JPH09511820A - 枢動可能なバルブフラップを装備した遮断弁または絞り弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 遮断弁、あるいは絞り弁が流路を取り囲むハウジング（１２）と、バルブの流れの断面を横切る回転軸（２０）を中心として枢動するバルブフラップ（１８）を有している。バルブフラップ（１８）は閉鎖位置で、回転軸を含み流体流方向を横切って延びる閉鎖面に位置し、フラップ（１８）の面のすべての位置の縁部で、運転中に予想される熱膨張によって越えられない距離だけハウジング（１２）から離隔している。バルブフラップ（１８）の周辺領域は、正面のパッキンとして機能する、当接縁部（３４、３６）と協働する。フラップ面は回転軸（２９）によって２つの部分面に分割される。それぞれの部分面は回転軸（２０）に向かって延長する当接縁部（３４、３６）を有し、当接縁部（３４、３６）のそれぞれが、バルブフラップ（１８）の別の側に配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】 枢動可能なバルブフラップを装備した遮断弁または絞り弁 本発明は、特に内燃機関の排気ガス負荷、除荷の役割を果す流路のための、流 路を取り囲むハウジング、及びバルブの流れの断面を横断する回転軸の周りに枢 動可能なバルブフラップを備えており、フラップ面が回転軸によって２つの部分 面に分割される遮断弁、あるいは絞り弁に関する。 熱膨張によって挟み込みが発生しないように、斜めのシリンダー断面形状を有 しており、その円周面が封止的に管壁あるいは円筒形のバルブハウジングと係合 するように、閉じた状態で流体流方向に対して斜めに配置されたバルブフラップ が公知である。挟み込みを避けるこの対策は、回転軸から最も遠く離れた外周部 分にのみ有効であり、軸方向では回転軸に対する斜め位置が成立しないので、回 転軸を横切る外周部分の領域ではこの対策は有効ではない。従って、そこでは熱 膨張を補う隙間を空けておかなければならないので、バルブはそこには密着しな い。複雑な形状のバルブフラップを製作するためには、外周に沿ってバルブフラ ップを研削、あるいはフライス削りしなければならないが、それにより、一方で は加工コストが高くなり、他方では、圧力の上昇とともに大きくなるバルブに発 生する漏れ損失を防止できない。 バルブハウジングの内壁に凹所を形成し、その凹所に回転軸から離れたバルブ フラップ部分が、流体流方向に対して斜 めに延びる前記の閉鎖位置にある場合に係合し、そのバルブフラップの断片に配 置され、閉鎖位置に正面でバルブフラップがその上に接触する止め面を有すると いうことが公知である。この様な実施形態の場合にも、バルブハウジングのフラ イス加工が必要であり、この変形例の場合に説明したように、バルブ軸を横切る バルブフラップの円周断片の領域の前記の漏れ損失が発生する。 バイパス閉鎖のためにバルブを用いて、熱交換機、あるいはバイパスを介して 廃ガスを導くために、廃ガス熱交換機と触媒コンバータを備えた内燃機関の排気 管にバルブを使用する場合、バイパスバルブの漏れにより、エネルギーが失われ る。その際、５０％以上の漏れ損失が発生することがある。 本発明は、温度が異なる場合でも確実に機能し、単純でコスト上有利に製造で き、狭い空間的状態でも比較的容易に組み込むことができる前記の種類のバルブ を形成するという課題に基づいている。特に、エンジンの設計に適合させたアイ ドリング状態、すなわちほぼ５００ｒｐｍでの内燃機関の廃ガス管路に５バール の背圧を発生させることに適している。更に、このバルブは、特に管路中の背圧 制御に適しており、その際開き角と妨害乱流の影響が小さい場合にも安定位置に 維持され、あるいは場合により調整可能な開圧によって逆止め弁として使用でき なければならない。 