JPH07507618A - 内燃機関の排気制御弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関の排気制御弁 発明の分野 本発明は、広（は内燃機関に関し、より限定的には、排気ガス流を選択的に制御 する排気制御弁、それも、この制御が、たとえば、エンジンのコールドスタート 後の限られた時間の間、排気ガスがそらされることによって、主触媒コンバータ に入る前に、閉連結された触媒を流通せし、められ、それによりコールドスター ト時の排気ガス触媒処理を促進させる排気制御弁に関するものである。

発明の背景及び要約 現在の自動車の排気装置は、内燃機関の動力により駆動され、典型的には触媒コ ンバータ装置を備えている。効率を最大にするには、この種のコンバータ装置は 、一定の高い温度まで加熱せねばならない。この加熱は、典型的には、接触コン バータ装置を流通する排気ガスにより行なわれるので、コールドスタート後に触 媒コンバータ装置が最大効率に達するまでには固有の遅れが存在する。

このため、コールドスタート時の最大効率化を促進させるため、主触媒コンバー タがウオームアツプされるまでに、排気ガスが先ず通過する密閉連結された触媒 を用いる提案がなされてきた。その典型的な配置形式では、密閉連結された触媒 と排気制御弁との並列的な組合せが、エンジンの排気マニホールドと主触媒コン バータ入口との間に配置されている。排気制御弁は常時開の弁だが、エンジン始 動時には遠隔操作により閉じられ、密閉連結された触媒を排気ガス流が通過せし められ、その後で主触媒コンバータに入るようにされる。密閉連結された触媒は 、主触媒コンバータより早（発効するので、触媒コンバータ装置は、主触媒コン バータだけの場合より早（最大効率に達することができる。主触媒コンバータが 十分に加熱され、適正な効率に達すると、排気制御弁が遠隔操作により常時開の 状態へ戻される。排気ガス流は、主触媒へ入る前に、密閉連結された触媒を通過 するより、むしろ、新たに開かれた最も制限の少ない排気制御弁の流路を通って 、直接に主触媒コンバータに達する。

排気制御弁は、どちらかと言えば厳しい環境に、熱的にも化学的にもさらされて いる。加えて、排気制御弁に対する信頼性要求も一層厳しくなっている。したが って、自動車メーカーは、手頃な費用で厳しい要求に応え得るように排気制御弁 を改良する必要がある。

この課題の解決が本発明の目的である。

本発明の特徴は以下の説明及びフレイムで詳説されるが、大体のところを言えば 、本発明は、弁体壁部の弁軸の軸受シール形式の改良に関するものであり、この 改良により、ジャーナル軸受からの排気ガスの漏れが防止される。このジャーナ ル軸受は、弁体壁部に取付けられ、弁ブレードが取付けられている弁軸内方部分 と、作動機構が取付けられている弁軸外方部分との間に設けられており、その予 想寿命にわたって信頼性のある弁操作を保証している。更に、いくぶん広く言っ て、本発明は金属ベローズと池の金属部分及び非金属部分との新規な組合せを含 んでいる。非金属部分はセラミック製のスラストワッシャである。以下で本発明 の現時点で有利な一実施例の説明を続けるため、参照する添付図面の簡単な説明 しておくのが適切であろう。これらの図面は、本発明を実施するに当って現時点 で考えられる最善の態様を示している。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の排気制御弁を有する内燃機関の排気装置の一部を示すブロック 図。

図２は、排気制御弁と弁アクチユエータとの横断面図。

図３は、図２の右側から見た弁ブレードの側面図。

図４は、図３の矢印４−４方向に見た図。

図５は、弁の起動レバーを図２の矢印５−５方向に見た拡大図。

図６は、図５の矢印６−６の方向に見た断面図。

図７は、弁軸の長手方向の図。

図８は、図２の部分拡大図。

図９は、図８の部分の変更態様を示した図。

有利な実施例の説明 図１は、本発明の原理を具体化する弁１ｏと、生触媒１２と密閉連結された触媒 １４とを有する典型的な排気装置の一例を示したものである。図１の弁１ｏは常 時開の弁であり、エンジンの排気ガスを、密閉連結触媒１４を通過させるより、 むしろ直接に主触媒１２へ通過させることができる。弁１０が閉弁操されると、 主触媒１２の入口とエンジンの排気マニホールドとの直接連通が阻止され、その 結果、排気ガスは、主触媒１２に入る前に、密閉連結触媒１４を強制的に流通せ しめられる。弁１．０の開閉は制御装置により遠隔操作される。制御装置は、エ ンジン操作に関わる状態を検知する入力部と、弁に隣接して設けられたアクチュ エータを介して弁を操作する出力部とを有している。

