４の他端側を受け入れる軸受孔１４と、この軸受孔１４に収容され、回転軸４の他端側に軸方向に直列に並ぶ２つの転がり軸受１３とからなる。

それぞれの転がり軸受１３は、ハウジング１０に設けられた軸受孔１４に収容されており、内輪１５が回転軸４に圧入されるとともに外輪１６が軸受孔１４に圧入されて保持されている。また、転動体１７は、内、外輪１５、１６間に形成される環状の空隙１８に収容され、空隙１８においてリテーナ１９により周方向に等間隔に保持されている。なお、空隙１８には、転動体１７の回転を円滑にするためのグリースが充填されており、転動体１７には、球体（ボール）や円柱体等が採用される。

また、空隙１８は、軸方向の両側をシール材により封鎖されている。ここで、２つの転がり軸受１３の内、ＥＧＲ流路２に近い転がり軸受１３（以下、流路側の転がり軸受１３と呼ぶ。）では、空隙１８の流路側がゴム製シール材２１により封止され、空隙１８の反流路側が周知の鋼板製シール材により封止されている。

また、ＥＧＲ流路２から遠い転がり軸受１３（以下、反流路側の転がり軸受１３と呼ぶ。）では、空隙１８の流路側、反流路側が両方とも鋼板製シール材により封止されている。
ゴム製シール材２１は、鋼板２２がゴム２３の内部に埋め込まれたものであり、内、外輪１５、１６に挟まれて液密的に密着する。また、ゴム製シール材２１は、例えば、断面Ｓ字状のリップ２４により内輪１５に摺接して内輪１５との間の液密性を維持する。

また、バルブ装置１は、弁体３および軸受手段５とともに、以下に説明する回転角センサ２６、アクチュエータ２７、付勢手段２８、オープナ２９およびストッパ３０を備える。

回転角センサ２６は、例えば、回転軸４とともに回転する永久磁石３２、および、永久磁石３２が発生する磁束に応じたホール電圧を発生するホールＩＣ３３を有し、弁体３および回転軸４（以下、弁体３等と呼ぶことがある。）の回転角に応じた信号を発生して出力する。回転角センサ２６の出力信号は、例えば、内燃機関を制御するためのＥＣＵ（図示せず。）に出力され、ＥＣＵは、回転角センサ２６の出力信号に基づき弁体３等の回転角を把握するとともに、把握した回転角に基づきアクチュエータ２７に指令を与えて弁体３の動作を制御する。

アクチュエータ２７は、弁体３等を回転させるトルクを発生する電動機３５、および電動機３５が発生するトルクを増幅して弁体３等に伝達する減速機３６を有する。
電動機３５は、ＥＣＵからの指令に応じて正転または逆転することができるものであり、ＥＣＵは、把握した回転角に基づき電動機３５に指令を与えて弁体３等を開側または閉側のいずれかの方向に回転させる。

減速機３６は、電動機３５の出力軸に装着されたモータギヤ３７と、回転軸４に装着されて弁体３等とともに回転するバルブギヤ３８と、モータギヤ３７と噛み合う大径歯車３９およびバルブギヤ３８と噛み合う小径歯車４０を同軸的に有する中間ギヤ４１とからなる。

付勢手段２８は、Ｕ字状のフック４３により２つの捩りバネ４４、４５を結合したものであり、捩りバネ４４、４５は、互いに異なる方向に捩られて回転軸４と同軸にセットされている。捩りバネ４４は、一端４４ａがハウジング１０に引っ掛かって固定され、他端がフック４３に結合されている。また、捩りバネ４５は、他端４５ｂがバルブギヤ３８に引っ掛かってバルブギヤ３８とともに回転し、一端がフック４３に結合されている。

そして、以下に説明するオープナ２９の機能により、捩りバネ４４は、所定の基準角よりも開側の回転角において弁体３等を閉側に回転付勢し、捩りバネ４５は、基準角よりも閉側の回転角において弁体３等を開側に回転付勢する。なお、基準角は、例えば、ノズル１１における流路軸と弁体３の面方向とが直交するときの回転角（シールリング８の合口が最も狭いときの回転角）として設定されている。

オープナ２９は、回転角が基準角よりも閉側であるときに、捩りバネ４４による弁体３に対する回転付勢を解除するものであり、ハウジング１０に捩じ込まれたスクリュー４６により構成されている。スクリュー４６は、減速機３６が収容されるギヤ室４７に先端４６ａが露出するようにハウジング１０に捩じ込まれている。そして、スクリュー４６は、弁体３が基準角よりも開側の回転角から閉側に向かって回転してきたときに基準角において先端４６ａによりフック４３を係止することができるように捩じ込み量が調節されている。

これにより、捩りバネ４４、４５による弁体３等に対する回転付勢の状態は、基準角を境にして以下のように変化する。
すなわち、回転角が基準角よりも開側であるとき、フック４３は、バルブギヤ３８に設けられたフックレバー４８に係止され、弁体３等とともに回転する。このため、捩りバネ４４は、一端４４ａがハウジング１０に固定され、他端（フック４３）がバルブギヤ３８とともに回転するので、フック４３とフックレバー４８との係止を介して弁体３等に付勢力を伝達し、弁体３等を閉側に回転付勢する。このとき、捩りバネ４５は、両端ともにバルブギヤ３８に保持されて実質的に機能していない。

