JP6631354B2 - 排ガス用バルブ - Google Patents

Description

本発明は、高温の排ガスが流れる環境下で用いられる排ガス用バルブに関するものである。

エンジンの排気系に接続された二段過給機には、低圧段側過給機のタービンをバイパスするバイパス流路が設けられると共に排ガスの流れをバイパス流路に切り換えるためのバイパスバルブが設けられる。

このバイパスバルブは、バルブハウジング内の排ガス流路を回動自在な弁体で開閉するバタフライ弁からなる。

弁体を支持するシャフトは、バルブハウジングの軸孔に挿入されると共に、筒体状のブッシュを介してバルブハウジングに回転自在に支持されている。また、軸孔には、ブッシュの抜け止めをするためのカラーが嵌合されている。カラーは、環状に形成されており、外径及び内径がブッシュより若干大きく設定されている。

特開２０１６−０１１６４０号公報 特開２０１５−０４０５７７号公報 特開平０６−１０９０２６号公報

ところで、バイパスバルブ等、高温の排ガスに晒される排ガス用バルブでは、排ガス流路に高温の排ガスが流れるため、バルブハウジング、ブッシュ及びカラー等の材料は、熱膨張係数を考慮して選定される。具体的には、ブッシュは、熱膨張してもシャフトを回転自在に支持するようにバルブハウジングより熱膨張係数が小さな材料が選定される。また、カラーは、熱膨張によりバルブハウジングの軸孔により強固に嵌合してブッシュからのスラスト荷重を受けるようにバルブハウジングより熱膨張係数が大きな材料が選定される。

また、カラーが熱膨張するときバルブハウジングには軸孔を拡げる方向の力が作用することとなるため、材料を選定するにあたってはバルブハウジングに過大な力が作用しないよう材料を選定することが求められる。

しかしながら、排ガス用バルブはエンジンのオンオフ等によって熱膨張と熱収縮を繰り返すため、材料の選定のみではバルブハウジングの健全性を長期間保つことは難しいと考えられる。すなわち、長期間の使用により軸孔周りのバルブハウジングが傷む可能性が考えられ、軸孔周りのバルブハウジングが傷んだ場合、軸孔が拡がり、軸孔からカラー及びブッシュが抜け出る可能性も考えられた。

本発明の目的は、バルブハウジングの軸孔からカラー及びブッシュが抜け出る可能性を低減できる排ガス用バルブを提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明に係る一態様の排ガス用バルブは、排ガス流路が形成されたバルブハウジングと、前記バルブハウジングの排ガス流路を開閉する弁体と、前記弁体を支持し、その両端がバルブハウジングに軸支されるシャフトとを備えた排ガス用バルブであって、前記バルブハウジングに設けられ前記シャフトの両端部を収容する軸孔と、前記軸孔内に挿入され前記シャフトの端部と係合して前記シャフトを回転自在に支持するブッシュと、前記ブッシュの外側の軸孔に嵌合されると共に前記バルブハウジングより熱膨張係数が大きな材料で形成されたキャップ状のカラーとを備えたものである。

本発明の排ガス用バルブによれば、バルブハウジングの軸孔からカラー及びブッシュが抜け出る可能性を低減できる。

本発明の一実施の形態に係る排ガス用バルブの正面断面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 排ガス用バルブが用いられるエンジンの排気系の説明図である。 図１の要部拡大図である。 図４のＢ−Ｂ線矢視図である。 ブッシュが軸孔から抜け出る可能性が考えられた排ガス用バルブの要部拡大図である。

以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。なお、排ガス用バルブについては、説明の便宜のため、図１に示す排ガス用バルブの正面を前方と定め、これを方向の基準とする。

図３に示すように、排ガス用バルブ１は、過給機２のタービン３をバイパスするためのバイパス管４に設けられ、高温に晒される。なお、排ガス用バルブ１は、エンジンＥからの排ガスを大気に放出するための排気管５に設けられてもよく、排気再循環通路６等に設けられてもよい。

