JP6082127B2 - 内燃機関のフラップ装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関のフラップ装置に関し、該フラップ装置は内部に流路が形成されたフローハウジングと、作動軸と、流路内にて作動軸に配置されたフラップ本体と、フローハウジングのハウジングボアであって、該ハウジングボアを通じて作動軸が外部に突出する、ハウジングボアと、作動軸に固定されたディスク形状のレバーと、ハウジングボア内に配置され、内部に作動軸の傾動を許容した状態で作動軸が延びている軸受ブッシュと、少なくとも部分的に球形状の面を備えたシールディスクとを具備する。

このようなフラップ装置は例えば、内燃機関の排ガスシステムにおいて、排ガス保留フラップ、即ち、排ガス再循環フラップとして役立つ。排ガスは汚染物質を含み、該汚染物質は外部に漏れてはならず、これにより、アクチュエータに向けて外部に延びる軸に沿って信頼性のあるシールが確保されていなければならない。このようなシールは熱負荷が変動する状況下での如何なる場合にも完全に機能しなければならない。

付け加えて、現代の内燃機関の汚染物質規制に適合するには、フラップに非常に正確な制御の可能性が認められなければならない。しかしながら、外部からの侵入に起因した軸受箇所での被害がなお一層と頻発している。このような被害は軸受領域において、汚染物質の導入又は塩類や湿気の導入によって引き起こされる腐食となる。

充分なシールを確実にする試みがなされた異なるフラップ装置も公知となっている。例えば、国際公開第2006/003017 A1号パンフレットは、自動車における排ガスシステムのフラップ装置を提案しており、ここでは、ばね要素、シールディスク及び軸受リングとともに軸受ブッシュが軸受ハウジング内に配置され、該軸受ハウジングはフローハウジングに固定されている。

軸受ハウジングからは軸が外部に突出し、該軸受ハウジングはフローハウジングとは反対側の端に円錐状の制限壁(restriction)を有し、該制限壁は軸が突出する開口を取り囲んでいる。制限壁には軸受リングの対応する円錐面がシールディスクを介在させた状態で、ばね力によって押圧されている。これら円錐面の接触領域は、軸受ハウジングと軸受リングとの間の摺動シール面として役立つ。軸に沿う軸受領域からの漏れに対しては、遊びを無くしてシールディスクを配置することで達成するものとなっている。

更に、米国特許第5630571号明細書から排ガスフラップが公知となっており、該排ガスフラップは軸受ハウジングを備えている。該軸受ハウジング内には軸受ブッシュ及び球状のシールディスクが配置され、該シールディスクは雌形の球形状をなすセラミックディスクと接触した状態にある。軸受ハウジングから突出する軸の端にはレバーが備えられている。該レバーの背面には波形ばねが寄り掛かっており、レバーの反対側の面はブッシュに接触し、次にブッシュはセラミックディスクに接触する。軸に押圧されたシールディスクは波形ばねにより、静止したセラミックディスクに対して付勢されている。しかしながら、外側の前記ブッシュは内燃機関内で散水に晒されてしまう。

上述した２つの公知の排ガスフラップシールシステムにおいて、充分なシールを提供するには、その構成部品が極端に高い精度で製造されなければならず、さもなければ、対応する形状の面がシール効果を有しない。この結果、外部から軸受領域内への腐食性物質の侵入は確実に阻止できない。更に、構成部品に多数の部品点数が要求され、これにより、組み付けの手間もまた増大する。

それ故、本発明の目的は、熱的負荷や該熱負荷に起因する熱膨脹とは無関係にして外部に対する安全なシールが得られ、そして、外部からの腐食性物質の侵入が阻止される内燃機関のフラップ装置を提供することにある。このようなシールは可能な限り経済的に製造されることを意図し、これにより、狭い製造公差が回避され、そして、組み付けが簡単になる。

上述の目的は、主請求項の特徴を有するフラップ装置によって達成される。ディスク形状のレバーがその後端面にてシールディスクにおける少なくとも部分的に球形状の面に押し付けられていることに起因して、構成部品の数が減少され、これより、その組立が容易となる。また、ここで初めてディスク形状のレバーが作動軸に沿う流れを阻止することで、シールの一部として使用される。