図２は、そのアクチュエータ１６を示し、図２〜図８には弁１０の詳細が示され ている。

弁１０は弁体１８を有し、弁体１８は、弁入口と弁出口との間に弁体１８を貫通 して延びる排気流路２２を取囲む円筒形壁部２０を有している。円筒形の弁軸２ ４が、流路２２に直径方向に差渡されている。弁軸２４が、他の弁部材に取付け られる前のそれ自体の形状は図７に示されている。弁軸２４は、また、３つの異 なる直径部分２４ａ、２４ｂ；２４ｃを有し、これらの部分は、図７の場合、右 から左へ順に小さくなっているため、図に見られるように２つの肩２４ｄ、２４ ｅが形成されている。軸部分２４ａは円形横断面を有し、その右端部はジャーナ ル軸受２６を介して壁部２０に軸受されている。軸部分２４ｂも、円形横断面を 有し、かつまたジャーナル軸受２６とは直径方向で反対側のジャーナル軸受２８ を介して壁部２０に軸受された中間部を有している。これら２つの軸受を介して 弁体１８に弁軸２４が軸受されていることにより、弁軸２４の軸線と合致する軸 線３０を中心とする弁軸２４の回転運動が可能になる。

図３と図４とにそれ自体が示されている弁ブレード３２は、流路２２内の弁部分 ２４ａに取付けられている。弁ブレード３２の中央区域には３つの異なる区域３ ２ａ、３２ｂ、３２ｃが形成されており、これらの部分が円形の孔３４を形成し 、これらの孔３４内へ弁軸部分２４ａが押ばめされている。区域３２ａ、３２Ｃ が軸線３０を中心として孔の一定の弓形の延びを形成する一方、区域３２ｂがこ れと向い合った弓形の延びを形成している。かくして、弁ブレード３２は、同一 平面上に位置せぬ２つの対向半部３２ｄ、３２ｅを有している。これらの半部は 、また非対称的である。

各ブレード半に３２ｄ、３２ｅは、対応する弓形縁部３２ｄ’、３２ｅ’　を有 している。これらの縁部は、それぞれ半円より僅かに小さい。これらの縁部３２ ｄ′、３２ｅ’　には、それぞれ縁部は３２ｆ、３２ｇが続いている。これらの 縁部３２ｆ、３２ｇは、それぞれ区域３２ａ、３２ｃに達し、軸線３０に対して 直角な、互いに平行の平面内に位置している。縁部３２ｄ′は、縁部３２ｆの近 （に舌状ストッパ３２ｈを備えている。弁ブレード３２は、回転のため、たとえ ば溶接などの適当な手段で弁軸２４と結合されている。　弁ブレード３２と軸受 ２８との間には、弁軸２４上に２個のワッシャ３６．３８が配置されている。更 に、第３のワッンヤ４０が、ワッシャ３６．３８とは反対側の、軸受２８の軸方 向面に配置されている。図５及び図６にそれ自体が示されている起動レバー又は 起動クランク４２は軸部２４ｃ上に配置され、弁軸の端部に固定されている。ベ ローズ４４は、軸部分２４ｂに配置され、起動レバー４２とワソンヤ４０との間 に延びている。

弁体１８は金属製、たとえば球状鉄製であり、ある程度の延性を有している。こ れによって、軸受２６゜２８は、弁体１８の内と外との間の壁部の、直径方向で 向い合った側のボスを貫通して延びる各取付孔５０．５２内に配置された後、各 クリンプ４６．４８により弁体内に保持される。軸２６を孔５０内に取付ける前 には、クリンプ４６は未だ形成されていない。これにより軸受２６は、軸受外周 に延びる肩５４が孔５０の肩５６に支えられるまで、弁体１８の外側から孔５０ 内へ押ばめされる。次いで、ボスの外側を軸受のほうへ折曲げ、クリンプが形成 される。壁部２０内へ軸受２６をこのように組付けることにより、壁部２０に対 する軸受の面対面のシールが可能になり、かつまた、軸受が弁軸２４の端部を受 容するジャーナル用袋穴を有しているので、排気ガスがこの軸受を介して弁内部 から漏れることはあり得ない。