図１及び図２に示すように、排ガス用バルブ１は、排ガス流路７が形成されたバルブハウジング８と、バルブハウジング８の排ガス流路７を開閉する弁体９と、弁体９を支持し、その両端がバルブハウジング８に軸支されるシャフト１０とを備える。

バルブハウジング８は、鋳鉄又は鋳鋼からなる。バルブハウジング８は、厚板状に形成されたハウジング本体部８ａと、ハウジング本体部８ａと一体に形成され車両のフレーム（図示せず）等に取り付けられる取付基部８ｂとを備える。

ハウジング本体部８ａには、排ガス流路７が板厚方向（前後方向）に貫通して形成されると共に、シャフト１０の両端部を収容するための軸孔１１が排ガス流路７と直交して形成されている。

排ガス流路７は、ハウジング本体部８ａの略中央に形成されている。排ガス流路７の延長方向（前後方向）の中央には、弁体９を着座させるための弁座１２が形成されている。

軸孔１１は、排ガス流路７の両側に左右方向延びて形成されている。また、軸孔１１は、内側（排ガス流路７側）に形成された小径孔部１１ａと、外側に形成されると共に小径孔部１１ａより大径に形成された大径孔部１１ｂとを有する。小径孔部１１ａは、シャフト１０の外周を微少な隙間を隔てて覆うようにシャフト１０の外径より僅かに大きな内径に形成されている。大径孔部１１ｂは、シャフト１０の外周を覆うブッシュ１３が収容できる内径に形成されている。また、バルブハウジング８には、軸孔１１をバルブハウジング外側に延長させる延長ボス部２４が形成されている。延長ボス部２４は筒状に形成されている。

シャフト１０は、大径孔部１１ｂ間に位置するシャフト中央部１０ａが大径に形成されると共に、大径孔部１１ｂ内に位置するシャフト端部１０ｂが小径に形成されている。また、シャフト１０の一端はバルブハウジング８から延出されている。シャフト１０の一端には、シャフト１０の径方向に延びるレバー１４が設けられており、レバー１４が回動されることでシャフト１０が回動するようになっている。また、レバー１４とバルブハウジング８との間には、バルブハウジング８に対してレバー１４を離間させる方向に付勢するためのバネ１５が受座１６、１７を介して設けられている。

図１及び図４に示すように、ブッシュ１３は、シャフト１０を回転自在に支持するためのものであり筒状に形成されている。ブッシュ１３は、内径がシャフト端部１０ｂの外径よりも大きく形成されている。これによりブッシュ１３は、シャフト端部１０ｂに対して回転自在となっている。また、ブッシュ１３は、外径が大径孔部１１ｂの内径よりも小さく形成されている。これによりブッシュ１３は、大径孔部１１ｂに対して回転自在となっている。また、ブッシュ１３は、大径孔部１１ｂと小径孔部１１ａとの間に形成された段部１８に当接されており、軸孔１１内方への移動を規制されている。ブッシュ１３の軸孔１１外側（排ガス流路７とは反対側）の端部には、縮径部１９が形成されている。縮径部１９は、外径が段状に小さくなるように形成されている。ブッシュ１３は、バルブハウジング８よりも熱膨張係数が小さな金属材料で形成されている。

また、ブッシュ１３より軸方向外側の大径孔部１１ｂには、ブッシュ１３の抜け止めをするためのカラー２０ａ、２０ｂが嵌合されている。カラー２０ａ、２０ｂは、バルブハウジング８よりも若干熱膨張係数が大きな金属材料からなり、ブッシュ１３より大径のキャップ状に形成されている。ここでいうキャップ状とは、蓋の形状であり、大径孔部１１ｂに嵌合する筒部２１の一端に、筒部２１の開口を塞ぐ蓋板部２２ａ、２２ｂが形成された形状である。すなわち、カラー２０ａ、２０ｂは、蓋板部２２ａ、２２ｂと、蓋板部２２ａ、２２ｂの外周に一体に設けられた筒部２１とを備える。