好ましくは、シールディスクの前記面は雄形の球形状をなす一方、ディスク形状のレバーの後壁面は少なくとも部分的に雌形の球形状又は円錐形状をなし、前記シールディスクの前記面の曲率半径はディスク形状のレバーにおける後壁面の曲率半径よりも小さい。代替の実施形態において、ディスク形状のレバーの後壁面は少なくとも部分的に雄形の球形状をなす一方、シールディスクの前記面は雌形の球形状をなし、シールディスクの前記面の曲率半径はディスク形状のレバーの後壁面の曲率半径よりも大きい。両方の実施形態は、ディスク形状のレバーとシールディスクとの間の線接触を確実にし、該線接触は平行度に誤差が存在していても得られる。このようにしてディスク形状のレバーとシールディスクとの間のギャップを通じた軸受領域内へのガス又は液体の侵入が確実に阻止される。

明細書の全体を通じて、或る本体の雄形の球形状とは部分的な球状面を備えた本体を指し、この場合、部分的な球状面の曲率半径は本体を通過する方向に延び、そして、或る本体の雌形の球形状とは部分な中空の球形状を備えた本体を指し、この場合、部分的な中空の球形状の曲率半径は本体とは反対側に向けられることになる。

好適には、シールディスクは作動軸に対して可動且つ該作動軸を径方向に囲繞して配置され、これにより、作動軸に対するシールディスクの傾動が可能である。このことは熱膨脹が発生した場合、確実なシールと同時に不感性をもたらす。

好ましくは、フラップ装置は、作動軸を備えたディスク形状のレバーを流路に向けて押し付けるばねを備えている。従って、ディスク形状のレバーとシールディスクとの間での押圧力が簡単にして発生される。

本発明の更なる実施形態において、シールディスクにおける少なくとも部分的に球形状の面とは軸線方向に反対側の平坦な面は軸受ブッシュの平坦な面に押し付けられている。従って、軸受ブッシュとシールディスクとの間のシールもまた、付加的な構成部品を使用する必要も無く形成される。

好ましくは、軸受ブッシュはカーボン軸受ブッシュであり、該カーボン軸受ブッシュは熱負荷や、排ガスによって引き起こされる腐食負荷に対して不感性である。

軸受ブッシュ及びシールディスクからなるユニットの押圧状態を確実にするため、シールディスクとは反対側の軸受ブッシュの軸方向端はハウジングボアの止めに寄り掛かっている。従って、ユニット全体は前記ばねによって前記止めに対して押し付けられる。

特に好適な実施形態において、軸受ブッシュの径方向内側に位置付けられる作動軸の領域は凸形状に形成されている。従って、軸受ブッシュと作動軸との間にミスアライメントが存在する場合でも、内的な押圧状態を発生させることなく安定した軸受が確保される。

本発明の更なる実施形態において、作動軸及びハウジングボアの各々は、流路と軸受ブッシュとの間に少なくとも１つ肩部を含む。これら肩部はラビリンスシールとして働き、作動軸に沿う流路抵抗を増加させる。これにより、軸受ブッシュ内への排ガスの侵入がより著しく困難となる。

外部から作動軸に沿う液体又は塩類の侵入を阻止するために、ディスク形状のレバーは作動軸に周方向の溶接継ぎ目又は形状的な密嵌によって接続されている。

更に、ディスク形状のレバーがその外周面上に配置されたスリーブを有し、該スリーブが流路に向けて延びているならば好適である。このようにして、軸受ブッシュを収容するハウジングの領域は外部から付加的に遮蔽され、これにより、例えば散水との直接的な接触が回避される。

従って、熱的な条件が変化する下でさえも外部及び内部の両方に対して充分に気密である内燃機関のフラップ装置が提供される。何故なら、構成部品や組み付けの公差、その熱膨脹、アライメント及び平行度の誤差はシール効果を制限すること無く、本発明の構造におけるシールディスクの位置の適応性によって補償される。構成部品の製造とともに本シールディスク及び軸受ブッシュの組み付けは非常に簡単であり、これにより、コストが大幅に低減される。更に、本シールディスク及び軸受ブッシュは非常に長い使用寿命を有する。