この課題を解決するために、閉鎖位置のバルブフラップが、回転軸を含み、流 れ方向を横切って延長する閉鎖面にあり、フラップ面の全ての位置の縁で、ハウ ジングからの距離を維 持し、動作中に予想される熱膨張によりその距離を超えないようにし、ハウジン グの各々の部分面の周辺領域が、各々一つの回転軸に向いた当接縁部を有し、こ の当接縁部が、バルブフラップの異なる側に配置され、それが正面側のパッキン として組み込まれるように前記のバルブを形成する。 この構造では、手間の掛かるバルブフラップ、あるいはバルブハウジングの加 工の必要がなく、更に押し抜きしたか、あるいは未加工のフラップ、及びハウジ ングを作成するための単純な管状材料を使用することができる。フラップの縁と ハウジングの内壁との間で環状に維持された距離により、挟み込みの危険がなく 、熱膨張を補うことができる。フラップの周辺が、正面側で当接縁部に隙間なく 接触するので、良好な密閉が保証される。 例えば、遮断弁として使用することに適した実施態様によると、回転軸はフラ ップ面を２つの同じ大きさの半分に分割している。 回転フラップバルブを使用する場合、サーボモータにより所望の開位置を設定 することができる。開角が小さい場合は、流れの乱れにより、この種のバルブは 不安定である。復帰力によって所望の背圧に調整することを可能にするバルブが 好ましい。その為、好ましい実施態様に従い、回転軸がフラップ面を大きさの異 なる２つの部分面に区分するよう、及び回転軸に対して平行なフラップの最大寸 法が、同じ方向に測定した流路の幅よりも小さくなるように、本発明によるバル ブを形成する。 背圧が最大のフラップの部分面に作用し、フラップ行程に依存した閉鎖方向復 帰力が、フラップに作用するようバルブを組み込んだ場合、フラップは常に安定 した位置に達し、その位置は復帰力の特性に応じた背圧を維持する。 特に好ましい実施形態は、ハウジングが回転軸が貫通する管状スリーブと、そ の管状スリーブが取り囲む２つの管セグメントから構成され、回転軸の異なる側 のそのバルブフラップに向いた管部分の縁が、閉鎖位置にあるバルブフラップの 面に対して平行に延びる面で当接縁部として機能し、バルブフラップの壁厚の少 くとも半分の回転中心からの距離まで回転軸に近付けられ、バルブフラップの枢 動領域の外に延びているということである。その簡単な構成は、管セグメントの バルブフラップに向いた縁が、回転軸に対して平行に延びる段部分により、バル ブの流れ方向に対して互いにオフセットした２つの部分に分割され、その部分が 各々閉鎖位置にあるバルブフラップの面に対して平行に延びるということである 。 その結果、取り付け場所でバルブハウジングを組立て、バルブの主要な部分が 、その中に軸受けで保持されたバルブフラップを備えた管状スリーブで構成され るので、空間的状況が困難であっても比較的簡単に取り付けることが可能となる 、特に簡単で費用効率の良い構造が提供される。それぞれバルブに結合しようと する末端を加工することにより、接続する管部品を準備する場合、管状スリーブ の中に押し込み、それと堅く結合するように、これらの管セグメントを整列させ ればよい。 特に狭い空間的状況の場合には、回転軸の直径の半分に対応する距離で、当接 縁部を回転軸に近付ける、及び、バルブフラップの壁厚が回転軸の直径を超えな いことにより、好ましい変形例が得られる。その結果、バルブフラップが開位置 にある場合には、オフセットされた縁部が回転軸と係合するまで、バルブフラッ プを備えた管状スリーブを最初の管の末端までずらすことが可能になり、バルブ の別の側の管に続く管の末端がスリーブと整列し、両方の管の末端がスリーブの 中に適切に位置決めされ、スリーブが管の末端と結合されるまで、スリーブがそ の管の末端に載置される。この様に、後からバルブを取り付けのためにそこから 断片を取り出し、管路の末端に適切に段階を付けた管路を一時的に取り外すこと なく組み込むことができる。 