(57)【要約】【課題】管路内が高圧になるとともに、弁体を回転させる弁軸の軸受を有するバタフライ型等のバルブにおけるガス漏れを抑制するとともにシール部分の摩耗を防止する。【解決手段】バルブハウジング２内で回転自在に弁体１０が配置され、弁体１０の回転によりバルブハウジング２内の気体の流量が調整される。バルブハウジング２には、弁体１０を回転自在に支持する弁軸４が軸受７，８に支持されている。軸受７は軸受ハウジング５により外部に対して密閉されている。軸受８は、外部に排気が流出可能な構造となっているが、弁軸４により押圧されるシールリング１７により軸受８がシールされて排ガスの漏出が防止される。軸受ハウジング５内に排ガスを誘導する連通路２１により、内圧が高くなることにより弁軸４が押圧され、これによりシールリング１７がさらに強い押圧力で軸受８に押圧される。これによって、内圧の上昇に対応してシール能力が高まる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部に気体が流れる管路と、
当該管路内を流れる気体の流量を回転角度の変更により調節する弁体と、
前記弁体に接続されて当該弁体を回転させる弁軸と、
前記弁軸を回転自在に支持する軸受と、
前記管路と前記軸受との間に設けられ、
前記軸受からの気体流出を防止するシール部材と、
前記シール部材と前記軸受との間に押圧力を作用させる付勢手段とを備えた絞り弁装置であって、
前記弁軸の一方の端部が収容される収容部と、当該収容部と前記管路内における前記弁体の上流側とを連通する連通路とが設けられていることを特徴とする絞り弁装置。
【請求項２】
前記収容部には、前記管路内の気体を前記連通路を介して導入するための空間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の絞り弁装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関の排気管通路等で好適に使用可能な絞り弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の排気管には、排気圧調整バルブ、排気ブレーキバルブ、ＥＧＲ（排気再循環）クーラー用通路切替バルブ等の絞り弁装置が備えられる場合がある。
このような絞り弁装置としてバタフライ型の排気バルブが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような排気バルブとしては、例えば、図３に示すものがある。図３は排気バルブを示す側面図、図４は図３のＡ−Ａ線での断面図、図５は図４の符号Ｂで示される円で囲まれた部分の拡大図である。
【０００３】
図３から図５に示すように、円管状のバルブハウジング２内の排ガス（気体）が流れる排気通路３で円板状の弁体１０が回転角度を変更可能に配置されている。そして、弁体１０の回転角度によって、排気通路３を通過する排ガスの遮られる量が変化するようになっており、これにより排気通路３を流れる排ガスの流量が変化することになり、排ガスの流量を調節することができる。
バルブハウジング２の中心部には弁軸４が貫通しており、バルブハウジング２の弁軸４が貫通する部分の外周部分の２箇所のうちの一方に有底筒状でバルブハウジング２の外部に対して密閉した状態の軸受ハウジング（密閉部材）５が設けられ、他方にバルブハウジング２の外部に対して開放した状態の円筒状の軸受ハウジング６がそれぞれ設けられている。
【０００４】
そして、これらの軸受ハウジング５，６内には、ブッシュ状の軸受７，８がそれぞれ保持されており、弁軸４の軸方向両端部は軸受７，８を介してバルブハウジング２に回動可能に支持されている。なお、バルブハウジング２の両端開口部は、それぞれ図示しないエンジンの排気側から延びる排気管の上流側と下流側とが接続されており、バルブハウジングが排ガスが流れる管路の一部となっている。すなわち、バルブハウジング２は排気管の途中に配置されている。
そして、弁軸４のバルブハウジング２内の排気通路３内に配置される部分（両軸受７，８の間の部位）には、排気通路３を開閉するための円板状の前記弁体１０が２本のビスによって取り付けられている。なお、弁軸４が一方の軸受７側と、他方の軸受８側とに分割された構成とされ、これら分割された弁軸４どうしの間に弁体１０が配置されることにより、弁体１０の一部が弁軸として機能する構成となっていてもよい。
【０００５】
また、弁軸４の軸方向一端部（図１の右端部）は、軸受ハウジング６を貫通して軸受ハウジング６の外方へ突出している。そして、弁軸４の軸受ハウジング６から外方に突出した端部には、ワイヤーレバー１２がナット１３によって締結されている。なお、ワイヤーレバー１２には、当該ワイヤーレバー１２に設けられた係止部１２ａに、図示しないアクチュエータ（回転駆動手段）が一端部に接続されたワイヤーの他端部が接続されている。