本発明に係るフラップ装置の一実施形態は図１に示され且つ以下に記述される。

図１は本発明のフラップ装置を示す側断面図である。

本発明のフラップ装置はフローハウジング１０を備えている。該フローハウジング１０内には流路１２が形成され、該流路１２を通じて例えば排ガスが流れる。

流路１２は横断面でみて作動軸１４により２つの半体に分割され、該作動軸１４にフラップ本体１６が螺子１８によって固定されている。なお、ここでの固定は溶接継ぎ目でも可能である。作動軸１４はフローハウジング１０に２つ軸受ブッシュ２０，２２によって支持され、ここで、第１軸受ブッシュ２０は、流路１２に連通したハウジングボア２４内に配置され、該ハウジングボア２４内を通じて作動軸１４はフローハウジング１０から外部に延びている。第２軸受ブッシュ２２はハウジングボア２４とは反対側の有底穴２６内に配置され、該有底穴２６はフローハウジング１０に形成されている。同様に、作動軸１４はフローハウジング１０の中心軸線に関して互いに反対側となるフローハウジング１０の２つの側で支持されている。

作動軸１４の端部からはディスク形状のレバー２８が外側に向けて突出しており、該ディスク形状のレバー２８は作動軸１４の端部に周方向の溶接継ぎ目３０によって固定されている。ディスク形状のレバー２８の径方向端部にはピン３２が固定され、該ピン３２、即ち、作動軸１４は、ここでは図示されていないがリンク機構を介してアクチュエータに接続可能となっている。該アクチュエータは特に電動モータとして構成されている。周方向の溶接継ぎ目３０のおかげで、作動軸１４とディスク形状のレバー２８との間にてガス又は液体が流れることはない。

ハウジングボア２４は段付き形状をなし、３つの部分３４，３６，３８を有する。これら部分３４，３６，３８の直径は外側に位置するに連れて段階的に大きくなっている。最小の直径を有する第１部分３４は流路１２に連なり、その最小の直径は作動軸１４の直径よりも僅かに大きい。

流路１２からみて第１部分３４の後方にて、ハウジングボア２４は肩部３５を有する一方、作動軸１４は肩部４０を有し、これにより、作動軸１４はより大きな直径でもって外部に向けて更に延びている。このような作動軸１４の部分はハウジングボア２４の第２部分３６内で径方向に膨出している。これら肩部３５，４０は共にラビリンスシールを形成し、該ラビリンスシールは軸受ブッシュ２０に向かう排ガスの進行を妨げる。

第２部分３６と第３部分３８との間にはハウジングボア２４に別の肩部が形成され、該肩部は止め４２として働く。第１軸受ブッシュ２０は、軸方向に関して止め４２上に寄り掛かるカーボン軸受として構成されている。第１軸受ブッシュ２０はハウジングボア２４の第３部分３８内への圧入によって固定されていて、作動軸１４を囲繞することで支持可能である。作動軸１４は第３部分３８内の部分４４にて凸形状をなし、該部分４４は第１軸受ブッシュ２０に対して径方向内側に位置付けられている。第１軸受ブッシュ２０の反対側の軸方向端はフローハウジング１０の軸受部分を越えて僅かに軸線方向に延び、シールディスク４６上に寄り掛かっている。該シールディスク４６は作動軸１４との間に僅かな距離を存して作動軸１４を囲繞し、第１軸受ブッシュ２０に対向するシールディスク４６の面４８は平坦である。