具体的には、カラー２０ａ、２０ｂには、シャフト１０が貫通する孔付き円盤状に形成された蓋板部２２ａを有する第１カラー２０ａと、円盤状に形成された蓋板部２２ｂを有する第２カラー２０ｂとがある。

筒部２１は、熱膨張したときの径方向外方への力がバルブハウジング８の強度に対して過大とならないように厚さ寸法ｔ（径方向の寸法）が設定されている。具体的には、筒部２１の厚さ寸法ｔは、シャフト１０の外径と大径孔部１１ｂの内径との差Δｄの１／２以下、１／５以上に設定されている。またこれにより、カラー２０ａ、２０ｂは、ブッシュ１３と軸方向に当接する面積が小さくされている。これにより、カラー２０ａ、２０ｂがブッシュ１３から受ける力が弱められるようになっている。

また、筒部２１は、ブッシュ１３の縮径部１９の外周を覆う位置に延びてブッシュ１３の縮径部１９と遊嵌される先端部２３を有する。先端部２３は、カラー２０ａ、２０ｂとバルブハウジング８とが嵌合する長さを延長させる。先端部２３は、バルブハウジング８に対するカラー２０ａ、２０ｂの嵌合を強化させる。

図４及び図５に示すように、バルブハウジング８の延長ボス部２４には、カラー２０ａ、２０ｂを係止するためのカシメ部２５が形成されている。カシメ部２５は、軸孔１１の外側の開口端に臨む位置をかしめて形成されており、軸孔１１の径方向内方に突起する。カシメ部２５は、カラー２０ａ、２０ｂの軸孔１１外への移動を規制する。

次に本実施の形態の作用を述べる。

排ガス流路７に高温の排ガスが流れると、バルブハウジング８は高温の排ガスに直接晒されて昇温し、ブッシュ１３及びカラー２０ａ、２０ｂがバルブハウジング８からの伝熱で昇温する。これにより、バルブハウジング８、ブッシュ１３及びカラー２０ａ、２０ｂは、それぞれ熱膨張する。このとき、ブッシュ１３は、バルブハウジング８より熱膨張係数が小さいため、熱膨張しても大径孔部１１ｂの内周面に対して圧着されることはなく、シャフト１０を回転自在に支持し続ける。また、カラー２０ａ、２０ｂは、バルブハウジング８より熱膨張係数が大きいため、熱膨張することで軸孔１１の内周面を形成するバルブハウジング８により強固に圧着される。

この際、カラー２０ａ、２０ｂは、キャップ状に形成されているため、熱膨張する際に強固な膨張とはならず、バルブハウジング８に適正な力で嵌合される。

図６は、本実施の形態に先行して開発されたカラー３０の断面図である。本実施の形態に係るカラー２０ａ、２０ｂの作用を、図６に示す先行技術のカラー３０と比較しながら説明する。

図６に示すように、先行技術のカラー３０は、断面矩形状に形成されると共に径方向の厚さ（肉厚）が全長に亘って厚く形成されていたため、熱膨張するとバルブハウジング８を大きな力で径方向外方に押すことが考えられた。特に延長ボス部３２は過大な力を受けることで傷むことが考えられた。また、カラー３０とブッシュ３１は、広い面積で軸方向に当接しており、ブッシュ３１が軸方向に熱膨張するとその軸方向の力が全てカラー３０に伝達されることが考えられた。

これに対し、本実施の形態に係るカラー２０ａ、２０ｂはキャップ状に形成されており、筒部２１で肉厚が小さくされているため、熱膨張してもバルブハウジング８に及ぼす力は小さく、バルブハウジング８が傷むほどではない。そして、筒部２１は、ブッシュ１３と軸方向に当接する面積が小さくされていることから、カラー２０ａ、２０ｂがブッシュ１３から受ける軸方向の力を弱めることが考えられる。