また、レバー４２から排気ガスが漏れることのないようシールされた他方のジャ ーナルは、弁の外部に位置し、アクチュエータ１６に連結されている。軸受２８ は、軸受２６と同じ形式で孔５２内に配置されている。軸受２８と孔５２とは、 それぞれ、弁体１８の孔６０の支承肩５８を有している。しかし、以下の説明で 明らかとなるように、軸受２８は、部材３６．３８．４０，４２．４４と一緒に 弁軸２４上に前組付され、しかる後に孔５２内へそう人され、定位置にクリンプ される。したがって、完全した弁では、壁部２０と軸受２８とが面対面で密封さ れ、軸受外径（０，Ｄ。

）部からの排気ガスの漏れは生じることがない。しかし、軸受２６と異なり、軸 受２８は袋孔を有しておらず、軸部分２４ｂが貫通する貫通孔を有している。こ のため、弁軸外径と軸受内径（１，Ｄ、）との間の回転隙間からの排気ガス漏れ を防止する必要がある。

ワッンヤ３６は、金属ワンンヤであり、軸部分２４ｂ上に組付けられ、肩２４ｄ に支えられている。ワ、ソンヤ３８はセラミック製、たとえば酸化アルミニウム 製のスラストワッンヤであり、軸部分２４ｂ上に軸受２８からワッシャ３６を隔 てて配置されている。ワッンヤ４０はセラミック製、たとえば酸化アルミニウム 製のスラストワッンヤであり、軸部分２４ｂ上に取付けられ、軸受２８の外面側 に配置されている。ベローズ４４は軸部分２４ｂ上に組付けられている。レバー ４２は、軸部分２４ｃに取付けられ、ベローズ４４の半径方向近位端壁４４ａと 接触し、この端壁をレバー自体と肩２４ｅとの間に挟付けている。端壁４４ａは 穴を有し、弁軸２４が、この穴を貫通することによって、ベローズのこの軸方向 端部が軸線３０に心合せせしめられる。次いで、軸部分２４ｃの自由端部が変形 され、ヘッド６２が形成され、このヘッドによって、レバーが肩２４ｅとの間に ベローズ端壁４４ａを挟付ける状態が維持される。ベローズ４４の、軸方向で反 対側の端部は、開放された円形の軸方向壁部４４ｂを有し、この壁部に円形の半 径方向壁部４４ｃが内方へ続いている。壁部４４ｂはワッシャ４０の外径部に密 着し、これによりベローズ端部が、ワッシャ上で定心され、したがって軸線３０ とも心合せされる。完成した弁では、ベローズ４４が、レバー４２とワッシャ４ ０との間で弾性的に圧縮される。これは、弁軸２４に沿った部材３６．３８，２ ８．４０の軸方向寸法合計値と、肩２４ｄ、２４ｅの間隔との差が、ベローズ４ ４の非圧縮時の自由長さより小さいからである。

レバー４２とワッシャ３６とは、肩２４ｅ、２４ｄとそれぞれ接触することによ り弁軸２４に沿った定位置に配置される。ベローズ４４の弾性的な軸方向圧縮に より予圧力が生ぜしめられ、この予圧の力により壁部４４ｃが、連続的に、ワッ シャ４０の外面の半径方向外縁と面対面によるシール接触を強制され、他方、ワ ッシャ４０の内面は軸受２８の外面と面対面のシール接触を強制される。また、 同時に肩２４ｄがワッシャ３６の内面に強制接触せしめられ、ワッシャ３６の外 面はワッシャ３６の内面と面対面のシール接触を強制され、さらにワッシャ３８ の外面が軸受２８の内面と面対面のソール接触を強制される。

図５に示したレバー４２は非円形の穴４２ａを有し、この穴を介してレバー４２ は軸部分２４ｃにはめ込まれる。したがって、軸部分２４ｃは、当初、類似の形 状を有しており、この形状によりレバーがヘッド６２の形成に先んじて軸部分２ ４ｃに組付けられることができる。レバー４２には、また、穴４２ａから間隔を おいて円形の穴４２ｂが開けられている。穴４２ｂは、レバーに対するアクチュ エータ１６の運動を操作接続するために備えられている。

アクチュエータ１６のボディは、図２に見られるように、ブラケット６４によっ て弁体１８の外に取付けられている。アクチュエータの運動には、主として直線 的だが、遠位端部６８が右方へ曲げられ、レバー４２の穴４２ｂを貫通している ロッド６６の運動が含まれている。ロンド端部６８には、保持リング等の保持部 材７０が、図示のように取付けられ、端部６８が穴４２ｂから出た状態で保持さ れている。