軸が流れの断面を横断する場合、背圧が軸の両側に作用し、互いに対向して作 用する回転モーメントが発生するので、閉鎖力は両方の回転モーメントの差に打 ち勝てばよい。もちろん、バルブハウジングの一部が枢動フラップを載置する役 割を果すスリーブ状のエレメントにより結合された２つの管セグメントによって 形成される前記の単純な構造の場合のこの構造形態は、管の末端を加工すること を前提条件としている。回転軸が流れの断面の外を通過する場合、閉鎖位置のフ ラップは、上流に位置する管の末端とのみ係合するので、平坦なリング面を形成 するように、その末端を切断するだけで十分である。しかしながら、この場合、 フラップの力均衡は考慮されないので、閉鎖力が、全背圧に対して逆に作用しな けれ ばならない。例えば、５バールの背圧の場合に、閉鎖装置の所要スペースにより 著しい問題が生じることがある。 本発明の一つの変形例は、枢動フラップを支えるエレメントによって囲まれた スリーブ状の２つの管セグメントを有する比較的簡単な構造形態を保持し、高い 密閉効果を保証し、その際、管末端の加工を制約して、平坦に切断することによ って、管セグメントを切り離すという課題に役立つ。 こうした変形例の場合、本発明は流路を取り囲むハウジング、及び軸の回りに 枢動可能な、特に内燃機関の負荷管路、あるいは廃ガス管路の役割を果す流路の ためのバルブフラップ、及びハウジングの外で軸と結合された調整レバーを備え た遮断弁、あるいは絞り弁を出発点にしている。その際、解決法は流路がハウジ ングの中で、間隔を置いて同軸に互いに配置された２つの管セグメントによって 形成され、管セグメントが共通してフラップ・ハウジングに取り囲まれ、その中 でバルブフラップが回転軸を含み、バルブフラップの軸を含み流体流方向を横切 って延びる閉鎖面でフラップ・ハウジングに開放し、平坦なリング面を形成する 上流の管セグメントの末端を覆い、他方バルブフラップが、開位置では両方の管 セグメントの間で流れの経路から離れるように枢動し、調整レバーが復帰力によ ってフラップの閉位置に関係する位置の方向に負荷を受け、復帰力の方向にフラ ップの上流の流路の中で支配的なガス圧の負荷を受けるピストンと結合され、そ の際ガス圧に晒されたピストン面が、閉鎖位置でフラップに覆われる管セグメン トの開断面よりも小さくなるように、及 び選択的に別のピストン面が復帰力を越える圧力に晒される。 この様に、横方向に載置されたフラップの場合でも、閉じたフラップの背圧が 、大部分ガス圧から導かれた対抗力によって補償されるので、バルブを密閉して 閉じるには、比較的僅かな付加的な力しか必要ではない。 好ましい実施形態は、ピストンが調整シリンダーの２つのチャンバを分離する ダイヤフラムを含み、チャンバの１つを横切り、そこから延びるプランジャが調 整レバーと結合され、ピストンに接続され、プランジャが横切るチャンバが圧力 源と連通可能で、別のチャンバが閉鎖面の上流で流路と結合され、好ましくは、 特に復帰力を発生させるために、プランジャが横切るチャンバ内の圧縮スプリン グを、ピストンとピストンに対抗するシリンダー壁との間に取り付けることであ る。 有利な実施態様では、プランジャを取り囲み、ピストンとシリンダー壁と密着 して結合するベローズとして圧縮スプリングを形成することができる。 非常に好ましい別の実施形態は、フラップの開きが増大するにつれて、復帰力 の実効線とフラップの回転軸との間の有効なレバーアームが減少するように、及 び復帰力と有効なレバーアームからの回転モーメントが漸減するように、復帰力 がレバーに作用するというものである。それにより、低回転数と低出力で、運転 状態のエンジンの熱出力を高めるための背圧装置としてバルブを使用することが できる。 ここで、図面に示した本発明の実施態様の記述に基づいて、詳しく説明する。 