ワイヤーレバー１２の内面（バルブハウジング２側を向く面）には、スプリング受け１４が設けられており、該スプリング受け１４と軸受ハウジング６に設けられたスプリング受け１５の間には付勢手段としてのスプリング１６（圧縮コイルスプリング：付勢手段）が圧縮した状態に配置されている。
【０００６】
このため、スプリング１６の付勢力は、スプリング受け１４とワイヤーレバー１２を介して弁軸４によって受け止められ、弁軸４は、図１の矢印Ｆ方向（図１の右方向）に付勢されている。すなわち、密閉状態の軸受ハウジング５に支持された端部から開放状態の軸受ハウジング６に支持された端部側に向かって弁軸４が付勢されている。
なお、軸受７，８は、ラジアル軸受であり、弁軸４の軸方向に直交する方向の移動を規制しているが、弁軸４の軸方向に沿った移動を許容している。
そして、図４に示すように、弁軸４の一方の軸受８に近い部分には鍔部４ａが一体に形成されており、弁軸４の鍔部４ａに隣接する部位の外周にシールリング（シール手段）１７が設けられている。また、シールリング１７は、弁軸４の鍔部４ａと、弁軸４の軸方向一端部を回動自在に支持する軸受８との間に挟まれた状態に配置されている。
【０００７】
ここで、弁軸４は、前述のようにスプリング１６によって矢印Ｆ方向に付勢されているため、当該弁軸４に設けられたシールリング１７の軸受８側の端面１７ａが軸受８のシールリング１７側の端面８ａに鍔部４ａを介して押圧された状態となっている。
これにより、シールリング１７の端面１７ａと軸受８の端面８ａとが互いに接触している部分がシール面となって排気通路３を流れる排ガスが弁軸４の突出側を支持している軸受８の内側からバルブハウジング２の外部に漏出するのを防止している。
【０００８】
そして、このような排気バルブ１においては、前記アクチュエータが前記ワイヤーを介して、ワイヤーレバー１２を回転駆動することで、弁体１０が回転して排気通路３内の排ガスの流量の調整が行われることになる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００８−２７４８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、上述のような排気バルブの軸受部分のシール構造においては、シールリングを軸受に押し付けるスプリングの付勢力が弱いと、弁体を閉側に回転して排気管の弁体の上流側の圧が高くなった際に、弁軸が貫通している軸受を収納する筒状のハウジング部分から排ガスが漏出する。この場合に、排気バルブの弁体が閉側に回転して、排気バルブ内の上流側の内圧が高くなる程、排ガスの流出量が多くなる。
【００１１】
したがって、排ガスの漏出を防止する上では、スプリングによる付勢力を強くすることが好ましいが、スプリングの付勢力を強くすると、上述のシールリングと軸受の端面との接触部分での磨耗や表面あれが増大し、シールリングと軸受の端面との摺動部分における抵抗が大きくなる。すなわち、弁体を回転させる弁軸の軸摺動抵抗が増大することになる。また、摺動音が大きくなる。
【００１２】
ここで、上述のようにシールリングをスプリングで押圧する構造の場合に、弁体１０の回転角度や、排気バルブの内圧に関係なく、略一定の付勢力がシールリングに作用することになるが、排ガスの流出量は、上述のように弁体が閉側に回転して内圧が高くなることで増大する。
【００１３】
ここで、スプリングの付勢力を内圧が高い場合に排ガスの漏出がほとんど発生しないように調整した場合に、内圧が低い状態では、無駄にシールリングが軸受に強く押し付けられた状態となってしまう。そして、付勢力が強いことから、上述のように磨耗や表面荒れが生じることになってしまう。
したがって、排ガスの流出量を減らし、かつ、シールリング等の磨耗や表面あれを抑制すること、すなわち、排ガス流出量の低減とシールリング等の磨耗防止とを両立させることが困難であった。
【００１４】
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、弁体を回転させる軸を備え、気体が流れる管路を、前記軸が貫通した構造において、排ガスの漏出を防止するとともに、軸のシール構造部分の磨耗を抑制することができる絞り弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、請求項１に記載の絞り弁装置は、内部に気体が流れる管路と、
当該管路内を流れる気体の流量を回転角度の変更により調節する弁体と、
前記弁体に接続されて当該弁体を回転させる弁軸と、