アクチュエータ１６は従来式の真空により作動する装置である。ハウジング７２ が２つのチャンバ、すなわち真空室７４と大気室７６とにダイアフラム７８によ って分けられている。ばね８０がダイアフラム７８を大気室７６の方向へ予圧を 与えている。真室が真空室７４を支配しな（なり、真空室が大気圧になると、ア クチュエータは、図２に示されている開弁状態の弁１０に対応する位置をとる。

真空が真空室を支配すると、大気室内の圧力が増し、ばね８０の力に抗して真空 室７４の方向へダイアフラム７８を押圧する。アクチュエータのロッド６６はハ ウジング７２内へ引込められ、レバー４２が、したがってまた弁軸２４が回転せ しめられる。この結果、弁１０が閉弁される。壁部２０の内側には弓形の棚状部 ８２．８４が設けられ、ブレードの弓形縁部が、この棚状部に対して閉じられる 。真空室内に真空が支配しな（なると、アクチュエータのロンドロ６が伸び、レ バー４２と弁軸２４とを回転させ、開弁させる。全開位置は、舌状ストッパ３２ ｈが棚状部８４に接触することにより定められる。

図９に示された変更態様の場合、円環状のみぞ８６が、軸受２８の外側軸方向面 ２８に形成され、軸方向壁部４４ｂが、ワンンヤ４０に完全にかぶさって、みぞ ８６内へ延びている。みぞ８６の壁部には、壁部４４ｂ用の回転隙間を設けてお かねばならないが、有利には双方の間にラビリンス型式のシールを配置し得るよ うに寸法づけておく。

厳しい環境のため、材料の選択は重要である。ベローズ４４、ワッシャ３８、弁 軸２４、弁ブレード３２は、有利にはステンレス鋼である。ジャーナル軸受２６ ．２８も、有利にはステンレス鋼である。圧縮されたベローズにより生ぜしめら れる代表的な力は３〜４ポンドである。

弁を組立ろ過程は、既述のように、弁軸のサブアセンブリの組立てを含み、弁ブ レード３２が、その孔３４を軸受２６の袋孔と整列させつつ流路２２内へ配置さ れる間に、弁軸サブアセンブリが孔５２を通され、軸受け２８が孔５２内に座着 せしめられる。そう人の間、軸部分２４ａは孔３４を通過する。そう人後、クリ ンプ４８が形成され、弁ブレード３２が弁軸２４に溶接される。次いで、アクチ ュエータの口・ｙド端部６８がレバー４２に連結される。

弁軸とその関連部材には、出来るだけ良好なノールを達成するため、一定の精度 が必要であるのに対し、弁が閉じされている場合には、流路壁部に対する弁ブレ ードのソールには、同程度の精度は不要である。言いかえれば、弁からいく分漏 れが生じても、弁の特定の使用時には差支えない。更に、この弁は、以上に具体 的に示した型式とは異なる排気装置に使用することもできる。以上、現時点で有 利な、本発明の実施例を図示し、説明したが、本発明の原理は添付フレイムの範 囲内の他の実施例にも適用可能であることは言うまでもない。

国　ａ　１　嘗　翰　牛 フロントページの続き （７２）発明者　工ヴアーリンハム、ギヤリー　エムカナダ国　エヌ７エム　５ ジエー４　オンタリオ　チャザム　アールアール４ （７２）発明者　ヘーツエン、デヴイット　ジェームスアメリカ合衆国　４８１ ０３　ミシガン　アジア−バー　ロングマン　レーン　１０２（７２）発明者　 スウィートナン、ゴートン　ウィリアムセント　ジョン アメリカ合衆国　４８３８１　ミシガン　ミルフォード　イー　コマース　ロー ド　５２２