本発明によれば、軸線方向でみて反対側のシールディスク４６の面５０はその径方向外側領域にて球状に湾曲した形状をなしている。この球形状の面５０はディスク形状のレバー２８の後壁面５２に直接に寄り掛かっている。ディスク形状のレバー２８の後壁面５２とシールディスク４６との間の確実なシールを確保するため、また、後壁面５２は湾曲面を有し、この湾曲面は雌形の球形状である。このことは本実施形態において、後壁面５２における湾曲面の半径の中心がディスク形状のレバー２８に対向したシールディスク４６の球形状の面５０側に配置されていることを常に意味する。後壁面５２における球形状の湾曲面の曲率半径は対応する領域にて、シールディスク４２の曲率半径よりも長く選択されるべきである。この結果、レバー２８の後壁面５２とシールディスク４６との間には環状の線接触が常時存在する。

ディスク形状のレバー２８はその外周面にスリーブ５４を有し、該スリーブ５４はフローハウジング１０に向けて延び、径方向でみてフローハウジング１０の軸受部分を少なくとも部分的に囲繞している。

更に、図１は概略的に描かれたばね５６を示し、該ばね５６は流路１２に向かう方向のばね力をディスク形状のレバー２８に加える。ばね５６の力の作用点や、ばね５６の構成及び配置は広範囲に亘って変更可能であるので、ばね５６の図示は概略的である。例えば、ばね５６は圧縮ばね又は引っ張りばねとして構成することが考えられる。同時に、ばね５６は復帰ばねとしても役立ち、この場合、例えばスリーブ５４を介してディスク形状のレバー２８を付勢する。

作動軸１４、即ち、該作動軸１４にしっかりと連結されたディスク形状のレバー２８に押圧力が発生され、該押圧力が第２軸受ブッシュ２２に向かう方向、即ち、流路１２に向かう方向に作用することが本発明にとって本質的なことである。本実施形態ではばね５６によって発生される付勢力でもって、雌形の球形状の湾曲面を備えたディスク形状のレバー２８の後壁面５２がシールディスク４６の球形状の面５０に対して押圧される。同時に、シールディスク４６はその軸線方向でみて反対側の端４８にて第１軸受ブッシュ２０の第１軸方向端に押圧され、そして、第１軸受ブッシュ２０は固定の止め４２に押圧される。

作動軸１４が第１軸受ブッシュ２０に対して僅かに傾動可能であるので、ディスク形状のレバー２８もまた軸線に対して僅かに傾動可能であり、そして、シールディスク４６が作動軸１４に対して可動にして該作動軸１４を囲繞して配置されているので、たとえアライメント及び平行度に僅か誤差が存在していても、シールディスク４６の前記平坦な面４８は第１軸受ブッシュ２０上に面接触した状態で常時寄り掛かり、そして、ディスク形状のレバー２８の後壁面５２に対し、シールディスク４６における前記面５０の周方向の線接触が確実となる。

これにより、作動軸１４に沿い又は径方向外側にギャップが存在しないので、汚れた水や塩類又は他の汚染物質が外部から第１軸受ブッシュ２０に到達することはない。更に、周方向の溶接継ぎ目３０がディスク形状のレバー２８に対して作動軸１４に沿うシールを提供しているので、排ガスの流路１２から排ガスが外部に漏れることはなく、径方向の排ガスの漏れはシールディスク４６の２つのシール面４８，５０によって回避される。

作動軸１４がアクチュエータを経てディスク形状のレバー２８とともに回転されるとき、第１軸受ブッシュ２０とシールディスク４６との間に相対移動がもたらされるが、しかしながら、大きく且つ平坦な面接触面により、シールディスク２６は多量の摩耗を伴うことなくシール効果を不変に維持して平坦な第１軸受ブッシュ２０上を摺動する。

作動中、考慮されてない構成部品及びアセンブリの公差が生じるか、又は、例えば、熱負荷の変動に起因した熱膨脹又は使用によって摩耗が生じたなら、シールディスク４６の位置及び作動軸の位置が対応して適合し、これより、今までの充分なシールが軸線方向及び径方向の両方向にて確保される。

付け加えて、外部からの塵埃の侵入はスリーブ５４によって妨げられ、該スリーブ５４は汚れた水との直接的な接触を阻止する。フラップ装置及びそのシールは低摩耗に起因して長い寿命を有し、構成部品の点数が少ないために組み付けが簡単である。