図１：本発明により形成した回転軸に対して直角な枢動フラップバルブの断面 図。 図２：図１に示した回転軸の方向のバルブの断面図。 図３：横方向に載置された枢動フラップを備えた変形例の断面図。 図４：背圧を補償するための装置の拡大図。 図５：漸減負荷を受ける枢動フラップとしてのバルブの変形例。 一般的に１０で示した円形の断面を有する管状の流管は、管状スリーブ１２の 領域で、その際両方の互いに離れた管セグメント１４及び１６に分割され、間に バルブフラップ１８を挿入することを可能にする距離を互いに有している。しか しながら、本発明は、流管の断面形状が異なる場合にも、特に断面が正方形であ る場合にも使用できる。バルブフラップ１８は、単純な押し抜き部品として形成 することができ、スリーブ１２に隣接する軸受け２２及び２４に支えられ、調整 、あるいは制御メカニズムと結合するために、スリーブ１２から片側で突出する 枢動軸２０と結合することができる。管状スリーブ１２及び管セグメント１４及 び１６は、共にバルブハウジング２６を形成する。 スリーブ１２から突出する枢動軸２０の部分はランド２１を備えており、その ランドは、枢動軸を取り囲む圧縮スプリング２３の支えとなり、スプリングは、 軸受け２４の内部に配置され分離可能なキャップとして軸２０と一体に形成され た密閉フランジ２５を軸受け２４の内側に密封的に押し付け る。 バルブフラップ１８は、運転中の熱膨張の影響で予想される寸法の変化により 、バルブフラップの自由な運動を保証する距離を超えないように、バルブハウジ ング２６の内壁から十分な距離を保つ。 前記の実施態様の場合、バルブフラップ１８は、流体流方向及びスリーブ１２ の軸に対して直角にその閉鎖位置に延び、この閉鎖位置ではバルブフラップ１８ は、バルブフラップに向いた両方の管セグメント１４及び１６の縁に接触してい る。管セグメント１４及び１６によって妨げられずに、バルブフラップ１８がこ の閉鎖位置に達することができるよう、管セグメントは、バルブフラップ１８の 運動領域に窪み３０及び３２を備えなければならない。前記の実施態様の場合に は、枢動軸２０の両側の管セグメント１４及び１６の縁が、当接縁部３４及び３ ６としての役割を果す部分を有し、その部分は枢動軸２０に向かって延長し、そ の際開位置で、流体流方向に対して平行なバルブフラップ１８の位置を可能にす るために、少なくともバルブフラップ１８の厚さの半分に対応する枢動中心から の距離を保持する。バルブフラップ１８が閉鎖位置と開位置との間で妨げられる ことなく運動できるように、それぞれ連続したセグメント３８及び４０は当接縁 部３４及び３６に対してオフセットされる。 図３では、管状スリーブ１２の代わりに、フラップ・ハウジング１１２が、互 いに対向し、それぞれ平坦なリング面で終わる２つの管セグメント１１４及び１ １６の末端を取り囲 み、その際バルブフラップ１１８が閉鎖位置で、上流にある管セグメント１１４ の末端に接触し、バルブフラップの回転軸１２０が管セグメント１１４及び１１ ６の断面領域の半径方向外側で、この領域で軸１２０に対して平行な面１１７に よって限定されたフラップ・ハウジングを横切るが、フラップ・ハウジング１１ ２の対向する壁１１９は、その側で管セグメント１１４及び１１６に対して同心 に湾曲した形状とすることができる。 回転軸１２０は、フラップ・ハウジング１１２の外で、プランジャ１５６と係 合するレバー１５０を備えており、このプランジャは、シリンダー１６０の中の 複動ピストン１５８と結合している。ピストン１５８は、シリンダー１６０を２ つのチャンバ１６２及び１６４に分割するダイヤフラム１６６に結合している。 プランジャ１５６は、ベローズとして形成された圧縮スプリング１６８によって 取り囲まれ、このスプリングは、一方ではピストン１５８と、他方ではプランジ ャ１５６が延長するシリンダー壁と結合し、プランジャ１５６をシリンダー１６ ０の中へ引き込み、その結果、バルブフラップ１１８を開位置まで動かすように 動作する。 