前記弁軸を回転自在に支持する軸受と、
前記管路と前記軸受との間に設けられ、
前記軸受からの気体流出を防止するシール部材と、
前記シール部材と前記軸受との間に押圧力を作用させる付勢手段とを備えた絞り弁装置であって、
前記弁軸の一方の端部が収容される収容部と、当該収容部と前記管路内における前記弁体の上流側とを連通する連通路とが設けられていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１に記載の本発明においては、弁体が気体の流量を絞る方向（閉方向）に回転し、管路の弁体より上流側の内圧が高くなると、連通路により内圧の高くなった管路の上流側と連通するとともに弁軸の一方の端部が収容された収容部も内圧が高くなる。
これにより、弁軸は収容部がある一方の端部側から他方の端部側に押圧されることになる。
なお、付勢手段によりシール部材と軸受とが付勢された状態で、軸受とシール部材との間で押圧力が作用する状態となっている。また、弁軸が上述のように押圧された場合に弁軸によりシール部材と軸受との間に押圧力が作用する状態となっている。
【００１７】
この場合にシール手段と軸受には、付勢手段の付勢力による押圧力と、前記高くなった内圧に基づく押圧力が作用することになり、付勢手段の付勢力だけが作用した場合と比較して気体の流出防止能力が高くなる。
また、内圧に基づく押圧力は、内圧が高くなれば強くなり、内圧が低くなれば弱くなることになる。
したがって、内圧が高く、気体の流出量が増加してしまう状態では、内圧に基づく強い押圧力でシール能力が高くなり、気体の流出を抑制することが可能となる。
【００１８】
また、内圧が低く、気体の流出量が多くなることがない状態では、内圧に基づく押圧力が弱くなる。
したがって、付勢手段による付勢力を大きくした場合のように、内圧に関係なく常に強い押圧力がシール手段に作用する状態と異なり、本発明では、シール手段に内圧が高い状態では強い押圧力が作用するが内圧が低い状態では弱い押圧力が作用することになり、常時強い押圧力が作用している場合に比較してシール手段における摺動部分の磨耗や表面荒れが抑制されることになる。
したがって、気体の流出の防止と、シール手段の磨耗や表面あれの防止との両方を実現することが可能となる。
【００１９】
また、請求項２に記載の絞り弁装置は、請求項１に記載の発明において、前記収容部には、前記管路内の気体を前記連通路を介して導入するための空間が設けられていることを特徴とする。
【００２０】
請求項２に記載の発明においては、管路の上流側の内圧が高くなった場合に、前記収容部の空間の圧が高くなり、確実に弁軸を押圧する状態とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、気体の流量を調整する絞り弁装置において、弁軸の軸受部における排ガスの漏出を防止することができるとともに、排ガスの漏出を防止するシール構造部分の磨耗を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る絞り弁装置としての排気バルブを示す断面図である。
なお、本実施の形態の排気バルブは、密閉状態の軸受ハウジング部分の構造が従来の排気バルブと異なるが、それ以外の部分の基本的な構造は、図３、図４および図５に示す従来の排気バルブと同様となっている。そこで、従来の排気バルブと同様の構成要素には図３、図４および図５に示される排気バルブと同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
図１に示すように、この例の排気バルブ１ａにおいては、弁軸４を回転自在に支持する一方の軸受７は、従来と同様に有底筒状の軸受ハウジング５１に覆われることで、管路の一部となるバルブハウジング２の外側に対して密閉された構造とされている。
また、弁軸４を回転自在に支持する他方の軸受８は、両端部が開放状態の概略筒状の軸受ハウジングにより覆われており、密閉された状態なっていないが、従来と同様のシール構造により排ガスの漏出が防止されている。
【００２４】
上記シール構造とは、図５に示されるように、弁軸４の鍔部４ａと、弁軸４の軸方向一端部を回動自在に支持する軸受８との間に挟まれた状態のシールリング（シール部材）１７が、付勢手段としてのスプリング１６の付勢力で、軸受８に押し付けられること、すなわち、これらシールリングと軸受との間に押圧力が作用することによりガスの漏出を防止するものである。すなわち、シールリング１７の端面１７ａと軸受８の端面８ａとが互いに接触している部分がシール面となって排気通路３を流れる排ガスが弁軸４の突出側を支持している軸受８の内側からバルブハウジング２の外部に漏出するのを防止することになる。
【００２５】