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．排気ガス流を選択的に制御する遠隔操作式排気制御弁を有する内燃機関排気 装置の改良装置であって、排気制御弁が、入口及び出口を有する弁体を有し、こ の弁体が、前記入口及び出口との間に弁部材を有し、この弁部材が、前記弁体上 で弁軸を介して回転運動するように軸受され、前記弁軸が、前記弁体壁部内に、 前記弁体の内側と外側との間に配置された軸受を貫通して延びており、前記弁軸 がアクチュエータと連結されている外側部分を有し、このアクチュエータを介し て前記弁の遠隔制御が行なわれ、前記軸受を介して前記弁体内側から排気が漏れ るのを防止する形式のものにおいて、前記軸受が、前記壁部の子しと面対面のシ ール接触をし、かつ前記壁部内に取付けられており、更にまた前記軸受が、前記 弁軸が貫通せしめられる穴を有しており、更にセラミック製ワッシャが、前記軸 受の反対側の軸方向面に配置され、前記軸受と面対面のシール接触をし、前記ワ ッシャの１個が、前記弁体の外側へ向いた前記軸受面と、同じく面対面のシール 接触しており、前記弁軸が前記セラミック製ワッシャを貫通し、ベローズが前記 弁軸上に配置され、軸方向の両端部を有し、これらベローズ端部の一方を前記弁 軸に対して閉じる手段が備えられ、前記ベローズの他端が前記セラミック製ワッ シャの１つと面対面でシール接触し、前記ベローズが軸方向に圧縮され、それに よってベローズが前記軸受に対し前記ワッシャを、また、前記１つのセラミック 製ワッシャに対し前記他方のベローズ端部を強制的に押付けることを特徴とする 改良装置。
2. ２．前記他方のベローズ端部が前記１つのセラミック製ワッシャに軸方向で完全 にかぶせられ、前記弁体の外側へ向いた、前記軸受の面に設けられたみぞ内へ延 びており、これにより、みぞと共にラビリンス形式のシールが形成されることを 特徴とする、請求項１記載の改良装置。
3. ３．前記弁軸に対して前記ベローズ端部の一方を閉じる前記手段が、前記弁軸の 肩に対し前記一方のベローズ端部を軸方向に挟付ける手段を有することを特徴と する、請求項１記載の改良装置。
4. ４．前記弁軸の肩に対し前記一方のベローズ端部を軸方向に挟付ける手段が、前 記弁軸と一体に形成されるヘッドを有することを特徴とする、請求項３記載の改 良装置。
5. ５．前記弁軸を回転させる前記起動レバーが、前記ヘッドと一方のベローズ端部 との間に挟付けられて配置されていることを特徴とする、請求項４記載の改良装 置。
6. ６．内燃機関から出る排気ガス流を選択的に制御する遠隔操作式排気制御弁であ って、この弁が弁体を有し、この弁体が入口及び出口を有し、かつまた前記入口 と前記出口との間に弁手段を有しており、この弁手段が弁軸を介して前記弁体に 回転可能に軸受され、前記弁軸が、前記弁体壁部内に、前記弁体の内側と外側と の間に配置された軸受を貫通して延び、前記弁軸が、アクチュエータと連結され る外側部分を有しており、このアクチュエータを介して前記弁の遠隔操作が行な われる形式のものにおいて、前記軸受を介して前記弁体内側から排気ガスが漏出 するのを防止する手段が備えられ、前記軸受が、配置されている壁内の孔と面対 面のシール接触し、前記弁軸が貫通する孔を有しており、また、セラミック製ワ ッシャが、前記軸受の軸方向の両面に前記軸受と面対面のシール接触が生じるよ うに配置され、前記セラミック製ワッシャの１つが、前記芽体外側へ向いた、前 記軸受の面と面対面のシール接触をしており、また、前記弁体が前記セラミック 製ワッシャを貫通し、前記弁軸上にベローズが配置され、軸方向両端部を有して おり、これら両端部の一端を弁軸に対して閉じる部材が備えられ、前記ベローズ の他端が一方のセラミック製ワッシャと面対面のシール接触をし、前記ベローズ が、軸方向に圧縮されることにより、前記複数ワッシャを前記軸受に対し、かつ また前記ベローズの一端を前記一方のセラミック製ワッシャに対し、強制的に押 圧することを特徴とする遠隔操作式排気制御弁。
7. ７．前記ベローズの他端が前記一方のセラミック製ワッシャに軸方向で完全にか ぶせられ、かつ前記弁体の外側へ向いた前記軸受の面に設けられたみぞ内へ延び ており、これにより、みぞと共にラビリンス形式のシールを形成していることを 特徴とする、請求項６記載の排気制御弁。
8. ８．前記ベローズの一端を前記弁軸に対し閉じる前記部材が、前記弁軸の肩に対 して前記ベローズの一端を軸方向に挟付ける部材を有することを特徴とする、請 求項６記載の排気制御弁。
9. ９．前記ベローズの一端を前記弁軸の肩に対し軸方向に挟付ける前記部材が、前 記弁軸と一体に形成されたヘッドを有することを特徴とする、請求項８記載の排 気制御弁。
10. １０．前記弁軸を回転させる前記起動レバーが前記ヘッドと前記ベローズの一端 との間に挟付けられた状態で配置されていることを特徴とする、請求項９記載の 排気制御弁。