保護範囲は上述したフラップ装置に制約されるものでなく、種々の改良及び構造的な変更が考えられることは明らかである。特に、押圧力は異なる方式で付与可能である。更に、作動軸１４及びディスク形状のレバー２８の接続は異なる方式で実現可能である。最後に、ディスク形状のレバー２８及びシールディスク４６の２つの球形状の面は互いに逆向きに湾曲していてもよい。

Claims (12)

1. 内部に流路（１２）が形成されたフローハウジング（１０）と、
   作動軸（１４）と、
   前記流路（１２）内にて前記作動軸（１４）に配置されたフラップ本体（１６）と、
   前記フローハウジング（１０）のハウジングボア（２４）であって、該ハウジングボア（２４）を通じて前記作動軸（１４）が外部に突出する、ハウジングボア（２４）と、
   前記作動軸（１４）に固定されたディスク形状のレバー（２８）と、
   前記ハウジングボア（２４）内に固定して配置され、前記作動軸（１４）の傾動を許容する軸受ブッシュ（２０）と、
   少なくとも部分的に球形状の面（５０）を有するシールディスク（４６）と
   を具備し、
   前記ディスク形状のレバー（２８）はその後壁面（５２）にて前記シールディスク（４６）における前記少なくとも部分的に球形状の面（５０）に押し付けられていることを特徴とする内燃機関のフラップ装置。
2. 前記シールディスク（４６）の前記面（５０）は雄形の球形状をなす一方、前記ディスク形状のレバー（２８）の前記後壁面（５２）は少なくとも部分的に雌形の球又は円錐の形状をなし、
   前記シールディスク（４６）における前記面（５０）の曲率半径は、前記ディスク形状のレバー（２８）における前記後壁面（５２）の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のフラップ装置。
3. 前記ディスク形状のレバー（２８）の前記後壁面（５２）は少なくとも部分的に雄形の球形状をなす一方、前記シールディスク（４６）の前記面（５０）は雌形の球形状をなし、
   前記シールディスク（４６）における前記面（５０）の曲率半径は、前記ディスク形状のレバー（２８）における前記後壁面（５２）の曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のフラップ装置。
4. 前記シールディスク（４６）は前記作動軸（１４）に対して可動且つ前記作動軸（１４）を径方向に囲繞して配置されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の内燃機関のフラップ装置。
5. 前記作動軸（１４）を備えた前記ディスク形状のレバー（２８）を前記流路(１２)に向かう方向に押し付けるばね（５６）を備えている請求項１〜４の何れかに記載の内燃機関のフラップ装置。
6. 前記シールディスク（４６）における前記少なくとも部分的に球形状の面（５０）とは軸線方向に反対側の平坦な面（４８）は、前記軸受ブッシュ（２０）の平坦な面に対して押し付けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の内燃機関のフラップ装置。
7. 前記軸受ブッシュ（２０）はカーボン軸受ブッシュであることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の内燃機関のフラップ装置。
8. 前記シールディスク（４６）とは反対側の前記軸受ブッシュ（２０）の軸線方向端は前記ハウジングボア（２４）の止め（４２）上に寄り掛かっていることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の内燃機関のフラップ装置。
9. 前記作動軸（１４）は、前記軸受ブッシュ（２０）に対して径方向内側に位置付けられた領域（４４）にて凸形状に形成されていることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の内燃機関のフラップ装置。
10. 前記作動軸（１４）及び前記ハウジングボア（２４）の各々は、前記流路（１２）と前記軸受ブッシュ（２０）との間に少なくとも１つの肩部（３５，４０）を含むことを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の内燃機関のフラップ装置。
11. 前記ディスク形状のレバー（２８）は前記作動軸（１４）に周方向の溶接継ぎ目（３０）又は形状的に密な嵌合でもって接続されていることを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載の内燃機関のフラップ装置。
12. 前記ディスク形状のレバー（２８）はその外周面上に配置されたスリーブ（５４）を有し、該スリーブ（５４）は前記流路（１２）に向かう方向に延びていることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載の内燃機関のフラップ装置。
    

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