そして、この例において、有底筒状の軸受ハウジング５１は、円筒状ではなく、バルブハウジング２の軸方向に沿って流れる排気の上流側に向かって膨出した状態となっている。
そして、軸受ハウジング５１内では、軸受８の前記上流側に連通路２１が形成された状態となっている。また、軸受ハウジング５１の底部（図１において上端部）の内面と軸受８の管路の外側を向く端面との間に隙間としての空間２２が形成されている。
また、当該空間２２に対して軸受８に支持された弁軸４の軸受８側の端部の端面が露出した状態（臨んだ状態）となっている。すなわち、軸受８の管路の外側を向く端部がキャップ等により閉塞された状態とはなっておらず、軸受８の開口から弁軸４の端面が見える状態となっている。
【００２６】
これら連通路２１と空間２２は連通した状態となっている。
また、上述の軸受８の上流側に形成された連通路２１は、バルブハウジング２内の排ガスが流れる空間に向けて開放した状態となっている。したがって、上記連通路２１は、排ガスが流れる管路（バルブハウジング２）の弁体１０を回転させる弁軸４の軸心よりも上流側と連通している。
また、従来のように、軸受ハウジング５１の内周面の全周に渡って軸受８の外周面に当接した状態となることで、軸受ハウジング５１に軸受８が支持された状態となっておらず、軸受ハウジング５１内には、軸受８の外周面の排ガスの流れの上流側を向く面（前記連通路２１に臨む側の面）に当接して軸受８を軸受ハウジング５１に固定する固定部材３１が設けられている。
【００２７】
軸受ハウジング５１の固定部材３１に軸受８を固定する部分と固定部材３１とからなる部分の内側が軸受８を収容する収容部３２となっている。すなわち、軸受ハウジング５１内の前記連通路２１を除き、空間２２を含む部分が収容部３２となる。そして、バルブハウジング２の排ガスが通過する排ガスの通過路（流路）となる部分の弁軸４の軸心より排ガスの流れの上流側となる部分に開放され、かつ、軸受８の一方の端部が臨む空間２２に連通する連通路２１が、一方の軸受８に支持された弁軸４の一方の端部が収容される収容部３２と、当該収容部３２と管路の一部としてのバルブハウジング２の弁軸４の軸心より排ガスの流れの上流側（弁体１０の上流側）とを連通している。なお、空間２２を含めて連通路２１とし、連通路２１となる空間の一部が収容部３２内に存在するものとしてもよい。
【００２８】
ここで、この実施の形態の排気バルブ１ａにおいては、後述のように排気管である管路の弁体１０より上流側の内圧が、弁体１０を管路内の排ガス流量を低下させるように動作させることで上昇した場合に、弁軸４をスプリング１６の付勢方向と同じ方向に押圧するように作用するので、スプリング１６の付勢力を、スプリング１６の付勢力によってシールリング１７を押圧していた従来の場合よりも低く設定している。すなわち、付勢力が従来よりも低いスプリング１６が用いられている。
【００２９】
そして、このような構成の排気バルブ１ａを動作させた場合に、排気バルブ１ａの弁体１０が開放状態となっていることにより、排ガスが排気管（管路）内を流れた状態でも排気管の内圧が余り高くなっておらず、大気圧に近い状態（但し、大気圧よりは高い）では、主に、スプリング１６の付勢力により、前記シールリング１７の端面１７ａを軸受８の端面８ａに押し付けた状態となっている。
【００３０】
この場合、従来よりスプリング１６の付勢力が弱いが、排気管内の圧が高くないことから、排気ガスの軸受８部分からの漏れ量は少なく、従来と同様に軸受８部分からの排ガスの流出はほとんどない。
この状態で弁体２０を回転駆動した場合、従来よりスプリングの付勢力が弱いため、シールリング１７の軸受８への押圧力が低く、これらの摩耗や、接触部分の表面あれが防止される。
【００３１】
そして、弁体１０を弁軸４周りに回転することで、弁体１０が排気管内の排ガスの流れを遮る状態とすると、排気管内の弁体１０より上流側の内圧が上昇する。この場合に、連通路３３によって、収容部３２の弁軸４の一方の端部の少なくとも端面が露出する空間２２（弁軸４の端面が軸受８内にある場合に、軸受８内の前記端面までの空間も空間２２に含まれるものとする）が排気管（バルブハウジング２としての管路）の弁体１０より上流側（弁軸４の軸心より上流側）と連通しているので、空間２２内の内圧も上昇する。
【００３２】
これにより、弁軸４は、他方の端部が管路の外側の大気圧中にあることから、収容部３２の空間２２の内圧の上昇により生じる押圧力により、一方の端部から他方の端部に向かう方向に押圧されることになる。
したがって、上述のシールリング１７部分には、スプリング１６による付勢力と、排気管内の内圧の上昇に基づく押圧力とが作用し、スプリング１６のみの場合よりも強い押圧力が作用する。
【００３３】