プランジャ１５６が横切るチャンバ１６２は、管路１７０を介して圧力源と連 携し、別のチャンバ１６４は管路１７２を介して閉鎖面の上流で管セグメント１ １４と連通している。 スプリング１６８は、チャンバ１６２が真空と連通するまで、バルブフラップ １１８をその開位置に保持し、その結果、プランジャ１５６が延長して、バルブ フラップがその閉鎖位 置に枢動するように、ダイヤフラム１６６とピストン１５８が動かされる。その 際自由な貫流の妨害が増大するにつれ発生する閉鎖面の上流の背圧が、真空の力 に対して逆に作用する。しかしながら、この背圧が、管路１７２を介してバルブ を閉じるために必要な方向にピストン１５８に作用するので、管セグメント１１ ４の流体流断面によりも小さい、ピストン１５８の表面は、閉じたバルブフラッ プ１１８に直接作用した背圧よりも小さい力を及ぼすことにより、バルブフラッ プ１１８を閉鎖位置に保持するには真空の比較的僅かな力で十分である。 図５には、概略図で本発明よるバルブを装備した管セグメント１０を示してお り、そこから枢動軸２０が突出している。枢動軸２０は、レバーアーム５０を形 成する曲がった末端セグメントを有している。レバーアーム５０を支える軸２０ の末端よりも、更に管セグメント１０の軸５１から離れているレバーアーム５０ の自由末端は、バルブフラップ１８を閉鎖位置に偏向しているスプリング５２と 係合し、そのスプリングは、枢軸５４に支えられている。その際バルブフラップ １８の開きが増大するにつれて、枢動軸２０とスプリング５２の有効線との間の 有効なレバーアームが減少して、その結果生じるスプリングの力と有効なレバー アームによる回転モーメントが漸減するように配置を行う。 その結果として、熱需要がある場合に、排気ガスの背圧条件によりエンジンの 高い熱放出を達成し、その際流量の増大に伴い、エネルギーを消費する背圧が自 動的に減少するよう に、背圧装置として有利にバルブを内燃機関の排気ガス管路に使用することがで きる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流路と、バルブの流れ断面、特に排気ガスの負荷又は排気のために配置され る内燃機関の流路を横切って延長する回転軸（２０）を中心として枢動可能に配 置されるバルブフラップ（１８）とを包囲するハウジング（２６）を備え、バル ブフラップの表面は前記回転軸（２０）によって一対の部分に分割されている、 遮断弁もしくは絞り弁において、閉鎖位置でのバルブフラップ（１８）が、回転 軸（２０）を含み、流体流方向を横切って延長する閉鎖面に配置され、バルブフ ラップ（１８）の平面の全ての側の位置の縁部で、ハウジング（２６）からの運 転中に予想される熱膨張によって越えられない距離を保持し、ハウジング（２６ ）の周辺部分がそれぞれ回転軸（２０）に向かって延長する当接縁部（３４、３ ６）を含み、該当接縁部（３４、３６）がバルブフラップ（１８）の異なる側に 配置され、それが正面側のパッキンを形成することを特徴とする、遮断弁もしく は絞り弁。 ２．回転軸（２０）が、フラップ面を２つの異なる大きさの部分面に分割し、回 転軸（２０）に対して平行なフラップの最大の寸法が、同じ方向に測定した流路 の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のバルブ。 ３．ハウジング（２６）が、回転軸（２０）が横切る一つの管状スリーブ（１２ ）、及びこの管状スリーブ（１２）が取り囲む２つの管セグメント（１４、１６ ）を備え、回転 軸（２０）の異なる側のそのバルブフラップ（１８）に対向する管セグメント縁 部が、バルブフラップ（１８）のための当接縁部として、閉鎖位置にあるバルブ フラップ（１８）の平面に対して平行に延びる面で機能し、少くともバルブフラ ップ（１８）の壁厚の半分に対応する距離だけ回転中心から離隔するように回転 軸（２０）に向かって延長し、引き続きバルブフラップ（１８）の枢動領域の外 に延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブ。 ４．バルブフラップ（１８）に対向する管セグメント（１４、１６）の縁部が、 回転軸（２０）に対して平行に延びる段部によって、バルブの流方向にオフセッ トした２つのセグメント（３４、３８；３６、４０）に分割され、そのセグメン トがそれぞれ閉鎖位置にあるバルブフラップ（１８）の面に対して平行に延びて いることを特徴とする請求項３に記載のバルブ。 ５．当接縁部（３４、３８）が、回転軸（２０）の直径の半分に対応した距離で 回転軸から離隔するように、回転軸（２０）に向かって延長し、バルブフラップ （１８）の壁厚が、回転軸（２０）の直径を超えないことを特徴とする請求項３ に記載のバルブ。 ６．流路と、バルブの流れ断面、特に排気ガスの負荷又は排気のために配置され る内燃機関の流路を横切って延長する回転軸（１２０）を中心として枢動可能に 配置されるバルブフラップ（１１８）とを包囲するハウジング（１１２）とハウ ジング（１１２）の外側で軸（１２０）に接続され る調節レバー（１５０）とを備える遮断弁もしくは絞り弁において、前記流路は 、フラップハウジング（１１２）に包囲される同軸的に離隔した２つの管セグメ ント（１１４、１１６）によってハウジング内に規定され、バルブフラップ（１ １８）及びその軸（１２０）は、閉鎖位置において、フラップハウジング内に開 放し且つバルブフラップの軸を含み流体流方向を横切って延長する閉鎖面に平坦 なリング面を形成する上流管セグメント（１１４）の端部を覆うように配置され 、開放位置のバルブフラップは、２つの管セグメントの間で流路から離れるよう に枢動し、前記調節レバー（１５０）は、バルブフラップ（１１８）の閉鎖位置 に管する位置へ付勢されるピストン（１５８）に接続され、該ピストン（１５８ ）はバルブフラップ（１１８）より上流の流路内で優勢な復帰力（１６８）の方 向のガス圧力を受け、ピストンのガス圧力を受ける表面は、閉鎖位置のバルブフ ラップ（１１８）によって覆われる管セグメント（１１４）の開口断面よりも僅 かに大きく、先に言及したピストン表面とは反対のピストン表面は、前記復帰力 （１６８）を越える圧力を選択的に受けることができることを特徴とする、遮断 弁又はスロットルバルブ。 ７．ピストン（１５８）が、調整シリンダー（１６０）の２つのチャンバ（１６ ２、１６４）に分離するダイヤフラム（１６６）に関連付けられ、チャンバ（１ ６２）を横切り、そこから突出するプランジャ（１５６）が、調整レバー（１５ ０）と有効に結合し、該プランジャーはピストン （１５８）と結合されており、プランジャ（１５６）が横切るチャンバ（１６２ ）が、圧力源と連通可能であり、別のチャンバ（１６４）が、閉鎖面の上流の流 路と連通することを特徴とする請求項６に記載のバルブ。 ８．復帰力を発生させるために、圧縮スプリング（１６８）をプランジャ（１５ ６）が横切るチャンバ（１６２）内で、ピストン（１５８）と、それと対向する シリンダー壁との間に配置することを特徴とする請求項７に記載のバルブ。 ９．圧縮スプリング（１６８）が、プランジャ（１５６）を取り囲みピストン（ １５８）及びシリンダー壁と密着して結合されたベローズとして形成されている ことを特徴とする請求項８に記載のバルブ。 10．フラップの開きが増大するにつれて、復帰力（５２）の有効線とバルブフラ ップ（１８）の回転軸との間の有効なレバーアームが減少するように、またその 結果、復帰力（５２）と有効なレバーアームにより発生する回転モーメントが漸 減するように、復帰力（５２）がレバー（５０）に作用することを特徴とする、 先行する請求項のいずれかに記載のバルブ。