また、カラー２０ａ、２０ｂは、ブッシュ１３に形成された縮径部１９の位置まで延びる先端部２３を有し、先行技術のカラー３０よりも先端部２３の長さ（縮径部１９を覆う長さ）だけ軸方向に長く形成されているため、より広い面積でバルブハウジング８に嵌合する。またさらに、蓋板部２２ａ、２２ｂは、軸方向の寸法が小さいため、熱膨張しても軸方向に変形することができ、バルブハウジング８がカラー２０ａ、２０ｂから受ける力を小さくできる。そして、蓋板部２２ａ、２２ｂは、カラー２０ａ、２０ｂの軸孔１１外側の端に位置するため、筒部２１と接続される角部を軸孔１１の内周面に押し付けることができる。

また、万一、カラー２０ａ、２０ｂに大きな軸方向の力が作用した場合であっても、軸孔１１の開口端には、カシメ部２５が軸孔１１の径方向内方に突起して形成されているため、カラー２０ａ、２０ｂがカシメ部２５を越えて軸孔１１外に抜け出るのを抑えることができる。

このように、ブッシュ１３の外側の軸孔１１に嵌合されると共にバルブハウジング８より熱膨張係数が大きな材料で形成されたキャップ状のカラー２０ａ、２０ｂを備えるものとしたため、カラー２０ａ、２０ｂが熱膨張時にバルブハウジング８に及ぼす力を容易に最適化できると共に、カラー２０ａ、２０ｂがブッシュ１３から受ける力を弱めることができ、バルブハウジング８の軸孔１１からカラー２０ａ、２０ｂ及びブッシュ１３が抜け出る可能性を低減できる。

また、カラー２０ａ、２０ｂは、蓋板部２２ａ、２２ｂとその蓋板部２２ａ、２２ｂの外周に一体に設けられた筒部２１とを備え、筒部２１の先端部の先端部２３がブッシュ１３に形成された縮径部１９に遊嵌されるものとしたため、カラー２０ａ、２０ｂとバルブハウジング８とが嵌合する面積を簡易な構造で拡げることができ、バルブハウジング８の軸孔１１からカラー２０ａ、２０ｂ及びブッシュ１３が抜け出る可能性をより低減できる。

バルブハウジング８には、カラー２０ａ、２０ｂを係止するためのカシメ部２５が形成されるものとしたため、バルブハウジング８の軸孔１１からカラー２０ａ、２０ｂ及びブッシュ１３が抜け出る可能性をより低減できる。

なお、ブッシュ１３及びカラー２０ａ、２０ｂは金属材料からなるものとしたが、金属材料と同等の強度及び耐熱性を有するものであれば樹脂、ファインセラミックス等の他の材料からなるものであってもよい。

１ 排ガス用バルブ
７ 排ガス流路
８ バルブハウジング
９ 弁体
１０ シャフト
１１ 軸孔
１３ ブッシュ
２０ａ カラー
２０ｂ カラー

Claims (3)

1. 排ガス流路が形成されたバルブハウジングと、前記バルブハウジング内の排ガス流路を開閉する弁体と、前記弁体を支持し、その両端がバルブハウジングに軸支されるシャフトとを備えた排ガス用バルブであって、
   前記バルブハウジングに設けられ前記シャフトの両端部を収容する軸孔と、
   前記軸孔内に挿入され前記シャフトの端部と係合して前記シャフトを回転自在に支持するブッシュと、
   前記ブッシュの外側の軸孔に嵌合されると共に前記バルブハウジングより熱膨張係数が大きな材料で形成されたキャップ状のカラーとを備えたことを特徴とする排ガス用バルブ。
2. 前記カラーは、蓋板部とその蓋板部の外周に一体に設けられた筒部とを備え、前記筒部の先端部が前記ブッシュに形成された縮径部に遊嵌される請求項１に記載の排ガス用バルブ。
3. 前記バルブハウジングには、前記カラーを係止するためのカシメ部が形成された請求項１又は２に記載の排ガス用バルブ。

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