さらに、内圧の上昇に基づく押圧力は、内圧が高くなると強くなるので、内圧が高くなって、軸受８の部分からの排ガスの流出量が大きくなる傾向となると、シールリング１７部分に作用する押圧力が強くなり、シール能力が向上する、これによって排ガスの流出量の増大を抑制することになる。
すなわち、内圧が大きくなって排ガスの流出量が増加傾向になると、シール能力が向上し、排ガスの流出量が抑制されるので、内圧が上昇しても排ガスの流出量の増大が防止される。
【００３４】
ここで、排気管の内圧が上昇してシールリング１７部分への押圧力が高くなると、弁軸４が回転することによる摩耗が増大する虞があるが、上述のように内圧が低い場合は押圧力が弱く磨耗が軽減されているので、例えば、内圧が高い状態でも排ガスの流出量の増大が抑制できるように、スプリング１６の付勢力を高くしてしまった場合のように内圧が低下しても押圧力が強い状態が維持されるようなことがない。したがって、内圧に応じて押圧力を変動可能とすることで、スプリング１６の付勢力を高くした場合よりも磨耗を低減することができる。
【００３５】
すなわち、シールリング１７部分への押圧力が排気管の内圧によって変化するので磨耗を抑制しながら排ガスの流出量を効率的に低減することができる。
【００３６】
ここで、図２に示すグラフは、（ａ）が排気管内の内圧の一例を示すものであり、板状の弁体１０が管体の軸方向に対して直交した状態、すなわち、全閉状態（実際には隙間があり、完全に閉塞した状態とはなっていない）から、全開状態までに対応する内圧を示している。なお、この内圧は、弁体１０よりも排気の上流側部分となる。
【００３７】
そして、図２の（ｂ）は、前記内圧に対応して弁軸４に作用する押圧力を示すものである。この例の排気バルブ１ａにおいては、例えば、スプリング１６の付勢力を従来の同規格の排気バルブ１の半分としている。なお、図２（ｂ）に示すグラフには、従来のスプリング１６に基づく押圧力が破線で図示されている。
【００３８】
内圧が上昇すると、弁軸４に押圧力が作用することになり、全閉状態では、従来より高い押圧力がシールリング１７部分に作用し、十分なシール能力を得ることができる。
【００３９】
言い換えると、従来の構成において、内圧が高い状態での排ガス漏れを防止するために、スプリング１６の付勢力を現状よりさらに高くした場合には、排気管の内圧に拘らず、常時強い押圧力が作用することになり、摩耗が激しくなってしまい、排ガス漏れの防止効果に対して、摩耗が大きくなりすぎてしまう虞がある。
それに対して、この例の排気バルブ１ａによれば、内圧に応じた押圧力をシール構造部分に作用させることで、摩耗を抑えながら、確実に排ガスの漏れ量を低減することができる。
【００４０】
なお、本発明の絞り弁装置は、排気管に設けられるバルブだけではなく、内圧が高圧となり、かつ、弁体を回転させる弁軸の軸受のシール構造として、スプリングの付勢力でシール部分の押圧を行っているバルブに適用可能である。
通常の自然吸気エンジンの吸気管においては、下流側から空気が吸い込まれることになり、内圧が負圧となる構成なので、本発明を適用することはできないが、例えば、吸気管のバルブより上流側に機械式過給機や排気タービン式過給機等の過給機が設けられている場合には、吸気管に設けられたバルブ部分が高圧になるので、例えば、上述のように弁軸をスプリングで付勢してシール部分を押圧するような構成であれば、吸気管側でも本発明の絞り弁装置を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態の絞り弁装置としての排気バルブを示す断面図である。
【図２】前記排気バルブの弁軸に作用する押圧力を説明するためのグラフである。
【図３】従来の排気バルブを示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図４の円Ｂで囲まれる部分の拡大図である。
【符号の説明】
【００４２】
１      排気バルブ
２      バルブハウジング（管路）
４      弁軸
４ａ    鍔部
５１    軸受ハウジング
７      軸受
８      軸受
８ａ    軸受のシールリングと接触する端面
１０    弁体
１６    スプリング（付勢手段）
１７    シールリング（シール部材）
１７ａ  シールリングの軸受と接触する端面
２１    連通路
２２    空間
３２    収容部
【図１】
2010133385.tif 000003
【図２】
2010133385.tif 000004
【図３】
2010133385.tif 000005
【図４】
2010133385.tif 000006
【図５】
2010133385.tif 000007