また、回転角が基準角よりも閉側の回転角にあるとき、フック４３は、先端４６ａに係止されて弁体３等に対し相対的に静止する。このため、捩りバネ４４は、両端ともにハウジング１０に保持されて実質的に機能せず、弁体３等に対する回転付勢が解除される。このとき、捩りバネ４５は、一端（フック４３）がスクリュー４６を介してハウジング１０に固定され、他端４５ｂがバルブギヤ３８とともに回転するので、他端４５ｂとバルブギヤ３８との係止を介して弁体３等に付勢力を伝達し、弁体３等を開側に回転付勢する。

ストッパ３０は、基準角よりも閉側に設定された規制角において、弁体３等の過剰な閉側への回転を機械的に規制するものであり、ハウジング１０に捩じ込まれるスクリュー４９により構成されている。スクリュー４９は、スクリュー４６と同様にギヤ室４７に先端４９ａが露出するようにハウジング１０に捩じ込まれている。

そして、スクリュー４９は、弁体３等が規制角よりも開側の回転角から閉側に向かって回転してきたときに規制角において先端４９ａによりバルブギヤ３８を係止することができるように捩じ込み量が調節されている。ここで、バルブギヤ３８は、径方向外側に突出する突起３８ａを有し、スクリュー４９は、規制角において突起３８ａを係止することでバルブギヤ３８の回転を規制する。
なお、規制角を基準角よりも閉側に設定することで、弁体３は、基準角からさらに閉側に回転することができ、例えば、シールリング８や流路壁７に付着したデポジットを掻き落すことができる。

〔実施例の効果〕
実施例のバルブ装置１によれば、軸受手段５は、回転軸４を軸方向片側のみで支持する片持ち構造であり、回転軸４の軸方向片側（他端側）を受け入れる軸受孔１４と、この軸受孔１４に収容され、回転軸４の他端側に軸方向に直列に並ぶ２つの転がり軸受１３とからなる。そして、流路側の転がり軸受１３では、内、外輪１５、１６の空隙１８が流路側でゴム製シール材２１により封止されている。
これにより、軸受手段５において高耐熱性のメタル軸受の使用を取り止め、汎用的な転がり軸受１３のみで軸受手段５を構成することで、軸受手段５のコストダウンを達成することができる。

また、回転軸４の他端側に２つの転がり軸受１３を軸方向に直列に並べることで、流路側の転がり軸受１３をＥＧＲ流路２から遠ざけて軸受手段５とＥＧＲ流路２との距離を大きく確保することができる。このため、軸受手段５の被熱を抑制することができるので、転がり軸受１３が耐熱性を考慮しない汎用的なものであっても、転がり軸受１３の性能低下を抑制することができる。

さらに、流路側の転がり軸受１３において空隙１８を流路側でゴム製シール材２１により封止することで、オイルシールの気密機能を確保することができる。このとき、流路側の転がり軸受１３とＥＧＲ流路２との距離を大きく確保していることから、ゴム製シール材２１の熱劣化を抑制することができる。
以上により、ＥＧＲ流路２を開閉するための片持ち構造のバルブ装置１において、軸受手段５に関し、従来品と同等以上の性能を確保してコストダウンを達成することができる。

〔変形例〕
バルブ装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例のバルブ装置１によれば、軸受手段５は、２つの転がり軸受１３により構成されていたが、３つ以上の転がり軸受１３を軸方向に直列に配置して構成してもよい。
また、実施例のバルブ装置１によれば、流路側の転がり軸受１３の空隙１８を流路側のみゴム製シール材２１により封止していたが、流路側の転がり軸受１３の空隙１８を反流路側でもゴム製シール材２１により封止してもよい。さらに、反流路側の転がり軸受１３についても、鋼板製シール材に替えてゴム製シール材２１を採用して空隙１８を封止してもよい。

１ バルブ装置 ２ ＥＧＲ流路 ３ 弁体 ４ 回転軸 ５ 軸受手段 １３ 転がり軸受 １５ 内輪 １６ 外輪 １７ 転動体 １８ 空隙 ２１ ゴム製シール材

Claims (1)

1. 内燃機関の排気ガスが通る流路（２）を有するハウジング（１０）と、
   回転軸（４）の一端側に取り付けられ、前記流路（２）を開閉する弁体（３）と、
   前記流路（２）を挟まずに前記流路（２）の片側のみで前記回転軸（４）を前記ハウジング（１０）対して回転自在に支持する軸受手段（５）とを備え、
   この軸受手段（５）は、前記ハウジング（１０）に前記流路（２）から遠ざけて設けられ、前記回転軸（４）の他端側を受け入れる軸受孔（１４）と、この軸受孔（１４）に収容され、前記回転軸（４）の他端側に軸方向に直列に並ぶ複数の転がり軸受（１３）とからなり、
   この複数の転がり軸受（１３）の内、前記流路（２）に最も近い転がり軸受（１３）では、転動体（１７）を収容する内外輪（１５、１６）の空隙（１８）が前記流路（２）側でゴム製シール材（２１）により封止されていることを特徴とするバルブ装置（１）。

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